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2008年8月受邀参加挪威第33届国际地质大会 |
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2009年9月与研究生出席亚太地区国际煤层气学术会议 |
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带领研究生在淮北煤田进行野外地质考察 |
我国是一个煤炭生产与消费大国,煤炭在我国的能源消费和能源安全中占有重要的地位。2011年我国煤炭消费总量为35.7亿吨,约占一次能源消费总量的72.8%。“十二五”期间,预计我国煤炭消费占一次能源消费的比重将有所下降,但其能源主体地位不会发生改变。但新的洁净能源煤层气一定会大力发展。温家宝总理曾明确指出开发和利用煤层气既可治理瓦斯,又可利用能源,一举两得。新形势下,对深部煤和煤层气的安全开发和利用更显紧迫和重要。
春华秋实,中国科学院研究生院教授、博士生导师琚宜文一直专注于能源地质科学的前沿探索与实践,特别是对新能源的探索与开发。他的辛勤汗水不仅丰富了他的科研生涯,更让他收获了丰硕的成果。数年里,他先后主持和参加国家科技重大专项、国家自然科学基金项目、国家973项目课题等10多项,发表学术论文80余篇,其中SCI收录20多篇。合作出版专著3部。获省部级自然科学与科技进步奖等4项。近些年来,与美国、德国、澳大利亚以及挪威等国家科研机构与高等学校进行学术交流与合作研究,并多次在国内外重要学术论坛和大会上作报告或交流。
理论与实践的碰撞:历练与启示
琚宜文的科研之路并不平坦,无论是在煤矿一线工作的16年,还是后来进行科学研究,他对科学事业的执著追求和进取心从未改变。古人说:“多难兴才”,其中包含了深刻的哲理。正是琚宜文面对逆境溯流而上的勇气和自强不息,以及实践与理论的完美结合,终让他迎来科研生涯中顺风扬帆的又一片天地。
热爱写作、书法和摄影的他,用满腔热忱和搏击奋进,书写了不一样的青春风采。1985年,年仅22岁的琚宜文从淮南矿业学院毕业后到淮北矿业(集团)有限责任公司,从事矿井地质和煤田地质工作,居住环境的简陋和工作条件的艰辛磨砺了他的意志,其中1994年获得中国矿业大学油气、地质与勘探专业工学硕士学位后,继续在煤矿从事地质工作。他从普通助理工程师一直做到高级工程师,始终站在生产的第一线,深入矿场实践和考察,积累了丰富的经验,为他以后的科研工作打下了夯实的基础。多年里,琚宜文解决了煤矿中许多地质和开采技术难题,而且没有出现一次地质工作失误。在长期的实践过程中,琚宜文不断总结,不断探索,为国家的煤炭开采和安全生产做出了卓越贡献,也带来了巨大的经济效益。深感理论知识不够的他,2000年又来到中国矿业大学攻读博士学位,2003年进入中国科学院研究生院从事地质学博士后研究工作,后留校从事科研与教学工作。
人的生命似洪水奔流,不遇见岛屿和暗礁,难以激起美丽的浪花。琚宜文说,在年轻的岁月里,遇到一点坎坷荆棘,受一点苦难,算不了什么,反而锻炼出他坚强的性格和顽强的意志。琚宜文在工作的同时也在思考自己未来的发展方向。终于,2000年他再次锐意求学。2006年以来琚宜文持续专注于能源地质科学领域的前沿研究和学生培养,他紧跟国际前沿,在实践经验的基础上不断求索,开拓创新,短短几年间取得了令人惊叹的科研成果。
煤层流变前沿热点与实际意义
近些年岩石流变已成为大陆岩石圈研究的前沿和热点之一,受到国内外越来越多的科学家的重视,这也是琚宜文所关注的问题之一。他综合自己多年对于煤层流变的研究发现,在构造应力作用下,煤层于较低的温度和较低的压力下就容易发生流变,不仅发生煤岩结构的变化,而且,还会引起化学成分的改变;煤岩脆性流变主要是通过破裂面上快速机械摩擦转化为热能而引起煤岩化学结构与其成分的改变;而韧性流变煤主要是通过局部区域应变能的积累而引起煤岩化学结构的破坏,从而发生不同机制的动力变质作用。在分析国内外煤层流变研究现状的基础之上,琚宜文认为对煤层流变的研究既可进一步丰富和发展对地球层圈构造和地球物质流动的认识,也可为煤层的合理开采、煤层气勘探开发与煤矿瓦斯突出防治提供科学依据。
