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    这是一支勇敢的队伍,以“绝地重生”的义勇背负新区、新层系油气突破的责任,深入巴丹吉林沙漠腹地开展油气基础地质调查。

    这是一支勇敢的队伍,以“敢为天下先”的拼劲打破旧有的理论认知体系,探索建立新的认识。

    这是一支勇敢的队伍,以“山花烂漫丛中笑”的默默奉献使银额盆地成为公益性地质调查引领商业勘探实现重大突破的成功典范。

    10年的艰苦拼搏,开辟了一条改写历史的航道,终实现油气基础地质调查成果引领中石化中原油田分公司在务桃亥勘查区拐子湖凹陷获日产原油51.67立方米、天然气7290立方米的高产工业油气流;终实现陕西省延长石油(集团)有限责任公司在温图高勒勘查区哈日凹陷获得日产9.15万立方米(无阻流量)的高产工业气流。

    顶风冒雪,跨越茫茫戈壁,责任镌刻一段银额盆地油气团队拼搏奋战的时代记忆。

    风餐露宿,丈量大漠苍凉。创新铸就一幅银额盆地油气团队坚定目标的信仰图腾。

    气贯长虹,创造不朽传奇。奉献谱写一首银额盆地油气团队代代传唱的英雄颂歌。

    这就是以中国地质调查局西安地质调查中心教授级高工卢进才为带头人的银额盆地油气基础地质调查团队(以下简称“银额盆地油气团队”)。是他们使银额盆地新区、新层系油气勘探实现了具有战略意义的重大突破;是他们以实际行动践行中国地质调查局党组提出的“责任、创新、合作、奉献、清廉”的新时期地质工作者核心价值观。

    责任,镌刻一段拼搏奋战的时代记忆 

    地处中国北疆的额济纳旗位于内蒙古自治区最西端,隶属阿拉善盟,境内多为无人居住的沙漠区域。额济纳与马可波罗元朝时记录的“亦集乃”同义,在当地额济纳土尔扈特蒙古语中为“先祖之地”的意思。这里也被国外一些历史研究专家称为匈奴最早的首都。银根地区则归属于内蒙古阿拉善盟左旗的乌力吉苏木管辖。

    而从地质学上,这里同属于银根-额济纳旗盆地(以下简称“银额盆地”),位于内蒙古自治区西部,面积约12.3万平方千米,是我国内陆地区油气地质工作程度极低的大型沉积盆地。

    从1955年起,以中生界为目的层,数代地质人持续在银额盆地开展了较长时期的油气勘探工作。在地质学的传统认识里,石炭系-二叠系通常被认为不具备油气生成和藏储条件,是油气勘探的“被忽视区”。受“石炭纪-二叠纪碰撞造山”与“区域变质”理论的影响,银额盆地一直作为中生代沉积盆地的基底,未曾开展过针对石炭系-二叠系的油气地质调查与评价。由于缺乏统一认识,关键地质问题研究一直很薄弱。

    因为油气勘查进展缓慢,油气矿权登记程度较低,这里甚至一度作为非重点区域被舍弃。有知情人透露,2000年以后,中石油逐渐退出了这里的部分矿权。

    1998年3月,国土资源部在原地矿部的基础上成立。2000年,随着原地矿部石油地质海洋地质局改建为新星石油公司并划归中石化,国土资源部门失去了一支在大庆等许多油气田的发现中发挥过重要作用,从事基础性、公益性油气地质调查的队伍,也因此暂停了战略性油气地质调查。

    在2000年的全国国土资源厅局长会上,温家宝同志曾提出,“国土资源部门不能放松油气资源战略调查的责任,争取在地质调查程度低的陆地新区和海域有新的发现”。

    沿着这一指示,中国地质调查局经过一系列准备工作,于2007年启动了“银额盆地油气基础地质调查”等一批油气基础地质调查项目,目标是主要解决影响油气地质条件与资源潜力评价的基础地质问题;明确油气资源前景,引导企业的勘探投入,实现新区、新层系油气的发现与突破。

    创新,铸就一幅坚定目标的信仰图腾 

    “争取陆地新区有新发现”,这不只是一句空洞的口号,这是对油气领域地质工作者提出的要求,是责任,是使命,是一场不能输的战斗。

    银额盆地油气团队在开赴巴丹吉林沙漠腹地开展油气基础地质调查前,召开了前期动员大会,成立了“先遣队”,以便前期筹备工作更加稳妥。

    随着地质调查工作有序开展,该团队开始对传统认识提出质疑:野外踏勘对区域变质提出质疑;沉积建造对大洋环境提出质疑;天然气同位素对新生古储提出质疑。他们越来越清楚地认识到,要在银额盆地有所作为,必须改变思路,创新认识,探索新层系——石炭系-二叠系。

    而此时,新疆北部三塘湖盆地石炭系油气的新发现,更加坚定了他们开展银额盆地石炭系-二叠系油气基础地质调查的信心。

    银额盆地油气团队首先梳理出了制约银额盆地石炭系-二叠系油气地质条件与油气资源潜力评价的关键地质问题。一是石炭纪-二叠纪构造背景与盆地性质问题。盆地形成演化构造背景久有争议,或陆内盆地演化阶段,或洋陆演化阶段。二是原型盆地沉积格架、沉积充填特征及时空展布问题。区内从未开展过石炭纪-二叠纪沉积体系研究,原型盆地沉积构架认识不清。三是烃源岩空间分布、地球化学特征与热演化史问题。前人认为石炭系-二叠系缺乏良好的烃源岩,有些井于前中生界钻获工业油气流,也被认为属于新生古储,因此需明确生烃条件。四是石炭系-二叠系变质、变形的动力学机制,空间变化及其对油气地质条件的影响问题。五是中生界覆盖区地层层序剖面,石炭系-二叠系残留厚度、岩性组合及其时空变化。

