劉 杰，孫美靜，楊 睿?，蘇 明，楊楚鵬

（1. 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；2. 中國(guó)科學(xué)院天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；3. 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510750；4. 中山大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，廣州 510640）

0 引 言

天然氣水合物是以甲烷為主的烴類氣體分子與水分子組成的一種似冰狀固態(tài)物質(zhì)，形成于低溫、高壓和有充足氣-水來(lái)源的環(huán)境中，主要分布于永久凍土帶和水深大于300 m的海底沉積物中[1]。極地永凍區(qū)與海洋（深湖）是兩種截然不同的自然環(huán)境，凍土區(qū)天然氣水合物的產(chǎn)出和分布具有一定的特殊性，其聚集和分布呈現(xiàn)出明顯的不均勻性。加拿大馬更些三角洲（Mackenzie Delta）凍土區(qū)是北極重要的常規(guī)油氣聚集區(qū)，也是極地凍土區(qū)天然氣水合物勘探開發(fā)和國(guó)際關(guān)注度最高的地區(qū)之一。目前這一地區(qū)水合物勘探研究側(cè)重于儲(chǔ)層中的水合物賦存狀況、儲(chǔ)層物性、流體滲漏標(biāo)志以及多年凍土厚度與天然氣水合物成藏間的關(guān)系等方面[2-5]，在天然氣水合物與下伏常規(guī)油氣藏的關(guān)系、構(gòu)造與沉積作用在水合物成藏中的作用等方面還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。本文通過(guò)對(duì)馬更些三角洲凍土區(qū)天然氣水合物的穩(wěn)定條件、分布特征和成藏特征進(jìn)行總結(jié)，探討凍土區(qū)天然氣水合物成藏的控制作用，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)凍土區(qū)天然氣水合物成藏機(jī)制提供一定的借鑒與參考。

1 馬更些三角洲地區(qū)水合物的成藏條件

1.1 天然氣水合物的穩(wěn)定條件

波弗特海-馬更些盆地（Beaufort Sea-Mackenzie Delta）是加拿大最重要的油氣盆地之一。馬更些三角洲位于加拿大的西北地區(qū)，是廣義的波弗特海重要組成部分（圖1）。天然氣水合物的形成受到地溫梯度、孔隙壓力、氣體組分及孔隙水鹽度等物理-化學(xué)條件的影響。馬更些三角洲地區(qū)為中等地溫梯度，一般在30 ～ 40℃/km之間[2]。較低的地溫梯度，為形成水合物創(chuàng)造了非常有利的物理?xiàng)l件。當(dāng)孔隙壓力梯度比靜水壓力梯度大時(shí)，潛在的天然氣水合物穩(wěn)定場(chǎng)可延伸到較大深度。波弗特海-馬更些盆地中存在異常高孔隙流體壓力帶，主要分布于2 500 m以下的深度[3]。由于天然氣水合物形成的深度一般小于1 500 m，因此出現(xiàn)在天然氣水合物穩(wěn)定帶之下的超壓帶對(duì)天然氣水合物的穩(wěn)定沒(méi)有直接的影響。馬更些三角洲的鉆井巖屑錄井獲取的氣體成分顯示，氣體組分隨著深度的增加而發(fā)生變化，水合物穩(wěn)定域深度內(nèi)的氣體組分以甲烷為主，還有極少量的乙烷和有重要意義的微量丙烷和丁烷[4]。馬更些三角洲地區(qū)上部1 500 m地層的鹽度在20‰ ～ 40‰之間。波福特海-馬更些盆地?cái)嗔严到y(tǒng)在水合物儲(chǔ)集成藏中起著十分重要的作用，不僅起到流體運(yùn)移通道的作用，同時(shí)還起著儲(chǔ)集空間的作用，使得深部熱成因氣體運(yùn)移至天然氣水合物穩(wěn)定帶內(nèi)。波弗特海-馬更些三角洲地區(qū)全新世陸架坡折和上陸坡存在廣泛的沉積物失穩(wěn)和流體泄漏，這與氣體水合物的分解相關(guān)[5]。

圖1 馬更些三角洲地區(qū)天然氣水合物穩(wěn)定帶底界埋深圖（據(jù)文獻(xiàn)[2]略改）：ELFZ為Eskimo Lakes斷裂帶，TFZ為Taglu 斷裂帶，TAFZ為Tarsiut-Amauligak斷裂帶，BMLT為波弗特-馬更些構(gòu)造脊，WBTF為西波弗特逆沖前緣Fig. 1 Base depth of the methane hydrate stability zone in the Mackenzie delta region (modified from ref. [2])

