2016年01月13日 星期三

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向深部进军

——2018年度国家重点研发计划深地深海项目概览

来源:中国自然资源报 作者:高慧丽 发布时间:2018-08-21

地球深部,蕴藏着人类生存发展需要的绝大部分资源和能源,是维系万物生存的物质和能量基础。习近平总书记提出:“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”。近日,科学技术部公布的2018年度国家重点研发计划9个重点专项的立项清单中,自然资源系统9家单位牵头承担的9个项目入选“深地资源勘查开采”和“深海关键技术与装备”重点专项。本版对9个项目概况进行盘点,与读者共同聆听向地球深部进军的足音。

 

深地资源勘查开采

 

5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范

牵头承担单位:中国地质科学院勘探技术研究所

 

该项目将构建以绳索取心工艺为主体的5000米地质特深孔钻探技术体系,创新研发智能化、模块化、轻量化钻探装备及配套的高效环保钻探工艺技术,经示范验证满足深部资源勘探需要,引领和规范行业发展。

该项目将研究基于大深度“满眼”地质钻探载荷特性的动力匹配技术,实现装备的轻量化和模块化;研究多源信息融合、决策与安全控制为一体的智能钻进技术;研究薄壁外平管柱的全流程协调与一体化集成控制技术、高性能薄壁钻杆设计制造与防护技术、复杂地层小口径钻具设计制造技术、环保冲洗液护壁护心技术与废浆处理技术等,依托深部固体矿产、雄安地热、雪峰山科学钻探等开展应用示范。

创新点

1.研发智能化、模块化、轻量化钻探装备及配套的高效环保钻探工艺技术,构建以绳索取心工艺为主体的地质特深孔钻探技术体系,满足5000米资源勘查需求,创新地质钻探技术顶层设计。

2.建立大深度小环空高转速地质钻探的载荷模型,创新轻量化设计方法,研制出“重深比”最小的特深孔地质岩心钻机。

3.建立基于多源信息的钻进参数与地层关系模型,实现长管柱动力传递迟滞状态下的工况智能判别、事故预警和钻进参数优化控制。

4.创新研制薄壁外平管柱井口作业集成控制技术与装备,实现绳索取心钻进的井口全流程自动化作业。

5.建立“满眼”钻进过程管柱载荷模型,揭示多因素条件下钻杆损伤机理,创新高精度管材、钻杆制造和表面强化技术,研制出大“长径比”绳索取心钻杆。

6.研制出适用绳索取心钻进工艺的孔底动力钻具,实现井下机具与绳索取心工艺结合,突破细长钻孔中地表机械驱动功率急剧衰减、动力输出弱的技术瓶颈。

7.研制出高性能环保型冲洗液体系和基于生物破胶的废浆处理技术。

 

华北克拉通辽东/胶东重要成矿区带金多金属矿深部预测及勘查示范

牵头承担单位:中国地质调查局发展研究中心

 

为验证和完善辽东/胶东金多金属矿区域成矿模式和分布规律、实现深部找矿突破,项目聚焦辽东白云—小佟家堡子、五龙和胶东招平带北段3个矿集区,拟解决以下科学技术问题:成矿流体演化及印支期—燕山期构造叠加对流体通道/深部成矿空间形成的控制规律;地质(建造、构造、矿化蚀变)—地球物理—地球化学三维多参数填(编)图技术;深部赋矿空间立体探测和矿体定位预测技术。

项目将在3个重点矿集区,建立深部资源探测技术并示范,综合评价区域3000米以浅金多金属资源潜力,实施深部钻探验证,实现深部找矿突破。

创新点

1.揭示构造控矿机制与深部成矿过程。

鉴于印支期—燕山期构造叠加对金多金属矿的重要控制作用,开展成矿构造解析、深部构造识别及其含矿性评价,指导深部找矿。通过Sr-B同位素示踪和花岗岩Li同位素模拟揭示成矿流体来源,开展不同阶段流体包裹体、黄铁矿环带的原位研究,揭示成矿作用过程,追踪和预测深部成矿系统。

2.构建大探测深度地球物理方法技术组合。

通过160KW大功率CSAMT和高温超导TEM测量,将探测深度提高至常规方法的1.5倍,结合二维地震成果,实现控矿构造深部延深及矿化蚀变体的空间定位;在深部钻孔验证过程中,实施井中高精度ΔT、TEM等测量,探测井底500~3000米范围内目标体,推进探测深度的递增;优选有效方法,形成3000米探测深度方法技术组合创新。

3.建立矿集区三维多参数地质填图技术。

以成矿作用为主线,结合地球物理、地球化学推断解释成果,形成综合反映地质、地球物理、地球化学的三维多参数地质图及三维矿化空间结构模型,实现深部矿产勘查地质填图技术和基础图件创新,可极大提高深部矿产预测的准确性。

 

北方砂岩型铀能源矿产基地深部探测技术示范

牵头承担单位:中国地质调查局天津地调中心

 

