揭开可燃冰的面纱

王宏斌

廣州海洋地质调查局副总工程师，国家“十二五”“863计划”主题项目天然气水合物勘探技术研发首席专家

2017年7月9日，由国土资源部中国地质调查局组织实施的南海天然气水合物试采工程全面完成预期目标，第一口井的试开采产气和现场测试研究工作取得圆满成功，并正式实施关井作业。这次可燃冰试采，是从南海神狐海域水深1266米海底以下203～277米的可燃冰矿藏开采出天然气。从5月10日试点火以来，已连续开采60天，累计产气超过30万立方米。6月12日，试采平台更是顶住了11级“苗柏”台风的正面袭击。这次可燃冰的成功试采，创造了产气时长和总量的世界纪录，使我国可燃冰试采能力超过日本，一举成为可燃冰试采的领跑者，具有重要的里程碑意义。

可燃冰，也称甲烷冰，学名叫“天然气水合物”，是由天然气与水在低温高压条件下结晶形成的白色固态物质，因为形似冰雪，可以像固体酒精一样直接点燃，故被形象通俗地称作“可燃冰”。实际上，可燃冰虽然很像固体酒精，但其富含的能量却是相同体积固体酒精的很多倍，1立方米可燃冰可以释放出160～180立方米天然气。可燃冰被认为是21世纪理想的替代能源。

可燃冰是20世纪能源领域的重大发现，不过人类与可燃冰“家族”的接触最早可追溯到19世纪早期：1810年，英国科学家Davy首次合成了氯气水合物。20世纪三四十年代，苏联寒冷地区的输气管道常常被天然气形成的可燃冰所堵塞，如何抑制输气管道里可燃冰的形成，是令工程技术人员头痛的一个技术难题。此外，在海上搭建的石油钻井平台如何避开海底可燃冰，以免可燃冰分解影响施工安全，也是令工程技术人员伤脑筋的问题。

20世纪七八十年代以来，随着越来越多的海底和陆地冻土带可燃冰的发现，可燃冰的资源意义才引起了人们的高度重视。

全球范围内可燃冰资源量的问题，一直是科学界讨论的热点。不同的科学家采用不同的计算方法，先后给出过不同的可燃冰资源量数据。但是毫无疑问，地球上可燃冰资源量巨大，应该是全世界科学家的一个共识。1988年美国科学家科温沃登（Kvenvolden）曾经预测全球可燃冰资源量大约2.1×1016 m3，相当于 21万亿吨油当量，是全球煤、石油和天然气中有机碳量总和的两倍，这一数据已经被国际科学界广泛引用。2011年美国能源部发布可燃冰资源潜力研究报告，预测全球可燃冰资源量为20万亿吨油当量，与科温沃登预测大致相当。

我国也是可燃冰资源丰富的国家，南海大部分海域具备形成可燃冰的条件。科学家根据可燃冰发育的范围、厚度、孔隙度、饱和度等计算参数，通过计算，认为南海可燃冰的资源量约为744亿吨油当量，我国海域可燃冰资源量高达800亿吨油当量。按照我国每年消费5亿吨石油来计算，我国海洋中的可燃冰大约可供我国使用160年。

可燃冰不仅仅是一种资源，它实际上也是地球循环中的一个重要环节，在可燃冰赋存的地方，有着非常复杂非常微妙的地质、地球化学乃至生命过程。可以说，海底的可燃冰是一个丰富多彩的另类世界。

由于200米水深以下的海底缺乏光照，光合作用无法进行，长期以来深海环境被认为是生命的禁区。然而，在海底可燃冰附近，有时候会发生气体渗漏，形成海底“冷泉”。海底冷泉附近往往生存繁衍着群落结构非常独特的生态系统，从最简单靠吃无机物就能生存的化能自养细菌，到管状蠕虫、蛤类、贻贝类、多毛类动物，以及海星、海胆、海虾等稍高一级的海底生物，直至鱼、螃蟹、扁形虫、冷水珊瑚等，这些生物又最终被线虫类动物分解而回归自然环境，形成了一套完整的生态系统。可燃冰附近的生态系统一般具有生物量高而生物多样性低的特点，生物生长速度较慢，一些大型的管蠕虫年龄可达数百年，被认为是地球上最长寿的动物之一。此外，这些生物对其生存环境的变化十分敏感，可燃冰附近的生物群落往往在几米的范围内迅速变化。

2015年，我国科学家使用我国自主设计制造的“海马”号水下机器人，在南海北部进行可燃冰调查，发现了海底“冷泉”活动，冷泉附近发育了双壳类生物群、甲烷生物化学礁、碳酸盐结壳以及气体渗漏等一系列活动性“冷泉”标志，这个冷泉后来被我国科学家命名为“海马号”冷泉。后来，我国科学家在冷泉附近不到5米的海底沉积物中，通过地质取样，取到了块状的可燃冰样品。

科学考察船是人们调查海底可燃冰的主要载体。科学考察船上装备了各种先进的仪器设备。包括海底摄像、声呐、多波束、地震、电磁探测、温度压力测量等地球物理探测仪器以及各种取样设备。通过这些地球物理技术手段，特别是多波束、海底地震、电磁探测等，好像给海底做CT，可以了解海底地形地貌、可燃冰分布的位置、形状，资源规模，以及可燃冰上方发生的气体渗漏等;利用取样技术，可以获取海底可燃冰、可燃冰附近的沉积物、气体、水以及生物等样品，科学家通过对这些样品进行分析，来了解可燃冰形成的地质环境和化学成分的变化等。随着科学技术的进步，科学家调查可燃冰的技术手段也在不断地的发展和完善。目前，水下机器人、滑翔机以及载人深潜器等技术装备，也应用到了可燃冰的调查当中。

可燃冰的开发同样离不开高技术手段。2017年我国在南海北部进行的首次海上可燃冰试开采，应用了我国自主研发的钻井平台“蓝鲸1号”，创造性地提出了流体抽取法等一系列技术方案，实现了勘探开发理论、技术、工程和装备的自主创新，连续稳定产气一个月以上。