Natural Gas Geoscience >

2023 , Vol. 34 >Issue 3: 486 - 495

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2022.12.005

Helium accumulation model in the northern margin of Qaidam Basin

  • Jing XIE , 1, 2 ,
  • Jianzhou CHEN 1, 2 ,
  • Qing LI 1, 2 ,
  • Shengting AN 1, 2 ,
  • Guocang WANG , 3 ,
  • Haide CHAO 1, 2 ,
  • Libo LIU 1, 2
Expand
  • 1. Qinghai Fourth Geological Exploration Institute，Xining 810029，China
  • 2. Qinghai Key Laboratory of Shale Gas Resources，Xining 810029，China
  • 3. Northwest Institute of Eco⁃Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

Received date: 2021-11-28

  Revised date: 2022-12-09

  Online published: 2023-03-23

Supported by

The Central Government Guides the Special Fund Plan for Local Scientific and Technological Development(2021ZY001)

Fold

Highlights

In recent years， a good prospect of helium resources has been found in the Qaidam Basin. Among them， high helium content has been found in Mabei， Dongping， Tuanyushan， Quanjishan， Jianbei and other areas on the northern margin of Qaidam Basin. The helium content in the analyzed samples is 0.013%-1.14%， and 89.36% of the helium content meets the industrial standard. Based on the analysis of the horizontal and vertical helium distribution in the northern margin of Qaidam Basin， the helium content of Quanjishan coalfield is the highest （1.074%）， followed by Tuanyushan coalfield （0.678%）， Dongping （0.28%）， Mabe （0.261%）， Jianbei （0.24%） and Niudong （0.015%） gas fields. Vertically， the average helium content of Paleogene Lulehe Formation （E1+2） and Jurassic （J） strata is the highest， 0.61% and 0.43%， respectively， which can be used as the main helium exploration and development strata. In addition， the samples with helium content higher than 0.3% are mainly located in the shallow layer within 3 000 m. According to isotope analysis， helium in the northern margin of Qaidam Basin is mainly of crust derived helium origin， which is mainly generated by radioactive minerals such as granite， metamorphic rock series and uranium ore in Proterozoic Ordovician basement through U and Th radioactive decay. The fault is used as the migration channel， and groundwater and natural gas are used as carriers. On one hand， natural gas is preserved in the semi-weathered crust at the top of the bedrock through the self-generation and self-storage migration and accumulation mode； on the other hand， the water-soluble helium in the groundwater continuously migrates to the surface through the continuous migration mode. In addition， during the continuous migration process of groundwater， part of the helium released with the change of temperature and pressure is transported to the trap along with the natural gas， and then encounters dense caprocks such as thick mudstone or gypsum rock to form a reservoir.

Cite this article

Jing XIE , Jianzhou CHEN , Qing LI , Shengting AN , Guocang WANG , Haide CHAO , Libo LIU . Helium accumulation model in the northern margin of Qaidam Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2023 , 34(3) : 486 -495 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2022.12.005

0 引言

氦气是一种无色无味，分子半径极小的高导热性不燃惰性气体，广泛应用于国防工业、航天工业、核工业、临床医学、化学工业、科研、制冷、半导体、管道检漏、超导实验及光电子产品生产等领域，是关系国家安全的紧缺型重要战略资源，有“黄金气体”之称。目前世界上氦资源量估计为519×108 m3，分布很不均匀，大多分布在美国、阿尔及利亚、卡塔尔及俄罗斯等国，我国氦气资源量约为11×108 m3，仅占全球资源的约2%［1］。我国作为贫氦国，氦气资源量少、品质差，进口受控，未来供应形势更加严峻［2］，我国氦气资源主要分布在塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地、三水盆地等，另外在渭河盆地、共和盆地等地区的地热井、温泉中也发现了一定含量的氦气，目前只有四川盆地的威远气田进行氦气的商业开发利用［3］。近年来研究人员在柴达木盆地北缘地区发现了氦气资源前景，分别在柴达木盆地北缘马北、东坪、尖北气田及团鱼山、全吉山煤田等发现了达到工业品位的氦气。根据目前的研究成果及相关文献，本文从柴达木盆地北缘地区氦气分布特征、氦气成因、成藏条件等几个方面展开论述。