    对争议较大的关键地质问题,该团队采用多种方法、多学科综合研究的创新方式从不同角度寻找证据,最终形成统一认识。针对研究区石炭纪-二叠纪构造背景的争议,他们采取沉积充填、火山岩地球化学以及关键不整合界面等多方法综合研究,限定了古亚洲洋闭合时间为早石炭世之前,明确了石炭纪-二叠纪盆地性质为陆内裂谷盆地。

    通过十年不懈努力,在这片茫茫大漠,银额盆地油气团队取得了一系列成果。

    首次发现石炭系-二叠系多套烃源岩,其厚度大、有机质含量高、干酪根类型以Ⅱ型为主、演化程度适中。

    系统确定石炭系-二叠系烃源岩的时空分布与主控因素,证实银额盆地石炭系-二叠系具有较好的生烃条件,显示了良好的油气资源潜力。

    通过岩石学、变形特征与构造演化、地层埋藏史等研究,颠覆了传统认识,创新性提出了银额盆地石炭系-二叠系不存在区域变质的新认识,开辟了区域上石炭系-二叠系油气资源勘探广阔前景。

    首次确认银额盆地为我国北方重要的石炭系-二叠系大型含油气盆地,填补了银额盆地及周缘地区基础地质与油气地质研究的多项空白,对中国北方石炭系-二叠系油气勘探有重要指导作用。

    圈定了油气资源远景区,并优选出6个油气勘查区块,经国土资源部竞争性出让,引领企业勘探。已实施钻探的3个区块均有油气发现,其中在务桃亥勘查区拐子湖凹陷和温图高勒勘查区哈日凹陷分别获得高产工业油气流,实现银额盆地新区、新层系具有战略意义的油气勘探重大突破,不仅有力支撑了油气体制改革,大大降低企业勘探风险,同时将带动内蒙古中东部、松辽盆地及周缘新区、新层系油气的发现与突破,使中国北方新区成为新的油气战略接替区,服务国家能源资源安全保障。

    这一系列成就的取得,建立在充分发挥基础地质优势、坚持理论和技术创新、调查研究与勘探实践紧密结合的基础之上。

    该项目成果得到了中国地质调查局的高度认可,入选中国地质调查十大进展。卢进才的两篇学术论文入选2014年度“领跑者5000——中国精品科技期刊顶尖学术论文”名录,进一步体现了团队的创新水平。

    此外,依托油气基础地质调查成果,银额盆地油气团队出版了《银额盆地及邻区石炭系-二叠系油气地质条件与资源前景》(70万字)1部,弥补了银额盆地基础地质与油气地质研究的空白,是有新资料、新发现、新观点的重要成果,为进一步研究与勘探奠定了坚实基础与学术思想;在《地质通报》出版《内蒙古银根—额济纳旗额盆地及邻区石炭系—二叠系油气资源远景调查成果专辑》1册,收录了最新的系统成果,弥补了银额盆地基础地质与油气地质条件研究的空白,揭示了银额盆地良好的油气资源潜力与勘探前景;在《岩石学报》、《地质学报》、《吉林大学学报(地球科学版)》、《地质通报》、《新疆石油地质》和《西安石油大学学报(自然科学版)》等学术期刊发表论文70余篇,解决了一系列影响油气地质条件与资源潜力评价的基础地质问题。该项成果先后获中国地质调查成果一等奖和国土资源科技成果二等奖。

    卢进才在接受采访时表示,银额盆地新区油气地质工作程度极低,历经60多年勘探历程,长期以中生界为目的层,久攻不克。通过10年扎实的基础地质调查,银额盆地油气团队以科技创新为引领,明确了银额盆地为石炭纪-二叠纪与中生代叠合盆地,支撑解决了制约油气地质条件评价的关键地质问题,选出了一批油气远景区,保障了油气的发现与突破。

    在完成“银额盆地油气基础地质调查”项目过程中,该团队在内部紧密团结,与在银额盆地从事油气勘探的油气企业精诚合作。

    “银额盆地油气基础地质调查”项目参与的单位超过20家,包括中国地质调查局武汉地质调查中心、中国地质科学院矿产资源所、国家地质实验测试中心、中国石油大学(北京)、兰州大学、长安大学、长江大学、中科院地质地球物理所兰州油气研究中心、中石油东方地球物理公司吐哈物探处、中石油长庆油田分公司勘探开发研究院、中国石化集团华北石油局地球物理勘探公司、中石化江汉油田分公司物探研究院、中国石化集团中原石油工程有限公司、陕西省地矿局物化探队、西安西凌地球物理公司、中国煤炭地质总局航测遥感勘查院、山东煤田地质局第一勘探队、内蒙古自治区国土资源勘查开发院等多个中国地质调查局直属单位、高校、油气田企业和中科院科研院所,完全实现了产学研全方位结合。各方密切合作,充分发挥各自优势,使油气基础地质调查成果得到提升。该项成果是来自不同单位、不同专业组成团队协作的良好体现。

