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可燃冰，学名天然气水化合物，其化学式为CH4·8H2O”可燃冰“是未来洁净的新能源。它的主要成分是甲烷分子与水分子。它的形成与海底石油、天然气的形成过程相仿，而且密切相关。埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中，厌气性细菌把有机质分解，最后形成石油和天然气（石油气）。其中许多天然气又被包进水分子中，在海底的低温与压力下又形成”可燃冰“。
这是因为天然气有个特殊性能，它和水可以在温度2～5摄氏度内结晶，这个结晶就是”可燃冰“。因为主要成分是甲烷，因此也常称为”甲烷水合物“。在常温常压下它会分解成水与甲烷，”可燃冰“可以看成是高度压缩的固态天然气。”可燃冰“外表上看它像冰霜，从微观上看其分子结构就像一个一个”笼子“，由若干水分子组成一个笼子，每个笼子里”关“一个气体分子。目前，可燃冰主要分布在东、西太平洋和大西洋西部边缘，是一种极具发展潜力的新能源，但由于开采困难，海底可燃冰至今仍原封不动地保存在海底和永久冻土层内。
中国南海可燃冰储量占全球70%,中国未来或成下一个"沙特"深度最深世界最大蓝鲸一号是中国自主制造的「大国重器」,是世界最大、钻井深度最深的双井架半潜式钻井平台，可适用于全球任何深海作业，在试采过程中，中国科技工作者还开发了大量拥有自主知识产权的工具并成功应用.
中国科技工作者是在没有任何经验可借鉴的情况下开展可燃冰开采研究的.在多年勘探和陆地研究的基础上，中国海洋地质科技工作者率先在全球建立了可燃冰「两期三型」成矿理论，指导圈定了找矿有利区，精准锁定了试开采目标；创立可燃冰「三相控制」开采理论，应用于试开采模拟和实施方案制定，确保了试采过程安全可控.这也是占全球90%以上比例的储藏类型.砂细导致渗透率更差，也容易破坏管道，同时中国的可燃冰水深大、储层埋层浅，施工难度更大.我们的突破，对于全世界而言更具有可参考和借鉴的价值中国目前已探明的可燃冰资源有超过1000亿吨石油当量，8成在海洋上，而南海的藏量则占了7成.中国这次成功试采可燃冰后，下一步将扩大试采的范围，以及为商业开采技术验证，在10年左右实现商业开采，或令近期已缓和的南海主权争端再起。
目前在南海探明的可燃冰藏量相当于700亿吨石油，已足够中国使用百年以上.中国对海底可燃冰的研究和勘探已经进行30多年，已在广东海域及南海多处发现可燃冰矿牀.其中香港对开神狐海域的可燃冰矿牀面积约23平方公里，可燃冰储藏量约为194亿立方公尺；整个广东海域的可燃冰矿牀更大，储藏量达1000亿至1500亿立方公尺.
中国可燃冰藏量南海占7成，10年后开采，恐掀南海争端.图片来源：香港文汇报作为全球能源消费的第一大国，中国在可燃冰项目起步较晚.国土资源部于1999年开始启动可燃冰资源调查，2007年成功获取可燃冰的实物样品，是继美国、日本、印度之后第4个采集到可燃冰实物样品的国家.
中国原计划在2025年至2030年实现商业化可燃冰开采，不过这次成功试采较预计提前实现，估计商业开采时间也会大幅提前。
1.可燃冰是什么？
可燃冰，又称天然气水合物(Gas drates)，也有称甲烷水合物(Methane hydrate)，是类似于冰的天然气和水的组合体，在自然界中天然形成的，数量巨大。一个可燃冰分子中，其水大约占85%，水分子与甲烷形成结晶的晶体，这种晶体稳定，甲烷分子被水分子包围。水分子形成空腔由甲烷分子充填。在甲烷型可燃冰中，为了保存稳定，这些空腔至少有70%是由甲烷分子所充填。实际上，这个充填率通常高达95%以上。
在海底或者极地地区之下沉积物中发现的甲烷型天然气水合物在高压和低温下是稳定的。几乎没有人看到过固体天然气水合物。不仅是它们位于气候恶劣且人通常难以到达的极地地区，而且还由于它们被取出到地表后很快就融化分解了，分解成液态水和气态甲烷。
下面贴出几张国外发布的相关几张图片，以便大家对可燃冰世界研究与发展进展有个印象，随后进行相关报道。
永久冻土带中天然气水合物稳定区(Source: Courtesy SEG)
海洋中天然气水合物稳定区
目前已知的世界可燃冰分布区
全球可燃冰资源及其分布情况(Source:Johnson, 2011)
天然气水合物研究主要里程碑(from Frozen Heart)
加拿大在北极地区进行生产测试(from Frozen Heart)
2.可燃冰是怎么形成的？
在高压和低温条件下，只要有足够的甲烷和水，就能自然形成可燃冰(甲烷气水合物，以后没有特别指出，可燃冰就是只天然气水合物，天然气水合物就是可燃冰)。甲烷本身是通过埋藏在沉积物中有机碳分解而产生的，这些甲烷会向上运移。在合适的条件下，这些甲烷与水结合，就会形成天然气水合物。
在天然气水合物稳定区(Gas Hydrate Stablity Zone，简写GHSZ)，天然气水合物可以自然形成，在那个埋深下，压力和温度条件都是适合天然气水合物形成的。准确的GHSZ在什么地方以及其分布范围则取决于当地的条件。
