可燃冰怎麼形成的如何鑑別可燃冰

　　可燃冰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，其形成的過程大致是怎樣的，以下是小編為大家整理可燃冰怎麼形成的答案，希望對你有幫助!

　　可燃冰的形成

　　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，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，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。

　　大陸生成

　　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。

　　可燃冰的製備方法

　　天然氣水合物又稱可燃冰，具有非常高的使用價值，1m3可燃冰等於164m3的常規天然氣藏。據保守估算，世界上天然氣水合物所含的有機碳的總資源量，相當於全球已知煤、石油和天然氣總量的2倍。特別是天然氣水合物的主要成分是甲烷，燃燒後幾乎沒有汙染，是一種綠色的新型能源。從其儲量之大、分佈範圍之廣和應用前景之好來看，它是石油、天然氣、煤等傳統能源之後最佳的接替能源。可燃冰點燃了人類21世紀能源利用的希望之光。

　　天然氣水合物是水和天然氣***主要成份為甲烷***在中高壓和低溫條件下混合時產生的晶體物質。外貌極似冰雪，點火即可燃燒，故又稱之為“可燃冰”或者“氣冰”、“固體瓦斯”。它在自然界分佈非常廣泛，海底以下0~1500m深的大陸架或北極等地的永久凍土帶都有可能存在，世界上有79個國家和地區都發現了天然氣水合物氣藏。據第28界國際地質大會提供的資料顯示，海底有大量的在然氣水合物，可滿足人類1000年的能源需要

　　世界上至今還沒有完美的開採方案。科學家們認為，這種礦藏哪怕受到最小的破壞，甚至是自然的破壞，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，它所產生的後果將是不堪設想的。同時，陸緣海邊的“可燃冰”開採起來也十分困難，一旦出了井噴事故，就會造成海水汽化，發生海嘯船翻。“可燃冰”的開採方法主要有熱激化法、減壓法和置換法三種。開採的最大難點是保證井底穩定，使甲烷氣不洩漏、不引發溫室效應。

　　開採方案主要有三種。第一是熱激化法。利用“可燃冰”在加溫時分解的特性，使其由固態分解出甲烷蒸汽。但此方法難處在於不好收集。海底的多孔介質不是集中為“一片”，也不是一大塊岩石，而是較為均勻地遍佈著。如何佈設管道並高效收集是急於解決的問題。

　　方案二是減壓法。有科學家提出將核廢料埋入地底，利用核輻射效應使其分解。但它們都面臨著和熱解法同樣佈設管道並高效收集的問題。

　　方案三是“置換法”。研究證實，將CO2液化，注入1500米以下的洋麵，就會生成二氧化碳水合物，它的比重比海水大，於是就會沉入海底。如果將CO2注射入海底的甲烷水合物儲層，因CO2較之甲烷易於形成水合物，因而就可能將甲烷水合物中的甲烷分子“擠走”，從而將其置換出來。

　　可燃冰的鑑別方法

　　天然氣水合物可以通過底質沉積物取樣、鑽探取樣和深潛考察等方式直接識別，也可以通過擬海底反射層***BSR***、速度和震幅異常結構、地球化學異常、多波速測深與海底電視攝像等方式間接識別。下面介紹一些間接標誌。

　　地震標誌

　　海洋天然氣水合物存在的主要地震標誌有擬海底反射層***BSR***、振幅變形***空白反射***、速度倒置、速度-振幅異常結構***VAMP***。大規模的甲烷水合物聚集可以通過高電阻率***>100歐米***聲波速度、低體積密度等號數進行直接判讀。

　　BSR是地震剖面上的一個平行或基本平行於海底、可切過一切層面或斷層的反射介面，天然氣水合物穩定帶之下還常圈閉著大量的遊離甲烷氣體，從而導致在地震反射剖面上產生BSR。現已證實，BSR代表的是氣體水合物穩定帶的基底，其上為固態的水合物層段，聲波速率高，其下為遊離氣或僅孔隙水充填的沉積物，聲波速率低，因而在地震剖面上形成強的負阻抗反射介面。因此，BSR是由於低滲透率的水合物層與其下大量遊離天然氣及飽和水沉積物之間在聲阻抗***或聲波傳播速度***上存在較大差別引起的。因為水合物層的底介面主要受所在海域的地溫梯度控制，往往位於海底以下一定的深度，因此BSR基本平行於海底，被稱為“擬海底反射層”。BSR除被用來識別天然氣水合物的存在和編制水合物分佈圖外，還被用來判明天然氣水合物層的頂底界和產狀，計算水合物層深度、厚度和體積。

　　然而，並不是所有的水合物都存在BSR。在平緩的海底，即使有天然氣水合物，也不易識別出BSR。BSR常常出現在斜坡或地形起伏的海域。另外，也並不是所有的BSR都對應有天然氣水合物。在極少數情況下，其它因素也可能導致BSR.還應注意的是，儘管絕大部分水合物層都位於BSR之上，但並不是所有的水合物層都位於BSR之上，這已被深海鑽探證明。因此，BSR不能被作為天然氣水合物的唯一標誌，應結合其它方法綜合判斷。近幾年，分析和研究地震的速度結構成為該學科領域的前沿。水合物層是高速層，其下飽氣或飽水層是低速層。在速度曲線上，BSR介面處的速度會出現突然降低，表現出明顯的速度異常結構。此外，分析振幅結構也可識別天然氣水合物。相比而言，水合物層是剛性層，其下飽氣或飽水層是塑性層，在振幅曲線上，BSR介面處的振幅會出現突然減小，表現出明顯的振幅異常結構。這些方法對海底平緩的海域來說，尤其顯的重要。

　　地球化學標誌

　　淺層沉積物和底層海水的甲烷濃度異常高、淺層沉積物孔隙水Cl-含量***或礦化度***和δ18O異常高、出現富含重氧的菱鐵礦等，均可作為天然氣水合物的地球化學標誌。

　　海底地形地貌標誌

　　在海洋環境中，水合物富集區烴類氣體的滲逸可在海底形成特殊環境和特殊的微地形地貌。天然氣水合物的地貌標誌主要有洩氣窗、甲烷氣苗、泥火山、麻點狀地形、碳酸鹽殼、化學合成生物群等。在最近幾年德國基爾大學　Geomar研究所通過海底觀測，在美國俄勒岡州西部大陸邊緣Cascadia水合物海臺就發現了許多不連續分佈、大小在5cm2左右的水合物洩氣窗，洩氣窗中甲烷氣苗一股一股地滲出，滲氣速度為每分鐘5公升。在該滲氣流的周圍有微生物、蛤和碳酸鹽殼。

如何鑑別可燃冰