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    首次发现的疑似黑烟囱的块状物。  

    2015年3月,“海马”号ROV在珠江口盆地西部海域发现海底巨型活动性海底冷泉——“海马冷泉”,并通过取样证实了“海马冷泉”海底浅表层存在高纯度天然气水合物。这一发现是我国南海天然气水合物资源调查的一个重大突破。

    但是,要说到我国第一次发现海底“冷泉”现象的话,时间要追溯到2004年。

    那一年,中国地质调查局广州海洋地质调查局“海洋四号”船连续在东沙海域发现多种天然气水合物存在的间接和直接证据,包括第一次通过海底摄像发现了海底“冷泉”。

    从1999年开始,广州海洋地质调查局开展天然气水合物资源勘查,几乎每年都有新的发现。从最开始的多道地震寻找到BSR(似海底反射),紧接着发现地球化学异常,然后通过海底摄像发现疑似碳酸盐岩结壳、双壳类贝壳,其后又采集到了海底碳酸盐岩结壳、黑烟囱、双壳类贝壳等实物样品。

    回想当年发现海底“冷泉”的过程,至今记忆深刻。2004年5月19日,“海洋四号”起航,连续第三年在珠江口东部海域实施天然气水合物调查航次。航次技术负责是我和盛堰。出航前,时任广州海洋地质调查局总工程师黄永样提出要求:“这几年,水合物调查连续都有新发现,今年必须再上一个台阶。”

    5月22日,经过三个站位的平淡工作之后,在第四个站位海底摄像发现了大量疑似碳酸盐岩结壳的海底块状物,拖网采集上来的样品,发现了一些固结的泥块,形状上特别像黑烟囱,中间有管状空洞。尽管现场不能马上确定这些就是海底甲烷气上升时形成的碳酸盐岩结壳,但大家预感到我们的工作正不断地靠近水合物。接下来的几天,我们按计划网状铺开进行站位调查。

    5月30日,又有新的发现了。通过重力活塞取样采集的5.8米柱状样品,散发出很强的臭鸡蛋味。根据经验,大家意识到“这个站位肯定有戏”。果然,通过现场气态烃测试分析结果显示,柱状样从上至下,甲烷含量迅速增大,其中390~410厘米处样品甲烷浓度超过50ppm,是表层的10倍左右。

    作为技术负责,我马上跟大家商议,决定在这个点增加调查,寻找更多的证据。最直接的手段还是海底摄像。由于海底摄像拖体没有动力,随船漂移,被动地在海底拖行,在3000多米的水深下,这样的作业方式犹如在海底放风筝,很难把海底摄像准确投放到取样位置。正因如此,第一次海底摄像作业中,一个多小时过去了,什么也没有发现。

    由于摄像系统电池限制,不得不回收系统更换电池再进行第二次作业。这一次,我们总结经验,特别是对船舶漂移轨迹以及风流的方向进行了综合研究分析,重新布置了海底摄像下放点以及船舶移动的轨迹方向。刚开始,摄像画面中的海底仍然平淡单调,大约过去了半个小时,突然有人兴奋叫起来:“快看,白白的。”大家的注意力全集中到了20寸的屏幕上。过了一会儿,类似的东西又出现了。“白白的,那就是双壳类。”有人兴奋地叫了起来。摄像画面上隐隐约约可以发现贝壳的形状,而且是一窝一窝的。一会儿工夫,摄像系统负责人张锦炜提醒大家,电池耗完了,必须马上回收系统。

    由于在甲板监控室看到的图像是经过压缩的,不太清楚。大家期待系统回收后再仔细查看高清原始图像。等待海底摄像回收上来时已是5月31日凌晨1点多了,但大家都没有睡意,第一时间用录像机看回放,很快找到了“白白的贝类”那一段。大家紧盯着屏幕,“对啊,那就是双壳类,一窝一窝的”。随着摄像机在海底移动,可以看到双壳类贝壳不同形状的分布,而且还发现一窝窝贝类旁边,海底呈现出白白的斑状。“那就是菌席!”实验测试工程师陆红锋兴奋地告诉大家。真是高潮一波接着一波。

