天然氢气又称地质氢、白氢、金氢，因其具有低成本和零碳排放的优势而倍受关注。我国制氢结构中煤制氢占比62%，天然气制氢占比19% ^[1]，消耗了大量宝贵化石能源特别是天然气，且碳排放问题严重。天然氢气的开发利用对于改善我国的供氢结构、降低碳排放具有重要意义。

截至2023年年底，全球有40家公司在寻找天然氢气，而2020年只有10家^[2]。多国政府、新兴勘探企业持续加大对天然氢气勘探的投资，目前非洲马里共和国、澳大利亚、美国、西班牙、法国、阿尔巴尼亚、哥伦比亚等国正在进行寻找天然氢气的勘探作业。加拿大Hydroma公司现已在非洲马里共和国建成全球首个商业化天然氢气发电站，并规划将该区用作燃料电池的加注站，为当地供电^[3]。美国于2023年在内布拉斯加州完钻全球第一口氢气专探井并成功钻遇氢气流。澳大利亚已于2023年在Yorke半岛部署了2口氢气专探井（Ramsay 1，Ram‐ say 2），目前已经完成钻探，Ramsay 2井天然氢气体积分数最高可达86.26%，Ramsay 1在240 m处钻遇的天然氢气体积分数为73.3%，并在892 m处发现有氦气存在，体积分数为3.6%，极大地增加了该项目的商业价值^[4]。

天然氢气在中国正逐步受到重视，越来越多的学者和团体开始关注天然氢气。2001—2024年中国陆续报道了十余处天然氢气显示（表 1）^[5]，近期金之钧院士团队在三水盆地地表发现高通量氢气，最高值大于6 000×10^-6[6]；孙龙德院士团队报道，在松辽盆地油气探区不同含油气层均有氢气显示，氢气体积分数为1.00%~85.54%，平均为9.88% ^[7]。地方政府、中国地质调查局、能源企业纷纷启动天然氢气的资源调查工作，近期中国地质调查局与云南省人民政府就推动楚雄盆地天然氢气综合调查评价达成合作意向，中国石油等能源企业也都正在开展天然氢气检测和普查工作。

表 1(Table 1)

表 1 中国天然氢气显示统计（据文献[5]修改） Table 1 Statistics on natural hydrogen displays in China 盆地/地区 气田/地点 φ（H2）/% 资料来源 柴达木盆地 涩北 99.00 文献[9] 松辽盆地 松科2井 26.89 文献[10] 鄂尔多斯盆地 苏里格气田 2.10 文献[11] 川东 渡口河 4.31 文献[12] 罗家寨 2.59~3.45 黔中隆起 14.47~15.24 文献[13] 渤海湾 即墨 13.00 文献[14] 东营凹陷 1.02~22.80 文献[15] 长白山 天池 1.24 文献[16] 腾冲 热海 1.07~5.15 文献[17] 楚雄盆地 盐丰凹陷 18.33~43.79 文献[18] 黔北 正页1井 24.70~36.98 文献[19]

下载CSV 表 1 中国天然氢气显示统计（据文献[5]修改） Table 1 Statistics on natural hydrogen displays in China

目前对全球天然氢气资源的估量十分巨大，仅前寒武纪大陆岩石圈每年形成5.54×10¹⁴ g氢气^[8]。尽管氢气在地下分布可能过于分散，但在特定地区、特定地理条件下仍然可以形成聚集而具有商业化开采的潜力，但寻找天然氢气的规模聚集区有赖于对其形成机理和富集规律不断认识。因此，本文拟对全球天然氢气规模生成的成因类型、保存条件、关键成藏要素等3个关键问题进行初步总结，以期为我国的天然氢气勘探工作提供借鉴。

