在全球能源轉(zhuǎn)型背景下，地質(zhì)氫氣作為一種重要清潔能源，日益成為全球關注的焦點。地質(zhì)氫氣作為地球能量和物質(zhì)循環(huán)的關鍵載體，深刻影響著地球圈層演化和關鍵礦產(chǎn)資源形成。因此，探究地質(zhì)氫氣的形成過程及主要控制因素對于氫氣資源勘探開發(fā)及地球化學過程認識具有重要意義。

中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院環(huán)境地球化學研究團隊經(jīng)過系統(tǒng)梳理與總結(jié)，綜述了非生物地質(zhì)氫的生成機制與關鍵控制因素，并基于此提出了地質(zhì)氫氣勘探開發(fā)的遠景區(qū)域。

研究指出，含F(xiàn)e(II)礦物水熱反應、水輻射分解以及礦物-水界面自由基反應是無機來源地質(zhì)氫的三種主要形成途徑，其全球年產(chǎn)氫率分別為0.2×10¹¹–6.3×10¹² mol/year，1.6×10¹⁰–1.35×10¹³ mol/year，和1.1×10⁸–2.5×10¹⁰ mol/year。含F(xiàn)e(Ⅱ)礦物水熱反應的核心機制是Fe(II)的電子轉(zhuǎn)移與礦物相變，主要受溫度控制；水輻射分解則通過天然放射性元素輻照水分解生成氫，主要受輻射類型和劑量影響；而礦物-水界面自由基反應主要來源于界面水分子在不飽和配位位點反應形成自由基并進一步生成氫氣，其主要受礦物類型控制。上述反應還受到共存離子、水溶氣體等地質(zhì)環(huán)境條件的共同調(diào)控。

根據(jù)非生物成因地質(zhì)氫的形成機制和主控因素，研究團隊提出“富含F(xiàn)e(II)的超基性巖區(qū)（如前寒武紀克拉通、蛇綠巖帶）、高放射性背景盆地以及活動斷裂帶”將是未來尋找天然氫氣的“黃金靶區(qū)”，為未來地質(zhì)氫資源的勘探開發(fā)提供了理論指導。

研究還指出了當前地質(zhì)氫成因、主控因素，以及資源評價等面臨的挑戰(zhàn)，為后續(xù)相關研究提供了重要的方向。

該綜述以A critical review on abiotic geologic hydrogen generation: Mechanisms and controls為題發(fā)表于地球科學領域知名期刊Earth-Science Reviews，西北研究院碩士研究生鄭青俠為論文第一作者，李平研究員和范橋輝研究員為通訊作者。該研究得到“塔里木盆地邊緣氦氣富集機理與資源潛力評價”、中國科學院穩(wěn)定支持基礎研究領域青年團隊計劃、“地球多圈層相互作用的油氣富集理論”項目資助。

論文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2026.105453

非生物成因地質(zhì)氫氣的三種主要生成機制示意圖，含F(xiàn)e(Ⅱ)礦物水熱反應、水輻射分解和礦物-水界面自由基反應

含F(xiàn)e(II)礦物的水熱反應生成氫氣。（a）橄欖石水熱反應生成氫氣的示意圖；（b）在 50 兆帕壓力和水巖比為 1 的條件下，隨著溫度變化預測的橄欖石水熱反應中的平衡礦物組合；（c）在 50 兆帕壓力和水巖比為 1 的條件下，基于熱力學模型計算的橄欖石水熱反應中氫氣生成量隨溫度的變化情況；（d）不同礦物在純水和氯化鈉溶液系統(tǒng)中氫氣生成量的比較；（e）在低水巖比（0.01）條件下，氫氣生成量顯著增加；（f）在不同 pH 條件下，輝長巖熱液反應產(chǎn)生的氫氣；（g）橄欖石熱液反應過程中的氫氣生成及二氧化碳礦化