海底可燃冰: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 -百科知識中文網

基本概述

天然氣水合物是一種白色固體物質，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，由氣體或揮發性液體與水相互作用過程中形成的白色固態結晶物質。一旦溫度升高或壓力降低，甲烷氣則會逸出，固體水合物便趨於崩解。（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於水深大於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，其分布可以從海底到海底之下1000米的範圍以內，再往深處則由於地溫升高其固體狀態遭到破壞而難以存在。

從物理性質來看，天然氣水合物的密度接近並稍低於凍的密度，剪下係數、電解常數和熱傳導率均低於冰。天然氣水合物的聲波傳播速度明顯高於含氣沉積物和飽和水沉積物，中子孔隙度低於飽和水沉積物，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。

儲量形成

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，並且氣壓越大，水合物就越不容易分解。最後，海底的有機物沉澱，其中豐富的碳經過生物轉化，可產生充足的氣源。海底的地層是多孔介質，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的空隙間中生成。

世界上絕大部分的天然氣水合物分布在海洋里，據估算，海洋里天然氣水合物的資源量是陸地上的100倍以上。據最保守的統計，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後續能源。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”儲量已相當於全球傳統化石能源(煤、石油、天然氣、油頁岩等)儲量的兩倍以上，其中海底可燃凍的儲量夠人類使用1000年。

可貴資源

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。由於含有大量甲烷等可燃氣體，因此極易燃燒。同等條件下，可燃冰燃燒產生的能量比煤、石油、天然氣要多出數十倍，而且燃燒後不產生任何殘渣和廢氣，避免了最讓人們頭疼的污染問題。科學家們如獲至寶，把可燃冰稱作“屬於未來的能源”。

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，如果溫度高於20℃，它就會“煙消雲散”，所以，海底的溫度最適合可燃凍的形成；第二是壓力要足夠大，海底越深壓力就越大，可燃冰也就越穩定；第三是要有甲烷氣源，海底古生物屍體的沉積物，被細菌分解後會產生甲烷。所以，可燃冰在世界各大洋中均有分布。

天然氣水合物在給人類帶來新的能源前景的同時，對人類生存環境也提出了嚴峻的挑戰。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，將產生無法想像的後果。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，極大地降低海底沉積物的工程力學特性，使海底軟化，出現大規模的海底滑坡，毀壞海底工程設施，如：海底輸電或通訊電纜和海洋石油鑽井平台等。

開採危險

根據專家預測，全球蘊藏的常規石油天然氣資源消耗巨大，預計在四五十年之後就會枯竭。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，形成延伸數千乃至數萬里的礦床。僅僅是現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，僅僅在海底區域，可燃凍的分布面積就達4000萬平方公里，占地球海洋總面積的1／4。目前，世界上已發現的可燃冰分布區多達116處，其礦層之厚、規模之大，是常規天然氣田無法相比的。科學家估計，海底可燃凍的儲量至少夠人類使用1000年。

天然可燃冰呈固態，不會像石油開採那樣自噴流出。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凍的開採方法。科學家們認為，一旦開採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，如果開採不當，後果絕對是災難性的。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1020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採起來十分困難，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，可燃凍的開發利用就像一柄“雙刃劍”，需要小心對待。

分布開發

1960年，前蘇聯在西伯利亞發現了可燃冰，並於1969年投入開發；美國於1969年開始實施可燃冰調查，1998年把可燃冰作為國家發展的戰略能源列入國家級長遠計畫；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查與評價。但最先挖出可燃凍的是德國。

2000年開始，可燃凍的研究與勘探進入高峰期，世界上至少有30多個國家和地區參與其中。其中以美國的計畫最為完善——總統科學技術委員會建議研究開發可燃冰，參、眾兩院有許多人提出議案，支持可燃冰開發研究。美國目前每年用於可燃冰研究的財政拔款達上千萬美元。為開發這種新能源，國際上成立了由19個國家參與的地層深處海洋地質取樣研究聯合機構，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岩石中取樣的輪船，船上裝備有能用於研究沉積層學、古人種學、岩石學、地球化學、地球物理學等的實驗設備。這艘專用輪船由德克薩斯州A·M大學主管，英、德、法、日、澳、美科學基金會及歐洲聯合科學基金會為其提供經濟援助。

海底天然氣水合物作為21世紀的重要後續能源，及其對人類生存環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鑽探計畫(DSDP)和隨後的大洋鑽探計畫(ODP)在世界各大洋與海域有計畫地進行了大量的深海鑽探和海洋地質地球物理勘查，在多處海底直接或間接地發現了天然氣水合物。到目前為止，世界上海底天然氣水合物已發現的主要分布區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台等，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、蘇拉威西海和紐西蘭北部海域等，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，以及大陸內的黑海與裏海等。因此，從20世紀80年代開始，美、英、德、加、日等已開發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查研究和評價工作，同時美、日、加、印度等國已經制定了勘查和開發天然氣水合物的國家計畫。特別是日本和印度，在勘查和開發天然氣水合物的能力方面已處於領先地位。

