戴金星 口述 龔劍明 整理

（ 1中國石油勘探開發(fā)研究院 ； 2 中國科學(xué)院學(xué)部工作局 ）

1 歷史上天然氣的發(fā)現(xiàn)和利用

中國古代勞動(dòng)人民在生產(chǎn)實(shí)踐與觀察自然現(xiàn)象中，很早就發(fā)現(xiàn)油氣燃燒的現(xiàn)象。遠(yuǎn)在公元前11世紀(jì)到公元前771年的西周時(shí)期《易經(jīng)》中就記載了“澤中有火”，描述了油氣在水上燃燒的現(xiàn)象。秦漢時(shí)期，四川就開始利用天然氣，并開展尋找天然氣的鉆探活動(dòng)，于公元前220年左右鉆成深約100m的天然氣井，建設(shè)了世界上第一個(gè)天然氣田——自流井氣田[1-3]。

漢朝時(shí)期，四川臨邛縣就開始利用火井煮鹽，東漢班固在《漢書·地理志》就記述了天然氣:“鴻門(今陜西省神木縣西南)有天封苑火井祠，火從地出也”，到漢武帝時(shí)期，由于任用主張改革和發(fā)展生產(chǎn)力的法家代表人物桑弘羊?qū)嵭小胞}鐵官營”制度，使采氣煮鹽業(yè)得到了快速發(fā)展，四川產(chǎn)鹽縣由秦時(shí)的3個(gè)增加到16個(gè)，采氣煮鹽業(yè)也從此一直延續(xù)到后世，“火井”“神火”則成為油氣的代名詞。據(jù)西晉張華《博物志》記載：“臨邛有火井，縱廣五尺，深二、三丈，在縣南百里。昔時(shí)有竹木投之以取火。諸葛丞相往視之，后火轉(zhuǎn)盛，熱以盆貯水，煮之則鹽。后以燭火投井中，即滅，迄今不復(fù)也?！本陀涊d了三國時(shí)期西蜀一帶利用天然氣煮鹽的事情。利用天然氣煮鹽的工藝得以出現(xiàn)并不斷發(fā)展，更引起了無數(shù)文人的吟詠贊頌。西晉左思在其名作《蜀都賦》中描寫了“火井沉熒于幽泉，高焰飛煽于天垂”的壯闊場(chǎng)面。東晉常璩撰寫《華陽國志》中亦有記載：“文井江有火井，夜時(shí)光映上昭。民欲其火，先以家火投之。頃許如雷聲，火焰出，通耀數(shù)十里，以竹筒盛其光，藏之可拽行，終日不滅也”。四川邛崍由于發(fā)現(xiàn)了大量天然氣的火井而聞名，歷史上自南北朝時(shí)期的北周開始就設(shè)置了火井鎮(zhèn)，至隋朝大業(yè)十二年設(shè)置火井縣，后來又更名為火井鎮(zhèn)并保留至今。

此外，南北朝時(shí)期的歷史學(xué)家范曄在《后漢書·郡國志》中標(biāo)注有“火井欲出其火，先以家火投之，須臾許，隆隆如雷聲，燦然通天，光耀十里。以竹筒盛之，接其光而無炭也。取井火還煮井水，一斛水得四五斗鹽”。這段文字詳盡地描寫了當(dāng)時(shí)采集、輸導(dǎo)、引燃、利用天然氣煮鹽的情景。五代后晉時(shí)期《舊唐書》指出“有火并銅官山也”。宋代魯應(yīng)龍?jiān)凇堕e窗括異志》記載“《嘉禾志》:‘顧亭林庵中，有忠烈公祠，近歲忽地裂數(shù)尺，中有風(fēng)濤聲，以物探之，應(yīng)手火起，至今尚然＇”，描述了湖南嘉禾煤礦裂縫中釋放的煤礦瓦斯現(xiàn)象。明代張翰《松窗夢(mèng)語》說蓬溪一帶“有火井，土人用竹筒引土氣煎鹽，一井可供十余鍋，筒不焦，而所通鹽水輒沸”，并指出這時(shí)的火井僅容一竹，以一竹入井導(dǎo)出地面再設(shè)分枝氣筒引致各灶煎鹽，儼然是竹筒鉆鑿，專為提吸深層地下的天然氣以煎鹽，且氣豐高產(chǎn)，足以批量生產(chǎn)，一井煎數(shù)口至數(shù)十口鹽的天然氣井。

