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甲烷水合物

（重定向自甲烷氣水包合物）

甲烷因加热释放而燃烧，水分溢出（美国地质调查所）。

嵌入图：包合物结构© (Uni. Göttingen, GZG. Abt. Kristallographie).

来源：美国地质调查所

另一种甲烷气水包合物结构:甲烷被十四面体（tetrakaidecahedral，24个水分子）的水笼结构。

甲烷气水包合物（Methane clathrate），也称作甲烷水合物、甲烷冰、天然气水合物或可燃冰[1]，为固体形态的水于晶格（水合物）中包含大量的甲烷。最初人们认为只有在太阳系外围那些低温、常出现冰的区域才可能出现，但后来发现在地球上许多海洋洋底的沉积物底下，甚至地球大陆上也有可燃冰的存在，其蕴藏量也较为丰富。

甲烷气水包合物在海洋浅水生态圈中是常见的成分，他们通常出现在深层的沉淀物结构中，或是在海床处露出。甲烷气水包合物据推测是因地理断层深处的气体迁移，以及沉淀、结晶等作用，于上升的气体流与海洋深处的冷水接触所形成。在高压下，甲烷气水包合物在18 °C的温度下仍能维持稳定。一般的甲烷气水化合物组成为1 摩尔的甲烷及每5.75摩尔的水，然而这个比例取决于多少的甲

烷分子“嵌入”水晶格各种不同的包覆结构中。据观测的密度大约在0.9 g/cm³。一升的甲烷气水包合物固体，在标准状况下，平均包含168 升的甲烷气体。

甲烷形成一种结构一型水合物，其每单位晶胞内有两个十二面体（20个端点因此有20个水分子）和六个十四面体（tetrakaidecahedral，24个水分子）的水笼结构。其水合值（hydratation value）20可由MAS NMR来求得。[2]甲烷气水包合物频谱于275 K和3.1 MPa下记录，显示出每个笼形都反映出峰值，且气态的甲烷也有个别的峰值。

天然存量

已确定与推测中可能有甲烷冰蕴藏的大陆棚海域。资料来源：USGS

甲烷气水包合物受限于浅层的岩石圈内（即< 2000 m深）。此外，发现在一些必要条件下，惟独在极地大陆的沉积岩，其表面温度低于0 °C，或是在水深超过300 m，深层水温大约2 °C的海洋沉积物底下。大陆区域的蕴藏量已确定位在西伯利亚和阿拉斯加800 m深的砂岩和泥岩床中。海生型态的矿床似乎分布于整个大陆棚（如图），且可能出现于沉积物的底下或是沉积物与海水接触的表面。他们甚至可能涵盖更大量的气态甲烷。[3]

形成条件与分布规律

了它的特殊分布。从目前来看，天然气水合物主要分布在地球上两类地区：一类地区是水深为300m～4000m的海洋，在这里，天然气水合物基本是在高压条件下形成的，主要分布于海底以下0～1500m的松散沉积层中；另一类地区是高纬度大陆地区永冻土带及水深100～250m以下极地陆架，在这里，天然气水合物主要是在低海面时期低温条件下形成。

水合物所赋存的沉积物多是新生代沉积。在沉积层中，水合物要么是以分散

状胶结尚未固结的泥质沉积物颗粒，要么是以结核状、团块状和薄层状的集合体

形式赋存于沉积物中，还可能以细脉状、网脉状充填于沉积物的裂隙之中。根据

研究，生成天然气水合物的气体主要来自于沉积物中微生物对有机质的分解，个

别地区也有部分气体来自于深部沉积层中有机质的热分解。这些气体在海底沉积

物的孔隙空间中形成水合物。水合物的生成非常迅速，最近德国科学家在海底甲

烷气体取样器和照相机上就见有水合物生成。但海底天然气水合物矿藏的形成可

能要持续数百万年。

从全球来看,海洋天然气水合物占绝对优势。海洋天然气水合物分布于世界

各大洋边缘海域的大陆坡、陆隆(深水海台)和盆地，以及一些内陆海。例如，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、日本四国海槽、日本南海海槽、印尼苏拉威西海、澳大利亚西北海域及新西兰北岛外海，东

太平洋海域的中美海槽、美国北加利福尼亚-俄勒冈岸外海域及秘鲁海槽，大西

洋西部海域的美国东海大陆边缘布莱克海台、墨西哥湾、加勒比海及南美东海岸

外陆缘海，以及非洲西海岸岸外海域、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、内陆的黑海和里海等。已有发现说明，海洋

天然气水合物主要分布在北半球，且以太平洋边缘海域最多，其次是大西洋。陆坡、陆隆区是形成天然气水合物的最佳地区，这里沉积物较容易发育，有机质丰富，以甲烷为主的气体来源充足，有利于天然气水合物生成。

调查和研究意义

新一代能源的探查开发、温室效应、全球碳循环和气候变化、古海洋、海洋地质灾害、天然气运输、油气管道堵塞、船艇能源更新和军事防御等，并有可能对地质学、环境科学和能源工业的发展产生深刻的影响。

能源

天然气水合物作为未来潜在能源，具有分布广泛、资源量巨大、埋藏浅、规模大、能量密度高、洁净等特点，是地球上尚未开发的最大未知能源库。尽管目前还不具备开采海洋天然气水合物的技术条件，但许多科学家相信它最有希望成21世纪最理想的、具有商业开发前景的新能源。

一、分布广泛

据推算，世界上占海洋总面积90%的海域具有天然气水合物形成的温压条件；据调查，世界天然气水合物矿藏的面积可达全部海洋面积的30%以上。目前，实际上在所有海洋边缘水深大于300～500m 的大陆斜坡上均已发现了天然气水合物，在一些海洋边缘的深水海台或盆地的浅部地层中也都直接或间接地发现有天然气水合物，在极地冻土带和极地陆架海也发现有天然气水合物，证明天然气水合物分布十分广泛。据初步研究，我国东海陆坡和南海陆坡及盆地具备天然气水合物的成矿条件和找矿前景，其中南海西沙海槽、台湾东南陆坡已发现天然气水合物存在的地球物理标志。

二、资源量巨大

天然气水合物是全球第二大碳储库，仅次于碳酸盐岩，其蕴藏的天然气资源潜力巨大。据保守估算，世界上天然气水合物所含天然气的总资源量约为（1.8～2.1）×1016m3，其热当量相当于全球已知煤、石油和天然气总热当量的2倍，也就是说，水合物中碳的总量是地球已知化石燃料中碳总量的两倍。即使是针对某一个国家，其海域水合物资源量也是巨大的。例如，美国海域天然气水合物资源量约有5663 亿立方米，其蕴藏的天然气资源量约有92万亿立方米，可以满足美国未来数百年的需要。

1立方米可燃冰可以释放出0.81立方米的水和164立方米的天然气：

三、埋藏浅

与常规石油和天然气比较，天然气水合物矿藏埋藏较浅，有利于商业开发。在深海，水合物矿藏赋存于海底以下0～1500 米的沉积层中，而且多数赋存于自表层向下厚数百米（500～800 米）的沉积层中；在加拿大西北Mackenzie 三角洲永冻土带，水合物矿藏赋存于810.1～1102.3 米处，含天然气水合物地层厚111 米。

四、规模大

天然气水合物矿层一般厚数十厘米至数百米，分布面积数万到数十万平方公