可燃冰化学式
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2023年3月17日发(作者：吴江震泽中学)【初中化学】可燃冰
什么是可燃冰谈到能源，人们立即想到的是能燃烧的煤、石油或天然气，而很少想
到晶莹剔透的“冰”。然而，自20世纪60年代以来，人们陆续在冻土带和海洋深处发
现了一种可以燃烧的“冰”。这种“可燃冰”在地质上称之为天然气水合物（Natural
GasHydrate，简称GasHydrate），又称“笼形包合物”（Clathrate），分子结构式为：
CH4?H2O。
天然气水合物是一种白色固体物质，外形像冰，有极强的燃烧力，可作为上等能源。
它主要由水分子和烃类气体分子（主要是甲烷）组成，所以也称它为甲烷水合物。天然气
水合物是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下，由气体
或挥发性液体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质。一旦温度升高或压力降低，
甲烷气则会逸出，固体水合物便趋于崩解。（1立方米的可燃冰可在常温常压下释放164
立方米的天然气及0.8立方米的淡水）所以固体状的天然气水合物往往分布于水深大于
300米以上的海底沉积物或寒冷的永久冻土中。海底天然气水合物依赖巨厚水层的压力
来维持其固体状态，其分布可以从海底到海底之下1000米的范围以内，再往深处则由
于地温升高其固体状态遭到破坏而难以存在。
从物理性质来看，天然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度，剪切系数、电解常数
和热传导率均低于冰。天然气水合物的声波传播速度明显高于含气沉积物和饱和水沉积物，
中子孔隙度低于饱和水沉积物，这些差别是物探方法识别天然气水合物的理论基础。此外，
天然气水合物的毛细管孔隙压力较高。
可燃冰的成因可燃冰是天然气分子（烷类）被包进水分子中，在海底低温与压力下
结晶形成的。形成可燃冰有三个基本条件：温度、压力和原材料。首先，可燃冰可在0℃
以上生成，但超过20℃便会分解。而海底温度一般保持在2~4℃左右；其次，可燃冰在0℃
时，只需30个大气压即可生成，而以海洋的深度，30个大气压很容易保证，并且气压越
大，水合物就越不容易分解。最后，海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可
产生充足的气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件下，可
燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。
可燃冰的资源量世界上绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，据估算，海洋里天
然气水合物的资源量是陆地上的100倍以上。据最保守的统计，全世界海底天然气水合
物中贮存的甲烷总量约为1.8亿亿立方米(18000×1012m3)，约合1.1万亿吨(11
×1012t)，如此数量巨大的能源是人类未来动力的希望，是21世纪具有良好前景的后
续能源。
可燃冰被西方学者称为“21世纪能源”或“未来新能源”。迄今为止，在世界各地的
海洋及大陆地层中，已探明的“可燃冰”储量已相当于全球传统化石能源(煤、石油、天
然气、油页岩等)储量的两倍以上，其中海底可燃冰的储量够人类使用1000年。
可燃冰的缺点
天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时，对人类生存环境也提出了严峻的挑
战。天然气水合物中的甲烷，其温室效应为CO2的20倍，温室效应造成的异常气候和
海面上升正威胁着人类的生存。全球海底天然气水合物中的甲烷总量约为地球大气中甲烷
