青岛海洋地质研究所在界面体系水合物相变机理研究方面取得新进展

近日，中国地质调查局青岛海洋地质研究所在界面体系水合物相变机理研究方面取得新进展，相关研究成果以《Evolution characteristics of methane concentration and microscopic formation mechanisms of methane hydrate: Insights from in-situ Raman spectroscopy》为题，发表于国际能源领域权威期刊《Gas Science and Engineering》。

研究团队利用自主研发的拉曼光谱原位观测水合物相变实验装置与方法，在恒定温压条件下，针对气-水合物-液三相体系中甲烷水合物形成过程，实时监测了液相甲烷浓度时空演变规律与水合物笼型结构变化特征。研究结果显示，水合物形成之前，气液界面附近液相甲烷浓度较理论溶解度高出6.22%，表明界面处甲烷过饱和是水合物成核的关键前提。界面处水合物形成后，液相甲烷浓度急剧下降并稳定在临界值（0.07713±0.00209 mol/kg），较理论溶解度降低38.49%，直观揭示了水合物膜对甲烷传质的屏障效应。

此外，该研究明还确了甲烷来源的转变过程。早期水合物形成主要依赖液相中的溶解甲烷，后期主要依赖水合物膜上方的自由甲烷气体。该认识为理解界面体系水合物成核生成机制提供了新的视角，为天然气水合物的成藏研究与合理利用提供科学依据和工程启示。

该研究由青岛海洋地质研究所、中国地质大学（北京）和青岛海洋科技中心研究团队共同完成，博士研究生邱晓倩为论文第一作者，胡高伟研究员与纪云开副研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、泰山学者工程、山东省博士后创新人才支持计划等项目的资助。 

界面体系中甲烷水合物微观生成特征示意图