李玉宏，李濟(jì)遠(yuǎn)，周俊林，趙峰華，徐 聃

(1. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054; 2. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083)

0 引 言

氦氣廣泛應(yīng)用于國(guó)防和高新技術(shù)領(lǐng)域，是重要的稀有戰(zhàn)略資源。目前，全球氦氣年需求量約為2.2×10m，但年產(chǎn)量不足1.7×10m，供需矛盾突出。中國(guó)氦氣供應(yīng)長(zhǎng)期嚴(yán)重依賴進(jìn)口，年進(jìn)口量約為2 800×10m，對(duì)外依存度超過95%，資源安全形勢(shì)極其嚴(yán)峻。20世紀(jì)70年代，西方國(guó)家就曾把氦氣列入對(duì)華禁運(yùn)物資之一；2007年氦氣被美國(guó)核定為戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源，限制產(chǎn)量；2018年以來，美國(guó)、歐盟、澳大利亞、加拿大等國(guó)家或組織先后將氦氣列為關(guān)鍵礦產(chǎn)，限制出口量及應(yīng)用領(lǐng)域。

氦氣成藏研究的經(jīng)典成果由Brown于2010年發(fā)表；20世紀(jì)末期，中國(guó)學(xué)者對(duì)氦氣等稀有氣體研究成果進(jìn)行了學(xué)習(xí)引進(jìn)，并以流體示蹤為重點(diǎn)開展了系統(tǒng)的氦氣及其同位素研究，取得了大量重要成果。長(zhǎng)期以來將氦氣作為獨(dú)立資源勘探的研究甚少。2009年以來，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心氦氣調(diào)查研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西北大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)、西安石油大學(xué)、陜西金奧能源開發(fā)有限責(zé)任公司等單位，依托渭河盆地開展了長(zhǎng)期的氦氣資源調(diào)查研究工作，并逐步形成了一支涵蓋理論研究、地質(zhì)勘查、提取利用的中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局、勘查企業(yè)、中國(guó)科學(xué)院參與的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)構(gòu)架，提出了氦氣“弱源成藏”概念，關(guān)注了氦氣成藏與天然氣(載體氣)的關(guān)聯(lián)性與差異性，取得了一系列成果，出版了中國(guó)氦氣資源調(diào)查的首部綜合性專著，促成中國(guó)新一輪“氦氣熱”。近年來，關(guān)注氦氣資源的研究人員逐漸增多，各位同行對(duì)國(guó)內(nèi)外氦氣資源分布狀況進(jìn)行了進(jìn)一步整理，但對(duì)氦氣成藏的特殊性認(rèn)識(shí)依然有限。本文根據(jù)長(zhǎng)期氦氣資源評(píng)價(jià)工作所取得的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，探討了氦氣成藏的“弱源性”、氦氣富集與天然氣(載體氣)藏的關(guān)系、氦源巖及工業(yè)氦氣藏類型等氦氣成藏的特殊性及工業(yè)氦氣提取方式，討論了氦氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)方法等氦氣資源調(diào)查研究相關(guān)問題，并根據(jù)氦氣成藏的特殊性及中國(guó)氦氣資源調(diào)查現(xiàn)狀，提出了中國(guó)氦氣資源保障途徑。

1 氦氣資源評(píng)價(jià)中的若干問題討論

1.1 氦氣成藏的特殊性(弱源氣)

He主要有大氣源、殼源(放射性來源)和幔源等3個(gè)來源。目前，工業(yè)利用的氦氣主要為放射性成因的殼源氦，它是由巖石、礦物中的U、Th發(fā)生放射性衰變產(chǎn)生的，主要是He，放射衰變反應(yīng)為：①U →8He +6β+Pb；②U→7He+4β+Pb；③Th→6He +4β+Pb(表1)。幔源氦是地幔通過巖漿活動(dòng)發(fā)生脫氣作用釋放的，主要表現(xiàn)為He同位素的顯著升高。通常大氣源的He/He值為1.4×10；殼源的He/He值為2×10；幔源的He/He值為1.1×10。大氣源氦是殼源氦、幔源氦混合的結(jié)果，大氣源氦中幔源氦貢獻(xiàn)率較高(約12.5%)，高于多數(shù)天然氣藏中的幔源氦貢獻(xiàn)。由于殼源氦的He豐度較幔源氦低了3個(gè)數(shù)量級(jí)，大氣源氦的同位素比值更接近于幔源氦。自然界中僅一些在構(gòu)造活動(dòng)區(qū)的天然氣He/He值達(dá)到或超過大氣，表明有較多幔源氦貢獻(xiàn)，但天然氣規(guī)模有限，多數(shù)發(fā)現(xiàn)的含(富)氦天然氣以殼源氦貢獻(xiàn)為主。

