海底氢气成藏模式与全球分布

Ocean-floor hydrogen accumulation model and global distribution

摘要

氢能是一种清洁、高效、零碳的顶极能源。天然氢的形成和运聚与板块构造活动密切相关。地球作为整个太阳系已知唯一发育有板块构造和表面存在液态水的岩质星球，具备地球脱气、蛇纹岩水岩反应、水辐射分解等独特的地质生氢路径。占据现今地球表面面积2/3的海底，发育洋壳甚至有地幔物质的直接剥露，具备蛇纹石化形成天然氢的巨大潜力。海底天然氢有沿微板块边界的大量氢气产出机制和海底裂缝导致的海底渗透型的另类机制，现今海底微板块边界、洋底高原、海底裂隙系统、沿超慢速-慢速洋中脊和非火山型被动陆缘出露的微幔块都是寻找天然氢的有利目标，南海东北陆缘的“陆壳裂洞”也十分值得关注。由于不同构造环境的天然氢的形成和储存条件存在较大差异，天然氢在生成、运移和存储等方面存在多样性和差异性，因此难以建立一套统一的氢气成藏模式，也无法精准确定潜在资源量。已有的氢气显示和预测的有利生氢场所，能否成藏、成藏机制如何以及如何开发利用，也依然是未来需要探索的问题。

关键词

海底氢气藏 / 成藏模式 / 蛇纹石化 / 微板块 / 热液系统 / 海底裂隙

Key words

ocean-floor hydrogen / accumulation model / serpentinization / microplate / hydrothermal system / ocean-floor fissures

0 引言

氢是宇宙中分布最广泛的元素，构成了宇宙质量的75%。氢能是氢和氧进行化学反应释放出的化学能，是一种清洁、高效、零碳的顶极能源。氢能可能会成为气候的解药。根据国际能源署（IEA）的统计数据，2022年的全球氢气产量达到9500万t/a，但主要集中在工业和炼油领域的化石能源、风能、电解水制氢，其中的低碳氢仅占0.7%，无法满足能源系统清洁转型的需求^[1]。

天然氢，即地质作用产生的可再生氢气，又被称为“地质氢”、“金氢”或“白氢”，被认为是除灰氢、蓝氢和绿氢之外的第四类氢能。氢既可以作为还原剂在费托合成或F-T合成（Fischer–Tropsch process，CO₂+H₂→C_nH_m+H₂O+Q）中参与生烃，又可以作为氢源在有机质热演化过程中提高烃类物质产率，因此氢气的存在可能延伸深层天然气勘探开发的深度下限^[2]，一定程度上拓展了油气成因理论，具有重要的天然气能源意义。由于氢气无色无味又极易挥发，所以传统上认为地球上不应储存任何氢气。直到1970年，沿大西洋洋中脊“黑烟囱”意外发现了富含氢气的热液，天然氢才引起地质学家的注意。后来，随着2012年西非马里共和国布拉克布古（Bourakebougou）氢气井的发现以及后期大规模氢气田的成功开发^[3]，美、加、澳等国纷纷快速加强对天然氢的勘探和开发利用。截至2020年，全球在除南极洲以外的每个大陆都发现了大量天然氢气储层的迹象，高浓度（体积分数超过10%）天然氢的发现案例已超过300例。2023年9月，美国地质调查局在雪佛龙和英国石油公司的支持下，启动了一个研究联盟，其研究表明，地球上可能储存有1万亿吨氢气；美国能源高级研究署立即启动了一项价值2000万美元的天然氢研发计划。天然氢气系统，也已被Science列为2023年科学十大热点之一。寻找具备勘探价值的天然氢能源以及研发相关的氢能源开发、储存、运输、应用技术，将成为21世纪备受关注的焦点。

但由于氢气本身复杂多样的来源及其活泼的化学性质，目前对于天然氢的形成机理尚未有定论，主要可以归纳为地球脱气、蛇纹石化、水辐射分解3种机制。其中，已发现的高浓度氢案例，主要来源于俯冲带、陆内裂谷、碰撞造山带等传统“大板块”边界的超镁铁质岩石的蛇纹石化作用。这是因为：超镁铁质岩石是岩石圈地幔的主要组分，刚性的岩石圈在受到机械应力时容易发生破裂；当水沿着这些裂缝渗透到岩石圈地幔时，就会发生蛇纹石化反应（2Fe²⁺+2H₂O→2Fe³⁺+H₂+2OH⁻），在这个反应中，氢气实为副产品。因此，蛇纹石化过程在岩石圈地幔物质出露的板块边界很常见。蛇纹石化产生的氢气，可能是天然氢最主要的来源。除了上述构造环境，蛇纹石化还广泛分布于发育洋壳（主体由超镁铁质岩石构成，平均厚度约6 km）的海底，占据现今地球表面面积2/3的海底，应当具有巨大的天然氢生氢潜力。开展海底氢气成藏模式、分布及潜力预测的深入研究，构建天然氢气系统的理论依据和框架，对于加快发展海洋新质生产力、推动能源结构调整与转型、应对气候变化具有重大科学和战略意义。

