四川盆地大探1井富氦天然气勘探突破及成藏主控因素

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.10.17

地学前缘 ›› 2025, Vol. 32 ›› Issue (5): 258-277.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.10.17

四川盆地大探1井富氦天然气勘探突破及成藏主控因素

刘祥柏¹(), 陶士振¹^,^*(), 杨岱林², 谢武仁¹, 赵容容³, 田兴旺², 王云龙⁴, 高建荣¹, 柳庄小雪¹, 李超正¹, 宋泽章⁵, 陈燕燕¹, 杨怡青¹, 陈悦¹

1.中国石油勘探开发研究院, 北京 100083
2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院, 四川成都 610041
3.中国石油西南油气田公司勘探事业部, 四川成都 610041
4.中国石油西南油气田公司, 四川成都 610051
5.中国石油大学(北京)地球科学学院, 北京 102249

收稿日期:2024-04-12 修回日期:2024-09-18 出版日期:2025-09-25 发布日期:2025-10-14
通信作者: 陶士振
作者简介:刘祥柏(1991—),男,博士后,主要从事氦气地质、石油地质和油气成藏综合研究。E-mail: xiangbai_liu@163.com
基金资助:
中国石油天然气集团有限公司关键核心技术项目(2021ZG13)

Breakthrough in exploration of helium rich natural gas in Well Datan 1 of Sichuan Basin and main control factors for reservoir formation

LIU Xiangbai¹(), TAO Shizhen¹^,^*(), YANG Dailin², XIE Wuren¹, ZHAO Rongrong³, TIAN Xingwang², WANG Yunlong⁴, GAO Jianrong¹, LIU Zhuangxiaoxue¹, LI Chaozheng¹, SONG Zezhang⁵, CHEN Yanyan¹, YANG Yiqing¹, CHEN Yue¹

1. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing 100083, China
2. Exploration and Development Research Institute, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu 610041, China
3. Exploration Division, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu 610041, China
4. PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu 610051, China
5. College of Geosciences, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China

Received:2024-04-12 Revised:2024-09-18 Online:2025-09-25 Published:2025-10-14
Contact: TAO Shizhen

摘要/Abstract

摘要：

近期,四川盆地大探1井在震旦系灯影组二段(灯二段)、灯影组四段(灯四段)分别测试获天然气42×10⁴ m³/d、81×10⁴ m³/d,在对天然气组分氦气含量的检测中发现,灯二段、灯四段天然气氦气含量均达到0.1%的富氦天然气级别。为了探究大探1井富氦天然气的油气成藏地质条件及氦气富集机理,通过对大探1井天然气地球化学特征的研究,明确了天然气的成因、氦气的成因及来源。通过对大探1井区基底构造条件的综合分析,探讨了氦气富集的主控因素,深化了氦气富集机理认识,有助于指导下一步寻找富氦天然气。研究结果表明:大探1井天然气烃类组分特征与威远气田、资阳气田、安岳气田相似,以CH₄为主,非烃气体主要为CO₂和N₂,大探1井和威远气田氦气含量较高,达到了富氦天然气的标准;安岳气田总体氦气含量较低,属于贫-含氦气藏;资阳气田部分井氦气含量较高,可以达到富氦天然气的标准。大探1井和威远气田灯影组气藏氦气主要是壳源放射性成因的,大探1井底部和威远地区底部广泛发育的花岗岩基底是大探1井和威远气田灯影组气藏氦气的主力氦源。通源断裂的广泛发育为基底氦气的释放和运移提供了路径,为大探1井富氦天然气藏的形成提供了有效的运移通道,良好的保存条件是大探1井富氦天然气形成的重要因素之一。在正向构造单元寻找构造作用改造过的有效的圈闭,在负向构造单元寻找烃源岩和富含放射性元素的各类岩石,尤其是广泛发育的古老基底花岗岩,建立圈闭—断层—烃源、氦源的有效配置,是寻找富氦气藏的新的勘探思路。

关键词: 氦气, 大探1井, 灯影组, 四川盆地

Abstract:

