壳源氦气成藏主控因素及资源评价方法研究

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.1.3

摘要/Abstract

摘要：

当前国内外尚无系统的氦气资源评价方法以及针对性的参数取值标准。通过天然气和氦气的成藏要素对比,明确了载体气和壳源氦气的异源同储、同源同储和同源异储3类共生关系,以及壳源氦气成藏的8个关键因素。构建了4类10种氦气资源分级分类评价方法,其中含量法包括5个亚类,统计法包括1个亚类,类比法包括3个亚类,成因法1个亚类,初步解决了氦气资源定量计算的难题。结果表明:高氦气含量的气藏一般为常压及低压气藏,氦气含量与氦源岩类型、铀钍含量和氦源岩规模3个参数呈正向关系,而与离主断裂距离、埋深和生烃强度3个参数呈负相关,适度的基底构造活动有利于氦气释放及富集。基于8类氦气成藏主控因素与氦气含量的定量关系,建立了氦气含量类比法。基于异源同储不同序的原理,构建了氦气资源规模序列法;基于放射性元素衰变释氦机理,建立了氦气成因法。氦气资源评价方法在国内外得到了较为广泛的应用,研究成果将为我国氦气储量规模发现提供了有效支撑。

关键词: 载体气, 共生关系, 氦气含量, 生氦法, 规模序列, 资源评价

Abstract:

Presently there is no systematic helium (He) resource evaluation method, nor evaluation parameter standard. This study, by comparing the accumulation controlling factors of natural gas and crustal helium, identifies eight key controlling factors of crustal helium accumulation and three co-occurrence styles between carrier-gas and helium, namely, different sources in one reservoir, same source in one reservoir, and same source in different reservoirs. For preliminary quantitative evaluation of helium resource, four classification and evaluation methods using ten different algorithms are established—with percentage method using five; statistical method, one; analogy method, three; and genetic method, one. Helium-rich gas reservoirs are generally characterized by normal to low pressure. The helium content is positively correlated with three parameters—source type, U/Th contents, and source rock volume, and negatively correlated with three parameters—distance from the main fault, burial depth, and hydrocarbon-generating intensity; while moderate basal tectonic activity is conducive to helium release and enrichment. Analogy method is established based on the quantitative relationships between the eight key factors and helium content. Scale sequence method is based on the principle that gases from different sources in one reservoir have different scale sequences. And genetic method is based on the radioactive decay model of helium release and accumulation. The evaluation methods are used widely both at home and abroad, and their application shall effectively contribute to the discovery of large-scale helium reserves in China.

Key words: carrier gas, co-occurrence relationships, helium content, genetic method, scale sequence, resource evaluation

中图分类号:

吴义平, 王青, 陶士振, 王建君, 李谦, 张宁宁, 吴晓智, 李浩武, 王晓波. 壳源氦气成藏主控因素及资源评价方法研究[J]. 地学前缘, 2024, 31(1): 340-350.

WU Yiping, WANG Qing, TAO Shizhen, WANG Jianjun, LI Qian, ZHANG Ningning, WU Xiaozhi, LI Haowu, WANG Xiaobo. Crustal helium: Accumulation controlling factors and resource evaluation methods[J]. Earth Science Frontiers, 2024, 31(1): 340-350.

图/表 15

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序号	成藏地质条件	天然气	壳源氦气
1	源岩	广源(黑色泥页岩、碳酸盐岩等, 富含TOC的多层系源岩)	多源供氦(花岗岩、火山岩、碳硅泥岩、砂岩等), 主源富氦(富含铀钍岩石)
2	供源性质	强源(幕式强烈扩散供给)	弱源(定量生氦气、稳定供给)
3	源岩体积	生烃强度与体积成正比	生氦强度与体积成正比
4	离主断裂距离	距离越近,有利于天然气聚集	在同一源岩条件下,距离越远,含量越低
5	构造抬升	构造活动适当有利于聚集	构造活动适当有利于聚集
6	生气强度	生气强度越大越好	生烃强度适当(离开生气强度中心); 与氮气等同源气体生气强度具有正相关性
7	压力系数	同等条件压力越高越有利于天然气富集	一般为常压或低压
8	埋藏深度	深层-超深层(3 500~10 000 m)	最好在中浅层(5 500 m以浅)
9	运移通道	断裂、不整合面、储层通道	载体气、流体及深大断裂等、不整合面等
10	富集位置	近源成藏	凸起带、构造发育带

