0 引言
1 氦气资源类型划分方案与分类体系
表1 氦气资源类型划分方案与分类体系Table 1 Division scheme and classification system for helium resource types |
| 序号 | 划分 方案 | 类型 | 主要亚类及地质特征 | 实 例 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 氦气 来源 | 壳源氦 | 富U、Th元素盆地基底及烃源岩中U、Th元素放射性衰变形成的氦气 | 国内多数含氦气田 |
| 壳幔混源氦 | 地壳富U、Th元素放射性衰变与地幔脱气释氦的复合来源 | 松辽盆地庆深气田 | ||
| 幔源氦 | 沿超壳断裂或岩浆活动带地幔脱气过程中释放的氦气 | 长岭含氦高二氧化碳气藏 | ||
| 2 | 氦源 多样性 | 单一氦源 | 来自于盆地基底或盆地盖层单一来源，如金秋气田来源于中生界天然气成藏系统地层（砂泥岩），没有沟通下部断裂，无基底氦源贡献 | 金秋气田［41］ |
| 多重氦源 | 同时或先后存在盆地基底和盆地盖层（沉积层）2套或多套氦源 | 庆阳和东胜等多数气田 | ||
| 3 | 赋存载体类型 | 天然气伴生氦 | 以天然气为载体的伴生氦气 | 和田河、威远、东坪等各类富氦天然气田 |
| 水溶氦 | 地下水溶氦、水溶气中伴生氦 | 渭河盆地、三水盆地 | ||
| 4 | 载体气资源经济性 | 常规天然气 赋存型 | 圈闭类型：构造型、岩性型、地层型、水动力型、复合型 | 威远构造型气田、普光岩性气田 |
| 岩性：碳酸盐岩气田、碎屑岩气田、火山岩气田、花岗岩气田等 | 和田河碳酸盐岩气田、克拉美丽火山岩气田、东坪基底花岗岩气田 | |||
| 非常规天然气 赋存型 | 烃源岩内非常规气：煤层气、页岩气 | 威远页岩气、三交北—紫金山煤层气 | ||
| 紧邻烃源岩非常规气：致密砂岩气 | 东胜致密砂岩气田 | |||
| 5 | 载体气 成因 | 有机成因 天然气赋存型 | 烃类母质类型：腐泥型天然气（油型气）、腐殖型天然气（煤成气） | 庆阳煤成气田 |
| 热成熟度：生物气（未熟阶段）、热解气（成熟阶段）、裂解气（过熟阶段） | 威远、大探1井区原油裂解气 | |||
| 无机成因 天然气赋存型 | 幔源型：源于超壳断裂及岩浆活动的地幔脱气 | 松辽芳深1井区 | ||
| 壳源型：地壳岩石的各种岩石化学反应及水—岩作用形成的天然气，地壳接触作用及走滑断裂活动的热动力作用形成的天然气 | 大别—胶南造山带温泉气 | |||
| 6 | 载体气主要 组分 | 富氦烃类气田 | 以烃类气为主的天然气田，含有少量非烃气组分 | Panhandle-Hugoton气田、威远气田 |
| 富氦 二氧化碳气田 | 以二氧化碳气为主的天然气田，含有少量烃类气组分 | 美国Doe Canyon气田、黄桥CO2气田 | ||
| 富氦 氮气田 | 以氮气为主的天然气田，含有少量烃类和二氧化碳气组分 | 美国Harley Dome气田、苏北溪桥气田、济阳坳陷花501井区 | ||
| 7 | 氦气源储组合 | 自生自储型 | 自生自储型氦气是氦气源储一体，即生氦和聚氦为同一地质体，如柴达木盆地东坪基岩气藏 | 东坪气田、 Panhandle-Hugoton气田（部分自生自储） |
| 源储分离型 | 氦源与富氦气藏分离，绝大多富氦气藏是这种类型，如碳酸盐岩和砂岩富氦气藏，本身生氦能力极弱，主力氦源通常为基底花岗岩和/或变质岩，次要氦源为烃源岩或储集岩 | 和田河、东胜等大多数富氦气田 | ||