天然氢气在自然界的存在非常普遍，已有数据统计表明，火山岩/超基性岩体、洋中脊、地下水、常规油气藏等不同地质环境均存在天然氢气显示（图 1）。已有的研究认为，自然界中天然氢气的成因复杂多样，主要包括水岩反应、地幔脱氢、水的辐解、岩石破碎、有机质热解以及微生物作用等6种无机或有机途径^[20-21]。氢气物理化学性质活跃，易发生耗散，因此，明确天然氢气能够规模成藏而具有资源效益的成因，是天然氢气勘探评价所要解决的首个关键问题。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 不同地质环境中不同深度天然氢气浓度分布[22] Fig. 1 Distribution of natural hydrogen concentration at different depths in different geological environments

国内外典型天然氢气显示的成因分析结果表明，水岩反应生氢和地幔脱氢是最主要和普遍的2种成因类型。氢气具有较高的丰度和活泼的物理化学性质，在自然界中的多个无机、有机过程中均有氢气的参与或生成，使得一些地区的氢气为多种成因混合的结果^{[10, 23-24]}。如位于中国东部松辽盆地的SK2井，多个层位见天然氢气显示，体积分数最高达26%。同位素分析结果表明，该井深部天然氢气以水岩反应、地幔脱氢、水的辐解等无机成因为主，浅层氢气则主要为生物作用的产物^{[10, 23]}。通过统计分析全球已知高浓度氢气的成因类型（图 2），发现除因研究程度不足而尚未明确其成因的显示点外，80% 以上的天然氢气成因与水岩反应和深部地幔脱氢有关。为什么这2种成因能成为最主要和普遍的成因类型，笔者认为有2个原因：一是这2种成因类型在自然界中是普遍发生的，在各种地质环境中广泛存在；二是其生氢速率高、生氢量大。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 全球已知高浓度天然氢气的成因类型[22] Fig. 2 Origins of known high concentration hydrogen worldwide

水岩反应生氢过程是指自然界中富含二价铁的矿物岩石在一定的温度和压力条件下，与水发生氧化还原反应并释放出氢气的过程。其中，蛇纹石化过程是自然界中最常见的水岩反应生氢过程；基性—超基性岩体中的富铁矿物（橄榄石、辉石等）在一定的温压条件下，生成蛇纹石、磁铁矿和氢气等产物。基性—超基性岩在地壳中广泛分布，如位于板块边界的蛇绿岩带^[25]、与地幔柱活动相关的规模火成岩分布区^[26]以及基性—超基性火山岩^[27]等。目前全球已发现的天然氢气显示多与蛇纹石化过程相关，并且氢气体积分数通常大于30% ^[21]，反映该成因类型的氢气具有巨大成藏潜力。如最早被用于奥运圣火的土耳其安塔利亚天然氢气，地表通量可达2 kg/d ^[28]；菲律宾Zambales蛇绿岩带的天然氢气体积分数为41.4%~44.5%，已持续燃烧超2个世纪^[29]；全球发现蛇纹石化成因天然氢气最多的国家——阿曼，多数样品的体积分数超过60%，最高可达99% ^[30]。此外，由于蛇纹石化过程与地球深部物质循环及早期生命演化过程具有重要的联系，以往已针对蛇纹石化生氢过程的影响因素进行了相关研究^[31-35]。研究结果表明，天然氢气的生成量与富铁岩石（橄榄石）的蛇纹石化程度呈正相关^[36]，而生氢速率主要受温压条件及催化剂的控制^[37-41]。在200~310 ℃的温度条件下，橄榄石的蛇纹石化速率最高，在数十天的时间内就能生成大量的氢气^[40]。此外，当反应系统中存在镍、铬、铝等金属催化剂时，生氢速率会显著提高。如在90 ℃时，加入1% 的镍就能使氢的生成速率显著提高2个数量级^[37]。基于McCollom等^[42]的实验结果，1 km³的橄榄石蛇纹石化作用产生的氢气量约为5.2×10⁹ m³/yr，而同样体积的典型烃源岩的甲烷生成量仅为1.4×10⁵ m³/yr ^[43]。因此，在合适的地质条件下，富铁岩石与水在较短的时间尺度内就能生成大量的天然氢气，资源潜力巨大。

