陸域凍土區(qū)天然氣水合物的勘探技術(shù)方法研究

張寶強(qiáng)

【摘 要】本文通過(guò)對(duì)不同勘探技術(shù)的基本勘查技術(shù)特征進(jìn)行了介紹，為陸域天然氣水合物的快速探測(cè)提供了技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】陸域;天然氣水和物;勘探;技術(shù)

中圖分類號(hào)： P631.4;P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）11-0189-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.089

【Abstract】this paper introduces the basic characteristics of exploration technology of different exploration techniques and provides technical support for the rapid detection of gas hydrates in the land area.

【Key words】Land， natural gas; Water and materials; Exploration; Technology

0 引言

能源作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)維持經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及國(guó)家安全有著重要保障。我國(guó)的油氣資源尤為緊張，因此，尋找一種新型的可替代常規(guī)油氣的能源是我國(guó)一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)。天然氣水合物是世界公認(rèn)的具有極大潛力的清潔高效能源，引起了世界各國(guó)的高度重視，學(xué)術(shù)界對(duì)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(chǔ)量約為2×1016m3，全世界在陸域永凍層發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物至少有38處[1-4]。我國(guó)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(qū)，分布面積約為215×104km2，占我國(guó)國(guó)土面積的22.4%，資源量約為350×108噸油當(dāng)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(zhuǎn)暖很可能導(dǎo)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(duì)全球氣候變暖有著重要的影響。因此，對(duì)多年凍土區(qū)天然氣水合物的調(diào)查與評(píng)價(jià)具有極為重要的能源與環(huán)境意義。然而，當(dāng)前缺乏對(duì)陸域凍土帶天然氣水合物十分有效的勘查技術(shù)方法。因此，本文對(duì)陸域天然氣水合物的不同探測(cè)技術(shù)方法進(jìn)行了綜合論述，為天然氣水和物的勘探提供了參考依據(jù)。

1 中國(guó)凍土帶天然氣水合物的分布情況

我國(guó)凍土區(qū)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(guó)國(guó)土總面積的22.4%[6]。主要分布于我國(guó)永久凍土區(qū)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(qū)。青藏高原及西部地區(qū)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(qū)、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(shù)盆地、孫吳-嘉蔭盆地、拉布達(dá)林盆地、海拉爾盆地[7-8]。我國(guó)青藏高原區(qū)域天然氣水合物的儲(chǔ)量約為12.5×1012m3，占我國(guó)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(qū)的儲(chǔ)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(shù)

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(guó)陸域凍土區(qū)由于地質(zhì)條件復(fù)雜、氣候惡劣，對(duì)水合物的勘探很難形成一套有效的技術(shù)方法。通過(guò)在木里、哈拉湖、羌塘盆地、漠河等地開(kāi)展的天然氣水合物地震勘探，形成了可控震源激發(fā)、小道間距、小炮距、高覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)、多道接收的野外地震數(shù)據(jù)采集方法和高分辨率的地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)，在陸域凍土區(qū)獲取得了高質(zhì)量的地震資料[9]。

2.2 地球物理測(cè)井技術(shù)

地球物理測(cè)井的測(cè)井資料在油、氣田測(cè)井中主要用于劃分油、氣、水層;確定儲(chǔ)集層的孔隙度、滲透率、含油飽和度等重要參數(shù)，為油、氣的勘探開(kāi)發(fā)提供可靠依據(jù);在天然氣水合物勘探中地球物理測(cè)井技術(shù)也是其重要的勘探方法，對(duì)天然氣水合物儲(chǔ)層的識(shí)別、參數(shù)評(píng)價(jià)等非常有效。利用地球物理測(cè)井技術(shù)主要參數(shù)，包括自然伽馬、縱波速度、密度、視電阻率等對(duì)木里地區(qū)水合物儲(chǔ)層巖性進(jìn)行了分析，研究了木里地區(qū)天然氣水合物綜合地球物理測(cè)井響應(yīng)特征。從而發(fā)現(xiàn)了木里地區(qū)天然氣水合物儲(chǔ)層表現(xiàn)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(fù)雜的情況下，利用視電阻率、密度、自然伽馬、波速可較為準(zhǔn)確的識(shí)別天然氣水和物儲(chǔ)層，從而為陸域凍土區(qū)水合物的探測(cè)提供技術(shù)方法[10]。

2.3 地球化學(xué)勘查技術(shù)

地球化學(xué)勘查技術(shù)在天然氣水合物的勘探中越來(lái)越受到關(guān)注。中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院孫忠軍等[11]對(duì)祁連山陸域凍土帶木里地區(qū)可燃冰進(jìn)行了地球化學(xué)勘查試驗(yàn)，主要包括微生物法、化探測(cè)井、酸解烴法、熱釋汞法、微量元素法等常規(guī)油氣勘探的地球化學(xué)方法。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)木里地區(qū)夏季微生物活動(dòng)強(qiáng)烈，因此冬季是開(kāi)展水合物采樣的最佳季節(jié) 。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(jìn)行探測(cè)。唐瑞玲等對(duì)木里地區(qū)土壤I 和 Cl 的地球化學(xué)勘查，通過(guò)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(qū)天然氣水合物的探途元素。

2.4 遙感探測(cè)技術(shù)