| 8 | 原型盆地构造背景 | 克拉通盆地 活动变异型 | ①克拉通古隆起型：发育基底断裂，富铀钍基底供氦，古隆起区富集 ②海陆交互相断隆带：沟通基底氦源的断裂隆起带致密气中氦气富集 ③克拉通内部/边缘断隆带：保存条件好的高铀钍富有机质页岩可形成自生自储型富氦页岩气自封闭系统；在有基底断裂沟通、基底氦源有效供给情况下，更有利于氦气富集 ④海陆交互相盆缘断褶带：存在沟通基底氦源、煤层及围岩氦源情况下，有利于煤层气中氦气富集 | ①威远、和田河气田 ②东胜、庆阳气田 ③四川威远寒武系页岩气、涪陵奥陶系—志留系页岩气 ④鄂尔多斯东缘三交北—紫金山煤层气 |
| 前陆盆地 斜坡/隆起型 | 前陆盆地斜坡带断裂凸起、前缘隆起区、冲断带基底隆起，氦源来自基底和/或烃源岩及储气层及其围岩 | 阿克、金秋、东坪气田 | ||
| 断陷盆地 断凸型 | 断陷盆地断裂岩浆活动带附近的凸起部位有利圈闭发育，天然气和氦气成因来源均具有多元性，天然气具有有机—无机复合成因，烃类和非烃类气均发育，氦气可来自基底、地幔、烃源岩 | 庆深气田、长岭气田、花沟气藏、万金塔气田 | ||
| 陆相坳陷 断隆型 | 存在2种情况：裂谷盆地的坳陷期断裂附近隆起区深部壳幔无机/非烃气中氦气聚集；克拉通后坳陷基底断裂附近隆起区油气田中氦气聚集 | 松辽盆地中浅层原油伴生气、济阳坳陷花501井区、鄂尔多斯中生界原油伴生气 | ||
| 盆内/盆缘富铀钍基岩型 | 富铀钍基岩（花岗岩和变质岩等）气藏，氦气自生自储，氦源岩内铀钍元素衰变释放氦气原位滞留或运移调整后聚集（东坪气田），同时也可能存在邻区或外围沉积地层氦源贡献（ Panhandle-Hugoton气田） | 东坪气田、 Panhandle-Hugoton气田 | ||
| 9 | 天然气中氦气含量 /% | 高氦气田 | ≥0.3（氦气体积百分比，0 ℃和标准大气压条件下，下同） | 和田河及东胜气田部分井区 |
| 富氦气田 | 0.1~0.3 | 庆阳气田、黄龙气田 | ||
| 中氦气田 | 0.05~0.1（<0.1%者可统称为含氦气田） | 苏里格气田、广安致密气田 | ||
| 低氦气田 | 0.03~0.05 | 庆深气田、长岭气田 | ||
| 贫氦气田 | ≤0.03 | 千米桥气田 |
2 东中西部氦气聚集的大地构造背景、地球化学特征与成藏条件
表2 中国东中西部氦气聚集的构造背景、地球化学特征及差异对比一览表Table 2 Comparison of structural background, geochemical characteristics, and differences of helium accumulation between in the East and West of China |
| 区域 | 构造背景 | 盆地类型 | 氦气来源 | 天然气载体特征 | 典型 气田 | 层位 | 气体组分/% | 气体同位素［ 氦同位素3He/4He，碳同位素δ13C / ‰（VPDB）］ | 富氦气藏形成基本条件 | 资料 来源 | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| He | CH4 | C2H6 | C3H8 | C4H10 | N2 | CO2 | R/Ra | CH4 | C2H6 | C3H8 | C4H10 | CO2 | 氦源（岩） | 输导通道 | 聚氦载体 | |||||||||
| 西部 | 挤 压 型 | 克 拉 通 | 壳源为主 | 有机成因为主 | 中高丰度碳酸盐岩气田，孤立分布 | 和 田 河 | O，C | 0.044~0.370 （0.271/12） | 79.95~84.14 （81.48/3） | 0.34~1.87 （1.27/3） | 0~1.59 （0.757/3） | 0~1.63 （0.67/3） | 9.06~12.8 （10.75/3） | 0.09~1.36 （0.73/2） | 0.06~0.083 （0.075 /5） | -41.8~-35.6 （-37.24/21） | -38.2~-35.1 （-36.73 /21） | -34.6~-31.1 （-32.84 /21） | -34.6~-27.6 （-29.69 /18） | 台盆区基底新元古代花岗岩氦源，壳源氦为主体，少量幔源氦 | 玛扎塔格深大断裂及浅部构造缝 | 有利圈闭、壳幔来源氦依附有机成因气体一起聚集成藏 | ［42-45］ | |
