叢曉榮，吳能友?，蘇 明，楊 睿，喬少華,3，毛小平

（1. 中國科學(xué)院廣州能源研究所，中國科學(xué)院天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2. 中國科學(xué)院廣州天然氣水合物研究中心，廣州 510640；3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4. 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京100083）

天然氣水合物資源量估算研究進(jìn)展及展望*

叢曉榮1,2，吳能友1,2?，蘇 明1,2，楊 睿1,2，喬少華1,2,3，毛小平4

（1. 中國科學(xué)院廣州能源研究所，中國科學(xué)院天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2. 中國科學(xué)院廣州天然氣水合物研究中心，廣州 510640；3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4. 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京100083）

天然氣水合物資源量對天然氣水合物在能源和環(huán)境中的地位與作用極為重要，本文綜述了40多年來世界各國學(xué)者對全球天然氣水合物資源量的研究成果，將天然氣水合物資源量的估算研究分為三個(gè)階段：初始階段（1970s～1980s早期）；發(fā)展階段（1980s～2000s早期）；理性階段（2000s～目前）。研究認(rèn)為：隨著天然氣水合物勘探開發(fā)研究程度的加深，從一個(gè)階段到另一個(gè)階段全球天然氣水合物中甲烷量估算值至少降低了一個(gè)數(shù)量級，天然氣水合物實(shí)際樣品的獲得使得水合物資源量估算方法日趨完善，估算參數(shù)更加接近實(shí)際地質(zhì)情況，估算值更加趨于理性，目前反映全球海底天然氣水合物資源量的合理范圍為（1～3）×1015m3。

天然氣水合物；資源量；估算

0 前 言

天然氣水合物是天然氣分子和水分子在低溫高壓條件下形成的似冰狀非化學(xué)計(jì)量的籠型結(jié)晶化合物。常溫常壓下，這種似冰狀物質(zhì)極易分解，且遇火發(fā)生燃燒，故俗稱“可燃冰”。自然狀態(tài)下，水合物分布廣泛，主要賦存于永久凍土帶和大陸邊緣的海底沉積物之中[1]。近年來的研究表明，水合物具有分布廣、地質(zhì)儲量大、能量密度高、環(huán)境污染小等特點(diǎn)，被認(rèn)為是未來的新型接替能源[1-3]。

對天然氣水合物資源量的研究早在 20世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始。1966年，Makogon[4]基于理論最早計(jì)算了天然氣水合物的資源量，此后，陸續(xù)有很多學(xué)者發(fā)表了有關(guān)全球天然氣水合物資源量的文章[1-34]（表 1），不同的研究者得到的估算值甚至相差了幾個(gè)數(shù)量級，其原因主要是評價(jià)方法不同及評價(jià)參數(shù)差異大。全球天然氣水合物資源量的正確評估對于明確天然氣水合物在全球資源和環(huán)境中的地位尤為重要。本文通過對過去40多年的全球天然氣水合物資源量估算值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表1），總結(jié)個(gè)中規(guī)律，排除早期明顯不切實(shí)際的估算值[35]，將全球天然氣水合物資源量估算值的研究劃分為三個(gè)階段：初始階段（1970s～1980s早期）；發(fā)展階段（1980s～2000s早期）；理性階段（2000s～目前）（圖1）。由圖可直觀看出：從一個(gè)階段到另一階段全球天然氣水合物中甲烷量估算值至少降低了一個(gè)數(shù)量級。

表1 全球天然氣水合物中甲烷估算列表Table 1 Global estimates of methane in submarine gas hydrate

圖1 全球天然氣水合物中甲烷估算與出版時(shí)間關(guān)系圖（根據(jù)表1繪制）Fig. 1 Estimates of global methane in gas hydrate versus the publication date of the estimate（Refer to table 1）

1 初始階段（1970s～1980s早期）

1966年，前蘇聯(lián)學(xué)者 Sokolov[36]最先提出海洋沉積物中可能存在天然氣水合物；1974年，Yefremova等[37]最先發(fā)現(xiàn)了深海天然氣水合物的冰狀晶體樣品。1973年，Trofimuk等[5]利用體積法來估算全球天然氣水合物中天然氣的體積，其計(jì)算公式如下：