在北极地区，气候寒冷，具有很厚的永久冻土带(permafrost)，典型的GHSZ顶部大概在地表以下300到400米左右，通常出现在永久冻土带的中部区域。在相对厚的永久冻土带地区，GHSZ常常可以延展到永久冻土带基底以下500米以上(图1)。
永久冻土带—永久冻土带背景下天然气水合物稳定区(GHSZ)。压力-温度相边界(理想化的)以绿色曲线显示，当地地温梯度(假设的)是以红色表示的。在永久冻土带，GHSZ一般在埋深100到300米开始，可以延展到永久冻土带以下数百米深(典型的在150到600米深)。来源：Courtesy SEG。
海洋—在海洋沉积物中，GHSZ开始在300到600米以下，可以延展到数百米厚。海洋的GHSZ厚度取决于海底水温(典型的是3～4℃)、盐度、地温梯度和深度。来源：CourtesySEG。
在海洋或者内陆深湖中，300到500米甚至更多深的水下面，压力很高，GHSZ的顶部也可以出现在水柱中，其基底在海底以下也有一定的厚度(图2)。
只有在满足天然气水合物稳定要求的压力与温度的地方，才有可能出现天然气水合物。如果仅压力和温度是觉得因素，那么整个海洋沉积物中将会随处可见天然气水合物。实际上，除了适当的压力与温度条件外，还需要有足够多的水和甲烷。因此，天然气水合物实际上只出现在GHSZ(图3)。
部分天然气水合物研究区域。黄色方块表示历史上重大的天然气水合物研究地点，这些地方在沉积物表面以下50米深度以上采集过天然气水合物。根据遥感卫星研究，已经推测世界其它很多地方都存在天然气水合物。尽管分布广泛，但是天然气水合物还是主要集中在甲烷富集的地方，而这些地方通常是靠近大陆或者在大陆上。(Figure modified from Ruppel et al. 2011).
天然气水合物中甲烷来自于有机物质的分解，死亡植物与动物残留物或者遗体。当微生物消耗有机物质时，同时有作为废弃物排出的甲烷，这些就是生物成因的甲烷(图4)。热演化产生的甲烷来自于地球表面以下很深的部位，那里压力高，温度也高，埋藏的有机物质，不断地生成甲烷以及石油油气等。
墨西哥湾北部海底天然气水合物露头。这个天然气水合物显橘红色，主要是由于少量油的存在。这个天然气水合物露头有粉色的“甲烷冰虫”寄生。这些虫(1997年被发现)一般2～4厘米长，生活在水合物上面，以细菌为生 (Fisheret al., 2000)。
在浅层沉积物中，有机碳通过微生物分解，同时生成甲烷。当埋深达到一定深度时，这些有机碳则通过热分解产生甲烷(图5)。有机碳本身既不是均匀分布，也不是一直分布在同一个地方。例如，在当今，海洋沉积物中的有机碳大约有90%分布在靠近大陆的相对浅水的下面沉积物中(Hedgesand Keil 1995; Buffett and Archer 2004)。
沉积的有机物质演化。沉积的有机物质逐渐被微生物分解，也不断地在热力和压力条件下进行热演化，或者埋藏更深，或者暴露地表进行碳循环。微生物分解产生的甲烷(也称为“生物成因”)和热演化分解产生的甲烷，通过覆盖的沉积物与流体一起缓慢地运移，或者沿着断层或其它渗透途径快速运移。随着甲烷饱和度增加和温度下降，过量的甲烷(达到饱和后无法溶解的甲烷)在天然气水合物稳定基底(BGHS)之下形成气泡。在BGHS之上，过量的甲烷通常形成甲烷水合物(天然气水合物)，但是也有形成气泡的。
可燃冰，学名为“天然气水合物”，是由甲烷为主的有机分子被水分子包裹而成，其热值比石油高许多，燃烧后只生成二氧化碳和水，储量据称可供人类使用千年。天然气水合物在在地球上大约有27%的陆地是可以形成天然气水合物的潜在地区，而在世界大洋水域中约有90%的面积也属这样的潜在区域。已发现的天然气水合物主要存在于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中。由于采用的标准不同，不同机构对全世界天然气水合物储量的估计值差别很大。全球天然气水合物的储量是现有天然气、石油储量的两倍。
图片——2017年，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得成功。本次试采作业区位于珠海市东南320千米的神狐海域。3月28日第一口试采井开钻，5月10日下午14时 52分点火成功，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。（见上图）
可燃冰就是
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天然气水合物（，简称Gas Hydrate）是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。
天然气水合物甲烷含量占80%～99.9%，燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多，而且储量丰富，全球储量足够人类使用1000年，因而被各国视为未来石油天然气的替代能源。
