低勘探程度区氦气资源潜力地质评价方法

摘要

本发明一种低勘探程度区氦气资源潜力地质评价方法，包括初始数据采集，确定氦源岩分布，计算岩浆岩体和沉积岩的氦气生成速率和生成量，计算幔源氦输入比例和区域平均幔源氦输入比例，确定氦气勘探范围及明确成藏系数并对氦气资源潜力进行量化评估等六个步骤。本发明一方面系统的将影响氦气生成、储藏等条件合理有机的归纳至统一的实施方法中，并有效消除了当前对天然气储量不明条件下氦气无法勘测评估的弊端，从而有效实现了对氦气储量进行精确评估预判的目的，并极大的提高了氦气资源评估工作的地质条件通用性；另一方面在提高氦气资源评估工作效率和精度的同时，有效简化了氦气评估工作流程，降低了评估工作的实施难度、劳动强度及成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种低勘探程度区氦气资源潜力地质评价方法，属地质勘探技术领域。

背景技术

氦气是重要的稀缺战略性资源，但我国当前氦气勘探进展缓慢、勘探程度低，资源量和储量情况不明，因此，加大我国氦气资源勘探力度，摸清氦气资源家底，并进一步明确国内具有氦气工业化开采潜力的区域，是目前我国氦气工业面临的首要问题之一；而建立系统的、具有针对性和可实施性的氦气资源评价方法则是重中之重。

由于当前氦气均是在天然气勘探过程中偶然发现，且虽然氦气与天然气赋存于同一空间，但它们在成因、来源、运移、聚集等方面存在显著的差异，因此，已有的天然气勘探和资源评价技术方法并不适用于氦气资源。从而导致当前在氦气资源勘测中，在天然气勘探较成熟的地区，氦气资源评价工作难度较低，而对于天然气勘探尚未突破或仅有部分显示的低勘探程度区，则需综合考虑幔源氦和壳源氦贡献，导致氦气资源勘测评估难度极大，且当前尚无一种有效的具有针对性的氦气资源潜力地质评价方法，从而严重制约了我国氦气资源勘测工作的开展。

因此针对这一问题，迫切需要开发一种低勘探程度区氦气资源潜力地质评价方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决现有技术上的不足，本发明提供一种低勘探程度区氦气资源潜力地质评价方法。

一种低勘探程度区氦气资源潜力地质评价方法，包括如下步骤：

S1，初始数据采集，针对目标地区开展区域地质调查工作，结合已有地质调查资料，建立目标地区地层格架，确定各套沉积地层的沉积年代TSn、地层厚度Dn及地层倾角αn；

S2,确定氦源岩分布；采集目标地区各套沉积地层岩石样品，开展ICP-MS分析测试，测定岩石样品的铀、钍元素含量，并计算各套地层的平均铀、钍丰度值；利用

S3，计算岩浆岩体和沉积岩的氦气生成速率和生成量，综合野外地质调查和重力、磁力等地球物理手段，调查目标地区岩浆岩分布情况，结合通过S1步骤获得的已有的地调资料，确定各套岩浆岩体的规模VM

S4，计算幔源氦输入比例和区域平均幔源氦输入比例，采集、收集目标地区可能含氦的气体样品，然后利用稀有气体同位素质谱仪分析气体样品的氦气含量和氦同位素组成，确定富氦流体(氦气含量大于500ppm)分布范围，并计算每个气体样品幔源氦输入比例P(He)

S5，确定氦气勘探范围，首先以S1步骤的地质调查资料为基础，结合S2和S3步骤野外地质调查，确定目标地区断层分布情况，初步划定构造稳定区分布范围；然后以S1步骤的地质调查资料为基础，按照膏岩层>白云岩>未溶蚀灰岩>泥岩顺序依次确定区域性盖层，并明确盖层分布范围及形成年龄TC；区域性盖层下伏沉积地层即为有效氦源岩层分布范围；最后结合构造稳定区分布范围、区域性盖层、有效氦源岩层分布范围及S4步骤获得的富氦流体分布范围，划定目标地区氦气勘探有利区，并计算有利区面积S；

S6,明确成藏系数并对氦气资源潜力进行量化评估,以S1步骤中获得的沉积地层厚度、倾角为基础，结合S2步骤中获得的沉积地层氦气生成速率、S5步骤中盖层形成年龄和有效氦源岩层系，分别计算每套有效氦源岩层生氦量和沉积岩总生氦量；然后根据盖层性质确定沉积岩来源氦气成藏系数Ks，根据岩浆岩体与氦气勘探有利区的距离、是否有断层及地下水系，共同确定每套岩浆岩体生产氦气的成藏系数K