    长期以来,银额盆地油气团队与中石化中原油田分公司、中石油吐哈油田分公司和陕西延长石油(集团)公司保持良好的合作关系,银额盆地油气基础地质调查成果及时无偿提供给油气田公司,为油气探矿权招标和油气勘探部署提供了重要的基础资料,尤其是2013年中石化中原油田分公司和陕西延长石油(集团)公司在银额盆地分别中得3个油气探矿权以来,银额盆地油气团队与两家单位的联系更加紧密。

    多年来,该团队及时跟踪油气勘探进展,收集最新的地震及钻井资料,开展综合研究,进一步提升油气基础地质调查成果,同时积极与油气田企业交流,为油气勘探提供业务支撑,为实现银额盆地新区、新层系具有战略意义的油气勘探重大突破起到了重要的引领作用。

    奉献,谱写一首代代传唱的英雄颂歌 

    开展油气基础地质调查工作,银额盆地油气团队充分发扬老一辈地质工作者“特别能吃苦,特别能忍耐,特别能战斗,特别能奉献”的精神,以实际行动深刻诠释了新时期地质工作者核心价值观。

    银额盆地境内多为沙漠、戈壁等无人区,冬季寒冷多风,夏季酷热干燥,高温可持续在40℃之上,沙漠中地表温度可达50℃以上。野外工作时间一般为每年的5月至8月,有时会延续到12月份。

    在这种艰苦恶劣的自然条件下,银额盆地油气团队自2007年起持续在戈壁沙漠深处工作10年。个中的颠沛流离与辛酸落寞,团队里的人经年难忘。

    “2008年,我们在实测芦草井剖面时住在牧民家的羊圈。驻地方圆100千米无食用淡水,项目组需往返驱车200多千米去边防连拉水,路况差,历经8小时才能载水而归。”银额盆地项目组成员回忆说,“有一次,载水车历尽艰辛回到驻地,恰恰就在离驻地不到200米,卡车上最后一个坡时,长途颠簸把水桶震得破裂,水流到地上。那可是‘生命之水’啊!大家来不及多想,果断拿出自己洗脸、洗衣服、甚至洗脚的盆放在车厢下面收集漏水,经过简单沉淀后用来做饭食用。”

    2009年,在雅干野外工作期间正值三伏盛夏,由于条件有限,只能十几个人挤在一个修铁路留下的废弃的铁皮房里。当时室外的最高温度超过40℃,由于房子的铁皮很薄,很容易被晒透,室内温度甚至远高于室外温度,每次从野外回来便像进入了蒸笼。印象最深的是当时还遇上了一次沙尘暴,因为密封较差,细小的沙子顺着帐篷的缝隙进入厨房,落到饭菜里,吃饭时真可谓是米沙参半。

    在这样艰苦的环境中工作、生活,却没有一个队员叫苦叫累。“我们来之前都已经做好了献身大漠的准备。”卢进才说。

    与西安地质调查中心其他项目相比,银额盆地油气基础地质调查项目一直以来都是经费最大的项目,也是廉政风险最大的项目。为了确保项目资金安全高效使用,卢进才以身作则,非预算内资金坚决不违规支出,预算内资金本着厉行节约的原则支出,同时对项目的每一笔资金支出和每一笔报销严格把关,既确保财政经费的合理使用,又保护了项目团队和成员。由于项目经费较大,每次西安中心的审计均会对银额盆地油气项目进行重点审计,10年来,各级审计部门均未发现任何问题。

    2016年8月,“银额盆地油气基础地质调查与油气勘探”现场调研与研讨会在额济纳旗举办。中国地质调查局西安地质调查中心银额盆地及周缘油气基础地质调查项目组在大漠坚守十年的工作精神和将基础地质和油气调查相结合的科技创新突破精神广受赞誉,被称为“具有重要的时代意义和战略意义”的突破,对整个北方地区油气工作都将会产生深远的影响。□

     

     

    十年大漠觅黑金 一朝沙海献油气

    专家点评

     

    “建立的二氧化碳地质储存技术方法体系,可为我国今后二氧化碳地质储存提供科学、技术和工程依据。”中国地质科学院岩溶所院士袁道先,国务院资深参事、中国工程勘察大师王秉忱教授等专家组成的项目成果评审专家组对《全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程》项目给予了高度评价。

     

    袁道先院士更是对该项目能在3年内完成全国二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价表示赞赏。他认为,项目中pH值深层原位自动监测系统、CO2-GSM数值模拟软件等成果已达到国际领先水平。

     

     

     

    我国首个深部咸水层二氧化碳地质储存示范工程

     

    为贯彻落实国务院领导关于加强应对全球气候变化研究的重要指示,充分发挥地质工作在应对全球气候变化方面的优势,评估我国二氧化碳地质储存潜力,支持我国利用碳储技术应对气候变化,中国地质调查局于2010年~2012年设立了“全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程”计划项目。

     

    作为业务指导部门,中国地质调查局水文地质环境地质部组织中国地质调查局水文地质环境地质调查中心、吉林大学、青岛海洋地质研究所等单位的20余支专业调查队伍与科研院所近300名专业技术人员联合攻关,将二氧化碳地质储存由梦想一步步变为现实。

     

    在成果汇报会上,项目负责人郭建强有条不紊地向与会者介绍了取得的7项成果。他表示,全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程项目可谓“利在当代,功在千秋”,在政治、社会、应用、潜在效益方面都具有十分重要的意义。

     

    七大成果支撑应对气候变化

     

