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古生物学与国民经济的,我国应尽快开辟页岩气

2019-07-31 17:04

如今,谈及科技对国民经济的作用,人们多会想到“高大上”的应用学科,鲜有人会想到古生物学。古生物学这种以理论研究为主的基础学科,和国民经济仿佛两根平行线,“风马牛不相及”,又如何去找寻其交叉点?

面向国家需求,老学科也可以大有作为

“目前我国页岩气的开发,仍然面临众多考验”,“页岩气实际开发利用还存在差距”……11月18日,在中国科学院南京地质古生物研究所资源地层学与古地理学重点实验室召开的中国南方页岩气的形成和分布研讨会上,专家认为,页岩气开采规律不同于常规油气田,存在排气衰减率高、后劲不足的特点。

事实上,古生物与国民经济,特别是化石能源资源关系相当密切。现在人类所使用一切化石能源,如石油、天然气、煤炭等自然资源,都是由古代生物遗留下来的。因此,在寻找、开发化石资源的过程中,古生物学科不可或缺。

■王海峰 胡妍妍 盛捷

中国南方海相页岩气的开采资源,约占国内海相页岩气总可采资源的87%,南方页岩气开采前景广阔,若能突破障碍,势必给中国页岩气开采带来新的动力。与会专家认为,应尽快在我国南方开辟新气区,加强基础研究和技术攻关,力争2020年实现300亿立方米年产量目标。

“化石便是古生物与国民经济最直接的交叉点。”中科院南京地质古生物研究所(以下简称南京古生物所)科技处处长蔡华伟告诉《中国科学报》记者。

中国共产党历来十分重视从严治党。自党的十八大以来,党中央坚持党要管党、从严治党,对党的建设从战略高度进行新谋划、新布局,形成了全面从严治党思想,而中国共产党作为中国工人阶级、中国人民和中华民族的先锋队,肩负着带领中国人民在本世纪末实现中华民族伟大复兴的艰巨而又光荣的历史使命,其本身属性也要求必须要保持先进性和纯洁性,必须全面从严治党。

页岩气勘探取得突破,开发技术仍需攻关

在能源勘探中显身手

从2013年6月群众路线教育实践活动开始,围绕保持党的先进性和纯洁性,在全党深入开展以为民务实清廉为主要内容的党的群众路线教育实践活动,到“三严三实”专题教育,对党的群众路线教育实践活动进行延展深化,再到“两学一做”学习教育,将从严治党触角延伸到全党。尤其是党的十八届六中全会胜利召开,全会深刻分析了全面从严治党面临的形势和任务,进一步强调了全面从严治党的必要性和紧迫性。中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称南京古生物所)党委深刻领会到从严治党的必要性,结合“两学一做”学习教育的开展,在全所深入开展了十八届六中全会精神的学习。

页岩气,是储存于富有机质泥页岩及其夹层的非常规天然气。2009年,在攻克技术和成本障碍后,美国页岩气革命席卷全球。这给缺油少气的中国带来了极大的想象空间。

南京古生物所研究员张元动向《中国科学报》记者指出:“看似非常基础的古生物门类研究,其实也可以在国家能源资源勘探中大显身手。”

坚持以上率下、层层示范,把主体责任牢牢扛在肩上

中国科学院院士陈旭告诉科技日报记者,目前页岩气开采条件最成熟的地区是四川盆地,页岩气年产量有望达100亿立方米,相当于替代原煤1500多万吨,减少二氧化碳排放1000多万吨。而替代煤炭可节约能源使用成本50多亿元,替代石油可节约能源使用成本300多亿元,可带动地区GDP增长高达600多亿元。

张元动在中科院资源地层学与古地理学重点实验室主要从事早古生代地层及笔石动物研究。近年来,他运用自己的古生物学知识,致力于支持非常规油气勘探中的页岩气项目,在产气黑色页岩地层分布、生物地层划分与对比、资源储量预测及井下地层鉴定等方面,做了大量不可替代的工作。

“科技兴则民族兴,科技强则国家强”,习近平总书记在中国科学院考察工作时的讲话强调了科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑,必须摆在国家发展全局的核心位置。而作为国家科技发展火车头的中国科学院,在实施创新驱动发展战略中必须发挥引领作用。习近平在考察中高度赞扬了中国科学院是一支人民、国家可以信赖的科技国家队,要求中科院牢记责任,率先实现科学技术跨越发展,率先建成国家创新人才高地,率先建成国家高水平科技智库,率先建设国际一流科研机构。

