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    阅读提要

    ◆页岩气开发,还有待各项鼓励和监督政策的引导和支持,开发的关键技术仍有待突破

    ◆资源节约与综合利用的理念仍要不断加强,建立矿产资源勘查开发保护系统观

    ◆系统评价资源本底的综合地质特征和资源环境承载力,为京津冀协同发展提供重要支撑服务

    我国极具开发潜力的新能源有哪些?我国矿产资源综合利用的潜力有多大?京津冀一体化协同发展如何应对资源环境约束?4月25日,中国地质调查局围绕第46个地球日“珍惜地球资源转变发展方式——提高资源利用效益”主题举办的中国地质调查成果主题报告会上,三位工程首席专家为来自国务院相关部委、国土资源部相关司局、在京地质调查行业单位、大型矿业企业以及大专院校等各方代表,带来一场内容丰富的有关地球资源利用的知识盛宴。

    三位科学家从我国国土资源国情出发,讲述了中国地质调查局在提高资源利用效益方面取得的卓越成果以及今后工作的着力点。透过这些成果,我们看到了地质工作者为提高资源利用效益所作出的努力,也看到他们力图通过自己的努力,让蓝天常在、青山常在、绿水常在的美好愿景。

      新能源开发利用

      更低碳、更环保

    当前,我国经济换挡升级,能源和其他重要矿产资源的需求总量仍居高位,但需求结构发生重要变化,以低碳、绿色、环保为特征的新能源、新材料等战略性新兴产业的迅速崛起,促进能源消费结构的重大调整,并带动以锂、钴、三稀等为代表的新能源、新材料矿产品需求增长。

    中国地质调查局油气资源调查中心副主任翟刚毅在报告中介绍了我国目前极具开发潜力的几种新能源。

    页岩气,是一种清洁、高效能源。美国依靠页岩气开发技术的突破,2009年以6240亿立方米的产量首次超过俄罗斯成为世界第一大天然气生产国。这也让页岩气逐步走入公众视野,并日益受到关注。

    据翟刚毅介绍,全球页岩气技术可采资源量与常规天然气可采储量相当,约187万亿立方米,我国的页岩气储量在世界位居首位,地质资源量达134万亿立方米,可采资源量25万亿立方米(不含青藏区),其中四川盆地储量最高,其次为鄂尔多斯盆地和松辽盆地。截至2014年,我国共有页岩气探矿权54个,勘探面积17万平方千米,页岩气产量13亿立方米,今年有望达到65亿立方米。四川盆地海相地层页岩气勘查的突破,最为振奋人心。目前,在重庆涪陵区块已形成10亿立方米的年生产能力,实现了我国首个大型页岩气田的规模开发。鄂尔多斯、四川和柴达木盆地的陆相地层勘查也取得了重要发现。

    翟刚毅指出,作为我国未来重要的接替新能源,页岩气的开发,还有待各项鼓励和监督政策的引导和支持;开发的关键技术仍有待突破,水力压裂、压裂液、水平井等核心技术亟待加强研究攻关;与页岩气开发相应的环境问题更要予以关注,切实做到利用新能源,造福全社会。

    翟刚毅介绍的第二种非常规清洁能源,是天然气水合物。达到全球已知煤炭、石油和天然气资源量总和两倍,可满足人类1000年需求的资源量,使得天然气水合物成为新能源大家族中的翘楚。目前,全球共发现132处水合物产地,其中冻土区9处。

    我国可燃冰主要分布在南海、西北冻土区及东北冻土区。南海水合物自2007年取得突破后,2013年通过实施23口钻探井,控制水合物分布面积55平方公里,折算成天然气,控制储量为1000亿~1500亿立方米,相当于一个特大型常规天然气田规模。祁连山冻土区2008年首次发现天然气水合物,并得到室内激光拉曼检测结果的证实。

    另一种资源量巨大的清洁能源就是干热岩。这种赋存在地下深部具有高温的岩体,主要被用来提取其内部的热量。据初步估算,我国陆区3~10千米深处的干热岩资源量,为860万亿吨标准煤燃烧所释放的能量。

    锂是作为火箭、导弹、宇宙飞船燃料的最佳金属之一。1千克锂通过热核反应放出的能量相当于2万多吨优质煤燃烧的能量。我国已探明的锂资源储量约为540万吨,约占全球总探明储量的13%。相对于国外80%碳酸锂产量来自盐湖卤水,我国目前80%的碳酸锂为矿石提取。而值得指出的是,我国锂资源的85%以上为盐湖锂。由于卤水多具有较高的镁锂比,盐湖锂提取技术瓶颈难以突破,我国卤水锂开采远落后于发达国家。翟刚毅指出,未来加快对卤水锂提取技术的研发,是我国锂资源开发的重要方向。此外,在加工环节,资源利用率仍有待提高。延长锂产业链、发展多元化产品是提高资源利用率、实现循环经济是未来的方向。

      矿产综合利用

      潜力巨大、任重道远

    我国矿产资源禀赋的特点,决定了新常态下必须加大综合开发利用的力度。来自中国地质调查局郑州综合利用所所长冯安生的报告显示,我国矿产资源综合利用的潜力巨大。

    冯安生在报告开始就指出,矿产资源综合利用并不仅在矿产资源利用阶段实现,而是要贯穿矿产勘查开发的全过程。在勘查早期阶段,通过工艺矿物学研究判断矿产资源的可利用性;在矿产普查阶段,通过实验室试验和概略研究初步判断资源经济潜力;在矿产详查阶段,通过实验室扩大连续试验,确定可能的矿产方案产品,通过预可行性研究确定资源的经济属性;在矿产勘探阶段,通过扩大连续试验和半工业确定产品方案和配套工艺技术条件,通过可行性研究和环境影响评估,预测资源的生命周期;在矿产开发阶段,通过技术进步提高资源价值,减少环境扰动,通过产品方案优化,提升产品功效。