1 柴北缘地质特征

柴达木盆地地处青藏高原北部，位于古亚洲构造域和古特提斯—喜马拉雅构造域的结合部，盆地具有元古界变质结晶基底和古生界褶皱变形基底，是在印支运动后发育起来的一个中、新生代陆相含油气沉积盆地［4］。柴北缘地处青藏高原东北部的秦祁昆结合部位，位于柴达木盆地以北，祁连造山带以南，呈北西向窄长带状分布（图1），出露的地层主要包括下元古界达肯大坂岩群、中元古界万洞沟群、上元古界全吉群、寒武系—奥陶系滩间山群、泥盆系沉积岩和石炭系沉积岩［5］。基底岩性主要由元古宇中深变质岩基底和海西期花岗岩组成［6］，在祁连山、昆仑山和阿尔金山的共同作用和影响下，柴北缘发育了复杂的断裂体系。主要包括赛什腾山—达肯大坂山—宗务隆山山前断裂带、欧龙布鲁克山—牦牛山断裂带、赛什腾山—锡铁山—埃姆克山山前断裂带、阿尔金山断裂带等。
图1 柴达木盆地北缘构造纲要

Fig.1 Tectonic outline of the northern margin of the Qaidam Basin

2 柴北缘盆地氦气分布特征

2.1　柴北缘氦气组分特征

近年来柴北缘地区先后在团鱼山地区和全吉山地区煤田钻孔岩心，马北、牛东、东坪、尖北地区天然气中发现了氦气显示［7-10］，除此之外，在大柴旦温泉鄂博梁地区发现了含量较高的水溶氦气 1。对柴北缘地区氦气样品数据收集统计，得到氦气含量为0.013%~1.14%，平均为0.33%。其中74.5%的样品氦含量达到0.1%的工业标准，14.9%的样品氦气含量达到0.05%的边界品位，综合这些样品分析结果（表1），柴北缘地区有良好的氦气显示。根据氦气样品赋存载体类型将该地区氦气划分为富氦天然气和水溶氦气2类。
表1 柴达木盆地天然气中氦组分及同位素(%)（修改自文献[7-10]）

Table 1 Helium composition and isotope in natural gas in the northern margin of Qaidam Basin（%） (modified from Refs.［7-10］）

序号

油气田

/地区

 井号

气藏

产层

井段

/m

 天然气组分含量/% 同位素 是否达到工业标准

氦气

类型

资料

来源

C1 C 2 + N2 He 3He/4He 4He/20Ne R/Ra 幔源He/%
1 团鱼山 KT-7-1

含煤侏

罗层系

 874 49.06 0.73 48.58 1.14 6×10-8 0.05 0.043 远超

富氦

天然气

 文献［7］
2 KT-7-2 883 59.59 0.93 36.72 0.68 130×10-8 0.93 0.929 远超
3 KT-7-3 885 35.64 0.63 62.13 0.47 远超
4 KT-7-4 910 36.89 1.11 60.79 0.6 远超
5 KT-7-8 925 27.89 0.91 70.22 0.5 78×10-8 0.56 0.557 远超
6 全吉山 9-8 井口气 / 0.026 0.06 90.713 0.655 3×10-8 0.02 0.09 远超 文献［8］
7 马北 马北14 基岩、E3 1 / 79.32 14.41 5.81 0.27 远超 文献［9］
8 马西1 / / 8.54 0.23 2.4×10-8 0.017 远超
9 马北混合 / / 5.34 0.25 远超
10 马20斜 / / 33.28 0.17 远超
11 马八2-1 / / 6.51 0.26 远超
12 马八2-10 / / 5.19 0.27 远超
13 马八2-25 / / 4.69 0.26 远超
14 马八2-26 / / 5.66 0.28 远超
15 马八2-28 / / 6.75 0.25 远超
16 马八2-29 / / 10.01 0.25 远超
17 马八3-2 / / 5.3 0.23 远超
18 马八3-8 / / 5.7 0.26 远超
19 马八H1-1 / / 5.66 0.27 远超
20 马八H1-3 / / 7.36 0.81 远超
21 马6-8 / / / 0.14 5×10-8 0.04 0.036 远超
22 马中混合 / / / 0.26 5×10-8 0.03 0.036 远超
23 牛东 牛1井 J 2 224~2 236 89.04 1.41 0.013 2.08×10-8 11 118 0.01 0.015 未达到
24 牛1-2-10 86.31 11.33 1.54 0.02 1.54×10-8 10 649 0.011 未达到
25 牛1-2-11 2.08 0.014 5 1.46×10-8 12 119 0.01 未达到
26

