肖宝巨 于文罡

新中国成立60周年庆典的礼炮即将鸣响,从青藏高原传来令人振奋的喜讯:我国地质工作者首次在陆域发现并成功钻获天然气水合物实物样品,使我国成为世界上第一个在中低纬度冻土区发现天然气水合物的国家。这一重大突破,证明了我国天然气水合物的调查与研究处于国际领先水平。天然气水合物又称“可燃冰”,这种神奇的矿藏在高压、低温条件下呈固体状态,遇火即可燃烧。在发现的过程中,煤炭地质工作者作出了卓有成效的重要贡献,留下了不可磨灭的印记。

聚焦木里

木里,藏语意为有煤的地方,现为青海省天峻县木里镇。而今已成为我国首个陆域天然气水合物的发现地。9月17日,雄浑、壮美的青藏高原一改桀骜不驯的脾气,沐浴在天高气爽的秋阳中。10时许,在木里海拔4 062米施工的青海煤炭地质局一O五队502钻机现场,迎来了一批尊贵的客人。国务院参事、国土资源部总工程师张洪涛,中国煤炭地质总局局长、党委书记徐水师,在青海省国土资源厅副厅长李志勇、青海煤炭地质局局长郭晋宁的陪同下,亲临现场慰问一线施工的专家、工程技术人员和施工人员,张洪涛在阐述了这项科研成果的重大意义后说,这不亚于在我国又发现了一个“大庆油田”。他代表国土资源部对一线施工人员发现并成功钻获天然气水合物样品的突出贡献表示衷心的感谢!《人民日报》、中央电视台、《科技日报》、《中国国土资源报》、《中煤地质报》等新闻媒体记录下了这一激动人心的场面。

成功钻获可燃冰样品,得到了党和国家领导人的高度重视,李克强同志作了“此发现很有意义,请扎实做好下步研究及勘查开发工作,扩大成果”的重要批示。

这是一个历史性的时刻:我国是在陆域通过钻探获得天然气水合物样品的第三个国家,也是继2007年5月在南海北部钻获天然气水合物之后又一重大突破。中国煤炭地质总局局长、党委书记徐水师在现场满怀激情的讲话中说:“今天是个好日子,站在陆域天然气水合物的首次发现地,我们为在又一个能源新领域的调查突破而倍感激动和振奋!我们对能为国家的强盛、经济的发展所作出的新贡献而深感自豪!

这是一个欢庆的时刻:参与调查、施工的专家、工程技术人员和工作人员沉浸在无比的喜悦中,他们忘记了风餐露宿、卧雪观天的困苦和强烈的高原反应,尽情地抒发自己的豪情,把安全帽高高地抛向空中,胜利的呐喊声在空旷的高原上久久回荡,飘向天际……

这是一个令国人振奋的时刻:能源是支撑国民经济发展的基石,“可燃冰”被誉为21世纪最有希望的战略资源。这一重大发现,对我国扩大新的洁净能源领域,增加我国能源战略储备、改变能源结构具有极其重要的战略意义。随着天然气水合物的发现、调查、研究的进程不断加快,若干年后人们在感受现代文明的同时,也必将分享到天然气水合物造福人类的成果。

大地馈赠

上溯到上个世纪中叶,穿过时空隧道,才知道自己是历史的主角。天峻木里对于青海煤炭地质局来说是个难以忘记的宝藏聚集地。历史上青海煤炭地质局有过两进两出天峻木里的记载。上世纪60~70年代,青海局第一次进驻天峻木里进行煤炭地质勘查时,发现了木里煤田,提交煤炭资源储量30多亿吨,占青海省煤炭资源储量的66.7%,是全省最大的整装煤田。21世纪初,青海局一O五队和煤勘院再次进驻天峻木里,开展煤田深部、边缘等煤炭地质勘查,进行聚煤规律、煤层气研究,为陆域天然气水合物的发现提供了依据。

