陸域凍土區天然氣水合物的勘探技術方法研究

引言

　　能源作為我國國民經濟建設的物質基礎，對維持經濟發展以及國家安全有著重要保障。我國的油氣資源尤為緊張，因此，尋找一種新型的可替代常規油氣的能源是我國一項迫在眉睫的任務。天然氣水合物是世界公認的具有極大潛力的清潔高效能源，引起了世界各國的高度重視，學術界對其研究熱度在不斷提升。全球有大于27%的陸域和約90%的海域存在有天然氣水合物，儲量約為2×1016m3，全世界在陸域永凍層發現的天然氣水合物至少有38處[1-4]。我國陸域凍土層的天然氣水合物主要分布在青藏高原、大小興安嶺、西部高原地區，分布面積約為215×104km2，占我國國土面積的22.4%，資源量約為350×108噸油當量[5]。天然氣水合物是一種潛在的清潔能源，隨著世界氣候的轉暖很可能導致多年凍土的退化，也有可能造成甲烷氣水合物分解并釋放，對全球氣候變暖有著重要的影響。因此，對多年凍土區天然氣水合物的調查與評價具有極為重要的能源與環境意義。然而，當前缺乏對陸域凍土帶天然氣水合物十分有效的勘查技術方法。因此，本文對陸域天然氣水合物的不同探測技術方法進行了綜合論述，為天然氣水和物的勘探提供了參考依據。

　　1 中國凍土帶天然氣水合物的分布情況

　　我國凍土區面積約占全球永久凍土面積的10%，面積約 215×104km2，位居全球第三，僅次于俄羅斯和加拿大，占我國國土總面積的22.4%[6]。主要分布于我國永久凍土區的天然氣水合物主要在青藏高原、西部高原和東北大小興安嶺地區。青藏高原及西部地區主要在祁連山木里盆地、昆侖山埡口上新世-中更新世斷陷盆地、哈拉湖地區、西藏的羌塘盆地。東北大小興安嶺的陸域可燃冰主要分布在漠河盆地、根河盆地、大楊樹盆地、孫吳-嘉蔭盆地、拉布達林盆地、海拉爾盆地[7-8]。我國青藏高原區域天然氣水合物的儲量約為12.5×1012m3，占我國永久凍土面積的60%～70%，約占世界永久凍土面積的 7%;東北凍土區的儲量約為2.8×1012m3。

　　2 陸域天然氣水合物的勘探方法

　　2.1 高精度地震勘探技術

　　在天然氣水合物勘探中，地震勘探是一種最有效的方法。在我國陸域凍土區由于地質條件復雜、氣候惡劣，對水合物的勘探很難形成一套有效的技術方法。通過在木里、哈拉湖、羌塘盆地、漠河等地開展的天然氣水合物地震勘探，形成了可控震源激發、小道間距、小炮距、高覆蓋觀測系統、多道接收的野外地震數據采集方法和高分辨率的地震數據處理技術，在陸域凍土區獲取得了高質量的地震資料[9]。

　　2.2 地球物理測井技術

　　地球物理測井的測井資料在油、氣田測井中主要用于劃分油、氣、水層;確定儲集層的孔隙度、滲透率、含油飽和度等重要參數，為油、氣的勘探開發提供可靠依據;在天然氣水合物勘探中地球物理測井技術也是其重要的勘探方法，對天然氣水合物儲層的識別、參數評價等非常有效。利用地球物理測井技術主要參數，包括自然伽馬、縱波速度、密度、視電阻率等對木里地區水合物儲層巖性進行了分析，研究了木里地區天然氣水合物綜合地球物理測井響應特征。從而發現了木里地區天然氣水合物儲層表現出了“低密度、高視電阻率、低自然伽馬、高縱波速度”的特征。在圍巖復雜的情況下，利用視電阻率、密度、自然伽馬、波速可較為準確的識別天然氣水和物儲層，從而為陸域凍土區水合物的探測提供技術方法[10]。

