全球天然氢气研究现状与发展趋势

doi:10.11743/ogg20250307

摘要/Abstract

摘要：

未来能源格局中，低碳甚至零碳能源将成为重要组成部分，而天然氢气的发展前景尤为广阔。全球已掀起了天然氢的探寻热潮，回顾天然氢气研究历史与进展，评价当下所面临问题与未来发展趋势，可为下一阶段天然氢气勘探工作方向与研究计划制定提供参考依据。利用中国知网和Web of Science等数据库，系统检索了全球与天然氢气主题相关的学术论文，通过对200余篇论文的分布特征研究，揭示了研究机构、科研群体及基金资助等情况，分析了全球天然氢气研究现状，探讨了其现阶段面临的问题与未来研究的发展方向。研究结果表明：①相较于国外，中国天然氢气论文总数偏少，且理论体系并不完善，但受到国家资助的研究项目比例较前期明显增加，呈现出典型的快速发展阶段特征。②在未来较长的时间内，构建完善的天然氢气系统以及建立科学的资源评价理论方法，将成为天然氢气研究的核心方向。以天然氢气专探井为主要手段的地质基础研究工作必将受到高度重视，围绕氢源潜力、天然氢气赋存相态以及天然氢气储层封闭性等关键问题的相关研究工作也将逐步有序展开。③未来天然氢气领域的发展，离不开多学科的交叉融合，国家层面的政策与资金支持、科技攻关及国际合作将会是中国天然氢气相关研究与勘探迅速发展的必要条件。

关键词: 研究进展, 趋势展望, 富集成藏, 氢气系统, 天然氢气

Abstract:

Low-carbon or even zero-carbon energy will become an integral part in future energy landscape， with natural hydrogen emerging as a particularly promising resource. In the context of the global surge in natural hydrogen exploration， reviewing the history and advances in research on natural hydrogen， as well as assessing current challenges and predicting future trends in the research， will provide a reference for determining the subsequent exploration directions and research schemes. In this study， we systematically retrieve global academic articles on natural hydrogen from databases such as CNKI and Web of Science. By analyzing the distribution of over 200 articles， we identify the research institutions， scientific communities， and funding sources involved. Furthermore， we assess the status quo of global research on natural hydrogen and explore the challenges faced at the present stage and future directions. The results of this study indicate that compared to international publications on natural hydrogen， domestic articles are fewer in number and exhibit theoretical systems poorly-established. However， the proportion of state-funded research projects involved in the domestic articles has significantly increased， indicating that the domestic research is typically entering a rapid development stage. For a prolonged period in the future， constructing a comprehensive natural hydrogen system and developing theoretical methods for scientific resource evaluation will remain a central focus of natural hydrogen research. Fundamental geological research on natural hydrogen centered around dedicated natural hydrogen exploration wells， will be undoubtedly valued. Furthermore， research on key topics， such as hydrogen source potential， the occurrence state of natural hydrogen， and the sealing performance of natural hydrogen reservoirs， will be undertaken systematically. Interdisciplinary integration will be essential for advancing the natural hydrogen field. Furthermore， the rapid advancement in natural hydrogen research and exploration in China will require national-level policies and financial support， technological breakthroughs， and international cooperation.

Key words: research progress, trend and prospect, enrichment and accumulation, hydrogen system, natural hydrogen

中图分类号:

TE132.3

韩双彪,王缙,黄劼,等. 全球天然氢气研究现状与发展趋势[J]. 石油与天然气地质, 2025, 46(3): 790-808. doi: 10.11743/ogg20250307 Shuangbiao HAN,Jin WANG,Jie HUANG,et al. Current status and future trends of global research on natural hydrogen[J]. Oil & Gas Geology, 2025, 46(3): 790-808. doi: 10.11743/ogg20250307

图/表 13

图1

表1

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表2

全球典型的天然氢气发现"

