[口头报告]四川盆地新场气田氦气贫化机理及资源潜力
四川盆地新场气田氦气贫化机理及资源潜力
编号：175
稿件编号：30 访问权限：仅限参会人
更新：2025-11-12 21:09:04 浏览：52次
口头报告
报告开始：2025年11月16日 14:40 （Asia/Shanghai）
报告时间：15min
所在会议：[s10] 会议专题10：氢、氦等非烃气体地球化学 » [s10-2] 会议专题10-2
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摘要
氦气(He)是一种具有特殊物理化学性质的稀有气体，在国防和高科技等产业中具有独特的作用而成为重要的战略性稀缺资源，从含氦天然气中提取氦是目前工业制氦的唯一途径（陈践发等，2021；刘全有，2024）。四川盆地是我国开展工业制氦最早的盆地，威远气田是最早进行氦气资源利用的天然气藏（Wang et al., 2020）。近年来国内先后在塔里木、鄂尔多斯等中西部盆地发现了和田河、东胜等富氦气藏，在川中地区金秋气田侏罗系沙溪庙组发现部分富氦天然气。近年来业内对沉积盆地氦气分布规律和富集机理开展了广泛深入研究（秦胜飞等，2022；李朋朋等，2024），但对中低丰度氦气藏中氦气的贫化机理及主控因素却关注较少。
从整体上看，我国天然气中氦丰度普遍较低，使得氦的对外依存度长期居高不下，氦气供应链的安全稳定面临“卡脖子”风险（陈践发等，2021；刘全有，2024）。以往认为只有He含量达到0.1%才具有商业开采价值。近年来卡塔尔从液化天然气的尾气中提取He，将He作为LNG的副产物，实现了在天然气中He含量低至0.04%时仍提氦仍具有商业价值，这就为中低丰度氦资源的利用提供了可能。但我国以往对氦气资源进行评价只关注了He含量达到0.1%的相对高丰度氦气资源，忽视了中低丰度氦气资源；“十四五”全国油气资源评价规范中对氦气的起评点为He含量达到0.01%，这就要求对以往忽略的中低丰度氦气资源进行重新评价。随着氦气价格的逐渐走高和提氦技术的持续进步，中低丰度氦气资源有望实现经济动用，加上氦气资源评价标准的变化，这就要求我们提前布局，对中低丰度氦气的资源潜力开展系统评价和重新认识。
新场气田是四川盆地川西坳陷发现的规模最大的气田，尽管以往对烷烃气开展了广泛的成因鉴别和气源对比研究，但在稀有气体方面则研究较为薄弱且存在争议。该气田侏罗系天然气主体表现为低氦特征，但对其贫化机理却未予以关注，且其他层位氦气丰度不明确，缺乏对不同层位天然气中He含量差异性分析；侏罗系天然气中的氦气为壳源放射性成因，有研究认为其来自基底岩石并通过地层水向浅层运移，但该区不发育断穿基底的断裂，不具备基底氦规模性向浅层运移的条件；此外，以往未对新场气田开展氦气资源评价，其氦气资源潜力不明。因此，有必要在对新场气田氦气成因和来源进行分析的基础上，结合与四川盆地典型富氦气田特征对比，探讨氦气贫化机理，并评价中低丰度氦气的资源潜力，为寻找氦气富集区时规避不利因素和全面准确的认识四川盆地氦气资源前景提供科学依据。
研究表明，新场气田不同层位天然气中He含量介于0.0077%~0.040%，平均为0.015%，以低氦为主、少量为中氦和贫氦特征；3He/4He比值介于1.39×10-8~6.95×10-8，R/Ra比值介于0.010~0.050，为典型壳源成因。不同层位天然气R/Ra比值均较低，与层位新老及He含量没有明显相关性。新场气田天然气40Ar/36Ar比值介于245~938，平均为463，绝大多数样品40Ar/36Ar比值大于空气的值（295.5）；在3He/4He与40Ar/36Ar相关图上均表现出典型壳源成因特征，与受幔源氦混入的天然气特征明显不同。新场气田不同层位天然气4He/20Ne比值介于1618~13800，平均为5747，在R/Ra与4He/20Ne相关图上显示出幔源He的混入比例均不足1%。新场气田天然气在CH4/3He和CO2/3He与R/Ra相关图上与威远气田天然气较为一致，整体表现出靠近地壳端元分布的特征，与美国Panhandle-Hugoton气田及我国东部渤海湾盆地黄骅坳陷、松辽盆地庆深气田等受幔源氦影响的天然气具有明显差异。根据壳幔两端元混合模型计算所得新场气田天然气中幔源He的贡献比例介于0~0.496%。因此，新场气田不同层位天然气中的He均为典型壳源成因。
