1、1.1 研究意義2008 年 11 月 5 日， 由中國地質科學院礦產資源研究所、勘探技術研究所和青海煤炭地質局 105 勘探隊施工的“祁連山凍土區天然氣水合物科學鉆探工程DK-1孔取得重大突破，成功鉆獲天然氣水合物實物樣品盧振權等，2010a，2021b；祝有海等，2021，2021。隨后2021-2021年在祁連山凍土區又先后完成DK2、DK3、DK4、DK5、DK6、DK7、DK8等七個鉆孔的施工，其中在DK2、DK3孔中發現天然氣水合物實物樣品，在DK4、DK5、DK6、DK7、DK8孔中見到天然氣水合物異常顯示。鉆探結果顯示，天然氣水合物及其異?，F象主要產出在凍土層下130400m之

2、間，其層位屬于中侏羅統江倉組祝有海等，2021，呈肉眼可見的白色冰狀薄層混有泥漿時為煙灰色出露在巖層的裂隙中，或呈肉眼難辨的微細浸染狀產在巖層的孔隙中盧振權等，2010a，2010c；祝有海等，2021，2021，前者得到室內激光拉曼光譜儀檢測結果的證實劉昌嶺等，2021，后者通過巖心中不斷冒出的氣泡、水珠和紅外測溫中的分散狀低溫異常證實存在這類水合物祝有海等，2021。盧振權等2010a運用體積法對鉆探區約 0.4 km2的范圍的天然氣水合物資源量進行了估算，認為總的資源量約為 94.2×104m3天然氣，鉆探區所在的木里地區天然氣水合物潛在天然氣資源量2710.922991.36

3、億m3，顯示出祁連山凍土區天然氣水合物具有很大的資源潛力。2021年7月-9月，由中國地質科學院礦產資源研究所、勘查技術研究所和吉林大學等單位在DK8孔中開展了降壓法和蒸汽熱采法開采天然氣水合物的驗證工作，取得較好效果，為下一步在該地區進行天然氣水合物的連續開采試驗，甚至是工業開采奠定了根底。雖然祁連山凍土區天然氣水合物的勘探取得了重大突破并獲得試開采試驗的初步成功，但鉆獲天然氣水合物的鉆井分布區域有限，鉆探及研究說明，天然氣水合物在垂向上分布不連續，且產出層段在不同鉆孔中橫向上難以比照盧振權等，2021b；祝有海等，2021；王平康等，2021，即祁連山凍土區天然氣水合物在儲層中的分布規律目

4、前還不清楚，那么是不是該區天然氣水合物儲層內在本質上的非均質性直接決定著天然氣水合物的不均勻分布呢？另一方面，鉆探及研究說明，祁連山凍土區天然氣水合物肉眼可見于不同巖層裂隙中，并得到室內激光拉曼光譜儀檢測結果的證實劉昌嶺等，2021，而不同砂巖孔隙中僅見到一些與天然氣水合物密切相關的異常，且很難在室內激光拉曼光譜儀中檢測到，那么除了裂隙外，天然氣水合物是不是還大量產出在不同巖層孔隙中呢，即孔隙結構與孔隙連通性的不同是不是直接影響到天然氣水合物在砂巖孔隙中的分布呢？這兩個問題已經成為制約該區天然氣水合物勘探和試開采開發方案制定的瓶頸之一，而這兩個問題的核心即與天然氣水合物儲層結構息息相關。個人收

5、集整理 勿做商業用途應當指出，儲層結構Reservoir Architecture包含兩個方面的涵義，第一，在宏觀上，儲層結構主要表現為儲層在垂向上的疊加樣式和橫向上的延伸范圍；第二，在微觀上，儲層結構主要表達在儲層儲集空間類型和孔喉結構上。而天然氣水合物儲層是借鑒了常規油氣中儲層的概念，但與常規油氣中的儲層又有所區別，天然氣水合物儲層主要指處于天然氣水合物穩定帶內可以容納天然氣水合物的所有相關地層及其空間。祁連山凍土區天然氣水合物儲層結構的研究不僅有助于探討該區天然氣水合物的空間賦存規律，而且有助于了解該區天然氣水合物的產出狀態及其控制因素，具有重要的科學意義；另一方面，該項研究可為進一步預

