天然氣水合物的研究現(xiàn)狀與進展

天然氣水合物的研究現(xiàn)狀與進展

天然氣水合物是一種新型的潛在能源，主要分布在海底沉積物和永久性陸地凍土帶中。據(jù)初步估算,全球天然氣水合物資源量約為21×1015m3,是煤炭、石油和天然氣資源總量的2倍,足夠人類使用千年以上。自1810年英國科學(xué)家Davy在實驗室合成了氯氣水合物以來,人類就從未停止過對天然氣水合物的研究和探索,期間也曾出現(xiàn)過數(shù)次研究高潮,20世紀60年代特別是80年代末以來,由于其巨大的能源潛力和環(huán)境效應(yīng),世界各國開始對天然氣水合物展開了全方位研究,掀起了天然氣水合物的又一個研究高潮。中國對天然氣水合物的調(diào)查研究起步較晚,20世紀80年代初僅有少部分研究人員關(guān)注國際天然氣水合物的研究進展,并將相關(guān)成果介紹到國內(nèi),90年代末期才進入了快速發(fā)展時期,初步形成了天然氣水合物調(diào)查研究的小高潮。筆者擬對中國天然氣水合物調(diào)查研究的歷史、現(xiàn)狀及其問題進行初步總結(jié),并對其發(fā)展前景進行展望,供相關(guān)部門和人員參考。1天然氣水合物的產(chǎn)生與發(fā)展歷程自人類發(fā)現(xiàn)天然氣水合物以來,大致經(jīng)歷了實驗室研究、管道堵塞及防治、資源調(diào)查與開發(fā)利用4個階段(圖1)。傳統(tǒng)上一直認為天然氣水合物的研究歷史始自1810年的Davy合成氯氣水合物,但早在1778年,英國化學(xué)家Priestley有可能就在實驗室里發(fā)現(xiàn)了二氧化硫水合物。之后的研究幾乎均在化學(xué)家們的實驗室中進行,試圖合成各種各樣的水合物,并希望能定量地描述它們的化學(xué)成分及其物理性質(zhì)。1934年,美國科學(xué)家Hammerschmidt發(fā)現(xiàn)天然氣水合物會堵塞輸氣管道,影響天然氣的輸送,為此美國、前蘇聯(lián)、荷蘭、德國等國先后開展了水合物的形成動力學(xué)和熱力學(xué)研究以及如何防治輸氣管道中形成水合物問題,由此進入到管道堵塞及防治研究階段,這一階段的水合物被認為是令人厭煩的東西。1965年,前蘇聯(lián)在西伯利亞麥索亞哈(Messoyakha)油氣田區(qū)首次發(fā)現(xiàn)天然產(chǎn)出的天然氣水合物,之后美國、加拿大也相繼在阿拉斯加、馬更些(Mackenzie)三角洲等陸上凍土區(qū)中發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物。1974年,前蘇聯(lián)科學(xué)家在黑海的沉積物中發(fā)現(xiàn)大塊的水合物結(jié)核。1979年,國際深海鉆探計劃(DSDP)第66、67航次先后在中美海槽的鉆孔巖心中發(fā)現(xiàn)了海底的天然氣水合物。此后,水合物成為許多國家和部分國際組織關(guān)注的熱點,美國、前蘇聯(lián)、日本、德國、加拿大、英國、挪威等國以及DSDP和隨后的大洋鉆探計劃(ODP)、綜合大洋鉆探計劃(IODP)進行了大量調(diào)查研究,先后在世界各地直接或間接地發(fā)現(xiàn)了大量天然氣水合物產(chǎn)地。2002年春,美國、日本、加拿大、德國、印度等5國合作對加拿大馬更些凍土區(qū)Mallik5L-38井的天然氣水合物進行了試驗性開發(fā),通過注入約80℃的鉆探泥漿,成功地從1200m深的水合物層中分離出甲烷并予以回收,同時進行的減壓法試驗也獲得了成功,由此進入到開發(fā)利用階段。目前世界各國都在大力開展天然氣水合物的開發(fā)利用研究,預(yù)計在2020年前后能實現(xiàn)陸上凍土區(qū)水合物的商業(yè)性開發(fā),2030—2050年前后有望實現(xiàn)海底水合物的商業(yè)性開發(fā)。與國外相比,中國在這一領(lǐng)域的調(diào)查研究起步較晚,直至1980—1995年前后、西南石油學(xué)院、中國石油大學(xué)、中國科學(xué)院蘭州地質(zhì)研究所等單位才開始在實驗室合成水合物研究,1999年廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局對南海西沙海槽開展試驗性的地球物理調(diào)查,2002年中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所等單位對青藏高原凍土區(qū)開展試驗性調(diào)查。