秦勝飛 李濟(jì)遠(yuǎn),2 王佳美,2 陶 剛,2 王曉鋒

1. 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 2. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 3. 西北大學(xué)地質(zhì)系

0 引言

自然界中氦是迄今發(fā)現(xiàn)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)最低的元素，加上其特有的“惰性、強(qiáng)穿透性、強(qiáng)導(dǎo)熱性”等特點(diǎn)，廣泛用于航天、軍工、醫(yī)療以及民用高科技等領(lǐng)域且不可替代。工業(yè)生產(chǎn)氦氣主要來自深冷法，液化天然氣閃蒸氣（BOG）等技術(shù)從地下天然氣中提氦[1]。國(guó)內(nèi)氦氣嚴(yán)重短缺，尋找富氦天然氣藏是解決氦氣短缺的重要手段。中國(guó)含油氣盆地類型多樣，每種類型的盆地都發(fā)育富氦天然氣藏，但氦氣僅在少數(shù)氣藏中富集，絕大多數(shù)天然氣為貧氦氣藏。氦氣為什么僅在少數(shù)氣藏中富集？富集模式是什么？這些問題國(guó)內(nèi)外研究得都比較少，也一直困擾著研究人員。

天然氣中的氦氣來源有大氣來源、殼源（亦稱為放射性來源）和幔源[2-3]。大氣中的氦氣含量很低，僅5.24 ppm（1 ppm=10-6）[4]，通過水循環(huán)帶入到氣藏中的大氣氦極少，往往忽略不計(jì)，研究天然氣中氦氣來源只考慮殼源和幔源氦。殼源氦來自巖石中的鈾（235U、238U）和釷（232Th）的放射性衰變，生成4He；幔源氦是巖漿活動(dòng)發(fā)生脫氣作用釋出，以4He為主，伴隨少量3He。地殼中幾乎所有的巖石中都含有U和Th，但含量都很低，且U和Th的半衰期都極其漫長(zhǎng)，235U半衰期為7.048億年，238U為44.68億年，232Th為140.1億年[5]，生氦速率極其緩慢，生成的氦氣一部分散失到大氣中，其余部分彌散在巖石圈中，很難聚集形成獨(dú)立的氦氣藏。

關(guān)于富氦氣藏中氦氣富集方面的研究觀點(diǎn)各異。首先，關(guān)于氦源的問題，有認(rèn)為來自花崗巖和微晶巖中U、Th的衰變[6]，也有認(rèn)為來自沉積巖[7]，還有認(rèn)為來自烴源巖[8]，以及基底[9-10]。

關(guān)于運(yùn)移通道和運(yùn)移方式，一些專家認(rèn)為，氦氣通過基底斷層和裂隙發(fā)生運(yùn)移并聚集[11-12]；有些專家認(rèn)為氦氣通過擴(kuò)散的方式運(yùn)移，也可隨地殼流體一起向上運(yùn)移，在氦通量高的地方且具備有效封蓋條件（尤其是蒸發(fā)鹽）下聚集[3]；有學(xué)者認(rèn)為氦氣是通過地下水運(yùn)移[13-14]，放射性礦物產(chǎn)生的氦氣首先溶解于水，當(dāng)有載體氣通過時(shí)，載體氣中氦氣分壓低，水中氦氣分壓較高，水中的氦氣便會(huì)溶入載體氣并隨載體氣運(yùn)移至氣藏[15-16]；筆者對(duì)威遠(yuǎn)氣田研究認(rèn)為，四川盆地威遠(yuǎn)氣田中氦氣是前震旦系花崗巖中溶解了氦氣的地層水沿?cái)鄬油线\(yùn)移發(fā)生脫氣，釋放出的氦氣在氣藏中富集[17]。

到目前為止，國(guó)內(nèi)外針對(duì)氦氣富集模式研究開展得較少，中國(guó)含油氣盆地類型較多，不同類型盆地形成的富氦氣藏地質(zhì)背景不同，因而氦氣富集模式也會(huì)有差異。本文對(duì)全國(guó)主要富氦氣藏氦源和富集過程進(jìn)行全面剖析，建立不同地質(zhì)背景下氦氣富集模式，為氦氣富集規(guī)律、有利富集區(qū)優(yōu)選及勘探目標(biāo)的確定提供依據(jù)。

