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中国天然气水合物勘查研究现状

来源:转载自yuanzi16的博客 日期:2010-09-16 浏览量:
中国经济社会持续快速发展,能源形势十分严峻。自1993年起,中国已连续13年成为石油净进口国。目前,中国石油消费量已超过日本,仅次于美国,居世界第2位,消费量远大于产量。能源安全已成为中国高度重视的重大战略问题之一。
 
随着经济社会高速发展,中国石油需求对国际市场的依赖程度还会不断增加。预计2010年,中国石油总消费量将达到3.8~4亿吨油当量,对国外的依存度将达到50%。石油短缺和供给瓶颈制约问题日益突出,已成为影响中国经济安全甚至国家安全和社会稳定的重要因素。
天然气水合物前期研究
据地质条件分析,天然气水合物在中国的分布十分广泛。中国的南海、东海等广大海域以及青藏高原和黑龙江冻土带都可能蕴藏有丰富的天然气水合物矿藏。据预测,中国天然气水合物资源量将超过2000亿吨油当量。其中,南海海域约有650亿吨,青藏高原和黑龙江冻土带约有1400多亿吨。
自1984年始,中国地质界对国外有关天然气水合物勘查状况及其巨大的资源潜力进行了系统的资料汇集。广州海洋地质调查局的科技人员,对20世纪80年代早、中期,在南海北部陆坡区完成的2万多公里地震探测剖面资料进行了复查,在南海北部陆坡区发现有似海底反射层 (BSR) 显示。
1990年之后,中国部署了系统的天然气水合物勘查与评价工作。通过连续 9 年坚持不懈的勘查研究,先后利用中国的“海洋四号”、“探宝号”、“奋斗四号”、“奋斗五号”和德国“太阳号”等船只,开展了18个航次的勘查工作。发现中国南海北部陆坡海域,存在非常有利的天然气水合物赋存条件,并取得了一系列反映天然气水合物存在的地球物理、地球化学、地质和生物等证据。
中国国土资源部从1997年开始,对天然气水合物进行前期研究。
1997年,中国地质科学院矿床所的吴必豪等科技人员,完成了“西太平洋气体水合物找矿前景与方法的调研”课题。认为,西太平洋边缘海域,包括中国东海和南海,具备天然气水合物的成矿、埋藏条件和找矿前景。之后,中国地质调查局广州海洋地质调查中心,重新检查了南海北部陆坡区近3万公里的地震探测剖面资料。
1999年开始启动了天然气水合物的海上勘查。1999年春,以中国科学家为主的大洋钻探计划ODP184航次,在中国南海实施钻探,岩心分析显示有天然气水合物存在的氯异常。
1999年10月,根据中国国土资源部中国地质调查局的安排,中国地质调查局广州海洋地质调查中心,首次在中国海域南海北部西沙海槽区,开展了海洋天然气水合物前期试验性勘查。在3条侧线长度共543.3公里的高分辨率地震剖面上,识别出了作为天然气水合物地震标志的似海底反射层BSR。这是一个重大突破,表明中国海域也可能有天然气水合物分布。
1999年,在国家重大专项“国土资源地质大调查”的支持下,由国土资源部中国地质调查局组织实施了高分辨率地震勘查,发现了显示天然气水合物的地震综合异常信息,初步证实中国海域存在天然气水合物资源。中国对天然气水合物资源开始进入了实质性的勘查研究阶段。
2000年9至11月,广州海洋地质调查中心“探宝号”和“海洋四号”调查船,在西沙海槽继续开展天然气水含物勘查。共完成高分辨率多道地震探测1593.39km、多波束海底地形测量703.5km、地球化学采样20个、孔隙水样品18个、气态烃传感器现场快速测定样品33个。至此,西沙海槽天然气水合无勘查获得突破性进展。资料表明,在地震剖面上具有明显的似海底反射层 (BSR) 和振幅空白带。BSR一般位于海底以下300~700m,最浅处约180m。振幅空白带或弱振幅带厚度约为80~600m,BSR分布面积约2400km2。以地震勘查为主的多学科综合勘查表明,该海域天然气水合物主要赋存于活动大陆边缘和非活动大陆边缘的深水陆坡区,尤以活动陆缘俯冲带增生楔区、非活动陆缘和陆隆台地断褶区,天然气水合物十分发育。大洋钻探计划ODP184航次1144钻井资料揭示,在南海海域东沙群岛东南地区l百万年以来,沉积速率在每百万年400~1200m 之间;在莺歌海盆地中中新世以来,沉积速度很大。