氦氣的天然氣地質(zhì)意義

第33卷第2期物探與化探Vol 33. No2009年4月GFOPlIYSICAL GEOCHEMICAL EXPLORATIONApr.,2009氦氣的天然氣地質(zhì)意義李廣之,高偉,江浩,莊原(中國石化集團資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理有限公司合肥培訓測試中心,安徽合肥23002)摘要:氦氣具有的不易液化、穩定性好、擴散性強等特點(diǎn),使它既能在天然氣藏中富集,又能垂向運移至地表。氮有大氣氮殼源氮和幔源氮3種來(lái)源。He主要來(lái)源于地幔;He主要來(lái)源于地殼通常以RR來(lái)表示氮的來(lái)源。氦氣具有豐富的天然氣地質(zhì)意義:地表氮氣濃度異常有一定油氣指示意義;氮氣的同位素分布特征值(R/R)還具有指示油氣構造環(huán)境指示斷裂帶及旁證CO2氣藏的成因等地質(zhì)意義關(guān)鍵詞:氦氣;同位素特征;天然氣;地質(zhì)意義;油氣構造環(huán)境;斷裂帶;CO2氣藏成因中圖分類(lèi)號:P63I文獻標識碼:A文章編號:1000-8918(2009)02-0154-03氦氣是油氣的伴生物,與油氣的生成沒(méi)有直接1時(shí),表示為殼源;R/R。>1時(shí),表示為幔源聯(lián)系,但它特有的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)促使它在油、氣藏中富集或獨立成藏。測定對應層位樣品的氦氣2地表氦氣異常的示油氣意義及其同位素含量,可以追蹤下伏地層的含油氣信息,油氣田天然氣中氦的含量分布范圍一般為判別油氣的構造環(huán)境,指示斷裂帶及旁證CO2氣藏3.7×103-1.0×10。國外(如美國)有的氣田氣的成因。中氦的最高量可達8%,但多數氣田氣的氦含量都1氦的性質(zhì)與來(lái)源在1%以下。徐永昌等(1990)提出氦含量大于01%即具有工業(yè)價(jià)值“。目前世界氦生產(chǎn)量的氦在通常情況下為無(wú)色、無(wú)味的氣體;25個(gè)大94%是從天然氣中提取。油氣藏中的He是由圍巖氣壓下的熔點(diǎn)為-2722℃,沸點(diǎn)-268.9℃;密度中U、Th礦物衰變的子體,在油氣藏形成過(guò)程中從0.1785g/L,臨界溫度-267.8℃,臨界壓力2.26大礦物晶格擴散到自由空間內積累起來(lái)的,它與油氣氣壓;水中溶解度8.61cm3/kg。氦由原子量為4.共生、共移、共聚、共散成為油氣藏的組分之一。氦003的He和原子量為3.016的He這兩種穩定的的擴散系數一般小于(3~5)×103cm2/s,是一種同位素組成,它們的化學(xué)性質(zhì)都不活潑,一般不與任在大多數物質(zhì)中具有很強烈擴散性的惰性氣體何元素化合。氦有大氣氦、殼源氦和幔源氦3種來(lái)致它同水、石油天然氣、大氣一起參與遠距離遷移源。He和He具有不同的成因:He主要為元素合和積累過(guò)程。氣藏中的氦必然會(huì )向地表作垂向運成時(shí)形成的原始核素由氚的β蛻變生成,主要來(lái)移,氣藏源中較高濃度的氦含量就是氦進(jìn)行垂向運源于地幔:He則主要為放射性元素鈾釷a衰變的移的物質(zhì)基礎濃度差和壓力差是運移的主要動(dòng)力產(chǎn)物,主要來(lái)源于地殼。氚在土壤氣及鈾釷礦石中和最重要的基礎控制因素,它決定著(zhù)地表氦地化信含量極低,所以He在地球大氣中含量極少,因此我息的強度和可利用性。油氣藏蓋層的封堵性決定著(zhù)們通常所測到的氦都是He氦垂向運移路線(xiàn)和運移方式的選擇,繼而決定了其HeHe成因的差異成為不同來(lái)源氮的判識標運移量和地表異常的分布位置。在氣藏上方,當蓋志。通常以R=v(He)/(He)來(lái)表示氦的來(lái)源層封堵性很好時(shí),氦也像烴類(lèi)一樣,主要以滲濾方式R值為14×106、2x10和1.1×10-3時(shí),分別表從油氣藏的邊部裂隙向上運移在地表表現為環(huán)帶示大氣來(lái)源同位素特征值殼源同位素特征值和幔異常分布于油氣藏周邊;當蓋層封堵性較差時(shí)氮則源同位素特征值。也常用樣品氮(R)和大氣氦(以滲濾擴散微泡等多種方式直接從油氣藏上方垂R)的同位素比值來(lái)表示氣樣的氦同位素特征,向運即/R.