科学网（2026年4月10日）近日，国际地球化学领域权威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》(GCA) 发表了关于海洋岩石圈蛇纹石化产氢机制的最新研究成果。来自日本高能加速器研究机构（KEK）与东北大学的研究团队通过对阿曼蛇绿岩（Oman Ophiolite）深部岩芯的精细解剖，揭示了洋壳下地壳至上地幔剖面上氢气（H2）生成的时空非均一性，为理解深部生物圈能量来源及天然氢气资源评价提供了重要科学依据。

在海洋岩石圈演化过程中，水与富铁矿物（如橄榄石）发生的“蛇纹石化作用”是产生地质成因氢气的核心过程。反应中，亚铁（Fe2+）被氧化为三价铁（Fe3+）并形成磁铁矿，同时还原水分子释放出氢气。虽然这一原理早已明确，但由于地质环境的复杂性，氢气在不同深度、不同岩性及不同蚀变阶段的生成量一直缺乏精确的定量约束。为了破解产氢过程的“时间线”，研究团队利用“阿曼钻探计划”（Oman Drilling Project）获得的 CM 站点连续岩芯，覆盖了从下地壳（辉长岩、异剥钙铁岩）到上地幔（纯橄岩、方辉橄榄岩）的关键剖面。研究人员采用了基于同步辐射的 Fe K-edge X-射线吸收近边结构谱（XANES） 二维成像技术，结合热重分析与磁学测量，对不同深度样品的铁元素分布及价态进行了微区精准测定。研究结果表明，阿曼蛇绿岩的产氢过程具有显著的阶段性特征：早期网格纹理阶段（主要产氢期）： 无论是在地壳还是地幔层位，早期蛇纹石化形成的“网格纹理”（Mesh texture）贡献了大部分氢气。数据显示，下地壳岩石的产氢潜力（最高达 366 mmol/kg）与地幔岩石（最高达 393 mmol/kg）相当。后期磁铁矿脉阶段（二次产氢期）： 在地幔层位的纯橄岩中，后期形成的磁铁矿脉进一步氧化了早期残余的富铁水镁石，额外产生了高达 280 mmol/kg 的氢气。二氧化硅的“刹车”作用： 研究发现，由于下地壳岩石中含有长石，其分解释放的二氧化硅（SiO2）会抑制磁铁矿的形成。因此，尽管下地壳早期产氢活跃，但其后期产氢潜力受岩性制约明显弱于地幔岩石。地质学家指出，该研究不仅深化了对海洋岩石圈氧化还原演化的认识，更重要的是，它证实了海洋下地壳同样是巨大的天然“产氢库”。对于当前备受关注的“白氢”（天然氢气）勘探而言，这一发现提示研究者：除了传统的超基性岩发育区，具有特定热液背景的下地壳剖面同样具有重要的资源潜力。同时，这种多阶段产氢的模式为利用同位素地球化学手段（如 $D/H$ 示踪）精确定位深部产氢层位提供了理论框架。

相关论文信息：

• 标题： Depth variations in multi-stage hydrogen generation associated with serpentinization in the lower crust and mantle sections of the Oman Ophiolite

• 期刊： Geochimica et Cosmochimica Acta, 2026, Vol 418.