氦氣成因及制造

氦氣是一種使用面廣 高導(dǎo)熱性不燃惰性氣體 同時(shí)也是已知沸點(diǎn)最低的 氣體 因?yàn)楹獾倪@些特性 人們在多方面使用它 氦氣的用途氦氣的用途多種多樣下氦氦 氣氣的用途 氦氣是一種惰性氣體 很少與其他化學(xué)元素化合 由于其特殊的物 理化學(xué)性質(zhì) 尤其是其在低溫下成為液體的特性和化學(xué)性質(zhì)惰性 使氦氣在國 防工業(yè) 航天工業(yè) 核工業(yè) 臨床醫(yī)學(xué) 化學(xué)工業(yè)等高科技領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用 目前 世界氦氣的產(chǎn)地主要分布在美國 阿爾及利亞 卡塔爾 俄羅斯 波蘭 等國 其中 美國占據(jù)了世界氦氣產(chǎn)量和儲(chǔ)量的大部分 擁有絕對的話語權(quán) 與此同時(shí) 世 界各國對氦氣的需求量在以每年 4 6 的速率增加 目前 我國的氦氣主要 靠進(jìn)口 只有四川自貢威遠(yuǎn)氣田中的氦氣得到提取利用 氦含量只有 0 2 并且曾經(jīng)一度停產(chǎn) 目前提取出的氦氣基本用于潛艇 由于美國將氦氣資源列 為戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源而限制粗氦產(chǎn)量 液氦價(jià)格直線飆升 同時(shí) 由于俄羅斯正在 推動(dòng)的聯(lián)邦規(guī)劃 俄羅斯的氦 和聯(lián)邦法律 氦法 氦氣成為中俄天然氣合作 的一大障礙 預(yù)計(jì)未來中國氦氣將會(huì)更加受制于人 1 1 氦氣的成因及來源氦氣的成因及來源 1 1 地殼中氦氣的來源 放射性來源 地殼中氦氣的來源氦有 3 He 和 4 He 兩種穩(wěn)定同位素 Ballentine 等 2000 提出氦的同位素主要有三 個(gè)來源 即大氣源 殼源 放射性 來源 和幔源 見圖 1 大氣源的大氣源的 氦氣氦氣主要通過地下水的循環(huán)進(jìn)入 盆地流體系統(tǒng) 在盆地地下水的 補(bǔ)給區(qū) 大氣中的氦氣會(huì)溶解到 補(bǔ)給水中 隨著地下水從補(bǔ)給區(qū) 向排泄區(qū)運(yùn)移 最終運(yùn)移到油氣 藏中 發(fā)生油 氣 水的交換 造成氦氣在油氣藏中的聚集 殼源殼源 放射性來源放射性來源 的的 氦氣氦氣是由礦物 巖石中含有的鈾 釷元素發(fā)生放射性衰變產(chǎn)生的 主要是 4 He 幔源氦氣幔源氦氣是地幔中的氦氣通過巖漿活動(dòng)發(fā)生脫氣作用釋放的 主要為 3 He 圖 1 天然氣氣藏中氦氣的來源 據(jù) Ballentine 2002 修改 1 1 1 大氣源 He 大氣中的 He 主要是由大洋中脊的火山噴發(fā) 巖漿脫氣和巖石風(fēng)化作用釋 放出來的 大氣中 He 的含量非常少 含量為 5 24 L km 3 所以在地下水補(bǔ) 給區(qū)溶解到水中 隨著地下水循環(huán)進(jìn)入盆地流體系統(tǒng)的 He 是非常少的 通常 是忽略不計(jì)的 因此地下流體中的 He 主要是殼源 放射性來源 和幔源的 1 1 2 殼源 放射性源 4 He 4 He 自然放射性元素 238 U 235 U 和 232 Th 衰變會(huì)產(chǎn)生 4 He 主要放 射衰變反應(yīng)為 1 238 U 8 4 He 6 206 Pb 2 235 U 7 4 He 4 207 Pb 3 232 Th 6 4 He 4 208 Pb 殼源氦氣的的產(chǎn)率主要取決于巖石中 的的鈾 釷的含量 含量越多 放射衰變產(chǎn)生的氦氣越多 盆地中和油氣藏中 發(fā)現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量的幔源的 3 He 地幔中包含 3 He CO 2 N 2 CH 4 等揮發(fā)物 通過巖漿活動(dòng)脫氣 進(jìn)入盆地流體系統(tǒng)中 