鄂尔多斯盆地含氦天然气地球化学特征与富集影响因素

doi:10.11743/ogg20240206

石油与天然气地质 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (2): 384-392.doi: 10.11743/ogg20240206

鄂尔多斯盆地含氦天然气地球化学特征与富集影响因素

刘成林¹^,²(), 丁振刚¹^,², 范立勇³, 康锐³, 洪思婕¹^,², 朱玉新⁴, 陈践发¹^,², 王海东¹^,², 许诺⁵

^1.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249
^2.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249
^3.中国石油长庆油气田公司勘探开发研究院，陕西西安 710018
^4.中国石油油气和新能源分公司，北京 100007
^5.中国石化石油勘探开发研究院，北京 102206

收稿日期:2023-11-06 修回日期:2024-03-14 出版日期:2024-04-30 发布日期:2024-04-30
第一作者简介:刘成林（1970—），男，博士、教授、博士生导师，油气成藏与资源评价。E‑mail： liucl@cup.edu.cn。
基金项目:
国家重点研发计划项目(2021YFA071900)

Geochemical characteristics and enrichment factors of helium-bearing natural gas in the Ordos Basin

Chenglin LIU¹^,²(), Zhengang DING¹^,², Liyong FAN³, Rui KANG³, Sijie HONG¹^,², Yuxin ZHU⁴, Jianfa CHEN¹^,², Haidong WANG¹^,², Nuo XU⁵

^1.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China
^2.College of Geosciences，China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China
^3.Exploration and Development Research Institute，Changqing Oilfield Company Ltd. ，PetroChina，Xi’an，Shaanxi 710018，China
^4.Oil，Gas & New Energies Company. ，PetroChina，Beijing 100007，China
^5.Petroleum Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，Beijing 102206，China

Received:2023-11-06 Revised:2024-03-14 Online:2024-04-30 Published:2024-04-30

摘要/Abstract

摘要：

鄂尔多斯盆地天然气资源丰富，部分地区天然气中的氦气含量较高，亟需深入研究含氦天然气地球化学特征与富集影响因素。通过采集天然气样品并进行组分和同位素等实验分析测试，结合地质条件，研究了鄂尔多斯盆地含氦天然气的分布、地球化学特征和影响因素，研究结果表明：①鄂尔多斯盆地天然气主要为烃类气体，氦气含量为0.016 %～0.487 %，平均值为0.060 %；②鄂尔多斯盆地含氦天然气甲烷碳同位素值分布在-53.88 ‰～-29.23 ‰，甲烷、乙烷、丙烷和丁烷碳同位素表明烃类气为有机成因；③鄂尔多斯盆地含氦天然气³He/⁴He含量比值为20.10×10^-9～120.00×10^-9，平均值为42.00×10^-9，R/R_a值为0.014～0.085，平均值为0.030，为壳源氦的特征，不受天然气成因类型和成熟度等因素影响；④氦气含量较高的天然气主要分布在鄂尔多斯盆地北部东胜气田、西南部庆阳气田和东南部黄龙气田的上古生界石炭系-二叠系，其分布与古今构造位置、基底断裂、生氦强度及生烃强度相对强弱等因素密切相关。根据含氦天然气地球化学特征评价出富氦-中氦区、低氦区及贫氦区。

关键词: 地球化学, 氦源岩, 氦气, 天然气, 鄂尔多斯盆地

Abstract:

The Ordos Basin is renowned for its rich natural gas resources， which exhibit a high helium content in some areas. Therefore， there is an urgent need to thoroughly investigate the geochemical characteristics and enrichment factors of helium-bearing natural gas. Based on the experiments， analysis， and tests of the compositions and isotopes of natural gas samples， along with geological conditions， we examine the distribution， geochemical characteristics， and controlling factors of helium-bearing natural gas in the Ordos Basin. Key findings are as follows：（1） The natural gas in the basin is dominated by hydrocarbon gases， with a helium content ranging from 0.016 % to 0.487 % （average： 0.060 %）；（2） The carbon isotope values of methane in the helium-bearing natural gas within the basin range from -53.88 ‰ to -29.23 ‰， and those of methane， ethane， propane， and butane indicate an organic origin of the hydrocarbon gases；（3） The helium-bearing natural gas in the Ordos Basin exhibits ³He/⁴He ratios ranging from 20.10×10^-9 to 120.00×10^-9， with an average of 42.00×10^-9， and R/R_a ratios varying between 0.014 and 0.085， with an average of 0.030. These ratios represent crust-derived helium characteristics， which are unaffected by the genetic type and maturity of natural gas；（4） The natural gas with a high helium content is primarily distributed in the Carboniferous-Permian strata of the Upper Paleozoic of Dongsheng gas field （north of the basin）， Qingyang gas field （southwest of the basin） and Huanglong gas field （southeast of the basin）. This distribution is closely associated with factors like ancient and modern tectonic locations， basement faults， and the intensities of helium and hydrocarbon generation. Based on the geochemical characteristics of helium-bearing natural gas， we identify helium-rich-to-moderate， low-helium， and helium-deficient areas in the Ordos Basin.

