近日，《天然气勘探与开发》发表题为《四川盆地高浓度天然氢气的发现：零碳能源勘探的新突破》的文章。文章明确四川盆地成都南部发现天然氢气渗漏点，H₂摩尔分数与全球顶级高纯氢藏处于同一量级，刷新了中国天然氢含量纪录。文章分析该区天然氢属深部无机成因，推测出深部持续供氢系统，并提出源岩调查、通道识别和同位素示踪三方面的深化研究建议。

摘  要：2026年6月在四川盆地成都南部发现天然氢气渗漏点。为了填补中国高浓度天然氢气发现的空白并推动零碳能源勘探进程，经过连续8天的动态监测及采样，分析了样品气体地球化学特征，推导了天然氢气的成因机制及深部供氢系统。研究结果表明：①该区渗漏气体组成以H₂为绝对主体，其摩尔分数介于97.33%～98.24%，伴生少量N₂和CH₄，δ¹³C₁值介于-38.01‰～-40.79‰，其气体组成与马里、阿曼等全球最高浓度天然氢藏相当；②极低的甲烷含量有效排除了有机质热演化及甲烷高温裂解的氢源可能性，结合气体判识图解，明确该天然氢属深部无机成因；③样品中的微量N₂非大气混入，可能是为壳源变质流体的贡献，进一步佐证深部无机流体体系来源；④渗漏点位于二叠系火山岩区且邻近石棉—庙湾新元古代蛇绿岩带，暗示蛇纹石化橄榄岩或二叠系辉绿玢岩可能构成了深部持续供氢系统，并且H₂未经历显著的Fischer-Tropsch反应并沿断裂快速输导至浅部。结论认为，成都南部天然氢是中国首次报道的高浓度天然氢气渗漏，证实了克拉通盆地内部具备形成高纯度氢气聚集的地质条件，为中国天然氢资源调查与评价提供了新的科学依据，也为零碳能源战略的突破奠定了基础。

天然氢作为一种天然赋存于地壳中的零碳能源，近年已成为国际能源地质研究的前沿领域。2023年，《Science》将“天然氢资源的发现（Hidden Hydrogen）”列为年度十大科学突破，标志着天然氢研究已由偶然发现进入资源勘探的新阶段。质量平衡模型预测的全球地下天然氢原地资源量约为5.6×10⁶ Mt（Metric tonn，公吨），即使其中2%可被经济回收，其所含能量也约为全球已探明天然气储量总能量的2倍，足以满足全球数百年甚至数千年的氢能需求。

过去普遍认为氢分子质量小、扩散能力强，难以在地下浅表环境长期稳定聚集，因此天然氢被视为局部气体显示而缺乏资源意义。然而，近年来的一系列重大科学发现正在改变这一传统认识。马里Bourakébougou氢气田是目前全球首个实现商业开发的天然氢气田，氢气浓度长期稳定在97.40%～98.00%，证明天然氢不仅能够规模聚集，而且能够持续补给。阿尔巴尼亚Bulqizë蛇绿岩存在深部天然氢储库，首次证实蛇绿岩内部可长期储存并持续释放天然氢，为蛇纹石化作用形成大型天然氢系统提供了直接证据。不仅如此，阿曼Semail蛇绿岩、美国堪萨斯州前寒武纪基底、南澳大利亚等地区也陆续发现了高浓度天然氢，表明天然氢赋存环境已由传统蛇绿岩露头扩展至克拉通基底及大型沉积盆地。

中国天然氢勘探起步较晚，近年来虽然在松辽、渤海湾、四川等盆地深层天然气中陆续检测到天然氢，完成了1口天然氢气科探井——“金氢科探1井”施工，但多数样品中氢气含量不到 2.00%，最大含量仅能表现为天然气伴生组分，尚未发现具有资源意义的高纯天然氢聚集。四川盆地经历了从前震旦纪到新生代的多幕次岩浆、构造和沉积演化，发育了多套超基性岩和烃源岩，具备生成天然氢气的地质条件。2023年，中国石油西南油气田公司启动四川盆地内天然氢基础性前瞻性研究，通过分析已知气藏天然气分析报告2417份，初步认为该盆地内具备高浓度氢气富集条件，并且与断裂带和基性岩分布存在密切联系。如蓬莱气田、安岳气田中氢含量大于1.0%的井就有17口，占比为1.7%，并且主要分布在二叠系上统龙潭组和三叠系中统雷口坡组。尽管如此，四川盆地天然氢气的含量与国内外典型含油气盆地相比仍存在显著的差距，氢气源储盖成因与成藏机制尚不清楚。