Recently, the second and fourth members (Deng 2 Member and Deng 4 Member) of the Sinian Dengying Formation in Well Datan 1, Sichuan Basin, obtained natural gas at rates of 42×10⁴ m³/d and 81×10⁴ m³/d, respectively. Helium content in both members reached 0.1%, meeting the criterion for helium-rich natural gas. To investigate geological conditions of hydrocarbon accumulation and helium enrichment mechanisms, we researched the geochemical characterization of natural gas in Well Datan 1, clarifying its genesis and helium source. Comprehensive analysis of basement tectonic conditions explored main controlling factors of helium enrichment, deepening the understanding for future exploration. Results show hydrocarbon composition characteristics are similar to those of the Weiyuan, Ziyang, and Anyue gas fields. The dominant hydrocarbon is CH₄, and main non-hydrocarbon components are CO₂ and N₂. Helium content is higher in Well Datan 1 and the Weiyuan Gas Field, lower in the Anyue Gas Field, and variable (locally high) in the Ziyang Gas Field. Helium in Well Datan 1 and Dengying Formation reservoirs of the Weiyuan Gas Field is primarily of crustal, radiogenic origin. The widely developed granite basement beneath Well Datan 1 and Weiyuan Gas Field is its main source. Extensively developed through-source fractures provide migration pathways for basement-derived helium, enabling helium enrichment in Well Datan 1. Good preservation conditions are also critical. We propose a new exploration concept: targeting helium-rich reservoirs by identifying tectonically modified traps in positive tectonic units, combined with hydrocarbon source rocks and radioactive-element-rich rocks (e.g., ancient basement granites) in negative tectonic units. Establishing effective trap-fault-source configurations is essential.

Key words: helium, Well Datan 1, Dengying Formation, Sichuan Basin

中图分类号:

TE122.2

刘祥柏, 陶士振, 杨岱林, 谢武仁, 赵容容, 田兴旺, 王云龙, 高建荣, 柳庄小雪, 李超正, 宋泽章, 陈燕燕, 杨怡青, 陈悦. 四川盆地大探1井富氦天然气勘探突破及成藏主控因素[J]. 地学前缘, 2025, 32(5): 258-277.

LIU Xiangbai, TAO Shizhen, YANG Dailin, XIE Wuren, ZHAO Rongrong, TIAN Xingwang, WANG Yunlong, GAO Jianrong, LIU Zhuangxiaoxue, LI Chaozheng, SONG Zezhang, CHEN Yanyan, YANG Yiqing, CHEN Yue. Breakthrough in exploration of helium rich natural gas in Well Datan 1 of Sichuan Basin and main control factors for reservoir formation[J]. Earth Science Frontiers, 2025, 32(5): 258-277.

图/表 19

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样品信息	测试机构	组分含量/%							干燥系数
样品信息	测试机构	He	H₂	N₂	CO₂	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₁/(C_1-5)
灯四段样品1	机构1	0.100 0	0.000 0	2.050 0	5.750 0	92.060 0	0.040 0	0.000 0	0.999 6
灯四段样品2	机构2	0.126 9	—	2.321 4	4.464 4	92.924 9	0.053 2	0.004 0	0.999 4
灯四段样品3	机构3第1次测试	0.111 6	0.004 2	2.206 8	5.735 5	91.821 8	0.056 8	0.009 8	0.999 3
灯四段样品3	机构3第2次测试	0.115 1	0.004 2	2.215 3	5.745 2	91.799 1	0.057 0	0.009 8	0.999 3
灯四段样品4	机构3	0.110 8	—	2.841 8	5.544 8	91.192 6	0.057 1	0.009 7	0.999 3
灯二段样品1	机构3第1次测试	0.115 6	0.014 1	2.269 3	5.474 1	91.998 1	0.058 6	0.010 1	0.999 2
灯二段样品1	机构3第2次测试	0.116 6	0.014 8	2.252 6	5.491 2	92.003 4	0.058 2	0.009 9	0.999 2

样品信息	测试机构	组分含量/%							干燥系数
样品信息	测试机构	He	H₂	N₂	CO₂	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₁/(C_1-5)
灯四段样品1	机构1	0.100 0	0.000 0	2.050 0	5.750 0	92.060 0	0.040 0	0.000 0	0.999 6
灯四段样品2	机构2	0.126 9	—	2.321 4	4.464 4	92.924 9	0.053 2	0.004 0	0.999 4
灯四段样品3	机构3第1次测试	0.111 6	0.004 2	2.206 8	5.735 5	91.821 8	0.056 8	0.009 8	0.999 3
灯四段样品3	机构3第2次测试	0.115 1	0.004 2	2.215 3	5.745 2	91.799 1	0.057 0	0.009 8	0.999 3
灯四段样品4	机构3	0.110 8	—	2.841 8	5.544 8	91.192 6	0.057 1	0.009 7	0.999 3
灯二段样品1	机构3第1次测试	0.115 6	0.014 1	2.269 3	5.474 1	91.998 1	0.058 6	0.010 1	0.999 2
灯二段样品1	机构3第2次测试	0.116 6	0.014 8	2.252 6	5.491 2	92.003 4	0.058 2	0.009 9	0.999 2