Key words: geochemistry, helium source rock, helium, natural gas, Ordos Basin

中图分类号:

TE122.1

刘成林,丁振刚,范立勇,等. 鄂尔多斯盆地含氦天然气地球化学特征与富集影响因素[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(2): 384-392. doi: 10.11743/ogg20240206 Chenglin LIU,Zhengang DING,Liyong FAN,et al. Geochemical characteristics and enrichment factors of helium-bearing natural gas in the Ordos Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2024, 45(2): 384-392. doi: 10.11743/ogg20240206

图/表 6

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表1

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参考文献 33

1	YAKUTSENI V P. World helium resources and the perspectives of helium industry development［J］. Neftegasovaâ Geologiâ. Teoriâi Practika， 2014， 9（1）： 1-22.
2	BROWN A A. Formation of high helium gases： A guide for explorationists［C］//AAPG Convention， New Orleans， 2010. Tulsa： AAPG， 2010： 80115.
3	徐永昌，沈平，陶明信，等. 中国含油气盆地天然气中氦同位素分布［J］. 科学通报， 1994， 39（16）： 1505-1508.
	XU Yongchang， SHEN Ping， TAO Mingxin， et al. Helium isotope distribution in natural gas in Chinese sedimentary basins［J］. Chinese Science Bulletin， 1994， 39（16）： 1505-1508.
4	陈新军，丁一，易晶晶，等. 氦气资源的分类、特征及富集主控因素分析［J］. 石油实验地质， 2023， 45（1）： 41-48.
	CHEN Xinjun， DING Yi， YI Jingjing， et al. Classified characteristics of helium gas resources and controlling factors for the enrichment［J］. Petroleum Geology and Experiment， 2023， 45（1）： 41-48.
5	XU Sheng， NAKAI S， WAKITA H， et al. Helium isotope compositions in sedimentary basins in China［J］. Applied Geochemistry， 1995， 10（6）： 643-656.
6	LIU Wenhui， XU Yongchang， TAO Mingxin， et al. Helium and argon isotope geochemistry of natural gases in China’s petroliferous basins［J］. Chinese Journal of Geochemistry， 2011， 30（1）： 19-32.
7	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.
	CHEN Jianfa， LIU Kaixuan， DONG Qingwei， et al. Research status of helium resources in natural gas and prospects of helium resources in China［J］. Natural Gas Geoscience， 2021， 32（10）： 1436-1449.
8	何发岐，张威，丁晓琪，等. 鄂尔多斯盆地乌审旗古隆起对岩溶气藏的控制机理［J］. 石油与天然气地质， 2023， 44（2）： 276-291.
	HE Faqi， ZHANG Wei， DING Xiaoqi， et al. Controlling mechanism of Wushenqi paleo-uplift on paleo-karst gas reservoirs in Ordos Basin［J］. Oil & Gas Geology， 2023， 44（2）： 276-291.
9	张宝收，张本健，汪华，等. 四川盆地金秋气田：一个典型以中生界沉积岩为氦源岩的含氦-富氦气田［J］. 石油与天然气地质， 2024， 45（1）： 185-199.
	ZHANG Baoshou， ZHANG Benjian， WANG Hua， et al. The Jinqiu Gas Field in the Sichuan Basin： A typical helium-bearing to helium-rich gas field with the Mesozoic sedimentary rocks as helium source rocks［J］. Oil & Gas Geology， 2024， 45（1）： 185-199.
10	陶小晚，李建忠，赵力彬，等. 我国氦气资源现状及首个特大型富氦储量的发现：和田河气田［J］. 地球科学， 2019， 44（3）： 1024-1041.
	TAO Xiaowan， LI Jianzhong， ZHAO Libin， et al. Helium resources and discovery of first supergiant helium reserve in China： Hetianhe Gas field［J］. Earth Science， 2019， 44（3）： 1024-1041.
