可燃冰是天然氣水合物（Natural Gas Hydrate，簡稱Gas Hydrate）是分佈於深海沉積物或陸域的永久凍土中，由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結晶物質。因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”或者“固體瓦斯”和“氣冰”。天然氣水合物甲烷含量佔80%～99.9%，燃燒汙染比煤、石油、天然氣都小得多，而且儲量豐富，全球儲量足夠人類使用1000年，因而被各國視為未來石油天然氣的替代能源。

天然氣水合物賦存於水深大於100-250米（兩極地區）和大於400-650米（赤道地區）的深海海底以下數百米至1000多米的沉積層內，這裡的壓力和溫度條件能使天然氣水合物處於穩定的固態。

目前，30多個國家和地區已經進行“可燃冰”的研究與調查勘探，最近兩年開採試驗取得較大進展。2017年5月，中國首次海域天然氣水合物（可燃冰）試採成功。

很多人在討論可燃冰不穩定性的危害，我感覺它很難造成增強溫室效應——因為釋放出來的甲烷能不能到海面都是一個問題。我們來討論一下，假設發生南海海底可燃冰大規模崩潰，這些甲烷分子的命運在哪裡？

天然氣水合物是指由主體分子（水）和客體分子（甲烷、乙烷等烴類氣體，及氮氣、二氧化碳等非烴類氣體分子）在低溫（-10℃~+28℃）、高壓（1~9MPa）條件下，透過範德華力相互作用，形成的結晶狀籠形固體絡合物其中水分子藉助氫鍵形成結晶網格，網格中的孔穴內充滿輕烴、重烴或非烴分子。水合物具有極強的儲載氣體能力，一個單位體積的天然氣水合物可儲載100~200倍於該體積的氣體量。

天然氣水合物（Natural GasHydrate，簡稱Gas Hydrate），也稱為可燃冰、甲烷水合物、甲烷冰、天然氣水合物、“籠形包合物”（Clathrate），分子式為：CH·nHO，現已證實分子式為CH·8HO。。因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”(英譯為：Flammable ice）或者“固體瓦斯”和“氣冰”。形成天然氣水合物有三個基本條件：溫度、壓力和原材料。

天然氣水合物是一種白色固體物質，有極強的燃燒力，主要由水分子和烴類氣體分子（主要是甲烷）組成，它是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、PH值等）下由水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合時組成的類冰的、非化學計量的、籠形結晶

化合物（碳的電負性較大，在高壓下能吸引與之相近的氫原子形成氫鍵，構成籠狀結構）。一旦溫度升高或壓強降低，甲烷氣則會逸出，固體水合物便趨於崩解。“天然氣水合物”，是天然氣在0℃和30個大氣壓的作用下結晶而成的“冰塊”。“冰塊”裡甲烷佔80%～99.9%，可直接點燃。

天然氣水合物燃燒後幾乎不產生任何殘渣，汙染比煤、石油、天然氣都要小得多。1立方米可燃冰可轉化為164立方米的天然氣和0.8立方米的水。開採時只需將固體的“天然氣水合物”升溫減壓就可釋放出大量的甲烷氣體。天然氣水合物在海洋淺水生態圈，通常出現在深層的沉澱物結構中，或是在

海床處露出。甲烷氣水包合物據推測是因地理斷層深處的氣體遷移，以及沉澱、結晶等作用，於上升的氣體流與海洋深處的冷水接觸所形成。

在高壓下，甲烷氣水包合物在 18 °C 的溫度下仍能維持穩定。一般的甲烷氣水化合物組成為 1摩爾的甲烷及每 5.75 摩爾的水，然而這個比例取決於多少的甲烷分子“嵌入”水晶格各種不同的包覆結構中。據觀測的密度大約在 0.9 g/cm³。一升的甲烷氣水包合物固體，在標準狀況下，平均包含 168 升的甲烷氣體。1立方米的可燃冰可在常溫常壓下釋放164立方米的天然氣及0.8立方米的淡水）所以固體狀的天然氣水合物往往分佈於水深大於 300 米 以上的海底沉積物或寒冷的永久凍土中。海底天然氣水合物依賴巨厚水層的壓力來維持其固體狀態，其分佈可以從海底到海底之下 1000 米 的範圍以內，再往深處則由於

地溫升高其固體狀態遭到破壞而難以存在。

天然氣水合物從物理性質來看，天然氣水合物的密度接近並稍低於冰的密度，剪下係數、電解常數和熱傳導率均低於冰。天然氣水合物的聲波傳播速度明顯高於含氣沉積物和飽和水沉積物，中子孔隙度低於飽和水沉積物，這些差別是物探方法識別天然氣水合物的理論基礎。此外，天然氣水合物的毛細管孔隙壓力較高。