1 海底天然氢成藏模式

蛇纹石化是指中、低温热液对含镁岩石交代而产生蛇纹石的一种水岩蚀变作用、也是一种氧化还原反应，通常发生在地壳厚度小于约5～6 km、温度低于400 ℃的区域。磁铁矿的形成以及铁元素的行为在蛇纹石化过程中尤为重要^[4]。蛇纹石化作用分布于地球上多种构造背景或构造系统，如洋底有关的俯冲带/俯冲消减系统、洋盆/深海盆地系统、洋陆转换带/伸展裂解系统和超慢速−慢速洋中脊/洋脊增生系统。不同地球动力学环境（如温度、压力、pH值、氧化还原程度等）和原岩成分（如洋幔或陆幔的橄榄岩、地幔楔的橄榄岩等）不同，发生的蛇纹石化反应及其生氢过程和成藏模式均存在差异。

1.1 伸展裂解系统：非火山型被动陆缘的洋陆转换带

非火山型被动陆缘最明显的特征是岩石圈伸展作用占主导，脆性断裂或断块作用、下地壳−地幔塑性伸展变形往往出现于100～300 km的宽广地带，而岩浆活动一般只局限在岩石圈深部、地壳上部仅有少量火山活动。根据地壳结构及构造特征，非火山型被动陆缘的洋陆转换带（ocean-continent transition zone, OCT）可以分为蛇纹石化地幔橄榄岩直接剥露、异常减薄洋壳组成和强烈减薄陆壳为主3个亚类^[5]。地震波速度、自由空间重力异常、ODP钻孔、表面热流等资料揭示，3个亚类都有橄榄岩蛇纹石化现象，这是因为：在正常陆壳从被拉伸变薄到大陆岩石圈完全破裂的整个过程中，都可能伴随着海底与海水之间的水−岩相互作用和蛇纹石化，随着断层位移的增加和大型拆离断层的形成，深部的大陆岩石圈地幔抬升暴露地表，形成结构类似海洋核杂岩（oceanic core complex, OCC）的微幔块^[6]。蛇纹石化产生的氢气被裂后期陆源沉积物封盖（图1-①），从而具备成藏潜力。非火山被动陆缘的氢气成藏模式可参考其油气成藏模式。

1.2 洋脊增生系统：海洋核杂岩

蛇纹石化作用在超慢速−慢速扩张洋中脊和弧后扩张中心尤为常见。在这些脊段，岩浆间歇性供应、构造伸展作用强烈^[7]，地壳厚度薄，正断层尤其是拆离断层的活动将下地壳辉长岩以及上地幔橄榄岩拆离到海底，形成穹窿状出露的微幔块^[6]，即海洋核杂岩的核心。海洋核杂岩的早期发育过程中，因为岩浆作用存在强烈的时空差异等因素，往往表现出多期拆离的特征^[8]，现今主拆离断层下盘出现多条拆离“失败”的正断层，海水沿着这些正断层下渗至大洋岩石圈地幔橄榄岩中，从而发生蛇纹石化。在该过程中，海水对地幔橄榄岩的水化作用，导致原生矿物（橄榄石和辉石）中的Fe²⁺被氧化成Fe³⁺形成磁铁矿和其他矿物，同时释放氢气（公式（1））。温度大概～300℃时，达到生氢高峰^[9-10]。产生的氢气沿拆离断层运聚至海洋核杂岩核部（即出露的微幔块），海洋核杂岩核部穹窿成为天然氢气藏的有利构造圈闭，穹窿表面的碳酸盐壳则起到了封盖作用（图1-②）。

（1）$ \begin{split} & \mathrm{橄榄石(Fe}^{ \mathrm{2+}} \mathrm{)+H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{O \to 蛇纹石(Fe}^{ \mathrm{2+}} )+\\ & \quad 磁铁矿(\mathrm{Fe}^{ \mathrm{3+}} \mathrm{,Fe}^{ \mathrm{2+}} \mathrm{)+H}_{ \mathrm{2}}\end{split} $