东坪

 东坪1 3 159~3 182 91.79 2.709 5.28 0.075 1.26×10-8 38 283 0.01 0.009 达到 文献［10］
27 东坪171 基岩 4 778~4 788 91.36 2.56 / 0.1 3.53×10-8 19 583 0.025 远超
28 东坪3 基岩 1 856 61.75 3.161 30.49 1.069 远超
29 东坪3 E1+2 1 686 71.75 1.381 25.56 0.475 远超
30 东坪3 E3 1 1 101 91.11 0.822 7.66 0.085 达到
32 坪1H-2-8 3 388~3 663 88.61 2.895 7.37 0.08 1.39×10-8 0.01 达到
33 坪1H-2-5 3 416~3 728 88.24 2.891 7.38 0.071 达到
34 坪1H-2-7 3 188~3 554 88.21 3.398 7.44 0.045 未达到
35 坪1H-2-4 3 270~3 530 90.28 3.311 6.12 0.068 1.01×10-8 0.007 达到
36 东坪3H-6-4 1 950~2 250 70.11 1.4 27.13 0.81 远超
37 坪3-2-1 E3 2 685.4~935 86.04 0.733 12.56 0.11 远超
38 坪3-2-1 E3 2 681.2~693.2 88.04 0.733 10.96 0.11 远超
39 坪3H-6-2 基岩 1 985~2 480 66.07 1.354 30.04 0.75 远超
40 坪3H-6-2 E3 1 1 171~1 175 73.57 1.354 24.04 0.75 远超
41 东坪11 E3 2 869~871 88.91 0.76 7.89 0.13 远超
42 东坪11 E3 2 1 013~1 018 95.41 0.76 2.69 0.13 远超
43 东坪11 基岩 1 960~1 976 83.73 0.95 14.77 0.09 未达到
44 东坪15 E1+2 1 902 93.02 0.684 5.83 0.315 远超
45 东坪173 E3 2 4 635~4 645 83.16 12.871 3.4 0.085 达到
46 尖北 尖探1 基岩 4 637~4 647 80.67 2.57 0.26 3.57×10-8 73 112 0.026 0.14 远超
47 大柴旦 大柴旦温泉 水溶氦气 1 500 m以浅 / / / 0.842 1 0.03 远超

水溶

氦气

 资料①
48 鄂博梁 鄂2 水溶氦气 / 0.116 8 / 达到

注：“/”为无数据；①青海省第四地质勘查院.青海省清洁能源靶区优选报告.内部报告，2021.

2.2　柴北缘氦气分布特征

2.2.1　横向分布特征

按照柴北缘地区不同产气区块，对氦气进行进一步分类研究。从区块来看（表2），全吉山煤田氦平均含量最高；其次是团鱼山煤田，氦气平均含量为0.678%，远超工业标准；东坪气田、马北气田、尖北气田氦气平均含量相差不大，牛东气田氦气含量平均值最低，未达到工业标准，除东坪气田和牛东气田外，其余区块所有样品氦气含量均达到工业标准0.1%（图2）。
表2 柴北缘地区不同产气区块氦气含量

Table 2 Helium content in different gas producing blocks in the northern margin of Qaidam Basin