进一步的，所述的S1步骤中，地质调查资料为全国1:20万地质调查报告等资料。

进一步的，所述的S2步骤中，放射性成因

RS

式中，RS

进一步的，所述的S3步骤中氦气生成速率和生成量计算公式为：

氦气生成速率公式：RM

氦气生成量计算公式n(M)

式中，RM

进一步的，所述的S4步骤中,可能含氦的气体样品来源包括天然气勘探井井筒气、钻井页岩岩心解析气、温泉气、地下水脱溶气等；气体样品幔源氦输入比例和区域平均幔源氦输入比例计算公式为：

气体样品的幔源氦输入比例公式：

目标地区平均幔源氦输入比例公式：

式中，P(He)

进一步的，所述的S6步骤中，有效氦源岩层生氦量和沉积岩总生氦量计算公式为：

有效氦源岩层生氦量计算公式：n(S)

式中，n(S)

目标地区壳源氦资源总量计算公式为：

式中，n(He)

目标地区明确成藏系数并对氦气资源潜力进行量化评估计算公式包括：

区域幔源氦资源总量计算公式：

目标地区氦气资源总量计算公式：n(He)＝n(He)

式中，n(He)

进一步的，所述的S4步骤中，可能含氦的气体样品采样时，氦气采样装置进行样品采样存储，其中所述采样装置包括承载架、集气瓶、水浴槽、多通阀、解析罐、气液泵、液体调压泵、温度传感器、电加热套、压力传感器、控制阀、引流罩、连接管头、调压阀及控制电路，其中所述承载架为轴线与水平面垂直分布的框架结构，所述集气瓶至少一个、嵌于承载架内并与承载架轴线平行分布，所述集气瓶外另设一个与其同轴分布的电加热套，所述电加热套为空心柱状腔体结构，包覆在集气瓶外并与承载机架内表面连接，所述集气瓶上端面设一个排气口、下端面设一个进气口、一个进水口和一个排水口，且所述排气口、进气口、进水口和排水口处均设控制阀，且所述排气口和进气口处均设一个压力传感器，排水口处的控制阀另通过导流管与调压阀连通，所述调压阀另通过导流管与水浴槽连通，所述水浴槽嵌于承载机架内，与承载机架同轴分布并位于水浴槽下方，所述水浴槽内设至少一个解析罐，且解析罐有效高度的至少80％部分嵌于水浴槽的液面之下，所述水浴槽另通过导流管与液体调压泵连通，并通过液体调压泵与集气瓶底部的进水口连通，所述进气口通过导流管与多通阀连通，所述多通阀与承载机架外表面连接，且所述多通阀通过导流管分别与解析罐、引流罩、连接管头连接，且所述引流罩、连接管头均至少一个并与承载机架外表面间通过挂扣连接，所述多通阀另通过气液泵与进气口所连接的导流管间连通，所述温度传感器若干，分别嵌于集气瓶和水浴槽内，所述控制电路嵌于承载机架外，并分别与水浴槽、多通阀、解析罐、气液泵、液体调压泵、温度传感器、电加热套、压力传感器、多通阀、调压阀电气连接。

进一步的，所述的电加热套包括电加热丝、保温套、硬质绝缘垫块，所述保温套为与集气瓶同轴分布的空心柱状腔体结构，包覆在集气瓶外并与集气瓶同轴分布，所述保温套高度不大于集气瓶高度的60％，所述保温套外表面通过若干硬质绝缘垫块与承载架连接，所述电加热丝至少两条，为与集气瓶同轴分布的环状结构，嵌于保温套内并包覆在集气瓶外，且各电加热丝均通过若干硬质绝缘垫块与保温套内表面连接，并沿保温套轴线方向从上向下均布，同时电加热丝与保温套内表面及集气瓶外表面间均设1—5毫米隔离间隙。

进一步的，所述的引流罩为圆台状腔体结构，且引流罩和连接管头所连接的导流管另与承载架外表面间另通过挂钩连接。

进一步的，所述的控制电路为以工业单片机为基础的电路系统。

本发明一方面系统的将影响氦气生成、储藏等条件合理有机的归纳至统一的实施方法中，并有效消除了当前无法对天然气储量不明条件下氦气无法勘测评估的弊端，从而有效实现了对氦气储量进行精确评估预判的目的，并极大的提高了氦气资源评估工作的地质条件通用性；另一方面在提高氦气资源评估工作效率和精度的同时，另有效简化了氦气评估工作流程，降低了评估工作的实施难度、劳动强度及成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明方法流程示意图；