明末清初著名的科學(xué)家宋應(yīng)星在《天工開物》更詳細(xì)記載了采煤時(shí)排除毒氣（瓦斯）的方法。晚清時(shí)期，中國已對(duì)油氣資源分布概括總述:“我國石油礦區(qū)域，自新疆北部起，沿祁連山而東至甘肅之玉門、墩煌(敦煌)、復(fù)經(jīng)甘肅東境、陜西北境，轉(zhuǎn)而南逾秦嶺，入四川之中部，繞西藏高原之畔，是為我主要石油礦之所在。至直隸、奉天、山東、山西、熱河等地亦產(chǎn)石油，多為油頁巖而非尋常油田。石油與煤氣有密切關(guān)系，故產(chǎn)石油區(qū)往往亦產(chǎn)煤氣。惟四川為產(chǎn)煤氣最豐之地，它處石油礦未聞?dòng)卸嗔棵簹獍l(fā)見”[4]。由此可見，勤勞的中國人民在秦漢時(shí)期已開始利用天然氣，到三國時(shí)期，四川等地已開始大規(guī)模開采天然氣煎鹽。

2 由天然氣到煤成氣

2.1 煤成氣的重要性

天然氣是古老生物遺體埋藏于沉積地層中，通過漫長(zhǎng)的地質(zhì)作用自然形成的烴類和非烴類氣體的混合物，是潔凈優(yōu)質(zhì)能源和化工原料。相對(duì)于常規(guī)天然氣，專業(yè)上把煤成氣與頁巖氣稱為非常規(guī)天然氣。煤成氣作為一種非常規(guī)天然氣，與常規(guī)天然氣在地球化學(xué)特征、儲(chǔ)層特征、氣體賦存形式、成藏過程及機(jī)理均有所不同[5]。在天然氣中，其中油型氣是由地史上生活在海洋和湖泊中的輪藻和介形蟲等微體生物以及藻類形成的氣體，煤成氣系指腐殖型有機(jī)物在成煤作用中由集中型(煤層)和分散型(普遍存在于碳質(zhì)頁巖和泥巖中)兩者產(chǎn)生的氣體，大量分布的腐殖型有機(jī)物是含煤地層最主要的特征[6]。由此可見，含煤地層中煤和暗色泥巖是產(chǎn)生煤成氣的源巖。煤成氣形成后，一部分以吸附狀態(tài)殘留在煤中，通常稱為煤層瓦斯；另外大部分則從源巖即煤和暗色泥巖中運(yùn)移出來，逸散在（古）空氣中，溶解在地下水里和分散在運(yùn)移通道周圍的各種巖石中，僅有極小部分聚集成煤成氣田（藏）。

煤成氣主要成分是甲烷，其次還包括不等量的乙烷、丙烷、二氧化碳、氮?dú)獾然旌蠚怏w，其燃燒熱值是通用煤的2～5倍，且燃燒后幾乎沒有污染物，是一種非常理想的潔凈能源和化工原料。當(dāng)甲烷濃度在坑道中達(dá)到5%～16%時(shí)，遇明火就會(huì)爆炸，這是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。煤礦中的煤成氣直接排放到大氣中，其溫室效應(yīng)約為二氧化碳的21倍，對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞性極強(qiáng)。在采煤之前如果先開采煤成氣，煤礦瓦斯爆炸率將降低70%～85%[7-8]。中國煤礦有一半為高瓦斯或瓦斯突出的礦井，每年排放約161×108m3瓦斯，大于西氣東輸?shù)?20×108m3/a天然氣量[9]。作為一種潛在的清潔能源，煤成氣的被動(dòng)排放是嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，煤成氣的開發(fā)利用能防范煤礦瓦斯爆炸事故，有效減排溫室氣體，產(chǎn)生巨大的能源和化工經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 國外煤成氣研究進(jìn)展

煤成氣最早是由德國學(xué)者提出的，20世紀(jì)40年代，Stahl對(duì)德國西北盆地埃姆斯河流域至威悉河以西地區(qū)36個(gè)氣田和含氣構(gòu)造的天然氣穩(wěn)定碳同位素研究后指出：該盆地在赤底統(tǒng)、蔡希斯坦統(tǒng)和斑砂巖中發(fā)現(xiàn)的氣田，氣源是下伏上石炭統(tǒng)煤系氣源巖形成的煤成氣，含煤地層形成的煤成氣，除了殘存在氣源巖中外，還可運(yùn)移聚集成為煤成氣田（藏），由此產(chǎn)生了最初的煤成氣理論，強(qiáng)調(diào)煤系成氣，但對(duì)成油未予注意。美國于1953年在圣胡安盆地鉆探完成了第一口煤成氣實(shí)驗(yàn)井，但當(dāng)時(shí)由于受勘探技術(shù)的局限，未能形成煤成氣的規(guī)模性開發(fā)。隨后，前蘇聯(lián)、澳大利亞等國家把煤系當(dāng)作重要?dú)庠磶r進(jìn)行研究和勘探，取得了顯著的成就。特別是1959年在西荷蘭盆地東北部緊鄰德國的格羅寧根(Groningen)在赤底統(tǒng)發(fā)現(xiàn)可采儲(chǔ)量達(dá)2.7×1012m3的格羅寧根氣田，這是世界上第一個(gè)儲(chǔ)量超萬億立方米級(jí)煤成氣大氣田，從此煤成氣愈來愈受到人們的重視[10]。前蘇聯(lián)和澳大利亞由于應(yīng)用煤成氣理論于油氣勘探，在20世紀(jì)60～70年代發(fā)現(xiàn)大量煤成氣盆地和氣田，如西西伯利亞盆地北部、卡拉庫姆盆地和庫珀盆地等。正是前蘇聯(lián)發(fā)現(xiàn)了大量煤成氣田，而使之成為世界第一產(chǎn)氣大國。