幔源 3 He 的存在意味著盆地底部有 構(gòu)造活動(dòng)的存在 因?yàn)橹挥械蒯Ｈ廴诤蛶r漿活動(dòng)才能源源不斷地把 3He 和其他 揮發(fā)物運(yùn)移輸送到盆地流體系統(tǒng)中 1 2 氦氣來源背景的確定 3 He 4 He 成因的差異為不同來源的氦提供了判識(shí)標(biāo)志 可以根據(jù) 3He 4He 的比值來確定氦的來源背景 通常大氣源的 3 He 4 He 值為 1 4 10 6 殼源的 3 He 4 He 值為 2 10 8 幔源的 3 He 4 He 值為 1 1 10 5 也常用樣品氦的 3 He 4 He 值 比大氣氦的 3 He 4 He 值 a 來表 示氣樣的氦同位素特征 即 a 3 He 4 He 樣品 3 He 4 He 大氣 在天然氣藏中大氣氦的組 分少到可忽略 因而可不考慮大氣氦的來源 從而可以用二元復(fù)合模式計(jì)算天 然氣樣品中殼源和幔源所占份額 其計(jì)算公式為 在用 a 表示氣樣氦同位素分布特征時(shí) 當(dāng) a 1 表示氣樣中幔 源氦份額大于 12 當(dāng) a 0 1 時(shí) 幔源氦份額大于 1 2 當(dāng) a 0 1 時(shí) 可以認(rèn)為天然氣中氦基本來自殼源 2 2 氦氣聚集與地層的關(guān)系氦氣聚集與地層的關(guān)系 天然氣中氦氣的含量與儲(chǔ)層的時(shí)代有關(guān)系 氦氣在任何時(shí)代的儲(chǔ)層中都有 聚集 但是根據(jù)美國礦務(wù)局對美國天然氣儲(chǔ)層的調(diào)查發(fā)現(xiàn) 在所有的含氦天然 氣藏的氣樣中 66 都是古生代的 17 是中生代的 以及 17 是新生代的 儲(chǔ) 層年齡越老 氦氣含量越高 而這個(gè)年齡更可能是氦氣開始向儲(chǔ)層運(yùn)移時(shí)的年 齡而不是儲(chǔ)層形成的年齡 即氦氣向儲(chǔ)層中運(yùn)移時(shí)的年齡越老 氦氣含量越多 同時(shí)代的儲(chǔ)層中 天然氣中氦氣的含量與儲(chǔ)層的深度有關(guān)系 對蘇聯(lián)貝加爾褶 皺區(qū)在古生代沉積的游離氣中氦氣含量與沉積蓋層厚度關(guān)系發(fā)現(xiàn) 含氦量與沉 積蓋層厚度呈相反的相關(guān)關(guān)系 蓋層厚度越薄 含氦量越高 對美國天然氣儲(chǔ)層 中含氦量研究也發(fā)現(xiàn) 含氦量隨著儲(chǔ)層深度的增加而減小 氦氣主要聚集在 500 5 000 m 深度的儲(chǔ)層中 總的來說 氦氣向儲(chǔ)層中運(yùn)移時(shí)的年齡與氦氣 含量呈正相關(guān) 同時(shí)代的儲(chǔ)層中 儲(chǔ)層埋深與氦氣含量呈負(fù)相關(guān) 3 3 氦氣的成藏氦氣的成藏 3 1 氦氣從地殼中的釋放 4 He 是由礦物 巖石中含有的鈾 釷元素發(fā)生放射性衰變產(chǎn)生的 所以 氦氣首先需要從地殼礦物中釋放出來 氦氣從地殼礦物中的釋放主要有四種方 式 衰變反沖釋放 擴(kuò)散釋放 破裂釋放和礦物轉(zhuǎn)變釋放 1 衰變反沖釋放 礦物中的鈾元素衰變產(chǎn)生的高能 粒子會(huì)噴射反沖 一定的距離 稱為 停止距離 主要由礦物的密度決定 當(dāng)含鈾元素的礦物晶 粒尺寸接近 停止距離 時(shí) 有相當(dāng)量的氦會(huì)從礦物晶粒中釋放出來 2 擴(kuò)散 釋放 擴(kuò)散是氦氣從地殼礦物中釋放最直接的方式 往往伴隨著其他釋放機(jī)制 同時(shí)進(jìn)行的 礦物中氦氣的擴(kuò)散受到礦物顆粒大小和時(shí)間的控制 礦物顆粒越 小 擴(kuò)散系數(shù)越大 氦氣從礦物中釋放所需要的時(shí)間越短 3 破裂釋放 脆性 巖石在上伏載荷的壓力下破裂形成裂隙 礦物出現(xiàn)裂縫后 聚集在晶粒內(nèi)的氦 會(huì)沿著裂隙快速的釋放出來 氦氣釋放量與裂隙體積成正比 并且沿裂隙以擴(kuò) 散的方 式進(jìn)行釋放 4 礦物轉(zhuǎn)變釋放 礦物在成巖作用 變質(zhì)作用的變化會(huì)導(dǎo)致其晶 格中的氦釋放出來 最典型的就是礦物的重結(jié)晶作用 雖然這種機(jī)制是微觀意 義上的 但是可以導(dǎo)致地殼中氦的大規(guī)模釋放 3 2 氦氣的成藏機(jī)理 迄今為止世界上還沒有發(fā)現(xiàn)任何單一的純氦氣藏 氦氣大多與天然氣 包 括烴類氣 二氧化碳?xì)獾?