图2为采样设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种低勘探程度区氦气资源潜力地质评价方法，包括如下步骤：

S1，初始数据采集，针对目标地区开展区域地质调查工作，结合已有地质调查资料，建立目标地区地层格架，确定各套沉积地层的沉积年代TSn、地层厚度Dn及地层倾角αn；

S2,确定氦源岩分布；采集目标地区各套沉积地层岩石样品，开展ICP-MS分析测试，测定岩石样品的铀、钍元素含量，并计算各套地层的平均铀、钍丰度值；利用

S3，计算岩浆岩体和沉积岩的氦气生成速率和生成量，综合野外地质调查和重力、磁力等地球物理手段，调查目标地区岩浆岩分布情况，结合通过S1步骤获得的已有的地调资料，确定各套岩浆岩体的规模VM

S4，计算幔源氦输入比例和区域平均幔源氦输入比例，采集、收集目标地区可能含氦的气体样品，然后利用稀有气体同位素质谱仪分析气体样品的氦气含量和氦同位素组成，确定富氦流体(氦气含量大于500ppm)分布范围，并计算每个气体样品幔源氦输入比例P(He)

S5，确定氦气勘探范围，首先以S1步骤的地质调查资料为基础，结合S2和S3步骤野外地质调查，确定目标地区断层分布情况，初步划定构造稳定区分布范围；然后以S1步骤的地质调查资料为基础，按照膏岩层>白云岩>未溶蚀灰岩>泥岩顺序依次确定区域性盖层，并明确盖层分布范围及形成年龄TC；区域性盖层下伏沉积地层即为有效氦源岩层分布范围；最后结合构造稳定区分布范围、区域性盖层、有效氦源岩层分布范围及S4步骤获得的富氦流体分布范围，划定目标地区氦气勘探有利区，并计算有利区面积S；

S6,明确成藏系数并对氦气资源潜力进行量化评估,以S1步骤中获得的沉积地层厚度、倾角为基础，结合S2步骤中获得的沉积地层氦气生成速率、S5步骤中盖层形成年龄和有效氦源岩层系，分别计算每套有效氦源岩层生氦量和沉积岩总生氦量；然后根据盖层性质确定沉积岩来源氦气成藏系数Ks，根据岩浆岩体与氦气勘探有利区的距离、是否有断层及地下水系，共同确定每套岩浆岩体生产氦气的成藏系数K

进一步的，所述的S1步骤中，地质调查资料为全国1:20万地质调查报告等资料。

进一步的，所述的S2步骤中，放射性成因

RS

式中，RS

进一步的，所述的S3步骤中氦气生成速率和生成量计算公式为：

氦气生成速率公式：RM

氦气生成量计算公式n(M)

式中，RM

进一步的，所述的S4步骤中,可能含氦的气体样品来源包括天然气勘探井井筒气、钻井页岩岩心解析气、温泉气、地下水脱溶气等；气体样品幔源氦输入比例和区域平均幔源氦输入比例计算公式为：

气体样品的幔源氦输入比例公式：

目标地区平均幔源氦输入比例公式：

式中，P(He)

进一步的，所述的S6步骤中，有效氦源岩层生氦量和沉积岩总生氦量计算公式为：

有效氦源岩层生氦量计算公式：n(S)

式中，n(S)

目标地区壳源氦资源总量计算公式为：

式中，n(He)

目标地区明确成藏系数并对氦气资源潜力进行量化评估计算公式包括：

区域幔源氦资源总量计算公式：

目标地区氦气资源总量计算公式：n(He)＝n(He)

式中，n(He)

