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  • 鄂西页岩气是怎样发现的

        包书景 郭天旭 李飞

        新闻背景

        不久前召开的全国地质调查工作会议上传来消息,我国长江中游鄂西地区页岩气调查去年取得重大突破,在震旦系、寒武系和志留系三个地质层系均获高产页岩气流,页岩气地质资源量达11.68万亿立方米,具有建成年产能100亿立方米的资源基础,有望与重庆涪陵、四川长宁形成“三足鼎立”的资源基地。

        那么,页岩气对于世界未来的能源需求到底有多重要?鄂西页岩气的重大发现又有着怎样的意义?

        能源产业里的“页岩气革命”

        页岩气,本质上就是一种非常规天然气。但是,和采自常规天然气田的天然气和油田的伴生气不同,页岩气以吸附或游离方式储存在黑色页岩中。有人比喻说,如果说常规天然气为一个封闭空间内的所有甲烷等气体的结合,那么页岩气的状态就是封闭空间内装满了“泡沫材料”后的甲烷等气体的结合。

        有了这些“泡沫材料”,就使得页岩气的开采要比常规天然气难得多。还有人打了这样的比方,说开采页岩气就像“从细鸡尾酒吸管中吸出浓奶昔或像在枕头里吸气”一样困难。因此,虽然人们很早就知道在页岩层中有巨量的天然气,但长期以来却被人们认为是没有多少开采价值的“边角余料”。

        美国是全球页岩气开发利用最早、产量最大的国家。2000年以来,随着连续型油气藏理论认识的深入、水平井钻井和分段体积压裂技术的广泛应用,在美国掀起了一场“页岩气革命”,呈现出油气(页岩气与页岩油)并举、产量大幅增长局面。2000年美国页岩气产量约100亿立方米,占美国天然气总产量的2.0%;2006年美国页岩气产量311亿立方米,占美国天然气总产量的5.9%;2017年美国页岩气产量达到4746亿立方米,占美国天然气总产量的63%。

        面对金融危机以来经济增长疲软、失业率居高不下的阴影,“页岩气革命”无疑为美国经济注入了一剂“强心针”。美国“页岩气革命”的巨大成功,有效降低了工业生产中的能源成本,进而带动美国制造业的复苏、拉动可再生能源产业的发展。美国相关产业振兴不仅能够创造源源不断的就业岗位,而且可以逐渐减少美国对外石油进口、稳步促进美国本土的油气资源出口,进而有效平衡贸易赤字。页岩气革命,不仅使美国初步实现了“能源独立”,同时极大地刺激了经济发展。

        美国“页岩气革命”还带来了油气工业的科技革命,推动了全球非常规油气快速发展。这场突如其来的“页岩气革命”不仅影响了全球能源格局,而且对国家地缘政治具有重大影响。一种流行的观点认为,美国由一个油气进口国转变为油气出口国,从海湾及中东地区进口石油的需求将大大减少,美国可能将大大降低在中东地区的外交和军事介入力度,从中东“抽身”。

        世界页岩气资源丰富,开发利用进展迅速。根据权威机构2015年的评价,全球页岩气技术可采资源量为220.69万亿立方米,其中,中国、阿根廷、阿尔及利亚、美国分别占到总量的14.31%、10.29%、9.07%、7.99%。目前,世界上实现页岩气商业性开发的国家共有4个,2017年页岩气产量5422亿立方米,美国、加拿大、中国、阿根廷页岩气产量分别为4746亿立方米、570亿立方米、91亿立方米、15亿立方米。此外,波兰、英国、乌克兰、澳大利亚、新西兰、沙特、印度、南非、巴西等10多个国家在进行页岩气的勘探与评价工作。

        我国页岩气技术可采资源量达31.57万亿立方米,居世界第一位。自2008年开始,我国开展了全国页岩气资源潜力评价,指出我国海相、陆相和海陆过渡相页岩蕴藏着丰富的页岩气资源,四川盆地及周缘是页岩气有利的勘查地区;自2009年以来,中国石油、中国石化在页岩气综合选区评价的基础上,实施页岩气勘探,先后在四川威远、长宁和重庆涪陵实现了四川盆地内志留系龙马溪组页岩气勘探的重大突破,截至2018年年底,累计探明页岩气地质储量10455亿立方米,2018年页岩气产量达到109亿立方米,我国成为北美以外第一个实现页岩气商业开发的国家。

        近年来,国内天然气消费需求的增长速度已超过煤炭和石油,对外依存度快速上升,供需缺口也越来越大。而仅仅依靠常规天然气的增产不能有效缓解供需矛盾,迫切需要加大对页岩气的勘探和开采力度,增加我国页岩气产量,对常规天然气形成有效的补充。