=(m/m%m)/(1.4×10-°),當R/R.<表氮什H中國煤化工異常?？梢?jiàn)地CNMHG示意義。收稿日期:2007-10-112期李廣之等:氦氣的天然氣地質(zhì)意義155雅克拉凝析氣田位于沙雅隆起的雅克拉斷凸帶斷裂帶為幔源物質(zhì)向地球殼層運移提供了通道,直上,它主要受控于背斜構造,是由多類(lèi)型氣藏組成的接導致沿郯廬斷裂帶天然氣中氦具高R/R。值。該氣田。目前該區共完成6口探井(沙參2井、沙15區沉積了以第三系為主的源巖地熱流值高,而有機井、沙4井、沙5井、沙6和沙7井,均獲工業(yè)氣流質(zhì)演化快,成油門(mén)限淺,天然氣以油中溶解氣為主),發(fā)現了下白堊統、下侏羅統和古生界3個(gè)不同類(lèi)且多為斷塊油氣藏,規模小而復雜,在海域高的地溫型的氣藏,及多層油氣顯示。圖1為雅克拉凝析氣場(chǎng)為第三紀煤系形成大型煤型氣田提供了有力的熱田上方的土壤He氣(He和He的總含量,以He源因素,目前,已在我國東海南海發(fā)現此種類(lèi)型的為主)異常圖,He異常下限為3.14×103,異常大中型氣田61。呈明顯的環(huán)狀分布,環(huán)內面積92km2,平均含量為天然氣中氦的R低值區(R/R。<0.1)主要集中1,26×10-3,低于測區的平均值6口探井均位于環(huán)在中部。該區構造環(huán)境穩定,地溫場(chǎng)很低,對于中新?tīng)町惓?與雅克拉構造基本吻合。凝析氣藏邊部代氣田的形成不是有利因素,但為古生代沉積有機的氣水過(guò)渡帶是氦垂向微滲漏的較強部位,位于構質(zhì)形成和保存天然氣提供了有利因素,大地構造的造高部位的沙參2井和沙15井處于環(huán)狀異常的低穩定背景也有利于古生代氣田的保存,我國以古生值區,即垂向微滲漏的較弱部位。界為主的大氣區、大氣田,如四川氣區和鄂爾多斯靖邊大氣田均分布在此區。西部為R較高區(0.11的5km氣樣點(diǎn)群多數沿斷裂帶分布。例如,郯廬斷裂帶是深達地幔的超殼斷裂帶,為幔源物質(zhì)向地球殼層運圖1雅克拉地區土壤He氣異常移提供了通道,導致了RRn>1的氣樣點(diǎn)群多數是沿斷裂帶分布;又如,翟莊子氣田位于黃驊拗陷3R/R的地質(zhì)意義港西潛山南坡,受港西斷裂控制R/R。值沿港西斷3.1示油氣構造環(huán)境意義裂向兩側漸低,且R/R。>2.5的值集中在2條斷裂當天然氣樣品的R/R。<1時(shí),表示為殼源,沒(méi)有幔源氦加入,斷裂帶較少或斷裂沒(méi)有深達地幔,構造環(huán)境活動(dòng)性相對穩定;當天然氣樣品的R/R。>1時(shí),表示為幔源,有斷裂帶且斷裂深達地幔,構造環(huán)境活動(dòng)性強。同時(shí), Manyrin等3認為R值與大地熱流值之間存在正相關(guān)關(guān)系,并提出二者之間的換算式,可見(jiàn),R值大(R/R值也大)也就意味著(zhù)幔源提供的熱能增大。地溫和構造的穩定性是油氣形成的重要因素,在一定條件下,就可用R/R的分布特征來(lái)判別油氣的構造環(huán)境。我國R/R。值分布呈東部高、西部較高而中部中國煤化工2如m低的特征。東部R高值區(RR>1)的氣樣點(diǎn)群CNMH基本沿華夏裂谷系東側的郯廬大斷裂帶展布,該斷詛線(xiàn);一斷裂;5一取怦開(kāi);一幔源CO2區;5一氣區裂帶以4-5條主干斷裂為骨架,深達地幔的超殼圖2港西斷裂與R/R關(guān)系物探與化探33卷帶的交匯處(圖2),說(shuō)明港西斷裂是氣源斷層,為幔機成因CO2的氣源。特別是RR。>2的地帶為源成因氣的上移通道。反之,可根據R/R。>1的無(wú)機成因CO2的有利發(fā)育帶2。同理,也可用R值的分布情況推斷斷裂帶的相關(guān)信息。Rn>1作為輔助指標來(lái)判別烷烴氣的無(wú)機成因。3.3旁證CO2氣藏的成因戴金星等認為當與CO2半生的氦同位素B4結論R>1時(shí)說(shuō)明該部分CO2為地幔成因;孫明良認氦氣具有豐富的天然氣地質(zhì)意義:地表氦氣濃為無(wú)機成因CO2氣藏的分布與氮的R/R值高梯度度異常有一定油氣指示意義;氦氣的同位素分布特異常帶明顯相關(guān)。我國東部發(fā)現的無(wú)機成因CO2征(R/R)值還具有指示油氣構造環(huán)境、指示斷裂帶氣田(藏),與其伴生的氮同位素特征是R/R>25,及旁證CO2氣藏成因的地質(zhì)意義。