專題報導

06 科學發展 2016年 8月│ 524期科學發展 2016年 8月│ 524期

台灣海域 可燃冰調查

陳松春、鐘三雄、王詠絢、魏正岳、陳柏淳

使用低碳綠能，減少二氧化碳排放，已是全球的共識。

可燃冰是 21世紀的新興能源，可能是天然氣未來的重要來源，

一旦可經濟地開採利用，將能解決全球能源供需失衡的問題，

開啟人類能源史的另一里程碑。

天然氣需求將大幅成長

石油、煤及天然氣三大化石能源中，天然氣是低碳綠色能源。在地球永續發展的理念下，

使用低碳綠能，減少二氧化碳排放，已是全球的共識，可預期天然氣的需求將較其他化石能

源逐年大幅成長。

2012年，埃克森美孚（Exxon Mobil）石油公司預估到2040年天然氣的需求將成長約60％，如果在未來 10年內沒有找到足量額外的供應源，全球會面臨天然氣供應短缺，引發能源爭奪戰。此外，如未能持續減少碳排放，地球所遭受的環境衝擊可能再度惡化。可燃冰的開發將

為全球在即將面臨能源短缺的前刻帶來一道曙光。

什麼是可燃冰

天然氣水合物是甲烷氣和水組成的固態物質，因外觀看起來像冰塊，點火可燃，形成冰

水火共存的奇特現象，所以俗稱可燃冰。自然界產出的可燃冰包含的氣體分子以甲烷為主（含

量約 90％以上），也常稱為甲烷水合物。因為溫壓條件的關係，天然氣水合物廣泛分布在永凍原及大陸邊緣海域，以細粒點散

狀、薄脈狀充填於裂隙中或呈團塊狀形成於沉積物內。天然氣水合物具有儲存巨量天然氣的

能力，在標準溫壓下，1單位體積的天然氣水合物可釋放出 150∼ 180倍體積的天然氣及 0.8單位體積的水，估計全球天然氣水合物所含碳總量約為傳統化石能源所含碳總量的 2倍。

07科學發展 2016年 8月│ 524期科學發展 2016年 8月│ 524期

甲烷氣是相當潔淨的能源，燃燒後排放

的 SOx量是零，NOx也很少，CO2的排放量

比煤或石油低。由於天然氣水合物具高能量

密度、儲量大、潔淨等特性，被譽為 21世

紀的新興能源。

台灣西南海域調查區域內天然氣

水合物賦存指標海底仿擬反射（bottom

simulating reflector, BSR）的分布相當密集，

極具天然氣水合物賦存潛能。因此，經濟

部中央地質調查所自 2004年起推動相關的

地質調查研究。

調查研究方法

天然氣水合物的調查方法概分為地球

物理探測、地球化學分析、海床特殊地貌

特徵觀測、深海鑽探等。地球物理探測方

法有多頻道反射震測、海底地震儀、地熱

量測、聲納探測（包括高解析度底拖式側

掃聲納與底質剖面探測、表拖底質剖面、

高頻聲納）、海底地電阻探測等。

地球化學分析主要是採取海底沉積物岩

心及水體樣品，進行甲烷濃度、硫酸鹽—甲

烷界面（sulfate-methane interface, SMI）、氯離子濃度、礦物組成及磁性礦物分析。海床

特殊地貌特徵觀測方法有海底數位照相、線

控水下無人載具（remotely operated vehicle, ROV）即時觀測等。在國內，除了尚未進行深海鑽探外，其餘各項探測技術都已成熟應

用於天然氣水合物的調查研究。

海底仿擬反射分布

天然氣水合物賦存的指標首推 BSR，在反射震測剖面上如有辨識出約略平行海

床的 BSR強反射信號，則顯示海床下的

地層中可能有天然氣水合物賦存。BSR位

置是天然氣水合物賦存層的下界深度，在

BSR上方是天然氣水合物的穩定帶，下方

則是甲烷游離氣。

目前在台灣西南及南部海域已收集長

度約二萬九千多公里的反射震測線，平均

約有 41％的震測線可辨識出天然氣水合物

天然氣水合物具高能量密度、儲量大、潔淨等特性，被譽為21世紀的新興能源。

天然氣水合物外觀、燃燒情形及產狀。（A）及（B）是分別在西伯利亞 Baikal湖、東太平洋區域鑽得天然氣水合物標本點火燃燒的情形，（C）在沉積物內呈點散狀（白色點），（D）呈薄脈狀充填於裂隙中，（E）及（F）是在印度海域鑽得的團塊狀天然氣水合物。

