內容提要
本書在調研國內外氦氣資源研究進展的基礎上，系統闡述了渭河盆地基礎地質與氦氣成藏機理、成藏條件及資源前景。評價了地熱井中氦等伴生氣的分佈特徵，闡明瞭氦等伴生氣的成因類型——氦氣以殼源為主，二氧化碳以有機成因為主，淺層（張家坡組）甲烷氣以生物氣為主，深部甲烷氣以高熱演化煤型甲烷氣為主；取得了渭河新生代盆地基底組成的新認識，推測渭河盆地深部可能殘存晚古生代煤系地層，具有重要油氣地質意義；探討了氦氣的弱源成藏模式，認為渭河盆地具備氦氣成藏的基本地質條件和良好的資源前景，有望取得氦氣資源勘查突破，構建我國氦氣資源基地。
本書兼具理論性、資料性和實踐性，更有探索性，可供氦氣、油氣等領域的科技人員和研究生參考。
序一
氦氣是關係國家安全和高新技術產業發展的重要戰略性稀有氣體資源。全球氦氣資源供不應求，長期短缺。我國氦氣供應長期依賴進口，資源安全形勢十分嚴峻。
近年來，本書作者團隊克服困難，在渭河盆地堅持氦氣資源調查研究工作，在基礎地質、成藏理論、找礦方法和調查實踐等方面取得了豐富成果。本書是作者團隊在渭河盆地油氣基礎地質及氦氣資源評價領域長期積累的系統總結，是氦氣資源評價領域的一項重要成果，對氦氣資源新領域及渭河盆地油氣基礎地質研究具有重要參考價值，也為進一步開展氦氣資源調查評價，變氦氣資源發現為氦氣資源突破，積累了以下寶貴經驗：一是加強氦氣成藏理論創新和調查技術進步，是取得氦氣資源勘查突破的關鍵；二是開展地震和鑽探等專項工程，是獲得渭河盆地氦氣資源突破的必要手段；三是氦氣檢測和提取技術是建立氦氣資源評價標準的重要因素，建立調查與開發無縫結合的業務推進機制，是有效提高我國氦氣資源安全保障的抓手；四是專業隊伍和裝備建設是氦氣資源調查突破的基礎。
在本書即將出版之際，希望作者團隊及我國關注氦氣資源研究的專家、領導，以聚焦國防和民生需求、保障國家戰略資源安全、創新科技理論為目標，繼續加強渭河盆地及我國氦氣資源勘查評價工作，力爭有所突破；以服務產業鏈各環節為目標，創建開放合作大平臺，廣泛吸納更多的單位和人才開展氦氣資源調查評價，創建世界一流的氦氣資源調查機構，引領商業突破，保障國家氦氣戰略需求，加強自主創新，促進理論技術走向國際。
序二
氦氣是殼幔物質交換信息的重要載體，更是一種關係國家安全的緊缺型戰略資源，廣泛應用於地質研究、航天工業、核工業、科研、石化、製冷、醫療、半導體、檢漏、超導、金屬製造、深海潛水、高精度焊接和光電子產品生產等領域。全球氦氣資源供應長期緊缺。我國氦氣需求量越來越大，但受制於資源匱乏，一直依賴進口。
我國西部大型疊合盆地及東部郯廬斷裂帶已發現廣泛的含氦天然氣顯示，含氦層位眾多，但研究程度低（作為資源研究更少），認識不夠，家底不清。近年來，中國地質調查局組織開展了渭河盆地氦氣資源調查工作，取得了豐碩新成果：一是創新了殼源氦氣弱源成藏概念，探索了其機理，揭示了有效氦源巖、高效運移通道、載體氣藏是氦氣成藏的基本條件；二是確定了渭河盆地不僅有水溶氦氣，還有便於利用的遊離態富氦天然氣；三是發現了渭河盆地深部存在晚古生代煤系烴源巖的線索和證據，為氦載體氣成藏提供了物質基礎，也具有重要的油氣地質意義；四是探索了“地質指方向，地震、重力、電法探結構，磁法識別磁性巖體，化探圈定異常，氣測錄井標定富集層段”的氦氣資源調查技術方法；五是指出了地熱井氦氣顯示和成藏條件研究表明，渭河盆地資源前景良好，並圈定了遠景區，渭河盆地有望取得氦氣資源勘查突破，可構建我國氦氣資源基地。
