天然氣水合物的成藏機理*

曹瀟瀟，艾小倩，郭云均，葛 雪，張 穎

(江蘇第二師范學院物理與信息工程學院，江蘇 南京 210013)

1 天然氣水合物的研究背景

1.1 天然氣水合物的基本結構

天然氣水合物，是水與碳氫氣體(如甲烷、乙烷及丙烷等)以及部分其他氣體(如二氧化碳、氯氣、硫化氫、氦、氬等)通過高壓、低溫的條件形成的籠狀晶體物質(非化學計量性)，即籠型水合物，俗稱“可燃冰”或天然氣水合物[1]。

主體水分子通過氫鍵在空間相連，形成一系列大小不同的多面體孔穴，這些孔穴就組成了天然氣水合物的基本骨架。而前文提到的“籠狀晶體物質”，則是由這些多面體孔穴通過頂點相連，或面面相連，向空中發展形成籠狀水合物晶格。如果此時有客體分子填充在此晶體水合物的孔穴中，即可形成穩定的氣體水合物。若沒有客體分子填充，那么這些多面體空穴形成的水合物晶格，可以被看做是一種不穩定的冰。另外，即使有客體分子填充在孔穴中，氣體水合物可以趨于穩定，但穩定性卻大不相同。這是因為水合物的穩定性與所填充客體分子的比例有關，兩者之間呈正比例關系。而填充客體分子的比例不僅由客體分子的大小決定，還由其氣相逸度決定。若要進行詳細研究，可以依據嚴格的熱力學計算方法。按照水分子的空間分布特征，水合物的晶體結構如圖1所示，從左向右依次為I型、I型、H型，共計三種[1]。

圖1 天然氣水合結構圖[1]

1.2 天然氣水合物的分布

天然氣水合物分布的主要地區是在海底以下(有一定水深，并且通常大于300 m)和永久凍土帶?！?br>