可燃冰，新能源的“佼佼者”
来源:国土资源报
发布时间:2015-04-24
4月19日，国土资源部中国地质调查局与中国科学技术馆在京联合举办纪念第46个世界地球日活动，国务院参事、国土资源部原总工程师张洪涛为参加“中科馆大讲堂”的到馆公众特别是少年儿童作关于“可燃冰”的科普讲座。
新常态下的经济可持续发展面临资源条件和生态环境的双重约束。我们必须努力寻找新常态下统筹资源开发与环境保护的新路子：全面推进资源节约集约利用，开发利用新能源和清洁能源，支撑最大规模的经济社会持续发展。正如张洪涛在报告中所说，天然气水合物作为绿色新型能源的“新宠儿”，是石油、天然气、煤等传统能源之后最佳的接替能源，给人类带来新的能源前景。今天，让我们分享国土资源、地质调查领域科技工作者在这一领域取得的最新成果。
1 水合物实验模拟研究为开采铺路
特约记者 张淑胜 姚长新
目前，青岛海洋地质研究所的天然气水合物模拟实验室在国内外享有极高的声誉，相关研究已经走在世界前列。
天然气水合物发展前景广阔，但对其开发利用也面临几大难题。天然气水合物是低温与高压环境下的产物，稳定性较差。虽然存储总量很大，但分布较为分散，不便于开采。此外，可燃冰的开采技术复杂、速度慢、费用高，加上海洋中水合物的压力较高，实现管道合理布设、气体的高效收集较为困难。
自2011年以来，青岛所承担了6项水合物国家专项工作项目，2项国土资源部公益性行业基金项目，1项“973计划”子课题，13项国家自然科学基金项目，2项省级基金项目。围绕天然气水合物模拟实验与测试技术、水合物成藏过程与演化、水合物资源勘查与评价技术和水合物开发利用与环境效益等方面，开展了多项研究工作；针对我国目前天然气水合物勘探开发的需求，重点开展了水合物勘探开发相关的物性参数及测试技术模拟实验研究，获得一系列应用研究成果。
一是阐明不同体系水合物相平衡条件及影响机理。首次获得了南海北部实际沉积物—孔隙水—气—水合物体系相平衡数据，揭示了沉积物—气—水—水合物多相体系影响水合物相平衡的机理，建立了海洋沉积物中水合物体系相平衡条件模型。
二是探明沉积物孔隙空间水合物微观分布特征。研制了适用于沉积物中水合物微观分布研究的CT原位探测装置，开发了沉积物中水合物微观分布的直接观测技术，并成功获取了实际观测的水合物微观分布模式。
三是揭示了祁连山冻土区天然气水合物笼型结构特征及其控制机理。国内首次将显微激光拉曼光谱、X-衍射、固体核磁共振和X射线计算机断层成像系统分析技术应用到水合物研究中，系统开展了水合物笼型结构及控制机理研究。建立了一套GC-FID/TCD和GC-IRMS测试水合物气体组分的技术方法。在此基础上研究了祁连山冻土区天然气水合物笼型结构特征，并揭示了祁连山岩芯孔隙中气体—水—水合物体系演化的微观过程。
四是论述了南海沉积物中水合物声学响应特征。成功研制了一系列水合物声学特性测试装置，进而建立起海洋沉积物中水合物饱和度和声学探测技术。利用该技术研究了南海神狐海域沉积物中水合物形成过程及其声学响应特征，并初步建立南海水合物饱和度预测模型。
五是系统开展天然气水合物实验测试技术研究。建立了固体核磁共振、X射线衍射测定水合物结构的两种实验技术与方法，为我国钻获的含水合物岩芯样品的识别和结构鉴定提供了技术保障，对复杂体系水合物结构及其微观动力学研究具有重要的意义。建立了固体核磁成像、X-CT观测沉积物中水合物赋存状态的两种原位观测技术，对水合物形成动力学和成藏机理研究具有重要的科学意义。建立了一套完整的天然气水合物气体组成的分析测试方法，包括气体成分、同位素组成的测定以及水合物样品的气体分解与收集方法，填补了国内空白。建立了高压差示扫描量热仪测定水合物的技术方法，填补了国内空白。建立了水合物生成过程中离子变化和同位素分馏的实验测试技术，可用于解决我国在天然气水合物地球化学勘探中地化异常的识别和鉴定问题，对于水合物赋存层的地球化学微环境研究有主要意义。
上述成果的取得，一方面是对天然气水合物的实验测试技术的创新与完善，获得了一批拥有自主知识产权的专利技术，为天然气水合物的研究提供了技术支撑；另一方面，在南海和祁连山冻土区天然气水合物的微观结构及生成机理方面获得了新的认识，为我国水合物深入研究提供科学基础储备。
2 海域天然气水合物调查证实南海资源前景
本报记者 陈惠玲