表1 主要以4He為衰變產(chǎn)物元素的反應(yīng)速率Table 1 Reaction Rates of the Decay Product Elements Which Is Mainly 4He

烴源巖熱演化過程中，生氣高峰階段通常大量生氣，在該時(shí)期生成的天然氣可突破“壓力封存箱”，從烴源巖排出(初次運(yùn)移)，之后主要以游離態(tài)形式在浮力驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入圈閉成藏(二次運(yùn)移)。而地質(zhì)體中U、Th等氦源元素豐度低，半衰期極長(zhǎng)，生氦速率極低(1 km地質(zhì)體年生氦量以升計(jì))，不存在集中生氣高峰，難以發(fā)生突破“壓力封存箱”的大規(guī)模集中排氣形成氣柱，在浮力驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入圈閉形成氦氣藏，具有典型的“弱源性”。氦氣的“弱源性”是影響其成藏過程與天然氣(烴類)差異性的最重要因素。

1.2 為何氦氣富集需有天然氣藏？

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；但由于He溶解度極低，這類氦對(duì)氦氣成藏的貢獻(xiàn)非常有限。由于氦氣的“弱源性”，礦物中生成的He從固體顆粒運(yùn)移到孔隙水中后，主要溶解在孔隙水中并不斷積累(圖1)。Sathaye等認(rèn)為氦氣在孔隙水中的擴(kuò)散速度是非常緩慢的，必須通過流體的大規(guī)模運(yùn)移才能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的遷移。

圖件引自文獻(xiàn)[3]，有所修改圖1 氦氣運(yùn)移富集模式Fig.1 Mode of Helium Migration and Enrichment

目前，世界范圍內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)以氦氣為主的天然氣聚集，而是伴生于載體天然氣氣藏中。亨利定律在氦氣的運(yùn)移、成藏和保存過程發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。首先，油氣運(yùn)移過程中，CH等天然氣通過含氦地質(zhì)體及含氦孔隙、裂隙水時(shí)，遵從亨利定律，多組分氣體競(jìng)爭(zhēng)性溶解，氦氣更趨向于進(jìn)入氣相(圖1)，脫溶氦氣隨著天然氣一起運(yùn)移進(jìn)入載體氣藏。另外，富(含)氦地下水向上運(yùn)移過程中，含氦流體一旦遇到天然氣(有機(jī)、無機(jī))藏，低體積分?jǐn)?shù)(低分壓)和高亨利系數(shù)的溶解氦將因溶解度降低而脫溶，He從水溶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)而進(jìn)入氣藏，CH等游離態(tài)天然氣因高分壓、低亨利系數(shù)被置換進(jìn)入水中，并導(dǎo)致氣藏附近水體中溶解氦豐度的降低，形成低濃度漏斗，使?jié)B流系統(tǒng)內(nèi)水溶氦向氣藏附近遷移，最終絕大部分進(jìn)入氣藏，大大提高了氦氣的運(yùn)聚系數(shù)，很好地彌補(bǔ)了氦氣因弱源而難以成藏的問題。氣藏中氦氣長(zhǎng)期積累，積少成多，便可形成富氦天然氣藏(圖1)。因此，天然氣藏(載體氣藏)及其運(yùn)移過程是He進(jìn)入氣相形成富氦天然氣藏的關(guān)鍵因素。

1.3 氦源巖及為何天然氣田多數(shù)貧氦？

大量研究表明，U、Th廣泛賦存于巖石中，盆地基底、巖體、沉積地層都可成為潛在的氦源，但多數(shù)地質(zhì)體都是“貧乏”的氦源巖，需要巨大的巖石體積和漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)間來產(chǎn)生He。除鈾礦(硬巖型、砂巖型等)之外，變質(zhì)巖和巖漿巖中花崗巖類(酸性巖)U、Th含量較高；與沉積巖相比，花崗巖U、Th含量居中，普通砂巖生氦潛力小，一般泥頁巖具有與花崗巖相近的生氦潛力，而富有機(jī)質(zhì)泥頁巖(烴源巖)中U、Th含量高于花崗巖(圖2)，且烴源巖中生成的氦氣具有與烴類氣一起運(yùn)移成藏的潛力，應(yīng)該是更有效的氦源巖。然而，事實(shí)是以泥頁巖為烴源巖的天然氣藏中并未形成廣泛的氦氣富集。