1.2 天然氣水合物的分布特征

油氣井中大量的證據(jù)（如測(cè)井資料、試井資料和氣測(cè)資料等）證實(shí)馬更些凍土區(qū)蘊(yùn)含豐富的水合物資源。馬更些三角洲地區(qū)的水合物主要產(chǎn)于第三系Kugmallit層、Mackenzie Bay層和Iperk層的碎屑沉積內(nèi)，除少數(shù)的水合物產(chǎn)于凍土層內(nèi)，大部分均產(chǎn)于凍土層之下[5-6]。天然氣水合物穩(wěn)定帶底界深度由西南的不到200 m向東北加深到700 m以上。馬利克地區(qū)（Mallik）是馬更些三角洲多年凍土帶天然氣水合物研究最成熟的地區(qū)。該地區(qū)的天然氣水合物研究歷史超過(guò)30年，并在永久凍土下成功獲得顯著含有天然氣水合物的巖心樣品。Mallik地區(qū)水合物測(cè)試區(qū)以I型水合物為主，氣體水合物層位于一個(gè)背斜的頂部。水合物主要分布在砂質(zhì)沉積物到礫巖中，粉砂巖和黏土中不含水合物或水合物飽和度很低。富含水合物的主要砂巖層位于凍土層640 m之下，埋深為890 ～1 106 m。水合物產(chǎn)狀包括分散狀、瘤狀、脈狀、塊狀。含水合物地層的單層厚度在0.1 ～ 1.5 m，某些地層的厚度超過(guò)30 m，水合物飽和度平均為25% ～50%，局部層位水合物飽和度高達(dá)80%[5-6]。

2 水合物成藏特征

2.1 非均質(zhì)分布特征

儲(chǔ)層非均質(zhì)性是指儲(chǔ)層的基本性質(zhì)（巖性、物性、電性及含油氣性等）在三維空間分布的不均一性[7]。在描述常規(guī)油氣藏時(shí)一般將儲(chǔ)層非均質(zhì)性分為層內(nèi)、層間、平面和微觀非均質(zhì)性4類來(lái)討論。天然氣水合物儲(chǔ)層非均質(zhì)性是影響水合物開采效果的地質(zhì)因素之一[8]，相關(guān)的研究目前主要側(cè)重在天然氣水合物的分布與儲(chǔ)集層內(nèi)部巖性的空間變化上[9-10]。大多數(shù)海域天然氣水合物賦存于中新世以來(lái)深水細(xì)粒沉積地層中，而永久凍土區(qū)水合物穩(wěn)定域內(nèi)巖性非均質(zhì)性較強(qiáng)，這使得由砂巖和泥巖互層段內(nèi)砂巖單元內(nèi)水合物飽和度遠(yuǎn)高于泥巖單元內(nèi)。

圖2 馬更些凍土區(qū)地層層序和Mallik 5L-38井天然氣水合物層分布圖（據(jù)文獻(xiàn)[12]略改）Fig. 2 Stratigraphic column of the Mackenzie delta region and gas hydrate zones from Mallik 5L-38 gas hydrate production research well(modified from ref. [12])

Mallik 地區(qū)共有Mallik L-38、Mallik 2L-38和Mallik 3L-38、Mallik 4L-38和Mallik 5L-38五個(gè)水合物鉆孔。鉆孔深度1 150 ～ 1 184 m，鉆穿的永凍層厚度為640 m，鉆孔之間的孔距均為40 ～ 100 m[11]。鉆遇的水合物藏顯示出較強(qiáng)的層間非均質(zhì)性和平面非均質(zhì)分布的特點(diǎn)，即各含水合物層的厚度和飽和度在垂向和側(cè)向上變化較大。Mallik地區(qū)天然氣水合物不均一分布，明顯受到儲(chǔ)集條件非均質(zhì)性的影響。Mallik 5L-38井的取心結(jié)果和測(cè)井資料證實(shí)，在892 ～ 1 107 m 區(qū)間天然氣水合物層累計(jì)厚度共約110 m，自上而下可大致分成A、B、C三個(gè)小層（圖2），各小層之間被隔夾層或含水層所分隔。層 A位于892 ～ 930 m間的Mackenzie Bay層序中，水合物層厚度為23 m，多以孔隙充填的形式產(chǎn)出，飽和度相對(duì)較高，為50% ～ 85%。層B位于942 ～ 993 m 間的Kugmallit層序中，由互層狀的水合物層（5 ～ 10 m厚）和非水合物層（0. 5 ～ 1 m厚）相間組成，飽和度變化較大，為40% ～ 80%。層C位于1 070 ～ 1 107 m間的 Kugmallit層序中，主要包括兩層厚層水合物層，其中下水合物層（1 085 ～ 1 107 m）的飽和度最高，高達(dá)80% ～ 90%[6,12]。聯(lián)井剖面顯示層A的頂部和厚度是變化的，井間對(duì)比困難。水合物層B的厚度和飽和度側(cè)向上變化較大，但層B底部在三口井上大致位于相同的深度，可以橫向?qū)Ρ?。層C的底部井間容易對(duì)比，大概在1 100 m，相當(dāng)于厚層狀高飽和度氣體水合物反射終止處[13]。

