天然氣水合物（Gas Hydrate）又稱可燃冰（Combustible ice）、固體瓦斯、氣冰、甲烷水合物，是一種由氣體與水形成的并且具有籠狀結構的似冰狀結晶化合物，外觀通常呈冰狀白色或淺灰色固態結晶物質，是天然氣分子被包進水分子中，在高壓低溫條件下結晶形成的。其分子式為M·nH?O，M為氣體分子，n為水分子數，一般甲烷為主要氣體分子。
天然氣水合物硬度和剪切模量小于冰，密度與冰大致相等，熱傳導率和電阻率遠小于冰，具有極強的燃燒能力，燃燒時火苗呈藍色，在降壓或升溫等條件下其會逐步發生分解，生成烴類氣體和水。通常分布于海底和永久性凍土帶，其中，3%分布在極地凍土帶、內陸海及湖泊，97%分布在海洋。據推斷，其他行星或其衛星上也存在天然氣水合物。
天然氣水合物是一種綠色潔凈的新型能源，也是一種高能量密度的能源，具有分布廣、規模大、埋藏淺、成藏物化條件好、清潔環保等優點，其燃燒后僅生成少量的二氧化碳和水，污染遠小于煤、石油等，且儲量巨大，因此被國際公認為石油等的接替能源。天然氣水合物技術也可應用于天然氣水合物儲運、海水淡化、制冷、分離甲烷等方面。但天然氣水合物同時也是一種危險的能源。天然氣水合物極不穩定，不論是自然還是人為因素引起的溫壓的變化，都會將天然氣水合物分解，引起海底滑坡、氣候變暖和生物滅亡等災害。
形成及成藏條件
天然氣輸運過程中會形成的天然氣水合物，深海沉積物或陸域永久凍土中一定條件下會自然形成天然氣水合物。形成天然氣水合物必須要滿足三個基本條件：溫度、壓力和天然氣物源。首先，可燃冰在0-10℃時生成，超過20℃便會分解。海底溫度一般保持在2-4℃左右；其次，可燃冰在0℃時，只需30個大氣壓即可生成，而以海洋的深度，30個大氣壓很容易保證，并且氣壓越大，水合物就越不容易分解。最后，海底的有機物沉淀，其中豐富的碳經過生物轉化，可產生充足的氣源。天然氣水合物成藏的控制因素包括：天然氣水合物穩定條件、氣源條件、水源條件、天然氣的運移條件、儲集空間條件。
形成原因
天然氣水合物形成過程類似于鹽類的結晶過程，但與一般鹽類結晶是溶質以晶體形式從母液中析出不同，而是由于冷度或過飽和度引起的亞穩態結晶?；瘜W反應方程式為。因此，生成天然氣水合物必須具備幾個條件：氣體處于水蒸氣過飽和狀態或有游離態水存在、低溫（通常小于300K）、高壓、合適的氣體分子，要求氣體分子直徑大于0.35nm小于0.9nm，以及其他輔助條件，如氣體流速和流向的突變產生的擾動，壓力的波動和晶種的存在等。此外，氣體溫度上升到一定程度后，無論多大的壓力也不會生成水合物。這一溫度稱為水合物的臨界溫度。
形成機理
天然氣水合物的亞穩態結晶過程，宏觀可分為水合物成核和生長兩個階段。水合物成核過程：晶核形成并生長到具有臨界尺寸和穩定水合物晶核的過程；生長過程：已形成的穩定晶核生長到固態水合物晶體的過程。在實現結晶成核大量出現并形成水合物的快速生長之前有相當長一段時間，系統的宏觀特征不會發生大的變化。
天然氣水合物的形成微觀過程可分為：氣體分子的溶解過程，即氣體分子溶于水中；水合物骨架形成的過程，即氣體分子的初始形成過程，溶解到水中的氣體分子和水形成一種類似于冰的碎片的天然氣水合物基本骨架，這種骨架通過結合形成另一種不同大小的空腔；氣體分子的擴散過程，即氣體分子擴散到水合物基本骨架中的過程；氣體分子被吸附的過程，即天然氣氣體分子在水合物骨架中進行有選擇性的吸附，從而使水合物晶體增長的過程。
氣體流速高（當氣流通過油管節流裝置等流速急劇增大時）、壓力發生波動、氣水接觸面積大、存在微小的水合物晶體“晶核”、硫化氫和二氧化碳等酸性氣體存在（相對天然氣，它們更易于溶于水）等情況下，天然氣水合物的形成速度將加快。
天然氣水合物穩定條件
天然氣水合物穩定條件主要指地層溫度和壓力、地熱梯度、氣體成分和孔隙水鹽度等影響因素。
天然氣水合物形成需要一定的溫度和壓力。水合物形成的最佳溫度是 0～10℃，壓力大于 10MPa。溫度和壓力具有一定的補償作用，在極地和高緯度海域，因其溫度較低，形成水合物時不需太高的壓力。
水合物穩定帶深度和厚度受地熱梯度控制，地熱梯度高則水合物穩定帶位置相對較淺，厚度相對較薄，地熱梯度低則水合物穩定帶位置相對較深，厚度相對較厚。當甲烷中含有重烴氣體、 二氧化碳或硫化氫時，更有利于水合物的形成（上圖相邊界右移）。孔隙水鹽度對水合物的形成具有抑制作用，鹽度越大，水合物形成難度越大（上圖相邊界左移）。水合物形成過程實際上是水合物—溶液—氣體三相平衡變化的過程，任何能影響相平衡的因素都能影響水合物的形成過程。
