羌塘盆地吐錯—烏蘭烏拉湖地區天然氣水合物水文地質特征及意義

劉君豪 顏澤

摘要：研究羌塘盆地吐錯—烏蘭烏拉湖地區天然氣水合物水文地質特征，輔助有利區預測。通過水化學特征、水中烴類氣體特征、水中氫氧同位素特征，總結研究區天然氣水合物水文地質特征，輔助研究成藏條件，優選有利區塊。結果表明：研究區地下水的礦化度以淡水為主，但仍然存在40%的咸水、鹽水等高礦化度水，結合水樣變質系數和脫硫系數的結果得出，研究區整體水動力條件較弱，且離地表較深的承壓水以還原為主，優選有利區，為下一步地球物理、地球化學勘探部署提供依據。

關鍵詞：天然氣水合物;水文地質特征;有利區預測;羌塘盆地

天然氣水合物（Gas Hydrate）指在特定的壓力和溫度條件下，甲烷氣體分子天然地被封閉在水分子的擴大晶格中，呈固態的結晶化合物。隨著世界上石油、天然氣資源的日漸耗盡，各國的科學家正在致力于尋找新的接替能源。其潛在的戰略意義和可觀的經濟效益引起許多國家政府的高度重視，并成立專門機構進行開發研究，使其成為21世紀潛在新能源研究的新熱點。

近年來青藏高原多年凍土區是否存在天然氣水合物引起了較大的關注。初步估計多年凍土區天然氣水合物儲量約為1.2×1011～2.4×1014m3。而羌塘盆地是青藏高原內部海相地層保存最為完整，結合樣品的室內分析，重點討論了吐錯-烏蘭烏拉湖地區的水化學特征，從而獲得與天氣水合物或油氣有關的水文地球化學信息，為輔助天然氣水合物的有利區預測提供依據。

1.區域地質背景

研究區位于北羌塘凹陷，航磁資料顯示在北羌塘凹陷內部還可進一步劃分若干次級凸起和凹陷（圖1），這些凸起和凹陷在平面上相間排列，總體上顯示近東西向帶狀展布。單個凸起呈狹長帶狀，延伸方向為NWW向，其次為NEE向，少量呈EW向延伸，這些凸起互相連結，構成明顯的棋盤格（網格）狀組合圖像;凹陷被狹長條帶狀凸起分隔，其形態多為菱形、長條形，凹陷總體為展布方向為EW向，單個凹陷展布方向為NWW向，其次為NEE向（圖1）。

2.樣品與方法

所采集的泉水樣品主要為地表天然出露的上升泉或下降泉，少數幾個為溫泉及泥火山水樣。泉水大多為冷泉，在抱布德一帶見有溫泉分布，溫度約25°C～35°C。泉水位置見圖2。

3.水文地質條件探討

3.1水化學特征

本次對48個樣品進行了陰陽離子的測試分析，包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-等離子（表1），通過這些離子含量可以對水樣進行化學類型分類，判斷地下水化學環境，判斷與天然氣水合物的關系。

（1）水型。按照蘇林分類的原則，將研究區水樣進行化學類型分類，其中水樣水的化學類型為硫酸鈉型（Na2SO4）有17件，占35%;重碳酸鈉型（NaHCO3）17件，占35%;氯化鎂型（MgCl2）13件，占28%;氯化鈣型（CaCl2）1件，占2%。集分布于赤布張錯以南一帶，可能與地下油氣藏有關。CaCl2型水有1件，位于研究區中部節節河以西，反映該地區地下水良好的封閉性。（2）礦化度。礦化度的劃分標準0mg/L～1000mg/L為淡水，1000mg/L～10000mg/L為咸水，10000mg/L～100000mg/L為鹽水，大于100000mg/L為鹵水。根據研究區水樣所獲得的47個TDS（總溶解固體）數據，平均礦化度為4544mg/L，其中淡水28件，占60%;咸水16件，占34%;鹽水3件，占6%（圖2）。

（3）銨根離子。銨直接來自有機質（其中包括石油），而且是在缺氧的還原環境中形成的，所以同油氣關系密切，地下水中高含量（>100mg/L）的銨可作為與油氣藏有關的地下水特有指標，但不同地區作為含油氣性指標的銨的絕對含量可以有些差別。研究區48件水樣，僅有9件檢測出銨根離子（圖3）。

（4）變質系數、脫硫系數。前人研究表明，變質系數（gNa+/gCl-）、脫硫系數（gS042-/gCl-×100）可以反映地層水化學環境和水動力條件，與油氣藏的分布和保存有密切關系。

如表2，變質系數（gNa+/gCl-）小于1，則表示該水樣代表的地下水體水動力較弱，水交替呈阻滯狀態，有利于油氣及天然氣水合物的保存;變質系數為1～2之間，表示該水樣代表的地下水體水動力交替緩慢，油氣及天然氣水合物的保存條件中等;若變質系數大于2，則表明該水樣代表的地下水體水動力交替較強，不利于油氣及天然氣水合物的保存。

如表2，脫硫系數小于1，表示該水樣代表的地下水體位于還原環境，有利于油氣或天然氣水合物的形成;脫硫系數為1～15，則表示該水樣代表的地下水體位于弱還原環境，比較有利于油氣或天然氣水合物的形成;而脫硫系數大于15，則為弱氧化環境，大于50為氧化環境，不利于油氣或天然氣水合物的形成。

3.2水中烴類氣體特征

對泥漿樣和水樣的水溶性烴類氣體進行測試分析，其中qs-11c、qs-12c樣品采自泥火山泥漿，其他樣品均為泉水、凍土水，測試結果見表3。

3.3水中氫氧同位素特征

如表4所示，研究區氫氧同位素變化較大，氫同位素δD值（‰）的變化范圍為-124.8～-72.9之間，平均值為-107.7;氧同位素δ18O值（‰）的變化范圍為-17.3～-9.7之間，平均值為-14.0。

如圖4，樣品氫氧同位素分區明顯，qs-7t、qs-8t、qs-9t、qs-10t、qs-11t、qs-12t等6件樣品氫氧穩定同位素偏負，這些樣品均取自溫泉樣品，可能是其溫度較高蒸發較大所致。

4.結論

（1）根據水化學類型分析的結果表明，在赤布張錯以南一帶，NaHCO3型水分布密集，這可能與地下油氣藏有關，在該帶可能具有潛在的油氣藏。

（2）研究區中部節節河以西具有CaCl2型水，反映該地區地下水良好的封閉性。

（3）研究區地下水的礦化度以淡水為主，但仍然存在40%的咸水、鹽水等高礦化度水，說明研究區具有天然氣水合物的良好保存條件。

（4）在研究區中部及吐錯以南地區，地下水銨根離子含量較高，有機質相對豐富，有利于天然氣水合物的形成。

（5）根據水樣變質系數和脫硫系數的結果得出，研究區整體水動力條件較弱，且離地表較深的承壓水以還原為主，有利于天然氣水合物的形成和保存。

（6）根據水中烴類氣體及氫氧同位素特征表明，在泥火山及溫泉分布地區可能具有潛在的油氣藏。

綜上所述，在研究區中部節節河以西及吐錯-赤布張錯以南一帶，是尋找天然氣水合物的有利區。

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