中國總體上仍處于資源調(diào)查階段的早期,還未進入開發(fā)利用階段。2氣體水合物的地質(zhì)特征與國外的發(fā)展歷程相似,中國天然氣水合物也起始于實驗室研究,然后再擴展到資源調(diào)查領(lǐng)域。中國在1999年正式實施試驗性調(diào)查前還經(jīng)歷了一段短暫的預(yù)研究階段,中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會于1995年設(shè)立了“西太平洋氣體水合物找礦前景與方法的調(diào)研”課題,這是中國天然氣水合物資源領(lǐng)域的第一個調(diào)研課題,中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所等單位就天然氣水合物在世界各大洋的分布特征及找礦方法進行了分析和總結(jié),并對西太平洋的找礦遠景進行了初步評價。隨后原地質(zhì)礦產(chǎn)部于1997年設(shè)立了“中國海域天然氣水合物勘測研究調(diào)研”課題,國家863計劃820主題也于1998年設(shè)立了“海底氣體水合物資源勘查的關(guān)鍵技術(shù)”課題,中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所、廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所等單位對中國近海天然氣水合物的成礦條件、調(diào)查方法、遠景預(yù)測等方面進行了前期預(yù)研究,為中國開展天然氣水合物調(diào)查做好了資料和技術(shù)準備。2.1地質(zhì)、地質(zhì)概況南海是西太平洋最大的邊緣海,總面積約350×104km2,依次分布著大陸架、大陸坡和中央海盆,面積分別約168.5×104km2(占南海的48.14%)、126.4×104km2(占南海的36.12%)和55.1×104km2(只占15.74%)。預(yù)研究結(jié)果表明,南海具備良好的天然氣水合物成礦條件和找礦前景,尤以北部陸坡區(qū)和南部陸坡區(qū)為佳,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局還通過復(fù)查原有地震資料在西沙海槽、東沙群島南部、筆架南盆地、南沙斷陷盆地等地發(fā)現(xiàn)天然氣水合物存在的擬海底反射層(BSR)標志。1999年10月,為執(zhí)行中國地質(zhì)調(diào)查局的“西沙海槽天然氣水合物資源前期調(diào)查”項目,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局“奮斗五號”調(diào)查船開啟了中國天然氣水合物調(diào)查的處女航,在西沙海槽開展高分辨率多道地震調(diào)查,由此揭開了中國天然氣水合物調(diào)查的新篇章。該航次調(diào)查結(jié)果表明西沙海槽存在多段具有極性發(fā)轉(zhuǎn)、上部空白反射、近似平行海底、地震速度局部增高的典型BSR標志,這一結(jié)果大大增強了中國決策部門和國內(nèi)同行在南海尋找天然氣水合物的信心。2002年,中國政府正式設(shè)立《我國海域天然氣水合物資源調(diào)查與評價》國家專項,加上2000—2001年間的專項預(yù)研究項目,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局迄今共在南海北部陸坡完成了19個航次的地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)調(diào)查,開展了高分辨多道地震、多波束、淺層剖面、單道地震、地質(zhì)地球化學(xué)取樣、海底攝像、熱流測量等調(diào)查工作。與此同時,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局及其合作單位進行了相應(yīng)的配套研究。通過上述工作,我們初步掌握了南海北部陸坡區(qū)天然氣水合物的資源潛力及其分布狀況,圈定了天然氣水合物存在的BSR分布范圍,發(fā)現(xiàn)了與天然氣水合物有關(guān)的地質(zhì)地球化學(xué)異常標志,初步預(yù)測了天然氣水合物的分布范圍、厚度并估算了資源量。