各主要盆地氦气研究

塔里木盆地氦气地球化学特征及有利勘探区

  • 彭威龙 , 1 ,
  • 林会喜 1 ,
  • 刘全有 , 1 ,
  • 邓尚 1, 2 ,
  • 张继标 1 ,
  • 张永 1 ,
  • 冯帆 1 ,
  • 马安来 1 ,
  • 周波 1
展开
  • 1. 中国石化石油勘探开发研究院,北京 102260
  • 2. 马永生科学家工作室,北京 100083
刘全有(1975-),男,山西朔州人,博士,教授级高级工程师,主要从事天然气地质与地球化学研究.E-mail: .

彭威龙(1988-),男,湖北武汉人,博士,高级工程师,主要从事塔里木盆地油气地质与地球化学研究.E-mail: .

收稿日期: 2022-08-23

  修回日期: 2022-11-02

  网络出版日期: 2023-04-18

Geochemical characteristics of helium and favorable exploration areas in the Tarim Basin, China

  • Weilong PENG , 1 ,
  • Huixi LIN 1 ,
  • Quanyou LIU , 1 ,
  • Shang DENG 1, 2 ,
  • Jibiao ZHANG 1 ,
  • Yong ZHANG 1 ,
  • Fan FENG 1 ,
  • Anlai MA 1 ,
  • Bo ZHOU 1
Expand
  • 1. Petroleum Exploration and Production Research Institute,SINOPEC,Beijing 102260,China
  • 2. Ma Yongsheng’s Laboratory,Beijing 100083,China

Received date: 2022-08-23

  Revised date: 2022-11-02

  Online published: 2023-04-18

Supported by

The National Natural Science Foundation of China(41902160)

the China Postdoctoral Science Foundation(2019M650967)

本文亮点

基于对塔里木盆地多个构造单元天然气中氦气相对含量及同位素组成特征,结合地质背景与典型富氦气藏分析该盆地氦气地球化学特征及有利勘探区。研究表明:塔里木盆地富氦天然气显示良好,总体上台盆区富氦天然气显示优于前陆区;塔里木盆地氦气以壳源成因为主;该盆地天然气中氦气相对含量与氮气相对含量具有一定的正相关关系,氮气相对含量高的气藏中氦气相对含量一般较高。塔里木盆地氦气勘探普查可以重点关注氮气相对含量高的气藏。氦在地质体中可能主要以水溶形式发生运移,富集成藏与地层水关系密切。受到不同物质在水中分压差异影响,结合亨利定律分析,地层水在富氦天然气聚集过程中可以起到“提氦泵”的作用。良好的输导体系以及优质的氦源是富氦气藏形成的基础;塔里木盆地多个区块具有良好的富氦天然气显示,尤其是在沙雅隆起、卡塔克隆起、麦盖提斜坡、巴楚隆起等构造单元,该系列构造单元具有良好的氦源以及天然气成藏条件,有利于富氦天然气聚集,该系列构造单元是塔里木盆地氦气勘探的优先考虑区块。大顺北地区天然气勘探前景好,并且该构造单元是“十四五”海相天然气勘探重点区块,也应该加强对该区的氦气勘探普查工作。

本文引用格式

彭威龙 , 林会喜 , 刘全有 , 邓尚 , 张继标 , 张永 , 冯帆 , 马安来 , 周波 . 塔里木盆地氦气地球化学特征及有利勘探区[J]. 天然气地球科学, 2023 , 34(4) : 576 -586 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2022.10.014

Highlights

Based on the relative content and isotopic composition characteristics of helium in natural gas of multiple structural units in Tarim Basin, combined with geological background and typical helium rich gas reservoirs, the geochemical characteristics and favorable exploration areas of helium in the basin are analyzed. The results show that helium rich natural gas in the Tarim Basin is well displayed, and the helium rich natural gas in platform area is better than that in foreland area. The helium in the Tarim Basin is mainly of crust origin. There is a positive correlation between the relative content of helium and nitrogen in the natural gas of the Tarim Basin, to a certain extent. When the relative content of nitrogen in the gas reservoir is high, the relative content of helium is also high. The general survey of helium exploration in Tarim Basin can focus on the gas reservoirs with high relative content of nitrogen. Helium may migrate mainly in the form of water-soluble in geological bodies, and its accumulation, possibly, are closely related to formation water. Influenced by the difference of partial pressure of different substances in formation water, combined with the Henry's law analysis, formation water can play the role of “helium pump” in the process of helium-rich natural gas accumulation. Good transport system and high-quality helium source are the basis for the formation of helium rich gas reservoirs. Many blocks in Tarim Basin have good helium rich natural gas display, especially in structural units such as the Shaya Uplift, Katake Uplift, Maigaiti slope and Bachu Uplift. This series of structural units has good helium source and natural gas accumulation conditions, which is conducive to the accumulation of helium rich natural gas. This series of structural units is the preferred block for helium exploration in the Tarim Basin. The Shunbei area has a good prospect for natural gas exploration, and this structural unit is a key block for marine natural gas exploration during the “14th Five-Year Plan”. Therefore, helium exploration and general survey in this area should be strengthened.