| 前 陆 | 中低丰度碎屑岩气，孤立—连续分布 | 阿 克 莫 木 | K | 0.038~0.130 | 77.16~91.98 （82.87/20） | 0.19~0.26 （0.22/20） | 0~0.4 （0.18/20） | 0~0.03 （0.003/20） | 6.71~9.08 （7.97/20） | 0.08~14.46 （9.05/20） | 0.549~0.596 | -25.6~-22.6 （-24.22/10） | -21.9~-19.9 （-20.86 /10） | -20.3~-20.1 （-20.2 /4） | -20.7 | -15.6~-4.6 （-10.00 /4） | 盆山耦合区壳幔混源，基底古元古代花岗岩为主 | 喜马拉雅期前陆冲断作用形成的前展式断裂 | 通源断裂沟通的凹陷的边缘隆起区有利载体气条件 | ［44-47］ | ||||
| 基 岩 | 中高丰度基岩气田，孤立分布 | 东 坪 | E， 基岩 | 0.045~1.069 （0.33/31） | 61.75~95.767 （84.28/40） | 0.52~12.871 （1.76/40） | 0.064 4 ~0.52 （0.24/20） | 0.000 96 ~0.43 （0.13/20） | 2.359~30.49 （12.62/40） | 0.01~2.02 （0.29/31） | 0.007~0.016 （0.011 /4） | -31.1~-17.58 （-23.98/24） | -27.4~-19.82 （-23.04 /19） | -25.6~-23.4 （-24.298/5） | 元古代、加里东期、华力西期和印支期花岗岩和花岗闪长岩及变质岩基底 | 冲断带南北向的深大断裂以及斜坡带区域不整合面 | 基岩位于多个生烃凹陷之间，具有良好的气—氦配置 | ［48-50］ | ||||||
| 东部 | 伸 展 型 | 断 陷 | 壳—幔混源 | 有机— 无机复合成因 | 中低丰度火山岩和碎屑岩气藏，受断陷控制 | 庆 深 | C，P，J，K | 0.001 6 ~0.086 （0.018/20） | 3.42~95.95 （81.57/20） | 0.18~2.66 （1.74/20） | 0.05~0.62 （0.31/20） | 0~0.151 （0.061/20） | 0.33~10.24 （2.50/20） | 0.000 3 ~95.83 （10.52/20） | 0.771~5.843 （1.601 /20） | -29.7~-17.4 （-27.08/20） | -33.9~-22.2 （-29.67 /20） | -34.4~-23.1 （-31.84 /20） | -37.8~-21.3 （-33.20 /20） | -16.5~-5.1 （-10.97 /19） | 幔源、基底花岗岩和变质岩，烃源岩 | 深大断裂、岩浆活动带，基地和沉积层断裂 | 深大断裂、基底与幔源氦、高部位适度规模和丰度载体气 | ［51］ |
| 济阳坳陷花17井区 | E | 0.035 8 ~0.085 | 3.86~3.89 | 1 | 0.27~0.34 | 0.08~0.3 | 1.6~2.06 | 93.54~93.78 | 3.18 | -54.39~-53.98 | -3.41~-3.35 | 基底酸性侵入岩、盆地内火山岩及富有机质泥页岩 | 郯庐断裂及分支体系、天然气系统输导体系 | 沟通深大断裂的有利圈闭和保存条件 | ［52］ | |||||||||
