您好：“可燃冰”：未来的洁净能源当人们提到能源时，浮现在脑海中的常常是燃烧的火焰，而绝不会是冰块。
火与冰本来是两种相反的物质形态。但是越来越多的科学家相信，未来洁净能源的最大一部分也许蕴藏在海底，以冰冷的能够燃烧的冰状晶体形式存在。
“可燃冰”及其基本特征
所谓“可燃冰”，实际上是一种天然气水合物的新型矿物，它是在低温、高压条件下，由碳氢化合物气体与水分子组成的一种类冰结晶化合物的固体物质。透明无色的“可燃冰”外形似冰，能够燃烧。其分子结构就像一个一个的“笼子”，由若干水分子组成的每个“笼子”里面“关”着一个天然气分子（主要成分为甲烷）。关进“笼子”的分子除了甲烷外，还可以是二氧化碳、氮气、硫化氢等小分子的气体，它们被统称为气水化合物。
据估计，20.7%的陆地和大洋底90%的地区，具有形成天然气水合物的有利条件。绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，其资源量是陆地上的100倍以上。
作为一种新型的能源矿产，“可燃冰”具有如下的特征：
1.“可燃冰”能量密度高。每立方米的固体水合物，可释放164立方米的甲烷气体，其能量密度是普通天然气的2～5倍。
2.“可燃冰”杂质少，无污染。燃烧后几乎不会产生有害污染物质，尤其是生成的致癌物质二氧化硫要比燃烧原油或煤低两个数量级，是一种新型的清洁能源。
3.“可燃冰”形成条件复杂。需要低于10℃的温度和大于100个大气压的压力等环境条件。能够满足上述条件的区域只有两种情况：一是陆地上的高纬度永冻区，另一种是水深大于300～500米的海洋中在海底之下0～1500米之间的孔隙地层。另外，一些天文学家指出，在巨大的地外天体及其卫星中，“可燃冰”也是重要的化合物。
4.“可燃冰”分布广、资源丰富。科学家的评价结果表明，“可燃冰”在世界各大洋中均有分布，仅海底区域分布面积就达4000万平方公里，占海洋总面积的1/4，是迄今为止海底最具价值的矿产资源。科学家推测，全球海底天然气水合物的甲烷资源量是迄今地球上所有已知的煤、石油及天然气矿床的甲烷当量的两倍。
5.“可燃冰”矿层厚、规模大。目前，世界上已发现的“可燃冰”分布区多达60处，矿层最厚可达数百米。
科学家指出，凡是以往用天然气生产的化肥、化纤等物品，都完全可以使用“可燃冰”制造。由此可见，在石油之后，“可燃冰”有望成为人类的又一支柱能源。
“可燃冰”研究的历史和现状
从60年代开始，西方工业化国家一直在“可燃冰”的研究领域捷足先登。前苏联、美国、日本等国家，都非常重视“可燃冰”的研究和地质调查工作。美国和日本已经提出，计划在2010年实现对“可燃冰”的大规模商业开采。
开发利用“可燃冰”的利弊
天然气水合物埋藏于海底的岩石中，与石油、天然气相比，它不易开采和运输，至今仍没有完美的开采方案。首先是开采这种水合物会给生态带来一系列严重问题。如果在开采中甲烷气体大量泄漏于大气中，造成的温室效应将比二氧化碳更加严重。同时，陆缘海边的天然气水合物开采起来十分困难，目前还没有成熟的勘探和开发的技术方法，一旦出了井喷事故，就会造成海水汽化，发生海啸。
另外，天然气水合物也可能是引起地质灾害的主要因素之一。美国地质调查所的调查表明，天然气水合物能导致大陆斜坡上发生滑坡，这对各种海底设施是一种极大的威胁。
最近，日本等国在开采天然“可燃冰”的试验上获得了成功。开采试验是在加拿大西北部进行的。有关专家认为，这次日本等国的试验成功，必将大大加快天然“可燃冰”进入人类现代生活的进程。日本经济产业省发布信息说，在今后的10年中，要开发出实用技术，将其运用于日本近海海底的“可燃冰”开采。
我国“可燃冰”研究现状
