南海天然气水合物技术理论创新与找矿重大突破自然资源部.docx
《南海天然气水合物技术理论创新与找矿重大突破自然资源部.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《南海天然气水合物技术理论创新与找矿重大突破自然资源部.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
南海天然气水合物技术理论创新与找矿重大突破自然资源部
附件4
一、项目名称
南海天然气水合物技术理论创新与找矿重大突破
二、提名意见
该项目自1999年以来开展了南海北部陆坡天然气水合物勘查评价及相应的成藏富集规律、勘查技术方法研究，建立了天然气水合物从微观成核-宏观成藏-区域成矿分布的我国海域天然气水合物成藏系统理论，初步形成了从水体—海底表层—浅层—目标层段的综合立体探测和评价技术体系；首次在我国海域调查圈定了水合物存在的地质地球物理证据，首次在海域钻探获取到含水合物实物样品，使我国成为世界上第4个通过国家计划获取到水合物样品的国家；在南海北部陆坡圈定了6个水合物成矿远景区、19个成矿区带、25个有利区块及24个钻探目标；预测远景区总面积14.84×104km2，资源量为744亿吨油当量。
部分理论成果属世界首次提出，实现海域天然气水合物资源勘查评价与技术理论研究的跨越式发展。
项目研究成果已经成功应用于2017年南海天然气水合物试验性开采，支撑了国务院2017年11月批准将天然气水合物作为我国第173种矿种，成果不仅填补了我国在该领域的空白，也将助推相关领域及相关产业经济发展，对推动我国海域天然气水合物的产业化进程具有里程碑式意义。
同时，项目在南海获得的海量实测数据为维护国家海洋权益、服务国家外交大局和海军战场环境建设等方面提供支撑。
本项目已获专利19项、软件著作权登记证书10项、形成行业规范（规程）3部、发表论文400余篇、出版专著10部、获得省部级科学技术奖一等奖3项、二等奖4项。
培养了一大批优秀人才，形成了以国土资源部科技创新团队“天然气水合物研究团队“为核心的产学研用科技创新团队。
提名该项目为国家科技进步奖一等奖。
三、项目简介
天然气水合物是天然气在低温、高压条件下与水结合形成的似冰状固体，世界各大洋中已发现的水合物总资源碳总量约相当于全世界已知煤、石油和天然气总储量的两倍，其总量之大足以取代日益枯竭的传统油气能源，是世界各国瞩目的21世纪具有商业开发前景的战略资源。
我国于1999年开始南海天然气水合物资源勘查与评价，2000年863计划启动勘查技术研发、2009年973计划支持开展南海天然气水合物富集规律与开采基础研究，同时国家基金委、各科研及产业部门支持开展了相应的探索性研究。
16年来，国家累计投入近47亿元，其中科技创新研究超过2亿元，经国内外近20个单位，逾2000人刻苦攻关努力，形成了5套理论、研发20余项技术，初步形成了我国海域天然气水合物成藏系统理论和综合勘查评价技术体系；在南海北部陆坡圈定了6个水合物成矿远景区、19个成矿区带、25个有利区块及24个钻探目标；预测远景区总面积14.84×104km2，资源量为744亿吨油当量。
圈定并经钻探证实了两个超千亿方控制资源量的天然气水合物矿藏。
（一）取得了多项重大理论方法创新。
在国际上首先提出天然气水合物成核机制的笼子吸附假说；创新性地提出了南海北部两个主要水合物成矿带理论、“复合型”陆缘天然气水合物藏地质模式，发展了渗漏型、扩散型天然气水合物成藏地质理论；发现纵横波速度增量比是识别水合物引起的高速异常重要地球物理参数等。
（二）自主研发形成了适合南海天然气水合物赋存特点的综合探测评价技术体系。
成功研制并应用了天然气水合物的高分辨率地震探测技术、首钻目标优选关键技术、矿体三维与海底高频地震联合探测技术、原位流体地球化学探测技术、成矿预测技术等。
（三）实现找矿重大突破，为天然气水合物试开采和未来产业化奠定坚实基础。