我国于1999年开展天然气水合物资源调查与评价工作，历经多年调查，证实南海存在良好的水合物资源前景，实现了战略性突破，使我国海域天然气水合物资源勘查评价研究进入国际先进行列。
在前期工作的基础上，2011年我国又批准设立了新的天然气水合物国家专项，重点开展了南海水合物勘查及成矿理论、勘查技术等配套研究。
2014年9月，中国地质调查局组织实施海洋地质调查计划，为进一步做好2015~2020年我国水合物资源勘查与试采工作，设立了海域天然气水合物资源勘查工程。
与天然气水合物资源调查工作相配合，“十五”、“十一五”期间，国家先后开展了天然气水合物探测和勘探开发等关键技术研发，为我国天然气水合物调查及资源评价提供了重要的支撑作用。2009年启动了“973计划”《南海天然气水合物富集规律与开采基础研究》项目，深入开展了南海天然气水合物富集规律与成藏理论研究。另外，“十二五”期间又启动了“863计划”《天然气水合物勘探技术开发》主题项目，进一步加强了天然气水合物勘探的技术研发。
经过多年的调查与研究，取得许多重大成果：
一是南海水合物资源勘查取得进展。圈定评价了一批水合物成矿区带和有利区块。2013年，在南海东北部海域再次实施水合物钻探工程，钻探获取了大量的层状、块状、结核状、脉状及分散状等多种类型水合物实物样品，钻探控制矿藏面积55平方公里，天然气储量超过1000亿立方米，相当于特大型、高丰度常规天然气田规模。证实了我国南海海域巨大的水合物资源远景，为进一步锁定试开采目标区奠定了基础。
二是水合物成矿理论及分布预测研究获新进展。建立了神狐钻探区沉积相三维模型，通过对水合物分布的主控因素分析，初步提出水合物成藏的沉积—构造控制模式。开展了南海东北部海域钻探区水合物成矿系统地质、地球化学和生物学响应特征研究，初步建立海底微地貌与浅表层气体渗漏模式。
三是水合物勘查技术研究获新进展。根据勘查需要，研发了海域天然气水合物勘查新技术。目前，水合物海洋可控源电磁探测技术体系及海底地震仪调查（OBS）技术已经基本形成，形成了一套适合南海水合物调查的较为完善的野外资料采集方法，这些技术已在南海进行海试并获得了成功，获取了我国第一套海洋可控源电磁数据，OBS调查方法已作为水合物调查的常规方法投入生产。
四是通过“973计划”项目的基础研究，提出了渗漏型天然气水合物重要概念，揭示了南海北部天然气水合物富集规律，首次提出天然气水合物成核机制的笼子吸附假说，形成了南海北部天然气水合物的综合识别方法。
五是“863计划”课题依托国家专项，研发的样机及技术在生产中得到了应用，填补了多项技术的国内空白，获得了良好的社会和经济效益。
3 陆域木里冻土区实现天然气水合物试采
刘晖 祝有海
我国陆域冻土区面积215万平方公里，占国土面积的22.4%，是世界第三大冻土国。调查显示，我国陆域具备较好的天然气水合物成矿条件和找矿前景。近年来，中国地质调查局继续实施陆域冻土区天然气水合物资源调查工作，并取得了一些新的成果和认识。
一是祁连山水合物扩边勘查取得突破。2013年在钻探试验井DK-9孔、2014年在试采井SK1和SK2孔再次发现水合物，扩大了祁连山冻土区天然气水合物的分布范围，取得“扩边”勘查的重大进展。同时，DK-9井钻获厚层轻质油层，DK-10井发现浅层气藏，是南祁连盆地首次重要油气调查发现，预示着该区良好的油气勘探前景。
二是羌塘盆地水合物调查发现重要气源线索。2013年在QK-3井下侏罗统曲色组中发现三处液态油苗，在QK-5井白龙冰河组中发现多处沥青脉，显示这些地区有较好的油气生成、运移过程；2014年在QK-6和QK-7井中发现浅层高压气体，推测鸭湖地区上三叠统土门格拉群具有较好的生排烃能力，为该区寻找天然气水合物和常规油气提供了良好线索。
三是东北冻土区发现烃类气体异常和厚层烃源岩。2013年完钻的MK-2井钻探结果表明漠河盆地漠河组厚度大于2000米，并在700米以下发现多层烃类气体异常；2014年在漠河盆地中北部对漠河组实施了3口地质浅钻，其中在MK-4井发现了厚度超过300m的湖相泥质烃源岩；这为该区天然气水合物的形成提供了良好的气源条件。
四是天然气水合物水平对接井试开采工程蓄势待发。2011年9~10月，在祁连山木里地区对天然气水合物进行了单井直井试采，实现了我国冻土水合物试采的重大突破。目前，在木里地区正在实施天然气水合物水平对接井试开采试验，有望今年下半年在世界范围内首次实现冻土区天然气水合物水平对接井试生产。
