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《中國(guó)天然氣成因及鑒別》提出煤系烴源巖以成氣為主成油為輔，形成了完善的煤成烴理論；建立了中國(guó)無(wú)機(jī)成因二氧化碳地質(zhì)理論，發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了世界上第一個(gè)無(wú)機(jī)成因烷烴氣工業(yè)氣藏，推動(dòng)指導(dǎo)天然氣理論由二元論走向多元論；建立了含硫化氫天然氣的形成機(jī)制和預(yù)測(cè)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)TSR對(duì)儲(chǔ)層具有明顯的溶蝕改造作用、對(duì)原油裂解的發(fā)生具有驅(qū)動(dòng)和催化作用等建設(shè)性作用。
該項(xiàng)目創(chuàng)造性地發(fā)展了各類天然氣的鑒別理論和方法，形成了完善的天然氣成因鑒別理論，使我國(guó)天然氣成因鑒別理論處于國(guó)際前沿水平，對(duì)指導(dǎo)中國(guó)天然氣成因判識(shí)與氣田的預(yù)測(cè)和發(fā)現(xiàn)發(fā)揮了重要作用。
“十二五”剛剛開(kāi)啟，中國(guó)石油科技領(lǐng)域傳來(lái)好消息，由中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院中科院院士戴金星率領(lǐng)張水昌、郝芳、李劍、朱光有等完成的“中國(guó)天然氣成因及鑒別”重大成果榮獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)(一等獎(jiǎng)空缺)。
30年來(lái)，《中國(guó)天然氣成因及鑒別》研究項(xiàng)目組，圍繞三大科學(xué)問(wèn)題，即煤系能否成為天然氣勘探的主體和無(wú)機(jī)成因烷烴氣能否形成商業(yè)性天然氣藏、原油裂解成氣過(guò)程中硫酸鹽熱還原作用（TSR），先后從石油與天然氣地質(zhì)學(xué)、有機(jī)地球化學(xué)、實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)等方面，對(duì)煤成烴作了連續(xù)深入的研究，取得了“三個(gè)重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)”，建立了被國(guó)際公認(rèn)的“一套鑒別方法”。
在這三個(gè)重要理論和一套鑒別方法的指導(dǎo)下，中國(guó)在煤成氣領(lǐng)域、無(wú)機(jī)成因氣領(lǐng)域和含硫化氫天然氣領(lǐng)域均取得重大勘探突破和發(fā)現(xiàn)，中國(guó)煤成氣地質(zhì)儲(chǔ)量較煤成氣理論出現(xiàn)前增長(zhǎng)了217倍，煤成氣儲(chǔ)量在全國(guó)探明天然氣儲(chǔ)量中占的比例從9%增長(zhǎng)到69%。
如果說(shuō)陸相生油理論的提出，支撐了半個(gè)世紀(jì)以來(lái)中國(guó)石油工業(yè)的快速發(fā)展；那么天然氣成因理論的建立，則成為支撐中國(guó)現(xiàn)在和將來(lái)天然氣工業(yè)發(fā)展的重要理論，與陸相生油理論并駕齊驅(qū)，推動(dòng)中國(guó)油氣工業(yè)快速可持續(xù)發(fā)展。
煤系能否成為天然氣勘探的主體？
從一元論走向二元成氣論，我國(guó)煤成氣理論日趨完善，改變了單一成因的油型氣勘探歷史和勘探方向，為開(kāi)辟中國(guó)天然氣勘探新領(lǐng)域奠定了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)
天然氣的來(lái)源和成因是決定天然氣資源潛力的重大理論問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，世界上主體天然氣資源一直以有機(jī)的油型烷烴氣為主，直到上世紀(jì)40年代，德國(guó)人提出煤系（煤與其中泥巖）不僅能形成天然氣，而且可運(yùn)移出來(lái)形成氣田。煤成氣在世界上引起重視。
上世紀(jì)80年代之前，我國(guó)陸相生油理論占主導(dǎo)地位的觀點(diǎn)是“低等水生生物來(lái)源的有機(jī)質(zhì)(腐泥型有機(jī)質(zhì))生油、高等植物來(lái)源的有機(jī)質(zhì)成煤，有工業(yè)價(jià)值的天然氣主要來(lái)源于腐泥型有機(jī)質(zhì)及原油裂解(油型氣)”，煤系可形成瓦斯氣（以甲烷為主），但煤系沒(méi)有被作為氣源巖，被視為油氣勘探的禁區(qū)。
基于傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，我國(guó)指導(dǎo)勘探天然氣理論的是只有腐泥型泥質(zhì)巖和碳酸鹽巖才是氣源巖，即以油型氣理論指導(dǎo)勘探天然氣（一元論），中國(guó)天然氣勘探進(jìn)展相當(dāng)緩慢，而且主要限于四川盆地。1978年我國(guó)天然氣累計(jì)探明儲(chǔ)量為2264億立方米，僅相當(dāng)于2009年以前累計(jì)天然氣儲(chǔ)量的3.5％。