0 引言

氦具有低沸点、难液化等独特的物理化学性质,使得其在国防军工、航空、医疗、化学分析及芯片加工等高科技领域有着不可替代的广泛应用1-4。在整个宇宙中氦的含量较高,但是在地球上氦气非常稀缺,当前工业用氦仅能从天然气中提取2。一般认为天然气中氦气相对含量达到0.05%~0.1%以上就具有提氦价值,工业提氦一般要求氦气相对含量不少于0.1%5。然而已发现的大部分气藏中氦平均相对含量低于0.05%,达不到工业利用价值6-8。结合氦气在当前各领域的不可代替性及稀缺性特点认为氦气是关系到国家安全和高科技发展的重要稀缺战略资源3-46-12。早年我国只有四川盆地威远富氦天然气(含氦量为0.18%~0.2%)得到工业利用813,开展过提氦工作,近年来由于氦气研究得到国家层面的重视,我国陆续发现了和田河特大富氦储量8、东胜气田致密砂岩型富氦储量14-15,推动了我国氦气勘探研究进入了新的阶段。虽然近年来我国有新的富氦储量发现,但是目前国内氦气产能还远不能满足国家生产需求210-11。值得关注的是在我国多个含油气盆地中有富氦天然气显示,例如我国东部沿郯庐断裂带分布的渤海湾盆地68和松辽盆地等16-18;中部的鄂尔多斯盆地14-1519和四川盆地820-21等;西部的柴达木盆地22-24和塔里木盆地25-27等(图1)。
图1 我国主要含油气盆地及大气田分布概况

Fig.1 Distribution of major petroliferous basins and giant gas fields in China

在2019年国内报道了我国首个特大型富氦气田——和田河气田8的发现,该气田位于塔里木盆地巴楚隆起南缘玛扎塔格构造带。和田河富氦储量的发现表明塔里木盆地具备较高的氦气勘探开发潜力。美国地质调查局(USGS)估算中国氦气资源量仅为1.1×109 m3[8。由于氦气在天然气中整体相对含量较低28,对分析要求较高,我国氦气资源还并没有开展过系统而详实的普查,因此对于USGS给出的我国氦气资源量有可能被低估,作者认为我国具体氦气资源量还有待详实的勘探普查落实。
氦气在天然气中含量低,开采成本较高,因此只有在达到一定规模的气藏中富氦或者含氦聚集才有工业提氦意义。卡塔尔北方气田氦气平均含量仅为0.04%29,但是由于该气田储量巨大,具备较高提氦价值,使卡塔尔成为全球主要氦气出口国之一。氦气勘探开发必须优先考虑大盆地、大气区、大气田才具有现实意义。结合我国大地构造背景、氦气成因及成藏方面综合考虑,笔者认为塔里木盆地氦气资源潜力较大,应该加强在塔里木盆地氦气勘探与普查的相关工作。下文中作者将从塔里木盆地氦气研究现状进行论述,分析氦气分布、含量、成因以及成藏特点,以期能够进一步推动塔里木盆地氦气勘探开发研究。

1 塔里木盆地氦气地球化学特征

1.1 富氦天然气分布

塔里木盆地是我国面积最大的含油气盆地,该盆地经历多旋回构造运动,多期次油气成藏30。塔里木盆地经历多次石油会战,但是由于地质背景复杂,该盆地台盆区当前探明大气田(地质储量>300×108 m3)仍然较少,是我国陆上天然气探明率最低的含油气盆地之一731-32。从已公布的储量数据分析,当前该盆地共发现以前陆区的克拉2、大北、迪娜2,台盆区的和田河及塔河等为代表的9个大气田(图1),其中塔河为油气田7。我国其他2个克拉通型基底上形成的大规模叠合盆地(四川盆地、鄂尔多斯盆地)都发现了较多的大气田7,四川盆地当前发现大气田22个,鄂尔多斯盆地发现大气田12个。从盆地规模上分析,塔里木盆地面积明显大于四川和鄂尔多斯盆地,发现大气田较少也进一步说明塔里木盆地天然气具有较大的勘探潜力。值得关注的是近年来中国石化在顺北大油气区的系列发现33,可以推测一个大气田(或者大气区)的面纱正在被逐渐揭开。作者认为“十四五”期间将会是塔里木盆地台盆区海相天然气勘探的关键时期。氦气属于弱源成藏,不能独立成藏1234-35。重视氦气勘探研究必须优先考虑大气区以及潜力气区。
前人研究表明825-27塔里木盆地多个气藏或者气井显示氦气相对含量达到了工业丰度要求,值得重点关注的就是和田河气田。和田河气田位于巴楚隆起南缘玛扎塔格构造带,该气田发现于1997年,是当前塔里木盆地最大的整装海相气田,该气田探明地质储量616.94×108 m3[36。陶小晚等8研究表明和田河气田探井和开发井中氦气相对含量均大于0.2%,其中M4-3H天然气中含氦最高达到0.369 95%,该气田折算氦气探明地质储量1.959 1×108 m3。按照和田河气田天然气采收率为61.95%折算,其氦气可采储量为1.213 7×108 m3。除和田河气田之外,在塔里木盆地还有多个气藏中有富氦天然气显示,尤其是在沙雅隆起上的雅克拉、沙西2号构造、哈德逊、解放渠、轮南,卡塔克隆起上的塔中,麦盖提斜坡上的巴什托,巴楚隆起上的亚松迪等油气田(区块)。通过调研文献资料,作者收集公开发表的塔里木盆地台盆区以及前陆区的氦气相关资料826-2737-40,整理了氦气相对含量分布(图2)。
图2 塔里木盆地典型井天然气中氦气相对含量分布

Fig.2 Relative content distribution of helium in natural gas of typical wells in the Tarim Basin

