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簡介
天然氣水合物（NaturalGasHydrate，簡稱GasHydrate）因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”(英譯為：Combustibleice）或者“固體瓦斯”和“氣冰”。它是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、PH值等）下由水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合時組成的類冰的、非化學計量的、籠形結(jié)晶化合物（碳的電負性較大，在高壓下能吸引與之相近的氫原子形成氫鍵，構(gòu)成籠狀結(jié)構(gòu)）。它可用mCH4·nH2O來表示，m代表水合物中的氣體分子，n為水合指數(shù)（也就是水分子數(shù)）。組成天然氣的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成單種或多種天然氣水合物。形成天然氣水合物的主要氣體為甲烷，對甲烷分子含量超過99%的天然氣水合物通常稱為甲烷水合物（MethaneHydrate）。
天然氣水合物在自然界廣泛分布在大陸永久凍土、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內(nèi)陸湖的深水環(huán)境。在標準狀況下，一單位體積的氣水合物分解最多可產(chǎn)生164單位體積的甲烷氣體，因而其是一種重要的潛在未來資源。
天然氣水合物是20世紀科學考察中發(fā)現(xiàn)的一種新的礦產(chǎn)資源。它是水和天然氣在高壓和低溫條件下混合時產(chǎn)生的一種固態(tài)物質(zhì)，外貌極像冰雪或固體酒精，點火即可燃燒，有“可燃水”、“氣冰”、“固體瓦斯”之稱，被譽為21世紀具有商業(yè)開發(fā)前景的戰(zhàn)略資源，天然氣水合物是一種新型高效能源，其成分與人們平時所使用的天然氣成分相近，但更為純凈，開采時只需將固體的“天然氣水合物”升溫減壓就可釋放出大量的甲烷氣體。
天然氣水合物使用方便，燃燒值高，清潔無污染。據(jù)了解，全球天然氣水合物的儲量是現(xiàn)有天然氣、石油儲量的兩倍，具有廣闊的開發(fā)前景，美國、日本等國均已經(jīng)在各自海域發(fā)現(xiàn)并開采出天然氣水合物，據(jù)測算，中國南海天然氣水合物的資源量為700億噸油當量，約相當中國陸上石油、天然氣資源量總數(shù)的二分之一。
中國首次開采出天然氣水合物(可燃冰)樣品
中國在南海北部成功鉆獲天然氣水合物實物樣品“可燃冰”，從而成為繼美國、日本、印度之后第4個通過國家級研發(fā)計劃采到水合物實物樣品的國家。
2007年5月1日凌晨，中國在南海北部的首次采樣成功，證實了中國南海北部蘊藏豐富的天然氣水合物資源，標志著中國天然氣水合物調(diào)查研究水平已步入世界先進行列。
可燃冰的學名為“天然氣水合物”，是天然氣在0℃和30個大氣壓的作用下結(jié)晶而成的“冰塊”。“冰塊”里甲烷占80%～99.9%，可直接點燃，燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何殘渣，污染比煤、石油、天然氣都要小得多。1立方米可燃冰可轉(zhuǎn)化為164立方米的天然氣和0.8立方米的水。全世界擁有的常規(guī)石油天然氣資源，將在40年或50年后逐漸枯竭。而科學家估計，海底可燃冰分布的范圍約4000萬平方公里，占海洋總面積的10%，海底可燃冰的儲量夠人類使用1000年，因而被科學家譽為“未來能源”、“21世紀能源”。
據(jù)悉，迄今為止，全球至少有30多個國家和地區(qū)在進行可燃冰的研究與調(diào)查勘探。
可燃冰主要儲存于海底或寒冷地區(qū)的永久凍土帶，比較難以尋找和勘探。新研制的這套靈敏度極高的儀器，可以實地即時測出海底土壤、巖石中各種超微量甲烷、乙烷、丙烷及氫氣的精確含量，由此判斷出可燃冰資源存在與否和資源量等各種指標。
ontent">成因分析
可燃冰是天然氣分子（烷類）被包進水分子中，在海底低溫與壓力下結(jié)晶形成的。形成可燃冰有三個基本條件：溫度、壓力和原材料。首先，可燃冰可在0℃以上生成，但超過20℃便會分解。而海底溫度一般保持在2~4℃左右；其次，可燃冰在0℃時，只需30個大氣壓即可生成，而以海洋的深度，30個大氣壓很容易保證，并且氣壓越大，水合物就越不容易分解?；瘜W式為CH4。
形成條件
可燃冰分子結(jié)構(gòu)就像一個一個由若干水分子組成的籠子。
形成可燃冰有三個基本條件：溫度、壓力和原材料。
首先，低溫。可燃冰在0—10℃時生成，超過20℃便會分解。海底溫度一般保持在2—4℃左右；
其次，高壓?？扇急?℃時，只需30個大氣壓即可生成，而以海洋的深度，30個大氣壓很容易保證，并且氣壓越大，水合物就越不容易分解。
最后，充足的氣源。海底的有機物沉淀，其中豐富的碳經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化，可產(chǎn)生充足的氣源。海底的地層是多孔介質(zhì)，在溫度、壓力、氣源三者都具備的條件下，可燃冰晶體就會在介質(zhì)的空隙間中生成。
