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“蓝色油气”梦想终将照进现实

  从十九大提出“坚持陆海统筹,加快建设海洋强国”目标可以看出,我国从中央到地方,从来没有像今天这样关注海洋、重视海洋,中国的海洋事业,正在经历着郑和下西洋以来600年不遇的黄金时期。能否抓紧时机推进海洋事业、强化海洋意识,是当今振兴华夏、实现中国梦的关键环节。

  向海洋要资源是几代中国人的“蓝色梦想”。可以毫不夸张地说,海洋蕴藏着全球超过70%的油气资源,这些资源静静地躺在冰冷的海底,等待我们去探索和发现。纵观历史,16世纪人类是在“平面”上进入海洋,认识到世界大洋之“大”;21世纪人类正在从“垂向”上进入海洋,认识到世界大洋之“深”。由此,世界海洋经济的重心正在下移,从“海面”向“海底”拓展。海底石油天然气等资源的生产和相关产业,已经占到海洋经济国际总产值的“半壁江山”,取代“渔盐之利”而成为海洋经济的主体;但在我国的海洋经济中,仍然是传统行业占主导地位,油气产值的比例还不足1/10。

  从大洋钻探到蓝色“藏宝图”

  大洋钻探难度极大,深海不能抛锚,钻探船要稳定在同一钻孔上方连续作业,才能把钻成的完整岩芯从海底取上。因此,大洋钻探是国际海洋高科技的结晶,也是几十年来地球科学新发现的源头。继美国之后,法、英、日等发达国家纷纷加入大洋钻探而形成了国际计划,到现在历经40多年,盛况不衰。到几年前,它已经发展为20多个国家参加、年预算接近2亿美元的巨型国际合作。大洋钻探受重视的根本原因,是人类对深水海底以下几乎一无所知,因此大洋钻探不仅能够证明板块学说,还是各种重大科学发现的源泉。

  研究表明,在海洋蓝色“藏宝图”中,深海油气及海底各种结核矿物储量,足以满足人类数百年需求。海洋蕴藏着丰富的油气资源,全球近十年发现的大型油气田中,海洋油气田已占60%以上,尤其是300米以上的深水海域,尚有2000亿桶未探明的油气储量。国际能源界早已形成共识,海洋油气特别是深海油气,将是未来世界油气资源接替的重要区域。

  统计显示,2015年海洋石油产量已占全球石油总产量的30%,预计2020年,这一比例升至40%;海洋天然气产量占全球天然气总产量的33%,预计2020年,这一比例升至45%。此外,海洋中还蕴藏极其丰富的可燃冰资源。可燃冰通常赋存于水深200米—1500米的海底地层中,被公认为是21世纪的新型能源。初步统计显示,海底多金属结核总资源量3万亿吨,有商业开采潜力的高达750亿吨。

  当前海上油气资源勘探出现的诸多风险,与人们太不了解海上勘探现状、特点及其复杂性有关。因为不了解,海上油气勘探活动存在冲动和盲目倾向;因为不了解,对海洋污染事件缺乏应对措施。所以,增加对海上勘探的认识,是可持续利用和保护海洋的前提。

  我国已在南海组织4个航段共3次大洋钻探

  深海领域的探索长期以来是发达国家的“专利”,大洋钻探也素来是“富国俱乐部”。现在情况又有变化,“金砖国家”已有3个国家参加,其中中国比印度和巴西早参加10多年。但是,中国参加大洋钻探,也有过曲折的经历。

  大洋钻探计划经历四个阶段:最初叫“深海钻探”(DSDP,1968-1983),后来叫“大洋钻探”(ODP,1985—2003)和“综合大洋钻探”(IODP,2003—2013),现在开始的是“大洋发现计划”(2013—2023),英文还是IODP。

