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【中国科学报】用“黄金卡尺”精准服务页岩气选区
2019-04-25 | 编辑: | 【

2019年4月25日 来源:中国科学报

陈旭院士(中)正在观察岩心中的笔石。

  位于河北燕郊的中国地调局自然资源实物地质资料中心,偌大的仓库里保存了数以万计的矿井岩心实物资料。一排排圆柱形的岩心,是揭示地下地层、矿产分布和油气特征的重要证据。

  4月19日,中国科学院院士、中科院南京地质古生物研究所古生物与地层学家陈旭带领十多人的团队来到这里,一下车,陈旭就忙不迭地安排队员们对岩心里的笔石化石进行观测记录。

  邀请陈旭前来的是中国地调局油气资源调查中心学术委员会主任翟刚毅。此前,翟刚毅在云南昭通绥江地区钻取的一口页岩气矿井岩心中,发现了笔石化石层。而通过笔石化石研究来厘清地层中页岩气分布情况,并揭示当地古地理环境特征,正是陈旭的专长。

   发现“黄金卡尺” 

  笔石动物是一类从茎管系统连续规则出芽的海生群体动物,多为浮游生活,部分附着于海底,约在5亿年前的寒武纪中期出现,在3.5亿年前的石炭纪早期绝灭。沧海桑田,笔石动物死后,经亿万年时间洗礼,以化石形式保存在黑色页岩中。

  由于笔石动物很多属种演化速度快、地层延限短,且全球广布,因此,笔石常用于早古生代地层的划分和对比。

  但笔石真正成为精确测度页岩气地层的“黄金卡尺”,则是因为陈旭的贡献。

  过去几年,全球页岩气勘探与开发进入密集期,我国也积极加大科研攻关,在全国范围内开展了页岩气勘探开发的相关研究。

  2015年,国家能源页岩气研发(实验)中心在四川盆地及其周边地区研究页岩气钻井岩心实物时发现,有几口钻井的岩心中,笔石种类丰富,演化序列规则,且与含页岩气地层有很好的对应性;但在其他一些钻井岩心中,却有一些笔石种类是缺失的;不同的钻井如何用笔石测定统一的含页岩气地层,当时还缺乏科学的标准。

  中科院院士、国家能源页岩气研发中心主任邹才能想到了陈旭。“陈旭长期从事我国奥陶纪和志留纪地层学及笔石动物群的古生物学研究,对笔石的系统分类、演化和地理分布,及含页岩气地层形成时的古气候和古地理学都有深厚的造诣。”

  自2015年以来的4年时间里,陈旭率团队组织了87次针对四川、湖南等地笔石的联合科考,系统观测了32口钻井的岩心实物资料。根据笔石的种类、分布特征等,陈旭及其科研团队将四川盆地上奥陶统五峰组的笔石地层按时间顺序划分为4个笔石生物带,将五峰组地层之上的下志留统龙马溪组的笔石地层划分为9个笔石生物带。这里的笔石带,指的是含有特定笔石类型或组合的某段地层,这13个笔石带因此成了我国页岩气产业部门共同采纳的地层划分标准。

  “对这13个笔石生物带的研究发现,五峰组的第二至第三个笔石带、龙马溪组的第二至第六个笔石带,具有产出页岩气的普遍特征。”陈旭介绍,这13个笔石地层,就像一个标尺,只要对钻井岩心中笔石的种类进行分析,确定其对应于13层中的哪一层,就能确定该岩心是否富含页岩气了。

   古老学科新应用 

  开采页岩气,不但需要高端的钻井技术,更需要精准的黑色页岩地层层位标定,其中生物地层标定是钻井现场最快速、精准的方法,可以直接指导打钻至精准的页岩气层位。

  在中国的南方地区,东至浙江,南至广西、云南,西至四川,在寒武纪至石炭纪有着相似的古地理环境,并因此形成了相似的笔石地层。随着13个笔石带的确立,可以对这些地区的不同岩心资料进行精确对比研究。

  同时,五峰组和龙马溪组中能够指示页岩气的笔石地层,在中石油、中海油等生产部门的非常规油气勘探工作中,起着不可替代的“黄金卡尺”作用。

  在国家能源页岩气研发(实验)中心副主任王红岩的背包里,装着地质锤、放大镜和比例尺。“在野外工作中,笔石工作者仅通过一个10倍的放大镜,即可进行快速现场鉴定,准确判断地层年代,框定地层框架,进而为各生产部门提供宝贵的指导意见。”

  利用笔石这个“黄金卡尺”,结合地球物理学等数据,王红岩和生物地层小组成员对四川盆地及其周边的钻井岩心进行了系统的对比研究,基本查明了页岩气产出的规律和地层分布特征。2018年6月,第27届世界天然气大会在美国召开,王红岩汇报的“页岩气十年发展与创新”研究项目,获得了大会唯一一个勘探生产领域技术与创新奖。

  翟刚毅承担了国家科技重大专项“页岩气资源评价方法与勘查技术攻关”项目,将对不同类型页岩气进行对比研究,并开展页岩气生成机理与富集规律、页岩气资源评价方法和参数体系等多方面的科技攻关。云南昭通绥江的钻井岩心是其项目中对比研究的案例之一。

  “我们希望陈旭院士能够帮助分析确定岩心中的笔石种类,及其对应的笔石地层层位。这对于我们反演古地理古环境有重要的价值。”翟刚毅说,陈旭对笔石的研究,是一项“阳春白雪”式的工作,而今应用于生产实践,对页岩气选区提供了重要的支撑。

   培养更多的实用人才 

  随着我国页岩气勘探开发的大规模展开,笔石这一“黄金卡尺”对页岩气选区的实际指导意义进一步凸显。培养更多的笔石研究人才,已经迫在眉睫。

  在陈旭指导下,由中科院南京古生物所、中石油勘探开发研究院、中石化勘探开发研究院、中国地质调查局等单位的青年科研骨干,组成了生物地层研究组,自行编写教材,培养科研技术人才。王红岩是生物地层研究组组长。

  目前,已有多批生物地层研究组的学员毕业,走向页岩气生产实践,成功应用笔石生物地层学的方法精准定位页岩产气的有利地层。生物地层研究组组长王红岩就是其中的一员。

  “面向国民经济主战场”“面向国家重大战略需求”是中国科学院新时期的两大任务。多年来,中科院南京古生物所一直努力推动研究所与产业部门建立实质性的深入合作,真正将科学研究转化为生产力,为国民经济发展做出应有的贡献。

  2017年,中科院南京古生物所依托中国科学院资源地层学与古地理学重点实验室,分别与国家能源页岩气研发(实验)中心及中海油实验中心签署了战略合作及共建联合实验室协议。该联合实验室将针对中石油、中海油等单位古生物学基础研究薄弱、地层古生物学应用研究对油气勘探开发生产的支撑能力停滞不前等问题,提供科研技术支撑和人才培养支撑。

  2018年12月,中科院南京古生物所为了加强与各生产部门之间的合作,在中国科学院资源地层学与古地理学重点实验室咨询服务工作的基础上,抽调部分从事地层古生物学基础研究的力量,特别成立了地层古生物咨询中心。

  据悉,该咨询中心是研究所与全国能源、沉积矿产等相关部门以及高校、博物馆等单位之间开展产学研深度合作的桥梁,将开展古生物岩石样品分析鉴定、地层和古生物科技咨询等工作,积极致力于解决国民经济生产过程中遇到的地层和古生物问题,加快将古生物所科研成果应用到现代化事业中去的步伐。

  (原载于《中国科学报》 (2019-04-25 第5版 转移转化)








 
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