2.2 氣體來(lái)源為熱成因氣

目前，天然氣水合物勘探實(shí)例表明生物成因氣是形成水合物的主要?dú)怏w來(lái)源。熱解氣或熱解氣為主的混合氣成因的水合物只在馬更些三角洲、阿拉斯加北坡和祁連山等凍土區(qū)以及墨西哥灣、里海、黑海、貝加爾湖等少數(shù)海域或湖泊發(fā)現(xiàn)[14-16]。這可能是由于永久凍土區(qū)在有機(jī)質(zhì)豐度、生物數(shù)量和產(chǎn)甲烷菌的活性等方面與海洋環(huán)境相差較大的緣故。馬更些三角洲地區(qū)的凍土層年均地溫為-15 ～-20℃，凍土層底面溫度僅為-1℃，而生物氣的主產(chǎn)氣帶溫度為 25 ～ 65℃，主生氣階段埋藏深度位于550 ～ 2 000 m[17]，因此馬更些三角洲凍土區(qū)較低的地溫場(chǎng)不利于生物甲烷氣的大量生成。LORENSON等（1999）[18]對(duì)Mallik 2L-38井的巖屑、巖心（包括不含水合物和含水合物層段）的氣體成分和甲烷碳同位素分析發(fā)現(xiàn)，該井烴類氣體是熱解氣為主的混合氣，分布在3個(gè)層段。350 m以上地層氣體來(lái)源為生物成因氣，甲烷含量很高且甲烷碳同位素很輕；350 ～ 785 m為混合成因氣，其中熱成因氣含量隨深度而增加，甲烷碳同位素隨深度而變重，785 ～1 165 m（井底）為熱解成因氣。由于鉆遇地層的有機(jī)質(zhì)成熟度在0.3以下，因而淺部地層的有機(jī)質(zhì)不可能是熱解成因氣的來(lái)源，熱成因氣可能來(lái)自5 000 m以下的深部，通過(guò)正斷層向上運(yùn)移至水合物穩(wěn)定帶內(nèi)形成水合物。

2.3 與常規(guī)油氣資源共生

國(guó)內(nèi)外對(duì)天然氣水合物和常規(guī)油氣資源各自的成藏模式已有較廣泛的研究[19-21]，但對(duì)這兩類資源成藏的內(nèi)在聯(lián)系及共生機(jī)制卻研究極少。張金川等（2003）[20]在分析成藏過(guò)程的基礎(chǔ)上，指出了不同類型油氣藏分布的序列性。油氣生成的多源性和不同聚集條件下成藏聚集的多變性構(gòu)成了油氣在平、剖面上發(fā)育和分布的序列性，由生供烴序列、運(yùn)移序列、封存序列以及成藏序列等構(gòu)成，多因素變化導(dǎo)致不同盆地中的油氣藏。在理想的盆地中，可能出現(xiàn)由煤層氣或頁(yè)巖氣、根緣氣、致密砂巖氣、水溶氣、常規(guī)圈閉氣以及甲烷水合物等構(gòu)成完整的油氣成藏序列。雷新華等（2013）[21]從天然氣水合物和傳統(tǒng)油氣藏形成演化的角度，提出了水合物與傳統(tǒng)油氣資源之間的3種基本共生模式即泄漏共生、封蓋共生和遮蓋側(cè)儲(chǔ)共生。天然氣水合物和傳統(tǒng)油氣成藏共生的現(xiàn)象在永久凍土區(qū)較為普遍。這表明天然氣水合物與常規(guī)油氣資源在成藏要素上的相似性，使兩者在一定條件下可以共生成藏。例如，加拿大馬更些三角洲和北極群島[2,22]、北美阿拉斯加北坡[23]、西伯利亞盆地麥索雅哈氣田[24]這3個(gè)地區(qū)都證實(shí)存在天然氣水合物與傳統(tǒng)油氣資源的現(xiàn)象，而且在這些地區(qū)天然氣水合物與傳統(tǒng)油氣的泄漏共生成藏模式可能更具有普遍意義。

波福特海盆地馬更些三角洲地區(qū)新生代油氣藏主要位于下部地層，烴源巖主要為上白堊統(tǒng)頁(yè)巖和古近系三角洲前緣頁(yè)巖[3-4]。氣體水合物產(chǎn)出層主要位于新生代的上部地層Kugmallit組、Mackenzie Bay組、Iperk組。Kugmallit組是典型的三角洲前緣相，砂巖連續(xù)分布，凈厚度達(dá)到 400 m，平均孔隙度為24%，最高孔隙度達(dá)33%。Mackenzie Bay組主要由泥巖和粉砂質(zhì)泥巖組成，對(duì)下覆的Kugmallit層序內(nèi)儲(chǔ)層起到封蓋的作用。Mackenzie Bay組內(nèi)水合物相對(duì)Kugmallit組和Iperk組較少，主要位于Mackenzie Bay組的砂巖夾層中。Iperk組由未固結(jié)到弱膠結(jié)的礫巖到砂巖組成，粒度向西北方向逐漸變細(xì)[3-4]。波弗特-馬更些盆地的許多傳統(tǒng)油氣田處于未充滿狀態(tài)，在斷層發(fā)育的油氣遠(yuǎn)景區(qū)，氣體水合物的賦存和厚度與常規(guī)油氣資源有密切相關(guān)性。馬利克水合物生產(chǎn)井區(qū)的分子和穩(wěn)定同位素地球化學(xué)特征，表明天然氣水合物的甲烷氣體來(lái)源于深部的熱解成因氣[18]。構(gòu)造對(duì)垂向熱成因氣進(jìn)入水合物穩(wěn)定帶具有控制作用，斷層和裂縫是深層熱成因氣遷移進(jìn)入氣體水合物穩(wěn)定帶的優(yōu)勢(shì)路徑。OSADETZ等[4]的研究表明氣體水合物厚度與下覆傳統(tǒng)油氣資源的密切相關(guān)，且構(gòu)造背景對(duì)氣體水合物出現(xiàn)和天然氣的產(chǎn)量有較大的影響。最大凈厚度大于5 m的氣體水合物層有71%的井位于傳統(tǒng)油氣藏之上，含氣體水合物的井有41%位于傳統(tǒng)油氣藏之上。

