氦气的天然气地质意义

第33卷第2期物探与化探Vol 33. No2009年4月GFOPlIYSICAL GEOCHEMICAL EXPLORATIONApr.,2009氦气的天然气地质意义李广之,高伟,江浩,庄原(中国石化集团资产经营管理有限公司合肥培训测试中心,安徽合肥23002)摘要:氦气具有的不易液化、稳定性好、扩散性强等特点,使它既能在天然气藏中富集,又能垂向运移至地表。氮有大气氮壳源氮和幔源氮3种来源。He主要来源于地幔;He主要来源于地壳通常以RR来表示氮的来源。氦气具有丰富的天然气地质意义:地表氮气浓度异常有一定油气指示意义;氮气的同位素分布特征值(R/R)还具有指示油气构造环境指示断裂带及旁证CO2气藏的成因等地质意义关键词:氦气;同位素特征;天然气;地质意义;油气构造环境;断裂带;CO2气藏成因中图分类号:P63I文献标识码:A文章编号:1000-8918(2009)02-0154-03氦气是油气的伴生物,与油气的生成没有直接1时,表示为壳源;R/R。>1时,表示为幔源联系,但它特有的物理性质和化学性质促使它在油、气藏中富集或独立成藏。测定对应层位样品的氦气2地表氦气异常的示油气意义及其同位素含量,可以追踪下伏地层的含油气信息,油气田天然气中氦的含量分布范围一般为判别油气的构造环境,指示断裂带及旁证CO2气藏3.7×103-1.0×10。国外(如美国)有的气田气的成因。中氦的最高量可达8%,但多数气田气的氦含量都1氦的性质与来源在1%以下。徐永昌等(1990)提出氦含量大于01%即具有工业价值“。目前世界氦生产量的氦在通常情况下为无色、无味的气体;25个大94%是从天然气中提取。油气藏中的He是由围岩气压下的熔点为-2722℃,沸点-268.9℃;密度中U、Th矿物衰变的子体,在油气藏形成过程中从0.1785g/L,临界温度-267.8℃,临界压力2.26大矿物晶格扩散到自由空间内积累起来的,它与油气气压;水中溶解度8.61cm3/kg。氦由原子量为4.共生、共移、共聚、共散成为油气藏的组分之一。氦003的He和原子量为3.016的He这两种稳定的的扩散系数一般小于(3~5)×103cm2/s,是一种同位素组成,它们的化学性质都不活泼,一般不与任在大多数物质中具有很强烈扩散性的惰性气体何元素化合。氦有大气氦、壳源氦和幔源氦3种来致它同水、石油天然气、大气一起参与远距离迁移源。He和He具有不同的成因:He主要为元素合和积累过程。气藏中的氦必然会向地表作垂向运成时形成的原始核素由氚的β蜕变生成,主要来移,气藏源中较高浓度的氦含量就是氦进行垂向运源于地幔:He则主要为放射性元素铀钍a衰变的移的物质基础浓度差和压力差是运移的主要动力产物,主要来源于地壳。氚在土壤气及铀钍矿石中和最重要的基础控制因素,它决定着地表氦地化信含量极低,所以He在地球大气中含量极少,因此我息的强度和可利用性。油气藏盖层的封堵性决定着们通常所测到的氦都是He氦垂向运移路线和运移方式的选择,继而决定了其HeHe成因的差异成为不同来源氮的判识标运移量和地表异常的分布位置。在气藏上方,当盖志。通常以R=v(He)/(He)来表示氦的来源层封堵性很好时,氦也像烃类一样,主要以滲滤方式R值为14×106、2x10和1.1×10-3时,分别表从油气藏的边部裂隙向上运移在地表表现为环带示大气来源同位素特征值壳源同位素特征值和幔异常分布于油气藏周边;当盖层封堵性较差时氮则源同位素特征值。也常用样品氮(R)和大气氦(以渗滤扩散微泡等多种方式直接从油气藏上方垂R)的同位素比值来表示气样的氦同位素特征,向运即/R.=(m/m%m)/(1.4×10-°),当R/R.<表氮什H中国煤化工异常。可见地CNMHG示意义。收稿日期:2007-10-112期李广之等:氦气的天然气地质意义155雅克拉凝析气田位于沙雅隆起的雅克拉断凸带断裂带为幔源物质向地球壳层运移提供了通道,直上,它主要受控于背斜构造,是由多类型气藏组成的接导致沿郯庐断裂带天然气中氦具高R/R。值。该气田。目前该区共完成6口探井(沙参2井、沙15区沉积了以第三系为主的源岩地热流值高,而有机井、沙4井、沙5井、沙6和沙7井,均获工业气流质演化快,成油门限浅,天然气以油中溶解气为主),发现了下白垩统、下侏罗统和古生界3个不同类且多为断块油气藏,规模小而复杂,在海域高的地温型的气藏,及多层油气显示。