上式中，Vglob為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下全球水合物中天然氣體積（m3）；VGHZ為含水合物沉積層的體積（m3）；D為含水合物沉積層的天然氣含量（每立方米含水合物沉積層中含有的天然氣體積）（m3/m3）；A為含水合物沉積層面積（m2）；Z為水合物穩(wěn)定帶厚度（m）；φ為孔隙度（%）；H為孔隙中水合物的飽和度（%）；G為天然氣水合物的容積倍率（每立方米水合物中含有的天然氣體積）（m3/m3）；E為天然氣水合物聚集率（%）。

1973年，Trofimuk等[5]假設(shè)天然氣水合物在水深大于500 m的地方形成，同時(shí)認(rèn)為海洋中有93%的區(qū)域具有這樣的條件，天然氣水合物穩(wěn)定帶厚度為300 m，含水合物的海域面積為335.71×106km2，沉積物的平均孔隙度為20%，每立方米沉積物中可能含有30～36 m3天然氣，沉積物中天然氣水合物的飽和度是100%，天然氣水合物的容積倍率為150～180 m3。通過式（1）或式（2）計(jì)算得到全球水合物中天然氣體積為（3 021～3 085）×1015m3。

1975年，Trofimuk等[6]基于對天然氣水合物新的認(rèn)識，提出新的天然氣水合物資源量估算方法——面積法，計(jì)算公式如下：

上式中，A為含水合物沉積層面積（m2）；R為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣水合物資源密度（每平方米水合物區(qū)域含有的天然氣體積）（m3/m2）。

1975年，Trofimuk等[6]認(rèn)為天然氣水合物在極地和熱帶形成的水深分別是 ＞ 250 m和 ＞ 650 m，并且只能在海底90%的區(qū)域存在；天然氣水合物資源密度為1 360～4 000 m3/m2，對陸架、陸坡、深海平原的全球天然氣水合物中的甲烷量進(jìn)行分別計(jì)算，運(yùn)用上述面積法式（3），計(jì)算得到全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量約為11 135×1015m3。

1977年，Cherskiy等[7]采取了與Trofimuk等相似的方法和假設(shè)，只是他們認(rèn)為天然氣水合物資源密度為2 077～5 533 m3/m2，含水合物沉積層的天然氣含量為10～80 m3/m3，計(jì)算得到全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量約為1 573×1015m3。

1979年，Trofimuk等[10]綜合了多年研究成果，對天然氣水合物形成條件進(jìn)一步約束：假設(shè)10%的大陸架具有天然氣水合物形成的溫壓條件，但其中只有33%的區(qū)域存在天然氣水合物，并且60%的陸坡和30%的深海平原存在天然氣水合物；同時(shí)，假設(shè)水合物穩(wěn)定帶厚度為 300 m，天然氣水合物資源密度為1 170～1 384 m3/m2，通過面積法計(jì)算得到全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量為（110～130）×1015m3。

2 發(fā)展階段（1980s～2000s早期）

1981年，McIver[11]考慮了天然氣水合物形成時(shí)的微生物作用，提出沉積物中有機(jī)碳平均含量為0.5%，通過微生物作用將有機(jī)碳的 1%轉(zhuǎn)化為甲烷時(shí)，每立方英里沉積物將產(chǎn)生0.15 m3天然氣，利用這個(gè)結(jié)果外推通過面積法得到全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量為3.1×1015m3。這個(gè)估算方法的創(chuàng)新性在于考慮了天然氣水合物形成的微生物作用，其估算值雖然接近于目前的某些估算結(jié)果，但是其估算采用的水合物沉積層的天然氣含量極低（0.15 m3/m3），并且采用的方法還是面積法，說明對天然氣水合物的認(rèn)識還是不充分。

