华北克拉通现高纯度天然氢气，清洁能源新突破

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长期以来，全球对于清洁能源的研究，主要把重点放在了风能、太阳能等可再生能源以及传统氢能制造技术上面。然而，在地球古老的地层当中，是不是存在着能够直接进行开采的天然氢气资源呢？这一个前沿性的问题，直到如今都缺少确凿的证据。

华北克拉通的天然氢气聚集

中国石油勘探开发研究院的王晓梅，以及张水昌，和北京大学金之钧团队，在Science Bulletin上发表了研究短讯，证实了在中国华北克拉通，16亿年前的地层当中，存在着高纯度天然氢气聚集这一情况，为全球清洁能源探索开辟出了崭新方向。

一种被视为清洁、高效的零碳能源的天然氢气，其勘探开发潜力受到了全球业界的高度关注，天然氢是地球内部自然生成的，这与人为制造的“灰氢”或“绿氢”不同 ，科学家们发现它的来源可能有多种途径 ，像是地幔物质释放 ，含铁矿物（像橄榄石、辉石）在高温下与水发生反应（称作“蛇纹石化”） ，放射性衰变分解水分子 ，浅层微生物活动等等。然而，除了非洲马里的Bourakébougou等地，那些极其小的少有的成功例子外，在世界范围之内，都还没有在沉积地层当中，发现有具备商业开发价值的高纯度天然氢气藏。

沉积地层中的氢气富集现象

发现一：沉积地层中出现的天然氢富集

研究团队依据对天津蓟州JZ1井展开的系统钻探，以及进行的高密度气体取样分析，于沉积地层当中发现了高纯度天然氢气。钻探结果予以显示（图1）， 在250至700 m的中元古代串岭沟组地层里，校正之后的氢气纯度平均浓度达到了21.4%，局部层段的纯度高达71.9%到95.1%。这表明，在非火山岩区的沉积地层中发现这般高纯度的天然氢气，在全球范围内都是极为罕见的。

图1 华北中元古地层天然氢分布和钻井发现

古老地层中的氢气生成过程

发现二：古老地层中仍然活跃的氢气生成过程

更为引人予以关注的是，在距离现今时间为16亿年的古老地层当中，含铁的矿物依旧保持着活跃的氢气生成能力。岩石学所进行的分析表明，辉绿岩、煌斑岩、玄武岩等铁质岩石夹层里面的含铁矿物出现了强烈的“蛇纹石化”蚀变，在200℃至400℃状况下与水发生反应持续生成氢气。稀有气体同位素的特征显示，这一过程主要是发生在地壳的内部，而并非是地幔的深部。

对传统认知的挑战与科学启示

对传统认知的挑战：突破“沉积地层贫氢”的固有观念

目前，全球范围内，天然氢气的勘探工作，主要聚焦于火山岩区域，或者洋中脊这类活跃的构造带。在所勘探范围内，华北克拉通地区，被发现存在具有商业价值的氢气藏，而该地区属于古老且稳定的沉积盆地。这一发现，打破了“古老沉积地层不利于氢气保存”的传统认知，给全球氢气勘探工作，指明了全新的方向，提供了崭新的思路。

科学启示

该研究表明，华北克拉通并非传 统那种意义上的“氢气贫乏区”，而是一个有着古老保存条件以及持续生成潜力的前沿勘探区域。未来应当朝着全球类似克拉通展开系统勘探，完善古老地层氢气生成、运移、聚集的理论，建立 那相应的资源评价方法。

论文信息

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