图1为雅克拉凝析气场为第三纪煤系形成大型煤型气田提供了有力的热田上方的土壤He气(He和He的总含量,以He源因素,目前,已在我国东海南海发现此种类型的为主)异常图,He异常下限为3.14×103,异常大中型气田61。呈明显的环状分布,环内面积92km2,平均含量为天然气中氦的R低值区(R/R。<0.1)主要集中1,26×10-3,低于测区的平均值6口探井均位于环在中部。该区构造环境稳定,地温场很低,对于中新状异常内,与雅克拉构造基本吻合。凝析气藏边部代气田的形成不是有利因素,但为古生代沉积有机的气水过渡带是氦垂向微渗漏的较强部位,位于构质形成和保存天然气提供了有利因素,大地构造的造高部位的沙参2井和沙15井处于环状异常的低稳定背景也有利于古生代气田的保存,我国以古生值区,即垂向微渗漏的较弱部位。界为主的大气区、大气田,如四川气区和鄂尔多斯靖边大气田均分布在此区。西部为R较高区(0.11的5km气样点群多数沿断裂带分布。例如,郯庐断裂带是深达地幔的超壳断裂带,为幔源物质向地球壳层运图1雅克拉地区土壤He气异常移提供了通道,导致了RRn>1的气样点群多数是沿断裂带分布;又如,翟庄子气田位于黄骅拗陷3R/R的地质意义港西潜山南坡,受港西断裂控制R/R。值沿港西断3.1示油气构造环境意义裂向两侧渐低,且R/R。>2.5的值集中在2条断裂当天然气样品的R/R。<1时,表示为壳源,没有幔源氦加入,断裂带较少或断裂没有深达地幔,构造环境活动性相对稳定;当天然气样品的R/R。>1时,表示为幔源,有断裂带且断裂深达地幔,构造环境活动性强。同时, Manyrin等3认为R值与大地热流值之间存在正相关关系,并提出二者之间的换算式,可见,R值大(R/R值也大)也就意味着幔源提供的热能增大。地温和构造的稳定性是油气形成的重要因素,在一定条件下,就可用R/R的分布特征来判别油气的构造环境。我国R/R。值分布呈东部高、西部较高而中部中国煤化工2如m低的特征。东部R高值区(RR>1)的气样点群CNMH基本沿华夏裂谷系东侧的郯庐大断裂带展布,该断诅线;一断裂;5一取怦开;一幔源CO2区;5一气区裂带以4-5条主干断裂为骨架,深达地幔的超壳图2港西断裂与R/R关系物探与化探33卷带的交汇处(图2),说明港西断裂是气源断层,为幔机成因CO2的气源。特别是RR。>2的地带为源成因气的上移通道。反之,可根据R/R。>1的无机成因CO2的有利发育带2。同理,也可用R值的分布情况推断断裂带的相关信息。Rn>1作为辅助指标来判别烷烃气的无机成因。3.3旁证CO2气藏的成因戴金星等认为当与CO2半生的氦同位素B4结论R>1时说明该部分CO2为地幔成因;孙明良认氦气具有丰富的天然气地质意义:地表氦气浓为无机成因CO2气藏的分布与氮的R/R值高梯度度异常有一定油气指示意义;氦气的同位素分布特异常带明显相关。我国东部发现的无机成因CO2征(R/R)值还具有指示油气构造环境、指示断裂带气田(藏),与其伴生的氮同位素特征是R/R>25,及旁证CO2气藏成因的地质意义。这说明有来自幔源的He加入(表1),同时旁证了无表1我国无机成因CO2气藏中的R/R值参考文献气田或气藏[1]徐永吕.天然气中氮同位素分布及构造环境[冂]地学前缘,万金塔2]戴金星,石昕,卫延召.无机成因油气论和无机成因的气田(藏)概略[].石油学报,2001,(6)图庄子3.62[3]孙明良氮同位素在天然气地质学上的作用[]天然气地球滨466科学,1994,(5)平方王[4]徐水料沈平陶明信等幔源氮的工业储集和郯庐大断裂带平143[].科学通报,1994,气田或'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.中国含油气盆地天然气中氮同位素黄分们J]科学通报,1990,(12)[7]李先奇戴金星.中国东部二氧化碳气田(藏)地化特征及成因丁庄垛苏203分析[J石油实验地质,1997,(3)水深9水深9[8]戴金星,戴春森宋岩等中国东部无机成因的CO2气藏及其特征[J〕.中国海上油气,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作者简介:李广之(1970-),男,1994年毕业于安徽大学化学系,获学士YH中国煤化工贡实验分析工作。CNMHG