请问天然气水合物的组成和结构 是什么？请专家帮帮忙 天然气水合物结构形态

天然气水合物的平均组成如何表示？ 天然气水合物的组成和结构 天然气水合物(NaturalGasHydrate，也称GasHydrate)，是一种笼形包合物(Clathrate)；它是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等)下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧，又被喻为“易燃冰”或“可燃冰”(图75.1)。水分子一般通过氢键合成多面体笼，笼中包含有客体的天然气分子(图75.2)。天然气水合物可用M·nH2O来表示，M代表水合物中的气体分子，n为水合指数(也就是水分子数)。组成水合物的气体成分主要有CH4、C2H6、C3H8、C4H10等烃类同系物以及CO2、N2、H2S等非烃气体分子，可形成单种或多种气体水合物。图75.1 天然气水合物在燃烧图75.2 天然气水合物晶体结构模型在自然界中，甲烷是形成天然气水合物最常见的“客体”分子，对甲烷分子含量超过99%的天然气水合物通常称为甲烷水合物(MethaneHydrate)。在标准状况下，一单位体积的天然气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体。由于甲烷或其他碳氢气体分子遇火极易燃烧，而且在燃烧后几乎不产生任何残渣或废弃物。因此，天然气水合物被认为是未来非常理想的清洁燃料(能源)。天然气水合物结晶体以紧凑的格子构架排列，与冰的结构非常相似。在这种。请问天然气水合物的组成和结构 是什么？请专家帮帮忙 天然气水合物的理论化学式可用通式M·nH2O来表示，其中M代表构成水合物的气成分子，n代表水分子的数目。在标准状态下，水合物中气体体积与水分子体积之比为164：1，即1m3的固体水合物可包容180m3的甲烷气体。一旦冰融，气体便全部释出。这意味着天然气水合物的能量密度是煤和黑色页岩的10倍，是常规天然气的2~5倍。天然气水合物的结晶格架主要是由水分子构成，水分子常是五角十二面体，十四面体，十六面体，形状像鸡笼，故有“笼形结构”之称。在这种笼形结构或格架的中间普遍存在一个空腔或孔穴，构成水合物的气体便充填其中，也即气体被包合或储存在结晶的笼子中。更有意思的是，若无气体分子的充填，水合物的结晶格架将不能稳定存在，真可谓水气相互依存，相伴而生，缺一不可。天然气水合物的分布范围 自 20 世纪 60 年代以来，人们陆续在冻土带和海洋深处发现了一种可以燃烧的“冰”。这种“可燃冰”在地质上称之为天然气水合物。天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。在标准状况下，一单位体积的天然气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体。天然气水合物是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。它是水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质，外貌极像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，有“可燃水”、“气冰”、“固体瓦斯”之称，被誉为21世纪具有商业开发前景的战略资源。全球天然气水合物的储量是现有天然气、石油储量的两倍，具有广阔的开发前景，美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物，据测算，中国南海天然气水合物的资源量为700亿吨油当量，约相当中国陆上石油、天然气资源量总数的二分之一。世界上海底天然气水合物已发现的主要分布区是大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东海岸外的布莱克海台等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、。天然气水合物性质和特征 1.天然气水合物物理化学性质天然气水合物通常呈白色，外形如冰雪状。结晶体以紧凑的格子构架排列，与冰的结构相似。在这种冰状结晶体中，碳氢气体充填在水分子结晶格架的空穴中，两者在低温和一定压力下，通过范德华作用力稳定地相互结合在一起。在自然界中，甲烷是最常见的客气体分子（Sloan，1990）。天然气水合物中通常含大量甲烷或其他碳氢气体分子，极易燃烧，也有人称之为“可燃冰”，而且在燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物。但天然气水合物也并非全部呈白色，可以有多种其他色彩。