“冰火”勘查詮釋中國(guó)地質(zhì)速度(“瞄準(zhǔn)世界科技前沿”之能源科技⑥)

勘查團(tuán)隊(duì)在祁連山南緣鉆探發(fā)現(xiàn)“可燃冰”。冀 業(yè)攝(資料圖片)

近日，俗稱“可燃冰”的天然氣水合物成功獲批為中國(guó)第173個(gè)礦種。這雖然是業(yè)界和公眾意料之中的事，但還是引起了廣泛關(guān)注和熱烈討論，人們由此預(yù)見，可燃冰作為一種戰(zhàn)略性綠色能源，在中國(guó)獲得了相應(yīng)的法律地位，必將在勘查和開發(fā)利用方面迎來新的發(fā)展機(jī)遇。

可燃冰被譽(yù)為“未來能源、潔凈能源和21世紀(jì)能源”，這一方面在于其有能量密度極高、非常潔凈等特質(zhì)，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(duì)于環(huán)境資源壓力巨大的中國(guó)來說，可燃冰更是承載著變革能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的夢(mèng)想。20多年來，中國(guó)科技工作者不懈努力、忘我奮斗，不僅系統(tǒng)提出了被實(shí)踐證明正確的可燃冰成藏理論，而且形成了具有國(guó)際先進(jìn)水平的可燃冰資源綜合勘查高新技術(shù)體系，為可燃冰的開發(fā)和利用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

中國(guó)儲(chǔ)量家底知多少

在標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(zhì)，在地球上儲(chǔ)量非常豐富。國(guó)土資源部天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室總工程師劉昌嶺研究員介紹說，如果把全球可燃冰的儲(chǔ)量折算為有機(jī)碳資源，其有機(jī)碳占總量的比例超過53%，而煤、石油、天然氣三者有機(jī)碳之和僅占26.6%，也就是說，前者是后三者之和的約2倍。國(guó)際上廣泛引用的可燃冰儲(chǔ)量數(shù)據(jù)來自美國(guó)科學(xué)家科溫沃登，他預(yù)測(cè)全球儲(chǔ)量為21萬億噸油當(dāng)量，與美國(guó)能源部2011年發(fā)布的數(shù)據(jù)大致相當(dāng)。

具體到中國(guó)，可燃冰的儲(chǔ)量如何呢？中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局副局長(zhǎng)王昆給出了一個(gè)數(shù)字：約800億噸油當(dāng)量。他強(qiáng)調(diào)，這是根據(jù)天然氣水合物資源類型及賦存狀態(tài)，結(jié)合地質(zhì)條件對(duì)中國(guó)海域可燃冰源量的初步預(yù)測(cè)量。凍土區(qū)是陸域可燃冰的可能成礦區(qū)，而中國(guó)是世界上第三凍土大國(guó)，凍土區(qū)總面積達(dá)215萬平方公里，具備良好的可燃冰賦存條件和資源前景。據(jù)科學(xué)家初略估算，陸域可燃冰遠(yuǎn)景資源量至少有350億噸油當(dāng)量。王昆介紹，總體上看，中國(guó)可燃冰分布廣、類型多、儲(chǔ)量非常豐富。目前，已在南海發(fā)現(xiàn)兩個(gè)超千億立方米的礦藏，圈定11個(gè)成礦遠(yuǎn)景區(qū)、25個(gè)有利區(qū)塊。

中國(guó)可燃冰勘查利器——海馬號(hào)無人潛水器 新華社發(fā)

四個(gè)勘查階段迎頭趕上

與一些國(guó)家從上世紀(jì)70年代就投入可燃冰勘查研究相比，中國(guó)在可燃冰資源調(diào)查研究方面起步無疑是較晚的。據(jù)劉昌嶺介紹，如果從1995年原地質(zhì)礦產(chǎn)部設(shè)立可燃冰調(diào)研項(xiàng)目開始算起，不過20多年，而這20多年又可以分為四個(gè)階段。

一是預(yù)研階段。主要開展對(duì)國(guó)外調(diào)查研究情況的調(diào)研跟蹤、文獻(xiàn)整理等工作。這個(gè)階段有兩個(gè)標(biāo)志性年份。1995年，“西太平洋水合物找礦前景與方法的調(diào)研”“中國(guó)海域水合物勘測(cè)研究調(diào)研”等項(xiàng)目設(shè)立，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所和廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局等機(jī)構(gòu)參與其中，對(duì)水合物在世界各大洋中的形成、分布等方面進(jìn)行了初步研究，明確指出了中國(guó)近海海域具有水合物成藏條件和資源遠(yuǎn)景。1998年，在國(guó)家“863”計(jì)劃支持下，“海底水合物資源探查的關(guān)鍵技術(shù)”前沿性課題研究順利啟動(dòng)。此外，中科院蘭州凍土研究所開展了實(shí)驗(yàn)室合成天然氣水合物研究，并通過書籍翻譯將外國(guó)可燃冰領(lǐng)域研究進(jìn)展系統(tǒng)介紹進(jìn)來。

