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    中国地质学会近日开展了第九届黄汲清青年地质科学技术奖的评奖活动。经过严格的评选程序,14位优秀的青年地质科技工作者获此殊荣。

    中国地质学会黄汲清青年地质科学技术奖分设地质科技研究者奖、野外地质工作者奖、教师奖。此次评选的14名获奖者中,孙有斌等6位同志获黄汲清青年地质科学技术奖——地质科技研究者奖;李常锁等7位同志获黄汲清青年地质科学技术奖——野外地质工作者奖,郭颖同志获黄汲清青年地质科学技术奖——教师奖。

    黄汲清是新中国地质事业的开拓者和奠基人之一。他一生始终把国家和民族的利益放在首位,坚持理论与实践相结合,在国内外地学界享有很高的声誉。他生前特别关注青年地质人才的培养。

    中国地质学会黄汲清青年地质科学技术奖是我国青年地质科技工作者的最高荣誉奖之一,这一奖项主要奖励45岁及以下,在地质科学领域有创造性科学成就或在地质勘查及地质教育中做出突出贡献的地质工作者,该奖项已在社会上产生良好影响。黄汲清青年地质科技奖每两年颁发一次。

    附获奖名单:

    地质科技研究者奖

    孙有斌,1973年10月出生,第四纪地质学专业,博士研究生,中国科学院地球环境研究所研究员。从事风尘沉积、古季风演化及粉尘源区干旱化研究,探讨了不同时间尺度季风-干旱环境的演化过程及动力学,揭示出太阳辐射、冰量和CO2变化及大西洋经向环流对轨道-千年尺度东亚季风变率的影响,确定了冰期-间冰期黄土物源变动与大气环流强度变化的关联。研究成果分别发表在Science、Nature Geoscience、Nature Communications、EPSL、QSR等国际刊物上,已发表SCI论文80篇(第一作者和通讯作者SCI论文32篇),论文被SCI引用3400余次,高被引指数(H-Index)为32。主持过国家重点研发计划和科技部973项目二级课题、中科院百人计划择优支持项目、基金委杰出青年科学基金等多项课题。曾获中国地质学会青年地质科技奖(2010年)、刘东生青年地球科学家奖(2011年)、中国科学院青年科学家奖(2012年)、国家自然科学二等奖(2016年,排名第2)。

    郭华明,1975年9月生,水文地质学专业,博士研究生。现任中国地质大学(北京)教授,博士生导师,水文地质学学科负责人,国家杰出青年科学基金获得者。国际地球化学学会会员,中国地质学会青年工作委员会副主任,国际SCI期刊Journal of Hydrology主编、Applied Geochemistry副主编等。先后主持国家自然科学基金项目、霍英东基金项目等30余项。发表论文120余篇,获批发明专利2项。曾入选教育部新世纪优秀人才支持计划(2007年)、原国土资源部国土资源杰出青年科技人才培养计划(2013年)、科技部中青年科技领军人才(2017年)等,获中国地质学会青年地质科技奖银锤奖(2007年)。郭华明紧密围绕高砷地下水的形成机理和治理技术领域的关键科学问题,开展了深入研究,揭示了典型水文地质单元高砷地下水的分布演化规律,发现了一些典型的生物地球化学过程和矿物相转变是控制地下水砷分布的重要过程;从水文地球化学和微生物学相结合的角度,揭示了地下水系统砷释放的铁氧化物和吸附态砷的微生物还原机制;定量描述了含铁矿物形成和转变对砷的吸附机理,发现内层络合的砷‐铁配位方式是关键吸附模式,揭示了与砷配位的铁原子数越多砷吸附量越大的微观机理。

    郭威,1979年11月出生,地质工程专业,博士研究生。现任吉林大学建设工程学院勘察工程系主任,教授,博士生导师。主持国家和省部级科研项目8项,发表论文59篇,出版专著3部,授权专利71件,获国家技术发明二等奖1项,教育部技术发明一等奖1项,获中国地质学会第十四届青年地质科技奖金锤奖、吉林省青年科技奖、吉林大学李四光地学优秀青年教师奖。成功研发了具有自主知识产权的陆域天然气水合物冷钻热采关键技术,为我国首次钻取陆域水合物和成功试开采提供了技术支撑。研发了局部化学法油页岩地下原位转化技术,地下原位成功开采出油页岩油,标志着我国油页岩资源利用技术取得突破性进展。

    黄雨,1973年4月出生,地质工程专业,博士研究生。现任同济大学土木工程学院教授、博士生导师,国家杰出青年科学基金获得者、教育部长江学者特聘教授。兼任《Engineering Geology》等4本国际期刊编委、中国地质学会工程地质专业委员会委员、构造地质学与地球动力学专业委员会委员等。

    黄雨长期从事重大工程地质灾害成因机理与防治研究,揭示了地震触发土体大变形流动的时空演化规律与致灾机制,构建了相关高性能计算模型,较好实现了灾害全过程的模拟与评估。主持国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划课题等项目;出版英文专著2部,发表SCI论文72篇、EI论文53篇;获国家发明专利授权10项,教育部自然科学二等奖、全国优秀城乡规划设计一等奖、宝钢优秀教师奖等。

    朱东亚,1975年10月出生,石油地质勘探专业,博士研究生。现在中国石化石油勘探开发研究院工作,研究员,主要从事沉积储层以及流体与成藏机理研究。他先后主持国家自然科学基金、科技部重点研发计划、中国石化科技攻关等各类科研项目(任务)10余项。在国内外知名期刊发表论文61篇,其中SCI收录18篇,EI收录21篇。2014年获中国地质学会青年地质科技奖金锤奖。

    此外,朱东亚还阐述潮坪-泻湖-高能滩相白云岩体系白云岩化机制和多级次岩溶储层发育动态过程;揭示深部流体作用下孔隙发育和保持机理,预测塔里木盆地断裂-热液区域深层-超深层优质储层持续向深部拓展;建立天然超临界CO2-油耦合成藏模式,论证苏北盆地深层栖霞组为有利勘探目的层。

    王晓梅,1977年6月出生,油气地球化学专业,博士研究生。中国石油勘探开发研究院高级工程师,中国石油油气地球化学重点实验室副主任。

    近十年主要从事中国元古代黑色页岩沉积环境、生物种群和生烃潜力评价等基础研究,发现地球轨道力控制了元古代烃源岩发育的旋回性,首次计算14亿年前的大气氧气浓度(PAL)高达4~8% PAL,重建最古老的最低氧化带海洋。在国内外一级学术刊物发表论文50篇,其中SCI/EI收录34篇,SCI统计引用293篇,其中他引258篇;CSCD统计引用213篇,其中他引197篇,(合作)发表专著2部。申请国家发明专利4项,获授权1项。相关成果获省部级奖4项,2015年获中国地质学会青年科技奖银锤奖,2016年获中国石油天然气集团公司杰出青年科技创新人才称号。

    野外地质工作者奖

    李常锁,1976年3月出生,水文地质工程地质专业,现任山东省地矿工程勘察院总工程师,工程技术应用研究员。自1999年以来,一直在野外一线从事水文地质、环境地质、地热地质调查研究工作。在山东省水生态环境开发与保护,济南泉水保护、服务地方经济、地矿科技创新等方面作出了重要贡献,产生了明显的经济和社会效益。

    李常锁主持完成的“山东省1∶25万区域水文地质环境地质调查”项目,系统深化了对山东省水文地质环境地质条件演化规律的认识,成果获国土资源科学技术二等奖;通过多项与济南泉水保护相关的研究,重新识别了泉水形成机理、水环境演化规律、定量评价了影响济南泉水喷涌的因素,重新划定了济南泉域边界。

    近20年来,李常锁先后主持及参加完成了30多个省部级科研与生产项目,获省部级一等奖1项,二等奖2项,发表学术论文30余篇(其中SCI收录2篇、EI收录5篇)。曾获中国地质学会第十四届青年地质科技奖银锤奖,2017年度“山东省有突出贡献的中青年专家”等荣誉称号。

    王小军,1997年7月毕业于石油大学(北京)石油地质勘查专业,2012年6月加入中国共产党。现任新疆油田公司勘探开发研究院党委委员、院长。

    王小军先后负责完成了中石油和新疆油田分公司等科技攻关项目或课题17项,其中主持完成项目8项。获省部级科技进步二等奖3项,局级科技进步特等奖2项,一等奖2项、二等奖3项、三等奖1项;出版专著1本,获软件著作权1项,发表学术论文21篇。2006年被新疆油田授予“勘探方案优秀设计者”等称号,2013年负责编制的《克拉玛依油田金龙2井区块二叠系油藏评价井部署意见》方案获“评价部署优秀方案”。2017年被《新疆石油地质》杂志聘为编委,2017年被克拉玛依校区石油专业指导委员会聘为委员。王小军同志带领的研究团队相继被授予自治区级“青年突击队”、集团公司“科技工作创新团队”、克拉玛依市“工人先锋号”、“五四红旗团(青)支部”等荣誉称号。

    胥燕辉,1974年12月出生,地质矿产勘查专业,硕士研究生,现任中国冶金地质总局第一地质勘查院总工程师,教授级高级工程师。

    胥燕辉自1997年参加工作以来,一直从事地质矿产勘查工作,主持完成了多项大型地质勘查项目,取得了重大地质找矿突破,尤其是在冀东铁矿勘查中成果显著,提交了多个大型及特大型铁矿,累计提交铁矿资源量近30亿吨,并系统研究了冀东铁矿成矿规律和有效的综合勘查技术方法,起到了很好的示范作用。曾获国土资源科学技术一等奖、中国地质学会十大地质找矿成果十大地质科技进展、冶金科学技术一等奖、中国地质学会青年地质科技奖银锤奖、中央企业青年五四奖章、中央企业青年岗位能手等荣誉。

    康世虎,1977年9月出生,资源勘查工程专业,硕士研究生,现任核工业二〇八大队地勘一处处长,研究员。

    多年以来,康世虎一直坚守在野外生产一线,致力于二连盆地铀矿勘查与科研工作,先后参加和主持了20多个铀矿勘查项目,发现了超大型、大型等多个铀矿床。主持发现了以哈达图大型铀矿床为代表的重大找矿成果,单孔最高平米铀量达63.77kg/m2,创造了二连盆地铀矿勘查史上单孔平米铀量最高记录。提出了多项创新性认识,建立了“哈达图式”铀成矿模式。

    康世虎先后获得国防科学技术进步二等奖一项、中核集团公司特等奖一项、一等奖两项、二等奖一项,中国地质学会十大找矿成果奖一项,获得中国地质学会第十四届青年地质科技奖银锤奖。