    那么,我国矿产资源综合利用的潜力有多大?冯安生用详实的数据予以说明。

    我国已开发利用的141种矿产中,有87种是共伴生矿,占总数的61.7%。85%以上的金属和非金属矿中都有共伴生元素,尤以铝、铜、铅锌等有色金属矿床为多。但从综合利用的角度看,共伴生矿产资源则成为我们的优势。通过高效的选冶分离技术,就可“一矿”变“多矿”。比如:我国91%的钒资源分散在其他矿床之中,银有2/3是铅锌矿的伴生矿、l/3是铜的伴生矿;白云鄂博铁矿中共含有71种化学元素、114种矿物,伴生的稀土金属储量占我国总储量的90%,占世界总储量的80%;攀枝花铁矿是由40多种化学元素、20多种矿物组成的伴生矿,其中钴的储量占全国的90%以上,钛储量占全国的80%以上……

    我国还有存量巨大的尾矿资源。截至2011年底,我国尾矿累计堆放量120亿吨,目前并且还在以每年几亿吨的速度增加。

    冯安生指出,随着资源综合利用技术水平显著提高,我国矿产资源开发利用步入了新阶段。主要表现在,矿产开发利用“三率”水平的提高,延长了资源保障年限,萤石、铝土矿、锑、铁、石墨、磷、锰等10个余种矿产的入选品位已低于地质品位;矿产资源产业集中度明显提高,钾盐、钼矿、铜矿等大型矿山的采矿量占比及选矿厂处理量占比均达到70%以上;矿业废弃物循环利用及共伴生矿产综合利用都取得了显著进步。

    尽管我国矿产资源综合利用水平有了较大提高,但依然任重而道远。冯安生指出,我国矿产资源禀赋制约了我国矿产资源的全球竞争力,目前仍有91.55%的固体非能源矿产必须经过选矿才能有效利用;部分矿种精矿品位显著下降,造成后续作业能耗显著升高;共伴生矿产利用仍有巨大潜力待挖掘;矿业活动从粗放走向绿色化,从单纯矿业开发走向提高资源利用效率,使得新能源资源比以往更加要求可利用性评价,高纯、高性能的矿产品能否合理地被提取变得更关键。

    冯安生最后强调,资源节约与综合利用的理念仍要不断加强,建立矿产资源勘查开发保护系统观。从提高矿产资源利用率转变到提高矿产资源利用效率上,要创建以资源综合效益为中心的开发利用模式;从矿产资源勘查转变到矿产勘查评价一体化上,要营造市场经济条件下的勘查评价新机制;从勘查开发并重转变到统筹勘查开发保护上;要从行政管理转变到管理与技术监督结合上来,减少和杜绝矿产资源勘查开发中履约保证失控,促进企业行为规范符合探矿证、采矿证、开发利用方案等约定要求,从而提高矿业的管理水平。

      人地和谐

      京津冀协同发展有地质保障

    如何促进人地和谐,是生态文明建设的重要课题。中国地质调查局针对京津冀地区城镇和基础设施规划建设、地质灾害防治、绿色农业发展、生态环境保护、水资源管理等需求,充分利用已有资料,系统评价资源本底的综合地质特征和资源环境承载力,编制完成《京津冀地区国土资源与环境地质图集》,提出了合理利用国土资源的建议,为京津冀协同发展宏观决策和规划编制提供了重要支撑服务。

    报告会上,中国地质调查局天津地调中心马震研究员,结合京津冀资源、环境现状,对京津冀一体化国土资源系列图件进行了详细解读。马震指出,京津冀地区面临水资源短缺、地下水超采严重、地面沉降、地裂缝等问题,但土壤质量良好,浅层地温能资源丰富。

    据马震介绍,为服务于城镇与重要基础设施规划建设而编制的地质适宜性建议图,从地质安全角度出发,综合考虑地震与活动断裂、地面沉降、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷对工程规划建设的影响,划分出不同类型适宜区供规划建设决策参考。

    地质灾害分布与易发程度分区图,划定出9万平方千米的沉降区,其中严重沉降区面积约2.53万平方千米;发现地裂缝主要分布在河北平原区和北京平原区;西部山区及北部山区发生的地质灾害有崩塌滑坡泥石流及地面塌陷。

    重要湖泊湿地修复建议图,将2007年遥感影像解译的湿地分布区定为现状湿地分布区,1975年遥感影像解译的湿地分布区定为湿地修复建议区,五湖及周边的洼地区定为宜湿地修复区。

    土壤质量地球化学分布图显示,京津冀地区良好以上等级土壤占全区80.89%,其中优质级占1.72%、优良级67.1%、良好级12.07%。

    绿色农产品产地适宜性评价图,根据土壤汞、镉、砷、铬、铜、铅等含量及有机质、全氮等养分指标,将土壤种植绿色农产品的环境适宜性分为3级,其中适宜区面积为9.6万平方千米,占全区面积的97.01%。

    此外,天津地调中心还与中国土地勘测规划院合作开展了京津冀地区资源环境综合承载力研究,为京津冀地区国土规划编制提供直接地质资料支撑。

    据马震介绍,今后中国地质调查局将持续开展京津冀地区地质调查,开展区域地下水资源开发保护和地下水严重污染区治理修复,重点规划建设区地质资源与地质安全保障,地面沉降、地裂缝等环境地质问题监测与防控,主要活动断裂及区域地壳稳定性调查评价等,并建立地质环境综合监测体系和三维可视化地质环境信息平台,为京津冀一体化协同发展提供地质保障。

    让蓝天常在绿水长流

    近日,由中国地质调查局岩溶地质研究所油气古岩溶研究团队承担的中石化西北油田分公司科技先导项目《顺北1井区奥陶系断溶体油藏岩溶特征研究》顺利通过甲方组织的中期评审。

    岩溶所研究团队基于将今论古地质思维,针对顺北1井区断溶体油藏储层发育特征及成因机理先后开展了奥陶系岩溶作用背景研究、地表典型断溶体描述与结构模式建立、奥陶系岩溶缝洞发育特征研究等工作。

