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        瞄準世界科技前沿:“冰火”勘查詮釋中國地質速度

        更新時間: 2018-12-22 15:26:23  查看次數: 841    

        近日,俗稱“可燃冰”的天然氣水合物成功獲批為中國第173個礦種。這雖然是業界和公眾意料之中的事,但還是引起了廣泛關注和熱烈討論,人們由此預見,可燃冰作為一種戰略性綠色能源,在中國獲得了相應的法律地位,必將在勘查和開發利用方面迎來新的發展機遇。

        可燃冰被譽為“未來能源、潔凈能源和21世紀能源”,這一方面在于其有能量密度極高、非常潔凈等特質,另一方面在于其分布范圍廣、資源量巨大,可以為人類提供持久能源支持。對于環境資源壓力巨大的中國來說,可燃冰更是承載著變革能源結構、實現綠色可持續發展的夢想。20多年來,中國科技工作者不懈努力、忘我奮斗,不僅系統提出了被實踐證明正確的可燃冰成藏理論,而且形成了具有國際先進水平的可燃冰資源綜合勘查高新技術體系,為可燃冰的開發和利用奠定了堅實基礎。

        中國儲量家底知多少

        在標準狀況下,1立方米可燃冰可釋放出164立方米天然氣和0.8立方米的水,能量密度是天然氣的2-5倍、是煤的10倍。這是人們對神奇的“冰火”津津樂道的主要原因之一。這樣一種能量密度極高的物質,在地球上儲量非常豐富。國土資源部天然氣水合物重點實驗室總工程師劉昌嶺研究員介紹說,如果把全球可燃冰的儲量折算為有機碳資源,其有機碳占總量的比例超過53%,而煤、石油、天然氣三者有機碳之和僅占26.6%,也就是說,前者是后三者之和的約2倍。國際上廣泛引用的可燃冰儲量數據來自美國科學家科溫沃登,他預測全球儲量為21萬億噸油當量,與美國能源部2011年發布的數據大致相當。

        具體到中國,可燃冰的儲量如何呢?中國地質調查局副局長王昆給出了一個數字:約800億噸油當量。他強調,這是根據天然氣水合物資源類型及賦存狀態,結合地質條件對中國海域可燃冰源量的初步預測量。凍土區是陸域可燃冰的可能成礦區,而中國是世界上第三凍土大國,凍土區總面積達215萬平方公里,具備良好的可燃冰賦存條件和資源前景。據科學家初略估算,陸域可燃冰遠景資源量至少有350億噸油當量。王昆介紹,總體上看,中國可燃冰分布廣、類型多、儲量非常豐富。目前,已在南海發現兩個超千億立方米的礦藏,圈定11個成礦遠景區、25個有利區塊。

        四個勘查階段迎頭趕上

        與一些國家從上世紀70年代就投入可燃冰勘查研究相比,中國在可燃冰資源調查研究方面起步無疑是較晚的。據劉昌嶺介紹,如果從1995年原地質礦產部設立可燃冰調研項目開始算起,不過20多年,而這20多年又可以分為四個階段。

        一是預研階段。主要開展對國外調查研究情況的調研跟蹤、文獻整理等工作。這個階段有兩個標志性年份。1995年,“西太平洋水合物找礦前景與方法的調研”“中國海域水合物勘測研究調研”等項目設立,中國地質科學院礦產資源研究所和廣州海洋地質調查局等機構參與其中,對水合物在世界各大洋中的形成、分布等方面進行了初步研究,明確指出了中國近海海域具有水合物成藏條件和資源遠景。1998年,國家“863”計劃支持下,“海底水合物資源探查的關鍵技術”前沿性課題研究順利啟動。此外,中科院蘭州凍土研究所開展了實驗室合成天然氣水合物研究,并通過書籍翻譯將外國可燃冰領域研究進展系統介紹進來。

        二是前期調查階段。1999年,國土資源部啟動了“西沙海槽區天然氣水合物調查與評價”項目,首次在該區域發現了可燃冰存在的重要標志。在東沙群島南部和臺灣西南等海域,調查團隊也發現了蘊藏可燃冰的證據和標志,并綜合利用多種海底調查手段,包括海底取樣和攝像等,對這些證據和標志進行了研究分析,初步確認了可燃冰的存在。

        三是專項調查階段。此階段從2002年持續到2010年,參與調查的眾多科研院所和大學與中石油、中石化等歷時8年,實施了與可燃冰相關的4個專項,優選了南海的數個海域,開展了可燃冰調查與評價,并獲得了可燃冰實物樣品,取得了重大突破。與此同時,中國陸域可燃冰調查也在大力推進,初步結果顯示,祁連山和漠河盆地等凍土地區具備較好可燃冰成礦條件和找礦前景。

        四是“127”工程國家專項階段。2011年,“127”工程天然氣水合物專項設立,按照“海路并舉,先易后難”的思路,加強對南海、東海等海域和陸域凍土區的調查研究,查明中國海陸可燃冰家底,并為進一步開展資源評價和開發做好準備。上述專項實施的目標之一是實施趕超戰略,使中國可燃冰勘查等技術與國際先進國家同步,為商業開發打好基礎。

        推進理論和技術裝備創新

        四個階段,22年努力,中國不僅摸清了可燃冰家底,而且實現了一系列勘查理論和勘查技術、裝備的創新。實際上,注重創新的引領作用,把地質調查過程變成科技創新的過程,全面提升科技創新解決資源環境基礎地質問題的能力,也是中國地質領域工作的指導思想。

        中國地質調查局基礎調查部副主任邱海峻指出,根據國際上的研究,可燃冰在全球主要分布有兩類地區:一類是水深300米—3000米的海底,在海底以下0米—1500米的沉積物中產出;另一類是陸上凍土區。成功進行可燃冰勘查,光靠上述大體模糊的判斷顯然是不夠的,必須摸索出適合中國海域和陸域地質特征的探測理論和方式。

        劉昌嶺指出,中國科學家根據可燃冰成礦原因,創新性提出“滲漏型可燃冰”概念,并將可燃冰劃分為“擴散型”和“滲漏型”等幾種,總結出各自的特點,指出它們在南海北部具有密切的成藏關系,具備形成的地質條件,并揭示出該地區形成了南北成帶狀的可燃冰富集規律。

        工欲善其事,必先利其器??扇急辈殡x不開先進的裝備,而4500米級深海遙控潛水器海馬號就是中國可燃冰勘查的一大利器。它歷時6年研發而成,實現了一批關鍵技術突破,包括本體結構、浮力材料、液壓動力和推進、作業機械手和工具、觀通導航、控制軟硬件、升沉補償裝置等,是中國迄今為止自主研發的下潛深度最大、國產化率最高的無人遙控潛水器系統。該潛水器研發成功后迅速轉化為應用,在南海北部陸坡發現了海底活動性“冷泉”,實現了南海天然氣水合物資源調查領域的突破性進展。

        在可燃冰勘查過程中,中國科學家摸索出一套成熟的調查技術和特效探測技術。劉昌嶺舉例說,針對可燃冰賦存的相關地貌、沉積礦物等,勘查人員集成了一套可燃冰綜合探測系統,綜合“地質、地球物理、地球化學”等調查手段,該技術已成為服務海域可燃冰常規勘探的主打技術。

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