近期,长江中上游地区页岩气勘探开发取得重大突破,开采地区将扩展到湖北宜昌等地区,推动我国实现300亿立方米年产量目标。

记者来到张元动办公室才发现进门需要靠“挤”,办公室地上、柜上、办公桌上……摆满由生产部门送来鉴定的化石,一盘盘堆放在那里,每盘上面均贴有相关送检单位的名字。记者发现这些化石不仅来自国内单位,还有不少国外单位寄来送检的。

南京古生物所党委深刻意识到全面从严治党与推动研究所科研工作的促进作用,高度重视,认真贯彻党中央、中科院党组、江苏省委等部署,牢牢把握“基础在学,关键在做”这一根本遵循,联系实际,精心谋划,周密部署,有力推进,组织全所10个支部,200多名党员学做结合、知行合一,自觉践行“四讲四有”,为推进研究所“十三五”时期“一三五”规划不断凝聚力量。

“目前,我国已经基本掌握了先进的水平井分段压裂技术,在关键技术装备上,实现了自主创新,潜入4千米深度的页岩气勘探开发技术,已经基本具备。”相关产业部门专家告诉科技日报记者。

这些成堆摆放的化石多为笔石化石。张元动向记者解释道,古生物学家可以根据岩石里面的笔石,来确定精确的地层时代。

南京古生物所党委明确指出,组织开展“两学一做”学习教育是全所重点党建工作,根据党中央、中科院党组以及江苏省委要求,成立了学习教育协调小组,专门负责全所学习教育的统筹协调和服务指导,党委书记、党支部书记都主动担当第一责任人职责。在院党组调整学习教育方案后,南京古生物所党委也及时出台新方案并落实到位。各党支部结合本部门本支部工作特点制定了具体的学习教育方案,确保有序推进全所和各支部的学习教育工作。

水平井分段压裂技术是页岩气开发的关键,具有泄气面积大、单井产量高、储量动用度高的特点。

如今,国内仅南京古生物所在此方面可形成整体研究力量。很多时候,南京古生物所的“张元动们”为了让生产部门“不停工”,不惜舍弃自己的科研时间甚至休息时间去加班鉴定。

坚持贯通学习、研深悟透,把思想政治根基筑牢夯实

专家把水平井形象地比喻成一支吸管,钻机将这根弯曲的“吸管”插入深达几千米以下的页岩气层,水平方向推进1500米左右,通过水泥压裂,在地层中形成人造裂缝,与页岩层中的天然裂缝配合,页岩气就能被释放出来。

张元动指出,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最精准的方法,可以直接指导打钻至精准的层位。因此,黑色页岩相关地层的划分和对比研究是寻找页岩气最基本的,也是最关键的科学问题之一。

南京古生物所党委下发了《党章》《习近平总书记系列重要讲话读本》《习近平关于科技创新论述摘编》,为基层党支部下发《“两学一做”党支部工作指导手册》,给离退休老同志下发大字版学习资料,引导各党支部紧紧抓住“学”这个基础,采取个人自学、领导讲党课、交流研讨等形式,扎实推进理论武装,促使广大党员领悟真谛、参透本质、坚定信仰、保持本色。

然而,我国页岩气地层却具有普遍深埋的特点,对开发技术提出了更多挑战。中科院南京地质古生物所研究员张元动说:“美国很大一部分页岩气层的埋深不到3000米,有的甚至不到1000米。但我国的页岩气大都在3000米以下,有的甚至达到了5000米。地质埋藏条件也非常复杂。”

“找寻页岩气是有讲究的,不能说看到黑色页岩的岩层便是能够产出页岩气的岩层。我们的工作就是要辅助生产部门找到这些储气量最高的黑色页岩地层。”张元动直言,如果找不准岩层,或者方位不准确,一个钻下去,“打穿地球”也不出气,既耗费人力,更造成了国民经济的浪费。“如果钻头多打一米,就会造成2万元人民币左右的浪费。”

一是突出重点内容强化理论学习。南京古生物所党委充分发挥中心组学习会的作用,先后召开中心组学习会4次,4名党委委员分别在4次中心组学习会上带头讲党课,始终做到先学一步、学深一层。

这样的地质条件给页岩气开发带来诸多不便,“最大的问题就是成本,埋得越深,开采成本就越高,目前打一口勘探井大概需要近8000万人民币,打得越深越贵,不夸张地说法,钻头多打一米,就要多花2万人民币左右。”但相关部门专家表示,“可能开始时会出现成本过高,随着技术逐渐成熟,成本肯定会降下来。且目前国家在页岩气开采方面也有补贴。”

