我国海域天然气水合物勘查突破纪实

2013年12月17日，国土资源部召开新闻发布会，公布我国海洋地质工作的一项重大调查成果：当年6~9月，广州海洋地质调查局在珠江口盆地东部海域钻获高纯度天然气水合物样品，并通过钻探获得可观的控制储量。
2014年1月14日，在广州举行的南海天然气水合物钻探工程验收会现场，一块刚从液氮瓶中取出的“可燃冰”，在袅袅升起的寒雾中犹如一块汉白玉，吸引了现场所有人的目光，参会的院士专家们兴奋地上前仔细观看并合影留念。这块“可燃冰”的出现表明：在海域天然气水合物调查、评价和勘查中，我国已经进入第一集团，在某些技术上甚至成为领跑者。
       
“这一成果，是中国海域首获可视天然气水合物的标志性里程碑，在我国水合物开发利用中具有重要意义。”广州海洋地质调查局局长温宁兴致勃勃地向记者介绍。
2013年，根据中国地质调查局统一部署，广海局在珠江口盆地东部海域安排了3个航段的钻探。第一航段共完成10个站位10口先导孔的随钻测井，测井进尺2198米，获取了温度、电阻率等综合测井数据。其中4口测井存在明显的天然气水合物异常特征，为后续钻探取芯确定了目标站位与目的层位。第二航段完成了4个站位8口井的取芯任务，获取了多种类型的天然气水合物可视实物样品，确定了天然气水合物矿体的分布范围，获得天然气水合物折算成天然气的控制储量。第三航段，完成了3个站位电缆测井、2个孔的全取芯工作，为深入开展天然气水合物成藏机理研究和资源评价提供了丰富的资料。
“这次钻探成果具有四大特点。”中国地质调查局副局长李金发总结，“一是在同一矿区发现多种类型水合物。钻探取样发现，这一矿区共发现层状、块状、结核状、脉状、扩散状等类型，涵盖了目前世界上已发现的所有水合物类型。二是在同一矿区发现多层位富集水合物。钻探共控制上下两套累计厚度达45米的水合物矿层，其中上层厚约15米、下层厚达30多米。三是水合物纯度高。分析检测表明，水合物中甲烷含量最高达99%，国际罕见。四是控制矿藏面积大。10口钻井控制矿藏面积55平方公里，以最低转换率算，控制储量达到1000亿立方米~1500亿立方米，相当于新发现一个特大型高丰度的常规天然气田。”
对这一重大突破，项目组织者、参与者的语言中流露出激动、兴奋与自豪。一名参加钻探航次的工作人员在日记中这样写道：历经15年艰辛，我们广海局水合物团队发扬广海人的拼搏精神，凭手中的笔和知识积累，在浩瀚的勘查数据及地震剖面中推演出了中国海域寻冰史上绚烂光彩的一幕。于云计算、纵笔勾点的瞬间，已然瞥见了深达千米海域沉积地层中孕育的那耀眼炙目、晶莹剔透的可燃冰，并点燃了熠熠闪烁的熊熊火焰。
在钻获可视水合物并点火后，广州海洋地质调查局副局长张光学就此赋诗一首：泊舟钻探入深海，再启龙宫续诗篇。科考健儿何最乐？探冰追梦赛神仙。白云涌，浪花溅，斗智斗勇显身手，寻冰多载更风流，中国可视可燃冰。