我国在天然气水合物方面的研究还处于刚刚起步的阶段。鉴于天然气水合物具有重要的资源和环境意义，且我国在这方面研究的相对滞后，在我国开展海底天然气水合物的研究，特别是圈定我国海域天然气水合物资源的远景区、探明其资源量、监测和评估天然气水合物对海洋环境和海底工程的影响、预测灾害趋势以及研究并建立我国海底天然气水合物资源勘探开发的高新技术体系，已成为我国资源和环境研究领域的当务之急。
根据显示标志在地震勘测线上出现的范围，大致可圈出天然气水合物的分布面积为8000多平方公里，这一区域地球化学异常也有重要显示，表明这一区域内天然气水合物有相当大的资源前景。另外，在我国的东海陆坡海域也有类似重大发现。专家认为，这些发现对我国的社会发展和经济建设有重要意义。目前，我国已经开始将“可燃冰”研究列为国家研究开发计划，进行资源勘察、开采和运输的研究。
2002年3月，我国科学家首次在模拟实验室中合成了“可燃冰”，并成功地点燃了提取出的气体。由于各海域地质条件不同，所存在的天然气水合物的成分和形成机制也有所不同，实验室研究结果将为技术勘察和资源评价提供依据。
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从目前技术来看，开发一整套专用技术基本不可能，只能借用现有的天然气储运技术，在前端实现可燃冰-天然气的转换。
未来新能源 为缓解世界能源供应紧张的矛盾，各国科学家都努力研究，积极寻找新能源。科学家认为，21世纪，波能、可燃冰、煤成气、微生物、绿藻将成为人类广泛应用的新能源。
波能：即海洋波浪能。这是一种取之不尽、用之不竭的无污染再生能能源。据科学家推测，地球上海洋波浪蕴藏的电能高达90万亿千瓦。
可燃冰：这是一种与水结合在一起的固体化合物，它的外形与冰相似，故称“可燃冰”。据科学家测算：可燃冰蕴藏量比地球上的煤、石油和天然气的总和还多。煤成气：煤在形成过程中由于温度及压力增加，在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。科学家估计，地球上煤成气可达2000万亿立方米。
微生物：世界上有不少国家盛产甘蔗、甜菜、木薯等，科学家利用微生物发酵，可将它们制成酒精，用其稀释汽油所配制的“乙醇汽油”，功效可提高15%左右，而且制作酒精的原料丰富，成本低廉。科学家还研究成功利用微生物制取氢气，开辟了能源的新途径。
绿藻：当石油和天然气耗尽时，论文先生网氢也许是一种理想的燃料，问题在于要找到一个廉价地生产氢燃料的方法，科学家称，这个问题的答案可能是一种普通的池塘绿藻。目前，一升绿藻培养液每小时可以生产出3毫升氢气。研究人员认为， 绿藻生产氢气的效率至少可以提高100倍，而这一点有待于技术的进一步提高。
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优秀文章 2009-10-22 04:36:44 阅读482 评论0 字号：大中小 订阅
天然气水合物调查和研究现状
摘 要：天然气水合物是21世纪潜在的新能源，它正受到各国科学家和各国政府的重视，本文简介了天然气水合物和各国对其合物资源调查和研究现状。
1 什么是天然气水合物
天然气水合物又称固态甲烷，它是由天然气与水所组成，呈固体状态，其外貌极象冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，因此有人称其为"可燃冰"、"气冰"、"固体瓦斯"。天然气水合物的结晶格架主要由水分子构成，在不同的低温高压条件下，水分子结晶形成不同类型多面体的笼形结构。其分子式为MnH2O加表示甲烷等气体，n为水分子数）。天然气水会物的结构类型有：I、11和H型。I型为立方晶体结构、Ⅱ型为菱型晶体结构、H型为六方晶体结构。Ⅰ型天然气水合物在自然界颁最广，而Ⅱ及H型水合物更为稳定。它是在低温高压条件下，由水与天然气（主要是甲烷气，每平方米的天然气水会物可释放出164立方米甲烷和0.8立方米的水）结合形成一种外观似水的白色结晶固体，主要存在于陆地上的永久冻土带和海洋沉积物中。