（A） （B）

（C） （D）

（E） （F）

專題報導

08 科學發展 2016年 8月│ 524期科學發展 2016年 8月│ 524期

賦存指標的 BSR訊號，顯示具有相當豐富的天然氣水合物賦存。

穩定基底深度

利用地溫梯度可推估天然氣水合物的

穩定基底深度，地溫梯度與天然氣水合物

溫壓平衡曲線的交點深度就是天然氣水合

物的穩定基底深度，交點深度以上是天然

氣水合物穩定帶，以下則只能以甲烷游離

氣形態存在，同時可推估天然氣水合物生

成時的平衡溫度。

理論上，震測剖面的 BSR就是天然氣水合物的穩定基底深度面，但因地層震波

速度掌握不易、地溫梯度量測誤差等原因，

造成這兩者的推估深度會有不一致的情形。

台灣西南海域天然氣水合物的基底深度約

在海床下 130∼ 600公尺，平均約 300∼500公尺。

海洋底水的甲烷濃度

台灣西南海域的海洋底水及沉積物間

隙水的甲烷含量普遍高於海水背景值，顯

示有高甲烷通量，這些甲烷部分可能來自

天然氣水合物解離出的游離氣。

正常海水的甲烷濃度背景值低於 50 nL／L，而台灣西南海域海水的甲烷濃度普遍高於 1,000 nL／L，部分測站甚至高於100,000 nL／L，顯示有很高的甲烷通量。

硫酸鹽  ─ 甲烷界面深度

沉積物間隙水中的硫酸鹽在無氧環境

下會因生物作用使甲烷氧化，產生碳酸氫

鹽和硫化氫，稱為甲烷厭氧氧化作用。在

有甲烷的地層中，間隙水中的硫酸鹽被甲

烷還原，其濃度會隨著深度遞增而減少，

台灣西南及南部海域 BSR分布圖。收集的震測線長度約二萬九千多公里，平均約有 41％的震測線辨識出 BSR訊號。灰色線是震測線，BSR線段顏色代表其在海床下的深度，三角鋸齒的黑色線是變

形前緣位置。

mbsf

TAIWAN

23o00’ 23o00’

22o30’ 22o30’

22o00’ 22o00’

21o30’ 21o30’

21o00’ 21o00’

20o30’ 20o30’

20o00’ 20o00’118o’30’

118o’30’

119o00’

119o00’

119o30’

119o30’

120o00’

120o00’

120o30’

120o30’

121o00’

121o00’

121o30’

121o30’

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

台灣西南海域海洋底水的甲烷濃度普遍高於背景值

（＜ 50 nL／L），顯示有很高的甲烷通量。

海洋底水甲烷濃度 泥貫入體MT:主逆衝斷層DF:變形前緣FR:枋寮海脊FMR:福爾摩沙海脊

KC:高屏峽谷FC:枋寮峽谷

> 100,00010,000~100,0001,000~10,000100~1,000< 100

CH4 (nL／L)

22o30’ 22o30’

22o00’ 22o00’

21o30’ 21o30’

21o00’ 21o00’118o30’

118o30’

119o00’

119o00’

119o30’

119o30’

120o00’

120o00’

120o30’

120o30’

121o00’

121o00’

09科學發展 2016年 8月│ 524期科學發展 2016年 8月│ 524期

到達某一深度硫酸鹽會被還原殆盡，稱為

硫酸鹽還原深度。

硫酸鹽還原深度以下，甲烷濃度會隨

深度遞增而增加，硫酸鹽濃度是零而甲烷

濃度開始增加的界面稱為硫酸鹽—甲烷界

面（SMI）。在一般深海，SMI深度約在100公尺以上，如果是在天然氣水合物賦存區，因有大量的甲烷氣可加速硫酸鹽還原

反應，使得 SMI深度變淺，另在這還原反應過程中會造成碳酸鈣沉澱。因此，如果

發現 SMI深度淺及海床淺處有碳酸鹽礁形成，則間接顯示地層下部應有天然氣水合

物賦存。

台灣西南海域海床表層沉積物的 SMI深度僅數公尺，顯示有相當高的甲烷通量，在

適當的溫壓條件下就可形成天然氣水合物。

特殊海床地貌特徵

天然氣水合物賦存區的海床上常有與

天然氣水合物伴生的貝類、蛤蚌類、菌席

等化學自營性生物群落聚集，以及自生碳

台灣西南海域有自生碳酸鹽礁、氣煙囪柱、貝塚、

菌席、伴生的貝類群等。

碳酸鹽岩礁

氣煙囪柱

貝塚

碳酸鹽岩礁

菌席（白色）

碳酸鹽岩礁

現生貝類群

從高精密水深資料辨識出台灣西南海域海底有 13座泥火山（左圖），利用 ROV拍攝到 MV1、MV5及 TY1活躍噴發（右圖），噴發的氣體含高濃度甲烷氣。

MV1

MV5

TY1裂隙噴發

TY1泥火山

22o28’N

22o24’N

22o20’N

22o16’N

22o12’N

22o08’N

22o04’N

22o00’N

21o56’N

21o52’N

21o48’N

21o44’N

21o40’N

120o04’E

120o04’E 120o08’E 120o12’E 120o16’E 120o20’E 120o24’E 120o28’E 120o32’E 120o36’E 120o40’E

