海洋天然氣水合物一天然氣水合物認知歷程二

天然氣水合物的定義三

天然氣水合物存在區域與形成條件四

天然氣水合物環境效應五

開采方法德國 施茨廷

科幻小說北美陸坡崩塌，導致采油礦井等崩塌—天然氣水合物認知歷程1790年，Joseph

Priestly在冬天進行水與各種氣體的結冰實驗，發現SO2會促進“冰”的形成。Priestly(1790)：“進一步開展這種實驗，將可能對結冰過程與機制有新的認識”1810年，證實奇怪“冰”的存在。1823年，Faraday獲得含氯水合物的組成。

其后120年，聚焦于確定各種水合物的組成。?

1927年在克里米亞大地震期間，黑海海面燃起一場熊熊大火。起初人們以為是硫化氫釀成了這場火災，后來認定，硫化氫在水中的含量太少，不具備那么強的爆炸力。引起這場火災的，原來是一種叫做水化甲烷的天然氣水合物。1934年，蘇聯工程師HammerSchmidt發現水合物堵塞油氣管道，激發了保存于運輸水合物的研究。20世紀60年代：認識到自然界中大量存在甲烷水合物。20世紀70年代：科學研究，資源勘察。1983年：墨西哥灣海底首次發現海底天然氣水合物。20世紀80年代：海底天然氣水合物的調查研究和評價。二天然氣水合物的定義天然氣水合物，也稱氣體水合物，是由天然氣與水分子在高壓（>100大氣壓或>

10MPa）和低溫（0～10℃）條件下合成的一種固態結晶物質。因天然氣中80%～90%的成分是甲烷，故也有人叫天然氣水合物為甲烷水合物。天然氣水合物多呈白色或淺灰色晶體，外貌類似冰雪，可以象酒精塊一樣被點燃，故也有人叫它“可燃冰”。＋0.8

m3水1

m3水合物164

m3天然氣密度大天然氣水合物

可燃冰塊狀、脈狀、斑狀、角礫狀等構造。塊狀和脈狀構造是天然氣水合物形成時其流體分別滲透到沉積物顆粒間隙和裂縫中形成。天然氣水合物的顏色白色、黃色、橙色、紅色、灰色、藍色等。原因：天然氣水合物中含有的其他一些物質（油類、細菌、礦物等）引起。Barkley峽谷的天然氣水合物：黃色的含油結構和白色的多孔結構3.1形成的基本條件首先，溫度不能太高（海底的溫度是2℃至4℃，適合甲烷水合物的形成，高于20℃就分解）；第二，壓力要足夠大，但不需太大（0℃時，30個大氣壓以上就可生成）；第三，地底要有氣源。三天然氣水合物存在區域與形成條件生物成因：海洋生物和微生物死后，尸沉海底

海底水溫較低，壓力大，經過細菌分解成為甲烷、乙烷等可燃氣體進入海底的沉積巖，與水結合成可燃冰。熱解成因細菌可以直接利用天然氣水合物-冰蟲-貝類可能是更古老的生態系統。天然氣水合物并不是長期存在

在一定條件下發生溶解，沉積物失去凝聚力，導致沉積物崩塌?路坡以淺海域，高緯度3.2存在區域最有可能形成甲烷水合物的區域是：高緯度的凍土層如美國的阿拉斯加、俄羅斯的西伯利亞都已有發現，而且俄國已開采近20年。海底大陸架斜坡如美國和日本的近海海域，加勒比海沿岸及我國南海和東海海底均有儲藏，估計我國黃海海域和青藏高原的凍土帶也有儲藏。估計全世界甲烷水合物的儲量達1.87×1017m3（按甲烷計），是目前煤、石油和天然氣儲量的二倍，其中，海底的甲烷水合物儲量占99％。天然氣水合物—未來的替代能源★估計全球儲量：海域：1610千億噸(數百年)；凍土地區：5.3千億噸。驚人容量！世界上可燃冰的總資源量相當于全球已知煤、石油和天然氣的2倍。可滿足人類