新常态下的经济可持续发展面临资源条件和生态环境的双重约束。我们必须努力寻找新常态下统筹资源开发与环境保护的新路子：全面推进资源节约集约利用，开发利用新能源和清洁能源，支撑最大规模的经济社会持续发展。正如张洪涛在报告中所说，天然气水合物作为绿色新型能源的“新宠儿”，是石油、天然气、煤等传统能源之后最佳的接替能源，给人类带来新的能源前景。今天，让我们分享国土资源、地质调查领域科技工作者在这一领域取得的最新成果。
1 水合物实验模拟研究为开采铺路
特约记者 张淑胜 姚长新
目前，青岛海洋地质研究所的天然气水合物模拟实验室在国内外享有极高的声誉，相关研究已经走在世界前列。
天然气水合物发展前景广阔，但对其开发利用也面临几大难题。天然气水合物是低温与高压环境下的产物，稳定性较差。虽然存储总量很大，但分布较为分散，不便于开采。此外，可燃冰的开采技术复杂、速度慢、费用高，加上海洋中水合物的压力较高，实现管道合理布设、气体的高效收集较为困难。
自2011年以来，青岛所承担了6项水合物国家专项工作项目，2项国土资源部公益性行业基金项目，1项“973计划”子课题，13项国家自然科学基金项目，2项省级基金项目。围绕天然气水合物模拟实验与测试技术、水合物成藏过程与演化、水合物资源勘查与评价技术和水合物开发利用与环境效益等方面，开展了多项研究工作；针对我国目前天然气水合物勘探开发的需求，重点开展了水合物勘探开发相关的物性参数及测试技术模拟实验研究，获得一系列应用研究成果。
一是阐明不同体系水合物相平衡条件及影响机理。首次获得了南海北部实际沉积物—孔隙水—气—水合物体系相平衡数据，揭示了沉积物—气—水—水合物多相体系影响水合物相平衡的机理，建立了海洋沉积物中水合物体系相平衡条件模型。
二是探明沉积物孔隙空间水合物微观分布特征。研制了适用于沉积物中水合物微观分布研究的CT原位探测装置，开发了沉积物中水合物微观分布的直接观测技术，并成功获取了实际观测的水合物微观分布模式。
三是揭示了祁连山冻土区天然气水合物笼型结构特征及其控制机理。国内首次将显微激光拉曼光谱、X-衍射、固体核磁共振和X射线计算机断层成像系统分析技术应用到水合物研究中，系统开展了水合物笼型结构及控制机理研究。建立了一套GC-FID/TCD和GC-IRMS测试水合物气体组分的技术方法。在此基础上研究了祁连山冻土区天然气水合物笼型结构特征，并揭示了祁连山岩芯孔隙中气体—水—水合物体系演化的微观过程。
四是论述了南海沉积物中水合物声学响应特征。成功研制了一系列水合物声学特性测试装置，进而建立起海洋沉积物中水合物饱和度和声学探测技术。利用该技术研究了南海神狐海域沉积物中水合物形成过程及其声学响应特征，并初步建立南海水合物饱和度预测模型。
五是系统开展天然气水合物实验测试技术研究。建立了固体核磁共振、X射线衍射测定水合物结构的两种实验技术与方法，为我国钻获的含水合物岩芯样品的识别和结构鉴定提供了技术保障，对复杂体系水合物结构及其微观动力学研究具有重要的意义。建立了固体核磁成像、X-CT观测沉积物中水合物赋存状态的两种原位观测技术，对水合物形成动力学和成藏机理研究具有重要的科学意义。建立了一套完整的天然气水合物气体组成的分析测试方法，包括气体成分、同位素组成的测定以及水合物样品的气体分解与收集方法，填补了国内空白。建立了高压差示扫描量热仪测定水合物的技术方法，填补了国内空白。建立了水合物生成过程中离子变化和同位素分馏的实验测试技术，可用于解决我国在天然气水合物地球化学勘探中地化异常的识别和鉴定问题，对于水合物赋存层的地球化学微环境研究有主要意义。
上述成果的取得，一方面是对天然气水合物的实验测试技术的创新与完善，获得了一批拥有自主知识产权的专利技术，为天然气水合物的研究提供了技术支撑；另一方面，在南海和祁连山冻土区天然气水合物的微观结构及生成机理方面获得了新的认识，为我国水合物深入研究提供科学基础储备。
2 海域天然气水合物调查证实南海资源前景
本报记者 陈惠玲
我国于1999年开展天然气水合物资源调查与评价工作，历经多年调查，证实南海存在良好的水合物资源前景，实现了战略性突破，使我国海域天然气水合物资源勘查评价研究进入国际先进行列。
