天然氢的形成机理 哪里可以发现天然氢？美国堪萨斯州正迎来地质氢（直接从地下抽取、无需电解制造的天然氢）的全球首笔商业交易

天然氢（Natural Hydrogen），也被称为白氢或金氢（Gold Hydrogen），是指天然存在于地球内部，并通过特定地质作用不断生成的自由态氢气。

近年来，随着全球对清洁能源的需求高涨，天然氢正成为地质学和能源界的研究热点。它的形成机理和地质背景非常独特，主要依赖于岩石、水和深部地质活动的复杂相互作用。

一、 天然氢的主要形成机理

天然氢的生成并非源于生物质的演化（如传统石油和天然气），而是主要通过无机地球化学反应和深源释放。核心机理包括以下几类：

1. 水-岩蛇纹石化反应（Serpentinization）——最主要的来源

这是目前发现最普遍、贡献最大的天然氢生成机制。

• 反应过程：当富含铁和镁的超基性岩（如橄榄岩）在一定温度（通常在 200°C 至 350°C 之间）和压力下与地下水接触时，岩石中的二价铁Fe2+）会被水分子氧化为三价铁Fe3+，形成磁铁矿），而水中的氢离子则被还原为氢气H2）。

• 化学反应方程式：

  3(Mg,Fe)2SiO4(橄榄石)+ 2H2O →  2Mg3Si2O5(OH)4(蛇纹石) + Fe3O4 (磁铁矿) + H2 ↑

2. 水放射性裂解（Radiolysis of Water）

• 反应过程：地壳中普遍存在放射性元素（如铀238 、钍232 Th和钾40）。这些元素在衰变过程中会释放出 alpha、beta和 gamma 射线。当富含这些元素的古老结晶基底中伴有地下水时，射线会轰击水分子，使其裂解并产生自由态的氢气。

• 特点：这一过程在寒武纪以前的古老克拉通（Craton）基底中非常常见，虽然生成速率较慢，但由于地质时间跨度极长，能够累积可观的氢气。

3. 深源（地幔与地核）原生氢的释放

• 反应过程：在地球形成初期（吸积盘阶段），大量的氢被捕获并储存在深部地幔甚至地核中。通过深大断裂、火山活动或地幔柱，这些原始的“原生氢”会不断向地表运移和溢散。

4. 岩石机械断裂与岩石剪切（Mechanochemistry）

• 反应过程：在构造活跃带（如地震带或活断层），岩石受到强烈的机械剪切力作用，硅酸盐矿物的化学键（如 Si-O-Si）发生断裂，产生自由基。这些自由基与周围的水分子发生反应，也会释放出少量的氢气。

二、 天然氢形成的地质背景与有利区带

天然氢的聚集和赋存需要特定的“地质生储盖组合”。目前，全球发现天然氢显示的地质背景主要集中在以下几类区域：

1. 古老的大陆克拉通基底（Precambrian Cratons）

• 特征：这些区域地壳非常古老（前寒武纪，大于5亿年），富含放射性元素，且经历了长期的构造稳定期。

• 典型案例：马里的布拉克布古（Bourakébougou）氢气田。这是目前全球唯一投入商业发电的天然氢田，其氢气纯度高达 98%。它就位于西非克拉通之上，氢气主要由深部富铁基底的蛇纹石化和放射性水裂解提供，并被碳酸盐岩顶板和辉绿岩床（盖层）成功封堵。

2. 蛇绿岩带与洋中脊（Ophiolite Belts & Mid-Ocean Ridges）

• 特征：这些地方是上地幔超基性岩（橄榄岩）抬升并暴露于水环境的绝佳场所。缝合带内的蛇绿岩残片为蛇纹石化反应提供了巨量的铁镁质原料。

• 典型案例：阿曼蛇绿岩带、菲律宾赞巴莱斯（Zambales）蛇绿岩、新喀里多尼亚以及欧洲阿尔卑斯褶皱带中的蛇绿岩暴露区，经常能观测到高纯度的氢气泉。

3. 大陆裂谷带与深大断裂（Continental Rifts & Major Faults）

• 特征：裂谷作用导致地壳减薄，地幔物质上涌，提供了高热流背景。同时，深大断裂构成了地球深部氢气向上传递的“高速公路”。

• 典型案例：东非大裂谷、北美中大陆裂谷系统（MCRS）。在这些裂谷边缘，常伴随大量的氢气溢流显示。

三、 天然氢的成藏系统：生、运、储、盖

与传统天然气类似，天然氢要形成工业开采价值，也必须具备完整的成藏机制，但由于氢分子具有极小、易扩散、高活性的特点，其成藏条件更为苛刻：

• 源岩（Source）：富铁的超基性/基性岩（蛇纹石化来源）或富含铀、钍的古老花岗岩类结晶基底（放射性来源）。

• 通道（Conduit）：长期活动的深大断裂、岩石裂隙网、或是未完全愈合的构造缝合带。

• 储层（Reservoir）：具有高孔隙度和渗透率的砂岩、裂缝性碳酸盐岩、或风化壳。

• 盖层（Seal）：这是最难满足的条件。常规的页岩对氢气的封堵能力较弱。目前发现最有效的氢气盖层包括：极其致密的蒸发岩（盐岩）、厚层的致密辉绿岩床/玄武岩，或者在特定压力下形成的超低渗透率胶结带。

