青海木里三露天井田煤系天然氣水合物成藏模式與勘查開(kāi)發(fā)建議

曹代勇，秦榮芳，王安民，陳利敏，李 靖，魏迎春

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083；2.北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100088；3.山西能源學(xué)院，山西 太原 030604)

天然氣水合物是由水和天然氣在低溫和中高壓條件下形成的類冰的、籠形結(jié)晶化合物。其能量密度巨大，具有使用方便、燃燒值高、清潔無(wú)污染等特點(diǎn)，被譽(yù)為21 世紀(jì)最有希望的戰(zhàn)略資源[1]。特定的成礦溫壓條件決定了天然氣水合物分布區(qū)域限定為海底、陸域極地和中緯度高山凍土區(qū)等特殊區(qū)域。我國(guó)海域天然氣水合物主要分布在南海北部陸坡，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局于2017 年和2020 年先后2 次在南海北部陸坡成功實(shí)施天然氣水合物試采，極大地推進(jìn)了天然氣水合物勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程[2-3]。多年以來(lái)，我國(guó)先后在漠河、羌塘、木里、烏麗等地區(qū)進(jìn)行了陸域天然氣水合物的勘探，但截至2021 年，只在青海木里煤田聚乎更礦區(qū)發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物[4]。

青海木里三露天井田發(fā)育天然氣水合物并非偶然現(xiàn)象，而是該區(qū)含煤巖系的充足氣源和有利生儲(chǔ)蓋條件與高寒山區(qū)適宜的水合物穩(wěn)定帶耦合作用的必然結(jié)果。煤系烴源巖豐富，地層巖性旋回性強(qiáng)，低孔低滲的碎屑巖層封蓋性好，在凍土區(qū)的溫壓穩(wěn)定帶中極易形成天然氣水合物。本文將賦存在煤系中的天然氣水合物定義為煤系天然氣水合物，強(qiáng)調(diào)其與煤系儲(chǔ)層的密切聯(lián)系和成礦專屬性，代表了煤系非常規(guī)氣(煤系礦產(chǎn)資源)的一種特殊類型[5]。

早期討論天然氣水合物氣源時(shí)，部分學(xué)者通過(guò)天然氣水合物的碳同位素研究，認(rèn)為天然氣屬于“油型氣”，即天然氣水合物甲烷來(lái)自深部的原油伴生氣[6-9]，還有部分學(xué)者認(rèn)為天然氣水合物屬于“煤型氣”，即氣源來(lái)自中侏羅統(tǒng)煤系烴源巖[10-11]，其主要證據(jù)包括：①天然氣水合物與煤層瓦斯樣品也存在著碳同位素一致的現(xiàn)象；② 同為凍土帶下且與中侏羅統(tǒng)煤系鄰近的三疊系，卻沒(méi)有天然氣水合物賦存，也沒(méi)有其他氣藏存在，說(shuō)明其氣源并不充足。

隨著研究程度的加深，關(guān)于天然氣水合物氣源成因逐漸歸于明朗，戴金星等[12](2017)認(rèn)為木里地區(qū)天然氣水合物既有油型氣，又有煤成氣，前者來(lái)源于中侏羅統(tǒng)江倉(cāng)組中上部Ⅱ1型和Ⅱ2型烴源巖，形成自生自儲(chǔ)型天然氣水合物，后者來(lái)源于中侏羅統(tǒng)江倉(cāng)組底部、木里組及上三疊統(tǒng)尕勒得寺組含煤地層中的Ⅲ型烴源巖。譚富榮等[13](2017)也發(fā)現(xiàn)中侏羅統(tǒng)上部的Ⅰ型及Ⅱ1型烴源巖熱解氣與天然氣水合物在烷烴組分、碳同位素存在高度一致性，認(rèn)為木里地區(qū)天然氣水合物主要來(lái)源于中侏羅統(tǒng)上部的泥巖和油頁(yè)巖，印證了戴金星等[12](2017)的觀點(diǎn)。張家政等[14](2017)通過(guò)對(duì)比分析中侏羅統(tǒng)與上三疊統(tǒng)尕勒得寺組兩套烴源巖特征，認(rèn)為天然氣水合物來(lái)源于中侏羅統(tǒng)烴源巖生油過(guò)程中的原油伴生氣，而與上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖關(guān)系不大，進(jìn)一步證明了中侏羅統(tǒng)天然氣水合物自生自儲(chǔ)的特點(diǎn)。程青松等[15](2016)認(rèn)為木里地區(qū)天然氣水合物為混合氣源，即既有油型氣，又有煤型氣，侏羅系和三疊系的煤及暗色泥巖是煤型氣源的主力烴源巖。綜上研究成果，初步認(rèn)為本區(qū)天然氣水合物為“混合氣源”。