    张会琼,1982年12月出生,矿物学、岩石学、矿床学专业,博士研究生,高级工程师,现任北京矿产地质研究院科技处处长,中国地质学会副秘书长,中国地质调查局矿产资源绿色评价中心秘书长,中国地质学会青年工作委员会委员。

    张会琼长期工作在地质调查以及科技管理一线,主要从事成矿规律、找矿预测及地质调查等方面的工作,主持或作为骨干参与国家项目11项,获得省部级科技奖励6项,其中一等奖3项,“358”找矿成果一项。2017年获得中国地质学会第十六届青年地质科技奖金锤奖,公开发表文章34篇,著作1部,在新疆哈密卡拉塔格等矿山深边部找矿预测,探索创新矿产资源基地地质-环境-技术经济“三位一体“的综合地质调查等地质科技创新实践中取得了突出成绩。

    李鸿睿,1976年4月出生,地质调查与找矿专业,本科学历,现任甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院副院长、地质矿产勘查所所长。

    李鸿睿先后参与或主持完成了10多个区域地质矿产调查、矿产勘查项目。发表论文10篇(第一作者4篇、CSCD收录一篇)。

    此外,李鸿睿还先后获得2018年自然资源部国土资源科技进步奖二等奖、2014年中国地质学会十大找矿成果奖、中国地质学会第十五届青年地质科技奖银锤奖、第九届甘肃省青年地质科技奖、甘肃省职工职业技能大赛二等奖、甘肃省技术标兵、甘肃省地矿局第四届十大杰出青年、第二届全国地质勘查行业“最美地质队员”、甘肃省五一劳动奖章等奖项和荣誉。

    傅志斌,1973年12月出生,建设综合勘察研究设计院有限公司副总工,岩土工程研究所所长,教授级高工,全国优秀科技工作者,享受国务院政府特殊津贴专家,注册岩土工程师,注册一级建造师。主要从事工程地质和岩土工程专业研究和工程实践,在复杂地质环境条件下深基坑工程、软土和超软基加固技术及设备研制、岩土文物保护勘察与治理技术等方面做出了突出成绩。主持项目获国家、行业和北京市优秀勘察设计奖7次,中国产学研合作创新成果一等奖1次,詹天佑大奖和国家优质工程奖各1次。获国家发明和实用新型专利15项,全国发明展览会金奖1次。主编、参编各类规范标准9部。获中国地质学会青年地质科技奖银锤奖、全国优秀总工程师奖、茅以升北京青年科技奖、茅以升土力学与岩土工程青年奖等荣誉。北京市科技创新领军人才、百千万工程领军人才、北京市“高创计划”领军人才。住建部勘察设计行业“十二五”、“十三五”规划纲要主要起草人,住建部绿色施工科技示范公告主要完成人,全国勘察设计行业2010-2018年各年度发展研究报告编撰委员。

    教师奖

    郭颖,1973年3月出生,宝石学、矿物学、岩石学、矿床学专业,博士研究生。现任中国地质大学(北京)珠宝学院副院长,副教授,硕士生导师。主持并完成科研项目2项,国家级教研教改项目1项、北京市专业建设项目1项,出版专著20余部,光盘14张,编写并出版教材3部,包括北京市高校精品教材2部,独立完成国家精品视频公开课2门。获得中国硅酸盐学会青年科技奖提名奖;全国优秀科技工作者;北京市高等教学成果一等奖;北京市首届青年教学名师奖;中国地质学会优秀科学传播专家(3次);北京市青年教师基本功比赛(高校),文史组一等奖、最佳教案奖、最佳教学演示奖、最受学生欢迎奖;多次获评优秀共产党员、五四奖章等。

    此外,郭颖还开展以宝玉石颜色质量评价体系的研究,提出了宝石颜色比对的新方法,据此,发表学术论文60余篇,包括SCI论文9篇、SCIE论文1篇、国际EI论文26篇;专心教学,并发表教学法论文10余篇;投身科普,积极传播中国传统文化,并在多种媒体中发声。

    中国地质学会大力表彰举荐科技人才

    以矽卡岩型铅锌矿床为主的岩浆-热液型Pb-Zn矿床是世界上重要的铅锌矿床类型,提供了全球约11%的铅锌资源量。这类矿床的成岩成矿过程在时间上具有特征的多期多阶段性。然而,对于这一成矿过程各阶段流体是由单一岩浆流体独立演化而成,还是岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果,目前还存在较大的争议。

    纳如松多矿床位于冈底斯北缘多金属成矿带中段,是带内矿化类型最丰富、勘探开采程度最高的大型岩浆-热液型铅锌矿床。目前在该矿床内已识别出隐爆角砾岩型、矽卡岩型、矿层型和脉型四种矿化型式,控制铅锌资源量超160万吨(平均品位:Pb 5.32%、Zn 3.84%)。矿床内不同类型矿化均发育多个成矿阶段和不同的矿物组合,使之成为研究上述科学问题的理想对象。基于此,中国地质科学院地质研究所刘英超研究团队对纳如松多铅锌矿床进行了系统的野外调查和详细的岩相学观察,并结合原生流体包裹体显微测温和LA-ICP-MS原位成分分析、HCh热力学模拟计算等方法,取得了以下重要认识:

    一是纳如松多最具规模的矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化是同期热液流体产物,二者的成矿流体均为岩浆热液来源。流体包裹体显微测温和原位成分分析表明,矽卡岩型矿化成矿前流体具有高温高盐度特征,富含较高的Na、K、Pb、Zn元素;矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化成矿期流体性质相似,均具有中高温低盐度特征,且富含相似的Na、K、Pb、Zn元素(图1)。此外,两种矿化形式的成矿流体具有较高的Zn/Na、K/Na和Mg/Na比值以及较低的Ca/K比值,具有和岩浆流体一致的Cl/Br比值,表明纳如松多矿床的成矿流体来源于岩浆热液。矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化发育在同一成矿系统内。

    图1 纳如松多铅锌矿床不同矿化阶段流体包裹体成分的箱式图解

    二是纳如松多铅锌矿床各阶段成矿流体是由岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果。与成矿前流体相比,成矿阶段和成矿后阶段流体中的Cs/(Na+K+Mn+Fe)和Rb/Sr比值要高1~2个数量级,而流体中的Sr/(Na+K+Mn+Fe)比值存在相反的演化趋势(图2)。进一步通过HCh模拟计算的矿物组合和金属络合物相态发现,随着水岩反应的进行,成矿前热液流体中铅、锌金属络合物在所有温压条件下仍旧存在过饱和状态,无法以硫化物的形式沉淀;成矿期热液流体中的铅、锌络合物呈持续降低的趋势,并伴随有金属硫化物沉淀(图3)。表明成矿前和成矿期的热液流体并非是单一的岩浆流体独立演化形成,而是由岩浆房不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果,且成矿期的热液是经历了更加强烈的结晶分异作用的岩浆房出溶的流体所形成。

    图2 纳如松多铅锌矿床矽卡岩型矿化流体包裹体元素比值与均一温度关系图解

    三是重建了纳如松多铅锌矿床成矿流体演化及金属迁移沉淀过程。岩浆房早期出溶的超临界流体上升过程中始终保持高温状态,当运移到近地表1 km深处穿过气-液相线时,流体发生相分离形成高盐度的液相(42 wt % NaCl equiv)和低盐度、低密度的气相。随后这种高盐度流体运移到碳酸盐岩地层,并发生水岩反应形成进化矽卡岩阶段的石榴子石、辉石等矿物。这种由气相组成的小密度气流柱聚集在岩浆顶部,在上升过程中随着压力的骤降,在典中组火山岩地层中发生隐爆作用形成角砾岩筒。随着下伏岩浆房持续冷却和不断地分离结晶,晚期出溶的热液流体沿着不同的冷却路径上升。流体发生急剧的降温降压,当冷却到400℃时,浅地表岩石由塑性转变为脆性,外界条件由静岩压力变为静水压力,此时的流体穿过气-液相饱和曲线,热液流体发生沸腾作用,分离成大约4.5 wt % NaCl equiv的液相和低盐度的气相。此后,富含金属物质和硫的成矿流体向外围地层迁移,在岩浆顶部的隐爆角砾岩筒内胶结火山岩角砾,形成隐爆角砾岩型铅锌矿化;在远端碳酸盐岩地层中发生接触交代作用形成矽卡岩型矿化。

    图3 HCh热力学模拟矽卡岩不同阶段pH、Eh值、矿物组合及金属络合物图解

    该研究通过对冈底斯北缘多金属成矿带内纳如松多铅锌矿床开展原生流体包裹体显微测温和原位成分分析、热力学模拟计算等工作,揭示了岩浆-热液型铅锌矿床各阶段成矿流体是由岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果,研究结果对岩浆-热液型铅锌矿床的流体演化过程提出了新认识,对该类矿床的找矿勘查提供了新依据。

     
     
    岩浆-热液型铅锌矿床多期流体脉冲与成矿取得新认识

      (一)天然气水合物勘查与试采工作取得重大进展

       

    海域天然气水合物试采试气点火  

    该成果由中国地质调查局广州海洋地质调查局叶建良牵头,中国石油集团海洋工程有限公司、中国地质科学院勘探技术研究所、北京大学等科技攻关团队参与完成。该成果为我国海域天然气水合物第二轮试采实施做好了充分的理论与技术准备。其主要创新点:

    1. 在第一轮试采理论创新的基础上,不断深化研究,完善丰富了“系统成藏”和“三相控制”理论,为第二轮试采井位确定、工程实施、环境保护等提供了全方位的理论支撑。

    2. 攻克形成水平井试采技术装备体系,自主研发相关技术装备达到国际领先水平,部分技术装备打破国外垄断;自主开发了天然气水合物产能模拟与调控系统及流动保障软件,为试采提供了重要技术保障。

    3. 以“防控为主、监测并重”的理念,自主创新形成覆盖试采全过程的环境风险防控技术体系,建立了范围更大、手段更多、精度更高的大气、水体、海底、井下“四位一体”环境监测体系。

    4. 形成了一支涵盖地质、模拟、技术工艺及装备研发等学科、专业,涉及70余家科研院所、生产单位近千人的试采团队。

      

    (二)松辽盆地陆相页岩油调查取得重大突破

       

    沈阳地质调查中心与大庆油田松页油1HF井交接仪式          油气资源调查中心吉页油1HF井超临界二氧化碳压裂

    该成果由以中国地质调查局沈阳地质调查中心杨建国、油气资源调查中心徐兴友为首的科研团队共同牵头完成。其主要创新点:

    1.松辽盆地北部松页油1HF井获得日产14.37方工业油流;松页油2HF井获得日产10.06方工业油流;松辽盆地南部吉页油1HF井获得日产16.4方的工业油流。

    2.创新形成松辽盆地页岩油富集规律新认识,建立了目标优选综合评价体系,为相同类型页岩油调查提供借鉴。

    3.创新形成了水平井钻探和压裂试油两项陆相页岩油关键工程技术,应用效果显著。

    4.按“三位一体”评价松辽盆地青山口组一段页岩油资源量,证实巨大页岩油开发前景。

    5.调查成果为松辽盆地页岩油勘查提供示范,三口井移交油田公司进行试采,引领松辽盆地页岩油勘探开发。

      

    (三)二连盆地陆海地区砂岩型铀矿调查实现重大突破

    该成果由以中国地质调查局天津地质调查中心司马献章为首的科研团队牵头完成。其主要创新点:

    1.提交特大型砂岩型铀矿1处,矿体埋藏浅,矿石渗透性好,易于地浸开发,环境影响小,勘查开发成本低。

    2.创新了砂岩型铀矿成矿理论认识,提出了适合我国陆相盆地的“构造-油水界面-古河谷控矿”成矿新模式,为铀矿找矿靶区圈定和钻探工程布置提供了充分的科学依据。

    3.形成了较为完善的找矿技术方法体系。针对氡气测量数据采集和异常解释存在的难题,创新应用氡气-伽玛测量技术方法组合,结合重力-航磁-放射性测量等综合信息,快速发现并圈定矿体,大幅提升了找矿效率,全区钻孔见矿率高达80%。

    4.将理论和技术推广应用于二连盆地西部、准噶尔盆地南部和柴达木盆地西部等地区,均取得了良好的找矿效果。

      

    (四)我国首眼干热岩试验开发井(青海共和盆地)完井并成功试压裂

     

    青海共和盆地干热岩钻井现场

    该成果由中国地质调查局水文地质环境地质部组织中国地质调查局水文地质环境地质调查中心、中国地质科学院等单位实施完成,牵头完成人张二勇。主要创新点:

    1.完成国内首眼干热岩试验开发井施工,成功试验应用快速钻进施工工艺,探索形成高温硬岩高效钻进技术工艺,初步建立国内首个干热岩井测井技术体系。

    2.完成国内首例干热岩试验开发井试压裂,形成干热岩造储机理新认识和造储新工艺。

    3.创新干热岩压裂综合监测技术,建成干热岩压裂裂缝实时微震监测系统,研究形成干热岩压裂微震、电磁法联合监测技术。

    4.通过地面调查、物探、钻探、测井、地球化学分析、构造演化研究等手段,研究提出了共和盆地干热岩热源机制与成因模式。

     

    (五)深部地热探测与动态评价服务雄安新区地热规划开发取得显著成效

    雄安新区南北向地质剖面图

     

                                              D35钻孔现场                                      D35钻孔抽水现场

    该成果由以中国地质科学院水文地质环境地质研究所王贵玲为首的科研团队牵头完成。其主要创新点:

    1.提出“克拉通破坏+浅部古潜山三元聚热”理论,构建了雄安新区深部三维热储空间结构,阐释了古潜山的聚热成储特征及其对局部热异常的影响机制。基于此理论在雄安新区实现多处地热勘探突破,钻获华北地区产能最大地热井。

    2.突破以静态储量为基础的地热资源评价方法限制,提出考虑热流补给的采灌均衡条件下地热资源动态评价技术,明确了雄安新区采灌均衡的标准,地热资源勘查报告为新区首个全面施工的容东片区规划提供了支撑,有效服务雄安新区地热开发利用规划的编制。

    3.全面支撑雄安新区地热资源可持续开发。在新区范围内探获高于庄组深部热储第二空间,评价了热储的开发潜力,为新区地热可持续开发提供了稳定的后备资源保障。

      

    (六)探索完成全国、长江经济带、重庆等不同层级资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价并有力支撑国土空间规划

     

    长江经济带“双评价”图集成果样式         全国“双评价”图集成果样式

    该成果由中国地质调查局水文地质环境地质部组织中国地质环境监测院等单位实施完成,牵头完成人石菊松、乐琪浪。其主要创新点:

    1.完成全国、长江经济带、黄河流域和重庆等不同层级“双评价”试点,初步建立了资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术方法,提出了优化调整国土空间开发保护格局的规划建议。

    2.奠定了中国地质调查局在“双评价”支撑国土空间规划中的重要地位,也为全国地勘行业转型发展提供新路径。

    3.基于地质云搭建了“双评价”信息系统,初步实现了在线评价,有效提高了“双评价”工作信息化水平。

    4.先后承担和参与福建、西藏、辽宁、重庆、安徽、承德、大连、锦州、临沂、广安、宁德、榆林等省市“双评价”工作,初步打开了地质调查支撑服务国土空间规划工作局面。

      

    (七)地质工作服务海南、福建、承德生态文明建设取得重大创新

    承德市武烈河百公里生态与文化产业走廊规划建议

    该成果由中国地质调查局主导,中国地质环境监测院、武汉地质调查中心、南京地质调查中心等单位组织实施完成,牵头完成人郝爱兵。其主要创新点:

    1. 以福建省和承德市为例,建立了适用的“双评价”方法和指标体系,编制完成“双评价”报告和图集,为省级和市级国土空间规划和用途管制提供有力支撑。

    2. 探索开展地质资源环境与其它自然资源和历史人文等要素综合评价,为流域生态保护与产业发展、地质文化村(镇)建设提供了地球系统科学方案。

    3. 初步构建了“三位一体”的自然资源综合调查技术方法,形成服务生态文明建设的“承德模式”和基于地质成因规律的福建长汀水土流失治理模式。

    4. 以承德市和宜昌市为例,首次分析了地质建造对农业和生态格局的控制作用,为特色农业发展和生态保护格局优化提供了科学依据。

    5. 首次实现陆海一体化地下空间探测与评价,为海南省海口市江东新区规划建设提供了有力支撑。

      

    (八)长江经济带页岩气资源潜力评价基本完成

     

    长江经济带页岩气资源潜力分布图

    该成果由以中国地质调查局油气资源调查中心的郭天旭为首的科研团队牵头完成。其主要创新点:

    1.创新建立“页岩气分级分类资源评价技术方法与参数体系”,在长江经济带优选页岩气远景区131个和有利区120个。

    2.首次在长江经济带开展了地质条件、技术经济、生态环境“三位一体”页岩气资源综合评价,对国家生态要求禁止开发区内外资源进行了评价,采用勘探开发全成本法对页岩气资源进行了经济性分析。

    3.成果通过中国地质调查局组织的鉴定,戴金星、李廷栋院士等11位专家认为成果报告基础资料丰富、研究工作扎实、参数选取合理、技术方法得当、评价成果可信,“三位一体”综合评价实现了资源调查、科技创新与绿色生态发展的深度融合,对服务长江经济带建设和脱贫攻坚国家战略具有重要意义,是一项具有前瞻性和导向性的重大成果,达到国际先进水平。

     

    (九)新疆博格达山前带新区新层系油气调查实现重大突破

    新疆博格达山新吉参1井油气成藏模式及测气点火照片

    该成果由以中国地质调查局油气资源调查中心的高永进、周新桂为首的科研团队牵头完成。其主要创新点:

    1.首次在博格达山前带二叠系芦草沟组钻获高成熟度优质烃源岩,首次在准噶尔盆地南缘发现了二叠系和三叠系气藏,并获工业气流,实现2个层系油气调查重大突破。

    2.建立了博格达山前带“深层源储一体、连片分布,浅层构造-岩性为主、局部富集”的复式油气成藏模式,揭示了山前带“多层系、多类型、有序分布”的规律,系统评价二叠系油气地质资源量达14.76亿吨,勘查开发前景可观。

    3. 业内专家认为该成果是我国北方新区新层系新领域油气调查的一项重大战略性突破,拓展了准噶尔盆地天然气勘探开发前景,地质理论研究达到国际先进水平,充分体现了国家公益性油气调查工作的基础性、战略性和前瞻性,示范引领作用显著。

     

    (十)国家级地质灾害防治信息系统与30个省(区、市)实现互联互通与数据共享

    国家级地质灾害防治信息系统互联互通现状图

    该成果由以中国地质环境监测院李媛为首的科研团队牵头完成。其主要创新点:

    1.建立自然资源部和中国地质调查局协调领导,省级自然资源厅支持,环境监测院牵头,30个省级环境监测总站共同参加的地质灾害防治工作新模式,推动1+31的局省(院站)合作机制建设。

    2.创新异地、异主、异构分布式地质灾害数据库共享集成技术。①建立了基于专网和互联网+VPN的地质灾害数据双通道传输模式,保障数据连续、稳定、安全传输;②设立省级和国家级前置库,采用触发器技术实现地质灾害数据动态增量更新,利用ETL等中间件技术实现多源异构数据快速抽取、清洗、变换和集成。

    3.首次建立地质灾害数据动态更新质量评价系统,对数据传输通道状态、更新内容、更新频率等进行实时定量评价,并纳入国家地质灾害防治工作管理体系。

    4.完善全国地质灾害防治信息化建设技术标准,规范调查评价、群测群防、专业监测、工程治理和搬迁避让等地质灾害防治数据库建设要求,示范引领省级地质灾害数据库和信息系统建设。

      

    2019年度地质调查十大进展发布

    自然资源部的组建主要是为统一行使全民所有自然资源资产所有者职责,统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责,着力解决自然资源所有者不到位、空间规划重叠等问题,实现山水林田湖草整体保护、系统修复、综合治理。这里的“统一”、“整体”、“系统”、“综合”都源于自然资源的综合观,与此相关的另一个重要视角是动态观。因此,自然资源统一管理需要对自然资源的综合观和动态观有一个全面的认识。

    自然资源的内涵与分类

    1. 概念及其含义

    自然资源包括地球表面积(空间)、土壤肥力、地壳矿藏、水、野生动植物等。

    自然资源的范畴随着人类社会和科学技术的发展而不断变化。人类对自然资源的认识,以及自然资源开发利用的范围、规模、种类、数量和深度,都在不断发展,现在把环境质量和生态服务也视为自然资源,而且人们对自然资源已不再是一味开发利用,而是发展出保护、治理、抚育、更新等观念。

    自然资源与生态环境是两个不尽相同的概念,但具体对象和范围又是同一客体。因此有人把自然资源和生态环境比喻为一个硬币的两面,自然资源是人类社会从生态环境中获取的初始投入。同时,自然资源不仅是一个自然科学概念,也是一个人文社会科学概念。