    创新了我国二氧化碳地质储存技术方法体系,首次制定出符合我国地质条件的潜力与适宜性评价方法。项目组提出了不同评价精度下,深部咸水层、油田、气田和煤层4种主要储存介质类型的潜力计算关键参数和计算方法,构建了包括地质安全性、储存规模、社会环境风险和经济适宜性四大约束目标在内的选址指标体系,并提出了多尺度目标逼近选址方法。鄂尔多斯盆地、河套盆地和重庆合川等典型地区的二氧化碳地质储存选址实践,不仅为二氧化碳地质储存示范工程场地筛选、调查勘查与评价提供了技术支撑,也为今后同类工程场地选址积累了经验。

     

    首次全面完成了全国区域级和盆地级二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价,编制出我国二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价成果图系和主要沉积盆地二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价成果图集,基本掌握了我国可储存的区域和储存潜力。在此基础上编制的我国二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价成果图系由11张1∶500万专题性图件组成,反映了我国二氧化碳地质储存基本地质条件、适宜储存的区域以及目标靶区的分布情况。为提升项目成果社会化服务水平,项目组挑选出碳源分布密集、地质资料研究程度较高的松辽、渤海湾、四川、鄂尔多斯、准噶尔、珠江口等38个盆地,编辑出版了《中国主要沉积盆地二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价图集》。该图集为制定中国二氧化碳地质储存规划和宏观决策提供了科学依据,为相关科研机构、企业开展二氧化碳地质储存提供了科学基础数据,向社会普及了二氧化碳地质储存地学知识。

     

    与神华集团合作,建成了我国首个深部咸水层二氧化碳地质储存示范工程,实践了二氧化碳地质储存全流程工程技术——此举标志着我国完成了深部咸水层二氧化碳地质储存后续工程的技术储备。截至2015年5月中旬,该示范工程已成功注入30万吨二氧化碳,完成了项目设计储量,未发现二氧化碳泄漏及对周边环境的影响。示范工程及相应的科学研究与技术开发仍在进行中,为今后开展规模化二氧化碳地质储存工程奠定了扎实基础。

     

    基本明确了深部咸水层二氧化碳地质储存的机理,并成功研发出具有国际先进水平的二氧化碳地质储存模拟系统,为二氧化碳地质储存技术方案优化设计与效果评估提供了基础平台。该系统由流场-温度场-化学场并行计算软件(THC-MP)、流场-温度场-化学场-应力场四场耦合软件(CO2-THCM)和人机交互界面软件(VISUAL-THC)构成,模拟计算功能强大,人机交互界面友好,易于普及学习和应用推广,能完全满足二氧化碳地质储存地质建模、储层性能改造预测与二氧化碳地质储存数值模拟等技术需求,达到了国际先进水平。

     

    搭建了二氧化碳地质储存实验室和原位试验场科研平台,构建了二氧化碳地质储存“大气-地表-地下”立体监测技术方法体系,探索性地提出了二氧化碳地质储存盖层力学稳定性、环境影响与安全风险评价技术方法。

     

    加强项目实用仪器设备的研发,获得发明、实用新型专利10余项。其中,自主研发的深层pH值原位监测系统突破了低功耗、耐压、耐腐蚀等技术难题,填补了国内技术空白,满足1500米以深的二氧化碳储盖层监测要求;深部井下狭窄空间原位流体U型管取样器是国内开创性成果,为二氧化碳地质储存监测和科学研究提供了重要装备保障,具有广阔的推广应用前景。

     

    搭建了功能齐全的全国二氧化碳地质储存地理信息系统管理平台,实现了对原始数据和成果数据分类存储管理和灵活应用。项目组完成了区域级→盆地级→场地级的空间数据库,初步实现了成果的数字化与系统化;首次建立了二氧化碳动态监测数据库和pH深层监测控制管理平台;建立的全国二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价与示范工程数据库,入库资料翔实可靠,为开展进一步工作奠定了基础;充分利用空间数据库技术和地理信息空间分析技术,建立了集数据提取、数据管理、数据质量检查、适宜性评价、自动或手动编图、成果展示于一体的地理信息平台。

     

    三大经验促进当前指导未来

     

    聚焦国家战略,瞄准重大需求。

     

     

     

    二氧化碳地质储存环境影响问题原位试验场

     

    气候变化是当今国际社会普遍关注的全球性问题。中国是一个易受气候变化影响的发展中国家,妥善应对气候变化,事关国内国际两个大局。二氧化碳捕集与储存是一项具有大规模温室气体减排潜力的技术,是在我国能源结构以煤为主的现实情况下,有效控制温室气体排放的一项重要举措,有助于实现煤、石油等高碳资源的低碳化、集约化利用,促进电力、煤化工、油气等高排放行业的转型和升级,对我国应对气候变化、推进低碳发展具有重要意义。

     

    我国把积极应对气候变化作为经济社会发展的一项重大战略。党中央、国务院多次下发文件,推动二氧化碳捕集、利用和封存试验示范,并对相关人才建设、资金保障和政策支持等方面做出安排,提出到2030年二氧化碳排放达到峰值的“碳总量”控制目标。全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程项目在各方面取得的成果,将对解决中央、地方政府和企业减排温室气体需求提供直接有效的地学技术支撑。

     

    精心谋划善组织,真抓实干重落实。

     

