天然气水合物Word格式.docx

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水分子笼是多种多样的

二、可燃冰的性质

可燃冰的物理性质：

（1）在自然界发现的天然气水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色亚等轴状、层状、小针状结晶体或分散状。

（2）它可存在于零下，又可存在于零上温度环境。

（3）从所取得的岩心样品来看，气水合物可以以多种方式存在：

①占据大的岩石粒间孔隙；

②以球粒状散布于细粒岩石中；

③以固体形式填充在裂缝中；

或者为大块固态水合物伴随少量沉积物。

可燃冰的化学性质：

1、在冰的空隙（“笼”）中可以笼合天然气中的分子的原因：

（1）气水合物与冰、含气水合物层与冰层之间有明显的相似性：

①相同的组合状态的变化——流体转化为固体；

②均属放热过程，并产生很大的热效应——0℃融冰时需用0.335KJ的热量，0～20℃分解天然气水合物时每克水需要0.5～0.6KJ的热量；

③结冰或形成水合物时水体积均增大——前者增大9％，后者增大26％～32％；

④水中溶有盐时，二者相平衡温度降低，只有淡水才能转化为冰或水合物；

⑤冰与气水合物的密度都不大于水，含水合物层和冻结层密度都小于同类的水层；

⑥含冰层与含水合物层的电导率都小于含水层；

⑦含冰层和含水合物层弹性波的传播速度均大于含水层。

（2）天然气水合物中，水分子（主体分子）形成一种空间点阵结构，气体分子（客体分子）则充填于点阵间的空穴中，气体和水之间没有化学计量关系。

形成点阵的水分子之间靠较强的氢健结合，而气体分子和水分子之间的作用力为范德华力。

2、经发现的天然气水合物结构有三种：

即结构I型、结构II型和结构H型。

结构I型气水合物为立方晶体结构，其在自然界分布最为广泛，仅能容纳甲烷（C1）、乙烷这两种小分子的烃以及N2、CO2、H2S等非烃分子，这种水合物中甲烷普遍存在的形式是构成CH4·

