五大科技攻坚战瞄准国家重大需求

2017-04-20 来源:中国矿业报社 本报记者:刘艾瑛 吴昊 通讯员 许光 马玉波 沙志彬 王平康 白凤龙

“紧紧咬定青山不放松,原本深深扎根石缝中。千磨万击身骨仍坚劲,任凭你刮东西南北风。”这是众多中国地调人的真实写照,志不求易者成,事不避难者进,在他们看来迎难而上是地质调查工作建功立业的价值追求,如今他们正奋战于中国地质调查五大科技攻坚战。

南海北部钻获的天然气水合物实物样品

海域天然气水合物勘查试采、南方油气页岩气调查、西藏羌塘盆地油气资源战略调查、北方新区新层系油气资源调查、北方砂岩型铀矿调查并称为中国地质调查局“五大科技攻坚战”。之所以有这样的称谓,因为技术难度高、工作压力大、国家责任感重,全是地质调查的深水区,都是难啃的“硬骨头”。

地层流体抽取法示意图

中国地质调查局面向国家重大需求,瞄准目标,实施能源调查五大科技攻坚战,凝聚智慧,凭借专业技术优势,以科技创新引领地质调查,排除万难,破解地质构造密码,形成重大找矿突破或发现。

“海洋六号”天然气水合物综合调查船

海域天然气水合物勘查试采

天然气水合物因其外貌极像冰雪,遇火即可燃烧,俗称“可燃冰”,其能量密度非常高,在标准状态下,1立方米的天然气水合物分解可释放出164立方米的天然气。在自然界中,以块状、层状、透镜状、结核状、脉状、浸染状等多种形态产出,具有分布广、规模大、埋藏浅、成藏物化条件优越等特点,且使用过程中比常规天然气杂质更少,是未来理想的清洁能源。

我国是世界上既有海底天然气水合物也有陆上天然气水合物的极少数几个国家之一。党中央、国务院高度重视天然气水合物资源勘查开发工作,批准设立天然气水合物国家专项,由国土资源部中国地质调查局负责组织实施。为深入贯彻党中央、国务院关于“加大天然气水合物勘探开发力度,争取与世界先进国家同步起跑”的指示,落实国家“十三五”规划纲要关于“推进天然气水合物资源勘查与商业化试采”要求,中国地质调查局将海域天然气水合物资源勘查试采列为五大地质科技攻坚战之一,主要开展我国海域天然气水合物勘查,基本查明资源家底,为试采提供靶区,通过科技攻关,建立我国海域天然气水合物成藏地质理论、勘查、试采技术和装备体系,成功实施我国海域天然气水合物首次试采,为商业化开发奠定基础。

近年来,中国地质调查局坚持科技创新引领,在海域天然气水合物资源勘查、试采和创新平台建设方面取得一系列重要成果。

一是南海天然气水合物资源勘查取得重大突破。预测南海天然气水合物远景资源量达744亿吨油当量,钻探证实两个超千亿立方米级天然气水合物矿藏,拓展了找矿空间,形成了空天海一体化天然气水合物勘查技术体系,自主研制了“海马”号深海非载人4500米级遥控探测潜水器等装备,并成功应用于天然气水合物勘查。

二是我国首次海域天然气水合物试采工作稳步推进。在南海北部优选了试采目标区,确定了试采井位;提出了地层流体抽取法降压试采的技术方案,建立了试采技术和装备体系;选定全球最先进的第七代半潜式钻井平台作为试采施工平台,为试采提供装备保障;建立了完善的安全保障和环境监测体系,制订了覆盖试采全过程的环境保护预案。

三是天然气水合物创新平台建设成效显著。加强海洋地质调查能力和装备建设,已拥有专业调查船6艘,在建3艘计划年底入列;成立了国土资源部天然气水合物重点实验室和中国地质调查局天然气水合物工程技术中心,全力将其打造为国家重点实验室和国际级工程中心;着手启动我国首个天然气水合物试验基地建设,大力推动成果转化应用,研发系列勘查试采技术和装备,为天然气水合物商业化开发提供技术支撑。

为实现我国海域天然气水合物勘探开发与先进国家同步起跑,尽快实现商业性开发利用,“十三五”期间,中国地质调查局将在“加强调查与研究相结合,创新与应用相结合,资源与环境并重”的思路指导下,精心组织实施南海天然气水合物试采工程,继续开展海域天然气水合物资源勘查,着力推进天然气水合物调查装备与天然气水合物开发与环境模拟实验基地、勘查技术研发试验基地建设,创新并丰富天然气水合物成藏地质理论,自主研发适合我国海域的天然气水合物勘查、试采技术体系和关键设备。