1988年，Kvenvolden等[16]認(rèn)為天然氣水合物只能由原位產(chǎn)生的甲烷形成，假設(shè)沉積物中總有機(jī)碳含量 ＞ 1% 時(shí)才有可能形成水合物，并且估算出這樣的沉積物面積大約為10×106km2，同時(shí)他們通過實(shí)驗(yàn)假設(shè)天然氣水合物穩(wěn)定帶的厚度為500 m，穩(wěn)定帶的平均孔隙度為50%，其中天然氣水合物飽和度為10%，天然氣容積率為160 m3，通過體積法式（2）計(jì)算得到全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量為40×1015m3。1990年，Kvenvolden等[38]對北冰洋似海底反射（BSR）地震研究的結(jié)果認(rèn)為天然氣水合物只能在BSR上方40 m厚的地方存在，同時(shí)假設(shè)北冰洋水深400～2 800 m區(qū)域的75%可以形成天然氣水合物，水合物穩(wěn)定帶厚度為400 m，平均孔隙度為30%，天然氣水合物飽和度為100%，天然氣容積倍率為140 m3，通過體積法式（2）計(jì)算北冰洋天然氣水合物中甲烷體積為8.8×1014m3。1998年，Kvenvolden[39]認(rèn)為北極盆地只占世界大陸邊緣總長度的大約5%，假設(shè)其他區(qū)域的天然氣水合物存在形式與北極相似，由此外推得到全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量約為20×1015m3，這一結(jié)果曾一度在學(xué)術(shù)界得到普遍肯定并被廣泛引用。

1990年，MacDonald[18]認(rèn)為天然氣水合物存在于水深200～3 000 m的區(qū)域，假設(shè)含水合物沉積層的面積為6.2×106km2，天然氣水合物穩(wěn)定帶平均厚度為500 m，平均孔隙度為40%，天然氣水合物飽和度為10%，天然氣容積倍率為156 m3，通過體積法式（2）計(jì)算得到全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量約為20×1015m3。

1994年，Gornitz等[19]提出了沉積物中天然氣水合物形成的兩個(gè)不同的模型，即“原位生物成因模型”和“流體運(yùn)移成因模型”。在第一個(gè)模型中，假設(shè)天然氣水合物形成于總有機(jī)碳含量大于 0.5%的沉積物中，含水合物沉積層的面積為（13.3～31.7）×106km2，天然氣水合物穩(wěn)定帶平均厚度為379～440 m，平均孔隙度為46%，天然氣水合物飽和度為5%～10%，天然氣容積倍率為170 m3，用體積法式（2）計(jì)算出全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量為（26.4～139.1）×1015m3。在第二個(gè)模型中，他們認(rèn)為水合物只形成于動態(tài)流體遷移的沉積物中，并且假設(shè)沉積物中天然氣水合物飽和度由穩(wěn)定帶底部50%到頂部0%呈線性遞減趨勢，含水合物沉積層的面積為23×106km2，天然氣水合物穩(wěn)定帶平均厚度為379～453.4 m，平均孔隙度為46%，天然氣水合物飽和度為0%～50%，天然氣容積倍率為170 m3，通過體積法式（2）計(jì)算得到全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量為114.5×1015m3。最后總結(jié)提出最佳的計(jì)算結(jié)果為26.4×1015m3。這里創(chuàng)新性地采用了兩個(gè)不同的模型來論述天然氣水合物的資源量，雖然計(jì)算結(jié)果差強(qiáng)人意，但是充分表明了人們對天然氣水合物認(rèn)識程度的提高，肯定了深部流體運(yùn)移在天然氣水合物形成過程中的重要性。

1995年，Harvey等[20]假設(shè)當(dāng)沉積物中總有機(jī)碳含量大于 0.5%時(shí)，天然氣水合物可占據(jù)沉積物的75%，天然氣水合物飽和度為2.5%～40%，同時(shí)假設(shè)含水合物沉積層的面積為14.8×106km2，天然氣水合物穩(wěn)定帶平均厚度為277 m，平均孔隙度為小于60%，天然氣容積倍率為170 m3，通過體積法式（2）計(jì)算得到全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量為（22.7～90.7）×1015m3。

