青海乌丽地区气体水合物存在的可能性

覃雨璐 朱贝尔 袁铎 覃英伦

摘 要：青海省乌丽地区经过复杂的构造运动，形成天然冻土层，对气体水合物形成和保存极为有利。为了研究该地区气体水合物存在的可能性，本文从构造特征、赋存条件、钻井和地震特征进行分析，得出以下结论：乌丽地区上二叠统那益雄组存在生烃的煤系地层;构造运动形成的裂缝和溶蚀孔隙有效贯通生烃层和储集层;多年冻土层和致密安山岩的有效封盖，使该地区具备形成气体水合物的条件。

关键词：乌丽地区;气体水合物;赋存条件;钻井特征;地震特征

中图分类号：P618文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）10-0128-03

Analysis on the Possibility of Existence of Gas Hydrate in Wuli Area Qinghai Province

QIN Yulu1，2 ZHU Beier2 YUAN Duo3 QIN Yinlun4

（1.Guangdong Youse Industrial Construction Inspection Station Co.， Ltd.，Guangzhou Guangdong 510000;2.Sinopec Geophysical Corporation Huabei Branch，Zhengzhou Henan 450000;3.Research Institute of Engineering Investigations and Design Co.， Ltd.，Xi'an Shaanxi 710043;4.Guangxi Investment Group Energy Group Co.， Ltd.，Nanning Guangxi 530000）

Abstract： Wuli area of Qinghai had experienced complex tectonic movement and formed natural permafrost. It is very favorable for the formation and preservation of gas hydrate. In order to study the possibility of gas hydrate in this area， this paper analyzed the structural characteristics， occurrence conditions， drilling and seismic characteristics， and drew the following conclusions： there are coal measures strata generating hydrocarbon in the upper Permian Nayixiong formation in Wuli area; Fractures and dissolution pores formed by tectonic movement can effectively connect hydrocarbon generation and reservoir; Due to the effective sealing of permafrost and tight andesite， the area has the conditions to form gas hydrate.

Keywords： Wuli area;gas hydrate;reserve conditions;drilling characteristics;seismic characteristics

自20世紀80年代以来，研究天然气水合物成为国际趋势。产生这种现象的主要原因是：一方面，陆上能源有限;另一方面，随着全球变暖，天然气水合物溶解将引发一系列地质问题，引发国际社会的广泛关注。2008年11月，我国在青海木里多年冻土带成功钻获天然气水合物。与其他国家高纬度冻土带略有不同，我国多年冻土带多位于中低纬度，因此，研究意义重大。本文主要从地球化学、测井和地球物理特征三方面识别多年冻土带地层中气体水合物。

1 地质背景

1.1 地理位置

乌丽冻土区位于青海省玉树藏族自治州，大致地理坐标范围：东经92°30′—93°30′，北纬34°00′—34°30′。整体地形为西高东低，平均海拔在4 800 m左右，年平均气温为-4.4 ℃，现今平均地温梯度为2.1 ℃，常年的低气温和地温梯度使得乌丽地区冻土普遍发育。

1.2 区域构造位置

根据大地构造理论，青藏高原由塔里木地体、昆仑山地体、可可西里-巴彦喀拉地体、羌塘地体、喜马拉雅地体先后碰撞、拼接到亚洲大陆上形成，5条缝合带将它们彼此分隔。乌丽冻土区紧靠金沙江缝合带，又处于青藏高原第一磨拉石带上，在六大地体拼合过程中经历了剧烈运动，发育了多期多方向断裂，地层挤压抬升，出现严重缺失[1]。

1.3 地层岩性特征

乌丽地区主要发育上二叠统和上三叠统地层，残存部分下二叠统地层统称为开心岭群。上二叠统那益雄组为海陆交互相滨海平原型沉积，由灰～深灰色、厚～中厚层粉砂质黏土岩、灰质页岩与钙质粉砂岩、细砂岩互层，夹煤层、灰岩及岩屑砂岩构成;上二叠统拉卜查日组为浅海-滨浅海相碎屑岩和碳酸盐岩沉积;上三叠统结扎群甲丕拉组为浅海-滨浅海相碎屑岩，可见小规模火成岩侵入;上三叠系结扎群巴贡组为海陆交互相滨海三角洲型沉积，由一套灰-深灰色细粒砂岩、粉砂岩、碳质泥岩组成。

