氢氦合采：未来能源勘探的新范式

在地球深处，除了藏有支撑现代工业社会逾百年的石油与天然气之外，还蕴藏着两种具有重要战略价值的轻质气体：氢气与氦气。在传统能源架构中，二者常被视为伴生性组分或低经济价值的副产物，未能获得系统性勘探开发的关注。然而，在全球能源体系向低碳转型和尖端科技产业快速发展的背景下，氢与氦的资源地位正在发生根本性转变，已逐渐从辅助性资源上升为关键战略目标。值得关注的是，近年来的地质研究与勘探实践表明，这两种气体在成因机制和成藏条件上存在显著的协同性；因此，推动其协同勘探与综合开发，正逐步成为提升资源发现效率、优化开采经济性的重要技术方向。 

一、角色转变：从“无名之辈”到“无价之宝” 

氢气（H₂）被视为未来清洁能源体系的关键组成部分。氢气燃烧仅产生水，不含碳氧化物，因而被认为是实现碳中和目标的理想能源载体，并常被赋予“未来石油”的期许。在现有工业体系中，氢气已作为重要原料广泛应用于炼油、化工合成等领域；而在未来能源结构中，其在交通（如燃料电池车辆）、发电、规模化储能及工业高温供热等领域展现出显著的应用潜力。然而，目前全球高达96%的氢气产量源于化石燃料转化过程，此类氢气被称为“灰氢”，其生产伴随大量二氧化碳排放。因此，若能直接开采地质体中天然存在的氢气（称为“白氢”或“金氢”），将可能提供一条近乎零碳排放、且经济性更优的氢能供给路径。 

氦气（He）则因其独特的物理与化学性质，成为高科技产业中不可或缺的战略性气体资源。氦气具有极强的化学惰性和极低的沸点（-268.9°C），被广泛用作维持极端低温环境的关键介质，尤其在液氢和液氮的储存与运输中不可缺少。值得注意的是，氦气属于非再生资源，且因其分子量小、易散逸，大气保存能力极弱，通常难以独立成藏。目前，氦气主要来源于含放射性元素的天然气藏，其中氦由放射性衰变产生，作为一种副产品回收。全球氦供应高度集中、地缘政治敏感性强，因此开拓独立、稳定的氦气资源已成为多国资源安全战略的重要议题。 

二、同源共生：揭秘氢氦的深层联系 

氢与氦的“同源”关系，深刻体现在它们生成过程对地球内部深部地质环境的共同依赖。氢气的形成主要源于地球深部的水-岩反应，例如富含二价铁的铁镁质矿物（如橄榄石）在蛇纹石化过程中与地下水发生反应，持续生成氢气。而氦气则源自地壳及地幔中放射性元素（如铀、钍）的α衰变。这些放射性热源不仅是氦气的“制造机”，同时也为驱动水岩反应、生成氢气提供了必要的热动力条件。因此，两种气体在“源”头上均依赖于地球内部的热力学与化学过程。 

氢与氦的“共生”关系，则表现为在特定地质单元内时空上的耦合与伴生。在构造活动活跃的区域（如大洋中脊、大陆裂谷、古老克拉通边缘），放射性元素富集的地层通常也是深大断裂发育、流体活动剧烈的场所。这创造了氦气生成与氢气生成的共存环境：放射性衰变持续产出氦气，而构造活动带来的热液和地下水则与围岩反应生成氢气。两种气体在成因机制上虽相互独立，但却因共同依赖深部热动力和流体迁移系统而形成了“地质空间上的共生”。 

成因上的关联性，直接决定了其后运移、聚集的一致性。由于氢气和氦气均是分子最小、密度极低的轻气体，它们一旦生成，会遵循相似的物理学规律，优先沿着相同的断裂、裂隙通道向上运移。最终，在遇到渗透性差的盖层（如致密泥岩、盐岩）和适宜的圈闭构造（如背斜、穹隆）时，氢气和氦气便极有可能共同聚集成藏。正是这种从“源”到“藏”的全流程伴生关系，使得协同勘探在理论上成立，并在实践中成为高效发现资源的全新范式。 

三、 最新发现：从理论到现实的突破 

目前，在全球范围内，氢气和氦气的协同开采已从理论走向实践，多个项目在勘探阶段取得了实质性进展。在美国堪萨斯州，HyTerra公司的Nemaha项目已钻获高纯度氢气，其McCoy 1井测得83%浓度的氢气和5%浓度的氦气，而此前的Sue Duroche-3井则获得96.1%浓度的氢气和5%浓度的氦气，项目正计划进入生产测试阶段。在澳大利亚，H2EX公司的PEL 691项目已联合工程公司开展钻完井和地面输送设施的概念设计，旨在实现氢氦的联合开采。在芬兰，Bluejay Mining公司在奥托昆普项目的历史岩芯中发现了高达46%的氢气和5.6%的氦气，计划重新进行钻孔测试。这些案例表明，基于氢氦共生关系的协同勘探模式，正成为提升资源勘探经济性的有效路径。尽管这些项目展现了良好前景，氢氦协同开采仍面临技术挑战与发展机遇。随着日本企业INPEX投资澳大利亚Gold Hydrogen公司的天然氢项目、美国H2Au与法国45-8 ENERGY组建战略联盟等动向，这一领域正吸引更多资本与技术支持，致力于推动其从勘探验证向商业化生产过渡。 

我国在氢氦协同勘探领域正处于从基础研究向技术验证的关键过渡阶段。其中，渭河盆地被视为最具潜力的富氦区，该区域已部署超深钻探以探寻深部氢氦资源的关键靶区。在鄂尔多斯盆地、四川盆地、渤海湾盆地等传统能源产区，基于现有油气钻井资料开展的氢氦异常回溯性筛查业已启动。近期勘探实践与科研布局表明，我国已初步形成氢氦协同勘查的技术路径，并向实现理论突破和资源发现的双重目标稳步迈进。 

氢氦协同勘探正逐步从理论认知走向勘探实践，标志着一种新的勘探范式正在形成。当前，国际层面已涌现多个先锋项目，推动该领域迅速成为能源与战略矿产投资的新热点。大型能源企业和专项技术公司纷纷通过战略投资、联合研发等方式加快布局，共同致力攻克开采与分离技术瓶颈、推进商业化试采进程。我国需在此基础上继续深化成藏机理研究，加速探测技术研发，推动这一新兴领域从科学探索走向规模化开发。