除富铁的基性—超基性岩石蛇纹石化生氢作用外，近期的研究还表明，前寒武纪的条带状铁建造（BIFs）也可能是天然氢气的重要来源^[44]。BIFs是形成于前寒武纪的海相化学沉积岩，被认为与前寒武纪的氧化事件和雪球地球事件相关^[45]。富铁层和硅质岩交替成层，贡献了全球60% 以上的铁矿资源^[46]。相比于基性—超基性岩，BIFs具有更高的铁含量（质量分数为20%~40%），理论上生氢潜力更大。近期在澳大利亚、巴西和纳米比亚等地研究表明，地表的高浓度氢气渗漏点与BIFs具有高度耦合关系^[44]。通过对西澳地区的蚀变和新鲜的BIFs样品进行岩石学研究，Geymond等^[47]认为，随着地表浅层水的循环淋滤作用，BIFs在风化过程中能够产生氢气。而且这种反应是在地表温度或接近地表温度时发生的，相比于蛇纹石化过程中需要高温才能产生氢气，该过程在地质历史中更易实现，更易形成规模氢气藏。已实现商业开采的马里Bourakebougou天然氢气藏，在其元古代砂岩地层中发育多层富铁夹层，可能是该氢气藏重要的氢源^[48]。

正是因为富铁岩石水岩反应的普遍性，国外在多个铁矿区内或周边发现了天然氢气藏，铁矿周边因为富铁岩石富集，为天然氢气生成奠定了良好的物质基础。如位于阿尔巴尼亚的布里齐兹铬铁矿，曾因氢气渗漏而发生3次矿井爆炸，近期的研究结果表明，该矿区内天然氢气体积分数高达84%，每年的氢气渗漏量为200 t，预示其底部存在着巨大的天然氢气藏^[49]。

除地壳中富铁岩石的水岩反应生氢作用外，地幔脱气作用也可能形成规模氢气藏。氢作为太阳系丰度最高的元素，其在地球的形成演化过程中会不断积累而存在于地球深部^[50-51]，并在后期随着地球各圈层的物质循环而将氢气释放到浅层地壳。根据实验模拟和理论计算的结果，认为地球深部是一个巨大的储氢库，其氢含量是海洋中氢含量的100倍^[52-53]，因此地幔脱氢作用形成规模氢气藏的潜力巨大。地幔脱氢的主要方式包括火山喷发、地震及深大断裂活动等。目前已在火山口以及与火山活动相关的温泉和热液流体中均发现高浓度的氢气^{[21, 54-55]}，其在火山气体中的含量仅次于CO₂和H₂O。据估算，每年因火山热液活动排放的天然氢气高达960×10⁴ t，资源规模较大^[56]。此外，地震及断裂活动也会造成大量深部氢气的释放，地表氢气监测表明，在地震发生前后，土壤中的氢气含量会急剧增加，这种变化程度最高可达6个数量级^[21]。对活动断裂带附近的氢气进行地球化学特征分析，结果表明该构造区域的氢气具有深部来源^[57]，活动断裂带是地幔脱气的重要通道。

相较于传统油气资源的聚集模式，天然氢气的成藏则显著受到氢源空间分布的控制^[58]。正如前文阐述，天然氢气的生成途径主要涵盖两大类别：一是富铁岩石的水岩反应，二是地幔脱气作用。基于此，天然氢气的赋存环境集中体现于三大地质背景之中：板块俯冲带、前寒武纪富铁地层发育区以及裂谷构造系统。这些特定的地质环境，为天然氢气的产生与迁移提供了理想的物理化学条件。