2007年5月1日,由中國地質(zhì)調(diào)查局組織、廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局實施、輝固國際集團公司Bavenit號船具體承擔的中國天然氣水合物鉆探工程在南海北部成功鉆獲了天然氣水合物實物樣品,取得了找礦工作的重大突破。鉆獲水合物樣品的具體位置為珠江口盆地南部的神狐地區(qū),水深1230~1245m,初步結(jié)果顯示水合物樣品采自于海底以下183~225m處,呈分散浸染狀分布,含水合物層段厚18~34m,水合物飽和度20%~43%,釋放出的氣體中甲烷含量達99.7%~99.8%。中國科學(xué)院南海海洋研究所也在一些調(diào)查航次中發(fā)現(xiàn)與天然氣水合物有關(guān)的異常標志,如在2005年度的公共航次中分別在瓊東南盆地和東沙群島西南部地區(qū)發(fā)現(xiàn)冷泉碳酸鹽結(jié)核等標志,鄧輝等則通過對1989年采集的地震數(shù)據(jù)進行處理,解釋出南沙海區(qū)也存在BSR,顯示出這些地區(qū)也可能存在天然氣水合物。另外,國家973項目“中國邊緣海形成演化及重大資源的關(guān)鍵問題”于2001年委托廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局“探寶號”調(diào)查船對南海東北部至菲律賓海盆進行了“973測線”的地震數(shù)據(jù)采集,通過數(shù)據(jù)處理也在臺灣西南地區(qū)發(fā)現(xiàn)有BSR。在國際合作方面,1999年2—4月,大洋鉆探計劃(ODP)的“JOIDESResolution”號首航南海,開展“東亞季風演變歷史在南海的記錄及其全球氣候意義”的第184航次調(diào)查,共在南海完成了6個站位17個鉆孔的鉆探任務(wù)?？紤]到該航次的部分站位恰好位于天然氣水合物成礦遠景區(qū)內(nèi),我們建議ODP組織及其該航次的首席科學(xué)家在184航次搭載天然氣水合物研究,結(jié)果在南海北部陸坡的1146站位深部發(fā)現(xiàn)孔隙水氯度降低、高甲烷含量和富18O的自生菱鐵礦結(jié)核等異常標志,顯示可能存在天然氣水合物,宋海斌等則通過地球物理數(shù)據(jù)的分析處理,認為1144站位附近也存在BSR。2004年6—7月,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局與德國基爾大學(xué)Leibniz海洋科學(xué)研究所(GEOMAR)組織了“南海北部陸坡甲烷和天然氣水合物分布、形成及其對環(huán)境的影響研究”合作項目,中德兩國10個單位26名科學(xué)家開展了為期42天的SO-177航次的聯(lián)合調(diào)查,在東沙群島附近海域發(fā)現(xiàn)了世界上最大的冷泉碳酸鹽巖———九龍甲烷礁(總面積近430km2),并發(fā)現(xiàn)了大量與天然氣水合物有關(guān)的地質(zhì)、地球化學(xué)和生物學(xué)證據(jù),如極淺的硫酸鹽/甲烷界面(SMI)、化能生物群等,顯示下部應(yīng)有天然氣水合物存在。在廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局對西沙海槽開展試驗性調(diào)查以前,Hinz等(1989)利用聯(lián)邦德國地球科學(xué)與自然資源研究所(BGR)于1986年7—8月在巴拉望─沙巴外海采集的多道地震資料進行處理分析,在南沙海槽發(fā)現(xiàn)有BSR,臺灣同行也在臺灣西南斜坡發(fā)現(xiàn)有BSR。南海是中國天然氣水合物成礦條件和找礦前景最好的地區(qū),也是調(diào)查研究程度最高的地區(qū),且已取得找礦工作的重大突破。目前的各種調(diào)查研究結(jié)果顯示,南海北部陸坡區(qū)和南部陸坡區(qū)最有可能找到天然氣水合物,西部陸坡區(qū)如中建南盆地、萬安北盆地也有可能找到天然氣水合物(圖2)。2.2充填海槽bsr分布東海是西太平洋溝-弧-盆體系中的一個弧后盆地,主要包括東海陸架、沖繩海槽等單元,總面積約77×104km2,其中東海陸架約53×104km2,沖繩海槽約22×104km2。從水深、海底溫度、熱流值、沉積厚度、沉積速率、有機碳含量等區(qū)域地質(zhì)條件來看,沖繩海槽特別是其西南斜坡具有良好的天然氣水合物形成條件。東海海域迄今尚未開展過針對天然氣水合物的專門調(diào)查,但楊文達等、孟憲偉等和方銀霞等在2000年就利用原來的地球物理資料進行分析和處理,在沖繩海槽發(fā)現(xiàn)與天然氣水合物有關(guān)的BSR標志。