CN116047624A - 一种氦气资源量评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种氦气资源量评价方法，涉及氦气资源勘探和评价领域。本发明将氦气资源评价区内的所有氦源岩划分为多个氦源岩计算单元，充分考虑了所有生氦岩石的生氦量；引入氦气排出系数和运聚系数，充分考虑了氦气从源岩到气藏各环节的损失，并采用地质类比法确定氦气运聚系数，使得氦气资源量计算结果更加科学和准确，实现有效评价低勘探程度区的氦气资源量。

Description

一种氦气资源量评价方法
技术领域
本发明涉及氦气资源勘探和评价领域，特别是涉及一种氦气资源量评价方法。
背景技术
氦气作为一种天然气的伴生气体，单独针对它的资源量计算的方法较少。目前，国内外学者对氦气资源量的评价方法主要有2种：一种是针对已探明富氦天然气藏，根据天然气藏的储量参数，包括含气面积、气层平均有效厚度、平均有效孔隙度、平均原始含气饱和度、平均地层温度、地面标准温度、平均原始地层压力、地面标准压力和原始气体偏差系数，结合评价井天然气氦气含量进行资源量评价，此类方法适用于已探明天然气藏中氦气资源量的评价，对勘探程度要求较高，特别是需要探井和评价井控制并获取准确的地质储量参数。另一种是基于U(铀)、Th(钍)元素放射性衰变原理，根据生氦岩石体积规模、U、Th元素丰度、岩石形成时间等参数计算岩石生氦量，从大类上可以归为成因法。此类方法虽然可以大致计算出生氦岩石的生氦量，但在三方面存在问题，一是虽然地壳中花岗岩类侵入体U、Th元素最为富集，是形成富氦天然气的必要条件，但下地壳、中地壳及沉积盖层中形成的氦气也不可忽视，虽然U、Th元素含量低，但其岩石总体规模大、形成时代早，依然可以形成大量氦气，仅计算花岗岩等主要岩石的生氦量严重低估了地壳生成氦气的总量；二是岩石生成的氦气在经过复杂的运移后仅有少部分氦气能进入天然气藏中富集，将花岗岩生氦量作为盆地的资源量评价结果并不科学，应进一步明确氦源岩的排氦系数(氦气排出量/氦气生成量)和运聚系数(氦气聚集量/氦气排出量)，从而评价具氦气资源。对于一个地质勘查工作程度较低的区域，由于缺乏调查井、探井和评价井等，难以获取地下天然气气藏规模和含氦量，氦气资源的评价就缺乏依据，因此急需开发一种低勘探区氦气资源评价方法，进而为氦气的勘探提供依据。
发明内容
本发明的目的是提供一种氦气资源量评价方法，可有效评价低勘探程度区氦气资源。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种氦气资源量评价方法，包括：
将氦气资源评价区内的所有氦源岩划分为多个氦源岩计算单元；多个所述氦源岩计算单元至少包括下地壳、中地壳和上地壳；
采集每个氦源岩计算单元地质体的放射性元素含量测试样品，通过实验室测试，获得每个氦源岩计算单元中铀和钍的平均丰度；
根据每个氦源岩计算单元中铀和钍的平均丰度，计算每个氦源岩计算单元的平均生氦速率；
根据每个氦源岩计算单元的体积规模、平均生氦速率和有效生氦时间，确定每个氦源岩计算单元的生氦总量；
根据每个氦源岩计算单元的埋深，确定每个氦源岩计算单元的氦气排出系数；
采用地质类比法获得氦气运聚系数；
根据每个氦源岩计算单元的生氦总量和氦气排出系数，确定氦气总排出量，进而结合氦气运聚系数确定氦气资源评价区的氦气资源量。
可选地，所述将氦气资源评价区内的所有氦源岩划分为多个氦源岩计算单元，具体包括：
令1个完整的氦气生成、运移、富集和成藏***为1个氦气资源评价区；
将1个氦气资源评价区内所有向天然气藏供给氦气的氦源岩按照铀和钍含量的差异性划分为多个计算单元，包括下地壳、中地壳和上地壳；
将上地壳进一步划分为多个花岗岩体计算单元、沉积盖层计算单元、磁性体计算单元以及其它上地壳计算单元；所述其它上地壳计算单元为上地壳中可明确获得体积规模、铀和钍元素含量以外的部分。
可选地，每个所述氦源岩计算单元的平均生氦速率的计算公式为
Figure BDA0004025109060000031
式中，Ji表示第i个氦源岩计算单元的平均生氦速率，[Ui]表示第i个氦源岩计算单元岩石中铀的平均丰度，[Thi]表示第i个氦源岩计算单元岩石中钍的平均丰度。
可选地，所述根据每个氦源岩计算单元的体积规模、平均生氦速率和有效生氦时间，确定每个氦源岩计算单元的生氦总量，具体包括：
确定每个氦源岩计算单元的有效生氦时间、面积、平均密度和平均孔隙度；
确定每个氦源岩计算单元的厚度；其中，假定花岗岩体为均匀柱状，厚度按照上地壳厚度取值；
