天然气水合物及其勘查研究（2）
胡经国（yuanzi16）
四、天然气水合物资源评价
要评价某海域天然气水合物的资源量，至少需要知道两个参数：该海域天然气水合物矿的体积和富集率（或孔隙充填率）。通过多道地震的BSR及速度振幅异常结构分析技术海底取样和深海钻探技术，可以获得天然气水合物矿的分布、深度、厚度、产状，并且可计算出体积通过多道地震、测井、垂直地震速度等方法，可以估算出天然气水合物的富集率。例如
1995年，大洋钻探计划ODP164航次通过对布莱克海台一系列深海钻孔、地震和测井资料的分析，得出BSR之上天然气水合物占据沉积物孔隙的2～7%，BSR之下游离天然气占据沉积物孔隙的1%
1997年，加拿大通过多道地震、测井、垂直地震速度等技术方法，评价了其西海岸胡安德夫卡洋中脊陆坡区大洋钻探计划ODP889/890站位的富集率（向下达到孔隙的20%）。但是，由于速度对BSR之下游离天然气不敏感，因而对其富集率很难出评价。加拿大人估计该站位的游离天然气富集率不到百分之几。
目前，天然气水合物资源量的计算方法主要有两种：地震资料计算法和测井资料计算法。其中，测井资料计算法更准确。
经验证明，一般水合物下部1/3～1/4处是水合物最密集段，也是最可能提供经济甲烷回收的层段。水合物评价尤应重视水合物的这一层段。能源
天然气水合物是全球第二大碳储库，仅次于碳酸盐岩，其蕴藏的天然气资源潜力巨大。据保守估算，上天然气水合物所含天然气的总资源量约为（1.8～2.1）1016m3（1.8～2.1其热当量相当于全球已知煤、石油和天然气总热当量的2倍也就是说，水合物中碳总量（约为111018g）是地球已知化石燃料中碳总量的两倍。据专家估算在全的边缘海、深海槽区及大洋盆地深3000m以内沉积物中天然气水物中甲烷资源量为2.11016m3（2.l万万亿m3。
即使是针对某一个国家，其海域水合物资源量也是巨大的。例如，美国海域天然气水合物资源量约有5663亿立方米，其蕴藏的天然气资源量约有92万亿立方米，可以满足美国未来数百年的需要。储量之大，分布面积之广，是人类未来不可多得的能源。以上储量的估算尚不包括天然气水合物层之下的游离。埋藏浅
与常规石油和天然气比较，天然气水合物矿埋藏较浅，有利于商业开发。在深海，水合物矿赋存于海底以下0～1500米的沉积层中，而且多数赋存于自表层向下厚数百米（500～800米）的沉积层中在加拿大西北Mackenzie三角洲永冻土带，水合物矿赋存于810.1～1102.3米处，含天然气水合物地层厚111米。规模大
天然气水合物矿层一般厚数十厘米至数百米，分布面积数万数十万平方公里单个海域水合物中天然气的资源量可达数万至数百万亿立方米规模之大，是其它常规天然气气藏无法比拟的。这里可以略举几个例子
美国东部大陆边缘有一个30海里×100海里的布莱克海台，其水合物蕴藏的天然气资源量非常巨大，相当于约180亿吨油当量，按美国目前年消耗量计算，能够满足美国未来105年的需要
美国南、北卡罗莱纳州岸外还有两个海域，面积相当于罗得岛州，水合物蕴藏的天然气估计有1300万亿立方英尺，相当于美国1989年天然气消耗量的70倍还多。
加拿大Vancouver岛大陆坡的天然气水合物资源量也十分丰富，其蕴藏的天然估计约10万亿立方米按加拿大目前年消耗量计算，可满足加拿大未来200年的需要
加拿大西海岸胡安德夫卡洋中脊陆坡区也蕴藏着丰富的水合物资源，其储量是美国布莱克海台的10倍。