新场气田He含量与N2含量和地层水矿化度分别呈正相关和负相关。氦气贫化主要受控于深大断裂不发育使得氦气主要来自自身而非基底岩石、烃源岩生气强度和天然气充注强度相对较高、白垩纪末以来地层抬升幅度和脱溶程度相对较低。新场构造带断裂体系表现出明显的分层特征，以中下三叠统膏盐层为界，上部构造层发育的断裂主要沟通须家河组和侏罗系，而下部构造层隐伏断裂则主要沟通二叠系及以下地层。因此，新场气田基底岩石生成的氦不具备直接向上发生大规模运移的条件。川西地区中上三叠统和侏罗系中U、Th元素含量显著低于基底花岗岩，地层厚度和岩石体积与基底相比也明显规模较小，同时其地层年龄（247~145Ma）也远远小于基底花岗岩的年龄（~794Ma），表明岩石中U、Th衰变的时间即生He的时间也明显更短。因此，新场气田天然气中的氦气主要来自自身沉积层中U、Th的放射性衰变。
新场气田不同层位天然气中He含量与地层水矿化度之间表现出负相关性，地层水矿化度超过60 g/L的井其天然气中He含量均未超过0.01%，反映了较高矿化度地层水中能够溶解和释放的He相对较为有限。受抬升幅度明显偏小影响，新场气田地层水中He溶解度下降幅度及相应的脱溶释放出的He量明显低于金秋气田，这也是现今气藏中He含量整体偏低的重要原因之一。
新场气田氦气探明储量为25.45×106 m3，达到了中型氦气田规模。新场气田天然气中He含量明显低于威远和金秋气田天然气，除了与天然气充注强度相对较高有关外，喜山期地层抬升幅度相对较小、脱溶作用相对较弱也是重要原因之一。四川盆地寻找高-富氦天然气资源建议重点关注基底断裂发育、烃源岩生气强度适中和成藏后抬升幅度相对较高的地区。
基金项目：国家自然科学基金（U2244209，42172149）。
参考文献：
陈践发, 刘凯旋, 董勍伟, 等. 天然气中氦资源研究现状及我国氦资源前景[J]. 天然气地球科学, 2021, 32(10): 1436-1449.
秦胜飞, 李济远, 王佳美, 等. 中国含油气盆地富氦天然气藏氦气富集模式[J]. 天然气工业, 2022, 42(7): 125-134.
刘全有. 天然气中氦气资源富集机理与分布[M]. 北京: 科学出版社, 2025: 1-170.
李朋朋, 刘全有, 朱东亚, 等. 含油气盆地氦气分布特征与成藏机制[J]. 中国科学：地球科学, 2024, 54(10): 3195-3218.
Wang Xiaofeng, Liu Wenhui, Li Xiaobin, et al. Radiogenic helium concentration and isotope variations in crustal gas pools from Sichuan Basin, China[J]. Applied Geochemistry, 2020, 117: 104586.
作者简介：吴小奇，1982年10月生，男，江苏盐城人，高级工程师，主要从事油气成藏地球化学研究，中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏省无锡市滨湖区蠡湖大道2060号，214126，0510-68787229，xqwu@163.com。
从整体上看，我国天然气中氦丰度普遍较低，使得氦的对外依存度长期居高不下，氦气供应链的安全稳定面临“卡脖子”风险（陈践发等，2021；刘全有，2024）。以往认为只有He含量达到0.1%才具有商业开采价值。近年来卡塔尔从液化天然气的尾气中提取He，将He作为LNG的副产物，实现了在天然气中He含量低至0.04%时仍提氦仍具有商业价值，这就为中低丰度氦资源的利用提供了可能。但我国以往对氦气资源进行评价只关注了He含量达到0.1%的相对高丰度氦气资源，忽视了中低丰度氦气资源；“十四五”全国油气资源评价规范中对氦气的起评点为He含量达到0.01%，这就要求对以往忽略的中低丰度氦气资源进行重新评价。随着氦气价格的逐渐走高和提氦技术的持续进步，中低丰度氦气资源有望实现经济动用，加上氦气资源评价标准的变化，这就要求我们提前布局，对中低丰度氦气的资源潜力开展系统评价和重新认识。
新场气田是四川盆地川西坳陷发现的规模最大的气田，尽管以往对烷烃气开展了广泛的成因鉴别和气源对比研究，但在稀有气体方面则研究较为薄弱且存在争议。该气田侏罗系天然气主体表现为低氦特征，但对其贫化机理却未予以关注，且其他层位氦气丰度不明确，缺乏对不同层位天然气中He含量差异性分析；侏罗系天然气中的氦气为壳源放射性成因，有研究认为其来自基底岩石并通过地层水向浅层运移，但该区不发育断穿基底的断裂，不具备基底氦规模性向浅层运移的条件；此外，以往未对新场气田开展氦气资源评价，其氦气资源潜力不明。因此，有必要在对新场气田氦气成因和来源进行分析的基础上，结合与四川盆地典型富氦气田特征对比，探讨氦气贫化机理，并评价中低丰度氦气的资源潜力，为寻找氦气富集区时规避不利因素和全面准确的认识四川盆地氦气资源前景提供科学依据。