根据每个氦源岩计算单元的面积、厚度、平均密度、平均孔隙度、平均生氦速率和有效生氦时间，利用公式
Figure BDA0004025109060000032
计算每个氦源岩计算单元的生氦总量；
式中，f(Qi)表示第i个氦源岩计算单元的生氦总量；Si表示第i个氦源岩计算单元的面积；Hi表示第i个氦源岩计算单元的厚度；ρi表示第i个氦源岩计算单元的平均密度，
Figure BDA0004025109060000033
表示第i个氦源岩计算单元的平均孔隙度；T表示第i个氦源岩计算单元的有效生氦时间。
可选地，所述采用地质类比法获得氦气运聚系数，具体包括：
选取一个与氦气资源评价区具有类似氦气成藏地质背景的氦气资源探明区作为刻度区，计算刻度区的排氦量和氦气资源量，并利用公式cc＝Qc/Fc，确定刻度区的氦气运聚系数cc；式中，Qc表示刻度区的氦气资源量，Fc表示刻度区的排氦量；
建立运聚成藏条件风险评价参数体系；所述参数体系包括载体气源岩、储集条件、圈闭条件、保存条件和运聚配套条件，每项条件又进一步划分为若干个子项因素；
分别对刻度区和氦气资源评价区的运聚成藏条件进行风险评价，获得刻度区和氦气资源评价区的运聚成藏条件风险评价值；
根据刻度区和氦气资源评价区的运聚成藏条件风险评价参数体系中每项条件评价值，利用公式
Figure BDA0004025109060000041
和
Figure BDA0004025109060000042
分别计算刻度区和氦气资源评价区的运聚系数概率值；式中，P表示运聚系数概率值，Pk表示运聚成藏条件风险评价参数体系中第k项条件的成藏概率，qkj表示第k项条件中第j子项因素的权值，Pkj表示第k项条件中第j子项因素的评价值，0≤Pkj≤1；
根据刻度区和氦气资源评价区的运聚系数概率值，以及刻度区的氦气运聚系数，依据公式
Figure BDA0004025109060000043
计算氦气资源评价区的氦气运聚系数c0；式中，P0表示氦气资源评价区的运聚系数概率值，Pc表示刻度区的运聚系数概率值。
可选地，所述氦气资源评价区的氦气资源量的计算公式为
Figure BDA0004025109060000044
式中，QHe表示氦气资源评价区的氦气资源量，αi表示第i个氦源岩计算单元氦排出系数；n表示氦气资源评价区划分氦源岩计算单元个数。
可选地，所述载体气源岩中的子项因素包括：累计烃源岩厚度、有机碳含量、有机质类型、成熟度、供烃面积系数、供烃方式、生烃强度、生烃高峰时间、运移距离和疏导条件；
所述储集条件中的子项因素包括：储层类型、储层孔隙度、储层渗透率和储层埋深；
所述圈闭条件中的子项因素包括：圈闭类型、圈闭面积系数和圈闭幅度；
所述保存条件中的子项因素包括：盖层岩性、盖层厚度和盖层破坏程度；
所述运聚配套条件中的子项因素包括：载体气与储集层配置、氦气运移通道、地下水动力场、圈闭与载体气形成期配套以及圈闭与氦源岩配置。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种氦气资源量评价方法，将氦气资源评价区内的所有氦源岩划分为多个氦源岩计算单元，充分考虑了所有生氦岩石的生氦量；引入排出系数和氦气运聚系数，充分考虑了氦气从源岩到气藏各环节的损失，并采用地质类比法确定氦气运聚系数，使得氦气资源量计算结果更准确，实现有效评价低勘探程度区的氦气资源量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种氦气资源量评价方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种氦气资源量评价方法，可有效评价低勘探程度区氦气资源。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提出的一种氦气资源量评价方法解决了如下问题：一是明确了如何划分计算单元，根据不同类型生氦岩石中U、Th含量的差异性，兼顾计算方法的便捷性，提出了划分氦源岩计算单元的方法；二是简化了计算模型，将侵入花岗岩体按照柱型侵入模型计算其体积，体积计算方法为侵入体面积乘以上地壳厚度；三是根据zhang等(2020)的研究成果，确定了不同类型和埋深氦源岩的排出系数；四是引入了氦气运聚系数，基于制约氦气运移富集地质参数的概率评价方法，按照地质类比法求取不同地区氦气运移富集参数。从而形成了盆地和区带级氦气资源评价方法。与前人的方法相比，一是本方法计算体系更加完善，充分考虑了所有生氦岩石的生氦量；二是计算模型方法进一步简化，将复杂的侵入体简化为柱型模型，便于快速的资源评价；三是引入排出系数和运聚系数，充分考虑了氦气从源岩到气藏各环节的损失，计算结果更科学和可靠；四是引入类比法和多项子因素评价氦气的运移聚集系数，使得运聚系数取值更科学。