    录像回放了一遍还不够,我们继续再倒回去重看。没有想到,又有新发现。在一窝窝贝壳画面过去后,突然发现屏幕有个气泡状的东西冒出来。再倒回去,速度再慢一点,气泡越来越清楚了。“这是冷泉!冷泉!”陆红锋兴奋地叫了起来。气泡从海底泥缝隙中冒出来,在海水中运动一段距离后就“融化”了。我们反反复复回看,一个个数着,画面中总共有三个气泡冒了出来。第一次看到海底“冷泉”这个特别的标志,仿佛看到水合物一般,大家高兴得像中了彩票一样。

    受当时海底视像观察清晰度、无法定点观测等限制,在视频中捕捉到海底“冒泡”已经很不容易。在这个站点,我们调查发现了海底“冷泉”周围的菌席、双壳类贝壳,以及地球化学甲烷含量异常。在一个站位点,发现了水合物多证据并存,由此我们确定这里的海底一定有天然气水合物存在。其后,中德联合航次“太阳号”在这里进行了调查,并确定这里为水合物高富集的重点目标点,时任“太阳号”航次的德方首席科学家埃文·休斯教授把这个站位点命名为“海洋四号点”。到2013年,广州海洋地质调查局在这一区域成功钻获天然气水合物实物样品。

    (作者系中国地质调查局广州海洋地质调查局生产调度处副处长,教授级高级工程师。2003-2005年,“海洋四号”船天然气水合物资源调查航次技术负责。主要从事多波束测量技术研究)

     
    第一次发现海底“冷泉”

    中国地质调查局北京探矿工程研究所研发的“一种深井围岩高温高压爆破试验装置”获国家实用新型专利授权(专利号ZL202020602924.X)。

    深井围岩爆破是近年提出的一种干热岩人工热储建造新思路,通过爆破可以形成网状裂缝,增大热交换面积,进而提高深部热储换热采热效率。目前该方法仍处于理论研究阶段,未见相关试验装置和现场应用案例。本发明设计的试验装置可模拟深井围岩高温高压环境,开展高温干热岩储层改造爆破试验,为高温干热岩人工热储建造提供科学研究与试验条件。

     

     
    探矿工程所“一种深井围岩高温高压爆破试验装置”获...

    2020年5月1日,作为献给赣南苏区人民“五一国际劳动节”的特殊礼物,自然资源部中国地质调查局武汉地质调查中心在江西赣县桃溪村实施的探采结合井开孔并成功出水。这是武汉地调中心2020年在赣州连续成功实施的第4口探采结合井,有效解决了4处缺水村组2506名群众的安全饮水需求,为全面完成中国地质调查局2020年赣南扶贫打井找水目标任务奠定了坚实基础。

    赣县区白鹭乡桃溪村位于侏罗系燕山期花岗岩体分布区。长期以来,寻找充足地下水水源成为赣南花岗岩区人民群众生产生活面临的一大困难,群众多以单户开采浅层地下水为主。桃溪村群众也不例外,饮用水源是通过引流远处地表溪沟的山泉水与自挖浅井相互补充的方式解决的。因地形起伏不大,加上地层含蓄水条件“天生不足”,其地表水源和浅层地下水源补给均受降雨的明显控制,季节性缺水问题尤为突出,特别是3、4、5、6四个村民小组280余人,迫切希望通过集中供水解决秋冬季水源补充问题。

    武汉地调中心接到自然资源部赣南扶贫中心转达的找水需求后,于第一时间安排赣南扶贫找水团队多位技术骨干前往桃溪村开展大比例尺高精度地面调查,查风化层厚度、查地下水补给源、追踪构造迹象,通过多个小组实地调查和互相验证,最终找到了一条地质资料上未曾发现的小断层,研究确定了以花岗岩网状风化裂隙水和构造裂隙水相结合的地下水水源解决方案,布置了多种物探手段进行验证,并确定了井位。经过团队的不懈努力,桃溪村钻孔于5月1日开孔,钻进68米时揭露目标含水层,水量达到150吨/日,完全满足桃溪村352户1639人的安全饮水集中供水水源需求。

