奉献光与热,他深耕含油气盆地沉积学领域36年 | 地质足迹印山川
编者按
“是那山谷的风,吹动了我们的红旗……我们满怀无限的希望,为祖国寻找着富饶的矿藏。”
新一轮找矿突破战略行动启动以来,广大地质工作者大力弘扬爱国奉献、开拓创新、艰苦奋斗的优良传统,把智慧、汗水洒遍山川大地,为地质找矿事业书写崭新的时代篇章。《中国自然资源报》开设“地质足迹印山川”栏目,通过系列报道展示地质人物和团队的感人事迹,推动新一轮找矿突破战略行动取得更大成果。
6月初,中国石油大学(华东)副校长操应长回了趟安徽老家。穿行在大别山深处熟悉的翠林中,他仿佛看见了少年的自己背着书包奔跑在山路上的身影。
从1988年考入石油大学,现为中国石油大学(华东),1992年毕业留校任教至今,操应长已经在含油气盆地沉积学教学科研领域奋战了36年。如今的他,已成为我国沉积学领域具有国际影响力的著名学者:聚焦含油气盆地沉积学领域中基础地质理论与关键技术开展持续攻关研究,在陆相湖盆层序地层与沉积砂体、储层流岩作用与油气优质储层、深水细粒沉积与页岩油气等方面形成了特色研究方向和国际瞩目的学术成果。2023年,他不负众望,荣膺第十八次李四光地质科学奖科研奖。
操应长(中)在实验室指导学生
深研沉积 揭示沧海桑田
人生的厚度,是学识的积淀,是内在的丰盈,如同沉积地层。
操应长推开沉积学研究的大门并立志于此,始于他本科就读石油大学勘探系沉积地质专业的头一年。
那时的石油大学还在山东东营,离黄河入海口大概40多千米。黄河入海口被誉为现代沉积研究的天然实验室。一有空,同学们就在班主任姜在兴教授的带领下,自由欢快地骑着自行车,到那里去看各种沉积构造。
操应长始终记得,当他第一次面对低平开阔的黄河入海口时,内心是多么震撼。看着眼前黄蓝分明的壮观景色,感受着近在咫尺的“沧海桑田”,他惊叹于自然的神奇伟大,立志要像奔腾的黄河那样开山劈石、百折不挠,在科研的道路上乘风破浪、砥砺前行,通过“沉积学”这个窗口,尽可能地探知地球时空深处的奥秘,在石油地质事业的发展中创造自己的价值。
大学本科毕业后,操应长因成绩优异留校任教,之后又继续攻读硕士和博士,跟着导师姜在兴教授从事沉积学教学科研工作,并逐渐成长为石油大学的学科带头人之一,在教学、科研乃至管理的岗位上取得了突出成绩。
沉积学作为含油气盆地油气勘探的基础学科,研究的是深埋地下的古代沉积。特别是要通过层序地层学研究,准确预测深埋地下的沉积地层展布和沉积砂体分布,摸清油气“生储盖”组合关系,进而预测隐蔽油气藏,估算油气资源储量。胜利油田的大小油田都摸透之后,他又跑遍了天津、新疆、江苏、四川、河南等地的油气田,一块一块经手研究的岩心连在一起足有万米以上。
从东营凹陷、惠民凹陷,到济阳坳陷,再到渤海湾盆地,操应长通过综合地震、测井、钻井等资料,系统研究了陆相断陷湖盆不同级别的层序地层单元划分,以及沉积砂体分布、储层成岩演化等,产出的大量科研成果为油田勘探工作提供了重要的科学依据。
