近日，中国地质科学院地质研究所李广旭博士后及其合作导师曾令森研究员等，对西藏南部冈底斯岩基东段朗县杂岩内出露的钠质煌斑岩开展了年代学、岩石学、全岩地球化学和同位素组成的系统分析和研究，揭示了钠质煌斑岩的成因及其动力学过程，取得重要成果。

大陆岩石圈的持续俯冲也会导致俯冲板片的脱水和熔融。俯冲的碳酸盐物质熔融可以释放碳酸盐熔体，引发上覆岩石圈地幔的部分熔融，形成不同类型的碱性和钙碱性岩浆岩。煌斑岩是特殊的幔源岩浆岩，其成因往往与交代富集的岩石圈地幔有关，成为示踪深部物质组成和深部动力学过程的重要载体。钠质煌斑岩出露较少，研究程度低，导致其钠质属性的成因机制尚不清楚。由于不同性质和不同来源的交代介质会造成岩石圈地幔的富集特征和矿物组成的差异，需要进一步验证钠质煌斑岩的钠质属性或成因机制是否与交代介质的不同有关。

研究取得了以下主要认识：一是朗县地区出露一套近南北向展布的基性岩脉，其矿物组成和地球化学特征表明该基性岩脉为钠质煌斑岩。该钠质煌斑岩主要由角闪石斑晶和斜长石（钠长石）基质组成（图1），具有较高的CaO和Na₂O含量，但K₂O含量低，因此Na₂O/K₂O比值异常高（>2.3，最高为68.1）；具有明显的Nb–Ta–Zr–Hf–Ti负异常；强烈富集轻稀土元素和大离子亲石元素。

二是朗县钠质煌斑岩侵位于始新世晚期（36.9 ± 0.3 Ma），是碳酸盐熔体交代作用形成的交代富集地幔部分熔融的结果。朗县煌斑岩的同位素组成（全岩Sr-Nd-Pb和锆石Hf同位素）明显不同于冈底斯岩基中-新生代的岩浆岩，尤其是更年轻(< 30 Ma)的钾质-超钾质岩石（图2），这意味朗县煌斑岩具有不同的岩浆源区。进一步的研究表明来源于交代富集的岩石圈地幔，其富集特征是由俯冲的印度大陆地壳来源的碳酸盐熔体交代作用造成的。

三是朗县钠质煌斑岩的钠质属性与碳酸盐熔体的交代作用和源区矿物组成有关。朗县煌斑岩中大量的碳酸盐矿物（方解石）是原生的（图1）。异常低的Rb/Sr和Dy/Yb比值，同时具有较高的Ba/Rb比值，表明朗县煌斑岩是在石榴子石相二辉橄榄岩稳定域内由含角闪石的橄榄岩低程度部分熔融形成的。

四是煌斑岩的侵位可能与印度-亚洲大陆后碰撞背景下增厚下地壳（约75 km）的局部拆沉引起的东西向伸展作用有关。

图1朗县钠质煌斑岩的野外照片（a-c）、显微照片（d-f）和背散射照片（g-l）

图2朗县煌斑岩的锆石Hf和全岩Sr-Nd-Pb同位素特征

该研究在岩相学基础上，通过与钾质煌斑岩全岩元素和同位素组成的系统对比，揭示了钠质煌斑岩的钠质属性与碳酸盐熔体的交代作用有关，为理解后碰撞深部动力学过程和解译冈底斯岩基的岩石圈地幔的演化历史提供了新的启示。

该研究得到国家自然科学基金（92055202）、第二次青藏高原科学考察与研究计划项目（2019QZKK0702）和中国地质调查项目（DD20221630和DD20221817）的联合资助。相关成果发表在国际著名地学期刊《Geological Society of America Bulletin》上。

3月11日，第十八次李四光地质科学奖科研奖获得者、中国地质科学院矿产资源研究所（以下简称“资源所”）原副总地质师肖克炎研究员新申报的战略矿产项目“战略性矿产资源大数据综合信息预测与找矿勘查示范”通过评审。在过去的40年间，从数学地质到数字化矿产预测，从信息化大数据分析再到如今的智能化资源勘查，肖克炎始终围绕国家需求、紧盯科技前沿刻苦钻研，奋战在中国地质行业数字化、智能化研究的前沿，成为这一进程的缩影和地质科学工作者的榜样。

肖克炎研究员获李四光地质科学奖科研奖

理想：将“计算机+矿产预测”作为“一生的事业”

1980年，16岁的肖克炎考入湘潭矿业学院地质系煤田地质与勘探专业。如果不出意外，他的人生轨迹也会像他的许多大学同学那样，毕业进入煤炭行业，一生从事煤田地质方面的研究和实践。

不过，20世纪80年代初，改革开放的浪潮席卷中国大地，对“科学技术现代化”的渴望蓬勃生长。那时的湖南，一件大事正在发生。1983年12月22日，中国第一台每秒钟运算一亿次以上的“银河”巨型计算机，在位于长沙的国防科技大学计算机研究所问世。“银河”对青年肖克炎的影响是巨大的，从小头脑活跃、热爱数学的肖克炎看到了计算机在煤田矿产资源领域的巨大应用前景。

1983年年底，他为自己的实习论文圈定了两个方向——矿产资源趋势分析、计算机应用。学校没有计算机怎么办？在学校的支持下，肖克炎在核工业二三〇研究所（原长沙铀矿地质研究所）借了一台进口巨型计算机，它几乎占据了整个屋子。有了这个“宝贝”，肖克炎花费一个星期时间，对湖南湘中盆地煤田沉积谷地的矿产资源进行了5次趋势分析，圆满完成了实习论文。

这次成功尝试，点燃了他以数学研究地质的兴趣和志向。当然，那时的他，还不知道未来计算机技术将飞速发展，更不知道自己将以此为起点，与“计算机+矿产”打一辈子的交道。

1984年，肖克炎考取长春地质学院数学地质专业硕士研究生，师从著名数学地质专家王世称教授，并继续攻读该专业的博士学位。

数学地质是用数学分析及建模的手段，对地质问题进行规律性的研究。然而，把复杂的地质现象进行定量化研究实非易事，不仅需要把矿床成因、地球探测信息技术、计算机等多学科的知识进行交叉、融合，更需要具有宏观的科学视野和创造性的数理推算能力。在学习和实践中，肖克炎不断探索多元统计分析方法的应用、金铜异常区复合模型的建立以及综合信息矿产预测等领域，像海绵吸水一样，在课堂授课、实习项目和国内外资料中汲取知识和经验，并最终将自己的专业方向确定为矿产预测。这也是他坚定不移的选择，为他未来的研究奠定了坚实的基础。

在长春地质学院学习期间，肖克炎展现出了非凡的勤奋和才华。他发表了数十篇论文，远超学校规定的数量。期间，他还参与了由王世称教授主持的《综合信息矿产预测理论与方法体系》项目，并获得了国家科学技术进步奖二等奖。

1991年年底，肖克炎博士毕业后不久，中国地质大学开始招收博士后。在博士后流动站和长春地质学院之间，为了自己的梦想，他选择了前者，来到武汉，成为中国地质大学“矿产普查与勘探”博士后。师从我国著名数学地质学家、原地大总校校长赵鹏大教授，进一步深化对数学地质的研究和应用。1993年博士后出站，已晋升为副研究员的肖克炎，来到资源所成矿远景区划研究室（简称“区划室”）工作。

直到现在，肖克炎都很庆幸自己的“运气”，不仅能师从于数学地质领域有着“南赵北王”之称的两位泰斗，还能在中国矿产资源顶级科研院所找到专业最对口的工作岗位。当然，这份幸运并不是偶然的，而是他坚守初心、不懈努力的结果。 

肖克炎研究员野外工作

使命：“成矿区划”→“潜力评价”→“深部预测”

踏上工作岗位，正直20世纪90年代，全国地质工作陷入低谷期，而肖克炎的“好运”却并未离他而去。

肖克炎刚刚来到资源所，就赶上了一个大项目——全国第二轮成矿区划工作，并在其中从事成矿远景区划计算机化及GIS应用研究。巧合的是，肖克炎本科和硕士期间，也曾参与过全国第一轮成矿远景区划的部分工作。

这个项目由时任中国地质地科院院长和地质矿产部总工程师的陈毓川组织领导。此时，经过数十年的找矿，不少地区已转入隐伏矿床、盲矿床预测寻找和评价阶段，找矿难度大，必须筛选出具有较好成矿远景的重点区域，形成“以点带面、点面结合”的找矿突破。同时，当时的地质科技与成矿理论较之改革开放前有了明显的进步，急需使用新理论、新技术综合研究最新的资料，指导找矿。

陈毓川找到肖克炎，阐述了中国成矿体系和第二轮成矿区划工作的目标，以及应用计算机技术对区域成矿规律进行研究的设想。他强调，一定要注重开展全国和区域性物化资料综合研究，进行矿产预测和评价；要瞄准世界先进水平加快发展勘查技术，加快现代计算机技术的数据处理和成图技术研究，实现“地矿工作信息化”。

肖克炎始终认为，陈毓川院士是自己重要的伯乐和导师。通过陈毓川指导与项目实践，肖克炎的学术视野愈发开阔明朗，牢牢把成矿系列理论作为计算机技术应用的基础和出发点，成为他所坚守的、不同于其他矿产资源数字化、智能化研究团队的鲜明特点。

在第二轮成矿区划工作中，肖克炎作为主要骨干，带领团队逐步建立了以成矿系列理论为指导、以GIS计算机技术为支撑的综合信息矿产预测方法体系，开展了不同比例尺矿产资源方法学比较研究，提出了预测底图编图综合解释模型，完善了综合信息找矿评价模型的研究内容方法，编制了首张中国矿产成矿系列图和跨世纪找矿工作部署图，建立了全国成矿远景区划数据库。