  在ODP开始的1985年,我国学术界组织了“大洋钻探委员会”争取加入。但是加入是要交美元的,在严重缺乏外汇的上世纪80年代,每年几十万美元的成员费简直是天文数字。一直等到1996年,国务院批准参加国际大洋钻探,1997年才正式加入。幸运的是我们提出的南海大洋钻探建议书,在当年全球各国建议书的评价中以第一名的优势脱颖而出,1999年春就实施了南海的ODP184航次,在中国科学家提议、设计和主持下,实现了中国海域首次深海科学钻探。

  南海首次大洋钻探并非一帆风顺。按计划,第一口井应当打在南沙海域的深水区,南沙在英文里也叫“危险海底(Dangerous Grounds)”,意指暗礁林立、航行艰险。首次南海大洋钻探采集了5000米的深海岩芯,取得了西太平洋区最佳的长期沉积记录,发现了气候演变长周期等多种创新成果,使我国一举进入国际深海研究的前沿。然而,与现在正在进行的南海第二次大洋钻探IODP349航次相比,两者之间真可以说有天壤之别。

  这里说两个简单的数字:18年前是在水深2000—3000米的地方打钻,而这次水深都在4000米;上次我们打钻的井最深进尺850米,而且只打海底软性的沉积岩,而这次最大的井深近2000米,还要钻探硬岩石—海洋岩石圈的火成岩。

  2017年6月,历经4天航渡,我国大洋钻探船“决心”号抵达上海临港,这是“决心”号首次停靠中国大陆港口。它也宣告着,我国科学家主导的第三次南海大洋钻探下半场结束。我们获得了超出预期的成果,揭示了边缘海不同于大洋的大陆边缘破裂模式。

  过去人们已在伊伯利亚—纽芬兰发现了非火山型大陆破裂模式—地幔剥露式破裂。而本次钻探表明,南海大陆破裂模式与伊伯利亚—纽芬兰模式并不相同。前者在洋盆扩张时有明显岩浆活动,而后者岩浆活动贫乏。我们证明了另一种大陆破裂模式的存在,这对我们理解大陆破裂机制有深远意义。

  目前,我国已在南海组织了4个航段共3次大洋钻探。第三次南海大洋钻探包括IODP的367和368两个航次,钻探的首要目标是揭示大陆如何破裂、南海如何形成的“桑田沧海”之谜。IODP 368航次在南海北部5个站位进行了钻探,钻探进尺总长度4399米,收获岩芯1601米。认识南海的成因和扩张过程,也能使科研人员更加清楚南海油气的生成和储藏条件。通过大洋钻探这种在深海进行的多学科研究,可以纠正原来对油气盆地资源基于地球物理资料的认识。

  大洋钻探为我国地球科学注入了新鲜活力。1999年以来,油气勘探和深海探测的地震测线都从大洋钻探井穿过,客观上为南海深水油气勘探提供了宝贵的科学背景。

  “海上大庆”实现仅是“蓝色梦想”的开端

  目前全球100多个国家开展海上油气勘探活动,其中30多个国家涉足“深水区”。始于20世纪40年代的海洋石油工业发展迅猛。1998年,海洋地质学家对“深水”的界定才从200米的大陆架边缘扩展为300米。而最近10年,全球海上油气勘探领域已从水深300米的浅水区扩展到3000米的深水区。《油气杂志》预测,未来油气田平均储量将随水深而大幅增加,超过1000米水深的油气田平均储量将是浅水区域的两倍以上。

  剑桥能源咨询公司统计显示,2002年—2012年,在全球686个海上油气开发项目中,超过500米的深水项目占48%,超过1500米的超深水项目占22%。深水将成为未来油气资源争夺的主战场,其原因主要表现在两个方面,一是深水油气勘探开发有利可图。剑桥能源咨询公司计算结果表明,国际油价每桶45美元—75美元,深水油气项目便有经济效益;二是陆上油气资源重大发现概率越来越小。统计显示,截至2012年底,全球已有66个国家能源生产达到峰值。从上个世纪90年代开始,世界主要产油区年均产量降低2.6%。与之相反,1999年—2012年,全球海上油气探明储量稳中有升。截至2013年,海上油气探明储量452亿吨,估计这仅占全部储量的20%,尚处于勘探早期阶段。