煤层流变与煤矿瓦斯突出的关系主要表现为以下两点:一是增厚或减薄了煤层厚度,使瓦斯分布不均,从而使瓦斯能量蓄集不均;二是破坏了煤的结构,减小了煤抵抗突出的能力,增加了能量的释放速度。可见研究煤层流变具有重要意义。琚宜文的研究进一步表明,发生强韧性流变或脆韧性流变叠加形成的构造煤层,并且为煤层及顶底板之间层滑剪切带所分隔的部位,才是瓦斯赋存和突出最危险的地段;煤层流变最强烈的地方,在一定程度上控制了煤与瓦斯含量及突出危险带、区的分布。事实证明,在高瓦斯矿区,顺煤层滑动构造发育的区域是突出区。顺煤层滑动构造是通过控制构造煤的分布来控制煤矿瓦斯突出危险区、带的分布的。所以可根据煤层流变的强度、类型及分布来预测瓦斯赋存和突出危险区、带。这就意味着他的这一理论发现对实践中煤矿降低瓦斯分布有重要意义。
煤岩纳米变形科学内涵与探索
煤岩结构与变质作用的关系已经讨论了一个多世纪,理清煤岩结构与其变质变形环境关系将有助于解决煤层气的勘探开发、煤与瓦斯突出防治等实际的工程问题。可以说,在不同的变质阶段、不同机制的变形对不同类型构造煤超微结构的影响以及对其变质变形环境的研究是非常必要的,而且对于煤层气的储集和赋存状态、煤与瓦斯突出的机理以及煤层气资源和煤与瓦斯突出危险性预测等也有十分重要的实际参考作用。
大胆探索之后,琚宜文总结出一套可能有利于不同类型构造煤研究的结构成因分类方案,同时也适合于煤层气开发及煤与瓦斯突出防治的问题。他采用纳米级结构科学新的思路和超微尺度测试方法,研究结果表明:应力对于煤岩分子结构和孔隙结构的影响已经在各种实验的验证下得到了充分的证实。比起由化学作用结合起来的分子结构,应力作用更容易引起由物理力缔合在一起的大分子结构的变化,构造应力对不同类型构造煤大分子结构有着不同的影响;对于纳米级孔隙结构的变形,随着应力作用的增强,同一变质变形环境不同类型构造煤纳米级孔以下的孔容和比表面积逐渐增加。
琚宜文的研究以不同类型构造煤储层为对象,进一步探讨了构造煤超微结构及其与变质变形环境的关系这一科学问题,为岩石纳米尺度的结构变形研究提供了一个新思路,也为煤层气富集成藏规律以及煤矿瓦斯突出预测和防治等指出一条行之有效的途径。
盆山演化及其与能源聚集的关系
毫无疑问,深部煤和煤层气资源在聚集和赋存规律上与盆山演化有着密切的关系。越来越多的研究表明,造山带与盆地研究的结合,不仅是大陆动力学研究的前沿问题,也是能源及矿产资源理论与模式形成与发展的基础,并且是认识深部煤炭成矿机制、煤层气赋存和富集规律的关键,这会对探索和发展深部煤地质学和煤层气地质理论发挥重要作用。
琚宜文深知,建立和完善深部煤和煤层气勘探技术体系,必将有利于加快深部煤和煤层气勘探与开发步伐,改善我国能源紧缺的局面。为了这一目标,他从对华北盆山演化的研究入手,探索盆山演化及其与能源聚集和开发的关系,探讨煤和煤层气的赋存规律,为深部煤和煤层气的勘探开发提供指导作用。他的研究发现,华北不同地区盆山演化特征不仅导致了含煤盆地结构的复杂多变,也使煤储层与煤结构发生了强烈的变形和改造,使煤层埋深发生不同程度的变化,煤的储层物性也发生了不同程度的变化,不同含煤区深部煤与煤层气赋存特征与规律也相应不同。具体来说,华北典型地区盆—山动力学过程从中生代开始经历了挤压盆—山阶段、挤压盆—山向伸展盆—山转换阶段以及伸展盆-山阶段。沁水盆地和两淮煤田的构造—热动力学环境有利于煤层气富集,且在挤压与伸展作用的转换和叠加过程中形成的构造过渡带是煤层气富集的有利构造单元。沁水盆地煤层气富集特征是岩浆—热作用有利于煤层气储集,而一定的构造变形有利于煤层气的渗流和开采;两淮煤田的强构造作用和后期叠加的张性应力场有利于煤层气的富集和储层的增渗,可在构造煤发育区寻找煤层气开发的有利区域。
科学家的伟大之处就在于他们永不满足,不断进取,不断超越,从成功处再起飞。对于琚宜文而言,过去的成就是新的起点,他期待百尺竿头,更进一步,再创更加辉煌的明天!“水惟善下能成海,山不增高自及天”,相信琚宜文这样一位出色的科研工作者将不断地超越自我,继续在科研路上谱华章。