6、測天然氣水合物可能的分布區域及產出層位提供參考，具有重要的現實意義?；诖?，本項研究在前人和工程組過去研究根底上，借鑒油氣儲層研究的技術和方法，在天然氣水合物穩定帶范圍內，開展祁連山凍土區天然氣水合物儲層根底地質研究，分析天然氣水合物儲層宏觀上的空間分布特征，剖析天然氣水合物儲層微觀上的儲集空間類型和孔隙結構，建立研究區天然氣水合物儲層結構模式，為該區下一步天然氣水合物勘查和預測效勞。1.2 國內外研究現狀1天然氣水合物分布與資源概況天然氣水合物是由天然氣主要是甲烷和水組成的外形像冰的白色固體物質Makogon et al., 2007，由于它含有大量甲烷氣體可以直接燃燒，因而又俗稱為“可燃冰

7、龔建明，2007。天然氣水合物廣泛發育于海洋以及陸地永凍層之中Majorowicz and Hannigan et al., 2000; Collett, 2002; Makogon, 2021; Matsumoto, et al., 2021，是一種具有巨大潛力的新能源礦產劉玉山和吳必豪，2021。現在已發現的水合物大致沿麥索雅哈河-普拉德霍灣-馬更些三角洲-青藏高原和北冰洋-大西洋-太平洋-印度洋形成兩個水合物分布帶分布，在環西太平洋地區，俄羅斯-朝鮮-日本有較多發現，澳大利亞-新西蘭也有發現吳能友等，2021。據估計，全球天然氣水合物總含碳量為2.0×1016m3，這個數量相當

8、于迄今為止已探明的化石能源煤、石油、天然氣總含碳量的兩倍Makogon, 2021。另外，天然氣水合物分解也會對海底滑坡以及全球氣候變化造成一定影響，因此，天然氣水合物成為當前研究的熱點之一。文檔來自于網絡搜索多年凍土區是天然氣水合物的主要形成及分布環境之一，大陸天然氣水合物的資源量是相當巨大的，估計約為(17.4)×1014m3甲烷劉玉山和吳必豪，2021，并且凍土區水合物由于其交通便利、易開采成為水合物開采試驗的先行試驗區陳多福等，2005；祝有海等，2021，俄羅斯西伯利亞麥索雅哈天然氣水合物礦藏已經開始了工業性開采，加拿大馬更些三角洲地區和美國阿拉斯加地區也在進行凍土區天然氣

9、水合物的開采試驗吳青柏和程國棟，2021。目前大陸上已發現的天然氣水合物礦藏和礦點有20余處劉玉山和吳必豪，2021，主要分布于俄羅斯、美國和加拿大等國的環北極凍土區Yakushev, et al., 2005; 吳青柏和程國棟，2021；。而我國青藏高原多年凍土區也具有良好的天然氣水合物遠景，早在2005年就有專家預測遠景儲量為(0.12240)×1012m3陳多福等，2005。2祁連山凍土區主要調查研究進展在2000年前后，科學家開始關注廣袤的青藏高原多年凍土區的天然氣水合物工作，先后撰文并開展了初步的地質、地球物理和地球化學方面的調查研究徐學祖等，1999；吳青柏等，2006；

10、盧振權等，2007。與此同時，在祁連山凍土區也嘗試著開展一定程度的地質地球化學調查工作，結果顯示出一些異?，F象祝有海等，2006。2021和2021年，中國地質調查局在祁連山南緣多年凍土區實施天然氣水合物科學鉆探試驗，成功采集到天然氣水合物實物樣品祝有海等，2021；盧振權等，2021d。鉆探結果顯示，天然氣水合物及其異?，F象主要產出在凍土層下130400m之間，其層位屬于中侏羅統江倉組祝有海等，2021，呈肉眼可見的白色冰狀薄層混有泥漿時為煙灰色出露在巖層的裂隙中，或呈肉眼難辨的微細浸染狀產在巖層的孔隙中盧振權等，2010a，祝有海等，2021，前者得到室內激光拉曼光譜儀檢測結果的證實劉昌嶺