伴生在同一氣藏中形成伴生氣或溶解在水中形成水溶 氣 其中 在天然氣氣藏中 氦氣量只要占到 0 05 1 以上 即可達(dá)到工 業(yè)開采價(jià)值 氦氣從礦物中釋放出來以后 會(huì)進(jìn)入鄰近的流體系統(tǒng)中 釋放出 來的氦氣數(shù)量較少 不能使它以單一氦氣的形式運(yùn)移 而只能和其他流體一起 運(yùn)移 這些流體可以是油 氣 水或巖漿等 斷裂和裂縫是氦氣運(yùn)移的有效通 道 斷裂可將任何深度圍巖中的氦捕集起來 并可作為氦流向地表的通道 在 深處 斷層可插入巖漿刺穿構(gòu)造中 并將氦和其他脫出的氣體運(yùn)送到儲(chǔ)層中聚 集成藏 幔源或深地殼氦氣通過深大斷裂和裂隙進(jìn)行垂向運(yùn)移 再通過斷裂或 裂隙向油氣圈閉中運(yùn)移并聚集 3 2 1 氦氣 巖漿 富氦天然氣氣藏成藏模式 地幔中 He CO 2 N 2 CH 4 等天然氣混入巖漿后 隨著巖漿向地殼淺部 運(yùn)移 隨著溫度和壓力的降低 巖漿脫氣將 He 等天然氣等脫出 脫出的 He 等天然氣充注到臨近的儲(chǔ)集層中可直接形成氣藏 也可沿其他斷裂繼續(xù)上運(yùn)再 聚集成藏 巖漿活動(dòng)的存在 是形成這種聚集的首要條件 3 2 2 氦氣 地下水 富氦天然氣氣藏成藏模式 氦氣從礦物中釋放出來后 首先溶解到孔隙水中 并隨著孔隙水一起運(yùn)移 在此期間 如果有另一種氣體 烴類氣體 二氧化碳?xì)獾?進(jìn)入水中 氦氣會(huì)被 抽吸到該氣體中 并隨該氣體運(yùn)移 若該氣體運(yùn)移到圈閉中 則聚集起來形成 氣藏 主要有三種聚集模式 1 烴類氣體在富集了氦氣的孔隙水中運(yùn)移 氣體 會(huì)抽吸溶于孔隙水中的氦氣 氦氣隨氣體運(yùn)移進(jìn)入圈閉 聚集成藏 2 含氦的 孔隙水流過天然氣氣藏底部或過渡帶時(shí) 氣體會(huì)抽吸孔隙水中的氦進(jìn)入氣藏中 直接成藏 3 無論是有機(jī)成因的幔源 CO 2 還是有機(jī)脫碳形成的 CO 2 在 富集了氦氣 氮?dú)夂图淄榈目紫端羞\(yùn)移 CO 2 會(huì)抽吸溶于孔隙水中的氦氣 CO 2 會(huì)溶于水中 使氦氣在剩余的氣體中富集 3 2 3 地?zé)崽镏泻獬刹?國內(nèi)外地?zé)崽镞M(jìn)行研究時(shí) 發(fā)現(xiàn)地?zé)崽锿寥罋夂偷責(zé)崴嬖诤ぎ惓?例如 美國的羅斯福溫泉地區(qū)以及我國的渭河盆地 地表氦氣分布與地?zé)嵊袑?yīng)關(guān)系 根據(jù)對美國猶他州羅斯福溫泉地區(qū)地?zé)崽锏乇硗寥篮獾难芯堪l(fā)現(xiàn) 土壤氣中氦 氣的濃度在生產(chǎn)熱水的地?zé)崽飬^(qū)較高 高地表氦異常和地?zé)峋纳?度不一定相關(guān) 地?zé)嵯到y(tǒng)中的熱與氦存在獨(dú)特的一致性 因?yàn)榈厍蛏?75 的地 熱和幾乎所有 4He 都是由鈾 釷等的放射產(chǎn)生的 熱和氦氣地下水中的運(yùn)移也 具有耦合性 所以 可以用氦氣來指導(dǎo)地?zé)岬目碧?氦可以從地?zé)崽锵旅娴恼?