木里煤田聚乎更矿区位于祁连拗褶带西段,构造线总体方向为北西、南东向,此构造线是由一系列山脉体系和与之平行的不同期的推覆构造所组成,与之相应有北西向、北东向的拉伸作用下的正断裂,这一断裂组合格局及其形成的环境条件控制了中生代含煤盆地的沉积建造及对其后期的改造作用。

由于区域构造的控制,煤系地层沉积后,受南北大通、托赖两山脉的横向挤压的影响,矿区构造走向与祁连山的北60~70度西构造相应一致,并以紧密连续的褶皱为主,可称为一复式褶皱构造。并因横向挤压力的影响,造成与走向平行或斜交等断裂发生。聚乎更煤矿区由南北两个向斜组成,其中北向斜的聚煤沉积条件优于南向斜。特殊的气候和地质构造构成了天然气水合物的成因条件。

探索之中,机遇把正在这里施工的青海局一O五队推到了发现天然气水合物的大门口。

曙光初现

应当承认,人们对自然科学的认识是一个漫长的探索过程;对地球奥秘的研究还有许多未知的领域。一位哲人说,最大捷径是多走弯路之后找到的。陆域天然气水合物的发现过程也充分证明了这一哲理。

近年来,我国在海域天然气水合物领域的各类科研投入巨大,不仅取得了天然气水合物实物样品,而且在技术装备方面,通过国家“863”计划《天然气水合物探测技术》等课题的研究,在天然气水合物地震采集技术、地震识别处理技术、船载地球化学探测系统和保真取芯钻具等方面取得了显著进展,初步形成了适合中国海域特点的天然气水合物探测技术系列。与海底天然气水合物调查研究相比,冻土区的调查研究相对滞后,但最近几年,中国地质调查局和国家自然科学基金委也开始逐渐重视冻土区的天然气水合物研究,中国地质调查局于2002年开始相继设立了“青藏高原多年冻土区天然气水合物地球化学勘查研究”、“我国陆域永久冻土带天然气水合物资源远景调查”等四个调查研究项目,国家自然科学基金委也于2005年设立了“青藏高原多年冻土区天然气水合物的形成条件探讨”科研项目。为完成上述任务,有关单位对青藏高原冻土区开展了地质、地球物理、地球化学和遥感等方面的探索性调查和评价工作,初步研究结果显示,青藏高原特别是羌塘盆地具备良好的天然气水合物成矿条件和找矿前景,其次是祁连山木里地区、东北漠河盆地和青藏高原的风火山地区等。

客观地说,无论是从冻土、区域地质、油气等方面,还是天然气水合物角度,青藏高原冻土区均已做过不少调查研究工作,但因地理气候条件的限制,其工作程度相对较低,且多集中在青藏高原铁路沿线,而对冻土区腹地所开展的工作极少。就天然气水合物来说,当时的工作多集中在成矿条件研究方面,调查工作相对较少,且尚未发现与天然气水合物有关的直接证据。

历史在这里发生了奇迹。2004年初,青海局一O五队在木里煤田聚乎更矿区一井田进行首勘区勘查,11月15日6时45分,在施工33号孔钻深至65.19米时,孔内发现有强烈的不明气体涌出,由于气体涌出量很大,造成钻孔施工困难,气体在井口可以点燃。当时适逢青海局副局长、总工程师刘天绩在此检查工作,在听取了项目负责人及钻机施工人员的情况汇报后,要求项目组采集气体进行分析测试。项目组随即采样进行了分析,由于是在井口采集的,气体中混入了空气,但气体的成分中甲烷仍然达到了38.07%,乙烷1.31%,丙烷、丁烷0.05%,可燃气体总成分占39.43%。中国煤炭地质总局领导、专家在获悉此信息后,对此给予了强烈的关注,指出青海局要加大勘查开发的力度,搜集有关资料进行科学研究论证,提出要为进一步查明这种可燃气体的发现、研究、成因条件进行深入的地质工作……

