我国天然气水合物开发前景一片光明——访中国科学院院士戴金星先生

■ 本刊特约记者 王大锐

可燃冰（天然气水合物）是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质，燃烧后仅会生成少量的二氧化碳和水，污染比煤、石油小很多，但能量高出十倍，被国际公认为煤、石油、天然气的接替能源。2017年11月16日，国土资源部宣布将可燃冰列为新矿种，成为我国第173个矿种。为了使更多的读者认识这种新矿种和新能源，我专门采访了我国著名天然气地球化学专家、中国科学院院士戴金星先生。

问：戴院士，请给我们简单介绍一下天然气水合物和此类矿产研究的进展

答：化学家在实验室发现天然气水合物差不多有200年了，在前期相当长时间没有认识其在能源上的重大意义。俄罗斯科学家在60年代首先发现岩石圈存在天然气水合物。1968年在西西伯利亚盆地北部，发现了世界上第一个天然气水合物气田Messoyakha气田。70年代早期一些科学家推测水合物存在于永久冻土和海洋沉积物中。在80年代早期，科学家在深海钻探取心中发现陆缘海外围的沉积物中含有天然气水合物；在美国阿拉斯加北坡冻土区发现Tarm和Eileen水合物气藏，加拿大马更些河三角洲冻土区发现Mallik水合物聚集。全球天然气水合物聚集体中的天然气资源量巨大，一般被引用很广全球天然气水合物资源量为Kvenvolden提出的2×1016立方米。在世界能源消费日益增长、污染加重的情况下，一些国家开始尝试在阿拉斯加北部、马更些三角洲、日本南海海槽海域开展天然气水合物试采。

中国天然气水合物的研究和调查起步较晚。20世纪80-90年代地质矿产部、中国科学院、教育部有关单位翻译和搜集国外水合物调查和研究成果，为我国海域水合物调查做准备。广州海洋地质调查局于1999-2001年率先在南海北部西沙海槽区开展高分辨率多道地震调查。2002年正式启动了“我国海域天然气水合物资源调查与评价”国家专项。尔后，我国不仅在南海北部陆坡，还在冻土区开展水合物研究和调查，2008年在祁连山冻土带天然气水合物钻探获得重要进展。在天然气水合物试采上，后来居上，在神狐海域2017年5月10日至7月9日，60天试采产气超过30.0×104立方米天然气，创造了天然气水合物产气时间长和总量大的世界纪录，比日本在Nankai海槽2017年6月5日至6月28日共24日试采产气约20×104立方米胜出一筹。

问：天然气水合物形成条件和分布情况是怎样的？

答：天然气水合物形成要具备四个条件：一是低温，最佳温度是0～10℃；二是高压，应大于1.01×107帕。若0℃时需要30个大气压，相当于300米静水压力；三是充足气源。等深流作用强的海区，一般是水合物的有利富集区，因等深流具有充足气源，例如布莱克海台水合物可能与等深流作用有关；四是水是天然气水合物气体赋存笼形结构物质主体，气体和水共同体才构成天然气水合物，故水是天然气水合物形成的重要物质之一。

虽然天然气水合物资源量巨大而丰富，但受形成四个因素控制，其分布是不均的。全球已发现天然气水合物资源量98%在海洋陆坡，仅有2%分布大陆极地、冻土带、内陆海和湖泊。我国在南海北部西沙海槽盆地、琼东南盆地、珠江口盆地和台西南盆地的深水区域均发现了天然气水合物存在的地质、地球物理及地球化学证据，还在东海、台湾东部海域、南沙海槽和南沙海域也有天然气水合物。在祁连山冻土带青海省木里地区在2008年以来，多井钻获多处天然气水合物。羌塘盆地和东北漠河地区多年冻土区，天然气水合物勘探也有良好显示。