在冷卻的巖漿體中釋放出來 并直接通過上覆地層進(jìn)行擴(kuò)散 或與熱水 水汽 和從冷卻巖漿體中釋放出來的蒸汽相混合 然后通過可滲透巖石或沿?cái)嗔褞н\(yùn) 移出來 這種氣體緩慢滲入地表的地下水中 并使土壤氣體中富含氦氣 這種 上升的氣體和熱水系統(tǒng)也可將原先存于圍巖中的氦運(yùn)送到地表 可形成含氦的 溫泉 蒸汽噴口或間歇噴泉 4 4 渭河盆地氦氣成藏條件渭河盆地氦氣成藏條件 4 1 地質(zhì)背景 渭河盆地位于陜西省中部 是一新生代斷陷盆地 盆地北靠鄂爾多斯地塊 南依秦嶺斷塊隆起山脈 西 起 六盤山 弧形 斷裂 帶 南段 東 接汾河地塹 圖 古生代 早三疊世和中晚三疊世 渭河地區(qū)分別作為華北克拉通和鄂 爾多斯盆地的一部分進(jìn)行演化和沉 積 此后盆地演化與秦嶺造山帶的 隆起密切相關(guān) 至始新世中晚期 由于區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的轉(zhuǎn)變 渭河 斷陷開始發(fā)育 盆地內(nèi)新生代地層 厚度最 深達(dá) 000 總體自下而上可劃 分為下粗上細(xì)的四大沉積旋回 即 上始新世 漸新世 紅河組 白鹿 原組 甘河組 旋回 中新世 高 陵群 回 上新世 霸河 藍(lán)田 張家坡組 旋回和第四紀(jì) 三門組 秦川組 旋回 各旋回之間均以 不整合或假整合 接觸 其中高陵群和藍(lán)田 灞河組 為富氦層 表 此外 盆地內(nèi)斷裂十分發(fā)育 主斷裂走向與盆地走向一致 扶風(fēng)以西為 向 扶風(fēng)以東為 向 盆地南緣的秦嶺地區(qū)出露 大量花崗巖 4 2 氦氣顯示 渭河盆地的地?zé)衢_采中 由于張家坡組以暗色泥巖為主 且埋深淺 溫度 低 故部分地?zé)峋_采時(shí)對該層位進(jìn)行封固 但仍有約 的地?zé)豳Y源開發(fā) 時(shí)采取混采方式 近來 渭南地區(qū)生物氣勘探的主要層位是張家坡組 甲烷的 加入對氦氣含量的影響很大 在剔除渭 南地區(qū)生物氣井的基礎(chǔ)上 統(tǒng)計(jì)分析了 渭河盆地 101 件油氣井和地?zé)峋畼悠返?氣體成分及氦同位素 結(jié)果表明所有樣 品中氦氣含 量 均 超 過 0 1 的 工 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) 體 積 分 數(shù) 在 0 19 9 2 之間 平均為 1 5 表 其中 氦氣含量高于 的井有 口 含量高于 的井 30 口井 含量高于 的井有 11 口 甲烷的體積分?jǐn)?shù)變化較大 在 0 06 58 37 之間 平均為 10 51 與 氦氣含量的相關(guān)性不強(qiáng) 圖 a 氫氣含量較低 在 0 14 32 之間 平均為 0 31 氮?dú)夂吭?12 86 99 56 之間 差別較大 平均為 82 4 二氧化碳含量在 0 77 91 之間 平均為 4 92 可以看出 渭 河盆地鉆井中的氣體成分可分為 類 分別以氮?dú)?甲烷和二氧化碳為主 其 中以氮?dú)鉃橹鞯你@井較多 4 3 氦氣成藏條件 4 3 潛在氦源巖 1 氦氣成因和來源 氦氣有 種同位素 即 和 按其成因可分為原始型 放射 性成因型和散裂成因型 同位素特征差別較大 表 其中原始型是在宇宙 演化中形成 由 恒星合成元素 假說的核聚變產(chǎn)生 現(xiàn)大多保留在地幔中 放射性成因型由放射性衰變 裂變和由其引起的其他核反應(yīng)產(chǎn)生 主要由富鈾 釷的地殼形成 散裂成因型由物質(zhì)和宇宙射線相互作用產(chǎn)生 鑒于不同成因的 氦氣儲(chǔ)存在不同地質(zhì)體中 因此按來源又可分為幔源 大氣源和殼源 該分類 目前應(yīng)用最廣 其中地幔由于保留部分原始氦 含量高 地殼中氦氣主 要是放射性成因型 顯示出 的年代學(xué)累積效應(yīng) 大氣中 主要來自于 地殼和地幔的脫氣 主要來自于地幔 并受太陽風(fēng)散裂成因氦的影響 同位素值介于幔源和 殼源同位素之間 2 潛在氦源巖 常規(guī)油氣理論認(rèn)為 烴源巖是富含有機(jī)質(zhì) 大量生成油氣與排出油氣的巖 石 同樣 氦源巖應(yīng)定義為富含鈾釷 大量生成和排出氦氣的巖石 根據(jù)氦氣 生成原理 氦源巖應(yīng)富含鈾釷且長時(shí)間衰變 渭河盆地與氦氣生成有關(guān)的巖石 包括盆地南緣花崗巖體 盆地內(nèi)部隱伏磁性體 基底及新生代地層 但由于渭 河盆地基底深 