构建可燃冰测试技术体系　推进工业化生产进程——刘昌岭著作《天然气水合物实验测试技术》

2017-04-01

天然气水合物（俗称“可燃冰”）分布广、规模大、能量密度高，可成为常规油气资源极具潜力的替代能源。勘探、开发利用天然气水合物，建立天然气水合物产业，是我国未来的重要战略选择。我国先后启动了天然气水合物118专项和127专项，全面开展海域和陆域冻土区天然气水合物资源的调查研究工作，获取了各种天然气水合物实物样品。这些钻获的样品非常宝贵，必须建立先进、配套的天然气水合物实验测试技术和方法，才能对其进行全面的分析研究，为天然气水合物资源勘探、评价及相关研究提供重要的数据与基础信息。

中国地质调查局青岛海洋地质研究所刘昌岭研究员在国土资源公益性行业专项资金“天然气水合物实验测试技术研究”（编号：201111026）、国家天然气水合物127工程工作项目“天然气水合物测试技术与模拟实验研究”（编号：GZH201100310）、国家自然科学基金（编号：41072037、41302034、41506082）的支持下，系统地开展了天然气水合物实验测试技术研究。研究过程中，以国土资源部天然气水合物重点实验室为依托，针对X-衍射谱仪、X-CT、固体核磁共振及成像系统、激光拉曼光谱、低温扫描电镜、高压差示扫描量热仪（DSC）、同位素质谱及气相色谱等现代分析测试仪器，研发特定的实验装置及测试技术，以满足这些大型分析仪器对天然气水合物样品进行测试或原位监测的需要，建立起系统的实验测试技术。经过多年努力，课题组取得了丰硕的成果，建立了天然气水合物测试技术体系，并应用于天然气水合物模拟实验和样品的分析测试中。

《天然气水合物实验测试技术》正是对刘昌岭研究员团队近年来研究成果的总结，力图全面系统地介绍天然气水合物的实验测试技术体系。全书分13章。第1章绪论中主要介绍了天然气水合物基本性质、模拟实验及测试技术现状与发展趋势；第2、3章分别介绍了X-衍射谱仪和固体核磁共振测试水合物结构特性的技术与方法；第4、5章分别介绍了激光拉曼光谱测定流体离子的定量方法和混合气体水合物的原位观测技术；第6章介绍了X-CT技术原位观测沉积物中水合物的分布与赋存状态；第7章介绍了核磁成像技术监测水合物的生成分解的微观动力学过程；第8、9章分别介绍了低温扫描电镜和高压差示扫描量热仪测试水合物的技术与方法；第10章介绍了气相色谱和同位素质谱测试天然气水合物气体组分及分析方法；第11章介绍了气体水合物生成过程中体系的流体离子变化及同位素分馏的实验测试技术；第12章介绍了气体水合物稳定条件及其影响因素的实验测试技术；第13章则简要讨论了天然气水合物钻探现场样品的分析测试技术与方法。

研究建立了较完善的天然气水合物实验测试技术体系，针对不同的研究对象，采用不同的实验测试技术，获取不同研究需要的特定参数信息。

天然气水合物晶体分析技术。建立了粉末X射线衍射实验测试技术，可测定水合物晶体的晶胞参数，从而判别水合物的结构类型（I型、II型、H型）。

天然气水合物谱学分析技术。建立了激光拉曼光谱和固体核磁共振实验测试技术，可提供天然气水合物客体种类和笼占有率、水合指数等参数。建立了核磁共振成像和拉曼成像技术，可对天然气水合物生成、分解微观过程进行直接观测，可准确捕获到水合物在生成与分解过程中的微观结构的变化，对水合物的相关理论研究具有重要的意义。

天然气水合物形态学分析技术。通过研制专用装置，建立的X-CT技术可直接观测沉积物中水合物的赋存状态，实现了水合物与气、水、沉积物颗粒边界的准确划分，形象地阐明水合物在沉积物孔隙内的生长、聚集和分布特征，对天然气水合物成藏微观动力学机理研究具有重要的科学意义。此外，该技术还可应用于测定多孔介质中水合物生成、分解的孔隙度和渗透率，描述孔隙空间及通道的3D形态分布特征。建立了低温扫描电镜（SEM）实验测试技术，可提供对样品表面的高分辨扫描，从原子的尺度获得样品的影像，能够观测到天然气水合物表面形态，对研究晶体表面生长行为和形态学有重要意义。

天然气水合物地化分析技术。建立了一套完整的天然气水合物气体组成的分析测试方法，包括水合物样品的气体分解与收集方法、气体成分与同位素组成的测定等。该技术已成功应用到我国南海北部陆坡和祁连山冻土区天然气水合物样品的气体组成、气源与结构信息的研究中。

天然气水合物热学分析技术。建立了高压差示扫描量热仪实验测试技术，可在高压环境下在线测量水合物的热力学数据，确定不同条件下水合物的相平衡曲线。此外，可通过对反应进行在线监测，了解天然气水合物生成、分解的微观过程，对水合物的相关理论研究有重要意义。

总之，该书以大型的高新仪器为支撑，通过研制特殊的实验装置，系统地开展了天然气水合物测试技术研究，建立了一系列的实验测试技术与方法，可获得天然气水合物的结构类型、笼占有率、气体组成、形态学、赋存状态及微观动力学过程等基本信息，在天然气水合物资源调查评价与开发及相关理论研究中具有重要的参考价值。该书的问世，标志着我国天然气水合物实验测试技术进入了全新的阶段，为天然气水合物的综合研究与开发利用提供了重要的技术支撑。