近年来,张元动课题组承接了中国科学院战略性科技先导专项“中国典型页岩层系地质特征”的子课题任务。迄今为止,张元动与课题组成员通过项目一共打了五口勘探钻井,分别在湖北、安吉。其中,湖北的钻井显示当地黑色页岩潜在储气量较多。据张元动介绍,还有多口勘探钻井已经列入计划,其中云南的一口井近期正在野外开钻。

二是紧扣党员实际开展分类导学。针对不同岗位,不同年龄的党员特点,引导各支部进一步创新形式、丰富载体,提高学习教育的吸引力和实效性。开设党委委员、支委党务工作微信群,引导在职及研究生党支部开设微信群、QQ群,充分利用新媒体的优势,及时上传学习资料、开展微讨论微课堂,补充常规学习中的不足。

页岩气基础科学问题亟待解决

勘探钻井一般都在远离人烟的野外进行,钻机运行中,需要24小时有人值守。从钻机取出来的岩芯样品有时容易破碎,如果方向弄反了或者位置弄错了,会直接导致该段岩芯的科研价值报废,甚至误导研究结果。

三是注重联系实际开展讨论交流。坚持个人自学与集中研讨相结合,督促党支部和党员干部认真制定、执行学习计划,每季度开展一次专题研讨,围绕“新时期共产党员行为规范”等三个专题深入交流研讨,广大党员紧密结合实际谈认识、谈体会、谈感悟、谈打算,在思想交流和观点碰撞中进一步吃透精髓要义、把握精神实质。

本次研讨会上,出现率最高的一张图就是陈旭院士2015年所作的,有关奥陶系页岩气核心地层的笔石化石带划分方案。“以前我们走了不少弯路,自从有了这套划分方案,我们在野外现场就能知道钻井打到什么位置了,要不要继续往下打,这口井的产气潜力有多大。”相关产业部门负责人介绍说。

为了确保取出的岩芯样品得到准确标记和保存,张元动与课题组成员轮流在野外值班,根据钻机进度随时准备取样,即便是半夜也不例外。他说:“一个勘探钻井下来至少大半个月,从来没有人叫苦叫累,很多年轻人甚至抢着值班。”

四是及时召开支部工作推进会。先后5次召开支部工作推进会,及时将各支部进展情况、特色工作进行交流汇报,促进各支部比学赶超,进一步促进本支部学习教育的开展。

与解决钻井最后一厘米的问题相对应的,是古生物地层学数据库在页岩气开发富集区“甜点”预测方面的应用。

页岩气项目的“催化剂”

坚持抓在日常、严在经常,把合格党员标尺真正立起

近年来,中科院南京地质古生物所古生物地层学数据库在页岩气勘探方面的应用取得重要进展,可以根据原始的地层和古生物数据,生成富含页岩气的黑色页岩地层的三维分布、化石分带等可视化信息,协助产业部门,掌握黑色页岩的时空分布特征,总体估计页岩气的储量和层位。

南京古生物所自主建设的古生物学和地层学数据库(以下简称GBDB数据库)也在页岩气勘探中发挥了很大作用。GBDB数据库创建于2006年,是南京古生物所的一项探索创新型的举措,也是南京古生物所“创新2020”支持的新兴研究方向之一。

南京古生物所党委全面落实“三会一课”,将党的十八届六中全会精神的学习宣传融入支部的组织生活,促使各党支部思想政治建设全面常态化、规范化、制度化。选派党务干部参加省委“两学一做”培训班、延安干部培训班、南京分院专题党课30多人次,现场学方法、经验,并将学到的内容在本支部内进行交流分享,实现全覆盖。

然而,古气候、火山活动、生物类群等与富有机质页岩沉积的关系,深层及非海相页岩气开发潜力等与页岩气形成和赋存有关的基础科学问题,仍有待深入研究。“对于预估我国的页岩气储量,圈定新的勘探开发‘甜点’区域等都具有重要意义。”

“现在,GBDB数据库的数据集成是国内顶尖的,也是全世界最大的地层学和古生物学数据库。在资源共享上,GBDB数据库也在全球数一数二。”GBDB数据库项目负责人樊隽轩研究员向记者介绍。

一是严格要求抓督查指导。南京古生物所党委督促指导各支部及其负责人严格按照《党支部工作指导手册》规范操作,选派党务干部参加省委督导组学习会、联席会,将会上精神及时传达到各支部,确保支部保质保量完成规定动作,督促支部书记和党员领导干部在支部会上讲微党课28次。

南方地区将成为页岩气开发主力

樊隽轩说:“从去年开始,世界上最古老的地调中心——英国地调局便开始调研,最终,选中我们GBDB数据库,来帮助他们将其积累近两百年的数据进行数字化。”

