上海交通大学：《生物技术与人类》通识课程教学资源（小论文）低碳社会的理想能源 Ideal Resource for a Low-carbon Society.doc_大学文库

0引言可燃冰存在于海底或陆地冻土带内，具有非常高的使用价值，1m3可燃冰等于164m3的常规天然气藏，是其他非常规气源岩（如煤层、黑色页岩）能量密度的10倍，是常规天然气能量密度的2~5倍。据保守估算，世界上天然气水合物所含的有机碳的总资源量，相当于全球己知煤、石油和天然气总量的2倍。其主要成分是甲烷，燃烧后几乎没有污染，是一种绿色的新型清洁能源。可燃冰主要分布在海底以下0~1500m深的大陆架或北极等地的永久冻土带。根据我国海洋地质调查部门的调查，发现南海北部具有良好的可燃冰资源前景，并将南海可燃冰富集规律与开采基础研究纳入了973计划，标志着中国对替代能源可燃冰重大基础研究己全面展开。目前，对可燃冰的研究发展己经引起了各国政府和能源专家的广泛关注。 1.可燃冰简介可燃冰又叫天然气水合物，主要成分是甲烷与水分子，是由天然气与水在高压低温条件下结晶形成的具有笼状结构的似冰状结晶化合物，气体分子多以甲烷为主（◇90%），所以也被称为甲烷水合物(Methane Hydrates)。纯净的天然气水合物呈白色，形似冰雪，可以像固体酒精一样直接被点燃，因此，又被形象地称为“可燃冰”。其形成有两条途径：一是气候寒冷致使矿层温度下降，加上地层的高压力，使原来分散在地壳中的碳氢化合物与地壳中的水形成气一水结合的矿层：二是由于海洋里大量的生物和微生物死亡后留下的遗尸不断沉积到海底，并分解成甲烷、乙烷等有机气体，有机气体钻进海底结构疏松的沉积岩微孔，与水形成笼状包合物，是在独特的低温、高压条件下形成的一个甲烷分子周围若干个水分子固态凝聚物。目前，全球天然气水合物分布明显呈现受地理格局控制的特点。主要存在于世界范围内的沟盆体系、陆坡体系、边缘海盆陆缘，尤其是与泥火山、热水活动、盐泥底辟及大型断裂构造有关的深海盆地中：另外还包括扩张盆地和北极地区的永久冻土区，大西洋的85%、太平洋的95%和印度洋的96%的地区中也含有天然气水合物，并且主要分布于海平面下200~ 600m的深度内。其主要勘探方法有地球物理法、地球化学法、标型矿物法和自生沉积矿物学法等，采用多学科综合勘探是天然气水合物勘探的发展方向。 2.可燃冰的储量目前，世界上有79个国家和地区都发现了天然气水合物气藏。各国科学家对全球天然气水合物资源量较为一致的评价为2×10m3,是剩余天然气储量(156×10Hm)的128倍。据第28 届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量存在的天然气水合物，可满足人类1000年的能源需要。同时，我国对可燃冰的重大基础研究也己全面展开，主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带。仅南海北部陆坡的可燃冰资源量就达185亿t油当量，相当于南海深水勘探已探明的油气地质储备的6倍。并且己经在南海部神狐海域获取了天然气水合物的岩心样品，从而成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。标志着我国天然气水合物调查研究水平一举步人了世界先进行列。据中国科学数字馆的测算，在全球有机碳总含量中，可燃冰竞超过50%，总储量达10万 2

2 0 引言可燃冰存在于海底或陆地冻土带内，具有非常高的使用价值，1m3 可燃冰等于 164m3 的常规天然气藏，是其他非常规气源岩(如煤层、黑色页岩)能量密度的 10 倍，是常规天然气能量密度的 2～5 倍。据保守估算，世界上天然气水合物所含的有机碳的总资源量，相当于全球已知煤、石油和天然气总量的 2 倍。其主要成分是甲烷，燃烧后几乎没有污染，是一种绿色的新型清洁能源。可燃冰主要分布在海底以下 0～1500m 深的大陆架或北极等地的永久冻土带。根据我国海洋地质调查部门的调查，发现南海北部具有良好的可燃冰资源前景，并将南海可燃冰富集规律与开采基础研究纳入了 973 计划，标志着中国对替代能源可燃冰重大基础研究已全面展开。目前，对可燃冰的研究发展已经引起了各国政府和能源专家的广泛关注。 1. 可燃冰简介可燃冰又叫天然气水合物，主要成分是甲烷与水分子，是由天然气与水在高压低温条件下结晶形成的具有笼状结构的似冰状结晶化合物，气体分子多以甲烷为主(>90％)，所以也被称为甲烷水合物(Methane Hydrates)。纯净的天然气水合物呈白色，形似冰雪，可以像固体酒精一样直接被点燃，因此，又被形象地称为“可燃冰”。其形成有两条途径：一是气候寒冷致使矿层温度下降，加上地层的高压力，使原来分散在地壳中的碳氢化合物与地壳中的水形成气一水结合的矿层；二是由于海洋里大量的生物和微生物死亡后留下的遗尸不断沉积到海底，并分解成甲烷、乙烷等有机气体，有机气体钻进海底结构疏松的沉积岩微孔，与水形成笼状包合物，是在独特的低温、高压条件下形成的一个甲烷分子周围若干个水分子固态凝聚物。目前，全球天然气水合物分布明显呈现受地理格局控制的特点。