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宜昌发现最古老页岩甲烷气藏的科学意义 精选

已有 5004 次阅读 2017-7-9 22:27 |系统分类:海外观察

宜昌发现最古老页岩甲烷气藏的科学意义

岳中琦

7月7日,中华人民共和国国土资源部报道了“湖北宜昌鄂宜页1井页岩气调查获重大突破http://www.mlr.gov.cn/xwdt/tpxw/201707/t20170707_1524117.htm。报道指出,“鄂宜页1井在寒武系水井沱组(地层形成于约5亿年前)获得6.02万方/日、无阻流量12.38万方/日的高产页岩气流,并在震旦系陡山沱组(地层形成于约6亿年前)获得迄今全球最古老页岩气藏的重大发现。

特别地,报道指出,“首次在四川盆地外寒武系水井沱组钻获高产气流,证实该层系是页岩气勘探的又一主力地层;在距今约6亿年前的震旦系陡山沱组,发现迄今全球最古老的页岩气藏,拓展了新的勘查层系,具有巨大勘查开发潜力和重大科学意义。

那么,人们需要问的一个问题应该是,上述两个发现的重大科学意义是具体什么?

要精准回答这个问题,我们必须研究这在距今约6亿年前的震旦页岩气藏中的甲烷气体是从哪里来的?它是如何产生的?它的有机质物源是什么?它是何时形成的?

我们知道,岩石孔隙和孔洞是储存甲烷气体的空间。储存甲烷气体的岩石形成的地质时代不等于甲烷气体的形成时代。因此,形成震旦纪页岩气藏甲烷气体的原始物源应该有以下两种:

第一种原始物源是古生物有机质遗体。这有以下两种可能来源。

其一来源是,形成震旦纪页岩的泥土含有大量古老生物遗体。与页岩形成同期,内部生物遗体有机物质经变质而产生甲烷气体,且因页岩致密,透气能力低,而保留到今天。

这种当地地层古生物遗体成气藏的科学意义至少有以下两点。地球表面在寒武纪时期生物才大爆发。在震旦纪时期,地表生物极少。如果在震旦纪就有了大量生物,且能够形成大量甲烷气体,那么,地球生物大爆发时期就要从5亿年提早到6亿年。这会改写现在地球科学中的地质历史。或者,宜昌地区的震旦纪地层被认为的确定老了。这些储气地层的时代或许年轻于震旦纪。这又有了意义,它会导致需要改写长江三峡地区的地质历史。

其二来源是,本地区和附近的其它沉积岩地层含有大量古老生物遗体。这些地层中的古生物遗体可以形成油气。在它们形成后,在各种地质因素作用下,油气再经过地下通过各种断裂、断层、界面等通道,运移到宜昌的寒武纪与震旦纪页岩地层保藏,形成气藏。宜昌地区的页岩岩质致密,且具微小孔隙,因此,可以成为甲烷气体闭圈的不透气盖层。外部气体运移到这个闭圈,形成了气藏。

其它地层古生物遗体成气、再运移到宜昌,形成页寒武纪和震旦纪页岩气藏的科学意义至少有以下几点。这些产生油气的地层在哪里?地下运移通道是什么?是什么地质因素导致油气运移。它们是从四川盆地的生油气地层运移过来的吗?是四川盆地或三峡地区地层中的煤层气吗?

第二种原始物源不是古生物有机质遗体,而是地球内部碳、氢元素无机形成。

这第二种甲烷原始物源就是我常讲到的地下深部甲烷气体制造地震的甲烷物源。天然气在地球内部不断新生,且通过地震逃入到地下天然气田储存。同时,在地幔与地壳之间,存在一层极高压天然气(甲烷气)薄圈层。参见博文(1)http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-975145.html(2)http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-793685.html(3)http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-1030137.html(4)http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-1006052.html相关介绍。

下张Google地图,表示了宜昌页岩气藏、江汉油气盆地、长江三峡、重庆涪陵页岩气藏、长宁-威远页岩气藏、四川油气盆地和汶川地震断裂带之间的地理地貌关系位置。

宜昌寒武纪与震旦纪页岩甲烷气藏区到四川盆地长宁-威远寒武纪页岩甲烷气藏区的直线距离是640公里。它到四川达州甲烷气田的直接距离是350公里。它到重庆涪陵焦石镇的直接距离是340公里。它到四川盆地西边龙门山的汶川地震断裂带的直线距离是500到700公里。它到位于长江三峡下游的江汉油气盆地(荆州)的直线距离是100公里。

根据我的研究,四川盆地的海量甲烷气体来自于龙门山地壳深部的巨大气囊。深部极高压甲烷气胀裂盆地西边龙门山深大断裂带,而突发运移到四川盆地浅部近水平沉积地层中储存。这就形成了四川盆地和周边大量甲烷气田,供人们开采使用。

现在要问的一个进一步地问题是,宜昌寒武纪与震旦纪页岩甲烷气藏中的甲烷气体也是来自龙门山深大断裂带吗?