圖件引自文獻(xiàn)[3]，有所修改圖2 不同巖石氦氣產(chǎn)率比較Fig.2 Comparison of Helium Gas Yields Among Different Rocks

Brown通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，生烴潛量為每克巖石2 mg碳?xì)浠衔?HC)的有機(jī)質(zhì)頁巖成熟后產(chǎn)生的甲烷氣體量是其10億年產(chǎn)生氦氣的3 000倍。因此，在沒有外部氦源的情況下，很難形成具有工業(yè)價(jià)值的氦氣聚集。由此可見，烴源巖是品質(zhì)良好的氦源巖，但因其生烴能力太強(qiáng)，只能作為天然氣普遍含氦的本底氦源巖，獨(dú)立形成富氦天然氣的可能性不大。富氦天然氣的形成需要再配備生氦能力較好、但不生烴或弱生烴能力的外部氦源巖，例如花崗巖、鋁土巖等。從美國(guó)Panhandle-Hugoton、Cliffside，中國(guó)四川威遠(yuǎn)、塔里木盆地西南坳陷巴什托等富氦氣田來看，氦氣田下部均有巨大、古老的花崗巖體，這些巖體可能是氦氣的有效源巖。由于放射性物質(zhì)產(chǎn)生氦氣是一個(gè)漫長(zhǎng)的積累過程，所以那些規(guī)模巨大、形成年代古老、構(gòu)造改造較強(qiáng)的巖體及盆地基底更有可能成為氦氣富集的有效源巖，而富U、Th的沉積巖則是基礎(chǔ)氦源巖，富氦天然氣形成則還需其他氦源巖有效補(bǔ)充。

1.4 工業(yè)氦氣藏類型

氣體在水中的溶解度受溫度、壓力、氣體體積分?jǐn)?shù)和氣體種類等的影響。在這4個(gè)參數(shù)中，壓力和氣體體積分?jǐn)?shù)決定了氣體的分壓，對(duì)氣體的溶解度具有決定性影響。溫度和氣體種類決定了亨利常數(shù)，對(duì)氣體的溶解度影響較小。由此可見，多組分氣體競(jìng)爭(zhēng)性溶解時(shí)除了氣相各組分的亨利常數(shù)(表征不同氣體溶于水的難易程度)之外，氣相中各組分分壓對(duì)氣-液(溶解態(tài))轉(zhuǎn)化的影響巨大。而稀有氣體氦氣在氣藏中所占體積分?jǐn)?shù)極低即可成礦，是“弱源”氦能夠形成工業(yè)氣藏的重要因素。

目前發(fā)現(xiàn)的工業(yè)氦氣載體氣藏有甲烷、氮?dú)?、二氧化碳?種類型，其中以富氦甲烷氣藏為主，也發(fā)現(xiàn)諸多規(guī)模較小的高含氦氮?dú)獠?。這與工業(yè)勘探主要針對(duì)烴類氣藏有關(guān)，也受不同氣藏成因影響。在油氣區(qū)，富氦天然氣為異源同儲(chǔ)成因，含氦流體在運(yùn)移通道上發(fā)育天然氣藏時(shí)，遵從亨利定律，氦氣因在氣藏中的低豐度而分壓降低幅度遠(yuǎn)高于深度減小引起的壓力降低，更容易在氣水(流體)界面脫溶進(jìn)入載體氣中積累，形成富氦天然氣藏。由于氦源多在深部，位于含氦流體運(yùn)移通道前端的深部天然氣藏在氦源不足的背景下，因“近水樓臺(tái)先得月”可優(yōu)先“捕獲”氦氣，比運(yùn)移通道后端的天然氣藏富氦，不在運(yùn)移通道上的天然氣藏難以“捕獲”氦氣而貧氦(圖3)。在非油氣區(qū)，深源流體向上運(yùn)移過程中未遇到載體氣藏時(shí)，深部高壓溶解的氮?dú)?氦氣一直向上疏導(dǎo)，至淺部時(shí)降壓脫溶形成氮?dú)?氦氣藏，為同源同儲(chǔ)，淺部更為有利。由于氮?dú)?氦氣藏未像油區(qū)氣藏那樣經(jīng)歷外部異源氣的稀釋，所以He豐度高。而在殼幔雙源氦氣區(qū)，還可能有有機(jī)氣與無機(jī)氣一起形成混源同儲(chǔ)氣藏，形成機(jī)制更為復(fù)雜；這些地區(qū)一般為構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，保存條件較差，需加強(qiáng)CO生成碳酸鹽礦物的自封閉作用在混合氣藏保存中的作用，CO的消耗也有利于氦氣豐度的提高，同樣過多的CO、CH等外源氣也是稀釋氣。

