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我国冻土天然气水合物生成记

2016-7-1 17:36:51 来源:中国矿业报 作者:卢振权

天然气水合物,简称水合物,是由水和重量轻的气体分子(如甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、硫化氢、二氧化碳等)在低温(一般273.15K左右)、高压(一般大于3MPa~5MPa)、气体供应充足的条件下形成的一种结晶状固体物质,因外貌像冰,点火可以燃烧,俗称“可燃冰”。

在自然界中,水合物通常分布于水深大于300米的海底沉积物中或地表130米以下的多年冻土区中。自上世纪60年代前苏联在开发西西伯利亚Messoyakha气田时发现第一个水合物矿藏以来,如今在加拿大Mallik冻土区、美国阿拉斯加Elbert山冻土区,以及各国近海,如最近在韩国东部近海、印度近海、新西兰近海纷纷发现大量水合物矿藏(点)。据统计,截至目前水合物产地或异常区达230余处。因为其巨大的能源意义,加之潜在环境效应和可能造成海底灾害或钻井平台安全影响,水合物已成为当前一项热点领域。

我国陆域天然气水合物目前只发现于中纬度高海拔的青藏高原祁连山冻土区。与世界上海域和其它冻土区相比,祁连山冻土区天然气水合物在诸多方面具有独特性:第一,祁连山冻土区天然气水合物是一种产出在中纬度高海拔的“高山型”冻土区天然气水合物;第二,祁连山冻土区天然气水合物产出于已固结的侏罗纪泥质岩石裂隙中;第三,祁连山冻土区天然气水合物组成非常复杂,除甲烷外还含有较多的乙烷、丙烷、丁烷等组分;第四,祁连山冻土区天然气水合物在平面横向上相隔几百米处或出现或消失,在剖面纵向上产出非常不连续,多为零星且断续分布,单层比较薄,常呈薄片状分布在泥岩、油页岩、粉砂岩裂隙中;第五,祁连山冻土区天然气水合物产出在煤系地层中,常与各种油气显示现象相伴。那么,它们是怎样形成的呢?

简单地说,我国冻土天然气水合物的形成过程包含三个阶段。

首先,需要有一定量的烃类气体做物质基础。在地质历史中,沉积物经搬运、沉降和堆积不断压实成岩,一些有机质颗粒也随着沉积物一起分散保存在岩石中。在沉积物经压实成岩过程中,温度逐渐升高,这会导致其中所包含的部分有机质发生分解形成烃类物质,甚至会产生一些烃类气体。根据对现今祁连山冻土区中钻孔岩芯的分析,只有下部或深部的岩石中能够产生较多的烃类气体,以供后来形成的天然气水合物所需。

接着,当这些烃类气体产生之后,它们会发生变动,特别是容易沿着高压力区至低压力区方向移动。由于祁连山冻土区的特殊构造运动环境,下部或深部的岩石中产生较多烃类气体以后,它们就沿着断层向上方运移,其中这些具有挤压作用性质的断层或破碎带在中上部连同颗粒细小而完整的岩石一起可将这些运移而来的烃类气体封堵住,使它们暂时聚集起来。

最后,要使得这些暂时聚焦的烃类气体最终转化成天然气水合物还得有较低的温度条件。这些先前聚集的烃类气体在聚焦过程中在浅部还可以加入微生物作用后形成的烃类气体或与煤层有关的烃类气体。当这些混合气体遇到冰冻作用后,部分混合气体所处的位置正好符合天然气水合物的形成条件,则使得气体与水结合形成天然气水合物。部分混合气体所处的位置不能满足天然气水合物所需的高压低温区间条件,它们仍处于游离气状态。由于这部分烃类气体埋藏深度太浅,它们不可避免地不断向上渗漏,甚至以分散的游离气体形式存在于更浅的地层中。如果这些埋藏深度太浅的烃类气体在浅部微生物作用下不断改造,并得到保存,便可形成异常高压浅层气层。□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)D12

编辑:宫莉

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