在前期工作的基础上，2011年我国又批准设立了新的天然气水合物国家专项，重点开展了南海水合物勘查及成矿理论、勘查技术等配套研究。
2014年9月，中国地质调查局组织实施海洋地质调查计划，为进一步做好2015~2020年我国水合物资源勘查与试采工作，设立了海域天然气水合物资源勘查工程。
与天然气水合物资源调查工作相配合，“十五”、“十一五”期间，国家先后开展了天然气水合物探测和勘探开发等关键技术研发，为我国天然气水合物调查及资源评价提供了重要的支撑作用。2009年启动了“973计划”《南海天然气水合物富集规律与开采基础研究》项目，深入开展了南海天然气水合物富集规律与成藏理论研究。另外，“十二五”期间又启动了“863计划”《天然气水合物勘探技术开发》主题项目，进一步加强了天然气水合物勘探的技术研发。
经过多年的调查与研究，取得许多重大成果：
一是南海水合物资源勘查取得进展。圈定评价了一批水合物成矿区带和有利区块。2013年，在南海东北部海域再次实施水合物钻探工程，钻探获取了大量的层状、块状、结核状、脉状及分散状等多种类型水合物实物样品，钻探控制矿藏面积55平方公里，天然气储量超过1000亿立方米，相当于特大型、高丰度常规天然气田规模。证实了我国南海海域巨大的水合物资源远景，为进一步锁定试开采目标区奠定了基础。
二是水合物成矿理论及分布预测研究获新进展。建立了神狐钻探区沉积相三维模型，通过对水合物分布的主控因素分析，初步提出水合物成藏的沉积—构造控制模式。开展了南海东北部海域钻探区水合物成矿系统地质、地球化学和生物学响应特征研究，初步建立海底微地貌与浅表层气体渗漏模式。
三是水合物勘查技术研究获新进展。根据勘查需要，研发了海域天然气水合物勘查新技术。目前，水合物海洋可控源电磁探测技术体系及海底地震仪调查（OBS）技术已经基本形成，形成了一套适合南海水合物调查的较为完善的野外资料采集方法，这些技术已在南海进行海试并获得了成功，获取了我国第一套海洋可控源电磁数据，OBS调查方法已作为水合物调查的常规方法投入生产。
四是通过“973计划”项目的基础研究，提出了渗漏型天然气水合物重要概念，揭示了南海北部天然气水合物富集规律，首次提出天然气水合物成核机制的笼子吸附假说，形成了南海北部天然气水合物的综合识别方法。
五是“863计划”课题依托国家专项，研发的样机及技术在生产中得到了应用，填补了多项技术的国内空白，获得了良好的社会和经济效益。
3 陆域木里冻土区实现天然气水合物试采
刘晖 祝有海
我国陆域冻土区面积215万平方公里，占国土面积的22.4%，是世界第三大冻土国。调查显示，我国陆域具备较好的天然气水合物成矿条件和找矿前景。近年来，中国地质调查局继续实施陆域冻土区天然气水合物资源调查工作，并取得了一些新的成果和认识。
一是祁连山水合物扩边勘查取得突破。2013年在钻探试验井DK-9孔、2014年在试采井SK1和SK2孔再次发现水合物，扩大了祁连山冻土区天然气水合物的分布范围，取得“扩边”勘查的重大进展。同时，DK-9井钻获厚层轻质油层，DK-10井发现浅层气藏，是南祁连盆地首次重要油气调查发现，预示着该区良好的油气勘探前景。
二是羌塘盆地水合物调查发现重要气源线索。2013年在QK-3井下侏罗统曲色组中发现三处液态油苗，在QK-5井白龙冰河组中发现多处沥青脉，显示这些地区有较好的油气生成、运移过程；2014年在QK-6和QK-7井中发现浅层高压气体，推测鸭湖地区上三叠统土门格拉群具有较好的生排烃能力，为该区寻找天然气水合物和常规油气提供了良好线索。
三是东北冻土区发现烃类气体异常和厚层烃源岩。2013年完钻的MK-2井钻探结果表明漠河盆地漠河组厚度大于2000米，并在700米以下发现多层烃类气体异常；2014年在漠河盆地中北部对漠河组实施了3口地质浅钻，其中在MK-4井发现了厚度超过300m的湖相泥质烃源岩；这为该区天然气水合物的形成提供了良好的气源条件。
四是天然气水合物水平对接井试开采工程蓄势待发。2011年9~10月，在祁连山木里地区对天然气水合物进行了单井直井试采，实现了我国冻土水合物试采的重大突破。目前，在木里地区正在实施天然气水合物水平对接井试开采试验，有望今年下半年在世界范围内首次实现冻土区天然气水合物水平对接井试生产。
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