1樓：中地數媒
一、天然氣水合物概念和結構
1.天然氣水合物概念
天然氣水合物(natural gas hydrate)是指由主體分子(水)和客體分子(烴類甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷等氣體分子及非烴類氮氣、二氧化碳以及硫化氫等氣體分子)在低溫(-10℃至+28℃)和高壓(1～9.0mpa)條件下，通過範德華力相互作用，形成的結晶狀籠形固體絡合物，其中水分子藉助氫鍵形成結晶網路，網路中的孔穴內充滿輕烴、重烴或非烴分子。水合物具有極強的儲載氣體的能力，一個單位體積的天然氣水合物可儲載100～200倍於該體積的氣體量。
2.天然氣水合物結構
天然氣水合物是兩種常見物質水和天然氣的結合體。在合適的高溫低壓條件下，水和天然氣會結合形成冰狀固體物質。
天然氣水合物是由氫鍵水籠立體疊置形成的晶體化合物(圖10-1)。天然氣水合物是籠狀物，意味著主體的水分子有可容客體氣體分子進入的架構空間。空的籠形架構是不穩定的，需要捕獲氣體分子以保持籠形晶體的穩定性(圖10-1)。
水合物緊湊的結構可使天然氣高效疊置。標準溫壓條件下(1kpa，20℃)，一體積的天然氣水合物可膨脹150～180倍。
水合物可形成0.48～0.90nm大小的天然氣分子賦存空間。
水合物存在3種不同的結構型別，一般地，結構的形成取決於最大客體分子的大小。甲烷和乙烷可單獨形成sⅰ水合物;丙烷和異丁烷可形成sⅱ水合物，可單獨或與乙烷和甲烷結合存在;僅當甲烷存在的情況下，正丁烷和新戊烷可形成sⅱ水合物，也可與較大的烴分子(c5-c9)形成結構h(sh)水合物(圖10-1)。
3.天然氣水合物化學式
天然氣水合物分子式為mnh2o，其中m是以甲烷氣體為主的氣體分子;n為分子數。用水分子的平均空穴半徑減去水分子範德華半徑(1.45×10-10m)，可以計算出客氣體分子在每個空穴中可以利用的最大空間半徑。
如客氣體分子半徑與水分子空穴半徑的比率大於1，在沒有變形的情況下，客氣體分子是不可能充填到空穴中去的;如該比率小於0.77，則分子間的吸引力就不足以支撐空穴結構(sloan，1990)。在不存在其他氣體混合的條件下，處於較小空穴中的客氣體分子同樣也可以進入較大的空穴(「分子籠」)。
如有少量其他型別的氣體分子混入，天然氣水合物的結構就可能發生改變。sloan(1990)**，在甲烷中混入0.5%的丙烷，就足以導致天然氣水合物從ⅰ型結構向ⅱ型結構轉變。
二、天然氣水合物性質和特徵
1.天然氣水合物物理化學性質
天然氣水合物通常呈白色，外形如冰雪狀。結晶體以緊湊的格子構架排列，與冰的結構相似(圖10-2)。在這種冰狀結晶體中，碳氫氣體充填在水分子結晶格架的空穴中，兩者在低溫和一定壓力下，通過範德華作用力穩定地相互結合在一起。
在自然界中，甲烷是最常見的客氣體分子(sloan，1990)。天然氣水合物中通常含大量甲烷或其他碳氫氣體分子，極易燃燒，也有人稱之為「可燃冰」(圖10-2)，而且在燃燒以後幾乎不產生任何殘渣或廢棄物。
圖10-1 天然氣水合物晶體結構
圖10-2 天然氣水合物晶體結構模型
但天然氣水合物也並非全部呈白色，可以有多種其他色彩。如從墨西哥灣海底獲取的天然氣水合物呈黃色、橙色、紅色等，從大西洋海底布萊克-巴哈馬高原取得的天然氣水合物呈灰色或藍色。天然氣水合物為什麼會產生出這麼多種顏色，至今還沒有達成共識，但人們普遍認為，賦存於天然氣水合物中的其他一些物質，如油類、細菌和礦物等，都可能對這些色彩的產生起到關鍵作用。
天然氣水合物具有多孔性(圖10-3)，硬度和剪下模量小於冰，密度與冰大致相等，熱傳導率和電阻率遠小於冰;天然氣水合物的物理性質見表10-1和表10-2。
圖10-3 含天然氣水合物的鑽孔岩心
表10-1 天然氣水合物的聲學性質
注:1ft=0.3048m。
表10-2 甲烷天然氣水合物和冰的性質
2.天然氣水合物的環境和地質特徵
天然氣水合物屬於沉積礦產，主要發育於新生代，以上新世為主。沉積層構造可分為塊狀、脈狀、透鏡狀-層狀、斑狀和角礫狀(圖10-4)。
在天然氣水合物形成時，其液流滲透到沉積物顆粒間隙和裂隙中可形成塊狀和脈狀構造，前者表現為沉積物被天然氣水合物均勻膠結，後者是天然氣水合物呈網狀、細脈狀充填於沉積物或沉積岩的裂隙中。從圍巖分離出來的含有氣體的水溶液，沿沉積層層面發生遷移，其遷移前鋒產生揮發作用，可形成透鏡狀-層狀構造，在形態上表現為天然氣水合物呈薄層或透鏡體出現於沉積物或沉積岩基質中，相互之間大致平行排列並交替出現。
圖10-4 沉積物中的天然氣水合物(白色)
