[編者按] 5月18日中共中央、國務(wù)院電賀我國海域天然氣水合物試采成功。隨之媒體鋪天蓋地的報(bào)道，手機(jī)刷爆了屏幕。那么到底可燃冰是什么？其發(fā)展前景如何？中國在可燃冰研究與開發(fā)的水平所處的位置如何？等等這些問題，筆者將發(fā)表系列文章，以便讓廣大讀者朋友對(duì)可燃冰有一個(gè)比較清楚的了解。

1.全球可燃冰資源有多少？

天然氣水合物在全球范圍內(nèi)廣泛分布，且資源量巨大(圖1)。美國地質(zhì)調(diào)查局早在1995年就對(duì)世界范圍的天然氣水合物資源繼續(xù)了評(píng)價(jià)。之后，美國多個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合對(duì)世界天然氣水合物資源評(píng)價(jià)進(jìn)行了不斷更新并出版相關(guān)論著。根據(jù)研究，世界天然氣水合物總資源(In-place Resource)在15,000億噸至150,000億噸碳之間。在標(biāo)準(zhǔn)溫度與壓力下，這些碳相當(dāng)于3000至30,000萬億立方米。

圖1 全球天然氣水合物資源分布。本圖僅標(biāo)示天然氣水合物在砂巖儲(chǔ)層中的富集區(qū)的資源量，這些很可能在將來首先進(jìn)行開采。(來源：Johnson，2011)

與油氣相關(guān)的一系列關(guān)于資源量和儲(chǔ)量的術(shù)語都有其特殊含義(圖2)?？偟馁Y源量，也就是我們常說的原地資源量(in-place resource)，一定地質(zhì)單元或者地理區(qū)域內(nèi)所有烴類的量。資源量的一部分在實(shí)踐中可以開采，常稱之為技術(shù)可采資源量(technically recoverable resource ,TRR)。而這些技術(shù)可采資源量中，能夠盈利性開采的那部分稱為經(jīng)濟(jì)可采資源量(economically recoverable resources, ERR)。通過鉆井被確認(rèn)且確認(rèn)可以進(jìn)行生產(chǎn)的那部分經(jīng)濟(jì)可采資源量稱之為儲(chǔ)量。

小知識(shí)：

資源量(In-place resource)：目前資源總量。在一定地質(zhì)單元或者地理區(qū)域內(nèi)，所有烴類(天然氣水合物幾乎全是甲烷)總量的估算值。

采收率(Recovery factor)：在技術(shù)上可以采出的資源量的百分比。常規(guī)油氣的采收率有時(shí)可以超過80%。但是，對(duì)于非常規(guī)資源來說，例如頁巖，采收率非常低。因此，總資源量的估算僅限于能源供應(yīng)潛力有關(guān)的討論與研究。

技術(shù)可采資源量(Technically recoverable resource,簡寫TRR):是指實(shí)踐中能夠采出的那部分資源量。也就是在現(xiàn)有技術(shù)條件下，這部分資源量可以進(jìn)行開采。但是，隨著時(shí)間變化與技術(shù)進(jìn)步，TRR是不斷變化的，其只反映某時(shí)間點(diǎn)的資源技術(shù)開采情況。

經(jīng)濟(jì)可采資源量(Economically recoverable resource ,簡寫ERR):是指能夠進(jìn)行贏利生產(chǎn)的那部分的技術(shù)可采資源量。經(jīng)濟(jì)可采資源量表示在現(xiàn)有政策與市場(chǎng)條件下，能夠進(jìn)行經(jīng)濟(jì)開采的那部分技術(shù)可采資源量。目前，關(guān)于天然氣水合物的有關(guān)經(jīng)濟(jì)可采資源量的資料還沒有，幾乎沒有進(jìn)行過經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)與估算。

儲(chǔ)量(Reserve)：通過鉆井確認(rèn)且現(xiàn)有井或者開發(fā)鉆井項(xiàng)目可進(jìn)行生產(chǎn)的天然氣總量。目前，還沒有報(bào)道天然氣水合物進(jìn)行長期穩(wěn)定的生產(chǎn)，世界上也沒有任何地方提交過天然氣水合物儲(chǔ)量。

