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天然气水合物与油气成藏的相关性研究

更新时间:2016-07-05

0 引言

自天然气水合物被发现以来,许多学者就天然气水合物的形成机理、勘探和开发理论与技术展开了研究[1-4].随着研究程度的提高,天然气水合物与油气藏之间的相关性逐渐被一些学者所认识[5-7].由于实际的油气勘探工作中对天然气水合物关注较少,需要较为系统地分析天然气水合物的形成机理、识别标志及其与油气成藏的关系,才能更好地拓宽油气勘探思路和方法.

为了进一步提高柴油清洗效果,在柴油闭路循环后加入超级清洗剂。系统闭路升温,通过加入油溶性清洗剂,改变油垢的溶解性能,使之溶解于柴油中[4]。超级清洗取得了较好的效果,主要表现在以下几个方面:

风尘惨面,蓬尘瑛天,精神暴乱,忽至山川。水泉无底,岸涧无边。登山入谷,绕涧寻源,龙虵塞路,拔剑盪前……[3]837

1 天然气水合物的形成条件与分布

天然气水合物是由天然气与水分子在高压(通常大于10 MPa)和低温(通常为0~10℃)条件下合成的一种笼形冰状固态结晶物质,气体成分以甲烷为主.在标准温压条件下,1 m3天然气水合物分解可产生164 m3天然气和0.8 m3水,因此天然气水合物中能够赋存大量的天然气资源.

天然气水合物的形成和稳定存在须满足较为严格的条件,主要是温度、压力和充足的气源[8-10].温度和压力条件能够互补,随着地层压力的增加,天然气水合物稳定存在的温度上限也逐渐增加.

海底地层中的温度和压力在地质历史时期中并非常量,而是与构造活动、沉积速率、海平面变化、海水温度变化等因素密切相关.当发生构造抬升或沉降、海平面升降或者地热条件改变时,地层温压条件会发生变化,并导致天然气水合物稳定带的上移或下移,原地层中赋存的天然气水合物将发生分解并释放大量的天然气(图 1).

在古天然气水合物形成过程中,由于地层流体结冰膨胀,在一定程度上破坏了地层结构,同时减弱了压实作用对储层的影响.因后期温压条件改变,古天然气水合物分解后,大量气体排出,孔隙流体体积变小,地层在上覆岩层的压力下发生破碎或揉皱,从而形成非搬运成因的局部杂乱堆积(MTC)[20,22].

除以上3个条件之外,天然气水合物的形成和稳定存在还与地层水盐度、气体成分等因素有关.

对教师进行了问卷调查,并进行整理、分析,得出结论。教师团队目前学历分布情况是:研究生约占3%、本科约占70%、专科约占26.7%。教师队伍有扎实的知识积累,乐于学习、乐于思考、有干劲和热情,但对教育理论向教学实践方面的转化还有些滞后,部分教师的教学方法和策略还有待提高。

2 天然气水合物发育带的识别

2.1 现今天然气水合物发育带

With the effective mass approximation, the time-independent one-dimensional Schrödinger equation of an electron in MQWs in the z direction can be written as

HE染色结果(图7,表2)显示,正常对照组肾组织中,肾小球及周围肾小管结构正常且清晰,细胞外基质均匀,无病变现象。与正常对照组相比,GM模型组小鼠肾小管管腔出血,肾小管空泡变性,上皮细胞脱落和变性坏死,肾小球皱缩,肾小管坏死程度等级显著升高(P<0.05)。与GM模型组相比,SVPr给药组小鼠肾组织病理变化均有不同程度的改善,Ridit分析显示,SVPr 200 mg·kg-1组和阳性药组小鼠肾小管坏死程度等级显著降低(P<0.05),但均未恢复至正常水平。

目前,天然气水合物发育带最有效的地球物理识别标志是似海底反射,即BSR反射.

天然气水合物的分布非常广泛,主要发育于高纬度永久冻土带、主动和被动大陆边缘的加积楔顶端、陆坡盆地、弧前盆地、陆坡海山,乃至内陆海或湖区,尤其以主动陆缘俯冲带增生楔和被动陆缘的陆隆台地断褶区最为发育[9,14].

因此,BSR反射通常表现为强振幅、负极性(相对于海底的正极性)、平行于海底及与沉积构造相交等特征[15-16](图 2).

