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天然气水合物是一种由气体分子和水在低温高压下形成的非化学计量笼状水合物。其主要分子(水分子)是空间中的笼状结构，故又称笼状水合物。

在适当的压力和温度条件下，“主体”水分子在氢键作用作用下形成不同大小和形状的多面体“笼”结构，“客体”分子(气体分子)通过范德华力填充在“笼”(又称“孔”)中形成不同类型的气体水合物，其分子式可用m·nh2o表示。

在公式中，M代表“客人”气体分子，n代表水化指数(即水分子数目)，M通常是甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、C3H8(C3H8)、丁烷(C4H10)同系物和二氧化碳(CO2)、氮(N2)、硫化氢(H2S)等(Sloan，1998年)。

根据水分子多面体的不同，天然气水合物可分为三种类型：Ⅰ型、Ⅱ型和h型。图1显示了天然气水合物的三种晶体结构及其组成的示意图(Sloan，2003年)。它们分别含有不同数量的水分子和气体分子。其结构参数见表1(Sun Chigao等人，2001年;Sloan，2003年)。

天然气水合物基本性质

天然气水合物是一种冰状固体，俗称“可燃冰”，主要存在于世界海洋边缘和高纬度的低温高压环境中。目前，自然界中发现的大部分天然气水合物主要是甲烷，因此又称甲烷水合物，其外观类似于冰雪，点火时会燃烧。

就颜色而言，天然气水合物大多为白色或浅灰色。从化学结构上看，天然气水合物的组成以笼状等水分子的多面体骨架为特征，而甲烷基气体分子则包含在笼架中。不同的温度、压力条件和气体成分形成不同的多面体网格。从物理性质上看，天然气水合物的密度接近冰的密度，略低于冰的密度，介电常数和热导率均低于冰的介电常数和热导率。天然气水合物的声波传播速度明显高于含气沉积物和饱和水沉积物，中子孔隙度低于饱和水沉积物。这些差异是地球物理勘探识别天然气水合物的重要标志。

天然气水合物是多孔的，硬度和剪切模量比冰小，致密天然气水合物的密度略低于冰的密度，热导率和阻力远低于冰的热导率和阻力。天然气水合物是一种沉积矿物。从埋藏天然气水合物的沉积层来看，这些地层主要形成于新生代，大部分为上更新世沉积层。此外，在始新世、中新世、渐新世和第四纪沉积层中也发现了天然气水合物，含天然气水合物的沉积层具有独特的构造特征。

根据现有资料，天然气水合物沉积构造可分为块体构造、脉状构造、透镜状准层状构造、斑岩构造和角砾岩构造。

天然气水合物的能量密度很高。在室温和压力下，天然气水合物分解，沉淀水并释放气体。在标准状态下，1立方米的天然气水合物可以释放约164立方米的天然气和0.8立方米的水。这种能量密度是常规天然气的2-5倍，是煤炭的10倍。可以看出，天然气水合物单位体积燃烧所释放的热量远大于煤、油和天然气，因此可以作为比石油和天然气更清洁的天然气燃料。