唐古拉冻土区气水合物地球化学异常及成藏条件

李江涛，何文劲，谢启兴，文 龙，徐 刚，梁 斌

（1．西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621010；2．四川省地勘局川西北地质队，四川 绵阳 621010）

唐古拉冻土区气水合物地球化学异常及成藏条件

李江涛1,2，何文劲2，谢启兴2，文 龙1,2，徐 刚2，梁 斌1,2

（1．西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621010；2．四川省地勘局川西北地质队，四川 绵阳 621010）

对唐古拉山北侧温泉盆地多年冻土区冷泉气体样品的化学分析表明，CH4平均含量为370×10-6，是青藏铁路沿线（昆仑山口—安多）多年冻土区冷泉气体中CH4平均含量的近113倍，表现出极高的地球化学异常。与国内外多年冻土区天然气水合物的形成条件相比，温泉盆地地区具有天然气水合物形成的冻土厚度与温压、烃类气体与水源、流体运移与储集的良好条件，预示该区可能具有天然气水合物的存在，是今后值得重视的天然气水合物调查评价区。

温泉盆地；天然气水合物；地球化学异常；唐古拉

天然气水合物（Gas Hydrate）是烃类气体分子与水分子在低温（0～20℃）、高压（2～25MPa）条件下形成的一种结晶状的固体物质，广泛分布在水深300～3 000m的海底、深湖泊沉积物或地表130～2 000m以下的多年冻土区中[1-2]。天然气水合物因其具有使用方便、燃烧值高、污染少以及储量巨大的独特优势，被誉为“21世纪最大新型能源”[3]。为开发这种新能源，世界各国不惜投入巨资进行勘查研究。我国有关工作起步较晚，主要集中在近海区域，但近年来青藏高原多年冻土区已成为寻找天然气水合物的重点地区之一，并已取得了重要的进展[4-5]。

青藏高原作为“世界第三极”，多年冻土区面积约150×104km2，占世界多年冻土面积的7%，约占中国冻土面积的70%[6]，已开展的地球物理、化学勘探表明青藏高原多年冻土区具备天然气水合物形成条件，初步估计天然气水合物储量约为1.2×1011～2.4×1014m3[7]。

温泉盆地区位于青藏高原的腹地唐古拉山地区，平均海拔大于5 000m。本次在唐古拉山温泉地区开展的1∶5万区域地质调查中，在温泉盆地东侧多年冻土区发现冷泉冒气现象，并采集冷泉气体进行化学分析，以期为该地区天然气水合物资源的寻找提供地球化学依据。

1 样品采集及分析结果

采样地点位于温泉盆地东侧茸马河北岸冻胀丘旁的一泉水坑，水坑底部布满直径约5mm的气泡，见气泡从坑底冒出，泉水坑的东侧为一活动断层。样品采集采用排水法，收集并密封保存在2个500mL玻璃容器中。样品送中国科学院兰州油气研究所，首先用气相色谱（GC）进行烃类气体分析，再利用气体同位素质谱（MS, Finnigan MAT271）测定非烃组分，归一化得到全组分数据。测试结果见（表1）。由表1可知，冷泉气样中，气体以N2、O2、CO2、Ar为主，以及少量的CH4、H2S气体。

两件样品中上述气体成分差别不大，其中CO2含量为2.67%、3.89%，CH4含量为340×10-6、400×10-6。据卢振权等[8]研究，青藏高原铁路沿线（昆仑山口—安多）多年冻土区低空大气中CO2含量介于0.050% ～0.235%，平均含量为0.096%，CH4含量介于0.66×10-6～3.64×10-6，平均含量为1.95×10-6；冷泉气样中CO2含量介于0.257%～22.223%，平均含量为5.885%，CH4含量介于1.47×10-6～6.93×10-6，平均含量为3.29×10-6。与之相比较，本次分析样品中CO2平均含量为3.28%，是其低空大气中CO2平均含量的34.17倍，与其冷泉气样中CO2平均含量相差不大；而CH4平均含量为370×10-6，是其低空大气中CH4的平均含量的189.74倍，冷泉气样中CH4平均含量的112.46倍。