除此之外,现今天然气水合物的识别还可依据地

图1 构造抬升或海平面下降对天然气水合物分布的影响 Fig.1 Effect of tectonic uplift or sea level fall on the distribution of NGH

图2 某地区海上地震剖面BSR反射 Fig.2 BSR of seismic section in an offshore area

球化学异常等特征,包括海底沉积物孔隙水中阴离子和同位素地球化学异常、标型矿物、海底底层水中甲烷异常等参数[17].常规测井方法、成像测井和核磁测井在识别天然气水合物储层方面也具有一定的应用前景[18].但以上方法均需要取样甚至钻井,且难以在平面上确定天然气水合物发育的规模,因此普及程度和性价比远不如BSR反射识别天然气水合物.

2.2 古天然气水合物发育带

古天然气水合物发育带是指在地质历史时期发育天然气水合物,后期由于温压条件改变天然气水合物发生分解的区带.相对于现今天然气水合物发育带,古天然气水合物发育带的识别更加困难.古天然气水合物发育带的识别标志主要包括以下几类.

(3)大型圆形凹陷和巨大规模的海底滑坡

白灼菜口味鲜咸微辣,白灼汁不能太多(盘子深度的 1/5),浇油要热要少,菜品要整齐美观。上汤菜口味要清鲜、汤汁乳白,原料要2/3浸入汤中,不能出现浮油现象。

大量研究发现,古天然气水合物分解释放的大量甲烷气体通过细菌和硫酸盐热还原反应等作用参与到碳循环过程中,并在地层中形成典型的自生碳酸盐岩矿物[19-20].这些自生碳酸盐岩矿物是流体中的甲烷经过微生物作用转变为二氧化碳,后经过化学和生物化学沉积作用形成,其物质来源、形成环境、形成作用等方面与正常海水来源的碳酸盐岩矿物不同,以镁方解石、白云石和文石为主,表现出δ13C较低(一般介于-70‰ ~ -30‰ PDB),δ18O 较高(主要介于+2.5‰ ~+6.5‰ PDB)的特征[20-21].

天然气水合物在随地层埋藏的过程中,其发育带底部因温度升高导致天然气水合物的分解.同时由于天然气水合物发育带具有较好的封闭性,能够封盖一定规模的天然气.因此,天然气水合物发育带之下经常形成一个富含游离气的区带,称为游离气发育带.天然气水合物发育带因地层流体结冰,具有较高的层速度;而游离气发育带由于富含游离气,其层速度明显较低.由于层速度的显著差异,天然气水合物发育带的底部在地震剖面上表现为一个负反射系数界面.

(2)非搬运成因的局部沉积破坏或杂乱堆积

根据前人研究,形成天然气水合物的天然气主要有两种来源:第一种是地层中有机质通过微生物生气作用形成的生物气;第二种是下伏地层的气藏泄漏、油藏裂解形成的天然气[11-13].前者属于自源成藏,后者属于外源成藏.

(1)特殊自生碳酸盐岩矿物

古天然气水合物的大规模分解,导致地层强度的急剧下降,并发生塌陷,形成大型的圆形凹陷[23-24].在具有一定构造倾角的背景下,大规模古天然气水合物分解所导致的地层垮塌会引发巨大规模的海底滑坡[25].因此,大型圆形凹陷和巨大规模的海底滑坡的发育带极有可能是古天然气水合物的发育带.

3 天然气水合物与油气成藏的相关性

3.1 天然气水合物与下伏地层中常规油气藏的相关性

外源成藏的天然气水合物发育带通常与深部的大型油气藏有关.深部气藏的渗漏或油藏的裂解所形成的大量天然气通过断层等疏导体系运移至上覆地层,在适宜的温压条件下形成天然气水合物.此类天然气水合物中甲烷的碳同位素特征通常反映出热成因气混入的特征(δ13C较高),显示天然气水合物与下伏地层中油气藏在气源供给上的成因联系和分布上的共生组合关系,珠江口盆地白云凹陷深水区为典型实例[26](图3).在阿拉斯加北部斜坡普拉德霍湾和库帕勒克河油气及天然气水合物富集区,也已证实发育深部原生油气藏、浅层次生油气藏及超浅层天然气水合物的共生组合关系[27-28].

