鄂尔多斯盆地孕育了中国最大的超大型致密砂岩大气区及目前中国最大的特大型富/含氦气田——东胜气田，也是中国首例特大型致密砂岩富/含氦气田。运用流体包裹体地球化学方法，对比分析流体包裹体气体与现今气藏中天然气组分和同位素差异，揭示了古今天然气地球化学与成藏演化过程及氦气地球化学特征。结果表明，现今气田主要以烃类气体为主，甲烷含量多数为90％~95％；现今气田中天然气δ13C1、δ13C2、δ13C3、δ13C4值分别为-36.5‰~-28.7‰、-25.3‰~-22.1‰、-27.0‰~-21.8‰、-25.6‰~-20.7‰。气层流体包裹体中δ13C1、δ13C2、δ13C3值分布区间分别为-42.6‰~-24.6‰、-32.7‰~-18.0‰、-27.6‰~-15.1‰。流体包裹体中烷烃气与非烃气含量变化区间范围较大，主要为气源岩干酪根热降解气。流体包裹体中的烃类气，包含3个阶段捕获的天然气：①浅埋藏过程中，较低成熟烃源岩生成的轻碳同位素天然气；②最大深埋阶段，较高成熟源岩生烃排出的重碳同位素天然气；③抬升阶段，先期聚集的天然气次生调整捕获的轻碳同位素天然气。综合研究认为，上古生界煤系致密砂岩气，在天然气大规模生成、排放和充注过程中，运移方向以垂向运移为主，兼有侧向运移；进入致密砂岩后的二次运移及后期次生调整阶段，具有由南向北、由西向东短距离运移的总体趋势。致密砂岩气田中普遍含氦，总体资源规模巨大，位居中国多个盆地之首。鄂尔多斯盆地氦气为典型壳源成因，呈现弥散式分布、局部富集，氦气分布和富集受古老富U、Th元素基底岩系和深大断裂复合控制。
近期勘探发现，鄂尔多斯盆地杭锦旗地区东胜气田上古生界多口井天然气中氦气含量达到0.1%以上，具有较好的工业开发价值。基于天然气地球化学特征的系统分析，发现氦气含量分布介于0.045%~0.487%之间，氦气以微量组分赋存于以烃类气体为主的烃类—富氦气藏中。杭锦旗地区上古生界煤系烃源岩中U、Th元素含量高于基底岩石，基底岩石中石英砂岩—石英岩U、Th元素含量稍高于片麻岩—花岗片麻岩；研究发现片麻岩—花岗片麻岩解析氦气丰度含量要高于石英砂岩—石英岩，煤系烃源岩解析氦气丰度远低于基底岩石，这主要与其生成的大规模烷烃气的稀释以及地质时代年轻有关，说明烃源岩作为潜在氦源岩所生成的氦气含量较低，无法形成具有工业价值的含氦气藏。东胜气田上古生界天然气伴生氦气3He/4He值介于（1.83~6.25）×10-8之间，系统对比研究发现其来源于基底发育的太古界—中元古界变质岩—花岗岩系，氦气所赋存的天然气为典型煤型气，来源于石炭系—二叠系煤系烃源岩，与伴生氦气具有不同的来源，二者具有异源同储成藏特征，伴生氦气在运移、聚集与成藏过程中与上古生界常规天然气藏的储、盖、圈及运聚组合具有良好的时空配置关系。东胜气田氦气富集主要受基底变质岩—花岗岩系岩相发育和深大断裂展布等双重因素控制，主要分布在二级断裂的沟通氦源岩断裂与四级断裂的输导体系交会处和太古界—中元古界基底岩相发育区，断裂带的展布控制了油气及其伴生氦气藏的空间分布。
基于对塔里木盆地多个构造单元天然气中氦气相对含量及同位素组成特征，结合地质背景与典型富氦气藏分析该盆地氦气地球化学特征及有利勘探区。研究表明：塔里木盆地富氦天然气显示良好，总体上台盆区富氦天然气显示优于前陆区；塔里木盆地氦气以壳源成因为主；该盆地天然气中氦气相对含量与氮气相对含量具有一定的正相关关系，氮气相对含量高的气藏中氦气相对含量一般较高。塔里木盆地氦气勘探普查可以重点关注氮气相对含量高的气藏。氦在地质体中可能主要以水溶形式发生运移，富集成藏与地层水关系密切。受到不同物质在水中分压差异影响，结合亨利定律分析，地层水在富氦天然气聚集过程中可以起到“提氦泵”的作用。良好的输导体系以及优质的氦源是富氦气藏形成的基础；塔里木盆地多个区块具有良好的富氦天然气显示，尤其是在沙雅隆起、卡塔克隆起、麦盖提斜坡、巴楚隆起等构造单元，该系列构造单元具有良好的氦源以及天然气成藏条件，有利于富氦天然气聚集，该系列构造单元是塔里木盆地氦气勘探的优先考虑区块。大顺北地区天然气勘探前景好，并且该构造单元是“十四五”海相天然气勘探重点区块，也应该加强对该区的氦气勘探普查工作。
