苏北盆地幔源氦气藏的特征与形成条件

指出:苏北盆地部分油气藏(井)中He的含量很高(0.08％～1.34％),达到或超过了工业品位;其~3He/~4He值为1.75×10^(-6)～4.9×10^(-6),是含幔源氦的同位素组成特征。通过对区域构造、盆内构造、壳幔结构、岩浆活动、成藏特征等方面的综合分析研究,认为这批幔源氦气藏形成于裂谷伸展构造环境,而幔源挥发份的上升运移与深断裂和幔源岩浆活动有密切关系;包括苏北盆地在内的大陆架裂谷区是寻找幔源氦资源的有利地区。

江苏溪桥地区氦气藏天然气富集规律及资源前景

江苏溪桥地区浅层盐城组氦气藏是典型的构造类型气藏 ,天然气富集受低幅构造控制。研究表明该地区氦气天然气资源存在较大的开发和利用前景。

国内外典型富氦气藏稀有气体地球化学特征及对氦气成藏过程的示踪意义

氦气是重要的战略性资源,在航空航天、医疗成像和高新制造业发挥着不可替代的作用。稀有气体具有壳源、幔源和大气源三大来源,且在不同储集库中同位素特征差别大,可有效揭示壳—幔演化以及各圈层相互作用,也为示踪弱源氦气成藏过程提供重要手段。研究统计了中国各大盆地的含氦特征,并进一步对美国Hugoton-Panhandle气田、国内柴北缘地区油气田、坦桑尼亚裂谷带温泉区和国内渭河盆地地热田等典型富氦气藏中稀有气体同位素特征进行了归纳性研究。结果表明,国内多个含油气盆地均发现有富氦气藏,国内外目前具有工业开采价值的氦气藏中3He/4He值基本显示壳源特征,即由铀、钍等氦源元素通过α放射性衰变生成。不同气藏中20Ne/36Ar值及20Ne和36Ar等同位素含量特征差异较大,代表不同富氦气藏形成时所经历的油—气—水等多相平衡过程不尽相同,氦气的富集与地下水及气藏主要气体组分的运移密切相关。壳源氦气藏中4He与20Ne之间常呈正相关关系,表明这些气藏中4He富集可能与地下水密切相关,氦气应先溶于地下水再脱溶进入油气藏。幔源CO_(2)富氦气藏通常规模较小,氦气富集过程可能是因为CO_(2)易溶解于地下水或矿化形成碳酸盐矿物,使得气藏中CO_(2)减少,氦气相对丰度增加。进一步提出氦气成藏的四大有利条件:古老克拉通及富铀钍花岗岩提供充足的氦气来源、发育新构造活动、存在地下水系统和游离气相以及气藏中主要气体组分相对于氦气补给量适中。

富氦气藏源储关系及富集机理

针对氦气成因来源、富集成藏和资源潜力,世界各国重视程度日益增加。多种类型地质体中氦气能否富集成藏的关键因素是氦气来源与储层之间的有效配置关系。本文系统梳理国内外不同构造背景和不同类型的富氦气藏基本特征,开展主要潜在氦源岩铀和钍含量测试与统计,并重点对鄂尔多斯盆地铝土岩层系富氦气藏进行解剖。在这些研究的基础上,明确了地质体中氦气主要来自壳源放射性成因氦和幔源氦。大规模高铀和钍含量的古老基底花岗岩/变质岩等氦源岩、有利的源储配置和氦气从源向储高效的运移疏导是世界上大型富氦气田形成的关键条件。氦气通常与CH_(4)、CO_(2)、N_(2)等在油气藏中呈共伴生关系。与N_(2)总体呈正相关关系,表明成因上有一定的联系;而与CO_(2)和CH_(4)呈负相关关系,表明CO_(2)和CH_(4)4的富集对氦气的稀释作用。依据富氦气藏氦源和储层之间的关系,分为内源型氦气藏、外源型氦气藏和复合型氦气藏。内源型氦气藏主要包括富氦页岩气藏,其中的氦气来自页岩本身所含有铀和钍衰变,与页岩有机质生成的天然气构成同源同储富氦气藏。外源型氦气藏主要包括常规碎屑岩和碳酸盐岩气藏,其中的氦气主要来自气藏储层之外的基底的壳源氦气或者幔源氦气。断裂沟通深部氦源,氦气通过水或者天然气携带运移至隆起高点位置的圈闭富集成为富氦气藏。铝土岩层系富氦气藏为混合型氦气藏,氦气即可来自古老基底,也可来自铝土岩层系的富铀和钍的铝土岩、泥页岩和煤岩;内源和外源的氦气与来自泥岩或煤层的烃类气体共同在铝土岩层系中富集成藏,形成异源同储的混合型氦气藏。

