氦是唯一在地球以外被首次發(fā)現(xiàn)的元素，也是分子直徑最小的物質(zhì)。它是一種無色、無味的稀有惰性氣體。標準大氣壓下，氦是沸點最低的已知元素，也是唯一不能在常壓下低溫固化的元素。隨著我國新一輪“氦氣熱”的展開，這種神秘氣體愈發(fā)受到人們的關(guān)注，它不僅被稱作“氣體稀土”和“黃金氣”，還有著“拯救生命的資源”之美譽，逐步成為大國角逐的戰(zhàn)略資源，在未來科技領(lǐng)域意義重大。

    氦氣在科學(xué)研究方面有諸多用途。例如，精密分析中，氦氣作為氛圍氣用于運載被檢測氣體進入分析裝置，由于其化學(xué)惰性，在使用過程中不會與被檢測組分發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，保證了檢測準確性；氦氣的相對分子質(zhì)量和物理性質(zhì)與大部分要分析的物質(zhì)差別很大，利用氦氣作載氣，對基于熱導(dǎo)系數(shù)、聲速和密度等變化的檢測器來說，均可以實現(xiàn)最高的檢測靈敏度；氦氣氣溶膠能夠制備納米顆粒和涂層；氦氣還可用于低溫制冷、超導(dǎo)實驗、氣體探測器、流體動力學(xué)等研究領(lǐng)域；氦-3/氦-4 值是靈敏的地殼穩(wěn)定性指標，在地震監(jiān)測中守護著我們的安全。

    第一代”核聚變是氘—氚聚變，優(yōu)點是燃料便宜，缺點是會產(chǎn)生中子，具有放射性。“第二代”核聚變是氘與氦-3發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)本身不產(chǎn)生中子，但其中有氘-氘反應(yīng)也會產(chǎn)生中子。“第三代”核聚變，氦-3與氦-3反應(yīng)，聚變過程中不產(chǎn)生中子，放射性小，反應(yīng)易控制，既環(huán)保又安全，堪稱終極聚變。氦-3是世界公認的高效、清潔、安全、廉價的核聚變發(fā)電燃料。10噸氦-3就能滿足我國一年所有的能源需求，100噸氦-3便能提供全世界能源需求。但氦-3在地球上的蘊藏量很少，人類初步探測表明，月殼淺層含有上百萬噸氦-3，足夠人類使用上萬年。

氦氣的賦存與產(chǎn)量供應(yīng)

    世界氦氣資源勘查程度低，已探明和已開發(fā)氦氣資源非常有限，分布相對集中。天然氣中氦氣平均含量為 0.04%，目前全球探明氦氣儲量僅占天然氣探明儲量的 0.005 6%，表明可達到工業(yè)品位的氦氣資源極少。由于其在自然界中分布極為稀少，全球可用的氦氣資源儲量也十分有限。根據(jù)天然氣中可利用的氦氣含量，一般將天然氣分為少見的特富氦天然氣（氦氣含量≥1.00%）、提氦效益良好的富氦天然氣（氦氣含量0.30%~1.00%）、可直接提氦的中氦天然氣（氦氣含量0.10%~0.30%）、可聯(lián)產(chǎn)提氦利用的低氦天然氣（氦氣含量0.03%~0.10%），以及難以利用的貧氦天然氣（氦氣含量＜0.03%）。

    近年來，世界氦氣產(chǎn)量穩(wěn)中有降，增長乏力，美國戰(zhàn)略儲備消耗殆盡，全球供不應(yīng)求。2022年，全球氦氣產(chǎn)量1.6億立方米，美國是全球最大的氦氣供應(yīng)國，占全球氦氣產(chǎn)量的約47%。

    由于氦氣的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，目前全球氦氣需求量持續(xù)增加，供應(yīng)情況比較緊張。據(jù)國際氣體協(xié)會預(yù)測，到2030年，全球氦氣供應(yīng)可能會面臨短缺，未來幾年可能會出現(xiàn)更加明顯的供需緊張局面。為了確保全球氦氣供應(yīng)的持續(xù)性和穩(wěn)定性，需要各國加強氦氣勘探和開發(fā)，提高氦氣的產(chǎn)量和供應(yīng)能力，以確保全球氦氣供應(yīng)的持續(xù)性和穩(wěn)定性。