    古语云:“凡事预则立,不预则废。”做项目亦是如此。全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程项目经过了3年谋划和3年实施才取得一些阶段性的成果。2005年,中国地质调查局原总工张洪涛高屋建瓴,发表了《中国二氧化碳地质埋存条件分析及有关建议》一文,正式提出加强二氧化碳储存地质条件调查和相关重大科技问题研究的建议。中国地质调查局水文地质环境地质部密切跟踪国外二氧化碳地质储存研究进展,组织局水文地质环境地质调查中心开展地质调查项目立项可行性研究。经过3年多的准备,中国地调局第一个二氧化碳地质储存地质调查工作项目“我国二氧化碳地质储存潜力评估与关键技术研究”于2009年正式立项。随后,中国地质调查局水文地质环境地质部全面推进二氧化碳地质储存地质调查工作,指导计划项目实施单位中国地质调查局水文地质环境地质调查中心就“全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程”计划项目成功立项。

     

    在项目实施过程中,各工作项目承担单位对成果进行了严格的质量控制,工作过程均未出现任何安全与质量事故,圆满完成了任务书和设计书提出的各项工作。

     

    凝聚单位倡导协作,发挥优势形成合力。

     

    二氧化碳地质储存囊括地质学、水文地质学、储层地质学等学科,是一门综合性极强的地质工作,在项目实施过程中,必须根据工作需要和不同行业单位特点,优选项目承担单位,形成合力,以保证成果质量。

     

    根据工作需要,全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程计划项目下设7个工作项目和42个专题。3年来,中国地质调查局水文地质环境地质调查中心、青岛海洋地质研究所、吉林大学、北京大学、中国地质大学等单位的20余支专家调查队伍与科研院所近300名专业技术人员参与其中,在完成项目目标任务的同时,也在二氧化碳地质储存全流程技术环节培养了一批专业技术人才。

     

    四个方面彰显成果重大意义

     

    政治意义。作为发展中国家,我国经济发展与碳排放控制矛盾突出,在国际气候变化谈判中面临来自其他国家的压力。项目的实施,基本评估了我国二氧化碳地质储存潜力“家底”,为国家利用二氧化碳地质储存技术制定温室气体减排规划提供了基础数据;项目实施建设的二氧化碳地质储存示范工程,在直接减排二氧化碳的同时,实现了我国自主碳储技术储备,提升了国家在应对气候变化谈判中的话语权。

     

    社会效益。由于以煤、石油、天然气为主的化石能源仍将在能源消费结构中占主体地位,本世纪直接消耗化石燃料所产生的温室气体排放量将持续增加,如不采取措施加以遏制,由此引发的全球气候变暖、环境状况恶化将继续加剧。为避免全球气候变暖给人类和整个地球环境系统带来灾难性后果,积极采取减缓全球气候变暖和地球环境恶化的措施迫在眉睫。目前,减缓全球气候变暖与环境恶化的关键问题就是要大量减少以二氧化碳为主的温室气体排放,而二氧化碳地质储存技术也成为实现低碳减排、应对全球气候变暖最直接、有效的技术手段之一。

     

    本项目首次全面完成了全国区域级和盆地级二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价所取得的成果,为我国应对全球气候变化国际谈判、制定相关规划提供了翔实的数据和依据,也为我国规模化二氧化碳地质储存选址工作奠定了基础。项目建立的二氧化碳地质储存技术方法体系,在为储存工程建设企业带来显著经济效益的同时,也建立了一支稳定的二氧化碳地质储存研究团队,缩短了我国在二氧化碳地质储存研究领域与发达国家的差距,提升了我国二氧化碳地质储存技术研究水平。项目产生的仪器、软件等成果,能够快速应用到二氧化碳地质储存示范工程实践中,从而产生显著的社会效益。

     

    应用情况。系统编制的我国二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价成果图系和主要沉积盆地二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价成果图集,既可为我国气候谈判会议争取国家利益提供基础数据,亦可广泛应用于二氧化碳地质储存调查、研究和工程实践。部分项目成果已被中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、天大资源(中国)有限公司、中电投远达环保工程有限公司等企业、科研院所用于浙江东部、内蒙古苏里格/准格尔地区、青海、重庆、安徽、广西等地的电厂二氧化碳地质储存选址、政府减缓气候变化规划等实际工作中。

     

    编著出版的《中国二氧化碳地质储存适宜性评价与示范工程》、《中国主要沉积盆地二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价图集》、《中国二氧化碳地质储存地质基础及场地地质评价》等著作,被中国地质大学(北京)、中国地质大学(武汉)、中国石油大学(北京)、西安石油大学、长安大学、北京大学工学院等高校指定为相关专业研究生的参考教材。这些专著得到二氧化碳地质储存调查、研究和工程实践领域科研人员应用的同时,也不断向石油、煤层气、干热岩、页岩气等地下资源开发利用领域推广。

     

    潜在效益。项目取得的开创性成果为我国开展规模化二氧化碳地质储存工程构建了有力的技术储备。项目部分成果直接服务我国首个,也是世界最大规模的神华集团煤基全流程深部咸水层二氧化碳地质储存示范工程,在储存选址、示范工程监测等方面直接带来显著经济效益。随着二氧化碳地质储存技术在二氧化碳提高石油、煤层气、天然气等资源采收率、核废料处置等方面的应用推广,将为我国深部地下资源开发利用领域带来显著的经济效益。

     

    项目负责人简介

     

    郭建强,男,汉族,1964年生,甘肃武威人,教授级高级工程师,国土资源部专业技术二级高级工程师,中共党员。

     

    1985年毕业于西安地质学院(现长安大学)。2007~2010年为中国地质大学(武汉)博士研究生,获工学博士学位。

     

