美国地调局能源和矿产资源战略的新动向

  2010年，美国地质调查局（以下简称“美国地调局”）为了适应新形势的变化和社会需求，对其管理结构和预算结构进行了重组，将传统的以学科为主线的组织结构调整为以重大问题为主线的组织结构，确定了未来发展的7大科学任务领域，作为其长期以来核心任务之一的“能源和矿产资源”亦位列其中。面对近年国内外出现的新形势、新挑战，2012年美国地调局在原有战略规划的基础上，重新调整、制定并发布了新的《美国地质调查局能源和矿产资源科学战略（2013~2023年）》，用以指导其未来十年能源与矿产资源领域的科研工作。

      一、美国地调局的历史演变
      矿产资源调查一直是美国地调局的主要使命之一。早在19世纪中期，随着美国西部大开发的不断推进，矿产调查便成为突出的社会需求。从1867年至1879年，国会授权并资助其对西部开展了四次地理和地质调查，一批科学家、测量人员、摄影人员和记者实施了这种区域性调查，为美国西部开发做出了重大贡献，这就是历史上著名的“大调查”。1872年，美国国会通过“采矿法”，鼓励人们到西部定居，促进矿产、能源和其他资源的开采，以推动工业化。为加强地质工作，美国内政部于1879年正式成立美国地调局，负责进行美国领土的调查和填图计划。美国地调局首任局长是地质学家C.金（Clarence King）先生，建局理念是要使地调局成为一个应用地质学机构，指导采矿人如何寻找新矿床、获取更多矿石、选择新矿区。自此，矿产资源调查成为美国地调局的核心工作之一延续了相当长的时期。1882年，国会任命J.W.鲍威尔为局长，他仍偏重基础地质调查。1895年第三任局长C.D.沃尔科特执掌地调局，力求在“基础”与“应用”间找到平衡，但更偏重基础。1907年第四任局长G.O.史密斯上任，他主张偏重应用，却把资金集中到土地分类上，致使不少基础地质学家离开了地调局。此后很长时间，美国地调局在“应用”与“基础”间摇来摆去，直到二战以后。

      自美国地调局成立到1920年代，美国已从农业国变成城市化工业国，地调局的使命客观上已发生了变化，单纯的固体矿产信息已不能满足社会需求。例如，一次世界大战结束前，因城市化建设的需要，美国地调局已成为砂石料数据和信息的主要来源；第一次世界大战时，美国地调局已开始提供商业性能源信息。然而，适应社会需求的发展并非易事。从1920～1975年，社会经济发展对地质工作的需求发生了明显变化。发展工业、开垦土地、公共设施和道路建设、完善区域性城市规划和决策，使地调局在继续提供基础地质信息之外，还承担清查包括砂石料在内的材料产地，获取国内外主要矿产和能源信息的任务。1973年，石油输出国组织将油价提高4倍，震惊美国，使这个高度依赖国外油气资源的国家对国内和世界油气资源信息的需求大大增加。同时，水灾、海滩侵蚀、咸水入侵、沿岸低地脆弱性、垃圾处置等环境问题提上日程。由于地震灾害的危害性，美国地调局又成立了地震研究中心，研究地震成因、机制和后果，开发地震预报方法。在此阶段，美国地调局面临的社会需求已大大扩展，考验着它的科学和应对能力（见表1）。

表1 美国地调局机构设置变化情况

     从1975年到21世纪初，美国的社会、经济、政治形势以及自然环境发生重大变化：矿产、能源和相关原材料的对外依存度增大，对全球信息的需求更加旺盛；气候变化、臭氧空洞、森林砍伐、火山喷发、核事故、漏油污染等环境问题日益突出，要求美国地调局通过跨学科的调查来认识与大气-水-人-土地系统相关的复杂过程，并与其它单位的科学家通力合作。

     1991年冷战结束后，联邦以充足的资金支持科学研究，政府干扰相对较少，美国地调局得以回到自己的研究议程上。此阶段，在某些科学家中刮起名利之风，采取学院式观点，注重科学成果质量，而不注重需要科学解决的问题。在基础科学研究方面，美国科学基金会（NSF）的拨款倾向于大学的科学家，淡化了美国地调局的地位。另外，国家航空航天局和能源部等联邦机构相继开展和加强了地学研究，使原先在地学上居优势地位的美国地调局受到挑战。美国地调局的这种“兴趣驱动型”研究，尽管使得部分领域和成果领先于世界，但是并不利于问题的解决，为后来的“生存危机”埋下了伏笔。