南方油气页岩气调查

中国地质调查局以“加大南方页岩气资源调查力度,实现新区新层系突破发现,精心服务国土资源中心工作,全力保障国家能源安全”为指导思想,聚焦久攻未克的南方构造复杂构造区,按照“基础调查先行,问题导向驱动,科技创新引领,战略选区突破”的工作程序,组织实施南方页岩气科技攻坚战,在古生界多个层系取得了页岩气突破和发现,实现了“由盆地找油气向造山带找油气,由正向构造找油气向负向构造找油气”的调查思路转变,将资源潜力优势转化为经济发展驱动力,有力支撑和服务了我国南方地区经济建设。

其成果主要表现为科技创新引领南方页岩气调查重大突破与发现,在新领域实现新突破新发现。

南方油气页岩气调查实现突破,开拓了新区。南方地区经历复杂构造演化史,油气保存条件极差,近半个世纪的勘探工作仅在大型盆地内有重要发现。中国地质调查局发挥基础地质调查优势,以科技创新为引领,以贵州省北部安页1井(获日产10万立方米稳定工业气流)、湖北省宜昌地区鄂阳页1井和鄂宜页1井、安徽省泾县港地1井为代表的10余口钻井取得了多层系重大突破和发现,带动类似地质条件油气勘查新区6万平方千米,开创了南方及长江经济带油气和页岩气勘查新格局。

南方油气页岩气调查实现突破,开辟了新层系。目前,南方页岩气发现主要是四川盆地奥陶-志留系(距今4.3亿年)。中国地质调查局通过基础地质调查,在湖北省宜昌地区的寒武系牛蹄塘组(距今5.4亿年)、震旦系陡山沱组(距今6.8亿年)获得了页岩气调查重大发现,其中震旦系陡山沱组为全球页岩气发现的最古老层系,并且位于构造复杂的武陵山褶皱带,开辟了页岩气勘查开发新领域。

创新建立复杂构造区页岩气理论、模式和技术方法。中国地质调查局创新性地提出了复杂构造区“富有机质页岩发育、构造保存稳定、地层超压”三位一体页岩气富集保存新理论新认识,建立了“逆断向斜控藏型”和“古老隆起周缘型”页岩气富集保存模式,初步形成了“地震波速压力预测”、“地震频谱分离烃类检测”、“页岩气资源评价方法”、“页岩气资源调查评价”等技术方法,应用于南方页岩气调查评价中,促进了长江经济带复杂构造区页岩气的突破和发现。

我国南方复杂构造区广泛发育中-古生界多套富有机质页岩,页岩气资源潜力巨大,由于经历多次强烈构造运动,页岩气的保存条件面临巨大的挑战,应加大页岩气资源调查力度,创新页岩气理论和模式,攻关页岩气关键技术,打好南方页岩气科技攻坚战,中国地质调查局已经瞄准了主攻方向。

一是加强页岩气地质调查和资源潜力评价,进一步摸清长江经济带页岩气资源家底,优选有利目标区,实现新突破新发现。

二是建设一批油气页岩气勘查示范基地,全力支撑油气体制改革。在已取得页岩气发现或突破的贵州遵义、湖北宜昌等重点地区开展10个页岩气勘查示范基地建设,力争在上游四川盆地及周缘建成6个、中游宜昌等地区建成3个、下游安徽宣城等地区建成1个勘查示范基地,评价优选30个有利勘查区块。

三是加强科技创新,形成中国特色页岩气成藏理论与勘查技术方法体系。加强长江经济带复杂地质构造区油气页岩气理论的总结与应用,形成多期构造作用下的高演化海相页岩气富集理论和模式,建立海陆交互相页岩气、致密砂岩气和煤层气“三气”赋存机理和富集模式,全面推动我国南方地区油气页岩气资源勘查开发。

西藏羌塘盆地油气资源战略调查

羌塘盆地位于藏北地区,平均海拔5000米左右,总面积约20万平方千米,是一个建立在前寒武系变质基底之上的一个大型叠合盆地,具前寒武系结晶基底,古生界至中生界盖层沉积连续,厚度达10000米~15000米,残留厚度达8000米。经过近20年的调查,中国地质调查局在羌塘盆地识别出4套有利生储盖组合,估算油气远景资源量为104.39亿吨,存在大规模油气生成、运移和集聚的证据,具备形成大型油气田的地质条件。2015年,中国地质调查局设立羌塘盆地油气资源战略调查工程,进一步加大油气调查力度,取得了一系列创新成果,为早日实现羌塘盆地油气调查突破奠定了基础。