研究表明，新场气田不同层位天然气中He含量介于0.0077%~0.040%，平均为0.015%，以低氦为主、少量为中氦和贫氦特征；3He/4He比值介于1.39×10-8~6.95×10-8，R/Ra比值介于0.010~0.050，为典型壳源成因。不同层位天然气R/Ra比值均较低，与层位新老及He含量没有明显相关性。新场气田天然气40Ar/36Ar比值介于245~938，平均为463，绝大多数样品40Ar/36Ar比值大于空气的值（295.5）；在3He/4He与40Ar/36Ar相关图上均表现出典型壳源成因特征，与受幔源氦混入的天然气特征明显不同。新场气田不同层位天然气4He/20Ne比值介于1618~13800，平均为5747，在R/Ra与4He/20Ne相关图上显示出幔源He的混入比例均不足1%。新场气田天然气在CH4/3He和CO2/3He与R/Ra相关图上与威远气田天然气较为一致，整体表现出靠近地壳端元分布的特征，与美国Panhandle-Hugoton气田及我国东部渤海湾盆地黄骅坳陷、松辽盆地庆深气田等受幔源氦影响的天然气具有明显差异。根据壳幔两端元混合模型计算所得新场气田天然气中幔源He的贡献比例介于0~0.496%。因此，新场气田不同层位天然气中的He均为典型壳源成因。
新场气田He含量与N2含量和地层水矿化度分别呈正相关和负相关。氦气贫化主要受控于深大断裂不发育使得氦气主要来自自身而非基底岩石、烃源岩生气强度和天然气充注强度相对较高、白垩纪末以来地层抬升幅度和脱溶程度相对较低。新场构造带断裂体系表现出明显的分层特征，以中下三叠统膏盐层为界，上部构造层发育的断裂主要沟通须家河组和侏罗系，而下部构造层隐伏断裂则主要沟通二叠系及以下地层。因此，新场气田基底岩石生成的氦不具备直接向上发生大规模运移的条件。川西地区中上三叠统和侏罗系中U、Th元素含量显著低于基底花岗岩，地层厚度和岩石体积与基底相比也明显规模较小，同时其地层年龄（247~145Ma）也远远小于基底花岗岩的年龄（~794Ma），表明岩石中U、Th衰变的时间即生He的时间也明显更短。因此，新场气田天然气中的氦气主要来自自身沉积层中U、Th的放射性衰变。
新场气田不同层位天然气中He含量与地层水矿化度之间表现出负相关性，地层水矿化度超过60 g/L的井其天然气中He含量均未超过0.01%，反映了较高矿化度地层水中能够溶解和释放的He相对较为有限。受抬升幅度明显偏小影响，新场气田地层水中He溶解度下降幅度及相应的脱溶释放出的He量明显低于金秋气田，这也是现今气藏中He含量整体偏低的重要原因之一。
新场气田氦气探明储量为25.45×106 m3，达到了中型氦气田规模。新场气田天然气中He含量明显低于威远和金秋气田天然气，除了与天然气充注强度相对较高有关外，喜山期地层抬升幅度相对较小、脱溶作用相对较弱也是重要原因之一。四川盆地寻找高-富氦天然气资源建议重点关注基底断裂发育、烃源岩生气强度适中和成藏后抬升幅度相对较高的地区。
基金项目：国家自然科学基金（U2244209，42172149）。
参考文献：
陈践发, 刘凯旋, 董勍伟, 等. 天然气中氦资源研究现状及我国氦资源前景[J]. 天然气地球科学, 2021, 32(10): 1436-1449.
秦胜飞, 李济远, 王佳美, 等. 中国含油气盆地富氦天然气藏氦气富集模式[J]. 天然气工业, 2022, 42(7): 125-134.
刘全有. 天然气中氦气资源富集机理与分布[M]. 北京: 科学出版社, 2025: 1-170.
李朋朋, 刘全有, 朱东亚, 等. 含油气盆地氦气分布特征与成藏机制[J]. 中国科学：地球科学, 2024, 54(10): 3195-3218.
Wang Xiaofeng, Liu Wenhui, Li Xiaobin, et al. Radiogenic helium concentration and isotope variations in crustal gas pools from Sichuan Basin, China[J]. Applied Geochemistry, 2020, 117: 104586.
作者简介：吴小奇，1982年10月生，男，江苏盐城人，高级工程师，主要从事油气成藏地球化学研究，中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏省无锡市滨湖区蠡湖大道2060号，214126，0510-68787229，xqwu@163.com。
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新场气田，氦气成因，贫化机理，资源潜力
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