流体包裹体被认为是地质流体作用的“时间胶囊”，是记录地质流体作用温度、压力、组成等信息的重要媒介，常被用于追溯重要地质作用过程中流体的形成与演化。氢气是自然界中最活跃的分子之一，在地球和生命演化过程中发挥了重要作用。近年来，随着能源转型的演进，全球掀起了一股“淘氢热”，地下氢气成因、成藏过程和机制研究已成为研究热点。理论上，对含氢气的包裹体进行分析对于解决上述科学问题具有重要意义。然而，氢气分子小、反应活性强，极易扩散或消耗。因此，需要迫切回答的问题是，含氢气地质流体的信息能否被有效保存在流体包裹体中？
当前，拉曼光谱分析技术是鉴定单个包裹体中氢气最有效的手段。王小林教授团队对石英、白云石、萤石等矿物中的自然包裹体和合成包裹体（熔融石英毛细管胶囊）开展了系统的原位拉曼光谱分析（图1），发现在激光照射下，石墨、焦沥青、金刚石等碳质组分可以催化甲烷分解，在数秒至数十秒内即可累积被拉曼光谱分析检测到的氢气（图2）。若体系中含有CO2，还可检测到CO的生成。若用CD4代替甲烷，生成的是D2而非H2，这进一步明确了氢气源自甲烷分解(图3)。对于含13CH4体系，可以检测到13C-石墨的生成，表明甲烷分解的最终产物是石墨。这些新生成的碳可与12CO2反应形成13CO和12CO(图3)。只有当激光达到一定功率(如532 nm激光为13.9 mW)时，才能在正常实验时间内检测到明显的氢气信号，而激光波长对产氢影响不显著（473 nm，532 nm，633 nm）。综合以上实验现象，团队提出了甲烷在碳质材料表面被激光诱导分解产氢的反应模型(图4)。考虑到含CO2体系中氢气信号更强，该团队认为甲烷分解产生的碳覆盖在反应位点上，阻止产氢持续；而CO2通过与碳反应形成CO再活化反应位点，可维持产氢反应进行(图4)。
上述结果表明，在应用拉曼光谱分析表征包裹体组成时，应严格控制激光功率，或避免激光聚焦在碳质组分表面，以降低人工产氢干扰的风险，从而更为准确地揭示地球深部T-P-x-f(O2)性质及其演化。该反应可在尺寸较小的反应腔内进行，对反应温度要求低；加之石墨、沥青等材料价格相对低廉，因而该成果从地质研究的角度为工业制氢提供了一定的参考。
该成果以《Hydrogen in natural inclusions: geological legacy or laboratory artifact?》为题发表于《Geochimica et Cosmochimica Acta》。304永利集团官网入口博士生连浩昆为论文第一作者，王小林教授为通讯作者，共同作者包括加拿大阿尔伯塔大学地球与大气科学系Matthew Steele-MacInnis教授，永利集团官网胡文瑄教授，博士生孙东权，中国科学院深海科学与工程研究所周义明研究员。本研究得到了国家重点研发计划（2022YFF0800403）、国家自然科学基金（42173038，42130109）、304永利集团官网入口关键地球物质循环前沿科学中心科研基金，以及中国石油基础科学研究与战略技术储备基金项目（2023D-5008-02）的资助。
论文信息：Lian H., Wang X., Steele-MacInnis M., Sun D., Hu W., Chou I-M., Hydrogen in natural inclusions: geological legacy or laboratory artifact? Geochimica et Cosmochimica Acta, 2026. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.01.002
图1萤石(Fl)、白云石(Dol)和石英(Qtz)中含碳质材料与甲烷的天然包裹体与含气体和碳质材料的熔融石英毛细管胶囊（FSCC）
Pyrbit =焦沥青，Gr =石墨
图2萤石、石英、白云石矿物包裹体中的产氢现象
图3含CD4/13CH4-Gr-CO2-N2体系的熔融毛细硅管胶囊中的产氢现象
图4甲烷在激光诱导和碳质材料(CM)催化下的产氢路径
图文：连浩昆 王小林
审核：陈天宇