　　2.3 地球化學勘查技術

　　地球化學勘查技術在天然氣水合物的勘探中越來越受到關注。中國地質科學院孫忠軍等[11]對祁連山陸域凍土帶木里地區可燃冰進行了地球化學勘查試驗，主要包括微生物法、化探測井、酸解烴法、熱釋汞法、微量元素法等常規油氣勘探的地球化學方法。通過試驗發現木里地區夏季微生物活動強烈，因此冬季是開展水合物采樣的最佳季節 。而酸解烴與熱釋烴比值方法不受天然氣藏的影響，可直接進行探測。唐瑞玲等對木里地區土壤I 和 Cl 的地球化學勘查，通過分析研究揭示出了土壤 I、Cl 和 I/Cl 的天然氣水合物異常模式及影響因素，得出了鹵族元素I和Cl可作為陸域永久凍土區天然氣水合物的探途元素。

　　2.4 遙感探測技術

　　利用遙感探測的技術方法能為凍土區天然氣水合物的快速探測提供技術方法。采用MODIS和ASTER數據，對天然氣水合物的成藏模式與儲存條件進行分析，結合巖石礦物的光譜特征以及ASTER數據的特點，基于可見—熱紅外光譜協同研究出了蝕變共生效應信息分析方法。在利用ASTER數據識別天然氣水合物的相關礦物類分布信息時增強了部分巖類信息，同時并分析了可能存在的巖石信息。利用MODIS數據可圈定永久凍土帶，劃分出凍土類型，反演出凍土層厚度，提供較為重要的溫壓信息。遙感可遠距離、大范圍且快速的獲取與水合物成藏相關的信息，是一種值得我們進一步探索的陸域凍土區天然氣水合物勘察技術 。 　　2.5 音頻大地電磁探測技術

　　音頻大地電磁測深（AMT）可以探測從幾米到1000 m以上深度地質體的電性分布特征，而陸域永久凍土層和天然氣水合物以及圍巖存在著明顯的電性差異。天然氣水合物具有“排鹽效應”，可導致純天然氣水合物具有較高的電阻率，當天然氣水合物在儲層內占據了一定孔隙時，儲層表現出高電阻率的特征;同時，凍土層較非凍土層也表現出了高電阻率的特征。因此，高電阻率的特征是電磁法探測天然氣水合物和凍土的物理前提。

　　2.6 超深探地雷達技術

　　在對天然氣水合物進行物性研究時人們發現探地雷達可探測天然氣水合物儲層的基本物理性質，但由于天然氣水合物的成藏條件和探地雷達技術本身應用的局限性，超深探地雷達技術一直沒有在陸域天然氣水合物探測中得到應用。超深探地雷達技術的首次應用是低頻探地雷達系統在陸域永久凍土區實現的探測深度在200m以上，在天然氣水合物儲層發現了明顯的雷達波反射信號，其“高頻、強振幅”的反射特征可作為天然氣水合物儲層的識別標志。將探地雷達技術應用在我國青藏高原永久凍土區天然氣水合物儲層的勘探，是超深探地雷達應用的一次擴展，也是我國天然氣水合物勘探領域有效探測方法技術創新。

　　3 結語

　　陸域凍土區天然氣水合物雖然在勘查技術研究中取得了一定進展，但仍有一些關鍵性的問題有待完善解決。目前高精度地震勘探技術、地球物理測井技術、音頻大地電磁技術、地球化學勘察技術在天然氣水合物的勘探中應用較多，而遙感探測技術和超聲探地雷達技術的應用相對較少，其技術相對不成熟且應用具有一定的局限性。同時不同的勘查技術方法對陸域凍土區天然氣水合物的賦存狀態、形成過程沒有與地球物理、地球化學等參數間形成一定的響應認識關系，使得后續很難形成合理的依據。