新生代地層形成晚 對盆地氦氣貢獻(xiàn)小 而且渭河盆地的基底 和新生代地層與其他盆地?zé)o顯著差別 故認(rèn)為渭河盆地的主要潛在氦源巖為盆 地南緣花崗巖體和盆地內(nèi)部隱伏磁性體 圖 4 3 地下水系統(tǒng)及載體氣 地下水系統(tǒng)對放射性元素和氦氣遷移影響巨大 進(jìn)而影響氦氣的成藏 首 先 在地表水和地下水的淋濾作用下 藍(lán)田花崗巖的鈾等放射性元素隨地下水 發(fā)生遷移 在有利部位形成鈾富集層 礦化 并成為氦氣的重要源巖 其次 地下水的分異作用會(huì)使氦發(fā)生富集 由于氦氣含量低 在地下深部氦氣呈水溶 態(tài)存在 氦氣進(jìn)入氣相有 種可能 有烴類氣體 氮?dú)獾容d體氣經(jīng)過時(shí) 氦氣因其低亨利系數(shù)和低分壓而幾乎全部進(jìn)入氣相 當(dāng)?shù)叵滤蛏线\(yùn)移時(shí) 或當(dāng)盆地抬升時(shí) 由于氦氣壓力的降低而進(jìn)入氣相 載體氣對氦氣成藏具有 個(gè)方面的作用 一方面 如上所述 載體氣能降低氦氣的分壓 使其從水溶相 進(jìn)入氣相 進(jìn)而隨載體氣運(yùn)移成藏 另一方面 載體氣過多 則會(huì)稀釋氦氣 從而低于其工業(yè)指標(biāo) 4 3 3 斷裂 渭河盆地內(nèi)斷裂十分發(fā)育 主要有秦嶺北緣斷裂 北山南緣斷裂 渭河斷裂 乾縣 富平斷裂 涇陽 大荔斷 裂 臨潼 長安斷裂 圖 許秋龍等 和 孔令昌等 研究認(rèn)為氦氣釋放與斷裂和地震活動(dòng)有關(guān) 等 也認(rèn)為地震帶地應(yīng)力的改變可導(dǎo)致地質(zhì)體中稀有氣體的釋放 渭 河盆地廣泛發(fā)育的斷裂體系 可作為天然氣和氦氣運(yùn)移的通道 使深部氣體遷 移至淺部成藏 此外 由于斷塊的差異沉降形成伴生的褶皺穹窿構(gòu)造 以及由 于斷裂作用形成的斷裂圈閉為區(qū)內(nèi)的主要圈閉形式 主要富氦層段 高陵群和 藍(lán)田 灞河組 之上覆蓋有巨厚的泥巖蓋層 張家坡組 現(xiàn)有的地震勘探資料 也指示 圈閉內(nèi)的斷層一般未切穿儲(chǔ)層上覆的泥巖蓋層 且許多地?zé)徙@井在目 的層段存在異常壓力 這均說明盆地內(nèi)斷裂并非是連通地下與地表的開放性斷 裂 有利于氦氣的封閉與保存 渭河斷裂 和秦嶺北緣斷裂 附近的富氦氣井是氦氣沿深大斷裂及其次級斷裂形成的高效通道運(yùn)移至儲(chǔ)層 富集的結(jié)果 圖 4 4 資源量預(yù)測 作為一種伴生氣體 單獨(dú)針對氦氣資源量的研究較少 目前 國內(nèi)外學(xué)者 對氦氣資源量的研究方法主要有 種 根據(jù)氣藏的圈閉范圍 氣體成分等參 數(shù)進(jìn) 行 資源 量 估 算 如 等 等 基 于放射性衰變原理 從氦氣的生成方面進(jìn)行資源量估算 如 張福 禮等 張雪等 針對渭河盆地 本文基于上述氦氣成藏條件 特別是地?zé)峋?氦情況和潛在氦源巖特征 采用了 種方法對渭河盆地氦氣資源量進(jìn)行預(yù)測 根據(jù)盆地現(xiàn)存地?zé)崃黧w的儲(chǔ)量 氣水比 氦氣體積分?jǐn)?shù)估算盆地內(nèi)氦氣資源 量 根據(jù)放射性衰變原理 對潛在氦源巖的鈾釷含量 有效體積 巖石密 度和放射性衰 變時(shí)間進(jìn)行測定和合理估算 計(jì)算得出盆地內(nèi)從不同時(shí)期開始氦氣的生成量 過程如下 4 4 1 地?zé)崃黧w估算法 渭河盆地地下水資源豐富 有渭北巖溶溶隙裂隙水 秦嶺山前構(gòu)造裂隙水 和盆地中部新生界孔隙裂隙水 其中 渭北巖溶溶隙裂隙水中未見氦氣顯示 秦嶺山前構(gòu)造裂隙水和盆地中部新生界孔隙裂隙水均有氦氣顯示 除渭北巖溶 溶隙裂隙水外 盆地 4000 以淺地?zé)崴傡o儲(chǔ)量達(dá) 14781 20 108 由于固市斷凹受張家坡組泥巖的影響為生物氣富集區(qū) 甲烷生物氣含量高 但氦氣含量極低 且產(chǎn)氣層位與其他地區(qū)不同 在計(jì)算氦氣平均含量時(shí)已剔除 