氦氣是一種稀有的惰性氣體，即使在極端環(huán)境下也可保持穩(wěn)定，是高科技領(lǐng)域不可或缺的重要元素之一。地球上的氦氣賦存形態(tài)主要有3種：①作為油氣伴生氣聚集于油氣藏中；②作為非烴伴生氣聚集于非烴氣藏中；③作為水溶氣存在于地?zé)崽镏?。通常認為，氦氣含量大于0.1%的天然氣井，就具有商業(yè)開發(fā)價值，足可見其稀有程度。甚至有說法認為美國頁巖氣開發(fā)成本居高不下卻仍能持續(xù)推動的原因之一，就在于與頁巖氣伴生的氦氣價值很高。

全球主要的氦氣資源分布區(qū)與美國中部、加拿大、阿爾及利亞、卡塔爾、伊朗、中歐、俄羅斯和澳大利亞的油氣產(chǎn)區(qū)基本重合。但天然氣含氦量普遍不高，有不少石油公司或因不了解氦氣的價值或根本不知道其所開采的天然氣中含有高價值的氦氣而將之隨意排放。在2011年以前，全球還沒有一個專以氦氣勘探為目的的項目立項。

近10年來，氦氣的勘探研究取得了長足的進展，尤其是對其生、運、儲、蓋等要素的認識更加深入。作為天然氣的伴生氣，氦氣勘探在很多方面與油氣勘探相似，但又存在不同。

1）源巖。氦最常見的穩(wěn)定同位素是4He，主要由地殼和地幔中的鈾和釷同位素（238U，235U 和232Th）衰變產(chǎn)生。因此氦氣源巖通常需有足夠濃度的鈾和釷同位素，同時地質(zhì)年代也需足夠長，238U，235U和232Th的半衰期分別為44.68，7.00和140.50億年。從這一點上看，全球克拉通基巖在年代上符合，其花崗質(zhì)成分中含有（20~30）×10-6的釷，但鈾的濃度不高，僅4×10-6。

2）成熟。研究表明，陸相沉積體系中的淺層（深度<2 km）水和氣體里的氦濃度都較低，這主要與淺層沉積體系及其相關(guān)流體的年代相對較晚有關(guān)，更與磷灰石、鋯石、瀝青鈾礦、獨居石等含氦礦物在低于其閉合溫度的情況下保存氦氣的能力較強有關(guān)。以閉合溫度大約是70 ℃的磷輝石為例，以地表溫度10 ℃、平均地溫梯度30 ℃/km計，只有在埋深達到2 km或更深時才會釋放氦氣。而富含氦氣的天然氣藏通常埋藏較淺，這意味著氦氣的成藏必須具備深層氦氣的釋放和向淺層運移及富集的相關(guān)機制。

3）運移。擴散作用和浮力驅(qū)動的流動都是氦氣從地殼向沉積蓋層初次運移的機制。前者主要發(fā)生于較穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境，后者則在發(fā)生于晚近期構(gòu)造活躍區(qū)。氦氣通過流動從深處陸殼向淺層運移需具備兩個前提條件：一是熱事件使地溫高于各種礦物的閉合溫度；二是需要載體將氦氣帶出源巖。地下水、氮氣、二氧化碳或甲烷都是很好的載體。二次運移的方式包括游離氣、溶于地下水以及靜態(tài)流體擴散，但后者非常緩慢。美國多地有確鑿的證據(jù)表明地下水參與了氦氣的運移。除了隨地下水運移，區(qū)域構(gòu)造抬升或其他一些機制引發(fā)的壓降也可能觸發(fā)氣體從溶液中脫溶，以游離氣的形態(tài)進行二次運移。

4）聚集。溶有4He和N2的地下水與二氧化碳或甲烷形成平衡時，不溶解的4He和N2將率先從地下水中出溶并進入游離氣相，也即脫氣過程。在這種機理作用下，烴（或二氧化碳）受浮力驅(qū)動以氣相形式通過溶有氦氣和氮氣的地下水運移至圈閉并最終形成富氦的烴（二氧化碳）氣藏，其氦氣富集程度取決于地下水中原有的氦氣含量和烴氣/水之比。類似地，地質(zhì)圈閉中先存的烴或二氧化碳也會促進含有4He和N2的地下水脫氣。

5）封蓋。氦氣穿過蓋層所需的毛管壓力與二氧化碳接近，因此，能夠阻止二氧化碳和烴氣逸散的蓋層，對氦氣也有封蓋作用。低滲蓋層，如蒸發(fā)巖或性質(zhì)類似的巖層可長時間封閉氦氣（>100 Ma），也有研究顯示，滲透率更高些的蓋層也具備一定的氦氣封閉能力。英國學(xué)者依據(jù)這些理論，以東非大裂谷坦桑尼亞Rukwa盆地為對象展開了勘探實踐，2021年8月所鉆的兩口探井均有氦氣顯示。

中國氦氣資源并不豐富，但在東部郯廬斷裂帶兩側(cè)的含油氣盆地，中部的四川盆地、鄂爾多斯盆地，西部的塔里木盆地都發(fā)現(xiàn)了多個含氦氣的油氣藏和非烴氣藏。在進行油氣勘探開發(fā)的同時，氦氣相關(guān)研究也應(yīng)引起足夠的重視。