张瑾, 张凤奇, 邹彦荣, 任小庆, 陈红果, 王鹏涛, 茹荣, 张文

油气藏评价与开发 2025, 15 (3): 463-470. DOI:10.13809/j.cnki.cn32-1825/te.2025.03.013

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氦气是一种稀有惰性气体，在军工、航天、医学等多个领域发挥着不可替代的作用，但中国可供利用的氦气资源稀缺，目前尚未发现独立成藏的氦气资源，已知的氦气赋存形式主要包括天然气伴生型和地热水伴生型2种。鄂尔多斯盆地北部杭锦旗地区和渭河盆地作为2种类型氦气资源的典型盆地，以此为研究对象，通过开展两地氦气同位素质谱分析、岩石放射性元素分析等方法，对采集的研究区伴生气、岩心和周边潜在的氦气源岩样品进行化验分析。结果表明，鄂尔多斯盆地北部杭锦旗地区氦气为典型的壳源成因氦气，渭河盆地在宝鸡—咸阳断裂、秦岭山前断裂等沟通基底的深大断裂附近，幔源成因氦气体积分数占比较高（最高达到6.959%）。渭河盆地和鄂尔多斯盆地同属华北板块西南缘，盆地基底组成均包括太古界—元古界变质岩-花岗岩系，构成了地区氦气形成的主要源岩，而渭河盆地氦气的主要源岩还包括周缘燕山期富铀花岗岩和盆地深部同时期隐伏花岗岩体。两地基底沉积岩系因U、Th元素质量分数较低或脱附气氦气量低于基底变质岩系，均不能作为主要氦气源岩。两地氦气的形成、运移、聚集整个过程均受源岩和断裂控制，与深大断裂带的展布密切相关。依据以上结论，可为两地氦气资源下一步的勘探开发提供一定参考。

样品号

岩性

样品埋深/m

检测结果

U/（µg/g）

Th/（µg/g）

HJ-1

花岗片麻岩（太古界）

2 223

0.9

4.2

HJ-2

花岗片麻岩（太古界）

2 222

0.9

3.3

HJ-3

片麻岩（太古界）

2 196

2.6

3.5

HJ-4

石英岩（元古界）

3 247

1.8

9.6

HJ-5

石英砂岩（太古界）

3 141

3.7

19.1

HJ-6

石英砂岩（太古界）

3 140

1.8

8.5

HJ-7

泥岩（太古界）

3 102

2.8

11.5

HJ-8

石英岩（太古界）

3 668

3.2

11.4

HJ-9

石英岩（太古界）

3 771

7.5

28.2

HJ-10

石英岩（太古界）

3 681

0.8

3.6

HJ-11

片麻岩（元古界）

3 575

1.1

6.7

HJ-12

煤（山西组）

3 002

4.4

13.4

HJ-13

煤（山西组）

2 992

5.3

18.2

HJ-14

煤（太原组）

3 167

1.5

3.1

HJ-15

炭质泥岩（太原组）

3 175

9.6

11.7

HJ-16

片麻岩（太古界）

地表

0.3

8.5

HJ-17

片麻岩（太古界）

地表

0.5

2.9

HJ-18

片麻岩（太古界）

地表

0.1

4.1

鄂尔多斯盆地北部杭锦旗地区基底主要由太古界片麻岩、花岗片麻岩和元古界石英岩、石英砂岩地层组成，岩石U质量分数分布介于0.8~7.5 μg/g，平均为2.5 μg/g，Th质量分数分布介于3.3~28.2 μg/g，平均为10.0 μg/g，明显高于U元素。古生界煤系烃源岩中，U质量分数分布介于1.5~9.6 μg/g，平均为5.2 μg/g，是基底岩石U质量分数的2倍，Th质量分数同样高于U，介于3.1~18.2 μg/g，平均为11.6 μg/g。通过对鄂尔多斯盆地北部周边露头基底岩石进行采样分析表明，其U、Th含量均显著低于杭锦旗地区基底（表4、图5）。参考渭河盆地南部花岗岩、变质岩和北部基底U、Th元素含量，杭锦旗地区基底变质岩系U、Th含量相对较低，且U含量显著低于地区古生界煤系烃源岩含量，不能仅通过U、Th元素含量来确定氦气源岩。