氦气富集理论及富氦资源勘探思路

基于国内外重要含油气盆地天然气样品和岩石样品,进行氦气含量、组分、同位素及岩石样品中U、Th含量分析,对氦气富集机理、富集模式、分布规律和勘探思路等进行研究。研究认为,能否形成富氦气藏取决于气藏中氦气的供给量和天然气对氦气的稀释程度,其富集成藏特征可以概括为“多源供氦、主源富氦;氦氮伴生、同溶共聚”。氦气主要来自岩石中U和Th的放射性衰变,所有岩石都含有微量的U和Th,都可为气藏提供一定的氦源,但以花岗岩或变质岩为主的大型古老基底往往是富氦气藏的主力氦源。古老基底中的U和Th经历漫长地质历史时期的衰变生成的氦气连同基底岩石中无机含氮化合物裂解生成的氮气溶解在水中,随构造抬升,地层水沿断裂往上运移至气藏并释放出氦和氮气,使气藏同时富集氦和氮气,氦氮的伴生关系十分明显。在东部拉张型盆地,构造活动强烈,天然气中混有一定比例的幔源氦气。富氦气藏大多发育于有断裂沟通的古老基底之上、后期经历大幅度构造抬升、盖层封盖能力适中、天然气充注强度中等、地下水比较活跃的常压或低压区。氦气勘探须放弃以寻找天然气甜点和高产大气田的传统“兼探”思路,根据氦气富集特点,寻找有断裂并与古老基底沟通、晚期构造抬升幅度较大、盖层封盖能力相对较弱、天然气充注强度不高、古老地层水较丰富的气藏。

氦气资源的盖层特征探究--以塔里木盆地为例

良好的盖层封盖条件是氦气资源得到保护的关键,在氦气资源潜力评估中有着重要的意义。目前对于氦气资源盖层特征的研究仍处于空白阶段,笔者等对盖层的封盖机理及宏观-微观特征与氦气封盖效果之间的关系进行了探究,认为氦气在地层中保存的封盖机理主要包括物性、压力、浓度三重封闭。盖层对于氦气的封盖效果受一系列微观特征(孔隙度、渗透率、突破压力、中值半径)与宏观特征(岩性、厚度、成岩作用、连续性、构造作用)影响,含氦气藏载体气类型的不同也会使盖层对于氦气的封闭能力产生差异。基于笔者等归纳出的盖层特征与氦气封盖效果的关系,对塔里木盆地内具有一定的生氦潜力的和田河区块、雅克拉区块、古城区块的氦气资源盖层条件进行评估,评估结果对应实际勘探中含氦气藏的分布情况。综合分析塔里木盆地含氦气藏盖层特征,发现常规评价油气藏封盖条件的方法并不完全适用于氦气资源盖层条件的评估,精准化分析含氦气藏盖层条件的方法仍需进一步探索。

中国中西部富氦气藏氦气富集机理——古老地层水脱氦富集

氦气是天然气中的伴生资源,是重要的稀缺战略物资,但对其富集机理研究却比较薄弱。针对富氦气藏中的氦气如何富集这一备受关注的难点问题,采用地球化学研究方法,在分析中国主要富氦气藏中氦气富集的基础上,认为氦气之所以在少数气藏中富集,是因为气藏额外捕获了古老地层水中释放出的氦气。古老地层水溶解的氦气释放到气藏,是富氦气藏中氦气富集的主要机理。首次提出富氦气藏的形成经历过“多源供氦、主源富氦”的观点,氦源来自烃源岩、储集层中U和Th的放射性衰变,以及地层水中溶解的来自其他岩石U和Th的衰变,主源是古老地层水中溶解的氦气,来自古老地层中U和Th经长时间的衰变积累的水溶氦。当溶有氦气的古老地层水与游离气或气藏相遇,由于水中氦气的分压远高于游离气或气藏中氦气的分压,根据亨利定律,水中的氦气几乎完全可以释放到气藏中,形成富氦气藏。