1995年，Ginsburg等[21]也認(rèn)為天然氣水合物的聚集分兩種情況：一種是與海底碳?xì)浠衔餄B漏相關(guān)；另一種是深層的或與海底滲漏不直接相關(guān)。他們假設(shè)沉積物中的天然氣水合物可以在大陸坡0.01%的區(qū)域存在，也就是4×104km2，天然氣水合物資源密度為1 500 m3/m2，用面積法估算了與海底滲漏有關(guān)的天然氣水合物中天然氣的體積為6×1013m3。對于深層的聚集，他們利用深海鉆探計(jì)劃（DSDP）570站位在中亞美利加海溝觀測的約4 m厚的天然氣水合物層，以及得到的部分水合物樣品[40]，計(jì)算得到這個(gè)站位的天然氣水合物資源密度高達(dá)2 000 m3/m2。如果570站位只是大陸邊緣鉆探的170個(gè)站位之一，相似的天然氣水合物聚集區(qū)只占大陸邊緣的1/170（0.6%），即24 m3/m2，因此，利用面積法外推得到全球水合物中天然氣的體積為4.8×1014m3，最終估算認(rèn)為全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量為1×1015m3。該方法利用實(shí)測資料對天然氣水合物資源量進(jìn)行估算，具有進(jìn)步性，但是鑒于實(shí)測資料如此之少，估算結(jié)果明顯考慮因素不夠，忽略很多重要因素，比如北極凍土帶地區(qū)含量豐富的水合物礦藏等。

1996年，Holbrook等[41]運(yùn)用大洋鉆探計(jì)劃（ODP）164航次在美國東部海域布萊克海嶺所采集的地震波速等數(shù)據(jù)，估算出此區(qū)域天然氣水合物平均飽和度約為5%，他們沒有給出全球天然氣水合物的估算值，但他們認(rèn)為 1988年 Kvenvolden[17]得出的數(shù)值太大，天然氣水合物的實(shí)際含量可能只有其估算值的三分之一，因此得出全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量約為6.8×1015m3。

3 理性階段（2000s～目前）

2002年，Soloviev[24]綜合分析了DSDP和ODP實(shí)測數(shù)據(jù)，認(rèn)為天然氣水合物只能存在于沉積層厚度超過 2 km 的區(qū)域，這樣的區(qū)域在全球大概有35.7×106km2，并且認(rèn)為自然界中天然氣水合物聚集區(qū)的分布與常規(guī)的天然氣聚集區(qū)相似，那么天然氣水合物存在的區(qū)域約有0.28×106km2，他計(jì)算得到研究區(qū)水合物的平均資源密度約為650 m3/m2，利用面積法計(jì)算得到全球天然氣水合物資源量的最小值為0.2×1015m3。

2003年，Milkov等[25]分析了ODP204航次水合物海嶺沉積物中直接測定的甲烷含量數(shù)據(jù)，并估算了海底較強(qiáng)BSR和海底低天然氣通量地區(qū)的天然氣水合物飽和度，認(rèn)為其不會超過1%。最重要的是，他們綜合了ODP204航次在水合物海嶺采到的壓力孔樣品及部分ODP164航次在布萊克海嶺的數(shù)據(jù)，估算出沉積層中天然氣的含量為1.4～2.4 m3/m3，同時(shí)進(jìn)一步假設(shè)全球大陸邊緣水合物穩(wěn)定帶的體積大約為7×106km3[42]，而且大陸邊緣只有30%的區(qū)域含有天然氣水合物[43]，因此根據(jù)體積法（1）計(jì)算得到全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量為（3～5）×1015m3；2004年，Milkov[26]認(rèn)為天然氣水合物沉積層的體積應(yīng)該更小，采用同樣的方法，計(jì)算出全球天然氣水合物甲烷當(dāng)量為（1～5）×1015m3。