主要存在于世界范围内的沟盆体系、陆坡体系、边缘海盆陆缘，尤其是与泥火山、热水活动、盐泥底辟及大型断裂构造有关的深海盆地中；另外还包括扩张盆地和北极地区的永久冻土区，大西洋的 85％、太平洋的 95％和印度洋的 96％的地区中也含有天然气水合物，并且主要分布于海平面下 200～ 600m 的深度内。其主要勘探方法有地球物理法、地球化学法、标型矿物法和自生沉积矿物学法等，采用多学科综合勘探是天然气水合物勘探的发展方向。 2. 可燃冰的储量目前，世界上有 79 个国家和地区都发现了天然气水合物气藏。各国科学家对全球天然气水合物资源量较为一致的评价为 2×10m3，是剩余天然气储量(156×10Hm)的 128 倍。据第 28 届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量存在的天然气水合物，可满足人类 1000 年的能源需要。同时，我国对可燃冰的重大基础研究也已全面展开，主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带。仅南海北部陆坡的可燃冰资源量就达 185 亿 t 油当量，相当于南海深水勘探已探明的油气地质储备的 6 倍。并且已经在南海部神狐海域获取了天然气水合物的岩心样品，从而成为继美国、日本、印度之后第 4 个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。标志着我国天然气水合物调查研究水平一举步人了世界先进行列。据中国科学数字馆的测算，在全球有机碳总含量中，可燃冰竞超过 50％，总储量达 10 万

亿t,是全球煤、石油和天然气总和的2~3倍。世界各大洋中己发现的可然冰总资源碳热量为2.0亿亿3，是当前己探明的所有化石燃料（包括煤、石油和天然气）中碳含量总和的2倍左右。仅我国，己初步探明的海域至少有7×103t可燃冰资源，相当于陆上石油、天然气资源总量的50%。 3.可燃冰的分布科学家们公认，可燃冰在世界范围内有广泛存在的可能性，在陆地上，大约有27%的面积是可以形成可燃冰的潜在地区，而大洋水域中90%的面积也属这样的潜在区域。海底可燃冰分布的范围约为4×10km,占海洋总面积的10%，海底可燃冰的储量够人类使用1000年。我国可燃冰主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带，据粗略估算，其资源量分别约为64.97X10m3、3.38×10m3、12.5×10m3和2.8×10m3。其中，南海北部陆坡的可燃冰资源量达185亿t油当量，相当于南海深水勘探已探明的油气地质储备的6 倍，达到我国陆上石油总量的50%。此外，在西沙海槽已初步圈出可燃冰分布面积为5242km2, 其资源估算达4.1万亿m。而且，在我国东海和台湾省海域也存在大量可燃冰。经海内外专家学者多年探测研究，证实中国台湾省西南面积约770001(rn的海域蕴藏着极为丰富的可燃冰球。据科学家粗略估算，远景资源量至少有350亿t油当量引。并且已在南海北部神孤海域和青海省祁连山永久冻土带取得了可燃冰实物样品。 4.国外研究现状迄今为止，世界上至少有30多个国家和地区在进行“可燃冰”的研究与调查勘探。美国、日本、印度等国近年来纷纷制订天然气水合物研究开发战略和国家研究开发项目计划。美国于1981年制订了投入800万美元的天然气水合物10年研究计划，1998年又把天然气水合物作为国家发展的战略能源列入长远计划，每年投入2000万美元，准备在2015年试开采。另外，日本、韩国及印度等国也制定了相应的勘探、前期调查和开发计划。 2002年美国、日本、加拿大、德国、印度5国合作，对加拿大麦肯齐冻土区Ma11ik一5L一 38井的天然气水合物进行了试验性开发，通过注入高温钻探泥浆，成功地从1200m深的水合物层中分离出甲烷气体。自多年冻土区发现“可燃冰”以来，科研人员就开始对“可燃冰”的地质成因、地球物理和化学勘探方法、资源评估、对气候变化和环境的影响、开采方案和经济性进行了研究和评价，取得了可供开采“可燃冰”参考的经验和科学依据。尤其在美国阿拉斯加北坡、加拿大马更些三角洲Mal1ik井和俄罗斯麦索雅哈获得的大量极宝贵的数据和资料，为多年冻土区“可燃冰”开采打下了良好的基础。马更些三角洲多年冻土区Mallik研究井位于加拿大北部Beaufon海沿岸，该地区是目前世界上“可燃冰”研究井最密集的研究区， “可燃冰”研究历史超过30年。1995年美国对阿拉斯加地区“可燃冰”分布和资源量进行了评估：俄罗斯西伯利亚盆地研究区主要集中在西伯利亚北部的Yambu和Bova一nenkovo?等地区，通过对多年冻土层内气体释放的研究，初步划定了“可燃冰”的区域，给出了储量估算。全球范围内俄罗斯西伯利亚麦索雅哈是世界上唯一一个工业性开采矿藏，目前钻了大约70口井，其常被当作现场开采“可燃冰”的一个例子，至今已有近40年历史。海洋中“可燃冰”的形成深度较大，加之环境复杂，开采难度较大，虽然利用各种技术和方法在海洋中发现有大量的“可燃冰”，但至今尚无一个国家对海洋“可燃冰”进行开采。据预测，在2015年后能实现陆上冻土区天然气水合物的商业性开发，2030~2050年有望实现 3