中国含油气盆地富氦天然气藏氦气富集模式

氦气由于其化学惰性、分子量小、低沸点、强渗透性、高导热性等特点,广泛用于航空航天、低温超导、医疗以及高科技领域,是一种不可替代的战略性稀缺资源。但关于氦气如何在天然气藏中富集的研究较为薄弱。为此,在探讨富氦气藏划分标准的基础上,系统剖析了典型富氦气藏氦气成因、来源及富集过程,重点突出了主力氦源对富氦气藏的贡献,并提出了中国含油气盆地富氦气藏氦气富集模式。研究结果表明:①针对中国不同含油气盆地建立了壳源富氦和壳幔混合富氦2大类,6种氦气富集模式;②富氦气藏具有供氦多元、富集模式多样的特征;无论哪种氦气富集模式,都离不开主氦源对气藏的贡献;③中西部盆地富氦气藏中的氦气以壳源氦为主,富集模式包括古老地层水沿断层上移释氦、天然气沿古老储集层运移过程中富氦、页岩气富氦模式。④东部盆地富氦气藏中氦气为壳幔混合成因,富集模式包括以烃类气为主的气藏富氦模式、以二氧化碳为主的气藏富氦模式、以氮气为主的气藏富氦模式。结论认为,中国含油气盆地富氦气藏氦气富集模式的建立,可为氦气富集规律和富集主控因素的研究提供参考和借鉴,同时,该认识对氦气有利勘探区带评价具有重要意义。

“山西式”氦气成藏模式及其意义

氦气是重要的稀有战略资源,目前认为氦源岩主要与酸性岩(花岗岩)相关,在岩体不发育的晋中盆地发现了高体积分数氦气显示。为认识晋中盆地氦气富集模式,通过文献调研和综合研究,石炭系本溪组铝土岩系铀、钍含量高,生氦能力好,是优质氦源岩,铝土岩系之上的晚古生代煤系地层是良好的烃源岩,可为氦气富集提供载体气。铝土岩系及下伏奥陶系碳酸盐岩风化带裂隙发育,是天然气良好储集层,铝土岩系之上的煤系地层是封盖层。晋中盆地周缘断裂发育,形成多级断阶构造,向盆地内断块逐级下降,使盆内烃源岩生成的天然气沿断裂向上运移到断块的铝土岩系及下伏碳酸盐岩风化带裂隙中聚集,形成载体气藏,盆缘铝土岩储层生成的氦气及盆内氦源岩生成的氦气沿断裂向上运移,持续进入前述载体气藏,不断积累形成富氦天然气藏。本溪组铝土岩系是“山西式铁矿”和铝土矿的赋存层位,也是“山西式氦气”的重要氦源岩和储集层系。“山西式”铝土岩系氦源岩的发现及氦气成藏模式,拓展了氦气勘探新领域,在中国华北乃至全世界的铝土岩系发育区具有重要推广意义。

中国氦气资源成藏规律与开发前景

氦气是一种关系国民经济和高新技术产业发展的全球性稀缺资源,中国工业用氦主要依赖进口,因此急需明确氦气成藏富集规律、寻找富氦气田,落实中国氦气资源家底和开发潜力。系统梳理了全球氦气资源分布及开发现状,开展国内氦气资源普查与分布研究,剖析了国内典型富氦气田气藏特征及成藏条件,明确了中国主要富氦气田氦气成因来源和富集成藏主控因素,认为中国天然气中氦气主要以壳源为主,指出相对浅埋的富铀钍古老花岗岩基底或侵入体、早期形成的大型稳定古隆起或古潜山、良好的上覆巨厚膏盐岩或泥岩盖层、沟通基底和储层的运移通道是氦气成藏富集的主控因素,建立了富氦常规气、富氦页岩气、富氦非烃气和富氦水溶气4种不同类型富氦气藏的成藏模式并预测富氦有利勘探区。在此基础上分析了中国氦气资源开发前景,提出了寻找富氦气田,加强中、低丰度氦气资源综合开发利用是未来提高中国国内氦气产量的重要方式。