日本静冈县御前崎近海水合物蕴藏的天然气储量达7.4万亿立方米，可满足日本未来140年的需要。能量密度高
天然气水合物的能量密度极高。在标准状态下，水合物分解后体积与水体积之比为1641。也就是说，一个单位体积的水合物分解至少可释放160个单位体积的。这样的能量密度是常规天然气的2～5倍，是煤的10倍。洁净
天然气水合物分解释放的天然气主要是甲烷它比常规天然气含有更少的杂质，燃烧后几乎不产生环境污染物质，是未来理想的能源。
如果真要将作为资源来开发，目前还存在不少难题。因为一旦脱离地下低温、高压环境，会突然释放气体而引发气爆或燃烧；而融化出来的水又会使沉积物突然液化变成泥浆，发海底崩塌或滑坡。况且，如果一旦失控，甲烷会大量释放进入大气，这将严重助长全球变暖的趋势。因为甲烷也是活性极强的温室气体，其效应是二氧化碳的20倍。有人甚至认为近20年来的全球变暖很可能与此类甲烷的释放有密切联系。碳通量尽管目前我们还不清楚碳通量对海洋化学会产生怎样的影响，但已经知道水合物的分解是碳进入海洋的重要来源之一。水合物中碳同位素分馏程度非常高水合物引起的碳通量任何微小变化都能改变人们对海洋中碳同位素升降的看法。碳同位素是人们早期研究古海洋尤其是古气候的有效工具今后再用这种工具，就应充分考虑到水合物可能的影响。气候
甲烷是一种温室效应极强的温室气体。每分子甲烷蓄热能力是每分子CO2的27倍以重量计则甲烷的气候增温效应是CO2的10倍。在正常情况下，大气中甲烷只占温室气体的15%，其对于全球温室效应的影响排在CO2之后。但是，全球水合物中甲烷量是如此之大，占地球上甲烷总量的99%以上，大约是大气中甲烷量的3000倍一旦海水温度或压力发生变化，海底甲烷从水合物中释放，可导致全球气候迅速变暖。地史时期海平面剧烈变化、海底地壳活动都有可能引起海底水合物分解，从而导致甲烷气泄露，并引起全球气候变暖。在地史上，地球上水合物中泄露也不一定全是灾难性的，也可能起着平衡气候的作用。
当全球变冷海平面下降海底压力减小，进而导致海洋水合物分解，甲烷释放到大气中，温室效应将阻碍全球变冷趋势，使得气候波动趋于平缓当海平面上升时，极地水合物因气候变暖而失稳分解，甲烷释放到大气中，导致气候变暖加剧。
一旦导致水合物中甲烷气大量泄露，将会引起全球气候迅速变暖，从而灾难性地人类生存环境。这是人类开发水合物之前必须高度重视的首要问题。水合物中甲烷的释放可能极大地影响人们对过去和未来气候的认识。自然界如何控制水合物？水合物又如何影响环境？目前人们还知道甚少。海洋军事技术
通过试验，人们已经了解到水合物以及水合物胶结沉积物表层的声波速度是较高的但对水合物胶结沉积物的特殊声学特征还不是很清楚，需要进一步研究。海洋天然气水合物可能对海军使用的声学模型产生影响，并且可能造成判断失误。掌握水合物胶结沉积物的特殊声学特征，对声纳仪器的正确运用具有重要意义美国海军非常重视这一点，并且积极参与海洋天然气水合物的声学性质研究。
天然气水合物的生成和分解都有可能产生灾害。主要有以下三种灾害：油气管道堵塞
在高纬度永冻土带及极地地区，水合物的生成可堵塞诸如油井、油气管道等油气生产设施，从而构成灾害。海底滑坡
