Characterization and evaluation on the source rock of gas hydrate in Muli permafrost area, Nanqilian Basin
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摘要:
中国地质调查局2008年在南祁连盆地木里冻土区采集到了中国陆域第一例天然气水合物实物样品，对于天然气水合物的气体来源存在不同的认识。利用新完钻3口井样品的化验分析结果，分析了中侏罗统和上三叠统烃源岩有机地球化学特征。结果表明，中侏罗统江仓组、木里组煤系地层烃源岩有机质丰度较高，TOC（总有机碳含量）大于1%的样品占78.9%；氯仿沥青“A”含量大于0.1%的占总数的72.2%；有机质类型以Ⅱ2、Ⅱ1型为主；镜质体反射率Ro多介于0.7%~1.2%之间；71个样品生烃潜量平均值为8.8mg/g，总体处于生烃高峰期的生油阶段或凝析油阶段，属于好、很好烃源岩，为天然气水合物主力生烃层系。上三叠统尕勒得寺组亦为煤系地层烃源岩，TOC含量大于1%的样品占76.9%；氯仿沥青“A”含量小于0.05%；有机质类型以Ⅲ、Ⅱ1型为主；镜质体反射率Ro介于1.1%~1.77%之间；总体处于生湿气或干气阶段，但由于构造抬升影响其生烃潜量，平均值仅为0.35mg/g，当前整体生烃能力较差，为非烃源岩或较差烃源岩，对天然气水合物成藏贡献不大。
Abstract:China's first permafrost gas hydrate samples were collected by China Geological Survey in 2008 in Muli permafrost area, Nanqilian Basin. There exist different opinions concerning the genesis or origin of gases from gas hydrate. The organic geochemical indictors were systematically analyzed on the gas source rocks of the Middle Jurassic and the Upper Triassic from recently drilled 3 wells. The results show that the organic matter values are at high levels in source rocks of the Middle Jurassic strata (Jiangcang and Muli Formation) in the study area. 78.9% of TOC values are more than 1.0%, and 72.2% of chloroform bitumen 'A' are more than 0.1%. The main organic matter is of type Ⅱ2 and Ⅱ1. The vitrinite reflectances of most samples are between 0.7% to 1.2%. The average value of total hydrocarbon generation potential is 8.8mg/g rock in total 71 samples. So the organic matters in most samples are at mature levels, or at condensate levels, which are good and very good source rocks for the gases of gas hydrates. The organic matter values are also at high levels in source rocks of the Upper Triassic strata (Galedesi Formation). 76.9% of TOC values are more than 1.0%. The chloroform bitumen 'A' is less than 0.05%. The main organic matters are of type Ⅲ and Ⅱ1. The vitrinite reflectances of most samples are between 1.1% and 1.77%. Hence the organic matters in most samples are at post mature levels, or at dry gas levels, but the average value of total hydrocarbon generation potential is only 0.35 mg/g rock in total 39 samples, suggesting poor source rocks or barren rocks for the gases of gas hydrates.
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Keywords:
- gas hydrate /
- Middle Jurassic /
- Upper Triassic /
- source rock characteristics /
- Muli permafrost /
- Nanqilian Basin
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党的十九大报告指出，“要以‘一带一路’为重点，坚持引进来和走出去并重，遵循共商共建共享原则，加强创新能力开放合作，形成陆海内外联动、东西双向互济的开放格局”。在国家实施“一带一路”建设及拉美战略的契机下，提升中国在拉丁美洲地区地学领域的话语权，提高服务水平和质量，从粗放型服务向精准型服务转变，依靠科技创新解决全球重大资源环境问题和地球系统科学问题的能力，是新形势下对境外地质工作的新需求。因此，“两种资源、两个市场”、实施“走出去”是中国长期的资源战略任务，而拉丁美洲地区是中国实施“走出去”战略最重要的优选地区之一。