11、等，2021，后者通過巖心中不斷冒出的氣泡、水珠和紅外測溫中的分散狀低溫異常證實存在這類水合物祝有海等，2021。水合物儲集層巖性多以粉砂巖、油頁巖、泥巖和細砂巖為主，含少量中砂巖，鉆孔中天然氣水合物縱向分布不具有連續性，鉆孔間橫向分布規律不明顯王平康等，2021，含天然氣水合物巖心段在宏觀地球物理測井曲線上顯示明顯偏高的電阻率和聲波速度異常盧振權等，2021d。在鉆探資料分析的根底上，盧振權等2010c認為祁連山凍土區天然氣水合物的氣體以熱解成因為主，夾少量微生物成因醋酸根發酵，同時在鉆探區約 40×104m2的范圍內，計算得到天然氣水合物總的資源量約為94.2×104m

12、3天然氣盧振權等，2021d。文檔來自于網絡搜索2021年7月-9月，由中國地質科學院礦產資源研究所、勘查技術研究所和吉林大學等單位在DK8孔中開展了天然氣水合物的試開采工作，試驗中孔口壓力0.13MPa，孔底壓力0.51MPa，出氣溫度8.7，流量10.71m3/h，持續試驗時間50多個小時，試開采驗證工作取得初步成功。到目前為止，還沒有在祁連山凍土區開展有關天然氣水合物儲層方面的專門研究，特別是還未見祁連山凍土區天然氣水合物儲層結構方面研究的報道。3天然氣水合物儲層研究狀況以往對天然氣水合物的研究主要集中在天然氣水合物的形成條件與分布預測吳時國等，2004；陳多福等，2005；吳青柏等，2

13、006；祝有海等，2006；曹代勇等，2021；趙省民等，2021、資源評價陳多福等，2004；盧振權等，2021b、地球化學與地球物理異常吳能友等，2007；盧振權，2007、氣體類型與成因黃霞等，2021；盧振權，2021c等方面，較少有研究涉及到天然氣水合物儲層結構方面。不過，從世界上已發現的天然氣水合物分布來看，科學家研究認為，沉積速率較高、沉積厚度較大、砂泥比適中的三角洲、扇三角洲以及各種重力流沉積的前緣是天然氣水合物發育較為有利的相帶于興河和張志杰，2005；吳時國等，2004。例如美國阿拉斯加北部陸坡普拉德霍灣庫帕勒克河天然氣水合物，均賦存于布魯克層序中的薩加拉沃克托夫Sagan

14、avirktov組三角洲點沙壩和分流河口壩砂巖中；墨西哥灣北部陸坡Walker脊東北的Terrebonne盆地天然氣水合物儲層為斜坡水道、斜坡扇Boswell, et al., 2021; Frey, et al., 2021。在巖性上，天然氣水合物既可以保存在砂巖中Safronov, et al, 2021，也可以保存在泥頁巖中盧振權等，2021a，2021c；祝有海等，2021；Lu, et al., 2021a；Frey, et al., 2021；Collett, et al, 2021b。在砂巖中，天然氣水合物主要保存在孔隙中盧振權等，2021a，2021c；祝有海等，2021；Lu

15、, et al., 2021b，也會保存在裂縫中Riedel, et al, 2021；Kim, 2021，而在泥頁巖中，天然氣水合物主要保存在裂縫中盧振權等，2021a，2021c；祝有海等，2021；Lu, et al., 2021b；Frey, et al., 2021。例如阿拉斯加北坡大多數水合物儲層為三角洲平原到大陸架沉積，水合物賦存于古新世-始新世粗粉砂巖到細砂巖儲層的孔隙中Winters, et al., 2021，而印度Krishnae-Godavari Basin中天然氣水合物產出于裂縫性泥巖控制的沉積體系中Riedel, et al, 2021。文檔收集自網絡，僅用于個人學