從天然氣水合物賦存層位來(lái)看，研究區(qū)天然氣水合物賦存于永久凍土帶之下的中侏羅統(tǒng)含煤巖系的江倉(cāng)組上段[16-18]，同在永久凍土帶之下的相鄰的上三疊統(tǒng)卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)天然氣水合物，這顯示天然氣水合物的賦存與煤系密切相關(guān)。與海域天然氣水合物賦存狀況不同，青海木里三露天井田的天然氣水合物表現(xiàn)出“分散型”成藏特點(diǎn)[18]，即賦存位置分散在巖層裂隙以及孔隙中。此外，在統(tǒng)一沉積和構(gòu)造背景的前提下[19]，三露天井田地層平面上賦存規(guī)律差異顯著，即僅在井田內(nèi)西南部的中侏羅統(tǒng)江倉(cāng)組發(fā)現(xiàn)有天然氣水合物賦存[16-18]，究其原因，可能與復(fù)雜的逆沖推覆構(gòu)造有關(guān)[20]。

天然氣水合物“分散”賦存于復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的特點(diǎn)直接導(dǎo)致了勘查難度的增加，也使得開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益大大降低。需要指出的是，青海木里三露天井田煤層氣等非常規(guī)天然氣資源較為豐富[21]，因此，將天然氣水合物納入煤系氣范疇，厘清其成藏模式，以煤系氣整體“共探共采”的思路進(jìn)行研究，不僅可以充實(shí)煤系氣的內(nèi)涵，也可提高陸域天然氣水合物開(kāi)發(fā)的可行性。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

三露天井田位于青海木里煤田西部，大通河流域沉積盆地的上游，是祁連期(加里東期513～386 Ma)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的中祁連陸塊西段[7]，由于受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用，形成大量斷裂構(gòu)造，且斷裂均經(jīng)歷了多期活動(dòng)，平面上斷裂分布具有一定的規(guī)律，主體呈NW-SE向展布，且多數(shù)密集成帶狀(圖1)。研究區(qū)發(fā)育規(guī)模較大的、NW-SE 向的逆沖推覆斷層，切割了原井田內(nèi)中侏羅統(tǒng)煤系向斜，使其成為2 個(gè)似單斜構(gòu)造形態(tài)，地層發(fā)生了陡立-倒轉(zhuǎn)的變化，傾角較大，其地層傾角一般50°～60°[18,22]。

圖1 三露天井田構(gòu)造綱要圖(據(jù)文獻(xiàn)[24]，修改)Fig.1 Structural schematic diagram of the Sanlutian area(Modified from reference[24])

在三疊系沉積基底之上，南北的大通山與托萊山之間不斷下沉形成區(qū)域內(nèi)聚煤坳陷，形態(tài)為一復(fù)式向斜，軸向與祁連山方向大體一致，呈NWW-SEE 向。研究區(qū)全區(qū)發(fā)育中侏羅統(tǒng)煤系，上部為江倉(cāng)組，下部為木里組，由下至上經(jīng)歷了辮狀河→河漫沼澤→三角洲→濱淺湖→半深湖→深湖相沉積環(huán)境[23]。

2 天然氣水合物賦存條件

天然氣水合物的形成必須具備低溫、高壓、充足的氣源等3個(gè)條件[25]，其中，溫度和壓力構(gòu)成水合物穩(wěn)定帶，代表天然氣水合物可能存在的空間范圍，是天然氣水合物形成的必要條件。穩(wěn)定帶是由天然氣水合物相平衡曲線與地溫梯度曲線所圈定[26]，前人研究表明，三露天井田水合物溫壓穩(wěn)定帶最大平均厚度可超過(guò)750 m[27]，目前鉆探獲取天然氣水合物實(shí)物樣品均位于水合物溫壓穩(wěn)定帶中[16-18]。豐富的烴源巖類型、有利的儲(chǔ)層條件、適宜的構(gòu)造格局是本次研究區(qū)煤系天然氣水合物的賦存顯著特點(diǎn)。

