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)營管理有限公司合肥培訓(xùn)測試中心,安徽合肥23002)摘要:氦氣具有的不易液化、穩(wěn)定性好、擴散性強等特點,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種來源。He主要來源于地幔;He主要來源于地殼通常以RR來表示氮的來源。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(gòu)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(gòu)造環(huán)境;斷裂帶;CO2氣藏成因中圖分類號:P63I文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1000-8918(2009)02-0154-03氦氣是油氣的伴生物,與油氣的生成沒有直接1時,表示為殼源;R/R。>1時,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(yīng)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(gòu)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(shù)氣田氣的氦含量都1氦的性質(zhì)與來源在1%以下。徐永昌等(1990)提出氦含量大于01%即具有工業(yè)價值“。目前世界氦生產(chǎn)量的氦在通常情況下為無色、無味的氣體;25個大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為-2722℃,沸點-268.9℃;密度中U、Th礦物衰變的子體,在油氣藏形成過程中從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(nèi)積累起來的,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(wěn)定的的擴散系數(shù)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(shù)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程。氣藏中的氦必然會向地表作垂向運成時形成的原始核素由氚的β蛻變生成,主要來移,氣藏源中較高濃度的氦含量就是氦進行垂向運源于地幔:He則主要為放射性元素鈾釷a衰變的移的物質(zhì)基礎(chǔ)濃度差和壓力差是運移的主要動力產(chǎn)物,主要來源于地殼。氚在土壤氣及鈾釷礦石中和最重要的基礎(chǔ)控制因素,它決定著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們通常所測到的氦都是He氦垂向運移路線和運移方式的選擇,繼而決定了其HeHe成因的差異成為不同來源氮的判識標(biāo)運移量和地表異常的分布位置。在氣藏上方,當(dāng)蓋志。通常以R=v(He)/(He)來表示氦的來源層封堵性很好時,氦也像烴類一樣,主要以滲濾方式R值為14×106、2x10和1.1×10-3時,分別表從油氣藏的邊部裂隙向上運移在地表表現(xiàn)為環(huán)帶示大氣來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(dāng)蓋層封堵性較差時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)的同位素比值來表示氣樣的氦同位素特征,向運即/R.=(m/m%m)/(1.4×10-°),當(dāng)R/R.<表氮什H中國煤化工異常。可見地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(gòu)造,是由多類型氣藏組成的接導(dǎo)致沿郯廬斷裂帶天然氣中氦具高R/R。值。該氣田。目前該區(qū)共完成6口探井(沙參2井、沙15區(qū)沉積了以第三系為主的源巖地?zé)崃髦蹈?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,成油門限淺,天然氣以油中溶解氣為主),發(fā)現(xiàn)了下白堊統(tǒng)、下侏羅統(tǒng)和古生界3個不同類且多為斷塊油氣藏,規(guī)模小而復(fù)雜,在海域高的地溫型的氣藏,及多層油氣顯示。圖1為雅克拉凝析氣場為第三紀(jì)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(xiàn)此種類型的為主)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(nèi)面積92km2,平均含量為天然氣中氦的R低值區(qū)(R/R。<0.1)主要集中1,26×10-3,低于測區(qū)的平均值6口探井均位于環(huán)在中部。該區(qū)構(gòu)造環(huán)境穩(wěn)定,地溫場很低,對于中新狀異常內(nèi),與雅克拉構(gòu)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渡帶是氦垂向微滲漏的較強部位,位于構(gòu)質(zhì)形成和保存天然氣提供了有利因素,大地構(gòu)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(wěn)定背景也有利于古生代氣田的保存,我國以古生值區(qū),即垂向微滲漏的較弱部位。界為主的大氣區(qū)、大氣田,如四川氣區(qū)和鄂爾多斯靖邊大氣田均分布在此區(qū)。西部為R較高區(qū)(0.11的5km氣樣點群多數(shù)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(qū)土壤He氣異常移提供了通道,導(dǎo)致了RRn>1的氣樣點群多數(shù)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(gòu)造環(huán)境意義裂向兩側(cè)漸低,且R/R。>2.5的值集中在2條斷裂當(dāng)天然氣樣品的R/R。<1時,表示為殼源,沒有幔源氦加入,斷裂帶較少或斷裂沒有深達地幔,構(gòu)造環(huán)境活動性相對穩(wěn)定;當(dāng)天然氣樣品的R/R。>1時,表示為幔源,有斷裂帶且斷裂深達地幔,構(gòu)造環(huán)境活動性強。同時, Manyrin等3認(rèn)為R值與大地?zé)崃髦抵g存在正相關(guān)關(guān)系,并提出二者之間的換算式,可見,R值大(R/R值也大)也就意味著幔源提供的熱能增大。地溫和構(gòu)造的穩(wěn)定性是油氣形成的重要因素,在一定條件下,就可用R/R的分布特征來判別油氣的構(gòu)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(qū)(RR>1)的氣樣點群CNMH基本沿華夏裂谷系東側(cè)的郯廬大斷裂帶展布,該斷詛線;一斷裂;5一取怦開;一幔源CO2區(qū);5一氣區(qū)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(jù)R/R。>1的無機成因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(biāo)來判別烷烴氣的無機成因。3.3旁證CO2氣藏的成因戴金星等認(rèn)為當(dāng)與CO2半生的氦同位素B4結(jié)論R>1時說明該部分CO2為地幔成因;孫明良認(rèn)氦氣具有豐富的天然氣地質(zhì)意義:地表氦氣濃為無機成因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(xiàn)的無機成因CO2征(R/R)值還具有指示油氣構(gòu)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。這說明有來自幔源的He加入(表1),同時旁證了無表1我國無機成因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(gòu)造環(huán)境[冂]地學(xué)前緣,萬金塔2]戴金星,石昕,衛(wèi)延召.無機成因油氣論和無機成因的氣田(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中國煤化工貢實驗分析工作。CNMHG