祁连山冻土区天然气水合物成藏体系中“裂隙型”铁硫化物成因及其指示意义

祁连山冻土区发现天然气水合物，是世界上第一次在中低纬度冻土区发现天然气水合物。祁连山冻土区地处青藏高原北缘，与极地冻土区相比，具有复杂的地质条件和特殊的冻土演化历史，使得该区的天然气水合物成藏体系具有一定的复杂性和特殊性。本基金的主要目的就是以祁连山冻土区天然气水合物勘探试验井所钻获的岩心为研究材料，从天然气水合物次生变化造成铁硫化物生成演变的机理出发，对"裂隙型"铁硫化物开展系统的矿物标型特征研究，综合分析和推测铁硫化物形成的地质环境和物理化学条件，结合"裂隙型"铁硫化物与天然气水合物或异常标志层在岩心上的分布特征，探讨其对天然气水合物成藏体系的指示意义。本项目研究成果将会丰富陆域冻土区天然气水合物成藏体系中所伴生的矿物学特征研究，同时，还将为冻土区天然气水合物稳定带迁移变化过程的识别提供一种有效的矿物学研究方法。

祁连山冻土区地处青藏高原东北缘，是我国陆域天然气水合物成矿条件和找矿前景较好的地区之一。2008-2009年，我国在祁连山木里地区成功钻获天然气水合物实物样品，实现了我国陆域天然气水合物找矿的重大突破。本项目以祁连山冻土区水合物钻井岩心为研究材料，通过对“裂隙型”铁硫化物开展矿物学、地球化学特征研究，分析了铁硫化物形成的地质环境和物理化学条件，探讨了其对天然气水合物成藏体系的指示意义。所取得的主要进展和成果包括：（1）系统查明了“裂隙型”铁硫化物的矿物学和地球化学特征。“裂隙型”铁硫化物主要为一种后生的黄铁矿，以立方体形态为主，多沿岩石裂隙面呈台阶状定向排列，并伴生“圆形”构造，具有较高的δ34SCDT值、较低的Co/Ni值和Sr/Ba值，较低的REE含量、LREE较HREE相对富集和具有明显的Eu负异常。（2）建立了“裂隙型”铁硫化物与天然气水合物成藏体系间的成因联系，提出了“裂隙型”黄铁矿能有效指示天然气水合物稳定带迁移变化过程的观点，认为沿岩石裂隙面呈台阶状定向排列的立方体形态黄铁矿指示黄铁矿形成与具有自保护效应的天然气水合物在一个相对封闭的裂隙空间内持续缓慢分解所形成的一种接近平衡的黄铁矿晶体生长环境密切相关，其伴生的“圆形”构造是水合物分解后形成的“空腔”，其分布的顶底界记录了水合物稳定带曾存在的可能最大范围，进一步模拟计算推测冻土层厚度减薄10余米，佐证了气候变暖对冻土退化的影响。（3）从地球化学动力学角度出发，提出天然气水合物排盐效应和低温封盖性能，对于祁连山冻土区天然气水合物伴生的矿化（黄铁矿、三斜钡解石和铁白云石）和微量元素运移及富集具有重要的控制作用，可利用岩石微量元素浓度异常识别水合物藏的底界。（4）定量评价了含冰冻土层对浅层烃类气体的封盖性，结合浅层气体成因和水合物稳定带迁移变化特征，提出了气候变暖引起冻土区天然气水合物油气系统的演变模式，认为在气候变暖的背景下，受冻土结构影响，在祁连山冻土区存在一个由断裂体系相关联的深部烃类储层、中部天然气水合物储层和浅部天然气藏组成的油气系统。本项目研究成果提供了一种有效的自生矿物学找矿标志，为有效识别冻土区水合物迁移变化过程提供了一种可行的研究方法，同时为冻土区水合物储层稳定性评价提供了一种新的研究思路。依托本项目，共发表论文12篇，其中SCI（EI）收录6篇，中文核心4篇，会议论文2篇。