出品：科普中国
制作：山夕团队 党以凡
监制：中国科学院计算机网络信息中心
截至上周，我国南海神狐海域可燃冰试采已达连续6周，累计产量超过23万立方米，可谓超预期完成了试采工程，取得天然气水合物试开采的历史性突破。
不明真相的小伙伴们可能会要打断一下——什么什么？可燃冰还是天然气水合物？这俩东西到底啥关系？可燃冰真的“可燃”吗？开采它又有什么意义？那下面我们就来了解一下！
可燃冰为什么“可燃”
可燃冰，学名天然气水合物，也称气体水合物，是由天然气与水分子在高压（100大气压或10MPa）和低温（0～10℃）条件下合成的一种固态结晶物质。因天然气中80%～90%的成分是甲烷，故也有人叫天然气水合物为甲烷水合物。天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体外貌类似冰雪，可以像酒精块一样被点燃，故也有人叫它"可燃冰"。
可燃冰燃烧样态（图片来源网络）
从化学结构来看，天然气水合物是这样构成的：由水分子搭成像笼子一样的多面体格架，以甲烷为主的气体分子被包含在笼子格架中。不同的温压条件，具有不同的多面体格架。
天然气水合物化学结构（图片来源网络）
从物理性质来看，天然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度，电介常数和热传导率均低于冰。天然气水合物的声波传播速度明显高于含气沉积物和饱和水沉积物，中子孔隙度低于饱和水沉积物，这些差别是物探方法识别天然气水合物的理论基础。
可燃冰的特点
天然气水合物作为未来潜在能源，具有资源量巨大、埋藏浅、能量密度高、洁净等特点，是地球上尚未开发的最大未知能源库。
资源量巨大——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）×1016立方米，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
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。
能量密度高——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。
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。
可燃冰的特殊地理分布
天然气水合物的形成必须有充足的天然气来源，必须有低温或高压条件，这决定了它的特殊分布。从目前来看，天然气水合物主要分布在地球上两类地区：一类地区是水深为300m～4000m的海洋，在这里，天然气水合物基本是在高压条件下形成的，主要分布于海底以下0～1500m的松散沉积层中；另一类地区是高纬度大陆地区永冻土带及水深100～250m以下极地陆架，在这里，天然气水合物主要是在低海面时期低温条件下形成。
水合物所赋存的沉积物多是新生代沉积。在沉积层中，水合物要么是以分散状胶结尚未固结的泥质沉积物颗粒，要么是以结核状、团块状和薄层状的集合体形式赋存于沉积物中，还可能以细脉状、网脉状充填于沉积物的裂隙之中。
根据研究，生成天然气水合物的气体主要来自于沉积物中微生物对有机质的分解，个别地区也有部分气体来自于深部沉积层中有机质的热分解。这些气体在海底沉积物的孔隙空间中形成水合物。
从全球来看,海洋天然气水合物占绝对优势。海洋天然气水合物分布于世界各大洋边缘海域的大陆坡、陆隆(深水海台)和盆地，以及一些内陆海。
全球天然气水合物分布图（图片来源网络）
已有发现说明，海洋天然气水合物主要分布在北半球，且以太平洋边缘海域最多，其次是大西洋。陆坡、陆隆区是形成天然气水合物的最佳地区，这里沉积物较容易发育，有机质丰富，以甲烷为主的气体来源充足，有利于天然气水合物生成。
可燃冰的开发
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、全球碳循环和气候变化、古海洋、天然气运输、油气管道堵塞、船艇能源更新和军事防御等领域，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。
可燃冰燃烧情景
今年，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得成功，并如我们导引所述，在持续超额完成任务。虽然它的开采并不容易，或许还要好几年才能投入商业使用，但是现今的突破，无论从技术、能源还是更宏观的世界经济、政治角度来看，这都是质的进步。
正如BBC曾报道指出的：“可燃冰有望成为具有革命意义的能源，对于满足世界未来的能源需求至关重要。”可燃冰或许是地球上最后一种碳基燃料，如若真的能够有效利用，相信一定是我们可见的未来的又一盏明灯，让我们拭目以待！
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