表1 冷泉气样中气体组分含量

上述比较表明，温泉盆地东侧冷泉气样中的CH4显示出极高的地球化学异常，为该冻土区天然气水合物的存在提供了重要的证据。

2 温泉盆地区天然气水合物成藏条件分析

温泉盆地位于唐古拉山北侧，是青藏铁路沿线上所能见到的规模最大的一个近SN向盆地[9]，盆地东西谷宽8～12km，南北长约40km，面积约380km2，平均海拔大于5 000m，是上叠于侏罗纪前陆盆地之上的第四纪盆地，第四纪沉积物厚度大于1 000m[10]，盆地的两侧，特别是西侧发育一组近SN向的活动断层—温泉断层。第四纪盆地的基底为中—上侏罗系雁石坪群碎屑岩—碳酸盐岩建造，由下向上依次为雀莫错组（J2q）、布曲组（J2b）、夏里组（J2x）、索瓦组（J3s）和雪山组（J3xs），属于一套浅海相、滨海相及陆相环境的沉积地层。

2.1 多年冻土厚度与温压条件

温泉盆地是青南—藏北高原北部高寒带大片多年冻土区之一，冻土厚度达80～120m[6]。这不仅与已发现天然气水合物的我国祁连山多年冻土区冻土厚度50～139m[5]极为接近，而且也与推测有天然气水合物分布的漠河多年冻土区（冻土厚度20～140m）[11]和西伯利亚Yamal半岛的多年冻土区的冻土厚度相当[12]。由此可见，温泉盆地多年冻土区的冻土厚度，满足天然气水合物形成的冻土条件。

温泉盆地特有的海拔高度，决定了该区年均地温常年处于－0.5～0℃[6]的低温条件。王家澄等[13]对青藏公路沿线10个穿透多年冻土层的钻孔测温结果的分析和计算，得出103道班（位于温泉盆地）冻土地温梯度为2.5℃/100m，低于整个青藏高原冻土地温梯度平均值（4.18℃/100m）[5]。与已相继在冻土区发现天然气水合物的俄罗斯西伯利亚麦素雅哈（－8～－12℃），1.0～3.0℃/100m）[14]、美国阿拉斯加北坡（－4.6～－12.2℃，1.5～5.2℃/100m）[15]、加拿大马更些三角洲（－1℃，1.8℃/100m）[16]以及我国的祁连山多年冻土区（－2.6℃，2.2℃/100m）[5]的地温梯度基本相当。另外，祝有海等[5]通过利用Sloan的CSMHYD软件对唐古拉山—土门地区（温泉盆地属于该区）进行了温压条件计算，结果显示该区具备形成天然气水合物的温压条件，能形成天然气水合物的稳定带。因此，温泉盆地多年冻土区温压条件有利于天然气水合物的形成。

2.2 烃类气体来源与水源条件

天然气水合物的形成需要大量烃类气体的供给，因此，对于能否在冻土区形成天然气水合物，就要看该区域地层或沉积物中是否具有烃源岩。

据前人对羌塘盆地烃源层的研究，初步确定存在12套烃源层，其中主要烃源层4套，即索瓦组（J3s）、夏里组（J2x）、布曲组（J2b）和肖茶卡组（T3x）[17]。据秦建中[18]对3套侏罗系烃源岩研究得出，其有效泥质烃源岩厚度一般在100～500m，有效碳酸盐烃源岩厚度一般在200～600m；其有效泥质烃源岩中J2x页岩残余总有机碳含量（TOC%）平均最高达4.15%，有效碳酸盐烃源岩中J3s泥灰岩残余总有机碳含量（TOC %）平均最高达1.26%。另外，已在这些侏罗系储层中发现了裂隙式、晶洞式油气苗显示和大量冷泉碳酸盐岩[19-20]，具有良好油气形成条件。根据前面对温泉盆地地层组成的叙述，可以看出，该区地层包括了这4套主要烃源层中的3套，即索瓦组（J3s）、夏里组（J2x）、布曲组（J2b）。因此，温泉盆地的烃源岩充足，是区内烃类气体生成的保证，利于该区天然气水合物的形成。

温泉盆地冰川发育，冰川融水汇聚形成众多河曲，如布曲河、茸玛河、尼亚曲、沙赛曲等，保证了该区水的供给。据樊溶河等[21]对该盆地中浅层地下水（指冻结层下水）与河水水质分析表明，水的矿化度仅为0.2～0.6g/L，属于淡水（矿化度为0.0～1g/L），淡水的含盐浓度只有0.01‰～0.5‰。最新的研究表明，当水盐度低于4‰时，对天然气水合物的形成与稳定性影响已经很小了[22]。因此，温泉盆地地下水的盐度对该区天然气水合物的形成几乎不会产生影响。