时间紧、任务重。有时候，“活儿”要得急，肖克炎经常要加班到下半夜。好在，辛勤的汗水换来了扎实的成绩：第二轮成矿区划成果“中国成矿体系和区域成矿评价”，在2004年获得国家科学技术进步奖二等奖，肖克炎是主要完成人之一。

大项目催生大人才。1996年，肖克炎被破格晋升为研究员，1997年开始担任资源所成矿远景区划室总工，2000年，被任命为区划室主任。2006年，原国土资源部部署全国矿产资源潜力评价国情调查工作。这次，作为学科带头人的肖克炎，毫无悬念地成为其中“全国重要矿产总量预测”项目的总负责。

从2006年到2013年，肖克炎上满了“发条”，瞄准“总量预测”目标任务，创立了矿床模型综合地质信息矿产预测方法；研发出地质专家系统预测与综合信息预测的预测模型，总结了以计算机信息技术为手段，运用矿床模型地质参数法进行资源潜力估算的预测工作方法流程；首次提出区域预测综合信息编图的综合解释模型、矿产预测类型、矿产预测方法类型、最小预测区等概念，创新发展了矿床模型地质参数资源量估算方法；建立了全国矿产资源潜力预测评价成果数据库，为国家资源决策提供了权威国情数据。

肖克炎研究员在野外与国际知名专家共同野外查证

矿产资源潜力评价预测成果促进了地质工作顺应时代的发展：广泛应用于我国“十三五”各类矿产勘查规划部署，厘定了我国26个重要找矿部署区带，优选110余处国家重要整装勘查区和矿集区；支撑国家找矿突破战略行动和矿业企业的矿产勘查，推动新发现多处大中型矿产地，实现找矿工作重大突破。即使是现在，其成果仍在发挥着重要作用。

近年来，矿产勘查逐渐向深部转移，肖克炎智能勘查技术的研发目标也“由浅入深”，在科技部深地资源勘查开采专项“深部资源预测系统技术研究与示范”项目的支持下，围绕深部资源预测需求，系统开展了深部矿产资源预测理论研究、关键技术、平台系统研究，突破了成矿空间三维结构重建机制、深部矿化定位机制及深部预测途径等关键技术瓶颈，首次建立了找矿模型—三维建模—定量预测三元大数据深部矿产资源预测理论方法，自主研制了一套具有自主知识产权的深部综合信息预测评价平台系统，创新研发了深部成矿构造、地球物理、地球化学和地质异常的时空结构解析方法与深层次信息提取新技术，解决了矿集区深部成矿空间三维结构重建、成矿地质异常空间重构以及矿化空间定位等技术难题，推动了我国深部找矿、三维预测领域的技术进步。 

深部找矿勘查示范基地

一个个走在科技创新“风口浪尖”的大项目，有效地支撑服务了国家矿产资源安全保障和资源管理，引领了我国矿产资源潜力定量评价与预测科学进步。它们不仅赢得了近十个国家和省部级奖项，也为肖克炎带来了诸多荣誉：俄罗斯科学院与工程院外籍院士、享受国务院政府特殊津贴，以及部百名跨世纪科技人才、原国土资源部先进个人、自然资源部科技创新人才、湘江学者、楚天学者、珠峰人才等称号，而2023年获得的第十八次李四光地质科学奖科研奖，更是对他在地质科研方面突出贡献的充分肯定。

与此同时，肖克炎不仅在个人学术研究上取得了显著成就，更在团队建设方面展现出卓越的领导力。

在全国矿产资源潜力评价和国家重点研发计划等项目的实施过程中，他建立了一支集成矿规律、潜力评价、数学建模、软件工具研发等全链条、多层次的高水平科研团队，形成了全国领先的大数据智能找矿“理论—方法—系统平台”完全自主知识产权的开创性成果。

在他的指导下，团队突破学科壁垒，出色完成了全国25种重要矿产资源2千米以浅资源量预测研究，圈定了各类找矿靶区4万余处、成矿远景区2000余处、重要矿集区240余处，并科学估算了不同深度预测资源量。在山东莱州—招远金矿整装勘查区、四川会理—会东矿集区、湖南—贵州锰矿整装勘查区、贵州贞丰—普安金矿整装勘查区、甘肃玛曲—合作金矿整装勘查区、西藏冈底斯成矿带等地，开展了深部（3000 米以浅）三维预测评价及找矿预测示范，取得了多项找矿突破。由此，肖克炎科研团队在国际SCI期刊上发表了论文106篇，获得发明专利24项，软件著作权27项，6人获得省部级及以上荣誉称号；培养了博士后5人、博士50余人、硕士100余人，为相关行业、企业输送了大量高素质人才。同时，举办各类培训班40余次，培训了行业、企业技术骨干近千人，他本人还在商务部举办的“一带一路”非洲预测方法培训班中多次授课，近千名国外地质专家聆听相关课程。这些工作和成果在学术界产生了广泛的影响，为矿产预测定量化发展作出了重要贡献。

未来：发展人工智能预测技术是“创新的高地”

所谓矿产预测，就是在现代地质成矿理论指导下，对预测区的地质、地球物理、地球化学、重砂和遥感等各种成矿信息进行提取解译，并使用先进的多元统计方法和计算机技术进行综合，从而确定成矿有利地段和靶区，并最终估算其矿床数和资源量。

在如今的矿产预测领域，很少有人不知道MRAS（矿产资源综合信息评价系统）和MinExplorer（探矿者软件）。这套由肖克炎带领团队在全国矿产资源潜力评价项目实施期间自主开发并拥有全部核心技术与知识产权的矿产资源预测评价系统平台，打破了国外在此领域的技术壁垒，填补了我国矿产预测信息化领域的空白，已被全国32省（区、市）的上千家地质调查单位全面应用。 

探矿者软件(MRAS3.0)赠送仪式

科学的探索从来都是循序渐进、厚积薄发。

早在1996年，肖克炎申请承担的“基于GIS平台矿产资源评价辅助决策系统”，在国内首次提出将传统矿产资源评价与现代地学信息技术相结合的研究思路并研制了MRAS软件系统；2002年，肖克炎承担国家863项目“地学空间信息三维可视化系统”，通过基于GIS的资源评价分布式网格计算，开始了对“探矿者”软件核心技术的研发与积累；2006年~2013年，“探矿者”在全国危机矿山找矿专项中推广应用，形成了矿床勘探3DEM储量估算系统；之后，“探矿者”升级为v3.0版本，实现了对三维数字矿床模型及深部矿产资源的立体预测评价。

MRAS打通了矿产资源评价的GIS工作流程，实现了多源信息变量自动赋值及预测单元自动划分，彻底地改变了以往在预测单元选择、变量研究过程中进行矿产资源统计预测的费时费力的工作环境；而探矿者软件，则是一套适合地质矿产勘查、三维可视化智能分析、三维预测评价系统，其自主研发的三维矿产勘查评价智能地质制图、三维地质建模、三维可视化等底层核心技术，实现了从二维平面预测向三维空间立体预测转化，也使传统统计预测要几个月完成的工作，缩短到几天就可以完成。

这些，都颠覆性地提升了地质工作中矿产预测的工作模式、准确度以及经济性。

探矿者地质矿产勘查软件系统（MRAS v3.0）

30多年对矿产预测数字技术的研发与应用，让肖克炎深深地体会到了“大数据驱动”已成为新的科学范式，而对前沿科学极为敏感的他则清晰地意识到，发展新一代人工智能预测技术是当前资源评价领域创新高地，地质找矿工作智能化已是“奔腾的江河”，必然势不可挡、必然汹涌向前。

如今，在“人工智能+”找矿的大趋势中，肖克炎又针对战略性矿产资源开始了新的研究探索——通过战略矿产项目“战略性矿产资源大数据综合信息预测与找矿勘查示范”，针对锂、钴、镍等11个战略性关键矿产资源，创新大数据预测评价基本理论、方法流程、预测模型及成果表达等，研发智能地质预测模型和大数据精准预测技术，创新资源评价知识驱动和数据驱动双引擎，突破智能地质模型预测计算机关键技术，形成新一代智能战略性矿产评价软件系统，解决资源评价软件卡脖子难题。

又是一场硬仗。在今后的4年中，肖克炎将带领项目团队，完成战略性矿产超常富集机理及成矿模型研究、战略性矿产大数据综合信息提取与智能预测方法技术研究、战略性矿产数字矿床模型及预测评价系统平台研发、战略性矿产重点成矿区带资源潜力定量评价、战略性矿产重点矿集区三维预测与找矿勘查示范等课题，继续推进矿产资源大数据智能预测评价水平，为国家提供更多的找矿新靶区，尽快找大矿、找好矿、找急需的矿提供重要支撑。

熟悉肖克炎的人都知道，他有着地质人的豪迈大气，也有着数学家的精细严谨，既有身为学者的“勇攀高峰、敢为人先”，又有作为教师的“春风化雨、玉汝于成”。30多年来，被同事、学生称为“拼命三郎”的他，始终把李四光等地质先辈的科学家精神视为榜样和指引，以服务国家需求为己任，勇于创新、勤于实践，全身心地投入到了“推动矿产预测理论技术进步”的事业中，而未来，面对国家对能源矿产资源的全新需求和日新月异数字技术的不断召唤，他以科技创新驱动大数据智能预测方法研发的步伐也将更加坚定。

 