    2. 自然资源的分类

    自然资源可划分为“可更新”与“不可更新”两大类。可更新资源是在人类时间尺度上可天然再生的有用物品。“可更新”是一个相对而不是绝对的概念,取决于人类认识和利用,某些“可更新”资源在一定时间周期和空间单元上可能被看作“不可更新”资源。可更新资源可分为两个亚类:一类为恒定性,太阳能、风能、光能、大气等,这些资源基本上是恒定的,不受人类利用的影响;一类为是临界性,如土地、森林、动物、水质等资源。临界性资源,若其利用强度不超过可更新能力,能保持自然再生;如果加以管理以人为地增加流量,还能维持较高的利用水平。不可更新资源,又称储存性资源,储存在地壳当中而且不可再生。这两类资源的划分相对的。

    自然资源的综合观

    1. 生态系统的整体性

    生态系统是由各种生态因子组成的一个整体,包括生物因子和非生物因子两大类。前者包括植物、动物、微生物,尤其是人类活动(狩猎、放牧、垦殖、灌溉、采伐、采矿、建设、污染等)。后者包括诸如气候(日照、温度、湿度、降水、风等),地质(地质构造、岩石、矿物),地形(地貌形态、高度、坡度、坡向),土壤(基质、质地、养分、水分、团粒结构、肥力)、水(水量、水质)等因子。

    生态系统内各生态因子之间相互影响,相互作用,相互依存,相互制约,其中一种因子的改变必然会引起其他一系列因子的改变。这种关系不仅存在于各非生物因子之间和各生物因子之间,也存在于生物因子与非生物因子之间。不仅环境作用于生物和人类,生物和人类也反过来影响环境。

    2. 生态系统服务与人类福祉的关联性

    生态系统服务是生态系统在自然资源生态过程中形成和维持的、人类生存和发展必不可少的环境条件与效用,是人类直接或间接从生态系统中获得的所有效益。生态系统给人类提供各种服务,包括供给服务、调节服务、文化服务以及支持服务。

    3. 自然资源利用的综合性

    各种自然资源的利用相互联系、相互制约,构成一个整体系统。例如,开发利用土地资源离不开利用水资源,开采和冶炼金属矿需要配合利用能源。更重要的是,开发利用一种自然资源会造成一系列生态环境影响。即使是不可更新资源,其存在也总是和周围的条件有关;特别是当它作为一种资源为人类所利用时,必然会影响周围的环境。如开采矿石使土地废弃,排出废物和消耗能源也不可避免地给环境带来影响。

    此外,各地区之间的自然资源利用也相互影响。

    由此可见,自然资源的整体性主要是通过人与资源系统的相互关联表现出来的。人类通过一定的经济技术措施开发利用自然资源,在这一过程中又影响生态环境,人与自然资源之间构成相互关联的一个大系统。

     

     

    图1 经济增长主导因素在不同经济社会发展阶段的演变

    4. 自然资源管理的统一性

    自然资源的综合性和整体性决定了自然资源管理必须是统一的。将国土资源部的职责,国家发展和改革委员会的组织编制主体功能区规划职责,住房和城乡建设部的城乡规划管理职责,水利部的水资源调查和确权登记管理职责,农业部的草原资源调查和确权登记管理职责,国家林业局的森林、湿地等资源调查和确权登记管理职责,国家海洋局的职责,国家测绘地理信息局的职责整合起来,将土地、矿产、湖泊、河流、湿地、森林、草原、海洋统统划到自然资源部之下进行综合管理。

    自然资源的动态观

    1. 自然资源的动态属性

    资源概念、资源利用的广度和深度都在历史进程中不断演变。一般说系统的结构越复杂,其对外界的干扰也具有较大的抵抗能力,而组成和结构比较简单的生态系统,对外界环境变化的抵抗能力则比较差。

    在“人类-资源生态系统”中,人类已成为十分活跃、十分重要的动因,系统的变动性更加明显。正的方面如资源的改良增值,人与资源关系的良性循环;负的方面如资源退化耗竭。人类应当努力了解各种资源生态系统的变动性和抵抗外界干扰的能力,预测人类-资源生态系统的变化,使之向有利于人类的方向发展。

    2. 资源价值随人类需要和能力的发展而变化

    自然资源本质上是自然环境和人类社会相互作用的一种价值判断与评价,是以人类利用为标准的。人类的能力和需要创造了资源的价值。虽然地球的总自然秉赋本质上是固定的,但资源却是动态的,没有已知的或固定的极限。迄今的资源利用史就是不断发现的历史,对基本自然资源的定义在不断拓展。

    历史上的技术革新,从原先无价值或未利用的自然物质中突然创造出各种资源。自然界中生态环境质量资源的价值虽然不直接伴随技术和经济条件而变化,但响应于人类价值、需求和生活方式的变化,而不断产生新的意义。随着人们越来越相对富足,他们才有能力将注意力转向非物质的生态环境价值。

    3. 主导自然资源的演进

    人类社会发展过程中,人口不断增多,生活水平不断提高,对自然资源的需求不断增加。同时,随着人类认识能力尤其是科学技术不断进步,自然资源的概念不断演进,对自然资源的开发利用,在种类、数量、规模、范围上都不断扩展。

    主导自然资源随社会发展不断演变。20世纪50年代以前,石油都采自陆地;现在人类已在海洋开采石油。其他资源的开采范围也在向海洋扩展,未来的人类很可能会到月球、火星上去开采资源。“洪水猛兽”曾被看作灾难,但当人类有能力驾驭它们以后,也可以变为资源。

    工业化以来,人类社会的资源结构、经济活动及其对生态环境的影响在不断发生变化。前工业化时期,主要开发利用普遍存在的天然资源(可称第一资源)。而附加了人类投入的自然资源(可称第二资源)如矿产品、农副产品等,在进入工业化初期时开始显现其重要性,在工业化中期更占主导。工业化后期,包括第一资源和第二资源在内的物质性资源地位逐渐下降,而智力、生态环境等非物质性资源地位逐渐上升,乃至占据主导地位。

    4. 资源承载能力的动态性

    承载能力最初是指一定范围内的生境(或土地)可持续供养的最大种群(或人口)数量。“可持续”意味着资源利用应限制在一定水平上,从而不使环境发生显著变化,而使资源生产力得以长期维持。

    资源承载能力受投入水平、技术进步等因素的影响,是动态变化的。生态系统处于不断的演替过程中,这种演替受多种生态因子影响。按其作用可归为两类因子:利导因子和限制因子。整个系统就是在这种组合“S”型的交替增长中不断阶梯式地演进和发展,不断打破旧的平衡,出现新的平衡。

    5. 自然资源在社会经济发展中作用的变化

    人类社会的发展先后经历了狩猎-采集文明时代、农业文明时代、工业文明时代,社会的经济总量在不断增长。进入工业文明时代以后,人类社会生产力水平大幅提高,人类利用资源、改造自然的能力大大增强。在工业文明初期,资本以其稀缺的特性和在经济发展中可以带来规模效益而成为该时期的主导发展要素。在工业文明中期,技术的优势逐渐显现出来,技术成为该时期主导发展要素。到了工业文明后期,随着计算机等各种通信设备的不断完善,信息逐渐在经济发展中上升为主导发展要素。由于工业文明时期人类社会的发展观基本上偏重于经济增长,导致人与自然矛盾日渐突出。人们在经济增长的同时,注意到与资源、环境和谐的必要性,人类社会的发展将不可避免地进人一个新的文明时代,即生态文明时代。以资源、环境相和谐为主要特征的“生态化”将在未来的经济发展中居于主导发展要素的地位(如图1)。

    这一演替规律表明,劳动、自然资源、资本、技术、信息以及未来的生态化先后成为人类社会经济发展的主导发展要素,在人类社会的经济增长中发挥重要作用。虽然主导发展要素不断更迭,但是这并不意味着先前的主导发展要素不再发挥作用;只是先前的主导发展要素不再居于主导地位,但依然起到重要作用,且其形式也随着经济的发展不断适应变化。对于一个当前处于工业化初期的区域来说,其经济的跨越式发展必须同时兼顾劳动力、资本、技术、信息、生态等多个主导要素的更替。

    回顾各生产要素在不同经济社会发展阶段中重要性的演变过程,可以看到,自然资源是经济社会发展的必要条件,但不是充分条件。在自然资源与经济社会的相互关系中,自然资源毕竟处于被动地位。自然资源只能提供人类活动的条件和可能性,只有依靠人类的努力,才能把这种条件和可能性变为现实。资源优势转化为经济优势的根本动力在人、规划管理和体制等经济社会条件。为什么在相似的自然环境下会出现生产力水平悬殊的情况?为什么自然资源和自然条件较差的一些国家和地区也能率先进入发达社会?这不是自然资源禀赋的差异所能够解释的。

    自然条件和自然资源的影响是不断变化的,而且变化是有规律的。制约这一变化的主导因素是生产力水平。生产力的发展水平左右着人与自然间的相互关系。生产力水平越低,人们对自然的依赖性越大。生产力水平越高,人们对自然的依赖性越小,人们利用自然的程度就越高。生产力水平提高的结果,并不是人们可以离开自然,而是更深入地利用自然。从这个意义上说,生产力水平提高以后,人与自然的关系更加密切了。

    总之,自然资源对一个国家经济发展和社会繁荣的重要意义自不待言,但在发展阶段不同的国家或地区,自然资源所起的作用却不尽相同。随着发展阶段的提升,自然资源的作用会逐渐减弱,而资本和人力资源的作用会越来越显著。

    (作者单位:蔡运龙:北京大学;王尧:自然资源部中国地质调查局发展研究中心。本文获授权发布)

    树立自然资源的综合观与动态观

    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

    :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。)

     
     
    国土资源战略研究的起点和基点

    当地时间2022年2月22日,美国地质调查局(USGS)公布了新的50种关键矿产目录,同时还表示,这份目录对美国经济和国家安全至关重要。

    矿业界研究人员梳理发现,美国地调局此次发布的关键矿产目录由2018年的35种调整为50种,新增了20种、剔除了5种。主要变化在于:一是把旧版目录中的“稀土元素”变为“铈、镝、铒、铕、钆、钬、镧、镥、钕、镨、钐、铽、铥、镱、钇”等15种矿产,“钪”作为稀土元素仍然单独保留,但是“钷”作为稀土元素没有进入目录;二是把旧版目录中的“铂族元素”变为“铱、铂、钯、铑、钌”等5种矿产,但是“锇”作为铂族元素没有进入目录;三是新增加了镍和锌等两种矿产;四是剔除了氦、钾、铼、锶和铀等5种矿产。