2 构造特征

2.1 构造单元划分

乌丽地区在构造上位于羌塘地体北部的乌丽-囊谦一带，所形成的构造主要发生在华力西期，北部的子曲和南部的他念他翁北坡断裂分别为研究区的二级构造边界。从构造划分图（见图1）可以看出，研究区位于北部的茶措断陷和南部的沱沱河断陷之间的乌丽-达哈断隆，且偏向于断隆西侧，并向南部的沱沱河断陷延伸[2]。

从图1可知，研究区内断裂方向主要为北西西向和北西向，其中北西西向为主控断裂，将研究区分成东西向条带，控制盆地的沉积及后期改造，以逆冲推覆为主要特征;北西向为后期断裂，将条带状地质体切割分块，具有明显的雁列式形态，空间分布较为零散。

2.2 构造演化特征

乌丽-开心岭地区位于羌塘地体北部，其北部为金乌兰-金沙江缝合带，总体趋势为北高南低，地层向南倾伏。二叠纪末羌塘地体与可可西里-巴颜喀拉地体碰撞，乌丽地区作为弧后盆地相对沉降，形成晚二叠世沉积期前的基础构造骨架。早三叠世研究区隆升剥蚀无沉积记录，中三叠世古特提斯洋张裂形成洋盆，沉积海陆交互相和浅海相。羌塘地体与可可西里-巴颜喀拉地体在印支运动的作用下进一步挤压，古特提斯洋于早侏罗世彻底关闭，燕山运动早中期，受班公湖-怒江海槽关闭的影响，研究区整体挤压抬升，受到强烈剥蚀。喜山运动研究区由于弧后应力作用，出现很深的拉张带，中上新世之后，老地层逆冲到古近系之上，并被剥蚀，形成今天的沉积格局[3]。

3 赋存条件分析

从ZK1、ZK16-2、ZK0-6和ZK8-2井的那益雄组采取48个岩心样品进行地化分析。经分析发现，那益雄组下段煤系泥岩有机质含量优于上段，其中，中等烃源岩占16%，好烃源岩占2%。干酪根属腐殖质，ZK1和ZK16-2井镜质体反射率大于4%，处于过熟阶段。

乌丽地区上二叠统那益雄组煤系地层主要岩性为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩。由钻孔岩芯可观察到，局部岩芯发育大量裂缝和溶蚀孔隙。ZK0-6、ZK1和ZK16-2岩石物理测试结果显示，孔隙度为6%～10%，平均为8%，渗透率为0.2×10-3～2.3×10-3 μm2。这些裂缝和孔隙为流体汇聚提供了有效通道，也为天然气和水源结合提供了有利储集空间。

从乌丽地区的构造发育史看，该区早期构造活动强烈，且持续时间长，发育深大断裂，破坏下层油气藏，为水合物形成提供烃类气体;新构造运动主要表现为断块差异性隆升，内部相对平静，对油气藏破坏性小。

乌丽地区部分区域多年冻土层厚度大于100 m，具备封盖天然气使之与流体形成水合物的条件。此外，ZK1钻孔内那益雄组鉴定出2套致密、硬度高的安山岩，封盖性能较好，可以直接作为天然气水合物的局部盖层。

4 水合物存在的可能性

乌丽地区多口钻井在施工过程中发生井喷和井涌现象，说明地层内气体充足。ZK1井那益雄组下段钻遇1.4 m灰黑色泥质粉砂岩，其释放的气体在空气中能点燃，且岩芯经长时间暴露，表面会产生蜂窝状小孔。