如沉積物基質中大致均勻分佈有近圓形或等軸型的天然氣水合物浸染體，則稱為斑狀構造，這種天然氣水合物常與透鏡狀-層狀構造含天然氣水合物的沉積物相伴出現;具角礫構造的天然氣水合物與構造破碎帶有密切聯絡，顯示這類天然氣水合物曾遭到過構造破壞。
2樓：匿名使用者
天然氣水合物，屬於有機化合物，其化學式為ch4，也就是常說的可燃冰，分佈於深海沉積物或陸域的永久凍土中，由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結晶物質。因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作「可燃冰」或者「固體瓦斯」和「汽冰」。其實是一個固態塊狀物。
天然氣水合物在自然界廣泛分佈在大陸永久凍土、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內陸湖的深水環境。
天然氣水合物是怎麼形成的？
3樓：wuli小亮仔
由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結晶物質。
形成可燃冰有三個基本條件：溫度、壓力和原材料。
首先，低溫。可燃冰在0—10℃時生成，超過20℃便會分解。海底溫度一般保持在2—4℃左右；
其次，高壓。可燃冰在0℃時，只需30個大氣壓即可生成，而以海洋的深度，30個大氣壓很容易保證，並且氣壓越大，水合物就越不容易分解。
最後，充足的氣源。海底的有機物沉澱，其中豐富的碳經過生物轉化，可產生充足的氣源。海底的地層是多孔介質，在溫度、壓力、氣源三者都具備的條件下，可燃冰晶體就會在介質的空隙間中生成。
因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作「可燃冰」（combustible ice）或者「固體瓦斯」和「汽冰」。其實是一個固態塊狀物。天然氣水合物在自然界廣泛分佈在大陸永久凍土、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內陸湖的深水環境。
擴充套件資料
性質：天然氣水合物燃燒後幾乎不產生任何殘渣，汙染比煤、石油、天然氣都要小得多。1立方米可燃冰可轉化為164立方米的天然氣和0.
8立方米的水。開採時只需將固體的「天然氣水合物」升溫減壓就可釋放出大量的甲烷氣體。
天然氣水合物在海洋淺水生態圈，通常出現於深層的沉澱物結構中，或是在海床處露出。甲烷氣水包合物據推測是因地理斷層深處的氣體遷移，以及沉澱、結晶等作用，於上升的氣體流與海洋深處的冷水接觸所形成。
在高壓下，甲烷氣水包合物在 18 °c 的溫度下仍能維持穩定。一般的甲烷氣水化合物組成為 1摩爾的甲烷及每 5.75 摩爾的水，然而這個比例取決於多少的甲烷分子「嵌入」水晶格各種不同的包覆結構中。
一升的甲烷氣水包合物固體，在標準狀況下，平均包含 168 升的甲烷氣體。
1立方米的可燃冰可在常溫常壓下釋放164立方米的天然氣及0.8立方米的淡水）所以固體狀的天然氣水合物往往分佈於水深大於 300 米 以上的海底沉積物或寒冷的永久凍土中。
海底天然氣水合物依賴巨厚水層的壓力來維持其固體狀態，其分佈可以從海底到海底之下 1000 米 的範圍以內，再往深處則由於地溫升高其固體狀態遭到破壞而難以存在。
4樓：匿名使用者
天然氣水合物的形成有三個基本條件，缺一不可。據專家介紹，首先溫度不能太高；第二壓力要足夠大，但不需太大；0℃時，30個大氣壓以上就可生成；第三，地底要有氣源。天然氣水合物受其特殊的性質和形成時所需條件的限制，只分佈於特定的地理位置和地質構造單元內。
一般來說，除在高緯度地區出現的與永久凍土帶相關的天然氣水合物之外，在海底發現的天然氣水合物通常存在水深300～500m以下(由溫度決定)，主要附存於陸坡、島嶼和盆地的表層沉積物或沉積岩中，也可以散佈於洋底以顆粒狀出現。這些地點的壓力和溫度條件使天然氣水合物的結構保持穩定。從大地構造角度來講，天然氣水合物主要分佈在聚合大陸邊緣大陸坡、被動大陸邊緣大陸坡、海山、內陸海及邊緣海深水盆地和海底擴張盆地等構造單元內。
據估計，陸地上20.7%和大洋底90%的地區，具有形成天然氣水合物的有利條件。絕大部分的天然氣水合物分佈在海洋裡，其資源量是陸地上的100倍以上。
在標準狀況下，一單位體積的天然氣水合物分解最多可產生164單位體積的甲烷氣體，因而是一種重要的潛在未來資源。
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