陆域可燃冰:“后石油时代”的新能源

　　编者按：不久前，我国在青海省祁连山南缘永久冻土带成功钻获天然气水合物实物样品，成为世界上第一次在中低纬度冻土区发现天然气水合物的国家。天然气水合物是“后石油时代”的重要替代能源。

　　青海发现可燃冰对我国能源接续意义重大

　　我国发现可燃冰的消息使人们对可燃冰走入生产生活充满期待。这一重大发现将带来什么样的影响？我国可燃冰的家底究竟如何？开发利用的可能性怎样？带着这些问题，记者专程走访有关专家，进行了深入地解读。

　　对优化我国能源结构意义重大

　　“可燃冰”，学名天然气水合物———20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。它是水和天然气在高压和低温条件下混合产生的一种固态物质，外貌极像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，被誉为21世纪具有商业开发前景的战略资源。

　　由青海煤炭地质105勘探队和中国地质科学院资源所、勘探所共同合作承担的《青藏高原冻土带天然气水合物调查评价》项目，在青海省祁连山南缘永久冻土带成功钻获天然气水合物实物样品，使我国成为世界上第一次在中低纬度冻土区发现天然气水合物的国家。

　　国土资源部总工程师张洪涛表示，在永久冻土区成功获取“可燃冰”，对于我国未来的能源接续利用格外重要。在冻土区发现这一潜在资源，将极大地开拓人类寻找新资源的视野，为我国经济社会可持续发展提供新型能源。

　　张洪涛说“可燃冰”作为“后石油时代”的重要替代能源，此次发现的意义可同当年发现大庆油田相比，是新时代地质工作者划时代的贡献。

　　我国是世界上第三冻土大国，冻土区总面积达215万平方公里，具备良好的天然气水合物赋存条件和资源前景。据科学家初略估算，远景资源量至少有350亿吨油当量，可供中国使用近90年，而青海省的储量约占其中的1/4。

　　同时，“可燃冰”在青海的发现，会给大兴安岭、青藏高原冻土带的“可燃冰”勘查带来示范意义。

　　青藏高原冻土带燃气水合物调查评价项目负责人之一———中国煤炭地质总局青海煤炭地质105队队长、总工程师文怀军说，“可燃冰”在青海的发现，为我国增加了一个重要的新矿种，对我国战略能源意义重大。

　　开采面临环境和技术难题

　　“可燃冰”被誉为21世纪具有商业开发前景的战略资源，成为许多国家关注的重点，美国、俄罗斯、日本、德国、加拿大、英国、挪威等国家在海域或陆域冻土区做了大量的调查研究工作，美国、日本均已在各自海域发现并开采出天然气水合物。但是，目前全世界对“可燃冰”的研究大都只处于科学勘探层面，还没有进入实际开采实用阶段。

　　专家说，开发天然气水合物容易引发温室效应、海底滑坡以及破坏海洋生态平衡等。在没有解决开发天然气水合物对自然界环境的影响问题之前，对天然气水合物还不能像常规一次性矿产资源那样大量开采。

　　据文怀军介绍，可燃冰像固体酒精一样可被直接点燃，一立方米“可燃冰”就可释放出164立方米天然气。可燃冰，在常温和常压环境下极易分解释放甲烷，稍有不慎就可能酿成环境灾难，需要以最安全最有效的手段开采和储存。

　　“青藏高原是世界上对环境变化非常灵敏的地带，生态环境相对脆弱，大规模的开采必须考虑环境保护的成本。”文怀军说。

　　由于海域可燃冰在海底瞬间释放时会产生巨大压力，极易破坏海底生态环境，一直是困扰和束缚世界各国在海底开采可燃冰的难题。因此专家认为，陆域可燃冰的开采前景较海域乐观。但是，环保仍然是可燃冰开采的难题。

　　有专家认为，海域“可燃冰”开采至少要等到30年后，而陆域“可燃冰”开采也需要等到10至15年以后。而另有专家认为，可燃冰的实际开采还比较遥远，必须进一步认识可燃冰对自然的作用，包括全球气候变暖和碳循环等。