氦气作为一种稀有战略资源，关系国家安全和高新技术产业发展。在总结前人成果的基础上，对柴达木盆地北缘地区各气田的氦气含量及同位素进行了分析，试图探讨常规天然气藏中的氦气成藏条件。结果表明：东坪气田的氦气含量介于0.012%~1.07%之间，平均为0.24%。利用壳—幔二元混合模式计算天然气中幔源氦的贡献比例，发现幔源氦的比例介于0.01%~0.84%之间，平均为0.3%；R/Ra值介于0.003 5~0.059 2之间，平均为0.022 6，属于典型的壳源氦。研究区氦气含量与甲烷含量呈明显负相关，与氮气含量呈正相关关系。异常高温扰动有利于促进研究区基岩中氦气发生初次运移，马北气田与牛东气田氦气富集离不开地层水作为有效载体，而东坪气田氦气富集的载体需进一步研究。壳源成因的氦可能主要来源于基底富U、Th的花岗岩和片麻岩的放射性衰变，载氦流体运移通道主要是山前深大断裂和不整合面，盖层分为基岩上覆的含膏泥岩和泥岩的区域盖层，以及咸水下渗形成的基岩顶封式局部盖层2种，这些有利的成藏条件为研究区氦气富集提供了良好的地质基础。体积法得出研究区氦气资源量约为27×108 m3，每克岩石平均每年产生4He量约为（12.61~121.95）×10-20 m3，平均为48.81×10-20 m3。
柴达木盆地西北缘东坪气田花岗岩在区域地质演化研究及资源开发方面均具有重要价值，因而对东坪花岗岩进行了地球化学特征及锆石U—Pb年代学分析。结果表明，东坪花岗岩可分为2类：一类为高Sr、低Yb的埃达克质花岗岩，具有埃达克质岩的地球化学特征，源区存在石榴石、金红石、角闪石的残留，无或仅有少量斜长石残留，推测可能为加厚下地壳的含金红石榴辉岩部分熔融形成，熔融深度大于50 km；另一类为低Sr、低Yb的喜马拉雅型花岗岩，源区残留相为石榴石、角闪石及斜长石，可能是由加厚下地壳的麻粒岩部分熔融形成，熔融深度大致为40~50 km。LA?ICP?MS锆石U—Pb定年结果表明，两类花岗岩的结晶年龄在418 Ma左右，是同一次岩浆活动侵位的结果，而且构造判别图解显示，两类花岗岩均属于同碰撞花岗岩。结合前人研究结果，认为418 Ma左右南阿尔金洋已经闭合，转而进入陆内俯冲碰撞造山阶段，造成地壳相互叠置加厚，加厚下地壳由于受到地幔物质的底侵加热，在不同深度发生部分熔融，形成了东坪两类不同类型的花岗岩。东坪及其邻区尖北、牛东气田中氦气的成因及含量与基底花岗岩密切相关，具体表现为：氦气主要是由基底花岗岩及花岗片麻岩中的U、Th等放射性元素衰变产生；基底花岗岩类岩体形成时代越久远，气田中的氦气含量越高；在碰撞造山构造背景下，由纯地壳物质部分熔融形成的花岗岩具有更高的U、Th含量，生氦潜力更强。
氦气是一种广泛应用于军工、航天、医疗等高新技术产业的稀缺战略资源，但其在世界分布极其不均，中国是贫氦国家面临着严峻的氦气供给安全问题。在系统总结前人研究成果基础上，结合本次实验分析对比了世界上最成熟的氦气生产气田（美国潘汉德—胡果顿气田）与中国氦气生产潜力较大的东坪气田，探讨两者的成藏要素及富氦机理。结果发现：两者均是以天然气作为载体气的基岩型富氦气藏，储层物性好，均发育以膏岩为主的低渗致密的良好盖层。两者的差异性在于，前者花岗岩形成年代更为古老，尤其是碳酸盐岩地层中富含的花岗岩碎屑，其年龄集中在元古宙，平均比东坪气田花岗岩的形成年代早400 Ma；前者氦气运移模式偏向于单一的饱和地下水脱溶释放，而后者存在“过路”古老花岗岩储层的天然气“萃取”释放。两者对比之下，提出形成年代久远的高U、Th氦源岩、充足的载体气、良好的基岩风化壳储层与致密的盖层，和充足的地下水（边底水）作为媒介参与氦气运移，是形成基岩型富氦气藏的必要条件。
