Газ гелий открывает для нас новые перспективы и геологические инсайты
ГЕЛИЙ
Гелий (от греч. helios — «Солнце») — химический элемент с атомным номером 2.
Гелий был признан самостоятельным элементом в 1895 году, однако ярко-жёлтые линии гелия в солнечном спектре впервые заметили (но не идентифицировали) ещё в 1868 году.
На долю гелия приходится около 23 % массы Вселенной, поэтому он является вторым по распространённости элементом после водорода.
В природе существуют два стабильных изотопа — гелий-3 и гелий-4, которые могут иметь как первичное (примордиальное), так и радиогенное происхождение.
Большая часть земного гелия образуется при естественном радиоактивном распаде тяжёлых элементов (тория, урана): альфа-частицы, испускаемые при таком распаде, представляют собой ядра гелия-4. Они могут содержаться как в самих рудных телах, так и в подстилающих или вмещающих породах.
Земной гелий является невозобновляемым ресурсом. Поскольку это очень лёгкий элемент, он не накапливается в больших количествах в атмосфере: земное притяжение недостаточно, чтобы предотвратить его постепенный уход в космическое пространство. Водород ещё легче, но широко распространён на Земле, потому что входит в состав молекул воды и органических соединений; гелий же не образует соединений даже сам с собой.
За последние десятилетия гелий стал ключевым ресурсом высоких технологий. Этот благородный газ используется в криогенной технике, МРТ-сканерах, сварке, глубоководном дайвинге, а также при производстве оптоволоконных кабелей и микрочипов для телефонов и компьютеров.
Средняя концентрация гелия в атмосфере Земли составляет 5,2 ppm (частей на миллион по объёму). Небольшие количества встречаются в радиоактивных минералах, метеоритном железе и минеральных источниках, тогда как значительные объёмы гелия содержатся в природном газе (до 11 %) и нефти (до 7 мл/л).
Гелий добывают как минорный компонент природного газа; он сосуществует с газом благодаря тем же процессам миграции и накопления, которые формируют газовые залежи в недрах. В газовых резервуарах экономически целесообразным считается содержание гелия свыше 0,3 %.
Гелий (чистотой 98,2 %) выделяют из природного газа путём сжижения других компонентов при низких температурах и высоком давлении — это процесс низкотемпературного разделения, известный как фракционная дистилляция.
До настоящего времени коммерческие системы добычи гелия появлялись в основном случайно, как побочный продукт нефтегазовой разведки.
Гелий
Инертный благородный газ
Элементы во вселенной
Присутствие гелия на Земле
Продукт альфа-распада
Накопления и миграция гелия
Будучи газом с высокой диффузионной способностью и химической инертностью, гелий постоянно мигрирует в вертикальном направлении из кристаллического фундамента через микропоры и микротрещины осадочного чехла, формируя на земной поверхности микропроявления гелия.
В процессе миграции к земной поверхности гелий может временно задерживаться и накапливаться в так называемых гелиевых ловушках – специфических геологических структурах с повышенной способностью к накоплению гелия.
Залежи нефти и газа, геотермальных ресурсов и природного водорода эффективно выполняют роль таких гелиевых ловушек, так как растворимость гелия в этих средах значительно выше, чем в пластовой воде и сухих трещинах окружающих пород.
Гелий обладает ВЫСОКОЙ миграционной способностью.
Гелий характеризуется МАКСИМАЛЬНОЙ вертикальной миграцией через осадочный чехол к земной поверхности.
Подземный гелий как индикатор месторождений при геологоразведке
Советская школа геохимии на протяжении десятилетий активно изучала подземный гелий, рассматривая его в качестве поискового индикатора для месторождений нефти и газа, геотермальной энергии и других природных ресурсов по всей территории Советского Союза.
За это время многочисленные исследовательские группы вели аналогичную работу в Германии, США, Италии и Австралии. Было опубликовано множество научных трудов, подтверждающих перспективы использования гелия как индикатора различных типов залежей.
По мнению международного научного сообщества, подземный гелий можно использовать в качестве прямого или косвенного поискового индикатора для следующих типов месторождений и объектов:
-
Месторождения, содержащие достаточное количество урана и/или тория, выступающих источником гелия (урановые руды, отдельные типы углей, минерализованные пески, карбонаты);
-
Жидкие и газообразные углеводороды, обогащённые гелием, мигрирующим из кристаллического фундамента или из пород-источников, содержащих торий или уран;
-
Месторождения, связанные с разломами, выполняющими роль каналов миграции гелия из фундамента;
-
Геотермальные районы, в которых гелий высвобождается из ювенильных (глубинных) или циркулирующих метеорных вод;
-
Природные месторождения гелия;
-
Природные месторождения водорода (в особых геологических условиях гелий и природный водород могут присутствовать совместно или ассоциироваться с метаном).
Дополнительно гелий активно просачивается вдоль неминерализованных разломов, включая активные тектонические разломы, поэтому обнаружение гелия на поверхности помогает точно локализовать разломы, особенно в районах со слабой обнажённостью пород.
Согласно проведённым исследованиям, подземные гелиевые съёмки стали обычной процедурой в советской геологоразведке: для выявления разломов и выбора мест под бурение нефтегазовых скважин, в том числе при недостатке качественных геофизических данных.
Западная и советская научные школы сходятся в том, что гелиометрические данные могут использоваться как надёжный индикатор разломов и определённых типов месторождений, однако существующие ограничения (стандартные методы отбора геохимических проб, чувствительность измерительных приборов и др.) долгое время вызывали неопределённость в точности и достоверности таких данных.
Эти ограничения были основной проблемой при применении гелиометрических данных как стабильного индикатора природных ресурсов до того момента, когда компания Новые Геологические Решения представила уникальную комплексную методику и вывела её на коммерческий уровень.
После достижения предельного уровня насыщения гелиевые ловушки начинают дегазироваться, высвобождая высокие концентрации гелия, который затем мигрирует к поверхности благодаря тому же механизму вертикальной миграции (адвекции).
Благодаря своим уникальным свойствам (малый молекулярный размер, лёгкость и инертность) гелий мигрирует преимущественно вертикально, достигая поверхности, где образует аномалии.
Высокие концентрации гелия, зафиксированные в определённых точках земной поверхности, являются надёжным признаком наличия в подстилающих горизонтах залежей углеводородов, геотермальных резервуаров, природного водорода и природного гелия.
Поверхностные гелиевые аномалии предоставляют значимую информацию о геологическом строении территории и наличии природных ресурсов.