青海省氦气资源调查研究及建议

巩志远　谢菁　王琪玮　陈建洲　徐永锋　李青

摘   要：氦气为重要的稀有战略资源，近年来其重要性逐步得到相关业界和政府部门的高度重视。为了解青海省氦气资源前景，通过对省内主要盆地含氦情况调查研究，结合已有研究进展及成果，较系统的开展了全省氦气资源潜力评价。研究认为，青海省氦气资源成藏类型初步可划分为3大类、6小类，主要包含游离气藏（天然气伴生气藏、页岩气伴生气藏、煤层气伴生气藏、氮气伴生气藏）、水溶氣藏、自生自储气藏；省内氦气藏点主要集中在柴达木盆地、共和盆地、南祁连盆地、八宝山盆地及巴颜喀拉残留洋盆等；青海省盆地主要以典型壳源气成因为主，次为幔源氦；将青海省氦气资源成藏模式归为3种：古老地层水上移释氦富集模式、天然气沿古老储集层运移富氦模式、古老地层水富集模式。

关键词：氦气；成藏类型；分布规律；成藏模式；勘探方向

世界氦气资源储量与产量短缺且分布相对集中，主要分布在美国、卡塔尔、阿尔及利亚、俄罗斯等国[1-6]。我国可利用氦气资源极稀缺，对外依存度极高。我国主要在西北地区渭河盆地、柴达木盆地、塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、华北地区晋中盆地、西南地区四川盆地等发现富氦天然气藏或水溶气藏 [7-12]。目前，我国仅四川威远气田局部地层的天然气中氦含量为0.218％～0.342％[13]，该气田已接近枯竭。氦气被美国、澳大利亚等国列入战略资源清单，国际资源需求量和重视程度不断提高，加快发现中国新的含氦天然气田势在必行。

氦气来源有大气源、壳源氦（放射性来源）4He、幔源3He[14]，氦气主要存在3种赋存类型，即“自生自储型”氦气[15]、水溶型氦气及烃类气体、非烃类气体为载体气的含氦气藏[16-17]。青海省氦气藏勘探、开发均处于起步阶段，大部分工作集中在柴达木盆地西部，主要为气载气型氦气的发现及初步研究[18]，其他广袤沉积盆地研究几乎处于空白，亟需开展青海省氦气系统研究。本文在对青海省典型中新生代沉积盆地调查的基础上，梳理了不同类型氦气藏分布特征、氦气成因类型及氦气成藏模式等，对青海省氦气资源调查方向提出下一步建议。

1  地质背景

青海从新太古代到新生代不同类型地层齐全，以三叠系最发育，次为石炭系、二叠系。经历了多旋回裂解离散、汇聚碰撞和陆内叠复等造山过程，NWW向、NW向、近EW向褶皱、断裂是主要构造形迹。受新构造活动影响，省内形成柴达木、祁连、南祁连、共和、西宁-民和、八宝山、北羌塘等不同盆地，沉积了巨厚的碎屑岩类。青海省火山活动频繁，从元古宙到新近纪均有火山喷发，各时期火山活动规模、强度、所处构造位置及火山岩特征均有明显差别。省内规模巨大、形成年代古老、构造改造较强的岩体、盆地基底及富U，Th的烃源岩可作为良好的氦气源岩，各盆地周边均受深大断裂控制，断裂深度大、延伸长，大多深切地壳达地幔，提供良好的运移通道。

盆地独特的地层分布特征、构造及演化特征对青海省内部氦气分布特征造成显著影响，构造-岩浆作用及盆地演化特征与氦气源储、运聚的相关性将直接影响青海省各盆地氦气资源勘探与研究，有待进一步探索。

2  样品及实验方法

本次主要对柴达木盆地、共和盆地、祁连盆地、全吉地块及巴颜喀拉残留洋盆等沉积盆地等开展水样及岩石样品采集、室内测试分析等，仅在全吉地块和共和盆地采集花岗岩、古元古变质岩等岩石样，其余盆地均仅采水样，共采集水样65件、岩石样103件，样品布置合理、代表性较好。开展氦气含量和氦气同位素测试分析，在中国科学院西北生态环境资源研究院稀有气体实验室完成。

