中国能源清洁低碳化利用的战略路径

中国的工业化进程已取得举世瞩目的成就,国内生产总值跃居全球第二。与此同时,能源消费总量、碳排放总量及增量等多个指标也连续多年位居全球第一,以煤为主的能源消费结构带来了严重的环境问题。从全球能源演变过程看,能源清洁低碳化利用是发展的大趋势,也是解决气候变暖、生态破坏等重大环境问题的必由之路。为此,系统阐述了中国能源消费的现状及能源清洁低碳化利用的必要性,探讨了推进能源清洁低碳化的措施,并分析了煤炭、石油、天然气、非化石能源等在我国能源中短期清洁低碳化利用战略中的地位。结论认为:(1)我国需要在优化产业结构、控制能源消费总量、改进能源消费结构等多个方面共同努力以推动能源的清洁低碳化;(2)结合我国资源禀赋及消费现状,煤炭的清洁化利用是现实选择,大力发展非化石能源是战略性选择,石油作为动力燃料主力的地位中短期不会动摇,而天然气在我国能源清洁低碳化过程中将发挥重要的桥梁作用。     

南海北部第三系海相烃源岩

孢粉组合及有机质组成等分析表明,南海北部第三系海相烃源岩的有机质主要来源于陆生高等植物,其形成与河流-三角洲和海岸平原等利于陆生高等植物发育的环境密切相关。平面上,盆地或凹陷边缘发育的海相烃源岩有机质丰度较高,而盆地或凹陷沉积中心的海相烃源岩有机质丰度较低。层序地层格架中的海侵体系域能够形成还原的沉积环境,有利于陆生高等植物来源的有机质保存及海相烃源岩的发育。珠江口盆地白云凹陷深水区已发现的原油明显存在珠海组海相烃源岩的贡献,海相烃源岩可能是南海北部深水区外围盆地的主要烃源岩。     

南海北部深水区盆地烃源条件和油气源

南海北部深水区在古近纪经历了多幕裂陷作用,至新近纪开始进入坳陷阶段。裂陷期发育湖相和海陆过渡相烃源岩,坳陷期发育海相烃源岩,其中海陆过渡相烃源岩是南海北部深水区的主要烃源岩。南海北部深水区已发现的油气主要来源于海陆过渡相的崖城组和恩平组,海相的珠海组烃源岩对珠二坳陷深水区原油有重要贡献。琼东南盆地深水区天然气属于典型的煤型气,主要气源岩为崖城组腐殖型烃源岩;而珠二坳陷天然气既非典型的煤型气,也非典型的油型气,而是二者之间过渡类型天然气,气源岩为恩平组腐殖-腐泥混合型烃源岩。     

南海北部陆坡流体运移差异性的原因分析——以神狐天然气水合物钻探区和LW3-1井区为例

神狐天然气水合物(以下简称水合物)钻探区和LW3-1井区均位于南海北部陆坡珠江口盆地,平面相距约25km,但其天然气(水合物)的成因却不相同。为此,首先对神狐海域高精度2D/3D地震资料进行了精细解释,共识别出底辟构造(气烟囱)、大尺度断层、上新世中尺度正断层和更新世滑脱断层等4种含气流体的运移通道。在此基础上,对比分析了神狐水合物钻探区和LW3-1井区运移通道的平面分布特征。结果表明:气烟囱虽在两个区域内都有发育,但在形态、规模、内部结构、与围岩接触关系等方面却存在着明显的不同;晚中新世以来,神狐水合物钻探区以上新世正断层和更新世滑脱断层为主,前者被认为是流体侧向运移的通道,后者则沟通了气烟囱和海底,可被视为流体的逃逸通道,而LW3-1井区则主要发育沟通深部的大尺度断层,且剖面上呈现为地堑/地垒的特征。结论认为:LW3-1井区中沟通深部烃源层的气烟囱和大尺度断层,其垂向的流体输送能力要强于神狐水合物钻探区,这便是造成这两个相邻区域流体运移条件不同的主要原因。     