2 国际上天然气水合物资源调查、研究现状
随着世界上石油、天然气资源的日渐耗尽，各国的科学家正在致力于寻找新的接替能源。天然气水合物被称为ZI世纪具有商业开发前景的战略资源，正受到各国科学家和各国政府的重视。
自60年代开始，俄、美、巴德、英、加等许多发达国家，甚至一些发展中国家对其也极为重视，开展了大量的工作。
俄罗斯自60年代开始，先后在白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、黑海、里海等开展了天然气水合物调查，并发现有工业意义的矿体。即使近期经济比较困难，仍坚持在巴伦支海和鄂霍茨克海等海域进行调查或研究工作。位于西西伯利亚东北部的Messoyakha天然气水合物矿田已成功生产了17年。
美国科学家早在1934年首次在输气管道中发现了天然气水合物，它堵塞了管道，影响了气体的输送而开始了对水合物结构及形成条件的研究。随后美、加在加拉斯加北坡、马更些三角洲冻土带相继发现了大规模的水合物矿藏。70年代初英国地调所科学家在美国东海岸大陆边缘所进行的地震探测中发现了"似海底反射层"（Bottom Similating，Reflector，英文称 BSR）。紧接着于1974年又在深海钻探岩芯中获取天然气水合物样品，并释放出大量甲烷，证实了"似海底反射"与天然气水含物有关。1979年美国借助深海钻探计划（DSDP）和大洋钻探计划（ODP），长期主持和组织了此项工作，最早指出天然气水合物为未来的新型能源，并绘制了全美天然气水含物矿床位置图。积极参加这项工作的还有英国、加拿大、挪威、日本和法国等。1991年美国能源部组织召开"美国国家天然气水合物学术讨论会"。最为重要的是1995年冬ODP64航次在大西洋西部布莱克海台组织了专门的天然气水合物调查，打了一系列深海钻孔，首次证明天然气水会物广泛分布，肯定其具有商业开发的价值。同时指出天然气水会物矿层之下的游离气也具有经济意义。以甲烷碳量计算，初步估计该地区天然气水合物资源量多达100亿吨，可满足美国105年的天然气消耗。在天然气水合物取得一系列研究成果的基础上，美国地质学会主席莫尔斯于1996年把天然气水合物的发现作为当今六大成就之一。因此，美国参议院于1998年通过决议，把天然气水合物作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划，要求能源部和美国地质调查局等有磁部门组织实施，其内容包括资源详查、生产技术、全球气候变化、安全及海底稳定性等五方面的问题，拟每年投人资金2000万美元，要求2010年达到计划目标，20年将投入商业性开发。
亚洲东北亚海域是天然气水合物又一重要富集区。80年代末ODP127、131航次在日本周缘海域进行钻探，获得了天然气水会物及BSR异常广布的重要发现。美国能源部的Krason在1992年日本东京召开的第29届国际地质大会上表明在日本周缘海域共发现9处的BSR分布区。天然气水合物矿层位于海底以下150-300M处，矿层厚度分别为3m、5m、7m，总厚为15m。估计在日本南海海槽的BSR颁面积约35000Km2。由于美国能源部发表了上述评估数据，加之日本油气能源短缺，它引起了日本通产省、科技界及企业界的高度重视。1995年日本通产省资源能源厅石油公司（JNOC）联合10家石油天然气私营企业制定了1995-l999年宏伟的"甲烷天然气水合物研究及开发推进初步计划"，投资6400万美元。通过对日本周边海域，特别是南海海槽、日本海东北部的鄂霍茨克海的靶区调查，发现南海海槽水合物位于水深850—1150m离岸较近，易于开发。水会物赋存一砂岩和火山沉积物中，其也隙度为35％，水合物充填率达85％，初步评价，日本南海海槽的天然气水合物甲烷资源量为7.4×l012m3，可满足日本100年的能源消耗。