  虽然全球海洋油气资源储量丰富,但分布十分不均匀,主要分布在巴西、墨西哥湾、西非三大热点区域,通常称为“金三角”。联合国一份调查报告称我国东海是“另一个波斯湾”,拥有大量的石油和天然气资源;我国南海油气资源量超过300亿吨,被誉为第二个“中东”。

  在深水区域开展油气勘探活动,采用常规油气勘探技术很难满足其勘探难度大、后期改造大、油气聚集复杂的深水勘探需求。因此,淘金“蓝色油气”,需要高科技地球物理勘探技术支撑。目前,在深海油气勘探和开发方面技术领先的国家远不止美、日、巴、俄4国。英国和挪威的钻井平台自给率也达到80%,虽然其平台装备的钻井、井控、固控等设备及海底完井设备90%来自美国,但它们分别在动力定位技术、钻机顶部驱动技术具有领先优势。法国的高压石油软管制造技术,半潜式、自升式平台建造技术等全球闻名。此外,意大利的海上铺管技术、管线涂敷技术、瑞典的动力定位铺管技术、荷兰的大吨位海上浮吊技术装备及海底工程地质调查技术、德国的石油钻井设备制造技术及仪器仪表技术等,也在世界海洋油气勘探上占有一席之地。巴西国内开采的石油80%来自海上油田,其中绝大部分集中在东南部里约热内卢州沿海的坎普斯海盆(占巴西国内石油产量85%)及邻近海域。经过多年发展,巴西国家石油公司在深海和超深海油气勘探开采领域具备了世界顶尖的技术和经验。目前,巴西国家石油公司、BP、埃克森美孚、壳牌、道达尔等多家国际石油巨头在海上淘金,且拥有深水勘探开发的核心技术。世界深水区钻井装置超过3000米,钻井能力达到1万米的钻井船有32艘,水下生产系统有7700套。

  虽然人类“涉足深水”已初具规模,但海上油气勘探仍是全球最危险的工业活动之一。受海洋自然地理环境影响,海上钻探作业除要考虑水深、风浪、潮汐、海流等影响,还要考虑地基泥层冲刷、材料老化、构件缺陷、机械损伤,以及各种事故因素的影响。深水石油勘探开发是个大课题,任何一点疏忽都可能酿成无法挽回的灾难。但即便如此,也不能成为否定或停止海上油气勘探活动的理由。巨大的海上油气勘探风险提醒人们,走进深海前,必须有技术上的准备或储备。

  对我国石油工业而言,从陆地走向海洋,这是在改革开放新形势下我国石油工业做出的重大决策。数据表明,在“十一五”期间,我国海洋油气勘探开发取得丰硕成果。中国海油目前已开发建设80多个油气田,2009年油气产量达到3925万吨油当量,2010年则突破5000万吨。中国海油“海上大庆油田”的建成,让几代中国人的“蓝色梦想”接近现实。从增长幅度看,近10年全国新增石油产量的50%来自海洋,2010年更是达到85%。海上油气的勘探和开发正成为我国原油产量上升的主要领域之一。

  然而,从全球视野来看,5000万吨“海上大庆”的实现,还只是中国人“蓝色梦想”的一个开端。一方面,我国海洋油气探明率还很低,世界海洋石油平均探明率为73%,而我国仅为12.3%;世界海洋天然气平均探明率为60.5%,而我国仅为10.9%。另一方面,我国目前勘探和开发的油气田大多集中在周边浅海区域,而目前全世界共有1.4万个海上采油平台,全球石油产量的1/3以上来自海洋,预计到2018年,海洋石油所占比例可能达到40%以上。从对比上看,我国海洋油气勘探还存在巨大的空间和潜力可以挖掘。

  (文/中科院院士、同济大学海洋与地球科学学院教授 汪品先)


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