渭河盆地富氦天然气井分布特征与氦气成因

渭河盆地的石油钻井、地热井及秦岭北缘水文井中普遍发现含高体积分数氦气显示,其氦体积分数之高为国内外少见。渭河盆地天然气氦同位素3He/4He为(2.1～76.0)×10-8,属壳源氦,个别样品有少量幔源氦加入,形成了独特的壳源高氦-富氦天然气。氦气体积分数较高井临近富铀、钍的花岗岩体,说明壳源氦来源于花岗岩的放射性衰变;个别样品有一定的幔源氦加入,表明区内也有一定的幔源氦运聚过程。渭河盆地新近—古近系具有良好圈闭与运移条件,为氦气赋存提供了良好条件。     

中国富氦天然气资源研究现状与进展

通过对中国富氦天然气资源现有研究成果进行系统整理、分析,总结了中国富氦天然气研究的发展现状及进展,提出了未来中国氦气资源的研究方向。中国对氦气资源的研究历程可以划分为4个阶段:认知阶段、利用阶段、基础研究阶段及提取技术研究阶段。从分布规律看,中国富氦天然气分布具有小型盆地满盆含气、大中型盆地局部含气的特点,赋存层位以奥陶系、二叠系、古近系和新近系为主。组分特征表明,富氦天然气中氦气的含量普遍小于1%,仅渭河盆地部分样品氦气含量较高,最大值可达4.942%。氦同位素特征表明,中国氦气以壳源为主,壳幔混合为辅。分析认为,影响壳源氦分布的主控因素为氦气源岩,而影响幔源氦分布的主控因素为深大断裂。建议今后中国应以壳源氦研究为重点,针对不同区域不同成因的氦气,采用不同的研究方法。     

中国富氦天然气资源研究现状与进展

通过对中国富氦天然气资源现有研究成果进行系统整理、分析,总结了中国富氦天然气研究的发展现状及进展,提出了未来中国氦气资源的研究方向。中国对氦气资源的研究历程可以划分为4个阶段：认知阶段、利用阶段、基础研究阶段及提取技术研究阶段。从分布规律看,中国富氦天然气分布具有小型盆地满盆含气、大中型盆地局部含气的特点,赋存层位以奥陶系、二叠系、古近系和新近系为主。组分特征表明,富氦天然气中氦气的含量普遍小于1%,仅渭河盆地部分样品氦气含量较高,最大值可达4.942%。氦同位素特征表明,中国氦气以壳源为主,壳幔混合为辅。分析认为,影响壳源氦分布的主控因素为氦气源岩,而影响幔源氦分布的主控因素为深大断裂。建议今后中国应以壳源氦研究为重点,针对不同区域不同成因的氦气,采用不同的研究方法。     

渭河盆地天然气类型、成因特征及找矿远景分析

根据渭河盆地地热井、油气调查井、氦气调查井气样分析成果,结合近年来地质、物探新成果分析,发现渭河盆地各类钻井中普遍存在含氦天然气,且这些天然气,按甲烷和氦气含量可分为富氦天然气和贫氦天然气两类。位于渭河盆地边部的地热井、区域地质和物化探成果均佐证了渭河盆地基底存在上古生界,未见隐伏的花岗岩体。区域构造演化佐证了渭河盆地周边断裂的形成与区域断裂同期,盆地的形成与演化是区域演化的一部分,其主沉降期是新生代。因此,前人对渭河盆地形成的最早时间为始新世以及不存在上古生界煤系地层基底以及氦气的主要气源岩是分布于基底的富铀花岗岩体和秦岭造山带富铀花岗岩体的认识有待进一步探究。对比邻区鄂尔多斯盆地,发现渭河盆地上古生界煤系地层可作为烃源岩,伽马异常层可作为氦源层,这为重新评价渭河盆地的氦气资源地质前景提供了依据。      

渭河盆地固市凹陷华州北地区氦气地质条件与富集模式

氦气是重要的稀有战略资源,广泛应用于国防工业和高新技术领域,但中国氦气供应长期依赖进口,资源安全形势异常严峻。前人通过调查研究表明,渭河盆地水溶氦气资源广泛分布,富氦天然气局部富集,并在固市凹陷南缘华州北地区地热井中发现良好富氦天然气显示,但由于该区物探工作程度较低,氦气富集规律与有利目标难以有效落实。为进一步查明华州北地区氦气地质条件与富集规律,优选有利勘探目标,近年来笔者所在团队通过地热井井口气采样测试、氦源岩调查、烃(载体气)源岩分析及储盖组合条件研究等手段,初步建立了研究区富氦天然气成藏模式,发现多个有利圈闭目标。综合研究认为,华州北地区东部断背斜构造形态完整、后期构造改造弱,富氦天然气成藏条件最为有利。该有利勘探目标的发现,为盆地下一步氦气勘探指明了方向,对尽快实现渭河盆地氦气资源调查突破具有重要意义。     

