全球氦氣資源分布及勘探開發(fā)進(jìn)展

氦（He）氣是自然界沸點(diǎn)最低（-268.95℃）的物質(zhì)，具有無色、無味、不可燃燒等特征，屬于強(qiáng)化學(xué)惰性氣體，在高科技行業(yè)有著很高的應(yīng)用價值。從用于新型低成本火箭和半導(dǎo)體制造業(yè)的顯著增長到核聚變的進(jìn)步，再到互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的升級，以及用離子束靶向癌細(xì)胞的新療法，氦氣獨(dú)特的物理特性使其對我們的現(xiàn)在和未來越來越重要。氦氣是現(xiàn)代多數(shù)高科技產(chǎn)業(yè)中不可替代的重要元素，被稱為“黃金氣體”。

全球可供開采氦氣儲層中的氦氣來源主要包括殼源氦和幔源氦，目前發(fā)現(xiàn)的氦氣礦床主要有兩種：①烴類天然氣的伴生礦，作為天然氣加工或液化天然氣（LNG）生產(chǎn)的副產(chǎn)品生產(chǎn)；②位于富氮天然氣儲層中的氦氣田，國際上最近開始的大多數(shù)氦氣勘探開發(fā)活動都集中在這種富氮非烴氣體上。目前全世界約95％的氦供應(yīng)是作為天然氣加工或液化天然氣生產(chǎn)的副產(chǎn)品生產(chǎn)的。含氦天然氣礦床的形成需要特殊的地質(zhì)條件，在全球分布較為罕見。

全球氦氣總資源量約為519億m3，2019年全球氦氣總產(chǎn)量為1.6億m3，2020年全球氦氣總產(chǎn)量估計(jì)值為1.4億m3，2021年全球氦氣供應(yīng)量估計(jì)值為1.67億m3。氦氣目前的市場需求量約為1.93億m3/a，全球氦氣市場處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，供應(yīng)缺口比較大。

目前研究表明全球氦氣資源主要分布在美國、卡塔爾、俄羅斯、阿爾及利亞等國，其氦氣資源量占全球總資源量的90％以上。

主要氦氣礦床所在國家和氦氣資源量是：美國206億m3；卡塔爾101億m3；阿爾及利亞82億m3；俄羅斯68億m3；加拿大20億m3（USGS，2021）。

美國是目前世界上最大的氦氣資源國。美國最重要的兩個氦源是位于得克薩斯州、俄克拉荷馬州和堪薩斯州的中部大陸Hugoton Panhandle氣田綜合設(shè)施，其大部分產(chǎn)量都與氦氣管道和Bush穹頂相連；以及位于懷俄明州西南部的Riley Ridge氣田(?？松梨诠舅校?。其他氦源包括位于懷俄明州的Rands Butte（Cimarex Energy公司所有）和位于亞利桑那州的St John's氣田（Enhanced Oil Resources公司所有）等。

卡塔爾所有天然氣基本上都位于北部氣田（North Field），北部氣田是世界上最大的非伴生天然氣田。盡管北部氣田氦氣含量較低，但儲層規(guī)模巨大，預(yù)計(jì)具有較大的氦氣資源規(guī)模。阿爾及利亞的氦氣來自哈西·雷梅爾氣田（Hassi R’Mel field）生產(chǎn)液化天然氣（LNG）的副產(chǎn)品，該氣田占阿爾及利亞天然氣出口量的60％。俄羅斯擁有世界上最大的天然氣儲量，氦濃度較高的氣田大部分集中在東西伯利亞和遠(yuǎn)東地區(qū)。

中國對氦氣資源的價值開始關(guān)注較晚，評價與勘探程度較低。現(xiàn)有資料表明中國在四川盆地、塔里木盆地、柴達(dá)木盆地、鄂爾多斯盆地、渭河盆地、松遼盆地等地區(qū)已發(fā)現(xiàn)一些富氦、高氦天然氣藏，一些地區(qū)的地?zé)峋蜏厝幸舶l(fā)現(xiàn)一些氦氣資源。

四川盆地的威遠(yuǎn)氣田是中國至今唯一實(shí)現(xiàn)氦氣商業(yè)生產(chǎn)的地區(qū)，氦氣產(chǎn)地層為震旦紀(jì)燈影組，平均氦氣含量達(dá)0.2％，于1964年被發(fā)現(xiàn)，氦氣儲量估計(jì)值為8000萬m3。近年來研究發(fā)現(xiàn)四川盆地天然氣藏中的氦氣含量變化范圍較大，富氦天然氣主要賦存在震旦系中，上覆地層氦氣含量均小于0.1％。

塔里木盆地發(fā)現(xiàn)了一些天然氣田氦含量較高，預(yù)示著塔里木盆地可能具有良好的氦資源潛力。區(qū)域內(nèi)氦氣資源主要分布于塔北隆起，巴楚隆起和塔中隆起，其中塔北地區(qū)沙13井氦氣含量可高達(dá)2.19％。

2013年起，中國地質(zhì)調(diào)查局通過調(diào)查評價認(rèn)為，陜西渭河盆地具備良好的氦氣資源潛力。渭河盆地新生界地?zé)峋畯V泛分布氦氣資源，其中渭深13井中氦氣含量高達(dá)2.13％—4.14％，區(qū)內(nèi)有63口井氣體樣品的氦氣含量大于1％，最高達(dá)9.23％。

中國的氦氣資源分布雖然點(diǎn)多、面廣，但目前國內(nèi)多側(cè)重于氦氣同位素地球化學(xué)特征研究，對氦氣資源的評價工作還比較欠缺，對天然氣藏中氦含量的分析方法和標(biāo)準(zhǔn)還不夠規(guī)范，國內(nèi)氦氣資源整體探明程度比較低。目前中國氦氣自給能力很低，氦氣供應(yīng)基本依賴進(jìn)口。

氦氣屬于不可再生資源，全球氦氣需求的復(fù)合年平均增長率（CAGR）約為3％）。國際氦氣市場在過去10年（2011—2021年）中反復(fù)出現(xiàn)供應(yīng)短缺的現(xiàn)象，氦短缺2.0（2011—2013年）和3.0（2018年第1季度至2020年第1季度）經(jīng)常受到媒體的關(guān)注，同時將氦價格推高。因此，許多具有石油和天然氣勘探或采礦背景的企業(yè)家開始關(guān)注氦，成立了氦勘探公司，或?qū)F(xiàn)有公司轉(zhuǎn)向氦勘探，還有一些小型初創(chuàng)公司對氦氣勘探產(chǎn)生了前所未有的興趣。

據(jù)外媒《Gasworld》報(bào)道，近期估計(jì)有30家或更多的初創(chuàng)公司主要在美國西南部、加拿大薩斯喀徹溫省和阿爾伯塔省、坦桑尼亞、澳大利亞和南非從事氦勘探。

（3）氦氣在高科技行業(yè)具有很高的應(yīng)用價值，曾被多個發(fā)達(dá)國家列入“關(guān)鍵礦產(chǎn)清單”，美國將氦氣定位為聯(lián)邦儲備資源。

——摘自《中國地質(zhì)》2022年第5期