圖3 流體脫氦充注于載體氣藏示意圖Fig.3 Cartoon Illustrating the Fluid-derived Helium into the Carrier Gas Reservoir

1.5 工業(yè)氦氣來源(如何生產(chǎn))

氦氣的生產(chǎn)方法可以有以下4種：①天然氣分離法，以含有He的天然氣為原料液化分餾得到純氦；②合成氨法，在合成氨中，從尾氣經(jīng)分離提純可得到He；③空氣法，從液態(tài)空氣中用分餾法從氖氦混合氣中提出；④鈾礦石法，將含He的鈾礦石經(jīng)過焙燒，分離出氣體，再經(jīng)過化學(xué)方法，除去水蒸氣、氫氣和二氧化碳等雜質(zhì)提純出He。天然氣分離法是目前工業(yè)氦氣生產(chǎn)的主要來源，又分為富氦天然氣提氦和液化天然氣尾氣提氦。富氦天然氣直接提氦的氦氣工業(yè)品位一般認(rèn)為是0.1%，多數(shù)工業(yè)利用的富氦天然氣He含量(體積分?jǐn)?shù)，下同)在0.3%左右，高含氦天然氣很少。液化天然氣(LNG)尾氣(不凝氣，BOG)提氦發(fā)展?jié)摿薮?，LNG所用原料氣He含量在0.04%左右即可提氦利用(圖4)，如卡塔爾北方氣田、中國(guó)寧夏鹽池地區(qū)。

圖4 寧夏鹽池地區(qū)LNG-BOG提氦流程圖Fig.4 Schematic View of Helium Purified by LNG-BOG Process Flow in Yanchi Area of Ningxia

1.6 氦氣富集地質(zhì)背景及中國(guó)氦氣資源前景

已知富氦天然氣藏多位于克拉通內(nèi)隆起及克拉通邊緣活化帶，陸內(nèi)裂谷盆地是目前的勘探熱點(diǎn)(表2)。富氦天然氣藏的形成需要有2個(gè)條件的適當(dāng)匹配。一是作為異源同儲(chǔ)氣藏的氦源和載體氣氣源合理配置，沒有載體氣藏，氦氣難以脫溶成藏，而有限的氦資源注入到大氣藏中，則因過度稀釋而豐度不足(有量無質(zhì))，載體氣藏太小則難以維持合理的生產(chǎn)時(shí)間，不利于工業(yè)開發(fā)(有質(zhì)無量)，只有氦資源與載體氣資源配合適當(dāng)，才能形成相對(duì)量(品位)與絕對(duì)量(體量)均衡的工業(yè)性富氦天然氣藏。二是合適的地質(zhì)活動(dòng)性，既發(fā)育運(yùn)移通道，還具有保存條件。氦源一般較氣藏埋藏更深，生成的氦資源更分散，沒有一定的地質(zhì)活動(dòng)性和斷裂等高效運(yùn)移通道，深部氦資源難以有效運(yùn)移到載體氣藏處完成充注、富集，而地質(zhì)活動(dòng)太強(qiáng)則沒有保存條件。因此，富氦天然氣成藏需要活動(dòng)性與穩(wěn)定性恰當(dāng)配置，即富氦天然氣藏多發(fā)育于穩(wěn)定區(qū)的活動(dòng)帶或活動(dòng)區(qū)的穩(wěn)定帶，如克拉通內(nèi)隆起及克拉通邊緣活化帶(表2)。

表2 世界典型富氦天然氣田相關(guān)參數(shù)Table 2 Related Parameters of Typical Helium-rich Natural Gas Fields Worldwide