区块

样品数

/个

 He含量达到0.1%的样品数/个

He含量达到0.1%

的样品占比/%

 He平均含量/%
团鱼山煤田 5 5 100.00 0.678
全吉山煤田 1 1 100.00 1.074
马北气田 21 21 100.00 0.261
牛东气田 3 0 0.00 0.015
东坪气田 21 12 57.14 0.28
尖北气田 4 4 100.00 0.24
图2 柴北缘地区不同区块氦含量分布特征

Fig.2 Distribution characteristics of helium content in different blocks in the northern margin of the Qaidam Basin

2.2.2　层位分布特征

柴北缘地区自下而上发育基岩、侏罗系（J）、古近系（E1+2、E3 1、E3 2）和新近系（N1）［11］。从不同产层来看（表3），氦气平均含量在纵向上从下到上无规律可循，除E3 1层位氦气平均含量未达到工业标准（0.1%）外，其余层位氦含量均达到工业品位，其中E1+2和J层位平均氦含量最高，分别为0.61%和0.43%，氦气主要在这2层中赋存，这2套层位可以作为主要的氦气勘探开发层系。
表3 柴北缘地区不同产气层位氦气含量

Table 3 Helium content in different gas producing horizons in the northern margin of the Qaidam Basin

层位

样品数

/个

 He含量达到0.1%的样品数/个 He含量达到0.1%的样品占比/% He平均含量/%
基岩 14 7 50 0.24
J 5 4 80 0.43
E1+2 5 4 80 0.61
E3 1 3 3 100 0.085
E3 2 8 5 62.5 0.113

2.2.3　深度分布特征

另外，对文献中明确了采样深度数据的31件氦气样品做了分析，根据柴北缘地区氦气含量与深度的关系（图3），氦气含量高于0.3%的样品主要位于埋深3 000 m以内的浅层，反映了柴北缘地区高富氦天然气以中浅层为主。
图3 柴北缘地区天然气井氦气含量—样品深度分布特征

Fig.3 Helium content of natural gas wells distribution characteristics of sample depth in the northern margin of Qaidam Basin

2.3　柴北缘地区天然气组分关系

柴北缘地区天然气测得的组分主要有烃类气体、氮气及氦气（表1）。ANDERSON［12］表示，目前发现的氦气资源主要与烃类为主的天然气藏、氮气或二氧化碳为主的天然气藏伴生，笔者根据表1中烃类气体含量、氮气含量与氦含量分析得到柴北缘地区团鱼山和全吉山煤田中的氦气是以氮气为主的伴生氦气（图4），马北、牛东、东坪、尖北气田中的氦气是以烃类气体为主的伴生氦气（图5）。
图4 柴北缘地区He—N2关系

Fig.4 Relationship between He-N2 in the northern margin of the Qaidam Basin

图5 柴北缘地区He—（C1+C2）关系

Fig.5 Relationship between He-（C1+C2） in the northern margin of the Qaidam Basin

3 柴北缘地区氦气成因

以往研究显示，氦气成因类型主要有大气源成因、壳源成因、幔源成因3种。大气源成因指大气中的氦通过地下水的循环进入盆地流体系统；壳源成因是地壳中放射性岩体通过U、Th放射性衰变产生的氦气，主要是4He；幔源成因指地幔中的氦气通过岩浆脱气作用释放的氦气。一般大气源的3He/4He值为1.4×10-6、壳源的3He/4He值为n×10-8~n×10-9；幔源的3He/4He值大于1.1×10-5。氦同位素也用 3He/4He的值R与大气中3He/4He的值Ra的比值表达：当R/Ra>1时，幔源氦在样品中占比超过12%；当R/Ra>0.1时，幔源氦在样品中占比超过1.2%；而当R/Ra<0.1时，一般认为样品中的氦基本全部来自壳源［13-17］。根据表1的数据统计，团鱼山煤田 3He/4He同位素测试结果为6×10-8~1.3×10-6，R/Ra值为0.05~0.93，该煤田氦气主要以壳源氦为主，有少量幔源氦的加入；全吉山、东坪、牛东、尖北地区 3He/4He同位素测试结果为（1.01~5）×10-8，0.007<R/Ra<0.04，氦气为壳源成因。根据表1的数据绘制柴北缘不同地区氦同位素成因分析图（图6），得出牛东、东坪、尖北气田3He/4He值比马北气田和团鱼山地区更低，4He含量更高，说明东坪、牛东、尖北气田岩体及沉积地层中富含的放射性元素对氦气的贡献值更大。
图6 柴北缘地区氦气成因分析