一、背景

(一)国际发展动向

基于20世纪科学技术的迅猛发展，人类活动已经扩展到世界各个角落，实现全球合作、促进全球发展逐步成为各国的共识。全球范围内的发展中国家和发达国家在享受全球发展带来巨大收益的同时，也付出了资源、环境以及社会方面的高昂代价。人类生产活动不仅在全球范围内破坏着自身赖以生存的生态环境，同时由于过度开发，人类赖以发展的自然资源也正以惊人的速度减少。联合国给出的《千年生态系统评估》(2005年)报告指出：“由于人类活动的干预，2/3支持地球生命系统运转的自然资源已被严重破坏，几近耗光。人类赖以生存的生态系统有60%处于不断退化状态，支持能力正在减弱。未来50年内，这种退化也许还将继续。”随后，世界自然基金会(WWF)的《地球生命力报告(2008年)》针对人类对自然资源需求的生态足迹，指出“人类对自然资源的需求超出了地球承载力的近1/3。美国和中国的国家生态足迹最大，各消耗约21%的全球生物承载力。美国人均生态足迹量9.4全球公顷，可覆盖4.5个地球；中国人均生态足迹量2.1全球公顷，覆盖1个地球。”而据《中国生态足迹报告(2008)》，2003年中国人均生态足迹量1.6全球公顷，低于2.2全球公顷的全球平均生态足迹。有关度量指标除生态足迹(人类需求)、生命地球指数(自然状况)外，还有碳足迹、水足迹。一些发达国家已形成“经济(Economy)-能源(Energy)-环境(Environment)”协调发展的“3E”模式，而2009年的达沃斯论坛传出了“水资源破产”的预警。

（二）我国中长期经济、社会发展的趋势预测

在发展的大潮席卷全球的同时，我国经济社会发展遭遇了前所未有的契机与巨大的挑战。1970年以来，世界人口增长近60%，耕地、草地面积相对稳定，基于灌溉、化肥的农业增产，与人口增长相对平衡。与此同时，中国耕地数量历经20世纪80年代缓慢减少和1999~2003年迅速减少两个阶段后，进入基本受控状态。据相关数据统计，21世纪上半叶世界人口将增长70%，而人均耕地、草地面积将会减少；日益增长的人口与持续减少的耕地、草地之间的矛盾依靠先进的农业科学技术可得到缓解，人地关系预计不会到达崩溃的程度。虽然中国对改善目前形势、确保更好的发展有充分的信心，但形势依然严峻。世界银行公布的一份《解决中国的水稀缺》(2009年)的报告中列举中国“每年有约250亿立方米的水因受污染而不能使用，有240亿立方米的地下水被超采，水危机导致的经济损失占GDP的2.3%，不容忽视”(我国水利部公布的地下水超采数据为120亿立方米/年)，由此可见我国保证资源可持续利用的任重道远。

（三）国家当前和近期需要

国家发改委2008年做出的关于《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》实施中期情况的报告中，提出“十一五”后两年难以有效解决的全局性、战略性重大问题：①能源资源利用问题。②生态环境保护问题。③空间开发结构优化问题。④粮食安全保障问题。⑤城镇化健康发展问题。⑥人力资源开发问题等。并要求及早谋划好与之相关的“十二五”时期发展战略。这6个问题同时也是6个前瞻性研究题目，而前5项均与国土资源和国土空间的调控有关。

从长远看，国土资源和空间战略目标将以可持续性、生态化、低碳化、信息化、全球化为依归。

（四）经济与矿产资源全球化、区域化

随着世界经济或结束剧烈震荡进入缓慢复苏期，包括矿产资源全球化在内的经济全球化已成为当今世界不可逆转的发展趋势，各国的市场化改革与经济结构调整此起彼应，各国展开抢占下一轮发展经济制高点的竞争愈益激烈。在2009年全球经济复苏的曙光出现时，“后危机时代”世界经济的新格局正在形成。作为全球经济复苏的“主推手”——中国在世界经济舞台上的角色也在悄然发生变化。APEC作为亚太区域经济合作论坛起着对话和交流的作用，中国-东盟自由贸易区(CAFTA)即将面世，同时与南盟(SAARC)的区域合作开始提上日程，东北亚的中日韩自由贸易区的进程要慢一些，上海合作组织(SCO)则以地区安全为重心，并进一步深化区域经济合作。

（五）国土安全隐患

在经受全球发展冲击而引发资源、环境的国际纠纷不断的同时，我国的国土资源和空间由于历史、自然等原因也面临重大安全隐患。中印边界问题由来已久，印度除侵占我国藏南部分领土并设立所谓“阿鲁纳恰尔邦”外，还觊觎南疆阿克赛钦地区；国外和新疆的“东土耳其斯坦”分裂势力和恐怖组织妄图将新疆从中国分离出去；我国管辖海域近一半与邻国有争议，南海“九段线”虚多实少，主权深受侵蚀；钓鱼岛的主权争议，与那国岛、冲之鸟礁的军事开发问题都对我国东海海疆构成挑战。此外，自然灾害频发、生态环境破坏、资源衰退和骤减、国际金融抢滩我国资源开发等也成为国土资源安全的胁迫因素。

二、起点

（一）我国快速工业化、城镇化

改革开放以来，随着我国工业化的快速发展，城镇化水平也逐年提高。2008年我国的GDP总值达到30万亿元(相当于4.3万亿美元)，成为世界第三大经济体，而人均GDP 仅3266美元，只及世界中等偏下收入水平，国土经济密度以倍数增长；工业化率达48.6%，正处在工业化中期、以传统工业为主的产业结构，遭遇资源“瓶颈”；城镇化率只及45.7%，低于世界平均水平，城市群规划建设开始提上议事日程；市场化程度达60%，已超过市场经济临界水平；国际化程度，我国已全方位对外开放，深度融入全球经济一体化；科技创新能力居发展中国家前列，总的仍处于世界中等水平。据世界经济论坛2009年9月公布《2009~2010全球竞争力报告》，中国(大陆)列全球第29位(比2008年晋级1位)，继续领跑“金砖四国”。作为人口、经济总量“双庞大”、结构复杂、非均衡性突出的发展中大国，中国积极参与国际竞争，如应对得当，有可能继续保持上升势头。

（二）对国土开发程度与资源、环境承载力的不同估计

1.综合评估：总体上尚未超载，西北和北方部分地区超载

据中国21世纪议程管理中心编著的《发展的基础——中国可持续发展的资源、生态基础评价》(2003年)，中国“水资源和水环境的人口承载力在15亿~18亿人之间，但将从南到北大规模转移；而土地对食物的承载能力略有盈余，在未来50年内都不会超出其边界；能源与矿产资源供需失衡的形势将更加严峻，10亿吨燃煤造成的污染已接近环境的承受极限，6种大宗矿产(铁、锰、铬铁矿、铜、铝、钾盐)现已供不应求。”而《中国工业发展报告——资源与环境约束下的中国工业发展》(2005年)认为：“中国经济增长越来越接近于资源和环境条件的约束边界。”《中国至2050年区域科技发展路线图》(2009年)把“资源环境承载力已接近饱和”列为4个基本国情之一。

就人口发展与资源承载能力而言，《国家人口发展战略研究报告》(2008年)指出，中国人口发展总体上没有超越自然资源承载能力，但是局部地区和部分资源已出现资源紧张和供需失衡现象。现有的经济发展规模和人口数量均在水土资源承载力范围之内，但区域之间极不平衡，西北部和北方部分地区超载严重。

2.分区域评估

1)海岸带开发不足。海岸带是连接陆地与海洋的纽带，是开发海洋资源、发展海洋经济的依托。我国拥有1.8万多千米的大陆海岸线，海岸带面积达38万平方千米，约相当于沿海省（区、市）面积的1/4。专家指出，我国沿海诸省（区、市）每1000平方千米陆域的海岸线资源量，基本上与欧洲主要国家和美国处于同一水平上，但开发程度却远比那些经济发达国家为低。

2）沿海地区局部已过度开发。在自然条件较好的东部沿海地区过度开发严重，珠三角9市土地开发强度15.9%，超过了日本三大都市圈，也超过国土面积相当的荷兰；包括安徽在内的环长三角地区，国土面积(约34万~35万平方千米)与德国、日本相当或相近，开发强度(约15%~16%)超过德国(12.8%)、日本(15.0%)。海洋资源过度开发造成开发利用密度高、生态环境退化严重的局面，需要实行绿色保护的海洋政策，解决可持续开发利用问题。(《2010~2020 中国海洋战略研究》，2009)

3.分资源门类评估

由于长期森林过伐、草地过牧、坡地滥垦、矿产乱采，超过限度，使我国的自然资源遭到不同程度的破坏，虽然近年施行了禁止乱砍滥伐、退耕还林、限制矿产开采等措施，我国的资源破坏现象有不同程度好转，总体上仍不乐观。

我国超限开发的典型例子还包括近海水产过度捕捞，年产量峰值可达1400万吨，超限额75%，导致海洋生态系统和水产资源严重退化，产量减少，水产品个体变小。

在水环境方面，水与环境超载，形势严峻。根据水利部2009年发布的最新数据，我国水资源总体上已经过度开发，其中黄河水资源利用率＞60%，海河＞98%，内陆河流域＞40%。过度的开发，不仅威胁或损害河流健康，还使某些主要功能丧失。不少地方水环境开始退化，出现了水质恶化、地下水位下降、河湖干涸、湿地消失的现象，所有这些都是出现水危机的先兆。

4.国土的粗放开发和资源、环境承载力评价

中国当前正经历新一轮重化工业化及与其相克相生的“资源瓶颈”，资源除总量大、人均少外，在国土开发利用中的矛盾也很突出，总的资源开发强度与国土经济密度不对称，开发过程中的粗放、分散、重复、低效、退化等问题(表1)日久年深，有的积重难返。

表1我国国土资源开发利用中的倾向性问题一览表

人口基数大和粗放式强度开发加重了国土的负担，对人口、经济密集区的资源、环境承载力有必要做出科学评价。国家部署主体功能区规划，根据自然条件适宜性开发，控制开发强度，调整空间结构，也以资源环境承载能力为基本依据。关于环境承载力，“十五”后期由清华大学承担的宁波市环境承载力研究，从资源供给能力、环境纳污能力、人类支持能力3个角度来量化环境承载力，建立了评价指标体系。厦门大学对厦门海岸带也做了生态安全压力分析。资源、环境承载力评价的综合度更高，相应的难度也更大。对此，中国地质调查局在汶川地震灾后重建规划工作中有实战性演练，正组织“环渤海湾重点地区环境地质调查及脆弱性评价”项目，将扩及全国海岸带资源、环境承载力调查监测和风险评估，其重要性不言而喻。