馬更些三角洲凍土區(qū)天然氣水合物和傳統(tǒng)油氣成藏共生現(xiàn)象的形成模式可能有兩種，即氣藏速凍式和緩慢冷凍式[25]。前者假設(shè)由于氣候條件的變化（由間冰期到冰期）或者構(gòu)造抬升改變了先存氣藏的溫度和壓力條件，從而形成天然氣水合物礦藏；后者認(rèn)為深部熱解甲烷氣運(yùn)移到氣水合物帶或適合于形成氣水合物的海底或極地永凍區(qū)，邊運(yùn)移邊成藏而形成氣水合物礦藏。在這兩種模式中永久凍土帶封存、先前已形成的水合物自身封存和斷層的閉合等，對(duì)天然氣水合物的形成都起到了重要作用。

3 控制因素

3.1 構(gòu)造條件

天然氣水合物的形成不僅需要溫壓條件，還需要構(gòu)造條件、沉積條件、運(yùn)移條件等諸多要素的匹配。天然氣水合物勘探表明天然氣水合物的產(chǎn)出明顯受構(gòu)造控制，如日本南海海槽天然氣水合物均產(chǎn)于背斜的冠部或斷裂狀翼部[9]。在 Cascadia大陸邊緣“水合物海嶺”區(qū)，地震反射資料顯示，天然氣水合物向“水合物海嶺”的構(gòu)造冠部集中[26]。Boswell等（2011）將構(gòu)造地質(zhì)圖與地震反射異常進(jìn)行疊合后發(fā)現(xiàn)，位于艾爾伯特山褶皺脊部的水合物單元 C和D受到構(gòu)造和巖性的共同作用；水合物單元C和D主要分布于斷層的上盤，越過(guò)斷面的C、D組水合物厚度明顯下降[10]。

圖3 研究區(qū)主要斷層和褶皺等構(gòu)造要素密度分布（a）和其與氣體水合物產(chǎn)出概率的關(guān)系圖（b和c）[4]（圖a可以作為流體運(yùn)移到氣體水合物穩(wěn)定帶的路徑示意圖）Fig. 3 Spatial density of structural elements map and probability densities of the spatial density of structural elements for gas hydrate or non-gas hydrate bearing wells (this map is a potential proxy for migration pathway into the GHSZ)[4]

波弗特-馬更些盆地內(nèi)區(qū)域尺度的構(gòu)造研究程度較高，其中有四條斷裂對(duì)本區(qū)水合物的分布影響較大。呈 NE-SW 走向的 Eskimo Lakes斷層帶（ELFZ），限定了侏羅紀(jì)-早白堊紀(jì)裂谷體系的東南邊緣；Taglu斷裂帶（TFZ）近平行于Eskimo Lakes斷層帶（ELFZ），控制著盆地晚白堊紀(jì)到新近紀(jì)的沉降中心；Tarsiut-Amauligak斷裂帶位于研究區(qū)北部，呈E-W向延伸，控制著晚中新世沉積中心；波弗特海西部的西波弗特沖斷前緣（WBTF）平行于海岸線，控制著盆地內(nèi)逆斷層的擠壓變形前緣。這四條主斷裂將波福特海-馬更些地區(qū)劃分為不同的構(gòu)造域。波福特海西部為發(fā)育逆沖斷層和擠壓褶皺的前陸盆地，東部為發(fā)育鏟狀斷層和滾動(dòng)背斜的裂谷邊緣。位于這兩大構(gòu)造域之間的中部地區(qū)形成了平行于西南部逆沖帶前緣的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶。馬里克水合物試采區(qū)便位于這一地區(qū)，該地區(qū)成藏條件優(yōu)越，不僅毗鄰生烴凹陷，氣源條件充足，而且斷裂體系十分發(fā)達(dá)。斷裂系統(tǒng)在水合物成藏中不僅起著流體運(yùn)移通道的作用，同時(shí)還起著儲(chǔ)集空間的作用，使水合物穩(wěn)定帶以下的氣體運(yùn)移至穩(wěn)定帶并儲(chǔ)集成藏[27]。OSADETZ等（2010）[4]通過(guò)構(gòu)造要素和水合物空間分布明顯的正相關(guān)性，證明了構(gòu)造背景對(duì)氣體水合物聚集成藏起到重要作用。水合物在構(gòu)造要素密度指數(shù)大于125的地區(qū)更發(fā)育，在指數(shù)小于125的地區(qū)，很可能缺失（圖3）。高飽和度（大于50%）的水合物的分布與密度指數(shù)的關(guān)系更為明確（圖3c）。因此，推測(cè)向上的含氣流體運(yùn)移，尤其沿著伸展斷層，對(duì)氣體進(jìn)入水合物穩(wěn)定帶起到重要作用。

