中国主体能源——煤炭的第二深度空间勘探、开发和高效利用

化石能源包括石油、天然气和煤炭,它们是一次性不可再生能源.我国与世界发达国家相比在能源结构上存在很大差异,在全球范围内化石能源结构中多以石油为主体,而我国基于本土的优势资源和特点则以煤炭为主体.随着我国工业化的进程和经济的腾飞对化石能源的需求日益大幅度的增加,使得煤炭资源的深层勘探,即第二深度空间(500～2000 m)的勘探与开采必须迅速提上日程.当然在开采过程中的难度亦必随之增大,特别是深层复杂构造与岩石的物理-力学属性;机械化的适宜采掘技术;高浓度的大量瓦斯溢出;介质与结构的高应力状态;地下温度的升高和大量涌水等灾害.因此必须引入当代高、新技术,强化高精度探测与数据采集和对介质破裂过程的高分辨动态监测与防范.同时必须提高煤炭的高效和多元化综合利用;特别是煤炭液化和发展洁净煤技术,以达在我国能源结构中的主体能源--煤炭能发挥更大的效能并造福于人类!     

地壳内部第二深度空间(5000～10000m)石油与天然气地球物理勘探:化石能源发展的必由之路

任何国家要快速工业化和经济腾飞均必须依赖于大量能源的供给和消耗,当今中国正处在快速发展之际,现已成为世界上化石能源消耗的第二大国,预测在2012年前后在一次性化石能源消耗中将会超过美国,而成为世界上第一能源消耗大国.面临这种必然的格局,我国必须不失时机地、多元化地利用世界能源,同时又必须坚定的立足于本土,建立起安全、可靠和能保证持续供给的能源战略后备基地.对国内外油、气发展势态的综合研究表明：(1)在中国油气的生、储构造和岩性极为复杂、油田整装性差的条件下,一定要正确、认识和厘定双相（陆相+海相）沉积盆地、古老结晶基底和双基混合成因（有机+无机）的理念,以拓展勘探和开发空间;(2)科学理解中国油、气储量和产量的潜力,强化第二深度空间（5000～10000 m）油、气能源的勘探和开发乃本世纪能源发展的必由之路;(3)加强地球物理勘探高、新科学与技术,即新理论、方法和新技术的研究和应用乃是发现深层大型、超大型油气田和提高油田采收率的根本保证.     

深部金属矿产资源地球物理勘查与应用

随着找矿勘探工作程度的不断深入,许多露天的和近地表的金属矿产资源已基本上被查明,在地表浅部(第一深度空间:0~500 m深度)找到大型或超大型金属矿床的难度将必越来越大,而金属矿产资源的短缺已在日益加剧.为了缓解当今的资源危机,必须进行深部找矿勘探(第二深度空间:500~2000 m深度).这是因为在地壳深部具有良好的成矿环境和找矿潜力,地球物理勘探技术的发展与成效已使得深部找矿成为可能.本文通过分析和讨论国内外典型金属矿产资源找矿过程的实践表明:地球物理勘探方法发挥着重要作用,因为它具有大探测深度、高精度和高分辨率的特点,可为深部金属矿勘查提供有效信息,是第二深度空间找矿勘探的有力手段.近年来,国内外的实践表明,深部矿产资源的地球物理勘探取得了尚在不断取得重要成效.     

第二深度空间(5000～10000 m)油、气成藏和潜力分析

近半个世纪以来,我国的油、气勘探和开发实践主要集中在中、新生代以来的陆相沉积盆地中,即第一深度空间(5000 m).对第二深度空间(5000~10000 m)陆相和海相,即双相沉积建造中的油、气能源未能给予切实关注,仅为在近年来才得以重视和践行.通过对国内外诸多油、气田中的油、气成藏、储存、运移与深层过程的分析和研究发现,我国广泛陆相沉积建造的深处尚分布着丰富的海相沉积建造;且我国古生代的沉积地层确属变质很浅或不变质的层系;以往的油、气形成温度、压力和孔隙度的门限已逐被国内、外油气勘探与开发的实践所突破;第二深度空间的油、气成藏具有很大潜力.以上理念的提出与实施不仅大为扩展了勘查油、气的深部空间,更为重要的是揭示了第二深度空间将必是21世纪上、中叶在深处发现大型、超大型油、气藏的必然轨迹.     