11	LOWENSTERN J B， EVANS W C， BERGFELD D， et al. Prodigious degassing of a billion years of accumulated radiogenic helium at Yellowstone［J］. Nature， 2014， 506（7488）： 355-358.
12	BALLENTINE C J， BURNARD P G. Production， release and transport of noble gases in the continental crust［J］. Reviews in Mineralogy and Geochemistry， 2002， 47（1）： 481-538.
13	BROWN A. Origin of helium and nitrogen in the Panhandle-Hugoton field of Texas， Oklahoma， and Kansas， United States［J］. AAPG Bulletin， 2019， 103（2）： 369-403.
14	RUFER D， WABER H N， EICHINGER F， et al. Helium in porewater and rocks of crystalline bedrock from the Fennoscandian shield， Olkiluoto （Finland）［J］. Procedia Earth and Planetary Science， 2017， 17： 762-765.
15	HAND E. Massive helium fields found in rift zone of Tanzania［J］. Science， 2016， 353（6295）： 109-110.
16	何发岐，王付斌，王杰，等. 鄂尔多斯盆地东胜气田氦气分布规律及特大型富氦气田的发现［J］. 石油实验地质， 2022， 44（1）： 1-10.
	HE Faqi， WANG Fubin， WANG Jie， et al. Helium distribution of Dongsheng Gas Field in Ordos Basin and discovery of a super large helium-rich gas field［J］. Petroleum Geology and Experiment， 2022， 44（1）： 1-10.
17	杨方之，王金渝，潘庆斌. 苏北黄桥地区上第三系富氦天然气成因探讨［J］. 石油与天然气地质， 1991， 12（3）： 340-345.
	YANG Fangzhi， WANG Jinyu， PAN Qingbin. Discussion on origin of Upper Neogene helium-rich gases in Huangqiao， North Jiangsu［J］. Oil & Gas Geology， 1991， 12（3）： 340-345.
18	端祥刚，胡志明，常进，等. 页岩储层气体流动能力实验研究［J］. 特种油气藏， 2019， 26（3）： 143-147.
	DUAN Xianggang， HU Zhiming， CHANG Jin， et al. Gas flow capacity experiment in shale reservoir［J］. Special Oil & Gas Reservoirs， 2019， 26（3）： 143-147.
19	彭威龙，刘全有，张英，等. 中国首个特大致密砂岩型（烃类）富氦气田——鄂尔多斯盆地东胜气田特征［J］. 中国科学：地球科学， 2022， 52（6）： 1078-1085.
	PENG Weilong， LIU Quanyou， ZHANG Ying， et al. The first extra-large helium-rich gas field identified in a tight sandstone of the Dong Sheng Gas Field， Ordos Basin， China［J］. Science China Earth Sciences， 2022， 52（6）： 1078-1085.
20	AWAN R S， KHAN A， LIU Chenglin， et al. Subsurface geological model of sedimentary and metasedimentary wedge from Mansehra to Battal based on gravity data， Hazara area， Pakistan［J］. Energy Geoscience， 2021， 2（4）： 229-237.
21	胡浩，周鸿，隆辉，等. 四川盆地老气田开发后期综合潜力分析及开发建议——以W气田震旦系气藏为例［J］. 油气藏评价与开发， 2022， 12（6）： 877-885.
	HU Hao， ZHOU Hong， LONG Hui， et al. Comprehensive potential analysis and development suggestions of old gas fields in Sichuan Basin in the later stage of development： A case from Sinian gas reservoir in W Gas Field［J］. Petroleum Reservoir Evaluation and Development， 2022， 12（06）： 877-885.
22	李玉宏，张文，王利，等. 亨利定律与壳源氦气弱源成藏——以渭河盆地为例［J］. 天然气地球科学， 2017， 28（4）： 495-501.
	LI Yuhong， ZHANG Wen， WANG Li， et al. Henry’s law and accumulation of crust-derived helium： A case from Weihe Basin， China［J］. Natural Gas Geoscience， 2017， 28（4）： 495-501.