3.2 沉積條件

天然氣水合物形成的沉積控制因素主要有巖相特征、沉積速率、有機(jī)碳含量、沉積環(huán)境等方面，其中巖相的變化直接影響著天然氣水合物的存在和分布[28]。馬里克地區(qū)水合物穩(wěn)定域內(nèi)地層自下向上可以分為3個(gè)巖相段：① 粘土粉砂層，夾粉砂層；② 礫到中礫砂和細(xì)砂互層，粒度向上遞減；③ 底部為細(xì)到中粒砂巖與礫巖互層，向上變?yōu)榧?xì)砂。在有基質(zhì)支撐和分選好的中細(xì)粒砂巖中天然氣水合物充填在粒間孔隙中，飽和度可達(dá)80%以上；但在分選較差的粉砂巖中只有較低的天然氣水合物含量，在粘土粉砂巖和泥巖中則極少發(fā)現(xiàn)天然氣水合物。氣體水合物飽和度和沉積物中砂質(zhì)的含量呈現(xiàn)很好的線性相關(guān)性，砂質(zhì)含量越高，水合物飽和度越高，粗粒徑沉積物含量增多的位置與水合物富集層位存在較好的位置對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖 4）[29]。天然氣水合物飽和度與沉積物粒度的正相關(guān)性在阿拉斯加北坡的艾爾伯特山水合物測(cè)試區(qū)和祁連山水合物富集區(qū)也存在[30-32]。

圖4 馬更些三角洲凍土區(qū)天然氣水合物飽和度和孔隙度的關(guān)系[29]Fig. 4 Sediment sample porosity versus in situ Permafrostassociated gas hydrate saturation in the Mackenzie Delta[29]

同時(shí)，這些地區(qū)的水合物與廣泛分布的永久凍土帶密切相關(guān)，而水合物的分布不僅受儲(chǔ)集層物性的控制，還可能與凍土層厚度和巖性有很大關(guān)系[31]。良好的“儲(chǔ)蓋組合”可能更有利于天然氣水合物的富集。目前在凍土層與天然氣水合物成藏的研究中，主要側(cè)重于從凍土層厚度、凍土層本身的巖性和其對(duì)下伏地層溫度場(chǎng)的影響等方面，定性地討論其與天然氣水合物穩(wěn)定帶范圍的關(guān)聯(lián)。這些研究均認(rèn)為凍土層由于滲透率較低，能有效地阻止下部游離氣體向上逸散，其在水合物成藏中起到“封蓋作用”，有利于水合物富集成藏[32]。尚且沒(méi)有定量討論過(guò)凍土層厚度、水合物穩(wěn)定帶（游離氣蓋層）和水合物層之下的游離氣層厚度三者間的關(guān)系。馬更些三角洲凍土區(qū)的年平均地表溫度為-15 ～ -20℃，凍土層厚度變化較大，從工區(qū)西南部不到 200 m，到東北部地區(qū)增加到 700 m。凍土底界和甲烷水合物穩(wěn)定帶底界的對(duì)比，可以看出天然氣水合物穩(wěn)定帶的厚度隨著永久凍土帶基底變深而變厚。晚新生代時(shí)期，受冰期-間冰期氣候旋回的影響，凍土層厚度在時(shí)空上的變化造成了凍土層之下沉積層熱狀態(tài)異常，天然氣水合物的穩(wěn)定隨之受到影響[33]。