如图1所示，本发明实施例提供的一种氦气资源量评价方法，包括：
步骤S1，将氦气资源评价区内的所有氦源岩划分为多个氦源岩计算单元；多个所述氦源岩计算单元至少包括下地壳、中地壳和上地壳。
根据资源评价的目的任务确定评价区范围，通常将1个完整的氦气生成、运移、富集和成藏***划分为1个评价单元，评价单元可以是盆地，也可以是一个区带。确定评价单元后，进一步将评价单元内所有潜在氦源岩划分为若干氦源岩计算单元，即将所有向天然气藏供给氦气的氦源岩按照其U、Th含量的差异性划分计算单元。虽然下地壳和中地壳U、Th平均含量较低生氦能力弱，但总体厚度大，生氦总量可观，为氦气富集提供了背景值，本方法均纳入计算。划分方案一般情况下包括下地壳、中地壳和上地壳，上地壳可根据地质工作程度进一步划分为若干个侵入花岗岩体、磁性体、沉积盖层计算单元等，除去可明确获取U、Th含量的计算单元外，其它地质认识不清的上地壳部分划分为一个统一的计算单元，其U、Th含量按照地壳平均值取值。
步骤S2，采集每个氦源岩计算单元地质体的放射性元素含量测试样品，通过实验室测试，获得每个氦源岩计算单元中铀和钍的平均丰度。
(1)氦源岩中放射性铀的平均丰度(Ui)
如花岗岩体及隐伏磁性体可获得地表露头或者钻井岩石样品，放射性铀元素含量根据实际测量数据取平均值获得。如隐伏磁性体难以获得样品，可根据对隐伏磁性体岩性解释结果在邻近露头区采集同类岩石样品测试后获取铀元素平均丰度。上地壳其他地区、中地壳及下地壳铀含量数据按照地壳平均数据取值，如表1所示。
表1地壳U、Th平均丰度数据表
Figure BDA0004025109060000061
Figure BDA0004025109060000071
(2)岩石中放射性钍的平均丰度(Thi)
如花岗岩体及隐伏磁性体可获得地表露头或者钻井岩石样品，放射性钍元素含量根据实际测量数据取平均值获得。如隐伏磁性体难以获得样品，可根据对隐伏磁性体岩性解释结果在邻近露头区采集同类岩石样品测试后获取钍元素平均丰度。上地壳其他地区、中地壳及下地壳钍含量数据按照地壳平均数据取值(表1)。
步骤S3，根据每个氦源岩计算单元中铀和钍的平均丰度，计算每个氦源岩计算单元的平均生氦速率。
每个所述氦源岩计算单元的平均生氦速率的计算公式为
Figure BDA0004025109060000072
式中，Ji表示第i个氦源岩计算单元的平均生氦速率，单位cm3/gyear；[Ui]表示第i个氦源岩计算单元岩石中铀的平均丰度，单位ppm；[Thi]表示第i个氦源岩计算单元岩石中钍的平均丰度，单位ppm。
步骤S4，根据每个氦源岩计算单元的体积规模、平均生氦速率和有效生氦时间，确定每个氦源岩计算单元的生氦总量。
每个氦源岩计算单元的生氦总量的计算公式为
Figure BDA0004025109060000073
式中，f(Qi)表示第i个氦源岩计算单元的生氦总量，单位m3；Si表示第i个氦源岩计算单元的面积，单位km2；Hi表示第i个氦源岩计算单元的厚度，单位km；ρi表示第i个氦源岩计算单元的平均密度，单位g/cm3；
Figure BDA0004025109060000074
表示第i个氦源岩计算单元的平均孔隙度，单位无量纲；T表示第i个氦源岩计算单元的有效生氦时间，单位a(year)。
生氦总量的计算公式中参数的确定如下：
(1)氦源岩计算单元面积(Si)
下地壳和中地壳面积为评价单元面积，花岗岩体或磁性体计算单元面积按照地表出露面积和区域重磁资料解译确定(李玉宏等，2018a、2018b)。由于不同地区地质结构和岩石成分的不同，重磁资料解释的方法和标准不同。以渭河盆地为例，根据区内地面磁测和航测数据，求取了区内磁力ΔT化极剩余异常，根据磁力ΔT剩余异常的特征，对异常强度在25nT以上的磁力高进行了圈定，即近似认为25nT以上的磁力高范围为磁性体分布面积，不同地区可根据待评价区以往研究成果获得。
(2)氦源岩计算单元厚度(Hi)
下地壳、中地壳和上地壳厚度根据前人对本区及全球地壳厚度研究成果确定，对于有研究成果的花岗岩侵入体和磁性体厚度直接应用，由于岩体形态难以确定，考虑到简化计算过程，假定岩体为均匀柱状，厚度按照上地壳厚度取值。
