Growth behavior and resource potential evaluation of gas hydrate in core fractures in Qilian Mountain permafrost area, Qinghai-Tibet Plateau

The Qilian Mountain permafrost area located in the northern of Qinghai-Tibet Plateau is a favorable place for natural gas hydrate formation and enrichment,due to its well-developed fractures and abundant gas sources.Understanding the formation and distribution of multi-component gas hydrates in fractures is crucial in accurately evaluating the hydrate reservoir resources in this area.The hydrate formation experiments were carried out using the core samples drilled from hydrate-bearing sediments in Qilian Mountain permafrost area and the multi-component gas with similar composition to natural gas hydrates in Qilian Mountain permafrost area.The formation and distribution characteristics of multi-component gas hydrates in core samples were observed in situ by X-ray Computed Tomography(X-CT)under high pressure and low temperature conditions.Results show that hydrates are mainly formed and distributed in the fractures with good connectivity.The ratios of volume of hydrates formed in fractures to the volume of fractures are about 96.8%and 60.67%in two different core samples.This indicates that the fracture surface may act as a favorable reaction site for hydrate formation in core samples.Based on the field geological data and the experimental results,it is preliminarily estimated that the inventory of methane stored in the fractured gas hydrate in Qilian Mountain permafrost area is about 8.67×1013 m3,with a resource abundance of 8.67×108 m3/km2.This study demonstrates the great resource potential of fractured gas hydrate and also provides a new way to further understand the prospect of natural gas hydrate and other oil and gas resources in Qilian Mountain permafrost area.

天然热释光测量技术在多年冻土区天然气水合物勘查中的应用

冻土区天然气水合物形成机理复杂,成因多源,发展多种捕捉微渗漏信息技术,提高勘查成功率是亟需解决的难题。本文首次把天然热释光测量技术应用于冻土区天然气水合物勘查中,利用RGD-6型热释光剂量仪测试了祁连山冻土区土壤样品热释光强度,总结出适用于木里冻土区天然气水合物勘查的加热程序,以及样品取样粒级。试验结果表明,祁连山冻土区土壤样品最佳取样粒级为-60~100目,最佳升温速率应设置为5℃/s,最佳升温区间为50~400℃。根据祁连山冻土区土壤天然热释光强度异常特征,圈定了天然气水合物在地表的异常边界,天然热释光强度异常模式为顶部异常,与烃类异常模式存在良好的对应关系。土壤天然热释光不受微生物的影响,灵敏度高,是一种很有前景的寻找天然气水合物的方法,在今后的冻土区天然气水合物资源勘查过程中可以将这种技术加以推广。

1974—2020年大兴安岭北部多年冻土区积雪变化及其与地面、空气温度的关系

基于大兴安岭北部多年冻土区5个气象站1974—2020年逐日气温、地面温度、积雪深度资料,利用气象统计方法分析了积雪气候特征及长期变化、积雪物候变化及积雪对温度的影响,结果表明:大兴安岭北部冻土区积雪深度年内变化呈单峰型,积雪深度最大出现在2月,平均17.9 cm,年积雪日数为161.5 d,积雪日数和积雪深度最大月份不重合。年均积雪深度为10.6 cm,最大积雪深度平均为22.6 cm,近47 a年均积雪深度呈弱的上升趋势。积雪初日显著推迟,终日显著提前,使得积雪持续日数明显缩短。研究区年均积雪深度和冷季地面−雪面温差呈较好的正相关,年最大积雪深度和冷季地面−雪面温差亦呈较好的正相关,积雪深度越大其对地面的隔热作用越大,年均积雪深度每增加1 cm,地面−雪面温差升高0.4211℃,年最大积雪深度每增加1 cm,地面−雪面温差升高0.2889℃,年均积雪深度对冷季地面−雪面温差的影响更大。

1985—2021年青藏高原典型湖泊水文特征及关键影响因素

[目的]青藏高原的湖泊是气候变化的重要指示器,其扩张或缩减亦对青藏高原自然环境产生重要影响。[方法]选取位于青藏高原不同气候子区的3个典型湖泊(青海湖、羊卓雍错、乌兰乌拉湖),采用遥感监测手段,研究3个典型湖泊1985—2021年水文特征的时空变化规律,揭示关键气候因子的作用,并进一步探讨冰川和冻土对典型湖泊的影响。[结果]研究期间,青海湖的面积和水位呈显著上升趋势,面积增长238.68 km^(2),水位增长1.32 m,空间上则向东西方向扩张;羊卓雍错湖泊面积呈先波动上升后减少趋势,面积和水位分别减少16.31 km^(2)和3.25 m,在空间上整体由四周向中心的萎缩态势;乌兰乌拉湖面积和水位呈显著上升趋势,分别增长125.57 km^(2)和8.12 m,扩张区域主要集中在南部。[结论]在暖湿化环境下,降水增多和冰川冻土加速融化导致的湖泊扩张是青藏高原最为突出的环境变化特征,其中,降水量变化是影响青海湖和羊湖面积变化的关键因素,且面积变化和降水量具有滞后性;而乌兰乌拉湖水位上升的主要原因是气温升高引起冻土的季节融化。探索青藏高原湖泊面积的变化,对深入研究全球气候变化及地表水资源评估具有重要指导意义。