拉丁美洲是指从墨西哥起的西半球南部的整个地区，也就是地处北纬32°42′和南纬56°54′之间的大陆，东濒加勒比海和大西洋，与非洲大陆的最短距离约为2494.4km；西临太平洋；南隔德雷克海峡与南极洲相望；北界墨西哥与美国界河布拉沃河（即格兰德河），与美国为邻。拉丁美洲包括北美洲的墨西哥、中美洲和南美洲大陆，共有34个国家和地区，2008年人口约5.77亿，主要是印欧混血和黑白混血人种，其次为黑人、印第安人和白种人。由于本区都隶属拉丁语族，因此这些国家被称为拉丁美洲国家，这个地区被称为拉丁美洲。
早在20世纪20年代，澳大利亚学者安德鲁斯E就已指出统一的环太平洋成矿带的存在。40年代原苏联学者斯米尔诺夫C C将环太平洋成矿带划分为以铜为主的内带和以锡钨为主的外带，尔后西里托（1976）、米切尔（1976）、拉德科维奇（1983）均做出了巨大贡献，包括拉丁美洲在内的环太平洋地区的构造与矿产受到普遍重视，发表了大量的论文和专著。中国学者从西太平洋和东太平洋分析对比的角度出发做了许多研究，如张炳熹、李文达、裴荣富、戚建中、陆志刚、陶奎元等。近年来，随着境外地质矿产工作的开展，年轻一代的学者又做了许多有益的工作。特别是中国地质调查局南京地质调查中心境外地质室，他们的工作成果正陆续推向社会。《拉丁美洲地区重要矿产成矿规律研究》专辑的发表正是其集中体现。
该专辑系国内首次总结拉丁美洲地区的成矿地质条件，划分成矿区带，研究成矿系列，将对该地区进一步规划和开发起到指导作用。其主要特色在于：
（1）全面清晰地讨论了拉丁美洲地区重要成矿带的区域地质背景和成矿地质环境，通过对代表性的成矿带、成矿作用和典型矿床的研究，以点带面地阐明了拉丁美洲地区的优势矿产资源。
（2）利用大量的第一手资料，涉及原创、方法及技术，进行系统性、集成性、综合性分析整理，为拉丁美洲地区优势矿产资源成矿规律研究的真实性、准确性提供了依据，并能够使读者顺藤摸瓜，进一步查找所需资料。
（3）文章涵盖面广泛，论文编写单位以中国地质调查局南京地质调查中心为主，中国地质调查局发展研究中心、中国地质科学院地质研究所、吉林大学地球科学学院、福州大学紫金学院，以及秘鲁地质矿产冶金研究院、中国中资企业等多家单位参与；从学科领域看，从典型矿床解剖、重要成矿带成矿规律到投资环境均有涉及，并进行了国际、国内的对比研究，提升了文章的学术水平。可以服务不同层面，满足不同层次的需求。
总之，加强境外地质矿产研究工作十分重要，不仅要收集境外地质矿产资料，开展实地考察，更要加强综合研究，使境外地质矿产编图、成矿区带划分、成矿规律总结等得到深化，才能集成为有影响的大成果。《拉丁美洲地区重要矿产成矿规律研究》专辑的出版，为进一步开展境外地质成矿规律综合研究提供了有借鉴意义的工作思路、方法和实例。
在此，我热诚祝贺这一系列研究成果的取得，并向具有创新意识和国际化视野的地学人才、为境外地质矿床研究作出贡献的专家学者们表示由衷的祝贺!
致谢: 成文过程中得到中国地质调查局油气资源调查中心翟刚毅教授级高工的指导，在此深表谢意。 -
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图 1 南祁连盆地构造单元划分及木里冻土区井位地质图[23]
Figure 1. Division of tectonic units in southern Qilian Basin and geological map of wells in Muli permafrost area
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图 3 研究区氯仿沥青”A”分布直方图
Figure 3. Middle Jurassic chloroform bitumen'A'distribution frequency histogram in the study area
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图 4 研究区干酪根类型分布直方图
Figure 4. Middle Jurassic kerogen type distribution frequency histogram in the study area
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图 6 研究区烃源岩样品热解氢指数与Tmax交会图
Figure 6. The plot of Tmax to HI of the samples in the study area
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图 8 研究区烃源岩样品总有机碳含量（TOC）与生烃潜能（S1+S2）投点
Figure 8. Plot of TOC to hydrocarbon potential (S1+S2) in source rock of the study area
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图 9 研究区天然气水合物样品不同成因烃类气体鉴别
Figure 9. Identification of hydrocarbon gases from gas hydrate samples in the study area
表 1 烃源岩有机质类型划分评价标准[31]
Table 1 Evaluation criteria for classification of organic matter in source rocks
类别 类型 热解参数 化学元素 族组分 显微组分 IO HI H/C O/C 饱/芳 指数（TI） Ⅰ 腐泥 ＜20 >600 >1.4 ＜0.1 >3 80~100 Ⅱ1 腐植腐泥 20~40 250~600 1.1~1.4 0.1~0.15 1.6~3 40~80 Ⅱ2 腐泥腐植 40~60 120~250 0.8~1.1 0.15~0.25 1~1.6 0~40 Ⅲ 腐植 >60 ＜120 ＜0.8 >0.25 0.5-1 -100 