開采方法
傳統(tǒng)開采
(1)熱激發(fā)開采法熱激發(fā)開采法是直接對天然氣水合物層進行加熱，使天然氣水合物層的溫度超過其平衡溫度，從而促使天然氣水合物分解為水與天然氣的開采方法。這種方法經(jīng)歷了直接向天然氣水合物層中注入熱流體加熱、火驅(qū)法加熱、井下電磁加熱以及微波加熱等發(fā)展歷程。熱激發(fā)開采法可實現(xiàn)循環(huán)注熱，且作用方式較快。加熱方式的不斷改進，促進了熱激發(fā)開采法的發(fā)展。但這種方法至今尚未很好地解決熱利用效率較低的問題，而且只能進行局部加熱，因此該方法尚有待進一步完善。
(2)減壓開采法減壓開采法是一種通過降低壓力促使天然
氣水合物分解的開采方法。減壓途徑主要有兩種：①采用低密度泥漿鉆井達到減壓目的；②當天然氣水合物層下方存在游離氣或其他流體時，通過泵出天然氣水合物層下方的游離氣或其他流體來降低天然氣水合物層的壓力。減壓開采法不需要連續(xù)激發(fā)，成本較低，適合大面積開采，尤其適用于存在下伏游離氣層的天然氣水合物藏的開采，是天然氣水合物傳統(tǒng)開采方法中最有前景的一種技術(shù)。但它對天然氣水合物藏的性質(zhì)有特殊的要求，只有當天然氣水合物藏位于溫壓平衡邊界附近時，減壓開采法才具有經(jīng)濟可行性。
(3)化學試劑注入開采法化學試劑注入開采法通過向天然氣水合物層中注入某些化學試劑，如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，破壞天然氣水合物藏的相平衡條件，促使天然氣水合物分解。這種方法雖然可降低初期能量輸入，但缺陷卻很明顯，它所需的化學試劑費用昂貴，對天然氣水合物層的作用緩慢，而且還會帶來一些環(huán)境問題，所以，對這種方法投入的研究相對較少。
新型開采
(1)CO2置換開采法。這種方法首先由日本研究者提出，方法依據(jù)的仍然是天然氣水合物穩(wěn)定帶的壓力條件。在一定的溫度條件下，天然氣水合物保持穩(wěn)定需要的壓力比CO2水合物更高。因此在某一特定的壓力范圍內(nèi)，天然氣水合物會分解，而CO2水合物則易于形成并保持穩(wěn)定。如果此時向天然氣水合物藏內(nèi)注入CO2氣體，CO2氣體就可能與天然氣水合物分解出的水生成CO2水合物。這種作用釋放出的熱量可使天然氣水合物的分解反應得以持續(xù)地進行下去。
(2)固體開采法。固體開采法最初是直接采集海底固態(tài)天然氣水合物，將天然氣水合物拖至淺水區(qū)進行控制性分解。這種方法進而演化為混合開采法或稱礦泥漿開采法。該方法的具體步驟是，首先促使天然氣水合物在原地分解為氣液混合相，采集混有氣、液、固體水合物的混合泥漿，然后將這種混合泥漿導入海面作業(yè)船或生產(chǎn)平臺進行處理，促使天然氣水合物徹底分解，從而獲取天然氣。
發(fā)展歷程
1810年，首次在實驗室發(fā)現(xiàn)天然氣水合物。
1934年，前蘇聯(lián)在被堵塞的天然氣輸氣管道里發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物。由于水合物的形成，輸氣管道被堵塞。這一發(fā)現(xiàn)引起前蘇聯(lián)人對天然氣水合物的重視。
1965年，前蘇聯(lián)首次在西西伯利亞永久凍土帶發(fā)現(xiàn)天然氣水合物礦藏，并引起多國科學家的注意。
1970年，前蘇聯(lián)開始對該天然氣水合物礦床進行商業(yè)開采。
1970年，國際深海鉆探計劃(DSDP)在美國東部大陸邊緣的布萊克海臺實施深海鉆探，在海底沉積物取心過程中，發(fā)現(xiàn)冰冷的沉積物巖心嘶嘶地冒著氣泡，并達數(shù)小時。當時的海洋地質(zhì)學家非常不解。后來才知道，氣泡是水合物分解引起的，他們在海底取到的沉積物巖心其實含有水合物。
1971年，美國學者Stoll等人在深海鉆探巖心中首次發(fā)現(xiàn)海洋天然氣水合物，并正式提出“天然氣水合物”概念。
1974年，前蘇聯(lián)在黑海1950米水深處發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物的冰狀晶體樣品。
1979年，DSDP第66和67航次在墨西哥灣實施深海鉆探，從海底獲得91.24米的天然氣水合物巖心，首次驗證了海底天然氣水合物礦藏的存在。
1981年，DSDP計劃利用“格羅瑪·挑戰(zhàn)者號”鉆探船也從海底取上了3英尺長的水合物巖心。
1992年，大洋鉆探計劃(ODP)第146航次在美國俄勒岡州西部大陸邊緣Cascadia海臺取得了天然氣水合物巖心。
1995年，ODP第164航次在美國東部海域布萊克海臺實施了一系列深海鉆探，取得了大量水合物巖心，首次證明該礦藏具有商業(yè)開發(fā)價值。
1997年，大洋鉆探計劃考察隊利用潛水艇在美國南卡羅來納海上的布萊克海臺首次完成了水合物的直接測量和海底觀察。同年，ODP在加拿大西海岸胡安-德夫卡洋中脊陸坡區(qū)實施了深海鉆探，取得了天然氣水合物巖心。至此，以美國為首的DSDP及其后繼的ODP在10個深海地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模天然氣水合物聚集：秘魯海溝陸坡、中美洲海溝陸坡(哥斯達黎加、危地馬拉、墨西哥)、美國東南大西洋海域、美洲西部太平洋海域、日本的兩個海域、阿拉斯加近海和墨西哥灣等海域。