四、 总结与展望

天然氢颠覆了传统“不可再生化石能源”的概念。由于水-岩反应在地下只要有水和富铁岩石就会持续进行，天然氢在某种程度上表现出可再生的动态特征（即开采后储层可能快速得到补充）。

目前，全球对天然氢的勘探正从小规模的“地表溢出点测量”转向系统性的“盆地和深部地质评价”。中国在塔里木盆地边缘、松辽盆地、柴达木盆地以及华北克拉通等区域，也逐渐开展了天然氢的地质调查与成因研究。

美国堪萨斯州正迎来地质氢（直接从地下抽取、无需电解制造的天然氢）的全球首笔商业交易

私营天然氢勘探企业H2Au及其合资伙伴45-8 ENERGY已完成美国堪萨斯州项目钻井规划的最后阶段，即将启动现场作业。 该合资企业计划在堪萨斯州东部前寒武纪Nemaha隆起（Nemaha High）钻探两口井，分别针对两个已完成构造圈闭测绘的目标进行勘探，以收集数据并评估这些大型地质构造中的天然氢和氦气资源潜力。

H2Au与45-8 ENERGY迈入钻井阶段，推进美国天然氢与氦气资源开发

私营天然氢勘探企业H2Au及其合资伙伴45-8 ENERGY已完成美国堪萨斯州项目钻井规划的最后阶段，即将启动现场作业。

该合资企业计划在堪萨斯州东部前寒武纪Nemaha隆起（Nemaha High）钻探两口井，分别针对两个已完成构造圈闭测绘的目标进行勘探，以收集数据并评估这些大型地质构造中的天然氢和氦气资源潜力。天然氢有望成为一种低成本、低碳的能源，而在全球供应持续紧张的背景下，氦气价格仍保持高位，因此此次钻井计划有望通过一次作业同时覆盖两个高价值市场。两口井预计将于2026年第三季度完钻，并将根据钻探结果于第四季度开展后续产能（流动）测试。

进入钻井阶段，标志着该合资企业在技术和运营能力方面已趋于成熟，也意味着双方已从前期地质评价和矿权租赁工作迈向持续的现场实施阶段。因此，该合资企业成为全球约十家积极推进天然氢钻井作业的企业之一，跻身这一新兴天然氢行业的先行者行列。

在推进既定项目计划的同时，H2Au与45-8 ENERGY始终高度重视安全生产、环境保护以及社区沟通。合资企业将继续坚持负责任的运营方式，在尊重当地社区和生态环境的基础上，为利益相关方创造长期价值。

2026年6月，H2Au运营总监Greg Niellez与主要作业承包商举行会谈，并完成了井位放样（well location staking）工作。访问期间，公司管理团队继续推进谈判，并着手完成与钻井、测井及施工合作伙伴的协议签署，为即将实施的钻井计划整合所需的关键资源。这些工作是确保钻井前各项准备工作就绪、实现各方协同的重要一步。随着关键合同陆续签署及项目推进，公司将适时发布进一步公告。

H2Au首席执行官Owain Jackson表示：“钻井规划进入最后阶段，是H2Au及整个合资企业发展历程中的一个重要里程碑。这充分体现了我们技术方案的实力、团队的奉献精神，以及合作伙伴和投资者给予的大力支持。公司成立之初，我们就致力于推动这一项目落地，如今正按计划、按时间节点稳步推进。随着钻井工作临近，我们将继续专注于安全、负责任且精准地执行项目，同时不断深化对这一极具潜力资源的认识。”

45-8 ENERGY总裁兼联合创始人Nicolas Pelissier表示：“基于与合作伙伴H2Au的紧密协作，我们非常高兴合资企业在美国天然氢和氦气勘探及开发业务中迈出了这一关键一步。双方优势互补，使我们具备了钻探这两个高潜力目标的最佳条件；如果钻井结果令人鼓舞，我们还将按照行业标准立即开展全面的生产测试。目前，我们已全面做好准备，将于今年夏季正式启动现场作业。”

在一家大型行业合作伙伴的支持下，随着各项准备工作基本完成，H2Au与45-8 ENERGY合资企业正进入新的发展阶段，这将为下一阶段的业务增长和技术进步奠定基础。公司欢迎有意了解堪萨斯项目及其他勘探区域最新进展的利益相关方与双方直接联系。

来源：新能源网

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