Fig.6 Genetic analysis of helium in the northern margin of the Qaidam Basin

4 氦气成藏条件

氦气富集成藏的4个主控因素为：有效氦源岩（花岗岩及相关的铀富集的岩石）、高效运移通道（断裂）、运移载体（天然气和地下水）、盖层和保存条件（高质量的不透气盖层，盐岩、膏岩层、页岩等）［1，10］。因此文章围绕这4个主控因素来研究柴达木盆地氦气成藏条件。

4.1　柴北缘地区潜在氦源岩

氦源岩被定义为能大量生成和释放氦气的岩石［18］。研究认为盆地富含铀、钍的花岗岩基底通过放射性衰变产生氦气，从而成为氦气的良好源岩［19］。根据前人的调查，世界富氦气藏——美国胡果顿气田［20］、中国威远气田［21］、渭河盆地［22］等基底均发育有花岗岩。本文研究的柴北缘周缘山区及基底也发育有广泛的花岗岩，其中全吉山地区基底主要为古元古界花岗片麻岩，局部为加里东和华力西期的花岗岩及闪长岩类［23］，团鱼山地区基底为上奥陶统滩间山群浅变质岩系，主要以黑云母石英片岩、长石石英片岩、绿泥石片岩、变质火山岩及变质粉砂岩为主［24］；东坪地区基底主要由元古宇深变质岩、古生界浅（弱）变质岩及侵入岩体组成，侵入岩体主要包括闪长岩体、花岗岩体等［25］，尖北基底主要为元古代变质岩基底上形成的多期侵入岩，包括花岗岩、花岗闪长岩和石英闪长岩；牛东气田基底即有花岗岩和片麻岩，马北气田基底属于花岗岩［26］。
另外，根据韩伟等［8］研究，柴北缘地区基岩样品分析结果显示上奥陶统、古元古界、晚古生代地层中花岗岩、花岗片麻岩、凝灰岩、白云母花岗岩、片岩中铀含量为2.10~5.18 μg/g、钍含量为6.11~30.6 μg/g，较中国陆壳丰度高，综合说明柴北缘地区基底岩体U、Th元素含量高，能够作为氦源岩通过放射性衰变提供良好气源保障（表4）。马北地区、团鱼山广泛发育有砂岩型铀矿［27］富含放射性U、Th元素，也可以作为氦源岩层，持续不断地产生氦气。
表4 柴达木盆地基岩铀、钍含量（修改自文献[7]）

Table 4 Uranium and Thorium content in bedrock in the northern margin of the Qaidam Basin(modified from Ref.[7])

样品

编号

 岩石名称

地层

/时代

 Th/（μg/g） U/（μg/g）

中国陆壳

丰度U

/（μg/g）

中国陆壳

丰度Th

/（μg/g）
L2-002 长英质片岩 上奥陶统 30.6 5.02 0.83~1.76 3.16~6.69
L2-004 花岗片麻岩 古元古界 9.73 2.69
L3-002 白云母花岗岩 古元古界 8.19 3.34
S1-009 凝灰岩 上奥陶统 19.9 5.18
S1-012 花岗岩 晚古生代 6.11 2.10