水样样品采集容器为双阀门真空玻璃瓶，采样前在实验室将钢化玻璃瓶抽真空，系统内压力小于0.13 Pa，降低、消除系统残留气对样品的干扰。采样时先将双阀门真空玻璃瓶没入水体5 cm以上，打开下阀使水自行吸入至采样瓶内部并吸满后关闭下阀，保证空气污染在10-4级以下；地表样均采集新鲜面，采集时先对样品进行详细观察描述，将样品包装结实装入样袋，写明样品号码及袋数，袋中放上填写好的标签，送往实验室进行测试。

Noblesse稀有气体质谱仪是此次稀有气体测试的主要仪器，分辨率大于700，可完全分离3He+和HD+的峰值，3He+信号正常情况下会高于1 s-1，而HD+拖尾的贡献相对较小，因此不必校正HD+对3He+的影响。因此笔者将大于1 s-1 3He作为数据阻断值。检测样品前均经同样流程的本底测定，检测采用的标准样品为：兰州市皋兰山（海拔2 060 m）山顶空气（AIR?LZ2007）。工作本底值（单位：cm3/g，STP）为：4He=2.46×10-10，20Ne=4.08×10-10，40Ar=1.39×10-8，各稀有气体在该底值中的同位素组成与空气值接近。

3  氦气资源分布及成因特征

据本次测试结果及前人研究成果，青海省氦气资源主要分布在柴达木盆地、共和盆地、南祁连盆地、八宝山盆地及巴颜喀拉残留洋盆等，祁连盆地、北羌塘盆地暂未发现达到工业品味的氦气点。

研究结果表明，省内共发现达到工业品位的氦气点49处（均以泉水点或单井为单位）（表1），He含量0.05%～2.3%，平均0.44%。其中柴达木盆地40处，He含量0.05%～1.14%，平均0.39%；共和盆地6处，He含量0.052 2%～0.867 2%，平均0.334 1%；南祁连盆地1处，He含量0.054 9%；巴颜喀拉地区1处，He含量0.763 %；八宝山盆地1处，He含量0.11%～1.33%，平均0.45%；全吉地块地表样氦含量最大为0.004 2%，不参与本次评述。从图1可看出，目前青海省氦气主要以柴达木盆地、共和盆地为代表，其中柴达木盆地以气载气型氦气藏为主，资源分布不规律，水溶氦集中分布于柴中断裂以北的一里坪坳陷、柴北缘隆起；共和盆地以水溶型氦气藏为主，资源空间分布主要受盆地西南缘的哇洪山断裂与昆中断裂影响。初步认为秦祁昆造山系内大规模氦源岩及特殊的构造条件易形成氦气生成、运移及存储机制，青南地区中酸性侵入岩欠发育，生氦潜力有限，祁连等盆地小断裂极发育，盆地不够稳定，较难形成氦气富集。

青海省各盆地168件氦气同位素样品，R/Ra为0.001%～0.093%，小于0.01%的142件，占比84.5%，属典型壳源气成因，幔源氦占比0.005%～0.42%。其中团鱼山一带泥页岩解析气内显示有一定幔源氦，占比最高達11.69%，与气体组分中氮气含量较高（36.72%～70.22%）的事实相吻合。

4  氦气成藏类型及赋存规律

4.1  氦气成藏类型

Ballentine认为氦气从矿物中释放后进入附近流体系统中。因地壳中铀、钍元素放射衰变释放出的氦气数量较少，无法以单一氦气形式运移，只能和其他流体一起运移。这些流体可以是油、气、水或岩浆等。迄今为止，世界上还未发现任何单一的纯氦气藏，氦气大多与油气和二氧化碳气伴生在同一气藏中形成伴生气或溶解在水中形成水溶气[19-23]。

青海已知氦气点基本分布于中新生代沉积盆地，柴达木盆地主要属烃类或非烃类伴生气藏，其中柴西地区（马北、牛东、东坪）基本为游离态，与常规天然气伴生，柴北缘（团鱼山、全吉地块）以游离态为主，少量水溶态，与页岩气及地下水伴生，柴中地区（鄂博梁、碱石山、红三旱、鸭湖）以水溶态为主，与深层卤水伴生；共和盆地以水溶态为主，游离态为辅，水溶态与地下热水伴生，游离态主要为赋存有古老花岗岩微裂隙、晶洞内自生自储型；南祁连盆地、玛多地区均以水溶态为主，与地下水伴生；八宝山盆地为游离态，与氮气共存（图2）。