中国油气页岩分布与存储潜能和前景分析

基于当今化石油气能源的需求还在扩展,它的紧缺势态波及全球,而我国的确需要更多的页岩油气.为此,非常规油气能源,特别是页岩油气的勘探、开发和利用就必然地提到社会进步和经济发展的议程上,并得到世界各个国家的高度重视.因此,页岩油气现已成为我国能源界和科技界及政府部门的热门话题.在经过了一段时间的"热炒"和依据尚不充分的评估后,本文通过对中外有关资料的分析和讨论认为:1)必须在了解世界各国、特别是北美页岩油气赋存与开发的条件下,认识我国页岩的分布状态和页岩油气潜能;2)在理解其它国家页岩属性、页岩油气的前景和勘查及储存背景下,在我国较全面的进行页岩和页岩油气存储的勘探和对其进行要素匹配,并选择远景好的典型地区进行示范研究与探索;3)集理念与实践综合研究制定页岩油气在我国的发展方案和路线图.     

第二深度空间(5000~10000 m)油、气形成与聚集的深层物理与动力学响应

在当今全球各国对油、气能源的需求和我国在工业化进程中油气能源十分紧缺的前提下,共享世界油、气能源的同时,必须立足于本土,迅速建立起安全、稳定,且可保证持续供给的油、气能源战略后备基地.油、气田勘探和开采中,尚存在着大于或远大于通常所规范的油、气生成稳定温度和深度限定,而向深部勘察油、气的理念又受到传统油、气成因理论的严峻挑战.为此,近些年来,通过对沉积建造、结晶基底,深部油气生成的物理（主指温度、压力）条件、物源和聚集储存空间的研究,提出：①沉积盆地中存在双相（陆相+海相）沉积建造,而基底则分为中、新生代沉积基底和古老的变质岩结晶基底,即双层基底;②地壳深部介质的物理－化学属性和变质岩及存储空间为油、气的生成和聚集提供了物质基础;③厘定了在有机成因主导下,油、气混合成因（有机+无机）的新理念;④第二深度空间（5000~10000 m）的油、气探查和开发将必是未来深部发现大型和超大型油、气田和深化研究的必然轨迹.     

石嘴山市煤炭型工业城市发展中的环境问题及对策

石嘴山市是我国重要的煤炭城市,40多年来,因煤炭资源开采、利用和外输,形成了该市畸重的工业结构,在煤炭资源日趋枯竭的同时,生态环境也遭到严重的污染和破坏。本文概述了石嘴山市煤炭资源储量及开发利用状况,分析了生态环境存在的主要问题及原因,提出了优化产业结构,减少污染企业比例,实施煤炭开采沉陷区生态修复工程,推进工业废弃物的综合利用,限制高耗水、高污染项目的发展和建立补偿机制等对策及建议。     

中国煤炭电法勘探36年发展回顾

1980年以来,中国煤炭电法勘探经历了三十六年的发展过程.根据煤炭地质勘探任务和电法勘探技术特点,中国煤炭电法勘探的发展历程可分为三个阶段,即:1980年-1989年,以地面直流电法为主的勘探阶段;1990年-1999年,以煤矿井下直流电法为主的勘探阶段;2000年-2015年,以地面和井下瞬变电磁法为主的勘探阶段.文中分析了不同阶段主要方法技术的研究背景与成果,结合当前煤炭电法勘探的应用与技术现状,根据煤矿安全生产需求,指出了我国煤炭电法勘探在基础理论、数据采集、资料处理与解释以及仪器装备方面的发展趋势.     

强化第二深度空间金属矿产资源探查,加速发展地球物理勘探新技术与仪器设备的研制及产业化

中国正处在快速工业化和经济腾飞的前夜,必须有大量各类金属矿产资源的支撵,当今国内却供给不足.供需矛盾日益尖锐,导致了对外依存度的不断增长.本文从这一前提和解决的途径出发,分析了金属矿产资源形成与聚集的深层过程和动力学响应、地壳深处金属矿产资源探查的科学依据与例证、地球物理方法和技术支撑.据此提出:(1)当今国家所公布的资源量系指第一深度空间(0～500m)找矿、勘探和开发的资源量,尚不能完全表征全国金属矿产资源量的全部;(2)实施第二深度空间(500～2000m)金属矿产资源的找矿、勘探和开发已迫不及待;(3)在深部金属矿产资源的探查和开发中,必须依靠新的认识和新的理念,采用先进的、高精度的地球物理探测方法和技术,并建立起有自主特色的深部矿产资源探查理论、方法和技术体系.(4)引进技术不等于引进创新思维,更不等于引进创新能力;(5)加速发展和研究地球物理勘探新技术与仪器设备,并逐步产业化.     

