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    以矽卡岩型铅锌矿床为主的岩浆-热液型Pb-Zn矿床是世界上重要的铅锌矿床类型,提供了全球约11%的铅锌资源量。这类矿床的成岩成矿过程在时间上具有特征的多期多阶段性。然而,对于这一成矿过程各阶段流体是由单一岩浆流体独立演化而成,还是岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果,目前还存在较大的争议。

    纳如松多矿床位于冈底斯北缘多金属成矿带中段,是带内矿化类型最丰富、勘探开采程度最高的大型岩浆-热液型铅锌矿床。目前在该矿床内已识别出隐爆角砾岩型、矽卡岩型、矿层型和脉型四种矿化型式,控制铅锌资源量超160万吨(平均品位:Pb 5.32%、Zn 3.84%)。矿床内不同类型矿化均发育多个成矿阶段和不同的矿物组合,使之成为研究上述科学问题的理想对象。基于此,中国地质科学院地质研究所刘英超研究团队对纳如松多铅锌矿床进行了系统的野外调查和详细的岩相学观察,并结合原生流体包裹体显微测温和LA-ICP-MS原位成分分析、HCh热力学模拟计算等方法,取得了以下重要认识:

    一是纳如松多最具规模的矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化是同期热液流体产物,二者的成矿流体均为岩浆热液来源。流体包裹体显微测温和原位成分分析表明,矽卡岩型矿化成矿前流体具有高温高盐度特征,富含较高的Na、K、Pb、Zn元素;矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化成矿期流体性质相似,均具有中高温低盐度特征,且富含相似的Na、K、Pb、Zn元素(图1)。此外,两种矿化形式的成矿流体具有较高的Zn/Na、K/Na和Mg/Na比值以及较低的Ca/K比值,具有和岩浆流体一致的Cl/Br比值,表明纳如松多矿床的成矿流体来源于岩浆热液。矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化发育在同一成矿系统内。

    图1 纳如松多铅锌矿床不同矿化阶段流体包裹体成分的箱式图解

    二是纳如松多铅锌矿床各阶段成矿流体是由岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果。与成矿前流体相比,成矿阶段和成矿后阶段流体中的Cs/(Na+K+Mn+Fe)和Rb/Sr比值要高1~2个数量级,而流体中的Sr/(Na+K+Mn+Fe)比值存在相反的演化趋势(图2)。进一步通过HCh模拟计算的矿物组合和金属络合物相态发现,随着水岩反应的进行,成矿前热液流体中铅、锌金属络合物在所有温压条件下仍旧存在过饱和状态,无法以硫化物的形式沉淀;成矿期热液流体中的铅、锌络合物呈持续降低的趋势,并伴随有金属硫化物沉淀(图3)。表明成矿前和成矿期的热液流体并非是单一的岩浆流体独立演化形成,而是由岩浆房不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果,且成矿期的热液是经历了更加强烈的结晶分异作用的岩浆房出溶的流体所形成。

    图2 纳如松多铅锌矿床矽卡岩型矿化流体包裹体元素比值与均一温度关系图解

    三是重建了纳如松多铅锌矿床成矿流体演化及金属迁移沉淀过程。岩浆房早期出溶的超临界流体上升过程中始终保持高温状态,当运移到近地表1 km深处穿过气-液相线时,流体发生相分离形成高盐度的液相(42 wt % NaCl equiv)和低盐度、低密度的气相。随后这种高盐度流体运移到碳酸盐岩地层,并发生水岩反应形成进化矽卡岩阶段的石榴子石、辉石等矿物。这种由气相组成的小密度气流柱聚集在岩浆顶部,在上升过程中随着压力的骤降,在典中组火山岩地层中发生隐爆作用形成角砾岩筒。随着下伏岩浆房持续冷却和不断地分离结晶,晚期出溶的热液流体沿着不同的冷却路径上升。流体发生急剧的降温降压,当冷却到400℃时,浅地表岩石由塑性转变为脆性,外界条件由静岩压力变为静水压力,此时的流体穿过气-液相饱和曲线,热液流体发生沸腾作用,分离成大约4.5 wt % NaCl equiv的液相和低盐度的气相。此后,富含金属物质和硫的成矿流体向外围地层迁移,在岩浆顶部的隐爆角砾岩筒内胶结火山岩角砾,形成隐爆角砾岩型铅锌矿化;在远端碳酸盐岩地层中发生接触交代作用形成矽卡岩型矿化。

    图3 HCh热力学模拟矽卡岩不同阶段pH、Eh值、矿物组合及金属络合物图解

    该研究通过对冈底斯北缘多金属成矿带内纳如松多铅锌矿床开展原生流体包裹体显微测温和原位成分分析、热力学模拟计算等工作,揭示了岩浆-热液型铅锌矿床各阶段成矿流体是由岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果,研究结果对岩浆-热液型铅锌矿床的流体演化过程提出了新认识,对该类矿床的找矿勘查提供了新依据。

     
     
    岩浆-热液型铅锌矿床多期流体脉冲与成矿取得新认识

    7月5日至6日,为深入贯彻落实“双碳”行动,加快绿色科技创新和先进绿色技术推广应用,由中国地质调查局、腾讯碳中和实验室指导,中国地质调查局水文地质环境地质调查中心(以下简称“水环中心”)举办的中国碳捕集利用与封存(CCUS)地学创新学术研讨会在天津市东丽湖召开。

    会议以推动我国CCUS地学创新、促进交流与合作为主题。中国地质调查局、天津市东丽区人民政府、腾讯碳中和实验室相关领导和专家出席了开幕式并致辞。会议发布了碳寻计划-碳封存选址与地下空间利用综合服务系统V1.0,推广介绍了自然资源部行业标准《DZ/T 0474-2024 咸水层二氧化碳地质封存潜力评价技术指南》。中国工程院院士李阳作题目为《中国石化CCUS-EOR创新实践》的特邀报告。中国科学院院士、清华大学副校长姜培学作题目为《二氧化碳地质封存运移机理与一体化决策技术研究进展》的特邀报告。中国地质调查局碳中和首席科学家何庆成,以及来自中国21世纪议程管理中心、中国华能集团、中科院武汉岩土力学研究所等单位的14位国内知名专家学者分别作特邀报告。

    会议为地方地质行业单位和青年学者提供了学术交流平台,来自江苏省地质调查研究院、宁夏回族自治区水文环境地质调查院、河北省煤田地质局环境地质调查院、中英广东CCS中心、黑龙江省生态地质调查研究院、山东省地矿局第二水文地质工程地质大队等地方参会代表,介绍了CCUS碳封存研究进展。

    会上,水环中心分别与国电电力股份有限公司等多家单位签订了CCUS地学创新战略合作协议,共同推动全国CCUS碳封存潜力评价与产业化应用。来自CCUS领域的两院院士、专家学者及科技工作者等140余人参加了此次会议。

     

    中国碳捕集利用与封存(CCUS)地学创新学术研讨会在...

    9月26-30日,西南岩溶区重大水文地质科学问题野外现场研讨会在贵州召开。会议主题是“聚焦西南岩溶区重大水文地质科学问题,提升服务支撑技术水平”。来自国家自然科学基金委、北京大学、南京大学、河海大学、广西大学,地调局西安地调中心、水环中心、水环所、岩溶所和贵州省地勘局、云南省地调局等单位的专家参加了会议。

    与会专家利用两天时间,开展了西南四大地下河之一的贵州罗甸大小井地下河系统调查,考察了巨木岩溶地下河开发示范工程、平塘县石漠化区等野外典型地区,现场调研了贵州省大数据中心。野外调研结束后,与会专家围绕“西南岩溶环境前沿科学问题、西南岩溶地下水开发利用科学问题、典型地区水文地质调查成果与部署建议、环境地质研究新理论、喀斯特关键带研究、岩溶水文模型与管道溶质运移研究、岩溶内涝洼地地质环境问题及防治对策建议”等内容进行了研讨。

    专家认为,一是随着经济发展和生态文明建设步伐加快,岩溶水文地质调查工作应紧密围绕国家长江经济带建设发展重大战略,加快实施新型城镇化地区、重大工程建设区和重要交通干线等社会需求强烈地区的水文地质调查工作。二是加强新理论、新技术研究。开展岩溶关键带、岩溶地下水循环机理研究,研发岩溶地下河探测的新型仪器装备。三是因地制宜,以治水为龙头,以保土为关键,加强石漠化修复治理成功模式的示范推广。会议期间,专家还对《中国岩溶地质调查报告》进行了讨论。

    会议由中国地质调查局水环部指导召开,地调局岩溶所承办,贵州省地质矿产勘查开发局协办。

    巨木岩溶地下河开发示范工程

    野外现场研讨

    室内交流研讨

    西南岩溶区重大水文地质科学问题野外现场研讨会在贵...

     

    兴国县和平村打出日出水量200立方米的水井

    中国地质调查局总工室、水环部对扶贫水井进行核查

    开栏的话

    水文地质调查服务干旱缺水区饮水安全、土地质量地球化学调查成果服务特色农业发展、地质找矿带动商业矿产资源勘查开发、地质灾害调查服务城镇化建设、地质遗迹调查服务旅游资源开发——自然资源部中国地质调查局瞄准脱贫区资源环境突出问题,发挥专业技术优势,走出了一条以找水打井、防灾减灾、特色农业、地质旅游、矿产资源开发利用等为主的“地质调查+”特色扶贫之路。

    今年是脱贫攻坚决战决胜之年。中国地质调查局聚焦尚未脱贫摘帽的市县,精准对接需求,在自然资源部定点扶贫六县、乌蒙山集中连片特困地区、“三区三州”等重点地区安排项目126个,将地质调查支撑服务脱贫攻坚作为今年工作的重中之重。

    从今天起,本版开设《“地质调查+”支撑服务脱贫攻坚》专栏,对地质调查支撑服务脱贫攻坚取得的成果,以及在科学技术、运行机制等方面的创新经验进行系列报道。

     

    4月26日,从江西省贫困县脱贫退出新闻发布会上传来喜讯,江西省兴国县正式退出贫困县序列。

    兴国,一片神圣的红色土地,孕育了肖华、陈奇涵等56位共和国开国将军。受制于“八山半水一分田”的恶劣自然条件,兴国县有36 个村在2017年被列为深度贫困村,农业用水和百姓安全饮水难以保障。

    老区人民的难和痛,是自然资源系统干部职工放不下的牵挂。2016年以来,自然资源部中国地质调查局坚决贯彻落实自然资源部党组部署要求,发挥自身专业技术优势,部署地质调查支撑服务赣南脱贫攻坚找水打井项目,组织中国地质调查局水文地质环境地质调查中心(以下简称“水环中心”)等单位分头实施。水环中心在牵头负责的兴国县采用“突击队+常规队”的组合形式,三进兴国找水打井。经过3年努力,共实施探采结合井55眼,总涌水量2.1万立方米/天,直接解决了4.4万余人的安全饮水问题和3000亩现代农业灌溉用水问题,为25万余人提供安全饮水水源,并发现170余处特色矿泉水,圈定4处地热靶区和23处应急水源地。

    西霞村有了幸福泉

    水环中心在兴国扶贫找水的第一站在西霞村。这里,600多户、3000多人散居在一个个山旮旯,没水吃是他们自祖辈定居于此就面临的“老大难”。

    “虽然家家户户打了小水井,但水量严重不足,有时仅能抽10分钟,干旱季节更是没水可抽。”村支部书记汤秋生说,“水少不说,水质还不好。从井里打出来的水,烧开后一会儿便出现黄色沉淀物,用这种水煮的饭都是黄褐色的。”