    通过以上研究厘定了顺北1井区岩溶作用期次,认为存在一间房组顶面准同生岩溶作用、良里塔格组顺层-断裂复合控储岩溶作用、前志留系桑塔木组覆盖埋藏岩溶作用和海西晚期二叠系热液岩溶改造等4个期次。其中对本区一间房顶面以下80-110米放空漏失段起控制作用的为良里塔格组顺层-断裂复合控储岩溶作用期。

    同时建立了地表不同性质、规模断裂控制下的断溶体发育结构模式,进行了顺北地区井下对比应用。认为拉分断裂控制下的岩溶缝洞系统最为发育,在断裂带上盘破碎带以发育地下河系统、厅堂型溶洞为主(SHB1-1H);走滑断裂次之,以发育高密度构造诱导缝为特征,在地下水集中径流排泄区,可形成地下河系统(SHB1-4H);强挤压逆冲断裂岩溶发育程度相对较差,上升盘较下降盘好,未被方解石等钙泥质致密胶结的断层核部可发育地下河系统(SHB1-5H)。

    以上研究成果对指导塔里木盆地断溶体油藏的精准高效勘探具有重要的理论意义。下一步,研究团队将重点针对断溶体油藏缝洞体雕刻、岩溶储层发育模式建立等方面开展科技攻关。

     

    塔北地区良里塔格组顺层-断裂复合控储岩溶作用模式 

     

    桂林现代岩溶断溶体模式与SHB1-1H井断溶体发育模式对比 

     
    岩溶所助力断溶体油藏勘探开发

    大陆地壳的形成与演化一直是固体地球科学领域最核心的科学问题之一,其中,造山带过程中的岩浆作用是核心内容之一。以中亚造山带和美洲科迪勒拉造山带为代表的增生造山带,地壳的生长与显著的新生弧岩浆作用有关;以特提斯造山带为代表的碰撞造山带,由于其强烈的大陆俯冲-碰撞作用,使得早期的新生的岩浆记录并不明显,因此,碰撞造山带的大陆地壳增长过程一直被认为主要与古老陆块的增生有关。近些年,在特提斯带中段的藏南冈底斯带发现有新生弧岩浆作用发育,而对于特提斯带最东段是否发育新生弧岩浆作用,以及新生弧岩浆作用何时、何地、如何造成地壳的生长则研究尚少,这极大地限制了对整个东特提斯带岩浆作用、造山过程及地壳的形成研究的认识。

    自然资源部中国地质调查局地质研究所李舢副研究员、台湾大学地质科学系钟孙霖教授及其合作者近期报道了该团队在特提斯最东段——东南亚印尼苏门答腊地区的详细工作。该工作通过对中生代花岗岩类的深入研究,揭露了特提斯最东段中生代新生地壳形成的过程和时间,提升了对特提斯最东段大陆地壳生长过程的认识。在此基础之上,结合西藏南部冈底斯和缅甸等地同时代地质记录,为认识特提斯东部中生代新生弧岩浆作用的发育和形成过程提供了关键证据。研究团队在特提斯最东段的新发现,不仅为研究该区的构造-岩浆演化提供了新的资料,而且为研究整个东特提斯中生代新生地壳的发育在全球地壳形成中的重要作用提供了重要依据。

    图1.(A) 印尼苏门答腊地区碎屑锆石U-Pb年龄直方图。

    (B) 印尼苏门答腊地区中生代花岗岩类锆石εHf(t)值—U-Pb年龄图解,以及全球其他地区同期岩浆作用的对比图。

    研究结果显示:

    1.苏门答腊地区中生代岩浆活动可分为三个明显的期次:分别为晚三叠世(214 - 201 Ma)、晚侏罗世(148 - 143 Ma)和晚白垩世(102 - 84 Ma)。其中本次研究中的侏罗纪侵入体是东南亚地区该时期花岗岩类年龄的首次报道。

    2.晚三叠世(214-201 Ma)花岗岩类锆石εHf(t)值从-13.1急剧变化到+17.7(>30-ε units)(图1B),反映岩浆活动至少涉及两个主要源区:一个是古老的大陆地壳;另一个是中特提斯俯冲所形成的新生地壳,这说明从该时期开始岩浆源区不再仅仅局限于古陆壳,而且有年轻物质的加入。而新生地壳的形成,要么由于巽他古陆最西端边缘可能遭受了北西-南东向的伸展,导致苏门答腊西部边缘弧(fringing arc)的形成,并在苏门答腊西部形成年轻地壳;要么由于Sibumasu地块与东马来地块从中三叠世开始碰撞,使包括西苏门答腊在内的巽他古陆西缘形成一个伸展的增生造山带,伴随可能的板片后撤导致的弧后盆地的形成,同时引起新生地壳物质向弧体系的初始添加(图2A)。

    3.晚侏罗世及晚白垩世两期岩浆活动均以显著正的锆石εHf(t)值为特征(图1B),且沿中特提斯或班公-怒江-密支那洋发育大致同时期的具有类似特征的弧花岗岩类(图1B),本研究认为这些新生弧形成于中特提斯洋向苏门答腊西部的俯冲-增生过程(图2B)。此后,晚白垩世之前,Woyla弧同西缅甸地体一起增生拼贴到Sibumasu地块边缘,导致了新生地壳物质不断地增添到苏门答腊西部(图2C)。到晚白垩世,新生弧岩浆活动遍布于西苏门答腊、缅甸西部以及藏南的冈底斯地区,构成了整个南亚和东南亚新特提斯洋俯冲形成的岛弧体系。

     

    图2.特提斯带最东段巽他古陆西缘中生代弧岩浆作用及新生地壳的形成过程的构造简图 

    相比藏南冈底斯弧以及北美和西兰大陆的科迪勒拉弧系统,本次研究突出了东南亚苏门答腊西部中生代新生弧岩浆作用在全球新生地壳形成中的重要地位,为特提斯带最东段岩浆演化和地壳重建提供了新的视角。

    本研究受中国国家自然科学基金(41772232)和中国地质调查局项目(DD20190358,DD20190001)资助。研究成果近期发表于国际著名地学期刊《Geology》上:Li, S., Chung, S.-L., Lai, Y.-M., Ghani, A.A., Lee, H.-Y., Murtadha, S., 2020. Mesozoic juvenile crustal formation in the easternmost Tethys: Zircon Hf isotopic evidence from Sumatran granitoids, Indonesia, Geology, doi: 10.1130/G47304.1。