1996年和1999年期間，德國和美國科學家通過深潛觀察和抓斗取樣，在美國俄勒岡州岸外Cascadia海臺的海底沉積物中取到嘶嘶冒著氣泡的白色水合物塊狀樣品，該水合物塊可以被點燃，并發(fā)出熊熊的火焰。
1998年，日本通過與加拿大合作，在加拿大西北Mackenzie三角洲進行了水合物鉆探，在890～952米深處獲得37米水合物巖心。該鉆井深1150米，是高緯度地區(qū)永凍土帶研究氣體水合物的第一口井。
1999年，日本在其靜岡縣御前崎近海挖掘出外觀看起來象濕潤雪團一樣的天然氣水合物。
儲量介紹
天然氣水合物在世界范圍內(nèi)廣泛存在，這一點已得到廣大研究者的公認。在地球上大約有27%的陸地是可以形成天然氣水合物的潛在地區(qū)，而在世界大洋水域中約有90%的面積也屬這樣的潛在區(qū)域。已發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物主要存在于北極地區(qū)的永久凍土區(qū)和世界范圍內(nèi)的海底、陸坡、陸基及海溝中。由于采用的標準不同，不同機構(gòu)對全世界天然氣水合物儲量的估計值差別很大。據(jù)潛在氣體聯(lián)合會（PGC，1981）估計，永久凍土區(qū)天然氣水合物資源量為1.4×1013～3.4×1016m3，包括海洋天然氣水合物在內(nèi)的資源總量為7.6×1018m3。但是，大多數(shù)人認為儲存在汽水合物中的碳至少有1×1013t，約是當前已探明的所有化石燃料（包括煤、石油和天然氣）中碳含量總和的2倍。由于天然氣水合物的非滲透性，常常可以作為其下層游離天然氣的封蓋層。因而，加上汽水合物下層的游離氣體量這種估計還可能會大些。如果能證明這些預計屬實的話，天然氣水合物將成為一種未來豐富的重要能源。
全球蘊藏的常規(guī)石油天然氣資源消耗巨大，很快就會枯竭?？茖W家的評價結(jié)果表明，僅在海底區(qū)域，可燃冰的分布面積就達4000萬平方公里，占地球海洋總面積的1/4。2011年，世界上已發(fā)現(xiàn)的可燃冰分布區(qū)多達116處，其礦層之厚、規(guī)模之大，是常規(guī)天然氣田無法相比的。科學家估計，海底可燃冰的儲量至少夠人類使用1000年。
甲烷氣水包合物受限于淺層的巖石圈內(nèi)（即<2000m深）。發(fā)現(xiàn)在一些必要條件下，惟獨在極地大陸的沉積巖，其表面溫度低于0°C，或是在水深超過300m，深層水溫大約2°C的海洋沉積物底下。大陸區(qū)域的蘊藏量已確定位在西伯利亞和阿拉斯加800m深的砂巖和泥巖床中。海生型態(tài)的礦床似乎分布于整個大陸棚，且可能出現(xiàn)于沉積物的底下或是沉積物與海水接觸的表面。他們甚至可能涵蓋更大量的氣態(tài)甲烷。
海洋生成
有兩種不同種類的海洋存量。最常見的絕大多數(shù)（>99%）都是甲烷包覆于結(jié)構(gòu)一型的包合物，而且一般都在沉淀物的深處才能發(fā)現(xiàn)。在此結(jié)構(gòu)下，甲烷中的碳同位素較輕（δ13C<-60‰），因此指出其是微生物由CO2的氧化還原作用而來。這些位于深處礦床的包合物，一般認為應該是從微生物產(chǎn)生的甲烷環(huán)境中原處形成，因為這些包合物與四周溶解的甲烷其δ13C值是相似的。
這些礦床坐落于中深度范圍的區(qū)域內(nèi)，大約300-500m厚的沉積物中（稱作氣水化合物穩(wěn)定帶(GasHydrateStabilityZone)或GHSZ），且該處共存著溶于孔隙水的甲烷。在這區(qū)域之下，甲烷只會以溶解型態(tài)存在，并隨著沉積物表層的距離而濃度逐漸遞減。而在這之上，甲烷是氣態(tài)的。在大西洋大陸脊的布雷克海脊，GHSZ在190m的深度開始延伸至450m處，并于該點達到氣態(tài)的相平衡。測量結(jié)果指出，甲烷在GHSZ的體積占了0-9%，而在氣態(tài)區(qū)域占了大約12%的體積。
在接近沉積物表層所發(fā)現(xiàn)較少見的第二種結(jié)構(gòu)中，某些樣本有較高比例的碳氫化合物長鏈（<99%甲烷）包含于結(jié)構(gòu)二型的包合物中。其甲烷的碳同位素較重（δ13C為-29至-57‰），據(jù)推斷是由沉積物深處的有機物質(zhì)，經(jīng)熱分解后形成甲烷而往上遷移而成。此種類型的礦床在墨西哥灣和里海等海域出現(xiàn)。
某些礦床具有介于微生物生成和熱生成類型的特性，因此預估會出現(xiàn)兩種混合的型態(tài)。
氣水化合物的甲烷主要由缺氧環(huán)境下有機物質(zhì)的細菌分解。在沉積物最上方幾厘米的有機物質(zhì)會先被好氧細菌所分解，產(chǎn)生CO2，并從沉積物中釋放進水團中。在此區(qū)域的好氧細菌活動中，硫酸鹽會被轉(zhuǎn)變成硫化物。若沉淀率很低（<1厘米/千年）、有機碳成分很低（<1%），且含氧量充足時，好氧細菌會耗光所有沉積物中的有機物質(zhì)。但該處的沉淀率和有機碳成分都很高，沉積物中的孔隙水僅在幾厘米深的地方是缺氧態(tài)的，而甲烷會經(jīng)由厭氧細菌產(chǎn)生。此類甲烷的生成是更為復雜的程序，需要各個種類的細菌活動、一個還原環(huán)境（Eh-350to-450mV），且環(huán)境pH值需介于6至8之間。在某些海域（例如墨西哥灣）包合物中的甲烷至少會有部份是由有機物質(zhì)的熱分解所產(chǎn)生，但大多是從石油分解而成。包合物中的甲烷一般會具有細菌性的同位素特征，以及很高的δ13C值（-40to-100‰），平均大約是-65‰。在固態(tài)包合物地帶的下方處，沉積物里的大量甲烷可能以氣泡的方式釋放出來。
