中国冻土区天然气水合物的找矿选区及其资源潜力_祝有海

基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(编号:2009CB219501)、中国地质调查局地质调查项目“青藏高原冻土带天然气水合物调查评价”。

作者简介:祝有海,1963年生,研究员;主要从事天然气水合物和海洋地质研究工作。地址:(100037)北京市西城区百万庄大街26号。电话:(010)68999032。E -mail :zyh @mx .cei .go v .cn

中国冻土区天然气水合物的找矿选区及其资源潜力

祝有海　赵省民　卢振权

中国地质科学院矿产资源研究所

祝有海等.中国冻土区天然气水合物的找矿选区及其资源潜力.天然气工业,2011,31(1):13-19.

摘　要　中国是世界第三冻土大国,多年冻土面积达2.15×106km 2(主要分布于青藏高原和东北大兴安岭地区),蕴含丰富的天然气水合物资源。前人对中国冻土区天然气水合物的研究多局限在青藏高原,且在找矿预测特别是找矿选区方面的研究较少。为此,对中国冻土区天然气水合物成矿条件及找矿选区进行了深入讨论,并初步评价其资源潜力。根据形成天然气水合物的气源条件、温压条件,结合目前所发现的异常标志,认为中国冻土区具备良好的天然气水合物形成条件和找矿前景,羌塘盆地是形成条件和找矿前景最好的地区,其次是祁连山地区、风火山—乌丽地区和漠河盆地,接下来还有青藏高原的昆仑山垭口盆地、唐古拉山—土门地区、喀喇昆仑地区、西昆仑—可可西里盆地以及东北的根河盆地、拉布达林盆地、海拉尔盆地和新疆北部的阿尔泰地区等。采用体积法和蒙特卡罗法初步估算出中国冻土区天然气水合物资源量约为38×1012m 3,相当于380×108t 油当量,与中国常规天然气资源量基本相当,显示出巨大的资源潜力。

关键词　中国　天然气水合物　冻土区　资源评价　成矿条件　找矿选区　资源量　羌塘盆地 DOI :10.3787/j .issn .1000-0976.2011.01.003

天然气水合物广泛分布于海底沉积物和陆上永久

冻土区中,其全球潜在资源量相当于(1.8～2.1)×1016m 3的甲烷气,是已知煤、石油和天然气等化石燃料资源量总和的2倍

[1-3]

。中国非常重视天然气水合

物的调查研究,分别在南海神狐海区和青海祁连山冻

土区成功钻获天然气水合物实物样品,显示出良好的找矿前景[4-7]。

迄今为止,国外冻土区内共发现天然气水合物产地9处,主要分布于俄罗斯、美国和加拿大等国的环北冰洋冻土区,包括美国阿拉斯加北部斜坡的Brudhoe 湾-Kuparuk 河地区,加拿大Mackenzie 三角洲和S verdrup 盆地,俄罗斯的西西伯利亚盆地、Lena -Tun -g uska 地区、Timan -Pecho ra 盆地、东北西伯利亚及Kam chatka 地区,挪威的Svalbard 半岛、格陵兰等[8-9]

。中国是世界第三冻土大国,多年冻土面积达2.15×106km 2,主要分布于青藏高原和东北大兴安岭

地区,占国土面积的22.3%[10]。自20世纪90年代末开始,就有少部分学者开始关注中国冻土区特别是青

藏高原冻土区是否存在天然气水合物,并开展形成条件和分布预测等方面的调查研究,结果显示青藏高原特别是羌塘盆地基本具备天然气水合物的形成条件,并提出了各自的分布预测[11-20]

,但这些调查研究多集中在形成条件方面,且多局限在青藏高原,在找矿预测特别是找矿选区方面更是语焉不详。本文主要依托中国地质调查局的“中国陆域永久冻土带天然气水合物资源远景调查(2004—2007)”项目成果,结合近年来的调查研究进展,对中国冻土区天然气水合物成矿条件及找矿选区进行深入讨论,并初步评价了其资源潜力,以供有关决策部门参考。