5.对国土面貌演变方向的两种预计

基于当前国土资源的利用现状，对未来国土面貌演变方向有以下两种预计。

1)从低收入转为中等收入国家的提升期是包括公共服务在内的现代服务业加速发展期、国土面貌向良性转变期，人均GDP 3000美元是对资源环境的边际压力的转折点。中国发展高层论坛2004年年会的总结讲话指出这一时期的6个基本特点：“消费结构升级，工业化进程加快，城市化速度上升，人口大量转移，国土面貌日新月异，社会财富迅速增加。”其中，“国土面貌日新月异”是良性预期。2005年，我国荒漠化和沙化土地面积实现中华人民共和国成立以来首次“双缩小”，“破坏大于治理”转为“破坏与治理相持”；2008年，电力弹性系数首次小于1(低于GDP增速)，都顺应和促进这样的转变。

2)《新一轮全国国土规划前期研究(中国地域空间、功能及发展)》综合报告(2006年)，“第一章背景——剧烈变化的‘国土’”指出了我国国土开发和建设布局无序及空间失控态势的严重，包括：地域(空间)开发利用严重无序，建设用地过度扩张；许多地区资源环境压力过大，而支撑体系太弱；不少城市盲目攀比，贪大求洋，超前定位；一些快速发展地区环境状况令人担忧；生态退化问题依然严重，由此招致“国土安全和资源保障的危机”。这里所说的“剧烈变化”非“良性”一词所能道破。2009年9月《科技日报》关于“建设低碳城市”的对话栏目中有专家指出：“我们75%的地面水已经被污染，国土变得枯黄”，就是相应的写照。

国土面貌是广域性土地利用/覆被变化(LUCC，全球变化的中枢和核心主题之一)的反映，尤以人口增长胁迫下的LUCC为甚。我们终需这样的系统观测和研究成果为基础给出说明。

三、基点

(一)大国土

1.活动半径

日本前首相田中角荣1972年为中日邦交正常化访华，在与毛泽东主席会谈时曾说：“一个民族的能力水平与活动半径成正比。”其着眼点在于国家的对外开放和国际化程度。

一个国家的国土资源和空间管理及于领土、领空、领海和管辖海域(“准国土”或“国土化海域”)，我们要上天、入地、下海，所要求的技术、工程和管理能力水平也与活动半径相关。

“大国土”指现有国土全方位的内涵深化(包括系统化、整体化、聚合化、空间化)和管理(包括监督管理)到位：在国家层面上加强统筹协调，但不因“大国土”而扩张国土空间；在部门层面上加强内融外联，也不借以扩大职能范围。

2.内涵假设

“大国土”即广义的国土：一是国土资源与国土空间(或地域空间)的统一；二是自然国土与人文国土的统一；三是覆盖陆海、充斥立体空间的“三维国土”；四是统筹国内地球表里诸圈层的“多圈层国土”；五是宏观和中观层面上的“和合国土”。

(1)国土资源与国土空间

国土资源指土地、水、矿产、生物、海洋、大气等实体性资源，它们又占有各自的区位或地域，即空间性国土。而国土资源管理现状，既有重实体资源、轻空间的倾向，如把国土(空间)规划视同“国土资源规划”；也有重空间、轻实体资源的倾向，表现为土地管理的重数量、轻质量，区域地质调查的重陆轻海。

在适当的地形地貌条件下，农业用地的耕作层、建设用地的工程持力层都是实体，农业、建筑业等活动先选址、后丈量，基本程序是由实体到空间；探矿权首先是带有虚拟性的“空间试用权”，而采矿权是资源的用益物权，矿业过程是由空间到实体。由此可见国土资源的实体性和空间性同等重要，不可分割。

中国社会科学院黄皮书《2006年：全球政治与安全报告》认为，国家强弱更多取决于综合国力，其构成中科技力、人才力和信息力各占25%，自然资源和资本各占12.5%。自然资源的权重只占1/8，在当前阶段可能估低了，如果加上国土空间(区位)要素更要考虑提高。

(2)自然国土与人文国土

中国作为人口众多的文明古国，对国土垦殖和开发的历史悠久，但空间上极不均衡。开发强度，是指一个区域建设空间占该区域总面积的比例。作为发展中国家的中国，2008年全国平均开发强度达到3.48%，超出一度预计2010年达到3.23%的强度值很多，特别是东部沿海的一批城市已进入强度开发或超强开发，上海、无锡达到29%~30%，而东莞、深圳高达38%~40%，已臻于极限值，人工生态系统置换了自然生态系统。按照这样的发展速度，2020年全国开发强度达到3.91%的预计值也有可能被突破，国土人工化的趋势难以逆转。资源、资产、资本“三资合一”也是人文超过自然的国土。

另据吴霁虹指出，在全球化背景下的信息社会中，不同于土地、劳动力和资本要素的知识、商业生态网络、组织流程等已成为创新活动的“新生产要素”，实现全球联系和思想交流的商业生态网络正成为新的“虚拟地产”。IBM 2008年的企业价值超过1577亿美元，然而其土地、建筑物、实验室等有形资产只占9.1%，基于空间和时间动态地创造价值的组织流程相当于“创新工厂”。由此可见，“人文国土”的未来发展具有很大的空间。

(3)“三维”国土

科技部2008年推出基础科学研究和前沿技术探索的“三深战略”，包括“深空(宇宙空间)”“深海(公海大洋基底)”“深蓝(信息安全)”三大纵深领域，“三深”没有“深陆”。在国土资源战略的“三维国土”构架中，“深”含“深陆”“深海”，它们同属岩石圈、水圈富于探索价值的人类未知领域；“空”首先是地面以上100~110千米的“领空”或“近空”，其次是外层的“深空”或“公空”(图1)，概称“陆、海、空、深”。2009年9月，我国第一个集数据、软件于一体的三维地理空间信息系统——数字地球(中国)问世。

图1“三维”国土示意图

国土、资源、地质各有其自然演变和随人类社会农业、工业、科技革命的变异过程，并谋求可持续发展——时间维的过去、现在和未来。以46亿年计的地球历史可谓“深时”。这是“三深”向“四深”的发展。

《浙江省信息化测绘体系建设发展战略》（2008年）首次提出了基于“时间维-对象维-方法维”的测绘体系概念模型，是对信息化测绘体系的基本构成与内涵的创新性探索，这也是“国土资源战略研究”吸收地方成果的一个范例。

(4)“多圈层”国土

大国的“陆、海、空、深”是互相影响的“多圈层”国土。1760年英国工业革命以来，世界各国累计开采、消费了3万多亿吨(以标煤计)化石能源，近250年间从地球岩石圈向大气圈释放出数以万亿吨计的CO2(土地利用/覆盖变化也贡献了＞30%的份额)，扰乱了地球各圈层之间的平衡，导致全球气候变暖。同时，还要看到海洋-大气相互作用的重要影响，还有生物圈中土壤碳库(可抵消全球5%~15%的碳排放量)的储碳潜力。就碳排放大国而言，也可以看作“大国土”结构问题。

钱正英在《我国的江河整治问题》(1981年)中曾经建议：“对国土整治进行统一规划，水利建设纳入国土整治的统一规划。”

第33届国际地质大会中国代表团建议探索“外层空间”新领域，测绘瞄着“地-空-天一体化”目标，都是超出地球圈层范围的深空探索。

(5)宏、中观层面的“和合”国土

以城镇化进程中的土地资源管理为例，在城乡分割体制下的土地二元配置和使用，造成城镇和农村“两栖”人口的“双重占地”，导致“两不经济”的结果，加剧了城乡用地和人地关系的紧张局面，必须实行以城乡一体化为目标统筹城乡用地的战略转变。这既有利于人际和谐、人地和谐，也促进城乡融合，以臻于“和合(和谐+聚合)”境界。统筹陆海、区域(行政区、经济区、气候区等)、城乡、“三生(生活、生产、生态)”空间等，都是形成疏密有序的“和合”国土之路。

而国家所提倡的保护耕地的实质是保住耕作层的综合生产能力平衡，节约集约利用土地，以土地总和效益最大化为目标，都寓意于提高多元一体化程度的综合或集合，“和”“合”并用，相辅相成。

3.陆、海、空关系

(1)“滨海之国”与“滨、近海之国”

大国土涉及陆海关系，美国区域规划协会称美国为“滨海之国”，是离海岸线80千米的范围，在这个占国土面积13%的区间集中了美国51%的人口、57%的国民收入。实际上这只限于美国本土，美国又是多海洋国家，除了滨海的阿拉斯加州、夏威夷州，还有5片海外属地(岛域或群岛)，其管辖海域散布在大西洋、太平洋和北冰洋，比上述区域要大得多。就美国本土而言，我们把它看作“半环形的滨海（湖）之国”(东北角是五大湖区)。中国的陆海情况与它迵然不同，总体上是东南向临海的“滨、近海之国”。从大国土着眼，我们在看重沿海省(区、市)的同时还要看到近海省。近海省按区位可分3类：①中部近海省，涵盖中部地区6省；②西部近海省，有贵州、云南；③3个近海边疆省，即吉林(临海最近距离15千米)、黑龙江(临海最近距离＜100千米)和云南(临海最近距离＜500千米)。按此设想，现有沿海省（区、市）加3类近海省（区、市）共有24个，占全部省级单位的77%，这就能让更多的内陆省共享海洋资源，既有利于海洋共同开发和国土均衡，也有利于扩大内需和(海)港-腹(地)一体化，沿海省（区、市）和近海省（区、市）依托地缘关系共筑“和合国土”。

(2)深陆和深海

大国土包含“深陆”，现代科学技术的发展使人类向地壳深部、深海大洋和洋壳的探索成为现实。表2列举了我国实施的部分大陆深钻和超深钻。此外，山东新汶矿业集团的一处矿井深1350米，是亚洲最深矿井；清华大学与四川二滩水电开发公司合作，在锦屏山覆盖层深2500米以下的引水隧洞旁建筑极深地下暗物质探测实验室。