最近,唐勇等收集了沖繩海槽附近共45條測線的多道地震數(shù)據(jù),經(jīng)過AVO、波形反演等特殊處理技術(shù),在沖繩海槽北部、中部和南部的16條地震剖面上發(fā)現(xiàn)了BSR,其中沖繩海槽中部和南部的BSR分布面積較廣且比較典型。此外,Sakai等于1990年報道了在沖繩海槽發(fā)現(xiàn)CO2型水合物。由此可見,沖繩海槽特別是其中南部也可能存在天然氣水合物(圖2)。2.3青海湖凍土區(qū)天然氣水合物形成條件的確定中國多年凍土面積達215×104km2,占國土總面積的22.4%,是僅次于俄羅斯、加拿大的世界第三凍土大國。凍土區(qū)主要分布于青藏高原、大興安嶺及其他高山地區(qū)(圖3)。根據(jù)原有地質(zhì)和凍土資料,中國科學(xué)院蘭州冰川凍土研究所等單位的有關(guān)人員對青藏高原天然氣水合物的形成條件進行了初步研究和預(yù)測,并建議有關(guān)部門對青藏高原凍土區(qū)開展相應(yīng)的調(diào)查研究。中國地質(zhì)調(diào)查局于2002年開始先后設(shè)立了4個調(diào)查研究項目,即“青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物地球化學(xué)勘查預(yù)研究”、“青藏鐵路沿線天然氣水合物遙感識別標志研究”、“我國陸域永久凍土帶天然氣水合物資源遠景調(diào)查”和“陸地永久凍土天然氣水合物鉆探技術(shù)研究”,國家自然科學(xué)基金委員會也于2005年設(shè)立了“青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物的形成條件探討”的面上科研項目。為完成上述任務(wù),中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所等單位對中國凍土區(qū)特別是青藏高原凍土區(qū)開展了地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)和遙感等方面的探索性調(diào)查和評價工作,初步調(diào)查研究結(jié)果顯示,青藏高原特別是羌塘盆地具備良好的天然氣水合物成礦條件和找礦前景,其次是祁連山木里地區(qū)、東北漠河盆地和青藏高原的風火山地區(qū)等(圖3),并在祁連山木里地區(qū)的凍土層內(nèi)發(fā)現(xiàn)有連續(xù)逸出的可燃氣體(甲烷),有可能在其穩(wěn)定帶內(nèi)(171~574m)形成天然氣水合物。2.4太平洋和南海域天然氣水合物成礦地質(zhì)背景與地質(zhì)遠景區(qū)選定研究迄今所發(fā)現(xiàn)的海底天然氣水合物絕大多數(shù)均位于大陸邊緣,也即各沿岸國家的領(lǐng)?；?qū)俳?jīng)濟區(qū)內(nèi),而浩瀚的國際海底究竟有無天然氣水合物目前尚不清楚,國際上也很少開展此類研究。為了盡快查明國際海底天然氣水合物的成礦條件和找礦前景,在新一輪的“跑海圈地”運動中占據(jù)有利位置,中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會于2001年設(shè)立了“太平洋國際海底天然氣水合物成礦地質(zhì)背景與找礦遠景區(qū)預(yù)選研究”的探索性研究課題,由中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所等單位承擔。課題組先后查閱了太平洋和南極近海地區(qū)大量地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)和地熱資料,特別是DSDP和ODP各航次的調(diào)查報告,復(fù)查了中國在CC區(qū)調(diào)查時所獲得的地震剖面,并開展了部分樣品的分析測試。在這些資料的基礎(chǔ)上,課題組對太平洋和南極近海地區(qū)天然氣水合物的成礦地質(zhì)背景、異常標志進行了綜合分析,認為南極近海地區(qū)有可能是國際海底找礦前景最好的地區(qū),太平洋國際海底的局部地區(qū)也有較好的找礦前景,并圈出南極近海的威爾克斯陸緣區(qū)、中太平洋海山區(qū)內(nèi)的沉積盆地和西太平洋Pigafetta盆地等供大洋協(xié)會下一步開展調(diào)查時的決策參考。但迄今為止,中國還沒有開展國際海底天然氣水合物的調(diào)查工作。