陆域冻土区天然气水合物的勘探技术方法研究

引言

　　能源作為我国国民经济建设的物质基础，对维持经济发展以及国家安全有着重要保障。我国的油气资源尤为紧张，因此，寻找一种新型的可替代常规油气的能源是我国一项迫在眉睫的任务。天然气水合物是世界公认的具有极大潜力的清洁高效能源，引起了世界各国的高度重视，学术界对其研究热度在不断提升。全球有大于27%的陆域和约90%的海域存在有天然气水合物，储量约为2×1016m3，全世界在陆域永冻层发现的天然气水合物至少有38处[1-4]。我国陆域冻土层的天然气水合物主要分布在青藏高原、大小兴安岭、西部高原地区，分布面积约为215×104km2，占我国国土面积的22.4%，资源量约为350×108吨油当量[5]。天然气水合物是一种潜在的清洁能源，随着世界气候的转暖很可能导致多年冻土的退化，也有可能造成甲烷气水合物分解并释放，对全球气候变暖有着重要的影响。因此，对多年冻土区天然气水合物的调查与评价具有极为重要的能源与环境意义。然而，当前缺乏对陆域冻土带天然气水合物十分有效的勘查技术方法。因此，本文对陆域天然气水合物的不同探测技术方法进行了综合论述，为天然气水和物的勘探提供了参考依据。

　　1 中国冻土带天然气水合物的分布情况

　　我国冻土区面积约占全球永久冻土面积的10%，面积约 215×104km2，位居全球第三，仅次于俄罗斯和加拿大，占我国国土总面积的22.4%[6]。主要分布于我国永久冻土区的天然气水合物主要在青藏高原、西部高原和东北大小兴安岭地区。青藏高原及西部地区主要在祁连山木里盆地、昆仑山垭口上新世-中更新世断陷盆地、哈拉湖地区、西藏的羌塘盆地。东北大小兴安岭的陆域可燃冰主要分布在漠河盆地、根河盆地、大杨树盆地、孙吴-嘉荫盆地、拉布达林盆地、海拉尔盆地[7-8]。我国青藏高原区域天然气水合物的储量约为12.5×1012m3，占我国永久冻土面积的60%～70%，约占世界永久冻土面积的 7%;东北冻土区的储量约为2.8×1012m3。

　　2 陆域天然气水合物的勘探方法

　　2.1 高精度地震勘探技术

　　在天然气水合物勘探中，地震勘探是一种最有效的方法。在我国陆域冻土区由于地质条件复杂、气候恶劣，对水合物的勘探很难形成一套有效的技术方法。通过在木里、哈拉湖、羌塘盆地、漠河等地开展的天然气水合物地震勘探，形成了可控震源激发、小道间距、小炮距、高覆盖观测系统、多道接收的野外地震数据采集方法和高分辨率的地震数据处理技术，在陆域冻土区获取得了高质量的地震资料[9]。

　　2.2 地球物理测井技术

　　地球物理测井的测井资料在油、气田测井中主要用于划分油、气、水层;确定储集层的孔隙度、渗透率、含油饱和度等重要参数，为油、气的勘探开发提供可靠依据;在天然气水合物勘探中地球物理测井技术也是其重要的勘探方法，对天然气水合物储层的识别、参数评价等非常有效。利用地球物理测井技术主要参数，包括自然伽马、纵波速度、密度、视电阻率等对木里地区水合物储层岩性进行了分析，研究了木里地区天然气水合物综合地球物理测井响应特征。从而发现了木里地区天然气水合物储层表现出了“低密度、高视电阻率、低自然伽马、高纵波速度”的特征。在围岩复杂的情况下，利用视电阻率、密度、自然伽马、波速可较为准确的识别天然气水和物储层，从而为陆域冻土区水合物的探测提供技术方法[10]。

　　2.3 地球化学勘查技术

　　地球化学勘查技术在天然气水合物的勘探中越来越受到关注。中国地质科学院孙忠军等[11]对祁连山陆域冻土带木里地区可燃冰进行了地球化学勘查试验，主要包括微生物法、化探测井、酸解烃法、热释汞法、微量元素法等常规油气勘探的地球化学方法。通过试验发现木里地区夏季微生物活动强烈，因此冬季是开展水合物采样的最佳季节 。而酸解烃与热释烃比值方法不受天然气藏的影响，可直接进行探测。唐瑞玲等对木里地区土壤I 和 Cl 的地球化学勘查，通过分析研究揭示出了土壤 I、Cl 和 I/Cl 的天然气水合物异常模式及影响因素，得出了卤族元素I和Cl可作为陆域永久冻土区天然气水合物的探途元素。

　　2.4 遥感探测技术

　　利用遥感探测的技术方法能为冻土区天然气水合物的快速探测提供技术方法。采用MODIS和ASTER数据，对天然气水合物的成藏模式与储存条件进行分析，结合岩石矿物的光谱特征以及ASTER数据的特点，基于可见—热红外光谱协同研究出了蚀变共生效应信息分析方法。在利用ASTER数据识别天然气水合物的相关矿物类分布信息时增强了部分岩类信息，同时并分析了可能存在的岩石信息。利用MODIS数据可圈定永久冻土带，划分出冻土类型，反演出冻土层厚度，提供较为重要的温压信息。遥感可远距离、大范围且快速的获取与水合物成藏相关的信息，是一种值得我们进一步探索的陆域冻土区天然气水合物勘察技术 。 　　2.5 音频大地电磁探测技术

　　音频大地电磁测深（AMT）可以探测从几米到1000 m以上深度地质体的电性分布特征，而陆域永久冻土层和天然气水合物以及围岩存在着明显的电性差异。天然气水合物具有“排盐效应”，可导致纯天然气水合物具有较高的电阻率，当天然气水合物在储层内占据了一定孔隙时，储层表现出高电阻率的特征;同时，冻土层较非冻土层也表现出了高电阻率的特征。因此，高电阻率的特征是电磁法探测天然气水合物和冻土的物理前提。

　　2.6 超深探地雷达技术

　　在对天然气水合物进行物性研究时人们发现探地雷达可探测天然气水合物储层的基本物理性质，但由于天然气水合物的成藏条件和探地雷达技术本身应用的局限性，超深探地雷达技术一直没有在陆域天然气水合物探测中得到应用。超深探地雷达技术的首次应用是低频探地雷达系统在陆域永久冻土区实现的探测深度在200m以上，在天然气水合物储层发现了明显的雷达波反射信号，其“高频、强振幅”的反射特征可作为天然气水合物储层的识别标志。将探地雷达技术应用在我国青藏高原永久冻土区天然气水合物储层的勘探，是超深探地雷达应用的一次扩展，也是我国天然气水合物勘探领域有效探测方法技术创新。

　　3 结语

　　陆域冻土区天然气水合物虽然在勘查技术研究中取得了一定进展，但仍有一些关键性的问题有待完善解决。目前高精度地震勘探技术、地球物理测井技术、音频大地电磁技术、地球化学勘察技术在天然气水合物的勘探中应用较多，而遥感探测技术和超声探地雷达技术的应用相对较少，其技术相对不成熟且应用具有一定的局限性。同时不同的勘查技术方法对陆域冻土区天然气水合物的赋存状态、形成过程没有与地球物理、地球化学等参数间形成一定的响应认识关系，使得后续很难形成合理的依据。