也谈地壳内第二深度空间石油、天然气的形成及勘探前景

在当前国内油气供需紧张的严峻形势下,开展"第二深度空间"的油气勘探"势在必行",也是"当务之急"."第二深度空间"的油气勘探需解决3个问题.一是油气无机成因的地球化学证据.原油、沥青、干酪根的Pb,Sr,Nd同位素示踪、原油中异常高含量的金属微量元素、原油中有机硅化合物的发现等均表明原油可以由无机反应而生成.二是油气无机成因论是可以指导油气勘探的.油气的分布与中地壳的低速、高导层的耦合表明有成因关系,中地壳的低速、高导层是油气的发生器,也是初始储层,据此可以对油气田进行预测.柴达木盆地昆北花岗岩油田的发现是一典型案例.三是"第二深度空间"的油气勘探需要地球物理方法和技术的支撑.目前第4代采集处理新理论、新方法业已提出.地球物理学家已经把深部勘探的新方法、新技术提到议事日程.总之,"第二深度空间"的油气勘探是有理论依据的,是可能的,是可操作的.发现大型、超大型油气田指日可待.     

岩石圈内部第二深度空间金属矿产资源形成与集聚的深层动力学响应

中国的快速工业化发展和经济腾飞必须有大量金属矿产资源的支撑,在共享世界资源的同时,其根本出路在于立足本土．因此提出第二深度空间（500～2000 m）金属矿产资源的找矿勘探新理念．通过对国内外金属矿产资源地球物理勘探发展的概况分析和研究提出：①金属矿产资源的集聚和分布受控于地壳内部物质与能量的交换和其深层动力过程;②在地壳内部第二深度空间存在着丰富的矿产资源,包括大型和超大型矿床;③必须充分发挥高精度地球物理探测方法的效能,并进行综合技术集成．     

中国地球深部物理学和动力学研究16大重要论点、论据与科学导向

中国地球深部物理学与动力学的研究始于20世纪50年代,半个多世纪以来这一创新性工作取得了重大进展.基于我国大陆陆缘和邻近海域壳、幔结构的分区特征和不均匀性展布,特别是在印度洋板块、太平洋板块和欧亚板块的相互作用下形成了一个破碎镶嵌的块体组合.因为资源、能源、灾害的形成和动力机制均为地球内部物质与能量的交换所致.为此表明:地球内部结构和深层动力过程的研究与探索在成山、成盆、成岩、成矿和成灾过程中有着极为重要的作用.半个多世纪以来我国在该领域中,不论是理论、方法和探测技术诸多方面已有着较丰富的积累,并首先提出了16大论点与论据,它们是重要的科学导向.这不仅促进了我国在20世纪百年里地球科学的发展,而更为重要的是提出了一系列的有待研究和探索的科学问题.在21世纪的进程中,地球物理学必须牢牢地把握国家战略需求和自主创新,方能有所发现和突破.为此我们必须深化对地球本体的认识.     

上地幔高导层与内生金属矿产及油气藏的关系

依据大地电磁测深所发现的上地幔高导层顶面深度可以给出大陆岩石圈-软流圈界面(LAB)的空间发育特征,为认识岩石圈结构及壳幔相互作用等提供重要信息.本文在1996年编制的中国大陆上地幔高导层顶面深度图的基础上,补充了1995—2010年大地电磁测深结果和大地热流数据,以1°×1°网度编制了新的中国大陆上地幔高导层顶面深度图.我国上地幔高导层顶面深度变化很大,具有南北分带,东西分块的特征,呈东浅、西深、北浅、南深的格局,从最浅的50~60km到最深的230km,平均深度为100~120km.据上地幔高导层顶面分布形态,全国共可划分出27个隆起区.通过与中国已知内生金属矿产和油气田的分布对比,发现我国大陆80%以上中生代内生金属矿床分布在上地幔高导层隆起带或其梯度带上方.中国大陆东部含油气盆地主体对应上地幔隆起区,油气田多位于隆起区上方或其边部的过渡带上;西部主体位于幔坳区,主要油气田对应盆地中心的幔坳向周边幔隆过渡的梯度带上;中部表现为仅盆地腹地对应幔坳,盆地周边对应规模较大的上地幔隆起带,主要油气田位于隆起带.总的来看内生金属矿床一般分布在上地幔隆起区靠近造山带一侧,而油气田一般分布在上地幔隆起区靠近盆地一侧.软流圈的不断上隆,造成岩石圈减薄、拉张,张性断裂的出现成为地球深部物质和热量向地壳上部运移的有利通道,为内生金属矿产的形成提供了成矿物质和能量保障,也为含油气盆地带来了生烃催化剂、热能和无机成因的石油与天然气.地球深部超临界流体的存在对上地幔高导层的形成、成矿物质运移可能发挥了重要作用.     