(3)计算单元平均密度(ρi)
下地壳密度介于2.8～2.95g/cm3(王谦身等，2015)，取2.9g/cm3。中地壳以片麻岩、闪长岩、花岗闪长岩为主，密度介于2.75～2.85g/cm3(王谦身等，2015)，取平均密度值2.8g/cm3。岩体与隐伏磁性体主要为花岗岩，对于可以获得地表露头或钻井岩心的岩体或磁性体，进行实验室测定，确定密度数据。对于无法获得样品的计算单元，按照前人研究成果上地壳密度介于2.64～2.78g/cm3，花岗岩取平均值2.66g/cm3，片麻岩及片岩取平均密度2.64g/cm3(杨文采等，2017)。上地壳上部的沉积岩密度根据以往钻探取芯和测井资料确定，上地壳下部为片麻岩、侵入岩等，密度介于2.6～2.7g/cm3(王谦身等，2015；杨文采等，2017)，综合取平均密度为2.6g/cm3。
(4)计算单元孔隙度
Figure BDA0004025109060000081
除部分沉积岩平均孔隙度达10％以外，侵入岩体、变质岩等均具有极低孔隙度，且沉积岩仅占上地壳上部较小比例，对计算结果影响较低，计算可忽略不计。
(5)计算单元有效生氦时间(T)
主要岩体形成年龄可以通过收集前人资料或者进行锆石U-Pb测年获得，考虑到岩体侵入期深部构造活动使氦源岩中氦气快速释放，地壳生氦年龄取岩体的最年轻年龄。研究表明，岩石中生成的氦气均能在较短时间内从矿物中扩散至孔隙裂隙，考虑到氦气分子相对较小，其逸散速度较快，氦气排出相对年龄较短。由于在氦气运聚成藏***形成前地壳中早先形成的氦气大部分已释放到大气中，深部地壳残留部分本底氦气，因此计算单元有效生氦时间为本地区氦气运聚成藏***形成时间，即生、储、盖条件形成后的时间。
步骤S5，根据每个氦源岩计算单元的埋深，确定每个氦源岩计算单元的氦气排出系数。
根据Zhang et al.(2020)的成果，4He保存系数随着花岗岩和矿物中U、Th含量的增大而减小，渭河近地表花岗岩样品的4He保存系数分布在1.5％～17.4％之间，前人研究中4He在三大类岩石中的保存系数大部分小于20％，即岩石中氦气的释放(排出)系数高达80％以上(Tolstikhin和Drubetskoy1975，1977；Gerling et al，1976；Martel et al，1990；Tolstikhin et al，1996，2011)。本计算方法以平均值90％为参考值。花岗岩及隐伏磁性体均属于上地壳，取排出系数取95％。中地壳和下地壳地温高于矿物的封闭温度，中地壳和下地壳氦气排出系数均取97％。
步骤S6，采用地质类比法获得氦气运聚系数。
氦气从氦源岩中排出后，经历了复杂的运移过程，仅有少量氦气可运移并在气藏中富集，运聚系数是氦气从氦源岩中排出后最终运移至气藏中富集的效率。是氦气资源量与氦源岩总排氦量的比值。氦气运移聚集的效率受到载体气源岩、储集条件、圈闭条件、保存条件、运聚配套等五项地质条件控制，各项地质条件的好坏决定了氦气运聚效率，表现为运距系数的高和低。
本方法采用地质类比法获得评价区氦气运聚系数，主要方法是通过一个勘探程度较高的地区，计算其氦源岩总生氦量、排氦量、氦气资源量，反推其氦气运聚系数，将这个地区定义为刻度区或者已知区。在评价新区(未知区)中，通过建立载体气源岩、储集条件、圈闭条件、保存条件、运聚配套等五项运聚成藏条件风险评价标准，分别对刻度区(已知区)、评价区(未知区)五项地质条件打分进行风险评价，并计算其相似系数，利用相似系数计算评价区(未知区)氦气运聚系数。
具体计算过程为：
选取一个与氦气资源评价区具有类似氦气成藏地质背景的氦气资源探明区作为刻度区，计算刻度区的排氦量和氦气资源量，并利用公式cc＝Qc/Fc，确定刻度区的氦气运聚系数cc；式中，Qc表示刻度区的氦气资源量，Fc表示刻度区的排氦量；
建立运聚成藏条件风险评价参数体系；所述参数体系包括载体气源岩、储集条件、圈闭条件、保存条件和运聚配套条件，每项条件又进一步划分为若干个子项因素；
分别对刻度区和氦气资源评价区的运聚成藏条件进行风险评价，获得刻度区和氦气资源评价区的运聚成藏条件风险评价值；
根据刻度区和氦气资源评价区的运聚成藏条件风险评价参数体系中每项条件评价值，利用公式
Figure BDA0004025109060000101
和
Figure BDA0004025109060000102
分别计算刻度区和氦气资源评价区的运聚系数概率值；式中，P表示运聚系数概率值，Pk表示运聚成藏条件风险评价参数体系中第k项条件的成藏概率，qkj表示第k项条件中第j子项因素的权值，Pkj表示第k项条件中第j子项因素的评价值，0≤Pkj≤1；