3.3 水動(dòng)力作用

實(shí)際上，地下水是活躍的地質(zhì)作用營(yíng)力，是油氣生成、運(yùn)聚的動(dòng)力和載體，常影響油氣成藏的各個(gè)階段。地下水的循環(huán)活動(dòng)對(duì)常規(guī)油氣藏形成的影響前人已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，但對(duì)水合物成藏的影響討論較少[34-37]。不論是深部油氣運(yùn)移還是淺層含氣流體運(yùn)移，都是從高流體勢(shì)區(qū)向低流體勢(shì)區(qū)運(yùn)移。深部地層地下水以壓實(shí)水流為主，常規(guī)油氣藏的聚集通常不考慮水動(dòng)力，因?yàn)榭紫端黧w速率很慢，因此常優(yōu)先聚集在隆起部位或巖性尖滅封閉端等流體低勢(shì)能區(qū)。但水合物穩(wěn)定帶的地下水活躍，含氣流體運(yùn)移方向大多受重力（地形）或壓實(shí)體系等因素控制。凍土區(qū)地下水的流體勢(shì)分布、流動(dòng)性、礦化度差異等因素會(huì)影響水合物的賦存和分布。類凍脹丘（pingo-like features, PLFs）的形成與淺層水動(dòng)力循環(huán)、含氣流體的運(yùn)移及熱傳導(dǎo)作用等存在著緊密的相互作用[38-39]。波弗特海陸架區(qū)發(fā)育大量的類凍脹丘表明這一地區(qū)的淺層水動(dòng)力循環(huán)活躍。馬更些盆地西南邊緣在古新世后遭受侵蝕作用，地層水化學(xué)數(shù)據(jù)表明淡水可能滲入到這一區(qū)域，地形曾經(jīng)是盆地邊緣流體運(yùn)移的重要驅(qū)動(dòng)力[3]，也就是說(shuō)重力驅(qū)動(dòng)的流體系統(tǒng)影響馬更些三角洲地區(qū)淺層的水動(dòng)力循環(huán)。

CHEN等（2010）對(duì)波弗特-馬更些盆地新近系地層孔隙壓力的研究表明，馬更些三角洲地區(qū)存在深部超壓（2 000 m以下），且深部超壓帶頂界面深度由南（靠近盆地邊緣）向北逐漸降低，含氣流體從北部高流體勢(shì)區(qū)域向南部盆地邊緣的低勢(shì)區(qū)運(yùn)移。這種趨勢(shì)在鏟狀斷層帶出現(xiàn)的地方中斷，鏟狀斷層起到劃分壓力系統(tǒng)的作用[3]。盡管深部超壓出現(xiàn)在天然氣水合物穩(wěn)定帶之下，對(duì)天然氣水合物的穩(wěn)定沒(méi)有直接的影響，但它們?cè)诤瑲饬黧w向上運(yùn)移的過(guò)程中起到有利的作用。深層和淺層兩大水動(dòng)力系統(tǒng)如何影響馬更些三角洲地區(qū)天然氣的運(yùn)移、聚集和水合物的形成值得進(jìn)一步的研究。

4 結(jié) 論

（1）馬更些三角洲凍土區(qū)天然氣水合物藏具有非均質(zhì)分布、氣體主要來(lái)源為熱成因氣體和與常規(guī)油氣資源共生3個(gè)特征。水合物穩(wěn)定域內(nèi)巖性變化較大，在砂巖和泥巖互層段，高飽和度水合物易于賦存在砂巖單元中。凍土層的封蓋作用可能促進(jìn)了天然氣水合物與傳統(tǒng)油氣的泄漏共生成藏模式。

（2）在凍土帶底部溫度和壓力視為均一條件下，馬更些三角洲凍土區(qū)水合物層的分布主要受構(gòu)造活動(dòng)（斷層作為流體通道）、地層中優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布以及凍土層屬性（地溫、巖性和厚度）等因素的綜合控制。此外，深部超壓流體系統(tǒng)和淺層重力流系統(tǒng)兩大水動(dòng)力場(chǎng)特征也可能影響該地區(qū)天然氣的運(yùn)移、聚集和水合物的賦存與分布。

[1]SLOAN E D JR. Gas hydrates： review of physical/chemical properties[J]. Energy & fuels, 1998,12(2)： 191-196. DOI： 10.1021/ef970164+.

[2]MAJOROWICZ J A, OSADETZ K G. Gas hydrate distribution and volume in Canada[J]. AAPG bulletin,2001, 85(7)： 1211-1230. DOI： 10.1306/8626CA9B-173B-11D7-8645000102C1865D.

[3]CHEN Z H, ISSLER D R, OSADETZ K G, et al. Pore pressure patterns in Tertiary successions and hydrodynamic implications, Beaufort-Mackenzie Basin, Canada[J].Bulletin of Canadian petroleum geology, 2010, 58(1)：3-16. DOI： 10.2113/gscpgbull.58.1.3.

[4]OSADETZ K G, CHEN Z H. A re-evaluation of Beaufort Sea-Mackenzie Delta basin gas hydrate resource potential：petroleum system approaches to non- conventional gas resource appraisal and geologically- sourced methane flux[J]. Bulletin of Canadian petroleum geology, 2010,58(1)： 56-71. DOI： 10.2113/gscpgbull.58.1.56.

[5]SAINT-ANGE F, KUUS P, BLASCO S, et al. Multiple failure styles related to shallow gas and fluid venting,upper slope Canadian Beaufort Sea, northern Canada[J].Marine geology, 2014, 355： 136-149. DOI： 10.1016/j.margeo.2014.05.014.