    现任中国地质调查局水文地质环境地质调查中心副主任,兼任石家庄经济学院兼职教授及硕士研究生导师;国际标准化组织二氧化碳捕集、运输和地质封存标准化委员会(ISO/TC265)专家组成员,中国地质学会第七届水文地质专业委员会副主任,中国地质学会勘探地球物理专业委员会第八届委员会副主任,第二届国土资源部地质灾害防治应急专家组成员,二氧化碳捕集利用与储存产业创新战略联盟理事。

    二氧化碳减排 地质工作大有可为

    为贯彻落实习近平总书记提出的“一带一路”倡议,深化中缅海洋地学合作交流,推动“海上丝绸之路沿线海洋地质调查与资源潜力评价”项目实施,应缅甸东仰光大学校长觉觉康(Kyaw Kyaw Khaung)教授邀请,10月31日至11月9日,自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局海洋区域地质调查所主要负责人率项目组代表一行7人赴缅甸开展学术交流,在东仰光大学召开“第二届海洋和地球科学领域的实质性科学合作”报告交流会,双方共同签署会议纪要,并赴缅甸西部和中部地区开展了为期一周的野外地质考察。

    交流会上,中缅双方19位代表围绕陆地和海洋地学研究分别作了口头报告,内容涵盖油气资源调查、大地构造、古气候古环境变化、地形地貌成因、岩石学、沉积学等多个领域。根据今年4月广州海洋局与缅甸东仰光大学在广州签署的《海洋地学领域合作意向书》安排,项目组代表李学杰、李顺、周娇分别作了“南海的构造特征及演化”、“海南岛西南近海重力柱状样的孢粉记录及其古环境意义”和“南海海盆盆西峡谷的形态与结构及其形成演化”专题学术报告,双方代表就报告中兴趣点展开深入交流。报告会后,双方代表组成专家讨论小组,就中缅双方在地球科学领域的合作需求、方向和方式以及科学家互访、人才培养、联合海洋地质调查、定期举办学术交流会议等具体事宜展开交流并达成共识,广州海洋局李学杰教授与缅甸东仰光大学觉觉康校长代表双方签署会议纪要,为进一步推动中缅海洋地学合作奠定了基础。

    交流期间,广州海洋局与东仰光大学代表还先后赴缅甸西部和中部地区,开展了弧前盆地、俯冲造山带、中央盆地的沉积地层、构造特征及演化等一系列野外地质考察,行程近千公里。自南向北先后考察了缅甸伊洛瓦底江现代河道沉积、若开邦古亚(Gwa)地区出露的白垩系蛇绿岩、凝灰岩、始新统泥岩、砂岩地层,丹兑(Thandwe)地区出露于海滨的受强烈剪切作用的始新统灰色砂岩、破裂地层及断层、安(Ann)地区灰绿色蛇绿岩、上白垩统凝灰质砂岩、甲烷气泄露形成的泥火山,马圭( Magway)地区上中新统海陆相地层接触关系、中缅马苏地块奥陶系灰岩、泥盆系白云质灰岩等,采集了一系列的地层产状数据和岩石及河流沉积物样品,为后续孟加拉湾海洋沉积物来源分析和若开褶皱带构造演化研究等提供了前提基础。

    来自广州海洋局、同济大学、西安石油大学、中国科学院南海海洋研究所等4家单位的18名中方代表,以及缅甸东仰光大学、仰光大学、大衮大学、缅甸地质学会、缅甸石油地质学会、缅甸石油天然气公司等多家单位的近200名代表参加交流研讨。

     

     

     

     
     
    广州海洋局中缅合作项目在缅开展海洋地学合作交流

    为进一步实现“青藏高原东北缘弧形构造带1:5万区域地质填图”的科学意义、实用意义、示范意义、科普意义以及在人才培养方面的价值。7月4日-6日,自然资源部中国地质调查局地质力学研究所利用“宁夏石塘岭幅、新庄集幅、红寺堡幅三幅1:5万联测区域地质填图”成果,针对西安石油大学地球科学与工程学院55名本科生开展了野外典型剖面生产实习及典型地质剖面培训。地质力学所李振宏副研究员向参加本次生产实习的本科生详细介绍了1:5万石塘岭幅丁家二沟古近系-新近系剖面的沉积特征、沉积序列、沉积相、地层接触关系、古生物化石特征、新生代磁性地层年代学等方面的内容,通过深入浅出的讲解使在校大学生们充分了解了青藏高原隆升向东北方向推挤的过程、关键时限及其地质意义,充分提升了学生对于青藏高原隆升过程的认知能力,进一步培养了在校大学生的基本地质技能,积极助力于西安石油大学优秀后备地质人才的培养。

    持续开展科教合作,强化高校后备地质人才培养

    说起氦气,人们对它的认识大多来源于中学的化学课。殊不知,氦,作为熔点和沸点最低的已知元素,在军工、航天、核工业、深海潜水及民用高科技等领域具有广泛用途,是关系国家安全和高新技术产业发展的一种重要战略性稀有气体资源。

    据统计,全球的氦气资源长期供不应求,年需求量约为2亿立方米,但年产量仅有1.7亿立方米。我国目前氦气年需求量约为2200万立方米,但勘查开发程度极低,资源情况不明,仅四川自贡威远气田进行了小规模提氦利用。我国氦气供应长期依赖进口,资源安全形势十分严峻。