1 富氦氣藏概況

1.1 富氦氣藏劃分標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于富氦天然氣的劃分，國(guó)內(nèi)外目前都沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)業(yè)內(nèi)把氦氣含量超過0.3%的天然氣稱富氦天然氣；Bowersox[18]對(duì)美國(guó)中肯塔基氦氣資源進(jìn)行研究時(shí)認(rèn)為氦氣含量超過0.4%才有經(jīng)濟(jì)價(jià)值；Ballentine等[13]認(rèn)為氦氣含量大于0.1%稱之為富氦氣田；徐永昌等[19]認(rèn)為氣藏中氦氣含量為0.05%～0.1%則具備商業(yè)價(jià)值。筆者通過對(duì)全國(guó)主要?dú)馓镏泻夂窟M(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，氦氣含量超過0.3%的氣田很少，中西部地區(qū)僅和田河氣田氦氣平均含量剛超過0.3%，東部地區(qū)蘇北盆地黃橋氣田以氮?dú)鉃橹鞯臍獠?、渤海灣盆地的花溝氣田氦氣平均含量超過0.3%，其他氣田氦氣平均含量一般都小于0.3%；氦氣平均含量超過0.1%的氣田雖然有一些但數(shù)量也不是很多（表1）。筆者從我國(guó)實(shí)際情況出發(fā)，認(rèn)為富氦氣藏的劃分標(biāo)準(zhǔn)定為氦氣含量大于0.1%比較合適，因此本文以0.1%的標(biāo)準(zhǔn)來劃定和研究富氦氣藏。

表1 中國(guó)主要富氦氣田氦氣含量統(tǒng)計(jì)表

1.2 成因類型

天然氣中氦氣主要有殼源和幔源兩種來源，常用氦同位素比值(3He/4He)來研判氦氣的成因。大氣中的3He/4He值為1.4×10-6，殼源氦3He/4He值為2×10-8[28],幔源為1.1×10-5[29]。樣品的3He/4He值（R）除以大氣的3He/4He值（Ra）也通常用來表示樣品中氦同位素特征，即R/Ra= (3He/4He)樣品/(3He/4He)大氣。因樣品中大氣氦可以忽略，因此常用二元法計(jì)算天然氣中幔源氦所占份額，計(jì)算公式為[30]：

也可以用R/Ra比值來反映幔源氦的比例，R/Ra比值越大，幔源氦的份額越大。通過計(jì)算，當(dāng)R/Ra＞3.94時(shí)，天然氣中幔源氦的份額大于50%；當(dāng)R/Ra＞1時(shí)，幔源氦份額大于12%；當(dāng)R/Ra＞0.1時(shí)，幔源氦份額大于1.1%。因此，當(dāng)R/Ra＜0.1時(shí)，認(rèn)為天然氣中的氦基本上都來自殼源。

中國(guó)富氦氣田中的氦同位素差異很大，其分布具有很強(qiáng)的規(guī)律性。所有氣田中的氦氣都以4He為主，但東部地區(qū)3He含量相對(duì)于中、西部地區(qū)較高，表現(xiàn)在3He/4He（或R/Ra），東部地區(qū)明顯偏高。東部地區(qū)，諸如松遼、渤海灣、三水和蘇北盆地等，3He/4He和R/Ra最高，樣品有明顯的幔源氦的混入，氦氣成因類型為殼—?；旌闲?；中部地區(qū)，例如四川盆地最低，3He/4He比值與殼源氦的端源值接近，可認(rèn)為沒幔源氦混入，全為殼源氦；西部地區(qū)的塔里木盆地等介于東部和中部地區(qū)之間，部分樣品顯示出有微量的幔源氦混入，總體上氦氣也為殼源成因（表1）。可見，中國(guó)氦氣成因類型具有明顯的東西分帶特性，與大地構(gòu)造格局有關(guān)。東部含油氣盆地為拉張型盆地，其成因與上地幔的隆升有關(guān)，因而混有較多的幔源氦；中部的含油氣盆地為板內(nèi)多旋回坳陷盆地，是構(gòu)造最為穩(wěn)定的克拉通盆地；西部是擠壓型含油氣盆地，構(gòu)造活動(dòng)略強(qiáng)于中部盆地而遠(yuǎn)弱于東部盆地[31]。