中國(guó)含油氣盆地具有碎(塊體碎小)、動(dòng)(活動(dòng)性強(qiáng))、熱(熱事件頻繁)、小(中小型氣藏發(fā)育)的地質(zhì)特點(diǎn)，富U、Th巖體及古老基底(生氦累積時(shí)間長(zhǎng))等氦源巖豐富，高效運(yùn)移通道發(fā)育，天然氣成藏類型多樣，能夠形成一些規(guī)模適中的載體氣藏，有利于富氦天然氣藏形成，特別是大型克拉通盆地的隆起區(qū)及邊緣活化帶等。中國(guó)氦氣資源調(diào)查程度極低，認(rèn)識(shí)不夠，家底不清，發(fā)現(xiàn)的氦氣資源極少，但是中國(guó)氦氣資源成藏基本條件良好。已有地質(zhì)調(diào)查成果也表明，中國(guó)氦氣資源分布廣泛(一區(qū)一帶，以殼源氦為主的中西部地區(qū)疊合盆地及幔源氦貢獻(xiàn)較大的郯廬斷裂帶周緣盆地)，層位眾多(表3)，急需將點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)在面上展開，形成和擴(kuò)大資源規(guī)模。

表3 中國(guó)有含氦天然氣顯示的盆地統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 3 Statistical Results of Helium-bearing Natural Gas Basins in China

1.7 氦氣賦存狀態(tài)與水溶氣利用前景

氣體賦存狀態(tài)有游離態(tài)、溶解態(tài)、吸附態(tài)、水合態(tài)。與氦氣相關(guān)的有2種：①常規(guī)氣,He與載體氣一起以游離態(tài)賦存于圈閉中，是目前工業(yè)利用的主要原料氣；②水溶氣,He等以非飽和溶解態(tài)賦存于地層水中，開采時(shí)壓降越大可釋放氣量越多。

游離態(tài)含氦天然氣的價(jià)值這里不再贅述。與溫泉系統(tǒng)相關(guān)的水溶性氦資源分布廣泛，是重要的氦氣找礦線索和氦氣資源理論研究領(lǐng)域。溫泉?dú)庵蠬e豐度一般偏高，得到較高的關(guān)注度。但從工業(yè)利用價(jià)值來看，此類資源品位高，產(chǎn)量低，盡管資源總量豐富，但資源豐度低，經(jīng)濟(jì)性差，屬于“有質(zhì)無量”的資源。如果沒有工藝方面的重大突破，工業(yè)利用前景有限。而且水溶氣中He豐度較高也是相對(duì)從水中脫出的氣體而言，相對(duì)于地?zé)崴?地質(zhì)流體)的氦氣豐度并不一定高，地質(zhì)流體相當(dāng)于稀釋劑，脫氣過程相當(dāng)于氦氣的一次富集。同理，天然氣藏中He豐度低于水溶氣是因?yàn)榈刭|(zhì)流體中氦氣遇到天然氣藏脫溶進(jìn)入天然氣藏后，因被天然氣稀釋而豐度降低。

渭河盆地地?zé)峋總€(gè)采暖季有2.5×10m伴生氦氣資源供綜合利用，且地?zé)崴樯鷼夂怏w積分?jǐn)?shù)平均高達(dá)2%，但按1∶10的氣水比換算成地?zé)崴怏w積分?jǐn)?shù)平均僅為0.2%，氣水分離還需增加成本，工業(yè)利用效益并不樂觀，特別是目前生產(chǎn)條件下平均單井日產(chǎn)氦氣量?jī)H為2 m，缺乏規(guī)模，分離、集輸難題導(dǎo)致無法有效利用。

1.8 氦氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)方法探索

通過近年的勘探實(shí)踐，初步探索了地質(zhì)指方向、重力-電法探結(jié)構(gòu)、化探圈定富集區(qū)、磁法識(shí)別氦源巖、地震測(cè)量落實(shí)有利圈閉、氦氣錄井標(biāo)定富集層段的調(diào)查技術(shù)方法。