3.2 古天然气水合物与页岩气成藏的相关性

在适宜的温压条件下(通常大于10 MPa,低于0~10℃[14]),泥页岩在埋藏过程中产生的天然气在孔隙中能够形成天然气水合物而保存下来.天然气水合物的形成有效降低了压实作用对岩层和流体的影响,同时保存大量的天然气.随着埋深的增加,天然气水合物分解并释放天然气,为页岩气的成藏提供了气源.Soeder(1988)在研究中认为,泥页岩中形成的古天然气水合物与低有机质丰度页岩中页岩气的成藏具有成因上的联系,并提出了包括自生碳酸盐岩矿物、泥页岩中水平分布的孔隙及孔洞发育带和局部杂乱堆积等证据[29].古天然气水合物的形成有效地保存了泥页岩埋藏过程中生成的天然气,从而降低了页岩气成藏对有机质丰度的要求.因此,一些有机质丰度较低的泥页岩的页岩气产量很高,甚至高于某些有机质丰度较高的泥页岩.

图3 珠江口盆地白云深水区深部油气与浅层气及天然气水合物共生叠置关系模式图(据何家雄等,2010,有修改) Fig.3 Superimposition pattern of deep,shallow gas reservoirs and NGH in Baiyun deep-water area of Pearl River Mouth Basin(Modified from HE Jia-xiong,2010)

1—断层(fault);2—地震反射层(seismic reflector);3—天然气运移方向(migration direction of gas)

3.3 古天然气水合物与上覆地层中浅层气成藏的相关性

古天然气水合物在地质历史时期保存了大量的天然气.随着地层埋深的增加,所处的温压条件不满足天然气水合物的保存,从而导致水合物的分解,并释放大量的天然气.天然气通过断层或其他疏导体系向上运移,极有可能在合适的圈闭中聚集成藏[30].因此,对古天然气水合物的识别可以在一定程度上支持上覆地层中浅层气藏的存在.Das等学者(2008)在印度东海岸深水盆地研究中发现,古天然气水合物分解导致地层垮塌形成的杂乱堆积(MTC),其上覆地层中也发现了天然气藏(图4).同时,在西非海域地区同样发现了杂乱堆积(MTC)之上的明显亮点显示,结合盆地石油地质情况,推测可能含气(图5).

在以上分析的基础上,研究总结出现今及地质历史时期的天然气水合物与油气成藏间的成因联系,如图6所示.

4 结论

图4 印度东海岸深水气藏与MTC关系图(据 Das et al.,2008) Fig.4 Correlation between deep gas reservoir and MTC in the east coast of India(From Das et al.,2008)

图5 西非海域亮点显示与MTC关系图 Fig.5 Correlation between bright spot shows and MTC in the offshore area of West Africa

(1)天然气水合物是形成于高压低温条件下的气水化合物,广泛分布于主动陆缘俯冲带增生楔和被动陆缘的陆隆台地断褶区等环境,地层温压条件的改变会导致天然气水合物的分解并释放大量天然气.

(2)似海底反射是识别现今天然气水合物发育带的重要标志;特殊自生碳酸盐岩矿物、非搬运成因的局部沉积破坏或杂乱堆积及大型圆形凹陷和巨大规模的海底滑坡为古天然气水合物发育带的识别标志.

例2.稳是大局,要着力稳增长、保就业、防风险,守住金融安全、民生保障、环境保护等方面的底线,确保经济社会大局稳定。

(3)天然气水合物与油气藏具有共生组合关系,表现为3种形式:深部气藏渗漏或油藏裂解为浅层外源成藏天然气水合物提供气源;古天然气水合物的形成有利于页岩气的成藏;古天然气水合物分解为浅层气藏提供气源.

图6 天然气水合物与天然气成藏的相关性模式图 Fig.6 Correlation pattern of NGH and reservoirs

1—深层油气层 (deep reservoir);2—天然气运移方向(migration direction of gas);3—断层(fault);4—浅层次生气藏(shallow secondary reservoir);5—古水合物底界(paleo-BSR);6—页岩气(shale gas);7—游离气(free gas);8—现今水合物底界(present BSR);9—现今水合物稳定带(present hydrate stability zone)

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《地质与资源》 2018年第02期
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