氣源條件
充足的烴類氣體供給是形成天然氣水合物的一個先決條件。形成天然氣水合物的烴類氣體成因主要有微生物成因和熱解成因，此外還有混合成因、二氧化碳還原成因等。氣源巖可生成大量微生物成因和熱分解成因的烴氣，是決定天然氣水合物形成和分布的重要控制因素。
微生物成因
微生物成因的烴類是通過厭氧菌在消化有機化合物碎屑而形成的，主要是甲氣。天然氣有2種來源，即二氧化碳還原反應和發酵作用，其中二氧化碳還原反應生成的天然氣是微生物氣的主要來源。氣體向上遷移，溶解于沉積物的孔隙中，并不斷積累。溫度和壓力達到一定的數值時，在適合的條件下就形成了天然氣水合物的的儲層。儲層之下往往有一些游離甲烷氣。微生物成因主要是結構Ⅰ型的天然氣水合物的儲層。
對于微生物成因天然氣水合物，沉積物中有機質的沉積速率和有機碳含量是影響水合物形成的重要因素。有利于微生物成因氣聚集的有機質沉積速率為 200～1000m/Ma。
熱解成因
熱解成因的烴類是由本存在的深層常規油氣藏在地質構造的變化時，溫度和壓力升高，其中的烴類熱解，即長鏈有機化合物斷裂，產生相對較輕的烴類氣體。這種氣體有少部分在沉積層中就地成為水合物，大部分向較淺層遷移，在低溫高壓條件適合的海底形成天然氣水合物。
熱解成因的甲烷氣比生物成因的甲烷氣更容易向海底黃淮平原富集，并通過盆地流水遷移至高孔高滲的淺部天然氣水合物穩定帶，其圈閉條件很好，阻止甲烷氣逸散到海底以上的海水中。這類碳氫氣體的分子量較大，主要是形成結構Ⅱ型和H型天然氣水合物。
水源條件
天然氣水合物的形成需要大量的水。液態水的存在是水合物形成的必要條件。一般認為，海洋和陸地沉積物中的水非常豐富，但在一些特殊情況下，由于缺乏可利用的水也能阻止天然氣水合物形成。
天然氣運移條件
高豐度的天然氣水合物分布須包含大量的天然氣。多數情況下，天然氣水合物穩定帶內部生成的微生物氣，并不能提供足夠用于形成水合物聚集的天然氣。此外，大多數的天然氣水合物聚集存在的沉積物，并沒有深埋或達到足夠的溫度，以形成熱成因機制的天然氣。因此，天然氣的運移就成為形成水合物穩定帶中天然氣水合物聚集的重要因素。
甲烷，包括其他的水合物氣，有3種運移形式：擴散作用、運移水介質的溶解作用、獨立氣相的浮力作用。
擴散作用驅動的運移非常緩慢，大多不能運移足夠的天然氣，形成集中天然氣水合物聚集。但通過以水溶氣或獨立氣相進行垂向運移，可運移足夠的天然氣，形成集中天然氣水合物聚集。孔隙水流動和氣泡相天然氣在沉積物中都沿滲透性的通道運移，如斷層系統、多孔易滲的沉積層等。在運移通道的作用下，中深部—深部的熱成因氣和中淺部—淺部的微生物成因氣運移至相對淺部的水合物穩定帶內，并在水合物穩定帶內富集，從而促進水合物的形成與成藏。
儲集空間條件
天然氣水合物存在于粗砂巖的孔隙中、細砂巖的團塊中、固體充填裂縫中，以及由少數含有固體天然氣水合物的沉積物組成的塊狀單元中。大多數天然氣水合物的現場考察說明，天然氣水合物的富集，取決于裂縫和（或） 粗粒的沉積物分布，天然氣水合物可以存在于裂縫充填物中或彌散于富砂儲集體的孔隙中 。
分類
按產出環境分類
按產出環境可以將天然氣水合物分為海底天然氣水合物和極低天然氣水合物兩種類型，這兩種產出環境代表兩種不同的溫度壓力機制。
海底天然氣水合物：通常把在海洋過渡帶、邊緣海和內陸海等世界洋底蘊藏的天然氣水合物都稱為海底天然氣水合物。海底天然氣水合物的環境溫度相對較高，壓力也相對較高。
極地天然氣水合物：極地天然氣水合物是在較低的壓力和溫度下形成的，蘊藏深度也相對較淺，通常出現在陸地的永久凍土帶或大陸架的永久凍土帶。
按結構類型分類
按結構類型，天然氣水合物可分為Ⅰ型、Ⅱ型和H型三種。
Ⅰ型天然氣水合物：立方晶系結構，在自然界分布最為廣泛，僅能容納甲烷、乙烷這兩種小分子的烴，以及CO2，N2，H2S等非烴分子。
Ⅱ型天然氣水合物：棱形晶體結構，除容納結構Ⅰ型中的小分子外，還能容納C3H8，i-C4H10（丁烷）等較大的烴類氣體分子。
H型天然氣水合物：六方晶體結構，能夠容納小分子和直徑為0.8~0.9nm的大分子，如正丁烷、環己烷、環辛烷等。
按成因分類