構(gòu)造背景不同造成氦氣來源和富集模式的差異，東部地區(qū)氦氣為殼幔混合；中部地區(qū)氦氣來自殼源；盡管西部地區(qū)氦氣混有微量的幔源氦，但在氦氣富集過程中的作用很小，本文在研究西部盆地氦氣富集模式的時(shí)候以殼源氦為主，幔源氦忽略不計(jì)。

2 模式劃分理論依據(jù)

氦氣在正常的天然氣成藏系統(tǒng)中聚集很難形成富氦氣藏，盡管烴源巖中U和Th的含量雖然相對(duì)其他巖石較高，因烴源巖生氣強(qiáng)度較大從而稀釋了烴源巖生成的氦氣，儲(chǔ)集層（一般為砂巖或碳酸巖）雖然U和Th含量比烴源巖低，但也會(huì)產(chǎn)生微量的氦氣，除了一部分可能散失，剩余部分被來自烴源巖并混有微量氦氣的烴類氣體捕獲，兩種來源的氦氣疊加后只能形成低氦氣藏，這也說明了為何世界上大部分氣藏中氦的豐度普遍較低。富氦氣藏的形成，必須有其他氦源作更多的補(bǔ)充，稱之為主力氦源，富氦氣藏的形成需要經(jīng)過“多源聚氦，主源富氦”的過程[32]，主力氦源可以是有較高U和Th含量的古老基底（如花崗巖、變質(zhì)巖等），也可以是來自地幔流體中的幔源氦。

2.1 殼源富氦氣藏主力氦源

該類型氣藏中的氦氣少部分來自烴源巖和儲(chǔ)集層，大部分來自深部基底巖石。通過計(jì)算，以有效生烴潛量下限2 mg/g 的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖生成的天然氣大約是其在10億年內(nèi)產(chǎn)生氦氣的3 000倍[15]。中國(guó)已探明氣田中最古老的是威遠(yuǎn)氣田，其主力烴源巖是距今5億年的寒武系烴源巖[33]，烴源巖生氦的時(shí)間不會(huì)超過5億年，U和Th的衰變時(shí)間相比10億年大大縮短，而烴源巖原始生烴潛量都遠(yuǎn)大于2 mg/g，如此推斷生成的天然氣至少是氦氣的萬倍以上，氦氣含量應(yīng)該是0.01%的量級(jí)，即使捕獲儲(chǔ)集層中的氦氣也很難達(dá)到0.1%的富氦標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)多數(shù)氣田烴源巖地質(zhì)年代晚于寒武紀(jì)，相同成熟度情況下烴源巖生成的氦氣在天然氣中的比例更小，需要主力氦源的加入，才可形成富氦氣藏。這個(gè)主力氦源是古老基底巖石，因?yàn)檫@種巖石規(guī)模大，經(jīng)歷的衰變時(shí)間長(zhǎng)，累計(jì)生成的氦氣多，以地層水作為載體保存，在適當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)條件下可以向上運(yùn)移，遇到氣藏后釋放氦氣使貧氦氣藏富氦。

2.2 殼?；旌细缓獠氐闹髁ぴ?/h3>

殼?；旌蟻碓吹母缓獠囟挤植荚谥袊?guó)東部含油氣盆地，這些盆地?zé)N源巖年代總體年輕于中、西部油氣盆地，生氦時(shí)間更短，外來的主力氦源顯得尤為重要。根據(jù)東部盆地氦氣含量與幔源氦比例關(guān)系（圖1），可以看出幔源氦的比例與氦氣含量并沒有呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，這也說明東部盆地盡管存在深大斷裂，但幔源氦在富氦氣藏中并不占主導(dǎo)地位，但也有少量氣藏中幔源氦的成分大于或接近50%，例如寶月氣田和黃橋氣田等（表1）。根據(jù)天然氣組分、幔源氦比例不同，富氦氣藏的主力氦源可分為3種情況。

2.2.1 以烴類氣為主的富氦氣藏的主力氦源

這類氣藏以烴類氣體為主，氣藏中的氦氣雖有明顯的幔源氦貢獻(xiàn)，但比例不高，遠(yuǎn)小于50%，主力氦源應(yīng)該是來自氣藏下部古老地層或基巖中的殼源氦，這些氦在沒有進(jìn)入上覆氣藏之前，多保存在基巖地層水中，例如松遼盆地五站和太平莊氣田。但不排除少數(shù)以烴類氣體為主的富氦氣藏，幔源氦的比例大于50%，此時(shí)主力氦源為幔源氦，例如三水盆地寶月氣田水深3井等（表1）。