23	LIU Quanyou， WU Xiaoqi， JIA Huichong， et al. Geochemical characteristics of helium in natural gas from the Daniudi Gas Field， Ordos Basin， central China［J］. Frontiers in Earth Science， 2022， 10： 823308.
24	戴金星，李剑，侯路. 鄂尔多斯盆地氦同位素的特征［J］. 高校地质学报， 2005， 11（4）： 473-478.
	DAI Jinxing， LI Jian， HOU Lu. Characteristics of helium isotopes in the Ordos Basin［J］. Geological Journal of China Universities， 2005， 11（4）： 473-478.
25	刘成林，刘新菊，张洪军，等. 鄂尔多斯盆地安塞地区页岩油地质-工程一体化技术实践［J］. 石油与天然气地质， 2022， 43（5）： 1238-1248.
	LIU Chenglin， LIU Xinju， ZHANG Hongjun， et al. Application of an integrated geology-reservoir engineering approach to shale oil development in Ansai area， Ordos Basin［J］. Oil & Gas Geology， 2022， 43（5）： 1238-1248.
26	陶士振，杨怡青，高建荣，等. 鄂尔多斯盆地致密砂岩气及伴生氦气形成演化特征［J］. 天然气地球科学， 2023， 34（4）： 551-565.
	TAO Shizhen， YANG Yiqing， GAO Jianrong， et al. The formation and evolution characteristics of tight sandstone gas and associated helium in Ordos Basin［J］. Natural Gas Geoscience， 2023， 34（4）： 551-565.
27	王杰，贾会冲，陶成，等. 鄂尔多斯盆地杭锦旗地区东胜气田氦气成因来源及富集规律［J］. 天然气地球科学， 2023， 34（4）： 566-575.
	WANG Jie， JIA Huichong， TAO Cheng， et al. Source and enrichment regularity of helium in Dongsheng Gas Field of Hangjinqi area， Ordos Basin［J］. Natural Gas Geoscience， 2023， 34（4）： 566-575.
28	何自新，费安琦，王同和. 鄂尔多斯盆地演化与油气［M］. 北京：石油工业出版社， 2003： 155-173.
	HE Zixin， FEI Anqi， WANG Tonghe. Oil and gas evolution in the Ordos Basin［M］. Beijing： Petroleum Industry Press， 2003： 155-173.
29	李妍蓉，李靖，苏文杰，等. 鄂尔多斯盆地伊陕斜坡太原组碳酸盐岩气藏富集规律［J］. 新疆石油地质， 2023， 44（5）： 509-516.
	LI Yanrong， LI Jing， SU Wenjie， et al. Natural gas enrichment in carbonate gas reservoirs of Taiyuan Formation in Yishaan slope， Ordos Basin［J］. Xinjiang Petroleum Geology， 2023， 44（5）： 509-516.
30	刘新社，张涛，黄道军，等. 鄂尔多斯盆地中东部太原组石灰岩天然气勘探新突破及勘探方向［J］. 天然气工业， 2023， 43（5）： 1-11.
	LIU Xinshe， ZHANG Tao， HUANG Daojun， et al. New breakthrough in and direction of natural gas exploration in Taiyuan Formation limestone in the central and eastern Ordos Basin［J］. Natural Gas Industry， 2023， 43（5）： 1-11.
31	刘成林，丁振刚，陈践发，等. 鄂尔多斯盆地氦源岩特征及生氦潜力［J］. 石油与天然气地质， 2023， 44（6）： 1546-1554.
	LIU Chenglin， DING Zhengang， CHEN Jianfa， et al. Characteristics and helium-generating potential of helium source rocks in the Ordos Basin［J］. Oil & Gas Geology， 2023， 44（6）： 1546-1554.
32	付金华. 鄂尔多斯盆地上古生界天然气成藏条件及富集规律［D］. 西安：西北大学， 2004.
	FU Jinhua. The gas reservoir-forming conditions and accumulation rules of Upper Paleozoic in Ordos Basin［D］. Xi’an： Northwest University， 2004.
33	刘文汇，孙明良，徐永昌. 鄂尔多斯盆地天然气稀有气体同位素特征及气源示踪［J］. 科学通报， 2001， 46（22）： 1902-1905.
	LIU Wenhui， SUN Mingliang， XU Yongchang. Rare gas isotopic characteristics and source tracing of natural gas in the Ordos Basin［J］. Chinese Science Bulletin， 2001， 46（22）： 1902-1905.