2.1 分布特征

平面上，鉆探獲取的天然氣水合物樣品集中于三露天井田的西南部(圖1)，其他部位未發(fā)現(xiàn)。南北方向上，天然氣水合物鉆孔DK8-19、DK10-17、DK11-14、DK12-13、DK13-11 均位于F2斷裂地表露頭線以南，且均位于該斷層上盤；東西方向上，除DK8-19 外，探獲天然氣水合物的實(shí)物樣品鉆孔均位于F30斷裂南延線以西的小范圍內(nèi)[18]。

縱向上，研究區(qū)內(nèi)天然氣水合物樣品賦存于中侏羅統(tǒng)江倉(cāng)組中，鉆探獲取的水合物樣品均來(lái)自埋深110～550 m 范圍內(nèi)，全部賦存于永久凍土層(厚度一般為60～80 m，局部120 m)[16-17]之下，且主要賦存在江倉(cāng)組上段(J2j2)，如圖2 所示。從連井剖面上，依據(jù)斷層、地層傾角可以在縱向上將天然氣水合物賦存層位分為3 段：第1 段處于斷層F1和F2之間，水合物含量相對(duì)較少；第2 段處于斷層F2和F27之間，其地層傾角相對(duì)較大；第3 段同樣位于斷層F2和F27之間，其地層傾角相對(duì)較小。

圖2 天然氣水合物連井剖面(據(jù)文獻(xiàn)[24]，修改)Fig.2 Well-tie section of the natural gas hydrate(Modified from reference[24])

總體上看，天然氣水合物平面上分布較為集中，僅分布在研究區(qū)西南部；縱向上，天然氣水合物主要產(chǎn)出于中侏羅統(tǒng)江倉(cāng)組上部，受斷層F1、F2和F27的控制。

2.2 烴源巖特征

研究區(qū)天然氣水合物的烴源巖為江倉(cāng)組和木里組上段的煤、暗色泥頁(yè)巖及油頁(yè)巖[12-13]。統(tǒng)計(jì)中侏羅統(tǒng)江倉(cāng)組上段、江倉(cāng)組下段、木里組上段這3 段地層烴源巖的鏡質(zhì)體反射率(Rmax)、巖石熱解峰值溫度(Tmax)及“游離烴(S1)+熱解烴(S2)”含量、總有機(jī)碳含量(TOC)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析(圖3)，發(fā)現(xiàn)：①江倉(cāng)組下段和木里組上段烴源巖的Rmax較江倉(cāng)組上段高；Rmax在1.3%～3.0%范圍內(nèi)，江倉(cāng)組下段烴源巖所占比例最高，江倉(cāng)組上段最低，而在0.7%～1.3%范圍內(nèi)，木里組上段烴源巖所占比例最高，同樣也是江倉(cāng)組上段最低(圖3a)。② 從Tmax數(shù)值來(lái)看，3 段地層的烴源巖Tmax主體分布在435～445℃和445～480℃兩個(gè)溫度區(qū)間，而江倉(cāng)組下段和木里組上段烴源巖的Tmax可超過(guò)510℃，說(shuō)明其成熟度高于江倉(cāng)組上段(圖3b)。③木里組上段由于含煤層較多，因此，其TOC 含量較高，大部分烴源巖TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)都大于9%，江倉(cāng)組下段也有TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于9% 的烴源巖，而江倉(cāng)組上段的烴源巖TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)主體分布在0.6%～1.5%(圖3c)。④ 木里組上段是富煤層位，“S1+S2”值主要是大于20 mg/g；江倉(cāng)組下段的“S1+S2”值主要是小于0.5 mg/g，而江倉(cāng)組上段“S1+S2”值主要分布在6.0～20.0 mg/g(圖3d)。