    矿业界研究人员表示,此次目录的变化显示出美国政府对稀土和铂族元素矿产资源的管理更趋于精细化;对于新增2种、剔除5种关键矿产的考虑仍值得深入跟踪研究。

    据了解,新目录是根据美国的《2020年能源法案(Energy Act of 2020)》的指示创建的。该法案规定,至少每三年,美国内政部必须审查和更新关键矿产目录。此外,美国地质调查局还负责更新确定潜在关键矿产的方法,通过联邦登记处收集跨部门反馈和公众意见,并最终确定关键矿产目录。

    去年11月,美国地质调查局曾经就此目录修订案公开征求意见,详情请见矿业界报道“美国政府拟修订关键矿产目录:新增镍、锌!”。

    “关键矿产在我们的国家安全、经济、可再生能源发展和基础设施建设方面发挥着重要作用。”负责水和科学的美国内政部助理部长塔尼亚·特鲁希略(Tanya Trujillo)说。“美国地质调查局数据的收集和分析着眼于关键供应链中出现的新问题,每三年确定一次美国当前面临的潜在的(矿产)供应中断的可能。”

    《2020年能源法案》将“关键矿产”定义为对美国经济或国家安全至关重要,但供应链非常容易中断的非燃料矿物或矿物材料。另外,关键矿产的特点还包括在生产一种产品方面发挥重要作用,这种矿产的短缺将对经济或国家安全产生重大影响。

    美国地质调查局表示,这份目录是动态的,而不是最终的,代表的是矿产当前的供应、需求、生产集中度和政策重点。美国地质调查局国家矿产信息中心主任史蒂文·福捷(Steven Fortier)在媒体发布会上表示:“矿产的临界状态不是静态的,而是随着时间推移变化的。”

    “2022年的关键矿产目录是根据最新可用的非燃料矿物商品的数据制定的。然而,我们一直在分析矿产市场,并开发新的方法来确定各种不断变化的关键矿产供应链风险。”美国地质调查局表示,新的关键矿产目录将成为正在进行的、对美国关键矿产潜力进行量化的研究的基础。

    以下为2022年关键矿产列表完整目录:

     

     
    美国政府公布新版50种关键矿产目录

    “锂”从山中来,仗剑走天涯

     邓伟 李成秀 冀成庆 徐莺 周雄

    1.“锂”的家族群

    1)锂(Li)

    锂的克拉克值为30ppm,是较分散而又广泛分布的元素,主要在岩浆结晶作用的晚期阶段富集在伟晶岩中;花岗岩中含量最高,其次是碱性岩。矿床中经常与铍、铷、铯、钽等有益元素共生。

    目前,已知含锂的矿物有150多种,呈独立矿物形式的有30多种,主要工业锂矿物有锂辉石、锂云母、透锂长石、磷锂铝石、铁锂云母等。川西稀有金属矿集区中的锂资源基本以锂辉石形式产出。

    锂辉石,化学成分LiAl[Si2O6]。一般Li2O含量7%左右;晶体呈柱状、板状、针状,颜色可呈无色、灰白、淡紫、淡绿、淡黄、宝石绿色;条痕白色;摩式硬度6.5-7;比重3.03-3.22。

    含锂矿物特征

    2)铍(Be)

    铍的克拉克值为6ppm,为显著的亲石元素。在花岗岩及霞石正长岩中的含量较高,在岩浆分异过程中富集于岩浆残液中,经常固结集中在岩石圈最上部,在地壳深部含量减少。

    世界上已发现的铍矿物和含铍矿物有60多种,常见的矿物约有40多种,主要的工业矿物有绿柱石、硅铍石(似晶石)、羟硅铍石、金绿宝石(铍尖晶石)和日光榴石。

    绿柱石,化学成分Be3Al2[Si6O18],一般BeO含量13%左右;晶体一般呈柱状,呈绿色、黄色、浅蓝色、红色;条痕白色;玻璃光泽或树脂光泽;性脆;硬度7.5-8;比重2.65-2.91。

    含铍矿物

    3)铌(Nb)和钽(Ta)

    铌和钽的原子构造类似,因此,两者在物理化学性质、地球化学性质及矿物学性质方面都很相近。铌、钽经常共生,在岩石和绝大多数矿物中铌和钽的含量此消彼长。在成因上与碱性岩有关的矿物中铌相对富集,与花岗岩有关的矿物中钽相对富集。

    铌在地壳中的丰度为3.2ppm,钽的丰度为2.4ppm。由于铌、钽的地球化学迁移行为不同,铌开始早、收敛晚,钽主要富集于晚期。所以铌矿物种类多,分布广;而钽的变种少,分布不广。目前,已知的铌、钽矿物和含铌、钽矿物有130多种,常见的有30多种。如铌铁矿-钽铁矿、钽铁矿、铋铁矿、褐钇铌矿、易解石、铌易解石、铌铁金红石、烧绿石、锰钽矿、重钽铁矿、黄钇钽矿、细晶石等。铌钽矿物基本呈黑-棕红色,半金属光泽、油脂光泽,少数为金刚光泽;比重大,因此可用重选方式得以富集;化学成分极为复杂。

    含铌钽矿物

    4)铷(Rb)和铯(Cs)

    铷在地壳中的丰度为90ppm。目前没有发现铷的独立矿物,呈分散状态,常以类质同象混入物出现在含钾矿物中。工业来源主要从富含铷的锂、铍、钾的矿物中提取。如锂云母中含Rb2O3%、微斜长石(天河石)中含Rb2O0.3%、铯榴石中含微量铷等。

    铯在地壳中的含量为20ppm。含铯的矿物有10多种,但铯的主要来源还是稀有金属伟晶岩中的铯榴石和锂云母。除此之外,铯还分散在其他矿物中,如绿柱石、黑云母、天河石和堇青石等。

    含铷铯矿物

    铯榴石,化学式Cs[AlSi2O6] nH2O。一般含Cs2O30%左右,晶体往往呈立方体、粒状及致密块状,无解理;颜色为无色、白色,有时带灰、粉红、浅紫等色颜色;性脆,硬度6.5-7;比重2.67-3.03。

    2.“锂”从哪里来

    1)传统矿山

    在您印象中矿山是什么样的?答案也许是偏远、荒凉、破旧的厂房,艰苦的条件,又或许是漫天尘土、泥浆满地、污水四溢,像这样又或许是那样……

    2)绿色矿山

    随着时代的发展和绿色矿山建设的推进,如今的矿山早已不再是从前的样子。先进的设备、一流的技术、现代化的厂房,一座座“花园式”的矿山正拔地而起。清洁生产,循环用水,大家再也不用担心环境污染了!

    3)“石头”变“电池”

    石头是如何变为电池的呢?锂辉石矿经过采矿进入选矿厂,选矿厂采用物理方法分选出含锂矿物,含锂矿物经过冶金处理成为碳酸锂产品,再由产业部门深加工,最终脱胎换骨成为电池。

    3.崭新“锂”程

    1) 锂之应用——走入寻常百姓家,健康美好新生活

    随着科技的快速迭代升级,锂在日常生活中的应用越来越常见。含丁基锂的橡胶轮胎更加耐用,寿命比原来提高了4倍以上,让驾车出行更加安心;锂动力电池驱动的新能源汽车逐渐进入普通家庭,成为城市代步、环保出行的首选之一;锂电池和其他锂产品在娱乐设备上也得到广泛应用,为我们的休闲娱乐生活开启了无限可能性;锂的应用在家中随处可见,它为我们提供了便捷舒适的智能生活。

    厨房里,添加了锂的电磁炉面板等玻璃制品,可以使其变得更轻、更结实、更耐溶。锂盐可为蔬果进行“健康护理”,防止西红柿腐烂和小麦锈穗病,让人们吃得放心、吃得安心。锂在医学保健方面也有新的应用,不仅可以强身健体,还能防治疾病,是人体健康的“守护者”。国外研究发现,锂与阿尔茨海默病存在关联,一款为中老年市场打造的天然矿泉水“锂水”就此诞生。而锂的用途还在不断拓展中,从交通工具到健康护理,锂的应用遍布我们生活的每个角落,改写了每一个人的生活方式。

    新世纪崭新的“锂”程指日可待。

    2) 铍之应用——让医疗成像、诊断和激光医学走到科技前端的金属材料

    铍,是仅次于锂的轻金属,主要是以铍铜合金和铍金属的形式广泛应用于航空、医学等领域,是新兴产业发展必需的战略性矿产资源。目前,世界上只有美国、中国、俄罗斯等国具有工业规模的从铍矿石开采、提取冶金,到铍金属及合金加工的完整铍工业体系。

    ①提高X射线成像效果

    因为铍金属既可以稳定地处理高温阻抗,又可以实现对X射线的高度透明,铍箔在医疗和科研X射线设备当中已经使用了很长时间。铍箔作为窗口来穿透聚焦的X射线,同时可以保持X射线发生管那一侧的真空环境。

    ②使低辐射成为可能

    铍箔仍是CT扫描和乳腺X射线成像等高分辨率医学成像设备中必不可少的材料。在新一代乳腺癌X射线成像设备中使用低辐射扫描可以得到更精细的肿瘤分辨率,使许多早期可治疗阶段的乳腺癌被及时发现,治愈乳腺癌成为可能。

    ③改善X射线光管强度和稳定性

    作为成像技术的前端科技,铍持续为满足X射线光管高强度、稳定性、抗高温、X射线穿透率等性能要求。

    ④光学激光器的小型化

    使用氧化铍的医学激光器可以帮助眼科医生为数百万患者恢复或改善视力。具有高导热、高强度、介电性能的氧化铍是唯一能控制微小高功率气体激光器的材料。

    ⑤简化外科手术

    铜铍连接器将精确的电信号传送到精密手术器械和最新的非侵入性外科技术的监测装置当中。这种技术减少了对病人的创伤和感染风险,同时加快了愈合和恢复的过程。

    ⑥分析血液

    铍还用于分析HIV和其他疾病的血液分析设备部件当中,给医生和病人提供所需的精确性和可靠性数据。

    3) 铌之新应用——冉冉升起的电子材料之星

    铌行业全球市场集中度非常高,目前全球最大的铌矿企业是巴西矿冶公司(CBMN),占据全球市场80%-85%的产量,主要从事铌产品的开发、工业化和商业化运营,是世界上唯一一家可以生产全系列铌产品(包括标准铌铁、特殊牌号铌铁、真空铌铁、真空镍铌、铌金属和五氧化二铌)的企业,对铌价格的走势具有较强的影响力,控制着全球铌产品扩产计划的进度。