按成因分類主要是指考慮水合物中氣體同位素、氣體成分和氣體運移距離等因素所進行的分類。而氣體烴混合物中C1的含量n，氣體烴混合物中C1、C2和C3的組成和組分體積比R(C1/C2+C3)，以及C1的碳同位素組成的特征(以PDB標準，‰)，是氣體水合物成因分類的重要的地球化學參數。
生物成因天然氣水合物：δ13C1（甲烷碳同位素組成）介于-90‰~-55‰，R>1000時，指示天然氣水合物為生物成因，是沉積物中的有機質在細菌降解作用下產生的氣體經滲濾擴散形成的。生物成因天然氣水合物主要由結構Ⅰ型水合物組成
熱解成因天然氣水合物：δ13C1>-55‰，R<100時，指示氣體水合物為熱解成因，可能是由深部熱解生成的氣體滲濾而形成的。熱解成因天然氣水合物主要由結構Ⅱ型和H型組成。
混合成因天然氣水合物：介于上述二者之間的混合成因天然氣水合物。
其他分類
對天然氣水合物藏的分類主要從產出狀態、氣體來源、地質控制因素以及流體疏導方式等進行分類。根據水合物產出狀態分類：孔隙充填型水合物藏、裂縫充填型水合物藏以及塊狀水合物藏。根據氣體來源分類：生物氣型水合物、熱解氣型水合物和混合氣型水合物。根據成藏的地質控制因素分類：斷層構造儲集型、泥火山儲集型、地層控制儲集型、構造-地層儲集型。
主要特征
礦物組成
自然界中的天然氣水合物以甲烷水合物為主，其包絡的氣體以甲烷為主，與天然氣組成非常相似。這種化合物化學成分不穩定，成分可變，可用通式M·n H?O 表示。M·n H?O 中M是代表水合物中的氣體分子，n為分子數。M的成分主要有甲烷（CH4），乙烷（C2H6）、丙烷（C3H84H10）、丁烷（C4H10）等同系物以及二氧化碳（CO2）、氮氣（N2）、硫化氫（H2S）等。
物理特性
天然氣水合物通常呈白色，外形如冰雪狀。在自然界中發現的天然氣水合物多呈白色、淡黃色、琥珀色、暗褐色，亞等軸狀、層狀、小針狀結晶體或分散狀。從巖芯樣品來看，水合物主要以以下方式賦存：①以球粒狀散布于細粒沉積物或巖石中；②占據粗粒沉積物或巖石粒間孔隙；③以固體形式填充在裂縫中；④出現在海底的塊狀水合物伴隨少量沉積物。
天然氣水合物具有多孔性，硬度和剪切模量小于冰，密度與冰大致相等，熱傳導率和電阻率遠小于冰。結構Ⅰ型天然氣水合物的硬度約為2～4。結構Ⅰ型天然氣水合物的密度為0.912g·cm-1，甲烷為0.91g·cm-1，乙烷為0.951g·cm-1；結構Ⅱ型天然氣水合物的密度為0.94g·cm-1，丙烷為0.833g·cm-1，丁烷為0.892g·cm-1。
天然氣水合物的熱導率是確定開采方法和設計開采方案的重要參數。它與天然氣水合物的結構類型和其中夾帶的水分等因素有關。研究表明，影響天然氣水合物熱導率的主要因素是密度。在密度為400~ 600千克m-3范圍，可用經驗公式計算熱導率。在壓力為10 MPa、密度為400 kg·m-3的情況下，其熱導率與溫度的關系式為，在實驗溫度范圍內，熱導率隨溫度升高而變小。在溫度為243 K，密度為650 kg·m-3的情況下，熱導率與壓力的關系式為（壓力的單位為MPa）。壓力升高，熱導率變大。
天然氣水合物的比熱容與天然氣水合物中的客體分子有關，不同的客體分子對比熱的影響是不同的。在相同溫度下，丙烷水合物的比熱比甲烷、乙烷的要大得多。單一烴烷的水合物，比熱隨溫度上升而線性地增大。甲烷水合物的比熱很小，所以較少的熱量就可以使甲烷的水合物分解。
化學性質
天然氣水合物極易燃燒，在燃燒以后幾乎不產生任何殘渣或廢棄物。甲烷水合物燃燒時火苗呈藍色，火苗越藍，可燃冰越純，溫度越高，熱量也越大。天然氣水合物燃燒后幾乎不產生任何殘渣，污染比煤、石油、天然氣都要小得多。1立方米可燃冰可轉化為164立方米的天然氣和0.8立方米的水。固體的天然氣水合物在降壓或升溫等條件下，其穩定平衡狀態將被打破，天然氣將會溢出。反應方程式如下：其中M·nH?O為天然氣水合物分子，M為水合物中氣體分子，n為水合指數（即水分子數）。天然氣水合物的形成過程為放熱過程，分解過程為吸熱過程。
結構特征
天然氣水合物是由氫鍵連接而成的水分子籠立體疊置形成的晶體化合物。在這種冰狀的結晶體中，碳氫氣體充填在水分子構成的空穴中，兩者在低溫和一定壓力下通過范德華作用力穩定地相互結合在一起。在自然界中，甲烷是最常見的“客”氣體分子。
