地球科学动态监测快报

2023年第05期

新研究有助于查明隐藏的氦气资源

2023年3月1日,《自然》(Nature)发表题为《克拉通内沉积盆地原生N2-He气田的形成》(Primary N2-He gas field formation in intracratonic sedimentary basins)的文章。该文指出,英国牛津大学的研究人员提出了一个新模型来解释以前无法解释的富氦储层的存在,即首次考虑利用氮气的存在并通过分析示例(威利斯顿盆地)的氮气/氦气比来帮助识别其他可能含有类似富氦矿床的区域。

氦、氮和氢在大陆地壳深处不断生成。对于相对静止的大陆地壳而言,传统脱气模型主要基于这样一种假设,即这些气体溶解在水中而且在相对较浅的地层中的垂直运移是借助在充满水的孔隙空间内的扩散而实现。由于气相的出溶对于氦气的聚集以及氦气资源的形成至关重要,而且富含氦的气田总是伴随着高浓度的氮气出现。因此,研究人员首先考虑利用氮的存在来解释富含氦的沉积物,然后确定了氮气浓度足够高时能在岩石孔隙空间产生气泡的地质条件。结果表明:来自结晶基底的地壳氮在与一定比例的地壳4He呈稳定状态共存时能单独脱气,只要在一些沉积盆地的基底能达到足够的浓度,氮气和氦气就能以游离气相的形式存在。以经典克拉通内沉积盆地北美威利斯顿盆地为例,发现地壳氮达到饱和以气相状态存在;在这个盆地,早在大约1.4亿年前,氦也能单独分开形成气相。这种气体形成机制解释了在该盆地和其他盆地的基底沉积地层中发现的原生氮气—氦气,也预测可能会有地壳气相氢的共存,但由于受到气相溶解的影响,氦气流入上覆地层的流量减少约30%。

研究人员表示,新模型的提出显示出考虑氦的高扩散率和积累大量气体所需的长时间尺度的重要性,而且整个过程都要受到地质系统的动态影响,这也为评估全球范围内氦和氢的资源潜力提供了定量见解,从而有助于确定在何处仍能发现大量的地质氢和氦。

(王晓晨 编译)