圖3 中侏羅統(tǒng)江倉(cāng)組與木里組烴源巖特征[14,27-29]Fig.3 Characteristics of source rocks in Jiangcang Formation and Muli Formation of the Middle Jurassic[14,27-29]

總結(jié)來(lái)看，研究區(qū)烴源巖類型豐富，江倉(cāng)組下段和木里組上段烴源巖處于成熟階段，而江倉(cāng)組上段烴源巖成熟度相對(duì)較低。各層段的TOC 含量及“S1+S2”值較高，可以為天然氣水合物提供充足的氣源。

2.3 儲(chǔ)層條件

根據(jù)天然氣水合物賦存位置，可將其賦存類型劃分為3 類：裂隙型、孔隙型和裂隙+孔隙型，其中，裂隙型天然氣水合物實(shí)物樣品數(shù)量所占比例最高，達(dá)65.22%，該類儲(chǔ)層厚度占總儲(chǔ)層厚度67.25%；裂隙+孔隙型天然氣水合物實(shí)物樣品所占比例為26.08%，該類儲(chǔ)層厚度占總儲(chǔ)層厚28.46%；孔隙型天然氣水合物實(shí)物樣品數(shù)量所占比例最低，為8.70%，該類儲(chǔ)層厚度占總儲(chǔ)層厚4.29%(圖4)。

圖4 天然氣水合物儲(chǔ)集類型及其厚度比例Fig.4 Reservoir type and the thickness ratio of the natural gas hydrate

由此可見(jiàn)，裂隙是天然氣水合物賦存的主要位置，統(tǒng)計(jì)鉆孔巖心中的裂隙特征，選取裂隙長(zhǎng)度、寬度、傾角和線密度等4 項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析(圖5)，發(fā)現(xiàn)：①裂隙長(zhǎng)度主要集中在小于5 cm 和5～10 cm 范圍內(nèi)(圖5a)，其次為10～15 cm，而長(zhǎng)度大于15 cm 的裂隙占比極低，說(shuō)明裂隙長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其頻率占比越低。② 與裂隙長(zhǎng)度特征不同的是，裂隙寬度與其占比并沒(méi)有相關(guān)性，寬度在0.2～0.4 mm、0.4～0.6 mm 以及大于1 mm 的裂隙占比較大(圖5b)，其次為寬度為0.8～1.0 mm 的裂隙。③裂隙傾角反映了氣體在其中的保存特點(diǎn)：傾角越大，越利于氣體的垂直擴(kuò)散；傾角越小，越有利于氣體在裂隙中封存。研究區(qū)裂隙傾角主要集中在11°～40°的中-低角度范圍內(nèi)(圖5c)，其次為41°～60°和61°～80°的高角度范圍內(nèi)，而傾角在0°～10°和81°～90°范圍內(nèi)的裂隙的占比均較小。④ 裂隙密度主要集中在0.5 條/cm以下(圖5d)，其次為0.5～1 條/cm 區(qū)間，隨著裂隙密度的增大，其所占頻率有降低的趨勢(shì)。

圖5 研究區(qū)鉆孔巖心裂隙參數(shù)頻率特征Fig.5 Fracture characteristics of the drill core in the study area

綜上所述，天然氣水合物的賦存類型劃分為裂隙型、孔隙型及裂隙+孔隙型，其中裂隙型為主。通過(guò)對(duì)鉆孔巖心裂縫的觀察與識(shí)別，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)裂縫長(zhǎng)度越長(zhǎng)，所占比例越小，寬度在0.2～0.4 mm、0.4～0.6 mm 及大于1 mm 的裂隙占比較大，裂縫傾角以中-低角度為主，裂隙密度主要集中在0.5 條/cm 以下。

2.4 現(xiàn)今構(gòu)造格局

研究區(qū)內(nèi)NW-SE 向逆沖斷層構(gòu)造十分發(fā)育，常密集成帶分布，構(gòu)成井田的主體構(gòu)造格架。根據(jù)主干斷裂特征，以F25和F1斷裂將研究區(qū)整體劃分為北(N)、中(M)、南(S)3 個(gè)構(gòu)造帶(圖6)[24]，各帶特征論述如下。