壳源富氦天然气藏成藏模式及关键条件

近年来,氦气资源勘探与研究工作在中国得到了高度重视,但有关壳源富氦天然气藏的成藏条件与成藏机理的研究仍较薄弱。氦气特殊的物理化学性质以及氦源条件等决定了其从生成、释放、运移、聚集到保存均具有显著的独特性。壳源氦气主要是由岩石中铀、钍元素的放射性衰变而生成的,从生氦矿物中释放后,大部分溶解到地下流体中,进而以水溶态或气溶态进行运移。根据氦气的运聚过程以及载体的特征,氦气的聚集模式主要可归纳为3种:①地下水脱氦聚集模式;②独立气相“抽吸”聚集模式;③混合流体脱气聚集模式。通过分析和总结国内外代表性富氦天然气藏的地质特征,提出了连续成藏和幕式成藏2种壳源氦气的成藏模式。其中,美国潘汉德—胡果顿气田中的氦气具有连续成藏的特征,氦气充注时间长,主要通过地下水脱氦聚集到早先形成的烃类气藏中;坦桑尼亚Rukwa盆地、中国四川盆地威远气田以及塔里木盆地和田河气田则表现出幕式成藏特征,富氦天然气藏的形成主要受控于构造活动,且氦气与载气可能为同时成藏。基于系统总结提出了壳源富氦天然气藏的3个成藏关键条件:①稳定古老的基底,充足的氦源;②促进释放的热作用与构造活动,推动运聚的流体介质与构造活动;③早期存在的或与氦气同时成藏的载体气藏。

哈萨克斯坦苏克气田富氦天然气藏地质特征及成藏主控因素

根据13口新井岩心、物性、测井、试气、气组分和氦气分布等资料,结合区域构造演化、沉积背景和典型气藏剖面,分析并总结富氦天然气藏地质特征及成藏主控因素。研究结果表明:自下而上发育基底花岗岩和变质岩裂缝型气藏、上泥盆统致密砂岩构造气藏和下石炭统大面积分布的连续型碳酸盐岩气藏;构造高点裂缝发育形成高产,构造低点普遍含气;干气天然气中富含氦气,氦气含量自下向上逐渐减少;广覆式分布的前泥盆系花岗岩和变质岩基底为氦气主要来源,上泥盆统和下石炭统百米厚度高伽马砂岩作为次要氦源;断层形成双向输导,一方面将下石炭统烃源岩生成的烃类气体向下运移至上泥盆统和基底圈闭;另一方面将下部生成的氦气向上运移至下石炭统气藏中;下石炭统顶部发育厚层、互层状硬石膏和致密灰岩作为区域盖层对富氦天然气藏起到保存作用。

松辽盆地双城—太平川地区天然气成因类型及气源

对松辽盆地双城—太平川地区中浅层天然气地球化学特征的分析表明,该区天然气为高-过成熟的煤型气,来源于深部的白垩系沙河子组和侏罗系含煤地层。本区天然气的碳同位素组成具有倒转序列特征,这主要是由腐殖型母质的“同型不同源”气或“同源不同期”气的混合造成的,同时也不排除由天然气中某一或某些组分被细菌氧化所造成。本区天然气中稀有气体氦的含量相对较高,有11口井天然气中氦的含量均具有工业开采价值,可作为氦气藏开采。

柴达木盆地东坪氦工业气田发现及氦气来源和勘探前景

为进一步明确柴达木盆地氦气资源分布情况,对东坪等气田天然气地球化学特征进行分析。结果表明:东坪气田东坪1井区、东坪3井区和尖顶山气田尖探1井区等21个天然气样中氦气含量大于0.05%,达到了工业标准,其中最小值为0.075%,最大值为1.069%,平均值为0.386%,据此在柴达木盆地首次发现了东坪氦工业气田。东坪气田及其附近的牛东气田3He/4He最小值为1.01×10^(-8),最大值为3.62×10^(-8),平均值为1.86×10^(-8),均位于10^(-8)量级,应属壳源氦。综合分析认为东坪、尖顶山等气田已发现氦工业气藏的氦主要来源于花岗岩或花岗片麻岩基底。柴达木盆地花岗岩与花岗片麻岩基底分布广泛,具备形成高含氦天然气的条件,氦资源勘探前景十分广阔。