我國(guó)煤炭資源十分豐富，煤系有機(jī)質(zhì)生氣機(jī)理是什么？煤系能否形成大量天然氣并聚集成藏，成為勘探新領(lǐng)域？上世紀(jì)70年代末，戴金星開(kāi)始研究煤系成烴，特別是80年代初煤成氣的開(kāi)發(fā)研究被國(guó)家確立為重點(diǎn)科技攻關(guān)以來(lái)，針對(duì)拓展天然氣勘探領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，揭示出煤成氣理論“在成煤的過(guò)程中成烴作用，以氣為主，以油為輔”的本質(zhì)。80年代中期，戴金星運(yùn)用煤成氣理論先后預(yù)測(cè)了5個(gè)大氣田，但由于當(dāng)時(shí)地質(zhì)界對(duì)煤成氣認(rèn)識(shí)所限，這些論點(diǎn)在以后的十幾年中才逐漸得以證實(shí)。其中，克拉2是現(xiàn)在中國(guó)儲(chǔ)量最大、豐度最高的氣藏。煤成氣研究被勘探證實(shí)后，豁然開(kāi)朗。
從一元論走向二元成氣論，我國(guó)煤成氣理論日趨完善，改變了單一成因的油型氣勘探歷史和勘探方向，為開(kāi)辟中國(guó)天然氣勘探新領(lǐng)域奠定了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。
經(jīng)典生烴理論建立于正常壓力環(huán)境，項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)了超壓對(duì)煤系有機(jī)質(zhì)熱演化和天然氣生成過(guò)程的抑制作用，并系統(tǒng)論證了超壓抑制作用的產(chǎn)生條件、動(dòng)力學(xué)機(jī)理及其對(duì)天然氣組成的影響，突破了傳統(tǒng)生油氣窗的界限，為深部發(fā)現(xiàn)大量天然氣提供了理論依據(jù)。在煤成氣理論的指導(dǎo)下，中國(guó)天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量近30年來(lái)快速增長(zhǎng)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展具有不可替代的作用。
無(wú)機(jī)成因天然氣能否形成有工業(yè)價(jià)值的氣藏？
世界上首例具有商業(yè)價(jià)值的無(wú)機(jī)成因烷烴氣藏——松遼盆地昌德氣田的存在得到證實(shí)，成為無(wú)機(jī)成因烷烴氣藏勘探的典型范例，將成為全球無(wú)機(jī)成因油氣勘探的新起點(diǎn)
油氣有機(jī)或無(wú)機(jī)成因理論爭(zhēng)論兩個(gè)多世紀(jì)，特別是油氣無(wú)機(jī)成因理論至今仍然是科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。
近幾十年來(lái)，科學(xué)界已肯定存在無(wú)機(jī)成因的天然氣，并發(fā)現(xiàn)一批無(wú)機(jī)成因二氧化碳?xì)獠兀ㄌ铮Ｔ谟蜌饽茉慈找娑倘保貏e是能源枯竭擔(dān)憂日益明顯的今天，是否存在能源和科學(xué)上有重大意義的無(wú)機(jī)成因烷烴氣（田），一直是科學(xué)界十分關(guān)心的。無(wú)機(jī)成因天然氣能否形成有工業(yè)價(jià)值的氣藏，已成為中國(guó)乃至全世界關(guān)注的焦點(diǎn)。
針對(duì)天然氣成因理論的重大國(guó)際前沿問(wèn)題，戴金星率項(xiàng)目組通過(guò)對(duì)火山期后溫泉、泥火山和大量油氣井的天然氣調(diào)查和研究，論證了松遼盆地昌德氣田含量達(dá)90%的烷烴氣是無(wú)機(jī)成因的，成為有充分地球化學(xué)依據(jù)的世界上第一個(gè)無(wú)機(jī)成因烷烴氣藏。世界上首例具有商業(yè)價(jià)值的無(wú)機(jī)成因烷烴氣藏的存在得到證實(shí)，成為無(wú)機(jī)成因烷烴氣藏的勘探的典型范例，將成為全球無(wú)機(jī)成因油氣勘探的新起點(diǎn)。近3年來(lái)，項(xiàng)目組又論證了松遼盆地的興城氣田和升平氣田是無(wú)機(jī)成因烷烴氣藏。
高含硫化氫天然氣如何高效勘探開(kāi)發(fā)？
通過(guò)進(jìn)一步揭示TSR反應(yīng)機(jī)理，建立了一套識(shí)別硫化氫成因機(jī)制和分布預(yù)測(cè)的方法和手段，使高含硫化氫氣藏的安全勘探與生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)；發(fā)現(xiàn)了TSR對(duì)原油裂解與甲烷的大規(guī)模生成具有重要的驅(qū)動(dòng)、催化和促進(jìn)作用