    听说村里来了帮忙找水的地质队,村民们纷纷前来一探究竟。烟农吕常琳对找到水充满期待:“烟叶是我们的主要收入。要是用水有保证,烟叶的产量肯定能上去,品质也会提高,今后的好日子也就有希望了。”

    “我在这生活了80多年,从来没有人打到过水,我看你们也很难。”也许是因为以前期盼一次、失望一次,一位老者摇着头说。

    绝不能让西霞村人民再次失望!望着村民们期盼的眼神,水环中心的领导和找水队员们在心里立下了誓言。

    可随后的调查让他们发现,西霞村找水之难远超预想:西霞村虽有发现,西霞村找水之难远超预想:西霞村虽有 山有沟,但坡小沟短、汇水有限,且沟内均为泥质含量高的致密岩石,根本不蓄水。即使有着丰富找水经验的“黄金搭档”李伟和朱庆俊,在西霞村野外踏勘后也皱起了眉头。

    “越难越需要我们冲上去。”在突击队长张福存的带领下,大家每天在西霞村看山看石看图纸,在无数次野外走访、物探实践和资料修改中,寻找地下水脉的所在。为了将地表植被、地表干燥对电信号的干扰降到最低,队员们到山下背土来铺,拎盐水一点点灌,平常只需很短时间就能完成的100多个探测点却用了两个多小时。

    队员们的辛苦,换来的是对地下水脉的准确把握。依据这些地质资料设计实施的两个钻孔,出水量稳定在1000吨/天,而且打出的还是极其罕见的锂型矿泉水。2017年1月9日,西霞村老俵们早早地来到钻机旁,看着清冽甘甜的水流渐喷渐大,幸福的笑容洋溢在脸上。那位对找水不抱希望的老者也向突击队竖起了大拇指。

    汤秋生说:“我们吃水不愁了,300亩烟叶可以正常栽种了。烟叶产量提高了,老百姓的收入就增加了。以后我们还可以发展蔬菜种植,那我们村脱贫就更没有问题了!”

    西霞村的水源问题虽然解决了,但是如何让老百姓真正喝得上,还需要团队重点思考和努力攻克。找水团队采取和县政府联建供水工程的办法,建设了高位蓄水池,形成了自流式供水系统,并在水井口增加了除氟设备,直接为石坳子、汤屋村的1200余人送上优质饮用水,同时解决了2000多亩耕地灌溉用水。通过预留的输水口,还可解决附近3个行政村约8000人的饮用水问题。

    水脉现身靠创新

    红层区,地貌陡峭不汇水、地层泥质含量高不富水、构造紧闭不导水、深部地下水不循环,再加上丹霞地貌勘查场地狭小,且水田与电力线沿沟分布,物探勘查多种方法受限,被称为“找水禁区”。兴国县正处于这样的地区。

    为破解找水难题,水环中心组建了一支年轻有朝气、思维活跃、负责任、能坚守、有担当的“战队”,并要求做到“地方政府哪里有需求,就去哪里开展工作”。

    这支“战队”融合了地质、遥感、物探、钻探等多专业技术人才,通过水文地质条件分析和遥感线性构造解译,聚焦缺水村组找水方向及找水靶区;根据工作场地条件及找水目的层,确定最适宜的物探勘查方法组合;利用数据采集现场人工干预去噪,适时调整仪器数据采集频度和供电强度,降低物探勘查结果的多解性,准确刻画含水层或构造空间特征;根据极化率、半衰时、金属离子等富水性参数的匹配关系,结合视电阻率响应特征综合判断含水层富水性,从而确定最佳井位。多专业、多技术、多方法的深度融合和创新使用,推动他们在兴国县实现了缺水区找水的一个又一个突破。

    地处兴国盆地北部的高多村,傍依319国道与S223省道和泉南高速,区位优势明显。2016年,兴国县农业综合开发办公室对高多村1000余亩土地进行高标准农田改造,发展以蔬菜、瓜果为主的现代生态农业产业,联结贫困户200户,用工120余人,打造“现代农业+土地入股+农民就业”产业精准扶贫的典范,2017年被列入兴国县六大攻坚战30个重点项目之一。

    2017年10月,兴国县委副书记、县长陈黎获知由于受缺水问题影响,该项目进度迟滞不前,遂向水环中心找水团队发出帮助找水的请求。找水团队紧急会商后认为,解决扶贫产业项目基地缺水是助力地方脱贫攻坚的重要发力点。

    扶贫产业基地位于红层砂泥岩分布区,园区内已人工挖掘水井5眼,仅1眼井出水,水量40吨/天。项目组集结水文地质、水文物探技术人员,经过综合对比分析地质结构、地下水赋存运移规律等,结合激电曲线,最终确定钻孔孔位2处,备选孔位1处。为了不耽误蔬菜的及早种植,找水团队多方协调钻机,采用气动潜孔锤钻进工艺,1天内完成了2眼井的钻探施工,合计涌水量500吨/天。

    在兴国这片土地上,找到水已实属不易,更可贵的是,水环中心还找到了优质的水源。比如,为会昌县矿泉水厂实施的2眼锶型矿泉水探采结合井,解决了投产水量不足的问题,避免了2000万元投资损失;为宁都县小布镇实施的井口水温34℃、每天290吨的自流优质偏硅酸型热井,丰富了宁都县小布镇全国十大特色旅游小镇的品牌内涵,助推小布镇成功获批国家4A级旅游景区……

    “170余处矿泉水点、而且是稀有的锌型矿泉水、锂型矿泉水,将为兴国发展水产业提供新动能。20多口水井、20多处乡镇供水水源地,让我们规模化发展特色农业也将不再受困于水。”陈黎信心满满地说。

    2019年1月,陈黎千里迢迢赶赴河北保定,将亲笔题写的“足迹印兴国,甘泉泽千秋”锦旗,亲手交到水环中心主任文冬光的手上。

    使命始终担肩上

    2019年9月9日,中国地质调查局召开局党组会议,全面贯彻落实党中央决策部署和部党组工作要求,以高度的政治自觉将赣州四县摆在地质调查支撑服务精准脱贫攻坚工作的核心位置,精准对接地方党委和政府需求,聚焦找水打井等重点工作任务,在项目、资金、人才、装备等方面提供充分保障,加大力度、加快步伐、提高效率,全力支撑赣州四县如期完成脱贫摘帽目标。

    2019年9月11日,中国地质调查局组织总工室、水环部,以及南京地质调查中心、武汉地质调查中心、水环中心等单位,赶赴赣州四县精准对接需求,在对需求点实地调研、摸排的基础上,制订了“精准锁定需求、区分轻重缓急、一点一策、分县包干”的工作方案。

    9月21日,水环中心党委抽调水工环精干力量,配置先进仪器设备,成立了以中心副主任李铁锋为队长的找水打井突击队再次驰援兴国县,对44个缺水需求村组开展了逐点踏勘、逐村核实,确定了14个急需开展工作的需求点。这14个需求点,或地处找水禁区的红层区,或是条件复杂的灰岩区,或是场地狭小的变质岩区,都是“难啃的硬骨头”。

    梅窖镇寨脑村是梅窖镇人口最多的村组。该村村民大多引山泉水或自挖浅井作为生活用水,常出现季节性饮水困难。作为解决该村安全饮水问题的圩镇自来水管网延伸工程,取水水源为流经该镇的梅窖河,也经常出现水质不稳定、季节性缺水问题。 长期以来,梅窖镇一直致力于寻找安全稳定的补充水源,但受隐伏岩溶复杂地质条件影响,或因溶洞发育塌孔无法实施,或因水量较小几近干孔,安全稳定集中供水问题迟迟未能解决。

    2019年10月14日,水环中心与梅窖镇进行了深入需求对接,确定了在该镇集中供水取水点和蓄水池之间开展勘查工作。通过遥感解译初选工作靶区、地面调查确定构造特征和地层展布、综合物探靶向定位,确定了2处孔位。为解决岩溶地层钻进困难问题,找水打井队采用潜孔锤跟管钻进施工,2眼钻孔先后成井,单孔试抽水量均在1000立方米/天以上。

    但出水的喜悦很快就被水中泥沙含量高的现实问题冲淡。

    面对水量丰富却历经一周抽水洗井均无法获得清澈地下水的问题,找水突击队积极探索,反复讨论出水泥沙含量高的原因,从钻井工艺、管材使用、成井工艺到抽水方案,多方核查、多次论证、反复研讨,尝试创新应用飞管止砂、多层包网、填砾过滤等工艺,选择合适含水层段进行成井,最终成功克服泥沙量大的问题,获得清澈的地下水供水水源,总出水量达每天2140立方米,完全解决了寨脑村6863人的安全饮水问题,同时也为梅窖镇集中供水提供了补充水源,让2万余人有了清洁饮用水。

    在2019年“不忘初心、牢记使命”主题教育中,水环中心党委将“发挥水工环技术优势,助力老区可持续发展”纳入主题教育调研活动内容,成立了以中心党委书记张发旺为组长、副主任李铁锋为副组长的调研组,再一次深入革命老区兴国县开展“两不愁、三保障”需求调研和服务对接,以实际行动努力践行“为民服务解难题”主题教育目标。

    2019年11月30日,兴国县有关负责同志与水环中心调研组就发挥水工环技术优势、助力兴国脱贫攻坚可持续发展进行了座谈,就如何利用水环中心专业技术优势服务兴国经济发展达成了共识,并签订战略合作协议,再一次为兴国打赢脱贫攻坚战注入了一针“强心剂”。

    3年多时间里,水环中心赣南扶贫找水团队闯关夺隘、攻坚克难,为赣南老区兴国人民带来“水”的希望。让希望之水润泽赣南兴国的万物生灵,让老区经济腾飞的福泽滋润每一位老区人民的心田!

    水润将军县

    8月7日-9日,应自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所邀请,法国国家科研中心Delphine Roubinet研究员和王晓光副研究员来所交流访问,双方就天然气水合物储层模拟、传质传热和多场耦合模拟等问题进行了交流。 

    访问期间,Delphine Roubinet研究员作了题为“Multi-scale modeling and characterization approaches in heterogeneous fractured porous media”的报告,详细介绍了非均质裂缝多孔介质的多尺度建模和表征方法的研究成果;王晓光副研究员作了题为“复杂裂缝网络系统中水‒力‒化多场耦合模拟:天然裂缝网络拓扑几何和地应力对碳酸盐岩溶蚀过程的影响”的报告,讲解了复杂裂缝网络多场耦合数值模拟方法。

    报告会后,Delphine Roubinet研究员和王晓光副研究员参观了自然资源部天然气水合物重点实验室,并与青岛海洋所有关专家针对天然气水合物储层数值模拟和海底极端环境流体运移过程模拟技术进行了讨论,确定了后续合作研究计划。

    法国国家科研中心专家访问青岛海洋所

    十大地质科技进展

    1.我国首次海域天然气水合物试采成功

    由国土资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局叶建良为首席专家的研究团队组织实施的海域天然气水合物试开采,是世界上首次实现资源量全球占比90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采。连续试开采60天,累计产气量超30万立方米,创造了产气时长和总量的世界纪录。实现了勘查开发理论、技术、工程和装备自主创新。一是实现三项重大理论自主创新,创建天然气水合物系统成藏理论、“三相控制”开采理论,有力指导了试采目标井位确定和试采方案制定。二是实现储层改造、钻完井、勘查、测试与模拟、环境监测等关键技术自主创新。三是构建了大气、海水、海底、井下“四位一体”的立体环境监测网,监测结果显示,试采未对周边大气和海洋环境造成影响。