2004年，Buffett等[27]首次提出了全新世邊界條件下的全球天然氣水合物資源量估算模型，該模型或許是全球最復(fù)雜的模型。他們利用顆粒有機(jī)碳（POC）隨雨水降落海面并沉落海底的速率作為主要的外部參數(shù)來模擬海底天然氣水合物的形成。沉降速率利用水深函數(shù)來計(jì)算，并且作為早期成巖作用模型的上邊界條件。早期成巖作用模型模擬沉積物柱狀序列中顆粒有機(jī)碳的降解[44]。顆粒有機(jī)碳埋藏速率以1 m沉積物深度來計(jì)算，用泥模型作上部邊界條件來模擬下伏沉積物的甲烷通量，集中表現(xiàn)在淺層沉積物中生產(chǎn)甲烷的能力，得出全球天然氣水合物資源量為5×1015m3，非常接近Milkov的計(jì)算結(jié)果。2009年，Archer等[30]進(jìn)一步精細(xì)了這個(gè)模型，估算得出的天然氣水合物資源量約減少了三倍。

2005年，Klauda等[28]提出一個(gè)均衡的熱力學(xué)模型來推測海底天然氣水合物穩(wěn)定帶底界，包括海底水鹽度、水合物在孔隙中的結(jié)構(gòu)、自然沉積物中孔隙大小的分布。在這個(gè)模型中，通過輸入沉積物類型、地?zé)崽荻?、海底深度來預(yù)測水合物穩(wěn)定帶厚度。他們用這個(gè)模型和物質(zhì)傳輸來描述水合物的形成，開發(fā)了一個(gè)預(yù)測海洋中甲烷水合物形成的方法，基于這些信息，提出將全球劃分為經(jīng)緯度1度×1度單元格的分布區(qū)域內(nèi)海洋沉積物中甲烷水合物分布的預(yù)測方法，得出全球天然氣水合物資源量為1.15×1017m3，還進(jìn)一步估計(jì)大約有標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下4.4×1016甲烷存在于大陸邊緣地區(qū)。Klauda等[28]估算的全球天然氣水合物資源量數(shù)值是Kvenvolden估算值的6倍，比Milkov估算值的40倍還大。這個(gè)估算值明顯樂觀假設(shè)沉積物中的有機(jī)碳含量大，并且有機(jī)質(zhì)到甲烷的轉(zhuǎn)換效率高。

2008年，Wood等[29]改進(jìn)了1994年Gornitz等[19]和1995年Harvey等[20]的天然氣水合物形成模型，利用高分辨率海底測深數(shù)據(jù)、沉積物厚度、地?zé)崽荻鹊荣Y料模擬了全球甲烷水合物穩(wěn)定帶，并且考慮了位于硫酸鹽還原帶上的天然氣水合物穩(wěn)定帶，得出全球天然氣水合物資源量的上限值為7.62×1016m3。這個(gè)估算值也比較樂觀的主要原因是用永凍圈沉積物中平均甲烷濃度1.5%這個(gè)參數(shù)來估算全球甲烷水合物含碳量，計(jì)算結(jié)果明顯偏高。

2011年，Burwicz等[31]基于 Wallmann等[45]在2006年研究生物甲烷形成中提出的顆粒有機(jī)碳動力學(xué)速率法，提出了新的全球天然氣水合物資源量估算一維模型。Burwicz等的估算值范圍為（0.008 2～2.1）×1016m3，并且涵蓋了從全新世到冰期增大的沉積速率值，但是沒有考慮上升流體或者氣體的影響。

2011年，Boswell等[32]分析總結(jié)了學(xué)者們在過去 30多年研究得出的全球天然氣水合物資源量估算值，認(rèn)為天然氣水合物資源量在3×1015m3左右比較合理。

2012年，Wallmann等[33]認(rèn)為天然氣水合物的形成受地球物理、生物地球化學(xué)等參數(shù)控制，基于全球網(wǎng)格數(shù)據(jù)提出一新輸運(yùn)反應(yīng)（transport-reaction）模型，模擬結(jié)果認(rèn)為天然氣水合物穩(wěn)定帶內(nèi)孔隙體積 ≥ 44×1015m3、全新世顆粒有機(jī)碳堆積速率為1.4×1014g·a-1、深部生物圈全球微生物甲烷產(chǎn)出速率為（4～25）×1012g·C·a-1，進(jìn)而計(jì)算得出全球天然氣水合物資源量為 ≥ 0.87×1015m3。