可燃冰燃燒方程式為：CH8 HO+ 2 O== CO+ 10 HO（反應條件為“點燃”）可燃冰分子結構就像一個一個由若干水分子組成的籠子。形成可燃冰有三個基本條件：溫度、壓力和原材料。首先，低溫。可燃冰在0—10℃時生成，超過20℃便會分解。海底溫度一般保持在2—4℃左右；其次，高壓。可燃冰在0℃時，只需30個大氣壓即可生成，而以海洋的深度，30個大氣壓很容易保證，並且氣壓越大，水合物就越不容易分解。最後，充足的氣源。海底的有機物沉澱，其中豐富的碳經過生物轉化，可產生充足的氣源。海底的地層是多孔介質，在溫度、壓力、氣源三者都具備的條件下，可燃冰晶體就會在介質的空隙間中生成。

自 20 世紀 60 年代以來，人們陸續在凍土帶和海洋深處發現了一種可以燃燒的“冰”。這種“可燃冰”在地質上稱之為天然氣水合物。天然氣水合物在自然界廣泛分佈在大陸永久凍土、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內陸湖的深水環境。在標準狀況下，一單位體積的天然氣水合物分解最多可產生164單位體積的甲烷氣體。

天然氣水合物是20世紀科學考察中發現的一種新的礦產資源。它是水和天然氣在高壓和低溫條件下混合時產生的一種固態物質，外貌極像冰雪或固體酒精，點火即可燃燒，有“可燃水”、“氣冰”、“固體瓦斯”之稱，被譽為21世紀具有商業開發前景的戰略資源。

全球天然氣水合物的儲量是現有天然氣、石油儲量的兩倍，具有廣闊的開發前景，美國、日本等國均已經在各自海域發現並開採出天然氣水合物，據測算，中國南海天然氣水合物的資源量為700億噸油當量，約相當中國陸上石油、天然氣資源量總數的二分之一。世界上海底天然氣水合物已發現的主要分佈區是大西洋海域的墨西哥灣、加勒比海、南美東部陸緣、非洲西部陸緣和美國東海岸外的布萊克海臺等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千島海溝、沖繩海槽、日本海、四國海槽、日本南海海槽、蘇拉威西海和紐西蘭北部海域等，東太平洋海域的中美洲海槽、加利福尼亞濱外和秘魯海槽等，印度洋的阿曼海灣，南極的羅斯海和威德爾海，北極的巴倫支海和波弗特海，以及大陸內的黑海與裡海等。天然氣水合物在在地球上大約有27%的陸地是可以形成天然氣水合物的潛在地區，而在世界大洋水域中約有90%的面積也屬這樣的潛在區域。已發現的天然氣水合物主要存在於北極地區的永久凍土區和世界範圍內的海底、陸坡、陸基及海溝中。由於採用的標準不同，不同機構對全世界天然氣水合物儲量的估計值差別很大。據潛在氣體聯合會（PGC，1981）估計，永久凍土區天然氣水合物資源量為1.4×1013～3.4×1016m3，包括海洋天然氣水合物在內的資源總量為7.6×1018m3。但是，大多數人認為儲存在汽水合物中的碳至少有1×1013t，約是當前已探明的所有化石燃料（包括煤、石油和天然氣）中碳含量總和的2倍。由於天然氣水合物的非滲透性，常常可以作為其下層遊離天然氣的封蓋層。因而，加上汽水合物下層的遊離氣體量這種估計還可能會大些。如果能證明這些預計屬實的話，天然氣水合物將成為一種未來豐富的重要能源。甲烷氣水包合物受限於淺層的岩石圈內（即 <2000m深）。發現在一些必要條件下，惟獨在極地大陸的沉積岩，其

表面溫度

低於0°C，或是在水深超過300m ，深層水溫大約2°C的海洋沉積物底下。大陸區域的蘊藏量已確定位在西伯利亞和阿拉斯加800m深的砂岩和泥岩床中。海生型態的礦床似乎分佈於整個大陸棚，且可能出現於沉積物的底下或是沉積物與海水接觸的表面。他們甚至可能涵蓋更大量的氣態甲烷。全球蘊藏的常規石油天然氣資源消耗巨大，很快就會枯竭。科學家的評價結果表明，僅在海底區域，可燃冰的分佈面積就達4000萬平方公里，佔地球海洋總面積的 1/4。2011年，世界上已發現的可燃冰分佈區多達116處，其礦層之厚、規模之大，是常規天然氣田無法相比的。科學家估計，海底可燃冰的儲量至少夠人類使用1000年。