操应长最重要的科研贡献之一,就是揭示了陆相湖盆层序地层及沉积砂体成因机制。他创新性地将诞生于海相的层序地层学理论和方法成功应用于陆相湖盆沉积研究中,拓宽了相关研究的思路和途径。
以此为基础,他带领团队针对中国陆相盆地沉积作用的特殊性和复杂性,提出了盆地结构控制了层序地层模式、层序地层结构控制了湖盆砂体分布、层序界面结构控制油气富集等认识;基于陆相湖盆多物源体系沉积作用,形成了不整合及其对应的整合面控制下基准面旋回的“V-C”综合层序地层学分析方法,实现了多物源体系沉积砂体的高精度等时对比和精细划分。
在针对陆相湖盆深水重力流砂体沉积作用的研究中,他建立了湖盆深水洼陷富砂模式,突破传统的水道发育扇体沉积模式,提出了湖盆砂质碎屑流无沟道舌形体叠加的扇体沉积作用,形成了基于源汇系统分析的深水重力流砂体分布预测方法;阐明了深水低密度浊流沉积演化过程,发现了湖盆深水泥级细粒沉积物底床载荷搬运与沉积作用,揭示了湖盆深水细粒混合沉积作用和混积岩成因。
这些科研成果丰富和发展了陆相湖盆沉积学理论,为陆相含油气盆地的增储上产提供了扎实的科学依据和技术方法支撑,在胜利、长庆、新疆等油田的勘探开发实践中得到了广泛应用。其中,操应长作为骨干完成的“陆相湖盆层序地层学及其在油气勘探开发中的应用”获国家科技进步奖二等奖和山东省科技进步奖一等奖、“断陷湖盆复杂砂体精细表征与储层评价关键技术及其应用”获山东省科技进步奖一等奖。
聚焦深层 发现储油“秘密”
近年来,石油勘探也在“向地球深部进军”。今年3月,中国石油深地塔科1井钻探深度首次突破万米大关,刷新亚洲最深直井的纪录。
目前,深层超深层已成为我国油气增储上产极为重要的领域之一。然而,资源潜力巨大,获取难度也巨大——这些深层、超深层油气远居地下,探明率极低,要想准确打出油气超深井,除了突破关键勘探技术外,最主要的一个前提就是获得对盆地深部储层的精细认知。
从2010年至今,操应长带领团队依托国家油气重大专项、国家自然科学基金、中国科学院先导专项等,集中对碎屑岩储层流岩作用与优质储层成储机制进行了深度研究,并获得了一系列令人瞩目的创新成果。
其中,最大的贡献是揭示了封闭成岩体系下碎屑岩储层的物质调配作用与深部储层成储机制。他们研究发现,在封闭的地下环境中,物质和空间都会遵循守恒原理。有机质和烃类演化持续生酸过程,会导致储层中不同矿物与酸性侵蚀性流体相互作用,且物质调配控制了孔隙调配作用,如酸性流体作用下长石强烈溶蚀形成次生孔隙,同时伴随着黏土矿物和石英沉淀并充填已有的孔隙,在封闭体系下物质总量守恒,长石矿物溶蚀形成石英、黏土矿物的物质调配,控制了储层孔隙调配,孔隙总量不变,但孔隙类型会有变化,如由原生孔隙变成次生孔隙、孔隙位置由粒间孔变成了粒内孔等。
储油岩层中的孔隙如同蜂房,石油便是其中满溢的蜜。显然,孔隙空间大小从“储”的角度不仅控制着油气成藏规模,也制约着油气产能和效益。那么,深部碎屑岩储层是否存在较大的储油空间?