层系	甲烷含量/%	重烃含量/%	非烃气（不包括氦气）含量/%	干燥系数	氦气含量/%
张夏组	97.84～98.36/98.15 （4）	1.62～2.14/1.84 （4）	0～0.51/0.13 （4）	0.979～0.984/0.982 （4）	0.014～0.155/0.148 （4）
马家沟组	76.48～99.83/93.66 （80）	0.01~9.60/3.84 （80）	0～2.89/0.77 （80）	0.900～0.990/0.960 （78）	0.016～0.089/0.042 （80）
本溪组- 下石盒子组	62.96～99.97/93.15 （793）	0.01～16.45/4.60 （793）	0～8.67/0.82 （793）	0.840～0.990/0.950 （789）	0.017～0.487/0.060 （793）
全盆地	62.96～99.97/93.22 （877）	0.01～16.45/4.52 （877）	0～8.67/0.82 （877）	0.840～0.990/0.950 （871）	0.016～0.487/0.060 （877）

[1]	吴伟涛, 冯炎松, 费世祥, 王一妃, 吴和源, 杨旭东. 鄂尔多斯盆地神木气田二叠系石千峰组5段致密气富集因素及有利区预测[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(3): 739-751.
[2]	万俊雨, 朱建辉, 姚素平, 张毅, 李春堂, 张威, 姜海健, 王杰. 鄂尔多斯盆地中、东部奥陶系马家沟组成烃生物及烃源岩地球生物学评价[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(2): 393-405.
[3]	翟常博, 林良彪, 尤东华, 刘冯斌, 刘思雨. 川西南地区中二叠统茅口组一段沉积微相特征及有机质富集模式[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(2): 440-456.
[4]	张赫驿, 杨帅, 张玺华, 彭瀚霖, 李乾, 陈聪, 高兆龙, 陈安清. 川东地区中二叠统茅口组沉积微相与环境演变[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(2): 457-470.
[5]	柏明星, 张志超, 陈巧珍, 徐龙, 杜思宇, 刘业新. 二氧化碳置换法开采天然气水合物研究进展[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(2): 553-564.
[6]	侯佳凯, 张志遥, 师生宝, 朱光有. 全二维气相色谱技术在石油地球化学中的应用进展[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(2): 565-580.
[7]	糜利栋, 曾大乾, 刘华, 郭艳东, 李彦峰, 李遵照, 孙旭东, 张广权, 鲁春华, 王佩弦. 天然气地下储气库智能化建设关键技术及其发展趋势[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(2): 581-592.
[8]	杨丽华, 刘池洋, 黄雷, 周义军, 刘永涛, 秦阳. 鄂尔多斯盆地古峰庄地区疑似侵入岩体的发现及其地质意义[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(1): 142-156.
[9]	师良, 范柏江, 李忠厚, 余紫巍, 蔺子瑾, 戴欣洋. 鄂尔多斯盆地中部三叠系延长组7段烃组分的运移分异作用[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(1): 157-168.
[10]	曹江骏, 王继平, 张道锋, 王龙, 李笑天, 李娅, 张园园, 夏辉, 于占海. 深层致密砂岩储层成岩演化对含气性的影响[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(1): 169-184.
[11]	张宝收, 张本健, 汪华, 陈践发, 刘凯旋, 豆霜, 戴鑫, 陈双玲. 四川盆地金秋气田：一个典型以中生界沉积岩为氦源岩的含氦-富氦气田[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(1): 185-199.
[12]	胡宗全, 王濡岳, 路菁, 冯动军, 刘粤蛟, 申宝剑, 刘忠宝, 王冠平, 何建华. 陆相页岩及其夹层储集特征对比与差异演化模式[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(6): 1393-1404.
[13]	刘成林, 丁振刚, 陈践发, 范立勇, 康锐, 王海东, 洪思婕, 田安琦, 陈学勇. 鄂尔多斯盆地氦源岩特征及生氦潜力[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(6): 1546-1554.
[14]	李勇, 朱治同, 吴鹏, 申陈州, 高计县. 鄂尔多斯盆地东缘上古生界致密储层含气系统压力演化[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(6): 1568-1581.
[15]	曾溅辉, 张亚雄, 张在振, 乔俊程, 王茂云, 陈冬霞, 姚泾利, 丁景辰, 熊亮, 刘亚洲, 赵伟波, 任克博. 致密砂岩气藏复杂气-水关系形成和分布主控因素及分布模式[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(5): 1067-1083.

鄂尔多斯盆地含氦天然气地球化学特征与富集影响因素

Geochemical characteristics and enrichment factors of helium-bearing natural gas in the Ordos Basin

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