综合青海省盆地氦气储层形式，将氦气资源成藏类型划分为3大类，6小类（表2）。氦气藏的产生离不开氦源岩、运移通道、运移载体及储集空间，不同类型气藏在“生、运、储”方面有千丝万缕的联系，因此同一个氦气藏可能存在2种或2种以上成藏类型。

4.2  氦气赋存规律

4.2.1  游离气藏

综上所述，青海省伴生气藏既有烃类气体（甲烷），又有非烃类气体（氮气、二氧化碳）（表3）。其中甲烷伴生气藏主要分布于柴西缘、柴北缘一带，甲烷含量61.75%～95.18%（图3），牛东一带（平均88.72%）最高，东坪（80.73%）、尖北一带（80.04%）次之，马北地区（平均76.85%）最低。成因以有机成因气为主，无机成因气极少，但与氦气含量相关性不明显。氮气伴生气藏主要分布于全吉山一带，全吉山氮气含量68.47%～98.84%，平均83.66%。团鱼山一带氦气藏与甲烷、氮气共生，甲烷含量27.89%～59.95%，平均41.89%。氮气含量36.72%～70.22%，平均55.69%（图4）。八宝山盆地与氮气、甲烷、二氧化碳共生（图5），整体以氮气为主，次为甲烷，氮气含量23.86%～92.70%，甲烷含量3.42%～68.61%，二氧化碳含量1.12%～29.08%。

4.2.2  水溶气藏

以氦含量0.01%为本次水溶氦评价下限，其在深层卤水井（6处）、温泉或地热井（12处）、冷泉均有发现（3处）（表4）。对比全部样品氦含量与温度关系图（图6），认为青海省水溶氦气藏氦含量与温度有一定正相关，但相关性一般。

5  成藏模式探讨

结合各盆地氦气成因来源、运移机制、赋存状态的认识，将青海省氦气资源成藏模式归类为3种：古老地层水上移释氦富集模式、天然气沿古老储集层运移富氦模式、古老地层水富集模式（表5）。

5.1  古老地层水上移释氦富集模式

这是最普遍的成藏模式，气源岩主要为深部古老基底、花岗岩或烃源岩，释放出氦溶解于水中，在构造运动驱使下溶解氦气的深部地层水沿断裂向上运移，随温度和压力降低，沿途可能会释放出部分游离态氦气，氦气继续向上运移到气藏中，在亨利定律作用下，水中的氦气几乎完全脱溶释放至气藏，而气藏中的其他气体因分压较高，部分游离气会溶解至水中，貌似气藏中的天然气把氦气“萃取”出来。随地层水不断上涌，氦气不断释放至气藏，使气藏富氦（图7）。

5.2  天然气沿古老储集层运移富氦模式

该模式下气源主要为古老储集层，当天然气在沿储集层横向运移时，可捕获沿途地层水中溶解的氦气（图8），地层水中溶解氦气的多少取决于储集层年龄和U，Th含量，年龄越老、U和Th含量越高，生成氦气越多，因此，这种富集模式一般发生在古老储集层中，天然气沿古老储集层进行运移，储集层越老，富氦效果越明显。

5.3  地层水富集模式

该模式主要特点是气源岩以岩浆侵入体为主，侵入岩体一般刺穿储层或以岩体做为储层，储层上方一般覆盖有良好的盖层，可直接向储集层运移，并在圈闭中聚集成藏，形成原生气藏。后期断裂活动，已形成氦气藏中的气体通过断裂发生运移至浅部储集层中成藏，形成次生含氦水溶氦气藏。该类型氦气藏的形成主要和与岩浆侵入体相互接触的储集层类型和圈闭发育特征相关（图9）。

6  结论

（1） 青海省氦气资源主要分布于柴达木盆地、共和盆地、八宝山盆地、南祁连盆地及巴颜喀拉残留洋盆等。八宝山盆地氦气含量最高，次为柴达木盆地，盆地资源分布受基底及构造影响明显。