在給定的地點內(nèi)判定該處是否含有包合物，大多可以透過觀測“海底仿擬反射”（BottomSimulatingReflector，或稱BSR）分布，以震測反射（seismicreflection）的方式來掃描洋底沉積物與包合物穩(wěn)定帶之間的接口處，因而可觀測出一般沉積物和那些蘊藏包合物沉積物之間的密度差異。
海洋生成的甲烷包合物，蘊藏量鮮為人知。自從1960至1970年代，包合物首次發(fā)現(xiàn)可能存在海洋中的那段時期，其預估的蘊藏量就每十年以數(shù)量級的概估速度遞減。曾經(jīng)預估過的蘊藏量（高達3×1018m³；）是建構(gòu)在假設(shè)包合物非常稠密地散布在整片深海海床上。然而，隨著我們對包合物化學和沉積學等知識進一步的了解，發(fā)現(xiàn)水合物只會在某個狹窄范圍內(nèi)（大陸棚）的深度下形成，以及某些地點的深度范圍內(nèi)才會存在（10-30%部分的GHSZ區(qū)），而且通常是在低濃度（體積的0.9-1.5%）的地點。最新的估計強制采用直接取樣的方式，指出全球含量介于1×1015和5×1015m³；之間。這個預估結(jié)果，對應出大約500至2500個十億噸單位的碳(GtC)，比預估所有礦物燃料的5000GtC數(shù)量還少，但整體上卻超過所預估其他天然氣來源的約230GtC。在北極圈的永凍地帶，其儲藏量預估可達約400GtC[13]，但在南極區(qū)域并未估出可能的蘊藏量。這些是很大的數(shù)字。相較于大氣中的總碳數(shù)也才大約700個GtC。
這些近代的估計結(jié)果，與當初人們以為包合物為礦物燃料來源時（MacDonald1990，Kvenvolden1998）所提出的10，000to11，000GtC（2×1016m³；），數(shù)量上明顯的要少。包合物藏量的縮減，并未使其失去經(jīng)濟價值，但縮減的整體含量和多數(shù)產(chǎn)地明顯過低的采集密度，的確指出僅限某些地區(qū)的包合物礦床才能提供經(jīng)濟上的實質(zhì)價值。
大陸生成
在大陸巖石內(nèi)的甲烷包合物會受限在深度800m以上的砂巖或粉沙巖巖床中。采樣結(jié)果指出，這些包合物以熱力或微生物分解氣體的混合方式形成，其中較重的碳氫化合物之后才會選擇性地被分解。這類的型態(tài)存在于阿拉斯加和西伯利亞。
儲量比地球上石油的總儲量還大幾百倍。這些可然冰都蘊藏在全球各地的450米深的海床上，表面看起來，很象干冰，實際卻能燃燒。在美東南沿海水下2700平方米面積的水化物中，含有足夠供應美國70多年的可燃冰。其儲量預計是常規(guī)儲量的2．6倍，如果全部開發(fā)利用，可使用100年左右。中國地質(zhì)大學(武漢)和中南石油局第五物探大隊在藏北高原羌塘盆地開展的大規(guī)模地球物理勘探成果表明：繼塔里木盆地后，西藏地區(qū)很有可能成為中國21世紀第二個石油資源戰(zhàn)略接替區(qū)。
開采設(shè)想
由于可燃冰在常溫常壓下不穩(wěn)定，因此開采可燃冰的方法設(shè)想有：①熱解法。②降壓法。③二氧化碳置換法。
分布地區(qū)
全球蘊藏的常規(guī)石油天然氣資源消耗巨大，預計在四五十年之后就會枯竭。能源危機讓人們憂心忡忡，而可燃冰就像是上天賜予人類的珍寶，它年復一年地積累，形成延伸數(shù)千乃至數(shù)萬里的礦床。僅僅是探明的可燃冰儲量，就比全世界煤炭、石油和天然氣加起來的儲量還要多幾倍。
科學家的評價結(jié)果表明，僅僅在海底區(qū)域，可燃冰的分布面積就達4000萬平方公里，占地球海洋總面積的1/4。
海底天然氣水合物作為21世紀的重要后續(xù)能源，及其對人類生存環(huán)境及海底工程設(shè)施的災害影響，正日益引起科學家們和世界各國政府的關(guān)注。本世紀六十年代開始的深海鉆探計劃(DSDP)和隨后的大洋鉆探計劃(ODP)在世界各大洋與海域有計劃地進行了大量的深海鉆探和海洋地質(zhì)地球物理勘查，在多處海底直接或間接地發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物。
世界上海底天然氣水合物已發(fā)現(xiàn)的主要分布區(qū)是大西洋海域的墨西哥灣、加勒比海、南美東部陸緣、非洲西部陸緣和美國東海岸外的布萊克海臺等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千島海溝、沖繩海槽、日本海、四國海槽、日本南海海槽、蘇拉威西海和新西蘭北部海域等，東太平洋海域的中美洲海槽、加利福尼亞濱外和秘魯海槽等，印度洋的阿曼海灣，南極的羅斯海和威德爾海，北極的巴倫支海和波弗特海，以及大陸內(nèi)的黑海與里海等。