根据刻度区和氦气资源评价区的运聚系数概率值，以及刻度区的氦气运聚系数，依据公式
Figure BDA0004025109060000103
计算氦气资源评价区的氦气运聚系数c0；式中，P0表示氦气资源评价区的运聚系数概率值，Pc表示刻度区的运聚系数概率值。
载体气源岩、储集条件、圈闭条件、保存条件、运聚配套等五项运聚成藏条件进一步细化为25项子因子，风险评价标准见表2。
表2氦气运聚集地质评价参数体系与取值标准
Figure BDA0004025109060000111
Figure BDA0004025109060000121
因调查区工作程度低，评价标准可根据调查区情况适当调整。
步骤S7，根据每个氦源岩计算单元的生氦总量和氦气排出系数，确定氦气总排出量，进而结合氦气运聚系数确定氦气资源评价区的氦气资源量。
氦气资源评价区的氦气资源量的计算公式为
Figure BDA0004025109060000122
式中，QHe表示氦气资源评价区的氦气资源量，单位m3；αi表示第i个氦源岩计算单元氦排出系数，单位无量纲；n表示氦气资源评价区划分氦源岩计算单元个数。
本发明的方法适用于各盆地或区带氦气资源评价，具有良好应用前景，基于本方法，对渭河盆地开展了氦气资源评价，评价过程如下：
计算参数的确定：
(1)氦源岩计算单元的划分
本次计算将氦源岩按照不同时代岩体、盆地基底隐伏磁性体、上地壳、中地壳和下地壳等将氦源岩划分为14个计算单元，其中盆地南缘不同时代岩体和盆地内部隐伏磁性体为主力氦源岩。盆地南缘岩体计算单元分别为宝鸡岩体、太白岩体(加里东期)、太白岩体(印支期)、翠花岩体、牧护关岩体、蓝田岩体、老牛山岩体(印支期)、老牛山岩体(燕山期)、华山岩体(印支期)、华山岩体(燕山期)。隐伏岩体根据前期数据共圈定8个隐伏磁性体，由于隐伏磁性体尚未获得其放射性元素含量的数据，本次计算按照周缘花岗岩体放射性元素平均含量取值，其面积总和确定为一个计算单元，盆地范围内除去隐伏磁性体面积后统一划分为上地壳计算单元。盆地范围深部中地壳、下地壳划分为两个计算单元。
(2)氦源岩计算单元面积(Si)
岩体计算单元按照地表出露面积和区域重磁资料解译确定(李玉宏等，2018a、2018b)，宝鸡岩体1500km2，太白岩体(加里东期)700km2，太白岩体(印支期)700km2，翠华山岩体600km2，牧护关岩体246km2，蓝田岩体154km2，老牛山岩体(印支期)338km2，老牛山岩体(燕山期)66km2，华山岩体(印支期)46km2，华山岩体(燕山期)84km2。隐伏岩体本次计算按照其面积总和确定为一个计算单元，隐伏磁性体总面积为5000km2。上地壳为整个盆地面积除去隐伏磁性体面积，计算单元面积按照15000km2计算，盆地范围中地壳和下地壳按照盆地面积计算，计算单元面积20000km2。
(3)氦源岩计算单元氦源岩厚度(Hi)
岩体计算单元厚度按照区域重磁资料解译和以往研究成果确定，由于岩体形态难以确定，考虑到简化计算过程，假定岩体为均匀柱状。计算单元厚度为：宝鸡岩体6km，太白岩体(加里东期)8.5km，太白岩体(印支期)8.5km，翠华山岩体7.1km，牧护关岩体6km，蓝田岩体6km，老牛山岩体(印支期)6.2km，老牛山岩体(燕山期)6.2km，华山岩体(印支期)7km，华山岩体(燕山期)7km。隐伏磁性体按照侵入岩体平均厚度计算取7km。本地区莫霍面约38km，上地壳厚度13km(师亚芹等，2008；王谦身等，2015)；除去张家坡组及以上地层厚度约2000m，取计算单元厚度11km。中地壳与下地壳厚度约25km(师亚芹等，2008)，中地壳及下地壳厚度按照前人对本区及全球地壳厚度研究成果确定，取中地壳平均厚度为11km，取下地壳平均厚度为14km(Rudnick和Fountain,1995；王谦身等，2015)。
(4)氦源岩计算单元平均密度(ρi)
上地壳花岗岩密度平均2.66g/cm3，片麻岩及片岩平均密度2.64g/cm3(杨文采等，2017)。上地壳上部为沉积岩，包括蓝田—灞河组、高陵群、古近系、石炭-二叠系、下古生界残留地层等，根据以往钻探取芯和测井资料，岩石密度约为2.2～2.5g/cm3，上地壳下部为片麻岩、侵入岩等，密度介于2.6～2.7g/cm3(王谦身等，2015；杨文采等，2017)，综合取平均密度为2.6g/cm3。中地壳以片麻岩、闪长岩、花岗闪长岩为主，密度介于2.75～2.85g/cm3(王谦身等，2015)，取平均密度值2.8g/cm3。本区下地壳取密度介于2.8～2.95g/cm3(王谦身等，2015)，取2.9g/cm3。