該區(qū)域的地?zé)峋當(dāng)?shù)據(jù) 因此在計(jì)算氦氣資源量時(shí)也剔除 了 該 區(qū) 塊 張 家 坡 組 的 儲(chǔ) 量 數(shù) 據(jù) 得 到 盆 地 4000 以淺地?zé)崴挠行ъo儲(chǔ)量為 14200 57 108 3 根據(jù)氣水比 1 10 和氦氣平均含量 1 5 表 計(jì)算 盆地內(nèi) 4000 以淺的水溶氦氣資源量達(dá) 21 3 108 4 4 2 鈾釷產(chǎn)氦估算法 根據(jù)氦氣生成原理 與氦氣生成有關(guān)的巖石包括盆地南緣花崗巖體 盆地 內(nèi)部隱伏磁性體 基底及新生代地層 由于渭河盆地基底深 新生代地層形成 晚 對盆地氦氣貢獻(xiàn)小 且其特征與其他盆地?zé)o顯著差別 故本文初步認(rèn)為渭 河盆地的潛在氦源巖包括盆地南緣花崗巖體和盆地內(nèi)部隱伏磁性體 其富鈾釷 且放射性衰變時(shí)間較長 對盆地氦氣貢獻(xiàn)大 本文計(jì)算了潛在氦源巖在不同時(shí) 間段的生氦量 各參數(shù)的選擇及計(jì)算結(jié)果如下 1 秦嶺北緣 大花崗巖體的鈾釷含量為項(xiàng)目組近幾年研究結(jié)果的平均值 表 隱伏磁性體缺少數(shù)據(jù) 取各花崗巖體的平均值 各巖體的年齡參考 前人的研究成果 2 鑒于氦氣的成藏與地下水關(guān)系密切 據(jù)圖 3 計(jì)算了渭河匯水面積內(nèi) 各花崗巖體的面積 記為有效面積 其中寶雞巖體 太白巖體 翠華山巖體和 牧護(hù)關(guān)巖體的有效面積分別為總面積的 50 68 76 和 92 其 余 巖 體 為 總 面 積 的 100 隱伏磁性體按磁性異常范圍計(jì)算 3 有效巖體體積為有效面積與山體高度及地下埋深深度之和的乘積 缺乏 山體高度時(shí) 取均值 1 由于渭河盆地南側(cè)埋深約為 5 6 秦嶺北緣 的溫泉水的平均循環(huán)深度為 5 36 故統(tǒng)一取深度為 5 進(jìn)行計(jì)算 項(xiàng) 目組對武功 興平磁性體進(jìn)行的正演結(jié)果表明 該磁性體頂面埋深 4 12Km 厚度為 鑒于無其他磁性體正反演資料 渭河盆地磁性體 厚度統(tǒng)一取均值 1 5 4 花 崗 巖 體 和 隱 伏 磁 性 體 的 密 度 均 按 2 5 cm3 計(jì)算 5 在上述參數(shù)的基礎(chǔ)上 本文計(jì)算了自花崗巖體形成 表 渭河盆地 開始斷陷 始新世中晚期盧氏階 47 8 和主 儲(chǔ) 氦 層 藍(lán) 田 灞 河 組 形 成 5 3 個(gè)時(shí)間段內(nèi)潛在氦源巖的生氦量 其中 花崗巖體 的年齡參照前人的研究成果 隱伏磁性體的年齡取花崗巖體的平均值 計(jì)算結(jié) 果表明 自花崗巖體形成 渭河盆地?cái)嘞莺椭鲀?chǔ)氦層 藍(lán)田 灞河組 形成等 個(gè)時(shí)間段的生氦量分別為 185 21 108 3 27 58 108 3 和 4 16 108 3 表 可以看出 從源 運(yùn) 儲(chǔ) 個(gè)條件所計(jì)算的生氦量差別 很大 花崗巖體形成以來生氦總量大 當(dāng)構(gòu)造背景穩(wěn)定時(shí) 部分氦氣會(huì)保存在 巖石中 渭河盆地開始斷陷后 盆地南緣的脆性巖石 花崗巖 受區(qū)域應(yīng)力破 碎 釋放裂隙流體 將之前保存的氦氣釋放 而后氦氣逐漸運(yùn)移至水體中形成 水溶氣 并隨著地下水而遷移 生氦量和運(yùn)聚系數(shù)均較高 主儲(chǔ)氦層形成以后 逐步具備了富氦氣藏形成條件 運(yùn)聚系數(shù)高 雖生氦量少 但水溶氦可部分脫 溶轉(zhuǎn)化為游離態(tài)進(jìn)入氣藏 使富氦氣藏氦資源不限于來自儲(chǔ)層形成以后生成的 氦 5 氦氣的用途 航空航天 超純氦氣如 6N 氦氣在火箭 宇宙飛船中用作輸送液氫 液氧等 液體推進(jìn)劑的加壓氣體 在航空航天和飛機(jī)制造業(yè)從制造到飛行的整個(gè)過程中 