3 亿 t，是全球煤、石油和天然气总和的 2～3 倍。世界各大洋中已发现的可然冰总资源碳热量为 2.0 亿亿 m3，是当前已探明的所有化石燃料(包括煤、石油和天然气)中碳含量总和的 2 倍左右。仅我国，已初步探明的海域至少有 7×10m3t 可燃冰资源，相当于陆上石油、天然气资源总量的 50％。 3. 可燃冰的分布科学家们公认，可燃冰在世界范围内有广泛存在的可能性，在陆地上，大约有27％的面积是可以形成可燃冰的潜在地区，而大洋水域中90％的面积也属这样的潜在区域。海底可燃冰分布的范围约为4×10km，占海洋总面积的10％，海底可燃冰的储量够人类使用1000年。我国可燃冰主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带，据粗略估算，其资源量分别约为64．97X10m3、3．38×10m3、12．5×10m3和2．8×10m3。其中，南海北部陆坡的可燃冰资源量达185亿t油当量，相当于南海深水勘探已探明的油气地质储备的6 倍，达到我国陆上石油总量的50％。此外，在西沙海槽已初步圈出可燃冰分布面积为5242km2，其资源估算达4.1万亿m。而且，在我国东海和台湾省海域也存在大量可燃冰。经海内外专家学者多年探测研究，证实中国台湾省西南面积约77000l(rn的海域蕴藏着极为丰富的可燃冰球。据科学家粗略估算，远景资源量至少有350亿t油当量引。并且已在南海北部神狐海域和青海省祁连山永久冻土带取得了可燃冰实物样品。 4. 国外研究现状迄今为止，世界上至少有30多个国家和地区在进行“可燃冰”的研究与调查勘探。美国、日本、印度等国近年来纷纷制订天然气水合物研究开发战略和国家研究开发项目计划。美国于1981年制订了投入800万美元的天然气水合物10年研究计划，1998年又把天然气水合物作为国家发展的战略能源列入长远计划，每年投入2000万美元，准备在2015年试开采。另外，日本、韩国及印度等国也制定了相应的勘探、前期调查和开发计划。 2002年美国、日本、加拿大、德国、印度5国合作，对加拿大麦肯齐冻土区Mallik一5L一 38井的天然气水合物进行了试验性开发，通过注入高温钻探泥浆，成功地从1200m深的水合物层中分离出甲烷气体。自多年冻土区发现“可燃冰”以来，科研人员就开始对“可燃冰”的地质成因、地球物理和化学勘探方法、资源评估、对气候变化和环境的影响、开采方案和经济性进行了研究和评价，取得了可供开采“可燃冰”参考的经验和科学依据。尤其在美国阿拉斯加北坡、加拿大马更些三角洲Mallik井和俄罗斯麦索雅哈获得的大量极宝贵的数据和资料，为多年冻土区“可燃冰”开采打下了良好的基础。马更些三角洲多年冻土区Mallik研究井位于加拿大北部Beaufon海沿岸，该地区是目前世界上“可燃冰”研究井最密集的研究区， “可燃冰”研究历史超过30年。1995年美国对阿拉斯加地区“可燃冰”分布和资源量进行了评估；俄罗斯西伯利亚盆地研究区主要集中在西伯利亚北部的Yambu和Bova—nenkovo等地区，通过对多年冻土层内气体释放的研究，初步划定了“可燃冰”的区域，给出了储量估算。全球范围内俄罗斯西伯利亚麦索雅哈是世界上唯一一个工业性开采矿藏，目前钻了大约70口井，其常被当作现场开采“可燃冰”的一个例子，至今已有近40年历史。海洋中“可燃冰”的形成深度较大，加之环境复杂，开采难度较大，虽然利用各种技术和方法在海洋中发现有大量的“可燃冰”，但至今尚无一个国家对海洋“可燃冰”进行开采。据预测，在2015年后能实现陆上冻土区天然气水合物的商业性开发，2030～2050年有望实现

海底天然气水合物的商业性开发。 5.我国研究现状和取得的进展我国对“可燃冰”的研究起步虽然较晚，但我国政府对于开发应用“后石油时代”的新型清洁能源十分重视。1997年开始组织开展对天然气水合物的前期研究，如广州海洋地质调查局通过连续10年对南海天然气水合物资源前景调查研究，取得了丰富的地质勘察资料。1999 年起，国土资源部启动了天然气水合物的海上勘查，发现我国南海北部陆坡存在非常有利的天然气水合物赋存条件，并取得了一系列地球物理学、地球化学、地质学、生物学等明显证据，对“可燃冰”成藏条件、成藏动力学过程和机制及富集规律等关键科学问题展开重点研究。我国政府在2002年同时启动海域和陆域“可燃冰”的研究和勘探，批准设立了水合物专项“我国海域天然气水合物资源勘测与评价”，2004年由中国地质调查局负责，组织开展资源远景调查和钻探技术研发，并编制出我国第一份冻土区天然气水合物稳定带分布图，圈定了有利区带。国家“十一五”期间，“863”计划在海洋技术领域设立了“天然气水合物勘探开发关键技术”重大项目，国家科学技术部制订的《国家重点基础研究发展计划“十一五” 发展纲要》(“973”计划)中，将“大规模新能源天然气水合物韵探索研究”列为能源领域重点研究方向。 2007年5月1日，我国在南海北部成功钻获了“可燃冰”实物样品，是第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家，这证实了我国南海北部蕴藏有丰富的天然气水合物资源，也标志着中国天然气水合物调查研究水平一举步人世界先进行列。