(5)氦源岩计算单元平均孔隙度
Figure BDA0004025109060000141
区内除部分沉积岩平均孔隙度达10％以外，侵入岩体、变质岩等均具有极低孔隙度，且沉积岩仅占上地壳上部较小比例，对计算结果影响较低，本次计算忽略不计。
(6)计算单元有效生氦时间(T)
主要岩体形成年龄为431～149Ma。以往地层研究成果，渭河盆地断陷开始于47.8Ma，高陵群沉积始于中新世，起始沉积年龄为23.03Ma，蓝田—灞河组沉积始于5.3Ma，结束于上新统早期，结束沉积年龄约为3.6Ma。有效生氦年龄取主储层形成的地层平均年龄，为13.3Ma。
(7)生氦排出系数(αi)
根据Zhang et al.(2020)的成果，渭河近地表花岗岩样品的4He保存系数分布在1.5％～17.4％之间，前人研究中4He在三大类岩石中的保存系数大部分小于20％，即岩石中氦气的释放(排出)系数高达80％以上(Tolstikhin和Drubetskoy1975，1977；Gerling etal，1976；Martel et al，1990；Tolstikhin et al，1996，2011)。本次计算以平均值90％为参考值。上地壳大于250℃时取排出系数取95％。中地壳和下地壳排出系数均取97％。
(8)岩石中放射性铀的丰度(Ui)
根据盆地周缘氦源岩调查成果，岩体放射性元素根据实际测量数据取平均值获得。宝鸡岩体U含量介于：1.0～13.6ppm，取平均值为：4.09ppm；太白岩体(加里东期)U含量介于：1.32～9.75ppm，取平均值为：3.67ppm；太白岩体(印支期)U含量介于：1.04～7.22ppm，取平均值为：3.25ppm；翠华山岩体U含量介于：1.0～9.64ppm，取平均值为：4.63ppm；牧护关岩体U含量介于：2.10～3.73ppm，取平均值为：2.89ppm；蓝田岩体U含量介于：1.0～13.0ppm，取平均值为：5.71ppm；老牛山岩体(印支期)U含量介于：0.58～10.9ppm，取平均值为：3.91ppm，老牛山岩体(燕山期)U含量介于：1.17～3.83ppm，取平均值为：2.28ppm；华山岩体(印支期)U含量介于：1.77～12.8ppm，取平均值为：3.8ppm；华山岩体(燕山期)，U含量介于：1.9～10.2ppm，取平均值为：4.1ppm。隐伏磁性体尚未获取样品，按照岩体平均数据取5.04ppm。上地壳、中地壳及下地壳U含量数据按照地壳平均数据取值(表1)。
(9)岩石中放射性钍的丰度(Thi)
岩体放射性Th元素根据实际测量数据取平均值获得，宝鸡岩体Th含量介于2.5～42.2ppm，取平均值为19.9ppm；太白岩体(加里东期)Th含量介于6.98～32.72ppm，取平均值为22.7ppm；太白岩体(印支期)Th含量介于9.22～33.76ppm，取平均值为20.9ppm；翠华山岩体Th含量介于1.24～60.4ppm，取平均值为24.3ppm；牧护关岩体Th含量介于10.1～26.0ppm，取平均值为16.4ppm；蓝田岩体Th含量介于1.87～35.6ppm，取平均值为19.5ppm；老牛山岩体(印支期)Th含量介于10.5～45.9ppm，取平均值为19.5ppm；老牛山岩体(燕山期)Th含量介于8.2～19.0ppm，取平均值为14.4ppm；华山岩体(印支期)Th含量介于10.5～33.6ppm，取平均值为19.2ppm；华山岩体(燕山期)Th含量介于9.2～14.6ppm，取平均值为11.1ppm；隐伏磁性体尚未获取样品，按照岩体平均数据取19.29ppm。上地壳、中地壳及下地壳Th含量数据按照地壳平均数据取值(表1)。
(10)氦气运聚系数(c)
A.刻度区选择