通过研究,操应长开创性地提出了碎屑岩储层“长石溶蚀接力成孔”次生孔隙深部优质储层发育模式,揭示了中深层埋藏条件下酸性流体优先溶蚀长石的化学机理,建立了碎屑岩储层“长石溶蚀接力成孔”次生孔隙发育模式。如今,这一理论已初步得到验证,使深层、超深层油气勘探领域大大拓展。
随着科研的深入,操应长等人还发现了页岩油气、致密油气等非常规储层储油的秘密。比如:揭示了深水细粒沉积岩物质调配改造作用与页岩油优质储层成储机制,以及“纳米喉—微米孔”致密油气优质储层的形成机制,分别为页岩油气和致密油气甜点成因、资源预测及其高效勘探、开发提供了重要的科学依据。
近几年,操应长把科研的主要精力放在了中石油重大科技项目“塔里木盆地深层油气高效勘探开发理论及关键技术研究”上。他带领团队深化完善前陆区深层碎屑岩与台盆区深层碳酸盐岩规模优质储层发育模式与成藏机理等深层油气地质理论,揭示了塔里木盆地库车前陆区侏罗系陆源有机质主控的煤系烃源岩发育机理,阐明了碎屑岩“二级断裂—岩相组合—煤系流体”三元控储机制,形成了“晚期规模生烃、断—缝输导、油气持续充注、近凹斜坡—低隆富集”的油气成藏地质认识,有力支撑了重点区块探井部署和新井试油方案优选,助力迪北5井在侏罗系阿合组勘探取得重大发现,有力推动了新一轮找矿突破战略行动和油气增储上产目标在新疆塔里木盆地的落地见效。
传承薪火 弘扬科学精神
读本科时,操应长所在的系里有位毕业于清华大学的老教授叫冯增昭,是定量岩相古地理学的开拓者,由于重视且擅长野外踏勘,人称“冯铁腿”。他在给操应长等新生上第一堂课时,不仅告诉大家“古地理学是人类跨越时空对地质历史时期地球表层特征的探究与追寻,是石油、天然气、煤炭等重要矿产资源勘探开发的重要‘指南’”,还着重谈到很佩服李四光等科学家,说自己生逢乱世,投身地质就是想找矿救国。
“为国找矿”,像种子一样,深深地扎根在操应长的内心。
操应长很庆幸学生时代能够遇到姜在兴等多位品德高尚而且在学术上颇有建树的老师。操应长也愿意像老师们一样,成为“燃灯者”,传承老一代地质科技工作者胸怀祖国、勇攀高峰、敢为人先、追求真理、严谨治学、无私奉献的精神,帮助指引更多青年学子志存高远、勤勉笃行,走向更精彩的世界、实现更大的人生价值。
操应长的科研创新能力是公认的,教学育人能力也是公认的。他的一位学生曾描绘了操老师的课堂风采:条理清晰,逻辑严密,枯燥的地质知识、复杂的技术难点都被幽默生动地转化为身边常见的事物或原理,变得通俗易懂、妙趣横生;而大量的科研实例则让他的讲授远远超出课本,让学生真正体会到什么是基础科研、什么是学以致用,以及沉积学领域的研究成果是怎样“从实验室跃上生产线”的。
操应长始终认为,理想和信念、操守和德行,永远比知识本身更重要。学校是石油专业人才的孵化器,更应该成为塑造科学精神、时代品格的大熔炉,作为一名教师,更要以传承精神、赓续传统、立德树人为己任。在他的课程和讲座中,有一条主线贯穿始终,即“石油精神”“铁人精神”“李四光精神”的传承和弘扬。他以此勉励立志投身石油行业的莘莘学子要继承发扬科学家精神,依靠专业学习和技术创新,为国家能源事业、为祖国的繁荣富强作出自己的贡献。
操应长(左一)带领学生在山东青岛灵山岛考察地层
教书育人,是一个春风化雨、润物无声的过程。在这一过程中,操应长重视言传身教的力量。他常常告诉学生,做人要志存高远更要干净清白,做学问要勇于突破更要甘于寂寞——20多年来,他潜心基础应用研究,在《自然通讯》《地球化学与宇宙化学学报》《地球科学评论》等知名刊物发表SCI收录论文150余篇。也正因为有了老师的珠玉在前,他的许多学生也已成长为油气地质研究领域的佼佼者:1人获批国家自然科学基金优秀青年基金项目、2人获山东省优秀博士学位论文、1人入选首批全国博士后创新人才支持计划、3人获评山东省泰山学者青年专家……
或许是由于格外崇敬李四光这位为新中国石油工业启程铺路的地质学家,操应长也格外珍惜李四光地质科学奖这份荣誉,他觉得自己身上的责任更重了。他希望自己的科研和教学都能像含油地层那样,和着纷繁的岁月,继续沉潜积淀、厚积薄发,在新时代的呼唤下,为国家社会奉献更多的光与热。