这是我国首个在陆域发现的天然气水合物的气体,在青藏高原木里发现地点燃。其开创性的重要意义是:由此青海局一O五队的工程技术人员和钻机职工撩开了青海高原的神秘面纱,犹如划破夜空中的一颗流星,虽然闪现在自然界只是一个瞬间,预示的却是一个希望。

科学破题

天然气水合物是由水与气体分子(以甲烷为主)组成的像冰一样的固体物质,广泛分布于海底沉积物和陆上冻土区中。这是一种新型的规模巨大的潜在能源,其资源量相当于全部化石燃料(煤、石油、天然气)资源量总和的两倍,被广泛公认为常规油气的首选替代能源,因而引起国内外的广泛关注。我国也非常重视天然气水合物的调查研究,已在南海和东海发现大量的异常标志,并于2007年5月在南海北部钻获实物样品,取得找矿工作的重大突破。

我国是世界上第三冻土大国,在青藏高原和大兴安岭地区存在大量冻土区,多年冻土面积达215万平方千米,占国土总面积的22.4%。初步调查研究结果显示,我国冻土区尤其是羌塘盆地、祁连山、风火山和漠河盆地等具备较好的天然气水合物形成条件和找矿前景,鉴于发现冻土区天然气水合物的重要意义,中国地质调查局非常重视冻土区天然气水合物的调查研究工作,在2002~2007年间相继设立了“我国陆域永久冻土带天然气水合物资源远景调查”等4个地质调查工作项目。随后青海局一O五队与中国地质科学院矿产资源研究所、勘探技术研究所进行了广泛合作。2006年青海局一○五队在与中国地质科学院勘探技术研究所专家进行《高原高寒冻土地区绳索钻探工艺研究课题》合作时,对该区异常气体情况进行交流、探讨,认为该区可能存在天然气水合物。翌年,青海局一O五队与中国地质科学院资源所、勘探所联合成立项目组进行祁连山地区冻土带天然气水合物调查评价。2008年由中国地质调查局立项,青海局一O五队与中国地质科学院矿产资源研究所、勘探技术研究所共同开展了“祁连山冻土区天然气水合物DK-1科学钻探试验孔”项目。

在勘查的过程中,主要依据在聚乎更一井田、三井田、四井田、三露天矿发现了多个钻孔涌气及部分岩芯可以点燃现象,经过一年多的钻探取样、分析测试,在该地区成功钻获天然气水合物实物样品,证实了青藏高原冻土地带蕴藏着丰富的天然气水合物资源,标志着青海天然气水合物调查研究进入世界先进水平。由此可见,祁连山冻土特别是木里地区具有良好的气源条件、储存条件,有利于形成天然气水合物。2006年夏天,青海局一O五队在邻近的三露天7线10号钻孔中再次发现有丰富的烃类气体溢出,点火也能燃烧。类似的现象在聚乎更矿区还有所发现,说明聚乎更矿区一井田-三露天之间存在丰富的烃类气体,非常有利于形成天然气水合物。通过2008~2009年两年的工作,经钻探取得样品,通过测试证实了在高海拔冻土区存在天然气水合物的事实,使调查工作取得重大突破。