本次计算以研究程度较高的美国潘汉德—胡果顿气田作为刻度区(已知区)，氦气运聚系数反推确定。潘汉德—胡果顿气田中氦气主要来源于阿马里洛-威奇托花岗岩***和阿纳达科盆地和帕洛杜罗盆地天然气携带的壳源氦气，为简化计算模型，本次估算将潘汉德胡果顿气田划分为四个计算单元，分别为阿马里洛-威奇托花岗岩体、氦气成藏***上地壳、氦气成藏***中地壳和氦气成藏***下地壳。根据其含油气***，圈定氦气成藏***面积为7.68×104km2，其中阿马里洛-威奇托花岗岩***面积约1.0×104km2。阿马里洛-威奇托花岗岩体厚度取12km，上地壳、中地壳、下地壳分别按照全球地壳平均厚度取值，全球大陆地壳整体平均厚度为37km，上地壳平均厚度为12km，中地壳厚度为11km，下地壳厚度为14km(Rudnick andFountain,1995)。阿马里洛-威奇托花岗岩平均密度取2.65g/cm3，上地壳平均密度取2.6g/cm3，中地壳平均密度取2.8g/cm3，下地壳平均密度取3.0g/cm3。排出系数根据前文中不同计算单元排出系数确定。阿马里洛-威奇托花岗岩U平均丰度取4.5ppm，Th平均丰度取18ppm，地壳U平、Th平均丰度参照前文地壳平均值取值(Rudnick和Fountain,1995；Rudnick et al,2003)。气田主储层为二叠系狼营统，形成时代约270Ma，烃源岩几乎在同时期成熟，但天然气最终成藏定型期在古近系以来(Sorenson，2005)，主成藏时期中值年龄约30Ma。由此计算270Ma以来氦源岩排出氦气总量为6931.99×108m3，主成藏期(30Ma)以来氦源岩排出氦气资源量为770.22×108m3(表3)。
表3美国潘汉德—胡果顿气田氦源岩排氦量计算表
Figure BDA0004025109060000161
Figure BDA0004025109060000171
根据前人对潘汉德—潘汉德胡果顿气田的探明天然气和氦气进行了测算，气田天然气探明资源量为2.3×1012m3，按照氦气平均含量0.6％计算，氦气资源量为138×108m3(zhou和Ballentine，2006)。
将氦气探明资源量与地壳氦气排出量相比，主成藏期的氦气运聚系数为17.92％。
B.评价区运聚系数计算
基于评价区和刻度区地质条件打分，打分结果见表4，根据公式4、5、6计算获得P0为0.178，Pc为0.791，cc为17.92％，计算获得渭河盆地成藏***形成以来氦气运聚系数c0为4.029％。
表4 评价区刻度区打分表
Figure BDA0004025109060000172
Figure BDA0004025109060000181
(11)评价区运聚系数计算
基于上述各参数优选结果(表5)，本次计算进一步优化了资源评价方法：一是充分考虑了上地壳和下地壳其他岩石产生的本底氦气生成量，二是根据zhang等(2020)的研究成果，优化了岩石中氦气的排出系数；三是基于氦气运移和聚集规律，引入了氦气运聚系数，评价了盆地氦气资源。评价结果显示：自岩渭河盆地氦气成藏***形成以来氦源岩排氦量为93.32×108m3。运聚系数为4.029％。根据公式1、2、3评价渭河盆地氦气资源量3.759×108m3(表5)，数据相对接近，本次计算取3.76×108m3。
表5 渭河盆地潜在氦源岩生氦潜力、生氦量及释氦量数据表
Figure BDA0004025109060000182
Figure BDA0004025109060000191
Figure BDA0004025109060000202
说明：Si是计算单元面积；Hi是氦源岩计算单元厚度；Ji是单位体积岩石放射性衰变4He产生速率；T是岩体形成时间；[Ui]是岩石中放射性铀的丰度；[Thi]是岩石中放射性钍的丰度；计算单元平均密度取2.7g/cm3；花岗岩孔隙度取0；盆地断陷年龄取47.8Ma，主储层蓝田-灞河组形成年龄取5.3Ma；隐伏磁性体U、Th丰度根据邻近花岗岩数据估算，其余数据均为实测。带*数据为全岩地球化学分析数据，其他为放射性分析数据。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种氦气资源量评价方法，其特征在于，包括：
将氦气资源评价区内的所有氦源岩划分为多个氦源岩计算单元；多个所述氦源岩计算单元至少包括下地壳、中地壳和上地壳；
采集每个氦源岩计算单元地质体的放射性元素含量测试样品，通过实验室测试，获得每个氦源岩计算单元中铀和钍的平均丰度；
根据每个氦源岩计算单元中铀和钍的平均丰度，计算每个氦源岩计算单元的平均生氦速率；
根据每个氦源岩计算单元的体积规模、平均生氦速率和有效生氦时间，确定每个氦源岩计算单元的生氦总量；
根据每个氦源岩计算单元的埋深，确定每个氦源岩计算单元的氦气排出系数；
采用地质类比法获得氦气运聚系数；
根据每个氦源岩计算单元的生氦总量和氦气排出系数，确定氦气总排出量，进而结合氦气运聚系数确定氦气资源评价区的氦气资源量。