高原冻土区域沥青路面施工技术及质量控制探析

针对高原冻土区域的特性以及沥青路面施工技术的应用要求,以案例分析的方式对我国高原某冻土区域的沥青路面施工工程展开分析。分别论述沥青路面施工技术及其质量控制的意义、当前在高原冻土区域的沥青路面施工现状,以及其受到的来自混合料老化等多方面因素的影响等,最终提出应用接缝施工技术、碾压压实施工技术等有效施工技术增强施工效果,并强化对施工原材料和使用设备的质量管理,加强检测等措施,为工程整体的施工质量提供保障。

高海拔地区永冻地层钻探工程施工方法探析

随着资源开发的不断深入和科技水平的不断提高,高海拔地区的永冻地层钻探工程日益受到重视。高海拔地区的永冻地层具有独特的地质特征和环境条件,其钻探工程的施工方法及安全保障措施也面临诸多挑战。文章针对高海拔地区永冻地层钻探工程的特殊性,探讨施工方法,分析了施工方法及安全保障措施,包括前期准备、钻探工程施工流程和关键技术等方面,为高海拔地区永冻地层钻探工程提供可行性和参考。

漠河多年冻土区天然气水合物的形成条件及成藏潜力研究

作为我国多年冻土发育的主要地区之一,漠河地区具有天然气水合物形成的良好条件,发育了天然气水合物的成藏系统。漠河地区发育有多年冻土,一般厚20~80 m,地表温度-0.5℃^-3.0℃,地温梯度1.6℃/100m,具有与已发现天然气水合物的美国阿拉斯加北坡Prudhoe湾、西伯利亚Messoyakha和我国祁连山木里地区类似的地温条件;漠河盆地中侏罗统厚达千余米的暗色泥岩,204.66×1012m3的烃类气体生成量,乃天然气水合物形成的重要母质和气体来源;盆内隆起、凸起及其边界断裂和地层裂缝,分别构成了水合物形成聚集的良好圈闭和烃类运移系统,其中的砂岩、粉砂岩为良好储层,上部的巨厚泥岩为封盖层。进一步看,漠河盆地发育的大量方解石脉、后生黄铁矿及钻探烃类异常等天然气水合物赋存标志。所有这些,无不显示该区域天然气水合物形成的良好条件及巨大成藏潜力。

多年冻土地区路基临界高度研究

根据青藏公路的路况调查结果和大量的计算结果 ,对冻土路基中的温度分布和变形特点进行分析 ,将临界高度的概念拓宽为保证路基处于安全状态的填土高度 ,提出了冻土路基的临界高度应有下和上两个值 ,并得到了确定砂砾路面路基和沥青路面路基 ,下临界高度和上临界高度的计算方法。计算结果发现 ,由于融土核的发育状况与路基高度关系密切 ,增加路基高度并不能使上限上升 ,计算还发现 ,采用低吸热性的面层材料以及分期铺筑沥青路面面层 。

特殊气候条件对多年冻土地区路基的影响

为了揭示多年冻土地区路基病害发生的根源,基于青藏高原五道梁、沱沱河和安多等地的气象资料,研究了特殊气候条件对青藏公路路基的影响。从青藏高原年平均气温变化曲线及年降水变化曲线入手,考虑路基周期冻结和融化过程中水分迁移及相变作用,结合SWS-3型连续面波仪的路基强度测试结果,分析了青藏公路纵向裂缝、波浪扭曲变形和不均匀沉陷等典型病害的发生机理。研究发现:青藏高原的低温特征使得路基常年处于冻结和融化的交替状态;雨季集中、固态降水特征致使路侧积水严重;在特殊的气候条件下路基土体的动弹性模量由最初的均匀分布逐渐过渡到不均匀状态;路基两侧的积水及土体的冻融疏松是造成路基强度不均匀分布、产生病害的直接原因。