圖6 研究區(qū)構(gòu)造區(qū)帶劃分(據(jù)文獻(xiàn)[24]，修改)Fig.6 Division of structural zones in the study area (Modified from reference[24])

北帶(N)：南以F25斷裂為界，北至井田邊界，呈EW 向條帶展布。帶內(nèi)主要出露地層為上三疊統(tǒng)，地層總體傾向?yàn)槟衔鳌?nèi)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，斷裂構(gòu)造較發(fā)育，除邊界斷裂F25以外，還發(fā)育走向?yàn)榻黃N-NNE、NW 向正斷層，延展300～500 m，傾角80°左右，斷距約300 m。帶內(nèi)西部發(fā)育江倉(cāng)組上段地層，裂隙發(fā)育程度低。

中帶(M)：以F25斷裂為界與北帶相鄰，以F1斷裂與南帶為界，呈西窄東寬的楔狀展布。區(qū)內(nèi)出露地層均為侏羅系。帶內(nèi)發(fā)育褶皺構(gòu)造與斷裂構(gòu)造。斷裂均為NW-SE 向展布，大多數(shù)傾向SW，傾角40°～50°，斷距較大，最大700 多米，且貫穿井田延展。江倉(cāng)組上段主要在西部發(fā)育，中東部只局部發(fā)育。

南帶(S)：北部以F1斷裂為界與中帶相鄰，南至井田邊界，呈條狀展布，出露地層為上三疊統(tǒng)。帶內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育較少，只發(fā)育一條走向NW 的逆沖斷層F0，傾向SW。帶內(nèi)廣泛發(fā)育江倉(cāng)組上段地層，裂隙發(fā)育程度為低-中等。

研究區(qū)東西方向上構(gòu)造發(fā)育程度、產(chǎn)狀均有所變化，由西向東斷裂發(fā)育程度有所降低，而且走向由NW-SE 向轉(zhuǎn)變?yōu)榻黃N-SEE 向，據(jù)F30和F33斷裂及各自南延的延長(zhǎng)線，可將井田劃分為西段(1)、中段(2)、東段(3)三段。

西段(1)：以F30斷裂及其南延至井田為界與東段相鄰，呈北窄南寬式的似梯形展布，出露地層由北至南分別為上三疊統(tǒng)和中侏羅統(tǒng)。段內(nèi)構(gòu)造要素比較發(fā)育，有褶皺構(gòu)造與斷裂構(gòu)造。段內(nèi)為江倉(cāng)組上段主要發(fā)育區(qū)，斷裂構(gòu)造集中分布于中部，走向均為NW-SE，且均為中-低角度的逆沖推覆斷裂，斷距較大。

中段(2)：以F30斷裂及其南延至井田為界與西段相鄰，以F33斷裂與東段相鄰，呈不規(guī)則四邊形展布，出露地層與西段類似。江倉(cāng)組上段地層只在南部發(fā)育，褶皺與斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，斷裂構(gòu)造集中分布于中部，走向多為NW-SEE，均為西段斷裂東延部分，且均為中-低角度的逆沖推覆斷裂，斷距較大；另外，段內(nèi)北部發(fā)育3 條長(zhǎng)度小于200 m 的小規(guī)模正斷層，走向近SN-NE。

東段(3)：以F33斷裂及其南延線為界與中段相鄰，東至井田邊界，呈倒梯形展布，段內(nèi)出露地層為上三疊統(tǒng)和中侏羅統(tǒng)。段內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，均為中段主干逆沖推覆斷裂東延部分，但進(jìn)入此段后走向有較大幅度變化，由中段的SE 向轉(zhuǎn)變?yōu)榻麰W-SEE 向，段內(nèi)不發(fā)育正斷層。

由于南帶(S)與中帶(M)的斷裂界限F1并未延伸至東段(3)，因此，研究區(qū)劃分出N1、N2、N3、M1、M2、M3、S1、S2總共8 個(gè)區(qū)塊，劃分的每個(gè)區(qū)塊內(nèi)構(gòu)造特征不同，對(duì)天然氣水合物賦存的影響有巨大差異。統(tǒng)計(jì)8 個(gè)區(qū)塊構(gòu)造特征(表1)，M1、S1和S2共3 個(gè)區(qū)塊發(fā)育有天然氣水合物，其共同的主要特征為：①以逆斷層為主；② 地表斷裂密度發(fā)育程度中-低等；③江倉(cāng)組上段發(fā)育；④ 平均地層傾角較小，普遍小于45°；⑤ 江倉(cāng)組裂隙密度的發(fā)育程度中-低等。因此，江倉(cāng)組上段發(fā)以逆斷層發(fā)育為主、低地層傾角及斷裂密度發(fā)育程度中-低等的區(qū)域?yàn)樘烊粴馑衔锏挠欣繕?biāo)區(qū)。