5.75H2O的几何格架；

结构II型气水合物为菱型晶体结构，除包容C1、C2等小分子外，较大的“笼子”（水合物晶体中水分子间的空穴）还可容纳丙烷（C3）及异丁烷（i-C4）等烃类；

结构H型气水合物为六方晶体结构，其大的“笼子”甚止可以容纳直径超过异丁烷（i-C4）的分子，如i-C5和其他直径在7.5～8.6A之间的分子（表1）。

结构H型气水合物早期仅存在于实验室，1993年才在墨西哥湾大陆斜坡发现其天然产物。

II型和H型水合物比I型水合物更稳定。

除墨西哥外，在格林大峡谷地区也发现了I、II、H型三种气水合物共存的现象。

三、世界、中国可燃冰的储量

1、世界可燃冰的储量

迄今为止，在世界各地的海洋及大陆地层中，已探明的可燃冰储量已相当于全球传统化石能源（煤、石油、天然气、油页岩等）储量的两倍以上。

科学家估计，海底可燃冰的储量至少够人类使用1000年。

仅仅在海底区域，可燃冰的分布面积就达4000万平方公里，占地球海洋总面积的1/4。

估计全球的海底和冰川底部共计有1×

1023t藏在天然水合物中的天然气，是巨大的潜在能源。

2、世界各种能源储量比较

全球探明石油储量达1.238万亿桶

全球探明金矿储量达42500吨

世界铁矿石储量为1600亿吨

全球铜矿储量4.74亿吨

全球天然气181.46万亿立方米

全球海底可燃冰最少1.8亿亿立方米

3、中国可燃冰的储量

2009年,中国青海发现巨大储量可燃冰。

本次青海发现的陆上可燃冰储量,如能合理开发,可以维持中国能源消耗近90年。

新华网广州11月28日电根据中国海洋地质工作者初步探明，中国南海北部陆坡的可燃冰资源量达185亿吨油当量，相当于南海深水勘探已探明的油气地质储备的６倍。

中国能源消耗量日益增长,2009年煤炭、石油等主要能源消耗量约为2000年的两倍。

预计2020年的能源消耗量比2010年还要高出50%。

中国已经成为能源进口大国,主要能源进口量逐年递增。

按照目前能源储量和消耗量计算,能源危机将在未来30年凸显。

而可燃冰为高效、清洁能源,储量巨大,有极大潜力成为未来替代能源的首选。

4、储存：

可燃冰在高于20℃的温度下就会分解，压强越大越稳定，也就是它的储藏条件是底温和高压。

糨常压下不能稳定存在，而分解释放出来的甲烷是一种温室气体，它促使全球气温上升的能力是二氧化碳的10倍。

因此储存问题是可燃冰成为开发利用的一大瓶颈。

附：

1、关于可燃冰三大悬疑

目前，中国是继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。

这证实了我国南海北部蕴藏有丰富的天然气水合物资源，也标志着中国天然气水合物调查研究水平一举步入世界先进行列。

翘望“可燃冰”，它，将是21世纪占主导地位的新能源吗？

谁，又将在利用它的竞赛中占得先机？

夹杂着白色颗粒状“可燃冰”的海底沉积物放入水中随即冒出大量气泡

悬疑一：

到底藏有多少“可燃冰”？

对“可燃冰”，第一个疑问恐怕就是：

全世界有多少储藏量？

中国又有多少？

没有确切的答案。

美国地质调查局的科学家卡文顿曾预测，全球的冻土和海洋中，“可燃冰”的储量在3114万亿立方米到763亿亿立方米之间，但当时世界海洋中发现的“可燃冰”分布带只有57处，2001年就增加到88处。

对于中国可燃冰的储藏量，中国地质调查局给出的初步预测是，南海北部远景资源量可达上百亿吨油当量，可与目前全世界一年的能源消费总量相当。

“这些‘可燃冰’的储量都是估算的。

”中国石油大学教授陈光进说，“从远景资源量再到地质资源量、再到地质储量、再到探明的储量，至少还需要十多年工作。

”除了未证明的巨大储量，科学家还相信，“可燃冰”的价值是非常惊人的。

陈光进告诉记者，科学实验证明，1立方米纯净的“可燃冰”，能释放出164立方米的天然气。

有科学家推算，全世界海洋所储藏的“可燃冰”，其所含天然气约为1.8亿亿立方米至2.1亿亿立方米，而目前估算的全球天然气储量在180万亿到1000万亿立方米之间。

美国能源部认为，仅南、北卡罗来纳州大西洋底的储备就够美国人用100年。

而日本地质调查的估计，周边海底埋藏的“可燃冰”相当于日本百年天然气的使用量。

有个数据是确信无疑的：

中国此次发现的“可燃冰”，沉积层厚度达34米，气体中甲烷含量高达99.8%。

无论是矿层厚度、水合物丰度，还是甲烷纯度，都超出世界上其他地区类似的发现。

全程参与此次勘察的广州海洋地质调查局副总工程师吴能友告诉记者，“从粒级小于0.063毫米的细土里，国际上发现的‘可燃冰’含量多在5%至10%，而中国这次发现的含量高于40%，这在世界上还是第一次。

”

“理论上说，如果将目前估算的全球‘可燃冰’都开采出来的话，可以供人类使用100年以上。

”陈光进说，这种存在于海洋大陆架地区和陆地冻土带内的固态化合物，燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物，对于日益陷入能源危机的地球来说，“可燃冰”是大自然赐给人类神奇也是最后的天然能源。

这是夹杂着白色颗粒状“可燃冰”的海底沉积

悬疑二：

何时走上“商业化”之路？

“可燃冰”能否成为人类未来的新能源，取决于其何时能够实现大规模的商业化开采。

美国1998年在《天然气水合物研究与资源开发计划》中，把商业性开采的时间定为2015年。

日本的目标更早，计划较美国提前5年即2010年就将实现商业性开发。

全球性的“可燃冰”商业利用竞赛已经开始……

“现在的难题是，‘可燃冰’开采成本非常高”，中科院广州天然气水合物研究中心首席研究员陈多福博士告诉记者。

陈博士曾应美国康奈尔大学地球与大气科学系的邀请，参加在美国墨西哥湾开展的海底“可燃冰”考察。

他所见到的开采，用的是潜艇：

在约540米深的海底，潜艇的机械臂直接抓取裸露在外的“可燃冰”，然后放入密封罐中，带回地面。

“租一艘潜艇，每天大约需要1.8万美元，对科考来说不算贵，但如果用于商业，那肯定不划算。

”