常見的水合物晶體結構（ 按水分子的空間分布特征區分，與客體分子無關）有Ⅰ型、Ⅱ型、H型三種。結構Ⅰ、結構Ⅱ的水合物晶格都具有大小不同的兩種籠形孔穴，結構H則有三種不同的籠形孔穴。一個籠形孔穴一般只能容納一個客體分子（在壓力很高時也能容納兩個像氫分子這樣很小的分子）。自然界中存在的NGH（天然氣水合物）主要為結構Ⅰ型，其中甲烷占烴類氣體總量的99%以上。Ⅰ型NGH較容易分解，Ⅱ型和H型的NGH比Ⅰ型的要穩定得多，Ⅱ型和H型的NGH甲烷氣含量也稍微少一些。
除這三種結構外，2001年還發現了其他新型的晶體結構——結構T（小麥屬nal的字首）型的NGH。
儲量與分布
天然氣水合物儲量巨大。1996年羅格納（hans-holger rogner）的研究結果表明，世界天然氣水合物總的地質資源量為20689.2×1012m3，有機碳儲量相當于全球已探明傳統化石燃料總碳量的兩倍。海底天然氣水合物分布的范圍約占海洋總面積的10%，相當于4000萬平方千米。2011年，世界上已發現的可燃冰分布區多達116處，其礦層之厚、規模之大，是常規天然氣田無法相比的?？茖W家估計，海底可燃冰的儲量至少夠人類使用1000年。
天然氣水合物通常分布于海底和永久性凍土帶，其中，3%分布在極地凍土帶、內陸海及湖泊，97%分布在海洋。截至2016年，全球已發現天然氣水合物產地132 處，其中海底及湖底沉積物中123處，陸地凍土帶中9處。
海底的天然氣水合物
海底的天然氣水合物多產于大陸架、大陸坡、水下高地、邊緣海等大陸邊緣地區，尤其是與泥火山、鹽（泥）底辟、大型斷裂有關的沉積盆地中?？碧窖芯孔C明，海洋大陸架是天然氣水合物形成的最佳場所，90%的海域具有形成天然氣水合物的溫壓條件。通常，天然氣水合物可存在于海底之下500~1000m 的范圍內再往深處，由于地熱升溫，其固體狀態易遭破壞。從全球范圍看，這些海底天然氣水合物產地可劃分為3個成礦帶，即西太平洋成礦帶、東太平洋成礦帶和大西洋成礦帶。
海底天然氣水合物主要集中在大西洋海域的墨西哥灣、加勒比海、南美東部陸緣、非洲西部陸緣和美國東海岸外的布萊克海臺等，西太平洋海域的白令海、鄂霍次克海、日本海、西里伯斯海和新西蘭北部海域等，東太平洋海域的中美洲海槽、加利福尼亞州濱外和秘魯海槽等。
永久性凍土帶的天然氣水合物
永久性凍土帶的天然氣水合物在北極或者海底以下0~1500米深的大陸架的凍土帶都有可能存在。
陸上永凍土中的天然氣水合物集中在西伯利亞地區、阿拉斯加州和加拿大的北極圈內。環繞北美洲有11個大型的天然氣水合物礦區，資源儲量超過5.8x1013m3俄羅斯的天然氣水合物資源量達到 3.05x1013m3。
中國具備天然氣水合物形成的地質和物源條件，具有良好的找礦前景。探明海域資源量約800億噸油當量。南海北部蘊藏著豐富的天然氣水合物資源，其遠景資源量可達185億噸油當量。西沙群島和東海海域，以及青藏高原凍土帶中也發現了儲量豐富的天然氣水合物。中國在海域發現的天然氣水合物純度在99.7%以上，飽和度達到25%~48%，礦層厚度達30多米，且呈層狀分布。據預測，中國天然與水合物資源量超過2000億噸油當量，其中，南海海域約650億噸青藏和黑龍江省的凍土地帶約1400 億噸。中國是世界上第三凍土大國，凍土總面積達215萬平方千米，陸域天然氣水合物的遠景資源量可達350 億噸油當量，而青海省的儲量約占四分之一。
應用領域
能源
天然氣水合物是是一種綠色潔凈的新型能源，能量比同當量的煤、石油和天然氣要大數十倍，而且純度很高，燃燒后不產生任何殘渣和尾氣。作為一種新型烴類能源，天然氣水合物具有分布廣、規模大、埋藏淺、成藏物化條件好、清潔環保等優點。
天然氣水合物技術的應用
水合物的應用價值還體現在基于水合物生成和分解的水合物技術具有廣闊的工業應用前景。天然氣水合物技術的應用領域主要有：天然氣的貯存和運輸、氣體混合物分離、二氧化碳深海貯藏。
天然氣的貯存和運輸
水合物儲運天然氣技術常簡稱天然氣水合物技術。天然氣水合物儲運是利用天然氣水合物的巨大儲氣能力，將天然氣利用一定的工藝制成固態水合物，然后再把水合物運送到儲氣站，最后在儲氣站氣化成天然氣供用戶使用。
優點
①1m3的天然氣水合物可以攜帶標準狀況下160~180 m3的天然氣，所以水合物儲運天然氣具有蓄能密度大的優點；
②天然氣水合物可以在2~6 MPa，0℃~20 ℃條件下進行制備，與液化天然氣相比在制備技術上避免了超低溫的環節，所以水合物儲運天然氣具有制備條件要求相對低的優點；
