向地球深部進軍 我國深部鉆探技術破四項世界紀錄

2018-05-28 來源:中國礦業報 本報記者:吳昊

“我宣布,松科二井勝利完井!”5月26日,在大陸科學鉆探工程(松科二井)完井暨學術研討現場會上,中國地質調查局副局長、松科二井工程領導小組組長李金發宣布:松遼盆地大陸深部科學鉆探工程即松科二井超額完成預定目標,勝利完井。

至此,歷時4年多時間,松科二井勝利完井,完鉆井深7018米,這也成為亞洲國家實施的最深大陸科學鉆井和國際大陸科學鉆探計劃(ICDP)成立22年來實施的最深鉆井,同時也是全球首個鉆穿白堊系陸相地層的科學鉆探井。這也標志著我國在“向地球深部進軍”的道路上又邁出了堅實的一步。

松科二井是在黨中央、國務院的堅強領導下,自然資源部在財政部、國家發改委、科學技術部、教育部的大力支持下,積極落實習近平總書記關于“向地球深部進軍”的要求,在黑龍江省安達市實施的大陸深部科學鉆探工程。在鉆井過程中攻克了超高溫鉆探和大口徑取心等地球深部探測重大技術難題,獲取了415萬組24TB的深部實驗數據,超額完成了預定目標,實現了理論、技術、工程、裝備的重大突破,顯著提升了我國在地球深部探測領域的科技創新能力和國際影響力。

李廷棟等院士專家對松科二井成果給予高度評價,認為成果總體達到國際先進水平,在深部鉆探技術和白堊紀陸相古氣候研究方面達到國際領先水平。外國專家學者也對松科二井成果高度認可。國際大陸科學鉆探計劃發來的賀信中表示,松科二井深度史無前例,該項目不僅對中國大陸科學鉆探,而且對大陸科學鉆探工作具有“引領”作用,在科學上、技術上和國際合作上都是“燈塔性”樣板工程。

入地難,難于上青天

地球深部蘊藏著無盡的科學之謎,是維系萬物生存的物質根本、能量基礎。由于堅硬的巖石、高溫高壓的極端環境,人類對地球深部的認知遠未達到對太空的認知程度。

習總書記在全國科技創新大會上指出,向地球深部進軍是我們必須解決的戰略科技問題,為科技強國建設指明了方向,鞭策著新時代的奮斗者向“無人區”挺進。

科學鉆探是獲取地球深部物質和了解地球內部信息最直接和最可靠的方法,被譽為人類的“入地望遠鏡”和地球內部物質的“采樣器”。

中國科學院院士侯增謙在接受記者采訪時表示,“松科二井在基礎地質研究的成果,對我們了解地球深部的物質、結構、組成、動力學過程,最后了解整個地球系統,具有重要意義。”

松科二井創建了完整的松遼盆地陸相地層標準剖面——“金柱子”,為開展區域性和全球地層對比研究提供了重要的陸相“標尺”,并且揭示了松遼盆地深部地質構造特征,發現了古大洋板塊俯沖、聚合的深部證據,構建了盆地早期基底雙向匯聚、后期伸展反轉的陸內盆地演化新機制,為松遼盆地成因再認識及深層油氣勘探提供了理論指導。除此之外,松科二井的成果豐富了白堊紀陸相生油理論。白堊紀一直是油氣資源調查的重要靶區,松科二井首次發現了松遼盆地多次、短期海侵事件的新證據,提出了白堊紀海侵事件是有機質富集和烴源巖形成的重要因素之一的新認識,對松遼盆地深部油氣勘探具有重要的指導意義。

看高峰,高峰就在這里

當中國特色社會主義進入新時代,中國人民的創造精神正在前所未有地迸發出來。如何跑出創新“加速度”,攀登發展新高峰,成為擺在新時代奮斗者面前的新課題。

21世紀,人類面臨生存發展新的考驗,面臨資源匱乏、環境惡化、災害頻發的巨大挑戰,必須向深部進軍,這已經成為全球科學家的共識。

看高峰,高峰就在這里!

向地球深部進軍是我們必須解決的戰略科技問題,地球深部探測是探索地球奧秘、解決深部資源環境重大問題的重要手段。在夜以繼日的拼搏中,中國地質工作者終于實現了深部探測鉆探技術的跨代發展!

松科二井創造了深部鉆探技術四項世界紀錄和兩項重大突破。

松科二井團隊創造了311毫米大口徑連續取心最長(1650米)、三種不同口徑(311毫米、216毫米、152毫米)單回次取心最長(30米、41米、33米)的世界紀錄,大幅提高了施工效率和巖心采取率,縮短了施工周期,降低了成本,確保了全球最完整最連續的白堊紀陸相地層記錄的獲取和科學目標的實現。

在世界上首次研發并成功應用大口徑一次取心成井和中空井底動力繩索取心等技術,將鉆進速度提高了2倍。

松科二井成功研發抗高溫的水基鉆井液、固井等系列技術,創造了國內最高溫度(241℃)條件下鉆進的新紀錄,為解決超萬米深部鉆探面臨的超高溫難題做好了技術儲備。

松科二井取得了深部鉆探連續取心、超高溫鉆探、井壁維護等關鍵技術的突破性進展,實現了深部鉆探技術和萬米級大陸科學鉆探裝備的國產化與實用化,超深井大口徑取心、超高溫鉆井技術等達到國際領先,顯著提升了我國地球深部探測能力和國際影響力,為“向地球深部進軍”提供了關鍵技術和裝備保障,為搶占深部鉆探技術國際制高點奠定了堅實的基礎。

松科二井成果正如國務院參事、原國土資源部總工程師張洪濤評價的,“松科二井的成果振奮人心,具有跨時代的意義!”