     1995年，美国地调局陷入“生存危机”，被国会的某些人士列入“反应迟钝或无关痛痒机构的黑名单”，拟议撤销。在此紧要关头，国会听取诸多部门关于“地调局工作有实用价值和深远意义，应继续工作”的意见，保留地调局，并从长远考虑，对地调局进行了彻底改造。在组织上，把国家生物管理局和矿业局的部分职能归入地调局，划分成地质、水资源、国家测图和生物资源四个部门（Division），并赋予更多的职能。为迎接21世纪挑战，美国地调局制定了一项综合性战略计划（1996～2005），强调局内部门之间的互动，以及与其他联邦机构、学术团体、州和地方政府、非政府组织及私营企业的合作，打破自身封闭，切实解决公众需求问题等。并于1999年进一步修订该计划，明确提出要调整的工作重点（见表2），以适应新世纪社会经济需求的新形势、新特点。经过两次世纪交替，已诞生120年的美国地调局“劫后重生”，才真正体会到：能否适应变化中的社会经济需求，关系着一个机构的生存发展。

表2  2005年前后美国地调局工作重点的调整

不断增强	逐步减弱
因问题设研究课题	因人设研究课题
应用研究与开发	基础科学研究
长期跨学科调查	单学科调查
非传统学科	传统地学学科
区域性和全国性调查	局部性调查
资源的质量和可供性	资源的分布和数量
国际矿产和能源调查	国内矿产和能源调查
集成地理空间数据	只生产地理空间数据
数字式产品	纸介质产品
参与有争论问题	回避有争论问题

 

  为了更客观地把握未来发展方向，美国地调局邀请美国研究理事会协助研究。1998年，由16位地调局以外的专家组成的多学科委员会开展评估，于2001年初提交了《美国地质调查局未来作用与机遇》研究报告。报告要点是：美国地调局要演变成“一个自然科学和信息机构”，强化包括地质学、水文学、地理学、生物学和地球空间信息学的综合研究；不是从学科建设出发搞学院式研究，而是根据国计民生切实需要，突出优先课题，提供对自然资源明智管理，保证国家安全、资源需求和良好环境的信息；要从发现其然的机构，向了解其然的机构，进而向力图理解其所以然的机构演变；面对复合性的自然系统和社会系统，应开发科学研究的综合性方法途径，不止于多学科合作，更强调学科交叉融合；要求美国地调局在一系列问题上起领导作用。这份报告内涵十分丰富，但从总体趋势看可归结出两点：一是机构发展靠“需求驱动”，二是调查成效靠“综合研究”提高。

    2007年，美国地调局又推出了《直面明日挑战—美国地质调查局十年科学战略（2007～2017年）》，提出了包括能源和矿产资源在内的6项使命，作出新的战略部署。2010年，现任局长M.麦克纳特提出了“问题导向”的观点，依之对地调局的管理结构和预算结构进行重组，进一步落实了“需求导向”的方针。在此基础上，制定了“能源和矿产资源”、“核心科学体系”等7个科学战略，具体落实目标任务、战略行动和进行“综合研究”的途径。

    综上所述，从成立至今，尽管其工作重点和研究方针多有变动，能源和矿产资源调查一直是美国地调局的重要使命之一。资源调查任务从早期的只管固体矿产，扩展到油气和其他能源。目前，美国地调局负责提供所有已生产、已发现、未发现矿产资源的评价和信息，负责提供美国陆区和州属水域、以及全球的未发现能源资源评价信息。它是全球能源和矿产资源信息中心，收集全球100多个国家和地区80多个矿种矿产地、储量、产量、消费量等矿产资源的全生命周期数据，是各国政府、研究机构、社会组织和工商企业关于矿产资源的重要数据来源。

    二、新《能源和矿产资源科学战略》的特点

  2012年，新发布的《能源和矿产资源科学战略（2013~2023年）》采用了“提出问题-制定目标-剖析挑战-采取行动”的规划思路，围绕该领域中社会关注的4大战略问题，提出了5大科学战略目标，并在分析实现各目标所面临的主要问题和挑战的基础上，拟定了下一步需要采取的战略行动（共47项）。五大科学战略目标分别是：

