作者：青岛海洋地质研究所 卜庆涛

随着我国海域天然气水合物试采成功，“可燃冰”这一潜在的新能源逐渐进入公众视野，大家都了解了可燃冰是一种像冰一样的可以燃烧的能源。虽然我国实现了可燃冰的成功试采，但是可燃冰的野外样品还是弥足珍贵的。

那么海底的“可燃冰”到底是怎么形成的呢？

要形成“可燃冰”，需要达到两个方面的条件，一是环境条件，二是物质供应。环境条件又包括这几个方面：首先是温度和压力条件，“可燃冰”的存在受一定的温度和压力条件控制，一般是低温和高压条件，“可燃冰”存在于底层水温度接近0℃且水深超过300m的区域。其次是气体运移通道，“可燃冰”的形成需要大量的气，一般来说，海底沉积物里边的气不足以满足“可燃冰”的形成，需要下面深部甲烷气体的供给。因此，气体运移是“可燃冰”形成过程中一个很关键的组成部分。再次是有利储层，“可燃冰”的生成需要良好的沉积物环境，一般较粗粒的沉积物利于“可燃冰”的形成。

图1 海底“可燃冰”形成概念图

物质供应方面，“可燃冰”的形成需要气和水，气体主要是存在于沉积物中的甲烷、乙烷等烃类气体，水主要是指沉积物孔隙中活动的游离水。当水和气体在合适的温度压力条件下相遇时，就能够形成“可燃冰”。

  图2 “可燃冰”形成示意图

科学家需要针对可燃冰进行科学实验研究，另一方面社会大众需要进一步更好的认识可燃冰，这就需要很多的可燃冰样品。因此这就需要我们实验室大量人工合成可燃冰。那么实验室中是如何人工合成“可燃冰”的呢？

首先要考虑可燃冰的形成条件，可燃冰的形成主要受压力和温度控制。温度不能太高，压力要足够大。可燃冰的形成有其特定的相平衡条件，即合适的温度压力范围，超出温度压力范围便达不到可燃冰的形成条件。在实验室内，形成可燃冰的环境温度一般控制在2℃，压力在5MPa以上，大约50个大气压之上。其次考虑可燃冰形成所需的材料，可燃冰可以点着，能够燃烧，实际上不是冰在燃烧，而是可燃冰失稳后分解所释放出的可燃气体在燃烧。我们知道可燃冰是在低温和高压条件下由天然气和水形成，因此合成可燃冰用到的主要材料就是气体和水。气体主要用到的就是甲烷气体，根据实验目的不同，还会用到乙烷、丙烷等其他的烃类气体。水主要用的实验室纯水，经过实验室多次尝试，还会将水制成冰块或冰粉，以增加可燃冰的合成效率。另外，在进行可燃冰的合成时，有时也会添加一些促进剂，用以提高可燃冰的合成速率。

人工合成可燃冰的工艺如下：

1、将控制环境温度的水浴槽或空气浴恒温箱进行降温，温度控制在2℃；

2、检验合成用高压反应容器（专业称之为反应釜）的密封性；

3、将纯水（或冰粉、冰块）放入反应容器中，封闭反应容器，并向其中通入合成用的甲烷气体（或其他气体）；

4、观察压力表示数，待压力达到预期压力，停止供气，将供气端阀门封闭；

5、将高压反应容器放置于控温水浴槽中，进行可燃冰的合成；

6、等待可燃冰生成，根据实验条件不同，生成时间可长可短，从十几小时到几天时间不等；

7、随着可燃冰的生成，高压反应容器中的压力会降低，待压力降低后保持低压力值不变，表明可燃冰生成基本结束，此时可将可燃冰取出；

8、可燃冰取出时，先将高压反应容器中的剩余气体排出，由于在常温常压下可燃冰难以保存，因此要将高压反应容器放入液氮中；

9、在液氮中打开高压反应容器的端盖，使用专用工具将可燃冰取出，放入样品罐或样品袋中，要及时放入液氮罐中保存；

10、至此，人工合成可燃冰及取样保存工作完成。