在地球动力学框架下，板块俯冲带扮演着举足轻重的角色，其不仅是地球内部不同圈层之间物质交换的活跃通道^[59]，同时亦是地震、火山活动以及蛇绿岩带形成的关键场所^[60-61]。这一特性恰如其分地解释了全球范围内，与水岩相互作用（尤以蛇纹石化过程为代表）及地幔脱气作用关联紧密的天然氢气富集现象，为何偏好分布于板块俯冲带区域。特提斯构造域与天然氢气分布的相关性为这一结论提供了良好的研究案例。特提斯构造域作为一个跨越多个地质时期的全球性复杂构造系统，其范围自西向东从阿尔卑斯山脉经伊朗-土耳其高原，延伸至喜马拉雅山脉，涉及多个板块的相互作用和演化^[62-63]。在此构造域内，已有多处高浓度天然氢气的显示（图 3），例如，位于特提斯构造域西端的比利牛斯山^[64]，在蛇绿岩带发育区地表的天然氢气渗漏浓度最高可达1 000×10^-6[65]，而在特提斯构造域中部的阿曼、土耳其和阿尔及利亚等地，均在俯冲带发育区内发现高浓度的天然氢气^{[24, 49, 66]}。与此相呼应，在我国西南地区的特提斯构造域中，中新生代的多条构造缝合带^[62]，如班公—怒江—腾冲缝合带、雅鲁藏布江—印缅缝合带等，广泛发育有基性—超基性岩。尤为重要的是，在腾冲地区已见到良好的天然氢气显示^[17]，指示出该构造域在天然氢气成藏环境上的独特优势。以比利牛斯山为例，在该缝合带南北两侧的法国和西班牙均已发现天然氢气显示^{[65, 67-69]}，随着伊比利亚板块和欧亚板块的俯冲碰撞，地幔物质上涌，在浅层形成富铁镁的橄榄岩并发生蛇纹石化，生成的氢气沿断裂带运移到沉积盆地（图 4）。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 特提斯构造高浓度天然氢气显示点分布[62] Fig. 3 Distribution of high concentration natural hydrogen display sites in the Tethys structure

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 比利牛斯山天然氢气成藏模式（据文献[67]修改） Fig. 4 Natural hydrogen accumulation model in the Pyrenean

前寒武纪条带状铁建造（BIFs）是地球早期特有的化学沉积建造类型，记录了早期地球演化的重要信息且蕴含丰富的铁矿石资源^[70]，这些铁建造广泛分布在世界各地，尤其是在美洲、非洲、澳州和亚洲等地^[64]。据统计，这类铁矿的储量约占世界铁矿总储量的60% ^[46]，其中，能够发生生氢反应的Fe²⁺主要以磁铁矿（Fe₃O₄）和菱铁矿（FeCO₃）的形式存在。在此之前，对于BIFs生氢潜力的质疑主要基于人们预计其中的铁以Fe³⁺为主，但近期的一些研究则证实了BIFs中有大量的Fe²⁺存在^{[44, 47]}，而且发生变质作用的BIFs地层相较之下Fe²⁺含量更高^{[44, 71]}。磁铁矿的水岩反应实验研究也表明，与蛇纹石化等其他过程相比，涉及磁铁矿的氧化还原反应似乎能更好地促进氢气的生成^[72]。在马里Taoudeni盆地Bourakebougou地区的前寒武纪地层中，发育有条带状含铁建造^[48]，是该天然氢气藏的重要氢源之一。铁建造中的Fe²⁺与水发生氧化还原反应，生成的氢气沿断裂带等通道运移至上覆储层中富集成藏（图 5）。因此，BIFs富集区是寻找天然氢气藏的有利目标区。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 马里Taoudeni盆地Bourakebougou地区天然氢气成藏模式 Fig. 5 Natural hydrogen accumulation model in Bourakebougou area of Taoudeni Basin, Mali