　　虽然面临诸多难题，科学家仍然相信，随着常规能源的日益减少和科学技术的发展，作为一种巨大的能源储备，“可燃冰”必将发挥重要作用，并且谁主导了“可燃冰”，谁就将主导下一代能源。

　　陆域开采有望突破

　　据悉，在科技部的支持下，有关海域天然气水合物的863项目、973项目已经启动，相关调查及开发技术研究也已纳入国土资源部“十二五”规划，与加拿大、德国等国际合作正在推进。专家认为，我国有条件、有能力彻底搞清陆域“可燃冰”的赋存条件、形成机理和分布特征，加快“可燃冰”的勘查、评价、开发和相关研究。

　　目前，虽然已经发现青海木里地区蕴藏着丰富的“可燃冰”资源，但家底究竟如何并不清楚。“仅仅是发现有这一矿种，至于究竟有多少量，还不知道。这里的冻土区有，不代表其他的冻土地区都有，即便是有，多少也可能不同，因此，距离开发还有一个比较长的过程。”

　　文怀军介绍说，木里地区的新发现实际是煤层气的水合物，其成矿机理大致是：煤层气向上溢散，而上面有冻土层的覆盖，煤层气和水在高压、低温的条件下形成的。组分除了甲烷，还有少量乙烷、丙烷等气体，是一种“新型可燃冰”，非常值得研究。

　　接受采访的专家认为，青海木里地区“可燃冰”埋藏浅，并且这里的冻土层厚度(约为100米左右)，这为可燃冰的试开发研究带来很大有利条件。希望国家继续部署相关调查评价项目。

　　专家介绍“可燃冰”发现过程

　　“可燃冰”这种“冰与火”奇妙结合的新型能源，是如何被发现的？记者专程采访了可燃冰项目合作单位之一———青海煤炭地质105队(以下简称“105队”)。

　　据“可燃冰”项目负责人之一———中国煤炭地质总局青海煤炭地质105队(以下简称“105队”)队长、总工程师文怀军介绍，这一带“可燃冰”的发现最早可以追溯到2004年。这年11月，105队在这里进行煤炭勘查时，钻孔内开始涌出不明气体，点火燃烧，由于气体涌出量很大，影响到钻探施工，迫使这个钻孔因未见到可采煤层而报废。

　　2006年5月，105队再次在这一地区进行煤炭勘查，又发生类似不明气体。之后，105队请中国地质科学院勘探技术研究所张永勤、中国科学院矿产资源研究所祝有海等权威专家就上述情况进行了交流、探讨，大家一致认为，该地区可能存在“可燃冰”。2008年开始，105队与中国地质科学院资源所、勘探所共同合作开展《青藏高原冻土带天然气水合物调查评价》项目。11月5日，首次发现含天然气水合物岩心段，这一成果得到了国内外专家的学术认定。

　　国土资源部2009年又部署了一批钻探实验井，6月再次钻获“可燃冰”实物样品，经当今世界上最先进的激光拉曼光谱仪检测，显示出标准的“可燃冰”特征光谱曲线。

　　从2004年发现疑似“可燃冰”，到2006年基本确定“可燃冰”的存在，再通过2008—2009年的工作，经钻探取得样品，通过测试证实了在高海拔冻土区存在“可燃冰”的事实。

　　文怀军分析说，木里地区“可燃冰”是煤层气的水合物，其成矿机理大致是：煤层气向上溢散，而上面有冻土层的覆盖，在高压、低温的条件下二者形成“可燃冰”。它的组分除了甲烷，还有少量乙烷、丙烷等气体，是一种“新型可燃冰”，非常值得研究。

