柴达木盆地石炭系是海相油气勘探的新领域,盆地北缘东部地区柴页2井、青德参1井和青德地1井相继在石炭系发现富氦天然气。本文基于相关钻井天然气组分特征和稀有气体同位素测试数据,对柴达木盆地北缘东段石炭系中氦气的富集规律进行研究。结果表明:14个样品的气体组分显示He的体积分数为0.05%~1.03%(平均0.48%),高于氦气工业利用标准。根据δ¹³C₁、δ¹³C_CO2、CO₂含量及N₂含量综合分析认为该天然气为有机成因。5个样品的³He/⁴He同位素值介于0.36×10^-7~0.43×10^-7,R/Ra值为0.026~0.031,属于典型的壳源氦。通过区域地质资料和深部地球物理资料分析认为,柴达木盆地北缘东段氦源岩为盆地的古元古界花岗片麻岩和下古生界火山变质岩系基底,以及上覆的富U、Th的石炭系泥页岩。富氦流体通过沟通基底的大型逆冲断层运移至沉积地层,氦气大量脱溶进入天然气藏;石炭系泥页岩生成的氦气通过次生断裂和裂缝进行侧向和垂向运移聚集,使氦气进一步富集。柴达木盆地北缘东段广泛发育的碎屑岩和碳酸盐岩两类储层为氦气提供了存储空间,区域上多套泥岩和致密碳酸盐岩盖层为富氦天然气提供了良好的保存条件,形成了柴达木盆地北缘东段石炭系富氦天然气储、盖组合,具有良好的时空配置关系。本次研究提出的氦气成藏模式可为该区氦气勘探提供重要的指导意义。