表1 三露天井田各區(qū)塊構(gòu)造特征對(duì)比Table 1 Comparison of structural characteristics of each block in the Sanlutian Area

3 研究區(qū)天然氣水合物成藏模式

成藏模式是對(duì)研究區(qū)天然氣水合物賦存條件的系統(tǒng)性總結(jié)，是針對(duì)典型地區(qū)煤系氣耦合成藏的一般性推廣。綜合分析研究區(qū)天然氣水合物的賦存條件，建立了聚乎更礦區(qū)煤系天然氣水合物耦合成藏模式，即疊瓦扇式構(gòu)造與凍土帶封堵型，如圖7 所示。

圖7 研究區(qū)煤系天然氣水合物富集成藏模式Fig.7 Accumulation model of natural gas hydrate in coal measures in the study area

三露天井田廣泛發(fā)育疊瓦扇式逆沖推覆構(gòu)造，對(duì)煤系破壞較為嚴(yán)重，但由于其構(gòu)造壓應(yīng)力大，江倉(cāng)組上段發(fā)育的大套油頁(yè)巖保存較為完整，且凍土帶較厚，使得煤系天然氣水合物在溫壓穩(wěn)定帶內(nèi)具備有利的成藏條件。中侏羅統(tǒng)江倉(cāng)組上段發(fā)育的厚層油頁(yè)巖、木里組的煤層和暗色泥巖為天然氣水合物提供了充足的氣源，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響氣體發(fā)生運(yùn)移，但運(yùn)移距離都較短，都在中侏羅統(tǒng)范圍內(nèi)，可稱之為“自生自儲(chǔ)”型天然氣水合物[12]。同時(shí)，在2 個(gè)逆沖斷層之間，由于構(gòu)造應(yīng)力的界限，容易形成一定的“構(gòu)造應(yīng)力圈閉”，也對(duì)煤系天然氣保存較為有利。因此，在構(gòu)造及上覆地層重力的封堵作用下，煤系天然氣水合物在滯留區(qū)聚集成藏。在疊瓦扇式逆沖推覆構(gòu)造和上覆地層較厚凍土帶的封堵作用下，形成了天然氣水合物賦存的溫壓穩(wěn)定帶，故而將此種成藏模式命名為疊瓦扇式構(gòu)造與凍土帶封堵型煤系天然氣水合物成藏模式。

4 煤系天然氣水合物基本特點(diǎn)與勘查開(kāi)發(fā)建議

4.1 煤系天然氣水合物基本特點(diǎn)

由于煤系自身的沉積環(huán)境、構(gòu)造-熱演化以及后期改造等的獨(dú)特性，煤系天然氣水合物有著不同于一般天然氣水合物的特點(diǎn)。

從氣源巖來(lái)講，煤系中烴源巖類型豐富，包括湖泊相的Ⅰ型及Ⅱ型干酪根的泥巖、油頁(yè)巖，以及河流相或三角洲相的Ⅲ型干酪根的煤、炭質(zhì)泥巖等。同時(shí)，煤系中往往發(fā)育多層、厚層狀的煤以及暗色泥/頁(yè)巖，烴源巖含量充足，煤中有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在60%～80%，而暗色泥巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到1.5%～3.0%。煤系烴源巖在平面上分布一般較為連續(xù)，這為大規(guī)模氣體的產(chǎn)生提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。

從保存條件來(lái)看，煤系的旋回性明顯，含煤巖系中巖性、巖相等有規(guī)律地重復(fù)交替出現(xiàn)，煤、泥巖、致密砂巖等低孔低滲的巖層形成多套“生儲(chǔ)蓋”組合，為天然氣水合物富集成礦提供了有利條件。因此，煤系天然氣水合物通常具有近源充注、多層疊置等特點(diǎn)。

