1 什么是天然氣水合物

天然氣水合物又稱(chēng)固態(tài)甲烷，它是由天然氣與水所組成，呈固體狀態(tài)，其外貌極象冰雪或固體酒精，點(diǎn)火即可燃燒，因此有人稱(chēng)其為"可燃冰"、"氣冰"、"固體瓦斯"。天然氣水合物的結(jié)晶格架主要由水分子構(gòu)成，在不同的低溫高壓條件下，水分子結(jié)晶形成不同類(lèi)型多面體的籠形結(jié)構(gòu)。其分子式為MnH2O加表示甲烷等氣體，n為水分子數(shù)）。天然氣水會(huì)物的結(jié)構(gòu)類(lèi)型有：I、11和H型。I型為立方晶體結(jié)構(gòu)、Ⅱ型為菱型晶體結(jié)構(gòu)、H型為六方晶體結(jié)構(gòu)。Ⅰ型天然氣水合物在自然界頒最廣，而Ⅱ及H型水合物更為穩(wěn)定。它是在低溫高壓條件下，由水與天然氣（主要是甲烷氣，每平方米的天然氣水會(huì)物可釋放出164立方米甲烷和0.8立方米的水）結(jié)合形成一種外觀似水的白色結(jié)晶固體，主要存在于陸地上的永久凍土帶和海洋沉積物中。

2 國(guó)際上天然氣水合物資源調(diào)查、研究現(xiàn)狀

隨著世界上石油、天然氣資源的日漸耗盡，各國(guó)的科學(xué)家正在致力于尋找新的接替能源。天然氣水合物被稱(chēng)為ZI世紀(jì)具有商業(yè)開(kāi)發(fā)前景的戰(zhàn)略資源，正受到各國(guó)科學(xué)家和各國(guó)政府的重視。

自60年代開(kāi)始，俄、美、巴德、英、加等許多發(fā)達(dá)國(guó)家，甚至一些發(fā)展中國(guó)家對(duì)其也極為重視，開(kāi)展了大量的工作。

俄羅斯自60年代開(kāi)始，先后在白令海、鄂霍茨克海、千島海溝、黑海、里海等開(kāi)展了天然氣水合物調(diào)查，并發(fā)現(xiàn)有工業(yè)意義的礦體。即使近期經(jīng)濟(jì)比較困難，仍堅(jiān)持在巴倫支海和鄂霍茨克海等海域進(jìn)行調(diào)查或研究工作。位于西西伯利亞?wèn)|北部的Messoyakha天然氣水合物礦田已成功生產(chǎn)了17年。

美國(guó)科學(xué)家早在1934年首次在輸氣管道中發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物，它堵塞了管道，影響了氣體的輸送而開(kāi)始了對(duì)水合物結(jié)構(gòu)及形成條件的研究。隨后美、加在加拉斯加北坡、馬更些三角洲凍土帶相繼發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模的水合物礦藏。70年代初英國(guó)地調(diào)所科學(xué)家在美國(guó)東海岸大陸邊緣所進(jìn)行的地震探測(cè)中發(fā)現(xiàn)了"似海底反射層"（Bottom Similating，Reflector，英文稱(chēng) BSR）。緊接著于1974年又在深海鉆探巖芯中獲取天然氣水合物樣品，并釋放出大量甲烷，證實(shí)了"似海底反射"與天然氣水含物有關(guān)。1979年美國(guó)借助深海鉆探計(jì)劃（DSDP）和大洋鉆探計(jì)劃（ODP），長(zhǎng)期主持和組織了此項(xiàng)工作，最早指出天然氣水合物為未來(lái)的新型能源，并繪制了全美天然氣水含物礦床位置圖。積極參加這項(xiàng)工作的還有英國(guó)、加拿大、挪威、日本和法國(guó)等。1991年美國(guó)能源部組織召開(kāi)"美國(guó)國(guó)家天然氣水合物學(xué)術(shù)討論會(huì)"。最為重要的是1995年冬ODP64航次在大西洋西部布萊克海臺(tái)組織了專(zhuān)門(mén)的天然氣水合物調(diào)查，打了一系列深海鉆孔，首次證明天然氣水會(huì)物廣泛分布，肯定其具有商業(yè)開(kāi)發(fā)的價(jià)值。同時(shí)指出天然氣水會(huì)物礦層之下的游離氣也具有經(jīng)濟(jì)意義。以甲烷碳量計(jì)算，初步估計(jì)該地區(qū)天然氣水合物資源量多達(dá)100億噸，可滿(mǎn)足美國(guó)105年的天然氣消耗。在天然氣水合物取得一系列研究成果的基礎(chǔ)上，美國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)主席莫爾斯于1996年把天然氣水合物的發(fā)現(xiàn)作為當(dāng)今六大成就之一。因此，美國(guó)參議院于1998年通過(guò)決議，把天然氣水合物作為國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略能源列入國(guó)家級(jí)長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)劃，要求能源部和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局等有磁部門(mén)組織實(shí)施，其內(nèi)容包括資源詳查、生產(chǎn)技術(shù)、全球氣候變化、安全及海底穩(wěn)定性等五方面的問(wèn)題，擬每年投人資金2000萬(wàn)美元，要求2010年達(dá)到計(jì)劃目標(biāo)，20年將投入商業(yè)性開(kāi)發(fā)。