    原文链接:https://doi.org/10.1130/G47304.1

     

     
    特提斯带最东段新生弧岩浆作用及地壳形成研究新进展

    7月,全国各地可以用两个字来形容“炙热”。

    7月23日至29日,由中国地质学会主办的2018年全国青少年地学夏令营开启了“北上科考之旅”。

    为办好此次夏令营,中国地质学会与黑龙江省国土资源厅、黑龙江省地质学会、黑龙江科技大学等单位多次协商、部署、采点,最终选择了太阳岛江漫滩性湿地、漠河北极光、五大连池火山地貌、嘉荫古生物化石采集等最具地学科考价值的几个地区为考察点,来自全国各地的近200余名营员与带队老师,开启了为期7天的地学之旅。

    自然资源部中国地质调查局副局长王研在开营仪式上致辞

    第一站 美丽的太阳岛

    上世纪90年代,一首《太阳岛上》唱响了祖国的大江南北,让大家熟知了太阳岛这个美丽的地方,但对于它是国内唯一一个位于城市中心的江漫滩湿地草原型沿江生态区却了解的不多。

    7月24日,随营的中国地质大学教授江满容在太阳岛上向营员们讲解了江漫滩湿地的形成过程,以及立在太阳岛正门前的那块标志性的大石头的来历。黑龙江营的郭子川说:“虽然我是土生土长的哈尔滨孩子,太阳岛也来过不知多少次了,与这块大石头也没少合影,但到今天我才知道,这块大石头的学名叫日光石,是因为它体内的赤铁矿、针铁矿等对光就会呈现出‘日光效应’,又被称为太阳石。”

    为让营员们勿忘国耻,营员们还一同参观了侵华日军第七三一部队遗址,牢记日军当年所犯下的罪行。

    中国地质学会2018年全国青少年地学夏令营总指挥长、中国地质学会副理事长兼常务副秘书长朱立新为营员们授课

    第二站 神秘北极光

    7月25日一早,大家抵达中国最北极——大兴安岭地区漠河市漠河乡的北极村。

    这里是中国观察北极光最佳的地点,冬季这里的极地冰雪也是让人向往之地。这次虽然没能亲眼目睹到神秘的北极光,但营员却了解到北极光的形成,它是太阳风、地球磁场和大气层共同的杰作。随队的老师为大家讲解了北极光和如何写好科考报告的讲座。

    营员认真采集化石

    同时,大家还来到最北邮局,在明信片上盖上邮戳;到北极广场,与“北”的标志合影留念,在一片“我找到北了”的欢笑声中,结束了第二站的愉快“寻北”之旅。

    专家在采集化石现场授课

    第三站 火山与冷泉

    7月26日一早,团队抵达五大连池世界地质公园。

    五大连池世界地质公园位于黑龙江省五大连池市,是由14座火山堆中间蜿蜒曲折的河串起大大小小5个堰塞湖组成,主景点有老黑山,岸边是火山石。

    营员们坐在电瓶观光车上,一路凉风习习,听着车内播放的风景简介和老黑山历史,让这个炎热的夏天多了些惬意。

    科普专家为营员普及火山知识

    到了山脚下,大家开始爬山,栈道两边火山岩形成的石海,形态各异,非常壮观。营员们不时驻足观看,听取老师讲解。大约半个小时左右,抵达老黑山的火山口,一个大大的漏斗状火山坑便呈现在大家眼前。火山坑直径约350米,深约140米,俯视口底还是会让令人望而生畏。在周围的山坡上分布着众多的浮石、熔岩砾、火山弹等,营员们寻找着标本,乐在其中。

    中国地质大学教授曾广策为营员讲解化石

    与老黑山相邻的南北泉,是世界三大冷泉之一,于1954年发现,是饮用矿泉。从景区进门的一条主道可以走到一个小广场,广场上有一个个水池,龙头里放出来的泉水可以直接饮用。营员与老师们都先喝上一大口,然后都纷纷拿出早已准备好的空瓶接上满满的一瓶。营员说:“这水凉凉的,还有汽,像汽水一样,不过喝下之后有股铁锈味,还是处理过的五大连池水好喝。”

    在这里,你也可以看到当地的居民拎着大桶、暖瓶打水的,还有在这做水疗的。

    第四站 恐龙之乡

    7月27日,营员们来到汤旺河国家地质公园,这里是以其稀有的花岗岩石林地貌景观和完善的原始生态为特征。

    在这里营员们不仅领略了大自然的风光,还在老师们的带领下,认识了地质中岩石“三兄弟”——岩浆岩、沉积岩、变质岩,了解了这“三兄弟”并不是一成不变的,在一定条件下,三大岩石可以相互转换;知道了汤旺河的花岗岩是一种火成岩,而汤旺河石林是目前国内发现的唯一一处类型最齐全,发育最典型,造型最丰富的地质遗迹。

    营员认真撰写论文

    7月28日,营员们来到了嘉荫恐龙国家地质公园——孩子们的乐园。

    还没到公园,远远的就看到了有两个巨大的恐龙像标志的大门,走进去,你会看到四周各种恐龙的塑像,宛如走进了侏罗纪公园。进入博物馆,讲解员向大家一一介绍了展出的展品由来。营员们不时的记录、拍照。

    解说介绍,嘉荫是我国第一块恐龙化石的发生地。目前,从这里出土的化石,已经被装成了10具恐龙化石骨架。两年前,多国古生物学家和地质学家在嘉荫野外考察时,发现了新的大规模恐龙化石群,除鸭嘴龙、虚骨龙外,还发现了甲龙化石等,使“恐龙之乡”的名声更加远扬。

    为使营员们进一步了解古生物化石,中国地质学会还联系到化石采集点,让全体营员有机会亲自去寻宝,采集化石。在化石采集点不时听到营员们兴奋的声音,“看,树叶化石”“老师,这是不是鱼骨化石”……

