1999年10月，日本石油公司计划将派遣一艘钻井船开赴离OMAE ZAKI海湾约60公里的海面上，钻井队员向950米深的海底开钻。经普通钻头开采到软泥层后，再改用金刚钻头继续向下，便触及到坚硬的冰冻层。

这种冰冻物质被称为甲烷水合物，一个时常萦绕在世界各大石油公司、大学研究机构科学家耳边的名字。科学家们发现，在海洋下面和极地永冻土层中蕴藏有极丰富的甲烷水合物，这是一种由天然气和水混合而成的结晶状物质，看上去几乎跟冰的状态一样，一经点燃即会燃烧。过去，天然气工业专家把这种物质看作是一种偶尔阻塞管道的有害物。如今，科学家们意识到，甲烷水合物将有可能成为下个世纪的新型替代能源，许多政府部门都在争先恐后地研究和开发这种物质。

去年，美国总统委员会发布了一篇未来能源研究报告，据该报告宣称，甲烷水合物是一种潜在的具有极大经济效益的天然气资源，从大陆架上开采甲烷水合物后便可以廉价地生产天然气，这必将为全球，尤其是一些发展中国家在获取新燃料资源方面带来巨大利益。

据地理学家预测，在未来15年中石油供给将会出现短缺，新型矿物燃料——沉积物必将成为能源专家们的涉猎对象。据估计，目前储藏于甲烷水合物中的能源比世界上现存天然气、石油及煤炭贮量的总合还高二倍多。另据美国地理调查协会估计，单就藏匿于美国水下的甲烷水合物中就贮有高达200万亿立方英尺的天然气资源。按现行用量计算，则足以够全美国能源用量之需达2000年之久。

由于受到这种巨大资源的吸引与诱惑，美国会目前正在考虑出资建立全美甲烷水合物研究机构。与此同时，美国能源部也正在计划，准备在20年内实现从水合物中提取甲烷的商业化运营的目标。加拿大、印度、南韩及挪威都在与日本联手，拟共同开发他们自己的水合物研究项目。

日本在开发研究甲烷水合物方面处于主导地位，这是由其地理位置所决定的。曰本国家石油公司（JNOC）对从事开发甲烷水合物怀有极大的兴趣。究竟日本人对此兴趣的程度到底有多深，目前还无人知晓，只能是秘密了。像其它油气公司一样，JNOC认为，许多开发事宜均属于所有权问题。1994年，日本通产省拟定了一项为期5年的甲烷水合物研究计划，其总投资据说将超过6亿美元，并打算今年先在沿海地区试钻。

去年2-3月间，JNOC会同加拿大地理研究协会一起在加拿大西北部的三角洲进行了第一次试钻，日本钻井队先行钻到了地下1150米深的永冻层，该深入一般为甲烷水合物的贮存层。

钻井队员使用的是空芯钻头，首次钻出的沙质硬芯，是一种曾在几百万年前形成的洋底物质。这种曾经是柔软的沙粒坚硬的像砼一样，而甲烷水合物就充满于海底下面约900-1100米处之间的整个沙粒间隙之间。

代号为Mallik2L-38的这次试钻的目的主要是为了探测一下沉积物中到底含有多少水合物成份。据加拿大地理研究协会的斯科特 • 达利默（Scott Dallimore）介绍，在Mallik井中发现甲烷水合物的浓度含量比其它任何地方的都高。

达利默指出，沙粒占据总空间比例为65%，而在Mallik井中，甲烷水合物占整个沙粒间隙空间的55%，也就是说，空芯钻所钻出的硬沙粒中大约含有20%的甲烷水合物，这个百分比目前算是最高的了。

日本钻井队之所以在开钻，是因为陆地开采比在海洋中更容易。如果在日本国内开采甲烷水合物，JNOC必须要移师海上，日本没有自己的永冻土层。

大多数甲烷水合物都是位于离海岸较远处的深海下面，一般距水面向下600~800米处。在此水域内，海水温度低，由于沉积层压力很大，致使甲烷和水形成了结晶状。甲烷的每个分子受到冻水分子晶格的“劫持”，这种安排方式使大量的甲烷浓缩在一个很小的空间里。

在多数水合物沉积中，甲烷物质原来都是来自于海底细菌生物。当细菌将沉积物中部分植物和动物消耗后，细菌便开始排泄甲烷，这种情形至今仍在进行。这同沼气产生的道理是一样的。当环境条件冷却下来时，压力就会增高，细菌气体便被截获进入到水合物中。