南海北部深水区地热特征及其成因

对392个地温梯度数据和234个大地热流数据的统计结果显示：南海北部深水区地温梯度为2.94～5.22℃/hm,平均为3.91±0.74℃/hm;大地热流值为24.2 ～121 mW/m²,平均为77.5±14.8 mW/m²。南海北部地区现今地温场具“热盆”属性,且深水区比浅水区更“热”。大地热流总体变化趋势为：从陆架到陆坡（从北到南）逐渐增高,且增高趋势与地壳减薄趋势一致,同时,平面上存在显著的局部异常点。新生代岩石圈拉张减薄以及新构造运动引发的岩浆、断裂活动是南海北部深水区具“热盆”特征的根本原因,南北向岩石圈减薄程度控制了大地热流总体变化趋势,新构造运动引发的岩浆与断裂活动则是局部热流异常形成的根本原因。     

南海北部陆缘盆地基底结构及其油气勘探意义

南海北部陆缘地区中生代受太平洋板块对东亚大陆俯冲挤压作用,发生多期次不均衡隆升,表现为以琼海断裂和阳江-一统暗沙东断裂为界,基底呈现西老东新、侧向分块的3个阶梯式分布。而在垂向上则表现为不同分带结构特征,琼海断裂以西的琼东南盆地基底为两层结构,下部元古界,上部古生界,缺失中生界;琼海断裂与阳江-一统暗沙东断裂之间的珠江口盆地西部基底为不完全三层结构,中生界呈孤岛状分布;而阳江-一统暗沙东断裂以东的珠江口盆地东部基底则为三层结构,元古界、古生界、中生界均保存较好。对基底结构研究结果表明,在珠江口盆地东部潮汕坳陷及东沙隆起带分布有巨厚的中生界,发育大型宽缓褶皱带,并且具有较厚的暗色泥岩分布,烃源岩条件较好,而在基底之上厚度较大的古近系可作为与之配套的盖层。因此,借鉴台西南盆地成功的勘探经验,推测南海北部陆缘前新生代地层也具有良好的油气勘探前景。     

南海北部神狐海域GMGS1和GMGS3钻探区天然气水合物运聚成藏的差异性

为了探究南海北部陆坡神狐海域GMGS1与GMGS3天然气水合物(以下简称水合物)钻探区的钻探结果存在差异的原因,在分析区域地质背景的基础上,基于高分辨率准3D地震资料,结合实际钻探结果,从"水合物运聚体系"的角度,对上述两个钻探区含气流体运移疏导通道类型、发育演化特点及其对水合物成藏的控制和影响等方面进行了对比研究。结果表明:(1)两个钻探区相距甚近且地质背景相同,但含气流体运移通道类型、组合样式、发育演化特点和运移效能却存在着差异,使得二者气体来源不同;(2)GMGS1钻探区以气烟囱模糊带和中小尺度断层作为主要运聚通道系统,缺乏沟通古近系烃源岩与浅层水合物稳定域的沟源断裂,深部热成因气运移效能低,水合物气源以浅层生物气占绝对优势;(3)GMGS3钻探区靠近白云凹陷东部泥底辟及断层发育区,通道运移效能较高,源自深部古近系烃源岩的热成因气能够通过疑似泥底辟、气烟囱模糊带及断层垂向运移至水合物稳定域,热成因气对其水合物成藏的贡献要大于前者。结论认为,含气流体运聚通道的差异可能是使得上述两个钻探区水合物气体来源及运聚富集程度等出现较大差异的重要原因。     

深水区——南海北部大陆边缘盆地油气勘探新领域

南海北部大陆边缘经历了前裂谷期、裂谷期、热沉降期和新构造期4大构造演化阶段,形成了多个新生代盆地。在深水区(水深大于300m)裂谷期(古近纪)伸展断裂活动强烈,形成凸凹相间的构造格局,凹陷中沉积了厚度为3 000-6 000m的古近系;热沉降期(早—中中新世)发生了区域性拗陷作用,形成了隆坳相间格局,沉积厚度小于2 000m;新构造期(晚中新世—第四纪)沉降幅度加大,并沉积了巨厚的地层,断裂活动东强西弱。上述3期构造演化均形成了沉积厚度很大的叠加伸展盆地。深水区生烃凹陷是裂谷期的断陷,已经证实的主力烃源岩是渐新统下部中深湖相泥岩、海陆过渡相泥岩、海相泥岩与煤系地层,可能的烃源岩是始新统中深湖相泥岩,潜在的烃源岩是渐新统上部和中新统海相泥岩,生、排烃产物主要是天然气。深水区至少有3套储层,即渐新统海陆过渡相砂岩、新近系海相砂岩及生物礁、始新统陆相砂岩。盖层发育广泛,区域性盖层是新近系海相泥岩和渐新统泥岩。圈闭数量较多,其类型主要有披覆背斜、断层圈闭和深水扇体等。油气运移方式随时间和空间的不同变化很大,受新构造期断裂活动控制,琼东南盆地深水区以侧向运移为主;白云凹陷早期以侧向运移为主,晚期以垂向运移或断坡-断坪运移为主。深水区成藏单元有凸起、凹中次凸、断裂带和深水扇等。深水区油气勘探的策略是优先勘探凹陷内部及其周边正向构造上的构造圈闭,然后逐渐向凹陷内的非构造圈闭拓展。     