资料表明,南海北部和西部陆坡区的沉积速率,与已经发现有丰富天然气水合物资源的美国东海岸外布莱克海台地区类似。南海海域天然气水合物可能赋存的有利部位是:北部陆坡区、西部走滑剪切带、东部板块聚合边缘及南部台槽区。本区具有增生楔型双BSR、槽缘斜坡型 BSR、台地型BSR和盆缘斜坡型BSR等,四种类型的天然气水合物地震标志BSR。地球化学研究发现,南海北部陆坡区和南沙海域,经常显示临震前的卫星热红外增温异常,其温度较周围海域升高5℃~6℃ 。特别是南海北部陆坡区,从琼东南开始,经东沙群岛,直到台湾西南一带,多次重复出现增温异常,这可能与海底的天然气水会物及油气有关。
综合资料表明,南海陆坡区和陆隆区应蕴藏有丰富的天然气水合物矿藏,估算其总资源量达643.5~772.2亿吨油当量,大约相当于中国陆上和近海石油天然气总资源量的1/2。
西沙海槽是位于南海北部陆坡区的新生代被动大陆边缘型沉积盆地。新生代最大沉积厚度超过7000m,断裂活跃,水深大于400m。应用国家863研究项目“深水多道高分辨率地震技术”,获得了可靠的天然气水合物存在的地震标志: ⑴、在西沙海槽北部斜坡和南部台地深度200~700m发现强BSR显示,在部分测线可见到明显的BSR与地层斜交的现象。⑵、振幅异常,BSR上方出现弱振幅或振幅空白带,以层状和块状分布,厚度80~450m。⑶、BSR波形与海底反射波相比,出现明显的反极性。⑷、BSR之上的振幅空白带具有明显的速度增大的变化趋势。资料表明,南海北部西沙海槽天然气水合物分布面积大,是一个有利的天然气水合物资源远景区。
2001年,中国地质调查局广州海洋地质调查中心,继续在南海北部海域进行天然气水合物勘查研究。在东沙群岛附近海域,开展高分辨率多道地震探测 3500km;在西沙海槽区,进行沉积物取样及配套的地球化学异常探测35个站位;多波束海底地形探测、海底电视摄像与浅层剖面测量等。另据中国台大海洋所及台湾中油公司资料,在台西南增生楔,水深500~2000m处广泛存在 BSR,其面积达2×104km2。并且,在台东南海底发现大面积分布的白色天然气水合物赋存区。
2002年,中国地质调查局,在中国南海海域某区,首次发现了面积达8000km2海域的天然气水合物气藏标志,显示了巨大的资源潜力。
天然气水合物钻探第一航次
2007年,中国正式启动南海北部陆坡海域天然气水合物钻探工作。钻探由中国地质调查局统一组织部署,分两个航次实施,共计56天。每个航次国内有6位中国科学家参加并主持科研和调度工作。参与工作的还有来自9个国家的28位外国科学家和工程技术人员。在航次开始前,科学家经过地球物理资料的精细处理和反复研究,圈定出了2个重要目标区,确定了8个钻探井位。
同年4月21日,以中国地质调查局教授、级高级工程师张海启博士为首席科学家的六位中国科学家,从深圳出发,开始执行第一航次钻探任务。
5月1日凌晨,科学家在该钻探航次实施的第一个钻探站位采取沉积物岩芯,成功获得天然气水合物实物样品。这是中国在南海海域成功实施的天然气水合物第一口钻井。这一突破性发现,证实中国海域赋存有丰富的天然气水合物资源。
科学家从钻井中获取海底多段沉积物岩芯后,在现场对岩芯进行了X-射线照相、红外扫描和数10项测试分析,确认多个层段含有天然气水合物。这些天然气水合物呈分散浸染状和薄层状赋存于沉积物中,或以胶结方式充填在粘土沉积物孔隙中。
这次采样令人特别振奋的是,采集到的样品纯度特别高。它的天然气含量达到了100%,其中99.7%是甲烷,剩下的是乙烷,都是能用的。不仅如此,它竟然是人类首次发现的不含CO2的纯净天然气水合物。这对于温室效应的避免具有非常重大的意义。
在第一个站位SH-3,样品取自海底以下183~201米,水深约1245米。含天然气水合物沉积层总厚度18米,天然气水合物丰度(饱和度)达20%,高于美国布莱克海台的天然气水合物饱和度。
在现场迅速剖开岩芯,由于释压、升温影响,因而样品大部分迅速分解气化。但是,在样品新鲜切面上,仍然清晰可见细小斑点状天然气水合物白色晶体。在现场,将保压岩芯样品放入水中,涌出大量气泡;将释放的气体直接点燃,火苗旺盛。