从本文研究调研资料分析,塔里木盆地前陆区仅有一口井氦气相对含量超过0.1%,达到0.131 8%(YH1井)38,整体上分析,前陆区天然气中氦气相对含量较低;而台盆区几乎各构造单元都具有富含氦天然气显示,尤其是沙雅隆起构造单元(图2)。雅克拉气田11井次天然气中氦气平均含量为0.226%,在奥陶系产出天然气中最高氦气含量达到0.94%;沙西2号S13井具有塔里木盆地探井中最高的氦气相对含量,氦气含量高达2.19%,在相对含量上远超过工业提氦丰度值。哈德逊油气田2口井氦气相对含量也都超过0.1%(HD113井、HD2-7井),此外解放渠(JF138井)、轮南油气田(LN10-2井、LN2-25-H1井、LN3-H1井)中均有部分井天然气中氦气相对含量超过0.1%。
卡塔克隆起上的塔中油气田生产井中氦气相对含量整体上在0.05%左右,8口井中氦气相对含量平均值为0.087%,有2口井中氦气相对含量高于0.1%(TZ16-6井、TZ4-7-H22井)。在巴什托构造M3井和M4井二叠系产出天然气中氦气相对含量分别为0.73%和0.68%,显示出巴什托区块可能具有较大的氦气勘探潜力。巴楚隆起上的亚松迪以及和田河气藏中氦气相对含量均达到工业提氦丰度,遗憾的是亚松迪油气田当前储量较低,和田河气田开发早期氦气资源重视程度不够导致部分氦气资源损失。台盆区天然气中氦气显示明显优于前陆区,塔里木盆地整体上氦气显示良好,各构造单元都具有达到工业提氦丰度的气井,作者认为应该重视天然气中氦气普查,重视这种天然气中被忽视的“黄金”资源。

1.2 氦气成因

He具有2种稳定同位素3He和4He。地球上的3He一般是其形成时捕获的原始氦,而地球上的4He是铀钍等元素发生α衰变形成41-42。天然气中的氦一般认为有3种来源:幔源、壳源以及大气来源。由于空气中的氦气含量极低,仅为5.24×10-6,在分析天然气中氦气成因时通常采取壳幔二端元分析5811-12。壳源氦是指矿物中含有的铀钍发生α衰变形成的氦41-42,而幔源氦指通过构造活动从地幔运移至浅层气藏中的氦5164143。由于其独特的形成方式,幔源氦在我国构造活动区气藏中较为发育,例如在我国东部沿郯庐断裂带分布的中新生代裂谷盆地中发现的气藏中氦气有相对较多的幔源贡献44。一般认为幔源氦气同位素端元值为1.1×10-5;壳源成因氦气同位素端元值为2×10-8[845-46。按照2个端元同位素值,结合塔里木盆地天然气中氦气同位素值可以分析该盆地中氦气来源,以及两端元成因氦的相对贡献。从台盆区和前陆区28井次826-2737-40天然气中3He/4He分析,认为无论是台盆区还是前陆区天然气中He主要为壳源成因[图3(a),图3(b)]。塔里木盆地台盆区和前陆区天然气中壳源氦贡献大部分都超过了98.8%[图3(a)],幔源氦贡献最多的井是阿克莫木气藏中AK1井[图3(b)],但是该井中幔源He贡献也仅约为6.8%。前人研究表明国内外开展过工业提He的气藏中,例如我国的威远气田13214737-40以及美国的潘汉德—胡果顿气田48氦气都是壳源成因占据绝对优势,因此当前的He勘探应该以壳源成因He为主。
图3 塔里木盆地典型天然气中氦气成因(a)与壳幔源成因氦贡献相对含量(b)

Fig. 3 The origin of helium in typical natural gas in the Tarim Basin (a) and the relative content of helium contribution from crust and mantle source (b)

2 塔里木盆地典型富氦天然气形成机理

和田河气田是塔里木盆地目前公开报道的唯一特大型富氦气藏8,该气田位于塔里木盆地巴楚隆起南缘玛扎塔格构造带36-3749。和田河气田发现于1997年,是目前塔里木盆地发现的唯一整装海相大气田36-3750-51。和田河气田由多个背斜型小气藏组成,包括玛2、玛4、玛8这3个断背斜圈闭(图4)。
图4 塔里木盆地和田河气田平面分布

Fig.4 Layout plan of the Hetianhe Gas Field, Tarim Basin

前人对和田河气田常规天然气地质与地球化学特征开展过较为深入的研究36-3750-51,本文将结合前人研究以及地震和钻井资料剖析和田河玛8(M8)圈闭富氦气藏成藏机理。和田河气田系列背斜圈闭主要是喜马拉雅时期定型36-374951,在平面一般简化为南北2条逆冲背斜夹持的断背斜圈闭(图4),从作者最新解析的地震资料分析和田河气田M8圈闭主要受到3条相互叠置的逆冲背斜控制[图5(a),图5(b)]。和田河气田储层既有碎屑岩,又有碳酸盐岩,主力储层是石炭系生屑灰岩和奥陶系碳酸盐岩36-37。在奥陶系顶部发育风化壳,因此和田河气田碳酸盐岩储层中溶蚀孔洞非常发育,储集空间主要为裂缝和孔洞836-37。石炭系含膏泥岩是和田河气藏的直接盖层。当前主流观点认为塔里木盆地海相油气来自于寒武系玉尔吐斯组烃源岩30,秦胜飞等51对和田河气藏成藏特征研究后认为该气藏来源于寒武系过成熟烃源岩。作者认为从寒武系断穿至石炭系的断裂是和田河气田的主要输导体系之一[图5(b)]。和田河圈闭形成于喜马拉雅期,因此认为该气藏形成时间较晚,具有晚期成藏特点36-3751
图5 和田河气田过M8井地震剖面(a)及油气藏剖面(b)

Fig. 5 Seismic profile (a) and reservoir profile (b) of across Well M8 in the Hetianhe Gas Field