太空飛行作業(yè)使用氦氣凈化氫氣系統(tǒng) 地面和飛行流體系統(tǒng)將其用作增壓劑 除此之外 氦氣還用作氣象和其他觀測氣球的升力源 氦氣的用途之運(yùn)輸及運(yùn)輸設(shè)備 由于氦氣是一直沸點(diǎn)最低的氣體 導(dǎo)熱性 能異常優(yōu)越 所以被廣泛運(yùn)用在散熱器換熱器 空調(diào)組件 燃料箱和變矩器等 重要汽車部件的測試 以確保其符合質(zhì)量規(guī)范 此外 氦氣還可與氬氣配合使 用 越來越多地用于安全氣囊的充氣操作 氦氣的用途之娛樂與裝飾 氦氣變聲的表演大家應(yīng)該都聽說過 吸入氦氣 之后 因?yàn)楹鈧鞑ヂ曇舻乃俣炔畈欢酁榭諝獾娜?人吸入有氦氣體后 聲 音的頻率會(huì)變得更高 令人可以模仿高音歌手 也可以叫人說話尖聲細(xì)氣 就 好像舊時(shí)代的卡通人物一樣 但是氦氣也是一種窒息性氣體 在沒有專業(yè)人員 指導(dǎo)的情況下 很容易吸入過量氦氣導(dǎo)致窒息 有喪命的危險(xiǎn) 最近和氦氣變 聲有關(guān)的新聞也很多 例如好萊塢老牌黑人演員摩根費(fèi)里曼利用氦氣變聲的方 法 3 秒變身擁有了唐老鴨口音 再比如說前不久著名球星巴洛特利吸氦氣后 以極為搞笑的聲調(diào)高喊利物浦 氦氣的用途之醫(yī)療衛(wèi)生 氦氖激光可以用來進(jìn)行外科手術(shù) 也可以用來治 療弱視 也能用來活化血管進(jìn)行保健 氦氖激光中的氣體介質(zhì)就是氖氣和高純 氦氣 此外由于氦氣的低溫超導(dǎo)性 它是作為磁共振和核磁共振超導(dǎo)磁體的理 想冷凍氣體 氦氣可實(shí)現(xiàn) 451 華氏度的深冷溫度 有效獲取內(nèi)臟器官和組織的 高分辨率圖像 氦氣的用途之電子科研 氦氣在半導(dǎo)體 液晶面板和光纖線制造中起著重 要作用 可實(shí)現(xiàn)零部件的快速冷卻 從而提高生產(chǎn)率 還能控制熱傳遞速率 以改善生產(chǎn)效率并減少缺陷 此外 氦氣還可在生產(chǎn)過程中充當(dāng)載運(yùn)氣體 高 純氦氣用作氣相色譜儀 氣質(zhì)聯(lián)用儀等儀器的載氣 氦氣的用途之焊接與金屬加工 高純氦氣跟高純氬氣一起用作特殊焊接的 保護(hù)氣體 氦氣在電弧溫度條件下的惰性使其成為鋁 不銹鋼 銅和鎂合金等 高導(dǎo)熱性材料焊接的理想氣體 還可用作熱處理過程中的淬火氣體以及熔爐氣 體 提升零件耐性和質(zhì)量 氦氣的用途之潛水氣體 深水潛水的氧氣瓶中才必須填充氧氣和氦氣 氦 氣不容易發(fā)生深海麻痹現(xiàn)象 在深海潛水中氦氣是用來代替氮?dú)獾?長久以來氦氣供不應(yīng)求 造成這個(gè)現(xiàn)象的原因很多 第一是因?yàn)楹庠诘?球上的存量很少 我們能夠提取的多數(shù)氦氣都包含在天然氣中 第二是氦氣制 作的方法有限 6 氦氣制作的方法氦氣制作的方法 目前天然氣提取氦氣的這種氦氣制作的方法主要集中在美國 俄羅斯這些 氦氣資源豐富 氦氣含量高的國家 氦氣是研究低溫超導(dǎo) 發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)彈以及 半導(dǎo)體等高端領(lǐng)域必備的資源 擁有良好的氦氣制作的方法也就至關(guān)重要 天 然氣中氦氣的含量從 2 8 不等 這個(gè)含量數(shù)值和空氣中的氦氣含量相比要高 上千萬倍 常規(guī)而言從天然氣中提取氦氣的氦氣制作的方法有以下幾種 吸附法 這種氦氣制作的方法的原理是根據(jù)天然氣中各組分在固體吸附劑表 面上吸附能力的差異來將氦氣提取分離 此氦氣制作的方法適用于雜質(zhì)含量低 于 10 的粗氦精制 這些年來發(fā)展的變壓吸附就是由此種氦氣制作的方法的 吸收法 這種氦氣制作的方法的原理是選用適當(dāng)?shù)奈杖軇?