总量的3000倍，若有不慎，让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去，将产生无
法想象的后果。而且固结在海底沉积物中的水合物，一旦条件变化使甲烷气从水合物中释
出，还会改变沉积物的物理性质，极大地降低海底沉积物的工程力学特性，使海底软化，
出现大规模的海底滑坡，毁坏海底工程设施，如：海底输电或通讯电缆和海洋石油钻井平
台等。
海底宝贝来之不易可燃冰是天然气和水结合在一起的固体化合物，外形与冰相似。
由于含有大量甲烷等可燃气体，因此极易燃烧。同等条件下，可燃冰燃烧产生的能量比煤、
石油、天然气要多出数十倍，而且燃烧后不产生任何残渣和废气，避免了最让人们头疼的
污染问题。科学家们如获至宝，把可燃冰称作“属于未来的能源”。
可燃冰这种宝贝可是来之不易，它的诞生至少要满足三个条件：第一是温度不能太高，
如果温度高于20℃，它就会“烟消云散”，所以，海底的温度最适合可燃冰的形成；第二
是压力要足够大，海底越深压力就越大，可燃冰也就越稳定；第三是要有甲烷气源，海底
古生物尸体的沉积物，被细菌分解后会产生甲烷。所以，可燃冰在世界各大洋中均有分布。
全球分布区多达116处根据专家预测，全球蕴藏的常规石油天然气资源消耗巨大，
预计在四五十年之后就会枯竭。能源危机让人们忧心忡忡，而可燃冰就像是上天赐予人类
的珍宝，它年复一年地积累，形成延伸数千乃至数万里的矿床。仅仅是现在探明的可燃冰
储量，就比全世界煤炭、石油和天然气加起来的储量还要多几百倍。
科学家的评价结果表明，仅仅在海底区域，可燃冰的分布面积就达4000万平方公里，
占地球海洋总面积的1／4。目前，世界上已发现的可燃冰分布区多达116处，其矿层之厚、
规模之大，是常规天然气田无法相比的。科学家估计，海底可燃冰的储量至少够人类使用
1000年。
开采不当会引发灾难天然可燃冰呈固态，不会像石油开采那样自喷流出。如果把它
从海底一块块搬出，在从海底到海面的运送过程中，甲烷就会挥发殆尽，同时还会给大气
造成巨大危害。为了获取这种清洁能源，世界许多国家都在研究天然可燃冰的开采方法。
科学家们认为，一旦开采技术获得突破性进展，那么可燃冰立刻会成为21世纪的主要能
源。
相反，如果开采不当，后果绝对是灾难性的。在导致全球气候变暖方面，甲烷所起的
作用比二氧化碳要大20倍；而可燃冰矿藏哪怕受到最小的破坏，都足以导致甲烷气体的
大量泄漏，从而引起强烈的温室效应。另外，陆缘海边的可燃冰开采起来十分困难，一旦
出了井喷事故，就会造成海啸、海底滑坡、海水毒化等灾害。所以，可燃冰的开发利用就
像一柄“双刃剑”，需要小心对待。1960年，前苏联在西伯利亚发现了可燃冰，并于
1969年投入开发；美国于1969年开始实施可燃冰调查，1998年把可燃冰作为国家发展的
战略能源列入国家级长远计划；日本开始关注可燃冰是在1992年，目前已基本完成周边
海域的可燃冰调查与评价。但最先挖出可燃冰的是德国.
2000年开始，可燃冰的研究与勘探进入高峰期，世界上至少有30多个国家和地区参
与其中。其中以美国的计划最为完善??总统科学技术委员会建议研究开发可燃冰，参、众
两院有许多人提出议案，支持可燃冰开发研究。美国目前每年用于可燃冰研究的财政拔款
达上千万美元。
为开发这种新能源，国际上成立了由19个国家参与的地层深处海洋地质取样研究联
合机构，有50个科技人员驾驶着一艘装备有先进实验设施的轮船从美国东海岸出发进行
海底可燃冰勘探。这艘可燃冰勘探专用轮船的7层船舱都装备着先进的实验设备，是当今
世界上唯一的一艘能从深海下岩石中取样的轮船，船上装备有能用于研究沉积层学、古人
种学、岩石学、地球化学、地球物理学等的实验设备。这艘专用轮船由得克萨斯州A?M大
学主管，英、德、法、日、澳、美科学基金会及欧洲联合科学基金会为其提供经济援助。
世界上可燃冰的分布