根据美国和日本披露的数据，目前的“可燃冰”开采成本平均高达每立方米200美元，根据每立方米释放能量相当于164立方米天然气计算，其折合天然气的成本达到每立方米1美元以上，而上海目前民用天然气的售价每立方米也仅2.1元。

作为后来者，中国比发达国家面临更多困难。

吴能友在领衔攻关“天然气水合物资源调查”项目后，一年之中瘦了32斤，“压力很大，主要是缺乏基础理论的支撑。

”昨天，他告诉记者，尽管已成功取得了“可燃冰”实物样品，依然不能太过乐观：

调查仅仅认识了天然气水合物存在的现象，钻探也仅仅在一个点上取得突破，要科学地认识南海北部整个海域的天然气水合物形成机理和分布规律，尚有许多科学问题需要解决。

另外，在开采技术方面，钻获可燃冰的勘探航次首席科学家、中国地质调查局的张海啟博士坦承：

中国目前不具备独立钻探和取芯的技术，只能和国外钻探公司合作。

“中国要实现‘可燃冰’的商业化开采，最终得靠自主创新。

”陈多福博士告诉记者，虽然美国的海底“可燃冰”考察对许多国家的科学家都开放，但一涉及到关键技术的会议，美方都会实施清场，只留“自己人”。

今年5月25日，中美发布了《第二次中美战略经济对话联合情况说明》，中美在能源和环境领域达成包括清洁煤技术、煤层气项目、燃油低硫化及核电合作多项共识，唯独没有“可燃冰”方面的研究合作，美国对中国这个潜在的竞争对手，保留了最大的新能源秘密。