裂谷的发育与板块构造运动密切相关，其形成过程涉及地幔物质上涌和地壳的拉伸断裂^[73]，因此，常常伴随着深大断裂持续活动，同时基性—超基性岩浆活动强烈，为天然氢气的生成和运移提供了有利条件。具有这一地质背景的天然氢气通常具有富铁岩石水岩反应和地幔脱气等多种成因来源，是寻找规模天然氢气藏的有利区。以美国中陆裂谷带的天然氢气发现为例，沿裂谷带发现多处天然氢气显示，特别是位于裂谷带西侧的堪萨斯盆地，十余口探井中均见到高浓度的天然氢气。这些探井均位于裂谷带Humboldt断层以西的Nemaha背斜（图 6），对该井区的氢气含量的长期监测结果表明氢气在不断的生成过程中^[27]。通过对该地区的成因开展研究，认为该地区的氢气不仅有地幔脱气来源^[27]，同时，密西西比系与宾夕法尼亚系中的含Fe²⁺矿物与水反应形成的氢气也通过地下水的运移为气藏的富集提供了物质来源^[74]。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 北美堪萨斯盆地富氢气藏的构造地质（a）及剖面（b）[75] Fig. 6 Structural geology(a)and profile(b)of hydrogen-rich reservoirs in the Kansas Basin, North America

与油气系统类似，天然氢气的成藏同样需要一定的储盖条件。氢气相较于烃类气体具有更活跃的物理化学性质，更易发生逸散。因此，盖层的封盖性是天然氢气成藏的关键制约条件，氢气对盖层的物性、力学强度要求更为严格。目前发现的天然氢气藏数量较少，对其盖层的研究也寥寥无几。从已有的案例分析，天然氢气藏的盖层与油气既有相似性，又有不同点。美国中部堪萨斯州及澳大利亚南部袋鼠岛的天然氢气藏盖层主要为古生代泥页岩地层^[76-77]，比利牛斯山北侧天然氢气藏的盖层为盐岩，马里的天然氢气藏盖层主要为后期呈岩席状侵入的辉绿岩体^[78-79]，且辉绿岩体的厚度与氢气的浓度具有良好的正相关性，表明盖层的厚度是影响氢气封盖性的一个重要参数。位于阿尔巴尼亚布尔奇兹铬铁矿中的氢气藏，其储盖组合较为特殊。Truche等^[49]认为，该天然氢气藏主要富集于铬铁矿底部的超基性岩体中。超基性岩体内部的裂缝带为天然氢气的富集提供了良好的条件，同时，上部裂缝不发育的致密岩体能对天然氢气起到良好的封盖作用（图 7），而该氢气藏的发现也得益于在上覆的铬铁矿开采过程中，凿穿了致密盖层，使得氢气发生泄露。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 阿尔巴尼亚布尔奇兹铬铁矿天然氢气藏构造剖面（据文献[49]修改） Fig. 7 Structural profile of natural hydrogen gas reservoir in Brziz chromite deposit, Albania

地下储氢领域已有不少学者针对地下储氢库的封盖性进行了一定程度的数值模拟和实验研究^[80]。研究结果表明，在3种地下储氢类型中（盐穴、枯竭油气藏和含水层），盐穴的储氢泄露风险最小，盐岩的致密性能够较好地形成对氢气的封盖作用，但同时，当地层温压条件变化而引起盐岩的蠕变时，会在矿物表面形成裂缝，使其对氢气的封堵性变差^[81]。相较之下，枯竭油气藏和含水层储氢库中，注入的氢气（特别是纯氢注入时），对于页岩、粉砂岩等类型的盖层破坏性更大。在对储氢库盖层有效性评价的研究中，氢气表现出比其他气体更快的泄露速率，而影响盖层封盖能力的因素主要为孔隙尺寸和曲折度，较小的孔隙尺寸（小于5 nm）和较高的曲折度（大于3）能有效增强盖层的密封能力^[82]。除孔隙的几何形状之外，氢的扩散率对地下环境条件也具有很强的依赖性。更高的储层温度会导致更快的泄漏速率，而更高的压力会降低氢分子的平均自由程，阻碍扩散并促进氢在储层中的保留。同时，在评价盖层有效性时，由于氢气的活跃性，需要考虑氢流体的性质、氢与地层流体（油气水）的PVT特性、地化反应、微生物反应及氢对盖层岩石物性及力学性质的影响等多个因素^[83]。如在地下温压条件下，氢气能够通过与地层流体、岩石相互作用，使盖层的机械性能发生明显的变化，从而影响其脆性-韧性行为，更易形成新的裂缝而产生氢气的逃逸^[80]。