1　成矿条件分析

天然气水合物形成于低温高压环境下,并需要有

接近于饱和的气源条件和充足的水源条件,同时气体组成及其孔隙水盐度也将影响到水合物能否形成并保

·

13·第31卷第1期 本　期　视　点

持稳定。由于中国冻土区的水源条件比较丰富,故制约水合物能否形成的关键因素是气源条件和温压条件,这里先就温压条件进行深入分析。

中国冻土区主要分布于东北大兴安岭地区和青藏高原,并零星分布在一些高山上(图1)。东北冻土区位于环北极冻土区的南缘,主要分布于东北大兴安岭46°30′N ～53°30′N ,面积38.2×104

km 3

,占中国冻土区总面积的17.8%。东北冻土属纬度冻土,随着纬度降低,年平均气温升高,永久冻土的发育程度降低,连续性变差,冻土层厚度减薄,含冰量减少,由大片连续冻土逐渐演变为岛状冻土和稀疏岛状冻土。青藏高原是中国最大的冻土区,南北跨越12个纬度,东西横亘近30个经度,面积150×104km 3,占中国冻土总面积的69%。青藏高原冻土是典型的高山冻土(中低纬度冻土),纬度和海拔是冻土的主要控制因素。青南藏北高原特别是羌塘盆地是多年冻土最发育的地区,基本呈连续分布或大片分布,由此向周边地区,随着海拔降低,年平均地表地温逐渐升高,由连续冻土或大片冻土逐渐过渡为岛状冻土。祁连山冻土区地处青藏高原北缘,总体上也属于高原冻土,年平均地表地温为-1.5～-2.4℃,冻土层厚度为50～139m 。木里地区是祁连山冻土区的核心,除局部地段外,多年冻土连续分布,其年平均地表地温最低(-2.4℃),实测冻土层厚度60～95m ,并常见厚层地下冰[10]

。

图1　中国冻土区天然气水合物找矿远景区预测图

(冻土分布范围据本文参考文献[10])

与环北冰洋冻土区(高纬度冻土区)相比,中国冻土区的年平均地表地温相对较高,冻土层相对较薄,如青藏公路沿线实测的最大冻土层厚度仅为128m

[10]

,

而高纬度冻土区的冻土层厚度一般都介于400～500m

,这也导致部分人员怀疑中国冻土区能否形成天然

气水合物的主要疑虑。事实上,影响冻土区天然气水

合物能否形成及其水合物稳定带厚度的主要因素包括年平均地温、冻土层厚度、冻土层内地温梯度、冻土层下地温梯度和气体组分、水体盐度等,我们根据上述参数,利用Sloan 的CSM H YD 软件对中国冻土区天然气水合物的温压条件进行了计算,图2即为根据祁连山木里地区实际参数进行计算的一个实际例子,具体的计算方法和计算过程请参见本文参考文献[17]。笔者利用同样的方法对青藏高原的羌塘盆地、昆仑山垭口盆地、风火山—乌丽地区、唐古拉山—土门地区、伦坡拉盆地以及东北漠河盆地等地开展了温压条件计算,结果显示青藏高原和漠河盆地基本具备形成天然气水合物的温压条件。

图2　祁连山木里地区天然气水合物的温压条件

A 点—年平均地表地温;

B 点—冻土层底界;

C 点—水合物稳定带顶界;

D 点—水合物稳定带底界;AB 线—冻土层内地温梯度;BD 线—冻土层下地温梯度

进一步地,笔者分别利用祁连山木里地区33号钻孔冷泉气(CH 4:96.6%,C 2H 6:3.3%,C 3H 8:0.1%,均为摩尔分数,下同)、风火山—乌丽地区顶空气平均值(CH 4:93.8%,C 2H 6:6.2%)和羌塘盆地双湖地区顶

空气平均值(CH 4:63.3%,C 2H 6:24.3%,C 3H 8:8.9%,nC 4H 10:3.5%)等实测气体组分,结合青藏高原的其他参数,对青藏高原天然气水合物的稳定带及其厚度进行了计算,结果显示青藏高原具备较好的天然气水合物形成条件,即使要求最为苛刻的纯甲烷水合物也能在局部地区形成(图3),且随着重烃组分的逐渐增加,能形成水合物的地区范围逐渐增大,水合物稳定带厚度也逐渐增厚。

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14· 天　然　气　工　业 2011年1月