据首席科学家张海启博士介绍,在第一个站位取得成功后,于5月15日,在第四个站位SH-2,成功获得了天然气水合物实物样品,其测试结果更是振奋人心。样品取自海底以下191~225米,水深约1230米。根据各项指标,测井、温度等分析数据证实,含天然气水合物沉积层厚度达34米,天然气水合物丰度(饱和度)达20%~43% ,气体中甲烷含量高达99.7%。无论是矿层厚度之大、水合物丰度之高,还是甲烷含量之纯,都远远超过世界上其它地区类似分散浸染状天然气水合物。这是一种全新的天然气水合物类型。
中国首次实施钻探,就在南海北部海域成功获取了天然气水合物实物样品,展示了中国南海北部海域巨大的天然气水合物资源远景,证实了中国有关基础性地质工作的可靠性,也标志着中国天然气水合物勘查研究水平一举跨入了世界领先行列。
首钻成功,获得实物样品,在中国天然气水合物研发这一新兴事业的进程中具有里程碑意义。中国在南海发现天然气水合物的神狐海域,是世界上第24个采到天然气水合物实物样品的地区,是第22个在海底采到天然气水合物实物样品的地区,是第12个通过钻探工程采到天然气水合物实物样品的地区。中国也因此成为继美国、日本、印度之后,第4个通过国家级研发计划采到天然气水合物实物样品的国家,也是在南海海域首次获得天然气水合物实物样品的国家。
中国首次获得了天然气水合物的地球物理测井和原位温度测量资料,沉积物岩芯及其中空气、孔隙水、微生物等样品,以及现场物理性质和地球化学测试资料。这些,为中国南海陆坡海域天然气水合物资源远景评价提供了可靠的科学依据。
天然气水合物钻探第二航次
天然气水合物钻探的第二航次工作已于5月19日继续实施,以扩大范围,进一步评价区域资源量。中国科学家正奋战在中国南海广阔的海域。展望未来,在将来的某一天,天然气水合物会成为人类摆脱能源危机的重要出路。
国际上天然气水合物勘查研究热潮,对中国科技发展既是机遇,也是挑战。中国应以此为契机,紧跟世界发展的形势,尽快查明中国管辖海域天然气水合物的分布和资源量,研究出开发技术,务必在天然气水合物对深海常规油气安全生产、全球碳循环、全球气候变化、海底稳定性等影响方面的研究取得长足进展,进而使中国在国际天然气水合物研究前沿领域能占有一席之地。这对于提高中国科技水平,对于未来实现能源接替、改善能源结构、增强国际竞争力和维护国家海洋权益,都具有极其重要的意义。
青海省天然气水合物勘探开发方案研究报告
据报道(2010年3月21日),近日,有关专家对中国科学院广州天然气水合物研究中心先期完成的“青海省天然气水合物勘探开发方案研究报告”进行了审查。指出青海省多年冻土区,具备较好的天然气水合物找矿前景,并建议在青海建立一个陆地勘探开发技术方法试验基地,对中国天然气水合物勘探开发起到带动作用。
有关研究资料显示,中国陆域天然气水合物主要赋存于青藏高原冻土带,专家估计储量至少有253亿吨油当量,而青海省探明的储量约占其中1/4。青海省科技厅工作人员介绍,完成“青海省天然气水合物勘探开发方案研究报告”的目的,是为充分发挥青海省的区位优势,推动天然气水合物开发进程。该研究报告表明,在青海省天然气水合物最好的找矿地区是羌塘盆地,其次是祁连山木里地区,再次是风火山—乌丽地区。其中,祁连山木里地区作为首次在中国大陆发现天然气水合物的地区,不仅具备充足的气源条件和温压条件,而且也发现有油页岩、石油和天然气存在的信息。这一地区发现的天然气水合物很有可能是一种以煤层气为主,富含残余天然气水合物的混合气体。
审查专家认为,这一研究报告在总结美国、日本、加拿大、俄罗斯等国家天然气水合物勘探开发技术途径和现状的基础上,从气源和温压条件分析了青海省天然气水合物开采的有利地区和成矿条件,指出青海省多年冻土区具备较好的找矿前景,对今后天然气水合物勘探开发提供了参考。同时,考虑到天然气水合物基础研究薄弱,根据冻土区天然气水合物研究现状,应将勘探开发规划周期延长为10年左右,分近期规划和长远规划来实施。
通过审查,专家还建议青海省充分利用区位优势,统筹规划,进一步提出天然气水合物勘探开发计划,预测其资源远景和开采潜力,并形成一套具有中国自主产权的勘探开采及安全控制技术方法,建立陆地冻土区天然气水合物勘探开发技术方法试验基地,进一步促进中国天然气水合物的勘探开发。