国家发改委去年8月公布的《中国石油替代能源发展概述》研究报告表示，未来10年，中国将投入8亿元进行“可燃冰”的勘探研究，预计2010年至2015年将进行试开采。

张海啟博士认为，乐观估计，中国在30年内能够实现“可燃冰”的商业化开发。

悬疑三：

会否形成更多“百慕大”？

世界上有这样一片水域———无论是航行的船只，或是翱翔的飞机，都常无故失踪；

事后不管派出多少人员赶赴现场搜救，也总是“劳而无功”，不但找不到幸存者，也看不见任何尸体，或一星半点船只或飞机的残骸。

今天，这个神秘的“百慕大”之谜，被科学家与“可燃冰”联系在了一起。

1984年，加拿大科学家唐纳德·

戴维森提出假说，“可燃冰”溶解释放大量甲烷气体，会导致轮船因海水密度降低无法承重而沉没，飞机因尾气引燃可燃气体而烧毁；

不约而同，美国密西西比州大学物理学家布鲁斯·

迪那多博士也宣称自己成功揭秘，海底甲烷释放产生的大量气泡很可能就是吞噬过路船只的神秘杀手。

其实，这片位于美国佛罗里达半岛及波多黎各岛和百慕大群岛之间的三角形海域，在曾有过的揭秘热潮中，“可燃冰”一说只是其中一种猜测。

然而，“可燃冰”这把双刃剑可能带给人类的灾难却早已被科学家们证实。

首先是地质灾害。

“可燃冰”经常作为沉积物的胶结物存在，它对沉积物的强度起着关键的作用。

吴能友说：

“天然气水合物往往同自然环境条件处于十分敏感的平衡之中，任何一种变化，都会影响天然气水合物系统的稳定性，从而导致海底沉积物失去稳定性，产生海底滑坡。

”牵一发而动全身，“可燃冰”的开采，会不会带来毁灭性的灾难？

其次是温室效应。

“甲烷是一种温室效应远大于二氧化碳的温室气体，大约是二氧化碳的13倍，它在全球气候变化中扮演重要角色。

”吴能友说，“可燃冰”不稳定，在常温和常压环境下极易分解。

从边缘海释放的甲烷，在大气中就占了相当大的比重。

有研究表明，地质历史时期有若干全球变化事情是由天然气水合物分解甲烷释放造成的。

在看似平静的海之深蓝下，这样高含量的“可燃冰”的发现，难道只能是看起来很美，甚至是高悬头顶的达摩克利斯之剑？

对此，吴能友答复：

“北欧的大海啸和‘百慕大’之谜仅仅是科学家根据地质现象作出的推断，有待于进一步证实。

至于是否会导致海底滑坡和甲烷泄漏，我们钻探实物样品时将水温、压力都维持在了原有状态，对环境并无影响。

“可燃冰”的大规模开采，世界上至今尚无完美方案，但上海市能源标准化技术委员会主任谢仲华非常乐观，“我相信不远的将来，人类完全能把握好‘可燃冰’带来的机遇与风险。

2、蓝色革命“四次浪潮”

（1）一是以浅海滩涂养殖和海洋捕捞为代表的渔业发展，为人们提供了丰富多样的海洋食品，很大程度上改善了人们的食物结构，拓展了人类食物来源的渠道。

（2）二是以造船为代表的海洋装备制造业发展，大大提高了航运能力和技术水平，促进了全球生产要素流动和配置，加速了经济全球化进程。

　　（3）三是以海洋环境技术、资源勘探开发技术、海洋通用工程技术为代表的海洋高新技术产业发展，支撑了海洋资源利用，打开了海洋开发的深度和广度空间。

　　（4）四是以海洋天然产物、生物活性物质、特殊功能基因组为代表的海洋生物产业发展，将带来海洋生命科学和生物技术的重大突破，形成海洋生物技术产业群。

四、开采可燃冰有何利弊？

如何权衡利弊？

利：

（1）能解决目前的能源危机

（2）有利减少因争抢石油而发动的战争

（3）使用方便、燃烧值高、清洁无污染

可燃冰像固体酒精一样可被直接点燃，1立方米就可释放出164立方米天然气，其能量密度是煤的10倍。

是公认的地球上尚未开发的大规模新型能源。

（4）资源量大，海底储量可供人类使用1000年

有关专家表示，可燃冰在世界范围内分布广，资源量大，全球储量是现有天然气、石油储量的两倍，是本世纪能够解决人类能源危机的最具开发前景的新型能源。

据科学家测算，海底可燃冰的储量够人类使用1000年。

这种新型能源一旦得到开采，将使人类的燃料使用史延长几个世纪。

弊：

（1）富含甲烷，开采不当将明显加剧全球变暖

可燃冰在常温和常压环境下极易分解释放甲烷，稍又不慎就可能酿成环境灾难。

甲烷作为强温室气体，对大气辐射平衡的影响仅次于二氧化碳。

据测算，全球天然气水合物中蕴含的甲烷量约是大气圈中的3000倍，而天然气水合物分解产生的甲烷进入大气的量即使只有大气甲烷总量的0.5%，也会明显加速全球变暖的进程。

（2）甲烷排入海水将造成海洋环境改变，甚至引发海啸

甲烷气体如果排入海水，其氧化作用会消耗大量氧气，对海洋微生物生长发育带来危害；

如果排入海水的甲烷量特别大，还可能造成海水汽化和海啸等，造成巨大的危害。

（3）天然气水合物在开采过程中还会分解产生大量的水，释放岩层孔隙空间，使其赋存区地层发生固结性变差，引发海底滑塌等地质灾变

可

燃

冰

的

空

间

构

型

512

附录：

中国目前开采可燃冰进程和相关信息

中国科学院天然气水合物研究新进展

中国科学院的天然气水合物研究始于20世纪90年代初，从1990－2001年院属有关单位率先在国内完成甲烷水合物实验合成、系统介绍国外天然气水合物研究进展、组织天然

水合物学术会议、开办天然气水合物信息网等，引领和推动了全国此领域的研究活动。

为了面向国家能源战略需求，参与此领域国际竞争，发挥院内和院外的联合优势，建设代表国家水平的天然气水合物理论研究和开发关键技术平台，2004年中国科学院组建了一个直属的非法人的研究单元——中国科学院广州天然气水合物研究中心（以下简称“中心”）。