  目标1，认识形成能源与矿产资源的基本地球作用过程； 
  目标2，认识能源和矿产资源及其废弃物的环境性状；
  目标3，提供能源和矿产资源的产地目录和评价方法；
  目标4，了解能源和矿产开发对自然资源的影响；
  目标5，了解能源和矿产资源供应的可供性与可靠性。

    这五大科学战略目标构成了一个完整的科学体系，将引导美国地调局未来十年矿产资源评价工作的发展方向。新的战略规划较以前的规划相比，更加强调综合研究，更加强调新兴技术型矿产及其环境效应，更加强调问题的解决及对资源管理决策的服务，具体表现如下：

    1. 以问题研究为主线，强调综合研究
    该科学战略以解决能源和矿产资源领域面临的关键问题为核心，既注重宏观视野的拓展，也注意具体研究的深入，该战略的5大目标都是围绕目前所面临的4大战略问题展开的，具体的47项战略行动也是为了解决各个目标所面临的问题而制定的，一切行动都以解决具体问题为核心。例如，在解决能源和矿产资源潜力的评价问题上，明确指出目前的主要认识问题是“徘徊于各个矿床类型之中”，应该放开思路研究“成矿系统”，认识其起源和演化。因此，把“认识形成能源和矿产资源的地球基本作用过程”作为该战略的第一大目标。由此出发，强调区域性深探测物化探技术的进一步开发和使用，提出开发3维和4维数据处理模型。同时，打破能源和矿产在成因理论上的界线，从成矿系统的共性上为资源评价提供依据。再如，在资源可供性和可靠性的评价方法上，突出了研究供应链的脆弱性和约制因素的不确定性问题。这些问题虽然具体，但抓住了完善评价方法的关键。由此可见，该战略很好地体现了“以问题为主线”组织工作的思想。另外，在整个目标体系中更注重综合研究，例如，在“了解能源和矿产开发对自然资源的影响”的目标中提到的对怀俄明州西南部开发进行的综合性评价，在评价过程中就综合了道路、能源开发、矿山和城镇区、水生和陆生自然资源、自然景观等多方面的数据和信息，综合了6个县的委员会、9个保护区及若干个专业机构的意见。

    2. 重视对新兴能源和高技术型矿产的需求，强调环境效应
    新的战略规划无论是在成矿过程研究，还是在资源可供性分析中，均把油页岩、页岩气、天然气水合物、稀土、钍、镉、镓、锂等新兴产业所需的矿种作为研究重点。在研究过程中，不仅注重研究这些矿种的成矿条件、地质演变和矿床类型，还对其资源的分布、提取技术、应用技术进行研究。另外，该规划还非常重视矿产资源开发利用对环境的影响和评价，更加强调环境效应。在“认识能源和矿产资源及其废弃物的环境性状”和“了解能源和矿产开发对自然资源的影响”两个目标中，均提出就新技术的应用对生态环境和其他矿种带来的影响进行研究评价。例如，美国亚利桑那州大峡谷地区铀矿项目，起初从地质矿床经济的角度评价了其巨大的经济价值，但该矿能否继续开采，美国内政部责成美国地调局对其生态效益和社会效益进行了评价。通过建立生物模型、社会经济模型、地质环境模型对其进行综合评价（图1），最后认为由于该铀矿的开采对土地、水、人类和野生动物有一定的负面影响，故内政部撤销了对该矿的采矿申请。

                                         图1 矿床环境效应综合性评价过程

    3. 注重矿产资源全生命周期的信息收集，强调为资源管理服务
    该科学战略中不论是地质矿产的调查评价与方法研究，还是环境影响评价及矿产资源可供性分析，都是建立在大量与之相关的数据之上，故该战略非常重视对能源和矿产资源的相关数据信息的收集、管理和分析。目前，美国地调局收集的信息涵盖了矿产品整个生命周期，从矿产资源的形成、分布、资源潜力、储量、开采量、矿石量、废石量，到矿产品产量、流向、二次回收利用等各方面。这项工作长期由美国地调局内设的“国家矿产信息中心”（NMIC）负责，其数据通过与世界100多个国家的组织机构的年度问询和交换来获取、收集，已建成的“矿产资源数据系统”（MRDS）成为世界各国资源分析和产业分析的核心数据来源。该系统为美国的工业部门、研究机构和政策制定者提供了全面和系统的数据资料，不仅有利于对这些矿种的未来供应和需求作出预测，也可为国家资源战略的制定和应对能源和矿产资源所面临的挑战提供信息支撑。美国地调局每年向全球发布Mineral Commodity Summaries和Minerals Yearbook，涉及全球100多个国家80多个矿种的储量、产量、消费量、贸易量等全产业链的信息。