一般是氟烴 液態(tài)烷烴 在一定的條件下將沸點(diǎn)比氦氣高的雜質(zhì)洗滌吸收去除 從而得到 氦氣 冷凝法 天然氣提氦在工業(yè)上采用冷凝法該法工藝包括天然氣的預(yù)處理凈 化 粗氦制取及氦的精制等工序 制得 99 99 的純氦氣 擴(kuò)散法 利用氦氣的良好導(dǎo)熱性將天然氣中的氦氣組分濃縮提取出來 這 種氦氣制作的方法一般的操作溫度是 400 500 攝氏度 膜滲透法 這些年各類膜材料的發(fā)展很迅速 利用各種氣體對膜的滲透性 不同 就能利用膜滲透法將天然氣中的氦氣提取出來 這種氦氣制作的方法在 提取工業(yè)氦氣上運(yùn)用很廣泛 空分法 一般采用分凝法從空氣裝置中提取粗氦 氖混合氣 由粗氦 氖 混合氣制純氦 氖混合氣經(jīng)分離及純化 制得 99 99 的純氦氣 氫液化法 工業(yè)上采用氫液化法從合成氨尾氣中提氦 該法工藝是低溫吸 附清除氮 精餾得到粗氦加氧催化除氫及氦的純化 制得 99 99 的純氦氣 高 純氦法 將 99 99 的純氦進(jìn)一步用活性炭吸附純化制得 99 9999 的高純氦氣 7 氦氣設(shè)備商家 蘇州晟宇氣體設(shè)備有限公司 成立于二十一世紀(jì)初 是設(shè)計(jì)制造制氫設(shè)備 制氮設(shè)備 氣體純化 混合配氣設(shè)備 氫氣氬氣氦氣回收凈化設(shè)備 高純氫 氬 氮 氧 氣體凈化純化設(shè)備 氫氣站 氮?dú)庹?混合配氣站等各種氣體裝置的專業(yè)性 公司 公司通過質(zhì)量體系認(rèn)證 秉乘以人為本 科技創(chuàng)新的理念 服務(wù)于社會(huì) 及各行各業(yè) 公司積累了多年的氣體設(shè)備設(shè)計(jì) 制造 生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn) 用戶使用反饋 信息 和大專院校 科研部門技術(shù)合作交流 投入大量的人力財(cái)力開發(fā)用戶需要 的高科技 高質(zhì)量產(chǎn)品服務(wù)新老用戶 公司始終依靠科技進(jìn)步增強(qiáng)企業(yè)實(shí)力 不 斷完善各類氣體設(shè)備產(chǎn)品的性能 面向機(jī)械 電子 化工 玻璃 冶金 食品 石油 電力 科研及大專院校等各行各業(yè) 提供如下系列設(shè)備 氬氣純化裝置 氮?dú)饧兓b置 空氣制氮裝置 氨分解制氫裝置 氫氣凈化裝置 氣體純化裝 置 氫 氬 氦氣回收純化裝置 空氣干燥裝置 混合配氣設(shè)備 高純氬氣純化 裝置 實(shí)驗(yàn)室氬氣凈化機(jī)系列 氮?dú)鈨艋瘷C(jī)系列 氫氣凈化機(jī)系列 氧氣凈化 機(jī)系列 全自動(dòng)混合配氣系列產(chǎn)品 全自動(dòng)氣體純化裝置系列產(chǎn)品應(yīng)用于焊接 不銹鋼制造 冶煉 還用于半導(dǎo)體制造工藝中的化學(xué)氣相淀積 晶體生長 熱 氧化 外延 擴(kuò)散 多晶硅 鎢化 離子注入 載流 燒結(jié)等新型行業(yè) 以客 戶的需求為最終要求 每款產(chǎn)品我們會(huì)根據(jù)客戶所提出的要求為客戶量身定制所 需產(chǎn)品 憑借實(shí)際經(jīng)驗(yàn)想客戶所沒想 更具人性化的設(shè)計(jì) 生產(chǎn)出客戶滿意產(chǎn) 品 近年來 微電子行業(yè)所使用的混合配氣裝置獲得很大的成功 從單一的二 組分配氣躍升為全自動(dòng)化的八組分配氣 高純氣體凈化裝置在山東省乃至全國 得到全面推廣及應(yīng)用 以完美的外觀和精確的工藝贏得用戶的好評 以質(zhì)量贏 得市場 以真誠服務(wù)客戶 開發(fā)研制的全自動(dòng)氬氣純化設(shè)備在新能源特別是在 單晶硅 太陽能 色譜儀 光譜儀等電子 儀表行業(yè)中得到充分?jǐn)U張 相信您 的眼光 您的選擇 蘇州晟宇氣體設(shè)備有限公司 公司一貫堅(jiān)持 質(zhì)量第一 用戶至上 優(yōu)質(zhì)服務(wù) 信守合同 的宗旨 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還擁有一支訓(xùn)練有素的專業(yè)配氣隊(duì)伍