人类福音

能源特别是油气资源是国民经济建设的物质基础,是维持我国经济可持续发展和国家安全的重要保障。我国的能源特别是常规油气资源紧张,从1993年开始成为原油净进口国,目前的年进口量已逾1亿吨,而且还在逐年递增。因此,寻找能源特别是常规油气的替代能源是我国一项迫在眉睫的任务。与此同时,国内外天然气水合物的研究范围也在不断扩大,从物理化学性质、晶体结构、产出特征、勘查技术、开发工艺、经济评价及对地质灾害、全球变化的影响等方面都进行了不同程度的研究,取得了多方面的成果,是当今国际地学界的热点课题之一。目前已有超过40个国家开展了天然气水合物研究,世界上100多个国家已发现了其存在的实物样品和存在标志,其中海洋78处,永久冻土带38处。迄今为止,冻土区内共发现水合物产地9处,主要分布于俄罗斯、美国和加拿大等国的环北冰洋冻土区。与海底沉积物相比,由于冻土区水合物的调查、钻探和开发条件相对简单,因而倾向于先在冻土区开展实验再推广到海底沉积物的调查研究思路,故冻土区水合物的调查研究往往走在前面。尽管青藏高原总体的地质工作程度较低,但因其独特的地质构造条件吸引了国内外众多科学家的兴趣。近年来,他们分别以各自的专业兴趣对青藏高原开展了多学科的调查,取得了丰硕的成果,使青藏高原地质勘探研究进入一个崭新的历史时期。特别是此次木里天然气水合物勘查的重大突破,一个新兴能源的开发利用已呈现希望的曙光,必将对我国21世纪能源结构的改变产生深远的影响。

高原作证

自2004年以来,调查评价得到了中国煤炭地质总局、青海煤炭地质局领导、专家的关心和支持,多次对天然气水合物勘查项目作出具体要求和安排。青海局一O五队一直奋战在海拔4 000米以上的木里地区施工,克服了高寒缺氧(含氧量仅为平原地区的50%~70%)、气候条件极端恶劣且装备落后、缺少后勤保障、生活条件差等不利因素,形成了“献身、创业、自强不息”的青海局一O五队企业精神。在此精神的指引下,广大一线职工跋山涉水、顶风冒雪、风餐露宿、奋力拼搏,取得了骄人战绩。钻机的同志们初到木里地区时,天寒地冻、空气稀薄、风雪交加、呵气成冰。由于交通运输困难,行李车未能及时赶到木里,为了不影响工作,取得甲方的信任,同志们竟三天三夜未沾过被子,没睡过一个囫囵觉,白天要进行紧张的卸车、立塔工作,晚间卧雪观天,围绕在火炉周围,苦等黎明,再加上海拔4000多米造成的高山反应,许多同志或多或少不同程度的患上了各种疾病:头痛、胸闷、气短、腿肿……但凭着战胜一切困难的信心和勇气,连续多年以优质的项目质量得到了甲方代表的高度评价,时至今日,仍是奋战在木里地区唯一能打硬仗的施工队伍。

青海局一O五队地质处主任兼木里项目负责人李永红,501、502钻机机长赵延忠、史春青等同志多年从事地质、钻探一线工作,摸索出了一整套野外地质工作经验、钻机操作要领及钻探实用工艺,在他们的带领下,全工区没有一名同志中途退却,“逃”回西宁。共产党员张连成同志患有严重的糖尿病,两腿肿得发青发亮,但他从不叫苦叫累,在积极完成本职工作的同时,稍有闲暇,不是拉水就是帮厨,忙里忙外,跑前跑后。木里地区气压低、缺氧、气候恶劣,高原冻土及沼泽草甸发育,加之这个地区构造复杂、地层岩性多变、勘探施工难度大,后勤保障困难。青海局一O五队在木里地区从事煤炭地质勘查工作多年,以“创业、奉献、自强不息”的煤炭地质人信念,具有“特别能吃苦、特别能战斗、特别能团结、特别能忍耐、特别能奉献”的高原铁军精神。经过常年施工工艺的研究和探索,采用先进绳索钻探取芯工艺,在施工质量和效率上,在木里地区处于领先地位。通过长期在木里地区的地质工作,积累了大量的基础地质资料,掌握了全区的地层沉积和构造规律,同时培养了一批具有一定专业水平的各类技术人员。

心聚则成,力合则达

远眺群峰,皑皑白雪映衬着隆隆作响的钻机,身穿橘红色工作服的专家、工程技术人员、施工人员同兄弟地质单位的地质工作者们一起,为了一个目标,为了一项事业,继续奋战在青藏高原上……

木里,因煤得名;在不远的将来,也一定会因“可燃冰”的开发而扬名于世!

[责任编辑胡 正]