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戴金星:科学研究要学会钻空子
 
 
 
    新中国成立后,国家从煤矿安全角度出发,曾对地面钻井预排煤层气技术开展了初步的试验研究,但进展缓慢,并没有产生实质性利用。比如1952年在辽宁抚顺煤矿龙凤矿建立瓦斯抽放站,开创了新中国开发利用煤层气的先河。尽管我国学者很早开始注意到煤系中的油气显示和煤、油的共存现象,但未深入进行研究,主要是因为传统的石油地质学观念长期以来片面认为:含煤地层虽能形成气体,但由于煤的强烈吸附性,气体难于运移出来而主要留存在成气母体中,所以不把含煤地层作为有效生气源岩和天然气的勘探对象。改革开放以前,煤炭和石油作为国家的主要能源供给,作为重要能源的天然气仍被大多数人所忽视,天然气的勘探和科研都被排斥在议事日程之外。一方面,国家不重视,要油不要气;另一方面,绝大多数学者,尤其是地球化学学者认为天然气无非是甲、乙、丙、丁烷,比较简单,不像石油那样复杂,没有什么文章可做,国内对天然气的研究资料则少之又少。直到1978年我国科学家提出“煤成气”概念,才彻底改变“煤系不是生油气岩系”的观点。当时,我从国外研究资料中提出中国自己的“煤成气”理论,一开始并不被大家认可,之所以能从世界能源冷门研究中找到研究兴趣点并能坚持下来,这与年轻时受到的老一辈科学家的影响是分不开的。
 
    从小我就受到李四光等地质学家的影响,那时候阅读李四光关于地质方面的书籍,对书里面提到的沉积岩、褶皱等特别感兴趣,当时就开始萌发学习地质的想法。1956年,我考入南京大学地质系,并选择地质构造作为自己的研究专业,实现了儿时的梦想。然而,真正选择天然气作为自己的毕生职业,与张文佑院士的一句话分不开。我在南京大学就读时,就受到断块学说创始人张文佑院士“科学研究要学会钻空子”的观点影响,张文佑院士建议科学研究要钻空子,并不是说科研要走捷径,而是告诫不要追逐热点,要另辟蹊径,寻找科学研究中的科研贫瘠“凹地”。
 
 
1956年9月27日,戴金星在南京大学北草坪阅读书籍
 
    1961年,我从南京大学地质系毕业后,毕业论文“宁镇山脉地层中缝合线构造”获学校年度优秀论文。毕业后,我被分配到当时的石油工业部北京石油科学院,石油部门一直以来有着让新参加工作的大学生先去基层油田锻炼的传统,因此次年我被分配至江汉石油勘探处的生产一线。在江汉油田一呆就是10年,并多半时间处于“文化大革命”中。这期间我几乎读完了江汉油田图书馆石油专业和地质专业的书,从中了解到当时世界和中国存在石油与天然气生产、研究的不平衡,前者产量高、研究相对深入,后者产量低、研究相对薄弱。当时中国的石油勘探开发搞得很不错,但是几乎没有人重视天然气,也没有列在国家科研和勘探开发的议程中。受到张文佑院士“科学研究要学会钻空子”的启发,我没有选择石油等研究热点,而是萌发了研究天然气的想法,这是当时国内研究的“冷板凳”,但此时对从何下手开展天然气研究还没有成熟的想法。
 
 
1961年7月25日,戴金星在南京大学东南大楼作“宁镇山脉地层中缝合线构造”毕业论文报告
 
    1972年,我调回北京中国石油科学勘探开发研究院,开始接触到各地煤矿采集的样本,阅读了国外众多的书籍文献,我从书籍中读到20世纪40年代德国学者对煤成气方面的研究,他们的研究强调了煤系成气,但对成油未予注意。通过阅读大量文献和对江汉油田10年间积累的对比调查,在解读了中国天然气的诸多成因后,更加坚信张文佑院士所说的“科学研究要学会钻空子”,于是我最终决定将当时学术界有很大争议的煤成气地质专业作为自己一生的主攻方向。正是这一决定,让我一辈子跟煤成气打上了交道。
 
    在大量煤化实验和针对煤系中发现气(油)显示野外调查基础上,我对国内沉积盆地中含煤地层进行了深入分析,并结合我国石油勘探中已发现的少数煤成气藏的解剖结论,我于1978年率先提出了“煤成气”概念,指出我国沉积盆地中埋藏的含煤地层是天然气的良好源岩,是勘探天然气的有利目的层,同时指出中国煤成气不仅可以形成工业规模的气藏,而且可以形成大气藏,四川盆地、鄂尔多斯盆地、华北地区和楚雄盆地是我国煤成气极有利的勘探地区。
 
    1979年,我在《石油勘探与开发》杂志上发表了《成煤作用中形成的天然气和石油》一文,文章肯定了煤系是良好的工业气(油)源岩,打破了煤系不能形成工业性气(油)的旧观念,开辟了我国煤成气勘探新领域,被同行认为“是中国开始系统研究煤成烃的标志”。在此之前,传统理论认为所有石油和天然气都是比较低等的动植物生成的“一元论”理论,在这种学说的指导下,我国油气地质工作者以天然气只能由海相碳酸盐岩和泥页岩及湖相泥页岩生成,即以油型气观点指导天然气勘探,而不去含煤地层打井勘探油气,认为这些地层是油气勘探的禁区。
 
