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什么是可燃冰 談到能源，人們立即想到的是能燃燒的煤、石油或天然氣，而很少想到晶瑩剔透的“冰”。然而，自 20 世紀 60 年代以來，人們陸續(xù)在凍土帶和海洋深處發(fā)現(xiàn)了一種可以燃燒的“冰”。這種“可燃冰”在地質(zhì)上稱之為天然氣水合物（Natural Gas Hydrate，簡稱Gas Hydrate），又稱“籠形包合物”（Clathrate），分子結構式為：CH4?H2O。

天然氣水合物是一種白色固體物質(zhì)，外形像冰，有極強的燃燒力，可作為上等能源。它主要由水分子和烴類氣體分子（主要是甲烷）組成，所以也稱它為甲烷水合物。天然氣水合物是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、PH值等）下，由氣體或揮發(fā)性液體與水相互作用過程中形成的白色固態(tài)結晶物質(zhì)。 一旦溫度升高或壓力降低，甲烷氣則會逸出，固體水合物便趨于崩解。（1立方米的可燃冰可在常溫常壓下釋放164立方米的天然氣及0.8立方米的淡水）所以固體狀的天然氣水合物往往分布于水深大于 300 米 以上的海底沉積物或寒冷的永久凍土中。海底天然氣水合物依賴巨厚水層的壓力來維持其固體狀態(tài)，其分布可以從海底到海底之下 1000 米 的范圍以內(nèi)，再往深處則由于地溫升高其固體狀態(tài)遭到破壞而難以存在。
從物理性質(zhì)來看，天然氣水合物的密度接近并稍低于冰的密度，剪切系數(shù)、電解常數(shù)和熱傳導率均低于冰。天然氣水合物的聲波傳播速度明顯高于含氣沉積物和飽和水沉積物，中子孔隙度低于飽和水沉積物，這些差別是物探方法識別天然氣水合物的理論基礎。此外，天然氣水合物的毛細管孔隙壓力較高。

可燃冰的成因 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。最后，海底的有機物沉淀，其中豐富的碳經(jīng)過生物轉化，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。

可燃冰的資源量 世界上絕大部分的天然氣水合物分布在海洋里，據(jù)估算，海洋里天然氣水合物的資源量是陸地上的 100 倍以上。據(jù)最保守的統(tǒng)計，全世界海底天然氣水合物中貯存的甲烷總量約為 1.8 億億立方米 (18000 × 1012m3 ) ，約合 1.1 萬億噸 (11 × 1012t) ，如此數(shù)量巨大的能源是人類未來動力的希望，是 21 世紀具有良好前景的后續(xù)能源。
可燃冰被西方學者稱為“21世紀能源”或“未來新能源”。迄今為止，在世界各地的海洋及大陸地層中，已探明的“可燃冰”儲量已相當于全球傳統(tǒng)化石能源(煤、石油、天然氣、油頁巖等)儲量的兩倍以上，其中海底可燃冰的儲量夠人類使用1000年。

可燃冰的缺點
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，毀壞海底工程設施，如：海底輸電或通訊電纜和海洋石油鉆井平臺等。

海底寶貝來之不易 可燃冰是天然氣和水結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)生任何殘渣和廢氣，避免了最讓人們頭疼的污染問題。科學家們?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。

全球分布區(qū)多達116處 根據(jù)專家預測，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。僅僅是現(xiàn)在探明的可燃冰儲量，就比全世界煤炭、石油和天然氣加起來的儲量還要多幾百倍。
科學家的評價結果表明，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。目前，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�？茖W家估計，海底可燃冰的儲量至少夠人類使用1000年。
開采不當會引發(fā)災難 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�？茖W家們認為，一旦開采技術獲得突破性進展，那么可燃冰立刻會成為21世紀的主要能源。
相反，如果開采不當，后果絕對是災難性的。在導致全球氣候變暖方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大20倍；而可燃冰礦藏哪怕受到最小的破壞，都足以導致甲烷氣體的大量泄漏，從而引起強烈的溫室效應。另外，陸緣海邊的可燃冰開采起來十分困難，一旦出了井噴事故，就會造成海嘯、海底滑坡、海水毒化等災害。所以，可燃冰的開發(fā)利用就像一柄“雙刃劍”，需要小心對待。 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；日本開始關注可燃冰是在1992年，目前已基本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。美國目前每年用于可燃冰研究的財政拔款達上千萬美元。
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，有50個科技人員駕駛著一艘裝備有先進實驗設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。 世界上可燃冰的分布
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)境及海底工程設施的災害影響，正日益引起科學家們和世界各國政府的關注。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。到目前為止，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先地位。
可燃冰在中國的狀況
作為世界上最大的發(fā)展中的海洋大國，我國能源短缺十分突出。目前我國的油氣資源供需差距很大， 1993 年我國已從油氣輸出國轉變?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可借鑒常規(guī)油氣，下游的天然氣運輸、使用等技術都很成熟。因此，加強天然氣水合物調(diào)查評價是貫徹實施黨中央、國務院確定的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要措施，也是開發(fā)我國二十一世紀新能源、改善能源結構、增強綜合國力及國際競爭力、保證經(jīng)濟安全的重要途徑。
我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)權的天然氣水合物實驗室并成功點燃天然氣水合物。

我國發(fā)現(xiàn)海底可燃冰 2005年4月14日，我國在北京舉行中國地質(zhì)博物館收藏我國首次發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物碳酸鹽巖標本儀式。
宣布我國首次發(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)合在我國南海北部陸坡執(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。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合形成的外觀似冰的白色或淺灰色固態(tài)結晶物質(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。


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