在南海北部海域圈定了6个天然气水合物成矿远景区、19个成矿区带、25个有利区块、24个钻探目标区，预测远景资源量达744亿吨油当量。
其中1999年在南海西沙海槽开展我国海域第一次天然气水合物资源调查，首次发现南海存在天然气水合物资源的重要标志，意味着天然气水合物新资源调查在我国实现零的突破；2004年首次在南海珠江口盆地东部海域发现世界上规模最大的、面积约430平方公里的“冷泉”自生碳酸盐岩分布区“九龙甲烷礁”；2007年在南海北部神狐海域首次钻获天然气水合物，使得我国成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划在海底钻获天然气水合物实物样品的国家，具有里程碑式意义和国际影响力。
（四）开展了天然气水合物环境效应研究。
探索分析了天然气水合物形成演化与地质环境关系,探讨了南海北部陆坡天然气水合物若干次大规模分解的历史和环境效应，建立了天然水合物环境效应评价的模型和方法。
本成果已获专利19项、软件著作权登记证书10项、形成行业规范（规程）3部、发表论文400余篇、出版专著10部、获得省部级科学技术奖一等奖3项、二等奖4项。
本项目成果支撑国务院2017年11月3日批准将天然气水合物作为我国第173种矿种，将可形成一个新的产业。
南海北部陆坡水合物远景资源量高达744亿吨油当量，粗略估算具备超过百万亿元的直接经济价值潜力，以2017年成功试采所在矿体350亿方控制资源量预计可产生1200亿元直接经济效益，其所带动的其它间接相关产业发展经济潜力难以估算。
本成果已经成功应用于试验性开采、开发先导试验区建设、国防、外交等，显著提升我国在该领域的国际话语权，部分理论成果属世界首次提出，实现从跟跑、并跑到领跑的跨越，对推动我国海域天然气水合物的产业化进程具有里程碑式意义。
四、客观评价
（一）评审验收意见
1．科技部对973计划项目“南海天然气水合物富集规律与开采基础研究”验收意见（2013年11月15日）：
项目提出了在南海北部存在两个天然气水合物成矿带，项目提出的笼子吸附天然气水合物成核机制假说，天然气水合物对地球物理探测的响应特征及其地球化学异常特征，地球物理、地球化学及微生物识别天然气水合物的技术方法，利用地震纵横波速度增量比检测识别天然气水合物的技术方法等成果具有创新性。
2．科技部对863计划相关课题验收意见：
“天然气水合物流体地球化学现场快速探测技术”（2010年12月1日），课题研制了一套沉积物原位孔隙水采集系统和一套船载现场地球化学测试平台等，并有所创新。
“天然气水合物矿体的三维与海底高频地震联合探测技术”（2010年12月1日），课题在天然气水合物矿体三维与海底高频地震联合观测系统设计、海底高频地震仪研制以及联合采集技术、天然气水合物矿体三维与海底高频地震资料综合处理及高精度速度提取技术、天然气水合物矿体目标地震识别评价技术等方面取得一定的创新性成果。
“南海北部海域天然气水合物首钻目标优选关键技术”（2007年8月2日），课题在天然气水合物准三维地震资料采集、处理和解释技术以及水合物检测技术等方面取得了显著进展，初步形成了适合我国海域特点的天然气水合物钻探目标优选关键技术，为国家天然气水合物专项提供了南海北部海域天然气水合物首钻目标和井位建议，为我国首次成功钻探获得水合物样品提供了技术支撑，课题部分成果达到国际先进水平。
“天然气水合物探测技术”（2005年12月15日），课题在天然气水合物地震采集参数分析系统、地震正反演模拟技术、天然气水合物饱和度估计和稳定带顶底面识别技术、底水地球化学探测系统研制、室内高精度地球化学测试分析技术和天然气水合物资源综合评价技术方面有突破性的进展；在天然气水合物地震采集试验技术和地震识别处理技术等方面有显著进展；形成了适合我国海域特点的天然气水合物探测技术系列。
课题成果整体上居国际先进水平。