資源量及分布

    至2022年年底，世界氦氣總資源量約為484億立方米，其中美國、卡塔爾、阿爾及利亞、俄羅斯資源量分別為171、101、82、68 億立方米，共占世界資源量的87%。世界氦氣總探明儲量約為120.85億立方米，其中美國氦氣儲量約85.61億立方米，占世界總儲量的71%；卡塔爾氦氣資源來自液化天然氣尾氣（閃蒸氣）提純回收，資源量巨大，但缺乏達到工業(yè)品位的氦氣儲量；阿爾及利亞氦氣儲量18億立方米；俄羅斯氦氣儲量17億立方米。美國、阿爾及利亞、俄羅斯三國氦氣總儲量占世界已公布探明儲量的99.99%。坦桑尼亞魯夸區(qū)可能蘊含多達39.1億立方米的氦氣資源量，但仍需鉆探證實。中國、印度、澳大利亞、阿根廷等也可能擁有氦氣資源，有待證實。

氦氣的來源與富集機理

    地球上的氦氣有兩個來源：一是在地球內(nèi)部的巖石中形成；二是由太陽風輻射到地球大氣層并被地球所捕獲。地球內(nèi)部來源的氦氣儲量較大，成藏條件相對比較穩(wěn)定；太陽風輻射到地球大氣層中的氦氣儲量較小，但分布范圍廣，難以聚集。因此，地球內(nèi)部是氦氣的主要來源。氦氣的成藏機理是多種因素綜合作用的結(jié)果，地下水流、地震等因素也會對氦氣的成藏和運移產(chǎn)生影響。

    氦氣的生成速率極其緩慢，加之氦分子具有極易擴散的特征，使得經(jīng)典石油地質(zhì)理論針對氦氣運移、聚集和保存的研究面臨巨大挑戰(zhàn)。目前不同學(xué)者從不同角度對氦氣成藏的控制因素進行了研究，系統(tǒng)的氦氣富集成藏理論還有待建立。

    在氦氣的來源方面，Mamyrin和Tolstikhin將氦氣分為大氣源、殼源和幔源三類。目前工業(yè)用的氦氣主要為殼源，是鈾、釷元素放射性衰變成因。

    在氦氣的釋放機理方面，Ballentine和Burnard認為 , 氦氣可通過α輻射、擴散、裂隙和礦物重結(jié)晶而從源巖中釋放出來。由于U-Th-He定年的需要，氦氣通過α輻射和擴散從礦物中釋放的研究較為深入。

氦氣的勘探與提取

    氦氣資源保障可以從多個方面開展工作，增加國內(nèi)氦氣產(chǎn)量是最重要的途徑。而尋找富（含）氦天然氣資源是氦氣工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，勘探是找到氦氣藏的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。按照氦氣賦存規(guī)律尋找富氦氣藏是中長期提高我國氦氣資源保障水平的必然選擇。氦氣以微量組分賦存于天然氣中，但氦氣富集和天然氣（烴類）成藏機理存在差異，勘探方向不同，按照油氣勘探思路發(fā)現(xiàn)的天然氣田多數(shù)貧氦，能夠“偶遇”的富氦氣田極少。通過現(xiàn)有天然氣田含氦量篩查，形成不同類型和品位資源的有效利用方案是實現(xiàn)短期提升氦氣資源保障水平的現(xiàn)實應(yīng)急途徑；而通過全國氦氣資源潛力評價，在評價的氦氣遠景區(qū)開展油氣新區(qū)氣、氦兼探，尋找資源品位高、易提取、高效益的富氦氣藏是提高我國中長期氦氣資源保障水平的主要方式。

    目前針對富（含）氦天然氣富集規(guī)律的研究有限，勘探技術(shù)也不成熟?？晒I(yè)開發(fā)的氦氣資源賦存于以烴類、氮氣和二氧化碳等為主要成分的天然氣藏中，其中又以烴類天然氣為主。氦氣資源勘探基本上沿用了烴類天然氣的勘探技術(shù)方法，氦氣資源的地球物理、地球化學(xué)勘探方法尚處在探索階段，井下識別方法尚存在技術(shù)短板。目前自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局已經(jīng)開展了重力、磁法、電法識別方法技術(shù)和土壤地球化探勘探等氦氣勘探技術(shù)方法試驗，形成了一定的技術(shù)積累。氦氣隨鉆氣測錄井識別評價方法（地球化學(xué)方法）和測井識別評價方法（地球物理方法）等井下勘探技術(shù)尚處在探索試驗階段，在常規(guī)氣測錄井中增加氦氣錄井是氦氣隨鉆識別最為可行的方法。