3中國天然氣水合物研究3.1國土資源開發(fā)由司法行政部門參與的海洋勘探開發(fā)自1995年中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會設(shè)立“西太平洋氣體水合物找礦前景與方法的調(diào)研”課題以來,中國各相關(guān)部門開始大力重視天然氣水合物的調(diào)查研究,并逐漸加大資助力量,到目前已形成科學(xué)技術(shù)部、國土資源部、自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院為龍頭,其他部門為輔助的項目體系。總體上說,科學(xué)技術(shù)部設(shè)立的項目偏重于技術(shù)研發(fā)類,國土資源部偏重于資源調(diào)查類,自然科學(xué)基金委員會和中國科學(xué)院則偏重于基礎(chǔ)研究類?？茖W(xué)技術(shù)部的項目以國家863計劃為主,“九五”期間863計劃海洋探查與資源開發(fā)技術(shù)主題(820主題)就設(shè)立了前述的“海底氣體水合物資源勘查的關(guān)鍵技術(shù)”前沿探索性課題。“十五”期間863計劃加大了資助力度,為了解決“我國海域天然氣水合物資源調(diào)查與評價”專項中的諸多關(guān)鍵技術(shù)難題,于2001年設(shè)立了包括地震識別技術(shù)、地球化學(xué)探測技術(shù)、資源評估技術(shù)和保真(保壓、保溫)取樣技術(shù)在內(nèi)的“天然氣水合物探測技術(shù)”課題,由廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局等單位承擔。“十五”后期863計劃又分別設(shè)立了“天然氣水合物深水淺孔保溫保壓取心鉆具的研制”(由國家海洋局第一海洋研究所承擔)和“南海北部海域天然氣水合物首鉆目標優(yōu)選關(guān)鍵技術(shù)研究”課題(由廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局承擔)及其3項青年基金。最近863計劃已將“天然氣水合物勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”列為“十一五”的重大項目,分別就地震、電磁、熱流、流體地球化學(xué)、原位地球化學(xué)、保真取樣器、鉆探取心、實驗?zāi)M和開采等方面的關(guān)鍵技術(shù)進行研發(fā)。另外,科學(xué)技術(shù)部在國際科技合作等計劃中也有少量與天然氣水合物相關(guān)的項目。國土資源部的科研項目以資源類為主,目前最重要的當屬《我國海域天然氣水合物資源調(diào)查與評價》專項中的3個配套科研項目,每年都投入不少資金開展技術(shù)方法、環(huán)境效應(yīng)和資源戰(zhàn)略評價等方面的研究,由廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局、青島海洋地質(zhì)研究所、國家海洋局、中國地質(zhì)科學(xué)院、中國科學(xué)院、中國地質(zhì)大學(xué)、南京大學(xué)等單位承擔。中國地質(zhì)調(diào)查局在“國土資源大調(diào)查”項目中對天然氣水合物也給予了大力支持,先后設(shè)立了多個項目對中國海域和凍土區(qū)開展天然氣水合物的調(diào)查研究。國家海洋局也設(shè)立有類似的資源和環(huán)境類科研項目。此外,國土資源部還在其他項目中對天然氣水合物予以支持,如在百人計劃中就設(shè)立有“天然氣水合物中烴類氣體地球化學(xué)異常標志及其成生機制研究”等項目。最近公布的《國土資源部中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020)》中將“海域天然氣水合物評價與勘查開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”列為國土資源部十個重大科技專項計劃之一,天然氣水合物的調(diào)查研究將會得到進一步的重視和加強。國家自然科學(xué)基金委員會自1998年開始設(shè)立“氣體水合物生成過程機理及其分形理論的研究”(中國科學(xué)院廣州能源研究所舒碧芬承擔)以來,至2006年共設(shè)立了與天然氣水合物有關(guān)的項目43個,其中1998年1項,1999年1項,2000年4項,2001年6項,2002年4項,2003年8項,2004年1項,2005年10項,2006年8項,除2004年外基本上呈逐年增加的趨勢。