2.2.2 富氦二氧化碳?xì)獠氐闹髁ぴ?/p>

這類氣藏以二氧化碳為主，含有一些氮?dú)夂蜔N類氣體，幔源氦氣的比例一般超過50%，主氦源來自地幔流體，二氧化碳和氦氣的來源與火山活動(dòng)有關(guān)，例如三水盆地的寶月氣田（表1）。

2.2.3 富氦氮?dú)獠氐闹髁ぴ?/p>

氣藏以氮?dú)鉃橹?，含少量的烴類氣體和二氧化碳，幔源氦的比例小于50%，例如黃橋氣田（表1）。主氦源視幔源氦的比例可以是幔源氦，也能是基底巖石，如果幔源氦所占比例接近50%，主力氦源為幔源氦；如果遠(yuǎn)低于50%，主力氦源則來自深部古老地層。

3 殼源富氦氣藏氦氣富集模式

3.1 古老地層水上移釋氦富集模式

烴源巖沉積后，礦物中含有的U和Th持續(xù)緩慢生氦，烴源巖埋深加大溫度升高進(jìn)入生烴門限開始生烴、排烴，烴源巖中礦物也陸續(xù)達(dá)到破裂溫度釋放氦氣，氦氣隨油氣一起運(yùn)移到儲(chǔ)集層，溫度如果進(jìn)一步升高，原油和干酪根可裂解成氣。此時(shí)氣藏中捕獲了來自烴源巖和儲(chǔ)集層U和Th衰變產(chǎn)生的氦氣，形成低氦氣藏。深部基底巖石礦物中的U和Th經(jīng)過更長(zhǎng)時(shí)間的衰變產(chǎn)生的氦隨溫度增加突破各種礦物對(duì)氦的封閉溫度釋放出氦，釋放出的氦溶解于水中保存下來?；鶐r一般分布面積較廣，厚度大，地質(zhì)年代較老，生氦時(shí)間較長(zhǎng)，累計(jì)生成的氦氣較多。氦氣雖然分子量小，極易擴(kuò)散，但溶解在地層水中的氦氣比較容易保存下來，地層水的年代越久，溶解的氦氣則越多。隨喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地層發(fā)生了抬升，同時(shí)產(chǎn)生溝通深部地層水與上覆氣藏的深大斷裂，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的驅(qū)使下，溶解氦氣的深部地層水沿?cái)嗔淹线\(yùn)移，隨溫度和壓力降低沿途可能會(huì)釋放出部分游離態(tài)氦氣，氦氣繼續(xù)向上運(yùn)移到氣藏中，其余的氦氣隨地層水與氣藏底、邊水混合，與氣藏發(fā)生氣體交換作用，在亨利定律作用下，水中的氦氣幾乎可以全部釋放到氣藏中，氣藏中的其他氣體一部分會(huì)進(jìn)入到水中。

地下水中溶解的氦氣符合亨利定律適用范圍，當(dāng)溶解有氦氣的地下水遇到氣藏時(shí)，因水中的氦氣分壓較高，氣藏中氦氣含量很低導(dǎo)致氦氣分壓很低，氦氣會(huì)從分壓高的地方向分壓低的地方運(yùn)移。為了達(dá)到分壓平衡，水中的氦氣幾乎完全脫溶釋放至氣藏，而氣藏中的其他氣體因分壓較高，部分游離氣會(huì)溶解到水中，貌似氣藏中的天然氣把氦氣“萃取”出來。隨地層水不斷上涌，氦氣不斷釋放到氣藏，使氣藏富氦（圖2）。

圖2 古老地層水上移釋氦富集模式圖

古老地層水脫氣富氦是中西部氦氣富集重要機(jī)理[32]，這種氦氣富集模式的氣田有四川盆地威遠(yuǎn)氣田、塔里木盆地和田河氣田、鄂爾多斯盆地杭錦旗氣田等。以威遠(yuǎn)氣田為例，該氣田天然氣主要來自水溶氣脫氣[34]，氦氣主要來自基底花崗巖中U和Th的裂變，裂變產(chǎn)生的氦氣溶解于水，由于喜山期構(gòu)造大幅度抬升，同時(shí)產(chǎn)生斷裂系統(tǒng)，溶解于水中的氦氣沿?cái)嗔严蛏线\(yùn)移發(fā)生脫溶，在圈閉中與天然氣一起聚集成藏，形成富氦天然氣[17]。

