香山科学会议天然气水合物研究的现状及我国的对策

160：天然气水合物研究的现状及我国的对策香山科学会议第160次学术讨论会综述天然气水合物（GasHydrates）物是一种由气体和水形成的冰状白色固态晶体，常在一种特定的高压低温条件下形成并稳定存在，广泛发育在浅海底层沉积物和深海大陆斜坡沉积地层以及极地地区的永久冻土层中。现有研究表明,天然气水合物是一种未来的优质、洁净能源，其蕴藏量约是现有地球化石燃料（石油、天然气和煤）总碳量的2倍；它作为温室气体甲烷的最大载体，又可能是影响全球气候变化和引发海底地质灾害的重要因素。2001年2月27日～3月1日在北京香山召开了主题为“天然气水合物研究现状及我国的对策”的香山科学会议第160次学术讨论会。会议执行主席是金翔龙院士和戴金星院士。来自国家海洋局、中国科学院、中国石油天然气总公司、中国海洋石油总公司、中国石化股份有限公司、国土资源部及全国高校的22个单位的35位专家学者，围绕天然气水合物形成机制的前沿科学问题、天然气水合物的相关技术、我国天然气水合物的资源前景及应采取的对策、天然气水合物的环境效应4个中心议题进行了广泛、深入的交流和讨论。金翔龙院士首先作了题为“天然气水合物的研究现状和未来展望”的综述报告，从天然气水合物的组成、结构以及研究现状和发展前景等方面进行了全面的回顾和展望。戴金星院士作了题为“天然气水合物的能源潜力及其战略意义”的综述报告。他侧重从科技攻关对天然气工业的重大推动作用角度，强调指出国家组织天然气水合物研究的必要性。围绕会议的四个中心议题，欧阳自远院士、周蒂研究员、王先彬研究员、汪品先院士分别做了题为“天然气水合物形成机制的前沿科学问题”、“海洋中天然气水合物资源研究的地质和地球化学技术”、“我国天然气水合物资源前景及应采取的策略”和“天然气水合物的环境效应”的评述报告。与会专家学者从不同的角度和层面以专题发言或即席讨论的方式进行了深入的学术交流，了解了国内外天然气水合物研究与普查勘探工作现状合进展，会议中所议论的问题和发表的看法、见解，体现了我国科技界对天然气水合物研究十分关注的热点，对我国科技面临的挑战和使命达成了重要共识，天然气水合物是在高压低温状态下由水和气体组成的结晶冰态物，其结构特点为结晶水晶格的笼形结构寄住了气体分子。通常占据空间的气体主要是甲烷，此外还有一些C2-C4烃类气体及CO2、H2S、N2等气体，故天然气水合物也称几位水合物。天然气水合物的晶体结构主要有三种：Ⅰ型（立方体心结构）、Ⅱ型（菱形立方结构）和H型（六方晶系），三种结构共有五种类型的气体占据空间。地球化学研究表明，天然气水合物中天然气成因有三种：细菌-微生物成因（Ⅰ型）和深部热解成因（Ⅱ型），其中以细菌-微生物成因天然气为主；两者的混合成因称为H型。这3种成因类型可根据天然气水合物的烃类组分比值(如C1/C2)及碳同位素成分进行判断。一般认为，漏失油气盆地（LeakingBasin）、板块汇聚边缘流体释放区、陆坡区和底劈发育区等是有利于天然气水合物富集的地区。1971年前后，在大规模实施海洋地球物理探测过程中，R.Stoll、M.E.wing、G.Bryan等许多学者都注意到，在海洋的不同地区均存在一种异常的地震反射层，被称为似海底反射层（bottomsimulatingreflectors,简称为BSR）。BSR迅速被视为天然气水合物的地震地层学证据，并结合钻探、地球化学探测和模拟实验等技术，初步形成一套天然气水合物综合勘查技术和方法。利用地震反射资料可确定海底BSR层，进而识别气体水合物形成、分布的地质条件，区分矿层顶底面埋深，确定矿层产状和厚度，查明气体水合物饱和度，识别矿层下面的游离器气等。针对天然气水合物的特点，一系列开采方法近年来也取得很大发展，包括减压法、热激发法和化学试剂法等，通过增温、减压或添加催化剂等使天然气水合物分解成气体，进行采取。1015～1目前发现并证实在全球海洋和陆地分布有大量的天然气水合物。初步估测出的全球天然气水合物的蕴藏资源量：甲烷气11015m3，2.1亿亿方），甲烷碳约为100001017m3（平均21Gt（10万亿吨）。一些国家逐渐认清了本国自己的气体水合物资源家底，加速了勘探开发步伐。例如，美国于1999年6月制定了“美国甲烷水合物多年研究发展项目计划”，旨在为美国2015年进行天然气水合物商业性生产提供必需的科学知识与成果。日本和印度出于资源短缺的严峻压力和对新能源的巨大期望，于1995年分别提出“气体水合物研究发展5年计划”和“国家勘探开发（1995～1999）计划”。德国于2000年3月正式推出未来15年大型地学研究计划，“气体水合物:能源载体和气候因素”研究项目被列入该计划。