    全体营员

    七天的夏令营在大家的收获中圆满结束。

    此行的总指挥长、中国地质学会副理事长兼常务副秘书长朱立新说:“这次选择在黑龙江举办夏令营,一是这几个地域具有很强的地学科考价值,二是夏季黑龙江的气候宜人。为了使这次地学夏令营突出科考性,我们特别邀请了中国地质大学的五位专家作为随团老师,并为营员准备了科谱书籍及详细的活动手册。”

    就像营员南昌三中的李昕怡在科谱小论文中写到,感谢这次夏令营,让她不仅欣赏到祖国的秀美河山,更真切地体会到大自然的神奇,了解了许多地学知识,更加懂得珍惜保护这些地质遗迹的重要性,这些都是自己旅游无法体会的。

    北上科考之旅

    中意联合开展地震科学考察

    云南省怒江傈僳族自治州泸水县维拉坝河泥石流沟安装的激光夜视可视化视频监测仪

    汶川地震发生后,成都地调中心对龙门山地区的地质构造特别是地震活动构造有了新的认识,选取葛仙山—白鹿—小鱼洞—虹口—映秀—耿达一线作为观察的主要剖面,以逆冲推覆构造等为重点建设了龙门山野外培训基地。目前,该基地已开展多批次野外培训,提高了地质人员对构造地质现象的观察综合分析能力。 刘宇平 文/图

    阅 读 提 示

    5月12日,汶川地震10周年。10年间,汶川地震灾区从毁灭走向重生;10年间,地质科研工作者坚守在这片大地,监测地壳运动,预警地质灾害。在汶川地震10周年和第10个全国防灾减灾日到来之际,让我们一起分享地震和地质灾害研究的最新成果。

     

    丈量地壳形变

    ——龙门山断裂带高精度GPS观测结果综述

    唐文清

     

    汶川地震发生后,中国地质调查局成都地调中心在中国地质调查局的部署下,利用高精度GPS对汶川地震所在的龙门山断裂带及其相邻青藏高原东缘的地壳运动进行了持续监测,获得了青藏高原东缘现今地壳形变位移参数、主要活动断裂的运动速率和位移量、相邻块体的运动速率和应变参数等,为防灾和减灾、地壳稳定性分析以及工程建设提供了基础数据。

    开展了汶川地震和芦山地震应急观测,为抗震救灾提供及时服务

    汶川地震应急观测结果显示,龙门山前山断裂以东四川盆地的同震水平位移量为(98.78~361.91)±(3.3~10.82)毫米,垂直方向上的位移量为-37.1~28.1毫米,除成都表现为明显下降外,其余均为上升,上升幅度在9.38~28.1毫米之间。龙门山汶川—茂县和平武—青川断裂以西地区测站的水平位移量为81.75~823.85毫米。发震构造龙门山断裂带以右旋走滑—挤压作用为特征,地震动力来源于印度板块连续向北的推挤作用和扬子地块对青藏高原向东运动的阻挡作用,致使龙门山断裂带上能量积累并最终释放。

    对芦山地震周围地区GPS测站开展的应急观测,得到芦山震区周围的GPS测站坐标绝对位移量,以及震区周围地震前后地壳位移变化。监测数据显示,芦山地震造成了龙门山断裂带南段前山断裂西侧上盘36~50毫米左右的位移,东侧方向下盘10~20毫米左右的位移。芦山地震前后,龙门山断裂带南段后山断裂、中央断裂、前山断裂运动速度分别为49.66±3.90毫米/年、79.58±3.33毫米/年、50.94±3.91毫米/年;断裂性质分别为左旋走滑拉张、右旋走滑挤压、左旋拉张走滑。

    在汶川震区周边建立GPS监测网,系统开展现今地壳及活动断裂带高精度GPS监测

    近年来,成都地调中心在汶川地震周围地区新建了65个测站,完成了2267个时段(天)的观测,建立了较为完善的青藏高原东缘GPS动态监测网。

    通过对现今地壳及活动断裂带进行高精度的GPS监测,揭示了青藏高原东缘地壳现今运动总体趋势:青藏高原东缘地壳现今运动速度场表现为由西部大东部小、中部大四周小的特点;由北至南、由西向东运动速度矢量方位角度逐渐变大,地壳现今运动呈现出涡旋结构特征,围绕东喜马拉雅构造顺时旋转。

    2008~2014年监测表明,川青地块、华南地块、川滇地块、印支地块运动速度分别为17.02±0.60毫米/年、8.77±1.51毫米/年、13.85±1.31毫米/年、6.84±0.74毫米/年,运动方向分别为99.5度、120.3度、142.9度、153.3度,地块呈现出顺时针旋转特征。川滇地块、川青地块运动速度相对较大,是活动性较大的块体;华南地块、印支地块运动速度相对较小,为相对稳定块体。监测还发现,鲜水河断裂、龙门山断裂、安宁河断裂、则木河断裂、小江断裂、红河断裂运动速率分别为7.30±1.25~8.30±1.26毫米/年、10.07±0.97~11.79±0.89毫米/年、0.96±0.74~2.98±1.73毫米/年、2.03±0.49~3.20±0.73毫米/年、3.45±0.40~6.02±0.50毫米/年、6.23±0.56毫米/年;鲜水河—安宁河—则木河—小江断裂性质为左旋走滑,而龙门山断裂、红河断裂为右旋走滑。

    2008~2012年监测表明,汶川地震的影响主要涉及川青地块、华南地块、北川滇地块以及鲜水河断裂、龙门山断裂、安宁河断裂北段。川青地块、北川滇地块主要表现为运动大小改变,而华南地块则为运动方向改变;鲜水河断裂活动速率减少了3~4毫米/年、龙门山断裂速率增加了9~10毫米/年、安宁河断裂北段速率增加约9毫米/年。地块旋转特征及断裂性质未发生根本变化。