[6]DALLIMORE S R, COLLETT T S. Regional gas hydrate occurrences, permafrost conditions, and Cenozoic geology,Mackenzie Delta area[C]//DALLIMORE S R, UCHIDA T, COLLETT T S.Scientific Results from JAPEX/JNOC/GSC Mallik 2L-38 Gas Hydrate Research Well, Mackenzie Delta, Northwest Territories, Canada：Bulletin of the Geological Survey of Canada, 1999(544)：31-43.

[7]陳歡慶, 王玨, 杜宜靜. 儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究方法進(jìn)展[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào), 2017, 23(1)： 104-116. DOI： 10.16108/j.issn1006-7493.2016060.

[8]BHADE P, PHIRANI J. Gas production from layered methane hydrate reservoirs[J]. Energy, 2015, 82： 686-696.DOI： 10.1016/j.energy.2015.01.077.

[9]NOGUCHI S, SHIMODA N, TAKANO O, et al. 3-D internal architecture of methane hydrate-bearing turbidite channels in the eastern Nankai Trough, Japan[J]. Marine and petroleum geology, 2011, 28(10)： 1817-1828. DOI：10.1016/j.marpetgeo.2011.02.004.

[10]BOSWELL R, ROSE K, COLLETT T S, et al. Geologic controls on gas hydrate occurrence in the Mount Elbert prospect, Alaska North Slope[J]. Marine and petroleum geology, 2011, 28(2)： 589-607. DOI： 10.1016/j.marpetgeo.2009.12.004.

[11]張金昌. 天然氣水合物勘探開發(fā)： 從馬里克走向未來(lái)——加拿大北極地區(qū)天然氣水合物勘探開發(fā)情況綜述[J]. 地質(zhì)通報(bào), 2005, 24(7)： 106-109. DOI： 10.3969/j.issn.1671-2552.2005.07.018.

[12]祝有海. 加拿大馬更些凍土區(qū)天然氣水合物試生產(chǎn)進(jìn)展與展望[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 2006, 21(5)： 513-520. DOI：10.3321/j.issn：1001-8166.2006.05.010.

[13]BELLEFLEUR G, RIEDEL M, BRENT T. Seismic characterization and continuity analysis of gas-hydrate horizons near Mallik research wells, Mackenzie Delta,Canada[J]. The leading edge, 2006, 25(5)： 599-604. DOI 10.1190/1.2202663.

[14]盧振權(quán), 祝有海, 張永勤, 等. 青海祁連山凍土區(qū)天然氣水合物的氣源條件及其指示意義[J]. 礦床地質(zhì), 2013,32(5)： 1035-1044. DOI： 10.3969/j.issn.0258-7106.2013.05.015.

[15]KHLYSTOV O, DE BATIST M, SHOJI H, et al. Gas hydrate of Lake Baikal： discovery and varieties[J]. Journal of Asian earth sciences, 2013, 62： 162-166. DOI： 10.1016/j.jseaes.2012.03.009.

[16]COLLETT T S. Energy resource potential of natural gas hydrates[J]. AAPG bulletin, 2002, 86(11)： 1971-1992.DOI： 10.1306/61EEDDD2-173E-11D7-8645000102C1865D.

[17]李明宅, 張洪年. 生物氣成藏規(guī)律研究[J]. 天然氣工業(yè),1997, 17(2)： 6-10.

[18]LORENSON T D, WHITICAR M J, WASEDA A, et al.Gas composition and isotopic geochemistry of cuttings,core, and gas hydrate from the JAPEX/JNOC/GSC Mallik 2L-38 gas hydrate research well[C]//DALLIMORE S R,UCHIDA T, COLLETT T S. Scientific Results from JAPEX/JNOC/GSC Mallik 2L-38 Gas Hydrate Research Well, Mackenzie Delta, Northwest Territories, Canada：Bulletin of the Geological Survey of Canada, 1999(544)：143-163.

[19]劉金龍, 王淑紅, 顏文. 海洋天然氣水合物與深水油氣共生關(guān)系探討[J]. 熱帶海洋學(xué)報(bào), 2015, 34(2)： 39-51.DOI： 10.11978/j.issn.1009-5470.2015.02.006.

[20]張金川, 金之鈞, 袁明生, 等. 油氣成藏與分布的遞變序 列 [J]. 現(xiàn) 代 地 質(zhì) , 2003, 17(3)： 323-330. DOI：10.3969/j.issn.1000-8527.2003.03.014.

[21]雷新華, 林功成, 苗永勝, 等. 天然氣水合物與傳統(tǒng)油氣資源共生成藏模式初探[J]. 海相油氣地質(zhì), 2013,18(1)： 47-52. DOI： 10.3969/j.issn.1672-9854.2013.01.007.

[22]MAJOROWICZ J A, HANNIGAN P K, OSADETZ K G.Study of the natural gas hydrate “Trap Zone” and the methane hydrate potential in the Sverdrup Basin,Canada[J]. Natural resources research, 2002, (11)2： 79-96.DOI： 10.1023/A：1015575918179.