需要说明，在实际计算评估中，氦气浓度按照是否达到或接近氦气浓度(0.05％)工业利用下限做为氦气资源评价标准。

特别说明的，如图2所示，所述的S4步骤中，可能含氦的气体样品采样时，氦气采样装置进行样品采样存储，其中所述采样装置包括承载架1、集气瓶2、水浴槽3、多通阀4、解析罐5、气液泵6、液体调压泵7、温度传感器8、电加热套9、压力传感器10、控制阀16、引流罩12、连接管头13、调压阀14及控制电路15，其中所述承载架1为轴线与水平面垂直分布的框架结构，所述集气瓶2至少一个、嵌于承载架1内并与承载架1轴线平行分布，所述集气瓶2外另设一个与其同轴分布的电加热套9，所述电加热套9为空心柱状腔体结构，包覆在集气瓶2外并与承载机架1内表面连接，所述集气瓶2上端面设一个排气口21、下端面设一个进气口22、一个进水口23和一个排水口24，且所述排气口21、进气口22、进水口23和排水口24处均设控制阀16，且所述排气口21和进气口22处均设一个压力传感器10，排水口24处的控制阀16另通过导流管与调压阀14连通，所述调压阀14另通过导流管与水浴槽3连通，所述水浴槽3嵌于承载机架1内，与承载机架1同轴分布并位于水浴槽3下方，所述水浴槽3内设至少一个解析罐5，且解析罐5有效高度的至少80％部分嵌于水浴槽3的液面之下，所述水浴槽3另通过导流管与液体调压泵7连通，并通过液体调压泵7与集气瓶2底部的进水口23连通，所述进气口22通过导流管与多通阀4连通，所述多通阀4与承载机架1外表面连接，且所述多通阀4通过导流管分别与解析罐5、引流罩12、连接管头13连接，且所述引流罩12、连接管头13均至少一个并与承载机架1外表面间通过挂扣17连接，所述多通阀4另通过气液泵6与进气口22所连接的导流管间连通，所述温度传感器8若干，分别嵌于集气瓶2和水浴槽3内，所述控制电路15嵌于承载机架1外，并分别与水浴槽3、多通阀4、解析罐5、气液泵6、液体调压泵7、温度传感器8、电加热套9、压力传感器10、控制阀16、调压阀14电气连接。

本实施例中，所述的电加热套9包括电加热丝91、保温套92、硬质绝缘垫块93，所述保温套92为与集气瓶2同轴分布的空心柱状腔体结构，包覆在集气瓶2外并与集气瓶2同轴分布，所述保温套92高度不大于集气瓶2高度的60％，所述保温套92外表面通过若干硬质绝缘垫块93与承载架1连接，所述电加热丝91至少两条，为与集气瓶2同轴分布的环状结构，嵌于保温套92内并包覆在集气瓶2外，且各电加热丝91均通过若干硬质绝缘垫块93与保温套内表面连接，并沿保温套轴线方向从上向下均布，同时电加热丝91与保温套内表面及集气瓶2外表面间均设1—5毫米隔离间隙。

本实施例中，所述的引流罩12为圆台状腔体结构，且引流罩12和连接管头13所连接的导流管另与承载架1外表面间另通过挂钩11连接。

本实施例中，所述的控制电路为以工业单片机为基础的电路系统。

其中，在进行采样作业时，首先由液体调压泵将水浴槽内液体介质输送至集气瓶内并保压备用；

当进行天然气样品采样时，直接将连接管头与天然气管道或井口连接，然后由气液泵对气体增压后输送至集气瓶内，并利用气体介质压力将集气瓶内的液体介质通过排水口和调压阀配合回流至水浴槽内，从而实现在集气瓶内获得纯净的采样气体介质；

在进行页岩岩心解析气采集时，首先将页岩岩心样品添加到解析罐内，然后由水浴槽对解析罐进行调温，使页岩岩心样品中的气体析出，并通过气液泵对气体增压后输送至集气瓶内，并利用气体介质压力将集气瓶内的液体介质通过排水口和调压阀配合回流至水浴槽内，从而实现在集气瓶内获得纯净的采样气体介质；

在进行进行温泉气采集时，首先将引流罩嵌入到温泉泉口位置，由引流罩对温泉排出的气体进行收集，然后由气液泵对气体增压后输送至集气瓶内，并利用气体介质压力将集气瓶内的液体介质通过排水口和调压阀配合回流至水浴槽内，从而实现在集气瓶内获得纯净的采样气体介质；

在进行地下水脱溶气采集时，将连接管头直接与地下水供给管道或地下水水井井口连接，并将地下水通过气液泵对地下水增压后输送至集气瓶内，并利用地下水压力将集气瓶内的液体介质通过排水口和调压阀配合回流至水浴槽内，然后驱动电加热套运行，对集气瓶内的地下水进行升温作业，并通过升温使溶解在地下水中气体排出，并通过排出气体后集气瓶内压力增压后，利用气体介质压力将部分地下水通过排水口和调压阀配合回流至水浴槽内，从而在集气瓶内得到待测定气体介质即可。

本发明一方面系统的将影响氦气生成、储藏等条件合理有机的归纳至统一的实施方法中，并有效消除了当前无法对天然气储量不明条件下氦气无法勘测评估的弊端，从而有效实现了对氦气储量进行精确评估预判的目的，并极大的提高了氦气资源评估工作的地质条件通用性；另一方面在提高氦气资源评估工作效率和精度的同时，另有效简化了氦气评估工作流程，降低了评估工作的实施难度、劳动强度及成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。