（2） 青海省盆地氦气成因类型主要属典型壳源气成因，幔源氦次之。

（3） 青海省划分了3大类、6小类氦气藏，主要包含游离气藏（天然气伴生气藏、页岩气伴生气藏、煤层气伴生气藏、氮气伴生气藏）、水溶气藏、自生自储气藏。其中柴达木盆地包含了常规及非常规天然气伴生气藏、水溶气藏及自生自储型气藏；共和盆地、南祁连盆地、巴颜喀拉盆地以水溶气藏为主；八宝山盆地为氮气伴生气藏。

（4） 青海省氦气资源成藏模式包含古老地层水上移释氦富集模式、天然气沿古老储集层运移富氦模式、古老地层水富集模式。

7  资源勘探方向及建议

（1） 进一步加强氦气成藏体系、评价标准的摸索研究，完善评价流程。青海省独特的地质环境造就了温泉分布多、古老侵入体发育的特征，水溶性、自生自储型氦气藏是后期研究不可忽略的方向。应逐步建立水溶氦气评价标准，并在游离性氦气藏研究基础上，加强省内水溶性氦气、自生自储型氦气藏关注度。

（2） 据省内不同氦气成藏类型及研究程度，随着油气勘探的不断深入，逐步了解柴达木盆地氦气资源规模；对以水溶氦为主的共和、南祁连等盆地加大综合分析、野外验证工作，尽快取得突破。

（3） 前人研究多认为壳源氦气与高放射性岩石关系密切，但大多只关注盆地基底或周缘高放射性中酸性花岗岩，对其他富集铀钍的岩石，如基底变质岩、具铀钍异常的盆地盖层（侏罗系、第三系、第四系等）、火山岩等关注较少，后期可加大该方面的研究。

参考文献

[1] Hussain N.Flux of 4He from Carnmenellis granite：modlling of an HDR geothermal reservoir[J].Applied Geochemistry，1997，12（1）：1-8.

[2] Koji U，Koichi A，Tomohiro K.Release of mantle and crustal helium from a fault followingan inlandearthquake[J].Applied Geochemistry，2013，37：134-141.

[3] Mao X M，Wang Y X，Yuan J F.The indication of geothermal events by helium and carbonisotopes of hydrothermal fluids in south China[J].Procedia Earth and Planetary Science，2013，7：550-553.

[4] 张雪.渭河盆地天然气及氦气成藏条件与资源量预测[D].长安大学，2015.

[5] 张文.关中和柴北缘地区战略性氦气资源成藏机理研究[D].中国矿业大学（北京），2019.

[6] 徐永昌，沈平，陶明信，等.中国含油气盆地天然气中氦同位素分布[J]. 科学通报，1994，39（16）：1505-1508.

[7] 李玉宏，李济远，周俊林，等.国内外氦气资源勘探开发现状及其对中国的启示[J].西北地质，2022b，55（3）：233-240.

[8] 陶小晚，李建忠，赵力彬，等.我国氦气资源现状及首个特大型富氦储量的发现：和田河气田[J].地球科学，2019，44（3）：1024-1041.

[9] 张文，李玉宏，王利，等.渭河盆地氦氣成藏条件分析及资源量预测[J].天然气地球科学，2018，29（2）：236-244.

[10] 张云鹏，李玉宏，卢进才，等.柴达木盆地北缘富氦天然气的发现—兼议成藏地质条件[J].地质通报，2016，35（S1）：364-371.

[11] 刘超，孙蓓蕾，曾凡桂，等.鄂尔多斯盆地东缘石西区块含氦天然气的发现及成因初探[J].煤炭学报，2021，46（4）：1280-1287.

[12] 秦胜飞，李济远，梁传国，等.中国中西部富氦气藏氦气富集机理——古老地层水脱氦富集[J].天然气地球科学，2022，33（8）：1203-1217.

[13] 王佩业，宋涛，真允庆，等.四川威远气田：幔壳混源成因的典型范例[J].地质找矿论丛，2011，101（1）：63-73.

[14] 韩伟，刘文进，李玉宏，等.柴达木盆地北缘稀有气体同位素特征及氦气富集主控因素[J].天然气地球科学，2020，31（3）：385-392.