    2.湖北宜昌寒武系—志留系页岩气调查实现重大突破

    以中国地质调查局武汉地质调查中心陈孝红为首席专家的研究团队于2017年在宜昌黄陵隆起周缘实现下古生界页岩气调查重大突破。鄂宜页1HF井在寒武系获得6.02万立方米/日、无阻流量12.38万立方米/日的工业气流,鄂阳页1HF井、鄂宜页2HF井也分别在寒武系、志留系获得高产页岩气流。创新建立了古老隆起边缘页岩气富集模式;自主研发了构造复杂区地质导向技术、低地温页岩储层压裂液体系、高水平地应力差和常压储层压裂技术;创新形成了钻完井一体化工程管理的工作模式。该地区页岩气调查的重大突破填补了中扬子页岩气勘查的空白,实现了我国页岩气勘查从长江上游向长江中游的战略拓展。

    3.延安气田复杂致密气藏开发关键技术创新

    延长石油(集团)王香增团队针对延安气田位于鄂尔多斯盆地东南部“储层致密且横向变化快、地震预测技术适用性差、气藏叠置关系复杂、开发难度大”等一系列问题,开展了复杂致密气藏开发关键技术攻关,创新发展了非震条件下“沉积相控制、骨架井约束、动静态校正、逐级优化”的有效储层预测技术,创建了黄土塬地貌多井型立体井网动用技术,研发了大跨度长井段不动管柱多层分压改造技术,建立了基于产能试井和静态资料的早期快速产能预测模型,实现了快速建产、高效开发的目的。目前,延安气田已建成产能32×108立方米/年,累计产气74.83×108立方米;预计2018年底建成产能52×108立方米/年,“十三五”末建成产能100×108立方米/年,可满足陕西全省人民用气需求;同时,对保障国家能源安全、缓解天然气供需矛盾、保护陕北地区的绿水青山,具有重大的现实意义。

    4.深部金矿阶梯式找矿技术方法成效显著

    由山东省地矿局宋明春研究团队率先组织实施的深部找矿探索和技术研发项目,将成矿理论、找矿技术与勘查实践有机结合,自主研发了深部金矿勘查系列方法技术。研究团队突破传统浅表部金矿找矿思路,研发以“阶梯式成矿模式+精细地球物理模型”为核心的深部金矿阶梯式找矿方法,获得国家发明专利,将胶东主要金矿区的探测深度由500米延伸到超过2000米,拓展了深部第二找矿空间。针对滨浅海勘查存在的钻孔定位、岩芯采取等技术难题,发明海域金矿勘查钻探方法,开辟了海域找矿新空间。集成创新多尺度逐步逼近成矿预测技术,首次预测胶东金资源总量约10000吨。新方法为胶东深部找矿提供了关键技术支撑,助推探明了三山岛、焦家和玲珑3个千吨级金矿田,使胶东跃居世界第三大金矿区。

    5.西北印度洋现代海底热液成矿现象的首次发现

    国家海洋局第二海洋研究所韩喜球团队在西北印度洋卡尔斯伯格脊上发现了6个热液区,其中3个属于正在发生热液成矿作用的活动热液区,有繁茂的热液生态系统和林立的海底黑烟囱;另有3个属于已经休眠的热液区。携“蛟龙号”首次对卧蚕1号、卧蚕2号、天休与大糦热液区进行了近距离观察和精细的调查采样,对热液活动的特征、热液流体的温盐和成分等物理化学参数、围岩类型与微地形地貌、多金属硫化物的分布、热液生物群落类型等有了详细的了解,厘定了各热液区热液成矿作用的类型,建立了成矿模式。为卡尔斯伯格脊现代海底热液成矿作用、极端生境生命起源和生物多样性等相关研究奠定了坚实基础;也为古代火山成因块状硫化物矿床的成矿机制研究和找矿勘查提供重要启示。

    6.井下超前探放水和水害监测关键技术系统研发

    国家煤矿水害防治工程技术研究中心武强带领的创新团队将钻探与物探技术有机无缝结合,研发了井下钻孔物探超前探放水成套技术与系列装备(钻孔激发极化、钻孔电磁波层析成像和钻孔雷达三大类超前探放水技术与装备),直观明了在有限数量钻孔中进行廉价、短距离精准随钻物探;应用物联网技术,将微震与激发极化高密度电法有机耦合,研发了可同时监测采动变形和突(透)水潜势于一体的矿井水害面状监测预警技术和装备,解决了矿井突水的水源、水量以及突水通道三者联合监测的难题;基于弹性波数据传输理论的三维电子罗盘测量钻孔轨迹技术,研发了随钻钻孔轨迹深度测量技术和装备,提出了利用弹性波的传输时间测量钻孔深度的技术方法。

    7.多要素多技术城市地质调查有力支撑雄安新区总体规划编制

    由中国地质调查局水环部郝爱兵为首席专家牵头组织实施的多要素多技术城市地质调查项目有力地支撑雄安新区总体规划编制。研究团队认真落实习近平总书记关于雄安新区规划建设的重要指示精神,改变观念、创新理念,围绕雄安新区规划编制需要,组织开展工程建设和地下空间开发利用条件、土地和地下水质量、地下水资源与地面沉降现状等多要素调查,创新编制支撑服务雄安新区总体规划地质调查报告、国土空间布局综合地学建议图和地下空间利用区划图,为雄安新区总体规划和土地利用、地下空间、交通、能源等专项规划编制提供了依据。首次以空间、资源、环境、灾害为调查对象,以城市规划、建设、运行、管理全过程为服务对象,以多方协调联动为工作机制,为多要素城市地质调查提供了示范。

    8.全国煤中金属矿产资源评价取得新进展

    由中国煤炭地质总局宁树正为首席专家主持的地质调查项目,坚持产学研结合,以全新工作理念开展全国煤中金属元素分布规律和矿产资源调查评价。总结了煤中金属元素矿产研究方法,确定了煤中金属元素矿产综合评价指标,首次划定了全国煤中金属元素成矿区带,发现一批新矿点,圈定了地质工作远景区。初步摸清了全国煤中金属元素矿产资源家底,预测煤中锗、镓、锂、铝、稀土矿产资源量分别为:1.17万吨、188.02万吨、86.49万吨、195746.9万吨、1130万吨。上述成果表明,煤中金属元素矿产资源潜力和价值巨大,是我国“三稀”矿产资源的重要组成部分。该项目实施拓展了煤炭地质工作新领域,对指导煤系矿产资源综合勘查和开发利用具有重要意义。

    9.相山铀矿田三维地质“玻璃体”调查和成矿预测取得新进展

    由核工业北京地质研究院李子颖为首席专家的研究团队承担的中核集团示范工程《相山铀矿田三维地质“玻璃体”调查和成矿预测》项目,运用多学科、多技术方法综合研究,建立了火山岩型铀矿深部有利成矿空间探测的地质、地球物理、地球化学三维立体勘查技术体系,首次实现了相山矿田2500米深度范围立体探测,构建了三维地球物理模型、三维地质模型,实现了相山矿田三维地质“玻璃体”。揭示了铀矿化、热液蚀变、元素的水平和垂向空间分布规律,查明了基底构造控矿规律,构建了三维综合找矿模型,首次实现了我国热液型铀矿三维定量定位预测。深部钻探查证取得突出成果,实现了相山矿田铀多金属找矿新突破。为相山铀矿田外围及深部铀资源找矿突破提供了技术支撑,对我国热液型铀矿找矿勘查具有重要的示范作用。

    10.首次建成国家地质大数据共享服务平台—“地质云1.0”

    由中国地质调查局发展研究中心高振记为首席专家的研究团队组织实施的国家地质大数据共享服务平台“地质云1.0”。采用混合云架构,实现了数据集成共享技术创新,研发了云环境下海量、异构、分布式地质数据的统一组织、调度与服务技术,初步解决了异构、异地、异主数据共享技术难题;实现了地质调查业务系统整合协同应用创新,集成开发了智能调查、业务管理、数据共享与信息服务等云应用系统,提高了系统整合及协同服务能力;实现了地质调查数据安全有序开放和分级共享机制创新,基本解决了“数据孤岛”与“信息烟囱”等老大难问题;探索了云环境下智能地质调查工作新模式。权威专家认为“地质云1.0”成果达到同行业国际领先水平,为国家正在推动开展的政务部门信息系统整合与数据资源共享提供了一个鲜活范例。

    十大地质找矿成果

    1.湖南省平江县仁里发现超大型铌钽多金属矿

    由湖南省核工业地质局三一一大队周芳春为首席专家的团队在湖南省平江县仁里发现了超大型铌钽矿。仁里矿区位于湖南省平江县,钦杭成矿带主带的中部,幕阜山复式花岗岩的西南缘,为典型的花岗伟晶岩脉型铌钽矿床。项目团队运用大岩基地区多期次岩浆演化的“共岩浆补余分异”稀有金属成矿理论,在矿区发现铌钽矿脉14条,圈定矿体17个,(333+334)五氧化二钽资源量10791吨,五氧化二铌资源量:14057吨,平均品位:五氧化二钽:0.036%、五氧化二铌:0.047%。矿区铌钽品位富,找矿潜力大, 五氧化二钽远景资源量有望突破2万吨,潜在经济价值超过1千亿元。突破了“大岩基地区难以形成超大型稀有金属矿床”的既有认识,总结、提出的铌钽等稀有金属矿成矿规律及控矿因素的新认识,丰富和发展了稀有金属成矿理论,对华南地区稀有金属找矿具有重要的指导意义。

    2.福建省建瓯市井后探明超大型优质叶蜡石矿

    由中化地质矿山总局福建地质勘查院卢林为首席专家的团队在福建省建瓯市井后矿区探获超大型叶蜡石矿。井后叶蜡石矿属火山期后低温热液交代矿床。矿体呈似层状赋存于晚侏罗世南园群火山碎屑岩中,最大走向延展长725米,最大延深600米,各矿体累计总厚可达90米。矿石划分玻纤级和陶瓷两个品级。项目技术人员从火山构造研究开始,在火山期后热液蚀变与矿石原岩组构的研究中发现了火山岩地层与火山期后气液矿化蚀变之间的有机联系,取得矿区成矿理论的突被,并依此科学规划地质找矿技术路线,有效推导成矿空间,合理布设探矿工程,地质找矿取得重大突破,提交一处特大型叶蜡石矿床,资源量达4000余万吨,资源储量占全国叶蜡石累计查明总资源储量的1/3,为我国最大叶蜡石矿床。

    3.内蒙古自治区乌拉特中旗石哈河首次发现大型砾岩型砂金矿

    由内蒙古第三地质矿产勘查开发有限责任公司冯硕颖为首席专家的团队在内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特中旗石哈河地区发现一大型露天开采的砂金矿床,这是内蒙古地区近年来发现的第一个大型冰碛砾石型砂金矿床。备案矿石资源储量44695481.22立方米,金金属量17020.85千克,平均品位金0.3808克/立方米,混合砂平均厚度25.30米。石哈河冰碛砾石型砂金矿矿石可选性较强,为易选矿石;矿床采矿、选矿生产工艺成熟可靠。该矿床的开采将对发展边疆经济,增加地方财政收入起到积极的作用。

    4.塔里木中西部顺北地区探明超深层大型油气田

    由中石化西北油田分公司焦方正为首席专家的研究团队通过3年的攻关研究,在顺北9169米超深层探获大型油气田。明确了塔中北坡陆棚—斜坡部位是优质烃源岩分布区,由此将重点勘探区域由隆起向斜坡部位拓展,大大扩大了下古生界碳酸盐岩勘探范围;建立了塔里木周缘前陆盆地寒武纪烃源岩成烃、沿断裂带运移聚集成藏新模式,提出了“立足原地烃源岩,沿着高陡断裂带、寻找原生油气藏”新的勘探思路;初步明确顺北地区油气成藏条件与富集规律,形成顺北超深碳酸盐岩裂缝洞穴型油气藏成藏理论;建立了塔里木盆地沙漠覆盖区超深层裂缝洞穴型储集体预测技术系列、"超深、三高" 井钻完井配套技术,超深小井眼短半径定向钻井技术(水平井斜深8169米)跨入世界领先行列;这些理论技术有效指导了区带评价及勘探部署,天然气探明储量73.8亿立方米,控制储量33.82亿立方米,预测储量412.3亿立方米,实现了超深找矿的突破。