“天然气水合物成矿预测技术研究”（2013年7月18日），课题开发了天然气水合物测井解释系统、天然气水合物储层建模软件、天然气水合物成矿过程模拟软件和天然气水合物成矿预测系统等四套软件，在天然气水合物测井解释、储层构造建模、成矿过程数值模拟、矿体目标的地质－测井－地震联合检测技术方面具有创新，初步形成了我国天然气水合物综合成矿预测技术，开发的技术成果在2013年天然气水合物钻探井位选择和预测中发挥了重要作用。
3．国土资源部对地质调查相关项目验收意见：
“我国海域天然气水合物资源调查与评价”（2011年6月26日），包括李廷栋院士、肖序常院士、秦蕴珊院士、金庆焕院士、汪集旸院士、金翔龙院士、康玉柱院士、曾恒一院士等专家在内的评审专家组专家一致认为，该项目是一项重大、复杂且具有开创性和探索性的系统工程，基础工作扎实，工作思路清晰，部署合理，技术方法先进，圆满完成了专项设置的各项任务,实现了预期目标，取得了显著的社会经济效益。
该成果报告是我国首份天然气水合物资源调查与评价最完整、最系统的重大成果，对今后我国天然气水合物资源勘探开发、改善能源结构和布局、维护我国海洋权益具有重要的战略意义，对发展相关地质勘探理论具有重要科学价值。
项目成果总体上达到国际先进水平，部分成果达到国际领先。
“西沙海槽天然气水合物资源前期调查报告”（2000年9月3日），包括李廷栋院士、金庆焕院士等专家在内的评审专家组专家认为，本次调查工作填补了我国利用高分辨率地震反射方法进行天然气水合物调查的空白，首次发现南海存在天然气水合物资源的重要标志，地球物理调查成果达到国际先进水平。
（二）获奖情况
1．项目成果“南海北部陆坡天然气水合物资源调查与评价”获2016年度国土资源科学技术奖一等奖；2．项目成果“南海天然气水合物成藏及富集规律重大理论创新”获2017年度国土资源科学技术奖一等奖；3．项目成果“天然气水合物流体地球化学现场快速探测技术”获2016年度海洋工程科学技术奖一等奖；4．项目成果“西沙海槽区天然气水合物资源调查与评价”获2006年度国土资源科学技术奖二等奖；5．项目成果“天然气水合物矿体的三维地震与海底高频地震联合探测技术”获2014年度国土资源科学技术奖二等奖；6．项目成果“南海北部海域天然气水合物首钻目标优选关键技术”获2012年度国土资源科学技术奖二等奖；7．项目成果“天然气水合物探测技术”获2008年度国土资源科学技术奖二等奖。
（三）国内外同行和媒体评价
1．国外同行评价：
项目成果中有关笼子吸附天然气水合物成核机制假说方面在2009-2013年共计发表4篇国际SCI论文，其国际SCI被引频次共计108次，且在国际上获得好评：
（1）BarnesandSum于2013年评述：
甲烷被水环吸附导致水合物成核的思想源于Guo等的工作；
（2）Ning等于2012年评述：
水合物成核生长机制的突破性进展由分子动力学模拟实现；（3）LiangandKusalik于2015年评述：
Guo等第一次报告了4151062笼子的丰度，发现高于除512外的其它笼子；（4）English等于2015年评述：
在一系列有洞察力的研究中，Guo等发现甲烷吸附可以稳定水环面Liu等发现笼子吸附力随笼子面的尺寸增大而增大，表明成核中可能存在客体定向；（5）Chen等于2013年引述：
Guo和Rodger发现降温比升压更有效地促进成核；（6）Phan等于2014年评述：
Guo和Rodger关于水合物成核前的研究将用于解释我们的工作；（7）Tung等于2010年评述：
不完整水笼子吸引溶解甲烷与Guo等的观察一致；（8）Lauricella等于2017年评述：
笼子吸附假说预测的临界饱和浓度是水合物成核的关键，并在此基础上用非平衡模拟研究了水合物成核速率。
2．国内媒体评价：
2007年6月6日人民日报、科技日报以及中国国土资源报以“我国成功钻获可燃冰”为题，对2007年天然气水合物钻探成果进行报导，认为“我国首次在南海北部钻取‘可燃冰’，标志着中国天然气水合物调查研究水平一举步入世界先进行列”。