圖2 天然氣水合物資源分類例子(來源：Boswell and Collett 2011)

但是，全球這么大的資源僅有較小一部分屬于技術(shù)可采資源，也就是在目前技術(shù)條件下能夠進(jìn)行可采的資源非常小。目前，天然氣水合物分布廣泛，但是在海洋沉積物中低富集程度分布為主，沒有經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值。只有那些高富集區(qū)域的天然氣水合物才具有開發(fā)價(jià)值，目前已經(jīng)在海洋與永久凍土帶發(fā)現(xiàn)了這種高富集區(qū)，比如阿拉斯加北斜坡、加拿大西北部、墨西哥灣、日本海上以及中國南海等。這些高富集地區(qū)的物理特性與儲(chǔ)層特征似乎比較適合運(yùn)用目前常規(guī)油氣開采方法進(jìn)行開采。

1995年美國地質(zhì)調(diào)查局對(duì)美國和全球油氣資源進(jìn)行了評(píng)價(jià)，其中包括天然氣水合物。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，美國天然氣水合物資源量在112,765萬億立方英尺(3193萬億立方米)至767,110萬億立方英尺(19,147萬億立方米)之間，平均值為320,222萬億立方英尺(9,069萬億立方米)。全球天然氣水合物資源量在100,000到300,000,000萬億立方英尺之間。而全球常規(guī)天然氣資源剩余探明儲(chǔ)量和待發(fā)現(xiàn)資源大約為13,000萬億立方英尺。

此外，還有其他學(xué)者也對(duì)全球天然氣水合物的資源量進(jìn)行了估算，結(jié)果如下表1。

表1 不同學(xué)者估算的全球天然氣水合物資源量

根據(jù)Johnson等研究，世界上真正能作為一種能源來利用的天然氣水合物的資源量很小，僅局限于少數(shù)集中分布區(qū)域，其大部分資源無法作為能源利用。天然氣水合物集中分布區(qū)域主要是海洋與北極地區(qū)，在儲(chǔ)層物性與條件適合情況下，有可能開發(fā)成為一種能源而利用(圖3)。

圖3 天然氣水合物資源金字塔(來源：Boswell et al)

Johnson領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在世界銀行、聯(lián)合國組織和有關(guān)國家政府的資助下，完成了聯(lián)合國定義的全球18個(gè)地區(qū)的天然氣水合物資源評(píng)價(jià)工作。此外，對(duì)南北極地區(qū)進(jìn)行分開評(píng)價(jià)，詳細(xì)結(jié)果見表2和圖4。

表2 全球砂巖中天然氣水合物資源量(來源：Johnson，2011)

圖4 世界個(gè)地區(qū)天然氣水合物資源量分布情況(來源：Johnson，2011)

表3是1860-2009年全球能源消費(fèi)、化石燃料儲(chǔ)量與資源以及可再生能源潛力。

表3 1860-2009年全球能源消費(fèi)、化石燃料儲(chǔ)量與資源以及可再生能源潛力

根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2012年發(fā)布的全球常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果，全球待發(fā)現(xiàn)常規(guī)石油資源量平均值為5652.98億桶，待發(fā)現(xiàn)常規(guī)天然氣資源量為5605.626萬億立方英尺，待發(fā)現(xiàn)常規(guī)天然氣液資源量為1666.68億桶。

根據(jù)美國能源信息署(EIA)與先進(jìn)資源國際公司(ARI)2015年最新評(píng)價(jià)結(jié)果，全球46個(gè)國家的頁巖氣為資源量7576.6萬億立方英尺、致密油資源量為4189億桶。

根據(jù)BP發(fā)布的2016年發(fā)布的《2016世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》報(bào)道，2015年底全球剩余石油探明儲(chǔ)量(P1)為2394億噸(16976億桶)、天然氣探明儲(chǔ)量186.9萬億立方米(6599.4萬億立方英尺)；2015年全球石油產(chǎn)量43.619億噸(9167萬桶/天)、天然氣35386億立方米(31.995億噸油當(dāng)量)；2015年全球石油消費(fèi)量43.313億噸(9500.8萬桶/天)、天然氣消費(fèi)量34686億立方米(31.352億噸)。