    具有超导性能的元素不少,铌是其中临界温度最高的一种。而用铌制造的合金,临界温度高达绝对温度十八点五到二十一度,是目前最重要的超导材料之一。

    2019年,材料领域国际顶级期刊《自然材料》发表了复旦大学修发贤团队的最新研究论文《外尔半金属砷化铌纳米带中的超高电导率》。文章显示制备出二维体系中具有目前已知最高导电率的外尔半金属材料——砷化铌纳米带,电导率是铜薄膜的100倍,石墨烯的1000倍。此次制备出的材料砷化铌纳米带的电导率是铜薄膜的100倍,石墨烯的1000倍。业内表示,导电材料是电子工业的基础,现在最主要的材料是铜,已经大规模运用于晶体管的互连导线。

    4)钽之新应用——人体“亲金属”的神奇医学材料

    钽作为一种金属材料,具有优异的力学性能和抗疲劳特性,因此被广泛应用于医学领域,尤其是在骨科领域。它可以替代人体骨组织,起到承重作用,目前已在临床取得显著疗效。钽金属材料在与人体组织结合时,具有强度、生物相容性和稳定性等优点。因此,它比传统金属材料的人工置入物更具有优势,在医学领域的发展前景十分广泛。

    研究和临床应用表明,多孔钽金属具有比金属钛和钛合金更好的骨融合和骨传导性能,运用钽金属材料制作的仿生骨骨组织长入良好,骨性生物固定优良。未来,利用3D打印高致密度和高力学性能钽金属核心技术,将为我国在高端骨科植入物、医疗器械和难熔金属工业部件发展领域做出积极的贡献。

    不仅如此,将钽金属与其他金属材料结合应用在临床医学中也取得了十分重要的突破。很多金属材料因其独特的性能可用于医学领域,但是由于缺乏生物相容性,不能将其优点很好地应用在临床。为此,科研人员想到将耐腐蚀性强且稳定的钽金属涂覆在这些金属材料的表面,使那些有独特性能但原先忌于低生物相容性而不能用于临床的金属材料重新用于临床,并取得显著疗效。

    5)铷之应用——超视距精确授时,极佳光电传感器件制造

    全球独立铷矿床非常少,下游应用供应链受限,已成为全球对该元素发展的约束要素。铷是自然界一种最大光电效应的稀有分散元素,其合成材料在智能制造中逐渐开始发力。

    铷因其极佳的光电效应,在光电管、红外辐射仪表、太阳能光电池等器件制造方面均实现了重大革命性变革。据外媒报道,太阳能电池在通往最高效率的道路上正在不断改进中。德国国家可再生能源实验室研究人员开发了一种新的太阳能电池,为了改善用于吸收可见光的钙钛矿与用于吸收红外线的铜、铟、镓和硒的混合物两层之间的接触,研究小组在它们之间添加了一层铷原子,团队让电池的峰值效率达到24.16%。

    铷基设备材料精准计时功能助力集群医用设备同步获取精确时间信号。近年来,基于星载铷钟开发的网络同步时间服务器在国内卫生部门得到良好的推广,为医院提供标准的网络时间统计信息服务,也为局部辐射区域近万台网络客户端提供精度小于5毫秒的时间同步服务器,较大程度地改善了全区医疗机构网络系统,包括:医护人员的办公PC及医疗设备、走廊、大堂子钟系统等授时操作的统一性,充分实现了大数量集群精确医疗设备同步作业中时间的精准性保障。

    铷基量子传感器有望用于诊断房颤。心房颤动(AF)是一种导致心率异常的疾病,发作时心脏中传导的电生理信号易出现紊乱行为。目前,常规用于检测房颤的心电图受到灵敏度、时间等诸多限制。据一项发表于《应用物理学快报》的研究,科学家利用原子磁强计,通过基于铷的量子传感器接受信号,成功对导电率与生物组织相近的溶液进行电磁感应成像,可测出高导电性的区域。这项技术实现了非屏蔽环境下的小体积成像,且灵敏度较传统技术提高了50倍,为房颤的快速临床诊断带来了希望。

    固体废弃物如何变身宝藏?

    邓杰 邓善芝

    几个世纪以来,人类社会的快速发展基于对自然资源的使用与消耗。尤其是第三次工业革命以后,生物科技与产业革命的迅速发展,使人们对能源和矿石的需求量激增。同时,为满足迅速增长的社会需求,各行各业纷纷扩能扩产。2012年,国际民间组织“全球足迹网络”(GFN)及英国智库“新经济基金会”提出“地球生态超载日”的概念。“地球生态超载日”是指地球当天进入了本年度生态赤字状态,已用完了地球本年度可再生的自然资源总量。据测算,约从1970年起,人类对自然的索取开始超越地球生态的临界点。从过去数十年来看,几乎每隔10年这一天的到来就会提前1个月。

    资源过度开采和废弃物的无节制排放,造成越来越严重的生态环境问题。人类用碧海蓝天换来了现代社会的方便快捷和科技的快速发展。随着人们经济水平的提高以及对自身健康的重视,环境的重要性被越来越多的人认识。如何在保障人类需求的前提下,尽可能保护和改善环境,寻求资源环境和谐发展的解决方案,成为时下人们关注的重点。为节约资源、提高现有资源的利用率,资源综合利用的概念逐渐被人们所熟知。

    在资源开发利用及使用消费过程中,不可避免会产生伴生矿石、围岩及选矿尾矿等,比如钨矿中伴生的铜、铅、锌等含有稀有分散元素的矿物,氧化矿中的碳酸盐和硅酸盐类脉石、有机物生产中产生的废水、生活中的废旧金属和电池等,这些生产和生活废弃物中含有大量的有价金属、有机及无机盐类矿物质资源,将其直接排放到环境中,不仅会造成大量的宝贵资源白白流失,还会影响耕地质量、污染空气和水源,破坏生态环境。在资源开发利用和消费过程中,针对这些伴生矿物资源和生产生活中的废弃物开展回收利用,使其重新资源化,从而最大限度地实现现有资源的高效利用,可以称之为资源的综合利用。

    如何实现资源的综合利用?现阶段,资源的综合利用主要从三方面开展:

    一、在矿产资源开采过程中对共生、伴生矿进行综合开发与合理利用。

    煤炭被人们誉为“黑色的金子”“工业的粮食”,它是18世纪以来人类世界使用的主要能源之一。煤矸石是与煤伴生的一种含煤高岭土,过去采煤过程中产生的大量煤矸石一直被作为大宗固体废弃物堆放在煤矿周围。正如犹太经典《塔木德》中所说:“世上没有废物,只是放错了地方。”煤的伴生矿——煤矸石也是如此。煤矸石综合利用的途径很多,除了传统的利用途径,如回填煤矿采空区、铺路、土壤改良、做建筑材料和发电等。最新研究表明,煤矸石还可以作为下游精细加工业的原料。如,煤矸石经处理后可以作为橡胶填料,获得与炭黑相当的补强效果;还可以制备聚硅酸铝铁,用于处理造纸综合废水等;此外,煤矸石可以用于陶瓷、耐火材料、橡胶工业、涂料、塑料、4A分子筛、铝硅铁合金等十多个行业。

    二、对生产过程中产生的废渣、废水(液)、废气、余热余压等进行回收和合理利用。

    除矿石中的伴生资源外,矿石资源生产加工过程中还会产生大量的废弃物资源。以铜矿尾矿为例,研究表明,铜尾矿中除了可以回收有价金属元素铜之外,还可以回收非金属组分石榴子石、硅灰石等,并将剩余部分作为植物培养基等原料进行利用,实现铜尾矿的减量化和资源化。部分有色金属尾矿的主要成分为SiO2,且包含大量钙、镁等元素的氧化物,和市场上普遍运用的建筑材料的化学组成非常相似。尾矿用作建筑材料时加工方式比较简洁,能够有效解决成本和能耗问题。

    三、对社会生产和消费过程中产生的各种废物进行回收和再生利用。

    除开展矿山资源的综合利用之外,再生资源回收利用也是开展资源综合利用的重要方面。发展再生资源回收行业可以节省采矿、冶炼、电解等工艺环节,大量减少污染排放和能源消耗,也是降低资源对外依存度、推动我国生态文明建设的必由之路。中国是全球公认的制造业大国,然而近些年随着人口红利日益消失,以及环保成本的不断抬升,我国资源的对外依存度逐渐走高。在此背景下,大力发展再生资源回收利用产业,具有积极重要的战略性意义。

    现阶段,资源环境和谐发展之路仍然崎岖且漫长,人类需要开展更多的探索与实践。相信在不久的未来,资源综合利用方法和途径会越来越多,资源环境和谐发展之路必将越来越顺利。

    带你了解这朵“云”——地质云

    戴新宇

    “地质云1.0”闪亮登场,魅力初现

    “地质云”是自然资源部中国地质调查局主持研发的一套综合性地质信息服务系统,集地质调查、管理、共享、服务四大功能于一身,面向社会公众、地质调查技术人员、地学科研机构、政府部门提供丰富的各类地质信息服务。经过“地质云”研究开发团队艰辛付出,2017年11月6日,“地质云1.0”闪亮登场,迈出了“地质云”建设三步走的第一步。

    “地质云1.0”刚上线运行,就受到地质调查科技工作者的青睐,局系统内外正式用户达4000多人,日均访问量突破6000次,在地质调查管理和应急事件服务上体现出精准、快捷的特点。例如,在2017年11月18日西藏林芝市米林县发生6.9级地震后,“地质云”首次启动了应急服务工作机制,在2小时内线下完成震区地质图数据制作,仅用10小时就为应急救灾在线提供了震区区域地质图、国家地质资料馆藏涉及震区的地质资料,以及林芝地区卫星遥感影像图、震中300公里范围地质钻孔、林芝专题地质文献库等系列地质信息产品。毫无疑问,“地质云1.0”实现了地质调查数据共享破冰,为75个国家核心地质数据库的互联共享和2382个信息产品提供社会化服务。

    “地质云2.0”华丽转身,飒爽英姿

    在2018年10月18日召开的中国国际矿业大会上,“地质云2.0”宣布正式上线,完成“地质云1.0”云上数据资源和系统功能的全面升级,完成手机版地质云APP国家地质大数据共享服务平台研发,通过数据资源整合和信息系统集成,全面提升地质调查数据采集、汇聚、处理、分析、共享与服务能力,为新时代地质调查工作转型升级提供核心动力,及时、有效地满足政府部门、行业用户、社会公众等各类用户对地质信息的多元需求,以信息化带动地质调查现代化。

    “地质云3.0”鲲鹏展翅,大展宏图

    “地质云”建设三步走设想2020年上线运行“地质云3.0”。为此,地质云研发团队的科研人员做足了功课,全力以赴助推云平台、大数据、智能化“三位一体”建设应用迈上新台阶,为新时代地质调查工作转型升级提供核心动力支撑,建成分布式地质大数据中心,并在以下九个方面提供全方位综合地质服务:

    一是升级完善“在线化”调查系统、研发升级重要专业应用系统,初步实现在线化调查,构建立体式地质信息感知体系。二是显著扩大中大比例尺实体数据共享资源,精准开发地质信息系列产品,提供地质信息专题服务,提升“地质云”服务门户访问便捷性,加快构建地质信息共建共享云生态,基本实现在线化服务,显著扩大地质信息线上共享服务规模。三是升级地质调查业务管理系统,完善地质调查业务管理大数据辅助决策系统,强化在线化管理,支撑地质调查业务管理高效运行。四是推行地质调查在线化办公,支撑远程办公、便捷办公。五是通过攻关实现智能区调矿调、智能识别、智能管理、智能数据搜索引擎等智能地质调查技术突破,示范构建智能化工作模式。六是建立完善地球科学“一张图”大数据体系,更新维护国家核心地质数据库。七是采取优化地质调查网络、规范化运维“地质云”节点体系、加强网络安全建设等措施,建实地质调查基础设施与网络安全体系,保障安全稳定运行。八是完善地质调查信息化制度标准体系,支撑自然资源信息化建设。九是加强信息化人才队伍建设与国际合作,提升中国地质调查局在国内外的影响力。

    这就是中国地质调查局功能强大的地质云(Geocloud)!神奇的地质云(Geocloud)!