本書創新了殼源氦弱源成藏理念、探索了找礦方法、豐富了我國氦氣資源調查實踐，集理論性、信息性和探索性於一體，對渭河盆地乃至我國取得氦氣資源勘查突破，具有重要指導意義。該書是我國氦氣綜合性研究的第一本專著，將推進我國氦氣資源調查、研究的開展。本書的出版可喜可賀，值得一讀，閱後必將獲益匪淺。
前言
氦是熔點和沸點最低的已知元素，來源於鈾、釷等元素放射性衰變和地幔脫氣。
氦氣在軍工、航天、核工業、深海潛水及民用高科技等領域具有廣泛用途，是關係國家安全和高新技術產業發展的重要戰略性稀有氣體資源。全球氦氣年需求量約為2 億立方米，但年產量僅有1.7 億立方米，供不應求，長期短缺。我國目前氦氣年需求量約為2200 萬立方米，但勘查開發程度極低，資源情況不明，僅四川自貢威遠氣田曾進行小規模提氦利用。我國氦氣供應長期依賴進口，資源安全形勢十分嚴峻。
近年來，中國地質調查局組織開展了渭河盆地氦氣資源調查工作，取得了一批重要新進展、新成果：
1）創新認識，總結了殼源氦氣弱源成藏模式。地殼中鈾、釷元素的丰度低、半衰期長，殼源氦生氣強度極低，為典型的弱源氣。按照油氣地質理論，殼源氦不存在集中的生氣高峰，生氣速率極低，難以發生突破“壓力封存箱”的大規模集中排氣。根據氦氣成藏的特殊性，提出了殼源氦氣弱源成藏概念，總結了地下水（流體）循環為紐帶、水—巖—藏關係與賦存狀態轉換為核心、鈾氦關聯的氦氣弱源成藏模式。根據亨利定律，含氦水流一旦遇到天然氣藏，氦的低溶解度和低體積分數（低分壓）決定了氦傾向於從水溶態轉變為遊離氣態進入氣藏，並導致氣藏附近水體形成氦低濃度漏斗，使滲流系統內水溶氦向氣藏附近遷移並最終絕大部分進入氣藏，大大提高氦氣的運聚係數，創新了氦的弱源成藏機制。
2）渭河盆地不僅有水溶氦，還存在便於利用的遊離態富氦天然氣藏。自然界氣體賦存狀態有遊離態、溶解態、吸附態及水合態，不同賦存狀態氦氣資源的工業利用前景和經濟性具有天壤之別。已有資料和理論分析表明，渭河盆地不僅存在水溶氣資源，也存在遊離態氦及伴生氣資源，即存在易於利用的富氦天然氣藏。
3）新發現渭河盆地深部存在晚古生代煤系烴源巖信息，為氦載體氣成藏提供了物質基礎。渭河盆地是否具有天然氣前景一直是眾多學者關注的問題之一，核心是是否存在烴源巖。前人認為，盆地深部不存在晚古生代煤系地層。根據區域地質背景、地熱井氣樣分析及地球物理測量成果，特別是地震測量成果，論證了渭河盆地前新生代基底局部殘留晚古生代煤系地層，為渭河盆地天然氣勘探帶來了希望；由於氦氣不能單獨成藏，只有在甲烷等載體氣藏中聚集、積累，才能形成富氦天然氣藏，從而為氦載體氣成藏提供物質基礎；同時也可為鄂爾多斯周緣盆地群新層系油氣調查提供借鑑。
4）探索了富氦天然氣地質、物探、化探調查方法。探索了“地質指方向，地震、重力、電法探結構、識斷裂（高效運移通道）、找圈閉，磁法識別磁性巖體（氦源巖），化探異常圈定目標區，氣測錄井標定富集層段”的氦氣調查技術方法。