[23]COLLETT T S, LEE M W, AGENA W F, et al.Permafrost-associated natural gas hydrate occurrences on the Alaska North Slope[J]. Marine and petroleum geology,2011, 28(2)： 279-294. DOI： 10.1016/j.marpetgeo.2009.12.001.

[24]MAKOGON Y F, HOLDITCH S A, MAKOGON T Y.Natural gas-hydrates—A potential energy source for the 21st Century[J]. Journal of petroleum science and engineering, 2007, 56(1/3)： 14-31. DOI： 10.1016/j.petrol.2005.10.009.

[25]ГИHCБУPГ Д, COЛOBЪEB B A. 天然氣水合物形成的地質(zhì)模式[J]. 史斗, 譯. 天然氣地球科學(xué), 1998, 9(3/4)： 1-8.

[26]TORRES M E, WALLMANN K, TRéHU A M, et al. Gas hydrate growth, methane transport, and chloride enrichment at the southern summit of Hydrate Ridge,Cascadia margin off Oregon[J]. Earth and planetary science letters, 2004, 226(1/2)： 225-241. DOI： 10.1016/j.epsl.2004.07.029.

[27]CHEN Z H, OSADETZ K G, ISSLER D R, et al.Hydrocarbon migration detected by regional temperature field variations, Beaufort-Mackenzie Basin, Canada[J].AAPG bulletin, 2008, 92(12)： 1639-1653. DOI： 10.1306/07300808011.

[28]蘇明, 楊睿, 張翠梅, 等. 深水沉積體系研究進(jìn)展及其對(duì)南海北部陸坡區(qū)天然氣水合物研究的啟示[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 2013, 33(3)： 109-116.

[29]WINTERS W J, DALLIMORE S R, COLLETT T S, et al.Physical properties of sediments from the JAPEX/JNOC/GSC Mallik 2L-38 gas hydrate research well[C]//DALLIMORE S R, UCHIDA T, COLLETT T S. Scientific Results from JAPEX/JNOC/GSC Mallik 2L-38 Gas Hydrate Research Well, Mackenzie Delta, Northwest Territories, Canada：Bulletin of the Geological Survey of Canada,, 1999(544)：95-100.

[30]ROSE K, BOSWELL R, COLLETT T. Mount Elbert Gas Hydrate Stratigraphic Test Well, Alaska North Slope：coring operations, core sedimentology, and lithostratigraphy[J].Marine and petroleum geology, 2011, 28(2)： 311-331.DOI： 10.1016/j.marpetgeo.2010.02.001.

[31]DAI S, LEE C, SANTAMARINA J C. Formation history and physical properties of sediments from the Mount Elbert gas hydrate stratigraphic test well, Alaska north slope[J]. Marine and petroleum geology, 2011, 28(2)：427-438. DOI： 10.1016/j.marpetgeo.2010.03.005.

[32]龐守吉, 蘇新, 何浩, 等. 祁連山凍土區(qū)天然氣水合物地質(zhì)控制因素分析[J]. 地學(xué)前緣, 2013, 20(1)： 223-239.

[33]MAJOROWICZ J A, HANNIGAN P K. Natural gas hydrates in the offshore Beaufort-Mackenzie basin—study of a feasible energy source II[J]. Natural resources research,2000, 9(3)： 201-214. DOI： 10.1023/A：1010179301059.

[34]MILKOV A V, SASSEN R. Economic geology of offshore gas hydrate accumulations and provinces[J]. Marine and petroleum geology, 2002, 19(1)： 1-11. DOI： 10.1016/S0264-8172(01)00047-2.

[35]BERG R R, DEMIS W D, MITSDARFFER A R.Hydrodynamic effects on mission canyon (Mississippian)oil accumulations, Billings Nose Area, North Dakota[J].AAPG bulletin, 1994, 78(4)： 501-518. DOI： 10.1306/bdff9244-1718-11d7-8645000102c1865d.

[36]FREDERICK J M, BUFFETT B A. Submarine groundwater discharge as a possible formation mechanism for permafrost-associated gas hydrate on the circum-Arctic continental shelf[J]. Journal of geophysical research, 2016,121(3)： 1383-1404. DOI： 10.1002/2015JB012627.

[37]康德江, 龐雄奇, 呂延防, 等. 松遼盆地西斜坡水動(dòng)力場(chǎng)與油氣的聚集成藏[J]. 地球?qū)W報(bào), 2008, 29(2)：205-212. DOI： 10.3321/j.issn：1006-3021.2008.02.011.

[38]HOVLAND M, SVENSEN H. Submarine pingoes：indicators of shallow gas hydrates in a pockmark at Nyegga,Norwegian Sea[J]. Marine geology, 2006, 228(1/4)： 15-23.DOI： 10.1016/j.margeo.2005.12.005.

[39]SEROV P, PORTNOV A, MIENERT J, et al. Methane release from pingo-like features across the South Kara Sea shelf, an area of thawing offshore permafrost[J]. Journal of geophysical research, 2015, 120(8)： 1515-1529. DOI：10.1002/2015JF003467.