天然氣水合物又稱為「可燃冰」，因為具有儲量大與潔淨等優勢，被視為21世紀最有潛力的替代能源。而我國發現在台灣西南海域中富藏天然氣水合物，其含量預測可以供給全台使用65年以上。
什麼是「天然氣水合物」?
天然氣水合物（Gas Hydrate），是一種非傳統的化石能源。是在低溫高壓的環境中，氣體分子被籠狀結構的水合物包覆，形成冰晶狀的固體籠晶【圖1a】。當天然氣水合物移至常溫常壓下，氣體便會破壞籠狀架構而自行解離出來，一旦遇到火源，就可以持續燃燒，形成冰火共存的特殊現象【圖1b】，所以也被稱為「可燃冰」。
【圖1】(a)天然氣水合物的結構 (b)燃燒中的天然氣水合物（圖片來源: 美國地質調查所 USGS）形成的原因是埋在沉積物中幾百萬年前的動植物屍體，經過細菌的分解而產生氣體（如:甲烷、乙烷等）。在低溫與高壓下，水會變成冰晶籠狀結構，將氣體包覆，產生天然氣水合物;而在自然界的天然氣水合物，包覆的氣體分子包括有甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、氮、二氧化碳、硫化氫等，其中以小分子的甲烷佔了其中大約95%以上，所以又稱「甲烷水合物」。
通常1單位體積的甲烷水合物，可以分解產生150 ~ 180單位體積的甲烷和0.8單位體積的水。因為燃燒後不會排放硫氧化合物，而且二氧化碳的排放量也比燃煤與燃油低，所以是一種比較潔淨的能源。
【圖2】天然氣水合物生成的溫壓條件（Max and Clifford, 2000）天然氣水合物的蘊藏區，受限於溫度與壓力環境的限制【圖2】，以及需要大量甲烷氣供應源等生成控制因素，所以存在的地質環境，多侷限在富含有機物且沉積速率快的區域，例如︰水深500至3,000公尺海域的大陸斜坡等區域。透過經濟部中央地調所在台灣西南海域長時間的調查，發現在台灣西南海域中富藏天然氣水合物，且含量預測足以供應全台使用65年以上。
天然氣水合物探勘
但是大海茫茫，該如何找尋天然氣水合物的蹤跡呢?
海洋地球物理探勘研究團隊，就像是一支先鋒部隊，以地球物理探勘的方式尋找海床底下未知的東西，並將其圖像化。因為天然氣水合物如果存在於沉積層的孔隙中，會影響震波的傳遞速度，所以在多頻道震測資料中會呈現一個與海床近乎平行，而且相位相反的強反射面，又稱為「海底仿擬反射面」（Bottom Simulating Reflector，BSR），並且是天然氣水合物賦存的重要指標之一。
因此國研院台灣海洋科技研究中心（TORI，以下簡稱海洋中心）於2015年引進國際石油公司常用的工業級「長支距多頻道震測系統」（Large-offset Multi-Channel Seismic system，LMCS）。此套「長支距多頻道震測系統」目前擁有最大3,200立方英吋的震源能量，以及最長達6,000公尺的受波器浮纜，並可利用新型導航系統伺服器彙整震測系統的資訊，進行等距離炸測(*註釋1)
*註釋1：擊發空氣鎗產生震波，其能量穿透海床底下地層後，接收回傳之震波訊號，即可得知海床底下之地層結構影像。
【圖3】長支距震測系統 (LMCS)概觀
【圖4】多頻道震測資料剖面2016年海洋中心團隊利用平台船搭載「長支距多頻道震測系統」（圖3）進行海上震測探勘實驗，使用880立方英吋的震源能量，並佈放約1,500公尺長的受波器浮纜。初步探勘所蒐集的資料影像結果也顯示台灣西南外海有「海底仿擬反射面」（BSR）的存在【圖4】。
此套系統所蒐集的資料不僅可以顯示天然氣水合物的儲藏位置，更可進一步分析出震波速度，並逆推出天然氣水合物儲藏的深度，以及估算其蘊藏量，這些都是未來開採天然氣水合物時的重要依據。
未來展望
從天然氣的成因與儲藏條件，可以看出天然氣水合物並不是穩定的產物，所以開採難度相對較高。且必須在穩定的壓力與溫度下輸送，導致開採經濟成本的增加，開採風險性也很高。
假若開採方式不當，嚴重甚至可能會引發海底崩移，造成海嘯。而且天然氣水合物在生活上的應用，目前還不及石油來的廣泛，因此並未達到全面開採的經濟價值。
由於世界面臨能源逐漸短缺的危機，因此將天然氣水合物作為新能源的可能性逐漸升高。為了因應未來需求，海洋中心的海洋地質地物探勘團隊蓄勢待發，將運用勵進研究船使用「多重地質地物探勘技術」【圖5】。
【圖5】地質地物探勘設備計畫將先利用「多頻道震測系統」進行全面性的區域精細調查，再利用「長岩心採樣系統」以點的方式採集含天然氣水合物的沉積物，讓我們瞭解許多地底下真實的狀況，藉以修正評估的參數（如︰孔隙率、沉積物密度等物理參數），使我們所估算的天然氣水合物蘊藏量與風險評估更加詳細、可靠。
此外，加上「深海工作型水下遙控無人載具」(深海工作型ROV)的海床影像（如︰泥火山噴氣量與海底環境等）確認此點位是否適合開採天然氣水合物，希望能將台灣西南海域沉積物層蘊藏的天然氣水合物加以數值化與影像化，並做出詳細的地質解釋，以評估鑽井與開採時的風險性與其經濟價值。希望可以藉此找出天然氣水合物蘊藏量高，且開採風險低的區域，作為開採天然氣水合物的基石。
參考文獻:
Max, M. D. and S. M. Clifford, 2000, The state, potential distribution, and biological implications of methane in the Martian crust, Journal of Geophysical Research, 105, 4165-4171.