2004年1月21日，中国国土资源报以“我国建立起海域‘可燃冰’基础理论”为题，对973计划项目“南海天然气水合物富集规律与开采基础研究”成果进行了报导，认为该项目“首次提出天然气水合物成核机制的笼子吸附假说，建立了南海北部天然气水合物的综合识别方法，提出渗漏型天然气水合物重要概念，揭示了南海北部天然气水合物富集规律，首次建立起我国南海天然气水合物基础研究系统理论”。
五、推广应用情况
应用单位名称
应用技术
应用起止时间
应用情况
外交部边海司
天然气水合物资源调查与评价
2001年迄今
项目在南海调查获得海量的水深、地质、地球物理、地球化学等实测资料，并编制了相应的成果图件，为我国就南海问题开展对外谈判磋商提供了基础资料，在维护国家海洋权益和服务国家外交大局等方面发挥了应有的作用。
海军航保局
天然气水合物资源调查与评价
2001迄今
项目在南海调查获得海量的水深、地质、地球物理、地球化学等实测资料，填补了南海部分海域海战场环境数据空白，为海军战场环境建设和海洋权益维护提供了有力支撑。
国土资源部矿产资源储量司
天然气水合物资源调查与评价
2014-2017
项目2007年在南海神狐海域钻探发现天然气水合物，为2017年国土资源部向国务院呈请将天然气水合物列为173个矿种并获批提供了基础资料。
中国地质调查局
天然气水合物资源调查与评价
2011年迄今
为后续国家专项“天然气水合物资源勘查与试采工程”的立项及实施提供了基础资料和技术支撑。
中国地质大学（武汉）
南海天然气水合物富集规律与开采基础研究
2013.01-2016.12
水合物－孔隙流体二相体系的溶解平衡研究成果对本单位在相关实验室开展水合物的溶解－生长动力学过程研究提供了重要的理论指导作用。
中国科学院南海海洋研究所
HF-OBS精密计时器
2010.01-2010.03
参加“大洋一号”船第21航次第6航段工作，在西南印度洋洋中脊热液喷口进行海底地震仪HF-OBS探测，与之配套使用HF-OBS精密计时器，对气枪控制器的激发信号进行精确的时间记录，以获得准确的炮点，HF-OBS精密计时器的记录精度优于1ms，性能稳定。
国家海洋局第一海洋研究所
HF-OBS精密计时器
2010.01-2010.05
应用于“海陆联合深部地球物理探测研究”渤海海域探测实验航次，进行海底地震仪HF-OBS探测，与之配套使用HF-OBS精密计时器，对气枪控制器的激发信号进行精确的时间记录，以获得准确的炮点，HF-OBS精密计时器的记录精度优于1ms，性能稳定。
广州海洋地质调查局
南海天然气水合物富集规律与开采基础研究
2013-2015
建立的渗漏型扩散型水合物成生关系和水合物成矿带预测理论，分别于2013、2015年成功钻获不同类型的天然气水合物提供理论指导。
广州海洋地质调查局
天然气水合物流体地球化学现场快速探测技术
2011.04.06-05.04，2011.11.23-11.30、2015.09.19-09.30
在南海北部陆坡天然气水合的资源调查中获取原位孔隙水样品及测试数据，为调查区天然气水合物赋存靶区圈定提供了基础数据。
六、主要知识产权证明目录（不超过10件）
知识产权类别
知识产权
具体名称
国家
（地区）
授权号
授权日期
证书编号
权利人
发明人
发明专利有效状态
发明专利
一种利用纵横波波阻抗增量比识别天然气水合物的方法
中国
ZL200910089934.6
2011.08.17
826908
刘学伟、中国地质大学（北京）
刘学伟
有效
专利
发明专利
孔隙水气体转移器
中国
ZL200910167936.2
2011.12.07
876894
广州海洋地质调查局、四川海洋特种技术研究所、成都西南交大驱动技术有限责任公司、中国地质科学院矿产资源研究所
陈道华、赵宏宇、徐著华、王洪杰、俞祖英、吴宣志、祝有海
有效
专利
发明专利
沉积物孔隙水原位气密采集系统
中国
ZL200810126092.2
2010.11.17