    5.准噶尔盆地玛湖凹陷南斜坡二叠系探明大型油田

    由中国石油新疆油田分公司何海清为首席专家的团队在玛湖凹陷南斜坡探获大型油田。项目组提出上乌尔禾组为区域不整合面之上第一套填平补齐的沉积,具备形成大油区条件。创新性提出三项认识和三项配套技术:1.构建了大型地层背景下砂体纵向叠置、横向连片大面积成藏新模式;2.建立了凹槽区厚层状低饱和度、斜坡区互层状和古凸带薄层状三种类型油藏分布模式,探井成功率从35%提高到76%;3.发现了上二叠统支撑砾岩高产储层新类型,指导试油选层,多井获得百吨高产;4.攻克扇体刻画、低渗砾岩测井评价和低饱和度油层改造三项配套技术,试油获油率从45%提高到83%。在上述认识和技术的支撑下,玛湖凹陷南部上乌尔禾组勘探快速推进,落实三级石油地质储量3.36亿吨,展现出5亿吨级前景。

    6.甘肃省西和县大桥探明超大型金矿

    由甘肃省地质调查院张忠平为首席专家的团队在西秦岭地区发现并探明了一处超大型硅化角砾岩型金矿床。矿床控制长约4500米、宽40~1100米,发现金矿体53条,累计探获金资源储量105吨,伴生银资源量276吨,并在外围发现了渭子沟、马家山、安子山等金矿点。该矿床的发现和勘查为西秦岭地区增加了新的金矿类型,为地质找矿指出了新方向,并提供了类比依据和理论指导。矿床已于2012年建厂投产并取得了显著的经济效益,大大改善了当地贫困落后的面貌和就业状况,促进了经济发展。

    7.江西省武宁县东坪发现超大型钨矿

    由江西省地质调查研究院楼法生为首席专家的团队在武宁县东坪探获超大型钨矿。团队成功运用赣南石英脉型黑钨矿“五层楼”成矿模式,历时6年持续勘查,实现找矿突破。东坪矿床共探获储量:保有钨矿(122b+332+333)矿石量47729千吨,金属量(三氧化钨)213941吨,平均品位0.448%;保有低品位钨矿(332+333)矿石量6105千吨,金属量(三氧化钨) 5946吨,平均品位0.097%。其储量规模超过福建行洛坑、湖南瑶岗仙和江西西华山等钨矿,成为目前我国乃至世界资源储量规模最大的黑钨矿。矿床具有规模大、品位高、易采易选等特点。东坪矿床的发现丰富和完善了“五层楼”式石英脉型钨矿床成矿理论和成矿规律,拓展了长江中下游成矿带钨矿找矿空间、找矿思路和找矿方向。提出了赣北地区自南至北存在160Ma±、150~145Ma、135~125Ma三期钨成矿作用的认识。

    8.云南省盈江县大石坡发现超大型红柱石矿

    由中国冶金地质总局昆明地质勘查院李伟为首席的团队在云南盈江县大石坡矿区探获超大型红柱石矿。在该区发现并圈定7个红柱石矿体,探获(333+334?)类矿石量91979.89万吨,红柱石矿物量11043.57万吨,工业矿平均品位18.0%,低品位矿平均品位8.5%。该矿的发现与勘查,开创了云南寻找红柱石矿的先河,实现了该区找矿新突破。采用湿式磁选—浮选流程工艺,红柱石回收率62.03%,精矿满足HJ-55产品技术要求;通过碳热还原工艺可直接生产硅铝合金、3N高纯硅;磁选云母可综合回收氯化铷。未来矿山开发社会经济意义重大,对我国红柱石矿勘查及应用研究将起到良好的示范作用。

    9.河南省嵩县雷门沟探明超大型钼矿

    由河南省地质矿产勘查开发局第三地质勘查院章传飞为首席专家的团队在嵩县雷门沟探获超大型钼矿。矿区地处华北地台的南缘,熊耳山古隆起与嵩县中新生代断陷盆地的交界处,属环太平洋成矿带东秦岭矿带,岩浆及构造活动具多旋回和多期次活动的特点,矿床受高—中温热液蚀变影响,是以钼为主伴生硫的可供综合利用的一特大型斑岩型钼矿床,共完成钻探17184.90米,圈定大小矿体92个,其中工业钼矿体19个;低品位钼矿体66个;钼氧化矿体7个。共估算(332)+(333)工业矿钼矿石资源量80180万吨,钼金属量636373吨。开发本区钼矿资源为当地及周边地区提供资源的同时,也将促进本地区工业的发展,改善当地居民生活水平,对地方经济的繁荣将起到重要的作用,经济意义巨大。

    10.广东省英德市鱼湾发现大型稀土矿

    由广东省有色金属地质局九四〇队温汉辉为首席专家的团队在英德市鱼湾探获大型稀土矿床。圈定6个矿体,估算花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿资源量(332+333)矿石量136411千吨,全相稀土氧化物总量153618吨、平均品位0.1126%,离子相氧化物总量105218吨、平均品位0.0771%;另有低品位矿石量2801千吨,储量规模达到大型。矿区探明的稀土储量为广东省近年第一。矿山总工业价值约80亿元,矿山服务年限50年,具较好经济效益;可带动当地相关产业的发展,并增加就业及税收,具有较好的社会效益。

    中国地质学会2017年度十大地质科技进展十大地质找矿...

    SYZX系列绳索取芯液动锤

    3500米全液压地质岩芯钻机在山东招远金矿进行勘探

     

    今年是中国地质调查局勘探技术研究所成立60周年。

    60年,一甲子,岁月峥嵘,成就辉煌。

    作为我国第一家探矿工程专业科学研究机构,中国地质调查局勘探技术研究所以地质钻探装备与工艺技术的研发和推广应用为核心工作,通过引进消化吸收再创新、集成创新、原始创新等,60年来交了一份闪亮的成绩单——累计完成重要科研成果500多项,150余项获国家、省部级以上奖励。其中,国家科学技术进步一等奖1项、二等奖2项,国家创造发明奖和新产品奖6项,省部级科技成果一等奖10项、二等奖34项;拥有国家专利93项,中国专利优秀奖4项。如今,勘探所已成为我国地质装备与技术研发的领航者。

    我国成立首个探矿工程科研机构,开启国产钻探装备自主研发新征程

    新中国成立之初,国家确定了地质工作“大发展,大转变”的战略方针。探矿工程作为地质工作的重要手段,其技术基础却很薄弱。在上世纪50年代初期,当时国外的岩芯钻探已普遍推行金刚石钻探技术,而国内仍是“硬质合金、铁砂加钢粒”钻进,钻探设备主要是从前苏联和瑞典进口的低转速手把式和油压钻机。1956年,我国第一个五年计划进入实施的第四个年头,工农业大发展,急需各种矿产资源、能源、水资源。集中力量发展探矿工程技术的呼声也越来越高。

    1957年1月,原地质部组建的我国第一个从事探矿工程专业研究的科研机构——地质部勘探技术研究所(以下简称“勘探所”)成立了。我国地质勘探装备自主研发的新征程由此开启。

    建所初期,为发展适合我国国情的勘探设备,勘探所在国内最先开始了探矿工程小型设备和机具的研制工作,随后,岩芯钻机、物探钻机、坑道钻机、工程地质钻机、反循环水井钻机等,及其配套泥浆泵、钻塔等的研制工作全面铺开。在建所后的10年间,勘探所开展了多项探矿工程领域的开创性工作。比如:率先成功研制了我国第一套地质岩芯钻机;用液动锤首次进行全孔反循环取芯试验,并获成功;在国内最早开展了天然金刚石表镶和孕镶钻头的研制工作,并利用冷压浸渍法制造成功……通过10年努力,我国的地质勘探装备开始自给,探矿技术水平空前提高,使得白云鄂博、大冶铁矿,白银厂多金属矿,淮北、平顶山煤矿等大型矿产基地和多个水利资源勘探进程大大加快。

    与钢粒钻进相比,金钢石钻进具有效率高、质量好、消耗低和操作轻便等优点。1960年,勘探所开始了天然金刚石钻头制造工艺研究,次年便试制成功我国第一批天然金刚石钻头和扩孔器。由于我国天然金刚石产量少,价格昂贵,生产难度大,为天然金刚石钻头广泛使用增加了难度。1969年,勘探所开始了人造金刚石钻头的研究,并于1974年首次进行了小口径人造孕镶金刚石钻进技术配套试验。随后,勘探所与河南省地质局合作,在河南地质九队午阳铁矿区第一次打出人造孕镶金刚石钻头的高水平。1975年,小口径钻探技术又进行了第二轮配套试验。到70年代末,我国仅用20年左右的时间走完了国外金刚石钻探技术发展所经历的100多年的历程。

    此外,在工程地质钻探和水文水井钻探领域的设备研究也屡战告捷,坑探掘进技术和试验室选矿设备研究提交了多项有价值的科研成果。岩芯钻探从手把式低速钻机、大口径硬质合金和钢粒钻进,向液压式高速钻机、小口径金刚石钻进发展;工程地质和水文水井钻探设备,实现了多样化,钻进工艺日趋完善;坑探工程开始从手工作业向半机械化、机械化迈进。我国地质钻探和坑探工作从此朝着赶超世界先进水平的方向迈上了一个新台阶。

    钻探服务领域扩大,钻探技术向多领域、多工艺和科学化发展

    随着改革开放的逐步深入和国民经济的高速发展,我国钻探技术开始向多领域、多工艺和科学化发展。

    20世纪70年代前的钻探技术,主要用于地质找矿和地下资源开采,而进入80年代,则应用到工农业建设和国防建设的各个方面。比如:山东青岛海上柔杆电钻炸礁工程,西藏羊八井地热开采,广东珠江口番禹大桥基桩施工,北京、廊坊等地的定向穿越马路、建筑物的非开挖铺管工程施工,以及北京十三陵蓄能电站锚固工程施工等。

    根据市场急需,勘探所以《螺杆钻受控定向钻探技术》成果为依托,1991年开始了采卤对接井钻井技术研究,与湖南省地矿局、湘衡盐矿一起完成了两对对接井施工,到1995年末,共完成5对对接井,成功率达到100%。两井高精度直接对接成功,使我国水溶采矿技术进入了世界前列。盐业系统的老专家说:“这项技术开发成功,解决了我们几十年想解决而未解决的问题。”该技术的成功,不仅为盐业提供了一条低投入、高产出的途径,也为勘探所科研成果的转化提供了重要经验。

    80年代初,为了满足各种高层建筑、高速公路、桥梁等基桩工程施工的需要,勘探所率先在国内研制大口径工程施工装备与技术配套,研制了GJD工程钻机、CG型全套管施工设备、大口径无循环施工机具与技术,以及大口径桩检测仪,目前已经形成了系列成套设备、器具及配套工艺,其中大口径无循环钻探技术在青藏铁路建设施工中发挥了重要作用。

    1993年,勘探所针对广泛用于市政、电讯、电力、煤气、自来水、热力等管线施工工程的“定向钻进非开挖铺设地下管线技术”进行立项研究。1994年,第一条非开挖铺设的管道顺利完成。到1997年,勘探所自行研制成两种型号的非开挖钻具和器具,并用此设备完成了70多条管线铺设工程,包括穿越公路、铁路、首都机场飞机跑道和建筑物等,至目前已形成高效环保的GBS系列(5T-320T)钻机及配套施工技术体系。