二是前期調(diào)查階段。1999年，國(guó)土資源部啟動(dòng)了“西沙海槽區(qū)天然氣水合物調(diào)查與評(píng)價(jià)”項(xiàng)目，首次在該區(qū)域發(fā)現(xiàn)了可燃冰存在的重要標(biāo)志。在東沙群島南部和臺(tái)灣西南等海域，調(diào)查團(tuán)隊(duì)也發(fā)現(xiàn)了蘊(yùn)藏可燃冰的證據(jù)和標(biāo)志，并綜合利用多種海底調(diào)查手段，包括海底取樣和攝像等，對(duì)這些證據(jù)和標(biāo)志進(jìn)行了研究分析，初步確認(rèn)了可燃冰的存在。

三是專項(xiàng)調(diào)查階段。此階段從2002年持續(xù)到2010年，參與調(diào)查的眾多科研院所和大學(xué)與中石油、中石化等歷時(shí)8年，實(shí)施了與可燃冰相關(guān)的4個(gè)專項(xiàng)，優(yōu)選了南海的數(shù)個(gè)海域，開展了可燃冰調(diào)查與評(píng)價(jià)，并獲得了可燃冰實(shí)物樣品，取得了重大突破。與此同時(shí)，中國(guó)陸域可燃冰調(diào)查也在大力推進(jìn)，初步結(jié)果顯示，祁連山和漠河盆地等凍土地區(qū)具備較好可燃冰成礦條件和找礦前景。

四是“127”工程國(guó)家專項(xiàng)階段。2011年，“127”工程天然氣水合物專項(xiàng)設(shè)立，按照“海路并舉，先易后難”的思路，加強(qiáng)對(duì)南海、東海等海域和陸域凍土區(qū)的調(diào)查研究，查明中國(guó)海陸可燃冰家底，并為進(jìn)一步開展資源評(píng)價(jià)和開發(fā)做好準(zhǔn)備。上述專項(xiàng)實(shí)施的目標(biāo)之一是實(shí)施趕超戰(zhàn)略，使中國(guó)可燃冰勘查等技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)國(guó)家同步，為商業(yè)開發(fā)打好基礎(chǔ)。

推進(jìn)理論和技術(shù)裝備創(chuàng)新

四個(gè)階段，22年努力，中國(guó)不僅摸清了可燃冰家底，而且實(shí)現(xiàn)了一系列勘查理論和勘查技術(shù)、裝備的創(chuàng)新。實(shí)際上，注重創(chuàng)新的引領(lǐng)作用，把地質(zhì)調(diào)查過程變成科技創(chuàng)新的過程，全面提升科技創(chuàng)新解決資源環(huán)境基礎(chǔ)地質(zhì)問題的能力，也是中國(guó)地質(zhì)領(lǐng)域工作的指導(dǎo)思想。

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局基礎(chǔ)調(diào)查部副主任邱海峻指出，根據(jù)國(guó)際上的研究，可燃冰在全球主要分布有兩類地區(qū)：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(chǎn)出；另一類是陸上凍土區(qū)。成功進(jìn)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(guó)海域和陸域地質(zhì)特征的探測(cè)理論和方式。

劉昌嶺指出，中國(guó)科學(xué)家根據(jù)可燃冰成礦原因，創(chuàng)新性提出“滲漏型可燃冰”概念，并將可燃冰劃分為“擴(kuò)散型”和“滲漏型”等幾種，總結(jié)出各自的特點(diǎn)，指出它們?cè)谀虾１辈烤哂忻芮械某刹仃P(guān)系，具備形成的地質(zhì)條件，并揭示出該地區(qū)形成了南北成帶狀的可燃冰富集規(guī)律。

工欲善其事，必先利其器。可燃冰勘查離不開先進(jìn)的裝備，而4500米級(jí)深海遙控潛水器海馬號(hào)就是中國(guó)可燃冰勘查的一大利器。它歷時(shí)6年研發(fā)而成，實(shí)現(xiàn)了一批關(guān)鍵技術(shù)突破，包括本體結(jié)構(gòu)、浮力材料、液壓動(dòng)力和推進(jìn)、作業(yè)機(jī)械手和工具、觀通導(dǎo)航、控制軟硬件、升沉補(bǔ)償裝置等，是中國(guó)迄今為止自主研發(fā)的下潛深度最大、國(guó)產(chǎn)化率最高的無人遙控潛水器系統(tǒng)。該潛水器研發(fā)成功后迅速轉(zhuǎn)化為應(yīng)用，在南海北部陸坡發(fā)現(xiàn)了海底活動(dòng)性“冷泉”，實(shí)現(xiàn)了南海天然氣水合物資源調(diào)查領(lǐng)域的突破性進(jìn)展。

在可燃冰勘查過程中，中國(guó)科學(xué)家摸索出一套成熟的調(diào)查技術(shù)和特效探測(cè)技術(shù)。劉昌嶺舉例說，針對(duì)可燃冰賦存的相關(guān)地貌、沉積礦物等，勘查人員集成了一套可燃冰綜合探測(cè)系統(tǒng)，綜合“地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)”等調(diào)查手段，該技術(shù)已成為服務(wù)海域可燃冰常規(guī)勘探的主打技術(shù)。