可燃冰燃燒產生的能量比煤、石油、天然氣要多出數十倍，而且燃燒後不產生任何殘渣，避免了最讓人們頭疼的汙染問題。科學家們如獲至寶，把可燃冰稱作“屬於未來的能源”。

可燃冰這種寶貝可是來之不易，它的誕生至少要滿足三個條件：第一是溫度不能太高，如果溫度高於20℃，它就會“煙消雲散”，所以，海底的溫度最適合可燃冰的形成；第二是壓力要足夠大，海底越深壓力就越大，可燃冰也就越穩定；第三是要有甲烷氣源，海底古生物屍體的沉積物，被細菌分解後會產生甲烷。所以，可燃冰在世界各大洋中均有分佈。中國東海、南海都有相當數量分佈。沉澱物生成的甲烷水合物含量可能還包含了2至10倍的已知的傳統天然氣量。這代表它是未來很有潛力的重要礦物燃料來源。然而，在大多數的礦床地點很可能都過於分散而不利於經濟開採。另外面臨經濟開採的問題還有：偵測可採行的儲藏區、以及從水合物礦床開採甲烷氣體的技術開發。在日本，已進行一項研發計劃，預計要在2016年進行商業規模的開採。

海洋生成有兩種不同種類的海洋存量。最常見的絕大多數（> 99%）都是甲烷包覆於結構一型的包合物，而且一般都在沉澱物的深處才能發現。在此結構下，甲烷中的碳同位素較輕（δ13C < -60‰），因此指出其是微生物由CO2的氧化還原作用而來。這些位於深處礦床的包合物，一般認為應該是從微生物產生的甲烷環境中原處形成，因為這些包合物與四周溶解的甲烷其δ13C值是相似的。

這些礦床坐落於中深度範圍的區域內，大約300-500m厚的沉積物中（稱作氣水化合物穩定帶(GasHydrate Stability Zone)或 GHSZ），且該處共存著溶於孔隙水的甲烷。在這區域之下，甲烷只會以溶解型態存在，並隨著沉積物表層的距離而濃度逐漸遞減。而在這之上，甲烷是氣態的。在大西洋大陸脊的布雷克海脊，GHSZ在190m的深度開始延伸至450m處，並於該點達到氣態的相平衡。測量結果指出，甲烷在GHSZ的體積佔了0-9% ，而在氣態區域佔了大約12%的體積。在接近沉積物表層所發現較少見的第二種結構中，某些樣本有較高比例的碳氫化合物長鏈（<99% 甲烷）包含於結構二型的包合物中。其甲烷的碳同位素較重（δ13C 為 -29 至 -57 ‰），據推斷是由沉積物深處的有機物質，經熱分解後形成甲烷而往上遷移而成。此種類型的礦床在墨西哥灣和裡海等海域出現。某些礦床具有介於微生物生成和熱生成型別的特性，因此預估會出現兩種混合的型態。氣水化合物的甲烷主要由缺氧環境下有機物質的細菌分解。在沉積物最上方几釐米的有機物質會先被好氧細菌所分解，產生CO2，並從沉積物中釋放進水團中。在此區域的好氧細菌活動中，

硫酸鹽會被轉變成硫化物。若沉澱率很低（<1釐米/千年）、有機碳成分很低（<1%），且含氧量充足時，好氧細菌會耗光所有沉積物中的有機物質。但該處的沉澱率和有機碳成分都很高，沉積物中的孔隙水僅在幾釐米深的地方是缺氧態的，而甲烷會經由厭氧細菌產生。此類甲烷的生成是更為複雜的程式，需要各個種類的細菌活動、一個還原環境（Eh -350 to -450 mV），且環境pH 值需介於6至8之間。在某些海域（例如墨西哥灣）包合物中的甲烷至少會有部份是由有機物質的熱分解所產生，但大多是從石油分解而成。包合物中的甲烷一般會具有細菌性的同位素特徵，以及很高的 δ13C 值（-40 to -100‰），平均大約是-65‰。在固態包合物地帶的下方處，沉積物裡的大量甲烷可能以氣泡的方式釋放出來。

在給定的地點內判定該處是否含有包合物，大多可以透過觀測“海底仿擬反射”（BottomSimulatingReflector，或稱BSR）分佈，以震測反射（seismicreflection）的方式來掃描洋底沉積物與包合物穩定帶之間的介面處，因而可觀測出一般沉積物和那些蘊藏包合物沉積物之間的密度差異。海洋生成的甲烷包合物，蘊藏量鮮為人知。自從1960至1970年代，包合物首次發現可能存在海洋中的那段時期，其預估的蘊藏量就每十年以數量級的概估速度遞減。曾經預估過的蘊藏量（高達3×1018m³）是建構在假設包合物非常稠密地散佈在整片深海海床上。然而，隨著我們對包合物化學和沉積學等知識進一步的瞭解，發現水合物只會在某個狹窄範圍內（大陸棚）的深度下形成，以及某些地點的深度範圍內才會存在（10-30%部分的 GHSZ 區），而且通常是在低濃度（體積的0.9-1.5%）的地點。最新的估計強制採用直接取樣的方式，指出全球含量介於 1×1015 和 5×1015 m³ 之間。這個預估結果，對應出大約500至2500個十億噸單位的碳 (Gt C)，比預估所有礦物燃料的5000GtC數量還少，但整體上卻超過所預估其他天然氣來源的約230Gt C。在

