怎樣認(rèn)識可燃冰

怎樣認(rèn)識“可燃冰”就在人們擔(dān)心化石能源將被耗盡時，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)我國南海海域某些部位有可能埋藏著大量可燃燒的“冰”，其主要成分是甲烷與水分子（CH4?H2O），學(xué)名為“天然氣水合物”，這無疑給未來的能源需求帶來了福音，引起了人們的廣泛關(guān)注。為進(jìn)一步了解天然氣水合物及其戰(zhàn)略意義，記者采訪了中國科學(xué)院院士、中國地球物理學(xué)會理事汪集旸?！翱扇急笔潜鶈釗?jù)汪院士介紹，早在上世紀(jì)初期30年代，人們發(fā)現(xiàn)輸氣管道內(nèi)形成白色冰狀固體填積物，并給天然氣輸送帶來很大麻煩，石油地質(zhì)學(xué)家和化學(xué)家便把主要的精力放在如何消除天然氣水合物堵塞管道方面。直到60年代蘇聯(lián)在開發(fā)麥索亞哈氣田時，首次在地層中發(fā)現(xiàn)了氣體水合物，人們才開始把氣體水合物作為一種燃料能源研究。此后不久，在西伯利亞、北斯洛普、墨西哥灣、日本海、印度灣等地相繼發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物，這使人們意識到天然氣水合物是一種具有全球性分布的潛在能源，于是掀起了70年代以來空前的天然氣水合物研究熱潮。天然氣水合物是在一定條件下，由氣體或揮發(fā)性液體與水相互作用過程中形成的白色固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)，外觀像冰。由于天然氣水合物中通常含有大量甲烷或其它碳?xì)錃怏w，因此極易燃燒，被稱為'可燃燒的冰”，燃燒產(chǎn)生的能量比同等條件下，煤、石油、天然氣產(chǎn)生的都多得多，而且在燃燒以后幾乎不產(chǎn)生任何殘渣或廢棄物，污染比煤、石油、天然氣等要小得多。我們不難想象，當(dāng)解決了天然氣水合物的開發(fā)技術(shù)后，我們能用經(jīng)濟(jì)有效的手段獲取天然氣水合物中的甲烷，那么它就可能取代其它日益減少的化石能源（如石油、煤、天然氣等），成為一種主要的能源類型。形成條件缺一不可天然氣水合物的形成有三個基本條件。據(jù)汪先生介紹，首先溫度不能太高。第二壓力要夠，但不需太大。零度時，30個大氣壓以上它就可能生成。第三，地底要有氣源。據(jù)估計陸地上20.7%和大洋底90%的地區(qū)，具有形成天然氣水合物的有利條件。絕大部分的天然氣水合物分布在海洋里，其資源量是陸地上的100倍以上。天然氣水合物中的甲烷大多數(shù)是當(dāng)?shù)厣锘顒赢a(chǎn)生的。海底的有機(jī)物沉淀都在幾千幾萬年甚至更久遠(yuǎn)，死的魚蝦、藻類體內(nèi)都含有碳，經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化，可形成充足的甲烷氣源。另外，海底的地層是多孔介質(zhì)，在溫度、壓力和氣源三項條件都具備的情況下，便會在介質(zhì)的空隙中生成甲烷水合物的晶體。茫茫大地哪里尋汪院士告訴記者，天然氣水合物受其特殊的性質(zhì)和形成時所需條件（低溫、高壓等）的限制，只分布于特定的地理位置和地質(zhì)構(gòu)造單元內(nèi)。一般來說，除在高緯度地區(qū)出現(xiàn)的與永久凍土帶相關(guān)的天然氣水合物之外，在海底發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物通常存在水深300—500m以下（由溫度決定），主要附存于陸坡、島嶼和盆地的表層沉積物或沉積巖中，也可以散布于洋底以顆粒狀出現(xiàn)。這些地點的壓力和溫度條件使天然氣水合物的結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。從大地構(gòu)造角度來講，天然氣水合物主要分布在聚合大陸邊緣大陸坡、被動大陸邊緣大陸坡、海山、內(nèi)陸海及邊緣海深水盆地和海底擴(kuò)張盆地等構(gòu)造單元內(nèi)。這些地區(qū)的構(gòu)造環(huán)境由于具有形成天然氣水合物所需的充足的物質(zhì)來源（如沉積物中的有機(jī)質(zhì)、地殼深處和油氣田滲出的碳?xì)錃怏w），具備流體運(yùn)移的條件（如增生鍥和逆掩斷層的存在及其所引起的構(gòu)造擠壓，快速沉積所引起的超常壓實，油氣田的破壞所引起的氣體逸散等），以及具備天然氣水合物形成的低溫、高壓環(huán)境（溫度0—10°C以下，壓力10Mpa以上），而成為天然氣水合物分布和富集的主要場所。不為人知的生態(tài)系1997年美國科學(xué)家在北墨西哥灣觀察海底一個天然氣水合物露出的大土丘時，看到上面有東西在動，隨即他們驚奇地發(fā)現(xiàn)了一個稠密的屬于新種的蠕蟲群落?？茖W(xué)家們認(rèn)為，天然氣水合物在墨西哥灣的大陸斜坡很常見，而這些被他們非正式地稱之為冰蟲的存在提示了一種以前不為人知的生態(tài)系的存在。之后，兩名法國科學(xué)家對這些蠕蟲的進(jìn)一步詳細(xì)研究表明，它們應(yīng)該是Hesiocoeca屬中的一個新種。