2007年6月，我国南海北部 “可燃冰”钻探顺利结束，科学家在3个工作站位成功获得高纯度的“可燃冰”样品。2008年 10月，我国首艘自主研制的“可燃冰”综合调查船“海洋6号”下水进行科学考查。截至2009 年9月，我国已出动7艘调查船，实施26个航次，已完成全部外业调查，实施钻探井8个、取芯 5孔、总进尺2286.4mL。2009年9月25日国土资源部宣布，我国在青海省祁连山南缘永久冻土区探获“可燃冰”实物样品，也是第一个在低纬度地区获取“可燃冰”实物样品的国家。冻土区“可燃冰”岩层段埋藏浅，开采难度低，出现的灾难性后果更易控制等因素，这对认识天然气水合物的形成和储藏规律，寻找新能源具有重大意义，也为我国海洋天热气水合物开展技术研究和开采提供了试验场所。因此多年冻土区“可燃冰”调查和储量评估是亟待解决的重大问题。近年来，在国家财政的大力支持和科研人员的努力下，在天然气水合物热开采技术、减压开采技术、注化学药剂、C02,置换开采技术、技术装备等方面开展了卓有成效的科研工作，并取得了可喜的成果和重要进展。通过国家“863”计划“天然气水合物探测技术”等课题的研究，在“可燃冰”地震采集技术、地震识别处理技术、船载地球化学探测系统和保真取心钻具等方面取得了显著进展，初步形成了适合我国陆域、海域特点的天然气水合物探测技术系列：中科院广州能源研究所与中海油石油研究中心共同承担的“可燃冰”开采与输运过程实验模拟与理论分析项目，在采运关键技术上获得了突破，该项目目前已取得了3方面的成果： ①通过对“可燃冰”抑制剂进行研究和评价，开发出了新型“可燃冰”组合抑制剂，其价格比国外低，引导时间延长3倍以上，形成了专利技术：②通过对“可燃冰”降压、注热、注化学剂开采过程进行室内物理模拟研究，获得了“可燃冰”分解、藏动态变化过程的重要实验数据，提出了开采过程流动/分解比率，确定了开采过程中的关键控制因素：③开发了国内第一套开采过程数值模拟源程序。地震探测技术是寻找天然气水合物行之有效的方法，在世界各海域得到广泛应用并取得实效。我国运用研发的地震综合探测技术，在南海北部陆坡成功钻获天然气水合物实物样品

4 海底天然气水合物的商业性开发。 5. 我国研究现状和取得的进展我国对“可燃冰”的研究起步虽然较晚，但我国政府对于开发应用“后石油时代”的新型清洁能源十分重视。1997年开始组织开展对天然气水合物的前期研究，如广州海洋地质调查局通过连续10年对南海天然气水合物资源前景调查研究，取得了丰富的地质勘察资料。1999 年起，国土资源部启动了天然气水合物的海上勘查，发现我国南海北部陆坡存在非常有利的天然气水合物赋存条件，并取得了一系列地球物理学、地球化学、地质学、生物学等明显证据，对“可燃冰”成藏条件、成藏动力学过程和机制及富集规律等关键科学问题展开重点研究。我国政府在2002年同时启动海域和陆域“可燃冰”的研究和勘探，批准设立了水合物专项“我国海域天然气水合物资源勘测与评价”，2004年由中国地质调查局负责，组织开展资源远景调查和钻探技术研发，并编制出我国第一份冻土区天然气水合物稳定带分布图，圈定了有利区带。国家“十一五”期间，“863”计划在海洋技术领域设立了“天然气水合物勘探开发关键技术”重大项目，国家科学技术部制订的《国家重点基础研究发展计划“十一五” 发展纲要》(“973”计划)中，将“大规模新能源天然气水合物韵探索研究”列为能源领域重点研究方向。 2007年5月1日，我国在南海北部成功钻获了“可燃冰”实物样品，是第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家，这证实了我国南海北部蕴藏有丰富的天然气水合物资源，也标志着中国天然气水合物调查研究水平一举步人世界先进行列。2007年6月，我国南海北部 “可燃冰”钻探顺利结束，科学家在3个工作站位成功获得高纯度的“可燃冰”样品。2008年 10月，我国首艘自主研制的“可燃冰”综合调查船“海洋6号”下水进行科学考查。截至2009 年9月，我国已出动7艘调查船，实施26个航次，已完成全部外业调查，实施钻探井8个、取芯 5孔、总进尺2286．4mL。2009年9月25日国土资源部宣布，我国在青海省祁连山南缘永久冻土区探获“可燃冰”实物样品，也是第一个在低纬度地区获取“可燃冰”实物样品的国家。冻土区“可燃冰”岩层段埋藏浅，开采难度低，出现的灾难性后果更易控制等因素，这对认识天然气水合物的形成和储藏规律，寻找新能源具有重大意义，也为我国海洋天热气水合物开展技术研究和开采提供了试验场所。因此多年冻土区“可燃冰”调查和储量评估是亟待解决的重大问题。近年来，在国家财政的大力支持和科研人员的努力下，在天然气水合物热开采技术、减压开采技术、注化学药剂、CO2，置换开采技术、技术装备等方面开展了卓有成效的科研工作，并取得了可喜的成果和重要进展。