2013年，Pinero等[34]先利用2012年Wallmann等[33]的模型完善相關(guān)參數(shù)，計(jì)算出全球的天然氣水合物資源量，然后又充分考慮大陸邊緣地區(qū)甲烷流體的泄漏對天然氣水合物穩(wěn)定帶形成的重要促進(jìn)作用進(jìn)而提出一個(gè)外推的函數(shù)來計(jì)算受此影響而增加的全球天然氣水合物資源量，最終認(rèn)為全球天然氣水合物資源量為1.05×1015m3。

4 討 論

由圖1可見，對水合物資源量的相關(guān)研究最早可追溯到20世紀(jì)70年代，隨著人類實(shí)驗(yàn)技術(shù)、認(rèn)知水平的提高和科技工藝的進(jìn)步，特別是與水合物相關(guān)的資料越來越豐富，研究學(xué)者們對天然氣水合物資源量的估算逐漸趨于理性，近期估算值與早期估算值相比，下降了幾個(gè)數(shù)量級。目前反映全球海底天然氣水合物資源量的最佳值為（1～3）×1015m3。綜合分析近 40年來國外學(xué)者對全球天然氣水合物資源量的研究，其過程可歸結(jié)為三個(gè)階段，各階段的主要特征分析如下。

初始階段（1970s～1980s早期）。這一時(shí)期全球天然氣水合物資源量估算值的數(shù)量級普遍在 1017～1018m3，估算值過大。究其原因，主要是當(dāng)時(shí)人們對天然氣水合物的認(rèn)識尚淺，雖然在海洋沉積物中發(fā)現(xiàn)了少量的水合物樣品[46]，但是當(dāng)時(shí)對于天然氣水合物的形成過程、形成條件等因素還不是很了解，沒有實(shí)際的數(shù)據(jù)和資料，只能基于假設(shè)來給定天然氣水合物的存在面積和含天然氣水合物的沉積層厚度，盲目樂觀地假設(shè)，使得估算值過高，人們對天然氣水合物的前景一度不理性地十分看好。

發(fā)展階段（1980s～2000s早期）。這一時(shí)期全球天然氣水合物資源量的估算值比前一個(gè)時(shí)期降低了1～2個(gè)數(shù)量級，這主要是因?yàn)镈SDP（1979-1981）和ODP（1985-2003）早期實(shí)測資料的獲得，使得人們對天然氣水合物的認(rèn)識有了進(jìn)一步的提高，表現(xiàn)在：（1）這一時(shí)期研究者普遍認(rèn)識到沉積物中總有機(jī)碳（TOC）含量這一關(guān)鍵問題（通常 ＞ 0.5%或者＜ 1%）即微生物成因天然氣水合物氣體來源的問題，有的學(xué)者甚至還考慮深部流體運(yùn)移等氣源問題；（2）天然氣水合物主要賦存在大陸邊緣地區(qū)，并且認(rèn)為天然氣水合物也只是在大陸邊緣的一部分區(qū)域存在；（3）天然氣水合物并不是填充水合物穩(wěn)定帶內(nèi)的所有孔隙空間；（4）利用DSDP地震資料及ODP早期實(shí)測資料來假設(shè)天然氣水合物飽和度、孔隙度、資源密度等參數(shù)，使得估算結(jié)果有很大的進(jìn)步性。