　　国土资源部总工程师张洪涛初略估算，我国陆域“可燃冰”远景资源量至少有350亿吨油当量，可供中国使用近90年，而青海省的储量约占其中的1/4。

　　青海之所以成为我国陆域“可燃冰”的首个“现身地”，与这里独特的地理地貌环境有密切关系。

　　首先，青海有着面积广、厚度较大的冻土带资源，为可燃冰的存在提供了地质条件。

　　其次，青海木里有着丰富的煤炭资源，为可燃冰的形成提供了可能的资源条件。

　　第三，青海木里的交通条件和后勤保障措施是我国大面积冻土带地区中条件较好的，这为“可燃冰”发现提供了有力支持。文怀军说，青海木里煤田含“可燃冰”岩层段埋藏浅，只有130-300多米，这为可燃冰开采带来很大有利条件。并且这里的冻土层较薄，只有80-120米，也为将来的工程和科研带来极大便利。“可燃冰的开发有望在这里取得突破。”

　　“不过，这将是一个比较漫长的过程。”文怀军说，因为“可燃冰”开采面临的环保问题较为严峻，需要研究探索如何既能开发利用，又不伤害环境。特别是在生态脆弱的青藏高原。

　　神奇的大自然，蕴藏着奥秘无限，等待着人类的科学探索。探索无限，人类的希望也无限。

　　“可燃冰”研究现状和我国研究历程

　　“可燃冰”被誉为21世纪最有希望的战略资源，为世界各国争相研究、勘探。记者采访得知，目前全世界对“可燃冰”的认识研究只处于科学勘探层面，还没有进入实际开采实用阶段。我国此次在青藏高原的重大发现，证明了我国冻土区存在丰富的“可燃冰”资源，同时也折射出我国“可燃冰”调查与研究的现状和实际水平。

　　我国“可燃冰”资源量仅占全球总量0.4%

　　“可燃冰”是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源，是一种新型高效能源，比人们平时所使用的天然气更为纯净，开采时只需将其升温减压就可释放出大量的甲烷气体。

　　据可燃冰项目负责人之一———中国煤炭地质总局青海煤炭地质105队队长、总工程师文怀军介绍，“可燃冰”在世界范围内分布广泛，资源量大，全球储量是现有天然气、石油储量的两倍，被认为是本世纪能够解决人类能源危机的最具开发前景的新型能源。

　　据测算，全球甲烷水合物的资源量为2.1×1016m3，是常规天然气的50倍。有科学家估计，海底可燃冰的储量够人类使用1000年。这种新型能源一旦得到开采，将使人类的燃料使用史延长几个世纪。

　　据粗略了解，我国天然气水合物资源潜力为803.44×1011m3(803.44亿吨油当量)，仅占全球水合物资源量的0.4%，接近于我国常规石油资源量，约是我国常规天然气量的两倍。

　　多个国家争相投入勘探

　　目前全世界对“可燃冰”的研究还处于科学勘探阶段。

　　根据石油等能源储采比推算，目前已经发现的石油储备量还可用40年，天然气还可用70年，煤炭还可用190年，也正是如此，“后石油时代”用什么作为能源成了各国致力研究和勘探的问题。可燃冰的发现，让陷入能源危机的人类看到新希望。

　　早在19世纪30年代，可燃冰即进入人类视野。1965年，前苏联首次在西西伯利亚永久冻土带发现可燃冰矿藏，并引起多国科学家关注。

　　率先开始勘测研究的是日本，如今，已拥有七口钻井，属于国际领先水平。

　　美国则从2000年起将“可燃冰”作为政府项目，与各大学和私营公司合作，进行勘测和实地研究。据称，到目前为止美国政府在“可燃冰”项目上已花费超过1500万美元。

　　另外，加拿大、印度、韩国、挪威等国也纷纷开始投入勘探项目。

　　实现陆域重大发现

　　2002年，我国同时启动海域和陆域“可燃冰”的研究和勘探，迄今已经持续了整整八年。2007年，在南海发现了可燃冰，储量约为185亿吨油当量。而陆域主要是在永久冻土区进行相关的调查和勘探。

