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天然气水合物的调查和研究意义
2007年06月11日00:50 [我来说两句] [字号：大 中 小]
来源：中国经济网
天然气水合物研究是当代地球科学和能源工业发展的一大热点。该研究涉及到新一代能源的探查开发、温室效应、全球碳循环和气候变化、古海洋、海洋地质灾害、天然气运输、油气管道堵塞、船艇能源更新和军事防御等，并有可能对地质学、环境科学和能源工业的发展产生深刻的影响。
能源
天然气水合物是全球第二大碳储库，仅次于碳酸盐岩，其蕴藏的天然气资源潜力巨大。据保守估算，世界上天然气水合物所含天然气的总资源量约为（1.8～2.1）×1016m3，其热当量相当于全球已知煤、石油和天然气总热当量的2倍，也就是说，水合物中碳的总量（约为11×1018g）是地球已知化石燃料中碳总量的两倍（图11）。即使是针对某一个国家，其海域水合物资源量也是巨大的。例如，美国海域天然气水合物资源量约有5663亿立方米，其蕴藏的天然气资源量约有92万亿立方米，可以满足美国未来数百年的需要。
一、埋藏浅
与常规石油和天然气比较，天然气水合物矿藏埋藏较浅，有利于商业开发。在深海，水合物矿藏赋存于海底以下0～1500米的沉积层中，而且多数赋存于自表层向下厚数百米（500～800米）的沉积层中；在加拿大西北Mackenzie三角洲永冻土带，水合物矿藏赋存于810.1～1102.3米处，含天然气水合物地层厚111米。
二、规模大
天然气水合物矿层一般厚数十厘米至数百米，分布面积数万到数十万平方公里，单个海域水合物中天然气的资源量可达数万至数百万亿立方米，规模之大，是其它常规天然气气藏无法比拟的。这里可以略举几个例子。美国东部大陆边缘有一个30海里×100海里的布莱克海台，其水合物蕴藏的天然气资源量非常巨大，相当于约180亿吨油当量，按美国目前年消耗量计算，能够满足美国未来105年的需要；美国南、北卡罗莱纳州岸外还有两个海域，面积相当于罗得岛州，水合物蕴藏的天然气估计有1300万亿立方英尺，相当于美国1989年天然气消耗量的70倍还多。加拿大Vancouver岛大陆坡的天然气水合物资源量也十分丰富，其蕴藏的天然气估计约10万亿立方米，按加拿大目前年消耗量计算，可满足加拿大未来200年的需要；加拿大西海岸胡安-德夫卡洋中脊陆坡区也蕴藏着丰富的水合物资源，其储量是美国布莱克海台的10倍。日本静冈县御前崎近海水合物蕴藏的天然气储量达7.4万亿立方米，可满足日本未来140年的需要。
三、能量密度高
天然气水合物的能量密度极高。在标准状态下，水合物分解后气体体积与水体积之比为164:1，也就是说，一个单位体积的水合物分解至少可释放160个单位体积的甲烷气体。这样的能量密度是常规天然气的2～5倍，是煤的10倍。
四、洁净
天然气水合物分解释放后的天然气主要是甲烷，它比常规天然气含有更少的杂质，燃烧后几乎不产生环境污染物质，因而是未来理想的洁净能源。
碳通量
水合物的分解是碳进入海洋的重要来源之一。尽管目前我们还不清楚碳通量对海洋化学会产生怎样的影响，但已经知道水合物中碳同位素分馏程度非常高，水合物引起的碳通量任何微小变化都能改变人们对海洋中碳同位素升降的看法。碳同位素是人们早期研究古海洋尤其是古气候的有效工具，今后如再用这种工具，就应充分考虑到水合物可能引起的影响。
气候