4.2　运移通道

氦气伴随着天然气在地层中通过断裂运移释放，因此氦气的有效运移通道是地层的复杂断裂和裂缝，氦可以通过断裂流向地表或伴随天然气在圈闭中赋存［28］。地层深处，断层可插入岩浆刺穿构造中，将氦和其他脱出的混合气体运送到储层中聚集成藏［18］。结合以往综合研究，柴北缘构造岩浆活动频繁，断裂非常发育，按照断裂的性质和发育期次， 各级断裂在纵向上具有明显的分带性［29］，可分为3套系统：①切割基底的冲断层系统；②浅层滑脱断层系统；③斜列式正断层系统。切割基底的冲断层系统多发育于下干柴沟组及以下地层， 形成于燕山运动末期，该类断层系统切割较深，成为氦源断层，基底放射性岩石产生的氦气直接通过这种断裂释放，笔者认为柴北缘地区发育的大断裂包括赛什腾山—达肯大坂山—宗务隆山山前断裂带、欧龙布鲁克山—牦牛山断裂带、赛什腾山—锡铁山—埃姆克山山前断裂带、阿尔金山断裂带等都属于切割基底的冲断层系统；浅层滑脱断层系统多发育于上干柴沟组及以上地层， 形成于上新世以后，该类断层系统规模较大，可与深部冲断层连接，成为氦气迅速运移的良好通道；斜列式正断层系统主要是地层弯曲在背斜顶部产生局部张应力场背景下，受阿尔金断裂走滑影响形成， 时间最晚，主要在地表露头观测， 可帮助氦气运移至地表。

4.3　运移载体

氦气不能单独成藏，需要借助载体运移，目前研究的氦气载体有天然气和地下水［17］。氦气释放后伴随地下水或天然气运移，一方面氦气随地下水运移至地表；另一方面，氦气释放出后随天然气运移，当天然气运移到圈闭中时，氦气也有可能伴随气体成藏［30］。张文等［18］认为由于20Ne能够在地表水中完全溶解并伴随水体流动的性质，可以通过20Ne反映地下水总量。又因为４He和20Ne在水相和油相中的溶解度类似，因此可通过４He/20Ne示踪４He与地下水的关系。对柴北缘地区气体样品中的4He/20Ne（表5）进行分析，得到柴北缘地区4He与20Ne具备良好的正相关线性关系（图7），从而证明4He的运移与地下水关系十分密切，也就是说氦气在进入油气藏前是溶于地下水中的。因此柴达木盆地氦气成藏的过程中，地下水和天然气都为氦气提供了良好的载体。
表5 柴北缘地区稀有气体含量特征（据韩伟等[9]简编）

Table 5 Characteristics of rare gas content in northern margin of the Qaidam Basin (according to HAN et al.[9])

样品 气田 4He/10-4 20Ne/10-8
马北801 马北 18.62 2.9
马北1 12.2 2.23
马西1 6.08 1.54
马八2-23 20.14 3.36
东坪171 东坪 2.06 0.35
东坪1 6.37 1.67
东坪3 48.4 6.62
牛1 牛东 1.21 1.1
牛1-2-10 1.15 0.68
牛1-2-11 1.42 1.2
图7 柴北缘地区4He与20Ne相关性

Fig.7 Correlation map of 4He and 20Ne in the northern margin of the Qaidam Basin

4.4　盖层及保存

氦气分子半径极小，穿透能力强，因此氦气的保存需要封闭能力极强的盖层，如膏岩盖层等。柴北缘花岗岩基底上部发育有多套盖层，包括路乐河组（E1 +2）、下干柴沟组（E3）、上干柴沟组（N1）和油砂山组（N2）。路乐河组（E1+2）和下干柴沟组上段（E3 2）是柴北缘的2套区域性盖层，侏罗系（J）、新近系上干柴沟组（N1）、上油砂山组（N2 2）盖层为局部性盖层［31］，盖层岩性主要以泥岩、粉砂岩为主，在柴北缘路乐河组底部，基岩顶部发育有一套区域性致密优质膏岩盖层［32-33］，排驱压力高，对氦气具有较强的封盖能力；另外，由于氦在水特别是盐水中的溶解度低，所以当盖层中充满水特别是盐水时，饱含地层水的低孔渗地层对氦气有较强的封盖作用。以往研究已经证实柴达木盆地具有盐水饱和度高的盖层［34］，氦气分子难以在盐水中溶解。在膏岩盖层、大厚度泥岩盖层和饱和盐水的累加作用下，柴北缘地区形成了良好的氦气封闭保存条件。