因此，從20世紀80年代開始，美、英、德、加、日等發(fā)達國家紛紛投入巨資相繼開展了本土和國際海底天然氣水合物的調(diào)查研究和評價工作，同時美、日、加、印度等國已經(jīng)制定了勘查和開發(fā)天然氣水合物的國家計劃。特別是日本和印度，在勘查和開發(fā)天然氣水合物的能力方面已處于領(lǐng)先地位。
2009年9月中國地質(zhì)部門公布，在青藏高原發(fā)現(xiàn)了一種名為可燃冰(又稱天然氣水合物)的環(huán)保新能源，預計十年左右能投入使用。這是中國首次在陸域上發(fā)現(xiàn)可燃冰，使中國成為加拿大、美國之后，在陸域上通過國家計劃鉆探發(fā)現(xiàn)可燃冰的第三個國家。初略的估算，遠景資源量至少有350億噸油當量。
開發(fā)進程
1960年，前蘇聯(lián)在西伯利亞發(fā)現(xiàn)了可燃冰，并于1969年投入開發(fā)；
美國于1969年開始實施可燃冰調(diào)查，1998年把可燃冰作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略能源列入國家級長遠計劃；
日本開始關(guān)注可燃冰是在1992年；
完成周邊海域的可燃冰調(diào)查與評價。但最先挖出可燃冰的是德國。
2000年開始，可燃冰的研究與勘探進入高峰期，世界上至少有30多個國家和地區(qū)參與其中。其中以美國的計劃最為完善——總統(tǒng)科學技術(shù)委員會建議研究開發(fā)可燃冰，參、眾兩院有許多人提出議案，支持可燃冰開發(fā)研究。美國每年用于可燃冰研究的財政撥款達上千萬美元。
為開發(fā)這種新能源，國際上成立了由19個國家參與的地層深處海洋地質(zhì)取樣研究聯(lián)合機構(gòu)，有50個科技人員駕駛著一艘裝備有先進實驗設(shè)施的輪船從美國東海岸出發(fā)進行海底可燃冰勘探。這艘可燃冰勘探專用輪船的7層船艙都裝備著先進的實驗設(shè)備，是當今世界上唯一的一艘能從深海下巖石中取樣的輪船，船上裝備有能用于研究沉積層學、古人種學、巖石學、地球化學、地球物理學等的實驗設(shè)備。這艘專用輪船由得克薩斯州A·M大學主管，英、德、法、日、澳、美科學基金會及歐洲聯(lián)合科學基金會為其提供經(jīng)濟援助。
商業(yè)用途
沉淀物生成的甲烷水合物含量可能還包含了2至10倍的已知的傳統(tǒng)天然氣量。這代表它是未來很有潛力的重要礦物燃料來源。然而，在大多數(shù)的礦床地點很可能都過于分散而不利于經(jīng)濟開采。另外面臨經(jīng)濟開采的問題還有：偵測可采行的儲藏區(qū)、以及從水合物礦床開采甲烷氣體的技術(shù)開發(fā)。在日本，已進行一項研發(fā)計劃，預計要在2016年進行商業(yè)規(guī)模的開采。2006年8月，中國大陸宣布計劃，耗資8000萬元（1000萬美元）在未來的十年內(nèi)研究天然氣水化合物。而另一個富潛力的經(jīng)濟儲藏區(qū)于墨西哥灣，可能更包含了大約1010m³；的甲烷資源。
只有四個國家有能力開采“可燃冰”這種礦物，分別為：美國、日本、印度及中國。
可燃冰是天然氣和水結(jié)合在一起的固體化合物，外形與冰相似。由于含有大量甲烷等可燃氣體，因此極易燃燒。同等條件下，可燃冰燃燒產(chǎn)生的能量比煤、石油、天然氣要多出數(shù)十倍，而且燃燒后不產(chǎn)生任何殘渣，避免了最讓人們頭疼的污染問題?？茖W家們?nèi)绔@至寶，把可燃冰稱作“屬于未來的能源”。
可燃冰這種寶貝可是來之不易，它的誕生至少要滿足三個條件：第一是溫度不能太高，如果溫度高于20℃，它就會“煙消云散”，所以，海底的溫度最適合可燃冰的形成；第二是壓力要足夠大，海底越深壓力就越大，可燃冰也就越穩(wěn)定；第三是要有甲烷氣源，海底古生物尸體的沉積物，被細菌分解后會產(chǎn)生甲烷。所以，可燃冰在世界各大洋中均有分布。中國東海、南海都有相當數(shù)量分布。
開發(fā)狀況
中國狀況
作為世界上最大的發(fā)展中的海洋大國，中國能源短缺十分突出。中國的油氣資源供需差距很大，1993年中國已從油氣輸出國轉(zhuǎn)變?yōu)閮暨M口國，1999年進口石油4000多萬噸，2000年進口石油近7000萬噸，預計2010石油缺口可達2億噸。因此急需開發(fā)新能源以滿足中國經(jīng)濟的高速發(fā)展。海底天然氣水合物資源豐富，其上游的勘探開采技術(shù)可借鑒常規(guī)油氣，下游的天然氣運輸、使用等技術(shù)都很成熟。因此，加強天然氣水合物調(diào)查評價是貫徹實施黨中央、國務(wù)院確定的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要措施，也是開發(fā)中國二十一世紀新能源、改善能源結(jié)構(gòu)、增強綜合國力及國際競爭力、保證經(jīng)濟安全的重要途徑。
中國對海底天然氣水合物的研究與勘查已取得一定進展，在南海西沙海槽等海區(qū)已相繼發(fā)現(xiàn)存在天然氣水合物的地球物理標志BSR，這表明中國海域也分布有天然氣水合物資源，值得我們開展進一步的工作；同時青島海洋地質(zhì)研究所已建立有自主知識產(chǎn)權(quán)的天然氣水合物實驗室并成功點燃天然氣水合物。
2005年4月14日，中國在北京舉行中國地質(zhì)博物館收藏中國首次發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物碳酸鹽巖標本儀式。