內(nèi)容涉及到水合物的物性、資源、抑制、儲運、開采、環(huán)境等方面的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。中國科學(xué)院也大力重視天然氣水合物的研究工作,于2004年組織了跨研究所、跨學(xué)科的優(yōu)勢研究力量組建了“中國科學(xué)院廣州天然氣水合物研究中心”,并先后設(shè)立了“天然氣水合物勘探開采模擬研究”、“天然氣水合物開采中若干關(guān)鍵問題的研究”、“大陸坡天然氣水合物形成的地質(zhì)條件與成藏機理研究”、“海底天然氣滲漏系統(tǒng)水合物成藏機制及識別方法”等知識創(chuàng)新重要方向項目4個、百人項目3個以及其他項目多個。研究內(nèi)容涉及到天然氣水合物合成、物性測試、開采模擬、成藏機理、資源評價等領(lǐng)域。除上述四大部委外,三大油公司、教育部、中國工程院以及前述的中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會等也先后設(shè)立過與天然氣水合物有關(guān)的科研項目。3.2天然氣水合物的合成筆者用文獻計量學(xué)(Bibliometric)方法對CNKI(NationalKnowledgeInfrastructure,國家知識基礎(chǔ)設(shè)施)文獻數(shù)據(jù)庫進行了檢索和統(tǒng)計分析,以便了解中國天然氣水合物的歷史演變及其發(fā)展趨勢。CNKI數(shù)據(jù)庫是由清華大學(xué)、清華同方發(fā)起并創(chuàng)建的世界上最大的中國期刊數(shù)據(jù)庫,共收錄中國7486種期刊自1994年(部分刊物回溯至1979年甚至回溯至創(chuàng)刊號)至今的各種文獻。筆者于2007年6月用“天然氣水合物+氣體水合物+甲烷水合物+氣水合物”的檢索式對題名進行檢索,共在CNKI數(shù)據(jù)庫中檢索出876篇文獻,首篇文獻出現(xiàn)于1982年的《化工學(xué)報》,是西南石油學(xué)院賀承祖的“氣體水合物生成溫度的下降與阻止劑水溶液冰點的下降之關(guān)系”。第二篇文獻為1990年《地球科學(xué)進展》上的“固體天然氣水合物的成功合成”,以消息報道的形式報道了中國科學(xué)院蘭州冰川凍土研究所凍土工程國家重點實驗室與莫斯科大學(xué)列別琴科博士合作成功合成了固體水合物。然后從1994年開始每年都有水合物文獻發(fā)表,并呈逐年增加的趨勢(圖4)。通過對這876篇文獻的詳細分析發(fā)現(xiàn),絕大部分都是根據(jù)國外文獻編譯的綜述性文章,特別是2001年以前更是這樣,涉及到中國海域或者凍土區(qū)的文獻很少。根據(jù)筆者的不完全統(tǒng)計,姚伯初于1998年發(fā)表的“南海北部陸緣天然氣水合物初探”一文可能是針對中國海域存在天然氣水合物的最早文獻,而徐學(xué)祖等于1999年發(fā)表的“青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物的研究前景和建議”則是中國凍土區(qū)的首篇文獻。自2001年以后涉及中國海域和凍土區(qū)水合物的文獻逐漸多了起來,特別是最近幾年根據(jù)實際調(diào)查成果撰寫的論文日漸增加,說明中國天然氣水合物的研究也在不斷深入和提高。2005年,鄭軍衛(wèi)等也用文獻計量學(xué)方法對國際上的科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(SCI)、INSPEC數(shù)據(jù)庫(ISI會議錄)和DII數(shù)據(jù)庫(德溫特專利索引)進行了檢索和統(tǒng)計分析,1995—2005年10月間共有天然氣水合物方面的SCI論文1968篇、會議論文468篇和專利580件,且呈逐年上升趨勢。在這10年間,中國學(xué)者發(fā)表的SCI論文83篇,占全球的4.22%,居世界第8位,INSPEC會議論文15篇,占全球的2.35%,居世界第9位,DⅡ?qū)＠?3件,占全球的2.24%,居世界第6位。盡管在各項排名中中國均進入到前10名,但無論是論文數(shù)量、引用率,還是專利數(shù)量均與美國、日本等強國都有較大差距。從年際變化上來說,2001年以前只有寥寥數(shù)篇,但2001年以后增長較快(圖4),這與近幾年中國比較重視天然氣水合物研究的事實一致。