     

     

    用好这些珍贵的矿产资源

     

    倪化勇,男,38岁,博士,专业技术六级,成都地调中心水环室主任。专业方向:油环境地质

    解决资源环境问题或基础地质问题情况:

    全面开展了大渡河流域、雅砻江流域、汶川震区孕灾条件和崩塌滑坡泥石流发育分布等调查以及形成机理和成灾规律研究,涉及4个流域单元、10个行政县、1.5万平方千米,提升了西南高易发区地质灾害早期识别和区域特征认识。开展了成渝经济区沿江发展带长寿-忠县段工程地质环境地质调查以及长江岸坡稳定性评价,提出了川东红层边坡安全开挖利用模式。系统开展了金沙江下游重大水利水电开发地质环境响应调查和监测,对向家坝库区水岩作用和斜坡稳定性影响、库下水动力-输沙条件变化和水下地形影响进行了评价。探索开展了西部盆地型城市(成都)和山地丘陵型城市(长寿)城市地质调查,建立了天府新区成都直管区和重庆长寿三维地质结构模型。

    实现转化应用和有效服务情况:

    组织编制的《支撑服务成都市城市地下空间综合利用地质环境图集》和《支撑服务成都市城市地下空间综合利用地质调查报告》(2017)为成都市城市规划建设和地下空间宏观规划利用提供了地质支撑;组织编制的《支撑服务长江经济带发展地质调查报告(2015)》、《中国耕地地球化学调查报告(2015)》得到了国家领导人批示与社会各界广泛肯定,为国家重大战略实施和国土资源管理起到参考作用;编写完成的3个流域、8个县地质灾害调查报告、汶川和芦山地震应急调查报告、绵竹汛期地质灾害巡排查报告等成果为震后地质灾害避让、应急处置和恢复重建提供了地质支撑;积极开展9个县近万人地质灾害防治知识培训,提升了群测群防能力。

    促进科学理论创新和技术方法进步情况:

    系统建立了大渡河流域、安宁河流域和汶川震区泥石流发生的24h、1h时间尺度雨型体系和不同雨型下(短临降雨控制型、短临降雨主导型、前期有效降雨与短临降雨平衡型、前期降雨主导型)泥石流发生的临界条件和非线性预警模型;系统开展了冲沟型泥石流起动机理试验研究,揭示了雨强、雨水入渗、含水量、土体破坏失稳及泥石流起动响应;研究了震后泥石流起动机理与降雨、地形等起动条件的变化,从泥石流发生频率、规模、粘度、流速、流量、历时、堆积特征以及链式环境效应系统探讨了地震对泥石流的影响和地震诱发泥石流的特征;研究提出了矿渣型泥石流的分类体系、起动机理与动力特征;主编《地质灾害排查规范》,为相关工作提供了参考。

    促进人才成长和团队建设情况:

    形成了一支由30人组成的水工环地质调查研究队伍,建成了城市地质与环境地质、灾害地质与工程地质水文地质与地热地质三个团队,团队先后获得国土资源科技进步二等奖和中国地质调查成果二等奖各1项,先后培养全国地质灾害防治先进个人1名、中国地质学会青年地质科技奖银锤奖获得者1名以及国土资源部第二批杰出青年培养计划入选者1名。

    倪化勇

    李彦龙,男,28岁,硕士,专业技术十二级,青岛海洋所研究实习员。专业方向:天然气水合物试采

    解决资源环境问题或基础地质问题情况:

    首次建立了天然气水合物试采过程中储层泥砂从骨架剥落到运移产出的基本模式,提出了水合物试采出砂临界压降条件基本概念及其预测方法,基于模拟向首次水合物试采工程提出了“小步慢跑”的工程建议并被采纳,在试采降压方案控制方面起到重要支撑作用;创新提出不同生产模式下的出砂量预测方法,对我国首次海域天然气水合物试采过程中的出砂量区间进行预测并提出了工程建议;首次提出了“防排结合,以排为主”的工程设计思路,创新提出了南海水合物试采过程中以稳定储层为核心的“防粗疏细”式控砂精度设计方法,设计砾石层尺寸与实际应用结果一致,为我国首次海域天然气水合物试采的成功提供了有效保障与服务。 

    实现转化应用和有效服务情况:

    基于研究获得的出砂模式、出砂临界压降条件预测方法、出砂量预测方法在我国首次海域天然气水合物试采降压方案制定中得到了有效应用;井底控砂精度设计方法设计的充填砾石层尺寸为实际试采成功提供了有效服务。2016-2017年累计发表第一作者学术论文7篇,其中 SCI/EI4篇,累计申报国家专利15项(第一发明人8项),其中发明专利12项,国际专利1项,初步形成了天然气水合物开采过程中出砂管控技术专利集群,以专利集群的形式奠定地调局在天然气水合物出砂管控方面的领先地位。积极参与科普活动,2016-2017年累积进行科普讲解/报告4次。 

    促进科学理论创新和技术方法进步情况:

    首次提出天然气水合物开采出砂管理体系,创新将天然气水合物开采过程中的基本出砂模式、出砂临界压降预测方法、出砂量预测方法、井底控砂技术方案及井筒携砂流动设计有效融合,摒弃常规油气“防砂”理念的 思维约束,提出了新型的天然气水合物开采出砂管理方案;首次将“节点系统分析方法”引入到天然气水合物出砂管理体系研究中,形成了较为完善、以维持储层稳定性为核心理念的出砂管理体系分析方法。创新提出以整合大型商业化数值模拟软件、宏观多场耦合模型、颗粒级尺度微观模拟“三位一体”的水合物开采井出砂过程参数预测方法。首次提出泥质粉砂天然气水合物砾石-泥砂吞吐置换开采新技术和大孔径主井眼多分支孔开采新技术。 

    促进人才成长和团队建设情况:

    本人目前承担地调项目子项目一项,参加工作第一年即获得了国家自然科学基金、中科院重点实验室基金的资助,2016年度考核为优秀,获得地调局海域天然气水合物试采先进个人荣誉称号;目前已形成以本人为学科带头人,以青岛海洋所为核心,联合国内优势力量的以天然气水合物出砂管控研究为特色,兼顾泥质粉砂天然气水合物开采降压方案、产水管道保障等研究的水合物开采模拟团队;团队成员2017年度获得国家基金2项,省部级基金2项,1人获国家基金委资助赴新加坡国立大学交流,培养研究生6人,其中1名研究生基于本团队研究获得了国家奖学金,团队2016-2017年累积发表学术论文16篇。 

    李彦龙

    彝良县地处乌蒙山区,地质灾害问题突出,防灾形势严峻。中国地质调查局成都地质调查中心紧密结合彝良县提高群专结合防灾减灾能力需求,充分发挥技术优势,与彝良县国土资源局联合共建了黄家岩滑坡监测预警示范点。

    双方通过合作机制的探索与建立,推进彝良县地质灾害监测预警示范长效运行。在示范点建设过程中,成都地调中心利用中央财政进行典型地质灾害勘查的同时,负责监测方案编制和专业监测设备安装,为彝良县节约了地质灾害勘查与监测设备安装投入,提高了工作成效。在运行过程中,彝良县国土资源局利用地方财政和行政职责负责地质灾害监测示范点的运行、维护、管理和应急处置,监测数据实时传输双方共享,为成都地调中心基于监测数据综合分析深入研究滑坡演化机理和触发临界条件以及变形失稳与地下水位升降、土壤含水量变化、降雨响应等重要科学问题提供了数据支撑和观测平台,研究成果持续为彝良县地质灾害预警阈值确定提供技术支撑。

    彝良县黄家岩滑坡监测预警示范点于2017年8月23日建成并投入运行。11月23日,成都地调中心同彝良县人民政府进行了示范点建设与运行交流,并进行了正式移交。

    移交签字仪式

    彝良县黄家岩滑坡监测预警示范点移交仪式

    赠送锦旗

    彝良县人民政府向成都地调中心赠送锦旗

    探索共建合作机制 推进彝良县地质灾害监测预警示范长...