南海北部深水区油气成藏理论技术创新与勘探重大突破

南海北部深水区油气资源丰富，是我国重要的油气勘探开发领域，历经20年的科技攻关与应用实践，形成了一系列的理论和技术。研究成果表明：①南海北部陆缘大型拆离作用控制了深水盆地的形成和演化，在陆缘深水区形成了始新世湖相、渐新世海陆过渡相和渐新世—中新世海相3套烃源岩；②陆缘岩石圈强烈薄化带控制了南海北部的古地貌与沉积环境，在珠江口盆地白云凹陷与琼东南盆地深水区形成了陆架边缘三角洲—深水扇体系和大型中央峡谷沉积体系的优质储层，上述3套烃源岩与多类型储集体之间由不同的输导系统构成了3种油气成藏模式；③针对深水区中深层地震成像差、储层预测与流体识别难的问题，研发了“犁式”电缆宽频和立体震源采集技术、三维空间高精度重磁震联合反演技术、深水油气勘探海底检波器地震处理和纵横波联合反演技术、深水储层物性—含油气性定量评价技术；④针对深水钻完井与测试关键技术缺乏等难题，研发了一种深水探井井壁主动强化技术、深水表层集束批钻模式、深水大产能安全高效测试模块化技术。结论认为：①建立了南海北部深水油气成藏理论、深水区油气勘探地球物理技术体系和深水安全高效钻完井测试技术，形成了配套的深水油气勘探技术体系，有效地指导和发现了一批大中型商业油气田，探明天然气地质储量超过3 000×108 m3，实现了我国深水油气勘探历史性重大突破；②油气地质理论认识创新、地球物理和钻采关键瓶颈技术突破，是南海北部深水区持续获得重大油气发现的必要条件。     

南海北部陆坡天然气水合物沉积成藏特征

指示天然气水合物存在的重要地球物理标志--BSR（似海底反射）在南海北部陆坡晚中新世以来的地层中广泛分布。根据BSR在晚中新世以来3个三级层序地层内的分布特点,结合区域热动力背景、沉积特征（沉积相、沉积速率、含砂率、岩性特征等）和典型沉积体（构造坡折带、滑塌体、沉积物波）的综合分析,系统研究了南海北部陆坡天然气水合物的沉积成藏特征。研究表明,BSR的分布在满足温压、气源的基础上更明显地受沉积体系展布和所处构造部位的控制,气源和温压条件只是影响BSR分布的必要条件而非充分条件。建立了南海北部陆坡典型沉积成藏模式,总结了在陆架、陆坡、陆基上随着水深的增加各种沉积体的分布及其与BSR和水合物稳定带的关系,展示了水合物成藏的典型要素。BSR与构造坡折、深水重力流及等深流沉积密切相关,大多数BSR分布区均位于地貌变化陡峭、地形起伏较大、长期继承性隆升与沉降交汇的黏土质粉砂和粉砂等沉积物中。在陆架三角洲前缘,BSR侧向较连续但延伸距离短,水合物成藏的关键在于深部气源的沟通条件;在陆坡海槽与底辟发育区,BSR受断层与底辟切割往往呈断续分布,沉积物的快速卸载可为水合物的赋存提供较好的沉积储层条件;在陆基至深海区海底扇、浊流、等深流发育的位置,BSR侧向连续延伸距离远,气源主要为浅部生物气,以侧向运移为主。     

南海北部神狐海域天然气水合物成藏动力学模拟

为进一步了解南海北部神狐海域天然气水合物的成藏匹配条件,利用典型二维地震剖面,构建了该区的地质模型,并对其进行了天然气水合物成藏动力学的模拟。研究结果表明：神狐海域具备天然气水合物成藏的温度、压力条件;生物气和热解气的资源潜力巨大,满足水合物形成的气源条件;运移条件优越,有利于天然气水合物的聚集成藏。并提出了该区天然气水合物的成藏模式。