由于氦气具有弱源成藏特点1234-35,并且结合前文分析表明和田河气藏中的氦气壳源贡献达99%以上52,推断该气藏中氦主要来自于矿物中富含的铀钍α衰变。塔里木盆地经历多期构造运动,二叠系普遍发育火山岩53,但是石炭系发育含膏泥岩盖层,因此作者认为气藏中的氦气不可能来自上覆火山岩中铀钍元素衰变。塔里木盆地火山岩广泛分布54,说明壳源岩浆活跃,并且和田河气藏周围发育大型逆冲断裂,从地震资料分析该断裂明显沟通基底与古生代沉积盖层[图5(b)]。和田河气田东南方向的MT1井钻穿沉积盖层,并在中元古界钻遇花岗岩基底(富含铀钍的岩体)。作者认为在和田河气田附近应该发育规模花岗质基岩。前人研究表明13-144855花岗质基岩可以作为良好的氦源。例如国内发现四川盆地威远富氦气藏13、鄂尔多斯盆地东胜富氦气藏14,以及美国的潘汉德—胡果顿富氦气藏48,其下伏都发育规模的花岗质岩石,并且具有良好的沟通氦源与储层的输导体系。作者认为和田河气田下伏良好的氦源并且该基岩形成时间为中元古代,时间久远有利于铀钍等元素的长期放射性衰变形成氦气。塔里木巴楚隆起南缘断裂体系发育,具有良好输导体系49。随着构造运动,断裂开启性活动,富氦流体可运移至浅部遇到烃类气体,并随着烃类流体运移至圈闭中成藏。前人研究表明氦气的运移聚集与地层水关系密切3456,一般认为He在遇到富含烃类流体前主要是溶于地层水中运移5255-56。不同气体在溶液中溶解满足亨利定律,即在一定温度和平衡分压下,气体在液体里的溶解度和气体的平衡分压成正比34,用公式表述为:
P A = K x ,   A × X A
式中:X A为溶解的气体在溶液中的物质的量分数;P A为平衡时液面上该气体的分压;K x,A为亨利常数,亨利常数受到温度、压力与盐度等因素影响。
一方面,当受到构造运动以及地层中温度或者压力差异的影响,富氦地层水可能在地质体中发生运移,在向上运移过程中围岩温度会降低,遇到烃类气体,氦在地层流体中分压减小,有利于氦气析出;另一方面,氦密度小,深层富氦流体密度也会较小,可以在浮力驱动下向浅层运移。富氦流体在遇到大量烃类气体时,地层水中氦气分压会降低,也会导致He析出,烃类气体溶解,发生氦气被烃类气体置换的现象。氦被置换出并混入烃类气体中,部分烃类气体溶解进入地层水。含氦气的烃类气体随着输导体系运移至圈闭中聚集成藏。地层水在氦气运移聚集过程起到类似“提氦泵”作用。发生烃类与氦气置换作用的地层水再次随着地下水循环体系运移至富氦岩体附近可以继续溶解氦气,随着构造运动地层水可以再次活跃运移至浅层发生烃类气体与氦的置换作用。漫长的地质历史时期,规模的氦源,长期放射性衰变可以形成具有一定资源价值的氦聚集。和田河气藏盖层为含膏泥岩,研究表明地层水矿化度增加会使亨利常数急剧增大,导致气体溶解度显著减小57-58。因此作者认为和田河气藏上覆含膏泥岩盖层在一定程度上提高了地层水的矿化度,有助于减少氦气的溶解且有利于氦气的保存。前人35研究表明地热井热水中溶解的N2与He相对含量一般较高,例如渭河盆地,地热井热水析出气体中氦气相对含量最高达9.23%,氮气相对含量达99.56%,并且地热井热水析出的N2与He相对含量明显高于常规天然气,说明地层水可以是N2与He在地质体中运移的良好载体。对塔里木盆地N2与He相对含量分析发现,天然气中He与N2相对含量具有一定的正相关性(图6),也进一步佐证了氦气在进入烃类气体之前可能主要赋存于地层水中,并随着地层水运移。研究表明亨利常数具有随着温度增加而先增大后减少的趋势,并且在天然气中N2与He的亨利常数具有最为相似的变化规律3457,因此二者在地层水中运移可以发生类似的被烃类置换现象,从而导致在部分气藏中He与N2相对含量具有一定的正相关性,塔里木盆地天然气中N2与He相对含量的正相关性也进一步佐证了He在地层条件下可能是在水溶状态下运移。由于He为无机成因,然而N2有多种成因40,因此在天然气中N2与He的相对含量并不是绝对的正相关性,但是作者认为在我国塔里木盆地及其他多个含油气盆地中确实存在二者相对含量的一定正相关性1352,这种现象应该与二者亨利常数的相似变化规律有关。相似的亨利常数表明N2与He具有协同的或者相似的溶解以及从地层水中释放的现象34,因此作者认为相似的亨利常数在一定程度上决定了N2与He在天然气中相对含量的相关性。秦胜飞等51通过对和田河气藏中烷烃气组成以及同位素特征分析,认为和田河天然气为典型的水溶气成藏,并且气藏具有从东部井区运移到西部井区的特征。综合分析后,作者认为和田河东部的MT1井钻遇基底花岗质岩体可能是和田河气藏的氦源。规模分布的优质氦源以及良好的输导体系,匹配适宜的构造活动,这种得天独厚的成藏条件是和田河富氦气藏形成的关键。和田河气藏中N2与He的相对含量都较高,气藏中N2相对含量高于10%,He的含量也超过了工业提氦丰度值37。从塔里木盆地中He与N2相对含量分布图分析(图6),可以认为N2含量较高的天然气中He含量一般也较高。从中也可以得到启示,关注富氦天然气可以优先关注高含氮气的天然气。
图6 塔里木盆地部分天然气中N2与He相对含量分布

Fig.6 Relative content distribution of N2 and He in some natural gas of the Tarim Basin