祁连山冻土区天然气水合物伴生碳酸盐岩的地球化学特征

近几年,在祁连山冻土区天然气水合物(以下简称水合物)科学试验钻探过程中,观察到大量与水合物伴生的碳酸盐矿物,为揭示其与水合物的内在成因联系,运用元素地球化学分析方法,研究了伴生碳酸盐岩中主量元素、微量元素、稀土元素的特征,探讨了伴生碳酸盐矿物可能的物质来源与沉积条件。结果表明,伴生碳酸盐岩赋存状态存在以下4种类型:①白色薄层状碳酸盐岩(Ⅰ型);②烟灰色菱形晶簇状方解石集合体(Ⅱ型);③深灰色薄壳状碳酸盐岩(Ⅲ型);④微细浸染状方解石或碳酸盐岩(Ⅳ型)。各类碳酸盐岩元素含量分布较为平行、各自变化幅度不大,并基本能与其他类型区别开来;特别是第Ⅱ类碳酸盐岩,其元素含量总体偏低,个别元素含量和元素比值与其他类型碳酸盐岩明显不同,且出现Sr、Ba、Eu异常和最低化学蚀变指数(CIA),说明黏土矿物对该类碳酸盐岩形成过程贡献最小。结论认为:第Ⅱ类碳酸盐岩中方解石颗粒粗大,含有一定量的文石和草莓状黄铁矿,应为水合物分解后碳酸盐岩化改造形成;第Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ类碳酸盐岩可能为湖相碳酸盐与碎屑物质的共沉积作用所形成。

陆域天然气水合物地球化学勘查技术试验研究

选择青海省木里地区天然气水合物已知区作为试验区,探索和研究了传统油气地球化学方法(酸解烃、顶空气、ΔC)对陆域天然气水合物勘查的适用性和有效性。试验结果表明,天然气水合物已知区浅表层土壤酸解烃、顶空气、ΔC等地球化学指标具有顶部异常特征,各指标按累积频率圈定了3处异常,异常范围基本吻合且与地下天然气水合物分布具有良好的相关性,初步提出了"酸解烃+顶空气+ΔC"异常是地下天然气水合物赋存的重要标志。

青海木里三露天井田构造特征及其与天然气水合物分布关系

通过对青海木里冻土区三露天井田三维地震资料进行处理,在岩石物理分析和地震响应特征分析模拟的基础上,获得了研究区深部构造和地震特殊处理如AVO特征分析等结果。结果显示,该区天然气水合物的分布与构造关系极为密切,研究区的天然气水合物分布主要受构造控制。在构造发育区,断裂和裂隙发育,其内的天然气水合物分布特征明显,这一结果与实际钻探结果亦相吻合。

酸解烃技术在青海祁连山天然气水合物勘探中的应用

油气化探作为油气勘探的一种手段,在油气勘探中已经取得了明显效果。本文利用祁连山木里地区浅表层地球化学特征和井中化探资料,发现酸解烃指标可以指示天然气水合物的分布情况,也可以对天然气水合物储层进行预测和识别,对圈定天然气水合物远景靶区有重要参考意义。

青海聚乎更钻探区天然气水合物拉曼光谱特征

了解天然气水合物的微观结构特征对水合物资源勘探和评价具有重要意义。采用显微激光拉曼光谱技术,对青海聚乎更钻探区内DK8-19、DK11-14和DK12-13等3个站位共9个天然气水合物岩心样品进行了分析测试,探讨了钻探区天然气水合物的拉曼光谱特征。结果表明,青海聚乎更钻探区天然气水合物广泛分布,垂直方向在126.1~322.2m范围内不连续分布,不同钻孔、不同埋深水合物样品的拉曼光谱特征基本一致,初步判断为Ⅱ型结构水合物,且为多元气体水合物。水合物客体除甲烷、乙烷、丙烷及丁烷等烷烃外,普遍含有氮气组分。此外,在DK8-19站位埋深为126.1 m样品中发现水合物相中硫化氢组分的拉曼信号,这说明特定区域内可能存在硫化氢气体且形成了水合物。聚乎更钻探区水合物样品拉曼光谱特征为冻土区天然气水合物成藏与分布规律研究提供了新的启示。

冻土区天然气水合物的探途元素—卤族元素I和Cl

孔隙水Cl-含量异常计算海底天然气水合物的饱和度取得了重要的进展,但在陆域天然气水合物勘查中卤族元素的有效性需要探索。选择祁连山冻土区三露天天然气水合物矿藏进行了土壤I和Cl的地球化学勘查试验,研究了土壤I、Cl和I/Cl的水合物异常模式,探讨了影响因素,进一步讨论了土壤Cl元素的地球化学障和I元素异常形成机理。试验表明,1Cl元素负异常是水合物矿层Cl元素的贫化和煤层地球化学障的综合效应;2I元素环状模式是水合物矿藏边界微渗漏和高寒湖沼土壤富集I的能力较差的结果;3I和Cl是冻土区天然气水合物的探途元素。

