中国大陆富氦地热流体分布规律及形成机制获揭示

广东省科学院广州地理研究所研究员宫清华团队同合作者在国家自然科学基金等项目的资助下，首次系统揭示了中国大陆富氦地热流体的分布规律及形成机制。近日，相关成果发表于《冈瓦纳研究》（Gondwana Research）。

氦是国防工业和高新技术产业发展不可或缺的战略性稀有资源。预计随着高新技术产业的发展，未来全球对氦气的需求量将以每年2～3%的速率增长。氦气需求的持续增加将导致氦资源短缺，地热系统中高含量氦气作为一种潜在的氦资源，引发了研究人员越来越多的关注。

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中国大陆地区以中低温地热系统为主，分布于沉积盆地和东部山地隆起区；高温地热资源主要集中在青藏高原及周边地区。长期以来，地热系统中的氦同位素常被用于量化地热流体的来源和热源、约束大陆岩石圈结构和构造活动、以及监测地震活动。从资源角度，系统地对中国大陆不同构造单元地热系统开展富氦流体空间分布特征及氦气聚集机理研究仍处于空白。

研究团队整理了中国大陆地热系统中682个氦含量及其相关地球化学数据（气体组成和He-Ne-C-N同位素），数据涵盖了低温和高温地热系统、火山和非火山地热系统。通过分析氦含量的空间分布特征，构建氦含量与其他伴生气体、地层岩性、地壳厚度、地壳结构、构造活动和热状态的相关关系，首次系统地揭示中国大陆富氦地热流体的分布规律及形成机制。

研究表明，活动火山中心氦气含量较低，亏损洋中脊玄武岩型地幔来源的氦所占比例高达79%。氦含量达到工业价值标准含量的样品在非火山地热系统广泛分布，可分为富氦氮元型气体（81%）、富氦二氧化碳型气体（15%）和富氦甲烷型气体（4%）。非火山区氦气为壳源或壳幔混合来源，其中大陆岩石圈地幔的贡献小于40%。元古代至新生代花岗岩的平均氦-4生成速率是地壳平均速率的2.0~7.2倍，为主要的氦源岩。各构造单元的富氦气体的氦-4/氮元 比值为0.001~ 0.44，表明富氦气体可能是由花岗岩和变质基底来源的地壳组分、沉积物来源的气体成分和大气组分三端元以不同比例混合而成。

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此外，在青藏高原和中国东部地区，来自地幔及地壳深层（>10～11千米）变质成因的二氧化碳，作为氦气的载气，将地壳产生并积聚的氦气沿深大断裂运移至浅部地热储层；随后方解石沉淀和溶解作用造成大量二氧化碳损失（平均93~99%），使氦和氮元进一步富集，形成富氦氮元型气体。

极富氦地热田集中分布于青藏高原及周边的雅鲁藏布缝合带、藏南拆离系、安宁河断裂和盐源-宁蒗等区域，以及渭河盆地和中国东部局部区域（如江西赣州、广东惠州）。这些区域具备花岗岩体、大型断裂带以及厚沉积层或蒸发岩层等氦气生成、运移与富集的地壳结构特征，可视为未来氦资源勘探的有利区。

该研究有助于拓展氦气成藏理论，也为探寻氦气资源开发有利区，实现氦气资源与地热资源联合开采奠定基础。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.gr.2025.02.020