| 坳 陷 | 中低丰度原油伴生气、非烃气（CO2，N2） | 苏北溪桥 | N1 y | 0.48~1.34 （1.12/9） | 19.54~29.05 （25.40/9） | 1.2~1.52 （1.34/3） | 0.6~0.78 （0.703/3） | 0.58~0.93 （0.76/3） | 57.12~64.529 （61.47/9） | 4.241~13.277 （8.81/9） | 2.65 | -40.27~-40.13 | -8.09 | 盆地基底岩浆岩、变质岩，部分地幔来源 | 盆地内隆起与坳陷、凸起与凹陷的交接部位发育的断裂 | 沟通深部断裂凸起带，无机成因CO2聚氦气藏 | ［53］ | |||||||
| 济阳坳陷花501井区 | N | 2.08~3.08 | 1.01~74.76 （25.85/3） | 6.1~61.86 （39.63/3） | 18.04~44.98 （32.43/3） | -48 | -8.3 | 花沟—高青断裂西侧的火成岩基底以及齐广断裂带深部的火成岩带 | 花沟—高青断裂以及区内发育的断层和多期地层不整合面、沉积间断面 | 裂谷盆地断裂隆起带，岩浆活动无机成因的非烃类（N2+CO2）气藏 | ［54］ | |||||||||||||
|
表2 中国东中西部氦气聚集的构造背景、地球化学特征及差异对比一览表（续）Table 2 Comparison of structural background, geochemical characteristics, and differences of helium accumulation between in the East and West of China（continued） |
| 区域 | 构造背景 | 盆地类型 | 氦气来源 | 天然气载体 特征 | 典型 气田 | 层位 | 气体组分/% | 气体同位素［ 氦同位素3He/4He，碳同位素δ13C / ‰（VPDB）］ | 富氦气藏形成基本条件 | 资料 来源 | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| He | CH4 | C2H6 | C3H8 | C4H10 | N2 | CO2 | R/Ra | CH4 | C2H6 | C3H8 | C4H10 | CO2 | 氦源（岩） | 输导通道 | 聚氦载体 | |||||||||
| 中部 | 过 渡 型 | 海 相 克 拉 通 | 壳 源 | 有 机 成 因 | 中高丰度碳酸盐岩气田，孤立分布 | 威远碳酸盐岩气田 | Z2 d 3-4，Z2 d 4 | 0.25~0.315 （0.29/5） | 85.07~87.74 （86.43/5） | 0.07~0.13 （0.10/5） | 6.26~8.33 （7.11/5） | 4.53~5.07 （4.86/5） | -32.5~ -32 （-32.34 /5） | -31.8~-31.2 （-31.46 /5） | 前震旦系花岗岩基底 | 喜马拉雅期强烈的构造活动在威远构造内形成的一系列断层和裂缝 | 古隆起、载体气沿斜坡长距离运聚和调整萃取地层流体中的氦气，页岩气中氦气来源于页岩和基底 | ［55-56］ | ||||||
| 自生自储连续分布的页岩气 | 威远页岩气 | O3 w—S1 l | 0.020~0.049 （0.028/27） | 97.33~98.9 （97.86/16） | 0.54~0.7 （0.64/5） | 0.02~0.03 （0.026/5） | 0.41~0.59 （0.47/16） | 0.001~1.52 （0.88/16） | 0.008 6~ 0.021 4 （0.012 8 / 11） | -36.9~-36 （-36.52 /5） | -41.4~-40.6 （-41 /5） | -41.6~-40.5 （-41.26 /5） | 寒武系筇竹寺组页岩和志留系龙马溪组页岩及基底氦源 | ［56-57］ | ||||||||||