北極圈的永凍地帶，其儲藏量預估可達約400Gt C[13]，但在南極區域並未估出可能的蘊藏量。這些是很大的數字。相較於大氣中的總碳數也才大約700個Gt C。

這些近代的估計結果，與當初人們以為包合物為礦物燃料來源時（MacDonald 1990,Kvenvolden 1998）所提出的10,000to11,000 Gt C （2×1016 m³），數量上明顯的要少。包合物藏量的縮減，並未使其失去經濟價值，但縮減的整體含量和多數產地明顯過低的採集密度[10]，的確指出僅限某些地區的包合物礦床才能提供經濟上的實質價值。

在大陸岩石內的甲烷包合物會受限在深度800m以上的砂岩或粉沙岩岩床中。取樣結果指出，這些包合物以熱力或微生物分解氣體的混合方式形成，其中較重的碳氫化合物之後才會選擇性地被分解。這類的型態存在於阿拉斯加和西伯利亞。

儲量比地球上石油的總儲量還大幾百倍。這些可然冰都蘊藏在全球各地的450米深的海床上，表面看起來，很象乾冰，實際卻能燃燒。在美東南沿海水下2700平方米麵積的水化物中，含有足夠供應美國70多年的可燃冰。其儲量預計是常規儲量的2．6倍，如果全部開發利用，可使用100年左右。

中國地質大學(武漢)和中南石油局第五物探大隊在藏北高原羌塘盆地開展的大規模地球物理勘探成果表明：繼塔里木盆地後，西藏地區很有可能成為中國21世紀第二個石油資源戰略接替區。

傳統開採；

(1) 熱激發開採法　熱激發開採法是直接對天然氣水合物層進行加熱，使天然氣水合物層的溫度超過其平衡溫度，從而促使天然氣水合物分解為水與天然氣的開採方法。這種方法經歷了直接向天然氣水合物層中注入熱流體加熱、火驅法加熱、井下電磁加熱以及微波加熱等發展歷程。熱激發開採法可實現迴圈注熱，且作用方式較快。加熱方式的不斷改進，促進了熱激發開採法的發展。但這種方法至今尚未很好地解決熱利用效率較低的問題，而且只能進行區域性加熱，因此該方法尚有待進一步完善。(2) 減壓開採法　 減壓開採法是一種透過降低壓力促使天然氣水合物分解的開採方法。減壓途徑主要有兩種： ①採用低密度泥漿鑽井達到減壓目的；②當天然氣水合物層下方存在遊離氣或其他流體時，透過泵出天然氣水合物層下方的遊離氣或其他流體來降低天然氣水合物層的壓力。減壓開採法不需要連續激發，成本較低，適合大面積開採，尤其適用於存在下伏遊離氣層的天然氣水合物藏的開採，是天然氣水合物傳統開採方法中最有前景的一種技術。但它對天然氣水合物藏的性質有特殊的要求，只有當天然氣水合物藏位於溫壓平衡邊界附近時，減壓開採法才具有經濟可行性。(3) 化學試劑注入開採法　化學試劑注入開採法透過向天然氣水合物層中注入某些化學試劑，如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，破壞天然氣水合物藏的相平衡條件，促使天然氣水合物分解。這種方法雖然可降低初期能量輸入，但缺陷卻很明顯，它所需的化學試劑費用昂貴，對天然氣水合物層的作用緩慢，而且還會帶來一些環境問題，所以，對這種方法投入的研究相對較少。 並且新增化學劑較加熱法作用緩慢，但確有降低初始能源輸入的優點。新增化學劑最大的缺點是費用太昂貴。

可燃冰其實就是一種可燃燒的冰，遇火即可燃燒。世界上至今還沒有完善的開採方案。這種礦藏哪怕受到最小的破壞，就足以導致甲烷氣的大量散失。“可燃冰”中甲烷的總量大致是大氣中甲烷數量的3000倍。作為短期溫室氣體，甲烷比二氧化碳所產生的溫室效應要大得多。而陸緣海邊的“可燃冰”開採一旦出了井噴事故，就會造成海水汽化，發生海嘯船翻。

以上為中科宇傑的觀點！！！!!