③天然氣水合物在0.1 MPa，-15℃條件下可以實現穩定儲存，且天然氣水合物氣體釋放過程緩慢，沒有液化天然氣儲存時產生泄漏和造成爆炸的危險，同時天然氣水合物分解時在表面形成一層保護膜以減緩或阻止其分解，所以水合物儲運天然氣具有儲存安全的優點；
④采用簡單的加熱手段就可以將固體狀態的水合物直接轉化成可使用的氣態天然氣，所以水合物儲運天然氣具有天然氣釋放簡單的優點；
⑤天然氣水合物的儲存條件溫和，能夠在-15 ℃~0 ℃和1~10個大氣壓下長時間保存而分解量很小，且天然氣水合物的輸送是以固體形態實現的，因此其單位體積的輸氣量大，占用空間小，便于儲存及運輸，所以水合物儲運天然氣具有較強的技術經濟優勢。
氣體混合物分離
水合物海水淡化技術
水合物法海水淡化技術主要是利用較易生成水合物的小分子物質與海水中的水生成水合物晶體，然后進行固液分離，最后分解水合物固體，即可得到淡水。最大優點就是能耗低、設備簡單、緊湊；工質在水或鹽水中溶解度低；無毒、價廉、安全。部分天然氣可作為水合劑使用。
氣體水合發開發鹽湖
水合物的相平衡溫度通常低于10 ℃，高于10 ℃后水合物就會分解，且水合物中不含有離子和強極性組分。水合物的這些物性為客體分子與水分子反應濃縮鹽湖水使其達到過飽和，析出湖鹽，最終分離出湖鹽提供了理論可能。高寒地區利用環境溫度促使水合物生成，獲得湖鹽，這將是一種潛在的節能型、環境友好型的湖鹽開發方法。
利用天然氣水合物制冷
制冷劑氣體水合物蓄冷技術基本原理：在用電低谷期，讓制冷系統產生多余冷量，并傳遞給制冷劑氣體和水，使其在20 MPa的壓力和5 ℃~12 ℃的溫度下，生成固態的制冷劑氣體水合物；到了用電高峰期，使氣體水合物溶解，冷量釋放傳遞出來，可避免用電高峰期使用制冷系統制冷不足的問題。
水合物分離法在沼氣中分離高純度甲烷
沼氣主要包含甲烷(60%~70%)、二氧化碳(30%～40%)，硫化氫(0.5%~1.5%)等氣體。沼氣中的二氧化碳和硫化氫需要去除，以便提高沼氣的燃燒效率，保護環境。硫化氫、二氧化碳同甲烷一樣與水在一定的溫度和壓力下均能生成Ⅰ型氣體水合物。由下表可知，三種氣體水合物的相平衡壓力相差很大，使用水合物分離法分離二氧化碳、硫化氫、甲烷是有可靠的理論依據的。
利用氣體水合物法從沼氣中提純甲烷氣不僅經濟，環保、實用，而且效率高，經過一次提純就可以得到高純度的甲烷氣體(從理論上來說純度可在99%以上)。該方法還可用于脫硫以及分離二氧化碳等其他方面，不僅可以緩解能源危機，而且有利于保護環境。
二氧化碳深海貯藏
全球氣候變暖已引起世界各國的重視，變暖的原因是由于大氣中微量氣體濃度增加的緣故。甲烷是一種更強的溫室效應氣體，其溫室效應為二氧化碳的21倍。全球氣候變暖引起某些地區的甲烷水合物分解，從而將使更多的甲烷氣體排放到大氣中，加劇溫室效應，使全球氣溫進一步升高，形成惡性循環。研究結果表明，海底水合物將在今后1000年內保持穩定,而陸地上常年凍土帶的水合物可能在今后100年內開始分解,考慮到陸地上水合物儲量不到總儲量的1%，人類尚有時間研究此問題。為減輕溫室效應，一些日本學者建議將大氣中的二氧化碳以固體水合物的形式儲存到深海中，以減緩溫室效應。
其他應用
天然氣水合物技術還可以用于天然氣使用中的不均衡性(調峰)的調節、天然氣汽車燃料、石油化工(水合物三相混輸)、氣體混合物分離、生物酶活性控制及提取，納米及半導體微晶合成、汽車驅動、有毒氣體處置等許多領域，且部分技術已實現小型工業化。
礦物開采
勘探技術
天然氣水合物的勘探技術有似海底反射層（Bottom Simulating Reflector ——BSR）勘探技術，鉆孔探測技術、測井技術、物理與化學探測技術（方法）、標志礦物技術等。
似海底反射層（BSR）勘探技術
天然氣水合物可由似海底反射層勘探技術進行勘探。天然氣水合物穩定帶界線大致分布在同一海底深度上，因此水合物穩定帶底面的反射也大致與海底平行，由于天然氣水合物沉積層具有較高的速度，而天然氣水合物沉積層下的地層一般為烴類氣體聚集區，音速較低，這樣水合物底界的強聲阻抗就會產生強反射，在地震反射剖面上顯示出一個獨特的反射界面。
BSR并非天然氣水合物存在的唯一標志，有BSR顯示的地區往往有天然氣水合物，但是有天然氣水合物存在的地區未必一定有BSR，有BSR的地區也未必就一定有水合物。
鉆孔探測技術