從賦存狀態(tài)來(lái)看，煤系天然氣水合物賦存空間包括各類裂隙和基質(zhì)孔隙，前者為局部富集的顆粒狀、薄片狀，后者為肉眼難以分辨的浸染狀，總體上屬于分散型分布，非均質(zhì)性顯著，儲(chǔ)層飽和度偏低。

從共伴生氣藏來(lái)講，煤系天然氣水合物常與煤層氣、煤系泥/頁(yè)巖氣、致密砂巖氣共生成藏，具有此消彼長(zhǎng)、互給互補(bǔ)的特點(diǎn)，是在特定溫度壓力條件下形成的一類特殊“固態(tài)”煤系氣，也可稱為“非常規(guī)”天然氣水合物。

4.2 勘查開(kāi)發(fā)建議

相比于海域天然氣水合物而言，陸域天然氣水合物的賦存狀態(tài)要復(fù)雜得多，其分散賦存的特點(diǎn)導(dǎo)致開(kāi)發(fā)難度也大得多，加之天然氣水合物的富集區(qū)域生態(tài)脆弱、開(kāi)采環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高，決定了其安全高效開(kāi)發(fā)需要從地質(zhì)-工程一體化角度進(jìn)行考慮，總體上難以實(shí)現(xiàn)具有經(jīng)濟(jì)效益的商業(yè)化開(kāi)發(fā)。根據(jù)目前的認(rèn)知，煤系天然氣水合物的開(kāi)發(fā)大致需要分為3 個(gè)階段。

1) 調(diào)查階段

目標(biāo)是“找到”天然氣水合物，工作性質(zhì)以科學(xué)研究為特色，主要任務(wù)是研究天然氣水合物的時(shí)空分布，提出勘查靶區(qū)，進(jìn)行有序的資源調(diào)查與評(píng)價(jià)；將青海木里凍土區(qū)天然氣水合物的勘查技術(shù)等推廣應(yīng)用于其他陸域凍土區(qū)，驗(yàn)證已有的勘查技術(shù)和識(shí)別標(biāo)志是否具備普適性。因此，該階段應(yīng)加強(qiáng)對(duì)天然氣水合物識(shí)別技術(shù)的研究，摸清天然氣水合物存在的相關(guān)證據(jù)。要攻克的關(guān)鍵問(wèn)題包括：煤系天然氣水合物的成礦機(jī)制、控制因素、賦存狀態(tài)等，重點(diǎn)是揭示煤系天然氣水合物分布的非均質(zhì)性特征和富集規(guī)律。

2) 勘查階段

目標(biāo)是“查明”天然氣水合物，工作性質(zhì)以技術(shù)方法為特色，主要任務(wù)是查明天然氣水合物的數(shù)量特征、質(zhì)量特征和開(kāi)采地質(zhì)條件，進(jìn)行資源評(píng)價(jià)和可行性研究，實(shí)現(xiàn)由地質(zhì)體向礦產(chǎn)資源的轉(zhuǎn)變。該階段則應(yīng)著重加強(qiáng)天然氣水合物儲(chǔ)層精細(xì)表征、保存條件識(shí)別與定量評(píng)價(jià)技術(shù)的研究，摸清天然氣水合物潛在資源量。在勘查方面應(yīng)將煤系天然氣水合物劃入煤系非常規(guī)天然氣系統(tǒng)進(jìn)行綜合研究和統(tǒng)籌考慮，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的資源調(diào)查與評(píng)價(jià)，提高經(jīng)費(fèi)的使用效率。此外，直接找礦的同時(shí)也加強(qiáng)與天然氣水合物相關(guān)的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)的基礎(chǔ)研究，適當(dāng)增加勘探實(shí)驗(yàn)工作，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)陸域天然氣水合物的找礦突破[4]。要攻克的關(guān)鍵技術(shù)包括：天然氣水合物綜合勘查技術(shù)、分散型礦床資源量計(jì)算方法、相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。

