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就在人们担心化石能源将被耗尽时，科学家发现我国南海海域某些部位有可能埋藏着大量可燃烧的“冰”，其主要成分是甲烷与水分子（ CH4·H2O），学名为“天然气水合物”，这无疑给未来的能源需求带来了福音，引起了人们的广泛关注。为进一步了解天然气水合物及其战略意义，记者采访了中国科学院院士、中国地球物理学会理事汪集。 ■“可燃冰”是冰吗 据汪院士介绍，早在上世纪初期30年代，人们发现输气管道内形成白色冰状固体填积物，并给天然气输送带来很大麻烦，石油地质学家和化学家便把主要的精力放在如何消除天然气水合物堵塞管道方面。直到60年代苏联在开发麦索亚哈气田时，首次在地层中发现了气体水合物，人们才开始把气体水合物作为一种燃料能源研究。此后不久，在西伯利亚、北斯洛普、墨西哥湾、日本海、印度湾等地相继发现了天然气水合物，这使人们意识到天然气水合物是一种具有全球性分布的潜在能源，于是掀起了70年代以来空前的天然气水合物研究热潮。 天然气水合物是在一定条件下，由气体或挥发性液体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质，外观像冰。由于天然气水合物中通常含有大量甲烷或其它碳氢气体，因此极易燃烧，被称为“可燃烧的冰”，燃烧产生的能量比同等条件下，煤、石油、天然气产生的都多得多，而且在燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物，污染比煤、石油、天然气等要小得多。我们不难想象，当解决了天然气水合物的开发技术后，我们能用经济有效的手段获取天然气水合物中的甲烷，那么它就可能取代其他日益减少的化石能源（如石油、煤、天然气等），成为一种主要的能源类型。 ■形成条件缺一不可 天然气水合物的形成有三个基本条件。据汪先生介绍，首先温度不能太高。第二压力要够，但不需太大。零度时，30个大气压以上它就可能生成。第三，地底要有气源。据估计陆地上20．7％和大洋底90％的地区，具有形成天然气水合物的有利条件。绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，其资源量是陆地上的100倍以上。天然气水合物中的甲烷大多数是当地生物活动产生的。海底的有机物沉淀都在几千几万年甚至更久远，死的鱼虾、藻类体内都含有碳，经过生物转化，可形成充足的甲烷气源。另外，海底的地层是多孔介质，在温度、压力和气源三项条件都具备的情况下，便会在介质的空隙中生成甲烷水合物的晶体。 ■茫茫大地哪里寻 汪院士告诉记者，天然气水合物受其特殊的性质和形成时所需条件（低温、高压等）的限制，只分布于特定的地理位置和地质构造单元内。一般来说，除在高纬度地区出现的与永久冻土带相关的天然气水合物之外，在海底发现的天然气水合物通常存在水深300－500m以下（由温度决定），主要附存于陆坡、岛屿和盆地的表层沉积物或沉积岩中，也可以散布于洋底以颗粒状出现。这些地点的压力和温度条件使天然气水合物的结构保持稳定。 从大地构造角度来讲，天然气水合物主要分布在聚合大陆边缘大陆坡、被动大陆边缘大陆坡、海山、内陆海及边缘海深水盆地和海底扩张盆地等构造单元内。这些地区的构造环境由于具有形成天然气水合物所需的充足的物质来源（如沉积物中的有机质、地壳深处和油气田渗出的碳氢气体），具备流体运移的条件（如增生锲和逆掩断层的存在及其所引起的构造挤压，快速沉积所引起的超常压实，油气田的破坏所引起的气体逸散等），以及具备天然气水合物形成的低温、高压环境（温度0－10℃以下，压力10Mpa以上），而成为天然气水合物分布和富集的主要场所。 ■不为人知的生态系 1997年美国科学家在北墨西哥湾观察海底一个天然气水合物露出的大土丘时，看到上面有东西在动，随即他们惊奇地发现了一个稠密的属于新种的蠕虫群落。科学家们认为，天然气水合物在墨西哥湾的大陆斜坡很常见，而这些被他们非正式地称之为冰虫的存在提示了一种以前不为人知的生态系的存在。之后，两名法国科学家对这些蠕虫的进一步详细研究表明，它们应该是 H esiocoeca属中的一个新种。 关于这些多毛类蠕虫的一系列非常基本的问题还有待于深入的研究。