祁连山冻土区天然气水合物气源成因研究

As a new type of gas hydrate, permafrost gas hydrate in the Qilian Mountain is characterized by location in middle latitude, thin thickness, shallow buried depth, good coal seam development, high heavy hydrocarbon contents, and accommodating multi-sets of mature and over mature hydrocarbon source rocks. Controversy, however, always exists in the main sources of the gas hydrate: where it comes from, oil or coal? To make clear the natures of these two genetic types and their contribution rates to the formation of the gas hydrate, the present study, laid on researches on the regional geotectonic setting, plans to use cores and cuttings and gas samples from the hydrate drills, rock outcrops in the adjacent area to probe into geochemical properties of source rocks at different horizons and of different lithologic characters and also into compositions and individual-hydrocarbon carbon and oxygen isotopes of light hydrocarbons in them, to establish criteria for discriminating hydrate sources in the permafrost area on the basis of experimental results from simulating gas-generating potentials of different hydrocarbon source rocks such as coal, mudstone and oil shale, and then to determine mixture ratios of these different sources and their contribution rates. It is sure our study will be of great theoretical significance to find out genetic types and formation mechanisms of gas hydrates in the low- and middle-latitude permafrost zones and also of important practical value for development and utilization of the gas hydrates.

祁连山冻土区的天然气水合物是一种新型的天然气水合物，主要表现在：水合物矿点所在的冻土区为中纬度、冻土带厚度薄、水合物埋藏浅、煤层发育、水合物重烃含量高、存在多套成熟-过成熟烃源岩。因此，该区水合物的主力气源主要有油型气与煤型气之争，但谁是主力气源目前仍众说纷纭。为了厘定这两类不同成因的气源及其在水合物中的贡献率，本研究拟在该区地质构造、水合物稳定域等背景研究的基础上，以水合物钻井岩心、水合物气体样品(或含水合物沉积物顶空气样品)以及邻区露头岩心为研究对象，开展不同层位和不同岩性的气源岩地球化学特征、水合物轻烃组成及其单体烃碳、氢同位素研究，结合不同类型气源岩(煤、泥岩、油页岩等)生气潜力模拟实验，建立该区水合物气源成因的判别标志，确定不同成因气源的混合比例及其贡献率。本项研究对查明中低纬度冻土区水合物的气源成因及其形成机理具有重要的理论意义，在开发利用中也具有重要的实用价值。

本项目以祁连山木里地区水合物钻井岩心、水合物气体样品（或含水合物沉积物顶空气样品）以及邻区露头样品为研究对象，在对采集的岩心样品进行烃源岩评价的基础上，系统研究了不同层位不同岩性烃源岩的分子地球化学特征和天然气水合物中C5-C7轻烃的组成及其地球化学特征，取得了以下研究成果：1）通过对祁连山木里地区侏罗系、三叠系、石炭系三个层位泥岩和煤样有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度的研究，系统评价了研究区泥岩和煤样的生烃潜力，其中，出露地表的侏罗系和石炭系为中等到好烃源岩，而钻井揭示的三叠系和侏罗系分别为中等到好以及好到优质烃源岩。2）分子地球化学特征揭示了研究区烃源岩具有低等水生生物和陆源生物的双重输入，其中煤样以陆源生物的贡献为主，且从石炭系到侏罗系陆源生物的贡献增加。沉积环境地球化学指标还揭示了研究区烃源岩从石炭纪到侏罗纪，煤样沉积环境的还原性逐渐减弱，氧化性逐渐增强。3）根据研究区天然气水合物富含重烃的特点，建立了天然气水合物C5-C7鉴定及分析技术，并在样品中检测到轻烃C5-C7共27个单体化合物，并提出了甲基环己烷指数是适合于研究区天然气水合物成因类型划分的良好指标。4）通过对研究区泥岩和煤样生烃潜力综合评价及天然气水合物混合比例计算，认为混合气样中油型气与煤型气的比例介于8.43：1至1：9之间，且油型气/煤型气混合比值以小于1为主，说明研究区混合气在一定程度上以煤型气为主。结合烃源岩以及天然气地球化学特征，厘定了侏罗系和三叠系烃源岩为该区天然气水合物的主要气源岩，且煤型气为侏罗系或三叠系煤样的产物，油型气为侏罗系或三叠系泥岩的产物。这些研究成果不仅在祁连山木里地区天然气水合物研究和气源对比中得到了应用，而且在其他地区天然气水合物勘探中具有重要的理论依据。