◎  曹  洁

　　当前，全球正处于迫切寻求可持续能源解决方案的关键时期，而氢能作为极具潜力的能源新星，备受瞩目。氢能具有来源广、燃烧热值高、能量密度大、可储存、可再生、可电可燃、零碳排等诸多优点，被国际社会誉为21世纪最具发展潜力的清洁能源，因此在构建清洁低碳安全高效的能源体系、实现碳达峰、碳中和目标中可谓举足“氢”重。

　　要认识氢，先要了解“氢气”“氢能”这两个概念。氢气，是一种化学物质，由两个氢原子组成，化学式为H2，常温常压下是一种无色、无味、无臭的气体，密度非常低，只有空气密度的约1/14，具可燃性，燃烧产物是水。而“氢能”则是氢的化学能，一般是由氢和氧反应所释放的能量，是一种二次能源，需要通过一定的技术手段将含氢物质中的氢转化为可用的能量形式。简言之，“氢气”是“氢能”的来源，通过不同方式获取、制造氢气，才可为氢能的利用做好储备。

　　目前，业界根据制氢过程的不同，对氢冠以不同的颜色以示区分。棕氢（黑氢），通过 “棕煤”（褐煤） “硬煤”（如烟煤）为原料制氢产生，生产过程中会产生大量的二氧化碳和其他温室气体，对环境破坏较大。灰氢，指从石化燃料中提取的氢气，但不捕集制备过程中产生的大量以二氧化碳为代表的温室气体，是目前全球最常见的氢气生产方式，约占全球氢气产量的95％左右。蓝氢，是在灰氢的基础上，将二氧化碳副产品捕获、利用和封存（CCUS ），以降低对环境的影响。绿氢，利用太阳能、风能、水能等可再生能源，通过电解水制取，整个过程基本没有碳排放。黄氢，是指由可再生能源和化石燃料混合产生的电解制氢，其碳排放会随不同能源比例的变化而波动。粉氢（红氢、紫氢），是指利用核能发电来电解水制取氢气，制氢过程碳排放接近零。白氢，就是自然界中自然生成的氢气，天然存在于地下的氢气，也被称为天然氢，是通过地质学家开展地质调查和勘探来探索寻找，也是本文要探究的主角。

　　当前，世界各国都频繁开展天然氢调查研究与勘探，更多新天然氢气藏不断地被地质学家发现。非洲马里Bouraké bougou首次发现天然氢气藏，也是目前世界上唯一商业性开采的氢气藏，其发现井Bougou-1井持续产出的天然气中H2含量高达97.4%，生产成本约为1美元/千克，为附近村庄提供了无碳电力。值得关注的是，这口钻井十几年来天然氢产量一直保持稳定，没有出现减少的情况，表明深部氢源正在持续供给氢气。2023年5月，法国北部洛林盆地中发现了一个含氢量在600万吨到2.5亿吨之间的天然氢矿床。同年12月，法国政府批准通过了第一个天然氢勘探计划。2019年底，美国堪萨斯州钻探了第一口天然氢井，最高氢气含量达到91%。2021年，澳大利亚能源和矿产部在南澳大利亚启动了天然氢勘探项目，2023年10月在南澳大利亚第一口探井（Ramsay 1）发现浓度高达73.3%的天然氢，为商业化开发打下了基础。自2011年起，俄罗斯在国内对560余个有氢气逸出的近似圆形地表洼地实施了动态监测，并发现了该国第一个天然氢矿床。在全球天然氢资源潜力评价成果基础上，美国地质调查局2025年初发布了首幅国家尺度陆上天然氢勘探潜力评价图，圈定了除阿拉斯加州和夏威夷州以外包括本土48个州的最有利的勘探区。这些勘探开发案例已证实天然氢具备资源成藏的条件和资源利用的现实意义，同时这些勘探开发案例亦为研究天然氢成藏机制和勘探指导提供了研究借鉴。

　　天然氢的形成与地球内部复杂的地质作用息息相关。在地球深部高温高压的环境下，超基性岩富含的镁、铁等矿物与水发生蛇纹石化反应，这个过程会释放出氢气，形成天然氢。同时，岩浆活动带来的高温，促使岩石和水中的物质发生化学反应，也能产生天然氢。此外，地球内部的岩浆活动、放射性元素衰变，也都可能是天然氢诞生的“幕后功臣”。

　　我国地域广袤，地质条件丰富多样，为天然氢研究提供了绝佳的“素材库”。在青藏高原，印度板块和欧亚板块激烈碰撞，造就了独特的地质构造。这里超基性岩大量分布，简直是天然氢形成的“理想摇篮”。云南同样不容小觑，由于地处板块交界，地质活动频繁，热液活动十分活跃。热液与周围岩石相互作用，也可能孕育出天然氢。

　　但是，寻找天然氢绝非易事，重重困难背后是一系列复杂的地质因素在“捣鬼”。从赋存状态看，天然氢和常见的石油、天然气有很大不同，并不“喜欢”集中存在，反倒更倾向于分散在地下岩石那极其微小的孔隙和错综复杂的裂缝里，让人难以追踪。天然氢所处的地下环境也不安稳，随着深度不同以及各种地质活动的进行，温度和压力的波动会深刻影响天然氢的物理和化学性质。也许前一刻我们刚探测确定了它的位置，可下一刻，那里就可能已经“人去楼空”，踪迹全无。

　　天然氢在地下的生成机制同样不简单，涉及超基性岩与水的反应、岩浆活动，以及放射性元素的衰变等多种地质过程。这些过程发生的区域和所需条件往往难以精准预测，使得寻找天然氢的难度更上一层楼。除此之外，天然氢密度低、流动性强，会随着地质构造应力而变化，因地下水流动而迁移，进一步增加了探寻难度，所以更需要探索更适宜探测天然氢的地球物理技术、地球化学方法、资源评价手段，以攻克勘查天然氢的种种难题。

　　自然资源部中国地质调查局基于“基础性、公益性、战略性”工作定位，也在持续开展天然氢勘探开发工作，并已取得新进展。2025年，中国地质调查局成功立项第一个天然氢调查评价项目，开启了我国天然氢资源摸底工作。

　　我国在天然氢研究之路上稳步迈进，为未来天然氢的开发利用筑牢了根基。随着研究的持续深入，天然氢将在我国能源舞台大放异彩，助力我国迈向属于天然氢的绿色能源新时代。

　　（作者单位：中国地质调查局油气资源调查中心）