    新战略规划同时还提出了对突发事件的应急服务。例如，2011年3月的日本大地震发生后8个工作日，美国地调局就作出快速反应，出版了调查报告。对可能受该地震影响的9家水泥厂，8家碘工厂，9家金属精炼厂，4家钢铁厂，4个石灰岩矿山和2家钛加工厂的生产信息进行了分析，评价了其对世界矿产供应造成的影响，为美国相关产业的调控提供了科学服务。

    另外，美国地调局大力推进的矿产品物质流分析方法研究，也是旨在为国家的资源管理，提供及时的、科学的信息服务，基本思路是根据其收集的包括不同工业部门的原料消费量，全球制造业数据和贸易数据，对选定的矿产品进行物质流分析，并跟踪矿物原料及其制品在全球经济中的运移情况，进行综合全面的物质流和供应链分析。为可能受到供给中断影响的工业部门进行风险提示，并可进行目标明确的风险评价，制定应对灾难的策略。

    4. 重视交叉学科的研究，强调与其他科学领域的对接
    能源和矿产资源科学战略作为美国地调局七大科学方向之一，非常强调学科的交叉和综合。一是，强调学科内部的综合，上文已有分析，不再累述；二是，特别重视与核心科学体系、环境健康、全球变化、自然灾害、生态系统、水资源等六大科学方向的结合。例如，能源和矿产在勘查开发过程中产生的废水、废气和废弃物会破坏环境和人类健康，与“环境健康”密切相关；开发过程中需要水资源，而且生产水也需要能源；能源和矿产的开发需要数据集成，数据分析、决策支持系统、数据管理和数据决策模型，也离不开“核心科学体系”的支持；能源和矿产资源的勘探开发及应用过程中，会对海洋、周围环境产生扰动，影响气候的变化；同时矿山开发与生产会引起塌陷、裂缝、对大气及水资源有污染，产生“自然灾害”；矿产从勘探开发到闭坑的整个生命周期会影响生态系统。可见，几大科学领域或方向是相互联系、互相影响的，各个科学领域的战略目标及战略行动的实现也需要其他科学领域的支撑，既强调自身的发展，也重视与其他科学方向的对接，既强调从其他科学领域获得支撑，又强调为其他科学领域提供支撑。

    三、启示和建议

    1. 以国家需求为导向，不断调整地质调查工作重点
    能源和矿产资源调查评价是国家地调局的核心任务之一。美国地调局自成立以来，一直把能源和矿产资源的调查和研究作为其核心任务。其业务范围包括美国及全球未发现的能源资源，美国及全球已发现的和未发现的矿产资源（见图2），不过不同时期其工作重点是随国家需求而不断调整的。在工业化以前，由于工业发展需要大量的矿产资源，美国地调局非常重视加强国内基础地质调查，把对能源和矿产资源的评价作为其重要工作，重点在大宗矿产上；工业化以后，在美国全球化战略的带动下，美国地调局为保障能源和矿产资源的供应安全，加强了对全球范围内矿产资源的研究，对全球的矿产资源形成和分布，以及重要矿种的全球产业链进行研究，以保障资源供给的安全；进入到新世纪以来，更是根据新兴战略型产业发展的需要，加强了对国内新兴技术型矿产资源的调查评价，提出将加强海域专属经济区，陆域1000米以深的深部资源和调查程度低的边远地区的地质调查和矿产勘查。

    可见，能源和矿产资源的地质调查评价也应该作为我国国家地调局的核心任务之一，不过其工作重点要以国家需求为导向不断调整。工作部署上要统筹陆域与海域、浅部与深部调查与评价；矿种上要统筹传统与非传统、紧缺性与稀缺性、能源和非能源矿种；范围上要统筹国内和国外资源的调查与研究；性质上要统筹科学性与服务性、基础性与应用性的调查与研究。另外也要加强对全球海底矿产资源、深空矿产资源、极地（南/北极）矿产资源的研究，为国家的经济发展提供资源保障。