| 海 陆 交 互 | 低丰度致密气，大面积连续分布 | 东胜 | P | 0.045~0.487 （0.118/166） | 93.69~93.96 （93.79/6） | 3.57~3.71 （3.63/6） | 0.85~0.92 （0.88/6） | 0.21~0.37 （0.32/6） | 0.81~1.34 （1.12/6） | 0.03~0.3 （0.15/4） | 0.022~0.025 | -33.8~-33.1 （-33.43/6） | -26.6~-24.5 （-25.1 /6） | -25.6~-23.2 （-24.52 /6） | -24.4~-22.9 （-23.68/6） | -11.6~-6.8 （-9.2/2） | 基底的太古宇—元古宇变质岩—花岗岩系，其次是上古生界富U、Th烃源岩氦源 | 泊尔江海子和乌兰吉林庙二级大断裂与四级断裂有效沟通了基底氦源岩和储集层 | 低丰度规模载体气聚集条件，储盖圈保及局部隆升时空有利匹配 | ［58-62］ | ||||
| 庆阳 | P | 0.112~0.225 （0.141/66） | 0.02 | -29.50~-24.1 （-26.8/2） | -29.8~-27.5 （-28.65/2） | -30.7~-30.3 （-30.5 /2） | 基底古老富U、Th花岗岩—变质岩系，其次是上古生界富U、Th烃源岩氦源 | 下通基岩、上通天然气成藏系统的基底断裂 | 适度规模、充满度低、低势区、局部隆起区 | ［63-64］ | ||||||||||||||
| 自生自储连续分布的煤层气 | 三交北—紫金山煤层气 | P | 0.01~0.16 （0.043/25） | 88.96~97.03 （91.91/25） | 0.015~7.36 （2.27/25） | 0~1.71 （0.52/25） | 0~0.6 （0.19/25） | 0.13~3.90 （1.86/25） | 0~8.94 （2.96/25） | 紫金山杂岩体，石炭系—二叠系含煤地层（煤和暗色泥岩） | 环紫金山发育的断裂 | 煤层生烃与全天候生氦自生自储，同时存在基底氦源及煤层围岩贡献 | 本文，［65］ | |||||||||||
| 前 陆 | 中低丰度致密气，大面积（准）连续分布 | 金秋 | J | 0.04~0.2 （0.076/33） | 84.89~91.6 （88.43/10） | 5.34~8.87 （7.17/10） | 1.24~3.32 （2.27/10） | 0.3~0.46 （0.39/4） | 0.25~1.33 （0.66/10） | 0~0.27 （0.13/10） | -38.2~-35.1 （-37.28/10） | -32.8~-25.1 （-30.7 /10） | -22.9~-22.1 （-22.73/10） | -22.7~-20.8 （-22.05/4） | 中生界沉积岩（J、T3） | 盆地中生代内部纵向断裂 | 抬升剥蚀温压下降导致的脱溶作用 | ［41， 66-67］ | ||||||
|
2.1 东中西部生氦和聚氦的大地构造动力学背景
2.2 东中西部“气—氦”系统地球化学特征及成藏条件差异性
3 氦气生运聚散特征、控藏要素有效性及地质评价相关问题
3.1 氦气生运聚散条件及特征认识
表3 含氦气系统控藏要素有效性及地质评价相关问题Table 3 Effectiveness of control elements for helium gas systems and related geological evaluation issues |
