常规天然气伴生氦气成藏条件

氦气作为一种稀有战略资源,关系国家安全和高新技术产业发展。在总结前人成果的基础上,对柴达木盆地北缘地区各气田的氦气含量及同位素进行了分析,试图探讨常规天然气藏中的氦气成藏条件。结果表明：东坪气田的氦气含量介于0.012%~1.07%之间,平均为0.24%。利用壳—幔二元混合模式计算天然气中幔源氦的贡献比例,发现幔源氦的比例介于0.01%~0.84%之间,平均为0.3%;R/Ra值介于0.003 5~0.059 2之间,平均为0.022 6,属于典型的壳源氦。研究区氦气含量与甲烷含量呈明显负相关,与氮气含量呈正相关关系。异常高温扰动有利于促进研究区基岩中氦气发生初次运移,马北气田与牛东气田氦气富集离不开地层水作为有效载体,而东坪气田氦气富集的载体需进一步研究。壳源成因的氦可能主要来源于基底富U、Th的花岗岩和片麻岩的放射性衰变,载氦流体运移通道主要是山前深大断裂和不整合面,盖层分为基岩上覆的含膏泥岩和泥岩的区域盖层,以及咸水下渗形成的基岩顶封式局部盖层2种,这些有利的成藏条件为研究区氦气富集提供了良好的地质基础。体积法得出研究区氦气资源量约为27×10⁸ m³,每克岩石平均每年产生⁴He量约为（12.61~121.95）×10^-20 m³,平均为48.81×10^-20 m³。     

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。     

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。     

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。     

鄂尔多斯盆地东胜与大牛地气田壳源氦气成藏差异性

当前研究发现,氦气的成藏与天然气具有耦合效应,二者表现为异生同储关系,但氦气的成藏理论尚不完善。研究从氦源岩、运移方式等方面入手,剖析鄂尔多斯盆地东胜与大牛地气田氦气成藏差异性,研究表明：(1)2个气田主要氦源均为基底岩石氦气,东胜气田可能氦源岩有富U、Th的基底岩石、煤层,大牛地气田可能氦源岩有基底岩石、煤层与铝土岩层;(2)东胜气田内部发育连通基底的断裂,为烷烃气与氦气运移提供通道,大牛地气田下方也存在基底断裂,但气田内部靠生烃作用产生的微裂缝进行运移;(3)对比二者成藏模式,认为连通基底与储层的深大断裂对于氦气成藏具有促进作用。     

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...     

塔里木盆地雅克拉地区氦气资源评价与成藏模式

塔里木盆地北部雅克拉地区发现具有开采价值的含氦气田,其中古生界氦气的平均含量为0.31%,是氦气资源量最丰富的层位,高于氦气工业生产标准,但其氦气资源潜力和成藏模式尚不清楚。基于雅克拉地区14口钻井的自然伽马能谱测井资料,对雅克拉地区古生界氦气资源生成量进行了定量评估,并结合成藏要素进行综合分析,根据氦气的运聚过程及载体特征,总结出氦气成藏模式。结果表明：雅克拉地区古生界平均生氦潜量为2.37×10^-10 cm³/g,氦气生成总量为3.22×10⁹ m³。生氦潜量最高的区域位于沙15井附近区域,其次为沙49井附近区域,从沙5井至沙49井的呈带状展布的狭长地带是生氦主力。区域内古生界沉积岩系供给含氦气藏的氦气量可高于天然气藏中的氦气总量,沉积岩系可为有效氦源岩,生成氦气以主要形成于加里东—海西构造期的断裂、裂缝为运移通道,在地下水和天然气的协助下持续运移,以古老地层水运移聚氦模式、天然气沿古老储层运移聚氦模式进行聚集成藏,上覆3套厚度较大的泥岩层、膏岩层,可对气藏有效的封存保护。     