3.2 天然氣沿古老儲(chǔ)集層運(yùn)移富氦模式

當(dāng)天然氣在沿儲(chǔ)集層橫向運(yùn)移時(shí)，可以捕獲沿途地層水中溶解的氦氣（圖3），類似的富氦模式Brown[15]也曾提到。地層水中溶解的氦氣多少取決于儲(chǔ)集層年齡和U、Th含量，年齡越老、U和Th含量越高，生成的氦氣就越多，因此，這種富集模式一般發(fā)生在古老儲(chǔ)集層中，要求天然氣沿古老儲(chǔ)集層進(jìn)行運(yùn)移，儲(chǔ)集層越老，這種富氦效果越明顯，同時(shí)也說明為何氦氣往往富集在構(gòu)造高部位，除了深部地層水會(huì)向構(gòu)造高部位運(yùn)移釋放出氦氣，游離氣沿儲(chǔ)集層往上傾方向運(yùn)移，氦氣含量會(huì)出現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。

圖3 天然氣沿古老儲(chǔ)集層運(yùn)移富氦模式圖

柴達(dá)木盆地東坪氣田氦氣富集屬該種模式，氣田位于阿爾金山前東段，是喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下發(fā)育的大型盆緣鼻狀古隆起，東坪氣藏屬基巖型氣藏，天然氣主要儲(chǔ)集于古近系下伏基底結(jié)晶巖系的巖漿巖或變質(zhì)巖中，基巖為多期花崗巖和古生界變質(zhì)巖組成的復(fù)合基底，年齡為4億年以上[22]，基巖不具生烴能力，但有較高的U、Th含量[35]，生成氦氣離開封閉礦物后進(jìn)入基巖裂隙水中，天然氣自東南向西北進(jìn)入基巖儲(chǔ)集層，捕獲水中的氦氣。根據(jù)發(fā)表的數(shù)據(jù)[22]，隨天然氣運(yùn)移距離增加，氦氣含量呈增加的趨勢(shì)。這是因?yàn)樘烊粴膺\(yùn)移過程中不斷獲取古老儲(chǔ)集層中地層水溶解的氦氣，運(yùn)移距離越長(zhǎng)，捕獲的氦氣越多。

3.3 富氦頁(yè)巖氣藏氦氣富集模式

頁(yè)巖氣藏因烴源巖生氣量很大，對(duì)氦氣有強(qiáng)烈的稀釋作用，頁(yè)巖氣中很難發(fā)現(xiàn)富氦氣藏，例如四川盆地焦石壩、昭通和威遠(yuǎn)志留系龍馬溪組頁(yè)巖氣，氦氣平均含量?jī)H0.03%左右[32]。富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖在熱演化過程中生成的天然氣一部分運(yùn)移到上覆圈閉中形成貧氦天然氣藏，另一部分保留在頁(yè)巖形成貧氦頁(yè)巖氣藏。但如果是古老頁(yè)巖氣藏，氣藏下面或附近可能發(fā)育其他古老巖層，比如古老花崗巖之類，就有可能形成富氦的頁(yè)巖氣藏（圖4）。古老巖石中U和Th經(jīng)過漫長(zhǎng)地質(zhì)時(shí)期累計(jì)生成的氦溶解于古老地層水中，地層水通過斷裂運(yùn)移至頁(yè)巖氣藏，在亨利定律作用下與頁(yè)巖氣發(fā)生氣體交換，水中的氦氣幾乎可以全部釋放到頁(yè)巖氣藏中，可以使頁(yè)巖氣富氦。另外，頁(yè)巖中含有微裂隙，地層水可以滲透到頁(yè)巖中。這樣的例子在寒武系頁(yè)巖氣中可以見到。