序号	成藏地质条件	天然气	壳源氦气
1	源岩	广源(黑色泥页岩、碳酸盐岩等, 富含TOC的多层系源岩)	多源供氦(花岗岩、火山岩、碳硅泥岩、砂岩等), 主源富氦(富含铀钍岩石)
2	供源性质	强源(幕式强烈扩散供给)	弱源(定量生氦气、稳定供给)
3	源岩体积	生烃强度与体积成正比	生氦强度与体积成正比
4	离主断裂距离	距离越近,有利于天然气聚集	在同一源岩条件下,距离越远,含量越低
5	构造抬升	构造活动适当有利于聚集	构造活动适当有利于聚集
6	生气强度	生气强度越大越好	生烃强度适当(离开生气强度中心); 与氮气等同源气体生气强度具有正相关性
7	压力系数	同等条件压力越高越有利于天然气富集	一般为常压或低压
8	埋藏深度	深层-超深层(3 500~10 000 m)	最好在中浅层(5 500 m以浅)
9	运移通道	断裂、不整合面、储层通道	载体气、流体及深大断裂等、不整合面等
10	富集位置	近源成藏	凸起带、构造发育带

资源评价方法	算法	难点	关键参数	解决办法	应用范围
百分含量法	容积法、概率容积法、小面元法、圈闭加和法、地热流体容积法	氦气含量	氦气含量法、评价单元	评价单元采用平均氦气含量;细化评价单元;氦气含量概率	已知氦气含量的气藏和井区、水溶氦气
统计法	规模序列法^[25]	氦气含量及储量规模	氦气含量、相似系数、储量规模	统计氦气含量和储量规模	中高勘探程度探区
类比法	丰度类比法^[26]、含量类比法^[27]、最终可采储量EUR类比法	不同类型氦气藏关键成藏要素	氦源岩、埋深、离主断裂距离等8个影响因素	成藏条件解剖及类比分析	各类气藏及探区
成因法	生氦法^[28]	氦气源岩体积及运聚系数	氦源岩体积、相似系数、运聚系数	断裂最大延伸深度或氦气释放深度	远景区预测

资源评价方法	算法	难点	关键参数	解决办法	应用范围
百分含量法	容积法、概率容积法、小面元法、圈闭加和法、地热流体容积法	氦气含量	氦气含量法、评价单元	评价单元采用平均氦气含量;细化评价单元;氦气含量概率	已知氦气含量的气藏和井区、水溶氦气
统计法	规模序列法^[25]	氦气含量及储量规模	氦气含量、相似系数、储量规模	统计氦气含量和储量规模	中高勘探程度探区
类比法	丰度类比法^[26]、含量类比法^[27]、最终可采储量EUR类比法	不同类型氦气藏关键成藏要素	氦源岩、埋深、离主断裂距离等8个影响因素	成藏条件解剖及类比分析	各类气藏及探区
成因法	生氦法^[28]	氦气源岩体积及运聚系数	氦源岩体积、相似系数、运聚系数	断裂最大延伸深度或氦气释放深度	远景区预测

序号	关键参数	参数类型	单位	刻度区	类比区	相似系数	参数权重
1	氦源岩体积	数值	km³	46 340	5 000	0.9	0.15
2	氦源岩类型	文本	无量纲	花岗岩	花岗岩	0.7	0.1
3	铀含量	数值	%	0.3~25.1/平均3.8	2.6	0.8	0.15
4	钍含量	数值	%	1.4~30.6/平均10.3	8.5	0.8	0.15
5	盆地基底断裂密度	数值	条/km²	0.1	0.15	1.05	0.1
6	气藏压力系数	数值	无因次	1.3	1.2	0.8	0.2
7	断裂活动次数	数值	次	3	2.5	0.8	0.3
8	载体气与氦气关系	文本	无量纲	异源同储	异源同储
9	氦气平均含量	数值	%	0.071	未知
10	氦气资源面积丰度/体积	数值	10⁴m³/km²	7.43	6.17
11	氦气地质资源量	数值	10⁴m³	34 435	3 085
总体						0.83	1.0