羌塘盆地二维地震勘探方法试验取得重大突破,大大推动了高原冻土区的油气勘探。1993年至1997年,中石油在羌塘盆地完成大规模油气调查以来,针对羌塘地区高海拔、高寒、高复杂地质条件下的二维地震勘探方法技术一直难于突破,极大地限制了羌塘盆地的油气勘探进程。2015年,中国地质调查局通过总结提出采用新技术、新理念、新方法进行采集,首次在羌塘盆地实现了二维地震勘探方法的重大突破,获得了清晰的二维地震资料,解决了羌塘盆地油气勘探的关键技术问题。

创新性提出羌塘盆地“能源相控”油气评价模式,有效地指导了油气远景评价。中国地质调查局通过多因素岩相古地理编图与沉积盆地分析,结合地球物理资料解释,在羌塘盆地识别出3个三叠纪裂陷槽和两个隆起带,并证实这3个裂陷槽控制了羌塘盆地中生界沉积亚相的展布与生烃拗陷的范围,两个隆起带发育礁滩相储集岩,结合羌塘盆地古油藏带的发现,认为其油气成藏特点可与四川盆地古生界类比,从而提出了“构造→盆地隆拗格局→古地理→沉积相展布→油气远景区”的油气远景评价模式。

总结提出“断背+构造高点+压力异常+油气异常”的目标评价方法。中国地质调查局通过系统的油气基础地质调查和油气形成富集条件的分析,根据青藏高原构造改造强烈的特点,结合羌塘盆地隆鄂尼-昂达尔错古油藏带的发布规律,创新提出羌塘盆地目标评价的原则,在优选重点区块,开展二维地震调查的基础上,提出“断背+构造高点+压力异常+油气异常”的目标评价方法,开展目标优选与井位论证,较好地指导了“羌参1井”的优选。

下一步,中国地质调查局将重点开展以下3方面工作。一是在羌塘盆地实施油气参数井工程,力争获得油气重大发现;获取羌塘盆地地质与测井、录井参数,对以往的地质-地球物理资料及认识进行标定与验证;集成高寒条件下油气钻井技术体系。二是以参数井为依托,结合区域地质调查,研究盆地的埋藏史、热演化史与油气生成、运聚过程,总结高原隆升背景下油气成藏模式。三是开展羌塘盆地构造复杂区油气富集规律与油气有利圈闭构造识别技术研究。

北方新区新层系油气资源调查

中国北方包括西北、华北和东北的广大地区,面积约400多万平方千米,是我国传统的油气富集区和重要产区,目前产层以中生新生界为主,近年的油气勘探表明北方石炭-二叠系也具有巨大的油气资源潜力。此外,华北克拉通盆地下伏的元古界发育厚度大、未变质的暗色泥岩,也是潜在的新层系。

2016年,中国地质调查局开展“北方新区、新层系油气资源调查”科技攻坚战,2017年通过了“北方新区、新层系油气资源调查”科技攻坚战总体方案,有关的产学研单位通力合作,旨在寻找油气战略接替区,缓解日益突出的油气资源供需矛盾,同时支撑油气体制改革,服务国家能源资源安全保障。

长期以来,中国北方石炭-二叠系受基础地质认识的制约,一直作为中生代盆地基底而被忽视,油气资源前景认识不明确。2007年以来,中国地质调查局开展中国北方新区、新层系油气地质调查,以石炭-二叠系为主要目的层,兼顾其他层系,通过油气基础地质调查与科技创新紧密结合,取得了一系列重大突破,跟进的中石油在准噶尔盆地和三塘湖盆地石炭-二叠系油气勘探取得重大发现,进一步揭示了北方新区层系油气资源的广阔前景。事实证明,基础地质创新性认识引领油气公司商业勘探实现重大发现。

此次科技攻坚战主要取得了5个方面的突破性成果。

一是地质认识的创新奠定了油气发现与突破的理论基础,查明了中国北方石炭-二叠系不存在区域变质,叠合盆地内未变质且变形较弱。初步研究表明,天山-兴蒙构造带石炭-二叠纪盆地自西向东逐步形成与萎缩,充填特征类似,并经历了类似的后期改造,具有类似的油气地质条件。

二是创新地质认识引领银额盆地油气勘探取得重大突破,提出了银额盆地为石炭-二叠纪与中生代叠合盆地的新认识,钻探验证了石炭-二叠系含油气系统赋存;引领企业勘探跟进,多个区带取得多种油气藏类型的重大发现,延哈参1井在哈日凹陷背斜构造获得高产工业气流,拐参1井在拐子湖凹陷断裂控制的砂岩获得高产工业油气流,天6井在天草凹陷获得工业油气流等,实现了银额盆地自1955年以来的油气重大突破。