亨利定律与壳源氦气弱源成藏——以渭河盆地为例

壳源氦来自地质体中铀钍等氦源元素的放射性衰变,其生成速度极其缓慢,不存在集中的生气高峰,相对常规油气为典型的弱源气。其常以甲烷或二氧化碳气藏的伴生气产出,因稀有性而低丰度(0.1vol%)即可成矿,且成藏与地下水关系密切。为研究其弱源成藏机理,总结了前人关于氦气、氮气和甲烷亨利系数和溶解度的研究成果,以渭河盆地为例,通过模拟计算探讨了亨利定律在氦气运移和成藏中的关键作用。根据亨利定律,稀溶液中气体溶解度受控于气体的分压和亨利系数。与载体气相比,氦气的亨利系数高,且高低温下相差较大,特别是在氦源岩和气藏中的分压差别显著,造成两处的溶解度差异显著,使以溶解态运移的弱源氦气能够脱溶成藏。综合分析认为:①氦气在深部氦源岩处分压大、温度高,能溶解于水而运出;②运移至浅部遇到天然气等载体气藏时,在气水界面,氦气分压极低而脱溶进入气藏,载体气则溶解进入水中,好似载体气将氦气从水中"置换"出来。这种作用使气藏附近形成溶解氦低浓度漏斗,水溶氦不断向气藏附近迁移而进入气藏,大大提高了氦气运聚系数;③氦气进入气藏后,由于盖层中氦气分压低而难溶于水,不易扩散,利于保存。研究结果明确了氦气在氦源岩"运得出"、遇气藏"脱得出"、进气藏"保得住"的高运聚系数富集机制,为氦气资源勘查提供了理论依据。     

柴达木盆地北缘稀有气体同位素特征及氦气富集主控因素

通过地质背景研究认为影响柴达木盆地北缘地区氦气富集的主要因素有广泛分布的岩体、发育的断裂及地下水系统等。其中岩体提供充足的氦气气源,断裂及地下水系统提供良好的天然气运移通道及运移载体。4He、20Ne等稀有气体同位素具有良好的线性关系,证明地下水系统在氦气富集过程中有着重要作用且氦气含量较高。运用对渭河盆地及邻区氦气调查所形成的氦气成藏理论认识,预测柴北缘地区具有壳源氦气资源远景,通过对该区马北油气田、东坪气田等氦气远景区天然气井口样品分析,发现氦气含量普遍较高,同位素分析表明该区氦气为典型壳源氦。分析的22个样品中21个达到或超过工业标准,按照马北地区16个样品平均氦气体积分数0.28%估算,仅马北地区就可成为大型氦气资源远景区。通过进一步调查评价,研究区有望获得特大型氦气资源储量。     

青海共和盆地与干热岩体相关氦气成藏条件浅析

分析青海共和盆地温泉水和地下干热岩发现温泉水及干热岩中均含有氦气，部分样品氦含量达到商业开采工业品位（0.1%），且为壳源成因氦。基于同位素、组分等分析化验资料，研究了青海共和盆地与干热岩相关的花岗岩氦气成藏条件。结果表明：位于三叠系底部的干热岩（花岗岩）为氦气源岩；盆地周边深大断裂及盆地内数条北西向张性断裂断至热源体火成岩中，成为含氦流体中氦气和干热岩中热能运移的通道；干热岩体的热温为氦气的初次运移提供了动力，地下热水为氦气的二次运移提供了载体，干热岩体（花岗岩）顶部的砂砾岩为氦气成藏提供储存空间；干热岩（花岗岩）顶部的厚层沉积层（特别是泥岩层）是良好的盖层。综合分析认为：共和盆地与干热岩体相关的氦气具有形成富氦气藏的地质条件和良好的勘探前景。     

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。     

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本文通过对川西坳陷气源岩的划分,提出孝泉构造天然气藏以上三叠统须4段底部为界,划分出以须2气藏为主的下部成藏系统和以中侏罗统、上侏罗统为主的上部成藏系统,且认为除上侏罗统及以上气藏外,主要为近源气藏.天然气运移到储层,只要储层稍有倾斜,天然气就会靠重力分异向上运移,若有一定的封盖条件就会增压;岩石致密化不仅缩小了储层的孔隙体积,而且增大运移阻力,因而形成异常高压,当储层压力大于地层破裂压力时,则形成微裂缝.微裂缝的形成期也是溶蚀孔的形成时期.笔者认为须2气藏、中侏罗统气藏在形成过程中主要受基底隆起和同生隆起的控制,燕山末期岩石的致密化使其定型或基本定型.须2气藏是生储盖组合优良的近源气藏,虽储层孔隙度较小,但因微裂缝和溶蚀孔发育仍具有形成大型气田的基本条件.新场气田X851井获得稳产高产(151×104m3/d)天然气,就是这一认识的佐证.     