天然氣水合物可由鉆孔探測技術進行勘探。通常采用鉆桿或活塞式抽樣器直接采取天然氣水合物樣品，若能維持原位的溫度和壓力條件，取樣便更為理想。
測井技術
天然氣水合物可由測井技術進行勘探。在常規測井曲線上，天然氣水合物沉積層主要表現為以下異?，F象：①電阻率較高；②聲波時差??；③自然電勢幅度不大；④中子測井值較高；⑤高伽馬值；⑥井徑較大；⑦鉆井過程中有明顯的氣體排放現象，氣測值高。以此，可以確定天然氣水合物和含天然氣水合物的沉積物在深度上的分布；估算孔隙度與甲烷飽和度；利用井孔信息對地震與其他地球物理學資料作校正。測井資料也是研究井點附近天然氣水合物主地層沉積環境及演化的有效手段。
物理與化學探測技術（方法）
天然氣水合物可由物理與化學探測技術（方法）進行勘探。物理與化學探測技術主要是通過調查分析海洋或海底沉積物中某些物理指標和地球化學指標的異常分布，判斷天然氣水合物存在的可能性。
物理指標探測方法包括：①海面增溫異常分析——利用衛星熱紅外掃描技術監測海面低空大氣溫度的變化，定性分析由于水合物分解而導致的海底排氣作用，尋找有利的找礦區帶；②放射性熱釋光分析——利用高靈敏度熱釋光測量儀分析海底沉積物樣品接受的天然放射性所產生的熱釋光強度總和，該方法是基于烴類物質與U和Th等放射性元素之間存在有密切關系的事實。
地球化學指標探測方法主要包括：①多包烴分析——測量經酸處理后沉積物樣品中次生包裹體所釋放的烴類氣體，借此判斷海底沉積物中天然氣含量、種類和水合物資源存在的可能性；②海洋底層水地球化學分析——采取底層水樣品，并分析其所含烴類氣體的化學組成，用以發現和圈定海底烴氣異常區帶。
標志礦物技術
天然氣水合物可由標志礦物技術進行勘探。成礦流體在沉積作用、成巖作用以及后生作用過程中與海水、孔隙水、沉積物相互作用可形成一系列標志礦物，能指示天然氣水合物存在的標志礦物通常是具有特定組成和形態的碳酸根、硫酸鹽和硫化物，通過勘探此類標志礦物即可確定天然氣水合物的所在位置。
開采方法
天然氣水合物開發思路基本上是先打破天然氣水合物的相態平衡，使天然氣水合物分解，再將天然氣采至地面。天然氣水合物開發技術方法主要包括：降壓法、固態流化法、熱激法、化學勢差驅動法（包括化學抑制劑法以及CO2置換開采法等）。
降壓法
天然氣水合物可利用降壓法開采。降壓法是降低壓力而使天然氣水合物分解。一般是在天然氣水合物層之下的游離氣聚集層中降低天然氣壓力或形成一個天然氣空腔(可由熱激發或化學試劑作用人為形成)，使與天然氣接觸的水合物變得不穩定并且分解為天然氣和水。
該技術的特點是經濟，無需增加設備和昂貴的連續熱激發作用，可行性較高；缺點是作用緩慢，且天然氣水合物的分解是吸熱過程，若天然氣水合物大量分解或儲層原始溫度接近或低于0℃會導致誘發水結冰或者二次生成水合物等現象，可能造成產氣通道被堵塞等問題。
固態流化法
天然氣水合物可利用固態流化法開采。固態流化法即先利用海底的機械裝置將賦存有天然氣水合物的儲層進行碎化處理，使其成為水合物液；而后將其輸送至海平面的開采平臺上進行深加工。在天然氣水合物漿液被舉升的過程中，伴隨著外界溫度壓力的變化，天然氣水合物逐漸分解，氣體得以回收，從而獲得天然氣。
熱激法
天然氣水合物可利用熱激法開采。熱激發法是從地面向天然氣水合物地層注入熱流體，或者采取其他方法（開采重油時使用的火驅法）加熱固態的天然氣水合物，從而破壞其物相平衡狀態，使其分解釋放出天然氣。熱激發法包括注熱開采法、井下電磁法和微波加熱法等，此法的缺點是熱耗損大，效率低。井筒電加熱可以有針對性的就某一特定位置進行加熱，可以獲得較高的熱量利用效率。
化學抑制劑法
天然氣水合物可利用化學抑制劑法開采?；瘜W抑制劑法是將化學抑制劑直接注入水合物儲層，破壞水合物原有的相平衡條件，降低水合物穩定溫度（甲醇、乙二醇等作為抑制劑時），改變天然氣穩壓條件（氯化鈉、氯化鉀等作為抑制劑時），從而可以在不改變儲層工況的情況下使水合物大量分解。但是此法存在抑制劑本身和天然氣水合物不充分接觸的問題，此外還有成本較高，見效較緩慢，化學試劑注入地層可能對環境有影響等缺點。
CO2置換開采法
天然氣水合物可利用CO2置換開采法開采。CO2置換開采法，利用了二氧化碳水合物和甲烷水合物在相平衡特點方面的差異，誘導儲層生成二氧化碳水合物，從而置換出甲烷氣體分子。置換過程放熱，避免水合物分解造成溫度下降；且二氧化碳水合物重新填充了孔隙空間，保證了氣體開采的安全；同時，也封存了二氧化碳這一重要的溫室氣體。但當溫壓條件接近水合物平衡條件或CO2含量達到飽和時，沉積層中CH4產氣率將會減慢，置換開采受到較低置換效率制約。
