天然气水合物实验测试技术体系建立

摘要：实验测试技术是获取天然气水合物基本信息的重要手段。通过研发、引进和技术集成，建立了系统的天然气水合物实验测试技术体系，具备了针对不同研究需要的分析测试能力，将为天然气水合物勘探、开发提供强有力的技术支撑。

1.项目概况

中国地质调查局青岛海洋地质研究所以大型高新仪器为支撑，通过研制特殊的实验装置，系统地开展天然气水合物测试技术研究，建立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、微观动力学过程等基本信息，已成功应用到天然气水合物的相关研究中。

2.成果简介

到目前为止，已建立、健全天然气水合物的实验测试技术体系（图1)，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。主要技术成果如下：

(1 )天然气水合物晶体分析技术: 建立了粉末X射线衍射(PXRD)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、n型或h型等)。

(2)天然气水合物谱学分析技术：建立了激光拉曼光谱（Raman)和固体核磁共振（NMR)实验测试技术，可提供客体种类及笼占有率、水合指数等参数。如果是甲烷水合物等简单水合物，还可判断水合物的结构类型。建立了核磁共振成像（MRI)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，准确捕捉到水合物在生成与分解过程中微观结构的变化，对水合物的相关理论研究有重要的意义。

(3)天然气水合物晶体微观形态学分析技术：通过研制专用装置建立了X-CT技术，可直接观测沉积物中水合物的赋存状态。无论其测试分辨率（最小分辨率可达20 pm)，还是灰度识别方法都领先于国际上的同类技术，实现了对水合物与气、水及沉积物颗粒边界的准确划分，形象地阐明了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。建立了低温扫描电镜（SEM)实验测试技术，能够观测到天然气水合物晶体表面形态，对于研究不同条件下水合物表面形态学具有重要意义。

(4)天然气水合物地球化学分析技术：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（GC、GC-IRMS)，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在海域和陆域天然气水合物样品的气体组成、气 源与结构信息的研究中。建立了水合物样品气水比测定法，能够提供不同样品中的气水比，对水合物样品含气量评价具有重要意义。

(5 )天然气水合物热学分析技术：建立了高压差示扫描量热仪（DSC)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。另外，通过对反应进行在线监测，可了解天然气水合物生成/分解微观过程，对水合物的相关理论研究具有重要意义。

3.成果意义

天然气水合物实验测试技术体系的建立，为我国深人、系统地开展天然气水合物研究提供了技术支撑。该技术体系可广泛地应用于我国海域和陆域钻获的天然气水合物样品中，提供了丰富、准确的分析测试信息，揭开水合物的神秘面纱，推动了我国天然气水合物研究的不断深人。(中国地质调查局青岛海洋地质研究所 刘昌岭 孟庆国 供稿）