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斯坦福大学Geoffrey S. Ellis 教授《地质氢源岩：不只是蛇纹岩》

已有 304 次阅读 2026-9-14 06:53 |个人分类:地球科学|系统分类:博客资讯

在第17届国际气体地球化学会议（ICGG-17）上，美国地质学家斯坦福大学Geoffrey S. Ellis 教授作了题为《地质氢源岩：不只是蛇纹岩》的报告。一个看似简单的问题引起了与会者的关注：地球上的天然氢究竟来自哪里？

氢气是宇宙中最丰富的气体，却很难在地球表面大量保存。它分子小、扩散快，又容易被微生物利用或与其他物质发生反应。因此，人们过去普遍认为，地下即使产生氢气，也很难形成具有开发价值的气藏。但近年来，越来越多天然氢苗、富氢气井和地下氢气聚集被发现，改变了这一传统认识。地球天然氢的形成机制多达30余种。最受关注的是水与富铁岩石发生反应。当橄榄岩中的二价铁被氧化为三价铁时，水中的氢被还原并释放为氢气，这一过程常与“蛇纹石化”联系在一起，多见于洋壳、地幔岩出露区及深大断裂带。

然而，蛇纹岩并非唯一的“氢源岩”。Ellis指出，沉积岩中的还原态铁同样可能大量产氢。例如，广泛分布于全球的条带状铁建造含有磁铁矿、菱铁矿等富铁矿物。在低于约200℃的条件下，地下水与这些矿物反应，也可能持续生成氢气。其他含亚铁矿物的火成岩、变质岩和沉积岩，同样具有潜在产氢能力。天然氢还有多种来源。地壳中的铀、钍、钾等放射性元素衰变释放辐射，可使水分子分解，产生氢气和氧化性物质，这被称为水的天然辐解。断层活动、岩石破裂和矿物摩擦形成的新鲜表面，也能与水反应产氢。火山—热液系统中，一氧化碳与水反应可形成二氧化碳和氢气；黄铁矿形成、有机质热演化以及烃类裂解，也可能释放氢气。微生物发酵和固氮过程则构成生物成因氢的重要来源。此外，钢铁腐蚀等人类活动也会产生氢气。地下产氢只是第一步。氢气能否沿断裂和孔隙运移，能否进入具有良好孔隙度的储层，并被致密盖层有效封存，决定了它能否形成气藏。尽管氢气扩散能力很强，但地下氦气能够保存数亿年的事实表明，在适宜的储盖组合中，氢气也可能长期聚集。如果地下产氢速率足够快，甚至可能形成持续补给的“动态氢库”。天然氢燃烧后主要生成水，开发过程中碳排放较低，被称为“白氢”或“金氢”。不过，天然氢是否真正清洁且具有经济价值，还取决于资源规模、伴生气体、开采能耗以及对地下水和微生物生态的影响。从“地下不可能存氢”到全球寻找天然氢藏，人类对地球深部能源系统的认识正在发生一次重要转变。