− 3500 − 3000 − 2500 − 2000 − 1500 − 1000 − 500 0 500 1000

水深（m）

酸鹽礁。在甲烷逸出海床的環境下，也會

有冷泉、噴氣及逸氣構造特徵，或有麻坑

構造、泥火山、天然氣水合物隆堆等特殊

地貌。在海床上如發現這些特殊地貌，則

直接或間接顯示有天然氣水合物的生成。

透過 ROV拍攝及海底照相，發現台灣西南海域海床上有相當廣泛的自營性生物

群落聚集及自生碳酸鹽礁分布，其成因都

與海床有富含甲烷的流體（冷泉）逸出有

關，而這些流體可能是天然氣水合物分解

的產物。

從高解析的底質剖面及高頻聲納

（EK500）可判釋出氣體的逸氣通道及海床的噴氣柱。依據底拖式底質剖面、高頻聲

120o08’E 120o12’E 120o16’E 120o20’E 120o24’E 120o28’E

120o32’E 120o36’E

120o40’E

專題報導

10 科學發展 2016年 8月│ 524期科學發展 2016年 8月│ 524期

納及精密水深資料，判釋出台灣西南海域

有超過 100處的逸氣通道、噴氣構造及 13座海底泥火山。另利用 ROV拍攝到海底泥火山活躍的噴發，約每 3∼ 5分鐘噴發一次。經採樣分析，這些噴發的氣體含有濃

度高達 550 nL／L的甲烷氣，遠高於海水背景值（＜ 50 nL／L），顯示有相當高的甲烷通量。

天然氣儲量估算

根據地球物理及地球化學調查結果，

規劃出 11處可燃冰探勘好景區，共有 25口鑽探井。

在台灣西南海域 11處探勘好景區（黑色方框）中，規劃 25口鑽井（黃色星形），初估天然氣水合物的天然氣資源量約 15,000億立方公尺。

以日新月異的科技能力，天然氣水合物經濟開採利用已指日可待。

初估台灣西南海域天然氣水合物的天

然氣資源儲量約 15,000億立方公尺，若其中 10％是可開發量，預估可產出 1,500億立方公尺的天然氣，以我國天然氣年平均

使用量 100億立方公尺來估算，足可供應15年以上。

各國爭相調查研究

可燃冰是新興低碳綠能，世界各國都

投入巨資進行調查研究，鄰近的日本、韓

國、中國大陸、印度等更是積極。

日本於 1995年開始進行天然氣水合物的調查研究，2013年完成世界首例的海域

永安海脊＆好景海脊

（1154／4.05）福爾摩沙海脊（621／4.69）

九龍海脊（1487／3.02）

高雄峽谷（804／9.81）

四方圈合 海脊

（883／13.53）

下枋寮海盆（1072／16.94）

前緣海脊（4778／13.21）

指標海脊（645／3.73）

車城海脊（767／14.17）

恆春海脊（442／3.88）燦堯海脊

（2395／14.36）

22o40’

22o20’

22o00’

21o40’

21o20’

21o00’

20o40’

22o40’

22o20’

22o00’

21o40’

21o20’

21o00’

20o40’

118o40’ 119o00’ 119o20’ 119o40’ 120o00’ 120o20’ 120o40’ 121o00’ 121o20’

118o40’ 119o00’ 119o20’ 119o40’ 120o00’ 120o20’ 120o40’ 121o00’ 121o20’

（天然氣資源量／每平方公里資源量） 單位：億立方公尺

11科學發展 2016年 8月│ 524期科學發展 2016年 8月│ 524期

生產測試，目前已進入經濟開採測試階段。

印度於 2006年、中國大陸及韓國於 2007年都已陸續進行天然氣水合物深海鑽探調

查研究，並成功鑽得地層中的天然氣水合

物標本。韓國更規劃於 2017年進行海域生產測試，中國大陸也規劃於 2017年進行海域開採測試。

可燃冰在海域的賦存水深至少約 300∼ 500公尺，具開發潛能區的水深更高達1,000∼ 3,000公尺，相較於一般石油氣開採的水深數十至數百公尺（一般約 300公尺內），其開採技術較困難及複雜。然而

日本已成功完成世界首例的海域生產測試，

以日新月異的科技能力，天然氣水合物經

濟開採利用已指日可待。

期望我國能早日進行深海鑽探，與國

際調查研究腳步接軌，一旦開發技術成熟，

可同步進行海域可燃冰的開發利用，除可

促進社會經濟發展外，並可大幅提升國家

能源自我供應。

陳松春、鐘三雄、王詠絢、魏正岳經濟部中央地質調查所資源地質組

陳柏淳經濟部中央地質調查所區域地質組