德国从80年代后期还曾利用"太阳号"调查船与其他国家合作，先后对东太平洋俄勒冈海域的卡斯凯迪亚增生楔，以及西南太平洋和白令海域进行了水合物的调整。在南沙海槽、苏拉威西海、白令海等地都发现了与水合物有关的地震标志，并获取了水合物样品。
印度在1995年全国地质地球物理年会上统一了认识，认为天然气水含物已成为现今地质工作的主题。在印度科学和工业委员会的领导下制定了"全国天然气水合物研究计划"，投资5600万美元。迄今为止，印度已在其东西地区发现了多处地球物理异常，显示出良好的找矿前景。
韩国资源研究所和海洋开发研究所于1997年开始在其东南部近海郁龙盆地进行水含物调查，相继发现了略受变形的BSR、振幅空白带、浅气层、麻炕、海底滑坡、菱锰结核等一系列与水会物相关的标志。
新西兰在北岛东岸近海水深1-3Km，发现面积大于4×104km2的BSR分布区。中国论文联盟
澳大利亚近年在其东部豪勋爵海底高原发现BSR分布面积达8×104km2。
巴基斯坦在阿曼湾开展了水会物调查，也取得了进展。
加拿大西侧胡安一德赛卡洋中脊斜坡区发现约1800亿油当量的天然气水合物资源量。
总之，目前已调查发现并圈定有天然气水合物的地区主要分布在西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、南海海槽、苏拉威西海、新西兰北岛；东太平洋海域的中美海槽、北加利福尼亚一俄勒冈滨外、秘鲁海槽；大西洋海域的美国东海岸外布莱克海台、墨西哥湾、加勒比海、南美东海岸外陆缘、非洲西西海岸海域；印度洋的阿曼海湾；北极的巴伦支海和波弗特海；南极的罗斯海和威德尔海，以及黑海与里海等。目前世界这些海域内有88处直接或间接发现了天然气水合物，其中26处岩心见到天然气水会物，62处见到有天然气水合物地震标志的似海底反射（BSR），许多地方见有生物及碳酸盐结壳标志。据专家估算：在全世界的边缘海、深海槽区及大洋盆地中，目前已发现的水深3000m以内沉积物中天然气水会物中甲烷资源量为2.1×1016m3（2.l万万亿m3）。水合物中甲烷的碳总量相当于全世界已知煤、石油和天然气总量的二倍。可满足人类1000年的需求，其储量之大，分布面积之广，是人类未来不可多得的能源。以上储量的估算尚不包括天然气水合物层之下的游离气体。
3 我国有关天然气水合物的研究、调查现状
近年来，国家领导和国土资源部、科技部、财政部、国家计委等部委领导非常重视天然气水合物的调查与研究。首先是对我国管辖海域历年来做过大量的地震勘查资料分析，在冲绳海槽的边坡、南海的北部陆坡、西沙海槽和西沙群岛南坡等处发现了海底天然气水合物存在的似海底地震反射层（BSR）标志。并在对海底天然气水合物的成因、地球化学、地球物理特征、外北采集、资料处理解释、钻孔取样、测井分析、资源评价、海底地质灾害等方面进行了系统的研究，并取得了丰富的资料和大量的数据。
自1984年始，我国地质界对国外有关水会物调查状况及其巨大的资源潜力进行了系统的资料汇集。广州海洋地质调查局的科技人员对80年代早、中期在南海北部陆坡区完成的2万多公里地震资料进行复查，在南海北部陆坡区发现有似海底反射（BSR）显示。根据国土资源部中国地质调查局的安排，广州海洋地质调查局于1999年10十月首次在我国海域南海北部西沙海槽区开展海洋天然气水合物前期试验性调查。完成三条高分辩率地震测线共543.3km。2000年9-11月，广州海洋地质调查局"探宝号"和"海洋四号"调查船在西沙海槽继续开展天然气水含物的调查。共完成高分辩率多道地震1593.39km、多波束海底地形测量703.5km、地球化学采样20个、孔隙水样品18个、气态烃传感器现场快速测定样品33个。获得突破性进展。资料表明：地震剖面上具明显似海底反射界面(BSR）和振幅空白带。"BSR"界面一般位于海底以下300-700m，最浅处约180m。