氦气是稀缺战略资源，在国家安全和高新技术等领域发挥着重要的作用。松辽盆地作为中国大型陆相含油气盆地之一，具有良好的氦气资源显示，但对氦气来源尚无统一的认识，尤其对其富集规律缺少系统总结。基于此，对松辽盆地氦气来源、分布等特征进行了归纳，结合构造演化和岩浆作用等对其运移及富集规律做出初步分析，并预测了富氦气藏勘探有利区。结果表明：松辽盆地主要为幔源氦及壳源氦的混合气，幔源氦贡献在南北呈现一定的差异；盆地基底及周缘花岗岩、深大断裂和有利的盖层，是氦气富集的最重要影响因素；盆地中南部为幔源氦聚集的有利区带，东南部是壳源氦的有利富集区带，中央坳陷及东南隆起带是壳幔混源氦气聚集的有利区域。研究结果对松辽盆地氦气的高效勘探开发具有指导意义。
氦气由于其独特的物理化学性质及稀缺性被列为重要的战略资源。目前中国氦气资源需求缺口巨大，对外依存度极高，急需加强氦气资源的勘探及研究工作。以黔南坳陷震旦系陡山沱组和寒武系牛蹄塘组页岩（气）为研究对象，基于气体组分及碳同位素、稀有气体组成及同位素比值、页岩的主、微量元素分析等测试结果，对页岩气中氦气成因及来源进行研究。结果表明：陡山沱组和牛蹄塘组页岩气主要以N2为主，CH4含量次之，He含量介于（1 533.1~2 323.7）×10-6之间，3He/4He值为0.009 ~0.010 Ra（Ra=1.4×10-6），显示以壳源氦为主。页岩气样品中21Ne/22Ne值和40Ar/36Ar值高于相应的空气值，表明存在不同比例壳源21Ne和40Ar加入。研究气体样品中壳源放射性成因4He/40Ar的实测值与地壳放射性成因4He/40Ar值接近，而远小于岩石原位放射性成因4He/40Ar的理论计算值，表明可能存在地壳或岩石解析过程中空气来源的稀有气体稀释了岩石原位放射性成因的4He和40Ar。基于页岩层段原位氦气生成速率与地壳氦释放通量的理论计算，页岩气样品中4He的原位累积时间和地壳补给时间都远小于对应地层的沉积年龄，表明地层沉积过程中存在构造运动导致原位生成的氦气发生散失。
氦是目前已知的熔点、沸点最低的惰性气体元素，物理性质极为特殊，被广泛应用在诸多高精尖领域。中国的氦气资源主要依赖进口，但是近些年随着国内氦气需求量的持续增加、氦气进口价格的升高以及国外主要氦气生产国出口政策的收紧，中国面临严峻的氦气资源安全形势，急需对国内氦气资源的分布特征、成藏模式和控制因素开展深入研究。为此系统调研了中国10个含油气盆地的含氦情况，对氦气分布的地区特征、地层时代特征以及氦气成藏模式进行了总结，中国富氦盆地横向分布广泛且具有明显的分区特征，东部与中西部含氦盆地差异显著，东部含氦盆地有壳源氦和壳幔混合型氦并以后者为主，主要受构造因素和幔源流体的控制；中西部含氦盆地以壳源氦为主。纵向上氦气在各地层时代中均有分布，氦气含量具有“两头高、中间低”的特征。明确了氦源岩、构造因素、运移载体和封盖条件在氦气成藏中的控制作用，并据此总结出中国东部含氦盆地和中西部含氦盆地的氦气成藏模式，根据氦气成藏中存在的2组相互制约关系：气藏生成强弱的相互制约、构造活动性强弱的相互制约，指出“通量差”是氦气成藏的关键参数。对中国氦气资源勘探开发提出如下建议：围绕东部壳幔混合型氦气资源开展资源量评估工作，对中西部含氦气田应当加快氦气分离、提氦装备的建设，推进氦气资源的工业开发，同时，进一步提高对非常规气藏中氦气储量评估工作的重视程度。
近年来，氦气资源勘探与研究工作在中国得到了高度重视，但有关壳源富氦天然气藏的成藏条件与成藏机理的研究仍较薄弱。氦气特殊的物理化学性质以及氦源条件等决定了其从生成、释放、运移、聚集到保存均具有显著的独特性。壳源氦气主要是由岩石中铀、钍元素的放射性衰变而生成的，从生氦矿物中释放后，大部分溶解到地下流体中，进而以水溶态或气溶态进行运移。根据氦气的运聚过程以及载体的特征，氦气的聚集模式主要可归纳为3种：①地下水脱氦聚集模式；②独立气相“抽吸”聚集模式；③混合流体脱气聚集模式。通过分析和总结国内外代表性富氦天然气藏的地质特征，提出了连续成藏和幕式成藏2种壳源氦气的成藏模式。其中，美国潘汉德—胡果顿气田中的氦气具有连续成藏的特征，氦气充注时间长，主要通过地下水脱氦聚集到早先形成的烃类气藏中；坦桑尼亚Rukwa盆地、中国四川盆地威远气田以及塔里木盆地和田河气田则表现出幕式成藏特征，富氦天然气藏的形成主要受控于构造活动，且氦气与载气可能为同时成藏。基于系统总结提出了壳源富氦天然气藏的3个成藏关键条件：①稳定古老的基底，充足的氦源；②促进释放的热作用与构造活动，推动运聚的流体介质与构造活动；③早期存在的或与氦气同时成藏的载体气藏。
氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略资源。近年来，国内外常规天然气藏中氦气的研究日益受到关注，但非常规气藏（如页岩气和煤层气）中氦气的含量特征及成因研究至今仍处于起步状态。研究通过对国内外非常规领域氦气研究文献的梳理，系统总结了国内外页岩气和煤层气中氦气的含量及分布，明确了氦及其他稀有气体同位素特征，并在此基础上分析了页岩气和煤层气中氦气的成因及来源，揭示了氦气的富集主控因素。研究数据表明：页岩气中氦气的含量分布范围在（0.12~3 100）
研究氦在矿物中的初次运移过程是认识氦气成藏机制的基础。研究对氦的产生、扩散和释放过程及主要控制因素进行了系统综述。放射性元素U和Th发生α衰变后，产生的氦在晶格中可发生间隙迁移、与缺陷位复合，并通过自捕陷、迁移合并或热融合方式形成氦泡并长大，氦泡贯通后促进氦释放。氦也可通过α衰变形成的裂变径迹释放。氦源岩组成与晶体结构不同时，矿物对氦的封存能力存在显著差异；高温有利于氦的扩散与氦泡的长大，促进氦的释放；压裂及矿物转化过程也可引起氦的迅速释放。阐明氦初次运移的微观过程与主控因素，可为系统认识氦气的来源、运移聚集等成藏过程，以及氦气成藏理论的建立提供重要的理论基础。
CH4、CO2、稀有气体的溶解度模型在地球科学领域应用广泛。它们的溶解度模型在研究流体包裹体的均一化压力、古气温变化、天然气运移与聚集规律、富氦天然气成藏、储层中气—水体积比等方面发挥着重要作用。主要综述了纯水与NaCl水溶液中CH4、CO2、稀有气体溶解度研究的新进展。重点介绍了精度高且适用性广的模型的建立过程及其适用范围，并给出了部分模型的计算结果。包括：①0~250 °C、0.1~200 MPa、0~6.0 mol/kg NaCl溶液中CH4的溶解度模型；②0~450 °C、0.1~150 MPa、0~4.5 mol/kg NaCl溶液中CO2的溶解度模型；③0~80 °C范围内大气稀有气体溶解度与亨利常数的计算模型；④纯水中稀有气体亨利常数计算模型；⑤0.1 MPa、0~65 °C、0~5.8 mol/kg NaCl溶液中稀有气体的溶解度模型。CH4与CO2的溶解度模型复杂，但精度高，适用范围广。稀有气体溶解度模型的精度相对较低，适用范围相对较小，有待进一步提高与改进。CO2—稀有气体—水体系中，低密度的CO2对稀有气体溶解度的影响较小，而高密度的CO2对稀有气体的溶解度有较大的影响。目前还无法判断CH4—CO2—稀有气体共存时对彼此溶解度的影响程度，其混合气的溶解度模型需要加强研究。
塔里木盆地是我国天然气勘探开发的主战场，其中不乏具有工业开采价值的氦气藏，但对其氦气生成潜力的研究仍处于空白阶段。据此，对塔里木盆地古城地区奥陶系的岩石样品展开测试，生氦潜量呈现出泥岩>泥质灰岩>高铀白云岩>白云岩>灰岩的特征。基于自然伽马能谱测井资料，提出了一套氦气资源评价流程和方法。以古城地区15口钻井为例进行实际案例研究，结果表明：古城地区奥陶系地层的生氦潜量为1.50×10-10 cm3/g，氦气生成量为13.91 km3。生氦潜量最高最广的区域位于古城14井区域，其次为古城12井区域。却尔却克组泥岩生氦潜量为1.45×10-10 cm3/g，生氦量占比为83.5%，是研究区生氦的主力层位，但是估算的天然气中氦气含量约为0.033%，低于工业开采标准。原因在于富含有机质的泥岩大量生烃，大大稀释了氦气的浓度，因此在对油气烃源岩进行氦资源评价时应该保持谨慎。基于自然伽马能谱测井的氦气资源评价方法的提出有助于含油气盆地中氦气资源评价工作的开展，为我国氦气资源勘探调查研究提供新的思路和方法。
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