在一些沉积层里，气源潜贮于极深的地下，且沉积物受到来自地球内部热量的加热。在水下几千米深的海底，沉积物温度增高到足以使深埋在地下的有机物碎片受到蒸煮。这种缓慢的煮沸过程便产生了石油和碳氢化合物气体，而气体则会从海底顺着缝隙泄漏上来。当气体到达较冷的沉积物层之后，便会形成含有烃类混合物的水合物物质。

理论上认为：甲烷水合物就深埋于地表下面一定深度的地层内，只是地理学家们尚不能确定沉积层的基本情况罢了。为此，美国能源部提出一项未来10年研究计划，旨在了解甲烷水合物到底在何处出现？为什么会出现？据能源部的克雷特（Collett）指出，我们应当优先考虑到资源的特征。换句话说，应该测定出到底能开采出多少资源，以及确定富含这种资源的沉积层的确切位置。

为了找准甲烷水合沉积物的确切位置，地理学家主要采用的技术是以开采石油时所应用的技术。例如，通过在海洋表面进行爆破，发送声波至深海海底，经反射后反映出海洋深处的地理结构，并记录下来，这一过程被称为“地震反射剖面法”。

利用地震反射剖面法有时可以找到明显的沉积带，这种沉积带几乎与海底处于平行的等高线位置。地理学家管这种情况叫做“海底模拟反射器”，沉积带表明在此海底区域蕴藏有水合物沉积层，在沉积物中的甲烷气泡被截聚在不透水的冰冻层的下面。

其它相关的寻找水合物的技术是估计声波穿透海底的速度。在有些地域，水合物已使软土沉积物变得稠密起来，因此声波的传播速度相当迅速。加拿大地理研究会的海因德曼（Hyndman）及其同事就是利用了这种技术在印度沿海地区精确地找到了潜在的水合物沉积层位置。不论是印度，还是日本，普通百姓在天然气方面的花费要比美国人高3~4倍。如此高昂的价格在某种程度上也就间接地刺激了这些国家在开发甲烷水合物方面显示出极大的热情，而目前拥有大量碳氢化合物资源的国家则觉得开发水合物花费太高。

在今年的钻井开采中，日本计划先掘出甲烷水合物钻芯，用以对沉积层所含水合物资源的丰富程度做一个评估。据日本这家钻井开采公司宣称，他们不打算“生产”水合物，这是工程师们常用的一个术语，意思是先不想将地下的商业资源开采出来。

不管怎样，美国的地理学家相信，日本正在朝此目标逐渐发展。据悉，日本的JNOC公司决定在今年的开采中，期望分选出一批具有商业价值的水合物资源的钻井，以此作为能源贮备。

目前，生产甲烷水合物的成本还是个未知数，因为到目前为止尚没有先人开采过这种资源。固体水合物不会像石油及天然气那样容易地被从地下开采出来，石油和天然气能够自己从岩石缝隙中流出来，并通过钻井管道被开采出来。

科学家提出开采的一种方法是，先将水合物松动，使沉积层释放出一定的压力，这样就会引发甲烷和水产生分解或分离。这种技术的优点在于，其成本相对便宜。为了释放压力，钻井队员可以先放出部分深埋于地下且压制着沉积层的甲烷气体，但这种工艺的缺点是工作进度太慢。

为了使工程速度加快，钻井队员钻过甲烷水合物层，泵出热水，使其涌向沉积层，进而达到融化水合物的目的。或者采用向甲烷水合物表面注射抗冻剂的方法，使其产生分解。当研究人员经过计算和评估后发现，通过采用上述技术，投人到项目中去的资金和精力是合算的。

现在，美国正在墨西哥湾沿岸海洋下面进行实验性开采。他们在海底钻了1000多米深，并不断有甲烷水合物层被相继发现。钻头通过水合物时能引起水合物发生分解。据美国能源部的专家介绍，每融化一升水合物便可释放160升的气体。

游离气体会透过钻井孔喷发出来，使钻井队员失去对钻井的控制，这是一个急待解决的难题。另外，工程师们还担心，在开采不稳定的水合物层时可能会导致一些不稳定因素发生，例如，有可能诱发海啸的发生。气象研究人员也担心，全球变暖可能会导致融化浅层一些甲烷气体，这样就会向大气中释放出数以百万吨的温室气体。

由于到目前为止人们对甲烷水合物还知之甚少，因此能源学家说，很难预测到底会用何种方法来开采这些沉积物。用以作为矿物燃料的开发，日本在这方面处于领先地位。

然而，当今石油和天然气贮量已经变得越来越少了，各国都需要开发新能源才能保持历史的车轮不断向前转动。目前，我们都在为所拥有的廉价的能源而沾沾自喜，但令我们担心的是，一旦石油资源消耗殆尽，而我们又未能对此引起足够重视的话，那么我们又该如何去面对未来呢？

[Science News，1998年11月14日]