20世紀(jì)70年代中期，由于受到能源短缺和需求量增加的影響，美國開始重視并鼓勵(lì)煤成氣勘探開發(fā)技術(shù)的研究攻關(guān)。1980年美國聯(lián)邦頒布了《能源意外獲利法》，有效促進(jìn)了煤成氣資源的開發(fā),黑勇士盆地的橡樹林(Oak Grove)煤成氣田獲得成功投產(chǎn)，標(biāo)志著美國煤成氣邁入商業(yè)化大規(guī)模開發(fā)階段。之后，在圣胡安、粉河和尤因塔等10余個(gè)盆地相繼獲得商業(yè)開發(fā)。1989年，美國煤成氣產(chǎn)量為26×108m3，2008年達(dá)到產(chǎn)量高峰，年產(chǎn)煤成氣556×108m3[11]。與此同時(shí)，美國煤成氣資源的商業(yè)化開發(fā)利用，在全世界產(chǎn)生了積極的示范作用，澳大利亞、俄羅斯、波蘭、加拿大、德國、法國、英國、印度競(jìng)相開展煤成氣資源開發(fā)研究，在煤成氣資源的勘探、鉆井、采氣和地面集氣處理等技術(shù)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，促進(jìn)了世界煤成氣工業(yè)的迅速發(fā)展。

2.3 中國煤成氣研究進(jìn)展

中華人民共和國成立后，從煤礦安全角度出發(fā)，國家曾對(duì)地面鉆井預(yù)排煤成氣技術(shù)開展了初步的試驗(yàn)研究，但進(jìn)展緩慢，并沒有產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性利用。比如1952年在遼寧撫順煤礦龍鳳礦建立瓦斯抽放站，開創(chuàng)了新中國開發(fā)利用煤成氣的先河[11]。盡管中國學(xué)者很早開始注意到煤系中的油氣顯示和煤、油的共存現(xiàn)象，但未深入進(jìn)行研究，主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的石油地質(zhì)學(xué)觀念長(zhǎng)期以來片面認(rèn)為，含煤地層雖能形成氣體，但由于煤的強(qiáng)烈吸附性，氣體難于運(yùn)移出來而主要留存在成氣母體中，所以不把含煤地層作為有效氣源巖和天然氣的勘探對(duì)象。改革開放以前，煤炭和石油作為國家的主要能源供給，作為重要能源的天然氣仍被大多數(shù)人所忽視，天然氣的勘探和科研都被排斥在議事日程之外。一方面，國家不重視，要油不要?dú)?；另一方面，絕大多數(shù)學(xué)者，尤其是地球化學(xué)家認(rèn)為天然氣無非是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷，比較簡(jiǎn)單，不像石油那樣復(fù)雜，沒有什么文章可做，國內(nèi)對(duì)天然氣的研究資料則少之又少。直到1978年戴金星提出“煤成氣”的概念，徹底改變了“煤系不是生油氣巖系”的觀點(diǎn)。

戴金星從小就受到李四光等地質(zhì)學(xué)家的影響，小時(shí)候閱讀李四光有關(guān)地質(zhì)方面的書籍，對(duì)書里提到的沉積巖、褶皺等特別感興趣，當(dāng)時(shí)就開始萌發(fā)學(xué)習(xí)地質(zhì)的想法。1956年，戴金星考入南京大學(xué)地質(zhì)系，并選擇地質(zhì)構(gòu)造作為自己的研究專業(yè)，實(shí)現(xiàn)了兒時(shí)的夢(mèng)想。然而，戴金星選擇天然氣作為自己的畢生職業(yè)，與張文佑院士的一句話分不開。