气田	井号	层位	组分含量/%								干燥系数	数据来源
气田	井号	层位	He	N₂	H₂S	Ar	CO₂	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₁/(C_1-5)	数据来源
威远气田	威2	Z₂d	0.250	8.33	1.31	0.05	4.66	85.07	0.11	0.00	0.998 7	[29]
	威23	$\epsilon$₁-Z₂	0.262	8.14	1.25	0.02	4.75	85.44	0.15	0.00	0.998 2
	威27	Z₂d	0.218	7.81	1.20	0.02	4.70	85.85	0.17	0.00	0.998 0
	威28	Z₂d	0.248	/	/	/	/	88.30	/	/	/
	威30	Z₂d	0.342	7.55	0.95	0.05	4.40	86.57	0.14	0.00	0.998 4
	威39	Z₂d	0.273	7.08	1.22	0.07	4.53	86.74	0.12	0.00	0.998 6
	威46	Z₂d	0.252	8.11	1.17	0.05	4.66	85.66	0.11	0.00	0.998 7
	威63	Z₂d	0.220	7.89	1.051	0.042	5.63	85.16	0.07	0.00	0.999 2
	威100	Z₂d	0.298	6.47	1.18	0.05	5.07	86.80	0.13	0.00	0.998 5
	威106	Z₂d	0.315	6.26	1.32	0.04	4.82	86.54	0.07	0.00	0.999 2
	威34	Z₂d	0.280	6.00	1.18	0.036	5.78	88.14	0.11	0.00	0.998 8	[67]
	威39	Z₂d	0.270	8.86	1.03	0.053	4.73	84.91	0.10	0.00	0.998 8
	威70	Z₂d	0.360	8.53	1.00	0.052	4.03	85.95	0.09	0.00	0.999 0
	威112	Z₂d	0.230	6.76	/	/	4.07	88.81	/	/	/	[7]
	威46	Z₂d	0.240	9.11	/	/	5.19	84.75	/	/	/
	威118	$\epsilon$	0.200	6.63	/	/	0.36	90.93	/	/	/
	威36-1	$\epsilon$	0.190	6.43	/	/	3.91	89.27	/	/	/
	威71	$\epsilon$	0.220	6.81	/	/	3.10	89.75	/	/	/
	威201-H3	$\epsilon$₁q	0.140	1.54	/	/	0.96	97.02	/	/	/
	威42	O	0.190	6.52	/	/	3.97	89.25	/	/	/
资阳气田	资1	Z₂d	0.040	1.22	0.76	0.00	4.31	93.59	0.12	0.00	0.998 7	[30]
	资2	Z₂d	0.090	4.17	0.00	0.04	3.49	88.23	0.17	0.01	0.998 0
	资3	Z₂d	0.009	0.97	0.83	0.03	5.66	92.20	0.35	0.01	0.996 1
	资5	Z₂d	0.323	11.88	0.00	0.08	0.01	87.57	0.09	0.00	0.999 0
	资6	Z₂d	0.201	9.67	1.37	0.00	6.59	82.05	0.03	0.00	0.999 6
	资7	Z₂d	0.032	1.10	0.91	0.01	3.49	94.22	0.26	0.00	0.997 2

