緒論

第1章 緒論

1.1 研究動機與目的

常用探測天然氣水合物的方法可分為（1）間接的遙測法：主要是指在震測

剖面上尋找震測仿擬反射（Bottom Simulation Reflector；BSR）及以地電阻法尋 找高電阻區等，（2）直接的現場採樣法：包括地溫(熱流)量測、井測及岩心的化 學性質分析等。

臺灣西南海域由反射震測剖面上所發現的海底仿擬反射面其分佈面積可達 11,000平方公里（Liu et al., 2007）（圖1-1），根據海底溫度梯度的推估其厚度約為 250 ~ 400公尺（Shyu et al., 2006），初步估計總體積應有五千億立方公尺以上，若 能全部開發可供國內使用五十年以上，此外該區常伴隨有泥貫入體及泥火山等構 造，也是適合於天然氣水合物的賦存（Chi et al., 1998；Shyu et al., 1998）。

目前以地熱方法來探測天然氣水合物時，利氏海底熱流探針（Lister-type marine heat probe）是國際間普遍使用的儀器，因為此方法能夠得到海床原時原位

（in situ）的溫度及熱導係數，然而從所得資料迴歸計算前述兩種參數均需假定 探針之熱容量為已知，實際測試後也發現熱容量的誤差會嚴重影響到溫度梯度，

進而誤判天然氣水合物穩定帶底部（Base of Gas Hydrate Stability Zone；BGHS）

的深度（圖1-2），但是前人所估計的熱容量皆不精確，Hartmann and Villinger (2002) 以±20 %的範圍之熱容量變化來討論對推求熱導係數的影響；Lee et al. (2003)的數 字模擬計算中，管徑8 mm的探針熱容量值從145至210 J/mK都有用到，凸顯出大 家對熱容量大小的估計還相當沒有把握。

另外，天然氣水合物原本適合存在於高壓及低溫的環境下，當含天然氣水合 物的沉積物從海床之下取至海面時，會因升溫及降壓破壞它存在的條件而產生解 離，從原來的固態轉變成液態或氣態，因解離作用是一種吸熱的反應，於是近年

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來為達迅速研判海底沉積物的表層是否含有天然氣水合物，都會採取即時觀察岩 心樣品是否有溫度異常（Ford et al., 2003; Weinberger et al., 2005）及熱導係數異 常（Shyu et al., 2006; Poort et al., 2007）的現象發生。所以一般除了先前已廣泛使 用來量測海床溫度及熱導係數的利氏海底熱流探針、附著式小型溫度探針及熱傳 導分析儀（Thermal conductivity analyzer）之外，也同時採用了紅外線掃描法，當 岩心回收至船上時，利用紅外線熱像儀（Thermal infrared camera）迅速掃描出岩 心中因含有天然氣水合物的解離而大量吸熱所造成的低溫異常區（圖1-3）。

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圖 1-1：台灣西南海域BSR之分部及其在海床下之深度圖。（摘自 Liu et al., 2007）

圖 1-2：根據天然氣水合物穩定曲線(紅色)與溫度梯度線(藍色)之交叉點可推估 BGHS之深度。 （摘自 Ruppel, 2007）

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圖 1-3：紅外線熱像儀所掃描之沉積物岩心影像。影像中呈深紫色之處即為低溫 異常區，也是天然氣水合物可能存在的地方，低溫異常區與周遭平均溫 度差約4 ℃左右。（摘自Ford et al., 2003）

圖 1-4：利用「海研一號」902B航次在臺灣西南海域搜集了17個地熱測站的位置。

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∂ 即為溫度隨深度的變化，稱之為溫度梯度( temperature gradient )。

海底的熱流值是藉由測得垂直的溫度梯度及當地的熱傳導係數相乘而得。