偵測實驗室中合成之天然氣水合物的解離時間及溫差

估計「海研一號」研究船從海床表面取出沉積物到使用紅外線熱像儀進行掃 描共需約兩小時左右，我們懷疑經過這兩個小時的升溫及降壓很可能使天然氣水 合物解離所產生的冷異常已與周圍之溫度逐漸達到平衡，而不易被分辨出來，為 了得到在海上以紅外線熱像儀實際掃描岩心資料的經驗及評估是否在經過兩個 小時之後還可以偵測到顯著的溫差存在，我們設計了兩個實驗來觀察其結果。

實驗一：將天然氣水合物直接放入膠管中與沉積物混合在一起

實驗流程：

在一約50公分的岩心膠管中填滿從海底取得的沉積物，並在膠管中下方及上 方分別放置了約5公克粉狀天然氣水合物及約7公克粗顆粒的天然氣水合物（天然 氣水合物為人工合成由經濟部中央地質調查所陳柏淳所提供）(圖5-1)。沉積物和 天然氣水合物完全放至岩心膠管後即馬上以紅外線熱像儀進行掃描(圖5-2)。

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實驗結果：

圖5-3為熱像儀掃描拍攝之影像，圖5-4為圖5-3的溫度剖面，可以看到約5公 克的天然氣水合物在經過10分鐘後與周圍的溫差僅剩2 ℃左右，但約7公克的天 然氣水合物則還有6 ℃左右的溫差，推測是因為細顆粒的天然氣水合物，反映面 積也較大，解離的速度也快很多；但約7公克天然氣水合物在經過兩個小時後與 周圍沉積物的溫度尚有1 ℃左右的溫差。

在此實驗中天然氣水合物解離的速度應比從海床取出時的狀態快很多，因為 溫壓在瞬間就已達到其解離的狀態，本實驗中說明了即使經過兩個小時後還是能 夠偵測到約有1 ℃的溫差，也證明了只要有約1 ℃的溫差，即代表非常有可能是 由天然氣水合物解離所造成。

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圖 5-1：在一約50公分長的岩心膠管中置入海床取得之沉積物及粗顆粒和細顆粒 的人工合成之天然氣水合物。

圖 5-2：以紅外線熱像儀對混入人工合成天然氣水合物之岩心管進行掃描攝影。

粗顆粒天然氣水合物

粉狀天然氣水合物

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圖 5-3：含有5公克及7公克天然氣水合物的沉積物岩心之熱像圖。

(a)為剛開始，(b)為10分鐘後，(c)為30分鐘後，(d)為1小時後，(e)為2小時 後之溫度分佈影像。

~5g

~7g

(a) (b) (c)

(d) (e)

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圖 5-4：圖5-3中(a)到(e)中藍直線剖面的溫度分布圖。

約5公克的天然氣水合物在經過10分鐘後與周圍的溫差已剩2 ℃左右，

但約7公克的天然氣水合物溫差還有6 ℃左右，而且約7公克天然氣水合 物在經過兩個小時後與周圍沉積物之溫差尚有1 ℃左右。

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在掃描結束後，將標本的沉積物取出觀察，在圖5-8左圖中較深色的沉積物為 第( 2 )層的沉積物，表示有天然氣水合物解離產生水，使得沉積物較濕，而純沉 積物層的沉積物顏色就明顯較淡；圖5-8右圖為第( 3 )層的沉積物，在正中間有較 濕的沉積物，反應了天然氣水合物確實曾經存在其中。

此實驗中，第( 2 )層所放的天然氣水合物比例較高，溫度也較低，但第( 3 ) 層在28.7公克的沉積物中只有一整顆0.5公克(比例約1.7 %)的天然氣水合物，不過 在溫度分佈圖還是有辦法看到一低溫異常區(約8.1 ℃)較周圍沉積物的溫度(約 9.2 ℃)低了1.1 ℃，也再次證明只要有1 ℃左右的溫度差距，就非常有可能是因 為天然氣水合物發生解離而形成低溫異常的情況。

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圖 5-5：測試天然氣水合物解離時間的標本概念圖。各層比例如圖右方所示，層 與層之間是以錫箔紙隔開。

圖 5-6：天然氣水合物的標本在反應釜(箭頭所指處)中經過至少兩個小時的緩慢 升溫及降壓。

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(3)

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16.2公克的純沉積物

16.2公克的純沉積物

20 %的天然氣水合物緻密地 混合在沉積物中(總重20.4克)

7 %的天然氣水合物緻密地混 合在沉積物中(總重18.68克) 一塊0.5公克的顆粒狀天然氣 水合物放置在沉積物中(總重 28.7克)

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圖 5-7：測試天然氣水合物解離時間的熱像圖及其溫度分佈圖。

圖 5-8：將測試後的天然氣水合物取出觀察。左圖中第( 2 )層的沉積物較濕，是 天然氣水合物解離產生水所造成；右圖為第( 3 )層的橫切面，在中間有較 濕的沉積物，顯示出天然氣水合物確實在此解離。

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(2) (1) (3)

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