此外，拆离断层上盘常发育断层崖、裂谷和火山脊等伸展构造，与拆离断层及其下盘的微幔块共同组成了横跨超慢速−慢速扩张洋中脊的海洋核杂岩−拆离断层构造系统。沿拆离断层上盘的伸展构造，海水容易下渗并穿透超慢速−慢速扩张洋中脊的薄洋壳，使得地幔橄榄岩蛇纹石化生成氢气（图1-②），故整个海洋核杂岩−拆离断层构造系统均具备生氢潜力。

1.3 洋脊增生系统：岩浆热液系统和热液喷口系统

海底是“泄露”的，尤其是沿洋中脊和弧后扩张中心的离散型板块边界，岩浆热液会以海底火山的形式沿离散型板块边界排出，洋中脊岩浆热液与周围冷的海水（2 °C）一旦接触，便会蛇纹石化产生氢气（图1-③）。还有一种常见情况是，冷海水沿洋中脊和弧后扩张中心的裂隙向下渗透，途中萃取一些金属元素等，直至深部岩浆房顶部的裂隙前锋面受热，并以热液形式在热液喷口周围形成高温、酸性的“黑烟囱”（图1-④）。最新原位综合定量探测和微生物组学分析的研究结果揭示^[11]，黑烟囱区域和全球广泛分布的以火山作用为主导的超酸性岩浆热液系统中均富含氢气，且氢气浓度可达毫摩尔每升级^[12]。此外，冷海水在下渗过程中，不断被加热并与围岩发生蛇纹石化反应（公式（1）），还会导致热液中富含氢气，并最终在浮力作用下喷出，形成温度相对较低的碱性“白烟囱”，以大西洋失落之城（Lost City）为典型。

截至2020年，沿全球洋中脊和弧后扩张中心，已发现721个海底热液区（其中55个已经不再活动）^[13]，721个海底热液区的天然氢能源值得关注。需要注意的是，富含H₂的热液流体容易将溶解的CO₂、CO转换为还原性碳，生成甲烷和长链烷烃等（公式（2）、（3）和（4）），难以保存成藏。但某些海底热液喷口因其附近聚集大量多孔黏土（蒙脱石），可能具备储氢成藏的潜力，这是因为：加拿大萨斯喀彻温省北部雪茄湖铀矿床中水辐解产生的氢气，被发现可以吸附在沉积岩和基底岩中的水饱和黏土矿物表面，黏土矿物含量高、氢气的含量也高，在地下广泛存在的黏土矿物被推测是较好的储氢材料^[14]。

（2）$ \mathrm{菱铁矿(Fe}^{ \mathrm{2+}} \mathrm{)+H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{O \to CO}_{ \mathrm{2}} \mathrm{+磁铁矿(Fe}^{ \mathrm{3+}} \mathrm{,Fe}^{ \mathrm{2+}} \mathrm{)+H}_{ \mathrm{2}}$

（3）\begin{document}$ \mathrm{CO}_{ \mathrm{2}} \mathrm{+4H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{ \to CH}_{ \mathrm{4}} \mathrm{+2H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{O}$

（4）$ {(2n+1){\mathrm{H}}}_{2} {+n{\mathrm{CO}} \to {\mathrm{C}}}_{{n}} \mathrm{H}_{2n+2} {+{n}{{\mathrm{H}}}}_{2} \mathrm{O}$

1.4 转换断层系统

海水易沿转换断层的陡坡或沿轴向裂谷壁渗透到洋壳和上地幔橄榄岩中，并与之发生蛇纹石化作用（公式（1））^[15]。此外，某些转换断层（如大西洋圣保罗转换断层）还可以充当富含CO₂热液的上侵通道，热液中的CO₂含量至少比海水高出一个数量级，这些CO₂通过岩浆脱气、熔体浸渍等方式释放出来，会进一步促进地幔橄榄岩的蚀变与碳化^[16]。但同时，超基性岩在富CO₂流体中会发生碳酸盐化，碳酸盐化过程中镁质碳酸盐的形成在很大程度上会阻断正常的蛇纹石化进程并抑制H₂的形成（公式（5）和（6））。据此，转换断层具备固碳功能，但也弱化了其生氢潜力；但同时，转换断层也可能成为不同的氢气藏的侧向隔离或封堵边界。