宣布中國首次發(fā)現(xiàn)世界上規(guī)模最大被作為“可燃冰”即天然氣水合物存在重要證據(jù)的“冷泉”碳酸鹽巖分布區(qū)，其面積約為430平方公里。
該分布區(qū)為中德雙方聯(lián)合在中國南海北部陸坡執(zhí)行“太陽號”科學考察船合作開展的南中國海天然氣水合物調(diào)查中首次發(fā)現(xiàn)。冷泉碳酸鹽巖的形成被認為與海底天然氣水合物系統(tǒng)和生活在冷泉噴口附近的化能生物群落的活動有關(guān)。此次科考期間，在南海北部陸坡東沙群島以東海域發(fā)現(xiàn)了大量的自生碳酸鹽巖，其水深范圍分別為550米～650米和750米～800米，海底電視觀察和電視抓斗取樣發(fā)現(xiàn)海底有大量的管狀、煙囪狀、面包圈狀、板狀和塊狀的自生碳酸鹽巖產(chǎn)出，它們或孤立地躺在海底上，或從沉積物里突兀地伸出來，來自噴口的雙殼類生物殼體呈斑狀散布其間，巨大碳酸鹽巖建造體在海底屹立，其特征與哥斯達黎加邊緣海和美國俄勒崗外海所發(fā)現(xiàn)的“化學礁”類似，而規(guī)模卻更大。
“可燃冰”是由天然氣與水分子結(jié)合形成的外觀似冰的白色或淺灰色固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)，因其成分的80%～99.9%為甲烷，這些碳酸鹽巖的形成和分布記錄了富含甲烷流體的類型、性質(zhì)、來源、強度變化及其與海底可能存在的水合物系統(tǒng)的關(guān)系等情況。
中德科學家一致建議，借距工作區(qū)最近的中國香港九龍的名謂，將該自生碳酸鹽巖區(qū)中最典型的一個構(gòu)造體命名為“九龍甲烷礁”，其中“龍”字代表了中國，“九”代表了多個研究團體的合作。
按照戰(zhàn)略規(guī)劃的安排，2006年—2020年是調(diào)查階段，2020年—2030年是開發(fā)試生產(chǎn)階段，2030年—2050年，中國可燃冰將進入商業(yè)生產(chǎn)階段。
青藏高原發(fā)現(xiàn)新能源可燃冰至少350億噸油當量
中國國土資源部總工程師張洪濤先生09年9月25日在北京介紹，中國地質(zhì)部門在青藏高原發(fā)現(xiàn)了一種名為可燃冰(又稱天然氣水合物)的環(huán)保新能源，預計十年左右能投入使用。
在當天的新聞發(fā)布會上，張洪濤說，這是中國首次在陸域上發(fā)現(xiàn)可燃冰，使中國成為加拿大、美國之后，在陸域上通過國家計劃鉆探發(fā)現(xiàn)可燃冰的第三個國家。
他介紹，初略的估算，遠景資源量至少有350億噸油當量。
可燃冰是水和天然氣在高壓、低溫條件下混合而成的一種固態(tài)物質(zhì)，具有使用方便、燃燒值高、清潔無污染等特點，是公認的地球上尚未開發(fā)的最大新型能源。
“可燃冰”開采影響環(huán)境中國預計10年后試采
天然氣水合物藏的開采會改變它賴以賦存的溫度、壓力條件，引起天然氣水合物的分解，因此，在‘可燃冰’的開采過程中如果不能有效實現(xiàn)對溫壓條件的控制，就可能引發(fā)一系列環(huán)境問題，如溫室效應的加劇、海洋生態(tài)的變化以及海底滑塌等。
日本狀況
日本2013年3月12日成功從愛知縣附近深?？扇急鶎又刑崛〕黾淄椋蔀槭澜缟鲜讉€掌握海底可燃冰采掘技術(shù)的國家。日本希望2018年開發(fā)出成熟技術(shù)，實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。
采掘試驗由日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省屬下的石油天然氣金屬礦物資源機構(gòu)實施。該機構(gòu)利用地球深處探測船“地球”號，從愛知縣渥美半島附近約1000米的海底挖入330米，到達可燃冰層后，通過把可燃冰中的水分抽出降低其壓力，使水和甲烷分離，然后提取出甲烷，整個過程約用了4小時。該機構(gòu)將繼續(xù)在該海域進行為期兩周左右的采掘試驗，以進一步完善技術(shù)。[1]據(jù)稱可燃冰在日本附近海域分布廣泛，埋藏量足夠日本使用100年，僅本次試驗采掘海域的埋藏量就可供日本使用10年以上。福島第一核電站事故后，日本核電站相繼停止運轉(zhuǎn)。為彌補電力缺口，日本不得不依賴火力發(fā)電，用于火力發(fā)電的天然氣、石油等進口猛增，使日本出現(xiàn)巨額貿(mào)易赤字。日本期待通過可燃冰的商業(yè)化生產(chǎn)降低甚至擺脫對外依賴，實現(xiàn)能源自給。[1]迫于發(fā)展需求、急于改變能源依賴他人局面的日本把目光投向了海底沉睡的“能源水晶”——天然氣水合物，也稱“可燃冰”。(它是水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合時產(chǎn)生的晶體物質(zhì)，外貌極似冰雪，點火即可燃燒。)在日本附近平靜的太平洋海面下3000英尺，數(shù)以億噸的可燃冰正等待被人們利用。日本認為，如果這些資源能為日本所用，將大大改善它依賴從中東和印尼進口能源的困境。據(jù)初步估算，這些“可燃燒的冰塊”可供日本全國14年之用。但開發(fā)這些未明資源的同時，有一個關(guān)鍵問題必須應對：環(huán)境保護。
