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天然气水合物的“概念”

2010/9/10

　天然气水合物，也称气体水合物（gas hydrate），是由天然气与水分子在高压（>100大气压或>10MPa）和低温（0～10 ℃）条件下合成的一种固态结晶物质。因天然气中80%～90%的成分是甲烷，故也有人叫天然气水合物为甲烷水合物（methane hydrate或methane gas hydrate）。天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪（图1），可以象酒精块一样被点燃（图2～4），故也有人叫它“可燃冰”。


图１	图２

　　从化学结构来看，天然气水合物是这样构成的：由水分子搭成象笼子一样的多面体格架，以甲烷为主的气体分子被包含在笼子格架中（图5）。不同的温压条件，具有不同的多面体格架。
　　从物理性质来看（表1），天然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度，剪切系数、电介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。

图３

图４

图５

表1 天然气水合物的物理性质及与其它物质的比较

参数	纯水合物	含水合物沉积物	含气沉积物	饱和水沉积物	冰
声波Vp(km/Sec)	3.25～3.6	2.05～4.5	0.06～1.45	1.6～2.5	3.8
声波Vs(km/Sec)	1.65	0.14～1.56		0.38～0.39
Vp/ Vs（0℃）	1.95				1.88
密度（g/cm3）	0.912	1.15～2.4		1.26～2.42平均1.75	0.916
中子孔隙度（石灰岩单位%）	50～60			70
体积模量（-1℃）	5.6				8.8
剪切系数（-1 ℃）	2.4				3.9
柏松比	0.33				0.33
电阻率（Ω·M）	1.75			1～3
电介常数（0 ℃）	56				94
热传导率（-10 ℃，W/m·K）	0.49±0.02				2.23