圖4 富氦頁(yè)巖氣藏氦氣富集模式圖

雖然威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣藏氦氣含量較低，但在寒武系頁(yè)巖氣中卻發(fā)現(xiàn)了高氦含量的頁(yè)巖氣藏。W201-H3井鉆遇的寒武系頁(yè)巖氣，氦氣含量0.13%，達(dá)到了富氦氣藏標(biāo)準(zhǔn)。另外，通過對(duì)W201-H1井4個(gè)不同時(shí)間的取樣測(cè)試，其頁(yè)巖氣中氦氣含量為0.12%～0.13%，平均0.12%[36]。需要指出的是，文獻(xiàn)中該井樣品屬于志留系頁(yè)巖氣，但40Ar/36Ar值很高，4次測(cè)試平均為7 721，遠(yuǎn)高于本區(qū)其他志留系頁(yè)巖氣的平均比值1 096，判斷該井可能溝通了深部氣源，可能以寒武系頁(yè)巖氣為主。不僅是四川盆地，其他地區(qū)寒武系頁(yè)巖氣也可以形成富氦氣藏，例如宜昌地區(qū)針對(duì)下寒武統(tǒng)頁(yè)巖鉆探的宜頁(yè)1井經(jīng)壓裂后獲高產(chǎn)氣流，在壓裂段采集的9個(gè)天然氣樣品，氦氣平均含量為0.16%[37]，該井位于黃陵花崗巖附近，主氦源應(yīng)該是自花崗巖體中的水溶氦。

4 殼幔混合富氦氣藏氦氣富集模式

目前發(fā)現(xiàn)的殼?；旌细缓獠囟挤植荚跂|部含油氣盆地，這些盆地是在陸殼內(nèi)部基底上發(fā)育起來的拉張型中新生代斷陷—坳陷型含油氣盆地。新生代以來，由于太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖，使中國(guó)陸殼沿北北東方向產(chǎn)生地殼破裂帶，上地幔沿著地殼減薄和地裂帶隆升，局部地慢隆起區(qū)巖石圈減薄,上層地殼處于引張應(yīng)力作用下,使原來古生界的基底斷塊破裂，形成一系列斷陷盆地,并演化為大型坳陷盆地[31]，包括幔源氦在內(nèi)的地幔流體不可避免地或多或少參與到油氣成藏過程中，在一些氣藏中形成殼幔混合成因的富氦氣藏。根據(jù)氦氣富集具體特點(diǎn)，東部含油氣盆地氦氣的富集又可分為3種模式。

4.1 以烴類為主的殼幔混合成因氦氣富集模式

烴源巖在正常演化過程中生成的天然氣，攜帶烴源巖中U和Th經(jīng)放射性衰變形成的氦氣運(yùn)移到儲(chǔ)集層，沿途可能會(huì)捕獲運(yùn)移路徑上的少量氦氣，最終把儲(chǔ)集層溶解于水中的氦氣捕獲，這個(gè)過程只能形成貧氦氣藏。構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生了溝通上地幔的深大斷裂，同時(shí)也在地殼中產(chǎn)生一系列斷裂，斷裂把基底中溶解在水中的氦氣和幔源氦氣帶入氣藏，使氣藏富氦（圖5）。這類氣藏中的氦氣幔源成分不高，主力氦源是基底巖石中溶解在水中的氦氣。

松遼盆地雙城—平川地區(qū)五站和太平莊氣田中的氦氣屬于這類富集模式，氣田以烷烴氣為主，來自高—過成熟煤系烴源巖[26]，氦氣含量平均0.14%，幔源氦占比僅為2.2%～6.0%。如果把幔源氦的成分扣除，僅殼源氦也可達(dá)富氦氣藏標(biāo)準(zhǔn)，故主力氦源為基巖中的水溶氦。

4.2 以二氧化碳?xì)鉃橹鞯臍め；旌铣梢蚝飧患Ｊ?/h3>

這類氣藏以二氧化碳為主，含有少量氮?dú)夂蜔N類氣體，氦氣中幔源氦的比例超過50%，二氧化碳為無機(jī)成因，與巖漿活動(dòng)有關(guān)，巖漿活動(dòng)把深部流體帶入氣藏，同時(shí)形成的斷裂把基底和其他巖層中的殼源氦氣釋放出來，一起帶入氣藏，這類氣藏主力氦源來自地幔（圖6）。例如三水盆地，形成于北西—南東向擠壓背景下，沿北西向張性斷裂發(fā)育的斷陷盆地，沉積了巨厚的第三系，火山活動(dòng)頻繁、強(qiáng)烈，巖漿巖夾雜于沉積巖之中，屬于深源巖漿[38]，盆地中隸屬于寶月氣田的水深22、水深44等氣藏，以二氧化碳為主，氦氣主要來自地幔流體，少部分來自殼源氦；二氧化碳主要為巖漿—幔源成因，也不排除部分二氧化碳來自被巖漿烘烤的碳酸鹽巖、或熱液與碳酸鹽巖接觸產(chǎn)生二氧化碳，也可能來自酸性地層水溶解碳酸鹽巖生成二氧化碳[38]。松遼盆地萬金塔二氧化碳?xì)馓镏泻饨咏缓獠?，氦氣富集模式與此相似，為殼—幔混合型，以幔源氦氣為主，氣藏的形成與萬金塔構(gòu)造緊鄰郯廬大斷裂有關(guān)，也可能是萬金塔氣田正好處于古火山口上[19]。

