［關(guān)鍵詞］內(nèi)蒙古；多年凍土區(qū)；天然氣水合物；重要意義

天然氣水合物，俗稱“可燃冰”是由水和低分子量氣體（如甲烷、乙烷、二氧化碳等）在低溫、高壓、氣體濃度大于其溶解度條件下形成的一種籠型結(jié)晶化合物[1-2]。天然氣水合物主要賦存于海底沉積地層和陸上永久凍土帶中，資源潛力巨大。中國高度重視天然氣水合物資源的調(diào)查研究，2007年在南海神狐地區(qū)，2008年在祁連山木里地區(qū)相繼鉆獲天然氣水合物實物樣品，取得了天然氣水合物調(diào)查重大進展與突破，并在2017年和2020年進行了兩輪天然氣水合物試采[3-4]。陸域天然氣水合物在俄羅斯西伯利亞、加拿大麥肯齊三角洲、美國阿拉斯加北坡等北半球的多年凍土帶勘查成果最為突出，已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化開采[5-6]。

然而，我國陸域天然氣水合物調(diào)查集中于青藏高原高山凍土區(qū)，而對面積廣闊的大興安嶺北部高緯度多年凍土區(qū)關(guān)注程度較少。2016年，內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院開展了呼倫貝爾北部天然氣水合物調(diào)查評價工作，初步的野外調(diào)查顯示額爾古納和根河等地與青海省祁連山木里地區(qū)地質(zhì)條件相近，具備天然氣水合物找礦前景。2023年，內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查研究院在拉布達林盆地進一步開展了鉆探驗證，發(fā)現(xiàn)了豐富的天然氣水合物異常現(xiàn)象，淺層氣的新發(fā)現(xiàn)，對天然氣水合物勘查有重要意義，也拓展了大興安嶺地區(qū)非常規(guī)天然氣的勘查方向。

1. 研究區(qū)概況

拉布達林盆地位于大興安嶺北部，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市境內(nèi)，盆地地形呈北西、北東高、南西、南東低之勢，盆地東北部為大興安嶺山脈的森林覆蓋區(qū)，南部為呼倫貝爾大草原，呈北東向長條狀展布，長約210km，寬約57km，面積14660 km2。拉布達林盆地早期發(fā)育北東向、東西向主要控盆構(gòu)造，晚期發(fā)育北西向構(gòu)造，將盆地分割為闊空多魯斷坳、蘇布魯克斷隆，其洛圖屯斷坳，上烏爾根斷隆，肯蓋里斷坳三坳兩隆五個區(qū)塊[7]（圖1）。由于受多次構(gòu)造運動的影響，古生界地層發(fā)育不全，零星分布于盆地邊界斷層兩側(cè)。由這些地層和廣泛發(fā)育的晚古生代和中生代花崗巖構(gòu)成了盆地的基底。盆地的蓋層主要是中侏羅統(tǒng)萬寶組、塔木蘭溝組，上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組、瑪尼吐組，下白堊統(tǒng)白音高老組、梅勒圖組和大磨拐河組。

2. 天然氣水合物成藏條件

2.1 多年凍土條件及地溫條件

凍土環(huán)境是陸域天然氣水合物形成的重要條件，凍土厚度越大，地溫越低，越有利于天然氣水合物的形成。青海木里煤田位于青藏高原北部高寒地區(qū)，海拔4100～4300 m，年平均氣溫-5.1℃，年平均地表地溫為-1.5℃～2.4℃，凍土層厚度為50～139.3 m[8-9]。拉布達林盆地地處大興安嶺北端，是我國唯一的高緯度多年凍土區(qū)。區(qū)內(nèi)多年凍土分布及其特征具有明顯的緯度地帶性和強烈的局地分異規(guī)律（圖2）。盆地東北側(cè)根河地區(qū)為我國最為寒冷的地區(qū)，年平均氣溫低于-5.0℃，極端最低氣溫達-58℃，結(jié)凍期210天以上。該區(qū)凍土呈大平面、大片連續(xù)分布，凍土厚度70～80 m，個別地方達120 m。據(jù)中國科學院凍土工程國家重點實驗室根河多年凍土監(jiān)測GH-9孔（地理坐標為：經(jīng)度：121.51°，緯度：50.49°）監(jiān)測數(shù)據(jù)，多年凍土厚度88 m[10]。

