出品：科普中国

制作：中国地质图书馆（中国地质调查局科普办公室）徐梦华 刘澜 章茵

监制：中国科学院计算机网络信息中心

自今年5月18日我国实施南海天然气水合物(即可燃冰)试采工程以来，截至前日关井已持续整整60天，据悉，本次试采累计产气超过30万立方米；取得了持续产气时间最长、产气总量最大、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果，创造了产气时长和总量的世界纪录。

可燃冰首次试采与关井新闻报道（来源网络）

此次可燃冰试采成功使我国勘察和开采的核心技术得到验证，也标志着中国在这领域的综合实力达到世界顶尖水平。

可燃冰为什么“可燃”

可燃冰，学名天然气水合物，也称气体水合物，是由天然气与水分子在高压（>100 大气压或>10MPa）和低温（0～10℃）条件下合成的一种固态结晶物质。因天然气中80%～90%的成分是甲烷，故也有人叫天然气水合物为甲烷水合物。天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体外貌类似冰雪，可以像酒精块一样被点燃，故也有人叫它"可燃冰"。

可燃冰燃烧样态（来源网络）

从化学结构来看，天然气水合物是这样构成的：由水分子搭成像笼子一样的多面体格架，以甲烷为主的气体分子被包含在笼子格架中。不同的温压条件，具有不同的多面体格架。

 

天然气水合物化学结构（来源网络）

从物理性质来看，天然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度，电介常数和热传导率均低于冰。天然气水合物的声波传播速度明显高于含气沉积物和饱和水沉积物，中子孔隙度低于饱和水沉积物，这些差别是物探方法识别天然气水合物的理论基础。

可燃冰身在何处

可燃冰的形成必须具备四个条件：一是温度，生成可燃冰的温度不能太高，也不能太低，适宜温度是0—10℃之间，最高限是20℃。二是压力，形成可燃冰需要足够的压力，但也不能太大，在零度时，30个大气压以上就可。三是气源，“巧妇难为无米之炊”，丰富的天然气是可燃冰的重要组成部分。四是适量的水，这也是形成可燃冰不可或缺的成分。四个条件缺一不可。 

可燃冰在陆域和海域均有分布，而海底可燃冰的分布范围要比陆地大很多，据科学家大致估计，可燃冰分布的陆海比例为1:100，大约27%的陆地，包括极地冰川冻土带和冰雪高山冻结岩，以及90%的大洋水域是可燃冰的潜在区。陆地可燃冰分布较少是因为除了永久冻土层，其他地方很少像海底一样具备可燃冰形成的条件，而在海底300-500米的沉积物中都可能具备。

全球天然气水合物分布图（来源网络）

可燃冰发展历程

可燃冰自18世纪被发现以来，各国都对它进行了长久的研究，但是真正的开发利用仅能追溯到上个世纪，足见其研发难度之高，利用价值之大。

人类对可燃冰的研究与开发历史（来源网络）

我国海域可燃冰探寻阔步向前

1999年，广州海洋局派出“奋斗五号”船实施了首次针对水合物的高分辨多道地震调查，由此掀开了我国海域水合物调查的序幕。通过调查，在南海北部陆坡西沙海域首次发现了水合物存在的重要标志——似海底反射（BSR）。成果报送国务院后，时任国务院副总理温家宝批示“……这意味着这类新资源在我国零的突破（2000年）”。我国于2002年正式批准设立天然气水合物资源勘查专项。从此，我国正式踏上了大规模、多学科、多手段开展天然气水合物资源调查的艰辛历程。 

2002-2015年间，我国相继在南海北部陆坡的西沙、东沙、神狐和琼东南海域开展了天然气水合物资源调查及研究工作，并取得了一系列勘探成果和理论突破——

2007年4-6月，广州海洋地质调查局首次在南海北部神狐海域成功实施8个站位钻探，其中3个站位获得了天然气水合物实物样品，所获得的样品甲烷含量高达99.7%以上，点火即可燃烧。这一发现是我国首次在南海海域获取天然气水合物实物样品，证实了南海存在良好的水合物资源前景。

可燃冰燃烧情景

这是一次战略性的突破，使我国成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划在海底钻探获得天然气水合物实物样品的国家。

2013年6 -9月，广州海洋地质调查局在珠江口盆地实施了第二次天然气水合物钻探。此次钻获了大量高纯度的新类型天然气水合物实物样品，该发现首次在我国南海获取了可视的块状天然气水合物实物样品。

各类样态的天然气水合物样品（来源网络）

2015年6-9月，广州海洋地质调查局再次在神狐海域实施23口天然气水合物钻探井，这次的命中率达100%，23口井全部发现天然气水合物，这次钻探为海域天然气水合物实验性开采提供了重要参考靶区，标志着我国海域天然气水合物资源调查已达到世界先进水平。

2017年3月28日，我国再次在位于珠海市东南320公里的神狐海域试采井正式试开采，5月10日14时52分成功点火，截至7月9日14时52分，共连续稳定产气60天，累计产气量超过了30万立方米，平均日产5000立方米以上，取得天然气水合物试开采的历史性突破。

2017年试采成功

据介绍，这次试开采成功是中国首次、也是世界首次成功实现资源量占全球90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采。经过近20年不懈努力，中国终于在天然气水合物勘查开发理论、技术、工程、装备实现了历史性突破。正如BBC曾报道的：“可燃冰有望成为具有革命意义的能源，对于满足世界未来的能源需求至关重要。”作为或许是地球上最后一种的碳基燃料，如若真的能够有效利用，相信一定是我们可见未来的又一盏明灯。

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