3 塔里木盆地富氦天然气勘探有利区

氦气为无机成因,在形成机制上与有机成因烃类具有较大差别,但是在运聚成藏方面与烃类具有一定的协同性与类似性14。由于氦气的弱源性1234-35,氦气不能独立成藏,当前的研究表明寻找具有工业价值的氦仅能从富氦气藏或者含氦气藏着手。气藏中的氦来自幔源脱气以及壳源铀钍放射性衰变511。幔源脱气受到构造作用控制明显,我国中西部盆地相较于东部裂谷盆地构造格局上明显更加稳定6,幔源脱气量存在很大不稳定性,即使在东部盆地天然气中幔源氦气贡献也很少超过50%811。因此当前氦气勘探与普查工作需要重点考虑放射性成因的壳源氦气。
偏酸性岩浆岩中铀钍含量明显较高,尤其是花岗质岩浆岩,因此当前学术界一般认为天然气中的氦来自花岗岩中铀钍元素放射性衰变12-1434。在我国威远富氦气藏、东胜富氦气藏以及美国的潘汉德—胡果顿富氦气藏都发育下伏规模性的花岗岩13-1448。按照花岗岩的平均U、Th含量分别为5.13×10-6和18.75×10-6,平均密度为2.5 g/cm3计算,单位体积花岗岩每年产生的氦气仅为2.89×10-12 m3[34,放射性衰变产氦非常缓慢,因此放射性成因氦气聚集需要有年代积累效应。富含铀钍元素的花岗质基岩长期放射性衰变积累,可以使地层流体中饱含氦,长期积累,在有利的地质条件下便可形成富氦天然气藏。规模发育的氦源以及有利的储盖组合,良好的地下水循环系统等条件是富氦天然气形成的关键。
塔里木盆地二叠系岩浆岩分布广泛,前人将其划归为全球第12个大火成岩省59。岩浆岩中铀钍元素一般高于其他岩石,尤其是酸性岩浆岩中铀钍元素含量较高34。塔里木盆地以流纹岩和花岗岩为代表的酸性岩广泛分布,例如沙雅隆起、塘古巴斯坳陷、顺托果勒低隆起以及孔雀河斜坡、卡塔克隆起等地区60-61。塔里木盆地岩浆岩几乎在全盆地各个区带都有发现,展现出较好的氦气源岩潜力。在库车坳陷以及孔雀河斜坡都发育沉积型铀矿62-63,说明该地区存在铀的蚀源区,即具备良好的氦源。在沙雅隆起、卡塔克隆起、巴楚隆起以及麦盖提斜坡都有良好的油气以及氦气显示。结合当前塔里木盆地油气勘探现状,作者认为沙雅隆起、卡塔克隆起、巴楚隆起以及麦盖提斜坡应该是该盆地氦气勘探普查优先考虑的区块。此外,中国石化近期在大顺北地区获得了良好的天然气勘探成果33,该区块是“十四五”海相天然气勘探重点地区,因此应该加强对大顺北地区天然气中氦的普查工作。

4 结论

塔里木盆地钻井揭示富氦天然气显示良好,并且总体上台盆区富氦天然气显示优于前陆区;塔里木盆地氦气以壳源成因为主;氦气富集成藏与地层水关系密切,氮气相对含量高的气藏中氦气相对含量一般较高,塔里木盆地氦气勘探普查可以优先关注氮气相对含量高的气藏。地层水与富氦天然气成藏关系密切,在富氦天然气聚集过程中可能起到“提氦泵”的作用。良好的输导体系(通源的断裂体系)沟通优质的氦源与储层、适宜的构造活动促进富氦流体运移等条件是富氦气藏形成的关键。塔里木盆地在沙雅隆起、麦盖提斜坡、巴楚隆起和卡塔克隆起等构造单元均发育良好的氦源以及有利的油气成藏组合,有利于富氦天然气聚集,该构造单元是塔里木盆地氦气勘探的优先考虑区块。大顺北地区天然气勘探前景好,并且该构造单元是“十四五”海相天然气勘探重点区块,也应该加强对该区的氦气勘探普查工作。
1
ANDERSON S T. Economics, helium, and the U.S. Federal Helium Reserve: Summary and outlook[J]. Natural Resources Research, 2018, 27: 455-477.

2
秦胜飞, 李济远.世界氦气供需现状及发展趋势[J]. 石油知识,2021,5:44-45.

QIN S F, LI J Y. Current situation and development trend of helium supply and demand in the world[J]. Petroleum Knowledge,2021,5:44-45.

3
秦胜飞, 李济远.氦气到底有什么用[J]. 石油知识, 2021, 4: 44-45.

QIN S F,LI J Y.What's the use of helium[J].Petroleum Kno-wledge,2021,4:44-45.

4
秦胜飞, 东归霖, 周俊林.神奇的氦-3[J]. 石油知识, 2022, 1: 38-39.

QIN S F, DONG G L, ZHOU J L. Amazing helium-3[J]. Petroleum Knowledge,2022,1:38-39.

5
徐永昌, 沈平, 陶明信, 等.东部油气区天然气中幔源挥发份的地球化学——I. 氦资源的新类型: 沉积壳层幔源氦的工业储集[J]. 中国科学(D辑:地球科学), 1996, 26(1):1-8.

XU Y C, SHEN P, TAO M X, et al. Geochemistry of mantle derived volatiles in natural gas from the eastern oil and gas region:I. A new type of helium resources: Industrial storage of mantle derived helium in sedimentary crust[J].Science in China (Series D:Earth Sciences),1996,26(1):1-8.

6
DAI J X,NI Y Y, QIN S F, et al. Geochemical characteristics of He and CO2 from the Ordos (cratonic) and Bohaibay (rift) basins in China[J]. Chemical Geology,2017,469:192-213.

7
DAI J X. Giant Coal-Derived Gas Fields and Their Gas Sources in China[M]. New York:Academic Press,2016:1-300.

8
陶小晚, 李建忠, 赵力彬, 等. 我国氦气资源现状及首个特大型富氦储量的发现:和田河气田[J]. 地球科学,2019,44(3): 1024-1041.