699806
中国地质科学院矿产资源研究所、四川海洋特种技术研究所、广州海洋地质调查局
吴宣志、祝有海、姜正陆、徐著华、陈道华、赵宏宇、雷知生、王洪杰
有效
专利
发明专利
一种海洋沉积物孔隙水压榨装置
中国
ZL201210560000.8
2014.10.15
1498853
广州海洋地质调查局
程思海、张志刚、陈道华、刘坚
有效
专利
实用新型专利
多路海底地震仪精密计时器
中国
ZL201020272264.X
2010.12.22
1631329
广州海洋地质调查局
胡家赋、伍忠良、董广、彭朝旭、王伟巍
有效
专利
计算机软件著作权
天然气水合物三维地震资料精细处理叠前去噪软件[简称：
去噪软件]V1.0
中国
2010SR028059
2010.06.09
软著登字第0216332号
中国地质大学（北京）、广州海洋地质调查局
有效
计算机软件著作权
三维地震调查面元覆盖监控与分析软件V1.0
中国
2010SR050677
2010.09.25
软著登字第0238950号
广州海洋地质调查局
有效
计算机软件著作权
OBS数据预处理及反演软件V2.0
中国
2010SRBJ2013
2010.05.06
软著登字第BJ27396号
中国地质大学（北京）、广州海洋地质调查局
有效
计算机软件著作权
水合物矿体三维可视化储量评价系统[简称：
Q3DVIEW]V1.0
中国
2010SR059683
2010.11.09
软著登字第0247956号
中国地质科学院矿产资源研究所
有效
计算机软件著作权
天然气水合物矿体评价系统[简称：
QBSR]V1.0
中国
2010SR059752
2010.11.09
软著登字第0248025号
中国地质科学院矿产资源研究所
有效
七、主要完成单位及创新推广贡献
（一）广州海洋地质调查局
“我国海域天然气水合物资源调查与评价”国家专项01项目“天然气水合物资源调查与评价”和04项目“我国海域天然气水合物资源综合评价及勘探开发战略研究”及国土资源大调查项目“西沙海槽区天然气水合物资源调查与评价”的项目负责单位，负责项目的具体实施；国家973计划项目“南海天然气水合物成藏富集规律与开采基础研究”的首席科学家单位，负责项目的具体实施；国家863计划“天然气水合物矿体的三维地震与海底高频地震联合探测技术”、“天然气水合物流体地球化学现场快速探测技术”、“南海北部海域天然气水合物首钻目标优选关键技术”、“天然气水合物综合探测系统集成技术”、“天然气水合物成矿预测技术研究”和“天然气水合物探测技术”等项目承担单位。
在项目调查研究过程中严格执行质量管理体系及有关规定，明确技术责任和管理责任，精心组织实施，全面监督管理，并为各个项目的圆满完成提供了数据支持、装备支撑以及人力物力保障等条件。
主要创新贡献有：
1．在南海北部陆坡开展天然气水合物资源调查与评价，圈定了6个天然气水合物成矿远景区、19个成矿区带、25个有利区块、24个钻探目标区，预测远景资源量达744亿吨油当量，实现了海域天然气水合物找矿重大突破。
2．提出了在南海北部存在两个天然气水合物成矿带理论，指导找矿取得重大突破。
3．研发形成了适合我国海域天然气水合物高分辨率地震采集的技术体系。
4．形成了一套天然气水合物准三维探测方法体系，初步形成了适合我国海域特点的天然气水合物钻探目标优选关键技术。
5．首次在国内将三维地震与海底高频地震探测技术结合用于天然气水合物矿体探测，成功获得了我国首幅“天然气水合物矿体的外形及内部结构特征”图像。
（二）中国地质大学（北京）
国家973计划项目“南海天然气水合物成藏富集规律与开采基础研究”下属课题2“南海北部天然气水合物成藏的地质条件研究”和课题5“南海北部天然气水合物的地球物理异常特征研究”的负责单位；国家863计划“南海北部海域天然气水合物首钻目标优选关键技术”、“天然气水合物矿体的三维地震与海底高频地震联合探测技术”和“天然气水合物流体地球化学现场快速探测技术”主要参研单位。