（5）$ \begin{split} &\mathrm{Mg}_{ \mathrm{2}} \mathrm{SiO}_{ \mathrm{4}} \mathrm{+4CO}_{ \mathrm{2}} \mathrm{+2Ca}^{ \mathrm{2+}} \mathrm{+2H}_{\mathrm{2}} {\mathrm{O}} = \\ & \quad\mathrm{2CaMg(CO}_{ \mathrm{3}} \mathrm{)}_{ \mathrm{2}} \mathrm{+SiO}_{ \mathrm{2}} \mathrm{+4H}^{\mathrm+}\end{split}$

（6）$ \mathrm{Mg(OH)}_{ \mathrm{2}} \mathrm{+2CO}_{ \mathrm{2}} \mathrm{+Ca}^{ \mathrm{2+}} \mathrm{=CaMg(CO}_{ \mathrm{3}} \mathrm{)}_{ \mathrm{2}} \mathrm{+2H}^{ \mathrm+}$

1.5 深海洋盆系统：微洋块边界、海底裂隙系统和地幔柱

在深海洋盆的板内环境下，海底广泛分布的海山群、海山链和洋底高原，几乎全是火山活动的产物，也是地球深部乃至核幔边界物质“泄露”的窗口。在H₂S存在的情况下，核幔边界的自由金属氢、下地幔矿物中溶解的氢，会黄铁矿化生成氢气（公式（7）、（8）和（9））^[17]，生成的氢气沿着这些窗口泄露。在海山地区，泄露的氢气往往以挥发分形式随着溢流岩浆而喷发出来，难以保存成藏；而洋底高原的初始溢流形成阶段一般为洋中脊−地幔柱相互作用阶段（图1-⑤），故洋底高原内部保留有死亡洋中脊等海底裂缝，这些裂隙充当了氢气的运移通道，之后被深海碳酸盐沉积物或钙质软泥等封盖（图1-⑤），从而具备成藏潜力。

（7）$ \mathrm{针铁矿(Fe}^{ \mathrm{3+}} \mathrm{)+H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{S \to 黄铁矿(Fe}^{ \mathrm{2+}} \mathrm{)+H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{O+H}_{ \mathrm{2}}$

（8）$ \mathrm{磁铁矿(Fe}^{ \mathrm{3+}} \mathrm{,Fe}^{ \mathrm{2+}} \mathrm{)+H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{S \to 黄铁矿(Fe}^{ \mathrm{2+}} \mathrm{)+H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{O+H}_{ \mathrm{2}}$

（9）$ \mathrm{褐铁矿(Fe}^{ \mathrm{3+}} \mathrm{)+H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{S \to 黄铁矿(Fe}^{ \mathrm{2+}} \mathrm{)+H}_{ \mathrm{2}} \mathrm{O+H}_{ \mathrm{2}}$

地质历史时期，由于板块重组，洋中脊经历了迁移、死亡、跳跃等构造事件，且多数洋中脊具有拓展或叠接生长的特征，导致现今洋底残留有众多古老或者死亡洋中脊及假断层的构造行迹，从而构成微洋块边界。现今海底已被识别出大约500个微洋块^[6]，这些微板块的边界往往出露洋壳和地幔物质，是蛇纹石化生氢的有利场所。此外，在洋壳从新生到消亡的漫长时间里，宽阔洋盆内广泛发育张性裂缝、节理等，或者局部海域出现逆断层等（如东北印度洋），这在大洋钻探的岩心和地震资料中均有记录。这些裂隙在形成之初，为海水下渗提供了通道，尤其是大断裂存在的情况下，海水能穿透地壳、下渗至Moho面附近并使得地幔橄榄岩发生蛇纹石化。只是这些裂隙后期被方解石脉充填并被大洋沉积物覆盖，前期产生的天然氢难以探测和估算。反之，方解石脉、碳酸盐沉积物为海底天然氢提供了良好的储盖条件，从而构成源−运移−储层−盖层的氢气藏成藏系统。

1.6 俯冲消减系统：外缘隆起带

俯冲消减系统包括仰冲盘、地幔楔、俯冲带和俯冲盘。外缘隆起带属于俯冲盘构造，发育大量正断层。大量海底高精度多波束资料显示，靠近海斗深渊的外海一侧俯冲盘板块上，以倾向岛弧的正断层的大量发育为主（图1-⑥）。这些正断层发育部位正是俯冲板块发生弹性挠曲的转折部位，尽管理论上应该发育一组共轭的正断层，但事实往往只见一组向岛弧倾的高角度正断层。在这些正断层发育密集的地段，相对邻区而言，热流值较高。地震分布和震源机制解也揭示，这些正断层至少刺穿到了俯冲盘大洋岩石圈中部，因而俯冲盘洋幔很可能发生了大规模再次蚀变。而这种蚀变作用正好弱化了俯冲板块的弹性，表现为俯冲盘岩石圈的弹性厚度较薄和缩颈现象^[18]。

