图 高温油-水界面处水微滴形成并触发极低浓度金离子的还原沉淀
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-超深层条件下，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（批准号：42222208、42488101）等资助下，中国石油大学（华东）操应长和远光辉教授团队，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，在高温油–水界面反应机制及地质效应研究方面取得进展。相关成果以“水微滴开启有机-无机相互作用和物质转换（Microdroplets initiate organic–inorganic interactions and mass transfer in hydrous systems）”和“热液系统油水界面中微滴反应驱使金沉淀（Oil–water interfaces drive gold precipitation via microdroplet chemistry in thermal geological systems）”为题分别于2024年6月11日和2025年10月16日发表于《自然·通讯》（Nature Communications）和《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）。论文链接分别为：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49293-y，https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2508673122。
研究团队通过模拟地质热条件实验，首次发现高温高压条件下油–水界面处可自发生成大量微米级水滴（水微滴-water microdroplets），并在界面区域持续形成、融合与分散。不同于体相水（bulk water），在自身强大界面电场作用下，水微滴内离子（OH-、H+）通过电子（e-）转移形成自由基（·OH、·H）。这些水源自由基可与油源自由基耦合反应，从而触发油-水之间的化学反应和物质交换。进一步研究发现，水微滴内生成的高活性电子（e-）、氢自由基（·H）和H2O2能够快速将溶液中极低浓度的金离子还原成单质金，形成纳米金颗粒，甚至长成金丝结构（图），表明微液滴体系可在无矿物催化剂和外加还原剂的条件下自发驱动金属离子的还原沉淀。
研究提出的“界面水微滴触发的有机–无机相互作用”新模型，突破了成岩域内“油–水相互作用需要催化矿物触发”的传统认识，不仅能够解释“油-水为什么相互作用、富金矿床为何常伴有机质”，也启发了一种绿色、环保的贵金属回收思路。该研究拓展了地球化学反应的认识框架，为深入理解油气系统演化、成矿作用以及地球内部物质能量转换提供了新的视角。