【本站讯】沉积盆地内有机-无机相互作用广泛存在，对油气形成演化和金属矿产的富集具有重要控制作用。长期以来，学界普遍认为，沉积盆地多孔岩石中大量存在的油–水界面本身相对惰性，油–水两相之间的相互作用需要依赖催化矿物参与才能发生。而在深层-超深层背景下，烃类和孔隙水等地质流体性质随温度压力增加而显著改变，这些油-水界面是否具备更复杂的物理化学行为及地质效应，一直缺乏深入研究。

在国家自然科学基金项目等资助下，我校操应长教授和远光辉教授团队，联合北京大学、斯坦福大学、杜伦大学和德国地球科学研究中心学者，在高温高压油-水界面水微滴研究方面取得新进展。相关成果近期以“Oil–water interfaces drive gold precipitation via microdroplet chemistry in thermal geological systems”为题发表在美国科学院院刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA（PNAS）。

此前，团队在Nature Communications 上发表研究成果，首次发现高温高压条件下油–水界面可自发生成大量微米级水滴（水微滴-water microdroplets），并通过原位EPR检测，揭示这些界面水微滴能够在自身强大电场作用下，诱发离子（OH⁻、H⁺）失去/得到电子（e^-）形成自由基（·OH、·H）（图1），这些水源自由基通过与油源自由基组合触发了油-水之间的有机–无机相互作用和物质迁移，提出了“界面水微滴驱动有机–无机相互作用”新模型。

图1 油-水界面水微滴内电子和自由基等促进有机-无机相互作用和金的沉淀富集

在前期基础上，团队继续深耕，通过开展烃类-含金热液原位高温高压热模拟实验，进一步揭示了界面水微滴在金的富集成矿过程中的关键作用。研究结果表明：在模拟地质热条件的油-水体系中，界面水微滴内生成的高活性电子（e^-）、氢自由基（·H）和H₂O₂在短短几分钟内即可将微滴内极低浓度的金离子还原成单质金，进一步形成纳米金颗粒，甚至长成金丝结构（图1-2）。该过程不需要外加还原剂，界面水微滴内的高活性物质构成了天然的“化学引擎”。这种界面机制不仅解释了“富金矿床为什么常伴有机质”，也启发了一种绿色、环保的贵金属回收思路。

图2 热模拟实验中生成的纳-微米金颗粒显微图像和成分结果

研究表明，沉积盆地地下油–水体系本身具有自组织的化学反应能力，微液滴在其中扮演着活性界面的角色，能够促进有机相与无机相之间的电子与物质迁移。该发现拓展了地球化学反应的传统认识框架，为理解沉积盆地中油气生成演化、金属富集成矿作用以及地球内部物质循环和能量转换提供了新的视角。

相关链接：

PNAS：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2508673122

Nature Communications：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49293-y