3) 開(kāi)采階段

目標(biāo)是“獲得”天然氣水合物，工作性質(zhì)以工程技術(shù)為特點(diǎn)，主要任務(wù)是開(kāi)采天然氣水合物，包括示范區(qū)的試采和大范圍工業(yè)性開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)由礦產(chǎn)資源向礦產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變。但研究區(qū)天然氣水合物試采效果并不理想[30]，鑒于煤系天然氣水合物的“低品位”和與煤層氣、煤系頁(yè)巖氣、煤系致密砂巖氣共存的特點(diǎn)，在遵循天然氣水合物開(kāi)采“增溫降壓”基本原理的基礎(chǔ)上，把煤系天然氣水合物納入煤系氣共探合采范疇，無(wú)疑是煤系天然氣水合物經(jīng)濟(jì)合理開(kāi)發(fā)值得關(guān)注的方向。最后，在天然氣水合物開(kāi)發(fā)過(guò)程中，也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)陸域凍土區(qū)天然氣水合物環(huán)境效應(yīng)的研究。目前，陸域天然氣水合物的環(huán)境效應(yīng)開(kāi)展的相關(guān)研究和工作還較少，多數(shù)集中于海洋。應(yīng)展開(kāi)天然氣水合物甲烷釋放特征、同位素變化樣式、持續(xù)時(shí)間、驅(qū)動(dòng)機(jī)制和影響因素，以及由此引發(fā)的環(huán)境效應(yīng)定量計(jì)算等研究[31]，確保陸域天然氣水合物的合理、安全地開(kāi)發(fā)和利用。

5 結(jié) 論

a.青海木里天然氣水合物主要分布在三露天井田的西南部，縱向上主要分布于江倉(cāng)組上段，少部分分布于江倉(cāng)組下段。天然氣水合物烴源巖類型豐富，江倉(cāng)組下段和木里組上段烴源巖處于成熟階段，而江倉(cāng)組上段烴源巖成熟度相對(duì)較低。各層段的TOC 含量及“S1+S2”值較高，可以為天然氣水合物提供充足的氣源。

b.天然氣水合物的儲(chǔ)層類型劃分為裂隙型、孔隙型及裂隙+孔隙型，以裂隙型為主。研究區(qū)裂縫長(zhǎng)度越長(zhǎng)，所占比例越小，寬度在0.2～0.4 mm、0.4～0.6 mm 以及大于1 mm 的裂隙頻率較大，裂縫傾角以中-低角度為主，裂隙密度主要集中在0.5 條/cm 以下。

c.依據(jù)現(xiàn)今構(gòu)造格局將研究區(qū)劃分為8 個(gè)區(qū)塊，其中江倉(cāng)組上段發(fā)育、以逆斷層發(fā)育為主、低地層傾角及斷裂密度發(fā)育程度中-低等的M1、S1和S2構(gòu)造區(qū)塊為天然氣水合物的有利目標(biāo)區(qū)。疊瓦扇式構(gòu)造與凍土帶封堵型構(gòu)成了天然氣水合物賦存的有利條件，混源充注、短距運(yùn)移、構(gòu)造圈閉是研究區(qū)天然氣水合物形成的顯著特點(diǎn)。

d.根據(jù)煤系天然氣水合物的基本特點(diǎn)，提出了勘查開(kāi)發(fā)建議。建議煤系天然氣水合物的勘查開(kāi)發(fā)分為調(diào)查、勘查、開(kāi)采3 個(gè)階段，調(diào)查階段主要研究天然氣水合物的時(shí)空分布，提出勘查靶區(qū)；勘查階段主要查明天然氣水合物的數(shù)量、質(zhì)量特征和開(kāi)采地質(zhì)條件，進(jìn)行資源評(píng)價(jià)和可行性研究；開(kāi)采階段主要是將天然氣水合物采出，包括示范區(qū)的試采和大范圍工業(yè)性開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)由礦產(chǎn)資源向礦產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變。

e.在天然氣水合物開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)陸域凍土區(qū)天然氣水合物環(huán)境效應(yīng)的關(guān)注，促使天然氣水合物合理、安全地開(kāi)發(fā)和利用，為青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物成藏和開(kāi)發(fā)過(guò)程的固碳-釋碳效應(yīng)對(duì)全球氣候變化影響與碳中和研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。