表2 我国实施的大陆深钻、超深钻一览表

海洋正逐步成为人类的第二生存空间、食品生产基地、化石能源和新能源开发基地、新的水资源开发基地、新的医药资源开发基地，又是全球交通和物流通道。美国《面向21世纪海上合作战略》(2007年)认为：在世界所有国家中，美国和中国是海洋利益最大的国家(实际上两者缺乏可比性)。大国土中涵盖的深海指的是水深超过500米的海域，我国把深海资源开发列为超前部署领域，尚处于发展的中级阶段。表3概列出海平面以下的分层化。

表3中所列海平面200米以下的深层水，保持低温、洁净，具有多种功能，在美国、日本、韩国开发利用这类较深的优质海水，已形成产业。

(3)近空和“地空”

城市高层建筑林立。全国大城市中现有5000多座50层以上的高层建筑。上海环球金融中心建成世界第一高楼，在高密度的建成区中出现了不同产权单元在空间上层层叠加的现象，并愈益普遍化。这一层近地空间简称“地空”。表4列出了近空分层的高度以及各层对应的主要功能。

表3 海平面以下分层化表

 

表4近空分层化表

 

我国利用低空(地表以上100米)风能发电居世界第四位，而“高空”(地表以上200米)风能尚未开发，这两层空域均在“地空”范围内。在更高空还有丰富、稳定的风能资源，其开发利用与航空飞行不兼容，待进一步研究。

城市在向空中“长高”的同时还向地下延深。我国有10个城市已使用或正在建设地铁，另有8个城市提出或筹建地铁，到2020年建设城市轨道交通线路将达到2000~3000千米，表明城市“地铁时代”已经来临。

“地空”和地下工程呼唤城市三维地质调查、三维地籍测绘和管理。

4.城市“三维”地质调查和“三维”地籍测绘与管理

地空和地下工程呼唤城市的三维地基调查和三维测绘调查，现在我国有6个城市在试点，上海、北京已经验收。

“上海市三维城市地质调查”项目按“中心城-新城-郊区”3个规划功能区，建立“基岩地质层-第四纪地质层-工程地质层”3个层次的地质结构模型，使三维可视化地质信息系统、地面沉降防治、地下空间与地质环境容量评价、地球化学调查与农用地分等定级相对接，特别是搭建起大型、综合、动态的地理地质信息平台，可望打破多源、异构、多维数据形成的“信息孤岛”互不相通的僵局，实现全市地质信息由分散到集中管理、由平面到三维显示、由单项专业应用到多元服务的转变。另在全市地下工程普查的基础上，从黄浦区着手地下地籍调查，构建“地上地籍图-地下地籍图-地质图”系统，为地下空间管理提供有效支持。

“北京市多参数立体地质调查”项目(2009年通过评审)推出的智能化三维地质信息管理与服务系统，为城市规划、建设和管理提供了全方位的科学依据。

在完成6个城市试点的基础上，将考虑另33个超大城市的“三维”地质调查。

深圳市国土与房产局正启动“三维地籍”的专项研究，这是有关城市“三维”地籍测绘和管理研究，在国内外尚处于探索阶段。而历来以二维宗地为核心、以“四至”为边界的传统地籍，都建立在宗地内产权主体同质化的基础上，而城市土地的立体化利用则以垂直方向上、产权主体的多元化为前提，即地表、地上、地下空间可以分层开发并分属不同权利人，这就形成以六面体或多面体为基本单元的“三元产权体”，在空间形态上表现为复杂的产权簇或产权层，需要有相应的“三维地籍”测绘为支撑的“三维地籍”管理。此外，《物权法》要求实行不动产统一登记制度，而任何不动产都占有一定的空间域，系统的三维地籍研究为在一个统一的技术框架下处理土地和房产的登记问题提供了可能。

上海市地质调查研究院研究地下空间资源管理与权籍调查关键技术，也有初步成果。

从城市空间要素立体化趋势中可引出一种新型的财产权，即空间权，它与建设用地使用权相分离，成为一项独立的物权(参见《民法》第七百七十三条、第八百三十二条），在我国台湾省已建立起比较完整的空间权制度。

住宅产业规划到2020年基本做到“户均一套房、人均一间房、功能配套、设备齐全”。在产业层面，青岛“海尔地产”为节能省地提出“小户大家(小户型、大社区)，和谐住区”的理念。即通过5个空间结构把家庭做大：家居空间紧凑化，环境空间功能化，会馆空间场所化，商业空间生活化，网络空间无域化(建设数字化网络社区，用网络服务来解决物理空间解决不了的问题，使得生活无域化——与“虚拟地产”相联系)。而微观上的空间意识将会有助于模式和设计创新。

(二)大资源

1.内涵假设

“大资源”即广义的自然资源及其组合开发利用。

一是单门类自然资源及其多形态的综合利用，多功能的优选利用(如在农业用地中， 对耕作层既是“土壤水库”又是“土壤碳库”的合理利用)，非常规资源和新资源的递进或接替利用。

二是包括土地、水、矿产、生物、海洋、大气等在内的多门类自然资源及其优化组合和综合管理(如水、土资源综合管理，海洋综合管理)。

三是大资源以土地、能源为根本，我国的耕地和宜居建设用地都是稀缺资源，要在统筹生活、生产、生态空间的前提下节约集约和多元利用土地，新能源比传统能源的范围大大拓宽，要在尽可能清洁利用化石能源的同时研发低碳导向下的替代能源。

四是确立、推进基于生态系统的国土资源管理和海洋综合管理，与经济、社会、生态建设相互交融，并探索资源、资本、资产“三位一体”的复合式管理方式，使资源开发利用的技术链、产业链、价值链层层相扣。

五是融入经济全球化，积极利用包括国际海域在内的境外资源和公共资源。

2.大资源与大能源

中国在2012年将成为世界最大能源消费国。在21世纪上半叶，能源在我国矿产资源中仍居首位。在低碳导向下的大能源发展离不开大资源、大地质的支撑（表5）。

3.单项管理案例

水利部基于我国人多水少、水资源时空分布不均、与生产力布局不相匹配的突出水情和严峻的水资源形势，从2009年开始实行最严格的水资源管理制度。这比实行最严格的土地管理制度晚13年，但所规定的“三道红线”——开发利用“红线”即控制用水总量；水功能区限制纳污“红线”即控制入河排污总量；用水效率控制“红线”即遏制用水浪费——是对水量、水质和水耗的综合调控，体现了水资源和水环境管理的相对统一，起点高于只设“一道红线”的土地管理制度，也可以说把土地管理、利用的两个最严格制度“合二而一”了。

2009年瑞典斯德哥尔摩大学和德国波茨坦气候研究所的科学家量化分析了“蓝水”和“绿水”，其中，“蓝水”是来自河流和地下含水层的水资源，占35%，“绿水”则是源于降水、存储于土壤并通过植被蒸发而消耗掉的水资源，占65%；科学家们根据分析结果提出了应该大力研发绿水资源利用技术，由此可见土壤水作为“大资源”的一个分支兼及“大土地”“大地质”领域，应予以重视。

表5 大能源战略及其资源、地质支持一览表

注：①第33届国际地质大会中国地质代表团得到启示：“非传统能源越来越受到重视，能源多样性是今后出路所在。可再生型能源可能是未来能源的主体。”

4.综合管理案例

中国工程院2007年关于《东北地区有关水土资源配置、生态与环境保护和可持续发展的若干战略问题研究》指出，基于东北是我国水土资源搭配最好的地区，可以建成全国最大的优质商品粮基地，而东北地区过去的垦荒，实际上是占用了林、草、湿地。目前的生态与环境状况，已到了临界状态。因此得出一条基本结论：“东北地区土地利用的总体格局应当是：耕地总量不再增加，林、草、湿地不再减少，城市和工矿用地合理控制”；并指出东北“西部地区的农业发展方向必须是农牧结合，以牧为主；农作物……以雨养农业为主，在缺水地区不宜种植水稻”等，在宏观上都有道理。但一年后，即2008年推出的《吉林省增产百亿斤1斤商品粮能力建设总体规划》中规划投资62亿元引嫩入白、以稻治碱，用5年时间在该省西部新增255万亩基本农田。这反映出国家战略研究与地方战略行动脱节，见仁见智，有待实践检验。

多门类资源的综合管理，如作为复合式资源和空间的海洋综合管理，已成为国际趋势。其核心思想是从分散的行业管理转向跨行业、跨学科和跨部门的、基于生态系统的海洋综合管理。20世纪90年代中期，厦门市率先建立了海洋综合管理体制，成为有关国际组织部署的东亚海洋防污和管理的示范区，但推广不易。国家海洋局受权“综合管理中国海域”已10多年，尚难到位。对此，《2010~2020中国海洋战略研究》第五章中有具体建议。

(三)大地质

1.内涵假设

大地质基于经济、社会与时俱进和地质工作功能最大化，不断扩大服务领域、贯穿于生产和生态建设的全过程。

一是为经济、社会发展打好三个(应用)基础，即资源基础(开源、节流)、环境基础(保护、修复和防灾减灾)和工程基础(岩土工程)，都有旺盛需求，为夯实资源和工程基础服务的地勘、工勘已商业化， 作为环境基础前期工作的“全国土壤现状调查与污染防治大计划”(2006年)正在实施中。

二是大地质工作即大地质产业，它跨三次产业，即为“一产”服务的农业地球化学调查和供水水文地质勘察，融入矿业(现属“二产”)的矿产勘查和融入工程业的工勘作业，隶属“三产”的地质科学研究和信息服务，分别拉长产业链，不自成独立体系，大地质≠大地矿(对1991年提出的“地矿产业”要反思)，按这个产业定位，现行地勘行业管理的覆盖范围还要加宽。