通过国家“863”计划“天然气水合物探测技术”等课题的研究，在“可燃冰”地震采集技术、地震识别处理技术、船载地球化学探测系统和保真取心钻具等方面取得了显著进展，初步形成了适合我国陆域、海域特点的天然气水合物探测技术系列；中科院广州能源研究所与中海油石油研究中心共同承担的“可燃冰”开采与输运过程实验模拟与理论分析项目，在采运关键技术上获得了突破，该项目目前已取得了3方面的成果： ①通过对“可燃冰”抑制剂进行研究和评价，开发出了新型“可燃冰”组合抑制剂，其价格比国外低，引导时间延长3倍以上，形成了专利技术；②通过对“可燃冰”降压、注热、注化学剂开采过程进行室内物理模拟研究，获得了“可燃冰”分解、藏动态变化过程的重要实验数据，提出了开采过程流动／分解比率，确定了开采过程中的关键控制因素；③开发了国内第一套开采过程数值模拟源程序。地震探测技术是寻找天然气水合物行之有效的方法，在世界各海域得到广泛应用并取得实效。我国运用研发的地震综合探测技术，在南海北部陆坡成功钻获天然气水合物实物样品

目前，我国多年冻土区天然气水合物研究仍处于起步阶段，与国外相比至少晚了20年，除了开展的部分室内实验研究外，大部分的研究仍停留在定性的分析上。 6.开发利用方面存在的主要问题资源量不明，缺乏安全环保和成熟可靠的开采技术、贮存运输方法，成本昂贵等是目前 “可燃冰”开发中面临的突出问题。多年冻土“可燃冰”的前期开发研究可为海洋“可燃冰” 的开发提供技术支撑。 1)“可燃冰”中存在甲烷和二氧化碳两种温室气体。“可燃冰”中甲烷的总量大致是大气中甲烷数量的3000倍。作为短期温室气体，甲烷产生的温室效应是二氧化碳的13倍。有学者认为，在导致全球气候变暖方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大10~20倍。在开采过程中，如果引起“可燃冰”自动分解或外溢，一方面就会导致极地温度、海水温度和地层温度升高，另一方面，陆斜坡稳定性降低，还可造成海底滑坡，海洋生态平衡遭到破坏，出现物种灭绝，造成生物礁退化。考虑到开发不当可能引发的环境灾害，世界各国均采取了谨慎的态度和明智的做法。我国的态度也一样，在没有找到理想的开采方法前，绝不会进入到商业化开采阶段。 2)开采成本非常高。根据美国和日本披露的数据，目前的“可燃冰”开采平均成本相当于天然气的成本为每立方米1美元以上。原因除了勘探规模太小，没有形成规模效应外，勘探 “可燃冰”所需的运输工程费用都很高。 3)缺乏切实可行、系统配套的开发利用技术。尽快开展室内外“可燃冰”分解、合成方法和钻采方法的研究工作刻不容缓。国内外常见开采技术主要包括注热开采法，降压开采法，化学剂开采法以及几种开采方式相结合的开采方法。从各国进行的试验性开采看，这些方法推广价值不大，不适合大规模作业。令人稍感欣慰的是，近年来，日本美国等国家在开采方案上取得了重大进步，日本提出了分子控制的开采方法，其技术水平处于国际领先。美国研究人员发明了一种二氧化碳置换法，在实验中己取得成功，希望能在阿拉斯加附近海底的矿层中利用这种方法，但这些方法对国外是严格保密的。 4)储存与运输困难。由于“可燃冰”在常压下不能稳定存在，温度超过20℃时就会分解，因此解决储存问题是“可燃冰”被大规模开发利用的关键之一。目前勘探所获样品一般都保存在充满氦气的低温封闭容器中，对于大规模的储存和运输手段，目前各国还在加紧研究相关技术和设施。目前挪威科学家开发出一种方法，将天然气转变为“可燃冰”，在保持稳定的条件下“冷藏”起来运输，到目的地后再融化成气。 7.我国需要解决的主要技术瓶颈 “可燃冰”的开采利用仍是国际科学界的难点，在今后10一15年间，我国关于天然气水合物研究的重点仍将集中在“有多少”和“怎么采”两个问题上，主要就是解决调查评价和开采的技术方法。预计我国在2020年前后有望实现工业开采，最快到2030年实现商业生产，陆域“可燃冰”预计10~15年内、海域的预计在20年后。为了使其释放出的甲烷气体都能被有效收集而不对气候和生态造成巨大危害，开发利用中存在的主要技术瓶颈有地球物理探查技术、地球化学探查技术、钻孔取样技术、资源评价技术、开采技术、实验室模拟技术、运输贮存和管道中水合物的探测与清除技术等。地球物理探查技术包括多道地震反射勘探和测井等方法：地球化学探查技术包括含“可燃冰”沉积物中孔隙水盐度或氯度的降低，水的氧化一还原电位和硫酸盐含量变低等：钻孔取样技术， 5

5 目前，我国多年冻土区天然气水合物研究仍处于起步阶段，与国外相比至少晚了20年，除了开展的部分室内实验研究外，大部分的研究仍停留在定性的分析上。 6. 开发利用方面存在的主要问题资源量不明，缺乏安全环保和成熟可靠的开采技术、贮存运输方法，成本昂贵等是目前 “可燃冰”开发中面临的突出问题。多年冻土“可燃冰”的前期开发研究可为海洋“可燃冰” 的开发提供技术支撑。 1)“可燃冰”中存在甲烷和二氧化碳两种温室气体。“可燃冰”中甲烷的总量大致是大气中甲烷数量的3000倍。作为短期温室气体，甲烷产生的温室效应是二氧化碳的13倍。有学者认为，在导致全球气候变暖方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大10～20倍。