也谈致密砂岩气藏的气源——与戴金星院士商榷

致密砂岩气属于非常规天然气,目前关于致密砂岩气气源的认识尚未统一。四川盆地元坝气田和通南巴气田须家河组气藏同为致密砂岩气,元坝气田须家河组9口井14个天然气样的碳、氦同位素等地球化学数据分析表明,元坝气田须家河组致密砂岩气主要由自源型的煤成气和他源型的油型气组成,同时伴有少量的无机成因气,为混合改造型;通南巴气田须家河组5口井5个天然气样的碳、氦同位素等地球化学数据分析表明,通南巴气田须家河组致密砂岩气主要由他源型的油型气组成,也伴有少量的无机成因气,为混合成因型。因此元坝气田和通南巴气田须家河组致密砂岩气并非单一的煤成气来源,故非常规致密砂岩气具有多种来源,而非"中国致密砂岩气藏的气源均为煤成气",主要为有机成因的煤成气或油型气,或二者的混合气。     

柴达木盆地北缘富氦天然气分布与成藏模式

近年来柴达木盆地北缘(柴北缘)发现了较好的氦气资源前景,其中马北、东坪气田、团鱼山、全吉山及尖北等地区发现较高氦含量的富氦天然气(氦气含量为0.013%～1.14%,平均含量为0.33%)。综合前人研究资料系统梳理了柴北缘地区富氦天然气的组分特征、分布特征、成因特征及成藏条件,提出了柴北缘地区的氦气成藏模式。研究该地区富氦天然气的横向及纵向分布特征得出：在横向上,柴北缘地区全吉山煤田平均氦气含量最高(1.074%),其次是团鱼山煤田(0.678%),之后依次是东坪(0.28%)、马北(0.261%)、尖北(0.24%)、牛东(0.015%)气田;在纵向上,古近系路乐河组(E1+2)和侏罗系(J)2套层位平均氦含量最高,分别为0.61%和0.43%,能够作为主要的氦气勘探开发层系。此外,柴北缘地区天然气中的氦气主要富集在埋深3 000 m以内的中浅层。根据同位素研究得到柴北缘地区氦气主要为壳源氦成因,是基底的元古宇—奥陶系花岗岩、变质岩系及铀矿等放射性矿物通过U、Th放射性衰变产生,以断裂为运移通道伴随着地下水和天然气在自生自储型和连续运移型2种成藏模式下聚集成藏,其中自生自储型运移成藏...     

柴达木盆地东坪地区原油裂解气的发现及成藏模式

柴达木盆地东坪地区发现了中国陆上地质储量最大的基岩气田--东坪气田,其天然气来源于侏罗系高成熟-过成熟阶段的裂解气,但深层裂解气藏的成因较为复杂,特别是在东坪气田以西的坪西和尖顶山构造带,由于不发育侏罗系,新发现的基岩气藏来源不明,影响了深层天然气的勘探认识。利用天然气组分和同位素分析数据,结合东坪地区地质特征对深层裂解气开展分析,建立了天然气的成藏模式。研究表明,东坪地区深层基岩气藏具有原油裂解气,基岩储层中发育沥青包裹体,表明该地区发育古油藏裂解气。柴达木盆地北缘的侏罗系烃源岩以湖相泥岩为主,有机质丰度高、类型好,经历了长期的深埋过程,具备形成原油裂解气的物质基础和温度条件。东坪地区深层基岩气藏的成藏具有早期充油、后期高温裂解、晚期调整的特征。东坪地区原油裂解气的发现拓展了柴达木盆地北缘天然气的勘探领域,对深化柴达木盆地深层天然气勘探具有重要指导意义。     