    通过监测研究,研究人员认为青藏高原东缘地壳运动是多种构造动力作用的结果。青藏高原东缘地壳运动动力来源主要有三方面:一是印度板块向北运动,为青藏高原地壳的变形、运动提供了动力。二是深部下地壳和上地幔的物质流动是引起上地壳运动的作用力。三是相邻地块间相互推挤、碰撞,其间作用与反作用力也是地块平动、旋转及断裂挤压、走滑动力来源之一。地壳运动受“挤出—阻挡—旋转”机制控制,地块及断裂活动是地壳运动在地表的综合体现。

     

    地震地质灾害:

    中意对比研究进行时

    葛华

     

    “5·12”汶川地震后,对地震地质灾害的研究逐渐成为国内外研究的热点。

    中国和意大利均是世界上受地震地质灾害威胁严重的国家,尤其是自“5·12”汶川地震后,中国和意大利境内均发生了多次中强地震事件,诱发了大量地震地质灾害。由于中意两国地震地质条件的差异,其地质灾害效应也存在一定差异。为更深入开展地震地质灾害研究,中国地质调查局和意大利国家环境保护研究所于2015年签署了地学合作谅解备忘录,选取各自国家的代表区域开展《正断层与逆冲断层地震诱发地质灾害对比研究》。中方由中国地质调查局成都地调中心负责对接。

    通过近两年工作开展,双方以互访、会议研讨、联合考察等方式,在项目合作方面取得了有效推进和成效。一是中意双方进一步增强了合作和了解,意大利国家环境保护研究所专家对成都地调中心积极应用ESI(环境地震影响评价)方法对芦山地震影响进行评价给予高度认可;二是中意双方对意大利中部亚平宁中央断裂带安奎拉地震区及卡斯特鲁奇震区进行了联合考察,对正断层环境下地震地表破裂和典型崩滑灾害特征进行了对比分析,同时对意大利古地震探槽研究方法进行了交流;三是共同撰写了合作研究阶段性报告,合作提交研究论文1篇,并将在成都理工大学举办的汶川地震10周年学术研讨会上作口头报告交流。

    2018年,该项工作将继续深化与意大利国家环境保护研究所在不同活动构造背景下地质灾害效应合作研究,进一步对比总结不同活动构造背景下地质灾害效应,联合开展ESI评价。

     

    捕捉地质灾害的“蛛丝马迹”

    ——地质灾害监测仪器研发支撑防灾减灾

     范基姣 王晨辉 金枭豪

     

    中国地质调查局水环地调中心针对三峡库区的地质灾害监测、预警,先后研发了岩体裂缝测缝计、压力盒、预应力锚索测力计、水平孔多点位移计、钻孔测斜仪、地下水位计、水流量计、全站仪、GPS、雨量计等几十种监测仪器,对灾害体位移变形、应力、应变和影响因素等进行了长期监测,获得了准确详实的监测数据。应用监测数据,结合地质相关因素分析以及地质灾害预警预报相关理论,对灾害体变形阶段、变形状态以及变形趋势进行准确判断,为地质灾害成功预警奠定了坚实基础。

    随着监测技术、监测预警方法和预警理论的不断发展,尤其是群测群防技术、专业监测技术、物联网技术的发展,使我国地灾监测预警水平提升到一个新的高度。

    2008年以来,水环地调中心基于群测群防技术、专业监测技术、物联网技术,研发了近30多种地质灾害监测预警技术,申报取得20多项国家专利和软件著作权,显著提升了我国地质灾害自动化监测预警能力和防灾技术水平。

    该中心研发的监测预警仪器在2012年度《舟曲灾后重建防治规划区地质灾害监测预警项目》《重要地质灾害隐患监测示范(辽宁)》,2013年度《5·10岷县特大冰雹山洪泥石流灾后恢复重建地质灾害监测预警工程》《北京市突发地质灾害监测预警》,2014年度《云南省地质灾害监测预警示范区建设》,2015年度《湖南省地质灾害专业监测示范》,2016年度《乌东德水电工程枢纽区地质灾害监测预警》,2017年度《广东江门地质灾害监测预警》等项目中获得了大量应用,在全国范围安装与推广10多万台(套)。2008年“5·12”四川汶川地震、2010年“4·14”青海玉树地震、2013年“4·20”四川雅安芦山地震、2015年西藏中尼边界“4·25”地震的抗震救灾工作中应用这些监测设备,多次成功预警。

    特别是在雅安芦山地震发生后,在重灾区宝兴县冷木沟和教场沟安装布设了13套自动化监测预警设备,实现了对两条泥石流沟的全方位、实时、自动化监测预警和远程可视化视频监控,并在2013年5月23日成功预警,避免了人员伤亡和财产损失。

    今后,水环中心将依托专业监测技术优势,以多手段、立体化监测技术为目标,以专业化、信息化、智能化监测为抓手,按照中国地质调查局要求,升级、整合监测技术,支撑服务山水林田湖草系统监测。

     

    评 论

    减轻灾害风险,地质人行动起来

    艾 子

     

    每一年的5月12日,人们悲怆的回忆就会被唤醒。

    那是一个震动全国的午后,来自龙门山断裂带的巨大能量释放,摧毁了四川汶川地区的田园美景和幸福生活,为中华民族历史留下了惨痛的一笔。

    10年时光倏忽而过。今天,人们为重生后汶川的幸福安康而欣慰,也为付出艰辛的各行各业劳动者而赞叹,但人们更希望悲剧不再重演,因为任何灾后的救助和恢复都比不上灾前最大程度的预防和抵御。

    地震是地壳运动的一种自然现象,无法消除,但逐步减少地震带给人类社会的损失却是可以做到的。也就是说,我们要增强和提升预防、解决、应对地震等自然灾害的意识、机制和能力。其中,既有社会应急救援体系的完善,也有对地震等自然灾害规律的清晰认知。

    所幸的是,地质工作者始终在向着这样的目标奋力前行:从以探索地震机制为主要目标的科学钻探,到对活动构造与地震关系的全面调查;从对震区地壳活动断裂带长期不懈地高精度GPS监测,到收集四川、云南等省地下8000米~2万米的应力和能量动态演化信息;从对汶川地区进行古地震带研究,到开展新构造运动变形与地质灾害的InSAR观测……人们从地质科学的角度,不断探索着与地球灾害有关的自然奥秘,并正在把成果应用于防灾减灾社会体系,转化为人类抵御灾害实实在在的本领。