| 氦气系统关键 地质因素 | 类型 | 成藏控制因素与地质评价相关问题 | ||
|---|---|---|---|---|
| 氦气系统关键要素 | “源” | 源储 分离 型载 体气 的氦 源 | 源储分离型载体气的氦源 | ①非基岩气藏（和田河、威远）：非基岩富氦气藏主力氦源通常为基底花岗岩或变质岩，烃源岩为有效氦源，氦气运聚成藏作用受水动力、浮力（天然气携带氦气）和亨利效应控制。 ②基岩富氦气藏（东坪气田）：基岩氦气自生自储，原位滞留及源内运移调整；载体气源储分离，浮力驱动运聚成藏 |
| 源储接触型载体气的氦源 | 接触型（深盆气、致密气）：载体气近源聚集，主力氦源多来自基底花岗岩或变质岩，烃源岩为有效氦源，如东胜、正宁等，金秋气田氦源来自烃源岩、储气层及其围岩 | |||
| 源储 一体 型载 体气 的氦 源 | 煤层气 页岩气 | ①氦源及富氦特征：煤层气、页岩气在具备条件下都可以富氦，煤层和页岩有机质丰度高、铀钍含量高，具有“气—氦”两源同体、源储一体特征，煤层（及围岩暗色泥岩）和页岩为有效氦源，且煤层和页岩中存在氦气自生自储、原位滞留、近水楼台、得天独厚 ②氦气富集因素：一是煤层和页岩具有短期高峰大量生烃、全天候长期生氦、有效供氦特征；二是煤层和页岩生成天然气具有稀释氦的作用，但是其稀释程度并非取决于高有机质丰度和高生烃量，而是取决于煤层和页岩生烃的有限滞留量；三是基底断裂发育区存在基底氦源的额外贡献 | ||
| “运” | 输氦 构造 组合 | 伸展、走滑、挤压、隆升 | ①输氦构造组合的多样性：伸展（裂陷沉降）、走滑、挤压、隆升等构造活动，均能催生断裂输导体系和运聚动力，适度的构造活动有利于地下流体及氦气运聚，强烈的构造活动往往会起到破坏作用 ②必要条件与有利条件：有效输氦的必要条件是运移通道和动力。构造隆升是地下流体及氦气运聚的有利条件之一，但并非必要条件，关键是畅通有效的运移通道及动力，例如裂谷盆地伸展裂陷沉降及走滑平移作用是控制地下流体及氦气运移及释放的有利条件（万金塔、庆深、平方王、花17井区） | |
| 运移 动力 | 水动力、浮力、压差 | ①运移动力的多样性：氦气运移动力有水动力、浮力、压差（生烃增压、浓度差等），水动力活跃区和稳定区都能够在相应不同动力条件下实现氦气有效运聚成藏 ②构造活动区（阶段）：水动力活跃，水动力作用促发地下流体及氦气多以水溶相集流方式运移 ③构造稳定区（阶段）：浮力驱动天然气携带氦气运移（东坪气田）；源内和近源载体气（煤层气、页岩气、致密气）中氦气运移源于压差驱替，以扩散或渗流方式运移。金秋气田天然气二次横向运移沿途“萃取”及圈闭区气水界面亨利脱溶，同时圈闭围岩含氦地层水持续脱溶补充续氦 | ||
| “聚” | 储集 条件 | 碎屑岩、碳酸盐岩、页岩、煤岩、侵入岩、火山岩等 | 储集条件同天然气，目前国内外在各类储集岩如碎屑岩、碳酸盐岩、页岩（威远）、煤岩（鄂尔多斯盆地三交北—紫金山高达0.16%、波兰Lubin盆地气田高达1.9%、澳大利亚Bowen盆地气田高达1.65%）、侵入岩（东坪花岗岩）、火山岩（南非Virginia气田氦气含量平均3.5%，最高12%）中均发现了氦气富集 | |
| 聚氦 条件 | 静态要素 | 氦气聚集的静态要素是与天然气藏共用的储、圈、盖、保4项条件及所处的构造背景条件 | ||
| 组合条件 | ①有利组合条件：“通源连圈、低势高位、气氦适配” ②分布控制因素：“近氦源、邻断裂、低势区、高部位”，这里的“低”/“高”是相对概念，指局部相对区域背景值的“低”/“高”部位 | |||
| 构造高点与构造抬升 | 构造高点通常是氦气运移的有利低势区，可由构造抬升造成，也可以由非均匀沉降造成，如伸展裂陷导致非均匀沉降过程中形成的断凸和断隆（块）高点是氦气及天然气运聚有利区 | |||