1.7 俯冲消减系统：俯冲带和地幔楔

根据原岩成分的不同，俯冲带的蛇纹石化作用可分为两种：俯冲大洋板片的蛇纹石化和地幔楔橄榄岩的蛇纹石化（图1-⑦）。对于冷俯冲带（地温梯度介于5～15 ℃/km），如马里亚纳俯冲带，主要先后经历沸石相、葡萄石−绿纤石相、绿片岩相、蓝片岩相和榴辉岩相的转变，脱水过程相对较缓慢，直至在榴辉岩相变初期，俯冲板片才会有明显的脱水，并伴随大量甲烷气、富氢流体产生^[19]，榴辉岩相变（图1-⑧）可能是冷俯冲带蛇纹石化之外的另一种产氢机理。由于俯冲板片在弧前丢失较少的水，在弧下甚至弧后深度的脱水总量相对会更多，导致更多的水进入地幔楔参与水化作用，因而冷俯冲带地幔楔蛇纹石化程度相对较高、生氢能力更强。对于热俯冲带（地温梯度大于20 ºC/km），如智利俯冲带，则主要先后经历沸石相、葡萄石−绿纤石相、绿片岩相、角闪岩相和麻粒岩相。俯冲的大洋板片在弧前深度已经发生了强烈脱水，在到达压力不到2 GPa 时已丢失了总水量的三分之二，随后参与到地幔楔水岩作用中的水量有限^[20]，蛇纹石化程度相对较低、生氢能力相对较弱。可见，不同类型的俯冲带，地幔楔的水化或者蛇纹石化程度是不均一的，具有分段性。俯冲带产生氢气，向上迁移至地壳浅层合适的储盖层条件时，如含水层或蒸发岩的沉积层，就可能形成潜在的天然氢气藏；也可能以泥火山形式^[21]进入大气圈或水圈，难以保存成藏。

2 天然氢气藏的全球分布与开发潜力

天然氢广泛分布于大气圈、水圈、地壳、地幔等地球不同圈层。目前报道的高浓度天然氢案例，主要集中在大陆区域的裂谷、克拉通盆地、条带状含铁建造或矿化带和矿床、造山带，也有弧后盆地扩张中心的个例。其中，位于造山带构造环境的阿曼蛇绿岩带，是迄今发现天然氢最多的地区，样品氢体积分数高达60%～99%；西非马里Bourakebougou氢气田、也是迄今唯一的大规模（范围远大于8 km）氢气田，也被认为与基底辉绿岩的蛇纹石化有关^[22]，生成的氢气受辉绿岩床和含水层的封存作用得以保存。沿克拉通盆地或者凹陷边界断裂检测到的氢渗漏，表现为在凹陷内部或边界最大氢气浓度、凹陷外氢气浓度几乎为0的“仙女圈（Fairy Circles）”的特点^[3]，这在俄罗斯莫斯科到哈萨克斯坦的整个区域内^[23]、美国北卡罗来纳州卡罗来纳海湾^[24]和巴西东南部克拉通盆地^[22]均有发现。条带状含铁建造通常指示了缺氧、富铁海洋环境^[25]，也为天然氢生成提供了重要环境和原料。此外，中国深部流体活动地区，如云南腾冲、黑龙江五大连池、长白山等也有氢气的发现，松辽盆地个别钻井中发现氢气的含量高达85%^[26]。但已有的这些案例，并不代表这些地区的天然氢赋存丰富，仅能说明在这些地区发现氢气的活动更频繁、更受关注。