富氦天然气藏成藏特征及主控因素

在充分调研全球探明氦资源分布及开采现状的基础上,对国外典型富氦天然气藏的空间分布特征、氦气成因来源和气藏类型进行解剖,再结合地质背景分析了富氦天然气藏的成藏主控因素。研究结果表明,美国是目前世界上探明氦资源最多的国家;由于受技术手段等条件的制约,目前主要是从富氦、高氦天然气藏中获取氦气资源。通过对国外富氦天然气藏的解剖发现,富氦天然气藏平面上主要分布在古老克拉通地区,垂向上以埋藏较浅的元古界和古生界为主;绝大多数富氦天然气中的氦气主要是由地壳中的铀、钍等放射性元素衰变形成。根据天然气组成特征可将富氦天然气藏划分为富氦烃类气藏、富氦二氧化碳气藏和富氦氮气藏,其中大多数富氦烃类气藏主要位于克拉通内部隆起带之上,气藏规模和氦资源量较大;富氦二氧化碳/氮气藏多位于克拉通边缘活动带,气藏规模和氦资源量较小。在对气藏特征进行总结的基础上,综合实际地质背景提出两种富氦天然气藏成藏模式:古老克拉通内部隆起富氦天然气藏成藏模式和古老克拉通边缘活动带富氦天然气藏成藏模式,其中具备花岗岩基底隆起、深大断裂、晚期构造活动和区域性盖层等地质条件的地区是氦资源勘探的重点有利区。     

柴达木盆地东坪地区原油裂解气的发现及成藏模式

柴达木盆地东坪地区发现了中国陆上地质储量最大的基岩气田——东坪气田，其天然气来源于侏罗系高成熟-过成熟阶段的裂解气，但深层裂解气藏的成因较为复杂，特别是在东坪气田以西的坪西和尖顶山构造带，由于不发育侏罗系，新发现的基岩气藏来源不明，影响了深层天然气的勘探认识。利用天然气组分和同位素分析数据，结合东坪地区地质特征对深层裂解气开展分析，建立了天然气的成藏模式。研究表明，东坪地区深层基岩气藏具有原油裂解气，基岩储层中发育沥青包裹体，表明该地区发育古油藏裂解气。柴达木盆地北缘的侏罗系烃源岩以湖相泥岩为主，有机质丰度高、类型好，经历了长期的深埋过程，具备形成原油裂解气的物质基础和温度条件。东坪地区深层基岩气藏的成藏具有早期充油、后期高温裂解、晚期调整的特征。东坪地区原油裂解气的发现拓展了柴达木盆地北缘天然气的勘探领域，对深化柴达木盆地深层天然气勘探具有重要指导意义。     

东坪复杂基岩气藏试井解释方法研究与应用

东坪气田是国内首个典型的基岩气藏,储层孔缝洞发育,非均质性强。经对东坪气藏试井资料研究,确定了不同储层特征、不同边界条件下的试井解释方法和试井渗流模型,并对东坪气田地层物性特征、污染状况、气藏压力及产能评价等方面进行了综合分析,提高了试井资料成果品质,为准确认识储层和提高开发效果提供了依据。     

徐深气田源盖能力配置类型与天然气聚集

徐深气田天然气的盖层层位、岩性不同,造成其源盖之间的空间、能力配置关系不同,源岩和盖层在能力上的有效配置,在某种程度上决定该气田天然气富集数量。根据天然气藏源岩供气能力和盖层封气能力特征,对气藏源盖能力配置类型及其与储量丰度的关系进行研究,总结出该区的源盖能力配置类型,对研究徐深气田的形成条件和指导气田天然气的进一步勘探具有重要意义。     

渭河盆地氦气成藏条件分析及资源量预测

渭河盆地氦气资源量在计算原理和参数选取上存在较大争议。据此,统计了渭河盆地101件油气井和地热井样品的气体成分和氦同位素数据,分析了该盆地的氦气成藏条件,并在综合选取和评估各项参数的基础上,估算了渭河盆地氦气资源量。结果表明,钻孔样品氦气体积分数平均为1.50%,最高达9.23%;氦源岩、地下水系统、载体气和断裂是氦气生成、运移和成藏的控制条件,其中盆地南缘花岗岩体和盆地内部隐伏磁性体是盆地最主要的氦源岩;根据盆地内地热流体储量、气水比、氦气体积分数估算出盆地内氦气资源量为21.30×10~8 m~3;根据氦源岩有效面积、水循环深度、岩体密度、铀钍含量估算得出自花岗岩体形成、盆地断陷和储层形成后的生氦量分别为185.21×10~8 m~3、37.58×10~8 m~3和4.16×10~8 m~3。综合认为渭河盆地的氦气资源勘探前景良好。