祁连山多年冻土面积达10×104平方公里，年平均气温低于零下2摄氏度，冻土层厚度为50～139米，具有良好的天然气水合物形成条件和勘探前景。2000年至今，在南祁连盆地木里坳陷，即在祁连山南缘青海省天峻县木里镇木里煤田聚乎更矿区，中国地质调查局先后实施天然气水合物科学钻探井共10多口，其中发现天然气水合物探井11口。天然气水合物主要储集于中侏罗统江仓组粉砂岩和泥岩中，其次产在砂岩孔隙中，其产状不稳定，产出与断裂关系较密切，埋深133.0～396.0米。

戴院士（前排中）及学生参加第二届天然气地球科学论坛。

广州海洋地质调查局分别于2007年、2013年、2015年及2016年4次在南海北部陆坡海域实施天然气水合物钻探，成功钻获天然气水合物，证实了此地区蕴藏着丰富的天然气水合物资源。钻探和调查研究证明，南海北部陆缘从西部-中部-东部具有不同地质构造特点，天然气水合物成藏条件的差异性明显，对其成藏过程、成藏模式及空间分布产生深刻影响。目前，仅在珠江口盆地和台西南盆地有天然气水合物气的地球化学报导。

神狐海域目前是天然气水合物钻探获样品最多和气的地球化学研究成果最多地区。2007年在神狐海域首次实施天然气水合物钻探，在三个井获得天然气水合物样品。除神狐海域外，在珠江口盆地东部也有几口井获得天然气水合物。

问：构成这些水合物的气来自何方？

答：气源对比和鉴定是天然气成藏聚集、运移和资源评估的重要支撑性研究。与常规天然气，甚至包括非常规气中致密气相比，天然气水合物资源98%分布在海洋并大部分为干气的生物成因气，往往缺失重烃气和轻烃等科学信息，致使气源对比和鉴定难度增大，只能依靠水合物气组分中低碳分子气组分及其碳氢同位素有关的参数进行气源研究。近30多年来，中国学者在气源鉴别和对比上，从天然气碳氢同位素、组分、轻烃和生物标志化合物四方面对生物成因气、煤成气和油型气气源对比鉴别而提出可信度高的系列鉴别指标、图版和公式，使中国气源对比研究处于世界前列，出现许多高水平成果。

由于天然气水合物气大部分为贫重烃气的干气，所以缺乏轻烃和生物标志化合物两个方面鉴别指标的科学信息，而碳氢同位素和组分两个方面鉴别指标的科学信息可以利用。经过一些学者的精心对比，可以认为，我国祁连山发现的天然气水合物的气主要为原油伴生气，并有少量煤成气和生物气。祁连山冻土带天然气水合物中天然气为油型伴生气，属油型气。

南海北部陆坡珠江口盆地白云凹陷神狐海域天然气水合物气的地球化学研究较多，关于本区天然气水合物气的成因类型，基本有两种观点：一是天然气水合物的烃类气主要是生物成因的甲烷，与热成因甲烷关系不大；二是神狐海域天然气水合物的烃类气主要来源于微生物气，同时混合少量热解气。两种观点共同点都认为水合物的甲烷主要是CO2还原型生物成因气。

南海陆坡天然气水合物气主要是CO2还原型生物成因气同时也有少量热成因气。以往众多研究者都肯定热解成因天然气水合物气，但未深入研究其应包括油型气和煤成气。

综合了国内外20个地区（盆地）相关天然气水合物气地球化学资料，我们认为，目前发现的世界天然气水合物气热解气中既有油型气也有煤成气，以油型气为主，而在中国祁连山和加拿大温哥华岛附近发现了少量煤成气型的天然气水合物。

天然气水合物是高效清洁的新型战略能源，国际社会高度关注其未来的开发利用前景。近年来，天然气水合物资源勘查与试采工作取得了重要进展，天然气水合物资源开发利用的前景光明。目前的天然气水合物试采成功只是万里长征迈出的关键一步，实现产业化仍然面临着提高产量、降低成本、保护环境等诸多挑战。