天然气水合物调查和研究现状

摘要

天然气水合物（gas hydrate）是一种白色固体结晶物质，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”。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21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。本文简介了天然气水合物和各国对其化合物物资源调查和研究现状。

关键词：天然气水合物；固态甲烷；资源调查；研究现状

目录

第一章概述 (1)

第二章什么是天然气水合物 (2)

第三章国际上天然气水合物资源调查、研究现状 (2)

第四章我国有关天然气水合物的研究、调查现状 (5)

第五章意见与建议 (7)

参考文献 (9)

致谢 (10)

第一章概述

人类的生存发展离不开能源。当人类学会使用第一个火种时便开始了能源应用的漫长历史。几千年来，人类所使用的能源已经历了三代，正在向第四代能源时代迈进。主体能源的更替充分反映出人类社会和经济的进步与发展。第一代能源为生物质材，以薪柴为代表；第二代能源以煤为代表；第三代能源则是石油、天然气和部分核裂变能源。实际上，第二代和第三代能源是以化石燃料为主体，第四代能源的构成将可能是核聚变能、氢能和天然气水合物。

核聚变能主要寄希望于3He，它的资源量虽然在地球上有限（10～15t），但在月球的月壤中却极为丰富（100～500万t）。氢能是清洁、高效的理想能源，燃烧O），并可再生，氢能主要的载体是水，水体占据着地球表面的2/3耐仅产生水（H

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H）和水，甲烷气燃烧十分以上，蕴藏量大。天然气水合物的主要成分是甲烷（C

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干净，为清洁的绿色能源，其资源量特别巨大，开发技术较为现实，有可能成为21世纪的主体能源，是人类第四代能源的最佳候选。

天然气水合物往往分布于深水的海底沉积物中或寒冷的永冻土中。埋藏在海底沉积物中的天然气水合物要求该处海底的水深大于300-500ｍ，依赖巨厚水层的压力来维持其固体状态。但它只可存在于海底之下500ｍ或1000ｍ的范围以内，再往深处则由于地热升温其固体状态易遭破坏。储藏在寒冷永冻土中的天然气水合物大多分布在四季冰封的极圈范围以内。煤、石油以及与石油有关的天然气（高烃天然气）等含碳能源是地质时代生物遗体演变而成的，因此被称为化石燃料。从含碳量估算，全球天然气水合物中的含碳总量大约是地球上全部化石燃料的两倍。因此，据最保守的统计，全世界海底天然气水合物中贮存的甲烷总量约为1.8×108亿ｍ3，约合11万亿t（11×1012t）。数亿如此巨大的矿物能源是人类未来动力的希望。

第二章什么是天然气水合物

天然气水合物（gas hydrate）是一种白色固体结晶物质，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”。天然气水合物由水分子和燃气分子构戚，外层是水分子格架，核心是燃气分子。燃气分子可以是低烃分子、二氧化碳或硫化氢，但绝大多数是低烃类的甲烷分子（C

H），所以天然气水合物往往称之

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为甲烷水合物（methane hydrate）。据理论计算，1ｍ3的天然气水合物可释放出164ｍ3的甲烷气和0.8ｍ3的水。这种固体水合物只能存在于一定的温度和压力条件下，一般它要求温度低于0～10℃，压力高于10MPa，一旦温度升高或压力降低，甲烷气则会逸出，固体水合物便趋于崩解。地球上主要存在于陆地上的永久冻土带和海洋沉积物中。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。天然气水会物的结构类型有：Ⅰ、Ⅱ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。

第三章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。