1000

年的需求。作為燃料的好處藏量大，足夠應付將來的需要

甲烷占80％-99.9％可直接點燃，不產生任何殘渣不會產生硫磺氧化物二十一世紀的理想燃料

?“誰掌握天然氣水合物的開采技術，誰就可以執21世紀世界能源之牛耳”天然氣水合物作為21世紀的替代能源是世界能源發展的大趨勢。這不僅具有經濟意義，而且具有政治意義。美國伍茲霍爾海洋研究所的一名科學家認為，天然氣水合物的開發利用可能改變世界能源結構和對中東石油的重要性產生極大的影響。日本和印度在其領海中發現大量的天然氣水合物的礦藏，具有重大的地緣政治意義。這兩個國家已在大張旗鼓地研究開發和利用天然氣水合物。2007年5月，中國地質調查局在我國南海北部成功鉆獲天然氣水合物實物樣品，標志著我國天然氣水合物調查研究水平一舉步入世界先進行列。我國天然氣水合物成藏遠景區根據前期勘探和歷史勘探資料初步分析，我國天然氣水合物成藏遠景區：南海海區、青藏高原凍土區、東海部分海域。據推測，我國南海資源量可達700億噸。開發天然氣水合物并不困難，在西伯利亞氣田中開采甲烷表明，目前的開發技術是可行的，但是從天然氣水合物中開發大量的甲烷將對環境帶來什么樣的影響，已引起很多國家的政府和科學家的關注，關注的焦點集中在地質災害和對氣候的影響。四天然氣水合物環境效應關聯機制溫度：變暖引起中、地層水增溫，導致水合物不穩定，向大氣釋放大量甲烷，進一步加強大氣增溫，引起水合物的更加不穩定。海平面：暖期海平面升高，壓力增加，水合物變得穩定。4.1

地質災害海底滑坡海底滑坡通常認為是由地震、火山噴發、風暴波和沉積物快速堆積等事件或因坡體過度傾斜而引起的。然而，近年來研究者不斷發現，因海底天然氣水合物分解而導致斜坡穩定性降低是海底滑坡產生的另一個重要原因。天然氣水合物以固態膠結物形式賦存于巖石孔隙中天然氣水合物的分解會使海底巖石強度降低；另一方面因天然氣水合物分解而釋放巖石的孔隙空間，會使巖石中孔隙流體（主要是孔隙水）增加和巖石的內摩擦力降低，在地震波、風暴波或人為擾動下孔隙流體壓力急劇增加，巖石強度降低，以至于在海底天然氣水合物穩定帶內的巖層中形成統一的破裂面而引起海底滑坡或泥石流。如果在開采過中向海洋排放大量甲烷氣體將會破壞海洋中的生態平衡。在海水中甲烷氣體常常發生下列化學反應：CH4

+

2O2

=

CO2

+2H2OCaCO3

+

CO2

+

H2O

=

Ca(HCO3)2這些化學反應會使海水中O2

含量降低，一些喜氧生物群落會萎縮，甚至出現物種滅絕；另一方面會使海水中的CO2含量增加，造成生物礁退化，海洋生態平衡遭到破壞。海洋生態環境的破壞地質災害：自二十世紀70年代起在世界各大洋中發現數處由天然氣水合物分解造成的海底地質災害（海底滑塌、滑坡和濁流）。目前較為一致的認識是，這些海底地質災害可能是由海平面升降、地震和海嘯導致的水合物分解而引起的，而水合物分解產生的滑塌、滑坡和濁流則可能進一步引發新的地震和海嘯。水合物分解引起的地質災害還會導致海底生態環境惡化而殃及海洋生物。在里海和巴拿馬北部近海還發現水合物分解產生的海底泥火山。全球凍土層退化（如我國的青藏高原凍土層），存在天然氣水合物大量釋放的危險。在高緯度永凍土帶及極地地區，油井、油氣管道等生產設施中水合物的形成會造成管路堵塞，而產生事故或災害。4.2 氣候CH4的溫室效應比C02要大21倍。在自然界，壓力和溫度的微小變化都會引起天然氣水合物分解，并向大氣中釋放甲烷氣體。據測算，甲烷的全球變暖的潛能在20年的期間內是二氧化碳的56倍。在開采天然氣水合物過程中，如果向大氣中排放