中國學(xué)者在SCI刊物上最早發(fā)表水合物論文的可能是中國石油大學(xué)的DuY-H和郭天民先生,他們于1990年就在化學(xué)工程科學(xué)(ChemicalEngineeringScience)雜志上發(fā)表了“甲醇體系中水合物形成條件預(yù)測”一文。3.3天然氣水合物的勘探開發(fā)2004年,郭天民等曾對中國天然氣水合物領(lǐng)域的研究成果進行了初步總結(jié),這里筆者將按資源調(diào)查、基礎(chǔ)理論和技術(shù)裝備等3方面進行簡單的總結(jié)。在資源調(diào)查方面,通過近8年的工作我們已在南海北部陸坡的4個海區(qū)、南沙海槽和東海沖繩海槽等地發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的地球物理證據(jù)和地質(zhì)地球化學(xué)異常標志,初步證實這些海區(qū)應(yīng)有天然氣水合物存在,特別是最近在南海北部神狐地區(qū)成功鉆獲了水合物的實物樣品,顯示出良好的找礦前景,并對陸上凍土區(qū)開展了探索性調(diào)查,顯示羌塘盆地等地區(qū)有可能存在天然氣水合物。同時,筆者也對中國海域和陸上凍土區(qū)天然氣水合物的資源潛力進行了初步評價,結(jié)果顯示中國天然氣水合物的資源量接近于中國常規(guī)石油的資源量,具有良好的資源遠景。在基礎(chǔ)理論方面,中國的研究主要集中在水合物的相平衡(熱力學(xué))、形成與分解動力學(xué)、制冷劑熱傳遞等方面。在相平衡方面,中國學(xué)者陳光進等基于水合物生成可分為二階段的理論提出了一個水合物生成條件預(yù)測模型,對國際上廣泛使用的vanderWaals-Platteeuw模型進行了修正和擴展,被國際上命名為Chen-Guo模型,這一模型目前已成功應(yīng)用于含醇含鹽抑制劑體系、含氫氣體系水合物的生成條件以及氣-液-液-水合物多相平衡體系閃蒸的計算。最近廣州能源所首次報道了甲烷水合物的玻璃體導(dǎo)熱特性,證實了國際上對這一特性的猜想,為評估天然氣水合物資源與環(huán)境間的相互影響提供了重要數(shù)據(jù)。在技術(shù)裝備方面,通過國家863計劃“天然氣水合物探測技術(shù)”課題的研究,在天然氣水合物地震采集技術(shù)、地震識別處理技術(shù)、船載地球化學(xué)探測系統(tǒng)和保真取心鉆具等方面取得了顯著進展,初步形成了適合中國海域特點的天然氣水合物探測技術(shù)系列,共獲得國家發(fā)明專利7項、國家實用新型專利7項、國家計算機軟件著作權(quán)登記證書8項。中國科學(xué)院重要創(chuàng)新方向性項目“天然氣水合物勘探開采模擬研究”則研制了具有國際先進水平的天然氣水合物合成、物性測試和開采模擬等裝置,共申請8項國家發(fā)明專利。此外,中國也在水合物開采技術(shù)、儲運技術(shù)、“暖冰”(水合物)儲能技術(shù)和氣體分離技術(shù)等領(lǐng)域開展了一系列探索性研究。4天然氣水合物勘探開發(fā)中存在的問題如前所述,中國正處于資源調(diào)查階段的早期,盡管十余年的調(diào)查研究取得了一系列進展,但由于起步晚、基礎(chǔ)差,目前存在的問題仍然較多,主要有:天然氣水合物的勘探開發(fā)是一項大型的、高難度的綜合工程,涉及到海洋工程、勘探、開發(fā),乃至材料、通訊、信息等眾多技術(shù)領(lǐng)域,需依靠各領(lǐng)域的專家共同努力,開發(fā)出一系列高新技術(shù)裝備。只有在技術(shù)裝備上縮短與國外先進水平的差距,才有可能使中國天然氣水合物的找礦和開發(fā)取得突破性進展,并加速其勘探開發(fā)進程。5海底水合物的開發(fā)爭議較大,未開展調(diào)查研究國際上目前天然氣水合物調(diào)查研究的熱點正有從資源調(diào)查逐漸向開發(fā)利用轉(zhuǎn)移的發(fā)展趨勢,不少發(fā)達國家都大力重視天然氣水合物的開發(fā)利用研究,如美國要求在2015年前后實現(xiàn)商業(yè)性開采,日本和印度則要求在2010年前后實現(xiàn)商業(yè)性開采。不少學(xué)者也對天然氣水合物的開發(fā)利用前景進行了科學(xué)預(yù)測,如Grauls認為2015年后有可能實現(xiàn)凍土區(qū)水合物的商業(yè)性開發(fā),2030年后實現(xiàn)海底水合物的商業(yè)性開發(fā),而Bil則認為這一時間段分別在2015年和2060年。由此可見,大家對2015年前后有可能實現(xiàn)凍土區(qū)水合物的商業(yè)性開采看法比較一致,但何時能實現(xiàn)海底水合