二是典型引路抓正向激励。注重发挥正面典型的激励作用,组织全所党员观看《榜样》,让身边典型闪光,使榜样效应释放。结合纪念建党95周年,南京古生物所党委集中表彰了一批先进基层党支部、优秀共产党员和优秀党务工作者,在全所上下进一步营造比学赶超、见贤思齐的良好氛围。

“中国页岩气起步晚,发展速度快。目前四川盆地最有希望。”陈旭院士说道。我国页岩气开采主要在四川一带,产能最高的要属涪陵,其已探明的储量高达6008亿立方米。

无心插柳柳成荫。由于GBDB数据库收录中国最为丰富的地层古生物资料,而这些数据往往会反映相关地区的能源资源储集信息,因此虽然GBDB数据库起步于基础研究,但对该数据库的深入开发和利用,却可以在国家能源资源勘探中发挥重要作用。

三是落细落小抓家规家风建设。南京古生物所党委以“领导干部立家规,共产党员正家风”为主题,组织各党支部开展好专题讨论,并对中层以上领导干部作出立家规要求,教育引导各级领导干部带头树立优良家风,形成廉洁从政、廉洁用权、廉洁修身、廉洁齐家的高度自觉。

2011年时,我国将页岩气定为第172号独立矿种。目前全球仅有四个国家实现页岩气商业开采,中国就是其中之一。2016年,我国页岩气产量达到78亿立方米,预计2017年达到90亿立方米。

樊隽轩指出,以页岩气项目为例,GBDB数据库可以根据原始的地层和古生物数据生成富含页岩气地层的三维分布、化石分带等可视化信息,协助页岩气团队的古生物学家,掌握黑色页岩的时空分布特征,总体估计页岩气的储量和层位。

四是推动开展各具特色主题实践活动。结合中科院“两学一做”学习教育情景问答70题,迎接中科院监审局“两学一做”专项检查、组织研究所“两学一做”知识竞赛、党员佩戴党徽“亮身份、树形象”等活动;开展“感党恩、跟党走”活动,参观渡江胜利纪念馆;七一、春节前夕走访慰问老领导、老同志、困难党员等;针对研究所科研党员出国和野外工作频繁的特点,创新方式方法,组织利用中科院桌面会议系统开好支部视频专题学习会;各支部结合本部门工作特点,组织支部党员前往新四军纪念馆、竹镇抗日政府根据地、王荷波纪念馆以及野外地质剖面等开展活动,在实践活动中不断加深对“两学一做”的深入理解。

页岩气产量的大幅度持续增长有赖于新层系、新区块、新气区的不断发现。据美国页岩气的产量增长表明,它是通过不同油区之间的阶梯增长,实现快速增长的,因此开辟新战场迫在眉睫。

另外,GBDB数据库也可以通过程序自动生成古地理图,根据黑色页岩的古地理环境,对不同区域的页岩内的“脆性矿物”进行判断,从而找寻到脆性矿物含量高的岩石。页岩层中的脆性矿物含量越高,经过“压裂”后,页岩气产量也会越多,如今数据库内关于脆性矿物的时空分布数据也正在更新中。

坚持围绕创新、服务创新,面向国家需求大有作为

与会相关专家表示,南方海相页岩气开采资源,约占国内海相页岩气总可采资源的87%,南方页岩气开采前景广阔,若能突破障碍,势必给中国页岩气开采带来新的动力。

“没有GBDB数据库之前,古生物学研究主要靠个人翻查资料分析,甚至是依靠经验,特别是开展大区域研究时,往往缺乏量化基础,容易出现误差,并且耗费大量的时间,有些研究甚至需要花上二十到三十年。”樊隽轩坦言,有了数据库特别是采用了超级计算技术之后,对相关地层古生物大数据的科研由点及面,个人变成团队,效率成千上万倍地得到提高,原来不可想象的工作如今也变成了“新常态”。

党建工作永远围绕创新,服务创新,落脚点永远是中心工作,最终目的都是为了更好地促进科研产出。“两学一做”学习教育的开展、十八届六中全会精神的学习宣传以来,南京古生物所的广大科研党员们牢记党员义务,以国家需求为导向,积极探索奉献国民经济的新渠道,使古生物学这一老学科进一步大有作为。

(原载于《科技日报》 2017-11-20 03版)

面向产业共建联合实验室

中国科学院资源地层学与古地理学重点实验室党支部书记张元动研究员及其团队,利用所掌握的科学技能,致力于支持非常规油气勘探中的“页岩气”项目,为产气黑色页岩地层分布、生物地层划分与对比、资源储量预测及井下地层鉴定等,为指导中石油、中海油等生产部门的油气勘探工作,做出了不可替代的工作。可以说,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最精准的方法,可以直接指导打钻至精准的层位。因此,基于古生物化石准确鉴定基础之上的黑色页岩相关地层的划分和对比研究是寻找页岩气最基本的,也是最关键的科学问题之一。