歷史
天然氣水合物的探索歷程大致可分為三個階段。
實驗探索階段
第一階段（1810~1933）為實驗探索階段，在這一階段，研究人員在實驗室配制和測定氣體水合物成分。
漢弗里·戴維（Sir Humphrey Davy）在1810年發現了氣體水合物（氯氣水合物）。在此階段，保羅·維拉爾（Villard）先后在實驗室里成功配制出了甲烷水合物、乙烷水合物等烴類氣體水合物?？茖W家探索了測定水合物成分的技術方法，還研究了水合物熱熔△H與成分的魯道夫·克勞修斯克拉佩龍方程（Clausius–Clapeyron relation）。但是對水合物的研究和認識仍然停留在作為實驗室里一種稀有的化合物的學術層面上，還遠未觸及氣體水合物的籠形包合結構的本質以及它們的價值。
應用發展階段
第二階段（1934~1992）為天然氣水合物應用發展階段。
1934年，Hammerschmidt首次在被堵塞的天然氣輸氣管道里發現了天然氣水合物的存在，但天然氣水合物的用途并未被發現。天然氣水合物在輸送管道中形成管塞，影響了天然氣的輸送，引起了科學家們對它的興趣。石油地質學家和化學家對天然氣水合物的研究主要放在如何消除管道中天然氣水合物堵塞的問題中，即天然氣水合物的結構和形成機理上。在這一階段，水合物研究獲得了很快的發展，水合物的兩種主要品體結構得到確定，基于統計熱力學的水合物熱力學模型誕生，熱力學抑制劑在油氣生產和運輸中得到廣泛應用。具體事件有：1951年，由Claussen提出， von Stackelberg證實了II 型水合物結構；1952年，Claussen等確定了Ⅰ型水合物結構；1957 年，Katz 對天然氣水合物的形成條件及轉換特征進行了總結；1959年，Van der Waals和Platteeuw提出基于統計熱力學的水合物熱力學模型等。
1965年，蘇聯科學家Makogon及其合作者聲明西伯利亞地區凍土帶存在水合物，1968年蘇聯在開發西伯利亞北部永久凍土帶的麥索亞哈（Messoyakha）氣田時，首次在地層中發現了天然氣水合物礦藏，并采用注熱、化學劑等方法成功地開發了世界上第一個天然氣水合物礦藏，掀起了20世紀70年代以來空前的水合物研究熱潮。20世紀60年代，蘇聯科學家認識到天然氣水合物可能在自然界中存在，并預測其可能在未來成為一種新型能源。1971年，美國科學家首次在海洋中發現了天然氣水合物的存在，并正式提出了“天然氣水合物”的概念。20世紀70 年代初，蘇聯學者提出了天然氣水合物形成的地質背景以及地質條件，指出天然氣水合物可能存在于地殼上許多地帶并可能富集形成大型礦床。20世紀80 年代以來俄羅斯、美國、加拿大、德國、荷蘭、日本和印度等國從能源儲備的戰略角度出發相繼制定本國長遠發展規劃和實施計劃。
全面研究時期
第三階段（1993至今）為天然氣水合物全面研究時期。此階段以1993年召開的第一屆國際水合物會議為標志，是天然氣水合物研究的全面發展和研究格局基本形成階段。截止至2023年，國際天然氣水合物大會已舉辦到第十屆。國際天然氣水合物大會三年一屆，1993年至2023年，第一屆到第十屆，召開地點依次為紐約、法國圖盧茲、美國鹽城湖、日本橫濱、挪威特隆赫姆、溫哥華、英國愛丁堡、中國北京、美國丹佛、新加坡新達城。其中，第九屆大會內容涵蓋了天然氣水合物基礎物性、成藏理論、勘查與開發技術、流動安全以及極地水合物等研究領域；第十屆大會主題涵蓋水合物基礎研究、水合物技術、天然氣水合物開采及利用、流動安全以及水合物相關的環境氣候和地質災害影響等。
2002年在阿拉斯加州北坡，加拿大、日本等合作實現了兩次水合物試采。在第一次試采過程中主要進行了局部井段地層的小規模降壓開采，證實了其現場的可行性與經濟性；在第二次試采中，主要完成了連續五天的注熱開采，最終實現470m3的天然氣產出，首次證實了注熱開采天然氣水合物的可行性。2008年冬季在加拿大進行了長達6天的多階段降壓的水合物試采實驗，實驗分為三個階段，各階段累計產氣量為4700m3，5100m3和3100m3。2013年，日本首次在南海海槽區域開展了全球首個海域天然氣水合物的試采，在連續產氣階段最高實現平均產氣速率接近2000 m3/d，探明了其潛在的商業開采可能性。
