我国是多年冻土分布面积第三大的国家，具有良好的天然气水合物资源勘探前景。然而，陆域冻土区的天然气水合物赋存特征与海域表现出明显的差异性，有效的陆域冻土区水合物勘探技术成为水合物资源调查与评价的关键。这里聚焦陆域冻土区天然气水合物地球物理地球化学勘探进展，简要介绍了冻土区水合物勘探历程，重点介绍了中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所近十多年来冻土区水合物勘探取得的主要成果与进展，主要包括水合物勘探技术、识别标志、储层评价方法、勘查模型和水合物资源环境效应等方面内容，并结合我国冻土区水合物勘探研究现状，展望了陆域冻土区水合物研究发展趋势。

祁连山冻土资源广泛发育,冻土类型受地貌、地下水、岩性、地表植被等条件的影响复杂多变。近年来,在全球气候趋于变暖和人类活动的综合影响下,祁连山冻土资源面临着稳定性降低,多样性遭受破坏等问题,由此导致植被面积减退、水土流失加剧等。因此,保护祁连山地区冻土资源,建立长期动态监测体系迫在眉睫。本文利用以往钻孔测温及热红外遥感影像资料,对祁连山木里矿区冻土资源的特征、类型、分布、生态环境效应,以及人类活动对其产生的影响进行了探讨,以期对祁连山地区冻土资源保护提供参考资料。

为查明人类活动对木里冻土区水文环境造成的影响，选取高寒冻土区人类活动最为显著的木里煤田聚乎更矿区，以区内大通河支流水系河水为研究对象，基于水化学组成空间特征，利用氢、氧、碳、氮、硫、锶等多元同位素开展示踪研究.研究表明：（1）冻结层上水是河水的主要补给来源，煤矿开采、天然气水合物钻探等人类活动破坏原有冻土结构，增加了冻结层上水对河水的贡献比例；（2）河水中主要溶解性营养物质(SO42-、NO3-和DOC)浓度的增加源于人类活动的影响：硫氧同位素揭示了大规模的煤矿露天开采促进还原硫氧化，是导致冻结层上水和河水中SO42-升高的主要原因；氮氧同位素表明河水中高浓度的NO3-来源于散养式放牧的牲畜粪便；DOC主要来源于高寒草甸植物降解产生的土壤有机质，人类活动影响下增加了DOC和DIC的输出，增强了源区河水中的微生物活动；（3）除H2CO3风化碳酸盐岩外，受人类活动煤矿开采影...

在南祁连盆地木里坳陷钻遇中国陆域第一例天然气水合物实物样品。通过对木里冻土区钻遇水合物区域(DK井区)第四纪沉积物及邻区湖相沉积物中可溶有机质开展有机地球化学分析,发现DK井区浅地表沉积物中明显存在热解成因的可溶有机质,而邻区老人湖湖相沉积物中可溶有机质以高等植物输入为主。与区内烃源岩对比,热解成因的可溶有机质主要来源于中侏罗世烃源岩,晚三叠世尕勒得寺组烃源岩也有一定的贡献。结合该区水合物气源研究成果,DK井区沉积物中可溶有机质与形成水合物的烃类气体可能属于同源,侏罗纪、三叠纪烃源岩热演化生成的烃类能够沿断裂、砂岩裂隙等通道向上运移或渗漏至浅地表,其中甲烷、重烃气等轻质组分能够在稳定带内与地层水结合形成天然气水合物。木里地区第四纪沉积物中可溶有机质的来源解析能够为天然气水合物的勘探提供新的视角。

本文综合木里地区已有地质、地震、钻井、测井资料,对冻土区天然气水合物储层进行了识别与预测。综合裂缝指示因子(the factor of fissure,FF)、有机质指示因子(the factor of carbon,FC)、钙质指示因子(the factor of calcareous matter,FCa)和水合物指示因子(the factor of gas hydrate,FH、FHD)4种指示因子,形成了利用测井资料进行冻土区天然气水合物识别的方法;根据地震资料频谱分析计算能力系数,在能量系数剖面上,含天然气水合物层段能量系数表现为"高—低—高"的特征。测井资料水合物储层指示因子和地震资料能量系数在冻土区天然气水合物储层识别中的应用,为冻土区天然气水合物资源评价提供技术支撑。