| 构造 活动 性 | 构造活动区、构造稳定区 | 构造活动区有利于地下流体及氦气运移。构造相对活动区（东部、西部地区）和构造相对稳定区（中部鄂尔多斯海陆交互相、四川中生界陆相层系）都能够形成氦气富集。除了板块之间相互作用力，存在地球固体潮及其所引发的地壳脉动式运动以及盆地沉积盖层中的静压力、重力、水动力等多种运移动力驱动壳—幔系统流体暨油气运移［83］。关键是氦气“源—圈”通连及有效输导条件 | ||
| 水动力 强度 | 水动力活跃区、水动力稳定区 | 水动力活跃区有利于提高地下流体及氦气运聚效率。水动力相对活跃区（东部、西部，以及中部克拉通构造活动区）和水动力相对稳定区（中部鄂尔多斯海陆交互相致密砂岩气、煤层气，四川下古生界页岩气、中生界陆相层系致密气）都能够以不同相态和方式（水溶相、气容相、渗流、分子扩散等）运聚形成氦气富集，关键是“通源连圈”及氦气的持续有效补给 | ||
| 共伴 生组 分相 关性 | CH4、CO2、N2、H2等 | ①关系属性：氦气与天然气中其他主要组分（CH4、CO2、N2和H2等）之间，异源同储，其间含量高低表观相关性变化，并非是成因上的依赖关系 ②关系类型：共伴生组分气源母质为异源异因，空间上可能同位或异位，聚集成藏为“异源同储”伴生关系，类似于同一地球上不同时期不同种族的人口比例一样，不具有相互促变的因果关系，只是表观数值同向增长的关系 | ||
| 盖层与 封闭保 存条件 | 盖层 侧向遮挡 顶底板 | ①氦气的强渗透性和弱吸附性：决定了氦气易散失，致使全球大小气藏中无高含量氦气（多数在10%以下）。盖层是圈闭构成要素及富氦气藏形成和稳定保存的前提基础 ②氦分子强永恒运动与运聚动平衡：尽管气藏中He分压低，即使盖层中充满高盐度孔隙水He溶解度低，水溶相扩散可能受限，但是在漫长地质演化中，He在“气藏⇄盖层⇄上覆体”之间存在运聚动平衡（布朗运动、溶解、渗流和扩散）。He在“气藏⇄盖层”之间存在进出、往返的动态溶解—脱溶返藏过程，但是He一旦进入盖层中，便同时进入“盖层⇄上覆体”之间的动态往返过程，盖层封闭性及He最终“合力”流向取决于不同介质之间He的丰度、分压、含水性、盐度等 ③盖层优劣与流动活动：未被破坏的封气盖层质量优与劣对气藏下部流体运动状态的影响作用差异性不大。有认为盖层条件太好，没有泄压通道，不利于深部流体上移，事实上重要的不是泄压，而是泄流（体积）通道或场所，不论盖层封闭条件好坏，深部流体进入气藏盖层下气水界面处，一般是向周围以平流方式泄流、泄压，除非有贯通盖层的断裂或剥蚀破坏，流体才会穿过盖层。其实，一定强度的构造活动及断裂通道才能足以促使下部流体上涌泄流；再差的盖层只要没有被破坏，不足以促发下部流体上涌流动 | ||
| 氦气地质评价 | 富氦目标优选 | 盆地内与 盆地外 | ①基本条件：形成富氦气藏的3个基本条件，也是富氦目标评价的必要条件——“连圈氦源、通圈烃源、有效圈闭”。有利条件是“通源连圈、低势高位、气氦适配” ②目标方向：规模经济氦气主要赋存于天然气田中，首先要有适度规模和丰度的天然气田，所以目前寻找氦气主要还是在盆地里找，包括山间盆地等中小盆地，盆地以外和盆地之间往往难以发育规模有效圈闭的时空和物质条件，即使发育通源断裂，也难以发现规模效益富氦气田。除非大盆地不同坳陷之间的隆起带，如美国Panhandle-Hugoton高含氦烃类气田 | |
| 载体气圈闭/甜点与氦气富集 | 常规天然气勘探目标是探“圈闭”，非常规天然气勘探目标是找“甜点”，氦气勘探目标是寻“富集”。尤其是在非常规天然气里找氦气，离开甜点不可能存在氦气规模效益聚集。关键是需要按照氦气“源—运—聚”规律，在研究区圈闭群、甜点群中寻找有利于氦气富集的相对低势（低充满度、低丰度、低压力系数等）区/层，或大型圈闭/优质甜点区中寻找相对低/弱势载体气部位 | |||
3.2 氦气控藏要素有效性及地质评价相关问题
