羌塘盆地吐错—乌兰乌拉湖地区天然气水合物水文地质特征及意义

刘君豪 颜泽

摘要：研究羌塘盆地吐错—乌兰乌拉湖地区天然气水合物水文地质特征，辅助有利区预测。通过水化学特征、水中烃类气体特征、水中氢氧同位素特征，总结研究区天然气水合物水文地质特征，辅助研究成藏条件，优选有利区块。结果表明：研究区地下水的矿化度以淡水为主，但仍然存在40%的咸水、盐水等高矿化度水，结合水样变质系数和脱硫系数的结果得出，研究区整体水动力条件较弱，且离地表较深的承压水以还原为主，优选有利区，为下一步地球物理、地球化学勘探部署提供依据。

关键词：天然气水合物;水文地质特征;有利区预测;羌塘盆地

天然气水合物（Gas Hydrate）指在特定的压力和温度条件下，甲烷气体分子天然地被封闭在水分子的扩大晶格中，呈固态的结晶化合物。随着世界上石油、天然气资源的日渐耗尽，各国的科学家正在致力于寻找新的接替能源。其潜在的战略意义和可观的经济效益引起许多国家政府的高度重视，并成立专门机构进行开发研究，使其成为21世纪潜在新能源研究的新热点。

近年来青藏高原多年冻土区是否存在天然气水合物引起了较大的关注。初步估计多年冻土区天然气水合物储量约为1.2×1011～2.4×1014m3。而羌塘盆地是青藏高原内部海相地层保存最为完整，结合样品的室内分析，重点讨论了吐错-乌兰乌拉湖地区的水化学特征，从而获得与天气水合物或油气有关的水文地球化学信息，为辅助天然气水合物的有利区预测提供依据。

1.区域地质背景

研究区位于北羌塘凹陷，航磁资料显示在北羌塘凹陷内部还可进一步划分若干次级凸起和凹陷（图1），这些凸起和凹陷在平面上相间排列，总体上显示近东西向带状展布。单个凸起呈狭长带状，延伸方向为NWW向，其次为NEE向，少量呈EW向延伸，这些凸起互相连结，构成明显的棋盘格（网格）状组合图像;凹陷被狭长条带状凸起分隔，其形态多为菱形、长条形，凹陷总体为展布方向为EW向，单个凹陷展布方向为NWW向，其次为NEE向（图1）。

2.样品与方法

所采集的泉水样品主要为地表天然出露的上升泉或下降泉，少数几个为温泉及泥火山水样。泉水大多为冷泉，在抱布德一带见有温泉分布，温度约25°C～35°C。泉水位置见图2。

3.水文地质条件探讨

3.1水化学特征

本次对48个样品进行了阴阳离子的测试分析，包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-等离子（表1），通过这些离子含量可以对水样进行化学类型分类，判断地下水化学环境，判断与天然气水合物的关系。

（1）水型。按照苏林分类的原则，将研究区水样进行化学类型分类，其中水样水的化学类型为硫酸钠型（Na2SO4）有17件，占35%;重碳酸钠型（NaHCO3）17件，占35%;氯化镁型（MgCl2）13件，占28%;氯化钙型（CaCl2）1件，占2%。集分布于赤布张错以南一带，可能与地下油气藏有关。CaCl2型水有1件，位于研究区中部节节河以西，反映该地区地下水良好的封闭性。（2）矿化度。矿化度的划分标准0mg/L～1000mg/L为淡水，1000mg/L～10000mg/L为咸水，10000mg/L～100000mg/L为盐水，大于100000mg/L为卤水。根据研究区水样所获得的47个TDS（总溶解固体）数据，平均矿化度为4544mg/L，其中淡水28件，占60%;咸水16件，占34%;盐水3件，占6%（图2）。

（3）铵根离子。铵直接来自有机质（其中包括石油），而且是在缺氧的还原环境中形成的，所以同油气关系密切，地下水中高含量（>100mg/L）的铵可作为与油气藏有关的地下水特有指标，但不同地区作为含油气性指标的铵的绝对含量可以有些差别。研究区48件水样，仅有9件检测出铵根离子（图3）。

（4）变质系数、脱硫系数。前人研究表明，变质系数（gNa+/gCl-）、脱硫系数（gS042-/gCl-×100）可以反映地层水化学环境和水动力条件，与油气藏的分布和保存有密切关系。

如表2，變质系数（gNa+/gCl-）小于1，则表示该水样代表的地下水体水动力较弱，水交替呈阻滞状态，有利于油气及天然气水合物的保存;变质系数为1～2之间，表示该水样代表的地下水体水动力交替缓慢，油气及天然气水合物的保存条件中等;若变质系数大于2，则表明该水样代表的地下水体水动力交替较强，不利于油气及天然气水合物的保存。

如表2，脱硫系数小于1，表示该水样代表的地下水体位于还原环境，有利于油气或天然气水合物的形成;脱硫系数为1～15，则表示该水样代表的地下水体位于弱还原环境，比较有利于油气或天然气水合物的形成;而脱硫系数大于15，则为弱氧化环境，大于50为氧化环境，不利于油气或天然气水合物的形成。

3.2水中烃类气体特征

对泥浆样和水样的水溶性烃类气体进行测试分析，其中qs-11c、qs-12c样品采自泥火山泥浆，其他样品均为泉水、冻土水，测试结果见表3。

3.3水中氢氧同位素特征

如表4所示，研究区氢氧同位素变化较大，氢同位素δD值（‰）的变化范围为-124.8～-72.9之间，平均值为-107.7;氧同位素δ18O值（‰）的变化范围为-17.3～-9.7之间，平均值为-14.0。

如图4，样品氢氧同位素分区明显，qs-7t、qs-8t、qs-9t、qs-10t、qs-11t、qs-12t等6件样品氢氧稳定同位素偏负，这些样品均取自温泉样品，可能是其温度较高蒸发较大所致。

4.结论

（1）根据水化学类型分析的结果表明，在赤布张错以南一带，NaHCO3型水分布密集，这可能与地下油气藏有关，在该带可能具有潜在的油气藏。

（2）研究区中部节节河以西具有CaCl2型水，反映该地区地下水良好的封闭性。

（3）研究区地下水的矿化度以淡水为主，但仍然存在40%的咸水、盐水等高矿化度水，说明研究区具有天然气水合物的良好保存条件。

（4）在研究区中部及吐错以南地区，地下水铵根离子含量较高，有机质相对丰富，有利于天然气水合物的形成。

（5）根据水样变质系数和脱硫系数的结果得出，研究区整体水动力条件较弱，且离地表较深的承压水以还原为主，有利于天然气水合物的形成和保存。

（6）根据水中烃类气体及氢氧同位素特征表明，在泥火山及温泉分布地区可能具有潜在的油气藏。

综上所述，在研究区中部节节河以西及吐错-赤布张错以南一带，是寻找天然气水合物的有利区。

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