關(guān)于這些多毛類蠕蟲的一系列非?；镜膯栴}還有待于深入的研究。目前科學(xué)家們僅僅只是掌握了進(jìn)一步研究冰蟲的食物供應(yīng)、早期生活史以及地球化學(xué)環(huán)境等問題的基本素材。初步的結(jié)論是，從各方面看，除了冰蟲的棲息地外，它應(yīng)該是一種非常原始的多毛類動物。但可以肯定的一點是，今后對冰蟲洞穴的進(jìn)一步考察必將得出新的更令人驚訝的認(rèn)識。開發(fā)利用就像一柄“雙刃劍”天然氣水合物埋藏于海底的巖石中，和石油、天然氣相比，它不易開采和運(yùn)輸，世界上至今都還沒有完美的開采方案。汪院士解釋說，首先是開采這種水合物會給生態(tài)造成一系列嚴(yán)重問題。因為天然氣水合物中存在兩種溫室氣體甲烷和二氧化碳。甲烷是絕大多數(shù)天然氣水合物的主要成分，同時也是一種反應(yīng)快速、影響明顯的溫室氣體。天然氣水合物中甲烷的總量大致是大氣中甲烷數(shù)量的3000倍。作為短期溫室氣體，甲烷比二氧化碳所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)要大得多。有學(xué)者認(rèn)為，在導(dǎo)致全球氣候變暖方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大10—20倍。如果在開采中甲烷氣體大量泄漏于大氣中，造成的溫室效應(yīng)將比二氧化碳更加嚴(yán)重?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這種礦藏哪怕受到最小的破壞，甚至是自然的破壞，都足以導(dǎo)致甲烷氣的大量散失。而這種氣體進(jìn)入大氣，無疑會增加溫室效應(yīng)，進(jìn)而使地球升溫更快。同時，陸緣海邊的天然氣水合物開采起來十分困難，目前還沒有成熟的勘探和開發(fā)的技術(shù)方法，一旦出了井噴事故，就會造成海水汽化，發(fā)生海嘯船翻。另外，天然氣水合物也可能是引起地質(zhì)災(zāi)害的主要因素之一。由于天然氣水合物經(jīng)常作為沉積物的膠結(jié)物存在，它對沉積物的強(qiáng)度起著關(guān)鍵的作用。天然氣水合物的形成和分解能夠影響沉積物的強(qiáng)度，進(jìn)而誘發(fā)海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。美國地質(zhì)調(diào)查所的調(diào)查表明，天然氣水合物能導(dǎo)致大陸斜坡上發(fā)生滑坡，這對各種海底設(shè)施是一種極大的威脅。天然氣水合物作為未來新能源，同時也是一種危險的能源。天然氣水合物的開發(fā)利用就像一柄'雙刃劍”，需要加以非常小心謹(jǐn)慎的對待。在考慮其資源價值的同時，必須充分注意到有關(guān)的開發(fā)利用將給人類帶來的嚴(yán)重環(huán)境災(zāi)難。研究面臨挑戰(zhàn)研究表明，“可燃冰”的能源功效非常高，1立方米這種物質(zhì)中的甲烷含量可達(dá)160多立方米。因而，人類如能充分開發(fā)利用這種能源，將使人類步入新的能源時代。目前，世界上一些發(fā)達(dá)國家都十分重視“可燃冰”，美國、俄羅斯、日本甚至還有印度都先后投巨資進(jìn)行研究。美國總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)委員會專門提出建議研究開發(fā)'可燃冰”，參、眾兩院有千多人提出議案，支持“可燃冰”開發(fā)研究，美國目前每年用于“可燃冰”研究的財政撥款達(dá)上千萬美元。汪院士說，根據(jù)地質(zhì)條件分析，天然氣水合物在我國分布也十分廣泛，青藏高原的凍土層及南海、東海、黃海等廣大海域，都有可能存在。我國對此研究起步較晚，面臨的技術(shù)難關(guān)還很多，比如愈來愈多的管道水合物堵塞給天然氣運(yùn)輸帶來很大麻煩，造成輸氣不暢甚至引起更大危害。要解決這些問題，就必須深入分析天然氣水合物的物理化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)行水合物復(fù)雜系統(tǒng)相平衡研究，分析天然氣水合物主要物理化學(xué)性質(zhì)（穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)、生成的熱焓、熱容、導(dǎo)熱率等）詳細(xì)研究水合物各相平衡，探索水合物形成和分解的動力學(xué)條件，尋求防止水合物形成的抑制劑和阻化技術(shù)；進(jìn)行油一氣一水系統(tǒng)中水合物生成的模擬實驗。建立預(yù)報水合物生成的預(yù)警系統(tǒng)，探索管道水合物生成防治和天然氣固化技術(shù)。目前，天然氣水合物的開采方法主要有熱激化法、減壓法和注入劑法三種。開發(fā)的最大難點是保證井底穩(wěn)定，使甲烷氣不泄漏、不引發(fā)溫室效應(yīng)。針對這一問題，日本提出子'分子控制”開采方案。天然氣水合物礦藏的最終確定必須通過鉆探，其難度比常規(guī)海上油氣鉆探要大得多，一方面是水太深，另一方面由于天然氣水合物遇減壓會迅速分解，極易造成井噴。日益增多的成果表明，由自然或人為因素所引起的溫壓變化，均可