    可喜的是,自然资源部中国地质调查局在渭河盆地组织开展的氦气资源调查工作发现,渭河盆地不仅有水溶氦,还存在便于利用的游离态富氦天然气藏,有望构建我国氦气资源基地。

    我国对氦气资源的研究程度低,资源家底不清

    氦气开始进入人们的视线,始于1868年。那一年,法国天文学家彼埃尔·让桑(Pierre Janssen)和英国天文学家约瑟夫·洛基尔(Joseph Lockyer)几乎同时分别独立发现太阳光谱里有一条陌生的明亮黄线,其后,洛基尔将其命名为氦。

    氦是一种无色、无味、不燃烧也不助燃的稀有惰性气体。由于其特殊的物理、化学性质,尤其是其化学惰性和沸点极低的特征,使得氦气成为低温学领域的无价之宝。比如:氦的低溶解度、低沸点以及化学惰性,使其清洗和密封火箭和宇宙飞船的液体氢燃料系统十分有效。在电子工业中,氦气在半导体、液晶面板和光纤线制造中起着重要作用,可实现零部件的快速冷却,也可在电焊、硅晶片生产中用作保护气。在现代分析测试检测仪器中,氦气在气—液和气—固色谱分析中是最常用的载体气。在超低温冷却方面,氦广泛应用于核反应堆的冷却介质和清洗剂,在超导冷却方面,应用于核磁共振设备、超导量子干涉器、粒子加速器、磁悬浮列车、电能的存储等,其中最大的消费群体是医院的核磁共振设备。

    地球上的氦气含量极为稀少,最主要的来源不是空气而是天然气。富氦烃类天然气中最高可含7.5%的氦,是空气中的1.5万倍。可是,这种含高氦的天然气矿藏并不多,这是因为天然气中的氦气是铀之类的放射元素衰变的产物。一般而言,只有在天然气矿附近有铀富集时,氦气才能在天然气中汇集。

    根据美国地质调查局的数据,目前全球的氦气资源量估计达519×108立方米,储量仅74.25×108立方米。美国是世界上氦资源最丰富的国家,虽然已大规模开采60多年,但氦气资源量仍占世界总资源量的40%以上。根据美国地质调查局2016年的调查报告,美国、卡塔尔、阿尔及利亚和俄罗斯共计拥有世界88%的氦资源,中国的资源量仅为11×108立方米。中国西部大型叠合盆地及东部郯庐断裂带已发现广泛的含氦天然气显示,但研究程度低,资源家底不清。到目前为止,只有四川省自贡的威远气田曾提到氦利用,其中的氦含量为0.2%左右,而且现在已经基本枯竭。

    提出氦气弱源成藏理念,论证了渭河盆地富氦天然气成藏条件

    近年来,中国地质调查局组织开展了《渭河盆地氦气资源远景调查》项目,由中国地质调查局西安地调中心牵头,渭河能源公司(陕西金奥能源公司)、陕西省地质调查院、陕西地矿总公司第二综合物探大队、西北大学、长安大学、西安石油大学、中石油东方地球物理公司等单位参加完成。项目组在广泛调研国内外氦气资源研究进展的基础上,系统研究了渭河盆地基础地质、氦气成藏机理、成藏条件及资源前景,取得了一系列新进展、新成果。

    渭河盆地位于秦岭造山带与鄂尔多斯盆地之间。在渭河地区广泛分布燕山期富铀花岗岩,其分布面积达近万平方千米。在现今渭河盆地基底的深部10千米~20千米,沿深大断裂带分布有10个隐伏(花岗岩)岩体。这些富铀花岗岩是盆地壳源氦气的主要源岩,通过铀、钍衰变源源不断地向盆地输送壳源氦气。

    地壳中铀、钍元素的丰度低、半衰期长,因此壳源氦生气强度极低,为典型的弱源气。按照油气地质理论,壳源氦不存在集中的生气高峰,生气速率极低,难以发生突破“压力封存箱”的大规模集中排气。但现实是,确有富氦天然气藏存在,并被工业利用。而常规的油气理论难以解释氦气成藏机制。项目组通过在渭河盆地开展氦气调查工作,认为“有效氦源岩、高效运移通道(断裂、不整合)、载体气藏(适度,“载体气”又是“稀释气”)是氦气成藏的基本条件”;提出了“成岩温压与变质温压下氦行为差异与氦气成藏及古老克拉通基底蕴藏的巨量氦因克拉通破坏的构造作用而释放、运移到浅层聚集成藏”的理念”;初步建立了氦气成藏模式。

    项目组认为,壳源氦气相对于常规油气为典型的弱源气,但由于地质体的巨大和地质时间的漫长,壳源氦气生成总量是巨大的。氦气常以甲烷或二氧化碳气藏中的伴生气产出,因其稀有性,工业品位0.1%即可成为矿藏,且成藏与地下水关系密切。综合分析认为,氦气在深部氦源岩处能溶解于水而运出,运移至浅部遇到天然气藏时脱溶成藏,并在气藏附近水体形成溶解氦低浓度漏斗,使水溶氦不断向气藏附近迁移而进入气藏,大大提高了氦气的运聚系数。而气藏在盖层处又因低分压难溶于水、不易扩散,而有利于保存。这一分析,从理论上认识了氦气弱源成藏机理,明确了氦气在氦源岩处“运得出”、遇到气藏“脱得出”,在气藏中“保得住”的高运聚系数富集机制,解答了氦气为何能克服溶解与消耗、提高运聚系数形成富氦天然气藏的疑惑,为氦气资源勘查提供了理论依据。