亞洲東北亞海域是天然氣水合物又一重要富集區(qū)。80年代末ODP127、131航次在日本周緣海域進(jìn)行鉆探，獲得了天然氣水會(huì)物及BSR異常廣布的重要發(fā)現(xiàn)。美國(guó)能源部的Krason在1992年日本東京召開(kāi)的第29屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)上表明在日本周緣海域共發(fā)現(xiàn)9處的BSR分布區(qū)。天然氣水合物礦層位于海底以下150-300M處，礦層厚度分別為3m、5m、7m，總厚為15m。估計(jì)在日本南海海槽的BSR頒面積約35000Km2。由于美國(guó)能源部發(fā)表了上述評(píng)估數(shù)據(jù)，加之日本油氣能源短缺，它引起了日本通產(chǎn)省、科技界及企業(yè)界的高度重視。1995年日本通產(chǎn)省資源能源廳石油公司（JNOC）聯(lián)合10家石油天然氣私營(yíng)企業(yè)制定了1995-l999年宏偉的"甲烷天然氣水合物研究及開(kāi)發(fā)推進(jìn)初步計(jì)劃"，投資6400萬(wàn)美元。通過(guò)對(duì)日本周邊海域，特別是南海海槽、日本海東北部的鄂霍茨克海的靶區(qū)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)南海海槽水合物位于水深850—1150m離岸較近，易于開(kāi)發(fā)。水會(huì)物賦存一砂巖和火山沉積物中，其也隙度為35％，水合物充填率達(dá)85％，初步評(píng)價(jià)，日本南海海槽的天然氣水合物甲烷資源量為7.4×l012m3，可滿(mǎn)足日本100年的能源消耗。

德國(guó)從80年代后期還曾利用"太陽(yáng)號(hào)"調(diào)查船與其他國(guó)家合作，先后對(duì)東太平洋俄勒岡海域的卡斯凱迪亞增生楔，以及西南太平洋和白令海域進(jìn)行了水合物的調(diào)整。在南沙海槽、蘇拉威西海、白令海等地都發(fā)現(xiàn)了與水合物有關(guān)的地震標(biāo)志，并獲取了水合物樣品。

印度在1995年全國(guó)地質(zhì)地球物理年會(huì)上統(tǒng)一了認(rèn)識(shí)，認(rèn)為天然氣水含物已成為現(xiàn)今地質(zhì)工作的主題。在印度科學(xué)和工業(yè)委員會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下制定了"全國(guó)天然氣水合物研究計(jì)劃"，投資5600萬(wàn)美元。迄今為止，印度已在其東西地區(qū)發(fā)現(xiàn)了多處地球物理異常，顯示出良好的找礦前景。

韓國(guó)資源研究所和海洋開(kāi)發(fā)研究所于1997年開(kāi)始在其東南部近海郁龍盆地進(jìn)行水含物調(diào)查，相繼發(fā)現(xiàn)了略受變形的BSR、振幅空白帶、淺氣層、麻炕、海底滑坡、菱錳結(jié)核等一系列與水會(huì)物相關(guān)的標(biāo)志。