气田	井号	层位	组分含量/%								干燥系数	数据来源
气田	井号	层位	He	N₂	H₂S	Ar	CO₂	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₁/(C_1-5)	数据来源
威远气田	威2	Z₂d	0.250	8.33	1.31	0.05	4.66	85.07	0.11	0.00	0.998 7	[29]
	威23	$\epsilon$₁-Z₂	0.262	8.14	1.25	0.02	4.75	85.44	0.15	0.00	0.998 2
	威27	Z₂d	0.218	7.81	1.20	0.02	4.70	85.85	0.17	0.00	0.998 0
	威28	Z₂d	0.248	/	/	/	/	88.30	/	/	/
	威30	Z₂d	0.342	7.55	0.95	0.05	4.40	86.57	0.14	0.00	0.998 4
	威39	Z₂d	0.273	7.08	1.22	0.07	4.53	86.74	0.12	0.00	0.998 6
	威46	Z₂d	0.252	8.11	1.17	0.05	4.66	85.66	0.11	0.00	0.998 7
	威63	Z₂d	0.220	7.89	1.051	0.042	5.63	85.16	0.07	0.00	0.999 2
	威100	Z₂d	0.298	6.47	1.18	0.05	5.07	86.80	0.13	0.00	0.998 5
	威106	Z₂d	0.315	6.26	1.32	0.04	4.82	86.54	0.07	0.00	0.999 2
	威34	Z₂d	0.280	6.00	1.18	0.036	5.78	88.14	0.11	0.00	0.998 8	[67]
	威39	Z₂d	0.270	8.86	1.03	0.053	4.73	84.91	0.10	0.00	0.998 8
	威70	Z₂d	0.360	8.53	1.00	0.052	4.03	85.95	0.09	0.00	0.999 0
	威112	Z₂d	0.230	6.76	/	/	4.07	88.81	/	/	/	[7]
	威46	Z₂d	0.240	9.11	/	/	5.19	84.75	/	/	/
	威118	$\epsilon$	0.200	6.63	/	/	0.36	90.93	/	/	/
	威36-1	$\epsilon$	0.190	6.43	/	/	3.91	89.27	/	/	/
	威71	$\epsilon$	0.220	6.81	/	/	3.10	89.75	/	/	/
	威201-H3	$\epsilon$₁q	0.140	1.54	/	/	0.96	97.02	/	/	/
	威42	O	0.190	6.52	/	/	3.97	89.25	/	/	/
资阳气田	资1	Z₂d	0.040	1.22	0.76	0.00	4.31	93.59	0.12	0.00	0.998 7	[30]
	资2	Z₂d	0.090	4.17	0.00	0.04	3.49	88.23	0.17	0.01	0.998 0
	资3	Z₂d	0.009	0.97	0.83	0.03	5.66	92.20	0.35	0.01	0.996 1
	资5	Z₂d	0.323	11.88	0.00	0.08	0.01	87.57	0.09	0.00	0.999 0
	资6	Z₂d	0.201	9.67	1.37	0.00	6.59	82.05	0.03	0.00	0.999 6
	资7	Z₂d	0.032	1.10	0.91	0.01	3.49	94.22	0.26	0.00	0.997 2

井名	地层	组分含量/%					ρ/(g·m^-3)	同位素组成/‰			资料来源
井名	地层	CH₄	C₂H₆	N₂	CO₂	He	H₂S	δ¹³C₁	δ¹³C₂	δD_CH4	资料来源
高石1	灯四段上段	91.22	0.04	1.36	6.35	0.03	15.90	-32.3	-28.1	-137	[52]
高石1	灯四段下段	90.11	0.04	0.44	8.36	0.02	14.53	-32.7	-28.4	-135
高石1	灯二段	82.65	0.04	2.12	14.19	0.04	14.70	-32.3	-27.8	-137
高石2	灯四段上段	92.14	0.04	0.7	6.42	0.02	16.43	-33.1	-27.6	-139
高石3	灯四段	90.19	0.04	0.73	8.3	0.06	22.73	-33.1	-28.1	-138
高石3	灯二段	86.62	0.03	4.56	7.05	0.11	35.13	-32.6	-28.0	-149
高石6	灯四段上段	90.12	0.04	0.81	8.36	0.02	14.91	-33.0	-27.8	-139
高石6	灯四段下段	90.29	0.04	0.8	8.38	0.02	13.07	-32.9	-28.6	-139
高石6	灯二段—灯四段	94.61	0.04	0.93	4.14	0.02	13.53	-32.8	-29.1	-140
高石8	灯四段上段	92.49	0.03	0.92	5.85	0.02	8.83	-32.8	-27.7	-144	[68]
高石8	灯四段下段	91.49	0.04	0.73	6.75	0.02	12.97	-33.2	-28.8	-136
高石9	灯四段上段	89.63	0.03	0.67	8.09	0.02	12.63	-33.5	-28.1	-142
高石9	灯四段下段	91.71	0.03	0.63	6.55	0.03	11.84	-33.5	-27.7	-136
高石9	灯二段	91.21	0.03	1.72	6.41	0.04	12.26	-33.6	-27.3	-146
高石10	灯四段	90.04	0.03	0.81	8.15	0.02	15.92	-33.4	-28.2	-144
高石10	灯二段	91.37	0.03	0.67	6.88	0.01	15.12	-33.4	-27.6	-142
磨溪8	灯四段	91.40	0.04	1.65	5.87	0.05	14.93	-32.8	-28.3	-147	[52]
磨溪8	灯二段	91.42	0.04	2.46	6.01	0.05	15.25	-32.3	-27.5	-147
磨溪9	灯二段	91.82	0.05	0.96	4.24	0.02	45.70	-33.5	-28.8	-141
磨溪10	灯二段	93.13	0.05	0.86	4.64	0.02	34.30	-33.9	-27.8	-139
磨溪11	灯四段上段	92.75	0.05	0.88	4.49	0.02	30.30	-33.9	-27.6	-138
磨溪11	灯二段	89.87	0.03	2.32	7.32	0.05	13.53	-32.0	-26.8	-150
磨溪12	灯四段	92.76	0.04	0.66	5.77	0.02	23.34	-33.1	-29.3	-137	[68]
磨溪13	灯四段	90.47	0.04	1.00	7.52	0.03	13.07	-32.9	-29.5	-141
磨溪17	灯四段	92.45	0.03	1.09	5.42	0.03	14.37	-33.5	-28.9	-142
磨溪17	灯二段	89.88	0.04	2.21	6.85	0.05	27.02	-33.3	-27.5	-146