2.3 流体运移条件

与常规天然气成藏一样，流体运移对于冻土区天然气水合物的形成也是至关重要的。天然气水合物中烃类气体的来源并非简单地由原地有机质转化而成，还包括深部与外部迁移而来的烃类气体[23]，仅靠水合物稳定带原地的有机质转化生成烃类气体是远远不够的。因此，各种断裂、裂缝和渗透性岩层等运移系统为深部与外部烃类气体的运移与持续补给提供了可能[24]。纵观世界天然气水合物区，如美国布莱克脊区（Blake Ridge）、智利三联点区（Chile Triple junction）、日本南海海槽区（Nankai Trough）[25]以及我国青海祁连山冻土区，其天然气水合物的形成，无不显示出断裂构造为深部与外部来源的烃类气体所起的指向运移作用。

温泉第四纪盆地的形成本身受近SN向温泉活动断裂控制，使盆地呈现出箕状半地堑的特征，整个盆地基地面向西倾斜。已有的研究表明，其最大活动速率可达1.8mm/a[26]。盆地周围侏罗系发育一系列近东西向的断层，切割中侏罗统地层。尤为值得一提的是，本次冷泉气样的采集地旁就有一条近SN的活动断层穿过，该活动断层可能为甲烷气体的上升提供了通道。另外，温泉地区属温泉—昌都地震带，地震频繁，分别于1956年8月5日和2008年6月10日，发生了4.7级和5.5（MS）级地震[21，27]。这些断裂和地震产生的裂缝之间相互连通，使该区发育了通畅的流体运移系统。因此，温泉盆地具备天然气水合物形成的流体运移条件。

2.4 储集条件

天然气水合物矿藏的形成还受到天然气水合物稳定带本身特性的制约[25]。其中，岩性本身特征是其主要影响因素，即天然气水合物在不同岩性体中表现出不同的饱和度。最新的实验表明，砂质沉积物中天然气水合物的饱和度可达79%～100%，泥砂中可达到15%～40%，砂质黏土泥中只有2%～6%[25]。2008～2009年，我国在青海祁连山冻土区发现的天然气水合物实物样品的产出层位的岩性也正是天然气水合物饱和度高的细砂岩、泥质粉砂岩等砂质沉积物中[28]。温泉盆地周围砂质岩类发育，特别是雀莫错组，其为一套砂岩、粉砂岩和泥岩夹灰岩沉积组合，类似我国祁连山多年冻土区的地层结构与岩性特征。因此，对于天然气水合物的储集而言，该区具备其所需的储集条件。

3 结论

唐古拉山北侧温泉盆地多年冻土区冷泉气样中CH4含量为340×10-6、400×10-6，其CH4平均含量为370×10-6，与青藏高原铁路沿线（昆仑山口—安多）多年冻土区冷泉气样中CH4平均含量3.29×10-6相比，是其近113倍，表现出极高的地球化学异常。

与国内外多年冻土区天然气水合物形成的条件相比较，温泉盆地地区具有天然气水合物形成的冻土厚度与温压、烃类气体与水源、流体运移与储集的良好条件，并且已有地球化学异常显示。预示该区具有天然气水合物的存在，是今后值得重视的天然气水合物调查评价区。

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Geochemical Anomalies and Accumulating Conditions of Gas Hydrates in Frozen Earth Zone, Tanggula

LI Jiang-tao1,2HE Wen-jing2XIE Qi-xing2WEN Long1,2XU Gang2LIANG Bin1,2
(1- School of Environment and Resource, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621010; 2- Northwest Sichuan Geological Party, Mianyang, Sichuan, 621010, China)

Geochemical survey of cold spring from frozen earth zone in the Wenquan basin, north of the Tanggula Mountains show the average content of CH4of 370×10-6which is about 113 times of that along the Qinghai-Tibet Railway. There are many favorable conditions for the formation of gas hydrate, such as frozen earth thickness, temperature and pressure, hydrocarbon gas and water source, fluid migration and reservoir in the Wenquan basin.

Wenquan basin; gas hydrate; geochemical anomaly; Tibet

P618.13；632+,1

A

1006-0995（2014）04-0551-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.04.017

2014-03-13

中国地质调查局青海龙亚拉地区1:5万区域地质调查项目（项目编号：121201122019）

李江涛(1989- )，男，四川成都人，硕士研究生，主要从事矿产地质调查研究