柴达木盆地北缘富氦天然气的发现——兼议成藏地质条件

在柴达木盆地北缘全吉山、团鱼山地区的煤炭钻孔和泥页岩解吸气中发现了体积分数较高的氦气显示。对2个地区的6件样品进行甲烷C同位素和He同位素分析,其中2个样品的δ13C1值分别为-38.4‰和-39.9‰,属于有机成因。4个样品的3He/4He同位素测试结果在0.03×10-6~1.3×10-6之间,表明氦气来源以壳源氦为主,个别样品有少量幔源氦加入。通过区域背景资料和物探资料分析认为,柴北缘壳源成因的氦可能主要来源于基底富U、Th花岗岩体的放射性衰变,而柴北缘的山前深大断裂则可为氦的运移提供良好通道。氦气产生后,在垂向运移过程中结合其他烃类或非烃类气体,在侏罗系、古近系-新近系良好的储盖条件下,有可能形成独特的富氦天然气富集。     

柴达木盆地北缘富氦天然气的发现——兼议成藏地质条件

在柴达木盆地北缘全吉山、团鱼山地区的煤炭钻孔和泥页岩解吸气中发现了体积分数较高的氦气显示。对2个地区的6件样品进行甲烷C同位素和He同位素分析,其中2个样品的δ13C1值分别为-38.4‰和-39.9‰,属于有机成因。4个样品的3He/4He同位素测试结果在0.03×10-6~1.3×10-6之间,表明氦气来源以壳源氦为主,个别样品有少量幔源氦加入。通过区域背景资料和物探资料分析认为,柴北缘壳源成因的氦可能主要来源于基底富U、Th花岗岩体的放射性衰变,而柴北缘的山前深大断裂则可为氦的运移提供良好通道。氦气产生后,在垂向运移过程中结合其他烃类或非烃类气体,在侏罗系、古近系—新近系良好的储盖条件下,有可能形成独特的富氦天然气富集。     

天然气中的幔源稀有气体

天然气为地球内流体的重要组成部分，天然气中幔源稀有气体是源于地球深部的地幔挥发分。文章以气体地球化学国家重点实验室有关研究为主，简要综述了此一领域的研究。氦的同位素３Ｈｅ／４Ｈｅ是幔源物质的重要判识指标，天然气中３Ｈｅ／４Ｈｅ值大于１．４×１０－６时，表明有相当数量的幔源挥发分加入到天然气中，它是地球构造活动性强，地幔挥发分可以沿一定断裂体系进入沉积壳层的指示。在一定程度上氩同位素４０Ａｒ／３６Ａｒ及氖同位素２０Ｎｅ／２２Ｎｅ值也可指示构造环境的特征。天然气中稀有气体研究反映了我国东部含油气区具有最活跃的构造环境，中部最稳定，西部次稳定。在东部活跃的构造背景下，造成了幔源挥发分较普遍地加入到沉积壳层天然气中，形成了中国东部发现的世界首例壳－幔复合型氦资源，形成了一批与幔源挥发分成藏有关的二氧化碳资源。东部地区也成为幔源甲烷可能富集成藏的重要区域。     

渭河盆地水溶性天然气层类型研究

选择位于不同构造单位,不同完井深度的地热水井为载体,利用排水取气法采集水溶气样品,分析其组分特征、平面及纵向分布特征,并进行水溶气类型划分。研究表明,渭河盆地水溶气中最具有工业价值的组分为甲烷和氦,最高含量分为98.37%和4.14%;碳同位素分析结果显示,水溶气中的甲烷成因类型多样,既有无机成因气,也存在有机成因气,有机成因气中从未成熟的生物气到过成熟的裂解气均有所出现;氦同位素分析结果表明水溶气中的氦以壳源氦为主。通过系统研究水溶气的分类方案,结合渭河盆地水溶气成分、成因及分布特点,采用类比、对比等方法,初步判定富氦水溶气的赋存层位,改进前人按深度分类的方案,建议以地层（张家坡组）为界将渭河盆地水溶气分为浅层可燃水溶气和深层富氦水溶气两类。      