四川盆地大探1井富氦天然气勘探突破及成藏主控因素

Breakthrough in exploration of helium rich natural gas in Well Datan 1 of Sichuan Basin and main control factors for reservoir formation

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样品信息	测试机构	δ¹³C_VPDB/‰	δD_VSMOW/‰	δ¹⁵N_VAir/‰	³He/⁴He值/10^-8	R/Ra	⁴⁰Ar/³⁶Ar
灯四段样品2	机构2	-33.60	-143.2	-1.2	—	—	—
灯四段样品4	机构3	-34.25	-188.3	-0.98	4.8	0.034	—
灯四段样品3	机构3	-34.30	-175.4	-0.86	4.3	0.031	4 354
灯二段样品1	机构3	-34.49	-183.2	-0.46	4.6	0.033	4 185

井名	层位	δ¹³C_VPDB/‰	δ¹³C₂/‰	³He/⁴He值/10^-8	R/Ra	⁴⁰Ar/³⁶Ar	数据来源
威2	Z₂d	-32.54	-30.95	2.90	0.021	9 255	[29]
威5	P	-34.27	-37.20	3.03	0.022	2 855
威27	Z₂d	-31.96	-31.19	/	/	/
威28	Z₂d	-32.53	-31.61	/	/	/
威30	Z₂d	-32.73	-32.00	/	/	/
威39	Z₂d	-32.42	-33.91	/	/	/
威63	Z₂d	-32.84	/	/	/	/
威100	Z₂d	-32.52	-31.71	/	/	/
威106	Z₂d	-32.54	-31.40	/	/	/
威46	Z₂d	-32.80	-34.80				[52]
威65	$\epsilon$	-32.40	/	/	/	/	[67]
威42	$\epsilon$	-32.60	/	/	/	/
威5	$\epsilon$	-32.50	/	/	/	/
威水2	$\epsilon$	-32.30	/	/	/	/
威42	O	/	/	2.5	0.018	/	[7]
威118	$\epsilon$	/	/	2.6	0.019	/
威36-1	$\epsilon$	/	/	2.6	0.019	/
威112	Z₂d	/	/	3.9	0.028	/
威71	$\epsilon$	/	/	/2.7	0.019	/
威46	Z₂d	/	/	/2.8	0.020	/
资1	Z₂d	-37.10	/	/	/	/	[29]
资3	Z₂d	-38.00	/	/	/	/
资6	Z₂d	-35.51	/	/	/	/

岩石类型	岩石铀、钍平均含量/10^-6
岩石类型	铀	钍
热页岩	50	12
页岩	3.7	12
花岗岩	3	13
灰岩	2.2	1.7
砂岩	0.45	1.7

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