近日,南京古生物所分别与中石油国家能源页岩气研发中心(简称国家页岩气中心)及中海油能源发展有限公司工程技术公司(简称中海油工程技术公司)签署了战略合作及共建联合实验室协议。

张元动研究团队近年来承接了中国科学院战略性科技先导专项“中国典型页岩层系地质特征”的子课题任务,迄今为止,他们通过项目一共打了五口勘探钻井,分布在湖北、浙江一带,其中湖北的钻井显示当地黑色页岩潜在储气量较多。另外,还有三口井已经在计划中了,其中云南的一口井近期正在野外准备开钻。应该讲,这些看似非常基础的古生物门类研究,其实也可以在国家能源资源勘探中大显身手。

国家页岩气中心主任邹才能教授在授牌仪式中指出,南京古生物所及中科院资源地层学与古地理学重点实验室曾多次组织教学、科研活动,积极帮助国家页岩气中心培训科研技术人员。目前,国家页岩气中心相关人员的科研技术水平得到明显提升,很多人员得到奖励和晋升。为此,国家页岩气中心特聘请南京古生物所陈旭院士为首席科学家。

南京古生物所自主建设的古生物学和地层学数据库(以下简称GBDB数据库),创建于2006年,是南京古生物所的一项探索创新型的举措,也是南京古生物所“创新2020”支持的新兴研究方向之一。该数据库负责人樊隽轩研究员带领着团队一切从“零”起步。在研究所的支持下,身为中共党员的樊隽轩,坚持不忘初心,做好“领头羊”的角色,“摸着石头过河”,不断摸索、找寻问题,继续前行,紧盯项目每一个环节,引领着GBDB数据库项目发展的导向,带领着团队,不断壮大数据库,同时也争取一切机会,在国际上推介GBDB数据库。团队仅用十年时间,便积累了更多国内外地层古生物的资源,使GBDB数据库走向国际领先。

中海油工程技术公司副总经理张本云回顾道,中海油实验中心进行古生物地层应用研究已经有30多年的历史,但是目前存在明显发展瓶颈,如古生物学基础研究薄弱,从而导致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,因此,非常希望得到南京古生物所的科研技术支撑。

目前,GBDB数据库已成为国际古生物协会和国际地层委员会的官方数据库。应该讲,GBDB数据库的数据集成是国内顶尖的,也是全世界最大的地层学和古生物学数据库。在资源共享上,GBDB数据库也在全球数一数二。而且,GBDB数据库于2016年被英国地调局选中,于2017年5月开始对其积累近两百年的数据进行数字化。更为重要的是,GBDB数据库在页岩气勘探中也发挥出了巨大作用,可以根据它原始的地层和古生物数据生成富含页岩气地层的三维分布、化石分带等可视化信息,协助页岩气团队的古生物学家,掌握黑色页岩的时空分布特征,总体估计页岩气的储量和层位,可以直接指导产业部门页岩气勘探开发的战略规划部署。总之,GBDB数据库的应用前景潜力巨大。

陈旭指出,近年来,南京古生物所在“金钉子”等国际前沿研究中取得了很多成果,但这些成果在生产实践中还缺乏深度应用。因此,南京古生物所一直在努力推动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。

页岩气的项目和GBDB数据库,仅为南京古生物所众多支持国民产业项目中的两个代表。张元动、樊隽轩也是南京古生物所内一大批投身国民经济主战场的党员古生物学家们的缩影。

(原载于《中国科学报》 2017-05-15 第6版 院所)

近年来,南京古生物所坚持以“三个面向”作为新时期科技创新的方向,以“四个率先”作为奋斗目标,充分体现“出创新成果、出创新人才、出创新思想”的使命,不断开创“创新2020”新局面。

今后,南京古生物所党委将进一步开展好党的十八届六中全会精神的学习贯彻,选优配强支部书记支委班子,一如既往地发挥好现有的优秀共产党员的引领作用,在优秀科研骨干中进一步做好党员发展工作,不断增强党组织的凝聚力和向心力,将全面从严治党贯穿研究所工作始终,将学习教育中迸发的热情和干劲转化为工作动力,推动研究所改革发展稳定各项工作和党的建设不断取得新成效,以更加优异的成绩迎接党的十九大的召开。

(作者单位:中国科学院南京地质古生物研究所,王海峰系该所党委书记)

《中国科学报》 (2017-08-07 第7版 观点)

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