        科技创新带来鄂西页岩气重大发现

        数亿年以前,鄂西地区是一片汪洋大海,气候温暖潮湿,水生生物繁盛,由于新陈代谢作用,大量死亡的生物与细粒的泥质沉积于海底形成富含有机质的黑色页岩。随着埋藏深度的不断加大,温度和压力持续升高,这些生物有机质通过热解和裂解作用生成天然气,这些天然气一部分从页岩中运移出去,并聚集在多孔的砂岩中,形成常规天然气,一部分滞留在富有机质页岩中形成页岩气。

        斗转星移,沧海变桑田,强烈的地壳运动使鄂西地区由海洋变成了陆地,形成了沟壑纵横、山水交融的复杂地表地貌和地层起伏、断层发育的复杂地下构造。一部分含气页岩暴露地表,页岩气发生散失;一部分含气页岩仍然埋藏在地下,页岩气才得以保存。

        长江经济带发育多套富有机质页岩,页岩气资源丰富。地质研究表明,长江经济带广泛沉积了从震旦系到第三系十余套富含有机质的页岩,既有海洋环境沉积形成的海相页岩,也有湖泊环境沉积形成的陆相页岩,还有沼泽环境沉积形成的海陆过渡相页岩,页岩气地质资源潜力达84.96万亿立方米,技术可采资源潜力14.67万亿立方米,分别占全国的69.07%、67.17%,也就是说,我国页岩气资源的三分之二分布在长江经济带。

        经过了半个多世纪的调查勘查,油气和页岩气发现仍局限于构造稳定的四川盆地等地区。常规油气勘探开发集中在长江上游的四川盆地、中游的江汉盆地和下游的苏北盆地,页岩气仅仅在四川盆地涪陵、威远、长宁等地区实现了勘探开发,且仅限于志留系龙马溪组一个层系,累计探明页岩气地质储量超过万亿立方米,页岩气年产量突破了百亿立方米。自2009年开始,多家单位在鄂西地区先后开展了页岩气资源调查勘查工作,实施页岩气钻井二十余口,也仅仅在志留系龙马溪组取得了页岩气显示。

        与构造稳定的北美大陆相比,我国南方开采页岩气面临地质与地貌条件严峻挑战。一是页岩时代老,热演化程度高;二是构造活动强烈,且具多阶段性;三是地形地貌复杂,页岩气钻井井场选择难度大;四是山川交错,交通不便。

        面对我国南方复杂构造区页岩气发展的多重挑战,中国地质调查局科技人员发挥区域地质调查的优势,首次创新提出“强中找弱、高中找低”的选区评价思路,创新建立古老隆起具有“隔热保整”作用的复杂地质构造区页岩气地质理论认识和古隆起控藏型富集保存模式。应用这一页岩气理论认识和富集保存模式,指导页岩气调查取得了重大突破和发现。此外,复杂构造区选区选层评价技术、水平井优快钻探技术、复杂储层压裂返排试气工艺技术“三大技术体系”,支撑鄂西地区页岩气调查取得重大突破。调查表明,鄂西页岩气远景地质资源量达11.68万亿立方米,有利区页岩气可采资源量超过4000亿立方米,证实鄂西地区具备建成100亿立方米页岩气产能的资源基础,相当于一个年产1000万吨石油的大型油田,有望与重庆涪陵、四川长宁形成“三足鼎立”的资源基地。

        院士专家一致认为:鄂西页岩气调查的重大突破,是具有创新性、导向性、引领性的重大成果,创新性的理论认识和工程实践达到了国际领先水平。

        延伸阅读

        鄂西页岩气发现意味着什么

        鄂西地区丰富的页岩气资源,可以规划建设年产能100亿立方米的页岩气资源基地,每年将减排二氧化碳约1200万吨,加快产业结构调整,有效服务长江经济带绿色廊道建设。

        鄂西页岩气开发可以促进地方经济发展,服务精准脱贫。鄂西地区地处于武陵山贫困区,又是生态环境的重要保护区,作为清洁能源的页岩气勘查开发,可以创造就业机会、带动产业发展,有助于鄂西地区的扶贫攻坚工作。鄂西复杂构造区页岩气理论和技术,以及评价提出的页岩气有利勘查区块,将有效指导南方复杂地质构造区页岩气勘查,带动长江经济带面积约4万平方千米区块的页岩气勘查开发。

        初步估算,鄂西地区页岩气开发利用后可以满足5000万至8000万人口生活用气。

        (策划组稿:自然资源部中国地质调查局科普办公室)

  • “火星一号”宣告破产

        叶倾城

        据国外媒体报道,近日,一份清算名单显示,一直以来细节都不太清晰、备受争议的太空探索项目“火星一号”已申请破产。

        “火星一号”总部设在荷兰,创始人是巴斯·兰斯多尔普。2013年他们宣布,该组织将从网络报名的志愿者中海选出两男两女四名地球人,经过培训之后,于2023年搭乘载人宇宙飞船前往火星,成为这颗“红色星球”的第一批地球移民。曾有来自全球的8万多人参与报名,其中含有1万名中国人。