    冲击回转钻探技术在硬岩钻进中具有较高钻进效率。勘探所是我国首个开展液动冲击回转钻探技术研究的单位,至今仍在坚持这项研究。勘探所最初研制成功的5个系列的液动潜孔锤,品种达20多个,几乎涵盖了全部钻孔口径。后续又开发出了更大口径的、嵌岩桩钻进用的ZC-800型液动潜孔锤。勘探所的这一成果在国外引起了广泛关注,吸引了日本、德国、英国、俄罗斯、澳大利亚、古巴、泰国、越南等国家的专家前来考察。德国、澳大利亚、加拿大等在钻探技术方面比较先进的公司先后从勘探所购置了液动锤。该成果在英国权威杂志的《地质钻探》1995年第5期一经发表,有10个国家的13家公司来电来信索取资料和要求报价购置。

    随着钻探技术服务领域的扩大,钻探工程面临的地质条件越复杂,施工难度也越大。如何提高钻探效率、保证质量、降低成本?勘探所根据生产需要及施工条件,将新技术、新方法进行配套,先后研发了小口径金刚石岩芯钻探、井底动力钻探、空气钻探、水力反循环钻探、大口径基桩孔施工等工艺。勘探所实施的原地质部“八五”攻关项目《中心取样地质钻探新技术》《液压顶驱式车装钻机》及《CD-3型岩芯钻机》,结束了我国钻探方法单一的局面,使我国钻探技术的整体水平有了较大幅度的提升。与此同时,勘探所还与各有关探矿机械厂共同合作,使常用钻探设备基本上实现了标准化、系列化和国产化。

    钻探技术迎来发展新机遇,科学钻探体系进一步丰富

    1999年,新一轮国土资源大调查开始实施。地质、矿产及资源勘查钻探技术的应用迎来新的发展机遇和更广阔的发展舞台。

    在地质大调查项目、科技部“863”项目和危机矿山专项项目的支持下,勘探所完成了2000米全液压岩芯钻机及配套设备的研究,并在山东乳山金青顶金矿区完成了终孔深度达2212.80米(Φ76毫米 N级口径)示范孔的工程施工,创造了国内H级绳索取芯钻进深度及岩芯钻探套管应用深度的两项最深纪录。用自主研发的XJY-850无缝合金钢管材制作的Φ73毫米、Φ89毫米绳索取芯钻杆,在示范孔施工期间未发生孔内钻杆事故,标志着我国2000米地质岩芯钻探技术体系已基本形成,同时也结束了我国2000米以深钻孔绳索取芯钻杆依靠进口的局面。

    全液压动力头钻机具有取芯钻进效率高和安全性高的特点,尤其在斜孔施工方面极其方便,可提高钻探质量。勘探所开发的YDX系列全液压岩芯钻机的所有功能均为液压驱动,操控精准便捷,与传统的立轴式钻机相比,取芯作业的效率及安全性大大增加,钻机采用模块化设计、先进的高转速动力头设计、负荷敏感控制液压系统等部件设计,提高了钻探工作效率,减轻了工人的体力劳动,提高了钻机工作可靠性。勘探所先后完成了300米、600米、1000米、1500米和2000米系列钻机的设计开发,并出口到澳大利亚、俄罗斯、吉尔吉斯斯坦、蒙古等国。

    在地调项目的支持下,勘探所研发的高精度定向对接中靶系统——“慧磁”系统,实现了地下导航高精度定向技术的重大突破,也使得我国成为继美国之后第二个拥有此项技术的国家。从2003年开始,勘探所与中国机械进出口总公司合作,实施了土耳其BEYPAZARI天然碱采集卤项目钻井工程,到2010年12月共完成了56口井的定向钻井,获得了土耳其业主公司的高度评价。通过土耳其天然碱工程的实施,勘探所实现了从两井对接连通到多井对接连通的技术跨越。

    2001年4月18日,受国内外地学专家高度关注的中国大陆科学钻探工程在江苏省东海县破土动工。该井井深达5158米,孔径256毫米。针对科钻工程中硬岩深井连续取芯钻进技术难题,勘探所完成了液动潜孔锤理论及工作原理的创新,攻克了液动潜孔锤零件设计、选材及加工方面的多项工程技术难题,配套开展了全面冲击回转钻进、绳索取芯钻进、液动潜孔锤跟管钻进、螺杆马达液动潜孔锤提钻取芯钻进及螺杆马达+液动潜孔锤+绳索取芯三合一钻进等配套工艺的研究,至2008年底基本完成了YZX系列液动潜孔锤及其配套工艺技术的研究与开发。科钻一井的统计数据表明,采用液动锤钻进施工,钻进效率提高54%,延长回次进尺178%,大幅度减少了施工周期、降低了施工成本,为科钻一井的顺利完成发挥了重要作用,并创造了单孔应用进尺和使用深度两项世界纪录,使我国的液动锤技术达到了国际领先水平。目前,YZX系列钻具已经成为国内外市场上实现规模化应用程度最高的产品,不断刷新的液动冲击回转钻进技术应用孔深和累计使用进尺等世界纪录,使我国在该领域的研究应用水平站在了世界之巅。

    2007年10月22日,勘探所承担的松辽盆地“松科一井”主井(北井)钻探工程顺利完钻。这口深达1810米的科学探井,以取芯钻进1630米、岩芯直径92毫米、岩芯采取率94.59%的技术成果,为中国乃至世界的环境地质科学研究提供了丰富详实的必要信息。该井在实施过程中,综合运用水源钻探设备、岩芯钻探技术与石油钻井技术,为在复杂沉积地层环境中进行低成本钻探探索了一条成功之路。2014年,勘探所又牵头组织实施了“松科二井”科学钻探工程,目前进展顺利。

    2008年至今,勘探所又以骨干成员单位参与了汶川地震断裂带科学钻探工程(WFSD)。期间,勘探所研制的深孔复杂地层取芯钻具和长半合管取芯技术,在提高高应力极破碎复杂地层的岩芯采取率、岩芯质量和复杂地层深部综合钻探效率等方面发挥了重要作用。其中,9米超长半合管的应用创世界纪录。

    大力推进科技创新,多项钻探技术领跑世界

    随着找矿突破战略行动、生态文明建设、国土资源“三深一土”科技战略的推进,中国地质调查工作更加聚焦国家重大需求和国土资源中心工作,更加关注重大资源环境问题和地球系统科学问题。勘探所按照中国地质调查局党组确立的建设世界一流新型地调局的目标,充分发挥科技创新的引领支撑作用,强力推进科技进步、人才成长和团队建设,自主研发了一批高精尖钻探技术设备,使我国在多个钻探领域领跑世界。

    勘探所承担的《2000米以内全液压地质岩芯钻探装备及关键器具》项目,针对我国地质岩芯钻探技术与装备落后的状况,对全液压岩芯钻机及地质岩芯钻探关键器具进行了全面技术攻关,先后研制了系列全液压岩芯钻机、高强度钻探管材和绳索取芯钻杆、高效液动锤、新型事故处理工具等关键技术装备,突破了严重制约我国地质勘探工作发展的技术瓶颈,从而建立起我国2000米以内地质岩芯钻探技术体系,也使得我国由全液压岩芯钻机、高性能绳索钻杆进口国一跃成为出口国。2015年,该项成果获得了国家科学技术进步二等奖。

    勘探所还自主研发了用于深部矿产资源勘查的3500米全液压岩芯钻探装备。该装备具有较高的机械化、自动化水平,配套高精度仪表及钻参系统,满足金刚石绳索取芯、冲击回转、定向钻进等深孔地质钻探工艺要求,既可用于深孔岩芯钻进,也可用于我国浅部石油勘探,以及新兴能源如煤层气、页岩气、干热岩等的勘探,既可以打丛式井,又可以钻进定向孔。目前,该钻机正在深部地质找矿和油气资源调查中发挥作用。此外,勘探所还研发了大型车载深井钻机、全回转套管钻机、反循环取样钻探装备、地质勘查深孔用高强度铝合金钻杆、轻便岩芯钻机、涡轮取芯钻进系统、大口径长钻程同径取芯技术等,填补了国内多项钻探领域的技术空白。

    钻探过程中,孔壁坍塌、掉块、溶洞、漏失等孔内事故时有发生。针对此种情况,勘探所开展了76毫米和96毫米规格的小口径地质钻探波纹管护壁技术研究,攻克了小口径膨胀波纹管成形技术、膨胀波纹管悬挂锚固技术和多根膨胀管对接技术等三大关键技术难题,填补了该技术领域的世界空白。该技术能有效解决深部地质钻探施工中的孔壁坍塌、掉块、溶洞、漏失等孔内事故,其处理效果相比传统泥浆调配、水泥造壁等更加可靠安全,同时简化了钻孔结构、优化套管级数,大大降低了钻探成本,被誉为21世纪国际钻探工程领域的核心技术之一、小口径钻孔的“血管支架”。该技术在广西、山东、甘肃、福州等地进行了现场应用,完成了地质岩芯钻探超深孔护壁、长距离连续护壁、页岩气孔护壁、大斜度钻孔等不同类型的护壁任务,单次护壁长达21米,护壁深度达到2000余米。

    自从2003年开始勘探所用自有技术在土耳其从事对接井工程,取得了土方业主的高度认可。鉴于勘探所与土耳其业主在工作中建立了良好的合作关系,2014年勘探所作为独立承包商签订了贝帕扎里天然碱矿钻井工程四、五期合同,共计145口井。2015年9月10日,由勘探所承担的土耳其卡赞天然碱地下工程开钻,标志着世界上最大规模的对接井水溶采集卤工程正式拉开序幕,该项目计划在2015年~2018年施工74个采卤水平井组,单井总数达222口。勘探所运用“慧磁”技术创造性地设计并实现了多井组的连通,真正使得地下“穿针引线”技术成为了现实;在施工中大胆创新,克服了地层结构复杂、地磁场异常、地层破碎严重等困难,积累了处理复杂问题的丰富经验。

    60年风雨路,勘探所人用聪明才智和心血汗水铸就了一座座功绩累累的丰碑。在前期研究成果的基础上,近些年来,勘探所取得了4项国际领先技术成果:高精度对接连通井技术、液动冲击回转钻探技术、大口径长筒取芯钻探技术与小口径膨胀波纹管护壁技术;1项国际先进钻探技术体系:2000米以内地质岩芯钻探技术体系;2项国内领先技术:3500米全液压地质岩芯钻机与车载全液压深井钻机;实施了4项科学钻探工程:牵头实施“松科二井”工程、承担“松科一井”主孔工程施工作业、为中国大陆科钻一井工程提供核心钻探技术、为汶川地震科学钻探工程提供极破碎地层取芯技术。