　　2002年国土资源部在启动海域天然气水合物调查时，同步部署陆域永久冻土区天然气水合物的相关调查研究工作，2004年由中国地质调查局负责组织开展资源远景调查和钻探技术研发，编制出我国第一份冻土区天然气水合物稳定带分布图，圈定了有利区带。

　　2008年，由中国地质调查局负责，组织中国地质科学院矿产资源研究所、勘探技术研究所和中国煤炭地质总局青海煤炭地质105队等精干队伍，选择成矿条件相对有利的祁连山南缘-青海省天峻县永久冻土区实施钻探工程，于11月5日发现并成功钻取天然气水合物实物样品。样品具有天然气水合物所具有的独特标志，这一成果得到了国内外专家的学术认定。

　　在此基础上，国土资源部2009年又部署了一批钻探实验井，6月再次钻获天然气水合物样品，经现场红外热像仪检测证实为水合物的矿层，并经当今世界上最先进的激光拉曼光谱仪检测，显示出标准的天然气水合物特征光谱曲线，其特征与墨西哥湾实物样品和我国合成样品完全一致。

　　这是我国冻土区首次钻获天然气水合物实物样品，也是全球首次在中低纬度高山冻土区发现天然气水合物实物样品，是继加拿大、美国、俄罗斯之后在冻土区发现水合物样品的国家。

　　专家认为，我国在冻土区发现这一潜在资源，必将极大地开拓人类寻找新资源的视野，为经济社会可持续发展提供新型能源。

　　天然气水合物

　　天然气水合物因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”。天然气水合物是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。它是水和天然气在高压和低温条件下混合产生的一种固态物质，是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等)下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物。外貌极像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，有“可燃水”、“气冰”、“固体瓦斯”之称，被誉为21世纪具有商业开发前景的战略资源。

　　天然气水合物是一种新型高效能源，其成分与人们平时所使用的天然气成分相近，但更为纯净，开采时只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99%的天然气水合物通常称为甲烷水合物。天然气水合物使用方便，燃烧值高，清洁无污染。据了解，全球天然气水合物的储量是现有天然气、石油储量的两倍，具有广阔的开发前景，美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物，据测算，全球甲烷水合物的资源量为21×1015m3，常规天然气资源量为0.436×1015m3，甲烷水合物的资源量是常规天然气的50倍。我国天然气水合物资源潜力为803.44×1011m3(803.44亿吨油当量)，接近于我国常规石油资源量(二轮资评为940亿吨，2000年评价为1041亿吨)，约是我国常规天然气的两倍(二轮资评为38万亿m3，近期评价为47-55万亿m3)。占全球水合物资源量的0.4%(21×1015m3)。

　　2008年，由中国地质科学院矿产资源研究所、勘探技术研究所和青海煤炭地质局青海煤炭地质105勘探队承担的“祁连山冻土区天然气水合物DK-1科学钻探试验孔”取得重大突破，钻获天然气水合物实物样品。这是我国冻土区首次钻获天然气水合物实物样品，也是继加拿大、美国、俄罗斯之后在冻土区发现水合物样品的第四个国家，同时也是全球首次在中低纬度高山冻土区发现天然气水合物实物样品。

　　天然气水合物在世界范围内分布广，资源量大，燃烧值高，是本世纪能够解决人类能源危机的最具开发前景的新型能源；对从天然气水合物中提取天然气的方法目前主要分有三类，分别为：热激发法、化学试剂法、减压法。开发天然气水合物容易引发温室效应、海底滑坡以及破坏海洋生态平衡等。在没有解决开发天然气水合物对自然界环境的影响问题之前，天然气水合物还不能像常规一次性矿产资源那样大量开采。

　　随着常规能源的日益减少和科学技术的发展，天然气水合物作为庞大的能源储备在人类社会的发展过程中必将发挥重要的作用，谁主导了天然气水合物，谁就主导了下一代能源。

　　本版稿件均由本社记者吕雪莉采写