“中心”成立后在探索新的科研体制及其运行机制方面、在我国南海天然气水合物研究方面和天然气水合物开采模拟实验研究方面取得新进展。

1、科研体制及其运行机制的新探索

“中心”依托院广州能源所组建，以广州能源所、广州地球化学所、南海海洋所、地质地球物理所、海洋所、寒区旱区所等的该领域科研力量为基础，建立了核心团队，聘任了多名首席研究员，招收了博士和硕士研究生；

设立了理事会，实行了理事会领导下的主任负责制；

建立了咨询委员会，聘请了国内外知名科学家担任咨询专家。

“中心”实行开放、联合、共享、竞争的运行机制，有力地推动了“中心”与国内外研究机构和人员合作开展理论、实验研究和实地探查。

“中心”完成或承担了国家自然基金项目9个，国家“863”项目子课题和前期项目4个，中科院知识创新重要项目4个，中科院“百人计划”项目3个，与中海油合作项目1个，还与俄罗斯莫斯科大学研究人员合作承担双方国家基金项目，与加拿大、英国等举办双边学术研讨会。

“中心”成立以来，科研人员出版专著2部，发表论文多篇，其中被SCI收录16篇。

此外，首席科学家樊栓狮1996—2005年被SCI收录水合物研究领域论文数量国内排名第一，全球排名第39。

2、海洋天然气水合物分类新理论和我国南海天然气水合物研究新发现和新方法

2.1提出了海洋天然气水合物新的分类理论

根据水合物产出特性和成藏机制的差异，将天然气水合物分为扩散型和渗漏型（图1）水合物两类（樊栓狮和陈多福，2004；

Chenetal.，2006；

苏正和陈多福，2006）。

扩散型水合物分布广泛，水合物产出带天然气通量非常低，游离气仅发育于水合物带之下，在地震剖面上常产生指示水合物底界的强反射面（BSR）。

该类水合物含量较低，一般不超过沉积物孔隙的7%；

埋藏深（>

20m），海底不发育水合物，除进行钻探施工外，海底常规采样方法无法获取水合物样品；

水合物产出带没有游离气存在，是水—水合物的二相热力学平衡体系，水合物的沉淀主要与沉积物孔隙流体中溶解甲烷有关，受原地生物成因甲烷与深部甲烷向上扩散作用的控制。

渗漏型水合物与海底天然气渗漏活动有关，是深部烃类气体沿通道向海底渗漏，在合适条件下部分渗漏天然气沉淀形成的天然气水合物由于渗漏作用具有异图1 

渗漏型天然气水合物成藏概念模式

常高的天然气渗漏量，天然气以游离气方式迁移，甚至在海底可观测到渗漏进入水体的天然气气泡，水合物发育于整个稳定带，是水—水合物—游离气的三相非平衡热力学体系（CathlesandChen2004）。

该类天然气水合物产出集中、埋藏浅，含量高，在海底可观测到出露的块状天然气水合物，并在海底和水体中形成一系列特殊的地质、地球物理、地球化学和特异生物异常。

另外，该类水合物不具有明显的似海底反射层（BSR）标志，应用常规的BSR探测方法不易发现。

针对海底天然气渗漏形成水合物的成藏过程，建立了渗漏型水合物资源的动力学评价新方法（陈多福等，2005），并开展了海底天然气渗漏过程中传质和传热对水合物沉淀与分解影响研究（ChenandCathles,2006）。

2.2新发现了2个潜在的渗漏型水合物发育区

在南海北部深水区新发现2个天然气渗漏活动及浅埋藏渗漏型水合物发育的有利区。

2004年12月通过遥感分析圈定出琼东南盆地海底渗漏活动在海面形成的异常区，2005年在中国科学院南海海洋研究所的公共航次海底采样中，在该区获得了天然气渗漏活动形成的冷泉碳酸盐岩。