理性階段（2000s～目前）。這一階段的研究者對全球天然氣水合物資源量的估算比較理性，表現(xiàn)在：（1）研究者基于 ODP（1985-2003）、IODP（國際綜合大洋鉆探計(jì)劃）（2004-2013）直接或間接數(shù)據(jù)來確定計(jì)算天然氣水合物資源量所需要的相關(guān)參數(shù)，利用完善的體積法或者面積法進(jìn)行計(jì)算，如加載概率統(tǒng)計(jì)等；（2）研究者普遍認(rèn)識到天然氣水合物形成的主要控制因素有沉積物中顆粒有機(jī)碳含量，沉積速率，微生物降解有機(jī)質(zhì)動力學(xué)（產(chǎn)生甲烷的速率），穩(wěn)定帶厚度，穩(wěn)定帶內(nèi)甲烷溶解度，深部沉積層中甲烷流體對天然氣水合物穩(wěn)定帶的補(bǔ)充；（3）繼Buffett等[27]2004年的研究之后，研究者們普遍認(rèn)為天然氣水合物的形成受地球物理、生物地球化學(xué)等參數(shù)控制，采用基于全球網(wǎng)格數(shù)據(jù)的輸運(yùn)化學(xué)反應(yīng)模型（geochemical transportreaction modelling）來估算水合物資源量。這一階段對全球天然氣水合物資源量的估算值均集中在（1～3）×1015m3范圍內(nèi)。2005年，Klauda等[28]的估算值遠(yuǎn)高于該范圍，是因?yàn)樗麄儗㈩w粒有機(jī)碳的降解速率假設(shè)為常量（1.5×10-14s-1），而實(shí)際上有機(jī)質(zhì)降解的速率隨時(shí)間是逐漸變慢的。2008年，Wood等[29]估算了全球甲烷天然氣水合物資源量的最高值，他們采用永凍圈沉積物中平均甲烷濃度1.5%這個(gè)參數(shù)來估算全球甲烷水合物含碳量，明顯會使計(jì)算結(jié)果偏高。因此，筆者認(rèn)為全球比較合理的天然氣水合物資源量為1015m3數(shù)量級。

5 展 望

作為一種綠色的潛在替代能源，天然氣水合物受到了世界各國的高度重視，各國紛紛開展了國家層面的天然氣水合物資源調(diào)查、勘探并制定了開發(fā)研究計(jì)劃?；谶@些條件，使得人們對天然氣水合物資源量的估算參數(shù)可以從實(shí)際樣品資料中獲得。同時(shí)，隨著人們對天然氣水合物認(rèn)識程度的加深，充分考慮其形成過程的復(fù)雜性與系統(tǒng)性，天然氣水合物資源量估算方法逐漸得到完善，大大提高了計(jì)算結(jié)果的合理性。但在人們對全球天然氣儲量認(rèn)識趨于理性的同時(shí)，還存在一些問題，比如：被很多實(shí)測站點(diǎn)證明的主動大陸邊緣中氣體的上升和流體的聚集對于天然氣水合物的聚集形成是非常有利的[47,32]，有模擬顯示主動大陸邊緣地區(qū)富含由海洋生物碎屑下沉到海底而形成的有機(jī)物，天然氣水合物的飽和度高可以達(dá)到1%～3%；流體或氣體供應(yīng)充足的天然氣水合物穩(wěn)定帶，水合物飽和度甚至可以達(dá)到3%，類似這些富含高飽和度水合物的地區(qū)目前依然沒有學(xué)者能夠統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出全球天然氣水合物資源量。中國學(xué)者葛倩等[48]利用垂直大陸邊緣的橫斷面面積來估算天然氣水合物資源量的方法有一定的積極性，其估算值為0.397×1015m3，相對比較保守，主要是因?yàn)槠洳捎貌既R克海嶺為實(shí)例選取相關(guān)參數(shù)，在一些勘探程度較低的情況下，含水合物的大陸邊緣長度很難精確給定。筆者認(rèn)為應(yīng)從生烴角度考慮天然氣水合物聚集成藏過程中的各個(gè)要素，這種“從源到匯”的整體性分析方法有助于更好地建立天然氣水合物資源量的評價(jià)體系。