    10年过去了,各种灾害仍然活跃在我们身边。联合国环境规划署有关数据显示,21世纪以来,全球各地灾难的频率和强度都在增加,仅2017年,毁灭性的自然灾害如洪灾飓风和地震就影响了数百万人。就在数日前,青海玉树、云南永善还相继发生地震,用一种特殊的方式提示着人们——“行动起来,减轻身边的灾害风险”。

    风险始终存在。面对“减轻灾害风险”这样关乎人类发展的大课题,地质人唯有在探索的路上走得更远。

    为了大地的安宁

     于都梓山万亩富硒蔬菜基地。

    支撑服务赣南苏区精准脱贫是地质工作者的历史使命,更是政治担当。本着这一理念,中国地质调查局坚持需求导向和问题导向相结合,坚持发挥专业优势与贫困地区实际相结合,坚持点上示范辐射面上脱贫,以更大的决心、更强的力度、更精准的举措,举全局之力打通地质工作支撑脱贫攻坚的“最后一公里”,“地质+”的扶贫作用进一步显现。

    近日,中国地质调查局南京地质调查中心与江西省国土资源厅、江西省地质矿产勘查开发局在赣州召开支撑服务赣州七县精准脱贫攻坚地质调查工作(2017年)成果交流会。来自江西省国土资源厅、江西省地矿局、赣州市矿产资源管理局,中国地质调查局7家局属单位,中化地质矿山总局湖南院、湖北省国土测绘院等13个单位的相关负责人介绍了2017年赣南扶贫的进展与成果。

    成果一

    土地质量地球化学调查成果分批移交地方政府,指导建设一批农业示范基地,惠及数万名百姓

    2017年,赣州地区第一批4个1∶5万土地质量地球化学调查报告(宁都县青塘—兴国梅窖、于都县禾丰、于都县梓山、赣县清溪地区)报告编制完成。该项成果发现了无公害富硒土地180.44平方千米,圈定了集中连片无公害富硒区13处共158640亩,且发现了富硒大米、富硒花生等农产品。于都梓山镇大陂村、赣县石莞—南塘、宁都青塘、兴国县梅窖镇等4个富硒集中连片区面积均达万亩级,具备发展富硒现代农业的良好条件。

    南京地调中心完成的《赣州市特色农业基地档案集(第一批)》,包含2016~2017年土地质量地球化学调查发现的16个富硒土壤农业基地、9个绿色农业基地;《2017年赣州市土地质量地球化学调查初步成果及成果图件》,囊括寻乌澄江、瑞金谢坊、兴国高兴、兴国茶园、兴国龙口、于都罗坳、赣县沙地、崇义上堡、信丰油山和宁都地区等10个地区发现的35处集中连片无公害富硒区,图集内容包括绿色土地资源分布状况,氮、磷、钾等元素丰缺状况等成果。这两项成果已于2017年11月9日移交给赣州市矿管局,对促进土地资源高效利用、发展特色农业等具有重要意义。

    在赣州市、县政府的推动下,一批现代农业产业化示范基地已经建成。如:兴国县高多镇1000亩蔬菜种植示范基地、于都梓山万亩农业产业示范基地、于都禾丰3000亩蔬菜种植基地、兴国县梅窖富硒功能农业产业示范园(规划阶段)等。在赣州,土地质量调查到哪里,农业公司就跟踪投资到哪里的局面正在形成。

    农业产业示范基地的建设和打造,建立了“公司+合作社+农户(贫困户)”的利益联结机制,探索出“土地流转+基地务工+入股分红+蔬菜种植”的脱贫模式,真正实现“造血式”脱贫。

    成果二

    1∶5万水文地质调查工作持续发力,解决当地百姓安全饮水问题,提供安全水源地,支撑地方“水产业”发展

    2017年,中国地质调查局武汉地质调查中心、水环地调中心完成10个图幅1∶5万水文地质调查,总面积4600平方千米,覆盖赣县、宁都、于都、兴国四县。武汉地调中心、水环地调中心两个单位合计完成46口探采结合井,合计涌水量每天超过1.5万立方米,可解决10余万人安全饮水和农业灌溉水问题;已经建成的2处安全饮水示范工程,可惠及两村万余名百姓的用水需求。同时,发现了多处不同品级的矿泉水、纯净水,圈定多数地热异常靶区,有望助力赣南地区形成从高端到一般档次、可持续发展的“水产业”。

    2018年,1∶5万水文地质调查工作部署面积2750平方千米,涉及寻乌、会昌、瑞金等县的6个图幅,力争实现赣州七县1∶5万水文地质调查工作全覆盖。

    成果三

    区域地质矿产调查工作取得了一些新认识,圈定了一批找矿靶区,为下一步找矿工作提供了方向

    武夷山成矿带龙泉—上杭地区地质矿产调查项目新发现10多处矿点、矿化点、找矿线索。整装勘查区矿产地质调查工作在会昌岩背外围、老茶亭等地发现具中型以上规模的锡矿矿产地、在寨脑—坳下找矿靶区发现一处接触交代型硫铁多金属矿。在画眉坳主矿带距已知矿体400米外,揭露10余条含钨石英脉,为画眉坳老矿山及区内找矿提供了重要线索和基础资料。

    《华南重点矿集区稀有稀散和稀土矿产调查》二级项目,全面调查华南各重点矿化集中区稀有稀散稀土矿产,在赣南宁都谷寨地区发现伟晶岩脉40余条,共有7条锂辉石矿化体,有望可提交一处中型规模及以上锂辉石矿产地。

    中化地质矿山总局通过对兴国—宁都地区萤石矿主要成矿带典型矿山的路线地质调查,在主要成矿带追索圈定了一个萤石矿找矿远景区。目前,对该矿点施工少量钻探进行深部揭露控制,预估算得氟化钙矿物量30万吨。