海底天然气水合物作为21世纪的重要后续能源，及其对人类生存环境及海底工程设
施的灾害影响，正日益引起科学家们和世界各国政府的关注。本世纪六十年代开始的深海
钻探计划(DSDP)和随后的大洋钻探计划(ODP)在世界各大洋与海域有计划地进行了大
量的深海钻探和海洋地质地球物理勘查，在多处海底直接或间接地发现了天然气水合物。
到目前为止，世界上海底天然气水合物已发现的主要分布区是大西洋海域的墨西哥湾、加
勒比海、南美东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东海岸外的布莱克海台等，西太平洋海域的
白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、日本南海海槽、苏拉威
西海和新西兰北部海域等，东太平洋海域的中美洲海槽、加利福尼亚滨外和秘鲁海槽等，
印度洋的阿曼海湾，南极的罗斯海和威德尔海，北极的巴伦支海和波弗特海，以及大陆内
的黑海与里海等。
因此，从20世纪80年代开始，美、英、德、加、日等发达国家纷纷投入巨资相继
开展了本土和国际海底天然气水合物的调查研究和评价工作，同时美、日、加、印度等国
已经制定了勘查和开发天然气水合物的国家计划。特别是日本和印度，在勘查和开发天然
气水合物的能力方面已处于领先地位。
可燃冰在中国的状况
作为世界上最大的发展中的海洋大国，我国能源短缺十分突出。目前我国的油气资源
供需差距很大，1993年我国已从油气输出国转变为净进口国，1999年进口石油4000
多万吨，2000年进口石油近7000万吨，预计2021石油缺口可达2亿吨。因此急需
开发新能源以满足中国经济的高速发展。海底天然气水合物资源丰富，其上游的勘探开采
技术可借鉴常规油气，下游的天然气运输、使用等技术都很成熟。因此，加强天然气水合
物调查评价是贯彻实施党中央、国务院确定的可持续发展战略的重要措施，也是开发我国
二十一世纪新能源、改善能源结构、增强综合国力及国际竞争力、保证经济安全的重要途
径。
我国对海底天然气水合物的研究与勘查已取得一定进展，在南海西沙海槽等海区已相
继发现存在天然气水合物的地球物理标志BSR，这表明中国海域也分布有天然气水合物
资源，值得我们开展进一步的工作；同时青岛海洋地质研究所已建立有自主知识产权的天
然气水合物实验室并成功点燃天然气水合物。
我国发现海底可燃冰2021年4月14日，我国在北京举行中国地质博物馆收藏我国首
次发现的天然气水合物碳酸盐岩标本仪式。
宣布我国首次发现世界上规模最大被作为“可燃冰”即天然气水合物存在重要证据的
“冷泉”碳酸盐岩分布区，其面积约为430平方公里。
该分布区为中德双方联合在我国南海北部陆坡执行“太阳号”科学考察船合作开展的
南中国海天然气水合物调查中首次发现。冷泉碳酸盐岩的形成被认为与海底天然气水合物
系统和生活在冷泉喷口附近的化能生物群落的活动有关。此次科考期间，在南海北部陆坡
东沙群岛以东海域发现了大量的自生碳酸盐岩，其水深范围分别为550米～650米和750
米～800米，海底电视观察和电视抓斗取样发现海底有大量的管状、烟囱状、面包圈状、
板状和块状的自生碳酸盐岩产出，它们或孤立地躺在海底上，或从沉积物里突兀地伸出来，
来自喷口的双壳类生物壳体呈斑状散布其间，巨大碳酸盐岩建造体在海底屹立，其特征与
哥斯达黎加边缘海和美国俄勒岗外海所发现的“化学礁”类似，而规模却更大。
“可燃冰”是由天然气与水分子结合形成的外观似冰的白色或浅灰色固态结晶物质，
因其成分的80%%～99.9%%为甲烷，这些碳酸盐岩的形成和分布记录了富含甲烷流体的类型、
性质、来源、强度变化及其与海底可能存在的水合物系统的关系等情况。
中德科学家一致建议，借距工作区最近的中国香港九龙的名谓，将该自生碳酸盐岩区
中最典型的一个构造体命名为“九龙甲烷礁”，其中“龙”字代表了中国，“九”代表了
多个研究团体的合作。
感谢您的阅读，祝您生活愉快。