在开采过程中，如果引起“可燃冰”自动分解或外溢，一方面就会导致极地温度、海水温度和地层温度升高，另一方面，陆斜坡稳定性降低，还可造成海底滑坡，海洋生态平衡遭到破坏，出现物种灭绝，造成生物礁退化。考虑到开发不当可能引发的环境灾害，世界各国均采取了谨慎的态度和明智的做法。我国的态度也一样，在没有找到理想的开采方法前，绝不会进入到商业化开采阶段。 2)开采成本非常高。根据美国和日本披露的数据，目前的“可燃冰”开采平均成本相当于天然气的成本为每立方米1美元以上。原因除了勘探规模太小，没有形成规模效应外，勘探 “可燃冰”所需的运输工程费用都很高。 3)缺乏切实可行、系统配套的开发利用技术。尽快开展室内外“可燃冰”分解、合成方法和钻采方法的研究工作刻不容缓。国内外常见开采技术主要包括注热开采法，降压开采法，化学剂开采法以及几种开采方式相结合的开采方法。从各国进行的试验性开采看，这些方法推广价值不大，不适合大规模作业。令人稍感欣慰的是，近年来，日本美国等国家在开采方案上取得了重大进步，日本提出了分子控制的开采方法，其技术水平处于国际领先。美国研究人员发明了一种二氧化碳置换法，在实验中已取得成功，希望能在阿拉斯加附近海底的矿层中利用这种方法，但这些方法对国外是严格保密的。 4)储存与运输困难。由于“可燃冰”在常压下不能稳定存在，温度超过20℃时就会分解，因此解决储存问题是“可燃冰”被大规模开发利用的关键之一。目前勘探所获样品一般都保存在充满氦气的低温封闭容器中，对于大规模的储存和运输手段，目前各国还在加紧研究相关技术和设施。目前挪威科学家开发出一种方法，将天然气转变为“可燃冰”，在保持稳定的条件下“冷藏”起来运输，到目的地后再融化成气。 7. 我国需要解决的主要技术瓶颈 “可燃冰”的开采利用仍是国际科学界的难点，在今后10—15年间，我国关于天然气水合物研究的重点仍将集中在“有多少”和“怎么采”两个问题上，主要就是解决调查评价和开采的技术方法。预计我国在2020年前后有望实现工业开采，最快到2030年实现商业生产，陆域“可燃冰”预计10～15年内、海域的预计在20年后。为了使其释放出的甲烷气体都能被有效收集而不对气候和生态造成巨大危害，开发利用中存在的主要技术瓶颈有地球物理探查技术、地球化学探查技术、钻孔取样技术、资源评价技术、开采技术、实验室模拟技术、运输贮存和管道中水合物的探测与清除技术等。地球物理探查技术包括多道地震反射勘探和测井等方法；地球化学探查技术包括含“可燃冰”沉积物中孔隙水盐度或氯度的降低，水的氧化一还原电位和硫酸盐含量变低等；钻孔取样技术

研制保真取心筒来进行取样：资源评价技术，一方面通过地质地球物理勘探和钻探，取得“可燃冰”层的有关参数，预测其分布并计算出资源量，另一方面通过取得的实际参数和模拟实验，建立“可燃冰”形成与释气的数学模型，用数值模拟方法研究其分布和资源量：“可燃冰”开采技术大体分为热开采法、化学试剂法、减压法、置换法4种：实验室摸拟技术，应用物理一化学手段，通过改变温度、压力、天然气成分和流体成分等边界条件，研究“可燃冰” 形成和稳定分布的条件：管道中水合物的探测和清除技术，研发阻凝剂清除障碍。“可燃冰” 的开发还牵涉到许多相关技术，如储存与运输技术等。 8.国外实例日本资源能源厅2013年3月12日宣布，“地球”号深海探测船当天上午从爱知县附近渥美半岛近海约1000m的海底，钻入地层下330m处，开采出可燃冰并成功分离出甲烷气体，，标志着日本可燃冰开采商业化迈出关键一步。当地时间12日上午9时，受日本政府委托的独立行政法人石油天然气金属矿物资源机构 (灯0G一MEC)在可燃冰的试开采中，成功从距离海底数百米的地层开采出可燃冰。探测船今后将用2周的时间调查可燃冰是否可2013年6月地质装备5以实现稳定开采。可燃冰一般位于近海 100300m的海底。据日本经济产业省探测调查表明，在此次己经开始钻探作业的海域，大概埋藏着约1.14万亿立方米可燃冰，相当于日本天然气13.5年的消费量。而日本周边海域可燃冰的天然气潜在蕴藏量则相当于日本100年的天然气消费量。日本资源能源厅将力争在2018年完成商业化开采所需的技术。一旦找到商业化捷径，或将影响全球能源供应格局。能源压力是日本向海洋要能源的主要原因。日本约95的能源需从国外进口，2001年“福岛核事故”后，日本国内大部分核电站停止运营，能源需求与供给之间关系更为紧张。日本经济产业省曾于2001年7月发布了一个为期18年的“可燃冰开发计划”。第一阶段已于2008年结束，成果主要是确认相关海域蕴藏大量的可燃冰以待开发。从2009年至今正处于第二阶段，其最主要目标活动是进行生产试验。近期还将再进行一次分离提取甲烷气体作业试验，从而为20162018年度第三阶段的商业化开采进行技术铺垫。然而，可燃冰的商业化开采，却未必是一件轻而易举的事情。从报道看，日本这次成功从近海地层蕴藏的可燃冰中分离出甲烷气体，整个过程似乎只花了约4小时。其实，日本试验所付出的代价远不止于此。日本早在上个世纪90年代就着手研究可燃冰，去年2月更启动了可燃冰钻探试验作业。钻探试验了整整一年后才初次获得成功，花费的代价可谓高昂。即使如此，日本也自称需要“进一步完善技术”，这表明与“完全掌握海底可燃冰采掘技术”还有距离。