新西蘭在北島東岸近海水深1-3Km，發(fā)現(xiàn)面積大于4×104km2的BSR分布區(qū)。

澳大利亞近年在其東部豪勛爵海底高原發(fā)現(xiàn)BSR分布面積達(dá)8×104km2。

巴基斯坦在阿曼灣開(kāi)展了水會(huì)物調(diào)查，也取得了進(jìn)展。

加拿大西側(cè)胡安一德賽卡洋中脊斜坡區(qū)發(fā)現(xiàn)約1800億油當(dāng)量的天然氣水合物資源量。

總之，目前已調(diào)查發(fā)現(xiàn)并圈定有天然氣水合物的地區(qū)主要分布在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(guó)海槽、南海海槽、蘇拉威西海、新西蘭北島；東太平洋海域的中美海槽、北加利福尼亞一俄勒岡濱外、秘魯海槽；大西洋海域的美國(guó)東海岸外布萊克海臺(tái)、墨西哥灣、加勒比海、南美東海岸外陸緣、非洲西西海岸海域；印度洋的阿曼海灣；北極的巴倫支海和波弗特海；南極的羅斯海和威德?tīng)柡?，以及黑海與里海等。目前世界這些海域內(nèi)有88處直接或間接發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物，其中26處巖心見(jiàn)到天然氣水會(huì)物，62處見(jiàn)到有天然氣水合物地震標(biāo)志的似海底反射（BSR），許多地方見(jiàn)有生物及碳酸鹽結(jié)殼標(biāo)志。據(jù)專(zhuān)家估算：在全世界的邊緣海、深海槽區(qū)及大洋盆地中，目前已發(fā)現(xiàn)的水深3000m以?xún)?nèi)沉積物中天然氣水會(huì)物中甲烷資源量為2.1×1016m3（2.l萬(wàn)萬(wàn)億m3）。水合物中甲烷的碳總量相當(dāng)于全世界已知煤、石油和天然氣總量的二倍?？蓾M(mǎn)足人類(lèi)1000年的需求，其儲(chǔ)量之大，分布面積之廣，是人類(lèi)未來(lái)不可多得的能源。以上儲(chǔ)量的估算尚不包括天然氣水合物層之下的游離氣體。

3 我國(guó)有關(guān)天然氣水合物的研究、調(diào)查現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)和國(guó)土資源部、科技部、財(cái)政部、國(guó)家計(jì)委等部委領(lǐng)導(dǎo)非常重視天然氣水合物的調(diào)查與研究。首先是對(duì)我國(guó)管轄海域歷年來(lái)做過(guò)大量的地震勘查資料分析，在沖繩海槽的邊坡、南海的北部陸坡、西沙海槽和西沙群島南坡等處發(fā)現(xiàn)了海底天然氣水合物存在的似海底地震反射層（BSR）標(biāo)志。并在對(duì)海底天然氣水合物的成因、地球化學(xué)、地球物理特征、外北采集、資料處理解釋、鉆孔取樣、測(cè)井分析、資源評(píng)價(jià)、海底地質(zhì)災(zāi)害等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并取得了豐富的資料和大量的數(shù)據(jù)。

自1984年始，我國(guó)地質(zhì)界對(duì)國(guó)外有關(guān)水會(huì)物調(diào)查狀況及其巨大的資源潛力進(jìn)行了系統(tǒng)的資料匯集。廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局的科技人員對(duì)80年代早、中期在南海北部陸坡區(qū)完成的2萬(wàn)多公里地震資料進(jìn)行復(fù)查，在南海北部陸坡區(qū)發(fā)現(xiàn)有似海底反射（BSR）顯示。根據(jù)國(guó)土資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的安排，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局于1999年10十月首次在我國(guó)海域南海北部西沙海槽區(qū)開(kāi)展海洋天然氣水合物前期試驗(yàn)性調(diào)查。完成三條高分辯率地震測(cè)線(xiàn)共543.3km。2000年9-11月，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局"探寶號(hào)"和"海洋四號(hào)"調(diào)查船在西沙海槽繼續(xù)開(kāi)展天然氣水含物的調(diào)查。共完成高分辯率多道地震1593.39km、多波束海底地形測(cè)量703.5km、地球化學(xué)采樣20個(gè)、孔隙水樣品18個(gè)、氣態(tài)烴傳感器現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定樣品33個(gè)。獲得突破性進(jìn)展。資料表明：地震剖面上具明顯似海底反射界面(BSR）和振幅空白帶。"BSR"界面一般位于海底以下300-700m，最淺處約180m。振幅空白帶或弱振幅帶厚度約80-600m，"BSR"分布面積約2400km'。以地震為主的多學(xué)科綜合調(diào)查表明：海域天然氣水合物主要賦存于活動(dòng)大陸邊緣和非活動(dòng)大陸邊緣的深水陸坡區(qū)，尤以活動(dòng)陸緣俯沖帶增生楔區(qū)、非活動(dòng)陸緣和陸隆臺(tái)地?cái)囫迏^(qū)水含物十分發(fā)育。根據(jù)ODP184航次1144鉆井資料揭示，在南海海域東沙群島東南地區(qū)，l百萬(wàn)年以來(lái)沉積速率在每百萬(wàn)年400-1200m之間，鶯歌海盆地中中新世以來(lái)沉積速度很大。資料表明：南海北部和西部陸坡的沉積速率和已發(fā)現(xiàn)有豐富天然氣水合物資源的美國(guó)東海岸外布萊克海臺(tái)地區(qū)類(lèi)似。南海海域水含物可能賦存的有利部位是：北部陸坡區(qū)、西部走滑剪切帶、東部板塊聚合邊緣及南部臺(tái)槽區(qū)。本區(qū)具有增生楔型雙BSR、槽緣斜坡型BSR、臺(tái)地型BSR及盆緣斜坡型BSR等四種類(lèi)型的水合物地震標(biāo)志BSR構(gòu)型。從地球化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)南海北部陸坡區(qū)和南沙海域，經(jīng)常存在臨震前的衛(wèi)星熱紅外增溫異常，其溫度較周?chē)Ｓ蛏?-6℃，特別是南海北部陸坡區(qū)，從瓊東南開(kāi)始，經(jīng)東沙群島，直到臺(tái)灣西南一帶，多次重復(fù)出現(xiàn)增溫異常，它可能與海底的天然氣水會(huì)物及油氣有關(guān)。