在海底，天然气水合物是极其脆弱的，轻微的温度或压力都有可能使它失稳而产生分解，从而影响海底沉积物的稳定性，甚至导致海底滑坡。相而言，水合物是刚性层，下饱和气、水的沉积物塑性层。由于游离天然气聚集水合物的底界面，此处的压力可能超过孔隙压，使之成为一个脆弱的剪切带。一旦某种因素（如海平面下降、海底构造活动、海底热流值增高、钻井或采气不当）引起海底压力降低或温度上升，水合物底界面的水合物将有可能首先分解成天然气和水。其结果是：底界面处沉积物液化，气压不断增大，最终使上部的沉积层失稳而产生滑坡。如果巨厚的水合物沉积层滑坡进深海里，水合物可能因压力而。
美国地质调查局科学家BillDillon证实，美国南卡罗莱纳州岸外就有一个的海底滑体。地震资料显示，该滑坡体下部的沉积物中几乎不含水合物。一个可能的机制是：冰期海平面下降导致海底压力下降，水合物底界面的水合物因压力下降而分解结果该处半胶结的沉积物带变成充满气体的、无强度的易滑带，最终导致滑坡。这次滑坡可能释放大量的甲烷，导致大气中甲烷含量增加4%（与现在相比）。
海底滑坡会对深海油气钻探、输油管道、海底电缆等海底工程设施构成危害。海水毒化
一旦海底天然气水合物因突发因素而失稳分解，大量的甲烷气体将进入海水结果是海水被还原，造成缺氧环境，进而引起海洋生物大量死亡，甚至导致生物绝灭事件发生。地史上不排除这种可能性。
一些国家和科学家担心，开发海洋天然气水合物可能引起不可逆转的环境问题。这种担心不是多余的。因为，一旦开发不当，就有可能导致海底天然气大量泄露，从而引起全球变暖，也有可能引起海底滑坡而破坏海洋生态环境。这种环境破坏对全球来说可能是灾难性的。即使这些问题不出现，人类利用水合物必然产生大量CO2，也会导致全球变暖问题。因此，天然气水合物能否真正成为常规油气的替代能源，其关键是能否进行安全开发和。
因此，在的同时，必须考虑环境问题。在海洋水合物开发之前，必须研究它可能带来的环境问题及预防措施。各国政府必须谨慎对待海洋天然气水合物的开发。相信，随着科学的高速发展，今后人类能够出理智的决定：是否开发水合物。随着技术的高速发展，人类也能够找到开发海洋天然气水合物的理想技术，把可能出现的环境问题降到最低危害程度。
天然气水合物储量巨大，其总量之大足以取代日益枯竭的传统能源。不仅如此，天然气水合物还具有潜在的科学价值。
天然气水合物最早的发现是实验室的科学实验，而不是传统能源的野外实证它表明天然气水合物的发现和利用都必须依赖最先进的技术手段和科学理论天然气水合物不会是建基于经验基础上的产业。到目前为止气水合物的发现已经有229年，使用天然气水合物这一概念也已经有196年了。大国能源科学实验和技术创新的重要战场
海平面变化、海底地壳活动以及未来人类开发不当，都有可能导致海底天然气泄露，从而引起全球变暖，也有可能引起海底滑坡而破坏海洋生态环境。因此，研究有可能对地质学、环境科学和能源等的发展产生深刻影响。这一点已经引起世界上许多国家的高度重视。年代以来，美国、日本、前苏联及俄罗斯、加拿大、英国、挪威、德国、印度、巴西等国家相继投入巨资进行勘。
尤其是近年来，这些国家对水合物的化性质、产出条件、分布规律、实验模拟、勘查技术、储量评估、开发工艺、环境影响、经济评价与环境关系等方面进行了不同程度的科学考察和研究，取得了丰硕研究成果，并掀起了水合物研究热潮。美国、日本、印度等国家更将其列入国家研究开发计划，而且预算均在5000万美元之上。加拿大、英国、巴西、挪威、俄罗斯也在积极开展天然气水合物研究计划，德国、法国、瑞士、韩国、捷克和乌克兰等国则正在酝酿制订自己国家的水合物研究开发计划。
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