2026年6月，在四川盆地成都南部地区发现了不明气体渗漏，随即开展了渗漏点气体检测工作，发现天然氢含量高达98.24%。这不仅刷新了中国天然氢发现浓度纪录，也成为全球少数超过98.00%的高纯度天然氢发现之一。上述发现不仅意味着四川盆地具有形成高浓度天然氢聚集的基本地质条件，也为重新认识克拉通盆地天然氢成藏过程提供了新的地质实例。为了填补中国高浓度天然氢气发现的空白并推动零碳能源勘探进程，笔者通过对四川盆地成都南部地区天然氢气渗漏点（以下简称天然氢气渗漏点）采集的气体进行组分及组分甲烷碳同位素分析，初步揭示大陆沉积盆地与蛇纹石化橄榄岩或二叠系辉绿玢岩可能构成深部耦合型持续供氢系统，以期为中国天然氢资源调查及零碳能源战略突破提供科学依据。

成都南部气体渗漏点位于龙门山构造带与龙泉山褶皱带之间的基底低磁异常与高磁异常的过渡带。地表岩性主要为侏罗系灰绿色砂岩和白垩系紫红色泥岩；多条北东向基底断裂不仅控制地层圈闭的形成，而且向下延伸至南华系裂谷中（图1）。2026年7月2日到7月9日，进行了连续8天的气体监测，结果显示：单个气体渗漏点冒泡均匀，点火可自燃，监测期间未见气量有明显衰减，现场监测气体平均流速为5 mL/s（图2a～b）。立即将通过排水集气法取得的渗漏点气样（图2c）送往中国石油西南油气田公司勘探开发研究院分析实验中心开展室内实验检测。天然气组分分析采用安捷伦气相色谱仪、天然气甲烷碳同位素分析采用赛默飞MAT253气体同位素质谱仪，分析实验结果表明，采集气体组成以H₂为主，其气体摩尔分数介于97.33%～98.24%（平均为97.76%），N2摩尔分数介于1.66%～2.54%（平均为2.12%），CH4摩尔分数介于0.09%～0.20%（平均为0.11%），其中CH4的δ¹³C1介于-38.01‰～-40.79‰（表1）。该天然气中氢气含量显著高于我国沉积盆地已有报道的天然氢浓度，在全球已知天然氢系统中位居前列——与马里Bourakébougou气田（97.4%～98.0%）和阿曼Huwayl Qufays气藏（最高99.0%）相当，高于阿尔巴尼亚Bulqizë（约84.0%）、美国堪萨斯州（约91.8%）及澳大利亚Ramsay-1井（约73.3%），表明四川盆地具备形成高纯天然氢聚集的地质条件。

成都南部天然氢气样品表现出的成分特征，显示其是中国目前已报道天然氢中氢气含量最高的，也为判别天然氢来源及其演化过程提供了重要的科学依据。较之于单纯的H₂浓度，高纯的H₂与N₂、CH₄等伴生气体之间的组合关系更能反映天然氢形成、运移和保存的全过程。微量的甲烷含量表明成都南部天然氢气并非来源于常规有机成因体系（图3）。四川盆地震旦系—三叠系天然气主要来源于有机质热演化，其天然气特征表现为以CH₄为主（含量介于81.57%～98.60%），而H₂通常以微量伴生组分的方式存在。一方面，在高成熟—过成熟阶段，由于烃类裂解作用增强，难以形成近乎纯氢的气体组成；另一方面，甲烷高温裂解虽然能够生成H₂，但通常伴随着大量残余甲烷和固体碳沉积，难以形成H₂占98.00%而CH₄仅占0.09%的组成特征。这一“高H₂—低CH₄—轻δ¹³C₁”的组合特征使成都南部样品在判别图解中明显偏离热裂解成因气和混合成因气的典型分布域，而更接近全球已知壳幔过渡带无机化学反应天然氢的数据集群。因此，成都南部地区天然氢与常规天然气演化过程存在明显差异，可排除有机质热演化及天然气裂解作为主要氢源的可能性。

成都南部天然氢中异常贫乏的甲烷含量还反映了氢气形成后的演化环境。在深部无机体系中H₂与CO₂长期共存时，在磁铁矿、镍铁合金等矿物催化下通常会发生Fischer-Tropsch型（FTT）反应。该反应是天然甲烷形成的重要无机途径，也是天然氢的重要消耗机制。因此，全球许多天然氢显示区均表现为H₂和CH₄共存，甚至演化为富甲烷体系。全球蛇绿岩天然气渗漏系统对比研究表明，H₂-CH₄-N₂气体混合物的组成特征可有效区分不同成因类型，其中蛇纹石化主导的体系通常表现为H₂优势但CH4含量不可忽略。例如土耳其Chimaera气苗中CH₄占优势，而H₂仅为少量伴生，反映了大量初始氢气已转化为甲烷。成都南部天然氢中CH₄含量仅为0.11%，说明其形成环境缺乏充足的CO₂来源，或者H₂自形成后能够快速沿断裂输导至浅部储层，未经历长期FTT反应。结合成都南部深大断裂发育的地质背景，H₂可能是沿断裂快速输导至浅部地层。另一种可能为深部持续供氢使氢气生成速率远高于消耗速率，从而长期维持极高的氢气浓度。这一特征与马里Bourakébougou氢气田长期保持稳定高浓度H₂的现象具有一定的相似性，进一步揭示成都南部天然氢可能同样发育持续补给的天然氢系统。