因此，天然氢气藏的盖层条件评价是一个复杂的过程，需要考虑多个因素的影响。不仅要考虑盖层本身的封盖能力，还要考虑由于氢活跃的物理化学性质导致盖层机械性能发生的变化。

氢是一种非常活泼的元素，除稀有气体元素外，氢能与几乎所有的元素生成化合物，是水分子、多种矿物、生物、有机物和碳氢化合物中的主要元素，这意味着地球岩石圈中存在多种耗氢作用，比如氢与矿物岩石的反应、微生物耗氢作用、加氢生烃等。明确这些地下消耗天然氢气的行为机制，对研究天然氢气的聚集保存具有重要意义。

对地下氢消耗量大的耗氢作用主要包括：地下微生物利用氢气进行代谢活动、中深层的加氢生烃作用。在地下厌氧环境中，一部分微生物在降解有机物的过程中大量地形成氢气，另一部分微生物利用这些氢气进行生命活动，后者称为耗氢微生物^[84]，如氢营养型产甲烷菌^[85]。在厌氧发酵的过程中，氢营养型产甲烷菌以CO₂和H₂作为基质，通过生化活动消耗二者而产出CH₄（4H₂+CO₂=CH₄+2H₂O）^[86]。这类微生物活动在地层中普遍发生，据统计，排放到大气中的甲烷约有70% 源于厌氧条件下微生物的产甲烷作用^[87]。当氢源充足、甲烷生成量大，同时保存条件良好时，便会成为一种天然气资源——生物气藏。事实上，生物气分布广泛，储量约占天然气总探明储量的15%~20% ^[88]。中国柴达木盆地东部的涩北气田便属于该类气藏，研究发现，在涩北生物气产层发育良好的细菌剖面^[88]，以涩北岩心作为实验对象，注入CO₂和H₂后，发现产甲烷速率加快，产率增加^[89]。帅燕华等^[90-91]在该区检测到高浓度氢气。由此可见，涩北地层中可以产生大量氢气，但产甲烷菌以氢气为原料转化生成了大量的CH 4，形成了规模的生物气藏。

在石油生成过程中，氢是重要的中间产物及主产物。有机物向石油转化的许多中间产物是缺氢的，大分子化合物分解为小分子化合物、烯烃成为饱和烃等均需要补充氢^[84]。通常，氢在这些有机化合物中进行转移，总体处于一种稳定的动态平衡。然而当有外源氢加入时，从后生作用至变生作用阶段，烃类的演化因为加氢会更快速地由重烃向轻烃甲烷转化，同时伴随轻质油和甲烷产率的增加^[92]。甚至，在有机质已经半石墨化阶段，会由于外源氢的加入，发生费托合成生成CH₄。学者基于对塔里木和四川盆地深层天然气藏的研究，提出了有机-无机复合生烃机理，证实深源无机氢参与生烃^[93]。

综上所述，地下耗氢作用使得沉积环境中的氢难以积聚和检测到，但越来越多的勘探实践发现了天然氢气的规模聚集和保存。这些勘探实例提示天然氢气勘探总体应遵循输入大于消耗的原则，寻找蛇绿岩发育带、前寒武纪条带状铁建造带及裂谷发育区等天然氢气生成有利区，同时应该避开地下微生物耗氢和油气藏加氢生烃等氢被大量消耗的区域。故而，推测超深层、油气主要汇聚区周缘和深大断裂附近浅层是天然氢气成藏的潜在有利区（图 8）。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 天然氢气勘探潜在有利区示意图 Fig. 8 Schematic diagram of potential favorable areas for natural hydrogen exploration

