天然气水合物因其能量密度高、燃烧污染小、数量巨大等特点,被誉为21世纪最有希望的新型接替能源。我国自2008年中国首次在青藏高原祁连山冻土区钻获天然气水合物实物样品开始,木里煤田三露天井田已然成为研究热点地区之一,但对于天然气水合物成藏的控制因素的研究工作尚浅,阻碍了资源的勘探与开发。天然气水合物的成藏条件主要包括温压条件、气源条件、沉积条件、构造条件等,其中,构造条件是天然气水合物富集成藏的重要控制因素。本文选取祁连山南缘木里煤田聚乎更煤矿区的三露天井田为主要研究区,以天然气水合物为研究主体,以构造对其控制作用为切入点,通过野外地质调查、资料的收集与处理、钻孔岩心的详细观察、样品的实验测试等方法,综合运用构造地质学、地球化学、岩石学和煤田地质学等理论基础知识,研究了三露天井田的构造格局、天然气水合物实物样品的赋存特征、天然气水合物的气体来源和构造对其的控制作用,最后,总结和归纳了研究区构造结束条件下的天然气水合物成藏模式。1)木里煤田位于西域板块内的中祁连陆块内,南北两侧分别为南祁连陆块和北祁连新元古代-早古生代缝合带,主体构造方向呈NW-SE展布;断裂构造十分发育,常密集成带分布并具有长期活动性,其中板缘断裂和壳型断裂代表古陆块边缘的活动带,基底断裂则对沉积建造、盆地类型等起控制作用。2)三露天井田位于木里煤田西南部聚乎更煤矿区南向斜东部,总体为两个似单斜构造形态;褶皱构造多发育于井田中部,以侏罗系地层为核部,断裂构造常密集成带状大面积分布于井田内;断裂构造可分为NW-SE向的逆冲断裂和近SN-NNE向的正断层;据主干断裂的控制及分布特征井田可划分为北、中、南三个构造带,据构造发育特征、程度将井田划分为东、中、西三段;归纳而言,井田构造发育程度为南北低中间高、东部低西部高。3)由于受区域构造运动的作用,盆地的构造演化与祁连陆块的构造事件紧密相关,大致可分为三期:晚三叠世-晚侏罗世期间,研究区主体在伸展构造应力的作用下发生沉降、裂陷,形成断陷盆地;早白垩世-古近纪期间,构造应力由伸展转变为挤压,地层抬升遭受剥蚀,并形成大量逆冲推覆断裂;新近纪以来,伴随青藏高原的快速隆升,新构造运动使研究区持续抬升,断裂呈较典型的叠瓦状构造样式,并具有后展式特征。4)研究区内探获的天然气水合物实物样品具有一定的分布规律:埋深为110-500 m,全部位于永久冻土层以下;均赋存于中侏罗统江仓组地层中,且90%样品产出于江仓组上段;绝大多数以薄层状、片状、团块状赋存于粉砂岩、暗色泥岩、油页岩等低孔渗岩层的裂隙中;平面上,探获实物样品的钻孔集中位于F2断裂以南和f30断裂向南延长线以西的小范围内。5)在收集前人的实验数据以及样品实验测试的基础上,通过整理分析对比,讨论了研究区天然气水合物实物样品的烃类气体来源。井田水合物样品中的烃类气体是热解成因气,兼具油型气和煤型气的特征;中侏罗煤系中煤是很好烃源岩,有机质类型Ⅲ型即腐植型干酪根为主,油页岩和泥岩为好的烃源岩,有机质类型均以Ⅱ2型,即腐泥-腐植型干酪根为主;煤系中的煤主体进入成熟-高成熟演化阶段,泥岩和油页岩进入了成熟阶段,三者均可形成石油和湿气;天然气水合物样品中气体的同位素特征与煤系样品热解气和瓦斯气具有很强的相似性,据此,推测认为研究区水合物的气体来源于中侏罗煤系,但却呈现油型气特征。6)研究区江仓组地层以油页岩、泥岩和粉砂岩为主,为特低孔渗的非常规储层,但储层内极发育的裂隙为天然气水合物的富集提供了足够的空间。岩心裂隙倾角以低、中角度裂隙为主,总占比例分别为43.30%和32.32%,未充填裂隙占75.34%,而裂隙的充填物主要为方解石(占30.65%);因此,据天然气水合物储集空间的不同可划分为裂隙型、裂隙+孔隙型、孔隙型,且以裂隙型为主,三类水合物实物样品数量所占比例依次为65.22%、26.08%和8.70%,而各类储层厚度占总储层厚度依次为67.25%、28.46%和4.29%。7)在野外地质钻探的基础上,结合物探、测井等野外资料的分析,提出了三露天井田天然气水合物赋存的构造-岩性模式。归纳而言分为源岩层、储集层和封盖层,并各有三种类型:源岩层包括以江仓组下段煤层为代表的原地层、以木里组煤层为代表的近缘层和以石炭系暗色泥灰岩、下二叠统暗色灰岩、上三叠统暗色泥岩为代表的深部远缘层;储集层根据天然气水合物的赋存空间的不同可分为裂隙型、裂隙+孔隙型和孔隙型;封盖层可分为连续沉积作用形成的沉积旋回盖层、地壳运动造成变形变位而形成的构造盖层以及由于青藏高原隆升气候巨变而形成的永久冻土盖层。8)分别从构造格局、构造运动、构造形态和构造破坏四个方面论述了研究区天然气水合物的构造控制作用。构造格局控制了天然气水合物水合物的分布:天然气水合物主要富集于m1和s1等区块中,且更加集中于相对埋深更大的区域;井田内多套烃源岩的生烃高峰为早白垩世末期,祁连山区温压稳定带的形成不早于距今3.6ma,储层的变形与变位,使气体埋深增大或减小,进入温压稳定带从而形成天然气水合物成藏;断裂和裂隙为烃类气体的运移提供通道,断裂破碎带和裂隙提供了气体有利的储集空间,构造形成圈闭使气体得以保存成藏;最后构造对其的破坏分为两类:储层的变形使气体逃逸而无法形成天然气水合物,储层的变位使气体出露地表或深埋而未进入温压稳定带未形成水合物。9)据烃类气体进入温压稳定带的时间不同将研究区天然气水合物的形成分为两个阶段:第一阶段,烃类气体形成后需保存至良好的圈闭中,之后随着高原隆升进入稳定带内与水结合形成天然气水合物,后期并未出露地表遭受剥蚀而得以保存成藏,形成第一类天然气水合物;第二阶段,由于青藏高原的快速隆升,研究区海拔超过4000米,形成永久冻土层,形成了合适的温压条件,之前形成的深埋气藏中的烃类气体沿有效通道自深部向上运移,至温压稳定带内与水结合形成天然气水合物,即为第二类天然气水合物。根据形成阶段的不同,研究区构造约束下的天然气水合物的成藏同样分为两类:第一阶段时,温压条件暂未形成,烃类气体形成后必须进入良好的圈闭中富集,因此良好的圈闭是第一类天然气水合物形成的必要条件;第二阶段时,由于永久冻土层已经形成,充当了区域性的盖层,合适的温压条件已经具备,深部形成的及深埋的气体经有效途径运移至温压稳定带内区域或局部盖层下,逐渐与水结合形成天然气水合物。综上所述,以上两类天然气水合物矿藏的有利储集空间不尽相同:第一类多赋存于低孔渗、倾角小的岩层内,而第二类多赋存于高孔渗岩层或断裂破碎带内。