主要创新贡献有：
1．首次提出利用纵横波速度增量比探测水合物技术，揭示了水合物地球物理特征响应机理，建立了南海北部天然气水合物的综合识别方法，并成功应用于南海水合物勘探实践。
2．建立并应用了海底甲烷渗漏和天然气水合物分布的地质微生物示踪方法，首次获得了水合物稳定带中不同甲烷相态的微生物群落及微体古生物组合特征，以及冷泉环境下氧化-还原界面附近生物地球化学响应特征。
3．提出了HF-OBS与多道地震数据联合勘探观测系统设计方案，研发了HF-OBS地震数据处理技术和横波速度信息提取技术。
4．建立了一套针对水合物目标的准三维高分辨率地震资料处理技术和水合物地震信息综合检测技术，并形成一套针对水合物综合解释技术。
（三）青岛海洋地质研究所
“我国海域天然气水合物资源调查与评价”国家专项02项目“我国海域天然气水合物资源调查及开发技术研究”和国家973计划项目“南海天然气水合物成藏富集规律与开采基础研究”参与单位，主要承担沉积物－气－水－水合物四元体系研究。
主要创新贡献：
通过大实验测定了不同体系中水合物相平衡条件，揭示了溶液水化离子效应、盐析效应和沉积物表面润湿性、孔隙毛细管作用力对水合物相平衡的影响机理，改进了传统的相平衡模型；首次测定了南海神狐海域水合物样品气体成分、水合物结构、水合指数和沉积物特征，获得了南海沉积物－孔隙水－气－水合物体系中水合物相平衡数据及其主要影响因素，为理解天然气水合物成藏热力学提供理论基础。
（四）中国地质科学院矿产资源研究所
国家973计划“南海天然气水合物成藏富集规律与开采基础研究”课题1“南海北部天然气水合物成藏的气源条件研究”承担单位，主要负责南海天然气水合物的成矿气源条件研究；参与国家863计划“天然气水合物流体地球化学现场快速探测技术”项目，创新设计和研制了孔隙水原位采集系统，通过压滤法原理原创性地研制了世界上第一套沉积物孔隙水分层原位采集系统。
参与“天然气水合物资源调查与评价”项目孔隙水地球化学调查评价。
（五）中国科学院地质地球物理研究所
国家973计划项目“南海天然气水合物成藏富集规律与开采基础研究”下属课题3“南海北部天然气水合物成藏的温压条件研究”的承担单位，开展南海北部热流背景、南海北部水合物多相体系热力学模型和天然气水合物形成的分子机制研究，深刻认识到南海北部温压场通过控制天然气水合物的稳定带底界、甲烷溶解度、和成核生长速率而影响水合物的成藏和富集。
主要创新贡献：
在国际上率先提出笼子吸附成核假说，成功预测了水合物成核结晶过程中存在非晶相，以及成核发生所需要的甲烷临界浓度，创立了完备的笼子结构搜索方法，显著优于国外同行的方法。
该成果共发表4篇国际SCI论文，至今已被国际SCI引用共计108次（他引90次），单篇最高国际SCI引用46次（他引39次），显示了重要的理论创新意义和国际影响力。
（六）中国科学院广州能源研究所
国家973计划项目“南海天然气水合物成藏富集规律与开采基础研究”下属课题6“南海北部天然气水合物的地球化学异常特征研究”的具体实施单位。
主要创新贡献：
1．发现并证实了冷泉系统甲烷有氧氧化在碳酸盐岩中的记录，研究了冷泉系统生物地球化学过程。
2．通过九龙甲烷礁冷泉碳酸盐岩的微生物地球化学研究，揭示了不同站位甲烷厌氧氧化古菌种群/硫酸盐还原菌的集合体。
3．南海北部大多数冷泉渗漏活动发育于低海面时期，低海平面时期较低的净水压力导致的水合物分解可能是南海北部大多数冷泉渗漏活动的主要诱发因素。
（七）国家海洋局第二海洋研究所
“我国海域天然气水合物资源调查与评价”国家专项03项目“我国海域天然气水合物环境效应研究”承担单位，主要以南海北部陆坡与天然气水合物相关的环境基线和海洋地质灾害调查实际资料，结合区域海洋环境和地质背景，分析天然气水合物勘探开发过程中可能产生的主要环境问题、地质灾害和影响因素，建立天然气水合物勘探开发活动可能诱发的环境问题与地质灾害的综合评价体系。
升级会员 