2.根据权利要求1所述的氦气资源量评价方法，其特征在于，所述将氦气资源评价区内的所有氦源岩划分为多个氦源岩计算单元，具体包括：
令1个完整的氦气生成、运移、富集和成藏***为1个氦气资源评价区；
将1个氦气资源评价区内所有向天然气藏供给氦气的氦源岩按照铀和钍含量的差异性划分为多个计算单元，包括下地壳、中地壳和上地壳；
将上地壳进一步划分为多个花岗岩体计算单元、沉积盖层计算单元、磁性体计算单元以及其它上地壳计算单元；所述其它上地壳计算单元为上地壳中可明确获得体积规模、铀和钍元素含量以外的部分。
3.根据权利要求2所述的氦气资源量评价方法，其特征在于，每个所述氦源岩计算单元的平均生氦速率的计算公式为
Figure FDA0004025109050000011
式中，Ji表示第i个氦源岩计算单元的平均生氦速率，[Ui]表示第i个氦源岩计算单元岩石中铀的平均丰度，[Thi]表示第i个氦源岩计算单元岩石中钍的平均丰度。
4.根据权利要求3所述的氦气资源量评价方法，其特征在于，所述根据每个氦源岩计算单元的体积规模、平均生氦速率和有效生氦时间，确定每个氦源岩计算单元的生氦总量，具体包括：
确定每个氦源岩计算单元的有效生氦时间、面积、平均密度和平均孔隙度；
确定每个氦源岩计算单元的厚度；其中，假定花岗岩体为均匀柱状，厚度按照上地壳厚度取值；
根据每个氦源岩计算单元的面积、厚度、平均密度、平均孔隙度、平均生氦速率和有效生氦时间，利用公式
Figure FDA0004025109050000021
计算每个氦源岩计算单元的生氦总量；
式中，f(Qi)表示第i个氦源岩计算单元的生氦总量；Si表示第i个氦源岩计算单元的面积；Hi表示第i个氦源岩计算单元的厚度；ρi表示第i个氦源岩计算单元的平均密度，
Figure FDA0004025109050000022
表示第i个氦源岩计算单元的平均孔隙度；T表示第i个氦源岩计算单元的有效生氦时间。
5.根据权利要求4所述的氦气资源量评价方法，其特征在于，所述采用地质类比法获得氦气运聚系数，具体包括：
选取一个与氦气资源评价区具有类似氦气成藏地质背景的氦气资源探明区作为刻度区，计算刻度区的排氦量和氦气资源量，并利用公式cc＝Qc/Fc，确定刻度区的氦气运聚系数cc；式中，Qc表示刻度区的氦气资源量，Fc表示刻度区的排氦量；
建立运聚成藏条件风险评价参数体系；所述参数体系包括载体气源岩、储集条件、圈闭条件、保存条件和运聚配套条件，每项条件又进一步划分为若干个子项因素；
分别对刻度区和氦气资源评价区的运聚成藏条件进行风险评价，获得刻度区和氦气资源评价区的运聚成藏条件风险评价值；
根据刻度区和氦气资源评价区的运聚成藏条件风险评价参数体系中每项条件评价值，利用公式
Figure FDA0004025109050000031
和
Figure FDA0004025109050000032
分别计算刻度区和氦气资源评价区的运聚系数概率值；式中，P表示运聚系数概率值，Pk表示运聚成藏条件风险评价参数体系中第k项条件的成藏概率，qkj表示第k项条件中第j子项因素的权值，Pkj表示第k项条件中第j子项因素的评价值，0≤Pkj≤1；
根据刻度区和氦气资源评价区的运聚系数概率值，以及刻度区的氦气运聚系数，依据公式
Figure FDA0004025109050000033
计算氦气资源评价区的氦气运聚系数c0；式中，P0表示氦气资源评价区的运聚系数概率值，Pc表示刻度区的运聚系数概率值。
6.根据权利要求5所述的氦气资源量评价方法，其特征在于，所述氦气资源评价区的氦气资源量的计算公式为
Figure FDA0004025109050000034
式中，QHe表示氦气资源评价区的氦气资源量，αi表示第i个氦源岩计算单元氦排出系数；n表示氦气资源评价区划分氦源岩计算单元个数。
7.根据权利要求5所述的氦气资源量评价方法，其特征在于，所述载体气源岩中的子项因素包括：累计烃源岩厚度、有机碳含量、有机质类型、成熟度、供烃面积系数、供烃方式、生烃强度、生烃高峰时间、运移距离和疏导条件；
所述储集条件中的子项因素包括：储层类型、储层孔隙度、储层渗透率和储层埋深；
所述圈闭条件中的子项因素包括：圈闭类型、圈闭面积系数和圈闭幅度；
所述保存条件中的子项因素包括：盖层岩性、盖层厚度和盖层破坏程度；
所述运聚配套条件中的子项因素包括：载体气与储集层配置、氦气运移通道、地下水动力场、圈闭与载体气形成期配套以及圈闭与氦源岩配置。
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