天然气水合物（俗称“可燃冰”）是资源量丰富的高效清洁能源，也是未来全球能源发展的战略制高点之一。虽然我国南海的可燃冰资源量丰富，但由于赋存于浅层未固结泥质粉细砂中，致其开采难度大。可燃冰开采会不会使得原来稳定的海水－上覆土层－储层－下伏层系统发生失稳？储层失稳的条件是什么？这些是可燃冰开采安全性研究必须回答的问题。含可燃冰沉积物的力学性质是地层变形和稳定性评价的基础数据，亟需解决其力学参数及本构模型的工程实用性问题，同时也亟需厘清可燃冰分解引起的滑坡、开裂、隆起或沉陷等破坏的演化机制。海洋可燃冰开采的储层稳定性及安全评价技术，是可燃冰开发需要解决的关键技术之一，并涉及含相变的多相流和多物理场耦合的基础科学问题。该问题的研究不能完全寄希望于现场实时监测，需要首先建立系统的物理模拟技术，探索可能的破坏类型以及动力学过程，最终建立理论预测体系，提前做好防范措施。
中国科学院力学研究所自 2004 年以来在郑哲敏先生的指导下开展可燃冰的研究工作，搭建了具有自主知识产权的可燃冰开采安全评价实验平台，攻克了多项高压低温环境下储层力学测量与模拟技术，为获得试采储层安全评价必需的力学参数与地层破坏的物理机制提供了基础条件；建立了储层力学本构模型，阐明了相变 / 传热 / 渗流 / 地层应力重分布多场演化导致地层与结构破坏的机理，为可燃冰试采储层与结构安全性评价提供了基础力学数据和物理机制；提出了可燃冰分解多场演化的多重时间尺度渐近分析方法，建立了试采储层安全评价技术。
自 2011 年国务院批准启动可燃冰资源勘查与试采工程以来，力学所研究团队全程参与了这项工程，主要分为两个阶段：第一阶段（2011 年 -2015 年），结合国家 127 工程项目的南海可燃冰地质调查与现场取样，开展可燃冰分解土力学响应与土层稳定性评价的机理性基础研究，获得了南海可燃冰储层的力学数据与本构模型、地层破坏机理与储层失稳评价技术；第二阶段（2016 年 -2020年），在南海两轮试采中作为我国海域可燃冰试采现场指挥部环境评价组的主要力量，负责可燃冰储层安全评价研究，基于第一阶段的研究成果，提供试采安全评价所需的储层物理和力学参数，结合实际地形地貌等建立三维地质力学模型，评价储层与结构变形的发展特征及破坏的临界条件，为安全的试采工艺优化、环境影响（沉降、甲烷泄漏等）监测方案制定提供理论支撑。中国地质调查局广州海洋地质调查局在我国南海成功实施了两轮可燃冰试采，创造了连续产气时间最长、产气总量最大、日均产气量最高的 3 项世界纪录。2017 年完成了探索性试采，解决了可燃冰“能否安全、持续产气”的问题，证实了技术可行性，获得了党中央、国务院贺电嘉奖。2020 年完成了试验性试采，突破了对提高产气规模起决定性作用的深水浅层水平井技术这一世界性难题，实现了规模化开采，向产业化迈出了极为关键的一步，“我国率先实现水平井钻采深海可燃冰”入选“两院院士评选 2020年中国十大科技进展新闻”。
力学所研究团队取得的成果已成功应用于我国南海首轮试采（垂直井探索性试采）和第二轮试采（水平井试验性试采），在储层及井壁安全评价中确定了统一的力学参数选取标准，为针对我国储层特点的试采方案与储层安全保障措施制定提供了支撑数据；项目研究成果深化了对可燃冰开采储层变化过程的认识，支撑“南海天然气可燃冰勘查与试采环境评价”项目建立了可燃冰环境安全与风险防控体系，保障了试采工程及环境安全，奠定了绿色开采基础，促进我国神狐海域可燃冰勘查开采先导试验区建设取得阶段性成果，有力地支撑服务于粤港澳大湾区建设，推动了产业化布局，有效地助力广东省海洋经济发展。该团队完成的《南海天然气水合物试采储层安全评价技术》项目获得2021 年度中国力学学会科技进步奖一等奖，并将面向可燃冰的商业化开发开展更为系统的研究工作。
张旭辉，博士，中科院力学所副研究员，博士生导师，国科大岗位教师，《力学进展》、《海洋地质与第四纪地质》、《海洋地质前沿》杂志青年编委，中科院青年创新促进会会员。主要从事海洋土力学和多相流体力学的研究工作，承担国家基金委项目、国家重大专项子课题、中科院先导子课题、中科院装备项目、产业部门项目等多项科研任务。相关成果以第一 / 通讯作者发表SCI 期刊论文 20 余篇，获批准发明专利 20 余项，获中国力学学会科技进步一等奖 1项。