如果按照一般媒體報(bào)道的那樣進(jìn)行類比計(jì)算，那么目前全球已經(jīng)探明的石油與天然氣儲(chǔ)量按照目前的開采速度，還分別可以開采55.9年和52.8年(隨著全球范圍內(nèi)的油氣勘探開發(fā)不斷進(jìn)行，在一定時(shí)期內(nèi)新的油氣探明儲(chǔ)量會(huì)不斷地增加)。而天然氣水合物目前還沒有任何探明儲(chǔ)量。那些報(bào)道世界可燃冰夠才千年的說法沒有任何根據(jù)(如果開采千年，按照2015年全球天然氣產(chǎn)量35386億立方米計(jì)算，那么1000年的產(chǎn)量就是35386000億立方米，那么至少需要3538.6萬億立方米的探明儲(chǔ)量(P1)，那么需要多少資源量才可以探明這么多？因此，大家一定要明白資源量不等于儲(chǔ)量，儲(chǔ)量不等于產(chǎn)量，不能用簡單的類比進(jìn)行計(jì)算。)。而這次中國南海可燃冰取得重大突破也只是說明我國也掌握了可燃冰的勘探尋找與生產(chǎn)測(cè)試等相關(guān)技術(shù)。我國也不是第四個(gè)發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)可燃冰的國家(在此之前已經(jīng)有美國、日本、加拿大、俄羅斯、韓國等發(fā)現(xiàn)并取得了可燃冰樣品，加拿大、美國、日本等更是在我國之前進(jìn)行了生產(chǎn)測(cè)試并取得了巨大成功。

中國這次在南海神狐海域取得可燃冰測(cè)試成功，可喜可賀，但是媒體報(bào)道就顯得缺乏必要的專業(yè)知識(shí)了。有關(guān)報(bào)道中說“南海神狐海域有11個(gè)礦體、面積128平方公里，資源儲(chǔ)存量1500億立方米，相當(dāng)于1.5億噸石油儲(chǔ)量”。這真的不算什么，即使在陸上常規(guī)油氣方面，也只能屬于一般豐度的油氣田(11.7億方/平方公里)。

從資源量上看，全球天然氣水合物無疑是最大的，但是到目前為止還沒有進(jìn)行過經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，也沒有進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可采資源量的估算，更沒有任何地方提交過天然氣水合物探明儲(chǔ)量。前幾年曾有報(bào)道過美國(永久凍土帶)、日本(深海)、韓國(深海)等計(jì)劃在2020年前進(jìn)行商業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，但從目前看很難在2020年前實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。

2.有哪些國家開展了可燃冰研究與考察？

前面我們已經(jīng)介紹過可燃冰出現(xiàn)在兩種環(huán)境下：深海和陸地極地地區(qū)。海洋大陸邊緣可燃冰的存在主要是利益地震反射進(jìn)行推測(cè)的。這些地震反射反映了可燃冰穩(wěn)定區(qū)基底（BGHSZ）(reviewed by Kvenvolden,1993)。這種反射通常稱為似基底反射（BSR)。而這個(gè)BSR通?？梢越忉尀樯厦婧扇急练e物與下面含游離氣沉積物的分界線（圖5）。通常情況下，這個(gè)BSR還是比較容易識(shí)別的，但是在幾乎沒有變形的地區(qū)還是很難識(shí)別的。BSR已經(jīng)可以達(dá)到海底以下1100米以上的深度。 

圖5 三維地震剖面的東-西垂向切片，顯示鉆探地點(diǎn)Cascadia Margin的1244、1246和1252點(diǎn)的地層與構(gòu)造背景，

AC, A,B, B′, Y, Y′為地震反射層，BSR為可燃冰穩(wěn)定區(qū)基底地震反射層。（來源：X. Su  et al） 

目前幾乎在每個(gè)海洋盆地中海底30米以上的淺層沉積物中都取到可燃冰樣品，比如墨西哥灣、北美的Cascadia大陸邊緣、黑海、里海、鄂霍次克海、東海/日本海和北大西洋與南大西洋（Collet，2002；Collett et al，2009）。在更深的深度也獲得了可燃冰樣品，比如，美國東南海岸，美國與加拿大Cascadia邊緣，中美洲海溝，秘魯海上，印度，中國，韓國，以及日本東西大陸邊緣等（Collett et al，2009）。