氢气的活跃性和易扩散性使其成藏条件似乎比油气更苛刻，但天然氢气的生成时间尺度较短，在一定地质条件下天然氢气可持续生成，这些因素使得天然氢气成藏体现出动态成藏的特征，这类似于柴达木盆地第四系泥岩型生物气的成藏特征，当甲烷的生成与散失始终处于一种动态平衡时，同样能够富集成藏^[94]。因此即使天然氢气藏存在一定的渗漏或消耗，但源源不断的氢气补充能够使其呈现出动态成藏的特征。例如美国堪萨斯州Scott井区的天然氢气浓度长期监测结果表明，即使天然氢气在开采过程中浓度有所下降，但在数十年的时间尺度下，氢气的浓度又会得到一定的恢复^[27]。同样，对马里天然氢气藏开采过程中的浓度检测也得到了一致的结论，Maiga等^[79]通过对比1987年至今的生成数据，发现在运行了11年之后，该氢气藏的井口压力不仅没有下降，反而升高了0.5 bar（从4.5到5.0 bar），这充分说明了天然氢气的聚集是一个动态的过程。后续应当加强地下水循环、地表含氢检测与含铁建造的综合研究分析，进一步明确天然氢的动态成藏过程和机理。

氢气成因的特殊性也使其成藏的要素上与油气有差异，比如重要成因类型富铁岩石的水岩反应必须要有地下水的参与，目前国外发现的典型氢气藏很多都分布在地下水循环比较好的地区Lefeuvre（2022）开展法国比利牛斯山前天然氢工作，认为水的深循有助于天然氢气生成和运移（图 9），Temple‐ ton（2024）阿曼Samail蛇绿岩研究表明，水的循环深度和化学性质对产氢量具有重要影响。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 法国比利牛斯山前天然氢成藏示意图（据文献[69]修改） Fig. 9 Schematic diagram of natural hydrogen accumulation in Pyrenean piedmont, France

（1）水岩反应生氢和地幔脱气生氢在自然界中普遍发生，在各种地质环境中广泛存在，且其生氢速率高、生氢量大，因此是天然氢气规模聚集最重要的2种成因类型。

（2）天然氢气的规模聚集显著受到氢源空间分布的控制，天然氢气的赋存环境集中体现于三大地质背景之中：板块俯冲带、前寒武纪富铁地层发育区，以及裂谷构造系统。

（3）天然氢气藏盖层评价是一个复杂的过程，需要考虑多个因素的影响。不仅要考虑盖层本身的封盖能力，还要考虑由于氢活跃的物理化学性质导致盖层机械性能发生的变化。

（4）自然界中存在多种消耗氢气的物理化学作用，消耗量大的耗氢作用主要包括：地下微生物利用H₂进行代谢活动、中深层的加氢生烃作用。这些大量消耗氢的反应区不易形成氢气规模聚集，因此在寻找天然氢气生成有利区时，应该避开地下微生物耗氢和油气藏加氢生烃等氢被大量消耗的区域。推测超深层、油气主要汇聚区周缘和深大断裂附近浅层是天然氢气成藏的潜在有利区。

（5）天然氢气的生成时间尺度短和易扩散性等因素，使得天然氢气成藏表现出动态成藏的特征，只要氢生成与散失始终处于一种动态平衡，就能够富集成藏。地下水是水岩反应生氢的必要条件，国外发现的很多天然氢气藏都分布在地下水循环较好的地区。

致谢: 本文在写作过程中得到了张水昌院士、刘化清教授和王晓梅教授的指导与支持，在此一并表示感谢！