    氦氣主要通過天然氣開采得到，由于天然氣中氦氣含量非常低，需要進行專門的氦氣分離、提純工藝才能得到高純度的氦氣。目前，傳統(tǒng)氦氣分離提純技術(shù)主要有低溫分餾法、壓力摩爾篩法和膜分離法。集成提氦方法有液化天然氣聯(lián)產(chǎn)、深冷-膜分離耦合。當前，富氦天然氣和液化天然氣閃蒸氣是提氦的兩大來源。美國氦氣生產(chǎn)原料主要為富氦天然氣，卡塔爾則為液化天然氣閃蒸氣。

    近年來，我國液化天然氣閃蒸氣提氦工作快速發(fā)展，成為現(xiàn)階段我國氦氣戰(zhàn)略資源保障的主要力量，以鄂爾多斯盆地為代表，已建成產(chǎn)能達百萬立方米級規(guī)模的提氦裝置。油氣公司也在積極推進天然氣提氦項目。

氦氣的未來保障模式

    隨著氦氣的重要性得到關(guān)注，氦氣保障模式也愈加受到重視。氦氣的未來保障模式要從以下幾個方面進行考慮：

一是采取多種措施，提高氦氣資源利用率。例如，加強氦氣回收技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，減少氦氣的浪費和損失；采用先進的勘探技術(shù)和開采技術(shù)，提高氦氣的采收率；開發(fā)和應(yīng)用替代品，減少對氦氣的需求。

二是加強氦氣資源管理，以保障氦氣資源的可持續(xù)開發(fā)和利用。例如，制定完善的氦氣資源管理制度，規(guī)范氦氣資源開發(fā)和利用行為；加強氦氣資源調(diào)查和監(jiān)測，及時了解氦氣資源的變化情況；建立氦氣資源儲備體系，保證氦氣供應(yīng)的穩(wěn)定性。

三是加強國際合作。氦氣是一種全球性資源，其供需關(guān)系和市場價格都受到國際因素影響，因此，在氦氣資源保障模式中，國際合作也是至關(guān)重要的。各國可以在氦氣資源開發(fā)、利用和管理等方面開展合作，共同保障氦氣的穩(wěn)定供應(yīng)。

四是推動氦氣產(chǎn)業(yè)升級，這也是未來氦氣保障模式的重要組成部分?？梢酝ㄟ^加強技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)，推動氦氣產(chǎn)業(yè)向高端化、智能化、綠色化等方向發(fā)展；鼓勵企業(yè)進行技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，提高氦氣產(chǎn)業(yè)的綜合競爭力。

    氦氣是一種重要的不可再生資源，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴大和需求的增長，氦氣的未來供應(yīng)已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)的關(guān)注焦點。氦氣的發(fā)現(xiàn)、用途、產(chǎn)量、供應(yīng)情況、未來的保障模式、資源量與資源分布、富集機理、勘探方法、開發(fā)技術(shù)等方面的研究，對于我們更好地認識和利用氦氣資源具有重要的意義。當前，氦氣的供應(yīng)量無法滿足其廣泛的應(yīng)用需求。為了保障氦氣的可持續(xù)供應(yīng)，近年來，國家加大了氦氣基礎(chǔ)研究投入，油氣企業(yè)加強了氦氣調(diào)查力度，發(fā)現(xiàn)了塔里木、柴達木、鄂爾多斯等多個氦氣新富集區(qū)。國外也出現(xiàn)了氦氣勘探熱，多家公司在美國西南部、加拿大薩斯喀徹溫省和艾伯塔省、坦桑尼亞、澳大利亞和南非等地從事氦氣勘探。

    相信在全球的共同努力下，氦氣資源的開發(fā)和利用將會更加合理、高效和可持續(xù)，為社會的發(fā)展作出更大的貢獻。