戴金星在南京大學(xué)就讀時(shí)，就受到斷塊學(xué)說創(chuàng)始人張文佑院士“科學(xué)研究要學(xué)會(huì)鉆空子”論點(diǎn)影響，張文佑院士建議科學(xué)研究要鉆空子，并不是說科研要走捷徑，而是告誡不要追逐熱點(diǎn)，要另辟蹊徑。1961年，戴金星從南京大學(xué)地質(zhì)系畢業(yè)，畢業(yè)論文“寧鎮(zhèn)山脈地層中縫合線構(gòu)造”獲學(xué)校年度優(yōu)秀論文。畢業(yè)后，戴金星被分配到當(dāng)時(shí)的石油工業(yè)部北京石油科學(xué)院，石油部門一直有著讓新來大學(xué)生先去基層油田鍛煉的傳統(tǒng)，因此次年戴金星被分配至江漢石油勘探處的生產(chǎn)一線，在江漢油田一呆就是10年，并多半時(shí)間處于“文化大革命”中。這期間他幾乎讀完了江漢油田圖書館石油專業(yè)和地質(zhì)專業(yè)的圖書，從中了解到當(dāng)時(shí)世界和中國存在石油與天然氣生產(chǎn)、研究的不平衡，前者產(chǎn)量高、研究深入，后者產(chǎn)量低、研究薄弱。當(dāng)時(shí)中國的石油勘探開發(fā)很不錯(cuò)，但是幾乎沒有人重視天然氣，也沒有列入國家的開發(fā)議程中。受到張文佑院士“科學(xué)研究要學(xué)會(huì)鉆空子”的影響，戴金星認(rèn)為要想在工作中出成績(jī)只能另辟蹊徑，于是萌發(fā)了研究天然氣的想法。1972年，戴金星調(diào)至北京石油勘探開發(fā)規(guī)劃研究院，開始接觸到各地煤礦采集的樣本，在解讀了中國天然氣的諸多成因后，并經(jīng)過在江漢油田10年積累的對(duì)比調(diào)查，戴金星最終決定將當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界有很大爭(zhēng)議的煤成氣地質(zhì)專業(yè)作為自己一生的主攻方向。正是這一決定，讓戴金星用畢生的精力去研究煤成氣，從此掀開了中國天然氣勘探的新篇章。

3 中國煤成氣理論的形成和發(fā)展

一般認(rèn)為，煤是古代陸上高等植物通過漫長(zhǎng)的泥炭化作用后逐漸形成的，石油是由古代海洋低等生物形成的腐泥型有機(jī)質(zhì)生成。石油形成過程中溫度非常重要，溫度太低則石油無法形成，溫度太高則會(huì)形成天然氣。20世紀(jì)80年代以前，中國發(fā)現(xiàn)的天然氣主要是油型氣，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為其是以海相和陸相沉積中的低等生物為基礎(chǔ)的腐泥型烴源巖形成，而且是與油田伴生分布的，煤系地區(qū)被認(rèn)為是不可能產(chǎn)生天然氣的。“一元論”的油型氣理論把由高等植物形成的腐殖型煤系和亞煤系視為氣（油）勘探的禁區(qū)，僅局限在與腐泥型烴源巖有關(guān)的地層中找氣，因此勘探效果并不理想，規(guī)模不大。

3.1 煤成氣理論的形成

戴金星打破傳統(tǒng)的“一元論”認(rèn)識(shí)，認(rèn)為腐殖型烴源巖是商業(yè)烴源巖之一，煤系和亞煤系形成的煤成氣能在煤系中或煤系外儲(chǔ)層中形成商業(yè)性氣（油）田，他沖破了“一元論”的束縛，而主張可在腐殖型烴源巖及其有關(guān)層系中勘探氣（油），開拓了天然氣勘探的新領(lǐng)域，使天然氣勘探的指導(dǎo)理論僅從腐泥型成氣的“一元論”發(fā)展為腐殖型也可成氣的“二元論”。來源于被子植物、裸子植物等的煤系及泥巖也可以生成大量天然氣和少量石油，煤系是良好的氣源巖。不僅海洋生物在一定環(huán)境下能生成油和氣，陸上植物既有可能生成煤，也可能生成氣。從化學(xué)反應(yīng)來看，成煤作用是煤的有機(jī)物基本結(jié)構(gòu)單元改造、化學(xué)成分改變的過程。戴金星通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，成煤過程中由側(cè)鏈與官能團(tuán)脫落形成氣體時(shí)，作為生氣母體的煤在高溫下改造著基本結(jié)構(gòu)單元并具有一定塑性，而煤生成的氣體隨著煤化作用的加深越來越多，在邊界條件適宜的煤中就形成氣孔。因此，氣孔是煤化作用過程中成氣作用結(jié)果的產(chǎn)物與關(guān)鍵證據(jù)，氣孔的大小及其分組性和氣孔率，可能與煤經(jīng)歷變質(zhì)速率快慢及地溫梯度大小、有機(jī)微組分的差異和煤的結(jié)構(gòu)特征等因素有關(guān)。