5 柴北缘氦气运移成藏模式

受到基底氦源岩、断裂系统、运移载体、盖层条件4个成藏条件的综合控制，柴北缘地区有2种可能的运移成藏模式，即自生自储型和连续运移型。

5.1　自生自储型

前人对柴北缘尖北、东坪等气田研究发现，基岩储集空间类型多样，包括溶蚀孔、基质微孔、裂缝及缝内扩溶孔等，基岩中富含放射性U、Th的花岗岩及其他矿物经过α衰变形成氦气扩散、运移，在基岩储集空间内伴随天然气或地下流体保存下来［24］。此外，柴北缘地区基岩顶部经过长期暴露，表层的矿物发生了强烈溶蚀，形成了大量半风化壳（基岩受到风化和矿物蚀变，溶蚀孔缝发育）。柴北缘东坪地区油气藏分布看，油气层分布集中在半风化壳上下，证明半风化壳储集层是东坪地区油气来源的重要输导层和油气藏形成的重要储集层［35］。这种基岩顶部氦气半风化壳也可以为富氦天然气提供良好的储集空间，如东坪1井半风化带内有较高含量的氦气（0.075%）以游离态伴随含烃天然气存在，东坪3井半风化壳内也有较高含量的氦气（1.069%）（图8），氦气这种以游离态形式伴随天然气在基岩储集空间或在基岩顶部半风化壳中保存的成藏模式称为自生自储型成藏模式。
图8 半风化壳内氦气赋存情况（根据文献［35］改编）

Fig.8 Occurrence of helium in semi weathered crust （adapted according to Ref.［35］）

5.2　连续运移型

柴达木盆地花岗岩围岩或基底中含U、Th矿物经过α衰变形成4He分子向上扩散、运移［35］，进入地下水中微量溶解，地下水在断裂中连续运移，柴北缘地区盆地内断裂发育，地下水沿断裂迁移，在地表形成温泉，在温度和应力的共同作用下，氦气以水溶相态运移到地表形成连续供给型氦源，当氦含量和涌水量稳定达到一定数量时可以直接分离收集利用。
笔者2021年对柴北缘地区大柴旦温泉和鄂2井2处地下热水进行了地面水样采集，样品采集利用双阀门真空玻璃采样瓶，将水样送至中国科学院西北生态环境资源研究院地球化学分析测试中心进行水溶氦气的含量检测，检测得到大柴旦温泉水溶氦气含量为0.842 1%，鄂2井水溶氦气为0.116 8%，远超过氦气工业标准，证明水溶氦气随地下水连续运移至地表。

6 结论

（1）柴达木盆地北缘地区具有良好的氦气资源前景。团鱼山、全吉山地区煤层解析气及马北、东坪等地区天然气井中发现了较高含量的氦气显示，氦气含量为0.031%~1.14%，平均为0.32%，其中89.36%样品氦含量达到工业标准。
（2）柴达木盆地北缘不同地区氦气分布：全吉山煤田氦气含量>团鱼山煤>东坪>马北>尖北气田>牛东气田；不同产层氦气分布：路乐河组和侏罗系层位平均氦含量最高，能够作为主要氦气勘探开发层系；不同深度氦气分布：高富氦天然气以埋深3 000 m以浅的中浅层为主。
（3）柴北缘地区氦气主要以壳源气成因为主，氦气源岩是元古宇—奥陶系基底的花岗岩、变质岩系及铀矿等放射性矿物，运移通道为柴北缘各级断裂，载体是地下水和天然气，盖层是富含饱和盐水的膏岩盖层叠加大厚度泥岩盖层。
（4）柴北缘地区氦气成藏模式主要为自生自储和连续运移型2种。基岩通过U、Th放射性衰变生成的氦气伴随天然气在基岩储集空间或在基岩顶端半风化壳中保存。另外，地下水中的水溶氦气源源不断运移至地表氦气形成连续供给型氦源，当氦含量和涌水量稳定达到一定数量时可以分离收集利用。

1 青海省第四地质勘查院.青海省清洁能源靶区优选报告.内部报告，2021.

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