TAO X W, LI J Z, ZHAO L B, et al. Helium resources and discovery of first supergiant helium reserve in China: Hetianhe Gas Field[J]. Earth Science,2019,44(3):1024-1041.

9
张雪, 刘建朝, 李荣西, 等. 中国富氦天然气资源研究现状与进展[J]. 地质通报,2018,37(2-3):476-486.

ZHANG X, LIU J C, LI R X, et al. President situation and progress in the study of helium gas resources in China[J]. Geological Bulletin of China,2018,37(2-3):476-486.

10
张阳, 蔡鑫磊, 张国强, 等. 我国氦气资源开发利用迫在眉睫[J]. 中国石油企业,2019,7:21-25.

ZHANG Y, CAI X L, ZHANG G Q, et al. The development and utilization of helium resources in China is imminent[J]. China Petroleum Enterprise,2019,7:21-25.

11
陈践发,刘凯旋,董勍伟,等.天然气中氦资源研究现状及我国氦资源前景[J].天然气地球科学,2021,32(10):1436-1449.

CHEN J F, LIU K X, DONG Q W, et al. Research status of helium resources in natural gas and prospects of helium resources in China[J]. Natural Gas Geoscience, 2021, 32(10): 1436-1449.

12
李玉宏, 李济远, 周俊林, 等. 氦气资源评价相关问题认识与进展[J].地球科学与环境学报,2022,44(3):363-373.

LI Y H, LI J Y, ZHOU J L, et al. Research progress and new views on evaluation of helium[J].Journal of Earth Sciences and Environment, 2022, 44(3): 363-373.

13
WANG X F, LIU W H, LI X B, et al. Radiogenic helium concentration and isotope variations in crustal gas pools from Sichuan Basin, China[J]. Applied Geochemistry, 2020, 117: 104586.

14
彭威龙, 刘全有, 张英, 等. 中国首个特大致密砂岩型(烃类)富氦气田——鄂尔多斯盆地东胜气田特征[J]. 中国科学(地球科学), 2022, 52(6): 1078-1085.

PENG W L, LIU Q Y, ZHANG Y, et al. The first extra-large helium-rich gas field identified in a tight sandstone of the Dongsheng Gas Field, Ordos Basin, China[J]. Scientia Sinica (Terrae), 2022, 52(6): 1078-1085.

15
何发岐, 王付斌, 王杰, 等. 鄂尔多斯盆地东胜气田氦气分布规律及特大型富氦气田的发现[J]. 石油实验地质, 2022, 44(1) :1-10.

HE F Q, WANG F B, WANG J, et al. Helium distribution of Dongsheng gas field in Ordos Basin and discovery of a super large helium-rich gas field[J]. Experimental Petroleum Geology and Experiment, 2022, 44(1): 1-10.

16
LIU Q Y, DAI J X, JIN Z J, et al. Abnormal carbon and hydrogen isotopes of alkane gases from the Qingshen Gas Field, Songliao Basin,China,suggesting abiogenic alkanes?[J]. Journal of Asian Earth Sciences,2016,115: 285-297.

17
徐永昌,沈平,陶明信,等. 幔源氦的工业储聚和郯庐大断裂带[J]. 科学通报, 1990, 35(12): 932-935.

XU Y C,SHEN P,TAO M X,et al.Industrial accumulation of mantle-derived helium and the Tanlu fault zone[J].Chinese Science Bulletin,1990,35(12):932-935.

18
冯子辉, 霍秋立, 王雪. 松辽盆地北部氦气成藏特征研究[J]. 天然气工业, 2001, 21(5): 27-30.

FENG Z H, HUO Q L, WANG X. A study of helium reservoir formation characteristic in the north part of Songliao Basin[J]. Natural Gas Industry, 2001, 21(5): 27-30.

19
LIU Q Y, WU X Q, JIA H C, et al. Geochemical characteristics of helium in natural gas from the Daniudi Gas Field, Ordos Basin, central China[J]. Frontiers in Earth Science,2022,10: 823308.

20
张子枢.四川盆地天然气中的氦[J]. 天然气地球科学, 1992, 3(4):1-8.

ZHANG Z S. Helium in natural gas of the Sichuan Basin[J]. Natural Gas Geoscience,1992,3(4):1-8.

21
NI Y Y, DAI J X, TAO S Z, et al. Helium signatures of gases from the Sichuan Basin, China[J]. Organic Geochemistry, 2014, 74: 33-43.

22
张云鹏, 李玉宏, 卢进才, 等. 柴达木盆地北缘富氦天然气的发现——兼议成藏地质条件[J]. 地质通报, 2016, 35(2-3): 364-371.

ZHANG Y P,LI Y H,LU J C,et al. The discovery and origin of helium-rich gas on the northern margin of the Qaidam Basin[J]. Geological Bulletin of China,2016,35(2-3):364-371.

23
张晓宝, 周飞, 曹占元, 等. 柴达木盆地东坪氦工业气田发现及氦气来源和勘探前景[J]. 天然气地球科学, 2020, 31(11): 1585-1592.

ZHANG X B, ZHOU F, CAO Z Y, et al. Finding of the Dongping economic helium gas field in the Qaidam Basin,and helium source and exploration prospect[J]. Natural Gas Geoscience,2020,31(11):1585-1592.

24
韩伟,刘文进,李玉宏,等.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[J]. 天然气地球科学,2020,31(3):385-392.

HAN W, LIU W J, LI Y H, et al. Characteristics of rare gas isotopes and main controlling factors of radon enrichment in the northern margin of Qaidam Basin[J]. Natural Gas Geoscience,2020,31(3):385-392.

25
XU S, ZHENG G, ZHENG J, et al. Mantle-derived helium in foreland basins in Xinjiang,Northwest China[J]. Tectonophysics,2016,694:319-331.