中國狀況

作為世界上最大的發展中的海洋大國，中國能源短缺十分突出。目前中國的油氣資源供需差距很大，1993年中國已從油氣輸出國轉變為淨進口國，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。因此急需開發新能源以滿足中國經濟的高速發展。海底天然氣水合物資源豐富，其上游的勘探開採技術可借鑑常規油氣，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查評價是貫徹實施黨中央、國務院確定的可持續發展戰略的重要措施，也是開發中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、保證經濟安全的重要途徑。中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已相繼發現存在天然氣水合物的地球物理標誌BSR，這表明中國海域也分布有天然氣水合物資源，值得開展進一步的工作；同時青島海洋地質研究所已建立有自主智慧財產權的天然氣水合物實驗室並成功點燃天然氣水合物。

2005年4月14日，中國在北京舉行中國地質博物館收藏中國首次發現的天然氣水合物碳酸鹽岩標本儀式。
宣布中國首次發現世界上規模最大被作為“可燃冰”即天然氣水合物存在重要證據的“冷泉”碳酸鹽岩分布區，其面積約為430平方公里。該分布區為中德雙方聯合在中國南海北部陸坡執行“太陽號”科學考察船合作開展的南中國海天然氣水合物調查中首次發現。冷泉碳酸鹽岩的形成被認為與海底天然氣水合物系統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現了大量的自生碳酸鹽岩，其水深範圍分別為550米～650米和750米～800米，海底電視觀察和電視抓鬥取樣發現海底有大量的管狀、煙囪狀、麵包圈狀、板狀和塊狀的自生碳酸鹽岩產出，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，巨大碳酸鹽岩建造體在海底屹立，其特徵與哥斯大黎加邊緣海和美國俄勒崗外海所發現的“化學礁”類似，而規模卻更大。

“可燃冰”是由天然氣與水分子結合形成的外觀似凍的白色或淺灰色固態結晶物質，因其成分的80%%～99.9%%為甲烷，這些碳酸鹽岩的形成和分布記錄了富含甲烷流體的類型、性質、來源、強度變化及其與海底可能存在的水合物系統的關係等情況。中德科學家一致建議，借距工作區最近的中國香港九龍的名謂，將該自生碳酸鹽岩區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。

日本開採

迫於發展需求、急於改變能源依賴他人局面的日本把目光投向了海底沉睡的“能源水晶”——天然氣水合物，也稱“可燃冰”。(它是水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合時產生的晶體物質，外貌極似冰雪，點火即可燃燒。)在日本附近平靜的太平洋海面下3000英尺，數以億噸的可燃冰正等待被人們利用。日本認為，如果這些資源能為日本所用，將大大改善它依賴從中東和印尼進口能源的困境。據初步估算，這些“可燃燒的冰塊”可供日本全國14年之用。但開發這些未明資源的同時，有一個關鍵問題必須應對：環境保護。

日加合作開採“可燃冰”

在本州島海岸線30英里外，科學家們發現了一條蘊藏量驚人的海溝：在海溝里的甲烷呈水晶狀，大約有500米厚，總量達40萬億立方米。這個儲量儘管還不能與沙特或者俄羅斯的石油資源相比，但也足夠日本用上一陣了。日本科學家們對這一結果很是興奮，他們表示將儘快拿出合適的方案開採這些被遺忘的資源。

相比日本，擁有廣袤海洋資源的加拿大可謂在這方面先行一步。他們通常採用“降壓”的方法開採此類冰凍資源，即先在冰層中打許多很深的孔，然後藉助大量抽水機降低打孔帶來的重壓，從而讓有用的甲烷氣體從海水中分離出來，慢慢浮至人力便於提取的深度。日加兩國科學家決定合作，採用這個最有效的辦法開採本州島附近海域發現的資源。日本政府很快同意了這個開採方法，先期的演練工作已在今年4月完成，其餘各項測試將在2008年初完成。

開採面臨許多未知威脅

向日本招手的除了巨大能源，還有很多看不見的危險。比如，在“降壓”方法的第三個步驟，降壓讓大量的甲烷氣體慢慢浮上海面，這些溫室氣體的出現會對全球氣溫造成什麼樣的影響還不得而知。日本政府也對此表示，他們一直高度重視環境的保護問題，絕不會為了能源犧牲環境，他們已安排許多先期測試以防萬一。這還是開採成功後的顧慮，在開採過程中依然有許多未知威脅。科學家們提醒日本政府在開採中必須警惕海底的海溝崩塌。表面平靜的海洋底下究竟在進行著哪些變化，人們還沒有完全搞清楚。如果開採中一個不小心造成目標海溝坍塌或是類似於土石流的災難，不僅會給開採國帶來巨大人力、財力損失，由此泄露的大量溫室氣體更會讓世界擔憂。此外，大規模地在海底鑽孔、安置各種設備無疑會讓魚類遠離海岸，生活在海邊的漁民們的收入自然會受到不小的影響。日本的漁民已經表達了這樣的擔憂。