在具有氦氣資源潛力的地區(qū)，通過非震物探探測(cè)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，利用航磁異?？沙醪斤@示隱伏磁性體(重要氦源巖之一)的大致分布，結(jié)合已有成果預(yù)測(cè)遠(yuǎn)景區(qū)，通過進(jìn)一步物化探工作圈定有利區(qū)。例如，用1∶50 000磁測(cè)可進(jìn)一步查證和圈定磁性體分布范圍；氦氣土壤化探可以用于氦氣遠(yuǎn)景區(qū)圈定與評(píng)價(jià)。當(dāng)化探樣品氦氣豐度大于空氣中氦氣豐度((4.6～5.2)×10)時(shí)，說明有高濃度殼源氦供給，即深部有殼源氦氣源供應(yīng)。根據(jù)柴達(dá)木盆地北緣團(tuán)魚山地區(qū)化探樣品分析結(jié)果，氦氣含量與氦氣來源關(guān)系密切(圖5)，當(dāng)氦同位素比值接近空氣時(shí)，樣品氦氣含量也接近空氣；而殼源氦貢獻(xiàn)增加，氦同位素比值減小時(shí)，樣品氦氣含量增加。接下來在物化探工作圈定有利區(qū)，部署地震測(cè)量落實(shí)圈閉目標(biāo)，進(jìn)行鉆探發(fā)現(xiàn)。氦氣鉆探時(shí)在綜合錄井儀上增加“氦氣道”進(jìn)行氦氣錄井，是發(fā)現(xiàn)氦氣富集層段的重要手段之一。

圖5 土壤化探He含量與氦同位素比值的關(guān)系Fig.5 Relationship Between Helium Content of Soil Geochemical Exploration and Helium Isotope Ratio

1.9 中國(guó)氦氣資源評(píng)價(jià)現(xiàn)狀與工作方向

中國(guó)未開展過全國(guó)性氦氣資源評(píng)價(jià)工作，近年來石油系統(tǒng)按照天然氣普通伴生氣，通過采樣分析來篩查現(xiàn)有天然氣井中的He含量，以含量法(基于天然氣儲(chǔ)量容積法)進(jìn)行了部分氣藏氦氣資源評(píng)價(jià)。但因?yàn)閷?duì)氦氣成藏特殊性的認(rèn)識(shí)不足，現(xiàn)有工作缺乏目標(biāo)性，平面上遠(yuǎn)景區(qū)不清，縱向上目前產(chǎn)層未必含氦最好，所以發(fā)現(xiàn)富氦氣藏極少，多數(shù)氣藏貧氦。這是尋找良好烴類氣的天然氣勘探思路的必然結(jié)果。

國(guó)家層面和未來工作方向則更需要參考油氣成因法進(jìn)行氦氣資源評(píng)價(jià)。以氦源巖為基礎(chǔ)進(jìn)行氦氣資源量評(píng)價(jià)，摸清資源家底，在氦源較強(qiáng)、烴源較弱地區(qū)尋找中小型富氦天然氣藏，是氦氣資源調(diào)查的重要方向之一。目前，成因法氦氣資源量評(píng)價(jià)從理論、方法到參數(shù)值選取都近乎空白，機(jī)理、方法有待探索，特別是氦源巖資料嚴(yán)重缺乏。急需建立全國(guó)氦氣資源潛力評(píng)價(jià)方法體系，開展全國(guó)氦氣資源潛力評(píng)價(jià)。

(1)建立全國(guó)氦氣資源評(píng)價(jià)方法體系。以成因法氦氣資源量預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)方法為基礎(chǔ)，全面梳理不同類型盆地或區(qū)帶氦氣成藏地質(zhì)條件，通過物化探、綜合研究和實(shí)驗(yàn)測(cè)試等手段獲取氦氣源巖規(guī)模、時(shí)代、放射性物質(zhì)含量、氦氣運(yùn)聚系數(shù)、保存條件等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

(2)全國(guó)氦氣資源潛力評(píng)價(jià)。依據(jù)不同類型盆地氦源巖、成藏、保存特點(diǎn)的差異性，實(shí)施分區(qū)、分帶、分類型評(píng)價(jià)，明確中國(guó)富氦天然氣資源前景。

(3)氦氣成藏遠(yuǎn)景區(qū)優(yōu)選。通過資源潛力評(píng)價(jià)，對(duì)各盆地進(jìn)行資源前景排序；在資源遠(yuǎn)景較好的盆地，根據(jù)氦氣成藏理論，圈定氦氣成藏有利區(qū)帶，編制重點(diǎn)有利區(qū)帶氦氣資源評(píng)價(jià)報(bào)告，指導(dǎo)油企氣-氦兼探。