近年來，為了尋找海洋可燃冰富集分布區(qū)域而進(jìn)行的深海鉆探項(xiàng)目不斷增加，也使得人們對(duì)可燃冰形成的地質(zhì)條件有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。非常著名的項(xiàng)目有海洋鉆探計(jì)劃（Ocean Drilling Program，ODP)和綜合海洋鉆探計(jì)劃（Integrated Ocean DrillingProgram，IODP)，包括ODP Legs 164和204，以及IODP Expedition 311。工業(yè)上涉及的可燃冰鉆探項(xiàng)目也取得了非常有價(jià)值的資料，例如由美國能源部資助的墨西哥灣兩個(gè)項(xiàng)目：Gulf of Mexico JIP LegⅠ和Gulf of Mexico JIP Leg Ⅱ。由國家主導(dǎo)的可燃冰鉆探項(xiàng)目也為認(rèn)識(shí)自然界中的可燃冰提供了豐富資料。這些項(xiàng)目主要是有國家有關(guān)機(jī)構(gòu)主導(dǎo)的，負(fù)責(zé)資金籌措和項(xiàng)目管理。這些項(xiàng)目中最重要的就是日本海上項(xiàng)目，包括1999-2000年的METI Nankai Trough Project、2004年METI Tokai to Kumano-nada Project以及2012年的MH-21 Nankai TroughPre-Production Expedition。此外，還有一些由國家主導(dǎo)的項(xiàng)目，比如印度的NGHP Expedition 01，中國海上的GMGS-1，韓國的UBGH1和UBGH2，等等。所有這些都為我們認(rèn)識(shí)自然界中可燃冰提供了大量的資料。

     圖6  全球大陸邊緣海域沉積物與永久凍土帶可燃冰取樣位置與推測(cè)位置圖。

大部分樣品是在深海取芯項(xiàng)目或淺部海底取樣作業(yè)中獲得的。大部分可能有可燃冰的位置是根據(jù)地震剖面的BSR推測(cè)的。本圖中還標(biāo)明了主要的可燃冰研究鉆探與考察項(xiàng)目。

圖7  國際上主要可燃冰研究項(xiàng)目分布圖。2016年10月資料（Collett，2016） 

圖9 國際上進(jìn)行天然氣水合物生產(chǎn)測(cè)試（ProductionTesting）的項(xiàng)目。

注意這個(gè)“ProductionTesting”術(shù)語，根據(jù)油氣行業(yè)的習(xí)慣以及實(shí)際工作內(nèi)容，翻譯成“生產(chǎn)測(cè)試”比較貼切。而翻“試采”在油氣行業(yè)中主要是指：為了獲取油氣田開發(fā)所需要的油氣田有關(guān)數(shù)據(jù)，常常在正式開發(fā)前會(huì)對(duì)某些井進(jìn)行試采，以取全有關(guān)數(shù)據(jù)，編制開發(fā)方案，試采時(shí)間有長有短，在英文中也多用“pilot”表示。 

北極地區(qū)的可燃冰分布與永久凍土帶分布具有典型的緊密相關(guān)性。通常認(rèn)為，自上新世末（大約距今188萬年）以來，北極地區(qū)持續(xù)低溫，適于永久凍土帶和可燃冰的形成?，F(xiàn)今凍土帶的范圍標(biāo)明北半球20%的陸地被凍土帶所覆蓋。地質(zhì)研究與海底條件的熱模擬也表明永久凍土帶與可燃冰可能在北冰洋大陸架存在。