戴金星及其團(tuán)隊(duì)在大量煤化實(shí)驗(yàn)和針對(duì)煤系中發(fā)現(xiàn)氣（油）顯示的野外調(diào)查基礎(chǔ)上，對(duì)中國沉積盆地中含煤地層進(jìn)行了深入分析，并結(jié)合中國石油勘探中已發(fā)現(xiàn)的少數(shù)煤成氣藏的解剖結(jié)論，于1978年率先提出了“煤成氣”概念，指出中國沉積盆地中埋藏的含煤地層是良好的氣源巖，是勘探天然氣的有利目的層，同時(shí)指出中國煤成氣不僅可以形成工業(yè)規(guī)模的氣藏，而且可以形成大氣藏，四川盆地、鄂爾多斯盆地、華北地區(qū)和楚雄盆地是中國煤成氣極有利的勘探地區(qū)。1979年，戴金星發(fā)表了《成煤作用中形成的天然氣和石油》一文，被認(rèn)為“是中國開始系統(tǒng)研究煤成烴的標(biāo)志”，文章肯定了煤系是良好的工業(yè)氣（油）源巖，打破了煤系不能形成工業(yè)性氣（油）的舊觀念，開辟了中國煤成氣勘探新領(lǐng)域[12]。他所提出的中國煤成氣理論，不僅發(fā)展了天然氣成因新理論，而且使中國指導(dǎo)勘探天然氣的理論從油型氣的“一元論”進(jìn)入油型氣和煤成氣的“二元論”時(shí)代，為中國從貧氣國走向產(chǎn)氣大國邁出了關(guān)鍵的一步，為推動(dòng)中國天然氣事業(yè)的快速發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)（圖1、圖2）。

3.2 成氣為主、成油為輔的煤系成烴研究

煤成氣概念提出來后，由于腐泥型有機(jī)質(zhì)在生油窗階段是成油為主、成氣為輔，故國內(nèi)出現(xiàn)了大量以成油為主、成氣為輔的煤系成烴方面的論著，也有大批學(xué)者根據(jù)油氣地質(zhì)、有機(jī)地球化學(xué)、煤巖學(xué)和煤及其有機(jī)顯微組分的熱模擬實(shí)驗(yàn)指出，煤系成烴的特征總體上是以成氣為主、成油為輔；此外，還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為煤系不能形成煤成油。在與煤系相關(guān)的目的層，是以找氣為主還是以找油為主？對(duì)于這一問題的深入研究，不僅可以回答天然氣理論研究中的疑問，而且在天然氣勘探實(shí)踐上具有重要指導(dǎo)意義。