1.10 中國(guó)氦氣調(diào)查為何進(jìn)展緩慢？

氦氣是重要的工業(yè)氣體之一，戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高。中國(guó)也有較好的富氦天然氣成藏地質(zhì)條件，但國(guó)內(nèi)氦氣上下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢。其原因有：①重視不夠。氦氣成藏特殊性認(rèn)識(shí)不足，氦氣富集規(guī)律、成藏模式等研究薄弱，尚未建立系統(tǒng)的氦氣成藏理論和找礦模型，氦氣與天然氣的關(guān)聯(lián)性、差異性認(rèn)識(shí)有限，勘查技術(shù)缺乏，資源調(diào)查缺乏理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐，點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)未能在面上展開，未形成規(guī)模和有效利用。②體制機(jī)制不合理。產(chǎn)業(yè)鏈不健全，投資主體和產(chǎn)業(yè)扶持政策缺乏，國(guó)家和社會(huì)投資不足；天然氣勘探中未關(guān)注氣-氦兼探工作，液化天然氣(LNG)尾氣提氦利用未得到足夠重視。③專業(yè)隊(duì)伍和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)嚴(yán)重滯后。長(zhǎng)期缺乏專業(yè)調(diào)查隊(duì)伍和專家團(tuán)隊(duì)；氦氣測(cè)試專業(yè)實(shí)驗(yàn)室不足，天然氣中氦氣含量分析不足，測(cè)試結(jié)果可靠性較差。

在政策研究方面，急需開展全球氦氣資源開發(fā)跟蹤與政策保障研究，跟蹤國(guó)內(nèi)外氦氣資源勘探利用動(dòng)態(tài)，形成多元保障建議，提出產(chǎn)業(yè)扶持和激勵(lì)政策建議。應(yīng)調(diào)研國(guó)外氦氣資源保護(hù)法律法規(guī)，推進(jìn)中國(guó)氦氣資源保護(hù)的法律法規(guī)建設(shè)。需要相應(yīng)的人才政策凝聚有限的技術(shù)力量形成拳頭，支撐科技攻關(guān)與調(diào)查突破；制定氦氣資源勘查技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)氦氣資源的勘探、開發(fā)和利用。

2 中國(guó)氦氣資源保障途徑

根據(jù)中國(guó)氦氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)現(xiàn)狀，提出“用舊、找新、合作、儲(chǔ)備”的“四維”資源保障途徑。

(1)用舊。開展中國(guó)現(xiàn)有大中型天然氣田氦氣含量調(diào)查(老區(qū)調(diào)查評(píng)價(jià))，明確各大盆地天然氣含氦情況，發(fā)現(xiàn)富氦天然氣藏，直接提氦利用，形成產(chǎn)能；不具有經(jīng)濟(jì)效益的低含氦氣田，通過指導(dǎo)LNG布局與BOG提氦裝置建設(shè)，推進(jìn)低含氦天然氣有效利用。

(2)找新。在氦氣成藏理論指導(dǎo)下，建立以成因法資源量預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)的氦氣資源評(píng)價(jià)方法體系，加強(qiáng)國(guó)家公益性隊(duì)伍對(duì)氦氣資源調(diào)查工作的組織引領(lǐng)，通過全國(guó)氦氣資源潛力評(píng)價(jià)與戰(zhàn)略選區(qū)，獲得不同盆地和區(qū)帶關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)，優(yōu)選遠(yuǎn)景區(qū)和有利區(qū)，預(yù)測(cè)資源量，為國(guó)家規(guī)劃提供依據(jù)。以富氦天然氣發(fā)現(xiàn)為主要目標(biāo)，引領(lǐng)油氣企業(yè)在氦氣成藏遠(yuǎn)景區(qū)開展氣-氦兼探，按照資源類型開展分區(qū)、分帶、分類、分級(jí)綜合評(píng)價(jià)，形成不同類型和品位資源的利用方案。例如，當(dāng)前具有經(jīng)濟(jì)效益的伴生氦氣可以直接開發(fā)利用，效益不達(dá)標(biāo)的部分含氦氣田可作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備暫緩開發(fā)，供國(guó)防軍工等用戶在特殊時(shí)期使用，穩(wěn)步提高中國(guó)氦氣資源保障水平。