硫化氫是劇毒氣體，在人們的印象中是要人命的“破壞分子”。但氣藏中的硫化氫是怎樣形成的？與烴類氣體有何關(guān)系？如何預(yù)測(cè)硫化氫的分布？此類研究是實(shí)現(xiàn)高含硫化氫天然氣安全勘探開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵一步。
多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，高含硫化氫天然氣屬于硫酸鹽熱還原作用（TSR）成因。自上個(gè)世紀(jì)70年代首次提出TSR以來(lái)，多數(shù)學(xué)者將TSR反應(yīng)的本質(zhì)表述為烴類的消耗和非烴類的生成，認(rèn)為TSR對(duì)油藏主要起破壞作用、影響天然氣的工業(yè)價(jià)值，對(duì)TSR一直是負(fù)面評(píng)價(jià)，在油氣勘探中更多的是回避。
因?yàn)榱蚧瘹涞某梢驒C(jī)制及分布預(yù)測(cè)難度大，含硫化氫天然氣勘探遭遇重大安全難題。從21世紀(jì)開(kāi)始，中國(guó)石油對(duì)含硫化氫氣田勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)行立項(xiàng)研究。項(xiàng)目組通過(guò)研究，不僅進(jìn)一步揭示了TSR反應(yīng)機(jī)理，建立了一套識(shí)別硫化氫成因機(jī)制和分布預(yù)測(cè)的方法和手段，使高含硫化氫氣藏的安全勘探與生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)，而且修正了國(guó)際學(xué)術(shù)界認(rèn)為的TSR對(duì)油氣藏只是一個(gè)負(fù)面因素的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)了TSR對(duì)原油裂解與甲烷的大規(guī)模生成具有重要的驅(qū)動(dòng)、催化和促進(jìn)作用，即在形成硫化氫的同時(shí)，也促使原油快速裂解和天然氣的大規(guī)模生成。原油裂解成氣的新模型改變了傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，我國(guó)深層天然氣的勘探潛力大大提高。
他們還發(fā)現(xiàn)，TSR過(guò)程對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層具有的明顯溶蝕改造作用，促進(jìn)了碳酸鹽巖次生孔洞的發(fā)育和高孔高滲優(yōu)質(zhì)集層的形成；并在實(shí)驗(yàn)室中證實(shí)了這一過(guò)程，從而提出碳酸鹽巖深層存在一個(gè)由TSR作用形成的次生孔隙發(fā)育帶，油氣勘探深度下限會(huì)有較大幅度下移的認(rèn)識(shí)，為深層油氣勘探提供了重要依據(jù)。
天然氣身份如何鑒定?
對(duì)天然氣進(jìn)行DNA鑒定，是預(yù)測(cè)天然氣資源量和分布的基礎(chǔ)。論證并研制的一系列判識(shí)指標(biāo)、理論公式和經(jīng)驗(yàn)圖版，使中國(guó)天然氣的成因鑒別有了一套可行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和科學(xué)依據(jù)
天然氣組分與石油相比，分子結(jié)構(gòu)和組成元素均簡(jiǎn)單。天然氣組分看不見(jiàn)摸不著、無(wú)色無(wú)味，對(duì)其成因鑒別比石油的難度大得多。如何科學(xué)、有效地鑒別不同成因的天然氣，一直是國(guó)際難題。
幾十年來(lái)，戴金星等通過(guò)在我國(guó)油氣井、煤礦井下、溫泉、泥火山取得3000多個(gè)氣樣，分析組分、碳、氫、硫、氦、氬同位素5萬(wàn)多個(gè)第一手?jǐn)?shù)據(jù)；同時(shí)開(kāi)發(fā)了從天然氣中提取輕烴檢測(cè)和分析技術(shù)，從天然氣伴生的凝析油和儲(chǔ)層瀝青提取生物標(biāo)志物的檢測(cè)與分析技術(shù)，使天然氣鑒別指標(biāo)從以往單一以氣相分子擴(kuò)展到液相（凝析油、輕質(zhì)油）和固相（儲(chǔ)層瀝青、干酪根），即從與天然氣相關(guān)的氣液固三相中提取有關(guān)鑒別因子分子，使其從簡(jiǎn)單的元素組成和結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到多元素分子和復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不僅擴(kuò)大了鑒別指標(biāo)的信息范圍，而且提高了鑒別精度。
對(duì)天然氣進(jìn)行DNA鑒定，是預(yù)測(cè)天然氣資源量和分布的基礎(chǔ)。論證并研制的一系列判識(shí)指標(biāo)、理論公式和經(jīng)驗(yàn)圖版，使中國(guó)天然氣成因鑒別有了可行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和科學(xué)依據(jù)。