由根河盆地向西南延伸進入拉布達林盆地北部，因緯度、地形、地貌、植被等變化氣溫略有升高，年平均氣溫-3.0℃～-5.0 ℃，極端最低氣溫達-49.5 ℃，結(jié)凍期長達6.5個月左右。多年凍土基本上連續(xù)分布，凍土厚度相應降低，凍土厚度一般為20～50 m，個別地方仍可達70 m。如盆地東側(cè)伊圖里河鎮(zhèn)鉆孔實測凍土厚度大于60 m，凍土層地溫梯度0.5℃/10 m，東南側(cè)烏爾其汗鎮(zhèn)鉆孔實測凍土厚度大于40 m，凍土層地溫梯度0.4℃/10 m[11]。本次施工ST-1井穩(wěn)態(tài)測溫顯示季節(jié)性凍土底界為20.35 m，永久性凍土底界為65.25 m，凍土內(nèi)地溫梯度0.8℃/100 m，井溫折線（圖3）。經(jīng)鉆探證實拉布達林盆地大西山地區(qū)凍土厚度與青海木里地區(qū)接近，具備天然氣水合物形成的凍土條件。

2.2 烴源巖條件

烴類氣體和水是天然氣水合物形成的物質(zhì)來源。拉布達林盆地同青海木里地區(qū)同樣具有水系發(fā)育的特征，本區(qū)由得爾布爾、根河、海拉爾、伊圖里和額爾古納等河流水源豐富，具備天然氣形成的水資源條件。因此，是否具有豐富的氣源條件是本區(qū)天然氣水合物潛力評價的重點。青海木里地區(qū)發(fā)育三疊系烴源巖和侏羅系煤系地層兩套潛在氣源，氣源條件優(yōu)越[12-16]。拉布達林盆地發(fā)育下侏羅統(tǒng)萬寶組（J1-2w）、下白堊統(tǒng)大磨拐河組（K1-2d）兩套潛在氣源巖[17]。

中下侏羅統(tǒng)萬寶組地表僅出露于盆地邊緣及新建村等地，巖性以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖為主。泥巖有機碳含量0.49%～1.16%，生烴潛力較低，小于0.1 mg/g，有機質(zhì)類型為I 型和Ⅱ1 型，鏡質(zhì)體反射率平均值為0.60%，Tmax 平均433℃，處于低成熟階段，為中等-差級別烴源巖。下白堊統(tǒng)大磨拐河組見于大西山煤田、其落圖屯煤田等鉆孔中，地表未見出露，為本區(qū)含煤地層。大磨拐河組底部巖性為灰色、灰白色粗粒砂巖、礫巖，中、上部以粉砂巖、泥巖為主，發(fā)育三套主力煤層，煤類為長焰煤、氣煤、1/3 焦煤、焦煤，煤階較高，鏡質(zhì)體發(fā)射率Ro 分布在0.98%～1.16%，有利于形成煤層氣，與青海木里地區(qū)同樣具有煤階高、煤類復雜的特征。大磨拐河組泥巖有機碳含量0.99%～7.52%，平均為5.98%，生烴潛量平均為3.91 mg/g，有機質(zhì)類型主要是Ⅱ2型和Ⅲ型，鏡質(zhì)體反射率平均值為0.66%，Tmax平均435℃，具備生氣條件，可以作為天然氣水合物的氣源（表1）。