张北—尚义地震区的壳幔构造

通过对河北张家口地区的深地震测深宽角反射／折射剖面资料的研究表明：近东西向的张北—崇礼地壳断裂带与北西西向的张家口—渤海地壳深断裂带在张北６２级地震区交汇。在这里延伸至莫霍面的地壳深断裂带和壳内界面的不连续处是汉诺坝大面积玄武岩溢出的通道。震区中上地壳内的局部速度逆转和下地壳内异常的低速带预示着岩浆活动仍较强烈。张家口—渤海地壳深断裂带近期活动可能是张北地震发生的主要因素     

渤海湾盆地冀中坳陷现今地热特征

渤海湾盆地冀中坳陷是我国最典型的潜山油气藏富集区.本文借助117口钻井地层测温资料和45块实测岩石热导率数据系统研究了冀中坳陷现今地温梯度、大地热流、热岩石圈厚度、岩石圈热结构等地热特征参数.研究表明,冀中坳陷0~3000m统一深度现今地温梯度为20.8~41.0℃·km-1,平均值为31.6℃·km-1,比未校正值减小1~3℃·km-1;现今大地热流介于48.7~79.7mW·m-2,平均值为59.2mW·m-2.平面上,冀中坳陷现今地温梯度和热流由西向东(从盆地边缘向内部)逐渐增大,并且凸起区地温梯度和热流相对较高,而凹陷区则偏低,与基底地形起伏具有很好的对应关系.同时,冀中坳陷腹部高热流凸起区广泛分布地热田.冀中坳陷现今热岩石圈厚度为98~109km,其岩石圈热结构为一典型的"冷壳热幔"型.本研究不仅对冀中坳陷油气勘探与地热能开发具有重要的指导意义,而且为深部岩石圈研究(华北克拉通破坏科学问题)提供了新依据.     

秦岭造山带与邻域华北克拉通和扬子克拉通的壳、幔精细速度结构与深层过程

秦岭造山带与其南北两侧华北克拉通和扬子克拉通属三大构造单元,不论其各构造单元体还是其界带构造均甚为复杂,并受到多期次构造运动的制约,形成了大陆内部特异的造山过程.尽管在这一地域曾做过大量的地表地质工作和一些相关的地球物理工作,但对其壳、幔精细结构、深层动力过程,特别是同步穿越华北克拉通、秦岭-大巴造山带和扬子克拉通系统的耦合研究甚少.为了研究和探索该地域的壳、幔精细速度结构和其形成的深层过程,专门布置了一条北起榆林,向南经咸阳、宁陕直抵涪陵长达1000 km的高精度地震宽角反射、折射波场探测剖面.通过剖面辖区高分辨率的数据采集,数据处理、反演和壳、幔层、块精细速度结构,发现剖面辖区深部壳、幔结构存在特异的速度和结构变化,并厘定了一系列的新认识.研究结果表明:(1)秦岭—大巴造山带具有同一基底,其形成乃为结晶基底隆升所致,即它的形成仅涉及到上地壳的受力变形和空间状态.造山带与其南、北两侧的前陆盆地为陆内造山过程中同一深层过程的产物,但其沉积速率和形态却不相同.华北克拉通与秦岭造山带之间前陆盆地B_fc拉张为该区Moho界面的局部隆升所致.(2)首次提出了沿1000 km长剖面连续的沉积建造、结晶基底、上地壳、下地壳和上地幔顶部的层、块速度结构和各界面的起伏变化与空间状态.基于地震波边界场响应厘定了华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通的分区界带.论述了三大构造单元各自的内部结构和其相邻界域的速度变化特征.(3)该区大陆内部速度结构和不同类型断裂分布及层序在华北克拉通、秦岭—大巴造山带、扬子克拉通三大块体地域存在显著差异.不同规模、层次与产状的断裂分布反映出它们在变形行为和机制上及所受构造运动的制约上均存在明显的差异.