中国贡献——丰富水合物调查钻探方法技术
       
“15年的努力，我们还收获了比实物样品更重要的成果——集成了成熟的勘查技术，用于水合物勘查并实现了找矿突破；形成了适合南海特点的水合物复式成矿理论，用于指导南海北部多个有利远景区调查；建立了较完善的组织管理体制及制度，组建并发展了勘查研究队伍，提升了队伍研究水平。”谈到这一突破，李金发的自豪之情溢于言表，“在水合物勘查技术上，通过追赶，中国与世界先进水平看齐，某些技术还实现了超越。”
在追赶式发展中，我国已形成具有自主知识产权的理论技术体系。
张光学给记者讲了一个故事：2002年，他在日本参加一个天然气水合物论坛，在进入一个由美、日、加等已钻获水合物实物样品国家组织的小型交流会时，却被礼貌地拒之门外。“当时我们还没有开展钻探试验，这些已经掌握钻探方法技术的国家，显然是不想接纳中国进入他们‘俱乐部’。”张光学说，“但今天，在钻探方法技术上，我们依靠自己力量做得一点不比他们差。”谈起这些方法技术，张光学如数家珍：成熟的水合物调查技术。围绕水合物成矿远景区，开展与水合物赋存相关的地貌、沉积矿物、地球化学及地震调查，集成了一套成熟的天然气水合物综合探测系统，成为服务海域天然气水合物常规勘探的主打技术，得到高效实质性推广应用。
自主研发的水合物特效探测技术。围绕水合物有利成矿区带，自主研发了天然气水合物地震识别技术、天然气水合物首钻目标优选关键技术等特效技术，钻探获得水合物实物样品。
丰富多项水合物检测技术。围绕水合物矿体目标优选，刻画水合物矿体空间形态及内部结构，研发天然气水合物矿体的三维地震与海底高频地震联合探测技术，以及天然气水合物可控源电磁探测等相关技术。
钻探船动力定位和钻进深沉补偿技术，使船舶在相对静止状态下施钻。
随钻测井技术。测井传感器随钻头直接钻进，现场实时检测水合物目标层位，分辨率高，钻进不受井眼工程质量影响，提钻至近海底，以致不会漏掉近海底的水合物矿层。
保压取芯技术，以便水合物样品在提升过程中不受海水升温影响，得以原样保存。
现场检测技术。现场在待压状态下，对含水合物岩芯进行检测，包括CT成像 、X射线扫描 、热红外等。
“这套方法技术体系，达到了世界同领域先进水平，有的甚至比他们还要先进。”张光学介绍。这套方法技术体系的形成，不仅进一步丰富了世界水合物调查勘查的技术体系，也是对这一领域的世界贡献。同时，还为我国开展大面积海域天然气水合物调查评价和勘查工作，奠定了坚实的技术基础。
这套方法技术体系，也让广海局技术团队每个人引以为豪。资料处理所教授级高级工程师徐华宁说：“上船前，我丝毫没有怀疑这次能取到可视水合物实物样品。经过两个专项的历练，我们的解译能力已经可以捕捉到100米以内的物探异常。”首席科学家助理、广海局矿产所副所长梁金强解释道：“100米的物探曲线，在图上还不到1厘米长。”
实验测试所高级工程师雷知生说：“实战成果表明，我们建立的水合物地球化学数据标志是可靠的。”
“利用海底机器人，我们在其中一个标志性的井位插上了中国南海天然气水合钻探工程的红旗。”钻探航次钻井监督、技术方法所高级工程师张志刚自豪地说。

中国模式——国家搭建开放平台促进勘探跨越发展
       
我国天然气水合物调查研究工作起步于上世纪90年代末期。短短15年的时间，从零追赶到世界第一集团。纵观这15年水合物调查勘探历程，不难发现，我国走出了一条以搭建国家级开放平台促进调查勘探实现跨越发展的创新之路。
1999年，广海局在积极跟踪国际水合物调研研究进展时发现，在这一领域我国已落后很远。彼时，美、加、日等国已完成水合物理论研究，甚至已经拿到了水合物的实物样品。反观我国，还处于情报调研、前期研究和室内合成阶段。绝不能再落后下去！广海局于当年在南海北部西沙海域开展了水合物前期调查，发现了存在水合物的重要地震标志——似海底反射面。这一重大发现反馈到国土资源部、中国地质调查局后，引起国家高度重视。
2001年，以广海局为主，广泛吸收高等院校、科研院所、国家石油公司等参与的国家专项正式实施。自此，在以往工作几近空白的情况下，每年近百人一次又一次走进南海深水海域，开展地质、地球物理、地球化学等多学科综合调查航次40个，发现了大量的天然气水合物赋存的地质、地球物理、地球化学及生物等异常标志，通过综合研究分析，得出了南海北部天然气水合物资源潜力巨大的结论，并圈定出找矿突破有利靶区。
2007年，在中国地质调查局的组织下，广海局联合国内外先进调查勘探力量，在南海北部神狐海域实施了我国首次天然气水合物钻探工程，并成功获取水合物实物样品，发现了矿层厚度大、饱和度高、甲烷含量丰富的分散型水合物矿藏。这一重大突破，在我国水合物开发利用征程上，竖起了第一块里程碑。在验证中国调查评价方法技术可行、可靠的同时，也使我们成为继美国、日本、印度之后第四个在海底钻获天然气水合物实物样品的国家。
2011年，以加快南海北部水合物资源远景区勘查评价、选择重点靶区实施水合物试验性开采为目标的水合物钻探专项启动。围绕这一目标，广海局继续采用开放式研究的路线，在开展分层次多学科综合性勘查评价后，将钻探靶区定在了珠江口盆地东部海域，力图通过钻探工程的实施，为我国水合物试开采准备出一块矿区。
2013年6月~9月，一个更加开放的水合物钻探团队出现在珠江口盆地东部海域。来自中国、美国、英国等19个国家的182人先后三次进入这一海域，首次发现了以层状、块状、脉状等多种形式赋存的可视水合物。几乎参加了世界上所有水合物钻探工程的英国科学家皮特在现场异常激动：“类型多、饱和度高、矿藏面积大，在我的钻探生涯中还是首次遇到。”
钻探航次首席科学家助理梁金强、陆敬安告诉记者，开放的平台大大提升了中国在水合物开发利用领域的追赶速度，并以更短的时间竖起了第二块里程碑。利用这一开放平台，中国水合物成矿理论、成矿预测技术取得了新的突破，调查评价成果更加成熟可靠；海底地震探测技术、可控源电磁、水下机器人、浅层剖面、微生物取样等一批新方法技术，在钻探工程中得到了成功应用，提高了勘探成效，也为今后试开采积累了经验。