振幅空白带或弱振幅带厚度约80-600m，"BSR"分布面积约2400km'。以地震为主的多学科综合调查表明：海域天然气水合物主要赋存于活动大陆边缘和非活动大陆边缘的深水陆坡区，尤以活动陆缘俯冲带增生楔区、非活动陆缘和陆隆台地断褶区水含物十分发育。根据ODP184航次1144钻井资料揭示，在南海海域东沙群岛东南地区，l百万年以来沉积速率在每百万年400-1200m之间，莺歌海盆地中中新世以来沉积速度很大。资料表明：南海北部和西部陆坡的沉积速率和已发现有丰富天然气水合物资源的美国东海岸外布莱克海台地区类似。南海海域水含物可能赋存的有利部位是：北部陆坡区、西部走滑剪切带、东部板块聚合边缘及南部台槽区。本区具有增生楔型双BSR、槽缘斜坡型BSR、台地型BSR及盆缘斜坡型BSR等四种类型的水合物地震标志BSR构型。从地球化学研究发现南海北部陆坡区和南沙海域，经常存在临震前的卫星热红外增温异常，其温度较周围海域升高5-6℃，特别是南海北部陆坡区，从琼东南开始，经东沙群岛，直到台湾西南一带，多次重复出现增温异常，它可能与海底的天然气水会物及油气有关。
综合资料表明：南海陆坡和陆隆区应有丰富的天然气水合物矿藏，估算其总资源量达643.5-772.2亿吨油当量，大约相当于我国陆上和近海石油天然气总资源量的1/2。
西沙海槽位于南海北部陆坡区的新生代被动大陆边缘型沉积盆地。新生代最大沉积厚度超过7000m，具断裂活跃。水深大于400m。基于应用国家863研究项目"深水多道高分辨率地震技术"而获得了可靠的天然气水合物存在地震标志：1）在西沙海槽盆北部斜坡和南部台地深度200-700m 现强BSR显示，在部分测线可见到明显的BSR与地层斜交现象。2）振幅异常，BSR上方出现弱振幅或振幅空白带，以层状和块状分布，厚度80-450m。3）BSR波形与海底反射波相比，出现明显的反极性。4）BSR之上的振幅空白带具有明显的速度增大的变化趋势。资料表明：南海北部西沙海槽天然气水合物存在面积大，是一个有利的天然气水合物远景区。
2001年，中国地质调查局在财政部的支持下，广州海洋地质调查局继续在南海北部海域进行天然气水合物资源的调查与研究，计划在东沙群岛附近海域开展高分辨率多道地震调查3500km，在西沙海槽区进行沉积物取样及配套的地球化学异常探测35个站位及其他多波束海底地形探测、海底电视摄像与浅层剖面测量等。另据我国台大海洋所及台湾中油公司资料，在台西南增生楔，水深500-2000m处广泛存在BSR，其面积2×104km2。并在台东南海底发现大面积分布的白色天然气水合物赋存区。
4 意见与建议
（1）鉴于天然气水合物是21世纪潜在的新能源，它正受到各国科学家和各国政府的重视，其调查研究成果日新月异，故及时了解、收集、交流这方面的情况、勘探方法及成果尤为重要，为赶超国际天然气水合物调查、研究水平，促进我国天然气水会物的调查、勘探与开发事业，为我国经济的持续发展做出新贡献，建议每两年召开一次全国性的"天然气水合物调查动态、勘探方法和成果研讨会"。
（2）我国南海广阔的陆坡及东海部分陆坡具有形成天然气水含物的地质条件，建议尽快开展这两个海区的天然气水含物的调查研究工作，为我国国民经济可持续发展提供新能源。
（3）天然气水合物的开采方法目前主要在热激化法、减压法和注人剂法三种。开发的最大难点是保证井底稳定，使甲烷气不泄漏、不引发温室效应。针对这一问题，日本提出了"分子控制"开采方案。天然气水会物矿藏的最终确定必须通过钻探，其难度比常规海上油气钻探要大得多，一方面是水太深，另一方面由于天然气水合物遇减压会迅速分解，极易造成井喷。日益增多的成果表明，由自然或人为因素所引起温压变化，均可使水合物分解，造成海底滑坡、生物灭亡和气候变暖等环境灾害。因而研究天然气水合物的钻采方法已迫在眉捷，建议尽快开展室内外天然气水合物钻采方法的研究工作。