 
1985年底召开“六五”国家攻关项目“(中国)煤成气的开放研究”成果鉴定会
 
    文章发表之初,国内许多石油地质学者对腐泥成油论加腐殖成气油论的“二元论”观点还很不统一。1981年4月,国家计委和国家科委分别召开有著名地质学家和石油地质学家黄汲清、张文佑、叶连俊、关士聪和岳希新等一批学者参加的煤成气座谈会。5月下旬,由中国地质学会石油地质专业委员会在扬州召开了“全国煤成气学术讨论会”,这两次会议唤起了国内石油地质学者对煤成气的重视,煤成气理论及其研究的重要性逐渐被大家接受。1981年11月,我和戚厚发撰写了《煤成气概况》的报告,呈送时任中共中央总书记的胡耀邦。1982年1月2日,胡耀邦同志给报告作出了重要批示,有关部门高度重视,积极开展工作部署。原石油工业部分别于1981年7月和1982年4月召开两次煤成气座谈会,国家计划委员会和能源委员会在1982年2月3日至11日召开了“加快天然气勘探开发座谈会”,参加会议的有黄汲清、张文佑、叶连俊、翁文波、关士聪、岳希新学部委员,以及石油工业部、地质矿产部、煤炭工业部和中国科学院的相关人员,会议提出要加强以突破煤成气为主要目标的地质、地球化学研究和围绕天然气开发技术及手段的科学研究。经过多次会议和征求专家意见,国家科委于1982年决定把煤成气列入国家首批重点研究项目。1983年,“煤成气的开发研究”作为我国第一批重点科技攻关项目正式立项,从此开始了天然气科技攻关研究,拉开了中国煤成气理论体系研发和建立的序幕。1987年,“中国煤成气的开发研究”获国家科技进步奖一等奖。
 
 
1984年3月29日,戴金星在云南保山县猛古金沙江畔取气苗样
 
    在此期间,国内学者对煤成气的研究取得了显著成果。《我国煤系地层含气性的初步研究》《煤成气涵义及其划分》《我国天然气藏类型的划分》《鉴别煤成气和油型气若干指标的初步探讨》等多篇论文发表,总结了煤系成烃的特征:一般以成气为主、成油为辅;煤成油大多数是轻质油和凝析油;在特殊的地质条件下,煤系偶尔形成以煤成油田(藏)为主等,完善和发展了煤成气(烃)模式。煤的这种物质构成特点,是生气为主、生油为辅的煤系生烃特征最根本的因素,从而进一步完善了中国煤成气理论。
 
 
1991年6月5日,戴金星在准噶尔盆地南缘北阿尔钦沟乳泥火山口考察气苗
 
    1992年,在国家重点科技攻关项目持续支持下,我和国内同行根据各项参数建立了天然气成因类型综合鉴别体系。该体系突破了传统仅以单一的气组分鉴别天然气类型,提出综合发展利用气液(轻烃、油)固(干酪根)三相中相关科学信息,论证并建立了综合性判别煤成气、油型气和无机气系列指标、图版和公式的鉴别理论,为复杂地质条件下天然气成因鉴别提供了一套可信度大、精度高的方法,并在我国得到广泛应用,为气源对比追踪、天然气目的层确定提供了重要的手段和科学依据,发展了煤成气鉴别理论和方法。这套鉴别体系全面、系统、方便实用,评价准确性较高,对指导天然气勘探选区发挥了重要作用,受到国内外学者普遍认同和高度评价。
 
    世界煤成气理论的发展经历了漫长的历史,虽然西方学者对该理论的创立发挥了重要的作用,但对理论内涵的丰富和发展,尤其是与中国的实际相结合,创造性地提出适合中国沉积盆地特点的煤成气理论,则是中国学者发挥了重要作用。从20世纪70年代后期开始,中国学者对丰富和发展煤成气理论起了主导作用。在过去的40年间,中国的煤成气研究从提出煤成气存在、研究煤成气运聚过程与探讨总结煤成气成藏特征与规律等阶段,不断完善了中国煤成气理论,推动煤成气勘探获得重大进展。
 
 
2018年5月30日,在中国科学院第十九次院士大会期间,戴金星荣获2018年度陈嘉庚地球科学奖
 
    中国煤成气理论不仅发展了天然气成因新理论,而且使中国指导勘探天然气的理论从油型气的“一元论”进入油型气和煤成气的“二元论”时代,为我国从贫气大国走向产气大国迈出了关键的一步,为推动中国天然气事业的快速发展作出了重要贡献,所带来的勘探指导成效十分显著。自20世纪90年代起,中国天然气储量增长有了质的飞跃,在塔里木盆地白垩系、鄂尔多斯盆地上古生界、准噶尔和四川盆地的侏罗系、东海盆地和莺琼盆地第三系相继发现一批大中型天然气田,中国天然气勘探也因而出现了以煤成气为主的多成因天然气勘探的广阔前景。这可以说是中国煤成气理论建立以后,有效推动天然气工业发展最直观的证明。据统计,1978年煤成气理论之前,全国累计探明天然气储量仅为2264×108m3(其中煤成气为203×108m3),年产气137×108m3(其中煤成气3.43×108m3),至2016年全国天然气总储量118951.2×108m3(其中煤成气82889.32×108m3),年产气1384×108m3(其中煤成气742.91×108m3),天然气储量、煤成气储量、天然气产量和煤成气产量分别是1978年的52倍、408倍、10倍和216.6倍,使我国从贫气国迈向世界第6大产气国。据国土资源部统计数据,2006-2017年我国共生产煤成气6620.53×108m3相当抵减用煤16.76×108t,减排CO2达28.46×108t,对改善环境起了重大作用。已发现的59个大气田中,43个是煤成气田,规模最大的苏里格气田储量达16447.51×108m3,总规模有可能超过2.0×1012m3。
 
(本文由戴金星院士本人口述,生命地学办公室龚剑明整理)
 
转载自: 学部工作局 院士口述故事
 
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