所以日本方面表示，这次试验成功也只是“为2016-2018年度实现可燃冰的商业化开采迈出了重要一步”。实现商业化开采可燃冰，尤其回避不了成本问题。可燃冰不是液体和气体，发掘不能实现自喷，可燃冰埋藏在深海域，是低温与高压的共同产物。开采过程必须保证足够的高压和低温，这给可燃冰的开采带来了很大的困难。目前世界上开采可燃冰的三种方法，热激化法、降压法和注入剂法，都要么技术复杂成本高昂，要么推广价值不大，无法用以解决大规模作业。日本的这次试验采用的降压法，也没跳出既有框框。其效果有多理想，可想而知。环境保护，也是可燃冰开采绕不过去的问题。可燃冰虽然号称绿色环保型资源，但是它的开采过程却可能面临破坏环境的危险。可燃冰本质上是甲烷在低温高压环境下与水产生的结合物，不可能像石油开采那样自喷流出：其固体状态也非常不稳定，从高压低温的海底运至常温和常压环境下的地面极易分解挥发，最后只留下一滩水。其中所含的大于大气中甲烷数量3000倍的甲烷气会大量散失，进入大气，会增加温室效应，给大气造成巨大危害。 6

6 研制保真取心筒来进行取样；资源评价技术，一方面通过地质地球物理勘探和钻探，取得“可燃冰”层的有关参数，预测其分布并计算出资源量，另一方面通过取得的实际参数和模拟实验，建立“可燃冰”形成与释气的数学模型，用数值模拟方法研究其分布和资源量；“可燃冰”开采技术大体分为热开采法、化学试剂法、减压法、置换法4种；实验室摸拟技术，应用物理一化学手段，通过改变温度、压力、天然气成分和流体成分等边界条件，研究“可燃冰” 形成和稳定分布的条件；管道中水合物的探测和清除技术，研发阻凝剂清除障碍。“可燃冰” 的开发还牵涉到许多相关技术，如储存与运输技术等。 8. 国外实例日本资源能源厅2013年3月12日宣布，“地球”号深海探测船当天上午从爱知县附近渥美半岛近海约1000m的海底，钻入地层下330m处，开采出可燃冰并成功分离出甲烷气体，，标志着日本可燃冰开采商业化迈出关键一步。当地时间12日上午9时，受日本政府委托的独立行政法人石油天然气金属矿物资源机构 (JOG—MEC)在可燃冰的试开采中，成功从距离海底数百米的地层开采出可燃冰。探测船今后将用2周的时间调查可燃冰是否可2013年6月地质装备5以实现稳定开采。可燃冰一般位于近海 100~300m的海底。据日本经济产业省探测调查表明，在此次已经开始钻探作业的海域，大概埋藏着约1．14万亿立方米可燃冰，相当于日本天然气13．5年的消费量。而日本周边海域可燃冰的天然气潜在蕴藏量则相当于日本100年的天然气消费量。日本资源能源厅将力争在2018年完成商业化开采所需的技术。一旦找到商业化捷径，或将影响全球能源供应格局。能源压力是日本向海洋要能源的主要原因。日本约95的能源需从国外进口，2001年“福岛核事故”后，日本国内大部分核电站停止运营，能源需求与供给之间关系更为紧张。日本经济产业省曾于2001年7月发布了一个为期18年的“可燃冰开发计划”。第一阶段已于2008年结束，成果主要是确认相关海域蕴藏大量的可燃冰以待开发。从2009年至今正处于第二阶段，其最主要目标活动是进行生产试验。近期还将再进行一次分离提取甲烷气体作业试验，从而为2016~2018年度第三阶段的商业化开采进行技术铺垫。然而，可燃冰的商业化开采，却未必是一件轻而易举的事情。从报道看，日本这次成功从近海地层蕴藏的可燃冰中分离出甲烷气体，整个过程似乎只花了约4小时。其实，日本试验所付出的代价远不止于此。日本早在上个世纪90年代就着手研究可燃冰，去年2月更启动了可燃冰钻探试验作业。钻探试验了整整一年后才初次获得成功，花费的代价可谓高昂。即使如此，日本也自称需要“进一步完善技术”，这表明与“完全掌握海底可燃冰采掘技术”还有距离。所以日本方面表示，这次试验成功也只是“为2016-2018年度实现可燃冰的商业化开采迈出了重要一步”。实现商业化开采可燃冰，尤其回避不了成本问题。可燃冰不是液体和气体，发掘不能实现自喷，可燃冰埋藏在深海域，是低温与高压的共同产物。开采过程必须保证足够的高压和低温，这给可燃冰的开采带来了很大的困难。目前世界上开采可燃冰的三种方法，热激化法、降压法和注入剂法，都要么技术复杂成本高昂，要么推广价值不大，无法用以解决大规模作业。日本的这次试验采用的降压法，也没跳出既有框框。其效果有多理想，可想而知。环境保护，也是可燃冰开采绕不过去的问题。可燃冰虽然号称绿色环保型资源，但是它的开采过程却可能面临破坏环境的危险。可燃冰本质上是甲烷在低温高压环境下与水产生的结合物，不可能像石油开采那样自喷流出；其固体状态也非常不稳定，从高压低温的海底运至常温和常压环境下的地面极易分解挥发，最后只留下一滩水。其中所含的大于大气中甲烷数量3000倍的甲烷气会大量散失，进入大气，会增加温室效应，给大气造成巨大危害