在本州島海岸線30英里外，科學家們發(fā)現(xiàn)了一條蘊藏量驚人的海溝：在海溝里的甲烷呈水晶狀，大約有500米厚，總量達40萬億立方米。這個儲量盡管還不能與沙特或者俄羅斯的石油資源相比，但也足夠日本用上一陣了。日本科學家們對這一結(jié)果很是興奮，他們表示將盡快拿出合適的方案開采這些被遺忘的資源。
相比日本，擁有廣袤海洋資源的加拿大可謂在這方面先行一步。他們通常采用“降壓”的方法開采此類冰凍資源，即先在冰層中打許多很深的孔，然后借助大量抽水機降低打孔帶來的重壓，從而讓有用的甲烷氣體從海水中分離出來，慢慢浮至人力便于提取的深度。日加兩國科學家決定合作，采用這個最有效的辦法開采本州島附近海域發(fā)現(xiàn)的資源。
日本政府很快同意了這個開采方法，先期的演練工作已在2013年4月完成，其余各項測試將在2008年初完成。
向日本招手的除了巨大能源，還有很多看不見的危險。比如，在“降壓”方法的第三個步驟，降壓讓大量的甲烷氣體慢慢浮上海面，這些溫室氣體的出現(xiàn)會對全球氣溫造成什么樣的影響還不得而知。日本政府也對此表示，他們一直高度重視環(huán)境的保護問題，絕不會為了能源犧牲環(huán)境，他們已安排許多先期測試以防萬一。
這還是開采成功后的顧慮，在開采過程中依然有許多未知威脅?？茖W家們提醒日本政府在開采中必須警惕海底的海溝崩塌。表面平靜的海洋底下究竟在進行著哪些變化，人們還沒有完全搞清楚。如果開采中一個不小心造成目標海溝坍塌或是類似于泥石流的災難，不僅會給開采國帶來巨大人力、財力損失，由此泄露的大量溫室氣體更會讓世界擔憂。
大規(guī)模地在海底鉆孔、安置各種設(shè)備無疑會讓魚類遠離海岸，生活在海邊的漁民們的收入自然會受到不小的影響。日本的漁民已經(jīng)表達了這樣的擔憂。
主要危害
天然氣水合物在給人類帶來新的能源前景的同時，對人類生存環(huán)境也提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。天然氣水合物中的甲烷，其溫室效應為CO2的20倍，溫室效應造成的異常氣候和海面上升正威脅著人類的生存。全球海底天然氣水合物中的甲烷總量約為地球大氣中甲烷總量的3000倍，若有不慎，讓海底天然氣水合物中的甲烷氣逃逸到大氣中去，將產(chǎn)生無法想象的后果。而且固結(jié)在海底沉積物中的水合物，一旦條件變化使甲烷氣從水合物中釋出，還會改變沉積物的物理性質(zhì)，極大地降低海底沉積物的工程力學特性，使海底軟化，出現(xiàn)大規(guī)模的海底滑坡，毀壞海底工程設(shè)施，如：海底輸電或通訊電纜和海洋石油鉆井平臺等。
天然可燃冰呈固態(tài)，不會像石油開采那樣自噴流出。如果把它從海底一塊塊搬出，在從海底到海面的運送過程中，甲烷就會揮發(fā)殆盡，同時還會給大氣造成巨大危害。為了獲取這種清潔能源，世界許多國家都在研究天然可燃冰的開采方法。科學家們認為，一旦開采技術(shù)獲得突破性進展，那么可燃冰立刻會成為21世紀的主要能源。
識別標志
天然氣水合物可以通過底質(zhì)沉積物取樣、鉆探取樣和深潛考察等方式直接識別，也可以通過擬海底反射層（BSR）、速度和震幅異常結(jié)構(gòu)、地球化學異常、多波速測深與海底電視攝像等方式間接識別。下面介紹一些間接標志。
地震標志
海洋天然氣水合物存在的主要地震標志有擬海底反射層（BSR）、振幅變形（空白反射）、速度倒置、速度-振幅異常結(jié)構(gòu)（VAMP）。大規(guī)模的甲烷水合物聚集可以通過高電阻率（>100歐米）聲波速度、低體積密度等號數(shù)進行直接判讀。
BSR是地震剖面上的一個平行或基本平行于海底、可切過一切層面或斷層的反射界面，天然氣水合物穩(wěn)定帶之下還常圈閉著大量的游離甲烷氣體，從而導致在地震反射剖面上產(chǎn)生BSR?，F(xiàn)已證實，BSR代表的是氣體水合物穩(wěn)定帶的基底，其上為固態(tài)的水合物層段，聲波速率高，其下為游離氣或僅孔隙水充填的沉積物，聲波速率低，因而在地震剖面上形成強的負阻抗反射界面。因此，BSR是由于低滲透率的水合物層與其下大量游離天然氣及飽和水沉積物之間在聲阻抗（或聲波傳播速度）上存在較大差別引起的。因為水合物層的底界面主要受所在海域的地溫梯度控制，往往位于海底以下一定的深度，因此BSR基本平行于海底，被稱為“擬海底反射層”。BSR除被用來識別天然氣水合物的存在和編制水合物分布圖外，還被用來判明天然氣水合物層的頂?shù)捉绾彤a(chǎn)狀，計算水合物層深度、厚度和體積。
然而，并不是所有的水合物都存在BSR。在平緩的海底，即使有天然氣水合物，也不易識別出BSR。BSR常常出現(xiàn)在斜坡或地形起伏的海域。另外，也并不是所有的BSR都對應有天然氣水合物。在極少數(shù)情況下，其它因素也可能導致BSR.還應注意的是，盡管絕大部分水合物層都位于BSR之上，但并不是所有的水合物層都位于BSR之上，這已被深海鉆探證明。因此，BSR不能被作為天然氣水合物的唯一標志，應結(jié)合其它方法綜合判斷。近幾年，分析和研究地震的速度結(jié)構(gòu)成為該學科領(lǐng)域的前沿。水合物層是高速層，其下飽氣或飽水層是低速層。在速度曲線上，BSR界面處的速度會出現(xiàn)突然降低，表現(xiàn)出明顯的速度異常結(jié)構(gòu)。此外，分析振幅結(jié)構(gòu)也可識別天然氣水合物。相比而言，水合物層是剛性層，其下飽氣或飽水層是塑性層，在振幅曲線上，BSR界面處的振幅會出現(xiàn)突然減小，表現(xiàn)出明顯的振幅異常結(jié)構(gòu)。這些方法對海底平緩的海域來說，尤其顯的重要。