26
余琪祥, 史政, 王登高, 等. 塔里木盆地西北部氦气富集特征与成藏条件分析[J]. 西北地质, 2013, 46(4): 215-222.

YU Q X, SHI Z, WANG D G, et al. Analysis on helium enrichment characteristics and reservoir forming conditions in Northwest Tarim Basin[J].Northwestern Geology,2013,46(4): 215-222.

27
常兴浩, 宋凯. 巴什托构造石炭系小海子组高氦气藏成藏机理浅析[J]. 天然气工业, 1997,17(2):30-32.

CHANG X H, SONG K. Analysis of reservoir forming mechanism of high he pool in the carboniferious of Xiaohaizi Formation of Bashitou structure[J]. Natural Gas Industry, 1997, 17(2): 18-20.

28
PETERSON J B.Mineral Commodity Summaries 2021,Helium[R]. Washington D.C:United States Geological Survey,2021.

29
JAFAR A,HOSSAIN R,MOHAMMAD R K. Geochemistry and origin of the world 's largest gas field from Persian Gulf, Iran[J].Journal of Petroleum Science & Engineering,2006,50: 161-175.

30
顾忆, 黄继文, 贾存善, 等. 塔里木盆地海相油气成藏研究进展[J] 石油实验地质, 2020, 42(1): 1-12.

GU Y,HUANG J W,JIA C S,et al. Research progress on marine oil and gas accumulation in Tarim Basin[J] Petroleum Geology and Experiment,2020,42(1):1-12.

31
贾承造, 庞雄奇, 姜福杰. 中国油气资源研究现状与发展方向[J]. 石油科学学报,2016,1(1):2-23.

JIA C Z, PANG X Q, JIANG F J. Research status and development directions of hydrocarbon resources in China[J] Petroleum Science Bulletin, 2016, 1(1): 2-23.

32
于京都,郑民,李建忠,等.我国深层天然气资源潜力、勘探前景与有利方向[J].天然气地球科学,2018,29(10):1398-1408.

YU J D, ZHENG M, LI J Z, et al. Resource potential, explorative prospect and favorable direction for natural gas in deep formation of China[J]. Natural Gas Geoscience, 2018, 29(10): 1398-1408.

33
MA Y S, CAI X Y, YUN L, et al. Practice and theoretical and technical progress in exploration and development of Shunbei ultra-deep carbonate oil and gas field, Tarim Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2022, 49(1): 1-20.

34
LI Y H, ZHANG W, WANG L, et al. Henry's law and accumulation of weak source for crust-derived helium: A case study of Weihe Basin, China[J]. Journal of Natural Gas Geoscience, 2017, 2(5-6): 333-339.

35
张文, 李玉宏, 王利, 等. 渭河盆地氦气成藏条件分析及资源量预测[J]. 天然气地球科学, 2018,29(2): 236-244.

ZHANG W,LI Y H,WANG L,et al. The analysis of helium accumulation conditions and prediction of helium resource in Weihe Basin[J]. Natural Gas Geoscience,2018,29(2):236-244.

36
周新源, 杨海军, 李勇, 等. 塔里木盆地和田河气田的勘探与发现[J]. 海相油气地质, 2006, 11(3): 55-62.

ZHOU X Y,YANG H J,LI Y,et al.Cases of discovery and exploration of marine fields in China:Hetianhe Gas Field in Tarim Basin[J].Marine Origin Petroleum Geology,2006,11(3):55-62.

37
王招明, 王清华, 赵孟军, 等. 塔里木盆地和田河气田天然气地球化学特征及成藏过程[J]. 中国科学(地球科学), 2007, 37(增刊II): 69-79.

WANG Z M, WANG Q H, ZHAO M J, et al. Geochemical characteristics and reservoir forming process of natural gas in the Hetianhe Gas Field, Tarim Basin[J]. Science China Earth Sciences, 2007, 37(SII): 69-79.

38
刘全有, 戴金星, 金之钧, 等. 塔里木盆地前陆区和台盆区天然气的地球化学特征及成因[J]. 地质学报,2009, 83(1): 107-114.

LIU Q Y, DAI J X, JIN Z J, et al. Geochemistry and genesis of natural gas in the foreland and platform of the Tarim Basin[J]. Acta Geologica Sinica, 2009, 83(1): 107-114.

39
WANG X B, WEI G Q, LI J, et al. Geochemical characteristics and origins of noble gases of the Kela 2 Gas Field in the Tarim Basin,China[J]. Marine and Petroleum Geology,2018, 89(I):155-163.

40
LIU Q Y, JIN Z J, CHEN J F, et al. Origin of nitrogen molecules in natural gas and implications for the high risk of N2 exploration in Tarim Basin, NW China[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2012, 81: 112-121.

41
OXBURGH E R, O’NIONS R K, HILL R I. Helium isotopes in sedimentary basins[J]. Nature, 1986, 324: 632-635.

42
BALLENTINE C J, BURNARD P G. Production, release and transport of noble gases in the continental crust[J]. Reviews Mineralogy and Geochemistry, 2002, 47(1): 481-538.

43
LIU Q Y,WU X Q,WANG X F, et al. Carbon and hydrogen isotopes of methane,ethane, and propane: A review of genetic identification of natural gas[J]. Earth-Science Review,2019,190: 247-272.

44
陶明信, 沈平, 徐永昌, 等. 苏北盆地幔源氦气藏的特征与形成条件[J]. 天然气地球科学, 1997, 3(8): 1-8.

TAO M X, SHEN P, XU Y C, et al. Characteristics and formation conditions of mantle derived helium reservoirs in Subei Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 1997, 3(8): 1-8.

45
KENNEDY B M, VAN S M C. Flow of mantle fluids through the ductile lower crust: Helium isotope trends[J]. Science, 2007, 5855(318): 1433-1436.