2015年与2016年，在乌丽地区布置另外两口调查井TK-2和TK-3，以那益雄组作为目的层。TK-2井现场岩心浸泡出现大量冒泡现象，释放的气体远超过其孔隙所占体积。经实验室气象色谱分析，气体主要组分为CO2和CH4，其中，CO2含量69.66%～99.98%，一般大于90%，CH4含量在0.01%～40%，大部分小于10%，且气体释放过程中不断有水珠渗出，指示可能存在天然气。TK-3井在钻探过程中用气测录井技术对泥浆中的气体组分和含量进行测量，气体组分主要为CO2[4]。

含水合物地层通常物性相对均匀，在地震剖面上表现为弱振幅反射带，也称为空白带。多年冻土层中空白带一般与海底模拟反射层（Bottom Simulating Reflector，BSR）相伴而生。水合物含量越高，地层越均匀，振幅越弱，空白程度越高;地层中含水合物较少，则振幅減弱不明显[5]。从乌丽地区某测线的均方根振幅属性剖面（见图2）可以看出，BSR和上覆空白带，与那益雄组所在层位基本吻合，进一步验证了钻井TK-2、TK-3所揭示的乌丽地区那益雄组存在天然气水合物的信息。

天然气水合物储集层与石油、天然气储集层一样，相对围岩为高电阻率，由此可区别天然气水合物储集层与围岩。

5 结语

通过对乌丽地区构造、天然气水合物赋存条件和存在可能性进行分析，得出以下几点结论。

①乌丽地区所在的羌塘地体经历加里东到喜山期运动，发育了多期次多方向断裂，北北西向为主控断裂，将研究区分成东西向条带;北西向为后期断裂，具有雁列式形态。

②该区主要沉积了上二叠统那益雄组海陆交互相滨海平原型沉积、拉卜查日组浅海-滨浅海相碎屑岩和碳酸盐岩沉积;上三叠统结扎群甲丕拉组浅海-滨浅海相碎屑岩、结扎群巴贡组海陆交互相滨海三角洲型沉积;主要岩性有碎屑岩、砂岩、粉砂岩、黏土岩、泥岩和碳酸盐岩。

③该区主要目的层上二叠统那益雄组下段烃源岩优于上段，有机质成熟度很高，处于过熟阶段，干酪根类型为腐殖型;由钻孔岩芯观察到局部岩芯发育大量裂缝和溶蚀孔隙，为流体汇聚提供有效通道，也为天然气水合物储集提供空间;部分多年冻土层厚度大于100 m，具有封盖天然气并使之与流体形成水合物的作用;致密安山岩也可以作为天然气水合物局部盖层。

④该区多口钻井施工过程中发生井喷或者井涌;钻出岩芯释放气体在空气中能点燃，经检验主要成分为CO2和CH4，其中CO2占比较大;气体释放过程中有水珠渗出;岩芯长时间暴露表面会产生蜂窝状小孔。这些钻井相关特征均指向该区含有天然气水合物。

⑤该区的地震响应特征表现为天然气水合物所特有的BSR和振幅空白带，测井曲线中的电阻率均与钻井符合，进一步验证该区存在天然气水合物。

参考文献：

[1]李小豫，龚建明，陈小慧，等.青藏高原乌丽冻土区二叠纪煤系烃源岩特征[J].现代地质，2013（6）：1384-1391.

[2]吴军虎.青海乌丽-开心岭地区晚二叠世构造演化与聚煤规律作用分析[J].中国煤炭地质，2011（6）：9-13.

[3]龚建明，张剑，陈小慧，等.青藏高原祁连山与乌丽冻土区水合物成藏条件研究[J].石油天然气学报，2014（2）：1-6.

[4]刘晖，祝有海，庞守吉，等.青海乌丽地区发现天然气水合物赋存的重要证据[J].中国地质，2019（5）：1243-1244.

[5]沙志彬，龚跃华，梁金强.地震属性剖面在天然气水合物识别中的应用[J].南海地质研究，2006（1）：105-113.