□记者 周 远

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11月16日，国土资源部召开新闻发布会宣布，我国已正式将天然气水合物（俗称可燃冰）列为新矿种，成为我国第173个矿种。这也意味着，可燃冰进入了勘探开发新阶段。

与传统燃料相比，可燃冰有什么不同，它又是怎样形成的？真正实现可燃冰的开采利用还有多远？带着这些疑问，记者采访了有关专家。

天然气与水的奇妙结合

“天然气水合物是由天然气与水在高压低温条件（0℃-10℃和30个大气压）下，形成的类冰状的结晶物质。这种结晶物质因外观像冰而且遇火即可燃烧，所以被称作‘可燃冰’。”河北地质大学资源学院刘伟博士解释说，其中天然气的成分既可以是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等烷烃气体，也可以是二氧化碳、氮气、硫化氢等气体。通常，我们所说的天然气水合物主要是指甲烷水合物，里边的主要气体成分为甲烷。

说到甲烷，有的人也许感到陌生，实际上却与我们的生活密切相关，它是日用天然气中的主要可燃成分。我们日常烧水做饭使用的天然气是一种多组分的混合气体，其中最主要的就是甲烷，此外还包括气态乙烷、丙烷、硫化氢和二氧化碳等气体。

“常温常压下，甲烷以气态存在，水以液态或气态形式存在，两种物质的分子运动太迅速而不能形成化学键，因此彼此不会相互反应。但是，在较低温度和较高压力下，两种物质分子运动变慢，彼此相互接近，水分子会形成紧密的‘笼’状结构，将甲烷分子包裹在其中而成甲烷水合物。”刘伟介绍说。

据介绍，天然气水合物主要有3种结构类型。I型由甲烷、乙烷、二氧化碳、硫化氢等较小直径的气体分子和水分子结合而成；Ⅱ型由甲烷、乙烷等小分子，丙烷及异丁烷等较大分子和水分子结合而成；H型由气体组分中有异戊烷等较大气体分子和水分子结合而成。在自然界，Ⅰ型天然气水合物最常见，Ⅱ型次之，H型较为罕见。

“天然气水合物的形成需要大量烃类气体，这些烃类气体有的来自于微生物的分解，也有一些来自于油气田的热降解，当然也有两者混合形成的。相应的，天然气水合物可以分为三种成因，分别是生物成因、热成因和混合成因。我们可以通过碳同位素比值来判断天然气水合物的气体来源。”刘伟说，目前我国南海北部海域发现的天然气水合物主要属于生物型；在陆域发现的天然气水合物以混合型和热解型为主，比如我国祁连山冻土区发现的天然气水合物。

天然气水合物中的天然气是被高度浓缩的，其燃烧效能比较高。据刘伟介绍，1立方米天然气水合物能够转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水。天然气水合物燃烧时几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油要小得多，是一种非常有利用前景的新型清洁能源。

天然气水合物又很“娇气”。它作为“冰”存在需要一定的温度和压力条件，一旦温度上升或压力减小，笼状物的化学键就会迅速解体，天然气水合物也就会崩解，甲烷被释放出来。

深藏于深海沉积物或

陆域的永久冻土中

“自然界中，天然气水合物往往分布于水深大于300米以上的海底沉积物或寒冷的陆地永久冻土带。不同于石油、煤炭等矿种，天然气水合物在自然界中被发现的历史比较短。这种深藏于深海沉积物或陆域的永久冻土中的物质，到上世纪才被发现。”刘伟说。

在19世纪，英国等国科学家在实验室首次发现天然气水合物，并人工合成甲烷水合物。但当时，人们以为甲烷水合物只能通过工业合成得到，对它的研究也仅停留在实验室。

最早在自然界中发现天然气水合物的是苏联。1934年，苏联在天然气输气管道里发现了冰状物质，堵塞了输气管道。奇怪的是，当时气温并未降到零度，怎么会结冰？经研究表明，这种冰状物质正是由甲烷和水组成的天然气水合物。20世纪60年代，苏联在西伯利亚永久冻土带发现可燃冰矿藏。这证明天然气水合物在自然界是存在的，在当时引起很大轰动。此后，天然气水合物在世界其他一些地方陆续被发现。

“经过半个多世纪的追寻，人类已经在世界大洋海底发现了天然气水合物，在陆地也发现了天然气水合物。”刘伟说，已发现的海底天然气水合物多分布于环太平洋周边、大西洋两岸、印度洋北部、南极近海及北冰洋周边。此外，地中海、黑海、里海和贝加尔湖也有零星分布。陆地上天然气水合物主要分布于北纬高纬度冻土区以及我国青藏高原冻土区。截至目前，发现的天然气水合物已超过220处。

