氦气因其化学性质稳定、导热性能好等优势，被广泛应用于国防、军工、航空、航天等高科技领域，具有不可替代的作用。目前我国氦气主要源于进口，对外依存度高，氦气资源安全问题突出。前人对氦气的研究主要集中在常规天然气，对煤系氦气的关注较少。
为了明确煤系中氦气资源分布及资源潜力，对鄂尔多斯盆地东缘(鄂东缘)煤系气进行取样分析，系统 研究氦气分布规律及其控制因素。并结合沁水盆地煤层气中氦气测试结果，对比这两大盆地煤系中氦气富集机理，深入研究煤系中氦气资源潜力。
结果表明：鄂东缘韩城和大宁–吉县深部煤层气中氦气含量高于中浅部煤层气，其中，韩城深部和中浅部煤层中氦气平均体积分数分别为0.0428%和0.0130%，大宁–吉县深部和中浅部煤层中氦气平均体积分数分别为0.0307%和 0.0121%；煤系致密气和深部煤层气中氦气含量相当，其中，韩城和大宁–吉县致密气中氦气平均体 积分数分别为0.0467%和0.0355%，但都属于贫氦煤层气；三交北区块煤系气中氦气含量较高，平均0.0930%，近一半的井可以达到富氦煤系气标准。鄂东缘煤系中原位自生氦气极少，主要来源于深部基底岩石、铝土岩和紫金山岩体，氦源岩的分布决定了煤系中氦气的分布。鄂东缘断裂系统是深部氦源和紫金山岩体中氦气的有利运移通道，断裂系统的发育强度和位置是氦气运移、聚集的关键，有效的盖层和封闭的水体环境是氦气保存的必要条件。沁水盆地原位自生氦气较少，成藏后期剧烈构造抬升是煤层氦气散失近90%的主要原因。深部煤层气和煤系致密气中氦气浓度相对较低，但是资源量巨大，应加大煤系氦气资源勘查力度。同时，应加强对贫氦–含氦煤系天然气的提氦技术攻关，有效利用煤系天然气中的低浓度氦气，以保障国家的氦气资源安全。
结论及展望
(1) 鄂东缘煤系天然气中原位自生氦气极少，主要是外源氦气，深部基底岩石、铝土岩、和紫金山岩体是煤系中氦气的主力来源，氦源岩的分布决定了煤系中氦 气的分布。其中，大宁–吉县区块煤系致密气和深部煤 层气中氦气含量高于中浅部煤层气，但都属于贫氦煤系气；三交北区块煤系气中氦气含量较高，相当一部分井可以达到富氦煤系气标准。沁水盆地煤层气中氦气含量极低，平均值小于0.001%。
(2) 鄂东缘断裂系统是深部氦源和紫金山岩体中氦气的有利运移通道，断裂系统的发育强度和位置是鄂东 缘氦气运移、聚集的关键；有效的盖层和封闭的水体环 境是氦气的有利保存条件。相比之下，沁水盆地水动力条件较强，不利于氦气保存，加之后期构造抬升是氦气散失的主要原因。
(3) 鄂东缘深部煤层气和煤系致密气中氦气浓度相对较低，但是资源量巨大，应加强对贫氦–含氦煤系天然气的提氦技术攻关，以高效利用低浓度氦气；同时，应加强全国煤层气/煤系气区块氦气资源勘查力度，将煤系氦气资源勘查与油气风险勘探充分融合，加强全国深部煤层中富氦区带风险勘探力度，推动煤系氦气储量规模的快速发现。深化氦气富集机理研究，揭示我国氦气富集规律，研发氦气探测技术和装备，实现氦气有利富集区带的优选、预测并开展应用示范研究，对具备提氦条件的煤层气田/区建设提氦工程，为保障国家氦气资源安全提供理论和技术支撑。
引用本文
刘祥柏，陶士振，杨秀春，等. 煤系氦气富集机理与资源潜力−以鄂尔多斯盆地东缘为例[J]. 煤田地质与勘探，2024， 52(9)：49−66.
LIU Xiangbai，TAO Shizhen，YANG Xiuchun，et al. Accumulation mechanisms and resource potential of helium in coal measures: A case study of the eastern margin of the Ordos Basin[J]. Coal Geology & Exploration，2024，52(9)：49−66.
供稿：中国石油勘探开发研究院 陶士振 教授级高级工程师
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