蛇纹石化通常被认为是大陆领域自然氢气（H2）的主要来源。然而，澳大利亚和巴西近期的工作表明，太古宙至古元古代的带状铁矿可能是另一种自然的H2气源。尽管产生氢气的反应相似（Fe2+氧化—H2O还原过程），但在带状铁矿中的铁含量可能高于镁铁质火成岩，可能更高效地产生H2。在这里，我们提供了结构证据，表明纳米比亚Waterberg盆地报告的H2排放与下伏的新元古代带状铁矿——Chuos组有关。磁铁矿是一种已知的产生H2的矿物，在Chuos组中普遍存在，并伴有其他疑似产生H2的矿物（黑云母和铁矾）。磁铁矿以厘米到分米的连续变质层理出现在片理和断裂面中，或者在变质石英岩和变质碳酸盐层中弥散分布。由此，我们推断变质作用并不会负面影响生成氢气所需的Fe2+含量。Waterberg盆地的H2渗漏表明，深处可能存在一个活跃的H2生成系统，并且基于实地观察，潜在的圈闭和储层很可能存在。

 Roche, V., Geymond, U., Boka-Mene, M. et al. A new continental hydrogen play in Damara Belt (Namibia). Sci Rep 14, 11655 (2024). 

引言

能源转型，包括氢能经济，需要更好地利用和理解自然的无碳能源载体和资源。通常，氢是一种能源载体，由其他能源资源（甲烷—蓝色；水电—绿色；煤—灰色）制造而成。Mali的Hydroma公司的偶然发现表明，自然产生的氢气（H2）是地下生成和积累的无碳能源资源1,2。这一发现激发了全球私营公司对H2的勘探。然而，从H2生成岩石到储层积累及其经济可行性的H2系统动态仍然描述和理解不足。因此，理解H2系统对于开发这种被认为最有希望实现无碳能源转型的新的主要无碳能源资源至关重要（例如3,4）。

各种地球化学机制（例如氧化还原反应、H2O的辐射分解、有机成熟度、深部H2—例如4,5）被用来解释大陆领域H2的生成。主要挑战是要确定在深处生成H2的主要过程。在纳米比亚，最近在Waterberg盆地报告了自然H2的出现6。在类似别处观察到的气体渗漏（例如7,8）的亚圆形地形凹陷（SCDs）中测量到了气态H2的浓度。靠近这些气体渗漏的新元古代Chuos组带状铁矿的存在表明，在这种情况下，氧化还原过程可能是H2生成的主要驱动力6。这里，磁铁矿通过水循环在带状铁矿内转变为磁赤铁矿/赤铁矿可能导致H2的生成。这一假设得到了之前研究的支持。Geymond等人9展示了在澳大利亚、巴西和南非带状铁矿与SCDs之间的空间相关性。基于钻芯的研究，他们观察到带状铁矿在接近地表的地方受到水的蚀变。因此，他们得出结论，H2可能在带状铁矿风化过程中生成。此外，最近的实验蚀变研究表明，合成的磁铁矿粉在80°C和200°C下在其蚀变过程中会产生H210。矛盾的是，文献中假设新元古代带状铁矿含有非常低量的Fe2+（例如11,12），这引发了关于H2生成与铁氧化之间联系的持续争论10。在这种情况下，可以考虑其他机制，如H2O的辐射分解和/或深部H2生成。

地质背景：达马拉带

位于纳米比亚中部，夹在卡拉哈里和刚果克拉通之间，达马拉带呈NE-SW走向（见图1A），在其变形过程中包含了不同时期构造-变质演化（参考文献13,14）。由主要的构造接触面分隔，已经识别出四个区域（见图1A和B）。从北到南，这些包括北部、中部和南部区域，以及哈科斯区。中部区域的岩石在一段长时间内（568–500百万年前；参考文献15,16,17）被多次花岗岩侵入，而南部区域则主要在508–504百万年前被一个大的岩基侵入（参考文献17,18）。有趣的是，从北部区域到中部区域的碎屑锆石显示出相似的年龄（范围从780到600百万年前），这意味着达马拉带大部分地区的岩石是同时代形成的（参考文献19）。这些新元古代的岩石主要由互层的片岩、碳酸盐岩和砂岩组成（见图1C）。一些地层富含铁，例如Chuos组（图1C中以粗体标出）。Chuos组的沉积学和地层学在参考文献20中有详细描述，最近也有几项研究进一步探讨了这一主题（参考文献21,22）。该地层贯穿整个达马拉造山运动（参考文献20），并显示出不同的相，揭示了沿着南部中部区域架平台的不同的沉积控制因素（参考文献23）。Chuos组主要由厚度达到分米级别的冰碛岩与厘米至分米级别的细层带状铁矿层间互层组成（高达60 wt%的Fe含量；参考文献22）。这一系列的沉积物推测是在近冰至次冰的冰海架环境中沉积的（参考文献21,24），其中间杂的铁矿层被认为部分铁氧化物有微生物起源（参考文献21）。Chuos组的厚度变化很大，从北部Outjo逆冲断层的76米到1660米不等（参考文献25），在北部区域，Chuos组的厚度从几米到200米不等，并且发生了变质（参考文献22）。

形成Waterberg盆地的沉积单元覆盖了所有之前的变质单元，包括变质的Chuos组（图1D）。对Waterberg盆地北侧的结构分析表明，在两个主要的区域性构造线（Otjorongo逆冲断层和Omaruru构造线，图1A和B）之间，首先在二叠纪-三叠纪期间发育了一系列伸展断层（参考文献26）。随后，这些伸展结构在三叠纪和白垩纪期间局部折叠时，被重新激活为逆冲断层，将基底推覆到二叠纪-三叠纪和下侏罗统卡鲁碎屑沉积物之上（参考文献26）。这些沉积物属于Dwyka、Ecca、Beaufort、Stormberg群，主要由砾岩、砂岩、粉砂岩和粘土岩互层组成（图1D）。然后它们被侏罗纪和白垩纪的岩墙和岩床侵入。新生代的地层序列研究较少，但描述了几个钙质壳层（参考文献27）。

图1 Waterberg盆地的地质背景。（A）纳米比亚北部包括达马拉带的简化地质图（根据参考文献13）。灰色表示横截面（B）的位置。（B）修改自参考文献13的横截面。（C）达马拉带的地层和沉积日志以及（D）在Waterberg盆地。请注意，图例（C）和（D）与图A和B中显示的地图和剖面不对应。

图2 H2渗入沃特贝格盆地。（A）显示Waterberg盆地内SCDs空间分布的密度图。热图插件使用内核密度估计，并使用免费和开源 QGIS （QGIS.org， %Y. QGIS 地理信息系统创建。QGIS协会。http://www.qgis.org）。通过遥感技术识别了2200多个SCD，并根据Lévy等人定义的识别标准进行了测绘。5.（B-D）BIOGAS 5000 结果为 H 的 SCD2浓度是叠加的。SCD1 （B） （位置： − 20.651°/17.468°）;SCD2 （C） （位置： − 20.627°/17.466°）;SCD3 （D） （位置： − 21.527°/16.633°）。请注意，H2结构中心的浓度较低，其外围的浓度较高，这与以前的研究一致6,7.