气体水合物仅仅在一种低温和（或者）较高压力状态下才是稳定的,同自然环境条件处于十分敏感的平衡之中。当赋存条件因种种原因（诸如气候变化、构造活动、地震、火山甚至人为开采等）发生变化时往往能够导致气体水合物的失稳和释放，有可能造成海洋地质灾害或影响全球气候变化，引发强烈的环境效应。大约5500万年前古新世末期在世界范围形成一次温度异常（LPTM＝LatePaleoceneThermalMaximum,晚古新世温度峰值），是研究人员发现的气体水合物释放甲烷影响全球气候变化的十分古老的迹象。科学家猜测，8000年前位于挪威大陆边缘总量大约5600立方千米的沉积物从大陆坡上缘向挪威海盆滑动800千米引起毁灭性后果的极为著名的Storrega海底块体滑塌事件大概是由于气体水合物释放而形成的世界著名的最大滑体之一。我国在80年代末即开始关注天然气水合物的研究，科技人员做了大量文献资料调研工作，如中科院资源环境信息中心编辑出版的天然气水合物研究的进展（1992）和天然气水合物研究专集（1994）对传播和交流国外研究动态发挥了较大作用。近年来，国家海洋局二所、广洲海洋地质调查局、中科院兰州地质所、广州地化所、寒区旱区所等单位开展了如采集技术、物理模拟和数值模拟技术、地震识别技术、相关的地质、地球化学和模拟实验，以及资源量估算技术等研究。国家海洋局二所、广洲海洋地质调查局对我国一些海域天然气水合物的资源量进行了初步预测，初步结果表明我国东海冲绳海槽地区和南海西沙海槽地区具备天然气水合物形成与分布的有利条件，两个地区天然气水合物的估算资源量令人极为鼓舞！此外，石油大学、大庆石油开发研究院等单位在天然气水合物的实验室模拟技术和管道中天然气水合物的探测和清除技术研究方面已取得重要成果。中科院广州能源所在气体水合物作为热交换(蓄冷、蓄热)材料、与全球环境保护相关的技术以及基于水合物性能特点的其它新技术方面，正在进行积极探索。执行主席金翔龙院士和戴金星院士最后对本次会议作了学术小结。他们概括了交流讨论中与会专家学者在许多方面取得的以下重要共识：1、一致认为天然气水合物的资源前景良好，是一种潜在的清洁能源，在未来能源结构中具有重要的战略位置，而且天然气水合物是全球气候变化的潜在影响因子，对海底的稳定性也是一个重要的威胁因素，所以天然气水合物的研究非常必要，也非常紧迫。但目前资源勘探及评价方法尚未突破，还面临大量亟待解决的问题。2、天然气水合物研究涉及多方面的科学问题，如天然气水合物的形成机理及时空分布、天然气水合物的分解条件及环境效应和天然气水合物的未来资源潜力及替代性等，因此开发利用天然气水合物资源是一项系统的科学研究和技术发展工程。天然气水合物作为能源载体和气候因子两个方向应当成为研究的切入点。3、现有研究表明：我国东海陆坡、南海北部陆坡、台湾东北和东南海域、冲绳海槽、东沙和南沙海槽等地域均有天然气水合物产出的良好地质条件；我国几十年来油气勘探开发积累的经验和大量资料可供借鉴和利用，已有雄厚的科研力量较易转向天然气水合物研究；天然气水合物的最终利用形式为天然气（主要是甲烷），其利用技术和贮运等下游工程目前均已具备。4、气体水合物作为未来接替能源在我国社会经济发展、生态环境协调、能源结构优化和国家安全等层面将产生正面的重大战略影响，气体水合物研究与开发无疑是一个极具前瞻性和战略性的重大课题，应尽快进入决策部门的视野，纳入国家的发展战略格局。5、尽快查明中国天然气水合物的分布和资源潜力，了解我国自身家底；开展相关的基础性研究发展相关的技术方法，做好理论和技术知识储备；着手研究天然气水合物影响全球气候和造成海底灾害的环境效应等重要工作，对于制定国家未来能源战略具有重要意义。6、尽快确立天然气水合物计划总框架的国家目标和科学目标十分重要。国家天然气水合物研究与开发计划总框架的国家目标应为：维护国家海洋权益、促进国民经济增长、确保国家能源安全、保障人类生存环境。国家天然气水合物研究与开发计划总框架的科学目标应包括：⑴建立天然气水合物基础理论体系；⑵建立中国天然气水合物资源评价体系；⑶开发天然气水合物勘查、识别技术；⑷定量评价天然气水合物在全球碳循环和全球气候变化中的作用；⑸发展商业生产天然气水合物的技术与工艺；⑹发展天然气水合物安全生产的工程技术和海底灾害预警与防治技术体系。两位执行主席希望有志于天然气水合物研究的专家学者要甘于寂寞、锲而不舍地投入天然气水合物的研究队伍中来，推动我国天然气水合物的研究。大家一致认为本次香山科学会议是一个充分交流、拓展视野、凝聚力量、蓄势待发的学术会议，必将推动我国天然气水合物研究与发展事业进入新的阶段。