5）氦氣成藏條件評價表明，渭河盆地氦氣資源良好前景。根據氦氣弱源成藏模式，認為有效氦源巖、高效運移通道、載體氣藏是氦氣成藏的基本條件。通過物探、化探工作，基本查明瞭富氦氣區地層層序和構造格架，重點刻畫了隱伏花崗岩體（氦源巖）、斷裂發育特徵。渭河盆地氦源巖和高效運移通道（斷裂）發育，具有載體氣藏形成條件，氦氣資源前景良好。地熱井伴生氣系統採樣發現氦氣顯示井63 口，其中伴生氣中氦氣體積分數大於1%（最高達9.226%，工業品位為0.1%）的31 口，表明區內氦含量之高，國內外少見，預示了良好的資源前景。根據調查成果，初步圈定了華陰- 潼關、戶縣- 藍田和武功- 咸陽等3 處遠景區，認為渭河盆地有望取得氦氣資源突破，構建我國氦氣資源基地。
本書是在中國地質調查局西安地質調查中心牽頭，渭河能源公司（陝西金奧能源公司）、陝西省地質調查院、陝西地礦總公司第二綜合物探大隊、西北大學、長安大學、西安石油大學、中石油東方地球物理公司等單位參加完成的“渭河盆地氦氣資源遠景調查”計劃項目成果基礎上，由李玉宏、周俊林、張文等執筆，最後由李玉宏統稿完成。工作過程中得到張國偉院士、戴金星院士、李文厚教授及西安地質調查中心副總工程師李榮社、盧進才兩位教授級高級工程師、中國礦業大學（北京）趙峰華教授、長慶油田方德樹高級工程師等專家大力支持和指導，在這裡向各位專家和參加項目工作的魏仙樣、劉建朝、張雪、張省舉、谷開拓、趙炳坤、李濤、張進學、張春灌、張慧元等同仁表示衷心的感謝！感謝地質出版社劉亞軍編審為本書出版所付出的辛勤勞動！感謝徐永昌研究員、鄭軍衛研究員、李克永編輯對我們工作的支持和包容！
本書引用了眾多前人資料，有些資料無法查明原始作者，未能逐一標明引用資料的原始作者，在此對他們表示衷心感謝！
氦氣成藏研究程度低、探索性強，懇請同行專家和讀者對本書批評指正，以期推動氦氣成藏理論與認識進一步發展，促進氦氣勘查取得突破，保障國家氦氣戰略資源需求。
精選插圖
封底圖
圖3.17 渭河盆地周緣花崗岩分佈圖
圖7.8 氦氣成藏模式圖
圖7.9 渭河盆地富氦天然氣找礦模型
圖8.14 渭河盆地氦氣含量與磁性體、斷裂關係示意圖
圖8.16 三普2 號地熱井伴生氦氣動態監測曲線
圖9.17 西安凹陷西部南區1∶5 萬化探成果圖
圖9.22 渭河盆地氦氣及油氣遠景區預測略圖
目錄
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序一
序二
前言
1 緒論
1.1 研究區概況
1.2 氦氣的利用及供需
1.2.1 氦氣的用途
1.2.2 全球氦氣供需
1.2.3 國內氦氣生產現狀
1.3 渭河盆地以往工作程度
1.3.1 基礎地質
1.3.2 礦產勘查
1.3.3 近期工作進展
1.4 存在的問題
2 國內外氦氣研究現狀及典型氦氣藏
2.1 氦氣成因與有效氦源巖
2.2 氦氣運移、聚集與保存
2.2.1 氦氣的運移
2.2.2 氦氣的富集
2.2.3 氦氣的保存
2.3 氦氣提純工藝
2.4 國外典型氦氣藏
2.4.1 國外氦氣田概述
2.4.2 美國胡果頓—潘漢德氣田
2.4.3 阿爾及利亞哈西魯邁勒氣田
2.4.4 卡塔爾北部—南帕爾斯氣田
2.4.5 坦桑尼亞境內發現氦氣顯示
2.5 國內氦氣資源
2.5.1 國內氦氣資源概述
2.5.2 威遠氣田
2.5.3 蘇北地區
2.5.4 塔里木盆地
2.6 小結