        “火星一号”计划从一开始就注定要失败,它更多地基于CGI视频和火星任务真人秀节目的营销炒作,并不具有任何科学现实意义,甚至真人秀节目都不能顺利进行。正如一位入围决赛的候选者所披露的那样,“火星一号”的财务现况看上去像是一个多层次营销计划,而不是一个科学考察项目。

        当你加入“火星一号社区”时,他们就会开始给你加分。他们会说:“如果你想要获得更多的积分,必须在每一轮选拔过程中都获得积分,而获得更多积分的唯一途径就是从‘火星一号’购买商品,或者向他们捐款。”事实证明,“火星一号”并没有制造任何航天器,只是声称他们将通过制作真人秀节目来购买所谓的太空必需品。

        2014年一份美国麻省理工学院研究报告对该项目的可行性发出了警告:按照“火星一号”计划所设想的那样,如果所有食物都是从当地种植作物中获取,那么这些植物将产生不安全的氧气水平,并引发一系列事件,最终会导致居住在火星表面的居民窒息而死。

        此外,“火星一号”的技术还不够成熟,不足以实现火星太空旅行,之前专家推测火星任务可能花费数千亿美元,但是该计划声称所需的费用只有大概60亿美元,两个数据相差太大。

        依据“火星一号”计划,在宇航员抵达火星之前,将需要6枚猎鹰重型火箭运送初始补给物资,但是麻省理工学院的评估报告表示,火星任务所需的补给物资需要15次猎鹰重型火箭发射完成补给物资运输,而且随着更多宇航员和火星补给物资的增加,该成本还将继续增大,而这还未将任务开发和设备购买费用计算在内。

        事实证明,这是一家公司向公众兜售一个关于它的大梦想的赚钱故事。或许“火星一号”计划的破产并不意外。

  • 气候变暖沙漠扩张

        谭晶晶

        美国亚利桑那大学团队日前发表一项关于树木年轮的新研究发现,气候变化会导致沙漠扩张。

        亚利桑那大学树木年代学家、研究负责人特鲁埃说,团队研究了北半球五个中纬度地区多种树木的年轮数据。“较宽的年轮代表潮湿年份,较窄的年轮代表干燥年份。研究显示,从1203年到2003年的800年间,热带地区的北部边缘上移了4度。严重的火山爆发也引发了热带扩张。”

        这项发表在英国《自然·地球科学》期刊上的研究显示,气候变化导致地球上许多沙漠的扩张,比如北美洲的索诺兰沙漠,这一沙漠覆盖了从墨西哥下加利福尼亚半岛延伸至美国南加州和亚利桑那州南部的大部分地区。

  • “智能窗纱”

        徐海涛

        近期,中国科学技术大学俞书宏教授团队通过“浸染自组装”方法,研制出一种制备速度快、成本低廉的“智能窗纱”材料,对室内空气的净化效率最高可达99.65%,能在50秒内将空气中的PM2.5浓度从“严重污染”净化至“优”。

        大气污染是当前困扰人类社会的重要问题,近年来,科研人员提出了静电吸附、聚合物纤维吸附等多种方案,用于收集过滤室内飘浮的雾霾微粒。但依据这些方案制备的“智能窗户”价格昂贵。

        中科大俞书宏教授领导的科研团队通过“浸染自组装”方法,以传统的商业尼龙网纱(聚酰胺)为基底,成功研制出超大面积的柔性透明“智能窗纱”材料。据介绍,制备约7.5平方米的“智能窗纱”成本仅需约100元。这种“智能窗纱”在净化雾霾之后,只需在乙醇中浸泡20分钟,就可以清洗干净并再次使用。经过上百次的重复循环,其净化效率依然保持稳定。

  • 黑猩猩“手势”

        王信强

        据《英国皇家学会会志B》最近报道,黑猩猩的“手势”与人类语言遵循相同规则,拥有许多相似之处。

        英国罗汉普顿大学科研人员对生活在乌干达布登格森林保护区的黑猩猩的58种有关“玩”的不同“手势”的2000次视频记录进行了详尽的研究,结果发现,黑猩猩做“手势”样式与人类使用语言方式相似。

        专家指出,与其它大型猿类一样,黑猩猩缺乏说话能力,但可通过有意义的“手势”进行相互交流。黑猩猩较为常用的“手势”一般持续时间较短,而持续时间较长的“手势”序列,则由较短的几种“手势”音节组成。专家发现,黑猩猩彼此用来沟通的“手势”,遵循一些人类语言固有的相同规则。

        专家强调,除了“手势”和“脚势”, 黑猩猩还会通过噪音、肢体动作和面部表情进行交流。2018年发表的研究报告指出, 黑猩猩与人类刚学走路的婴儿一样,都是通过跺脚、手指方向或拍手姿势来引起他人注意。

        本版部分图片来源:视觉中国