天然气水合物研究概述

矿物岩石地球化学通报

·

学科发展十年进展·

Ｂｕｌｌｅｔｉｎ

　ｏｆ

　Ｍｉｎｅｒａｌｏ

ｇｙ，

Ｐｅｔｒｏｌｏ

ｇｙ

　ａｎｄ

　Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒ

ｙ

Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．１，

Ｊａｎ．，

２０１３

收稿日期：

２０１２

－０５

－０２收到，

０６

－２８改回

基金项目：

中国科学院知识创新工程项目（

ＫＺＣＸ２

－ＹＷ

－ＧＪ０３）；

国家重点基础研究发展规划项目（

２００９ＣＢ２１９５０８）；

国家自然科学基金资助项目

（

９１２２８２０６）

第一作者简介：

罗敏（

１９８７－），

男，

博士研究生，

研究方向：

海洋天然气水合物

．Ｅ

－ｍａｉｌ：

ｌｕｏｍｉｎ

＠ｇｉ

ｇ．ａｃ．ｃｎ．

通讯作者：

陈多福（

１９６２－），

男，

研究员，

博士生导师，

研究方向：

海洋沉积和天然气水合物

．Ｅ

－ｍａｉｌ：

ｃｄｆ

＠ｇｉ

ｇ．ａｃ．ｃｎ．南海天然气水合物研究进展

罗

　敏

１，

３，

王宏斌

２，

杨胜雄

２，

陈多福

１

１．中国科学院广州地球化学研究所，

广州

５１０６４０；

２．国土资源部广州海洋地质调查局，

广州

５１０７６０；

３．中国科学院大学，

北京

１０００４９

摘

　要：

自

１９９９年起，

我国陆续开展南海天然气水合物调查及勘探研究工作。

２００７年

５月在南海神狐海域成功钻获天然气

水合物实物样品，

标志着天然气水合物找矿工作的重大突破，

显示出南海丰富的天然气水合物资源前景。

本文综述了南海天

然气水合物发育的有利地质条件，

赋存的地质、

地球物理和地球化学证据，

水合物分布和发育特征及成藏模式，

指出目前研究

工作中还存在的一些问题：

勘探实践获得的天然气水合物地球物理和地球化学响应与实际存在水合物并非一一对应；

大多数

研究只针对水合物形成的某一方面的条件开展（

如气源、

流体运移体系等）；

同时，

水合物稳定带和水合物资源量估算均较为

粗略。

因此，

明确天然气水合物地质、

地球物理和地球化学响应机理、

开展水合物成藏系统和成藏动力学研究以及更加精确

且符合实际的估算水合物资源量将会是今后南海天然气水合物研究的重点。

关

　键

　词：

南海；

天然气水合物；

地质条件；

天然气水合物研究的现状与发展前景

天然气水合物是一种新的天然气储藏形式，其在低温高压条件下，天然气和冰形成的固态混合物。据统计，全球约有70%的天然气存在于水合物中，其储量远大于普通天然气。因此，天然气水合物的研究与开发一直备受关注。本文将就天然气水合物的研究现状和发展前景进行探讨。

一、研究现状

目前，天然气水合物的研究已有很大的进展。从1969年日本首次发现天然气水合物以来，到现在全球已有多个国家和地区参与了相关研究。这些国家包括俄罗斯、美国、加拿大、挪威、日本、韩国等。这些国家的研究涉及了天然气水合物的基本特性、地质分布、形成机制、采集与利用等方面。

1.基本特性

天然气水合物的基本特性包括化学组成、晶体结构、物理性质等。研究表明，天然气水合物的主要化学成分是甲烷，还可能含有一些其他气体分子，如乙烷、丙烷、氮气、二氧化碳等。晶体结构方面，天然气水合物通常呈现出多晶、单晶或腔体晶体结构。物理性质方面，天然气水合物的稳定条件是低温高压，其保持固态状态的温度和压力取决于化学成分和晶体结构。

2.地质分布

天然气水合物主要分布在世界的海洋沉积物、沉积岩等区域。其中，在北极地区、日本海、南海等区域，天然气水合物的分布较为集中。此外，在陆地上也有少量天然气水合物存在，如中国青海湖地区、加拿大麦肯齐河流域等。

3.形成机制

天然气水合物的形成是多种环节相互作用的结果。主要包括天然气源、低温高压条件、水分子等因素。研究表明，在构造活跃的地震带、断层带以及海底渗漏区，天然气可以通过多种途径注入到水体中。然后，由于低温高压等条件，水分子形成的冰晶网络能够促进天然气分子的聚集形成天然气水合物。