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表 2 研究区烃源岩有机质类型综合评价
Table 2 Comprehensive evaluation of organic matter types of source rocks in the study area
井名 深度/m 层位 显微组分类型指数 (TI) 化学元素 热解参数氢指数
(HI)/(mg· g-1)综合
评价腐泥质/% 壳质组/% 镜质组/% 惰质组/% 类型指数 H/C O/C 木参1井 724~725 J 9.0 61.0 24.0 6.0 16.0 0.7 0.1 71.2 Ⅱ2 木参1井 776~777 J 9.0 52.0 32.0 7.0 4.0 0.6 0.1 77.9 Ⅱ2 木参1井 876~877 J 6.0 69.0 21.0 4.0 21.0 0.9 0.1 135.9 Ⅱ2 木参1井 931~932 J 3.0 70.0 26.0 1.0 18.0 0.6 0.2 33.0 Ⅱ2 木参1井 938~939 J 14.0 74.0 11.0 1.0 42.0 0.7 0.1 70.1 Ⅱ1 木参1井 981~982 J 16.0 76.0 8.0 48.0 0.8 0.1 91.7 Ⅱ1 木参1井 1092~1093 J 9.0 76.0 15.0 36.0 0.7 0.1 96.4 Ⅱ2 木参1井 1187~1188 J 3.0 54.0 41.0 2.0 ~3.0 0.7 0.0 150.2 Ⅲ 木参1井 1272~1273 J 4.0 72.0 22.0 2.0 22.0 0.7 0.0 128.8 Ⅱ2 SK~0井 212.39 J 0.0 79.0 20.5 0.6 25.4 0.9 0.1 194.8 Ⅱ2 SK~0井 234.4 J 11.3 70.6 17.6 0.5 41.6 1.1 0.1 375.5 Ⅱ1 SK~0井 282.16 J 23.9 64.8 11.0 0.3 47.7 1.3 0.1 530.5 Ⅱ1 SK~0井 285.48 J 14.8 68.1 17.0 0.0 43.1 1.3 0.2 569.1 Ⅱ1 SK~0井 330 J 2.2 63.3 33.3 1.2 12.7 0.9 0.1 211.6 Ⅱ2 木参1井 939.16 J 1.3 28.2 68.0 2.6 ~37.8 0.7 0.1 108.3 Ⅲ 木参2井 70 J 1.1 30.7 67.6 0.6 ~32.1 0.6 0.1 Ⅲ 木参1井 1566~1567 T3g 14.0 69.0 14.0 3.0 35.0 0.6 0.1 63.6 Ⅱ2 木参1井 1676~1677 T3g 27.0 67.0 6.0 56.0 0.5 0.1 36.1 Ⅱ1 木参1井 1678~1679 T3g 25.0 68.0 5.0 2.0 53.0 0.7 0.1 17.0 Ⅱ1 木参1井 1685 T3g 40.0 55.0 4.0 1.0 64.0 0.7 0.1 22.8 Ⅱ1 木参1井 1686~1687 T3g 41.0 55.0 4.0 66.0 0.6 0.1 23.0 Ⅱ1 木参1井 1689~1690 T3g 43.0 48.0 7.0 2.0 60.0 0.6 0.1 19.0 Ⅱ1 木参1井 1692~1693 T3g 37.0 56.0 6.0 1.0 60.0 0.6 0.1 21.4 Ⅱ1 木参1井 1705~1707 T3g 44.0 53.0 3.0 68.0 0.6 0.1 18.1 Ⅱ1 木参1井 1730~1734 T3g 39.0 59.0 2.0 67.0 0.6 0.1 13.9 Ⅱ1 木参1井 1765~1766 T3g 19.0 75.0 5.0 1.0 52.0 0.7 0.1 21.1 Ⅱ1 木参1井 1814~1815 T3g 7.0 63.0 25.0 5.0 15.0 0.5 0.0 17.1 Ⅱ2 木参1井 1821~1822 T3g 14.0 70.0 15.0 1.0 37.0 0.5 0.1 15.4 Ⅱ2 木参1井 1835~1836 T3g 8.0 65.0 25.0 2.0 20.0 0.7 0.1 22.7 Ⅱ2 木参1井 1843~1844 T3g 4.0 66.0 22.0 8.0 13.0 0.6 0.1 13.4 Ⅱ2 木参1井 1846~1847 T3g 15.0 76.0 7.0 2.0 46.0 0.6 0.1 15.2 Ⅱ1 木参1井 1854~1855 T3g 15.0 79.0 5.0 1.0 50.0 0.5 0.1 14.8 Ⅱ1 木参1井 1883~1884 T3g 19.0 74.0 5.0 2.0 50.0 0.6 0.0 14.2 Ⅱ1 木参1井 1923~1924 T3g 6.0 52.0 36.0 6.0 -1.0 0.6 0.1 11.9 Ⅲ 木参1井 1503.97 T3g 1.2 25.6 71.7 1.5 -41.2 0.5 0.0 21.9 Ⅲ 木参1井 2002.63 T3g 0.0 11.0 87.4 1.6 -61.4 0.5 0.0 4.5 Ⅲ 木参1井 2004.03 T3g 0.0 39.4 59.3 1.3 -26.1 0.4 0.0 25.1 Ⅲ 木参2井 399.94 T3g 0.6 32.8 66.7 0.0 -33.1 0.7 0.1 29.9 Ⅲ 木参2井 403.24 T3g 2.0 32.2 64.9 0.9 -31.5 0.6 0.1 34.5 Ⅲ 木参2井 878.6 T3g 10.1 27.0 62.0 0.9 -23.0 0.6 0.1 43.0 Ⅲ 木参2井 1450.02 T3g 0.3 37.6 61.8 0.3 -27.5 0.6 0.1 21.9 Ⅲ
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