    步入新时代,继续为钻探技术装备研发贡献中国力量

    党的十九大召开,中国特色社会主义步入新时代。新时代,世界抱以新期待。

    步入新时代,勘探所将继续为钻探技术装备研发贡献中国力量:一是制定1.3万米科学超深井钻探技术方案。围绕国家实施科学超深井的需求,对实施我国超万米科学钻探工程的相关技术与装备研究开发提出了系统建议,形成一套满足1.3万米科学超深井的钻探技术方案,为我国入地计划的实施打下了基础,为超深井关键技术研究指明了方向。二是进行海域天然气水合物开采技术探索。针对海域天然气水合物开采面临的粉砂质地层低渗、松散无胶结等问题,综合应用水平井施工技术、多介质反循环钻探技术、定向对接连通井技术等,探索超大直径井眼扩径砂砾充填完井、水平井砂砾充填完井及对接井完井等技术,以实现增大产层接触面积、控制涌砂、抑制粉砂运移、举升排沙等目标,力争解决我国及世界海域天然气水合物开采的关键技术难题。三是拓展“慧磁”系统在地下热能开发的应用;“慧磁”系统为定向井提供关键技术保障,确保井组的平行,解决地热勘查开发关键技术难题,为最后热储层的压裂提供有利条件。四是拓展“慧磁”系统在矿山救援井的应用。勘探所创新提出了一套利用“慧磁”系统进行井下被困人员的定位和救援孔定向引导技术方案:在矿山井下预设磁信标装置,矿难发生后可由被困人员启动,磁信标可连续30天以上向外发射磁场信号,用于提示井下存活人员及所处位置,并精确引导地面救援孔钻入被困区域,提高救援效果和效率,为矿山抢险救援提供了一种高科技手段。

    六十载峥嵘岁月,笔墨春秋著华章;六十年风雨征程,薪火相传见精神。勘探所将在支撑服务国家重大需求和国土资源中心工作的大路上勇往直前,继续在高精尖勘探装备和技术领域的研发领先国内,力争实现部分技术与世界水平并跑或领跑。

    做新时代地质钻探装备与技术研发的领航者

    弈棋落子,首重布局。2016年11月8日,中国地质调查科技创新大会暨纪念中国地质调查百年学术研讨会召开,中国地质调查局确立了以科技创新改造、支撑和引领地质调查的总体布局,确定了到2050年地质科技创新发展的“三步走”战略目标。《中国地质调查局党组关于深化地质科技体制改革提升地质科技创新能力的指导意见》等20余个配套制度相继出台,地质科技创新政策措施不断完善。

    大政既定,三军疾进。2017年是中国地质调查事业走过第一个百年风雨历程、迈向第二个百年辉煌旅程的起始之年,也是中国地质调查局贯彻落实“三深一土”国土资源科技创新战略、建设世界一流新型地调局的开局之年。一年来,中国地质调查局上下一心,始终坚持瞄准国家重大需求、聚焦制约重大资源环境问题和地球系统科学问题解决的关键科技问题,促进科技创新与人才培养、团队建设相结合,与制度创新相结合,与科学普及相结合,与地质调查相结合,着力提升科技创新能力,一系列突破性成果受到全国乃至世界瞩目。

    无论是海域天然气水合物试采取得圆满成功,还是湖北宜昌鄂宜页1井钻获高产古老页岩气流;无论是全面支撑服务雄安新区规划建设,还是支撑服务赣南、乌蒙山定点扶贫;无论是地质调查综合信息服务平台“地质云1.0”正式上线服务,还是海洋地质八号、九号、十号下水形成“九船探海”的新格局;无论是西藏发现超大型铍锡钨稀有金属矿床,还是青海共和盆地钻获高温干热岩……一项项成果,显示出地质调查科技创新的强大动力。

    2017年1月9日,2016年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂召开,中国地质调查局参与的4个项目分获国家自然科学奖、国家科技进步奖和国际科学技术合作奖,囊括了国土资源系统本年度获奖的全部奖项,获奖数量创历史新高。10月23日,2017年度国土资源科学技术奖获奖成果揭晓,中国地质调查局参评的24项成果中有16项成果获奖,其中一等奖6项,占此次一等奖获奖项目的46%。以国家重大战略需求为导向,以解决国家能源、矿产、环境、灾害和基础地质问题为目标,地质科技创新的强大生命力正在不断彰显,“五问”“五不唯”的成果与人才评价标准得以印证。

    使命呼唤担当,使命引领未来。在科技创新的改造、支撑和引领下,中国地质调查事业正焕发出蓬勃生机,我国建设世界一流新型地质调查局的步伐正在加快,目标指日可待。

    新理论、新认识:引领能源、矿产、环境调查实现突破

    破梗阻、解难题,地质调查与科学研究深度融合,地质科技创新释放出的新动能和新活力不断迸发。

    站在历史的新起点,地质调查工作面临着前所未有的机遇和挑战。2017年,中国地质调查局聚焦“六大需求”,积极推进并实施“十大计划、60 个工程、300 多个项目”,并为每个计划、工程和项目都设立了科技创新目标。

    海域天然气水合物资源勘查工程自实施以来,把科技创新摆在核心位置,从天然气水合物形成的稳定条件、气体来源、气体运移、储集条件及其时空演化匹配五大要素出发,对天然气水合物成藏系统进行深入研究,揭示了南海北部大陆边缘天然气水合物成藏地质条件及控矿机制、异常特征及响应机理、富集特征及分布规律。在此基础上形成了南海北部陆坡天然气水合物成矿区带、成藏控制因素、成因模式以及动态成藏过程等重要理论成果,初步形成“高热流背景弧后盆地水合物成矿理论”,在天然气水合物资源勘查中发挥了重要指导作用,也为试采提供了重要的理论指导。

    在湖北宜昌,传统认为该地区古老地层生油生气早,难以成藏。作为久攻未克的南方复杂地质构造区,科研人员长期研究攻关,创新提出古隆起边缘斜坡带页岩气成藏新模式。据此部署的鄂宜页1井,不仅在地层形成于约5亿年前的寒武系水井沱组获得了高产页岩气流,而且首次在形成于约6亿年前震旦系陡山沱组发现页岩气藏,这是迄今全球发现的页岩气藏中最古老的地层。

    在贵州六盘水,由单一煤层目标层拓展为煤层、炭质泥岩、致密砂岩多个目标层,从而对整个煤系中的煤层气、页岩气和致密砂岩气开展煤系气综合调查的新思路,指引探获煤系气资源量达366亿立方米,比单纯的煤层气提高了6倍,并创下西南地区煤层气直井单井日产量新高。

    不断取得的新理论认识,为大型矿集区开辟了找矿新领域。在扎西康铅锌矿集区,“伸展热穹窿控岩,张扭性断裂控铅锌,压扭性断裂控金,剪切构造控制铍锡钨的规律”成矿新模型的提出,指引发现了厚大的矽卡岩型铍锡钨稀有金属矿体,揭示出西藏喜马拉雅成矿带除铅锌金锑等矿种外,还具有铍、锡、钨等稀有金属矿产的巨大找矿潜力。

    《1∶5万区域地质调查技术标准》《1∶5万矿产地质调查》《1∶5万水文地质调查技术标准》等3项技术规范的调整试行,从工作内容、工作方式、工作方法、成果表达、产品设计和质量保障六个方面修订了新标准,使地质调查的过程成为科学探索的过程,回归地质调查本来面貌。

    科技创新,不仅为能源资源矿产调查打开了新局面,而且为城市地质调查和环境地质调查提供了方向指引。

    城市地质调查被写入今年的政府工作报告,在当前新型城镇化建设和生态文明建设的新形势下,中国地质调查局瞄准空间、资源、环境、灾害开展多要素的城市地质调查试点示范。在党中央、国务院设立河北雄安新区的决定公布之后,中国地质调查局党组立足服务国家战略,将雄安新区作为开展城市地质调查的第一个试点地区。提出构建世界一流的透明雄安的目标,打造地热资源利用的全球样板,建成多要素城市地质调查示范基地,为雄安新区规划建设运行管理提供全过程地质解决方案。中国地质调查局组织11家直属单位和河北省地矿局所属10家单位,投入钻机203台、工程技术人员1700多人,经过近2个月努力,完成勘探钻孔516个、总进尺5.5万米、水土样品采集测试4万余件、综合物探测井近1万米,获取了90余万条数据。8月23日,中国地质调查局向雄安新区临移交了地质调查第一阶段成果。

    资源环境承载力调查通过近几年的探索研究,提出了资源环境承载协调发展理论——以自然资源环境禀赋条件的优劣确定社会经济发展目标。在这一理论指导下,开展了地质环境、地下水资源和矿产资源3个单要素全国试评价,选取河北省、安徽省,以及6个地级市和7个县(市)进行了试点评价,为优化区域功能定位、调整产业布局提供了依据。

    新技术、新装备:锻造向“三深”进军的利器

    善其事、利其器。在地质基础研究连获突破的同时,调查技术、勘探技术、信息技术创新也在日新月异,为地质调查工作向深地、深空、深海进军提供了重要利器。中国地质调查局将“三深一土”科技创新战略逐一分解,科学编制深地探测、深海探测、深空对地观测创新总体方案,并分别设立了地质调查工程,予以支撑。

    针对我国目前深部资源勘探技术装备对外依赖度高、关键技术受制于人的现状,国家“863”计划重大项目《深部矿产资源勘探技术》,以提高深部资源探测技术的深度、精度、分辨率和抗干扰能力为目标,目前已成功研制出具有自主知识产权的39台套仪器设备系统。这些仪器设备的问世,极大缩小了我国在资源勘查领域与国外的技术差距,初步实现了从“跟跑”到“并行”的技术跨越。

    在深部地球物理勘查技术方面,研发了适合矿区复杂条件下的深部找矿关键技术,开发了地下物探联合反演软件,攻克了低飞航磁技术地面干扰难题,创新金属矿地震探测技术,构建了有效的深部找矿技术方法组合。在深部钻探技术方面,集成研发了小口径深孔复杂地层钻探技术方法,有效解决了页岩气调查东塘1井和胶东李家金矿深部钻探技术难题。在深井观测技术方面,测温技术成功应用于我国干热岩深井原位测温示范,为我国矿产资源快速勘查与地质环境监测提供了新的技术手段。

    海域天然气水合物领域,实现了防砂、储层改造、钻完井、勘查、测试与模拟试验、环境监测六大技术体系20项关键技术的自主创新。一系列勘查开发理论、技术、工程和装备自主创新助推我国完成这一领域由“跟跑”到“领跑”的历史性跨越。

    深海探测领域,“海洋地质八号”“海洋地质九号”“海洋地质十号”顺利下水,共同组成了我国深海探测的立体技术体系,也标志着我国海洋地质、地球物理及钻探等综合海洋地质调查能力跻身世界前列。“海洋六号”初步建立了基于多波束回波探测技术、海底摄像技术和箱式取样技术的“面—线—点”三位一体结核资源探测技术体系,极大地提高了深海资源探测的效率和精度。我国自主研制的4500米级作业型深海遥控机器人“海马”号在西太平洋富钴结壳矿区创下首次搭载钻机作业、首次进行富钴结壳厚度在线声学原位探测等多项深海作业新纪录,使我国在该领域的技术水平迈入国际先进行列。

    航空物探与遥感技术,是重要的现代化地质矿产勘查技术。目前,在我国重要油气盆地和成矿区带,采用先进的航天—航空—地面立体化的调查新方法、新技术,快速高效地获取航空物探遥感信息,极大提高了探测精度、探测深度和探测效率。研发了国产卫星几何辐射校正和多源卫星协同处理等国产卫星快速处理技术,极大提高了国产卫星数据处理精度和效率,实现了国土资源卫星业务化运行。

    2017中国国际矿业大会期间,中国地质调查局向社会展示了我国航空地球物理测量专用无人机飞行平台。正在研制的物探专用彩虹-4无人机飞行平台预计将于2018年试飞,2019年正式投入使用。这标志着我国无人航空物探领域装备将更加成熟和完善。

    为提升深空对地观测能力,中国地质调查局还启动了光学卫星星座建设项目,5米光学卫星工程的三颗卫星已完成正样产品研制。

    日前,我国地质调查综合信息服务平台“地质云1.0”正式上线服务。这标志着我国地质调查工作模式转型升级,基础地质数据与产品向社会提供集中服务,开创了互联网+地质调查全新时代和地质信息共享服务全新局面。相比普通的国内行业云平台,“地质云1.0”的目标更为远大,计划2021年~2025年建设成为全球地球科学重要研究平台,业务管理和信息服务等信息化水平全面达到世界一流,智能调查水平世界领先,为全球提供地质信息服务。

