神秘的可燃冰

什么是可燃冰

可燃冰即天然氣水合物，是一種主要由水分子和甲烷分子在低溫高壓下形成的結(jié)晶物質(zhì)，外表似冰，能燃燒。

可燃冰一般形成于低溫的環(huán)境。自然界中，可燃冰往往分布于水深大于300米的海底沉積物或寒冷的陸地永久凍土帶。目前，已發(fā)現(xiàn)的海底可燃冰多分布于環(huán)太平洋周邊、大西洋兩岸、印度洋北部、南極近海和北冰洋周邊，以及地中海、黑海、里海等內(nèi)陸海。陸地上可燃冰主要分布于環(huán)北冰洋的高緯度凍土區(qū)以及我國青藏高原凍土區(qū)。

1960年，蘇聯(lián)科學(xué)家在西伯利亞地區(qū)發(fā)現(xiàn)了可燃冰。這個發(fā)現(xiàn)引起了廣泛關(guān)注，從20世紀(jì)80年代開始，美、英、德、加、日等發(fā)達國家紛紛投入巨資來勘探天然可燃冰資源。

我國是世界第 3 凍土大國，凍土區(qū)總面積達215萬平方千米，具備良好的天然氣水合物賦存條件。據(jù)初步估算，可燃冰遠景資源量至少有350億噸油當(dāng)量。2007年，我國在南海北部鉆探取得了可燃冰實物樣品，成為繼美國、日本、印度之后第 4 個通過國家級研發(fā)計劃采到可燃冰實物樣品的國家。2008年，青藏高原永久凍土帶中也發(fā)現(xiàn)了可燃冰。

形成可燃冰有 3 個基本條件：低溫、高壓和原材料來源。

首先是低溫條件。低溫指的是可燃冰在 0℃～10℃下生成，超過 20℃便會分解，在 0℃只需30個大氣壓即可生成，海底溫度一般保持在2℃～4℃。

其次就是高壓條件?？扇急?0 ℃時，生成需要30個大氣壓，而在海洋深處，30個大氣壓很容易達到，并且氣壓越大可燃冰就越難分解。

最后是充足的氣源。海底豐富的碳經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化，可產(chǎn)生充足的氣源。

海底的地層是多孔介質(zhì)，在溫度、壓力、氣源三者都具備的條件下，可燃冰晶體就會生成。

可燃冰的勘探開采方法

勘探的方法主要分為物探、化探、遙感等。物探方法主要有地震勘探、瞬變電磁、音頻大地電磁測深、地質(zhì)雷達，以及直流電阻率法等?；椒椒ㄓ型寥赖厍蚧瘜W(xué)、氣體地球化學(xué)實驗方法。此外，衛(wèi)星遙感探測大氣的甲烷氣體含量也可用于判斷可燃冰的賦存范圍。

可燃冰是一種能效較高的清潔能源，開發(fā)利用可燃冰一直是世界能源界的夢想。目前，科學(xué)家提出了4種主要的開采方案。

第一種是降壓開采法，通過降低可燃冰儲層壓力，促使可燃冰分解，釋放天然氣。

第二種是熱激發(fā)開采法，將熱水或熱蒸汽注入到開采井內(nèi)，加熱可燃冰儲層，使其分解，釋放出天然氣。

第三種是注入化學(xué)試劑開采法，將甲醇或者乙二醇等化學(xué)試劑注入到可燃冰儲層內(nèi)，使其分解。

第四種是二氧化碳置換開采法，將二氧化碳氣體注入到可燃冰儲層中，用二氧化碳分子置換可燃冰中的甲烷分子，在釋放甲烷的同時達到封存二氧化碳的目的。

21世紀(jì)以來，世界先后進行了多次可燃冰試開采，降壓法因為產(chǎn)氣效率較高，經(jīng)濟成本較低，成為主要使用的方法。最早的可燃冰試開采是2002年在加拿大馬利克凍土區(qū)進行的，日本在2013年進行了海上可燃冰試開采。

2017年，我國在南海北部神狐海域首次進行的海上可燃冰試開采取得成功。這次試采應(yīng)用自主研發(fā)的鉆井平臺“藍鯨1號”，創(chuàng)造性提出流體抽取法等一系列技術(shù)方案，是中國人民勇攀世界科技高峰的標(biāo)志性成就之一。

可燃冰與生態(tài)環(huán)境

可燃冰的燃燒產(chǎn)物僅有少量的二氧化碳和水，污染程度遠低于煤、石油等傳統(tǒng)能源，且儲量巨大，因此人們對開采可燃冰充滿希望，但也有人對可燃冰開采可能對環(huán)境產(chǎn)生影響表示關(guān)切。

一種廣受關(guān)注的觀點認為，開采可燃冰可能導(dǎo)致海底沉積層失穩(wěn)、甲烷氣體泄露，造成水體酸化，而且可燃冰分解釋放的甲烷氣體會產(chǎn)生比二氧化碳高20多倍的超級溫室效應(yīng)等，因此可燃冰的開采存在重大風(fēng)險。

實際上，任何一種能源的開采都存在潛在的風(fēng)險，例如煤礦開采會出現(xiàn)瓦斯爆炸和透水事故、石油開采會發(fā)生井噴事故等，但通過科學(xué)預(yù)估與風(fēng)險防范，可燃冰可以實現(xiàn)安全高效開采。

現(xiàn)有的科技水平可以對可燃冰儲層進行實時、連續(xù)、原位監(jiān)測，能夠精確預(yù)警局部地質(zhì)災(zāi)害，并能通過干預(yù)手段來降低風(fēng)險的水平。我國的可燃冰試開采也進行了嚴格的環(huán)境監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)海水表面和空氣中存在甲烷氣體。隨著科技水平的迅猛發(fā)展，我們應(yīng)相信自己完全有能力駕馭這種新能源。

[本文受《中國地質(zhì)調(diào)查局柴達木盆地鹽湖區(qū)物探綜合調(diào)查》項目支持（項目編號：DD20230298）]

（作者單位：中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理化學(xué)勘查研究所）