三是地质与地球物理相结合,明确了柴达木盆地石炭系具有良好的油气资源潜力与勘探前景。预测柴达木盆地石炭系厚度大于1000米的范围达5.7万平方千米,发育多套烃源岩,累计厚度大于300米,烃源岩演化处于成熟—高成熟阶段;钻井与地震剖面综合分析表明,柴达木盆地石炭系沉积后,盆内以整体升降为主,构造变形弱,油气保存条件好。

四是鄂尔多斯、南华北盆地新层系取得新发现,鄂尔多斯盆地镇钾1井石炭系页岩气取得突破;跟踪煤田钻井,发现二叠系腐泥型烃源岩,以及凝析油显示。尉参1井揭示了南华北盆地石炭-二叠系油气的良好前景。华北克拉通盆地深层中-上元古界发育未变质的良好烃源岩,亦具有较好的油气资源远景。

五是地球物理攻关研究取得进展,采取提高覆盖次数、低频检波、低频震源激发的二维地震采集攻关技术,有效提高了信噪比。初步形成了重、磁、电、震相互约束的联合反演与综合解释技术方法组合,解译了盆地深层层系的分布及盆地构造格架。

目前,在实施过程中也遇到了4个主要问题,一是北方新区新层系涉及3个不同构造单元,地质背景复杂,关键地质问题久有争议;二是改造型叠合盆地深层油气成藏机理有待于进一步探索;三是石炭-二叠系油气资源潜力认识不明确;四是叠合盆地深层地球物理勘查技术方法有待进一步攻关。尽管如此,但攻克的过程也酝酿着新的突破。

北方砂岩型铀矿调查

铀矿资源是国防建设和核能发展的重要战略资源,但国内铀资源保障程度较低、对外依存度高的形势迫切需要加大国内铀矿资源调查评价和铀矿勘查投入,切实提高我国的铀资源保障程度。

砂岩型铀矿具有规模大、地浸开采成本低、开采过程清洁环保等优点,已经成为世界经济价值排名第一的铀矿类型,这也是寻找铀矿资源的最佳目标。

经过多年不懈的努力,中国地质调查局取得砂岩型铀矿找矿成果重大发现或突破,技术方法和成矿理论研究方面取得创新性进展。

2012至2016年,中国地质调查局先后通过组织实施“我国主要盆地煤铀等多矿种综合调查评价”计划项目和“北方砂岩型铀矿调查工程”,在我国北方主要大型盆地共排查煤油田钻孔近16万个,圈定成矿远景区近100处,找矿靶区200余个;实施验证钻孔近660个,新发现了铀矿孔97个,铀矿化孔224个,见矿率高达48.6%,新发现砂岩型铀矿产地12处,矿点、矿化点80余处。在松辽盆地、鄂尔多斯、准噶尔、柴达木、二连等盆地均取得重要的铀矿找矿突破,充分显示了我国北方巨大的铀资源找矿潜力。

与此同时,找矿思路、找矿理论不断创新。中国地质调查局依托北方砂岩型铀矿调查工程和铀矿973项目,瞄准中国北方大规模陆相盆地开展铀矿调查与科学研究;针对含铀岩系沉积环境对成矿的制约,表生流体作用下铀的超常富集机理、煤铀的时空关系及有机质对铀成矿的影响以及构造对铀成矿作用的影响开展了研究;构建了典型铀矿集区的含铀岩系三维地质模型,建立层含铀岩系地层格架,恢复了主要产铀盆地赋矿岩系的沉积相和沉积环境;提出了“盆内隆缘式”构造控矿的新理论,总结出河谷式、盆缘式和盆内隆缘式三种基本构造控矿类型。

技术方法不断完善。中国地质调查局提出了煤田、油气田勘查资料“二次开发”的砂岩型铀矿找矿新方法,快速推进了我国砂岩型铀矿找矿工作,为国家节省了大量的物力、人力和财力;初步建立了“煤田、油气田勘查技术方法体系”;完善了砂岩铀矿调查技术标准,编制了《地浸砂岩型铀矿地质调查工作技术要求(第四版)》、《工程钻探地质物探编录工作细则》等技术要求。这些新思路、新方法、新理论快速指导了我国砂岩型铀矿调查的找矿工作。

下一步,中国地质调查局将深化典型铀矿床铀成矿作用及机理研究,围绕铀的活化、迁移、富集、成矿作用过程,开展铀矿富集规律研究,围绕有机质与铀成矿的内在规律和制约机制进行研究,解决关键的科学问题。□