46
LUPTON J F. Terrestrial inert gases: Isotope tracer studies and clues to primordial components in the mantle[J]. Annual Review of Earth Planet. Sciences, 1983, 11: 371-414.

47
WEI G Q, WANG D L, WANG X B, et al. Characteristics of noble gases in the large Gaoshiti-Moxi Gas Field in Sichuan Basin,SW China[J].Petroleum Exploration and Development, 2014, 41(5):585-590.

48
BALLENTINE C J, SHERWOOD L B. Regional groundwater focusing of nitrogen and noble gases into the Hugoton-Panhandle giant gas field, USA[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2002, 66(14): 2483-2497.

49
张永, 郑孟林, 陈槚俊, 等. 塔里木盆地巴楚隆起玛扎塔格断裂带几何学与运动学特征[J]. 石油与天然气地质, 2021, 42(2): 325-337.

ZHANG Y, ZHENG M L, CHEN J J, et al. Geometrical and kinematical characteristics of the Mazartag fault zone in Bachu Uplift, Tarim Basin[J]. Oil and Gas Geology, 2021, 42(2): 325-337.

50
秦胜飞, 李先奇, 肖中尧, 等. 塔里木盆地天然气地球化学及成因与分布特征[J]. 石油勘探与开发, 2005, 32(4): 70-78.

QIN S F,LI X Q,XIAO Z Y,et al. Geochemistry, origin and distribution of natural gases in Tarim Basin,NW China[J]. Petroleum Exploration and Development,2005,32(4):70-78.

51
秦胜飞, 邹才能, 戴金星, 等. 塔里木盆地和田河气田水溶气成藏过程[J]. 石油勘探与开发, 2006, 33(3): 282-288.

QIN S F, ZOU C N, DAI J X, et al. Water-soluble gas accumulation process of Hetianhe Gas Field in Tarim Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2006, 33(3): 282-288.

52
秦胜飞, 李济远, 梁传国, 等. 中国中西部富氦气藏氦气富集机理——古老地层水脱氦富集[J]. 天然气地球科学, 2022, 33(8): 1203-1217.

QIN S F, LI J Y, LIANG C G, et al. Helium enrichment mechanism of helium rich gas reservoirs in central and western China: Degassing and accumulation from old formation water[J]. Natural Gas Geoscience, 2022, 33(8): 1203-1217.

53
YANG S F, CHEN H L, LI Z L, et al. Early Permian Tarim Large Igneous Province in Northwest China[J]. Science China Earth Science, 2013, 56(12): 2015-2026.

54
杨树锋, 陈汉林, 冀登武, 等. 塔里木盆地早—中二叠世岩浆作用过程及地球动力学意义[J]. 高校地质学报, 2005, 11(4): 504-511.

YANG S F, CHEN H L, JI D W, et al. Geological process of Early to Middle Permian magmatism in Tarim Basin and its geodynamic significance[J]. Geological Journal of China Universities, 2005, 11(4): 504-511.

55
秦胜飞, 李济远, 王佳美, 等. 中国含油气盆地富氦天然气藏氦气富集模式[J]. 天然气工业, 2022, 42(7): 125-134.

QIN S F, LI J Y, WANG J M, et al. Helium enrichment model of helium-rich gas reservoirs in petroliferous basins in China[J]. Natural Gas Industry, 2022, 42(7): 125-134.

56
ZHANG W, LI Y, ZHAO F, et al. Using noble gases to trace groundwater evolution and assess helium accumulation in Weihe Basin, central China[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2019, 251: 229-246.

57
SCHULZE G, PRAUSNITZ J M. Solubilities of gases in water at high temperature[J]. Industrial and Engineering Chemistry Fundamentals, 1981, 20(2): 175-177.

58
BROWN A A. Formation of high helium gases: A guide for exploration[C]. AAPG Convention,New Orleans,Louisiana, USA, 2010.

59
WEI T, IAN H C, CHARLOTTE M, et al. The Tarim picrite basalt rhyolite suite’a Permian flood basalt from northwest China with contrasting rhyolites produced by fractional crystallization and anatexis[J]. Mineralogy and Petrology,2010, 160: 407-425.

60
刘晓, 关平, 潘文庆, 等. 塔里木盆地二叠系火山岩空间展布的精细刻画及其地质意义[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2011, 47(2): 315-320.

LIU X, GUAN P, PAN W Q, et al. Meticulous characterization of Permian volcanic rocks' spatial distribution and its geological significance in the Tarim Basin[J].Acta Scientiarum Na-turalium Universitatis Pekinensis,2011,47(2):315-320.

61
康玉柱. 新疆两大盆地石炭—二叠系火山岩特征与油气[J]. 石油实验地质, 2008, 30(4): 321-327.

KANG Y Z. Characteristics of the Carboniferous-Permian volcanic rock and hydrocarbon accumulations in two great basins, Xinjiang area[J]. Petroleum Geology and Experiment. 2008, 30(4):321-327.

62
吴立群, 焦养泉, 王国荣, 等. 盆山耦合机制驱动下的库车坳陷铀成矿作用响应[J]. 地球科学, 2022, 47(9): 3174-3191.

WU L Q, JIAO Y Q, WANG G R, et al. Response of uranium mineralization in Kuqa depression driven by basin-mountain coupling mechanism[J].Earth Science,2022,47(9):3174-3191.

63
魏虎, 屈有恒. 地球物理方法在塔里木盆地孔雀河斜坡带砂岩型铀矿预测评价中的应用[J]. 铀矿地质, 2010, 26(4): 244-250.

WEI H, QU Y H. Application of geophysical methods to the prospecting for sandstone-type uranium deposits in Kongquehe monoclinal area of Tarim Basin[J]. Uranium Geology, 2010, 26(4): 244-250.

文章导航

/