兴安落叶松林火烧迹地冻土碳储量分布规律研究

【目的】研究森林火灾后兴安落叶松林土壤有机碳储量的分布规律，为林火干扰后寒温带森林生态系统土壤碳库的研究提供参考。【方法】以内蒙古大兴安岭兴安落叶松林不同年份（2003年和2007年）火烧迹地为研究区，划分不同火烧程度（轻度和重度），于2010-07进行土壤调查取样，分析不同火烧年份和不同火烧程度对0～40 cm土层土壤碳储量的影响。【结果】1）与未过火区相比，轻度火灾后冻土区0～30 cm土层土壤碳储量均存在不同程度的损失，而30～40 cm土层土壤碳储量有不同程度的积累；而重度火灾后冻土区0～40 cm土层土壤碳储量均存在不同程度损失。2）在0～10 cm土层中，不同程度火烧迹地土壤碳储量的分布没有一致性规律，而在10～40 cm土层，土壤碳储量的分布表现出随土层深度增加而降低的一般性规律。3）在0～10 cm土层，2003年火烧迹地土壤碳储量相对2007年火烧迹地要低；而在10～40 cm土层则呈相反趋势。【结论】林火一定程度上切断了森林土壤有机质的来源，导致森林土壤碳储量下降，表层土壤碳储量受火烧年份影响差异明显，深层土壤碳储量受火烧程度影响差异明显。

漠河盆地多年冻土区天然气水合物地球化学调查及远景评价

漠河盆地是我国冻土发育的主要地区之一,发育良好的天然气水合物成藏系统,具有天然气水合物形成的良好条件。为了圈定天然气水合物远景区,识别油气聚集体,判别天然气水合物成因,在漠河盆地冻土较发育地区开展了1∶5万天然气水合物地球化学资源调查。结果表明:(1)在森林沼泽景观区,顶空气和荧光光谱指标是天然气水合物勘查的主要指标,借鉴青海木里冻土区天然气水合物地球化学勘查成功的经验,结合AMT、地质等资料分析,元宝山凹陷是天然气水合物较为有利的远景区;(2)岩心样品甲烷碳同位素分析显示,烃类气体分异明显,浅层烃类气体基本为生物气,深部烃类气源主要为混合成因气,个别解吸气为微生物气和热解气;(3)试验性应用了分形-GIS技术,可以细致可靠地进行异常区范围划定,消除干扰因素,有效地圈定水合物远景区。

基于希尔伯特-黄变换的低频探地雷达弱信号处理技术及其在天然气水合物勘探中的应用

低频探地雷达采集时间窗口大,深部信号受到地层衰减和频散的影响十分明显,真实反射信号往往伴随大量噪声,因此低频探地雷达信号可以视为典型的非稳态信号。引入对于非稳态信号处理效果非常好的Hilbert-Huang变换方法,在其基础上研究低频探地雷达深部微弱回波信号精细处理方法,能有效地滤除信号中的突变部分和噪声,从而实现对深层微弱信号的检测和提取。利用该方法对冻土带天然气水合物进行勘探,可以提取低频探地雷达信号在冻土底界及其下的天然气水合物储层的有效反射信号,取得了良好的效果。

多年冻土地区油气管道工程建设

针对多年冻土地区修建油气管道会受到冻土稳定性的影响,以及由冻胀、融沉带来的其它工程冻害问题,从多年冻土地区的管道敷设、管道伴行道路建设和站场场地的选择几方面提出了冻害治理的措施,对我国多年冻土地区油气管道工程的建设,尤其对拟建的中俄原油管道工程具有积极的指导意义。

低频探地雷达探测冻土带天然气水合物正演模拟研究

通过对低频探地雷达在青藏高原冻土带环境下的探测深度、分辨率及反射特征分析的正演模拟来研究其在冻土带天然气水合物勘探中的可行性和关键参数。首先通过雷达测距方程计算确定了理论上探地雷达的最大探测深度与发射频率、地下介质电阻率、介电常数之间的关系,并根据电磁波反射理论计算满足冻土带天然气水合物探测深度所需的系统增益;随后通过低频探地雷达分辨率计算和仿真模拟来确定低频探地雷达在大尺度(200 m)范围的广义分辨率;最后参考已经发现天然气水合物的木里地区基本情况设计冻土及天然气水合物模型,利用时间域有限差分(FDTD)方法进行二维正演,获得了探地雷达信号在冻土带底界以及天然气水合物顶、底界的反射特征,为野外实测数据的处理及解释提供有用信息。研究结果表明,采用中心频率小于等于15 MHz且系统增益大于165 dB的低频探地雷达在地表电阻率较高的冻土区能够满足天然气水合物储层的探测深度要求;分辨率计算及仿真模拟表明低频探地雷达在满足一定条件下在200 m深度可以达到探测深度1%的广义分辨率;探地雷达信号在冻土底界、天然气水合物顶、底界均存在明显的强振幅和频率突变特征;理论计算结果认为应用低频探地雷达直接探测冻土带天然气水合物是可行的。