                                    图2  美国地调局提供资源评价和信息的矩阵图
A能源资源；B矿产资源。已发现资源是指已知的资源。未发现资源是指理论上存在的资源，即依据当地地质特征可以判定能源或矿产的具体类型的资源。对能源资源，美国地调局开展未发现资源的评价。对非燃料矿产，美国地调局提供已生产资源和已发现资源的科学资料和产地目录，并执行未发现资源的评价。对这些资源的执法和管理职能，由其他机构负责。（以地理分区和资源级别为矩阵组元） 

    2. 加强矿产资源信息的收集，提高为资源管理服务的水平和能力
    任何政策的制定和战略的谋划都需要大量信息和数据做支撑，矿产资源管理政策的制定也不例外，尤其是随着全球“大数据”时代的到来，不论是科学研究还是政府决策，对数据的依赖越来越强。美国地调局几十年以来一直丰富完善和更新其数据库，现掌握的数据已覆盖矿产品的整个生命周期，为其国内能源和矿产资源供需预测、环境评价、物质流分析、产业发展等科学研究工作提供了扎实的基础。美国地调局定期免费发布Mineral Commodity Summaries和Minerals Yearbook等报告，为其他咨询行业提供系统的数据，为国家贸易谈判提供了数据支持，已成为资源争夺制造舆论、提供佐证的重要来源。而我国由于各部门条块管理，各部门只负责本领域的研究，使得对矿产资源整个生命周期的研究不系统，没有贯穿整个生命周期和整条产业链的权威数据及报告，难以满足政府决策需求。

    中国地质调查局作为负责统一部署和组织实施国家基础性、公益性地质调查和战略性矿产勘查工作的专业机构，有责任、有义务在国土资源部的指导下，对矿产资源相关的信息系统进行收集汇总，建立全产业链的数据库，为各部门提供权威、及时的数据服务。建议中国地质调查局加强收集、整理我国矿产资源的相关数据，不仅要收集矿产资源矿床分布点、资源潜力及与之相关的地质成因、构造演变等信息，还要收集整理储量、产量、消费量，以及加工贸易量、流向等整个产业链的数据，为地质矿产工作的部署、国土资源规划和矿政管理等提供科学合理的数据支撑。每年定期向社会发布相关统计数据，供各领域研究机构、生产企业、工业部门参考分析。

    另外，随着部分矿种对外依存度的提高，供应的不稳定因素在扩大，而且气候变化、自然灾害和人为灾害等突发事件的发生都可能对我国能源和矿产资源的稳定供给产生重大影响，因此要加强我国未来资源供应安全性和稳定性研究，制定矿产资源供给应急管理机制与配套方案，以减少各种事件对矿产资源稳定供给的影响，降低国家资源的供给风险。

    3. 适应生态文明建设的需要，加强资源环境综合评价
    随着经济的发展，人民群众对生活质量的要求越来越高，生态文明、绿色经济、建设美丽中国成为我们共同追求的目标，为实现这些目标，需要加强对资源与环境效应的评价。能源和矿产资源的地质调查、勘查、矿山建设、开发运营直至闭坑和善后的整个生命周期中，各个阶段都对周边环境产生影响。据相关资料统计，我国仅在矿山生产阶段，由黑色金属矿山所产生的废石就达到6.2亿吨/年；有色金属矿山所产生的废石也达到了1.15亿吨/年；煤矿矸石大约为1.3亿吨/年。大量废石的产生不仅严重破坏了土地资源，而且其中可能含有的放射性物质、有害元素等对周围大气、水资源都造成了严重污染，成为生态安全的隐患。

    矿产资源尽管赋存于地下，但无论开发还是不开发，都会对周边的资源环境产生影响。例如，2012年11月在内蒙古中部大营地区发现的世界级铀矿，该矿如果开发，开发过程中产生的放射性废渣对周围环境将造成一定的危害，而不开发对地下水、周边生态也存在环境污染的可能。另外一些稀有金属等新兴矿种也存在这种情况。如稀土矿，轻稀土矿伴生的放射性元素会影响周边的环境，在开采和冶炼分离过程中会对人类健康和生态环境、水资源产生影响；离子型中重稀土呈离子态吸附于土壤之中，分布散、丰度低，对土壤和环境危害严重；页岩气开发过程中，也可能会产生地震，造成水资源污染和破坏土地等，对生态环境产生影响和破坏。因此，在矿产资源开发过程中，不仅要加强矿床经济性评价，还要加强矿产地环境效应和生态效应的评价。