三是基于国家财政支持、走在商业性地质工作的前面的公益性地质工作要做大，其信息供全社会共享，基于市场和地勘基金的商业性地质工作规模更大。

四是地学研究多元化，地球科学正从传统的分散的单学科研究向地球系统科学研究转变，地质科学也要向地球系统科学即“大地学”拓展。

五是适应“矿产资源全球化”的发展趋势，在立足国内的同时，“走出去”开拓境外地质工作，为利用“两个市场、两种资源”不失时机地做好前期服务。

2.大地质与大地学

基于地质科学的大地质和基于地球科学的大地学，其研究对象相同而研究领域不同。大地学的包容面广于大地质，但有交融态势（表6）。

表6 大地学与大地质研究方向的概略比较表

由表6可见，两者的共同点比较多，有向地球系统科学合流趋势，但在学科上仍显示出整体和局部相包含关系的脉络。“大地质”栏中未列举的海洋、陆地地表过程恰是“大国土”关注的热点领域。

3.大地学——科技和信息服务

公益性地质工作以地质图件为窗口面向全社会服务。英国地调局2006年发起的《全球1∶100万数字地质图计划》，产生于矿产资源全球化催生地质调查全球化的背景，旨在推进各国既有地质图数据网络化和国际共享。为保护市民避免遭受地震、海啸、滑坡和火山爆发等地质灾害的威胁，由联合国发起在日本神户通过的《2005~2025兵库行动框架》，有关信息和知识都要及时传输到全社会。

2008年我国地理信息产业已形成测绘服务、遥感服务、地理信息系统、卫星导航4大支柱产业，总产值＞600亿元；2009年增速20%，从业人员达40万人，机构＞1万家；预计到2010年达到800亿~1000亿元，带动相关产业增长5000亿元。目前，全国唯一、初具规模的黑龙江省地理信息产业园2007年在哈尔滨开园，已建起国际地理空间数据加工基地和高新技术企业孵化器，前景看好。《北京空间信息产业调研白皮书》披露，该产业应用领域扩大到数字奥运、政府共享平台、数据库、防灾减灾等方面，国际合作领先于全国。

四、浅释

“三大”之间是有内在联系的，以“四面体”(图2)示意：A代表“大土地”，B代表“大海洋”，它们是“大国土”的两个主要载体，C代表“大资源”，D代表“大地质”作为基础置于底面。

图2“三大”内在联系示意图

（一）“四面体”扫描

“大国土”与“大资源”有交叉重叠，宜各有侧重：“大国土”重在空间，以地表面、海平面为通用界面；“大资源”重在物质和能量，以水土、生物、能源和矿产为载体；“大地质”连同“大测绘”提供科学支撑和信息服务。三者构成一个统一、聚合的“四面体”。我国陆地空间虽大、资源品种虽多，但受结构性矛盾的深度制约，难题不少。

定格国土空间区位的“大土地(A）”和“大海洋(B）”，其中“大土地”“七山二水一分田”，又派生出：A 高原和山地型土地结构(平原少，后备耕地少，开发成本高），A-C中低产型耕地、草地结构(优质耕地、草地少，又是少林国家）和大江河与中小湖泊型的陆地水域结构(淡水少）；“大海洋”“三海两链半纷争”，源于A-B单面陆缘海与陆中海型海洋结构，而中国是世界上拥有邻国最多的国家(共29个，其中15个直接相邻），于本国资源禀赋弊多利少；“大资源(C）”“门类多、总量大、人均少、时空分布不均衡、相互匹配不理想”，又派生出煤基型化石能源结构(高碳、高硫空间）和低品位型非煤大宗矿产结构(富矿少）等。

（二）“三大”的必然性和价值取向

“三大”既是科学理念，又是顺应必然趋势的战略定位(表7)。作为人口过量的资源大国和经济大国，必须从大处着眼，针对国土开发中长期存在的几个倾向性问题(表1)，集中多方面智慧谋划与经济、社会发展相适应的“大格局”(表8)，使“三大”的组合优势得以充分发挥。

表7“三大”的必然性一览表

表8营造国土、资源的“和合”大格局一览表

以上大格局，有的正在形成，有的受体制和机制束缚，施展不开。现行体制、机制问题如表9所列，要有序、分期研究解决。

提出“三大”，旨在落实科学发展观，融合部门职能，加强统筹协调。经济、社会发展对资源环境的需求与时俱进、因人而异(表10)，要瞻前顾后、留有余地。

表9 “三大”的体制、机制问题一览表

表10 人对“三大”的阶梯式需求一览表

资源“瓶颈”有两重性，要以“三大”为杠杆，与经济发展互动，形成供、需“双向制约”，同时，还受生态、社会、政治等“多重制约”(表11)。

表11 供需双向和多向制约一览表

下一步，“三大”的研究领域再向“五维”拓宽，“五维”除时间维、空间维外还包括市场维、环境维、文化维。

（三）推进“三大”的路径选择

对于推进“三大”的路径可从以下几方面着手：

1）把“国家可持续发展国土资源战略研究”项目持久化、常态化，提高研究内容的战略含量，从国家层面加强对重大问题的协调力度。

2）编制部门战略规划，或加强部门发展规划的战略引导，向“三大”提升。

3）有条件地实施部内整合，发挥基础地质调查、测绘、国土信息和经济研究工作对土地、矿产资源和海洋管理的全面支撑作用。

4）基于“智能地球”(中国)，搭建国土资源管理信息化的综合平台，从小到大，分步实现多门类资源的信息交流和共享。

5）加强跨部门协调，在政企分开、所有权与行政权分离的前提下，逐步推进“非全能”、服务型的大部门制。

6）在现行法规基础上适时启动国土资源和空间的综合立法。

（四）几点困惑

1)国土、资源管理和地质工作中积累下来的矛盾比较多，化解矛盾要有一个过程，现在是不是推出“三大”的合适时机?

2)“三大”是从国家层面立意的，眼下设想“三大”的高度还不完全上得去。

3)“三大”的容量放大了，没有现成的抓手，有待于实践中探索。

（该文原载《国土资源战略与构建保障和促进科学发展新机制(2009年度)》、国土资源部信息中心《国际动态与参考》2010年第1期(总第439期)。本文为国土资源管理改革与战略高层论坛上的演讲。演讲于2009年11月19日。郭文华、刘丽、陈静、李政制作图表，王凌云整理。）

编者按：在服务资源、环境及生态等复杂问题的解决过程中，地质科学本身也将向前发展，形成新的学科或体系。近年来，国际上形成了两种不同的发展思路，一种是以美国等为代表的将复杂性问题置于环境或生态系统中加以研究，研究对象涵盖生态系统的生命和非生命成分；另一种是以俄罗斯为代表的将环境或生态问题置于地质范畴内探讨，突出生命组分影响下的地质客体变化等。本报今天刊俄罗斯学者V. T. 特罗费莫夫阐述生态地质学理论及其应用的文章，以飨读者。需要指出的是，尽管该文发表在多年前，但仍对思考生态文明建设下的地质工作具有重要借鉴意义。

地质学拟解决四类问题：一是为人类提供矿产资源；二是为人类的工程活动作地质论证；三是为人类的教育、文化和美学需求提供地质知识；四是为生态系统的稳定运行作地质论证。前三类问题已被地质学家接受，并已取得了满足人类社会发展需求的成果。第四类问题的意义和开创性，在20~25年前已被地质学家察觉。解决第四类问题的发展过程，引发了地质学一个新分支的形成，称之为“生态地质学”。

生态地质学及其对象和主题

　　

　　图1 岩石圈生态作用的分类

生态地质学是地质学的新分支，致力于岩石圈上层(包括地下水和气体)的勘查，并将它看作是生态系统的主要非生物组元之一，在生态系统的组织层级（从生物群落直到生态圈）中属高层级组元。用地质学家更为熟悉的术语来说，可把生态地质学的内涵定义为地质科学的一个分支，研究的是岩石圈的生态功能，这些功能的形成规律，以及在自然及人为动因影响下这些功能发生空间和时间变化的规律，它们与生物体、首先是人类的生存和活动息息相关。

必须指出的是，术语“生态地质学”（ecological geology）不同于“地质生态学”（geoecology）。两者存在原则性区别。无论从哪种意义上说，“地质生态学”都是一门复合性科学，研究的是地球的所有非生物壳层（圈层），也研究生物体。“地质生态学”包容“生态地质学”，后者仅触及岩石圈一个组成部分，在相同层级上的还有“生态地理学”和“生态土壤学”等，它们也是地质生态学的组成部分。

另一方面，“生态地质学”的概念内涵由“岩石圈生态功能（属性）”的概念确定。这个概念于1994年提出，是地质学中一个原理新颖的概念。它的内涵详细解释如下：

生态地质学的研究对象是地质科学的常规客体：从理论上说，是岩石圈及其所有组成部分；特定地说，是岩石圈的近地表部分，主要是受人为影响的地带。它可被描述为一个多组元的动态系统，包括对生物（biota）的存在和发展产生影响的岩石、地下水和气体。

生态地质学研究的是：“岩石圈—生物”系统，“受到人为影响的岩石圈—生物区”系统或“岩石圈—工程建设—生物区”系统；生物子系统与非生物子系统之间的直接和间接联系；最终是，“死”物质对“活”物质的影响，或广义地说，是岩石圈与生物之间的相互作用。这样的系统构成，意味着通过考虑岩石圈的人为改变，也把人为影响源纳入了系统之中。

根据其内涵，所有发生过转换的系统都是生态地质系统。这两种系统之间的主要区别，在于其中存在的是有生命组分还是非生命组分。生物区存在并活动于岩石圈中，或者就在岩石圈表面。据此便可形成“生态地质系统”的定义。生态地质系统是岩石圈的特定部分，是在其内和其上容纳着所有生物区的环境的地质组元。生态地质系统由三个子系统组成：岩石圈（无生命的）、生物区（有生命的）和天然及人为影响源。