(3)合作。跟蹤研究全球氦氣勘探開發(fā)進(jìn)展，提出中國(guó)氦氣多元化保障和產(chǎn)業(yè)扶持政策建議，服務(wù)中國(guó)氦氣保障相關(guān)政策法規(guī)制定，形成民營(yíng)資本在內(nèi)的多元化投入機(jī)制，促進(jìn)資源勘查國(guó)際化、國(guó)際供應(yīng)多元化。

(4)儲(chǔ)備。參考國(guó)家石油天然氣資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備體系，建立中國(guó)氦氣資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備體系。

與此同時(shí)，形成氦氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)與利用技術(shù)支撐體系：①建設(shè)調(diào)查評(píng)價(jià)與成藏研究分析測(cè)試支撐體系，形成理論創(chuàng)新和生產(chǎn)服務(wù)兩種不同功能的實(shí)驗(yàn)支撐體系，保障氦氣相關(guān)分析及時(shí)、有效開展，服務(wù)氦氣成藏過程、資源評(píng)價(jià)參數(shù)優(yōu)選、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)跟蹤和儲(chǔ)量參數(shù)核定等順利開展；②富(含)氦天然氣綜合利用技術(shù)研究與應(yīng)用支撐體系。在天然氣開發(fā)中推進(jìn)氦氣綜合利用研究與應(yīng)用，對(duì)有條件的天然氣液化裝置，增加提氦設(shè)備，進(jìn)行LNG尾氣提氦利用；利用膜分離技術(shù)和深冷分離技術(shù)相結(jié)合的方法(即聯(lián)合法)探索管道氣聯(lián)合提氦。

3 結(jié) 語

(1)有效氦源、高效運(yùn)移通道(斷裂、不整合)和適度的載體氣藏是氦氣富集成藏的基本條件。氦氣成藏與天然氣成藏既有關(guān)聯(lián)性又有差異性，弱源性使其成藏離不開天然氣(載體氣)藏。富有機(jī)質(zhì)泥頁巖類烴源巖多數(shù)是良好的氦源巖，但由于生烴能力更強(qiáng)，導(dǎo)致多數(shù)天然氣藏含氦卻不富氦。富氦天然氣的形成需要再配備生氦能力較好，而不生烴或弱生烴的外部氦源。富氦天然氣藏發(fā)育于穩(wěn)定區(qū)的活動(dòng)帶或活動(dòng)區(qū)的穩(wěn)定帶，如克拉通內(nèi)隆起及克拉通邊緣活化帶，陸內(nèi)裂谷盆地是目前勘探熱點(diǎn)。

(2)天然氣分離法是目前工業(yè)氦氣生產(chǎn)的主要來源，細(xì)分為富氦天然氣直接提氦和液化天然氣尾氣提氦2種方式，其中液化天然氣尾氣(LNG-BOG)提氦發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

(3)“用舊、找新、合作、儲(chǔ)備”是實(shí)現(xiàn)中國(guó)氦氣資源多元保障的有效途徑。低品位資源的有效利用是實(shí)現(xiàn)短期提升氦氣資源保障水平的現(xiàn)實(shí)途徑；公益性地質(zhì)調(diào)查引領(lǐng)油氣企業(yè)在氦氣成藏遠(yuǎn)景區(qū)開展氣-氦兼探，是中長(zhǎng)期提高中國(guó)氦氣資源保障水平的重要途徑；開展國(guó)際合作，制定國(guó)內(nèi)氦氣產(chǎn)業(yè)扶持政策，建立中國(guó)氦資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備體系，是形成氦氣資源保障多元化、改善保障能力的有效途徑。

恰逢西安地質(zhì)調(diào)查中心組建六十周年，本中心氦氣團(tuán)隊(duì)根據(jù)多年來氦氣資源評(píng)價(jià)工作所取得的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)撰寫了這篇論文，以表達(dá)我們的衷心祝賀！西安地質(zhì)調(diào)查中心十余年來堅(jiān)持氦氣資源調(diào)查研究工作，在氦氣成藏理論和找礦技術(shù)方法探索等領(lǐng)域進(jìn)行了開拓性工作，促成中國(guó)新一輪“氦氣熱”。祝愿西安地質(zhì)調(diào)查中心在西北地區(qū)地質(zhì)調(diào)查與科技創(chuàng)新中取得更大的成績(jī)！