而且，可燃冰以沉积物的胶结物状态存在，对海底下的沉积物强度起着关键的作用。开采可燃冰因此必然会影响沉积物的强度。可能诱发海底滑坡、海沟崩塌，由此泄漏的大量温室气体更会导致生物灭亡和气候变暖等环境灾害。 9.可燃冰的发展前景天然气几乎是燃烧值最高的常规能源形态，燃烧时，1m3天然气释放的热量几乎是1kg煤炭的3倍，1kg汽油的2倍。1m3可燃冰等于164m3的常规天然气藏，是其他非常规气源岩（如煤层、黑色页岩)能量密度的10倍，是常规天然气能量密度的2~5倍，粗略算下来，1m3的可燃冰，其燃烧值竞约等于0.5t煤炭。可满足人类1000年的能源需要，这与其他常规化石能源形成了巨大的反差。据推算，目前已经发现的石油储备量还可用40年，天然气还可用70年，煤炭还可用190年。当全世界的石油煤炭资源将消耗殆尽的时候，可燃冰的发现，让陷入能源危机的人类看到新希望。但是，虽然全世界天然气水合物资源量非常可观，除了小型现场试验之外，目前唯一实现开采的只有俄罗斯的麦索亚哈天然气水合物气田，全球未来的天然气水合物产量尚不确定。目前，天然气水合物的研究主要集中在天然气水合物资源的勘测与评估，天然气水合物基础物理化学性质的研究、天然气水合物开采模拟与环境评价以及天然气水合物储运与利用方面。根据近年来试验性开采的成果和技术进步来看，2015一2020年发达国家实现工业规模开采天然气水合物在技术上是可行的，但要实现商业开采则值得探讨。 10. 结束语 1)对于“可燃冰”这一新型替代能源，目前全世界对它的研究大都处于勘探层面，在合理利用之前，一定要充分研究其分布规律、形成机理和利用极限，特别是环境与岩土问题。 2)面对国外关键技术封锁，我国要实现“可燃冰”的商业化开采，最终得靠自主创新。组织跨领域、跨学科的全国性科研攻关，尽快查明我国“可燃冰”的分布和资源潜力，大力研究相关的开采技术方法体系，“可燃冰”影响全球气候和造成海底灾害等工作。 3)在加强国际合作的同时积极借鉴引进国外“可燃冰”勘探开采的一些先进技术方法，如与常规油气的兼顾勘探，利用现有的油气开采、运输与终端利用技术和装备等，实现“可燃冰”利用的过渡与接替等。 4)加快冻土区“可燃冰”研发试验的步伐，为我国海洋天热气水合物开展技术研究和开采尽早提供技术支撑和经验。可燃冰是公认的21世纪替代能源和清洁能源，开发利用潜力巨大，我国已将其纳入科技重大项目973计划，并己成功获得了天然气水合物的岩心样品。减压法和综合法是现有水合物开采技术中经济前景比较好的开采技术。目前，对可燃冰的开采仍处于试验阶段，要实现工业规模开采和商业化开采还有很长一段时间。可燃冰能改变现在的地缘政治模式，美国，日本，印度可能实现能源自给，这一事件强烈影响国际事务及对外政策，现存的世界能源贸易将彻底打破

7 而且，可燃冰以沉积物的胶结物状态存在，对海底下的沉积物强度起着关键的作用。开采可燃冰因此必然会影响沉积物的强度。可能诱发海底滑坡、海沟崩塌，由此泄漏的大量温室气体更会导致生物灭亡和气候变暖等环境灾害。 9. 可燃冰的发展前景天然气几乎是燃烧值最高的常规能源形态，燃烧时，1m3天然气释放的热量几乎是1kg煤炭的3倍，1kg汽油的2倍。1m3可燃冰等于164m3的常规天然气藏，是其他非常规气源岩(如煤层、黑色页岩)能量密度的10倍，是常规天然气能量密度的2～5倍，粗略算下来，1m3的可燃冰，其燃烧值竟约等于0.5t煤炭。可满足人类1000年的能源需要，这与其他常规化石能源形成了巨大的反差。据推算，目前已经发现的石油储备量还可用40年，天然气还可用70年，煤炭还可用190年。当全世界的石油煤炭资源将消耗殆尽的时候，可燃冰的发现，让陷入能源危机的人类看到新希望。但是，虽然全世界天然气水合物资源量非常可观，除了小型现场试验之外，目前唯一实现开采的只有俄罗斯的麦索亚哈天然气水合物气田，全球未来的天然气水合物产量尚不确定。目前，天然气水合物的研究主要集中在天然气水合物资源的勘测与评估，天然气水合物基础物理化学性质的研究、天然气水合物开采模拟与环境评价以及天然气水合物储运与利用方面。根据近年来试验性开采的成果和技术进步来看，2015—2020年发达国家实现工业规模开采天然气水合物在技术上是可行的，但要实现商业开采则值得探讨。 10. 结束语 1)对于“可燃冰”这一新型替代能源，目前全世界对它的研究大都处于勘探层面，在合理利用之前，一定要充分研究其分布规律、形成机理和利用极限，特别是环境与岩土问题。 2)面对国外关键技术封锁，我国要实现“可燃冰”的商业化开采，最终得靠自主创新。组织跨领域、跨学科的全国性科研攻关，尽快查明我国“可燃冰”的分布和资源潜力，大力研究相关的开采技术方法体系，“可燃冰”影响全球气候和造成海底灾害等工作。 3)在加强国际合作的同时积极借鉴引进国外“可燃冰”勘探开采的一些先进技术方法，如与常规油气的兼顾勘探，利用现有的油气开采、运输与终端利用技术和装备等，实现“可燃冰”利用的过渡与接替等。 4)加快冻土区“可燃冰”研发试验的步伐，为我国海洋天热气水合物开展技术研究和开采尽早提供技术支撑和经验。可燃冰是公认的21世纪替代能源和清洁能源，开发利用潜力巨大，我国已将其纳入科技重大项目973计划，并已成功获得了天然气水合物的岩心样品。减压法和综合法是现有水合物开采技术中经济前景比较好的开采技术。目前，对可燃冰的开采仍处于试验阶段，要实现工业规模开采和商业化开采还有很长一段时间。可燃冰能改变现在的地缘政治模式，美国，日本，印度可能实现能源自给，这一事件强烈影响国际事务及对外政策，现存的世界能源贸易将彻底打破