圖6 以二氧化碳?xì)鉃橹鞯臍め；旌铣梢蚝飧患Ｊ綀D

4.3 以氮?dú)鉃橹鞯臍め；旌铣梢蚝飧患Ｊ?/h3>

氣藏以氮?dú)鉃橹?，含少量烴類和二氧化碳?xì)怏w，氦氣中幔源氦的比例往往小于50%，多以殼源氦為主，氦氣主要來自深部地殼U和Th的放射性衰變，氮?dú)鈦碜缘貧ど畈亢衔锝?jīng)過高溫裂解生成，高溫來自巖漿烘烤或熱液。在巖漿和熱液作用下，一方面地殼中含氮化合物裂解產(chǎn)生氮?dú)?，另一方面，溫度升高?huì)突破氦氣在各種礦物中封閉溫度，有利于氦從礦物中釋放，釋放出的微量氦與含氮化合物產(chǎn)生的氮?dú)庀热芙庥诳紫端校腥芙獾臍怏w如果達(dá)到飽和可以形成游離氣往上運(yùn)移。巖漿活動(dòng)在地殼產(chǎn)生斷裂，在幔源流體上涌的同時(shí)，驅(qū)使深部地殼流體沿?cái)鄬油线\(yùn)移，在適當(dāng)圈閉中形成以氮?dú)鉃橹鞯母缓獠?。如果區(qū)內(nèi)有多個(gè)氣藏疊加，下部氣藏中二氧化碳含量往往較高，主要是因?yàn)橄虏繗獠馗拷Ｔ戳黧w，也可以接受水中釋放的二氧化碳（圖7）。

圖7 以氮?dú)鉃橹鞯臍め；旌铣梢蚝飧患Ｊ綀D

典型的實(shí)例有蘇北盆地黃橋氣田中的溪橋氣藏，該氣藏為富氦的氮?dú)獠?，另外該氣田還有以烴類氣體為主和以二氧化碳為主的氣藏，二氧化碳?xì)獠匚挥诘獨(dú)獠氐南虏?。溪橋氣藏中幔源氦的比例多介?0%～50%之間，受巖漿活動(dòng)影響，氦氣來自殼—?；旌蟻碓础ａＴ戳黧w驅(qū)使深部地殼流體沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移，氮?dú)夂秃鈨?yōu)先占據(jù)上部?jī)?chǔ)集空間，形成以氮?dú)鉃橹鞯母缓獠?，氦氣不僅有來自殼源的貢獻(xiàn)，幔源流體中的部分揮發(fā)性氣體也有少部分混入到氮?dú)獠刂?；幔源流體中的二氧化碳只能占據(jù)下部?jī)?chǔ)集空間形成二氧化碳?xì)獠?，因二氧化碳?xì)獠刂袃H存有幔源氦，未能形成富氦氣藏。

5 結(jié)論

中國(guó)含油氣盆地中氦氣的來源復(fù)雜，富集模式多樣，無論哪種富集模式，都離不開主氦源對(duì)氣藏的貢獻(xiàn)。中、西部盆地氦氣以殼源為主，富氦氣藏中的主氦源——來自古老地層中U和Th經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間衰變生成、溶解在地層水中的水溶氦，氦氣富集分3種模式。東部盆地氦氣成因比較復(fù)雜，富氦氣藏中的氦氣主要來源有2個(gè)：一是來自深部地殼的、溶解在水中的殼源氦；二是來自地幔流體。東部氦源的富集模式也可分為3種。氦氣富集模式的建立，可為氦氣富集理論研究提供基礎(chǔ)，對(duì)氦氣資源的評(píng)價(jià)和勘探選區(qū)都有重要的參考作用。