3 渭河盆地區域地質背景
3.1 大地構造位置
3.2 區域地層
3.2.1 前新生界基底
3.2.2 新生界
3.3 區域構造演化
3.3.1 前新生代盆地構造演化
3.3.2 新生代構造演化
3.4 前新生代沉積
3.4.1 早古生代
3.4.2 晚古生代
3.4.3 早、中三疊世
3.4.4 晚三疊世
3.5 侵入岩
3.5.1 巖體時代
3.5.2 主要巖體分佈
4 渭河盆地及其鄰區地球物理特徵
4.1 重力場特徵
4.1.1 區域重力場特徵
4.1.2 渭河盆地重力場特徵
4.2 磁場特徵
4.2.1 區域磁場特徵
4.2.2 渭河盆地磁場特徵
4.2.3 武功—戶縣測區1∶5 萬磁測成果
4.3 盆地及周緣隱伏磁性體分佈
4.4 電性特徵
4.5 地震成果
4.6 地殼結構特徵
4.7 熱流特徵
5 渭河盆地油氣地球化學特徵
5.1 油氣地球化學勘探簡況
5.2 化探數據特徵
5.3 烴類天然氣化探成果
5.4 氦氣化探異常特徵
6 渭河盆地地質成果
6.1 斷裂構造體系
6.2 新生界構造單元劃分
6.2.1 東部坳陷
6.2.2 北部斜坡帶
6.2.3 西部隆起區
6.3 新生代盆地基底
6.3.1 渭河地區沉積了石炭紀—三疊紀地層
6.3.2 渭河盆地深部殘留石炭紀—二疊紀煤系地層的證據
6.3.3 渭河盆地中新生代演化與新生代基底組成預測
6.3.4 結論與意義
6.4 新生界沉積特徵
6.4.1 渭河盆地新生界地層劃分
6.4.2 碎屑成分與物源分析
6.4.3 渭河盆地新生界沉積體系
6.4.4 新生界暗色泥岩分佈
6.4.5 砂體展布特徵
6.4.6 成岩作用特徵
6.5 地熱勘查成果
6.5.1 地熱井分佈及熱儲類型
6.5.2 渭河盆地地熱流體資源量
7 弱源氦氣成藏研究
7.1 殼源氦氣成藏中的幾個問題
7.1.1 有效氦源巖類型
7.1.2 弱源氦氣的運聚
7.1.3 氦氣的保存
7.2 氦氣弱源成藏模式
7.2.1 殼源氦氣源巖
7.2.2 運移與聚集
7.2.3 保存
7.2.4 小結
7.3 找礦模式
7.4 花崗岩油氣藏及其氦氣資源
8 渭河盆地油氣成藏條件及氦氣藏特徵
8.1 渭河盆地氦和烴類氣成藏條件
8.1.1 氣源條件
8.1.2 儲層、蓋層條件
8.1.3 圈閉條件
8.2 渭河盆地氦氣藏特徵
8.2.1 氦等資源氣顯示情況
8.2.2 地熱井伴生氣成因類型
8.2.3 富含氦氣井分佈特徵
8.2.4 地熱井伴生氦氣動態監測成果
8.2.5 渭河盆地富氦天然氣賦存狀態
9 渭河盆地油氣及氦氣資源前景
9.1 渭河盆地氦氣資源量
9.1.1 資源量預測
9.1.2 問題與討論
9.2 氦氣調查評價方法探索
9.2.1 地質認識
9.2.2 氦氣物、化探調查方法探索
9.3 遠景區預測
9.3.1 華陰—潼關遠景區
9.3.2 武功—咸陽遠景區
9.3.3 戶縣—藍田遠景區
9.3.4 渭南—固市油氣遠景區
10 結語
10.1 成果與認識
10.2 存在問題
參考文獻
後記
ABSTRACT
PREFACE
CONTENTS
責任校對：王 瑛
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