2.3 運移條件

青海木里地區(qū)不同產(chǎn)狀與性質(zhì)的斷層是影響天然氣水合物形成與分布的主要地質(zhì)控制因素，本區(qū)與木里地區(qū)相似，發(fā)育多期構(gòu)造運動、斷裂發(fā)育。拉布達林盆地盆底西部以德爾布干斷裂為界，東部以哈達圖斷層，木瑞林場斷層為界，南部以朝泥呼都格斷層為界與海拉爾盆地相連，盆地內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為北東向、近東西向和北西向，其中北東向構(gòu)造為主要控盆構(gòu)造，規(guī)模較大。盆地內(nèi)部的各煤田亦受盆地總體構(gòu)造控制，呈EW走向，煤田內(nèi)部斷裂發(fā)育，構(gòu)造復雜程度中等，從空間上斷裂發(fā)育為天然氣水合物提供了良好運移通道。由于本區(qū)潛在氣源巖為大磨拐河組煤層，與天然氣水合物儲層為同一層位，油氣可采用擴散作用，由下而上近距離運移。

3. 天然氣水合物異?，F(xiàn)象

ST-1井300米以淺氣測含量遠超背景值數(shù)倍，全烴最高達到16.43%，發(fā)育有5套高氣豐度氣層（氣測錄井全烴大于5%，厚度大于5 m）（表2）。巖心解吸實驗采集氣體樣品氣體組分主要為甲烷、氮氣、二氧化碳及少量的乙烷和丙烷，隨深度甲烷含量逐漸升高，200 m以下甲烷含量一般大于70%（表3）。ST-1井現(xiàn)場地質(zhì)工作雖然肉眼未觀察識別到天然氣水合物實物，但現(xiàn)場觀察到部分巖心段表面出現(xiàn)冒出氣泡現(xiàn)象，簡易浸水試驗也顯示巖心表面氣泡呈串珠狀冒出。例如，在ST-1 井中，在163.00～163.14 m、176.95～177.05 m、213.13～213.21 m 巖心樣品浸水試驗，都出現(xiàn)泥巖、炭質(zhì)泥巖裂隙面有明顯串珠狀冒氣泡現(xiàn)象，部分樣品表面且表面長時間未干或擦干后有冒水珠現(xiàn)象。ST-1井巖石裂隙和孔隙中普遍充填方解石、黃鐵礦等后生礦物（圖4），這些異?，F(xiàn)象可能與天然氣水合物直接或間接相關(guān)。淺層氣的發(fā)現(xiàn)對天然氣水合物勘查具有較好的指示意義。

4. 討論

ST-1井含氣異常層位深度在198～297 m，含氣異常層位巖性復雜，多為炭質(zhì)泥巖、粉砂巖、細砂巖等互層，含煤線及薄煤層。粉砂巖和細砂巖等巖性占含氣異常層位厚度的70%以上，ST-1井含氣類型既有游離氣，又有吸附氣。ST-1井含氣層位上部巖性以細砂巖、中砂巖和松散沉積物為主，不能形成常規(guī)巖性蓋層封閉。因此，淺層氣得以如此高含量聚集，與凍土帶和天然氣水合物穩(wěn)定帶的封閉保存作用有關(guān)。本區(qū)天然氣水合物和淺層氣作為一個整體的成藏系統(tǒng)，淺層氣與天然氣水合物互為耦合關(guān)系，淺層氣作為天然氣水合物的氣源，凍土帶和天然氣水合物穩(wěn)定帶可以充當淺層氣聚集的蓋層。

5. 結(jié)論

（1）綜合考慮天然氣水合物成藏因素的耦合性，對比青海省祁連山木里縣天然氣水合物形成條件，拉布達林盆地具有天然氣水合物形成多年凍土厚度、地溫條件和物源條件，具備形成天然氣水合物的資源潛力。

（2）淺層烴類氣體的發(fā)現(xiàn)為天然氣水合物找礦提供了良好線索，凍土厚度自北向南的差異性厚度變化是天然氣水合物富集的不利因素。建議將氣源條件優(yōu)越的大西山煤田和得爾布煤田作為重點區(qū)進一步開展后續(xù)勘查工作。

（3）將淺層氣和天然氣水合物為整體的成藏系統(tǒng)進行綜合性評價，為大興安嶺多年凍土區(qū)非常規(guī)天然氣勘查工作提供新的勘查方向。