甲烷是一种温室效应极强的温室气体。每分子甲烷蓄热能力是每分子CO2的27倍，如以重量计则甲烷的气候增温效应是CO2的10倍。在正常情况下，大气中甲烷只占温室气体的15%，其对全球温室效应的影响排在CO2之后。但是，全球水合物中甲烷量是如此之大，占地球上甲烷总量的99%以上，大约是大气中甲烷量的3000倍，一旦海水温度或压力发生变化，海底甲烷从水合物中释放，可导致全球气候迅速变暖。地史时期海平面剧烈变化、海底地壳活动都有可能引起海底水合物分解，从而导致甲烷气泄露，并引起全球气候变暖。在地史上，地球上水合物中天然气泄露也不一定全是灾难性的，也可能起着平衡气候的作用。当全球变冷时，因海平面下降而引起海底压力减小，进而导致海洋水合物分解，甲烷释放到大气中，温室效应将阻碍全球变冷趋势，使得气候波动趋于平缓；
当海平面上升时，极地水合物因气候变暖而失稳分解，甲烷释放到大气中，导致气候变暖加剧，气候变化失去平衡。但是，一旦人为导致水合物中甲烷气大量泄露，将会引起全球气候迅速变暖，从而灾难性地威胁着人类生存环境。这是人类开发水合物之前必须高度重视的首要问题。
水合物中甲烷的释放可能极大地影响人们对过去和未来气候的认识。自然界如何控制水合物？水合物又如何影响环境？目前人们还知道甚少。
海洋军事技术
通过试验，人们已经了解到水合物以及水合物胶结沉积物表层的声波速度是较高的，但对水合物胶结沉积物的特殊声学特征还不是很清楚，需要进一步研究。海洋天然气水合物可能对海军使用的声学模型产生影响，并可能造成判断失误。掌握水合物胶结沉积物的特殊声学特征，对声纳仪器的正确运用具有重要意义，美国海军非常重视这一点，并积极参与海洋天然气水合物的声学性质研究。
灾害
天然气水合物的生成和分解都有可能产生灾害。主要有以下三种灾害：
一、油气管道堵塞
在高纬度永冻土带及极地地区，水合物的生成可以堵塞诸如油井、油气管道等油气生产设施，从而构成灾害。
二、海底滑坡
在海底，天然气水合物是极其脆弱的，轻微的温度增加或压力释放都有可能使它失稳而产生分解，从而影响海底沉积物的稳定性，甚至导致海底滑坡。相比而言，水合物稳定带是刚性层，之下是饱和气、水的沉积物塑性层。由于游离天然气聚集于水合物稳定带的底界面，此处形成的压力可能超过孔隙压，使之成为一个脆弱的剪切带。一旦某种因素（如海平面下降、海底构造活动、海底热流值增高、钻井或采气不当）引起海底压力降低或温度上升，水合物稳定带底界面的水合物将有可能首先分解成天然气和水。
其结果是：底界面处沉积物出现液化，气压不断增大，最终使上部的沉积层失稳而产生滑坡。如果巨厚的水合物沉积层滑坡进深海里，水合物可能因压力释放而溶解。
美国地质调查局科学家Bill.Dillon证实，美国南卡罗莱纳州岸外就有一个年青的海底滑塌地质体。地震资料显示，该滑坡体下部的沉积物中几乎不含水合物。一个可能的机制是：冰期海平面下降导致海底压力下降，水合物稳定带底界面的水合物因压力下降而分解，结果该处半胶结的沉积物带变成充满气体的、无剪切强度的、易滑动的带，最终导致滑坡。这次滑坡可能释放大量的甲烷，导致大气中甲烷含量增加4%（与现在相比）。
海底滑坡会对深海油气钻探、输油管道、海底电缆等海底工程设施构成危害。
三、海水毒化
一旦海底天然气水合物因突发因素而失稳分解，大量的甲烷气体将进入海水，结果是海水被还原，造成缺氧环境，进而引起海洋生物大量死亡，甚至导致生物绝灭事件发生。地史上不排除这种可能性。