在同一航次中，还在东沙西南部采集到了冷泉碳酸盐结核，如图2所示：

a角砾状结核,表面有角砾状突起（白色箭头）,内部的孔洞和通道（黑色箭头）被正常海水沉积的碳酸盐充填；

b球状或椭球状结核，有突出的一端或两端（白色箭头）；

c烟囱状结核,表面具有瘤状突起；

d具有蜂状孔洞的半固结图2中国东沙西南部冷泉碳酸盐结核的形貌特征

结核,已结晶了少量自生的白云石和菱铁矿。

这是另一个新的天然气渗漏活动区（陈忠等，2006）。

此前，在2002年，“中心”研究人员从广州海洋地调局在东沙东北部采集的海底样品中就鉴别出了冷泉碳酸盐岩；

2004年，对该区的中德联合航次考察对此鉴别做了确证；

2005年，此方面最终成果发表于英国《MarineandPetroleumGeology》（海洋石油地质）杂志上（Chenetal.,2005），是国际上对南海冷泉碳酸盐岩的首次报告。

3、水合物气开采的模拟试验研究

图3二维开采模拟试验系统示意

包括一维开采模拟实验和二维开采模拟实验（图3）研究。

前者主要是对天然气水合物热力开采、置换开采、降压开采的一维模拟，包括开采动力学、开采多相流体动力学特性和生成分解动力学特性研究；

后者主要是对上述3种开采方式的二维模拟，包括开采分解前沿模拟，井网布置技术模拟等试验研究。

来源《天然气地球科学》2006年第17卷第3期封二、封三

青海天峻发现“可燃冰”

青海新闻网讯

近日，由中国地质调查局总负责，中国煤炭地质总局青海煤炭地质105队、中国地质科学院矿产资源研究所、勘探技术研究所联合实施的“祁连山冻土区天然气水合物DK-1科学钻探试验孔”项目取得重大突破，在海拔4062米的天峻县木里镇钻探获取天然气水合物实物（俗称“可燃冰”）样品。

这个发现标志着我国一跃成为第三个在陆域发现这种新能源的国家。

据悉，此次在青藏高原中纬度大陆地区发现天然气水合物，在国内外尚属首次。

2004年，青海煤炭地质105队、青海煤炭地质局勘查院在青海木里煤田聚乎更矿区勘探施工时，发现在钻孔中有可燃气体涌出，以后施工的多个钻孔均见到这种现象。

通过前期大量的钻探施工和气体成因的深入研究，他们联合有关单位认真研究了天然气水合物的赋存范围，仔细调研选择了调查施工靶区，为今后的进一步研究奠定了坚实的基础。

去年，在国务院的高度重视下，中国地科院矿产资源研究所、勘探技术研究所和青海煤炭地质105队，共同承担了高原冻土带天然气水合物勘探钻孔的施工，分别在去年11月份和今年6月份成功采集到了大量“可燃冰”实物样品，并及时送往国家权威部门鉴定。

9月25日，国土资源部举行专门新闻发布会，正式向社会公布了这一重大发现和科研成果。

相关人士介绍，粗略估算天峻的“可燃冰”储量至少有350亿吨油当量，预计再过十年左右就能投入使用。

据青海煤炭地质105队办公室主任李晓伟介绍，这是我国首次在陆域发现“可燃冰”，也是继加拿大、美国之后，在陆域通过钻探发现“可燃冰”的第三个国家，同时也是全球首次在中低纬度高山冻土区发现天然气水合物实物样品的国家。

这个重大发现对我国扩大新的洁净能源领域，增加我国能源战略储备，促进能源多样化具有极其重要的战略意义，同时也再次证明了我国天然气水合物的调查与研究处于国际领先水平。

（作者：

龙腾飞）

1、青海天峻发现“可燃冰”标志着我国继加拿大、美国之后，一跃成为第三个在陆域发现这种新能源的国家，同时也是全球首次在中低纬度高山冻土区发现天然气水合物实物样品的国家。

这一重大发现对我国扩大新的清洁能源领域，增加我国能源战略储备、促进能源多样化具有极其重要的战略意义，同时也再次证明我国天然气水合物的调查与研究处于国际领先水平。

粗略估算，天峻的“可燃冰”储量至少有350亿吨油当量，预计再过十年左右就能投入使用。

2、2007年4月21日至6月12日，中国地质调查局在南海首次实施天然气水合物钻探工程。

于5月1日在南海海域首钻获取天然气水合物实物样品，实现了我国天