地球化學標志
淺層沉積物和底層海水的甲烷濃度異常高、淺層沉積物孔隙水Cl-含量（或礦化度）和δ18O異常高、出現(xiàn)富含重氧的菱鐵礦等，均可作為天然氣水合物的地球化學標志。
海底地形地貌標志
在海洋環(huán)境中，水合物富集區(qū)烴類氣體的滲逸可在海底形成特殊環(huán)境和特殊的微地形地貌。天然氣水合物的地貌標志主要有泄氣窗、甲烷氣苗、泥火山、麻點狀地形、碳酸鹽殼、化學合成生物群等。在最近幾年德國基爾大學Geomar研究所通過海底觀測，在美國俄勒岡州西部大陸邊緣Cascadia水合物海臺就發(fā)現(xiàn)了許多不連續(xù)分布、大小在5cm2左右的水合物泄氣窗，泄氣窗中甲烷氣苗一股一股地滲出，滲氣速度為每分鐘5公升。在該滲氣流的周圍有微生物、蛤和碳酸鹽殼。
制取方法
天然氣水合物又稱可燃冰，具有非常高的使用價值，1m3可燃冰等于164m3的常規(guī)天然氣藏。據(jù)保守估算，世界上天然氣水合物所含的有機碳的總資源量，相當于全球已知煤、石油和天然氣總量的2倍。特別是天然氣水合物的主要成分是甲烷，燃燒后幾乎沒有污染，是一種綠色的新型能源。從其儲量之大、分布范圍之廣和應用前景之好來看，它是石油、天然氣、煤等傳統(tǒng)能源之后最佳的接替能源?？扇急c燃了人類21世紀能源利用的希望之光。
天然氣水合物是水和天然氣（主要成份為甲烷）在中高壓和低溫條件下混合時產(chǎn)生的晶體物質(zhì)。外貌極似冰雪，點火即可燃燒，故又稱之為“可燃冰”或者“氣冰”、“固體瓦斯”。它在自然界分布非常廣泛，海底以下0~1500m深的大陸架或北極等地的永久凍土帶都有可能存在，世界上有79個國家和地區(qū)都發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物氣藏。據(jù)第28界國際地質(zhì)大會提供的資料顯示，海底有大量的在然氣水合物，可滿足人類1000年的能源需要
世界上至今還沒有完美的開采方案?？茖W家們認為，這種礦藏哪怕受到最小的破壞，甚至是自然的破壞，就足以導致甲烷氣的大量散失。“可燃冰”中甲烷的總量大致是大氣中甲烷數(shù)量的3000倍。作為短期溫室氣體，甲烷比二氧化碳所產(chǎn)生的溫室效應要大得多，它所產(chǎn)生的后果將是不堪設(shè)想的。同時，陸緣海邊的“可燃冰”開采起來也十分困難，一旦出了井噴事故，就會造成海水汽化，發(fā)生海嘯船翻。“可燃冰”的開采方法主要有熱激化法、減壓法和置換法三種。開采的最大難點是保證井底穩(wěn)定，使甲烷氣不泄漏、不引發(fā)溫室效應。
開采方案主要有三種。第一是熱激化法。利用“可燃冰”在加溫時分解的特性，使其由固態(tài)分解出甲烷蒸汽。但此方法難處在于不好收集。海底的多孔介質(zhì)不是集中為“一片”，也不是一大塊巖石，而是較為均勻地遍布著。如何布設(shè)管道并高效收集是急于解決的問題。
方案二是減壓法。有科學家提出將核廢料埋入地底，利用核輻射效應使其分解。但它們都面臨著和熱解法同樣布設(shè)管道并高效收集的問題。
方案三是“置換法”。研究證實，將CO2液化，注入1500米以下的洋面，就會生成二氧化碳水合物，它的比重比海水大，于是就會沉入海底。如果將CO2注射入海底的甲烷水合物儲層，因CO2較之甲烷易于形成水合物，因而就可能將甲烷水合物中的甲烷分子“擠走”，從而將其置換出來。
可燃冰概念股
2008年三季度以來，A股市場經(jīng)過了一段過山車行情后在低谷徘徊，股票下跌家數(shù)多過上漲家數(shù)，而9月末以來，“可燃冰”概念股票卻大多逆市上行，相關(guān)個股表現(xiàn)不俗。
國土資源部總工程師張洪濤9月25日宣布，我國先后于2008年11月和2009年6月在青海省境內(nèi)多次成功鉆獲可燃冰實物樣品，成為繼加拿大、美國之后第三個在陸域鉆獲“可燃冰”的國家。
“可燃冰”是一種新型綠色能源，很可能幫助人類擺脫日益臨近的能源危機。專家預計，我國陸域可燃冰遠景儲量350億噸油當量。如此巨大的儲量決定了“可燃冰”將成為未來重要的戰(zhàn)略資源，其市場前景也十分看好。
資深市場人士分析認為，所謂的“可燃冰概念股”多半只是揣想、推測。由于可燃冰開采前期勘探和試驗需要投入大量的財力和物力，所以市場普遍推測只有中石化和中石油這些能源巨頭承當?shù)闷?，其次掌握和擁有氣體分離技術(shù)、煤制天然氣經(jīng)驗、油氣井鉆頭生產(chǎn)企業(yè)等也有機會參與其中。所以，這些相關(guān)上市公司股票成為受益股而大行其道。
業(yè)內(nèi)人士認為，“可燃冰概念股”還有點為時過早。第一，可燃冰只是剛剛被發(fā)現(xiàn)，開采暫時還沒有起步，由什么部門來開采更是一個未知數(shù)；對地方經(jīng)濟的影響究竟如何，也難以下定論。因此這種熱點能持續(xù)多久，還有待市場的檢驗。
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