[15] 陈建洲，王瑾，王国仓，等.青海共和盆地自生自储型氦气的初步发现[J].地质通报，2023，42（10）1625-1639.

[16] 张云鹏，李玉宏，卢进才，等.柴达木盆地北缘富氦天然气的发现-兼议成藏地质条件[J].地质通报，2016，35（2）：364-371.

[17] 李洪普，潘彤，李永寿，等.柴达木盆地西部构造裂隙孔隙卤水地球化学组成及来源示踪[J].地球科学，2022，47（1）：36-44

[18] 张晓宝，周飞，曹占元，等，柴达木盆地东坪氦工业气田发现及氦气来源和勘探前景[J].天然气地球科学，2020，31（11）：1585-1592.

[19] 柳永刚，张翔，刘子锐，等.甘肃省首个高品位氦气盆地的发现及勘探前景[J].甘肃地质，2020，29（3）：29-36

[20] 张林.渭河盆地地热及伴生水溶气资源探索及远景预测[D].长安大学，2014.

[21] 陈践发，刘凯旋，董勍伟，等.天然气中氦资源研究现状及我国氦资源前景[J].天然气地球科学，2021，32（10）：1436-1449.

[22] 彭威龙，刘全有，张英，等.中国首个特大致密砂岩型（烃类）富氦气田-鄂尔多斯盆地东胜气田特征[J].中国科学：地球科学，2022，52（6）：1078-1085

[23] 张虎权，卫平生，王廷栋，等.民和盆地天然气地球化学特征[J].天然气工业，2005，25（11）：10-13144

Investigation and Suggestions on Helium Resources in Qinghai Province

Gong Zhiyuan1，2， Xie Jing1，2， Wang Qiwei1，2， Chen Jianzhou1，2， Xu Yongfeng1，2， Li Qing1，2

（1.Fourth institute of geological and mineral survey of Qinghai province，Xining，Qinghai，810029，China;

2.Qinghai geological survey，Xining，Qinghai，810001，China）

Abstract： Helium， as an important rare strategic resource， has gradually received high attention from relevant industries and government departments in recent years. To understand the prospects of helium resources in Qinghai Province， this article conducts a systematic evaluation of the province's helium resource potential through investigation and research on the helium content in major basins within the province， combined with existing research progress and achievements in the province. Research suggests that the types of helium gas reservoirs in Qinghai Province can be preliminarily divided into three categories and six subcategories， mainly including free gas reservoirs （natural gas associated gas reservoirs， shale gas associated gas reservoirs， coalbed gas associated gas reservoirs， nitrogen associated gas reservoirs）， water-soluble gas reservoirs， and self generated and self stored gas reservoirs; The helium gas reservoirs in the province are mainly concentrated in sedimentary basins such as the Qaidam Basin， the Gonghe Basin， the South Qilian Basin， the Babaoshan Basin， and the Bayan Kara Residual Ocean Basin; The main genesis of various basins in Qinghai Province is typical crustal gas， followed by mantle derived helium; The helium resource accumulation patterns in Qinghai Province can be classified into three types： the ancient formation water migration and release helium enrichment pattern， the natural gas migration and helium enrichment pattern along the ancient reservoir layer， and the ancient formation water enrichment pattern.

Key words： Helium gas; Accumulation type; Distribution pattern; Chengzang mode; Exploration direction

项目资助：青海省地质矿产勘查开发局地质勘查项目青海省清洁能源靶区优选（青地矿科[2020]61、青地矿科[2021]61、青地矿科[2022]32）、柴达木盆地北缘全吉地块氦气形成地质条件及资源潜力评价（青地矿科[2022]32）联合资助

收稿日期：2023-12-21；修订日期：2024-01-25

第一作者简介：巩志远（1987-），男，吉林长春人，高级工程师，2010年毕业于中國地质大学（北京）资源勘查工程（能源）专业，现从事清洁能源、非常规气体勘查研究工作；E-mail： 359419280@qq.com

通讯作者：晁海德（1987-），男，高级工程师，现从事清洁能源、非常规气体勘查研究工作；E-mail： 394262585@qq.com