济阳坳陷天然气氦同位素特征及二氧化碳成因与第三纪岩浆活动的关系

济阳坳是渤海湾盆地的一部分，位于我国东部超壳断裂，郯庐断裂带内，主要为中，新生代形成的沉积坳陷。在第三纪的喜山期岩浆活动较强烈，因此，坳陷内第三纪火成岩分布广泛。对于坳陷内的天然气氦同位素研究表明，济阳坳陷天然气中氦同位素组成，Ｒ／Ｒａ值分布范围０．１１－３．０６。说明一些天然气中具有明显的幔源氦加入，将天然气中氦同位素组成与基地质背景结合可知，天然气中氦同位素组成与坳陷内第三纪火成岩分布有十分密     

郯庐断裂带临沂段地热水溶性氦气的分布特征及成因分析

绝大部分氦气矿藏赋存在油气矿藏中,对于地热井、温泉井中水溶性氦气的研究相对较少,郯庐断裂带（郯城—庐江断裂带）作为一条巨型走滑断裂,分布多处含氦气的地热井、温泉,而查明地热水中氦气的来源显得尤为重要。笔者等利用在郯庐断裂带临沂段地热井、温泉内氦气的样品分析结果,分析了郯庐断裂带临沂段地热井和温泉地下水中伴生气体氦含量、分布特征,探讨了地热水中氦气来源。结果显示：在郯庐断裂带临沂段地热水中首次发现8处明显氦含量高值点,以15×10-6作为氦含量的背景值,高值点明显高于背景值11. 1～1360. 0倍,主要分布在郯庐断裂带内及两侧;氦同位素显示氦气主要来源于地壳,少量来源于地幔,幔源氦含量最高为10. 75%,这不仅为郯庐断裂带深达地幔提供了证据,而且为地下热水的热源并非直接来源于地幔而是来源于深循环地温加热或放射性生热提供了依据。因此分析认为郯庐断裂带将地壳深部、基底岩体中U、Th等放射性元素衰变产生的大量气与热带到地表,运移过程中同时生成了部分氦气,从而形成了氦气资源、地热资源富集的特征。     

江西省横迳温泉区地热气体地球化学

从赣南横迳温泉区采集10个水样并分析了温泉及冷泉的水化学成分,认为热水起源于大气降水补给。在此基础上,还在温泉区采集了4个气样,测定了气体组分的含量及氦同位素．以及CO₂和CH₄的碳同位素。研究结果表明：横迳地区温泉气中CO₂的含量很高(>96％),δC_CO2较重(-4.43‰～-5.50‰),属幔源CO₂;He同位素特征值(R/Ra)变化于1.36～2.11之问．均大于1,有幔源He的加入;本区温泉气的的组合类型为二氧化碳幔源温泉气,从整体上来说属于幔源无机成因气,是地幔脱气的产物。     

无机生油假说及其在中国的应用前景

无机生油假说认为,原油和天然气和近地表的生物物质没有根本联系,它们是生成于地幔内的非生物来源的碳氢化合物。因而油气不是一个不可再生资源,而是一个可再生资源。无机生油假说得到地质学、物理学和化学等三个基本学科的支持。在地质观察上,发现全球许多大油田的油气储藏与原始生物物质之间数量上有巨大落差,难于解释它们是由生物生成的。此外,有许多地区在结晶基底或变质基底内,或直接位于其上的沉积岩中发现石油。从生物生油假说来说,也是无法理解的。在化学上,早在二战期间,德国已由人工合成石油(费托合成),并生产了占德国战争中用油的9%的石油。无可争辩地说明,无机可以生成石油。根据化学(物理学)热力学理论分析确认,甲烷是唯一一种在标准温压条件(温度为298.15 K;压力为101325 Pa)下稳定的碳氢化合物,从甲烷形成正常烷属烃只有在压力>3×106kPa、温度>700°C时(相当于地下深度约100 km)才有可能。在地壳内的温压条件下由生物变质形成石油的假说,与化学热力学的基本原则相抵触。从氧化的有机分子,如碳水化合物(C6H12O6)形成较高的碳氢化合物在任何条件下都是不可能的。根据我国长期对深部构造的研究,笔者认为在中国东部及西太平洋蘑菇云岩石圈地幔发育的地区是寻找巨型无机油气田的有利地区,建议在发育蘑菇云岩石圈地幔地区开展无机油气田的勘探,并在无机油气田远景地区布置超深参数钻,以评价含油气远景。另外建议加强物探工作,尤其是研究地震勘探处理基底内三维含油气构造的技术。     