圖1 1984年3月29日，戴金星在云南保山縣猛古金沙江畔取氣苗樣

圖2 1984年4月18日，戴金星(左)和賈承造在塔里木盆地庫車坳陷進(jìn)行天然氣地質(zhì)考察

自然界中除腐泥型烴源巖外，同時(shí)還有大量在陸地、淺水、沼澤及濱海環(huán)境下沉積的煤系和亞煤系腐殖型烴源巖，其所含有機(jī)質(zhì)主要來源于高等植物遺體。在化學(xué)性質(zhì)上煤成烴的腐殖型烴源巖和油型烴的腐泥型烴源巖有根本區(qū)別，前者低H／C原子比，后者高H／C原子比；在沉積相上也有區(qū)別，腐殖型烴源巖可以是陸相、海陸交互相或海相，而腐泥型烴源巖要么是海相，要么是湖相；在沉積環(huán)境上也不同，煤成烴的腐殖型烴源巖主要形成于弱還原環(huán)境，而油型烴的腐泥型烴源巖主要形成于還原環(huán)境。為了從實(shí)驗(yàn)中獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，戴金星領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)取自石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系和古近系中采集的8個(gè)連續(xù)煤階(褐煤、長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧煤和無煙煤)85個(gè)煤樣本進(jìn)行電子顯微鏡觀察分析，對(duì)比攝制了197張煤的微結(jié)構(gòu)照片，從褐煤至無煙煤中均發(fā)現(xiàn)了氣孔，發(fā)現(xiàn)了煤(包括煤系地層中腐泥質(zhì)有機(jī)物）是生氣母巖的關(guān)鍵證據(jù)，證明煤化作用伴隨著一個(gè)長(zhǎng)期連續(xù)的成氣作用過程，比在“門限深度”“門限溫度”內(nèi)才能生成大量油氣的腐泥質(zhì)有機(jī)物生油巖在時(shí)間、空間、深度上具有更廣泛的、更有利的勘探條件，認(rèn)定含煤盆地也就是含氣盆地，特別是隱伏或深埋的含煤盆地，應(yīng)成為天然氣勘探的重要領(lǐng)域[13]。戴金星發(fā)現(xiàn)了腐殖型煤系，從低階煤至高階煤的成煤作用全過程中成烴以氣為主、以油為輔的基本規(guī)律，僅中煤階產(chǎn)少量輕質(zhì)油和凝析油，這一特征是由其生源有機(jī)質(zhì)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)所決定的，因?yàn)楦趁旱幕A(chǔ)物質(zhì)是木本植物，其有利于成氣的低H／C原子比的木質(zhì)素含量占60%～80%，而有利于成油的高H／C原子比的蛋白質(zhì)和類脂類含量不超過5%[14]。隨后，戴金星先后發(fā)表了《我國煤系地層含氣性的初步研究》和《鑒別煤成氣和油型氣若干指標(biāo)的初步探討》等多篇論文，總結(jié)了煤系成烴的特征是：一般成氣為主、成油為輔；煤成油大多數(shù)是輕質(zhì)油和凝析油；在特殊的地質(zhì)條件下，煤系偶爾形成以煤成油田（藏）為主等，完善和發(fā)展了煤成氣（烴）模式[15-17]。煤的物質(zhì)構(gòu)成特點(diǎn)，是生氣為主、生油為輔的煤系生烴特征最根本的因素，從而進(jìn)一步完善了中國煤成氣理論。

3.3 中國煤成氣鑒別體系

在中國煤成氣研究的初期，部分人對(duì)煤成氣持否定觀點(diǎn)，所以如何從氣體自身及與其相關(guān)的地球化學(xué)特征來鑒別煤成氣和油型氣，是煤成氣理論建立初期迫切需要研究的課題。戴金星提出的中國煤成氣鑒別體系，突破了以往傳統(tǒng)僅以單一的氣組分鑒別天然氣類型，提出綜合發(fā)展利用氣液（輕烴、油）固（干酪根）三相中相關(guān)科學(xué)信息，論證并建立了綜合性判別煤成氣、油型氣和無機(jī)氣系列指標(biāo)、圖版和公式的鑒別理論，為復(fù)雜地質(zhì)條件下天然氣成因鑒別提供了一套可信度大、精度高的方法，并在中國得到廣泛應(yīng)用，為氣源對(duì)比追蹤、天然氣目的層確定提供了重要的手段和科學(xué)依據(jù)，發(fā)展了煤成氣鑒別理論和方法。1992年，戴金星和國內(nèi)同行根據(jù)各項(xiàng)參數(shù)建立了天然氣成因類型綜合鑒別體系:①無機(jī)成因氣和有機(jī)成因氣的判識(shí);②生物氣及生物—熱催化過渡帶氣的判識(shí);③油型氣和煤成氣的判識(shí)等。該鑒別體系共包括天然氣穩(wěn)定碳同位素組成、氣組分、輕烴、生物標(biāo)志化合物等28項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，鑒別體系全面、系統(tǒng)、方便實(shí)用，評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性較高，該鑒別體系對(duì)指導(dǎo)天然氣勘探選區(qū)發(fā)揮了重要作用，受到國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)同和高度評(píng)價(jià)[13,18]。

國內(nèi)外一些學(xué)者由于忽視了結(jié)合煤層的具體產(chǎn)狀分析煤層氣的組分、碳同位素特征，并進(jìn)行分類與成因分析，把煤礦中較淺煤成氣大部分變干與變輕當(dāng)成是煤成氣固有原生的特征，從而得出煤成氣藏的主要生氣母質(zhì)僅為煤系中分散有機(jī)質(zhì)，不包括煤層。以此認(rèn)識(shí)必然低估了煤成氣資源評(píng)價(jià)量，從而可能延誤一個(gè)有利煤成氣區(qū)的勘探部署。中國學(xué)者提出的煤成氣鑒別體系無疑對(duì)指導(dǎo)煤成氣的勘探、評(píng)價(jià)與氣源對(duì)比都有重要的意義，對(duì)世界煤成氣研究是一重大貢獻(xiàn)[19-21]。