    新合作、新任务:大科学计划为国际地学贡献中国力量

    看前沿、怀世界,地质调查合作领域不断扩大,内容更加务实。

    瞄准国际地质科技前沿,地球化学和岩溶地质科技创新方面取得了国际地学界认可的成就。推进国际大科学计划的实施,中国的地质科学家向全球发出了合作邀约,我国地质调查开始以大国的胸怀、宏伟的计划、开放共享的格局,谋划一个更具有开创意义的地质调查新时代。

    由中国地质调查局引领的“化学地球”国际大科学计划,积极构建双边和多边国际合作网络,获得了国内外300余名科学家的积极响应与支持,与俄罗斯、美国等29个国家签订了合作协议,完成老挝、伊朗全球地球化学基准测量122万平方千米,绘制了3200万平方千米27个元素全球地球化学基准图。

    由中国地质调查局提出实施的“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划进展顺利,取得了积极进展。比如,中国地质调查局岩溶地质研究所牵头的IGCP661项目《岩溶系统关键带过程、循环与可持续性全球对比研究》成功获批,形成了40余个国家、200多名科学家组成的国际研究团队,以岩溶关键带为研究对象,致力于研究岩溶关键带的结构、形成与演化,关键带过程与碳水钙循环,关键带功能及其演变与可持续利用等科学问题。此外,还获批开展《岩溶关键带物质能量循环过程及可持续性探究》《中南半岛五国水文与环境地质合作编图》《全球气候变化影响表层岩溶带水溶蚀能力国际对比》等地质调查及研究项目。

    而由中国地质调查局提出的针对青藏高原地学研究的国际大科学计划在我国尚属首次。目前,中国地质调查局正在积极筹建青藏高原国际地学研究中心,将瞄准青藏青藏高原大陆边缘增生—碰撞造山与成矿过程、青藏高原隆升机制及其资源环境效应、西南“三江”复合造山与陆内构造转换成矿系统、青藏高原能源资源调查与科学钻探、青藏高原及邻区地热资源调查评价及控热机理、青藏高原地表演化动力学过程与地质环境效应、特提斯构造域图件更新与信息化服务等七大研究方向,全面提升青藏高原地球科学研究水平。

    多国合作、互助的地质科学研究模式已经形成;全面、系统的世界地球科学大数据即将为我国及世界更多领域、更多学科提供可学习和借鉴的经验;超越国界、空间和时域维度的地质调查创新研究进入实施阶段。中国地质调查局的目标是向全球提供学习、融合、发展的平台,将继承与发展、历史与未来、中国与世界有机统一,建立具有战略意义的全球地质科学宏伟格局。

    新方向、新目标:以党的十九大精神为引领,以科技创新为驱动力,加快推进地质调查事业发展

    思深方益远,谋定而后动。

    党的十九大作出了中国特色社会主义进入新时代的战略判断,提出了坚持人与自然和谐共生等一系列重要论述,对“加快生态文明体制改革,建设美丽中国”进行了全面部署,这都为地质工作指明了方向,提出了要求。

    中国地质调查局党组在学习党的十九大精神会议上提出,要尽快把认识和行动统一到党的十九大精神上来,把智慧和力量凝聚到十九大确定的各项目标任务上来,为推动地质调查事业改革发展、加快建设世界一流的新型地质调查局作出新的更大贡献。

    党的十九大报告提出,加快生态文明体制改革、建设美丽中国。这正是新时代、新使命、新征程赋予科技工作者的新任务。深入学习、贯彻落实党的十九大精神,必须紧密依靠科技创新,全面推动地质调查工作战略性结构调整,夯实生态文明建设的地质支撑,推进绿色发展;加强页岩气、天然气水合物等清洁能源和石墨、锂等战略性新兴产业发展所需矿种的调查研究与评价,保障国家能源资源安全;着力解决突出的地质环境问题,加强对荒漠化、石漠化治理、湿地保护和恢复等方面的科学研究,积极参与大气、水、土壤污染防治“三大战役”;聚焦地球系统科学问题,为实施重要生态系统保护和修复重大工程提供科学依据,提高防灾减灾保障能力。这些都为地质科技创新指明了方向和目标。

    创新是引领发展的第一动力,是建设现代化经济体系的战略支撑。科技是国之利器,是一个国家、一个民族发展的重要力量。在新时代、新要求的指引下,中国地质调查局将不忘初心、牢记使命,服务国家、造福人民,始终坚持以精准服务国家重大需求和国土资源中心工作为导向,始终坚持“以科技创新改造、支撑和引领地质调查”, 继承和发扬“三光荣”传统和李四光精神,践行“责任、创新、合作、奉献、清廉”新时期地质工作者核心价值观,把科技创新作为破解重大资源环境问题和地球系统科学问题的主要动力,以更加坚实的步伐将地质科技创新的蓝图变成现实,加快建设世界一流的新型地质调查局,逐步推动我国成为世界地质科技强国!

    2016年11月,多国科学家代表签署“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划支持函。

    2017年2月28日,“海洋地质八号”“海洋地质九号”调查船在上海下水。

    2017年5月18日,我国首次海域天然气水合物试采在南海神狐海域实现连续8天稳定产气,标志着试采圆满成功。

    2017年7月,中国地质调查局宣布鄂宜页1井钻获高产古老页岩气流。图为专家们在鄂宜页1井进行考察。

    2017年8月23日,中国地调局向雄安新区移交地质调查第一阶段地质调查成果。

     

     

    地质科技创新这一年

     

    7月7日,国土资源部中国地质调查局在湖北宜昌鄂宜页1井页岩气调查重大突破成果研讨会上透露,中国地质调查局部署实施的鄂宜页1井,在地层形成于约5亿年前的寒武系水井沱组,获得了6.02万立方米/日、无阻流量12.38万立方米/日的高产页岩气流,并首次在形成于约6亿年前震旦系陡山沱组发现页岩气藏——迄今全球发现的最古老地层中的页岩气藏。

    这是世界页岩气勘查史上的一个重大突破——在排液仅40分钟,鄂宜页1井就形成高产气流并点火成功。鄂宜页1井,成为我国中扬子地区首次获得页岩气工业气流的参数井,也是迄今世界上在最古老地层中获得页岩气重大发现的参数井。鄂宜页1井,还标志着我国南方老地层的页岩气勘查在中部率先实现了突破。

     

     

    长江经济带主要油气、页岩气田分布示意图

     

    鄂宜页1井压裂施工现场技术研讨

     

    ①半个世纪的梦想终成真 

    “鄂宜页1井的突破,圆了中国地质人半个多世纪的梦想。”中国地质调查局武汉地调中心主任姚华舟说完,介绍了地质人在南方寻找油气资源的艰辛历程。

    在地质学中,与华北板块相对应的南方大陆叫扬子板块。其中,四川盆地以东的渝东、湖北、湖南及江西的一部分被称为中扬子。新中国成立后,华北板块上的油气勘探突破接踵而至,可扬子板块除了在上扬子的四川盆地内部找到普光、元坝、安岳气田,在四川盆地周缘的川东及川南地区获得页岩气突破外,中、下扬子一直没有大的发现。

    怀着找油找气的梦想,自1958年开始,地质人年复一年在中扬子地区深耕细作。但无奈这里地质条件太复杂,总的成藏条件不是太好,油气勘探一直没有大的进展。

    “有人形象地把中扬子地区比喻为摔在地上还踹了一脚的玻璃块。”中国地质调查局李四光学者、武汉地调中心油气资源室主任陈孝红说,“中扬子虽然被人们视为一个完整的板块,但其实是被秦岭—大别造山带与江南—雪峰造山带挤成的碎玻璃块。”

    “尽管如此,地质人始终没有放弃在中扬子寻找油气资源的梦想。”姚华舟说,在经过半个多世纪的艰苦探索后,地质人对中扬子地区海相层系成藏条件、盆地的构造演化、构造圈闭类型等形成了一系列新认识,认识到黄陵基底等对于区域构造格架的稳定作用。特别是在油气调查类型上,实现了由单一找常规油气向常规油气与非常规油气并重的转变,从而在鄂宜页1井实现了页岩气勘探的重大突破,圆了地质人半个多世纪以来的梦想。

    ②变顺藤摸瓜为寻根究底 

    谈到突破,武汉地调中心鄂宜页1井项目部的刘安、张保民、罗胜元、李海、张国涛、危凯、曾雄伟、李培军等一帮年轻人说,关键就是找矿思路由原来的顺藤摸瓜变为现在的寻根究底。

    他们介绍说,常规油气找矿理论可概括为生、储、盖、移4个字,即确定油气生成地层后,再找油气的运移通道和有良好盖层的储存空间。而页岩气则属于生成后原地保存的天然气,不用考虑运移通道因素。

    依据这一原理,武汉地调中心在一开始就形成了独具特色的页岩气勘查模式,即在勘查团队组建上,选择与油气资源生成密切相关的地层古生物研究室为主体,再根据工作需要不断引进和补充油气地质研究人员;在研究思路上,坚持从基础地质调查做起,以坚实的地质调查为基础,从一大堆碎玻璃片中找出相对较大的碎玻璃块。

    “这个勘查模式更显示了生物生油理论与勘查单位优势学科有机融合的魅力。”姚华舟说。

    原来,武汉地调中心自1962年成立后,一直以中扬子地区地层、沉积、构造等基础地质研究为主,以宜昌黄花场“金钉子”剖面、关岭生物群等为代表的地层古生物研究更是在全球享有盛誉。页岩气赋存在富有机质页岩中,而页岩往往富含生物化石,是地层古生物学家的重要研究对象。这些因素无缝对接,为中扬子页岩气勘查新模式的形成创造了条件。

    从2007年开始,武汉地调中心承担的《雪峰山西侧地区海相油气地质调查》《中南地区非常规油气形成地质背景与富集条件综合研究》《中南地区页岩气调查评价》《中扬子地区页岩气基础地质调查》等油气、页岩气研究项目硕果频出,和页岩气相关的新认识也逐渐清晰:宜昌地区在寒武纪早期处于台棚过渡相带,富有机质页岩的厚度较大,往往能达到数十米至上百米,页岩富含有机质,生烃条件好;宜昌地区发育古老的结晶基底,在印支期以来的构造运动中相对稳定,地表地质调查和地震剖面解释断裂不发育,页岩气保存条件好;宜昌黄陵古隆起属于继承性古隆起,长期隆起致使寒武系水井沱组页岩的热演化程度相对较低,页岩气形成的时间晚,气体逸散时间相对坳陷区短,有利于页岩气富集;宜昌地区大面积寒武系水井沱组、志留系龙马溪组页岩埋深在1000~3500米,地层倾角一般在10°以下,有利于部署页岩气地质井和参数井……

    对这些专业表述,陈孝红用3个比喻进行了解释:宜昌是华南的“根”,基底是30多亿年前的太古代地层;宜昌是生命的“源”,是华南最早的海底多细胞生物分布区,为油气成藏提供了丰富的物质来源;宜昌是恐龙的“家”,侏罗纪和白垩纪地层为油气的保存盖上了厚厚的被子。

    “良好的刚性基底、完整的沉积盖层、丰富的烃源岩,使宜昌成为油气成藏的有利地区。”陈孝红说。

    在这些新认识指导下,新的勘查模式率先在宜昌开花结果。2015年,武汉地调中心在宜昌点军区车溪和远安县石桥部署了两口页岩气调查井,在中扬子地区寒武纪、志留纪系地层进行页岩气调查。