该项目聚焦深层流体成矿作用、盆地原型恢复及构造改造对深部成矿的影响、深部探测技术方法创新等关键问题,针对700~2000米深度的勘查空白,开展勘查示范,实现深部找矿突破。项目将建立典型矿集区三维地质模型,总结砂岩型铀矿深部成矿规律,构建成矿模式,深化成矿理论;建立砂岩型铀矿深部探测技术方法组合;提交深部找矿靶区3~5处,摸清重点靶区700~2000米资源潜力,评价北方典型盆地深部成矿潜力,建立1个大型铀矿资源基地。

创新点

1.深层流体的铀成矿作用。

针对目前深部铀矿勘查空白和成矿作用研究薄弱现状,聚焦深部关键控矿要素、元素聚散和氧化—还原成矿环境,重点研究盆地深部地质结构和深层流体的地球化学行为,揭示含氧含铀流体和深层含烃流体耦合成矿机理,构建深部成矿模式。

2.含铀盆地原型恢复。

拓展传统以构造解析为主的原型盆地恢复手段,集成“源汇体系”和“构造—建造响应”,强化沉积岩相古地理方法在原型盆地恢复中的应用,突出含铀盆地原型恢复在含铀岩系时空定位、铀源示踪研究中的作用,拓展深部找矿空间。

3.深层流体示踪技术。

将岩芯光谱扫描、X荧光透射、同步辐射(NSRL)等新技术,应用于砂岩型铀矿成矿流体研究,构建“剖面—标本—薄片—微区”等集蚀变矿物、地球化学、流体包裹体为一体的多尺度、多参数深层流体示踪技术方法组合。

4.深部铀储层三维地震反演和地质建模。

采用煤铀、油铀兼探思路,利用申报单位已有的煤—油气—铀大型数据库,聚焦铀储层和异常信息,研发多参数约束的地震铀储层反演技术,精细刻画铀储层结构,提取深部铀成矿和关键控矿要素信息,构建三维地质模型,实现重要矿集区三维透明化。

 

深地资源勘查开采理论与技术集成

牵头承担单位:中国地质科学院

 

该项目将紧密结合国家找矿突破战略行动(2011-2020年)与全国矿产资源潜力评价工作已经取得的成果,对深地资源重点专项深部矿产资源勘查、评价、增储实践与开采和深层油气勘查评价等各项目的理论与技术成果进行综合集成。拟解决的关键科学问题包括重点专项各类数据与成果资料的综合集成与可视化;重大研究成果凝练与提升;深地资源领域科学普及;深地资源系统工程与科技发展战略。

项目将建立重点专项数据库,综合集成各类数据与成果资料,实现专项数据共享与有效利用;阐明我国典型构造成矿系统的深部结构、深部过程与资源效应,构建深地资源勘查开采理论技术体系;加强深地科学技术发展战略研究,促进深地科学技术普及与推广。

创新点

1.全新的视野:从地球深部的视角,聚焦地球深部战略科技领域,以地球系统科学为指导,构建深地科学结构框架与知识体系,将重大地球科学问题与深地资源勘查的国家需求紧密结合,研究成果可直接服务于深地资源勘查开采重点专项的宏观布局与推广应用。

2.切实可行的技术路线:在重点专项总体专家组指导下,建立与专业管理机构和专项各项目组之间的良好关系,服务重点专项成果的综合集成。围绕“深地”资源领域关键科学问题,兼顾“深海、深空”与“深地”的交叉领域,拓展“深时、深蓝”在“深地”领域的应用,构建深地资源勘查开采新格局,创新深地探测与深地科学研究。

3.先进的技术手段:采用现代科学普遍使用的理论分析、实验研究与计算模拟共三种研究方法,通过与计算模拟有关的深度学习与数据挖掘,综合集成深地资源勘查开采最新成果,并通过理论分析整体提高专项成果水平,创新深地科技发展战略研究。

 

青藏高原重要矿产资源基地成矿系统深部探测技术与勘查增储示范

牵头承担单位:中国地质调查局成都地质调查中心

 

项目聚焦青藏高原南部甲玛—驱龙、扎西康等重点矿集区,拟解决下列关键科学问题:成矿系统蚀变、矿化与地质体精细结构,预测和定位深部矿体空间分布规律,深部资源探测技术集成与勘查模型验证。

通过项目实施,将验证和深化典型成矿区带成矿模式,集成和完善深部资源勘查技术方法,基本摸清重点矿集区3000米以浅深部资源潜力;提交10个深部找矿靶区,新发现或建立大型资源基地1个,增储铜资源量100万吨。

创新点

1.大陆碰撞环境斑岩、构造—岩浆穹窿成矿系统结构精细刻画。

冈底斯斑岩—矽卡岩—浅成低温热液型矿床组合、喜马拉雅构造—岩浆穹窿成矿系统研究已取得较大进展,但深部矿体精细结构研究尚处探索阶段。

本项目以系列深部钻探所揭示的蚀变、矿化等信息为基础,开展矿物化学、矿床地球化学、地球物理、短波—热红外光谱、同位素示踪等研究,精细刻画大陆碰撞环境成矿系统结构,深化和创新大陆碰撞成矿系统勘查模型。

