ターリム盆地ボウチ・ダベイ地域の水の地球化学と深部盆地における天然ガス集積への示唆

なぜガス鉱区の地下水が重要なのか

砂漠や山岳地帯の地下深くには、何キロメートルも下の岩石中に大量の天然ガスが閉じ込められています。通常はガスそのものに注目しがちですが、本研究はガスとともにとらえられ生産される水が「隠れたアーカイブ」として機能することを示しています。中国のターリム盆地ボウチ–ダベイガス田の水の化学組成と同位体指紋を読み解くことで、著者たちは雨水、古海水、埋没した有機物が何百万年にもわたってどのように相互作用し、巨大な深部貯留層にガスを蓄えたかを再構築しています。

2種類の異なる地下水

研究者たちは白亜紀の砂岩層に4〜7キロ掘削した井戸から水を採取しました。その結果、産出される水が一様でないことが判明しました。一方は地質時代にわたって岩石中にとどまり、塩分や各種イオンを多く含む「含水層水」です。もう一方は、上昇する高温のガスが冷却される際に凝縮してできる、はるかに淡く希薄な「凝縮水」です。全溶存物質、主要イオン、そして水素–酸素同位体を比較することで、研究チームは塩分濃い長期滞留の含水層水と希薄な凝縮水を区別し、両者が混ざり合っている井戸を特定できました。

雨と塩床から深いブラインへ

含水層水の化学組成は主に2つの起源を示しています。その大部分は地表から浸透した通常の雨水や河川水が始まりで、後に厚い岩塩層を通過した際に塩を溶かして大量のナトリウムと塩化物を取り込み、濃縮されたブラインになりました。より小さいが重要な部分は、三畳紀〜ジュラ紀にこの地域を覆った海水に由来します。その海水は後に蒸発して有機物に富む泥層に閉じ込められ、埋没した植物が油やガスに変わる過程で間隙水にヨウ素などの微量元素が高濃度で蓄積しました。このヨウ素に富むブラインは最終的に天然ガスとともに上方へ移動し、砂岩貯留層に侵入しました。

ヨウ素をたどりガスの移動を追う

ヨウ素は長寿命の放射性同位体ヨウ素‑129を持つため、自然の時計として利用できます。著者らは含水層水中のヨウ素‑129を測定し、ヨウ素に富むブラインとそれに伴うガスがフィールドの各部へいつ侵入したかを推定するモデルを構築しました。絶対年代は精密ではないものの、相対的なパターンは明瞭です：フィールド東部の一部井戸はより早期に充填され、成熟度の低いガスを持っていたのに対し、他の井戸は後期のより「ドライ」なメタンに富むガスのパルスを受けました。この系列は地域を切る大規模な逆断層の歴史と一致しており、個々の断層が時間を追って開くことで、深部のソースロックから貯留層へガス含有ブラインが上昇する新たな経路を提供したことを示しています。

深部地質により形作られた変化する混合比

本研究はまた、閉じ込められた水の化学がその後も進化し続けたことを明らかにしています。ブラインが様々な鉱物に富む砂岩を通過する際に岩石と元素交換を行い、リチウムやカリウムなどの成分で水が濃化しました。同時に、油や次いでガスが貯留層に繰り返し流入することで、従来の流体が置換され、新たに流入するブラインや生産時に生成される凝縮水と混合しました。その結果、生じた混合物は複雑ではあるものの解釈可能であり、流体の移動と盆地構造の変化が何千万年にわたって記録されていることが読み取れます。

深部ガス探査への示唆

専門外の方への要点は、深部ガス田の水は単なる厄介な副産物以上の意味を持つということです。ボウチ–ダベイ田では溶存塩類や同位体が、雨水、古海水、有機物に富む岩石が現代の貯留層に寄与したこと、そしてガスが成長する断層と厚い塩のシールに導かれていくつかの異なる波で到来したことを示しています。含水層水を地質の語り部として扱い、特にヨウ素‑129のようなトレーサーを用いることで、ガスの発生源、移動の様相と時期、なぜある深部構造が大きなガス蓄積を保持し他が保持しないのかをより正確に突き止めることができます。

引用: Chen, J., Fan, Y., Jia, W. et al. Water geochemistry in the Bozhi-Dabei area, Tarim Basin and its implications for natural gas accumulation in deep basin. Sci Rep 16, 11039 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38393-y

キーワード: 含水層水, 深部天然ガス, ターリム盆地, ヨウ素同位体, 流体移動