4 煤成氣研究對(duì)中國天然氣工業(yè)發(fā)展的重要意義

在1979年中國煤成氣理論出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)理論認(rèn)為所有石油和天然氣都是比較低等的動(dòng)植物生成的“一元論”理論，在這種學(xué)說的指導(dǎo)下，中國油氣地質(zhì)工作者認(rèn)為天然氣只能由海相碳酸鹽巖和泥頁巖及湖相泥頁巖生成，即以油型氣觀點(diǎn)指導(dǎo)天然氣勘探，而不在含煤地層中尋找天然氣，認(rèn)為這些地層是油氣勘探的禁區(qū)。1979年，戴金星第一次系統(tǒng)闡述了中國煤成氣理論的核心要點(diǎn)，是中國煤成氣理論研究的里程碑。1981年，“全國煤成氣學(xué)術(shù)討論會(huì)”在揚(yáng)州召開，喚起了國內(nèi)石油地質(zhì)學(xué)者對(duì)煤成氣的重視。隨后，戴金星主筆《煤成氣概況》報(bào)告，呈送時(shí)任中共中央總書記的胡耀邦，得到了中央領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)部門的高度重視，為把“煤成氣的開發(fā)研究”列為1983年啟動(dòng)的首批“六五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目打下了基礎(chǔ)，從此開始了天然氣科技攻關(guān)研究，拉開了中國煤成氣理論體系研發(fā)和建立的序幕[18]。1982年，戴金星發(fā)表的《煤成氣涵義及其劃分》等文章，進(jìn)一步系統(tǒng)闡明煤系成烴的基本地質(zhì)特征，奠定了中國煤成氣理論基礎(chǔ)。自戴金星于1978年提出煤成氣概念以來，在過去的40年間，煤成氣研究經(jīng)過提出煤成氣存在、研究煤成氣運(yùn)聚過程、探討總結(jié)煤成氣成藏特征與規(guī)律等幾個(gè)階段，不斷完善了中國煤成氣理論，推動(dòng)煤成氣勘探獲得重大進(jìn)展。

4.1 提出了適合中國沉積盆地特點(diǎn)的煤成氣理論

世界煤成氣理論的發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷史，雖然西方學(xué)者對(duì)該理論的創(chuàng)立發(fā)揮了重要的作用，但對(duì)理論內(nèi)涵的豐富和發(fā)展，尤其是與中國的實(shí)際相結(jié)合，創(chuàng)造性地提出適合中國沉積盆地特點(diǎn)的煤成氣理論，則是中國學(xué)者發(fā)揮了重要作用。從20世紀(jì)70年代后期開始，以戴金星為代表的中國學(xué)者對(duì)豐富和發(fā)展煤成氣理論起了主導(dǎo)作用。主要的創(chuàng)新發(fā)展體現(xiàn)在以下方面:①全面、系統(tǒng)建立了煤成氣成因鑒別標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)體系，并用大量地球化學(xué)數(shù)據(jù)肯定了中國煤成氣藏的存在;②在大量實(shí)驗(yàn)和地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上證實(shí)，20世紀(jì)70年代以來提出的一系列有關(guān)煤系生氣成藏的理論認(rèn)識(shí)是正確的，指導(dǎo)勘探也是行之有效的;③總結(jié)了煤成氣聚集與分布規(guī)律，發(fā)展了天然氣成藏理論，理論的核心要點(diǎn)包括從靜態(tài)成藏要素到動(dòng)態(tài)成藏過程，從定性到半定量研究等;④建立了煤成氣資源評(píng)價(jià)及目標(biāo)預(yù)測(cè)的理論和方法[18]。戴金星提出煤系和亞煤系是良好的氣源巖，可形成氣田，使指導(dǎo)中國天然氣勘探的理論從“一元論”（油型氣）發(fā)展為“二元論”（油型氣和煤成氣），認(rèn)為煤系中的煤和暗色泥巖是生成天然氣的主要?dú)庠磶r，并開展勘探與煤系源巖相關(guān)的盆地、地區(qū)和層位，開辟了天然氣勘探的新領(lǐng)域[18]。煤系成烴以氣為主、以油為輔的論點(diǎn)，為含煤盆地含氣潛力和有利探區(qū)評(píng)價(jià)提供了理論支撐，中國許多學(xué)者在此基礎(chǔ)上取得了令人興奮的研究成果[22]。