生态地质学的研究主题是有关岩石圈生态功能（属性）的知识（数据系统）。因此，要考虑“岩石圈—生物区”系统中的功能关系，或“岩石工艺系统—生物区”之间的功能关系。

岩石圈的生态功能

岩石圈的生态功能多种多样，决定和反映着岩石圈（包括产于其中的地下水、油、气、地球物理场和地质作用）对生物区，主要是对人类的重要价值。人类的独特性在于人类活动对环境的影响比所有其他生物的影响都大。研究岩石圈不能采用生物生态学、生态地理学和生态土壤学研究框架内的那类途径。

岩石圈生态功能的科学理念，意味着对岩石圈的作用要有多方面的考虑，将之视为一个存在着有机生命（各体生物、植物群、动物群和人类）的环境。从生态观点看，岩石圈主要是给生物体提供资源和能量，并通过它的资源及其地质动力学、地球化学和地球物理功能来实现（图1）。这里不考虑人与自然相互作用功能中的社会-经济、道德和审美方面，因为它们超出了专业地质知识的范畴，事实上它们构成了一个社会生态学的关切。

在天然及被人为改变的岩石圈与有群体结构的生物物种生物区之间，有着多种多样的关系，可把它们归结成4种功能：一是岩石圈的资源生态功能，它对生物体生存和活动所需的矿物质、有机质、有机-矿物质资源有重要意义；二是岩石圈的地球动力学生态功能，它通过自然和人为的过程和现象，决定着岩石圈对生物区状态和人类生活条件的影响；三是岩石圈的地球化学生态功能，它反映着岩石圈的自然和人为地球化学场（不均一性）对整个生物体（包括人类在内）状况的影响；四是岩石圈的地球物理生态功能，它反映着岩石圈的自然和人为地球物理场（不均一性）对生物体（包括人类在内）状况的影响。

每种功能的内涵、它们的评价标准、信息获取方法和表述方法另有专文论述。

岩石圈的生态属性

岩石圈的生态功能靠具体的生态属性来实现。就“岩石圈的生态属性”这一术语而言，指的是岩石圈的特征属性，即具有特定生态重要性的属性。它取决于其物质成分、地球动力学、地球化学和地球物理学的特性，且与生物体存活的供养、生物体生存和进化条件有机关联。

有关岩石圈生态属性的问题，是一个新问题。这里力图在岩石圈的资源及其地球动力学、地球化学和地球物理的生态功能框架内，给这些属性命名（表1）。它可能不是完整的清单，但堪作举例材料。

　　表1 岩石圈的生态功能与属性

　　

生态地质情势及其状态

用术语“生态地质情势（环境）”来表达岩石圈具体生态属性（功能）的组合，反映作为栖息地的一定岩石圈体积内生物体生存条件的现状或古状态。在一个地块或一个区域范围内，生态地质情势（situation）或许会或许不会因地而变。而且，生态地质情势也会随时间而变，在这种情况下，该情势会随时间从一种状态（state）变换成另一种状态。由于人为工艺因素和灾变性自然过程的发展，这种变换可能进行得很快，从历史观点看，有时就在瞬间。

必须强调的是，生态地质环境（conditions）或许既取决于所有生态功能同时起作用，也会仅取决于一种生态功能，比如地球动力学功能，它会在瞬间对生物区产生较强烈的影响。在后一种情况下，这种生态地质情势应该说成是“依靠岩石圈地球动力学特征形成的特色生态地质环境”。当地球化学功能在生态地质状况形成中扮演最重要角色的情况下，就说它是依靠岩石圈块段的地球化学特色形成的特色生态地质环境。

“生态地球动力学环境”、“生态地球化学环境”和“生态地球物理环境”等术语，在地质文献中也常常使用。这些术语是对上段文字特指含义的省略表达。另外，当只分析一种生态功能对生物群或人类的影响时，使用这些术语也是对的。

正如已经指出的那样，生态地质环境的变化或许是足够快的。人们必须把所研究对象（生态地质系统）的阶段特色称为生态地质情势（环境）的状态（state），地质学家则往往将它称为岩石圈的生态状态。可以把“生态地质情势（环境）的状态”的实质定义为某种暂时状态，并根据当时岩石圈的一种生态属性特征，或者几种生态属性（功能）的组合把这种状态估计出来。这些生态属性决定着生物体生存的有利度（水平）和或然率。

生态地质情势的状态要根据岩石圈某些属性的暂时状态评估出来，也要描述出这些属性对活体生物产生影响的特征。根据这种定义，当对岩石圈的生态状态做评价时，就不得不一方面评价岩石圈对活体生物的资源和能源影响，另一方面评价有关活体生物响应这些影响时的特定相互作用信息。在所有的生态系统组织层级上，此类评价准则对生物体都是适用的。

如上所述，生态地质环境的状态可以取决于岩石圈的一种属性（功能）或几种属性（功能）的组合。在地球物理功能强烈影响生物群的特殊情况下，可以说：“生态地质环境的状态取决于地球物理功能（属性）”。地质学家常常用术语“岩石圈的生态地球物理状态”来代替上面的表述。而“岩石圈的生态资源状态”、“岩石圈的生态地球化学状态”之类的术语，常被作为同义语使用。

生态地质学的基本科学问题和实践问题

生态地质学有5项主要任务：（1）研究岩石圈的生态功能，它们的形成规律，及其在自然和人为作用影响下发展的动力学；（2）从岩石圈生态功能变化的观点出发，针对人为成因的影响，开发评价岩石圈近地表部分稳定性的理论和方法；（3）针对岩石圈近地表地层环境与属性的控制问题，精心研制理论和方法，以保护和改善它们的生态功能；（4）研制工业废弃物利用和选择其最佳（就地质环境而论）埋置地区和层位的理论、方法和途径，以使对区域生态属性的负面影响最小化；（5）针对国土、目标客体和大型建筑的工程保护问题，精心研制进行地质论证的理论和方法，以免发生削弱其生态功能的自然和人为地质作用。

总的来说，生态地质学的应用性问题可以通过下述途径形成：（1）论证生态系统正常运转前提下岩石圈资源的合理利用；（2）确定岩石圈近地表部的人为污染对生物群的影响；（3）针对一些生态系统或整体生态系统生物群的管理，为制定和调整解决方案进行地质论证。

这种一般性生态-地质课题清单，通过参考早先开列的岩石圈生态功能，还可以更详细地提出来。

生态地质学的逻辑结构

根据生态地质学是地质学的一个科学分支，而不是一门独立学科，它的逻辑结构应该包括地质科学逻辑结构中用于解决生态问题的既定要素，以及“它自己的逻辑基础”。两者的同化不是机械式的，要遵循相当明确的关系，即生态学方法途径的逻辑。“它自己的逻辑基础”是一种逻辑支点，也能够在其它科学的理论、思想和定律中使用。

　　 

　　图2 生态地质学逻辑结构的全域示意图

　　A-生态地质学逻辑结构的逻辑基础；B-被生态地质学利用的地质学科的逻辑结构（B1-工程地质学；B2-冰川学；B3-水文地质学；B4-地球化学；B5-地球物理学；B6-矿山地质学；B7-新构造学；B8-地震大地构造学；B9-地貌学；B10-地史学与古生物学；B11-火成岩石学与沉积岩石学；B12-矿物学)；C-生态地质学逻辑结构全域的轮廓线）

 

对此问题的处理如图2所示。该图说明了生态地质学逻辑结构的镶嵌特性，就致力于解决生态问题的地质科学，以及这些地质科学对生态地质学逻辑结构的贡献，给出了概念图。不难看出，工程地质学、水文地质学、冰川学、地球化学、地球物理学和矿山地质学提供着主要的信息量，以及可用于生态地质学的大部分研究方法。在我们看来，其它地质学科及其逻辑结构可用的较少。以上结论基于一个事实，有关岩石圈生态功能的知识才是生态地质学的基础。

基于对岩石圈生态功能的上述认识，可以对生态地质学逻辑结构的最重要要素划分出以下几个方面：（1）原理-岩石圈近地表部的结构、空间关系、属性和生态功能，是其地质特征的历史发展及其与自然环境和人为作用圈相互作用的结果；（2）原理-岩石圈的动力学状况（运动速率和特性）和生态功能的组元与变化，皆归因于它们的自然属性，归因于它们与环境（包括人为的工艺成因环境）相互作用的模式和强度；（3）生物体与环境相互作用的一致性定律；（4）社会发展特征与环境状况间的一致性定律（基本生态定律）。

正是这些原理和定律形成了生态学的支点，把其它地质学科的基础整合起来，构成了生态地质学自身的那部分逻辑基础。

生态地质学的科学分支及其在地质理论知识体系中的位置

在生态地质学的结构中，有几个旨在分析所确定的岩石生态功能的科学分支。它们是资源生态科学、生态地球动力学、生态地球化学和生态地球物理学（图3）。

资源生态科学是生态地质学的科学分支，涉及与维持生物区存续有关的全部问题，按资源利用的观点，其中首要的是通过提供岩石圈的矿产资源和地质空间资源维持人类社会存续，在科学技术活跃发展的新时代满足人类的需求。研究的焦点不是矿产资源的勘查和储量计算，而是评价其目前消费水平与合理使用的一致性。实质上，岩石圈矿产资源消费的管理问题，应该通过关注高层级生态系统的保护和正常运行来解决。地质空间资源也要用生态学的观点来评价。很明显，一些地质科学的方法，主要是矿山地质学、水文地质学的方法(对矿产资源)，工程地质学和冰川学的方法(对地质空间资源)，应该适用于这些研究和调查。另外，这些研究应该由社会来定向，就是说应该与社会经济学紧密关联，在实践中，生态地质学家应该与经济学家、社会学家及管理机构和设计院所的代表接触。生态地质学这一分支的主要课题是：考虑目前文明发展需要的矿产资源评价，对矿产资源消费的管理建议进行地质论证。

生态地球动力学是一个大领域，包括所有涉及自然和人为地质过程对生物区影响的课题，以及评估生物群栖息地可能灾变和舒适度的课题。后一点仅关切人类社会。这些研究一直采用工程地质学、冰川学、水文地质学和构造地质学的方法来执行，与项目规划者和设计者联系。在该分支框架内执行的主要任务有：针对在工艺活动影响下的地球动力学参数变更，开发评价岩石圈近表部稳定性的方法；为保护生物区和人类社会免受影响其生存及舒适度的（天然和人为）不利和灾变地质过程的危害，对相应工程保护项目进行生态地质论证。