16、習天然氣水合物在沉積物中的存在形式，在宏觀上表現為4種形態王秀娟等，2021; Collett, et al., 2021a; Torres, et al., 2021；Kneafsey, et al, 2021：1粗粒沉積物的孔隙空間；2呈球狀分散在細粒沉積物中；3出露海底或充填在裂隙中4低含量的固態水合物。在儲層微觀特征上，可以分為接觸膠結模式、顆粒包裹模式、骨架顆粒支撐模式、孔隙填充模式、摻雜模式和結核及裂隙充填模式等6種儲層的微結構物理模型張衛東等，2021。儲層沉積物的粒度是影響天然氣水合物的形成和分布的一個重要因素王家生等，2007，相對而言，天然氣水合物更傾向于儲集在孔滲性都較好

17、粗粒的沉積物中蘇新等，2005a；王家生等，2007；Lu , et al., 2021a; Worthington, 2021。例如加拿大Mackenzie三角洲凍土帶中的天然氣水合物主要充填于砂/礫孔隙中，淤泥和粘土不含天然氣水合物或含量很低Majorowicz and Hannigan et al., 2000；IODP 311航次東北太平洋Cascadia大陸邊緣發現沉積物粒度分別為3163m和63125m的2組較粗粒徑的沉積物數量變化增多的位置與水合物出現層位之間存在較好的位置對應關系王家生等，2007；IODP 204航次在太平洋水合物海嶺8個站位BSR深度以上氣體水合物穩定帶的沉

18、積物粒度分析和比照研究說明氣體水合物主要富集在沉積組分較粗,相當于粉砂或者砂級質量分數較高的粒度層蘇新等，2005b。這種現象在實驗室也可以觀察的到Johnson, et al., 2021，這是因為天然氣水合物是由于毛細管作用和滲透作用在沉積物顆粒間的空隙中形成的，孔隙的減小，增加天然氣水合物形成時的相平衡壓力Malinverno , 2021，大的孔隙度比擬有利于大量水合物的形成，因此較粗的沉積物巖性由于孔隙度大對水合物的形成有利。同時，通過模擬實驗也發現裂隙更有利于氣體進入沉積物形成天然氣水合物Fauria and Rempel, 2021。個人收集整理 勿做商業用途雖然不少學者已經意識

19、到儲層對于天然氣水合物的形成具有十分重要的作用，認為砂巖的孔隙度、滲透率與連續性控制了天然氣水合物的分布，儲層的質量特別是滲透率是影響未來經濟地長久地從天然氣水合物中開采天然氣的重要因素McDonnell, et al., 2000; Srinivasan, et al., 2021，但是由于目前受到研究區鉆孔以及地震資料較少的限制，對于天然氣水合物儲層結構方面的研究相對較少，例如Cook等2021利用測井曲線數據研究了墨西哥灣天然氣水合物砂巖儲層的各向異性，Boswell等2021通過研究認為墨西哥灣北部深水天然氣水合物儲層沉積相為斜坡水道、斜坡扇，并且通過測錄井、地震資料研究了天然氣水合物

20、儲層的沉積環境和儲層空間分布等，為資源量評估和后續勘探奠定了根底。在國內，從公開發表的資料看，未見專門論述天然氣水合物儲層結構的文獻或著作。在天然氣水合物儲層的研究手段上，主要包含兩個方面，一是在宏觀上，常用的資料包括地震、測井，通過地震和測井數據的分析，可以獲取儲層的巖性、空間展布特征、飽和度與各向異性Tréhu, et al., 2004; 王秀娟等，2021；Boswell, et al., 2021; Cook, et al., 2021; Srinivasan, et al., 2021；二是在微觀上，利用一些精密的科學儀器和技術對天然氣水合物儲層巖石和天然氣水合物的微觀結

21、構進行研究，例如利用CT和X射線掃描掃描檢測巖心結構和非均質性Kneafsey, et al, 2021，利用低溫掃描電鏡FE-SEM研究天然氣水合物的產狀以及分解時的外表特征Bohrmann, et al., 2007; Klapp, et al., 2021。1.3 主要參考文獻Bohrmann G., Kuhs W.F., Klapp S.A., et al., 2007. Appearance and preservation of natural gas hydrate from Hydrate Ridge sampled during ODP Leg 204 drilling. M

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