圖10 北半球永久凍土帶的分布。

圖中深藍(lán)表示陸上連續(xù)永久凍土帶，淺藍(lán)表示海域可能遺存的永久凍土帶。這些地方可能適宜于可燃冰的存在。 

前蘇聯(lián)和加拿大對(duì)北極地區(qū)永久凍土帶天然氣水合物的研究開展得最早，其中加拿大Mallik項(xiàng)目為世界上首次對(duì)天然氣水合物進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試的項(xiàng)目。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，前蘇聯(lián)在西西伯利亞盆地北部的麥索亞哈（Messoyakha）氣田是世界上最早投入開發(fā)生產(chǎn)的天然氣水合物氣田（陸上永久凍土帶）。該氣田生產(chǎn)數(shù)據(jù)與其它相關(guān)的地質(zhì)資料一直被用于說明麥索亞哈氣田天然氣水合物的存在并進(jìn)行商業(yè)生產(chǎn)的實(shí)例(Makogon et al., 1972;Makogon, 1981,1988; Cherskiy et al., 1985; Krason and Ciesnik, 1985; KrasonandFinley, 1993)。但是也有專家從天然氣產(chǎn)量與地質(zhì)研究、地球化學(xué)研究結(jié)果認(rèn)為，天然氣水合物并沒有對(duì)麥索亞哈氣田的天然氣生產(chǎn)有任何貢獻(xiàn)（T.S. Collett et al，1998）。該氣田1970年開始投產(chǎn)，1978年停止生產(chǎn)。1980年恢復(fù)生產(chǎn)，到目前位置氣田處于斷斷續(xù)續(xù)生產(chǎn)狀態(tài)。該氣田投產(chǎn)之初是作為常規(guī)氣田（背斜構(gòu)造圈閉）進(jìn)行生產(chǎn)的，隨著儲(chǔ)層游離氣不短采出，儲(chǔ)層壓力下降，導(dǎo)致上覆地層（420～480米厚永久凍土帶）中天然氣水合物中的天然氣分離，隨之壓力回升，氣田繼續(xù)生產(chǎn)。

如圖所示，我們?cè)诤芏啻笱笈璧鼗蛘哧懮蠘O地盆地獲到了可燃冰樣品，據(jù)此我們推測(cè)可燃冰可能廣泛存在于地球一些地方（甲烷含量、溫度與壓力適宜的地方）。然而，通過進(jìn)一步的深海科學(xué)鉆探檢驗(yàn)與取得的數(shù)據(jù)分析，可燃冰的富集區(qū)分布有限。

本刊根據(jù)有關(guān)資料，將按國家對(duì)國際上可燃冰的研究與探索進(jìn)行介紹。如下16個(gè)已經(jīng)開展的可燃冰項(xiàng)目將重點(diǎn)進(jìn)行敘述：

★Ocean Drilling ProgramLeg 164 (1995)

★Japan NankaiTroughProject (1999～2000)

★Ocean Drilling ProgramLeg 204 (2004)

★Japan Tokai--‐okito  Kumano～nada Project (2004)

★Gulf of Mexico  JIP LegI (2005)

★Integrated Ocean DrillingProgram Expedition 311 (2005)

★Malaysia Gumusut--‐Kakap Project(2006)

★India NGHP Expedition01 (2006)

★China GMGS Expedition01 (2007)

★Republic of KoreaUBGH Expedition01(2007)

★Republic of Leg II(2009)

★Republic of KoreaUBGH Expedition02(2010)

★MH--‐21Nankai Trough Pre--‐Production Expedition (2012～2013)

★Mallik Gas HydrateTesting Projects (1998/2002/2007～2008)

★Alaska Mount ElbertStratigraphic Test Well (2007)

★Alaska I?nik SikumiMethane Hydrate Production Test Well (2011～2012)

請(qǐng)關(guān)注后續(xù)報(bào)道：

可燃冰系列（4）——可燃冰在自然界中的作用與角色？

可燃冰系列（5）——可燃冰是潛在的能源資源嗎？

可燃冰系列（6）——人類掌握了開采可燃冰的技術(shù)嗎？能夠經(jīng)濟(jì)開采嗎？

可燃冰系列（7）——開采可燃冰對(duì)環(huán)境有什么影響？

可燃冰系列（8）——我們真的需要開采可燃冰嗎？

可燃冰系列（9）——可燃冰真的能成為全球能源中的一部分嗎？

可燃冰系列（10）——可燃冰未來展望

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