据介绍，天然气水合物的储量十分丰富。按照国际上通行的评估，全球天然气水合物的资源量为2.1×1016立方米，相当于21万亿吨油当量。全球天然气水合物储量是现有天然气、石油储量的两倍，目前已探明到的海底天然气水合物的储量至少可够人类使用1000年，具有广阔的开发前景。

“目前，国际上对天然气水合物这种新型能源比较关注，尤其是一些自身没有化石能源储备、大量依赖进口的国家，如日本、韩国等，对天然气水合物的勘探和开发更是表现出浓厚兴趣。许多国家成立了专门机构，投入巨资，旨在探明本国天然气水合物资源和进行开采准备。”刘伟说。

“我国对天然气水合物的研究和调查起步较晚，但进展很快。”刘伟表示，从20世纪90年代开始，我国进行天然气水合物调查工作，经过多年努力，在南海和青藏高原发现了天然气水合物的存在。

2007年，我国首次在南海北部进行天然气水合物钻探，取得天然气水合物实物样品，成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到天然气水合物实物样品的国家。2008年在青藏高原永久冻土带中发现了天然气水合物。此后，在我国海域连续进行天然气水合物钻探，获得大量天然气水合物样品，证实我国海域蕴藏丰富的天然气水合物资源。

在南海北部开展天然气水合物调查工作中，中国地质调查局圈定了两个千亿方级的矿藏，控制资源量分别为1231亿立方米和1500亿立方米。根据天然气水合物资源类型及赋存状态，结合地质条件，我国海域天然气水合物资源量预计约800亿吨油当量。

实现产业化开采

仍有很长的路要走

然而，天然气水合物虽然储量丰富，但真正进行开采利用，技术要求很高，存在的风险和问题也需要重视。

世界上首次从海底开采出天然气水合物的国家是日本。2013年3月，日本在爱知县渥美半岛以南70公里、水深1000米处海底开采出天然气水合物并提取出甲烷。在6天之内，日本共开采出12万立方米气体。此后，开采因泥沙堵住钻井通道而中止。

我国首次海域天然气水合物试采，于今年3月至7月在南海神狐海域进行。3月28日第一口试采井开钻，5月10日下午14时52分试气点火成功，从水深1266米海底以下203-277米的天然气水合物矿藏开采出天然气。截至7月9日14时52分，试开采连续试气点火60天，累计产气30.9万立方米，平均日产5151立方米，甲烷含量最高达99.5%。

“我国海域天然气水合物首次试采圆满成功，取得持续产气时间最长、产气总量最大、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果，创造了产气时长和总量的世界纪录。”刘伟介绍说，此次试采海域周围地层无明显变化，海水及周边大气等甲烷浓度无异常，环境无污染，未发生地质灾害。

通过此次试采，我国实现勘查开发理论、技术、工程和装备自主创新。据介绍，自主创新的技术包括“地层流体抽取”、未成岩超细储层防砂和天然气水合物二次生成预防技术，4500米级无人遥控潜水器探测、保压取样、海洋高分辨率地震探测和海洋可控源电磁探测技术等。此外，在技术装备方面，研制了我国第一台4500米作业级无人遥控探测潜水器“海马”号，研发了天然气水合物保温保压取样器，利用了我国自主设计建造的超深水半潜式钻井平台“蓝鲸Ⅰ号”等。

“目前，国际上对天然气水合物的开采风险还不能准确估计。相当一部分学者认为，开采天然气水合物可能会造成不可预计的环境危害，对此我们不得不谨慎。”刘伟表示，天然气水合物中的甲烷，其温室效应为二氧化碳的20倍。若有不慎，一旦失控，海底天然气水合物中的甲烷大量释放并逃逸到大气中去，将严重助长全球变暖的趋势。此外，天然气水合物固结在海底沉积物中，一旦条件变化使甲烷气体从天然气水合物中释出，还会改变沉积物的物理性质，极大地降低海底沉积物的工程力学特性，引发海底开采区的崩塌或滑坡事件，毁坏海底工程设施，比如危害海底输电或通讯电缆、海洋石油钻井平台等。

我国已确立天然气水合物为新矿种，这有利于加快天然气水合物资源开发利用步伐、勘查开发投资主体多元化，促进天然气水合物勘查开采科技创新。刘伟表示，天然气水合物试采成功，仅是迈出了可喜的第一步，要实现未来的产业化开采，仍有很长的路要走。