    2016年4月28日,鄂宜页1井正式施工,开启了宜昌地区寒武系页岩气的系统评价。2017年1月22日,在鄂宜页1井评价基础实施侧钻水平井,4月13日进入压裂试气阶段,5月11日,压裂液返排开始。

    “排液40分钟时,监测人员抱着试试看的心态将火种伸向排液口,没想到一下就腾起近1米高的火焰。”承担压裂任务的中石化江汉油田页岩气开采服务公司总经理袁发勇说,而且这还是在气液尚未分离、排液孔口径10毫米的情况下实现的。

    ③创新助推梦想启航 

    “鄂宜页1井创造了我国页岩气勘查的多个第一。”中国地质调查局油气咨询专家乔德武兴奋地告诉记者:“第一次在复杂构造区的寒武系老地层中找到高产页岩气工业气流、第一次在中扬子地区采用水平井压裂、第一次在中扬子地区使用国产桥塞……”

    “能实现这么多第一,还在于我们贯彻了分工合作、有机整合、成果共享的市场化条件下科技创新机制。”武汉地调中心副主任张旺驰说,这也可以看作是新的勘查模式的一大特色或内容。

    在项目实施过程中,武汉地调中心在坚持地质理论、认识创新的同时,还同工程施工单位一起深入研究工程施工中技术工艺的创新。如在直井施工中,武汉地调中心地质人员与核工业216大队技术人员一起,通过技术工艺创新解决了施工中遇到岩性复杂井斜控制难、高演化页岩解气精度不高等难题,使完钻后的鄂宜页1井井眼直,固井质量好,目地层定位准确,为水平井准确入靶和完井作业奠定了良好的基础。

    “特别值得称道的是江汉油田页岩气开采服务公司。他们宁可自己经济上吃亏也坚持为地质服务。”张旺驰介绍说,在水平井施工前,页服公司技术人员研究主压裂层的剖面图后发现,页岩层呈北东—南西向以8~10 度的倾角展布,若水平井向北东方向施工,压裂后排放压裂液时就有一定的势能可以利用,既不用再上工程手段增加排液费用,还会节约排液时间降低总体费用。但当地质人员提出下倾角下方的页岩层赋气性更好时,总经理袁发勇当即表示:“朝最好的页岩层打钻,排液不畅就上手段!只要能打出高产气流,我们亏的钱就当是对中扬子油气大突破的贡献!”

    地质与设计施工单位融合创新,带来了一系列对中扬子板块油气勘探突破具有现实借鉴意义的成果:

    创新地质与工程联合攻关的地调项目工作新模式。坚持以实现产能最大化的地质目标为导向,地质设计与工程施工一体化;强调钻完井工程的目标整体化下各个施工环节工作目标责任制以及无缝对接管理。制定了工程设计和施工过程考核与最终地质目标相结合双重目标责任制考核方法。建立了以地质目标引导过程考核,以过程严格考核促进地质目标实现的目标责任制考核管理方式。

    创新低勘探程度地质工程一体化技术。提出了低勘探程度复杂构造条件下“精细描述—技术研究—工程设计—组织实施—综合评价”地质工程一体化技术,集多学科气藏研究、全方位项目管理及钻完井设计施工于一体,攻关形成了适应寒武系页岩储层特征的钻完井一体化工程技术系列。

    创新构造复杂区低勘探程度定录导一体化技术。提出了低勘探程度构造复杂区分段分级控制、井震剖面对比—计算—预测—调整地质导向方法,优化设计了变曲率渐增式五段制井眼轨道,优选出精准导向钻具组合和钻进参数,创建了定向+录井+地质导向联合工作模式,形成了构造复杂区低勘探程度定录导一体化技术。

    创新复杂地质条件下高位垂比长水平段井壁稳定技术。研制了低温乳化剂、润湿反转剂、降滤失剂,自主研发了低温防垮塌油基钻井液体系,创新提出了全过程井壁稳定预控模式,形成了复杂地质条件下高位垂比长水平段井壁稳定技术,解决了寒武系页岩层长水平段水化失稳难题。

    创新常压低温高钙质高应力差页岩储层改造技术。在国内率先提出了常压低温高钙质高应力差页岩储层“主缝+复杂裂缝”改造思路,评价分析了寒武系常压低温页岩储层“六性”特征及其改造效果影响因素,建立了寒武系常压低温页岩储层复杂缝网评价方法及模型,优化了支撑剂组合方式、射孔方式、泵注程序等施工工艺。

    创新低温低伤害页岩气压裂液体系。研制了低温破胶剂、减阻剂、稠化剂、助排剂,自主研发了低温低伤害FLICK滑溜水和低温低伤害LOMO胶液体系,有效提高了常压储层压裂液返排率,减少了储层伤害,打破了国外技术垄断。

    鄂宜页1井的突破,增添了企业在中扬子的油气勘探信心。现在,中石油已在相邻区块内完成300平方公里的三维地震,并已部署一口评价井;中石化则拟直接利用尚在压裂试气中的鄂宜页2井的资料和经验,在进行充分准备后直接进入开发。

    ④为了梦想衣带渐宽终不悔 

    “鄂宜页1井的突破,离不开项目组全体人员付出的泪水、汗水和心血。”武汉地调中心党委书记胡茂焱动情地说,“为了找到扬子板块油气资源勘探的突破点,为全面突破提供科学理论和实践经验,项目组的同志只得将对家人的愧疚深压在心底。他们无愧于中国地质人的称号!”

    这个团队在陈孝红、王传尚的带领下,用一个个创新性成果回报了家人对自己的支持与理解:

    以这一项目为平台,陈孝红修订了宜昌地区寒武纪、志留纪地层格架,建立了宜昌地区寒武纪镶边碳酸盐台地边缘沉积相模式和志留纪前陆盆地沉积相模式,发现了寒武系、奥陶系甲烷渗漏证据以及古地理、古环境和古气候变化及其对页岩气储层的制约关系,为页岩气有利区优选、井位部署提出了科学依据。

    王传尚提出了宜昌地区页岩气具备多层系立体勘探潜力的认识,为页岩气参数井的部署提供了依据。

    刘安通过项目实施查明了寒武系页岩气地质条件,获得了含气性参数,圈出了远景区。通过古流体研究,分析了中扬子重要圈闭构造的油气保存条件,明确了宜昌地区古流体演化过程与页岩气富集的关系。

    张保民通过深入研究,精细刻画了宜昌斜坡带寒武系富有机质页岩的发育层位,明确了页岩的古地理分布特点,结合二维地震资料的分析解释,深化了宜昌斜坡带地层、构造以及古地理的认识,圈定了宜昌地区寒武系页岩气有利区。

    张国涛在全面收集、整理和分析中扬子地区震旦系和下古生界页岩有机地球化学特征后,编制了中扬子地区震旦系和下古生界各页岩的厚度、有机碳含量、成熟度等有机地化参数等值线图,圈定了中扬子页岩气远景区。

    罗胜元通过对中扬子复杂构造区页岩气形成富集机理的系统研究,提出宜昌斜坡区所处的黄陵古隆起对页岩气的形成和聚集有优越控制作用,是寒武系页岩气有利勘探区的认识……

    路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。项目组成员表示,今后,他们将继续发扬拼搏、奉献、创新的精神,为实现中扬子油气资源的全面突破继续努力。

    中扬子油气梦想扬帆起航

    地下水污染源信息追踪是地下水污染调查研究的重要环节。准确掌握地下水污染源信息是实现污染物运移过程模拟、预测和制定科学合理修复方案的基础。然而,地下水污染具有隐蔽性、长期性和滞后性的特点,污染的发现往往集中在下游地区,但对上游污染物的释放和迁移过程机理尚不明晰,亦缺乏精准、高效的反演刻画方法。

    针对上述问题,中国地质调查局南京地质调查中心流域资源与环境演化研究团队进行了地下水污染源和污染场地的联合精细刻画技术攻关。团队基于数据同化技术,耦合地下水流、溶质运移和地球物理三类数值模型,将物探和传统水文地质观测数据相融合,实现了水文地质参数与地下水污染物释放过程的联合反演,为地下水污染调查研究提供了新的技术思路和方案。相关研究成果发表于国际水文地质学顶级学术期刊《Advances in Water Resources》(Q1,IF:4.7)。

     

    图1 不同电极布设方案下地下水污染物释放过程反演结果示意图

     

    图2 污染场地水文地质参数反演结果示意图

    南京地调中心在地下水污染精细刻画研究方向取得新进...

    青岛海洋地质研究所科研人员在冲绳海槽末次冰盛期以来冷泉活动触发因素方面研究取得进展。近日,该研究成果在国际顶级地球物理期刊《Geophysical Research Letters》上发表。

    冷泉是富含甲烷的流体通过沉积物向上运移形成的海底地质系统,构成了全球碳循环中自岩石圈向海洋碳迁移的重要组成部分。过去冷泉活动被记录在海底附近的自生碳酸盐岩结壳中,该地质档案是研究过去冷泉活动和天然气水合物分解之间联系的重要载体。过去研究中,底层水变暖引起的天然气水合物分解大多发生在海平面高位体系域时期,但在末次冰盛期之后相对海平面明显上升的时期较少。

    针对上述问题,该研究使用冲绳海槽中北段的冷泉碳酸盐岩样本,开展了岩石学、矿物学、碳氧锶同位素和铀系测年分析。结果表明,一是氧同位素存在异常高值,说明与天然气水合物分解直接相关;二是冷泉碳酸盐岩从海底向下方生长;三是天然气水合物分解导致甲烷渗漏的时期为14ka年至6ka。研究对全球不同海域沉积物热传导导致的时间滞后进行了量化分析。结果表明,冲绳海槽时间滞后数值可能是最小的,冷泉碳酸盐岩年龄更接近于底层水变暖时期。因此,该研究更好地支持了冰期-间冰期转换的环境变化能够影响陆架边缘天然气水合物稳定性这一科学假说。

     

    末次冰盛期以来冲绳海槽中北段冷泉碳酸盐岩生长模式

    青岛海洋所在海底冷泉活动触发因素研究方面取得新进...

    日前,中国地质调查局青岛海洋地质研究所高茂生研究员团队主编的《中国海岸带地下水特征与实践》专著由中国地质大学出版社正式出版发行。该书是首部关于我国海岸带地下水调查、监测、特征分析及应用实践等综合研究类著作。

    本书是依托国家重点研发计划、国家海洋地质保障工程、科技基础性工作专项以及国家自然科学基金等项目,围绕海陆交互作用下海岸带地下水流系统多期性和复杂性特点,对我国海岸带地下水的分布、动态、水化学、演化特征及规律变化等进行了系统阐述,对以辽东湾、渤海湾、莱州湾、黄海沿岸、长三角及杭州湾以南典型海岸带地下水特征进行了梳理和剖析,详细介绍了我国海岸带地下水流系统、地下水变密度流和溶质运移、地下水沉积环境、典型海岸带地下水动态监测、海(咸)水入侵特征、海底地下水排泄特征、海岸带地下咸(卤)水分布及演化特征、海岸带地下水资源利用及控制等研究内容。

    该专著是青岛海洋所海岸带地下水研究项目组三十多年来在海岸带水文地质、近海沉积环境、地下水系统演化等方面最新科研成果的系统总结,提供了大量翔实的数据资料与实践案例,形成了有关海岸带地下咸(卤)水形成演化机制等原创性基础理论和技术成果,对海岸带地下水学科发展有重要推动作用,对我国海岸带地下水资源管理和近海生态环境保护修复具有重要的指导意义。

     

    《中国海岸带地下水特征与实践》出版发行
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