国家	典型氢气发现	赋存相态	资料来源
美国	堪萨斯洲钻井中发现H₂含量最高91.70 %，在加利福尼亚和北卡罗来纳州地表均检测到H₂浓度（0 ~ 1 043） × 10^-6	游离态	文献［11，53，56］
哥伦比亚	Cauca-Patia山谷圆形结构中检测到H₂浓度为（6 ~ 330） × 10^-6	游离态	文献［13］
加拿大	加拿大地盾的许多勘探钻孔中H₂的含量最高可达30.00 %；雪茄湖铀矿床上伏黏土层中最高H₂浓度为500 × 10^-6	游离态、吸附态、溶解态	文献［57-58］
阿曼	Semail蛇绿岩上方温泉中H₂含量为0 ~ 8.79 %；Hajar山脉渗漏H₂浓度分布范围为（20 ~ 650） × 10^-6	游离态、溶解态	文献［7］
菲律宾	Zambales蛇绿岩裂缝渗漏气体中H₂的含量最高可达42.00 %	游离态	文献［59］
法国	比利牛斯山地表渗漏H₂浓度最高超过1 000 × 10^-6	游离态	文献［39-40］
俄罗斯	俄罗斯克拉通数千个直径从100 m到几千米的亚圆形构造中H₂最高含量为1.25 %	游离态	文献［4］
土耳其	土耳其Tekirova蛇绿岩中可能存在含有大量CH₄与H₂的储层，其中H₂的含量可达10.00 %	游离态	文献［60］
阿尔巴尼亚	Bulqizë铬铁矿中H₂含量最高可达84.00 %	游离态、溶解态	文献［6］
新喀里多尼亚	新喀里多尼亚领土全境中均发现有H₂，其中部分温泉溶解着0 ~ 36.07 %的H₂含量	游离态、溶解态	文献［39］
马里	马里Taoudeni盆地H₂含量最高可达98.00 %，成功商业化开发	游离态、溶解态	文献［1］
澳大利亚	约克半岛拉姆齐1号与拉姆齐2号钻井中H₂含量最高可达95.80 %；Frog’s Leg金矿检测到H₂含量为19.90 % ~ 68.70 %；Grass Patch与North Perth盆地地表圆形结构中检测到H₂浓度为（0 ~ 70） × 10^-6	游离态、溶解态、包裹体态	文献［30，41-42，54，61］
中国	中国松辽盆地钻井中的H₂含量为0 ~ 85.54 %；三水盆地中渗漏H₂浓度最高可达6 948 × 10^-6；即墨断裂周围温泉溶解气体中H₂含量为2.40 % ~ 12.50 %	游离态、溶解态	文献［27-28，64］

表2

图7

表3

图8

表4

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参考文献 96

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年份	数量/篇
年份	期刊论文	会议论文	学位论文
总计	78	7	1
1982—1999	6	0	0
2000—2009	14	0	1
2010—2019	20	2	0
2020—2024	38	5	0

地质环境/成因来源	形成氢气年通量/速率	数据来源
全球蛇绿岩带	0.18 ~ 0.36 Tg	文献［13］
全球前寒武系岩石圈	（0.36 ~ 2.27） × 10¹¹ mol	文献［38］
全球洋中脊裂谷系	1.3 × 10⁹ m³	文献［77］
全球洋壳玄武岩	6.3 × 10¹² mol	文献［78］
橄榄石蛇纹石化	182 Bcf /km³	文献［79］
U，Th和K元素衰变辐射裂解	1.9 × 10^-9 Bcf /km³	文献［57］

介质类型	扩散能力/（m²/s）	数据来源
砂岩	（1.6 ~ 2.1） × 10^-9	文献［87］
蒙脱石	（42.5 ~ 82.7） × 10^-9	文献［88］
蛋白石	（1.20 ~ 5.13） × 10^-9	文献［87，89］
无烟煤	（13 ~ 70） × 10^-9	文献［90-91］
页岩	（13 ~ 24） × 10^-9	文献［92］
石盐	（1.4 ~ 13.0） × 10^-9	文献［93］
纯水	（3.9 ~ 6.1） × 10^-9	文献［75，94-95］
空气	（0.756 ~ 1.604） × 10^-4	文献［83］
不锈钢	0.015 × 10^-9	文献［96］

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