目前科学家们仅仅只是掌握了进一步研究冰虫的食物供应、早期生活史以及地球化学环境等问题的基本素材。初步的结论是，从各方面看，除了冰虫的栖息地外，它应该是一种非常原始的多毛类动物。但可以肯定的一点是，今后对冰虫洞穴的进一步考察必将得出新的更令人惊讶的认识。 ■开发利用就像一柄“双刃剑” 天然气水合物埋藏于海底的岩石中，和石油、天然气相比，它不易开采和运输，世界上至今都还没有完美的开采方案。汪院士解释说，首先是开采这种水合物会给生态造成一系列严重问题。因为天然气水合物中存在两种温室气体甲烷和二氧化碳。甲烷是绝大多数天然气水合物的主要成分，同时也是一种反应快速、影响明显的温室气体。天然气水合物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，甲烷比二氧化碳所产生的温室效应要大得多。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。如果在开采中甲烷气体大量泄漏于大气中，造成的 温室效应将比二氧化碳更加严重。科学家们认为，这种矿藏哪怕受到最小的破坏，甚至是自然的破坏，都足以导致甲烷气的大量散失。而这种气体进入大气，无疑会增加温室效应，进而使地球升温更快。同时，陆缘海边的天然气水合物开采起来十分困难，目前还没有成熟的勘探和开发的技术方法，一旦出了井喷事故，就会造成海水汽化，发生海啸船翻。另外，天然气水合物也可能是引起地质灾害的主要因素之一。由于天然气水合物经常作为沉积物的胶结物存在，它对沉积物的强度起着关键的作用。天然气水合物的形成和分解能够影响沉积物的强度，进而诱发海底滑坡等地质灾害的发生。美国地质调查所的调查表明，天然气水合物能导致大陆斜坡上发生滑坡，这对各种海底设施是一种极大的威胁。天然气水合物作为未来新能源，同时也是一种危险的能源。天然气水合物的开发利用就像一柄“双刃剑”，需要加以非常小心谨慎的对待。在考虑其资源价值的同时，必须充分注意到有关的开发利用将给人类带来的严重环境灾难。 ■研究面临挑战 研究表明，“可燃冰”的能源功效非常高，1立方米这种物质中的甲烷含量可达160多立方米。因而，人类如能充分开发利用这种能源，将使人类步入新的能源时代。目前，世界上一些发达国家都十分重视“可燃冰”，美国、俄罗斯、日本甚至还有印度都先后投巨资进行研究。美国总统科学技术委员会专门提出建议研究开发“可燃冰”，参、众两院有千多人提出议案，支持“可燃冰”开发研究，美国目前每年用于“可燃冰”研究的财政拔款达上千万美元。 汪院士说，根据地质条件分析，天然气水合物在我国分布也十分广泛，青藏高原的冻土层及南海、东海、黄海等广大海域，都有可能存在。我国对此研究起步较晚，面临的技术难关还很多，比如愈来愈多的管道水合物堵塞给天然气运输带来很大麻烦，造成输气不畅甚至引起更大危害。要解决这些问题，就必须深入分析天然气水合物的物理化学性质，进行水合物复杂系统相平衡研究，分析天然气水合物主要物理化学性质（稳定性、结构、生成的热焓、热容、导热率等）详细研究水合物各相平衡，探索水合物形成和分解的动力学条件，寻求防止水合物形成的抑制剂和阻化技术；进行油—气—水系统中水合物生成的模拟实验。建立预报水合物生成的预警系统，探索管道水合物生成防治和天然气固化技术。 目前，天然气水合物的开采方法主要有热激化法、减压法和注入剂法三种。开发的最大难点是保证井底稳定，使甲烷气不泄漏、不引发温室效应。针对这一问题，日本提出了“分子控制”开采方案。天然气水合物矿藏的最终确定必须通过钻探，其难度比常规海上油气钻探要大得多，一方面是水太深，另一方面由于天然气水合物遇减压会迅速分解，极易造成井喷。日益增多的成果表明，由自然或人为因素所引起的温压变化，均可使水合物分解，造成海底滑坡、生物灭亡和气候变暖等环境灾害。因而研究天然气水合物的钻采方法已迫在眉捷，尽快开展室内外天然气水合物分解、合成方法和钻采方法的研究工作刻不容缓，天然气水合物研究的未来仍面临着挑战。由此可见，“可燃冰”带给人类的不仅是新的希望，同样也有新的困难，只有合理的、科学的开发和利用，“可燃冰”才会真正的为人类造福
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