論古今,探尋氣候演變規律

距今1.45億~0.65億年的白堊紀是地球45億年演化歷史中,距離人類最近的典型溫室氣候時期,松遼盆地是研究白堊紀溫室氣候和未來全球氣候變暖的天然實驗室,這也是當初松科二井選址的初衷之一。

松科二井在白堊紀陸相古氣候研究領域的重要原創性成果,被很多專家評價為“項目最亮點的成績之一”。

松科二井獲得了白堊紀陸地古氣候演變規律的三項重要證據:首次實現了對白堊紀最完整最連續陸相地層厘米級高分辨率的精細刻畫,建立了白堊紀重要地質歷史檔案,為研究白堊紀古氣候演變提供了重要的科學依據;首次重建了白堊紀陸相百萬年至十萬年尺度氣候演化歷史,發現了各個時間尺度陸相氣候變化的主要控制因素,為研究地球氣候系統在溫室氣候條件下演變機制找到了新證據;發現了白堊紀氣候波動重大事件,捕捉到大規模火山爆發排放二氧化碳引發陸相氣候劇烈波動的重要信息,證實了氣候快速變化是導致恐龍滅絕的誘發因素。

過去這個研究領域在世界范圍內一直處于空白區,松科二井獲得了白堊紀陸地古氣候演變規律的三項重要證據,使我國在該研究領域實現了從“跟跑者”轉變為“引領者”,顯著提升了我國在國際地質歷史古氣候研究領域的學術影響力。更為重要的是,對古氣候演變規律的探尋,對研究和預測未來全球氣候變化意義重大。

深勘探,保障國家能源安全

尋找深部能源是保障我國能源安全的重大戰略任務,地球深部開發對生態環境的擾動比地表更小,更符合生態文明建設要求。國家能源需求發生變化,對國內能源企業持續發展也提出了新的要求。加快松遼盆地深部能源勘查,發現新的接替能源對實現大慶油田百年持續穩定開發日顯迫切。

松科二井在鉆探過程中,發現了松遼盆地深部兩種清潔能源具有良好的勘探開發前景。在松遼盆地深部凹陷帶沙河子組和火石嶺組(3350米以深)地層中發現頁巖氣氣測異常43層,累計厚度102米,甲烷占全烴組分平均含量的86%,證實了松遼盆地深部存在有利的頁巖氣層系,為實現深部能源勘查向頁巖氣勘查拓展提供了重要依據。此外還發現了具備開發條件的盆地型干熱巖地層。在井深4400米~7018米發現溫度150℃~240℃高溫干熱巖體和2層含高放射性元素異常地層,熱流值為84毫瓦/平方米,展示了松遼盆地具有良好的地熱能開發應用潛力。

傳統對大慶地區頁巖氣的認知在1000米左右,而松科二井揭示了松遼盆地深部地熱能、頁巖氣等清潔能源的良好潛力,為深部能源勘探提供了新方向,對保障國家能源安全、建設“百年大慶”和實施“振興東北老工業基地”戰略具有重要意義。

談啟示,制度保障創新引領

松科二井工程歷時4年多攻堅克難,組織百余家單位600多名科技人員,超額完成了既定的目標任務,彰顯了社會主義制度集中力量辦大事的優越性。項目以創新引領為核心,以破解深部鉆探技術和探索松遼盆地深部資源環境重大地質問題為目標導向,在工程科研目標設定、科學選址、精心設計施工方案的基礎上,堅持自主創新,打破固有思維和傳統技術束縛,創新的大口徑同徑取心技術體系與裝備解決了取心長度和工程進度無法兼顧的世界難題,提高了鉆探效率和取心率。研發的抗高溫鉆井液體系和固井技術解決了超高溫無法施工等難題,保障了工程的成功實施。獲得的最完整白堊紀陸相古氣候地質記錄和古氣候變化規律新認識,引領了全球白堊紀陸相古氣候研究和發展方向。

松科二井成功完井的科學貢獻將載入我國深地科學發展的史冊,也創造了大陸科學鉆探工程的新紀錄,提振了科學界探索地球深部奧秘的自信和雄心壯志。相信將有更多的地質工作者投身地球深部探測事業,實現透視地球、深探資源、拓展空間、綠色利用的科學目標,造福小康社會,建設美麗中國,為國家經濟社會綠色可持續發展做出更大的貢獻。□

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