总体来看，海底天然氢产氢机理可以简单划分为两大类：微板块边界和洋陆转换带地幔水化的大量生氢机制、洋底和洋底高原裂缝导致的海底渗透型的另类机制。现今海底微板块边界、洋底高原、海底裂隙系统、沿超慢速−慢速洋中脊和非火山型被动陆缘出露的微幔块都是寻找天然氢的有利目标^[27]（图2）^[6,28]。热力学模拟结果估算，全球洋中脊的蛇纹岩化产生的H₂年通量可达10¹¹～10¹² mol/a；现今北大西洋非火山型被动边缘地幔水化产氢速率为(7.5±2.5)× 10⁷ mol/(a·km) ，在北大西洋打开之前累积的氢气产量可能已高达约4.3 × 10¹⁸ mol（约8.6 × 10¹² t）^[29]。考虑到地质历史时期，现今洋底的微板块边界、海底裂隙系统和洋底高原和非火山被动陆缘，在其构造活跃期间，生成的氢气量应该是巨大的^[30]。但由于天然氢在生成、运移、存储方面仍存在不确定性，所以目前无法精准确定潜在资源量、也很难给出一个确切的数字，但数量肯定是巨大的。

中国南海北部陆缘较为特殊，发育陆倾控盆断层和多期次岩浆（铁镁质基性岩）底侵形成的下地壳高速层、未见典型的似海底反射（SDR）特征等等，既不属于典型的火山型被动陆缘也不属于典型的非火山型被动陆缘。多道地震剖面揭示其东北部发育“陆壳裂洞”和半球形异常反射包，这被推测是剥露地幔蛇纹岩的蚀变产物^[31]。此外，南海北缘的白云凹陷、西沙海槽和西缘的中建南盆地也存在类似的极端减薄地壳和地幔上隆现象，尤其是白云凹陷发育位移量超过 100 km 的大型拆离断层和变质核杂岩，这些都有可能是天然氢的生成场所，并被后期海底沉积物封盖得以成藏。

3 海底氢能成藏研究的展望

地球作为整个太阳系已知唯一发育有板块构造和表面存在液态水的星球，具备地球脱气、蛇纹岩水岩反应、水辐射分解等独特的地质生氢路径，尤其是海底天然氢有潜力成为重要的氢能来源。现今海底微板块边界、洋底高原、海底裂隙系统、超慢速-慢速洋中脊和非火山型被动陆缘出露的微幔块都是寻找天然氢的有利目标。

尽管目前全球天然氢勘查钻孔数量、发现的潜在天然氢气藏数量和抢占先机加入的公司数量正在迅速增加，寻找到天然氢气藏的证据也越来越多，但天然氢的产生和分布受多种地质因素的控制，许多现有证据是通过特定地质过程和环境的调查得出的，不同地质环境的天然氢的形成和储存条件存在较大差异，对于天然氢的生成、运移、积累和保存方面，难以建立一套统一的油气成藏模式。已有的氢气显示和预测的有利生氢场所，能否成藏、成藏机制如何以及如何开发利用，是未来十分值得探索的。

首先，天然氢的形成，受控于温度、压力、水−岩质量比等多种因素，过程甚是复杂。现阶段对于岩石圈中氢的运移和聚集认知有限，仍需进一步补充实验和数据，加大对天然氢形成机理及成藏的理论研究。其次，对于天然氢气勘探的有利区预测，还需要考虑：（1）天然氢气源灶（如蛇纹石化分布区和基岩分布区）如何圈定；（2）是否拥有良好的上覆地层和含水层的封存条件；（3）天然氢容易沿断层和裂缝扩散、通过微生物和非生物作用转化为甲烷。这些消耗机制导致天然氢的资源评估不准确，需要加强专门的地球物理、卫星遥感、海底智能探测、深海钻探等新一代技术，进一步明确资源分布。最后，海底氢能开发利用前景光明，有必要尽快设立重大科技专项进行深入科技联合攻关。

天然氢的勘探开发，可寻找富含铁或富含铀的目标基底，识别“仙女圈”的圆形结构来识别氢气渗漏点，并在现有油气开采技术基础上，开展天然氢开采相关研究和测试。比如，可以考虑通过向目标地层注入水以刺激发生蛇纹石化生成氢气；在蛇纹石化过程中将溶解的CO₂掺入水中形成固体碳酸盐，可以在产生氢气的同时捕集CO₂^[32]。同时，天然氢的开采，要结合地质、环境风险评估，开展储层中微生物生长、储存完整性地质力学、安全有效性储存等技术研究^[33]，以确保安全、高效地开采利用。

感谢王小龙编辑和肖文交院士对本文提出的建设性建议和宝贵修改意见。

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基金资助

山东省自然科学基金项目(ZR2021YQ25)

国家自然科学基金项目(42121005)

国家自然科学基金项目(92358302)

崂山实验室科技创新项目(LSKJ202204400)

中央高校基本科研业务费专项(202172003)