    此外,武汉地调中心于4月30日在于都县峡山小学实施的探采结合井也成功出水,日涌水量320吨以上,彻底解决了258名师生季节性缺水困难。目前,武汉地调中心赣南扶贫找水团队已全面完成赣县区、兴国县、宁都县安全饮水20个需求点的高精度地面调查和初步定孔工作,成功实施了赣县桃溪、于都峡山小学、马安村和年丰村4处探采结合井,其余需求点的物探勘察和钻探施工正在有序同步推进中。

    当前,赣州四县正处于脱贫攻坚战“总攻战”和“决胜战”之中,剩余的安全饮水需求点都是历年以来没有得到解决的“贫中之贫,困中之困”,是“最硬的骨头”。武汉地调中心赣南扶贫找水团队将全力出击,争分夺秒,不松劲不懈怠,坚决打赢这场战役,确保支撑赣州四县脱贫攻坚“两不愁三保障”工作完美收官。

    赣县桃溪村探采结合井施工现场

    赣县桃溪村探采结合井成功出水

    于都县峡山小学探采结合井抽水

    武汉地调中心赣南扶贫打井找水捷报频传

    湘张地1井是中国地质调查局武汉地质调查中心部署并组织实施的一口页岩气调查井,该井主探下寒武统牛蹄塘组页岩气,兼探中寒武统敖溪组含气性,设计井深2000米。该井位于湖南省张家界市永定区沅古坪镇柏杨坪村,其构造位置处于雪峰隆起带北侧、慈利-保靖断裂以东的复杂构造区内。该区断层发育,保存条件成为影响页岩气聚集成藏的关键因素,因此,项目组将该井部署于慈利-保靖断裂上盘所发育的两条逆冲断层之间的相对稳定区内。

    湘张地1井完钻井深2018.25米,开孔层位为奥陶系底部锅塘组,从上至下依次钻穿寒武系追屯组、比条组、车夫组、花桥组、敖溪组、清虚洞组、杷榔组和牛蹄塘组,钻至震旦系顶部灯影组完钻,获得了雪峰山地区寒武系斜坡带敖溪组新区新层系页岩气、清虚洞组下部裂缝型天然气、以及牛蹄塘组页岩气等一系列重要发现:

    一是钻获中寒武统敖溪组页岩气,为雪峰山地区新区新层系的重要发现。湘张地1井钻至中寒武统敖溪组白云岩、灰岩之下1375.5-1551.6米时黑色泥页岩大量出现,主要岩性变为泥页岩夹泥质灰岩,泥页岩岩心累计厚度超过90米,其水浸实验均有气显,其中1387.7-1411.6米与1434.4-1483.2米两段气显较为强烈,尤其是裂缝发育的岩心段气显异常强烈,对两段泥页岩样品采用燃烧法解析测试的含气量为0.64-2.31立方米/吨,解释为较好含气层段,两段岩心累计厚度达72.7米,反映出该段泥页岩高含气性纵向上跨度大。敖溪组黑色泥页岩广泛发育于湘西吉首-张家界地区的寒武系斜坡相带上,分布面积广,是本项目发现的寒武系除牛蹄塘组之外的一个新层系,该层系的发现拓宽了整个湘西地区页岩气勘探层位和勘探区。

    二是钻获寒武系清虚洞组碳酸盐岩、泥页岩互层中的裂缝型天然气,为探索清虚洞组天然气成藏理论提供了新的材料。湘张地1井钻至清虚洞组井深1692.9-1708.3米泥页岩、泥灰岩段时,现场录井气测值迅速升高,录井全烃值最高达到10.4%,并对录井仪收集的随钻井液返排气体直接点火成功,火焰呈淡蓝色,同时对该段泥页岩样品现场解吸的含气量值分布在0.77-1.98立方米/吨,显示该层段除微裂缝气外的泥岩吸附气量较高,为清虚洞组中的一个优质含气层。结合岩心及地表露头综合分析,该层段灰岩及泥岩中纵向裂缝发育,且裂缝遇不同岩性往往尖灭,该层段录井气测值的迅速蹿升,正是微裂缝发育的表征。该含气层的发现为今后碳酸岩、泥页岩共存层位的油气勘探增添了新的关注点,为探索清虚洞组天然气成藏理论提供了新的材料。