4.2 建立了完善的天然氣資源評(píng)價(jià)方法

中國煤成氣理論提出以后，地質(zhì)學(xué)家根據(jù)中國地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，開展大量卓有成效的基礎(chǔ)與創(chuàng)新研究，總結(jié)提出了中國煤成氣形成分布的理論框架，并迅速指導(dǎo)勘探實(shí)踐，不僅肯定了煤成氣存在，而且指出具有良好的發(fā)現(xiàn)潛力。在煤成氣理論之前，中國沒有正規(guī)的天然氣資源評(píng)價(jià)方法。在國家“六五”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目“煤成氣的開發(fā)研究”中，正式設(shè)題開展天然氣資源潛力評(píng)價(jià)，是中國第一次規(guī)模較大的針對(duì)煤成氣成藏與潛力評(píng)價(jià)的攻關(guān)研究（圖3）。戴金星等研究團(tuán)隊(duì)在大量野外調(diào)查、取樣分析和對(duì)已發(fā)現(xiàn)氣藏的解剖研究的基礎(chǔ)上，獲得29項(xiàng)近50000個(gè)實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，從而建立了煤成氣與油型氣鑒別指標(biāo)。1981年關(guān)士聰?shù)群痛鹘鹦堑确謩e預(yù)測(cè)中國煤成氣資源量為5.4×1012m3和（5.97～6.90）×1012m3[23-24]，并通過大量實(shí)驗(yàn)?zāi)M，建立了煤及煤系泥巖烴產(chǎn)量圖版，對(duì)中國40個(gè)含煤盆地中的11個(gè)盆地進(jìn)行了資源評(píng)價(jià)，并以天然氣聚集分布規(guī)律為依據(jù)，預(yù)測(cè)了有利勘探靶區(qū)分布，其中鄂爾多斯盆地中部等多個(gè)預(yù)測(cè)結(jié)果為后來的勘探所驗(yàn)證。這是中國第一批煤成氣資源評(píng)價(jià)成果，也是帶有先驅(qū)性和開創(chuàng)性的成果[25]。中國天然氣資源評(píng)價(jià)方法從無到有，從粗放到精細(xì)，完善了天然氣資源評(píng)價(jià)體系，這不僅豐富發(fā)展了天然氣資源評(píng)價(jià)的理論和技術(shù)，而且能更科學(xué)預(yù)測(cè)中國天然氣資源潛力和分布，進(jìn)而有效指導(dǎo)中國天然氣發(fā)展規(guī)劃編制與勘探部署。天然氣儲(chǔ)量的大幅度增長(zhǎng)不僅徹底改變了以往國外學(xué)者認(rèn)為中國地質(zhì)條件不理想、天然氣資源相對(duì)貧乏而炒作的“中國貧氣論”，而且有效推動(dòng)了中國從“貧氣國”邁入“油氣大國”的行列（圖4）。

4.3 推動(dòng)了中國天然氣工業(yè)加快發(fā)展

煤成氣理論的提出和成功實(shí)踐推動(dòng)了中國天然氣工業(yè)加快發(fā)展。煤成氣理論帶來的勘探指導(dǎo)成效十分顯著。自20世紀(jì)90年代起，中國天然氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)有了質(zhì)的飛躍，在塔里木盆地白堊系、鄂爾多斯盆地上古生界、準(zhǔn)噶爾盆地和四川盆地的侏羅系、東海盆地和鶯瓊盆地的古近系—新近系相繼發(fā)現(xiàn)一批大中型天然氣田，出現(xiàn)了以煤成氣為主的多成因天然氣勘探的廣闊前景。這可以說是中國煤成氣理論建立以后，有效推動(dòng)天然氣工業(yè)發(fā)展最直觀的證明。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1978年煤成氣理論之前，全國累計(jì)探明天然氣儲(chǔ)量?jī)H為2264×108m3（其中煤成氣203×108m3），年產(chǎn)氣137×108m3（其中煤成氣3.43×108m3），至2016年全國天然氣總儲(chǔ)量為118951.2×108m3（其中煤成氣82889.32×108m3），年產(chǎn)氣1384×108m3（其中煤成氣742.91×108m3），天然氣儲(chǔ)量、煤成氣儲(chǔ)量、天然氣產(chǎn)量和煤成氣產(chǎn)量分別是1978年的52.5倍、408.3倍、10.1倍和216.6倍，使中國從貧氣國邁向世界第六大產(chǎn)氣國。據(jù)國土資源部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2006—2011年間，中國共生產(chǎn)煤成氣6620.53×108m，相當(dāng)于抵減用煤16.76×108t，減排CO2達(dá)28.46×108t，對(duì)改善環(huán)境起了重大作用。已發(fā)現(xiàn)的59個(gè)大氣田中，43個(gè)是煤成氣田，規(guī)模最大的蘇里格氣田儲(chǔ)量達(dá)16447.51×108m3，總規(guī)模有可能超過2.0×1012m3[26-30]。

圖3 1985年底，國家“六五”攻關(guān)項(xiàng)目“煤成氣的開發(fā)研究”成果鑒定會(huì)現(xiàn)場(chǎng)

圖4 2018年5月30日，戴金星榮獲2018年度陳嘉庚地球科學(xué)獎(jiǎng)