4.采集与利用

天然气水合物的采集与利用一直是一个难题。由于天然气水合物稳定条件苛刻，因此采集和储存的难度很大。目前，全球尚未有天然气水合物开发利用的商业化生产模式。但是，各国正在积极研发天然气水合物采集、储存、转化等技术，以期为未来能源需求提供新的解决方案。

-1-天然气水合物综述

杜娟，宋维源

辽宁工程技术大学力学与工程学院，辽宁阜新（123000）

E-mail：nlan@

摘 要：天然气水合物的研究目前在国内外已经成为研究的热点，本文综合了国内外关于天

然气水合物的研究资料，对天然气水合物的5个主要研究内容：物理性质、研究历程、成因、

赋存以及开发技术作了系统的、简要的阐述，并提出了天然气水合物研究的发展方向及研究

趋势，文章对于以后的天然气水合物的研究者的研究可以作为一个较为全面的参考。

关键词：天然气水合物，物理性质，成因，研究进程，赋存，开发技术

中图分类号：TE5

现在人们普遍认为天然气水合物是自然界赐予人类21世纪的新型能源，天然气水合物

在自然界大量存在，已经是不争的事实。但由于它属于非常规能源，且它的研究涉及到地球

物理学、流体力学、地貌地质学等众多学科，因而天然气水合物的研究是一个复杂多变的过

程，所以对它的研究必须是系统和具体的。此外，我国冻土总面积居世界第三位，海域辽阔，

因此，研究天然气水合物是非常有必要的[1-2]。

1 天然气水合物的物理性质和分类

1.1 天然气水合物的物理性质

天然气水合物，又叫做“可燃冰”、“ 固体瓦斯”、“ 气冰”、英文名为Natural Gas

Hydrates(以下简称为NGH)。通常是在特定的高压(﹥0.6 Mpa)低温 (﹤300K)条件下由天然气

和水形成的类冰状非化学剂量型笼型化合物[3]。形成NGH的主要气体是甲烷，当甲烷含量

超过气体总量的99.9%时又可称为甲烷水合物。NGH的分子式可以表示为CH4·n(H2O)，从

理论上讲，n值可以是5.75或者 5.67，但是实际上一般为6.3～6.6 [4]。在这种化合物中，水

分子(主体分子)通过氢键作用形成具有一定尺寸空穴的晶格主体，较小的气体分子(客体分子)

则包容在空穴中，主客体分子之间则由范德华力来相互作用，从而形成温压变化易分解、遇

２０１１年１２月　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ．２０１１　矿床地质　

ＭＩＮＥＲＡＬＤＥＰＯＳＩＴＳ　第３０卷第６期　Ｖｏ１．３０　Ｎｏ．６　

啦　妇　迎业　天然气水合物简介　带齐芥　睁芥芥芥芥　

海洋天然气水合物勘探与开采研究的新态势（一）　

天然气水合物是一种由甲烷等气体与水分子组成的冰雪装的晶体物质。它们形成和赋存于低温高　条　

件，广泛分布于世界大洋和内陆湖、海的底部，以及极地的冻土带，被认为是２ｌ世纪最有远景的新能源。海　

洋型天然气水合物常以浸染状、层状，或块状形式赋存于水深３００　５００　ｍ的陆坡和岛坡的近海海底的沉积　

岩中。依据最新较为保守的估算，全球海底的天然气水合物所蕴藏的甲烷气体约为１０　ＴＣＦ（约合２．８×　

１０　ｒｎ３，或２　８００万亿ｒｎ３），比全世界天然气的总储量（０．１８×１０　ｍ３或１８０万亿ｍ　）还大得多。　

１对海底天然气水合物开采的重新认识　

海底天然气水合物虽然分布广、资源量大，但由于其在岩层中的含量低、埋藏深等原因，一度曾被认为　

２０～３０年内不具开采价值。然而，现在科学界已不再这么看。随着现代工业对能源的需求不断增加，传统　

的石油、天然气供不应求，迫使工业大国积极寻求新型的替代能源。另外，近几年深海采油工艺技术的进步　

也使海底天然气水合物的开采在技术上成为可能，开采费用也有所降低。特别是美国、日本、加拿大等困在　

２００２年和２００８年对加拿大马更些三角洲的Ｍａｌｌｉｋ陆上冻土层中的水合物成功进行了两度开采试验，更令　人真实地看到了开采的可行性。也许，海底水合物的试验开采可能就出现在最近的３～５年内。　近几年来，美国、日本、印度等国已开始对海底天然气水合物的开采进行地质勘探和工艺技术ｌ：的准备，　

而且，已经把开采试验的时间表列入了国家的研究和开发纲要中。同时，科学家也明显加大了对海洋天然气　

水合物资源可开发性的研究，并在地质及开采技术研究方面取得了若干新成果，达到了一个开发研究的新阶　段。