    三是钻获寒武系牛蹄塘组优质泥页岩含气层,提振了在复杂构造区勘探该层系页岩气的信心。湘张地1井牛蹄塘组泥页岩从上至下共分为三段,其岩心水浸实验均有气显,气测全烃值主要分布在1%-7%,从含气性现场解析测试来看,中段(1909.2-1982.4米)含气性最好,其岩性主要为灰黑色炭质泥岩夹少量薄层泥质灰岩,其样品解析气含量0.12-1.59立方米/吨,含气量超过0.5立方米/吨的连续泥岩段厚度达到32米(1933-1965米),为牛蹄塘组的主含气层,体现出该区牛蹄塘组泥页岩良好的含气性。同时,该组泥页岩纵向上含气性存在差异,在裂缝发育段含气量明显较高,反映出裂缝对该组泥页岩含气性的改善作用。湘张地1井钻获牛蹄塘组页岩气,是继宜昌黄陵隆起周缘寒武系水井沱组页岩气重大发现之后,中扬子地区(含雪峰山地区)在寒武系页岩气勘探的又一重要发现,大大提振了雪峰隆起构造带寒武系页岩气勘探的信心。

    四是钻遇震旦系灯影组孔缝型白云岩储层,气显明显,揭示了该区新生古储常规天然气勘探巨大潜力。湘张地1井钻至井深1998.0-2010.4米震旦系灯影组白云岩、硅质白云岩段时,现场录井气测全烃值升高,且稳定在3%左右,解析气含量相对较低,表明该段为较好的常规储层段。该段泥晶白云岩裂缝与溶孔极为发育,且低角度缝与高角度缝均有发育,局部形成网状裂缝系统,缝中多见方解石不完全充填;溶孔多分布在裂缝边缘或内部,尤其在裂缝交汇处较为发育,以团簇状、狭长条带状、针孔状为主,部分溶孔中充填沥青质,表明该层段地质历史时期曾发生过油气充注。孔缝的发育极大的改善了该层段白云岩的储集空间。灯影组白云岩上覆的寒武系牛蹄塘组黑色页岩为优质烃源岩层,同时,牛蹄塘组与杷榔组泥岩盖层条件优越,形成了良好的生、储、盖配套组合,揭示了该区新生古储常规天然气勘探巨大潜力。

    灯影组白云岩储层段岩心裂缝分布

    清虚洞组页岩气点火试验 

     

     

    雪峰山复杂构造区获寒武系页岩气新区新层系重要发现

    2017年2月8日,中国地质调查局西安地质调查中心“地质资料信息服务集群化产业化试点研究”、“大区地质资料信息服务集群化示范”项目团队申请的发明专利­­——“地质资料信息集群机理与接口聚合系统”,获得国家知识产权局授权的国家发明专利证书(专利号ZL201210325799.2)。

    本专利采用面向用户群体、面向数据资源、面向协同服务的架构思想,以“推—拉—接—送”为核心驱动,构建了具有普适性的地质大数据集群堆栈模型与服务系统。

    专利系统一是针对集中式或分布式馆藏数据源,以跨域组网、集群对等、接口互联等方式消除孤岛效应,实现了异构数据的统一视图描述、发现、存储、管理、计算、提取、传输与交换。二是节点对等体支持多种传输协议,可按网状或树状形态进行组网,每个节点均具有可延伸、可跨域的群组特性,公众能以信息贡献者或消费者身份参与和利用,集群体系向外界呈现的是“浏览器对节点群(Browser vs Nodes)”的透明格局和交互体验。三是系统模型可承载的数据实体兼容国际标准(OGC - GML、KML)并支持自由格式XML文档,其特点包括:实体要素的纵向归属支持无极分类;实体要素的横向属性支持无限嵌套;实体要素的类型支持空间数据类和非空间数据集;实体要素具有明、暗数据特征,可有效维持数据边界和运行沙箱;实体要素具有访问频度和时间刻度,便于实施逆序热度提取和增量更新策略;实体要素具有拓扑内点和几何范围,便于实施空间轴遍历和叠置约束策略。四是系统模型采用了大规模并行处理(MPP)技术,提供的网络接口范式(webAPI)可宿主于分布式大数据框架或云环境。

    经多方验证,本专利可适宜于海量地学空间数据的组网汇聚、跨平台互联对接、大数据分布式存储与发布等应用场景。

      

     

    西安地调中心荣获国家发明专利