2.重点矿集区多类型、大深度矿产的探测和评价技术方法集成。

采用多种探测技术集成,探测具垂向分带的矿体类型组合已成趋势。前人探测深度主要反映在1000米以浅,未形成有效的深部资源探测技术组合。本次研究依据上游项目实现的斑岩等成矿系统的立体化、透明化探测成果,通过多方法、多尺度探测技术和蚀变矿物化学、同位素示踪等勘查技术方法组合研究,形成深部资源预测方法与评价技术体系示范。

3.矿集区深部资源预测、勘查与增储全链条示范。

根据上游项目建立的矿床深部勘查模型,本项目构建找矿预测指标体系,预测和评价深部找矿潜力,圈定深部找矿靶区,开展重点靶区验证,发现新富矿体,形成3000米以浅的预测、勘查与增储“产学研用”全链条。

 

雄安新区深层地热资源探测评价技术示范

牵头承担单位:中国地质科学院水文地质环境地质研究所

 

该项目以雄安新区为重点,揭示古潜山和深部岩溶热储形成与演化机制,建立深部地热资源成因与蕴藏模式,提出深部岩溶热储结构与温度探测的地球化学—地球物理组合方法,研发适于非均质碳酸盐岩地层的经济高效钻井、完井技术,提出地热资源动态评价方法与储层改造增产关键技术;形成可推广应用的探测、评价技术,为雄安新区深层地热资源探测与可持续开发利用提供技术支撑。

创新点

1.古潜山和深部岩溶热储形成动力机制。

在以往岩石的可溶性和水的溶蚀能力研究基础上,着重研究高温与深埋藏条件下岩溶的后期改造作用,结合高温—高压室内模拟实验,用现代岩溶理论,研究宏观、微观溶蚀与沉积,恢复岩溶形成与演化过程,揭示岩溶的空间形态和发育规律。

2.基于宏观物性和流体地球化学的温度场识别技术。

本项目建立多参数地球物理属性、水热蚀变分带与温度的关系,将地球物理宏观物性和流体地球化学信号转换为更直观的热储温度场分布。

3.非均质性地质体高效经济连续钻进钻头优选技术。

提出基于地质体非均质性的地层可钻性评价方法,揭示非均质性地质体钻头破岩机理,设计个性化高效破岩钻头,探索深部岩溶热储钻井完井测井一体化方案设计新方法,形成雄安新区地热高效经济连续钻井特色技术。

4.深部岩溶热储—井筒—井口的地热流体全流程动态模拟评价技术。

地热流体流动过程的动态模拟可揭示井内热力学参数变化规律和流体散热损失分布规律,较以往方法能更精确反映地热流体流动过程中热储的动态变化,进而为采灌均衡条件下地热资源动态评价提供技术支撑。

 

深海关键技术与装备

 

中国海域冷泉系统演变过程及其机制

牵头承担单位:中国地质调查局广州海洋地质调查局

 

冷泉系统是水合物的发育地,是研究深海物质和能量迁移转化及深部生物圈的窗口。该项目拟解决的关键科学问题包括南海和东海海域不同形式和特征的冷泉系统产生的地质背景及控制机制;应用地球物理方法定量表征冷泉系统内部从气源到海底及水体的特征;冷泉系统甲烷等生源要素通过物理、化学和生物作用的迁移转化过程及对全球气候演变的响应;冷泉系统渗漏甲烷形成高品质天然气水合物藏的过程及机理。

本次研究的目标是确定中国海域不同构造背景对冷泉系统发育的控制,探讨其演化规律;建立麻坑、泥火山、气体渗漏等不同类型冷泉系统的地球物理定量表征方法,揭示其内部的空间结构;认识冷泉系统甲烷、水合物、溶解无机碳、自生碳酸盐岩、有机质等不同形式碳之间的迁移转化过程,确定冷泉系统天然气水合物成藏的影响因素;确定冷泉系统生物种群遗传分化,探索冷泉生命的演替过程与系统发育关系。

创新点

1.首次以东海、南海等典型海域,针对主动、被动大陆边缘,开展不同类型的冷泉系统对比研究,有望发现不同类型冷泉系统地质构造背景、控制作用等方面的异同,建立不同类型冷泉系统发育的动力学机制,实现冷泉前沿科学理论突破。

2.首次开展冷泉系统与水合物成藏耦合研究,通过精细描述和刻画不同类型冷泉系统的活动过程和水合物成藏特征,有望揭示高饱和度水合物的形成机理、控制因素等,实现理论创新,为水合物开发提供重要理论支持。

3.首次开展冷泉系统生命演替过程研究,通过中国海域冷泉系统的独特性和在全球冷泉系统中的普适性特征对比及分析研究,有望揭示极端环境下冷泉生态系统在化能合成作用条件下自我维持的秘密,实现重大理论创新。

4.利用ROV和载人深潜器等自主研发平台,对冷泉区进行高精度观测和采样,为深潜平台探测海底冷泉系统提供示范。

5.探索利用多种地球物理手段,定量刻画羽状流、海底微地貌、疏导体系及流体运移等,实现技术手段创新,为冷泉系统综合分析研究提供重要数据支持。

6.项目的研究成果直接为水合物勘查、试采及环境影响评估提供理论指导。