利用遙感探測(cè)的技術(shù)方法能為凍土區(qū)天然氣水合物的快速探測(cè)提供技術(shù)方法。采用MODIS和ASTER數(shù)據(jù)，對(duì)天然氣水合物的成藏模式與儲(chǔ)存條件進(jìn)行分析，結(jié)合巖石礦物的光譜特征以及ASTER數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，基于可見(jiàn)—熱紅外光譜協(xié)同研究出了蝕變共生效應(yīng)信息分析方法。在利用ASTER數(shù)據(jù)識(shí)別天然氣水合物的相關(guān)礦物類分布信息時(shí)增強(qiáng)了部分巖類信息，同時(shí)并分析了可能存在的巖石信息。利用MODIS數(shù)據(jù)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(yuǎn)距離、大范圍且快速的獲取與水合物成藏相關(guān)的信息，是一種值得我們進(jìn)一步探索的陸域凍土區(qū)天然氣水合物勘察技術(shù) 。

2.5 音頻大地電磁探測(cè)技術(shù)

音頻大地電磁測(cè)深（AMT）可以探測(cè)從幾米到1000 m以上深度地質(zhì)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(yīng)”，可導(dǎo)致純天然氣水合物具有較高的電阻率，當(dāng)天然氣水合物在儲(chǔ)層內(nèi)占據(jù)了一定孔隙時(shí)，儲(chǔ)層表現(xiàn)出高電阻率的特征;同時(shí)，凍土層較非凍土層也表現(xiàn)出了高電阻率的特征。因此，高電阻率的特征是電磁法探測(cè)天然氣水合物和凍土的物理前提。

2.6 超深探地雷達(dá)技術(shù)

在對(duì)天然氣水合物進(jìn)行物性研究時(shí)人們發(fā)現(xiàn)探地雷達(dá)可探測(cè)天然氣水合物儲(chǔ)層的基本物理性質(zhì)，但由于天然氣水合物的成藏條件和探地雷達(dá)技術(shù)本身應(yīng)用的局限性，超深探地雷達(dá)技術(shù)一直沒(méi)有在陸域天然氣水合物探測(cè)中得到應(yīng)用。超深探地雷達(dá)技術(shù)的首次應(yīng)用是低頻探地雷達(dá)系統(tǒng)在陸域永久凍土區(qū)實(shí)現(xiàn)的探測(cè)深度在200m以上，在天然氣水合物儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)了明顯的雷達(dá)波反射信號(hào)，其“高頻、強(qiáng)振幅”的反射特征可作為天然氣水合物儲(chǔ)層的識(shí)別標(biāo)志。將探地雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用在我國(guó)青藏高原永久凍土區(qū)天然氣水合物儲(chǔ)層的勘探，是超深探地雷達(dá)應(yīng)用的一次擴(kuò)展，也是我國(guó)天然氣水合物勘探領(lǐng)域有效探測(cè)方法技術(shù)創(chuàng)新。

3 結(jié)語(yǔ)

陸域凍土區(qū)天然氣水合物雖然在勘查技術(shù)研究中取得了一定進(jìn)展，但仍有一些關(guān)鍵性的問(wèn)題有待完善解決。目前高精度地震勘探技術(shù)、地球物理測(cè)井技術(shù)、音頻大地電磁技術(shù)、地球化學(xué)勘察技術(shù)在天然氣水合物的勘探中應(yīng)用較多，而遙感探測(cè)技術(shù)和超聲探地雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)較少，其技術(shù)相對(duì)不成熟且應(yīng)用具有一定的局限性。同時(shí)不同的勘查技術(shù)方法對(duì)陸域凍土區(qū)天然氣水合物的賦存狀態(tài)、形成過(guò)程沒(méi)有與地球物理、地球化學(xué)等參數(shù)間形成一定的響應(yīng)認(rèn)識(shí)關(guān)系，使得后續(xù)很難形成合理的依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉華，李相方，夏建蓉，隋秀香，張益.關(guān)于天然氣水合物鉆采工藝技術(shù)進(jìn)展的研究[J].鉆采工藝，2006，29（5）：54-57.

[2]王星，孫子剛，張自印，Lawrence Lau，粟玲，王彬.海域天然氣水合物試采實(shí)踐與技術(shù)分析[J].石油鉆采工藝，2017，39（6）：744-750.

[3]楊明清，趙佳伊，王倩.俄羅斯可燃冰開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展[J].石油鉆采工藝，2018，40（1）：17-25.

[4]孟弘.關(guān)于加強(qiáng)青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物開(kāi)發(fā)研究的建議[J].中國(guó)科技論壇，2011（3）：73-78

[5]付亞榮，李明磊，王樹(shù)義，et al.中國(guó)陸域凍土層可燃冰勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀與前景[J].工程研究-跨學(xué)科視野中的工程， 2018，10（05）：6-16.

[6]武斌，鄒俊，馬代海，陳寧，張皓.頻譜激電法在天然氣水合物勘查中的應(yīng)用[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2016，36（1）：135-138.

[7]付亞榮.可燃冰研究現(xiàn)狀及商業(yè)化開(kāi)采瓶頸[J].石油鉆采工藝，2018，40（1）：1-16.

[8]張金華，魏偉，魏興華，王媛媛，李小龍.我國(guó)主要凍土區(qū)天然氣水合物形成條件及成藏模式探討[J].中國(guó)石油勘探， 2013，18（5）：74-78.

[9]徐建宇，姜春香，張保衛(wèi)，等.淺層地震技術(shù)在陸域天然氣水合物勘探中存在的問(wèn)題及對(duì)策[J].物探與化探，2017，41（6）：1127-1132.

[10]覃瑞東，林振洲，潘和平，等.木里地區(qū)水合物及巖性測(cè)井識(shí)別方法[J].物探與化探，2017，41（6）：1088-1098.

[11]孫忠軍，楊志斌，秦愛(ài)華，張富貴，周亞龍.中緯度帶天然氣水合物地球化學(xué)勘查技術(shù)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2014，44（4）：1063-1070.