成都南部渗漏点样品中低浓度的N₂含量（约2.12%）进一步约束了天然氢气的来源。所有样品未检测到高含量氧气，说明N₂并非来源于空气混入。大陆地壳中，氮主要以NH₄⁺形式赋存于黑云母、白云母、长石等含钾矿物中，在变质脱挥发分及深部热液作用过程中可释放N₂。阿曼蛇绿岩、法国洛林盆地以及加拿大、俄罗斯等天然氢显示区均报道了H₂与少量N₂伴生的现象，其来源普遍被解释为壳源变质流体贡献。成都南部天然氢具有相似的气体组成特征，说明其更可能来源于深部无机流体体系，而非浅层沉积环境，但这一推断有待氮同位素（δ¹⁵N）分析结果加以进一步确认。

成都南部天然氢气渗漏点气体以高含H₂、低含CH₄、伴生少量N₂为特征，明显区别于有机成因天然气及甲烷裂解形成的次生氢气，指示其属于深部无机成因天然氢。然而，仅依据气体组成尚不足以确定天然氢来源。国际研究普遍认为，天然氢可能来源于岩浆脱气、蛇纹石化、水放射性裂解、铁矿物氧化还原反应以及少量深源脱气等多个过程，其中不同机制的相对贡献受区域地质背景控制。目前国际已发现的高浓度天然氢主要可归纳为3类（表2）：①蛇绿岩型，以阿曼和阿尔巴尼亚为代表，天然氢主要来源于蛇纹石化作用；②大陆克拉通结晶基底型，以美国堪萨斯州和部分澳大利亚天然氢系统为代表，天然氢主要与富铁结晶基底和深部水—岩反应有关；③基底—沉积层过渡型，以马里Bourakébougou和中国广东三水盆地为代表，天然氢来源于深部基底，经断裂输导后聚集于浅部沉积地层。

四川盆地成都南部天然氢则表现出不同于上述类型的新特征。其赋存于大型克拉通沉积盆地内部，不仅发育元古界蛇绿岩残片、变质火山基底和花岗质基岩，而且广泛分布于二叠系峨眉山大火成岩省，为天然氢气的来源提供了多种可能。重力、航磁及深部地球物理等资料分析结果表明，四川盆地基底具有明显的横向分异特征（图1）。该盆地西部表现为高磁性、高密度异常，为中高级变质岩，而该盆地中部则以中磁性和中密度异常为典型特征，为火山岩和变沉积岩基底。两类基底之间形成一条重要的构造转换带，其空间展布与新元古代形成的石棉—庙湾蛇绿岩带高度吻合。成都南部天然氢发现位置恰位于这一基底转换带附近，其南北两端分别出露石棉蛇绿岩和庙湾蛇绿岩，二者均形成于Rodinia超大陆裂解时期，并广泛发育蛇纹石化橄榄岩和辉石岩。实验研究和天然蛇绿岩观察均表明，橄榄岩和辉石岩是目前已知最具天然产氢潜力的岩石类型，其在蛇纹石化过程中，橄榄石中的Fe2+被氧化形成磁铁矿的同时释放大量氢气，是地壳天然氢形成最有效的机制之一。

除了基底蛇绿岩之外，成都南部二叠系峨眉山大火成岩省中辉绿玢岩也可作为氢源岩。峨眉山大火成岩省在四川盆地及其周缘广泛发育玄武岩、辉绿岩及辉绿玢岩等富铁（Fe₂O₃含量高，介于13.57%～14.04%）基性岩类。这些富铁特征意味着辉绿玢岩中Fe²⁺含量较高，具备水—岩反应产氢的物质基础。在低温（＜100 ℃）条件下，玄武岩和辉长岩等基性岩与水反应可产生H₂，其生氢机制与蛇纹石化类似——辉石和橄榄石中的Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，同时水被还原释放H₂。虽然基性岩的产氢效率低于超基性岩，但在大规模分布和长期水—岩接触条件下，基性岩在200～350 ℃条件下的累计产氢量仍可达到显著水平，并且产氢效率与岩石中Fe²⁺含量呈正相关。