氢气（H₂）是高能量密度、零碳排放的清洁能源，为全球能源转型核心方向。天然氢与工业制氢不同，由地球内部自然过程生成，赋存于地质体中，以游离态、吸附态、溶解态等存在，具分布广、环境友好、可持续补给等优势，其勘探开发是碳中和的新型解决方案。基于全球典型富氢区地质-地球化学数据，可剖析其分布、生成与消耗机制，总结成藏及富集规律。氢元素在地球各圈层分布广泛且不均：地壳氢赋存形式多相态，有分子氢、羟基、溶解氢及吸附态氢等；地幔氢主要为分子氢和羟基；地核可能含大量原生氢，形成于地球初期，通过地幔柱等地质活动缓慢释放至上部圈层。
         天然氢的“源-运-储-保-散”成藏机制体现为多过程动态耦合，其核心是赋存状态在地质作用中的转化与平衡。（1）生成机制决定初始赋存特征：地幔脱气以游离态为主，水岩反应（如蛇纹石化）伴随溶解态向游离态的动态转化，水的辐解产氢约70%为吸附态，微生物作用则以溶解态与吸附态共存。（2）运移过程中，断裂带结构主导相态分流，使游离态氢部分转化为溶解态或吸附态；孔隙扩散中的盐析效应促使溶解态氢转为游离态；矿物吸附-解吸机制（如高岭石选择性吸附）调节氢的临时储存与释放，形成 “源-径-态”耦合链条。（3）消耗与保存的协同作用决定富集效率：扩散消耗受岩性控制，膏盐岩高排替压力可提升保存效率；微生物对溶解态氢的消耗受极端环境（高温、高盐等）抑制；氧化反应在还原性环境中被阻断；矿物吸附存在双重效应，黏土短期储存而盐岩可长期稳定封存。“源-运-储-保-散”成藏机制揭示了天然氢从生成到富集的完整过程，赋存状态的动态转化是连接各环节的关键。
         天然氢富集遵循 “高生成率-低消耗率”动态平衡，受生成效率、运移能力、消耗强度及保存条件协同控制，形成三类典型地质模式：（1）裂谷系统地幔氢模式中，地幔脱气产生的游离态氢沿深大断裂运移，在裂谷盆地沉积地层中以游离态富集，例如东非裂谷的活跃构造提供动力，砂岩储层与泥岩盖层组合使局部 H₂体积分数达 85.54%；（2）蛇绿岩带水岩反应模式里，橄榄石蛇纹石化生成的氢初期以吸附态附着于矿物表面，后期构造活动促使其解吸为游离态，如在阿曼蛇绿岩带的孔隙与裂隙中存在大量氢气聚集，年通量达0.16-2.0 Tg；（3）前寒武纪基底辐解模式中，U、Th衰变引发水辐解产生的氢先以溶解态存在于流体中，沿微裂隙运移至封闭构造后转为游离态富集，如西非克拉通的稳定基底减少氢散失，年潜在产量达14.65-31.01 Tg。从过程耦合看，富集需满足生成与运移的时效匹配（蛇纹石化与地下水循环联动）、赋存与保存的条件适配（盖层排替压力>25 MPa）、消耗与环境的制衡（高温>120℃抑制微生物活性）、构造活动的双重影响（提升渗透性同时需避免盖层破坏）。

 

富集规律,成藏机制,赋存状态,地球化学