这是有可能的。最主要因素是三组地质构造线的控制。

从上图可见,四川盆地东部的构造线(山脊线)的走向在重庆到达州位置是北东东向。它们走向逐渐地向东偏转。到达宜昌山区时,山脊构造走向已经近东西向了,且在宜昌西边三峡山区汇聚。这种地层构造是有利于地下高压甲烷气体从四川盆地油气田向东移动,汇聚到宜昌西部山区地层。同时,北部有大巴山东南到东西向弧形构造的控制。北部又有黄陵背斜和姊归向斜隆起带的控制。东部又有江汉盆地断陷地区。这北部和东部三组构造带可以成为高压甲烷气体从四川盆地地层水平运移到宜昌西南部山区地下的障碍和隔挡。因此,甲烷气体可以从四川盆地沿川东八面山弧形构造带运移到宜昌西南地层储存。

在另一方面,宜昌寒武纪与震旦纪页岩甲烷气藏中的甲烷气体也有可能是直接来自于三峡山区的深大断裂带。龙门山是四川西部青藏高原隆起东部边缘的斜坡带。宜昌页岩甲烷气藏山区是也是三峡山区古隆起东部边缘的斜坡带。因此,三峡地区黄陵古隆起也有可能是地壳深部极高压甲烷气体顶起造成的。因此,这里的深大断裂带也可能成为深部极高压甲烷气体的通道,导致深部高压甲烷气体运移到几千米深的浅部地层中。由于寒武纪和震旦纪页岩致密,形成了封闭盖层,形成圈闭,逐渐聚集甲烷气体,形成气藏。

第三个因素是三峡地区的地震。三峡山区近年来微小地震逐渐增多、频繁。下图是,自2001年1月到2015年12月三峡地区地震次数的时间变化情况。总次数99.84%的地震震级是小于3级。这反应了三峡水库蓄水对当地地震地质条件的某种宏观或细观改变。山区蓄水会导致地下岩土体的渗透性能降低。气体一般难以在饱水软弱地层中渗透。饱水软弱地层有利于气体的储存与聚集。因此,水库蓄水可导致山峡地区原来通气透气的地层岩体闭气。这就可使得气体在局部地层聚集,不断增加质量和气压。从而,导致了多处地区增多微小地震的发生。

下图是,自200361日到2016630日,三峡地区地震的空间分布情况。从图中可见,在宜昌西部山区(古隆起带),地震相对集中。这个地区可能与宜昌寒武纪与震旦纪页岩甲烷气藏地区是相互一致。

第四个因素是长江山峡地区曾经发生过地震与山体巨大滑坡(山崩)。上述第一张图给出了这个地区的部分巨大山崩事件。

1985 年6月12日长江三峡新滩高速远程滑坡,山崩岩体体积2千万立方米。1991 年9月23日云南昭通头寨高速远程滑坡,山崩岩体体积2千3百万立方米。2009 年6月5日,重庆武隆鸡尾山高速远程滑坡,山崩岩体体积7百万立方米。2013 年1月11日云南镇雄高坡村高速远程滑坡,山崩岩土体体积40万立方米。研究表明,导致这些巨大山体崩溃的附加动力是大量极高压气体的体积膨胀能力。因此,四川盆地周边的山体内部存在大量极高压(甲烷)气体。


最为特殊的是,1856年咸丰-黔江6.5级地震引发的山崩岩体堵塞老窖溪(阿蓬江支流),形成了小南海堰塞湖http://baike.baidu.com/item/%E9%87%8D%E5%BA%86%E9%BB%94%E6%B1%9F%E5%B0%8F%E5%8D%97%E6%B5%B7%E5%9B%BD%E5%AE%B6%E5%9C%B0%E8%B4%A8%E5%85%AC%E5%9B%AD/14126493?fromtitle=%E5%B0%8F%E5%8D%97%E6%B5%B7%E5%9B%BD%E5%AE%B6%E5%9C%B0%E8%B4%A8%E5%85%AC%E5%9B%AD&fromid=13860976。光绪年间的《黔江县志》载:“咸丰六年五月壬子,地大震,后坝乡山崩,后坝许家弯溪口有山矗立,倏中断如截,响若雷霆,地中石亦迸出,横飞旁击,压毙居民数十家,溪口遂被堙塞。” 山崩地层是志留纪(约4.1亿年前)的泥岩和页岩,体积是4500万立方米。山顶海拔高度是1110米。堰塞湖水面海拔高度为670米。山崩岩体移动长度大于2000米。我在200972日考察了小南海山崩滑坡堰塞坝和湖。众多巨大岩块在山沟河道堆积,形成了堰塞坝。坝体南北长1170米,高67.5米,底部宽度1040米。160多年了,堰塞坝依然保存完好。因此,可以推测,造成小南海山崩的地震甲烷气体的压强一定极高,极高压甲烷气体的体积也很大的。

也应该提到,2008 5 12 日汶川大地震更是造成了大量大型高速远程山体滑坡或崩溃。它们都是难以想象和预测的巨大山崩溃滑事件。

因此,宜昌西南山区地下发现寒武纪和震旦纪(最古老)页岩甲烷气藏有重大科学意义。它对研究山峡水库蓄水对三峡地区地震的影响和演变也有重大的作用。我们应该好好观测宜昌这些气井的甲烷体积开采量的时空变化。将这些变化与附加地震和巨大山崩事件连续起来,共同研究。我们必将会有对地震、地质和甲烷气体源的更精确的认识、理解和预测。

2017792200写成于香港大学602办公室






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