非常规油气地质调查工程进展与主要成果

中国地质调查局油气资源调查中心牵头组织实施的“非常规油气地质调查工程”,开展了黑龙江省鸡西地区煤系气地质调查、松辽盆地及外围油页岩地质调查、松辽盆地西斜坡油砂原位试采工程、陆域天然气水合物地质调查与祁连山木里天然气水合物野外长期观测站建设、陕西关中地区氦气地质调查和非常规油气资源国情调研等工作,获取了大量基础数据,取得了黑鸡地1井、黑鸡地3井、黑鸡地4井等一系列突破性成果和重要进展,初步掌握了我国油页岩、油砂、陆域天然气水合物、氦气以及鸡西盆地煤系气等非常规油气资源潜力。该工程在煤系气、油页岩、氦气等领域产生重要影响,提振了非常规油气勘探开发信心,推动了科技创新与地质调查深度融合,促进了非常规油气学科发展。     

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

氦气是一种重要的战略稀有资源,关系国家安全和高新技术产业发展.但我国贫氦且绝大部分依赖进口,资源安全形势十分严峻,因此开展氦气资源调查非常迫切.通过全国七大含油气盆地及其他地区氦气资源及成因系统调研,明确我国中西部含油气盆地天然气中氦气基本为壳源放射成因,其富集受富含U、Th的酸性岩或基底的分布、背斜圈闭及断裂共同控制.东部郯庐断裂带两侧含油气盆地中氦气为壳源和幔源混合成因,其富集受断裂控制明显.地热或温泉的水溶气中,含量较高的氦气主要为壳源.优选了氦气显示良好、但存在不确定性的塔里木盆地和田河气田及周缘开展氦气资源系统勘查.通过对和田河气田及周缘11口井天然气样品精细取样、分析,首次发现和田河气田为富氦气田,氦气体积含量为0.30%~0.37%（平均0.32%）,为壳源成因,折算氦气探明储量1.959 1×108 m3,是我国发现的首个特大型富氦氦气田.因此建议:（1）加快建设和田河气田氦气分离、液化装置,实现气田开发整体效益最大化;（2）尽快论证建设"塔里木盆地氦气战略储备基地"的可行性,开展全国主要含油气盆地氦气资源系统调查;（3）加强氦气成藏理论研究,指导氦气资源勘探.      

我国氦气资源调查评价进展

<正>氦是已知的具最低熔点和沸点的元素,来源于铀、钍放射性衰变和地幔脱气,是重要的战略性稀有气体资源。因其化学惰性和沸点极低,不仅应用于制冷、医疗、半导体、科研、石化、超导实验、光电子产品生产等方面,还是军工、航天、核工业、深海潜水等领域重要的战略资源,关系国家安全和高新技术产业发展(李玉宏等,2018;张雪等,2018;陶小晚等,2019;秦胜飞等,2021)。     

羌塘盆地泥火山发育区天然气水合物地球化学勘查

泥火山是天然气水合物赋存的标志之一,是天然气水合物存在的主要证据.羌塘盆地冻土区发育大量泥火山.对泥火山发育区进行了地球化学勘查,结果表明,泥火山周围具有酸解烃、荧光光谱、碳酸盐、蚀变碳酸盐、微量元素等地球化学指标显著异常,甲烷碳同位素和三维荧光结果显示地球化学烃类异常为原油伴生气和凝析油成因,表明泥火山外围烃类富集是由油气藏渗漏形成.该结论对羌塘盆地天然气水合物勘查突破具有重要意义.     

从“构造热事件”分析阜新盆地多能源矿产共存成藏

阜新盆地煤、煤层气、石油、致密砂岩气、地热等多种能源矿产的分布和成藏受到盆地构造热演化的控制。纵向上，煤和煤层气主要集中在盆地上部地层，石油和致密砂岩气主要集中在盆地中部地层，地热主要集中在盆地底部地层。平面上，石油位于盆地中部和中南部，致密砂岩气位于盆地中部的东梁构造带，煤炭全盆地均有分布，主要可采煤层位于盆地中部，煤层气位于盆地中部，地热位于盆地中部的东梁构造带。盆地构造热演化与能源矿产的时空配置表明，盆地的构造热演化控制了盆地能源矿产的成藏，煤是多能源矿产重要的物质来源，盆地多能源矿产成藏顺序依次为：煤→石油→致密砂岩气→煤层气→地热。综合以上特征，阜新盆地多能源矿产的联合勘探开发应以东梁构造带、清河门—艾友构造带、王营—刘家构造带为主要勘探区域进行。