    从当年的“羊八井”到今天的雄安新区,地热——这一安全高效的清洁能源,一直在为人们改变能源资源结构和改善环境作出重要贡献。

    地热资源因其独特的优势受到了社会的广泛关注,就连不久前召开的2017中国国际矿业大会也首次开设了“非常规能源与新能源论坛”。论坛上,众多专家结合具体工作,就地热产业的发展尤其是京津冀地区(包括雄安新区)地热资源可持续开发利用的现状进行了研讨与交流。有专家表示,地热相关产业的发展目前迎来了黄金时期,其发展前景不可限量。

    据了解,今年初,国家发改委、国土资源部、国家能源局共同编制发布了《地热能开发利用“十三五”规划》。该规划明确,“十三五”时期,全国新增地热能供暖(制冷)面积11亿平方米;新增地热发电装机容量500兆瓦。到2020年,地热供暖(制冷)面积累计达到16亿平方米,地热发电装机容量约530兆瓦。2020年,地热能年利用量7000万吨标准煤,地热能供暖年利用量4000万吨标准煤。京津冀地区地热能年利用量达到约2000万吨标准煤。

    北京:城市发展需要地热“两能”

    “在北京,住宅能耗占总能耗的1/3,住宅能耗对PM2.5的贡献是1/5。所以,北京解决雾霾问题的根本之道是调整能源结构,提高可再生能源在一次能源中的比重。”北京市地质矿产勘查开发局副局长、中国地质调查局浅层地温能研究与推广中心主任卫万顺表示。

    卫万顺介绍说,浅层地温能和中深层水热型地热(简称“地热两能”)是典型高效的可再生能源,对于解决北京的城市可持续发展问题意义重大。据介绍,浅层地温能主要指蕴藏在地表以下一定深度范围内(通常为200米)的岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的热能,主要通过地源热泵技术加以利用,为建筑物解决供暖、制冷和提供生活热水;中深层水热型地热资源一般是指在地表以下几百米或至4000米左右内开采的大于25摄氏度的地热资源,按地热水的温度可分为低、中、高三类,北京主要是以中、低温地热资源为主,主要用于供暖、洗浴、医疗等。

    据了解,以目前地质勘查的情况来看,地热“两能”的资源潜力十分可观。就北京市来说,浅层地温能资源潜力可实现供暖面积约7.2亿平方米,但目前的开发利用仅有4000万平方米;中深层地热资源潜力可实现供暖面积约3亿平方米,但目前开发利用仅为200万平方米。从京津冀地区来看,浅层地温能资源潜力供暖面积约29亿平方米,目前利用仅为8500万平方米,中深层地热利用仅为7100万平方米。从全国范围内来说,浅层地温能资源潜力供暖面积可达320亿平方米,目前利用仅为4.3亿平方米,中深层地热也只有1.02亿平方米。

    “目前我们正在实施和完成了一批有重要影响的地热资源调查评价与研究项目,地温能项目总数31个,经费总额约1亿元。”卫万顺表示,近年来,在北京市地勘局、中国地质调查局浅层地温能研究与推广中心的主持下,北京市初步形成了包括资源评价、技术研究、产品开发、工程施工等各个环节配套完整的技术工作体系,在多个方面也取得了创新与突破。

    一是理论创新。开展了浅层地温能战略研究,引起了北京市政府和国土资源部的高度重视,首次开展了浅层地温能资源地质勘查工作,成立了中国地质调查局浅层地温能研究与推广中心;创立了浅层地温能地质学理论体系和浅层地温能勘查评价体系。

    二是工程创新。提出了“多源复合、适度调峰、集约优化”的设计理念和因地制宜、多能并举的发展模式,实施了一系列国内有重大影响的热泵系统,取得了明显的社会效益和经济效益。

    三是技术创新。加大力度建设浅层地温能重点实验室,提高理论研究与指导实践水平;开展了竖直换热器不同形式及参数的对比研究;实施的多个项目及相关成果获得了国家专利和国土资源部、北京市科学技术奖。

    四是标准创新。参与起草了国家标准《地源热泵系统工程技术规范》、部行业标准《浅层地热能勘查评价规范》;2015年主持起草并完成了两项地方标准《北京市地埋管地源热泵系统工程技术规范》、《再生水热泵系统技术工作规范》;主持起草了省级浅层地温能调查评价工作的技术要求。

    五是政策创新。首次将地热、浅层地温能、再生水热能的三能规划合一,起草了《北京市浅层地温能、地热以及再生水热能综合利用规划》;参与起草了2013年12月北京市6个委办局联合发布的《关于北京市进一步促进地热能开发及热泵系统利用的实施意见》等相关政策。

    天津:加强对使用清洁能源的引导

    天津地热勘查开发设计院(简称“天津地热院”)院长林黎详细介绍了天津市地热资源可持续开发利用的对策与建议。

    据了解,天津地热资源的勘查始于上世纪70年代,先后在王兰庄、山岭子等8个地热田开展了地热资源勘查工作,相关成果为天津市社会发展及大气污染防治和美丽天津的建设奠定了坚实的基础,同时也为我国地热资源勘查开发利用提出了重要的依据,为我国地热资源勘查评价规范的编制提供了重要的数据支撑和科学依据。

    目前,天津地热院正在开展“滨海新区深部地热资源调查评价”和“天津市宝坻区京津中关村科技新城地热资源保障性调查”等项目。

    “天津是首批‘中国温泉之都’之一,同时具有11个‘中国温泉之乡’和22个‘中国温泉之城’及多个开发利用示范单位。天津地热人正在为把天津市建设成为具有多层次、多方面示范效应的地热开发利用示范基地和温泉文化展示基地而努力。”林黎介绍说,截至2016年底,天津市地热供暖小区及公建项目共485个,供暖面积达到 2774万平方米(占全市集中供暖面积的 6.7%);地热开发创造直接经济效益8.3亿元/年,创造间接经济效益4.6亿元/年,带动直接和间接从业人数约 5500 多人;地热利用相当于每年节约标准煤 59.02 万吨,减少二氧化碳排放量 140.8万吨。

    林黎表示,尽管天津市地热资源开发利用取得了举世瞩目的成果,但也存在着勘查精度有待提高、采灌不平衡、利用技术和工艺水平需要不断提高、精细化管理水平需要提升等问题和不足。针对下一步工作,林黎也提出了建议。

    在保护方面,要加强热储回灌——特别是砂岩热储研究,同时通过单井整合、批新带老、补建回灌井等方式,努力实现采灌平衡,加强地表水回灌技术的推广应用。

    在利用方面,积极推广应用地热梯级利用技术,坚持地热资源开发利用方案审查制度,不断提高资源利用率;以中心城区和滨海新区核心区为重点,通过建立能源站等集中开发利用模式,实现多能源科学合理配置。

    在管理方面,制定完善《天津市地热资源管理实施办法》,编制《天津市中低温地热资源节约集约利用评价规程》,建设“天津市地热资源预警预报信息平台”;同时,加强管控力度,坚决打击黑井,杜绝非法开采现象发生;对水位埋深和降幅较大地区减少投放矿权数量;强化区级政府矿管部门管理力度,增加回灌督查频率;建立预警预报系统,结合地热井井身结构、不同热储层水位临界值进行预警预报。

    在政策引导方面,要多方面筹措资金,支持地热资源的勘查、集约节约利用和资源保护等工作;继续执行回灌部分减免70%资源税的优惠政策;利用地表水进行回灌的,可按照增加回灌量的50%申请增加年度开采指标;落实“利用地热能供暖制冷的项目运行电价参照居民用电价格执行”的政策。

    雄安:以雄县模式带动雄安模式

    据记者了解,2009年,雄县人民政府与中国石油化工集团旗下的新星石油有限责任公司签订了《地热开发合作协议》。自此开始,雄县就走上了一条独有的清洁发展之路。目前,雄县供暖已经基本实现了二氧化碳、二氧化硫、粉尘“零排放”,每年可替代标煤12万吨,成为中国首个“无烟城”。雄县地热发展的模式——“雄县模式”也已经得到国家能源局、各级政府及社会各界的广泛认可。

    有专家表示,地处华北平原的河北雄县以地热供暖上规模、资源开发利用取热不取水、尾水百分百回灌而著称。时至今日,雄县的地热开发利用模式不仅是国内的标志性工程,在国际社会也享有盛誉。在中央决定成立雄安新区,且将雄县、容城、安新划归雄安新区之后,雄县模式一定会有更大的发展空间。可以预见,随着雄安新区建设步伐的加快,一种全新的地热利用的雄安模式也将逐渐浮出水面。

    据中国地质调查局水文地质环境地质研究所副总工程师王贵玲透露,目前中国地质调查局已经完成了全国336个地级以上城市的浅层地温能调查工作。调查结果显示,全国地热开发利用条件最好的地区在川西,而东部地区开发利用条件最好的地区是华北平原的京津冀地区,具体来说就是雄安新区。资源量方面,我国地热年可采资源量能达到25亿~26亿标准煤,可谓十分丰富。

    “雄安新区位于京津冀腹地,习近平总书记说这个地方是蓝绿交织、清新明亮、水城共融。我们要最大程度地把清洁能源和可再生能源规划到雄安新区的建设中,创新能源结构模式,这样才能更好地实现生态环境、生态城市的建设。”王贵玲表示。

    京津冀地热发展迎来黄金期

    2017年8月18日,中国地质调查局武汉地质调查中心承担的“三峡地区万州-宜昌段交通走廊1∶5万环境地质调查”二级项目(以下简称“万州-宜昌项目”),在湖北省秭归县开展野外地质调查工作时,发现长江三峡库区秭归县棺木岭危岩体存在重大险情,项目组技术人员随即向秭归县国土资源局报告了险情及应急处置建议。当地政府得知情况后,第一时间察看了危岩体险情,并采纳了项目组有关应急处置建议,及时启动应急预案,撤离了附近居民及船只。同时,为确保九畹溪及长江航道安全,加强了巡查巡视工作部署。

    针对该危岩体出现的险情,“万州-宜昌项目”技术人员高度重视,组织召开内部技术研讨会,利用自行研制的涌浪模拟软件,对该危岩体可能产生的涌浪高度、传播路径、影响范围等进行研判,划定了涌浪预警分区,提出了应急处置具体建议。2017年8月29日,武汉地调中心将棺木岭危岩体重大险情、危岩体详细调查及评价报告分别函告湖北省国土资源厅、秭归县人民政府,提出“加强监测,制定防灾预案,专家会商,应急治理”的处置意见。2017年9月1日,武汉地调中心邀请国土资源部地质灾害应急技术指导中心专家,对棺木岭危岩体重大险情进行了现场会商。专家组高度肯定了项目组前期调查成果与评价结论,认为提出的危岩体位移监测与裂缝监测方案可行,支墩+清方+锚固的治理方案合理,并要求当地政府尽快组织开展施工设计、实施治理。

    武汉地调中心“万州-宜昌项目”本着提高对诱发地质灾害环境条件和岩土体工程地质条件的认知程度和水平,不断总结和深化对地质灾害规律的认识。2016年10月发现秭归县棺木岭有山体开裂现象,认为已经形成危岩体。2017年8月对该危岩体开展复查时,发现基座岩体压裂破碎加剧,浪蚀作用掏空深度延伸,裂缝进一步扩大,危岩体已处于临界失稳状态。危岩体一旦失稳倾倒,约5万方岩体将激起巨大涌浪,会直接威胁旅游码头设施、游客、居民及航道的安全。

    棺木岭危岩体重大滑坡涌浪险情的发现与预警,得到有关地方政府的高度赞扬,充分彰显了地质调查支撑服务经济社会发展和防灾减灾的公益性作用和地位。

    危岩体裂缝

    基座岩体压裂破碎                                危岩体基座掏蚀岩腔

    175m水位河道最大浪高分布图                        175m水位航道涌浪预警分区

    武汉地调中心发现重大滑坡涌浪险情并提出预警监测和...