近日，国家自然科学基金委员会高技术研究发展中心发布“十三五”国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项综合绩效评价结果，由北京大学地球与空间科学学院张立飞教授主持的“俯冲带深部过程与非生物成气”项目被评为优秀，是4项获优项目中唯一地学项目。

该项目自2020年正式启动以来，来自北京大学、北京高压科学研究中心、中石化石油勘探开发研究院、吉林大学、中国科学院兰州油气中心、中海油湛江分公司6家单位组成的项目团队凝心聚力、攻坚克难，在张立飞的带领下，围绕“俯冲带深部过程与非生物成气”这一核心科学问题，取得了一系列国际领先的原创性成果。依托该项目提出并确立的俯冲带非生物成气理论打破了传统油气勘探仅聚焦地下10公里以浅有机热成因烃的局限，为寻找深部无机油气藏提供了关键理论支撑。

项目执行期间，该团队在《自然》（Nature）、《科学进展》（Sci. Adv.）、《国家科学评论》（NSR）、《地质学》（Geology）、EPSL、GCA等国际顶级期刊发表了第一标注SCI论文61篇，在《地质学报》（英文版）出版了“俯冲带深部碳循环与非生物气”专辑（2023），申请了国家专利15项（其中发明专利5项）；培养了国家级人才和博士研究生多名；获得了教育部自然科学一等奖、李四光地质科学奖、侯德封奖等多项奖励。

延续阅读：张立飞教授主持的国家重点研发计划项目“俯冲带深部过程与非生物成气”成果简介

自2020年项目正式启动以来，项目团队围绕“俯冲带深部过程与非生物成气”这一核心科学问题，在极端高温高压实验技术、俯冲带非生物成气机理和中国东部盆地非生物气聚集成藏过程等方面取得国际领先的原创性成果：

1、开发了变革性极端高温高压实验技术：自主搭建了金刚石压腔原位双面激光加热和测温系统，实现了地球核幔边界极端高温高压实验条件（～150GPa、～3000K）；基于该系统首次将处于挥发份（如氩气）环境中的玻璃碳前驱体转化为纳米晶金刚石，开发了“金刚石纳米高压舱”技术（图1），成功模拟了天然超深金刚石流体包裹体的形成过程，为破解地球深部碳氢化合物转化等难题提供全新路径，在此基础上建立了地球深部碳氢化合物转化新机制。该技术属于国际领先水平，突破了传统高压实验在样品表征与保存方面的局限。

图1.“金刚石纳米高压舱”合成过程示意图

2、揭示了俯冲带非生物甲烷气生成机理：通过对西南天山俯冲带高压-超高压变质岩（榴辉岩、蛇纹岩、泥质岩）的精细研究，团队在石榴石、绿辉石、角闪石、白云石、石英等矿物中发现了大量富含甲烷的原生流体包裹体（图2）。结合高温高压实验和热力学模拟计算，证实了含铁碳酸盐在俯冲变质过程中还原生成非生物甲烷等多种反应机理。并基于热力学模拟计算得出全球现代俯冲带在50—120公里榴辉岩化过程中释放的最大甲烷通量约为～10百万吨/年，为目前已知最大无机甲烷气来源。同时在高温高压实验获得的碳酸盐矿物溶解度基础上，建立了俯冲带脱水脱碳数值模型，精确约束了冷、中、热俯冲带环境下的C—H循环通量。

图2.西天山榴辉岩石榴石(a)和绿辉石(b)中的原生含甲烷流体包裹体

3、确立了中国东部盆地非生物气成藏条件与有利区段：系统对比研究了中国东部中-新生代含油气盆地，阐明了太平洋板块俯冲深部动力学过程与中国东部盆地非生物气富集的内在联系。提出早二叠至早三叠纪古亚洲洋和特提斯洋俯冲为古太平洋西向俯冲提供起始动力，之后侏罗纪至白垩纪，古太平洋板块经历了挤压-伸展-回撤的转换，在中国东部形成了拉张伸展的大陆边缘（图3）。发现中国东部盆地从南到北（黄桥→济阳坳陷→松南→庆深），非生物气中二氧化碳含量逐渐减少、甲烷占比逐渐增加，提出太平洋板块俯冲引起的深部过程向松辽盆地提供了大量非生物甲烷。进一步确定了深大断裂、基性火山岩等深地过程对盆地非生物气富集成藏的控制作用，优选出松辽盆地长岭和徐家围子断陷、渤海湾盆地济阳坳陷、莺歌海盆地底辟区等非生物气有利区段。

图3.西太平洋板块俯冲与氧逸度变化对中国东部盆地非生物资源影响

总之，该项目在岩石学研究基础上，提出碳酸盐矿物在俯冲带变质过程中可以被还原形成目前规模最大的非生物甲烷气，高温高压实验模拟进一步确定这些无机甲烷气可以稳定到地幔过渡带，在下地幔条件下可能转变成长链烷烃；结合西太平洋板块俯冲在我国东部形成的一系列拉伸盆地地质条件分析，确定了在我国东部开展深部甲烷、氢气和氦气资源勘查的有利区段和远景区。

来源：北京大学地球与空间科学学院