生态地球化学是生态地质学的科学分支，研究天然和人为成因地球化学场对生物区的影响。在生物区内有岩石地球化学、气体地球化学和水地球化学异常。调查课题是：岩石圈的物质（矿物）成分，活动态化合物的迁移问题，元素的非正常浓度及其对生物区的影响性质问题。地球化学、矿物学、岩石学和水文地质学的方法被用来解决这些问题，生物区环境的生物医学评估资料具广泛的适用性。实际上，这类研究意味着生态地质学家要与医学专业人员和卫生服务机构建立密切联系，因为这些异常要用医学-卫生的观点来评价。

生态地球物理学也是生态地质学的科学分支，研究重力、磁、电磁、热和放射性等天然和人为地球物理场对生物区的影响。这些场与背景值的偏差及其对生物区的影响，要借助地球物理学、大地构造学、地震构造学的方法和生物医学的学科资料来研究。与生态地球化学一样，这些问题的解决必须与医疗-卫生服务机构密切联系。要在该分支框架内完成的总体任务有：天然和人为源地球物理场的分析，研制评价其医学-卫生危险的方法和准则（对生物区的影响强度，评价岩石圈对工艺性污染的稳定性）。

图3示出了生态地质在理论地质知识中的位置。在地质学的结构中包括前5个科学分支已得到承认，无需再予证明。但是，对于后两个分支，即“关于岩石圈生态功能的科学”和“关于地球的工程地质环境的科学”，其纳入地质学的合理性尚存争辩。主要争辩依据是，在科学技术活跃发展的新时代，对于涉及地球和岩石圈问题，需要强调生态理论研究的作用。目前，人为工艺因素对岩石圈外壳的影响程度，已经提高了生态地质学说在地质学中的地位，已经使这个学说可以划分为地学中的独立科学分支，已经把上面所述的后两个分支提升到了与前5个分支相同的水平。

　　 

　　图3 生态地质学的科学分支及其在地质科学体系中的位置

生态地质学的实用性分支

图4说明，可以在生态地质学的构成中列出几个实用性子分支。它们是城市、矿床和复垦影响区的生态地质学，以及线状工程、热电站和核电站等影响带的生态地质学。值得特别强调的是，各类经济活动不仅在项目建设中，而且在其运营和维护时期，都应该提供对岩石圈和生物区生态影响的评估。因此，应调查的面积要比官方土地使用许可的范围更宽更广，只要在其内确定了或造成了工程客体对岩石圈生态属性的影响。

各种经济活动在对岩石圈影响的强度、深度和性质上是各不相同的。这涉及到岩石圈的矿产资源，地质作用的活跃程度，以及自然和人为成因的地球化学和地球物理致病区的发展。

　　

　　图4 供人类社会正常发展和运作的生态地质学的实用分支学科

很明显，大的城市群、采矿工程（矿山、露天矿场等）、集中在数个盆地和油气田带中的油气产业，都会对岩石圈及其生态功能产生重大的影响。对城市群而言，这种影响取决于特定的高密度城市人口；居住区，交通-通讯，大型工业、燃料和能源企业及联合企业的自营交通，均规模巨大；还取决于城市地下的支撑工程。因此，会观测到以下现象：土壤、岩石圈近地表部和水圈被活性有毒化合物强烈污染；由于热、重、电磁和地震声波等地球物理场变化，发育起致病的地球物理异常；车辆废气导致大片土地的高度重金属污染；地下水动力学和水化学机制改变；地下水储量耗竭。矿场附近岩石圈的生态性变化与下述后果关联：矿产资源枯竭，重力场变化，产生异常的地层压力，地下水动力学参数彻底转变，出现密集的人为污染区，地质环境资源减少。对线性工程而言，不利的生态后果与负面的地质作用活跃有关，与线性的人为污染晕和诱发的异常地球物理场有关。

在不同种类经济活动影响下发生的岩石圈生态环境特性改变的清单还可能扩展，但上述这些已足以支撑得出结论。每种经济活动都与岩石圈生态属性改变的特定复杂性关联，因此要对它们进行分析，就需要运用地质科学的各类理论和方法。城市群影响着岩石圈的所有生态功能，所以要动用地质科学的整套方法，特别要涵盖图2所示的所有学科的方法。对线性建筑而言，要运用的地质科学和方法清单将取决于研究需要，首先是岩石圈地球动力学、地球化学和地球物理学功能的研究。在矿床开采方面，研究重点要集中到岩石圈资源功能的所有方面，地球物理和地球化学异常，以及一组地质作用。 

游击队、侦察兵、开路先锋？没错！新中国的缔造者是这样形容建设时期的地质工作者的。随着科学水平的不断发展，如今我们已不再满足于在地面打游击，而是以上帝的视角鸟瞰大地，在空中做侦察；不仅侦察地表的地貌地物，还会用“穿山镜”窥视地下的金银珠宝。不同于现在许多人使用的航拍无人机，地质工作中的无人机航空物探配备的并不是司空见惯的照相机，其中大有学问。

听说过“隔墙有耳”么？这是因为声波的振动，是一种物理场。物理场还有许多，如磁场、电场、引力场等。科学家就用这些“场”作“穿山镜”的镜片，来窥视隔着墙呢喃地诉说秘密的“人”。这类“穿山镜”就是通常所说的物理仪器。

在新疆克拉玛依试验区的无人机磁放综合测量系统

无人机航空物探航迹规划测网示意图

在利比里亚执行无人机航空物探任务

人背着仪器，跑到墙边去“偷听”，存在着伤亡的危险。因此，我们就想办法不用人亲自背仪器，而让机器背着，避免了人员伤亡。被选中的机器正是飞行器。飞机是飞行器中的一种，能行动自如，能快速飞翔，能抵达靠人的双脚、车的四轮不能抵达的地方。在早期，靠物理仪器的飞机还不能独立使用“穿山镜”，需要人的同行，靠人来驾驶飞机、操作仪器——此时，称“有人机航空物探”。而有人在机上，在现场工作，总是存在危险的。例如，2011年3月29日，在新疆执行航空物探任务的“B-7026”飞机失事，驾龄高达36年的特级飞行员与年仅24岁的仪器操作员均献出了宝贵的生命。多年来，中国地调局物化探所一直在研究能够背负“穿山镜”去执行航空物探任务的无人机。

当我们真正操纵无人机在黑龙江省嫩江多宝山铜矿区上空望眼穿山时，已是2013年6月。但这并不是无人机第一次背起“穿山镜”去执行勘查任务。作为军用转民用的高科技产品，早在2003年，英国人就把“穿山镜”装载在了无人机上；2009年，我国也让无人机带着“穿山镜”翱翔在了蓝天下。不过，无人机与无人机不同，“穿山镜”与“穿山镜”也不相同。早先使用的无人机，如航模无人机，尺寸小、动力弱、载荷小，飞不了多远的距离。这次，我们在中国地质调查局的支持下，研究的是中型至大型的无人机，要求飞行时间长、能装载多样的“穿山镜”，以保障开展大面积的地质与环境的综合调查。在多宝山铜矿区的试验中，工作人员只在白天飞了3架次、在夜深人静时飞了4架次，每架次飞行7小时至10小时，在5天内总共不到70个小时，就完成了2980测线公里的任务。这个工作量，若靠人在多宝山密林中做测量，至少也需要2000多人天！

在多宝山铜矿区的试验，只是我们研究无人机航空物探的起步，属牛刀小试。但对无人机能否在任何复杂的地形环境中使用，大家心中都没底。2014年，我们转移了试验场，选择了新疆的克拉玛依中-低山区，旨在解决复杂山区中超低空飞行测量的技术瓶颈。这里的海拔最低仅400米、最高达1500米，落差大，且地形切割较剧烈。无人机能否仅挨着地面（距离地面不得超过120米）安全飞行？为此，我们研发了基于高精度地形高程数据（DEM）的三维航迹规划模块，载入无人机控制系统中，只要预先告诉无人机怎么飞，它就怎么飞。经过不断磨练，我们终于掌握了复杂地形条件下的飞行控制技术，让无人机可以在任何地方携带“穿山镜”工作。在地形复杂克拉玛依试验区，我们只飞了13架次，完成了11600测线公里的测量任务，获得了2500平方千米的高精度探测数据。

从黑龙江多宝山的铜矿区转移至新疆克拉玛依的油矿区，我们使用的“穿山镜”与国内外使用的“穿山镜”有了些不同。以往的无人机航空物探，多是通过测量磁场来开展地质与环境调查。虽然全球大约90%的铁矿由磁场测量发现，但矿产中不止有铁矿，还有铜矿、金矿、铀矿，不仅需要金属的铀矿也需要化石的油矿，不仅需要探查宝藏也需要调查或者监测我们的家园所处环境的变化，因此就需要各种各样的“穿山镜”。在克拉玛依的油矿区，我们给无人机带上了另一种“穿山镜”，其镜片是特殊的晶体，能够测量放射性，不仅可用于探测铀矿和油矿，也能调查地质环境质量。2015年开始，我们在执行中国地质调查局“西北地区重要盆地和成矿带无人机航空物探资源调查”中，就同时使用磁场测量与放射性测量两种“穿山镜”。当然，这两种“穿山镜”还不够，科研人员们正在研究将测量大地电场、重力场等的“穿山镜”给无人机戴上呢！

目前，我国的无人机航空物探技术已挤身世界先进国家的行列，其应用不仅在国内，也走向了国外。我们的队伍已经在赞比亚、利比里亚执行无人机航空物探工作，仅与这两个国家的合同工作量就达到了20测线千米。可以说，我们对无人机航空物探在地质环境调查、矿产资源勘探中的应用信心满满。

（作者单位：中国地调局物化探所）