2011年和2016年，中國在祁連山木里地區，由中國地質調查局先后兩次實施了我國陸域天然氣水合物試采，通過降壓聯合注熱技術，實現9天、連續產氣101h的水合物試采，最終實現95m3天然氣的產氣量。2017年，中國在南海神狐海域進行了為期60天的首次天然氣水合物降壓開采實驗。2017年5月10日下午14時52分點火成功，從水深1266米海底以下203-277米的天然氣水合物礦產開采出天然氣。首次試采就打破了此前外國6天的試采紀錄。這是中國首次，也是世界首次成功實現資源量占全球90%以上開發難度最大的在泥質粉砂儲層中賦存的天然氣水合物安全可控開采。該實驗累產氣達3.09×105m3，平均日產汽車公司氣量5150m3。2017年5月在我國南海北部荔灣區，中海油開展了全球首個海域固態流化天然氣水合物試采，試采過程中主要通過“海油石油708”深水工程勘察船實現固態流化試采，最終實現81m3分解氣產出。2020年我國在南海神狐海域進行了為期30天的天然氣水合物第二次降壓法試開采，累計產氣量為8.614×105m3（86.14萬立方米），平均日產氣量為2.87×104m3（2.87萬立方米），是第一輪60天產氣總量的2.8倍。
天然氣水合物作為人類未來的潛在能源在世界范圍內受到高度重視，天然氣水合物和全球環境變遷之間的關系也受到關注。在此階段，以基礎研究、管道水合物抑制技術開發、天然氣固態儲存和水合物法分離氣體混合物等新型應用技術開發、天然氣水合物資源勘探與開發、溫室氣體的水合物法捕集和封存等為基本方向的研究格局形成。同時，在西伯利亞、馬更些三角洲、北斯洛普、墨西哥灣、日本海、日本南海海槽、孟加拉灣、印度大陸邊緣、南海北坡等地相繼發現了天然氣水合物，并開始了廣泛的鉆探和試采。
環境影響
天然氣水合物對全球碳循環和氣候變化具有雙重作用：一是天然氣水合物中甲烷氣直接或通過化學和生物化學以CO2的形式間接釋放進入大氣；二是低碳的甲烷可替代多碳石化燃料而降低人為溫室氣體的排放。
天然氣水合物蘊藏量極大，其甲烷的吞吐量也極大，是地球淺部-一個不穩定的碳庫。同時，由于甲燒的全球變暖潛力指數按物質的量是CO2的3.7倍，按質量是CO2的10倍。所以甲烷是一種重要的溫室氣體。1980- 1990 年，甲烷對溫室效應的貢獻占12%，在所有溫室效應氣體中僅低于CO2，(貢獻占57%)。全球海底天然氣水合物中的甲烷總量為地球大氣中甲烷總量的3000倍。
全球變暖，海水溫度上升可能導致天然氣水合物分解和甲烷氣體釋放，甲烷若進入到大氣中，會產生一種級聯效果。甲烷進入大氣加劇溫室效應，溫室效應下海洋溫度升高，海洋溫度升高加速現存天然氣水合物的分解。若不慎讓海底甲烷氣體逃逸到大氣中，則會造成嚴重后果。
海洋天然氣水合物賦存區主要是近海的大陸架和大陸坡地區，該區域是人類實施海洋工程的主要區域。人類實施海洋工程引起溫壓條件的微小變化就會引起天然氣水合物的分解或生成。分解會產生大量的氣體，將導致地層結構和固結程度發生變化。地層壓力一旦不均衡，很有可能在斜坡部位產生滑塌構造，或引起局部的地震，還有可能造成海嘯，是海底電纜的鋪設和保養，海洋石油天然氣鉆探工程，海洋漁業的安全，以及未來海底跨海島、跨大洋的海底隧道建設的潛在地質災害因素。
天然氣水合物作為未來新能源的同時也是一種危險的能源。
參考資料 >
Fire ice.Pubchem.2023-11-20
Gas Hydrates - Primer Active.U.S. Geological Survey.2023-09-15
地球上的天然氣水合物：現狀與展望.中國科學院廣州能源研究所.2023-10-08
Preliminary global database of known and inferred gas hydrate locations.Science Base.2023-09-18
International Conference on Gas Hydrates (ICGH10).ICGH10.2023-10-10
第十屆國際水合物大會.engineering.2023-10-10
青島海洋所參加第九屆國際天然氣水合物大會.中國地質調查局.2023-10-10
【#中國首次試采就破....新浪微博.2025-06-10