大量甲烷氣體，這必然會進一步加劇全球的溫室效應，極地溫度、海水溫度和地層溫度也將隨之升高，這會

引起極地永久凍土帶之下或海底的天然氣水合物自動

分解，大氣的溫室效應會進一步加劇。如加拿大福特

斯洛普天然氣水合物層正在融化就是一個例證。很多科學家認為，天然氣水合物中的甲烷最終將對全球氣候產生穩定的影響。在冰期開

始時，地球變冷，冰蓋擴大而引起海平面下降，海平面的下降又引起對海底壓力的下降，這樣

就引起了天然氣水合物的離散和甲烷釋放，增

加大氣的溫室效應，從而阻止了全球繼續變冷。這樣，天然氣水合物可能是穩定全球溫度的一

個重要因子。如果大量開發天然氣水合物，人為破壞這種自然調節的平衡，后果將怎樣呢？埋藏淺在深海，存于海底以下0～1500米的沉積層中，且多數賦存于自表層向下厚數百米（500～800米）；在加拿大西北Mackenzie三角洲永凍土帶，存于810.1～1102.3米處，含天然氣水合物地層厚111米。規模大一般厚十厘米至數百米，分布面積數萬到數十萬平方公里，單個海域水合物中天然氣的資源量可達數萬至數百萬億立方米。能量密度高潔凈五開采方法熱解法加熱，使其分解出甲烷蒸氣難于收集甲烷氣降壓法將核廢料埋入地底，利用核輻射使其分解難於收集甲烷氣置換法將液化

CO2

注入深海后，沉入海底因

CO2

較甲烷易于形成水合物甲烷水合物中的甲烷分子被排出作為燃料的壞處以固體形態埋藏在海底，開采成本高(相對現時開采石油、煤等)甲烷含量相當于空氣中含量的3000倍以上開采的技術未成熟，甲烷氣易流失加劇溫室效應，引致地球溫度上升加速開采時可能出現大量的甲烷氣體泄漏導致海嘯及影響船只安全等過分開采影響海底沉積物的強度引發海底出現“山泥傾瀉”引起陸地地上的結構不穩能源危機新希望開采方法都不是十分有效

天然氣水合物具有分布廣、規模大、儲量大及潔凈若能突破現有開發技術的瓶頸將成為二十一世紀最重要的能源資源之一發現（作為地下資源）:1、1960年前蘇聯麥索亞哈氣田；2、美國阿拉斯加北部凍土；3、至今世界已發現60多處；主要國家、組織、投入、工作區:1、ODP、DSDP—鄂霍茨克海、墨西哥海、大西洋、太平洋北美沿岸、南海海槽等14處；ODP—164次航次鉆探。國外研究現狀2、20世紀九十年代，美國地調所和能源部—研究中心,全美海洋水合物研究計劃（阿拉斯加、北卡羅濱岸）；3、1994年，俄羅斯—勘察加半島、千島群島；4、1995年，印度—5年計劃，5600萬美元；5、1995年，日本—發展促進會,5年勘探專項計劃，1.5億美元,1999年日本南海海槽，計劃2000年試開采;6、1996年，挪威—挪威海槽北部；7、1998年，美、日、加聯合—凍土；8、1999年，德國—取得海底出露樣品。國內研究現狀1、20世紀80年代初，開始研究，建議研究區：南海海區和青藏高原羌塘盆地；2、1997年中國地質科學院礦床研究所完成了“西太平洋氣體水合物找礦前景與方法的調研”課題—863計劃海洋探查