4 氦气聚集4层次要素区带类型、富集模式与主控因素
4.1 氦气聚集4层次要素区带类型及划分
表4 我国氦气赋存的“原盆—构造—岩性—载气”4层次要素组合区带类型及其划分方案Table 4 The 4-level elements types and classification schemes of the “original basin-configuration-lithology-carrier gas” combination zone for helium gas occurrence in China |
| 序号 | “原盆—构造—岩性—载气” 组合要素 | 氦气区带类型 | 区带地质背景及特征 | 区带典型气田实例 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 原型盆地 | 构造背景 | 储层岩性 | 载气类型 | ||||
| 1 | 克拉通 盆地 | 古隆起 | 海相碳酸盐岩 | 烃类气为主 | 克拉通—古隆起—碳酸盐岩型 | 古隆起（凸起）下存在基底富铀钍氦源岩及基底断裂沟通 | 和田河、威远、大探1井区碳酸盐岩气田（藏） |
| 2 | 隆起/斜坡带 | 海陆交互相致密砂岩 | 烃类气 | 克拉通—断隆带—致密砂岩型 | 海陆交互相地层古隆起/斜坡带下存在基底富铀钍氦源岩及基底断裂沟通 | 东胜、庆阳致密气 | |
| 3 | 断裂 隆起带 | 富有机质页岩 | 烃类气 | 克拉通—断隆带—页岩型 | 盆地内部/边缘断裂活动带中的相对稳定区 | 威远寒武系页岩气、涪陵页岩气 | |
| 4 | 断裂平缓褶皱带 | 煤岩 | 烃类气 | 克拉通—盆缘断褶带—煤岩型 | 盆地边缘断裂褶皱带中的相对平缓区 | 三交北、紫金山煤层气 | |
| 5 | 前陆盆地 | 斜坡凸起/凹陷边缘 隆起带 | 陆相 砂岩 | 烃类气为主 | 前陆盆地—斜坡/隆起带—砂岩型 | 前陆斜坡局部凸起带（金秋）、前缘隆起（广安、合川）或凹陷边缘隆起带（阿克莫木） | 阿克、金秋气田 |
| 6 | 断陷盆地 | 断裂/岩浆活动凸起带 | 陆相砂岩、火 山岩 | 烃类气 非烃气CO2、N2 | 断陷盆地—断凸带—砂岩/火山岩—烃/非烃气型 | 裂谷盆地断陷期非均匀沉降，在断裂或岩浆活动带附近的凸起带，载体气有烃类气、非烃气、地热伴生气3类 | 庆深气田、花17井区（CO2）、万金塔气田（CO2） |
| 7 | 坳陷盆地 | 断裂带附近隆起区 | 陆相 砂岩 | 烃类气 非烃气CO2、N2 | 坳陷盆地—断隆带—砂岩型—烃/非烃气型 | 裂谷盆地坳陷期或克拉通后坳陷局部隆起下或侧翼发育断裂，载体气有烃类气和非烃气2类 | 松辽中浅层原油伴生气、花501井区（N2）、鄂尔多斯中生界原油伴生气 |
| 8 | 基岩/ 基底 | 冲断带基岩隆起/潜山 | 花岗岩、变质 岩等 | 烃类气 | 基岩/基底—隆起区—富铀钍基岩型 | 富铀钍盆地基底或盆缘基岩隆起区或潜山氦气自生自储 | 东坪气田 |
4.2 典型区带氦气富集（勘探）模式与主控因素
图7 我国典型区带氦气富集（勘探）模式(a)克拉通古隆起碳酸盐岩气田富氦型（和田河气田）；(b)克拉通断隆带致密砂岩气富氦型（东胜气田，据文献[58]改）；(c)前陆盆地坡凸带致密砂岩气富氦型（金秋气田）；(d)盆地富铀钍基岩气藏富氦型（东坪气田）；(e)克拉通边缘断隆带页岩气富氦型（威远寒武系页岩气）；(f)克拉通平缓断褶带煤层气富氦型（三交北区块）；(g)裂谷盆地断凸带非烃气富氦型（万金塔气田）；(h)中小断陷地热伴生气富氦型（渭河气田，据文献[93]修改) Fig.7 Enrichment patterns of typical rich-helium gas fields in China |
甘公网安备 62010202000678号