如从墨西哥湾海底获取的天然气水合物呈黄色、橙色、红色等，从大西洋海底布莱克-巴哈马高原取得的天然气水合物呈灰色或蓝色。天然气水合物具有多孔性（图14-4），硬度和剪切模量小于冰，密度与冰大致相等，热传导率和电阻率远小于冰；天然气水合物的物理性质见表14-2和表14-3。图14-4 含天然气水合物的钻孔岩心表14-3 甲烷天然气水合物和冰的性质2.天然气水合物环境和地质特征天然气水合物属于沉积矿产，主要发育于新生界，以上新统为主。沉积层构造可分为块状、脉状、透镜状-层状、斑状和角砾状（图14-5）。天然气水合物形成时，其液流渗透到沉积物颗粒间隙和裂隙中可。天然气水合物形成与分布 近年来2113，天然气水合物的研究热点主要在5261天然气水合物的形成、分布和4102稳定性等关键问题上。决定天1653然气水合物形成和分布的地质控制因素包括温压稳定性条件、碳氢来源、储集岩和天然气的运移。图10-8 甲烷水合物形成的温度和压力模型一、温压稳定性条件天然气水合物形成需要一定的温度和压力。海洋中形成天然气水合物，通常要求水深在300～4000m，温度在2.5～25℃之间(Max et al.，1998)。根据Shipley等(1979)关于天然气水合物形成的温度-压力数学模型(图10-8)，当地层温度为5℃时，由甲烷气与3.5%盐度的海水形成天然气水合物的压力需达43atm以上(在同等温度条件下，由甲烷气和水或者由甲烷气和CO2混合气体形成水合物所要求的压力稍低一些)，相当于海底430m深度的压力。随着深度的增加，地层中的温度通常呈线形增加(3～10℃/100m)，而水合物的形成压力随温度增加呈对数增加，因而在大多数盆地中，压力增加远远不能满足这个要求。受自然界温度压力条件限制，天然气水合物只能赋存于高纬度常年冻土带及深海近海底的浅层沉积物中。在极地，水合物产生的上限深度大约为150m，在海洋环境中，要求水深超过300m；天然气水合物存在的下限受地温梯度限制，最大埋。(1)天然气水合物结构天然气水合物是由氢键笼立体叠置形成的晶体化合物(图8.2)。天然气水合物是笼状物，意味着主体的水分子有可容客体气体分子进入的架构空间。空的笼形架构是不稳定的，需要捕获气体分子以保持笼形晶体的稳定性。水合物紧凑的结构可使天然气高效叠置。标准温压条件下(1kPa，20℃)，1体积的天然气水合物可膨胀150～180倍。图8.2 天然气水合物晶体结构水合物可形成0.48～0.90nm大小的天然气分子赋存空间。存在3种不同的结构类型，一般地，结构的形成取决于最大客体分子的大小。甲烷和乙烷可单独形成sI水合物；丙烷和异丁烷可形成sⅡ水合物，它可单独或与乙烷和甲烷结合存在；仅当甲烷存在的情况下，正丁烷和新戊烷可形成sⅡ水合物，也可与较大的烃分子(C5-C9)形成结构H(sH)水合物。(2)物理性质和特征天然气水合物通常呈白色，外形如冰雪状。结晶体以紧凑的格子构架排列，与冰的结构相似(图8.2)。在这种冰状结晶体中，碳氢气体充填在水分子结晶格架的空穴中，两者在低温和一定压力下，通过范德华作用力稳定地相互结合在一起。在自然界中，甲烷是最常见的客气体分子(Sloan，1990)。但天然气水合物也并非全部呈白色，可以有多种其他色彩。如从墨西哥湾。天然气水合物的概念及特征 一、天然气水合物概念和结构1.天然气水合物概念天然气水合物(Natural Gas Hydrate)是指由主体分子(水)和客体分子(烃类甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷等气体分子及非烃类氮气、二氧化碳以及硫化氢等气体分子)在低温(-10℃至+28℃)和高压(1～9.0MPa)条件下，通过范德华力相互作用，形成的结晶状笼形固体络合物，其中水分子借助氢键形成结晶网络，网络中的孔穴内充满轻烃、重烃或非烃分子。水合物具有极强的储载气体的能力，一个单位体积的天然气水合物可储载100～200倍于该体积的气体量。2.天然气水合物结构天然气水合物是两种常见物质水和天然气的结合体。在合适的高温低压条件下，水和天然气会结合形成冰状固体物质。天然气水合物是由氢键水笼立体叠置形成的晶体化合物(图10-1)。天然气水合物是笼状物，意味着主体的水分子有可容客体气体分子进入的架构空间。空的笼形架构是不稳定的，需要捕获气体分子以保持笼形晶体的稳定性(图10-1)。水合物紧凑的结构可使天然气高效叠置。标准温压条件下(1kPa，20℃)，一体积的天然气水合物可膨胀150～180倍。水合物可形成0.48～0.90nm大小的天然气分子赋存空间。水合物存在3种不同的结构类型，一般地，结构的形成取决于最大客体。

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