    渭河盆地是否具有天然气前景一直是众多学者关注的问题之一,核心是是否存在烃源岩。前人认为,盆地深部不存在晚古生代煤系地层。但项目组根据区域地质背景、地热井气样分析及地球物质测量成果,特别是地震测量成果,论证了渭河盆地前新生代基底局部残留晚古生代煤系地层,为渭河盆地天然气勘探带来了希望。由于氦气不能单独成藏,只有在甲烷等载体气藏中聚集、积累,才能形成富氦天然气藏,从而为氦载体气成藏提供物质基础。

    渭河盆地不仅存在水溶气资源,也存在富氦天然气藏

    自然界气体赋存状态有游离态、溶解态、吸附态及水合态,不同赋存状态氦气资源的工业利用前景和经济性具有天壤之别。项目组对已有资料进行分析研究发现,渭河盆地不仅存在水溶气资源,也存在游离态氦及伴生气资源,即富氦天然气藏。

    资料显示,渭河盆地地下水资源丰富,有渭北岩溶溶隙裂隙水、秦岭山前构造裂隙水和盆地中部新生界孔隙裂隙水。其中,渭北岩溶溶隙裂隙水中未见氦气显示,秦岭山前构造裂隙水和盆地中部新生界孔隙裂隙水均有氦气显示。除渭北岩溶溶隙裂隙水外,盆地4000米以浅地热水总静储量达14781.2×108立方米。剔除固市断凹(渭南生物气区)张家坡组的储量数据后的总静储量达14200.57×108立方米。根据气水比1∶10和氦气含量1.5%计算,盆地内4000米以浅的水溶氦气资源量达21.3×108立方米。若按供热季单井日产水1000立方米,年生产100天计,250口地热井每年就可提供2.5×104立方米伴生氦气资源综合利用,就量而言已经达到半个威远气田。但水溶气的性质决定了其处于量大却难用的处境。

    众所周知,目前还没有发现独立的氦气藏,而工业利用的氦,是与载体气(烃类或二氧化碳、氮气)一起以游离态赋存于地层圈闭中,形成富氦天然气。那么,渭河盆地是否存在富氦天然气藏或游离态氦,成为目前氦气资源前景评价的关键。可喜的是,现有调查资料初步表明,渭河盆地氦源岩和高效运移通道(断裂)发育,具有载体气成藏形成条件,特别是伴生于甲烷气中的富氦天然气,是目前勘探工作的重点。

    通过近年的研究,项目组探索提出了“地质指方向,地震、重力、电法探结构、识断裂(高效运移通道)、找圈闭,磁法识别磁性岩体(氦源岩),化探异常圈定目标区,气测录井标定富集层段”的氦气调查技术方法。应用这一调查方法,通过物探、化探工作,项目组基本查明了富氦气区地层层序和构造格架,重点刻画了隐伏花岗岩体(氦源岩)、断裂发育特征。渭河盆地(鄂尔多斯周缘盆地)与目前广受关注的坦桑尼亚富氦区具有相似的地质背景,均为古老克拉通上的新生代裂谷盆地。渭河盆地不仅有长期稳定的古老基底可作为氦源,同时具有大量富铀花岗岩作为氦源岩,较坦桑尼亚富氦区具有更好的氦源条件。同时,花岗岩即是重要的氦源岩,也可以成为储集岩。

    根据调查成果,项目组初步圈定了华州—潼关、户县—蓝田和武功—咸阳等3处远景区。

    我国具有氦气资源前景,亟需加大工作力度

    研究认为,我国(特别是西北地区含油气盆地)氦气资源成藏基本条件良好,分布广泛,层位众多,具有资源潜力,但研究程度低(作为资源研究更少),家底不清。渭河、塔里木、柴达木、银额等盆地局部地区具有资源前景。在柴达木盆地北缘检测出壳源氦气含量为0.21%~0.72%;发现马北、东坪(花岗岩基岩气藏)等气田氦气资源前景良好。认识到塔里木盆地巴麦隆起及周缘具有良好氦气前景。

    尽管渭河盆地地热井发现了氦气资源赋存的良好信息,但项目组指出,由于缺乏专门的氦气评价钻探工作,目前还无法评价其工业价值,无法对深部可能含气层进行验证和产能测试,急需在远景区开展网度地震勘探,寻找有利圈闭,为钻探提供目标;通过钻探工作发现或验证目标层段的含气性;开展地热井氦资源专项调查,探索现有地热井条件下伴生气资源的有效利用;针对氦气资源的勘查技术手段基本空白,探索有针对性的地球物理探测方法、有效的测井解释模型、钻探和气藏测试工艺等。此外,由于氦气多以伴生资源形式产出,氦气的提取、提浓、提纯工艺需要继续探索完善,急需形成多种资源综合开发利用技术,以提高多种低丰度伴生矿产的经济价值。

    同时,加强国家公益性队伍对氦气资源调查工作的组织引领,联合油气企业开展主要天然气田氦气资源调查评价,是全国氦气资源调查尽快取得突破的快捷有效途径;建议修订石油天然气储量规范,在氦气成藏远景区开展的油气勘探中进行氦气兼探工作,具有综合利用价值时,氦气需与天然气同时提交储量。

    氦的应用

    ①核潜艇气冷核反应堆与深潜呼吸气

    ②火箭及航天飞机燃料加压剂

    ③核电站气冷核反应堆

    ④航空合金弧焊保护气

    ⑤半导体硅晶片制造保护气

    ⑥光纤制造保护气

    ⑦核磁共振成像仪超导冷却剂

    ⑧潜水呼吸混合气

    点亮新希望