這說(shuō)明有來(lái)自幔源的He加入(表1),同時(shí)旁證了無(wú)表1我國無(wú)機成因CO2氣藏中的R/R值參考文獻氣田或氣藏[1]徐永呂.天然氣中氮同位素分布及構造環(huán)境[冂]地學(xué)前緣,萬(wàn)金塔2]戴金星,石昕,衛延召.無(wú)機成因油氣論和無(wú)機成因的氣田(藏)概略[].石油學(xué)報,2001,(6)圖莊子3.62[3]孫明良氮同位素在天然氣地質(zhì)學(xué)上的作用[]天然氣地球濱466科學(xué),1994,(5)平方王[4]徐水料沈平陶明信等幔源氮的工業(yè)儲集和郯廬大斷裂帶平143[].科學(xué)通報,1994,氣田或'藏[5 Manyrin B A, Tolstikhin I N. Helium isotopes in nature[ M]Elsevier. Amsterdam. 1984:175.2.94[6]徐水昌沈平陶明信,等.中國含油氣盆地天然氣中氮同位素黃分們J]科學(xué)通報,1990,(12)[7]李先奇戴金星.中國東部二氧化碳氣田(藏)地化特征及成因丁莊垛蘇203分析[J石油實(shí)驗地質(zhì),1997,(3)水深9水深9[8]戴金星,戴春森宋巖等中國東部無(wú)機成因的CO2氣藏及其特征[J〕.中國海上油氣,1994,(4)GEOLOGICAL IMPLICATIONS OF RADON GASLI Guang-zhi, GAO Wei, JIANG Hao, ZHUANG YuHefei Training and Testing Center of Assets Management Ld. of China Petrochemical Corporation, Hefei 230022, China)Abstract: As radon gas has such physical-chemical characteristics as reluctance to liquidation, good stability and strong dispersion ca-pacity, it can not only concentrate in the natural gas accumulation but also migrate vertically to the surface. Radon has three kinds ofsources: atmospheric radon, crust-derived radon and mantle-derived radon. He is derived mainly from the mantlefrom the crust, and R/R, is commonly used to signify the source of radon. Radon gas has rich natural gas geological implications: thesurface radon gas concentration has certain oil-gas indication significance, and the isotopic distribution characteristic value of radon gasR/R, has such geological implications as the indication of the oil-gas structural environment and fault zone and the implication of thegenesis of the CO, gas accumulation.Key words: radon gas; isotopic characteristics; natural gas; geological significance; oil-gas structural environment; fault zone; gene-sis of the CO, gas accumulation作者簡(jiǎn)介:李廣之(1970-),男,1994年畢業(yè)于安徽大學(xué)化學(xué)系,獲學(xué)士YH中國煤化工貢實(shí)驗分析工作。CNMHG