南祁连木里冻土区天然气水合物气源问题备受关注。本文借助生物标志化合物、气体组分和同位素等方法,分析探讨了该地区天然气水合物的气源问题。生物标志化合物分布特征上,木里地区水合物钻探岩芯伴生液态烃与三叠系碳质页岩中抽提的可溶有机质具有相似性,显示母质类型皆以水生低等物源输入为主,形成于还原条件下的咸水-微咸水沉积环境,但与该地区侏罗系煤及碳质页岩母质类型以陆源输入为主存在较大差别。对不同时代烃源岩解析气的碳同位素研究结果表明,侏罗系为煤型气特征,与水合物中油型气气源存在明显不同;解析气的3He/4He值反映该地区主要为壳源气。综合研究认为,木里冻土区天然气水合物气源主要来自三叠系烃源岩,具有有机质裂解和浅部壳源特征。

通过自行研发的一套真空密闭加热脱附以及冷柱头零压力进样装置,对采集到的顶空气样进行轻烃在线分析,实现了天然气水合物轻烃C5-C7化合物的有效检测。根据Kováts保留指数等前人研究成果,对祁连山木里煤田聚乎更矿区天然气水合物轻烃中C5-C7共27个单体化合物进行了定性分析,对该区天然气水合物的轻烃地球化学进行研究。利用甲基环己烷指数对该区天然气水合物成因类型进行划分,揭示木里冻土区天然气水合物气体有2种成因3种类型,其中以混合型为主,并伴有少部分的油型气和煤型气。

为探讨木里冻土区天然气水合物的烃类来源及成藏特征,应用地球化学反演方法,根据碳同位素和成熟度的关系,分析烃类的成因和来源,结合水合物赋存特征、地层埋藏史等研究水合物成藏特征。结果表明:木里冻土地区天然气水合物的烃类气体以油型气为主,浅部混有少量煤成气;前者主要来源于石炭统和下二叠统烃源岩,侏罗系烃源岩贡献较小。水合物成藏空间分布非均质性较强,纵向上不同层段的气体来源和充注特征具有较大差异,上部层段烃类成熟度较低,来源于早期常规油气藏破坏后逸散气体,混有少量水合物分解甲烷;中部层段甲烷具有"多阶"充注特征,有原油裂解气贡献,底部发育油气优势运移路径;下部层段烃类主要来源于深部烃源岩层(早二叠系和石炭系),具有"多阶"充注特征。水合物形成前的常规油气藏演化和水合物形成后的保存条件,是研究区天然气水合物成藏和展布的主控因素。

我国青藏高原永久冻土区具备良好的天然气水合物成矿条件和找矿前景,缺少有效的勘查技术已经成为影响我国陆域水合物资源调查与评价工作的重要瓶颈。在木里地区开展了音频大地电磁测深法探测天然气水合物方法有效性实验研究,结果表明:音频大地电磁测深法在探测冻土和水合物方面是有效的。研究区冻土发育,但厚度变化较大,冻土发育状况对水合物成藏有一定控制作用。天然气水合物矿体在电性上表现出三大特征,这些特征可以作为判断水合物成藏的识别标志。水合物成藏受坳陷南缘的逆冲断裂（F1、F2）控制明显,断裂带不仅是气体运移通道,也是水合物成藏空间。研究结果对推动我国陆域天然气水合物勘探技术进步和水合物资源调查与评价工作有积极意义。

南祁连盆地木里冻土区天然气水合物的气体成因或来源存在不同观点,目前还没有统一认识,这直接影响到水合物的资源评价及下一步勘探方向。文章依托前人研究成果及新近钻探木参1井、木参2井及SK-0井资料,对比分析中侏罗统与上三叠统尕勒得寺组两套烃源岩,结合天然气水合物气体组成与碳氢同位素特征进行综合研究,结果表明:南祁连盆地木里冻土区天然气水合物的气体以轻烃为主,具湿气特征,其同位素表现为正碳同位素系列,为有机成因,成气母质主要为腐泥型干酪根的油型气,是热演化程度较低的原油伴生气;少量与微生物成因气有关,与煤层气关系不大。中侏罗统有机质丰度高、类型较好,镜质体反射率Ro在0.48%1.14%之间,处于生油高峰期,生油过程中原油伴生气为天然气水合物的主要气体来源;上三叠统尕勒得寺组有机质丰度较高、类型较好,但成熟度高,处于生凝析气或裂解气阶段,总体生排烃能力差,从气源对比分析来看对天然气水合物气体来源贡献不大。