綜合資料表明：南海陸坡和陸隆區(qū)應(yīng)有豐富的天然氣水合物礦藏，估算其總資源量達(dá)643.5-772.2億噸油當(dāng)量，大約相當(dāng)于我國(guó)陸上和近海石油天然氣總資源量的1/2。

西沙海槽位于南海北部陸坡區(qū)的新生代被動(dòng)大陸邊緣型沉積盆地。新生代最大沉積厚度超過(guò)7000m，具斷裂活躍。水深大于400m。基于應(yīng)用國(guó)家863研究項(xiàng)目"深水多道高分辨率地震技術(shù)"而獲得了可靠的天然氣水合物存在地震標(biāo)志：1）在西沙海槽盆北部斜坡和南部臺(tái)地深度200-700m發(fā)現(xiàn)強(qiáng)BSR顯示，在部分測(cè)線(xiàn)可見(jiàn)到明顯的BSR與地層斜交現(xiàn)象。2）振幅異常，BSR上方出現(xiàn)弱振幅或振幅空白帶，以層狀和塊狀分布，厚度80-450m。3）BSR波形與海底反射波相比，出現(xiàn)明顯的反極性。4）BSR之上的振幅空白帶具有明顯的速度增大的變化趨勢(shì)。資料表明：南海北部西沙海槽天然氣水合物存在面積大，是一個(gè)有利的天然氣水合物遠(yuǎn)景區(qū)。

2001年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在財(cái)政部的支持下，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局繼續(xù)在南海北部海域進(jìn)行天然氣水合物資源的調(diào)查與研究，計(jì)劃在東沙群島附近海域開(kāi)展高分辨率多道地震調(diào)查3500km，在西沙海槽區(qū)進(jìn)行沉積物取樣及配套的地球化學(xué)異常探測(cè)35個(gè)站位及其他多波束海底地形探測(cè)、海底電視攝像與淺層剖面測(cè)量等。另?yè)?jù)我國(guó)臺(tái)大海洋所及臺(tái)灣中油公司資料，在臺(tái)西南增生楔，水深500-2000m處廣泛存在BSR，其面積2×104km2。并在臺(tái)東南海底發(fā)現(xiàn)大面積分布的白色天然氣水合物賦存區(qū)。

4 意見(jiàn)與建議

（1）鑒于天然氣水合物是21世紀(jì)潛在的新能源，它正受到各國(guó)科學(xué)家和各國(guó)政府的重視，其調(diào)查研究成果日新月異，故及時(shí)了解、收集、交流這方面的情況、勘探方法及成果尤為重要，為趕超國(guó)際天然氣水合物調(diào)查、研究水平，促進(jìn)我國(guó)天然氣水會(huì)物的調(diào)查、勘探與開(kāi)發(fā)事業(yè)，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展做出新貢獻(xiàn)，建議每?jī)赡暾匍_(kāi)一次全國(guó)性的"天然氣水合物調(diào)查動(dòng)態(tài)、勘探方法和成果研討會(huì)"。

（2）我國(guó)南海廣闊的陸坡及東海部分陸坡具有形成天然氣水含物的地質(zhì)條件，建議盡快開(kāi)展這兩個(gè)海區(qū)的天然氣水含物的調(diào)查研究工作，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供新能源。

（3）天然氣水合物的開(kāi)采方法目前主要在熱激化法、減壓法和注人劑法三種。開(kāi)發(fā)的最大難點(diǎn)是保證井底穩(wěn)定，使甲烷氣不泄漏、不引發(fā)溫室效應(yīng)。針對(duì)這一問(wèn)題，日本提出了"分子控制"開(kāi)采方案。天然氣水會(huì)物礦藏的最終確定必須通過(guò)鉆探，其難度比常規(guī)海上油氣鉆探要大得多，一方面是水太深，另一方面由于天然氣水合物遇減壓會(huì)迅速分解，極易造成井噴。日益增多的成果表明，由自然或人為因素所引起溫壓變化，均可使水合物分解，造成海底滑坡、生物滅亡和氣候變暖等環(huán)境災(zāi)害。因而研究天然氣水合物的鉆采方法已迫在眉捷，建議盡快開(kāi)展室內(nèi)外天然氣水合物鉆采方法的研究工作。