近期，《岩石学报》在线发表了题为“弧前地幔楔产氢量评估方法：以马里亚纳俯冲带为例”的研究成果。该成果由实验室硕士生张荣斌、陈龙副教授（通讯作者）、索艳慧教授、李三忠教授合作完成，研究工作得到崂山实验室科技创新项目、泰山学者攀登计划、山东省重大基础科学研究项目和中央高校基本科研业务费的联合资助。

该研究首次构建了一套系统的弧前地幔楔蛇纹石化过程氢气产率和产量的定量评估方法（图1），并以马里亚纳俯冲带为典型案例开展应用，揭示了该区域巨大的天然氢气资源潜力，为全球天然氢气勘探提供了新的理论依据与技术路径。

图1  氢气产率和产量评估方法流程图

天然氢气（地质氢）作为一种潜在的可再生零碳能源，有望在国家能源转型中发挥重要作用。天然氢气主要源于自然界中超镁铁质岩的蛇纹石化作用。然而，目前对其资源潜力的评估尚处初期阶段，尤其对于俯冲带弧前地幔楔中该过程所对应的氢气产率及总产量，研究近乎空白。

针对上述关键科学问题，本研究创新性地提出了“全岩Fe³⁺差值法”与“矿物Fe³⁺求和法”相结合的双重路径评估模型。蛇纹石化过程中氢气产率与化学反应计量式之间存在明确的定量关系：每2mol的Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，即生成1mol H₂。因此，准确测定蛇纹石化过程中新生成的Fe³⁺含量，即可实现对氢气产率的定量约束。蛇纹石化过程中新生成的Fe³⁺主要赋存在磁铁矿和蛇纹石中。通过对马里亚纳弧前ODP 1200A钻孔岩心样品的系统分析，综合运用湿化学法、X射线荧光微区面扫描、饱和磁化强度测定及电测探针等测试手段，精确量化了蛇纹石化过程中新生成的Fe³⁺含量。结果表明：基于“矿物Fe³⁺求和法”获得的蛇纹石化新生Fe³⁺含量介于1.35%~2.96%之间，对应氢气产率为84.51~185.35mmol/kg，平均值为128.64mmol/kg；基于“全岩Fe³⁺差值法”获得的新生Fe³⁺平均含量为3.48%，对应氢气产率为218.04mmol/kg。

在获取单位质量蛇纹岩氢气产率的基础上，研究进一步结合区域地震波速异常数据，限定马里亚纳弧前地幔楔的蛇纹石化程度约为30%~50%（图2）。据此计算得出，该区域蛇纹石化作用产生的理论氢气总产量约为4.55×10¹²~12.86×10¹²吨。需要强调的是，该数值仅代表理论产氢总量，而非实际可开采储量。若考虑曾发生蛇纹石化的弧前地幔楔可能因俯冲侵蚀作用被带入地幔深处，而在此过程中产生的低密度氢气更倾向于滞留并保存在地幔楔浅部，则实际资源量可能远高于当前估算值。

图2  马里亚纳俯冲带弧前地幔楔蛇纹岩空间分布示意图

论文信息：张荣斌，陈龙，索艳慧，李三忠. 2026. 弧前地幔楔产氢量评估方法：以马里亚纳俯冲带为例. 岩石学报, 42(7): 2601-2618

文章链接：: 10.18654/1000-0569/2026.07.18