近年來，研究者對天然氣水合物有了更進(jìn)一步的認(rèn)識：不能籠統(tǒng)地計(jì)算所有的甲烷資源量，需要對原始天然氣水合物資源量進(jìn)行分類，包括能源方面和氣候環(huán)境影響方面，在能源方面，又應(yīng)重點(diǎn)考慮那些可以回收的、為人類所開采利用的資源量。因此，天然氣水合物資源量的估算不以所有的水合物類型作為估算基礎(chǔ)，而是集中于水合物資源金字塔頂端，幾種最具有潛在經(jīng)濟(jì)意義的水合物類型，如凍土區(qū)中砂巖儲層中的水合物、海洋環(huán)境中砂巖儲層中的水合物、海洋環(huán)境中泥質(zhì)裂縫中的水合物等[49]。隨著海底觀測系統(tǒng)、深海鉆探技術(shù)、隨鉆測井技術(shù)、高分辨地球物理采集-處理-解釋綜合技術(shù)的應(yīng)用，水合物資源量估算過程中地質(zhì)參數(shù)的選擇更接近實(shí)際的地質(zhì)情況，如水合物鉆探取心、隨鉆測井和大面積覆蓋的高分辨地震數(shù)據(jù)等資料，能夠支撐地質(zhì)參數(shù)的獲?。òㄋ衔锏V體的厚度、分布面積、孔隙度、飽和度等）；利用地震反演、多屬性變換等技術(shù)可對相關(guān)地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的校正；而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可對水合物資源量計(jì)算過程中的網(wǎng)格劃分進(jìn)行更精確的界定，這些都使得單一水合物遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)資源量的估算逐步取代了全球范圍內(nèi)水合物資源量的估算，如墨西哥灣北部 Terrebonne小型盆地、韓國Ulleung盆地、伊朗Makran增生楔等區(qū)域，對于這些勘探研究成熟的局部區(qū)域，可以充分考慮區(qū)域盆地演化、流體和氣體運(yùn)移等，利用3-D盆地模擬軟件可以很好地模擬局部地區(qū)詳細(xì)的熱史和埋藏史以及氣體或者流體在斷層、斷裂中的流動，進(jìn)而得出精確的區(qū)域水合物資源量。預(yù)測現(xiàn)今和未來可回收的天然氣水合物的資源量將是未來工作的重點(diǎn)。

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New Progress and Outlook of Potential Resources Volume of Natural Gas Hydrate

CONG Xiao-rong1,2, WU Neng-you1,2, SU Ming1,2, YANG Rui1,2, QIAO Shao-hua1,2,3, MAO Xiao-ping4
(1. CAS Key Laboratory of Gas Hydrate, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 2. Guangzhou Center for Gas Hydrate Research, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 4. School of Energy Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing100083, China)

The size of gas hydrate reservoir is very important to the future energy resource and environment. The potential total resources volume of gas hydrate in the past 40 years is integrated and evaluated, which could be divided into three periods: the initial stage (1970s～early 1980s), the developmental stage (1980s～early 2000s), and the rational stage (2000s～present). It appears that the estimates of gas hydrates decreased by at least one order of magnitude from one stage to another. The decrease of estimates is a result of growing research of gas hydrates exploration and development. With the acquisition of actual samples of gas hydrate, the method of estimation hydrate resource is getting more and more mature; estimation parameters are getting closer and closer to the actual geological conditions; estimated value becomes more and more rational. The best estimated amount of the global marine gas hydrate resources is (1～3)×1015m3.

natural gas hydrate; potential resources volume; estimate

TK01

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2014.06.009

2095-560X（2014）06-0462-09

叢曉榮（1983-），女，碩士，助理研究員，主要從事海域天然氣水合物資源量與成藏地質(zhì)條件分析等方面的研究。

2014-09-13

2014-10-16

國家自然科學(xué)基金（41202080，41206047）；中國科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目（KGZD-EW-301）；國家海洋地質(zhì)專項(xiàng)項(xiàng)目（GHZ2012006003）；中國科學(xué)院-國家外國專家局創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)國際合作伙伴計(jì)劃聯(lián)合資助

? 通信作者：吳能友，E-mail：wuny@ms.giec.ac.cn

吳能友（1965-），男，博士，研究員，主要從事海洋天然氣水合物成藏機(jī)制研究和資源評價(jià)。