    成果四

    资源综合利用工作取得进展,建立了2处资源综合利用示范基地,助力企业年增加产值近3000万元

    对赣南地区重要非金属矿、有色金属矿、稀有稀散金属矿、典型固废等开发利用现状开展调查评价,针对重要矿山企业技术需求,开发综合利用适用技术并进行生产工艺流程升级改造示范。其中,针对江西润鹏矿业、兴国县中萤矿业、宁都河源锂辉石、兴国风里背高岭土4家矿山企业,开展选冶技术改进和综合利用研究工作,研发了新的选冶工艺,每年可为企业增加几百万元至上千万元不等的经济效益。目前,润鹏矿业已经建设了新的选矿厂,采用新研发的工艺和技术预计年增产值达1000多万元。

    经初步估算,针对四类矿产资源开展的综合利用研发技术,可直接为四家企业带来每年近3000万元的收入,为赣南地区同类型的矿山企业发展提供了示范与支撑作用,将为整个赣南地区矿业经济发展带来巨大的经济效益。

    成果五

    地质遗迹调查助力申报地质公园,助推赣州获得“中国恐龙之乡”新名片

    2017年,地质调查工作支撑宁都县翠微峰景区、兴国县丹霞地质公园通过省级地质公园评审,并积极推动赣州市恐龙化石的保护开发与利用工作,为赣州市被中国古生物化石保护基金会授予“中国恐龙之乡”称号提供了技术支持。

    同时,在赣州市瑞金市发现以丹霞地貌中钙化堆积及构造裂隙“一线天”发育密度大为特点的地质遗迹景观,在赣州市赣县发现以丹霞地貌为特征的龟裂发育集中区,经与各县市有关部门接洽,达成申报省级地质公园的意向,目前已形成初步调查报告。

    可以预见,随着石城、兴国、宁都的地质公园的建设,以及赣县、瑞金、信丰等地地质旅游资源的挖掘,赣州市有望打造成一个丹霞地貌、客家文化、山水文化、红色文化为一体的综合旅游度假区。

    成果六

    开展赣州七县矿山地质环境调查、放射性地质环境调查,为赣州绿色矿业发展提供技术服务

    赣县、兴国、于都、宁都、寻乌都是赣州扶贫区矿业大县,各类矿产资源的长期开采引发了多种矿山地质环境问题。以寻乌县矿山集中分布环境影响区为重点,开展1∶5万矿山地质环境调查,查清了环境影响区的地质环境问题,分析了采矿活动影响下的区域地质环境效应。针对典型废弃稀土矿山,开展地质环境综合整治试验、示范,探索废弃稀土矿山地质环境综合整治关键技术方法,构建了废弃稀土矿山地质环境综合整治模式,对赣南苏区精准脱贫攻坚具有重要的示范意义。

    中国地质调查局所属单位还开展了赣县、兴国县放射性地质环境调查评价,确定赣县未发现对人体有放射性危害的区域,为适合居住地区。本次调查评价模式可用于指导赣南老区的放射性地质环境调查,有效评估区域地质环境放射性安全,为赣州扶贫区的绿色发展提供技术服务。

    “地质+”打造精准扶贫新引擎

    科技创新,我们在路上……

    1月9日,一年一度的国家科学技术奖励大会在北京隆重举行。国土资源部有3个项目斩获2016年度国家自然科学奖、国家科学技术进步奖,一名合作专家获中华人民共和国国际科学技术合作奖。这是中共中央、国务院对国土资源科技创新成果的褒奖,也从一个侧面展现了国土资源科技创新在国家创新驱动发展战略中的沸腾活力。

    长期以来,地质科技创新始终是国家科技创新的重要组成部分,在能源与矿产资源勘探、认识和抵御自然灾害、保护地质环境等方面发挥了重要作用,而且对人类探索地球奥秘、促进自身可持续发展有着不可替代的作用。今天我们介绍的这几个获奖项目和个人亦是如此:有的解决了中国东部板内燕山期大爆发成矿这一世界级难题,有力推动了中国东部铜多金属的找矿突破;有的突破了全地壳探测技术和大深度金属矿勘查的技术屏障,首次在我国成矿带、矿集区开展深部探测,实现了深部找矿的突破;有的填补了航空重力测量等多项国内技术空白,实现了我国航空地球物理核心技术的跨越式进步;有的将中美科技合作实质化,推动了联合国教科文组织国际岩溶研究中心落户中国……

    每一项创新都是许许多多科技工作者扎根实践、持续探索的智慧结晶,而更加令人钦佩的则是科学家们一以贯之、始终坚守的科学精神。如今,国家科技创新号角嘹亮,国土资源系统“三深一土”旌旗猎猎,广大地质科技工作者唯有高擎自主创新大旗,斗志昂扬地继续前行。

     

    国家自然科学奖二等奖

     

    中国东部板内燕山期大规模成矿动力学模型

     

    主要完成人及单位

    毛景文(中国地质科学院矿产资源研究所)、陈斌(北京大学)、谢桂青(中国地质科学院矿产资源研究所)

    首席科学家:毛景文

    项目简介

    项目针对中国东部板内燕山期大爆发成矿这一世界级难题,通过15 年研究,获得了创新性成果,发展了成矿理论,有力地推动了找矿勘查实现重大突破。

    已知全球板内环境成矿规模小,通常与裂谷和地幔柱构造有关。但中国东部燕山期既未见这种构造环境,也不是以“沟弧盆”为特征的板缘狭长成矿带,而是宽达1000 多公里的大面积爆发板内成矿。该项目突破了板内成矿动力来自板内的传统认识,发现东部板内燕山期成矿受控于板缘块体之间的相互作用,建立了中国东部燕山期板内成矿动力学模型,被国际同行定义为为Mao et al’s模型。

    主要创新点

    多阶段叠加:发现燕山期板内大爆发成矿具有多阶段性,即华南与华北成矿时限基本一致,为中晚侏罗世至早白垩世(165±5Ma~135Ma)(以下简称早阶段)和早白垩世晚期至晚白垩世早期 (135Ma~80Ma) (以下简称晚阶段)两个阶段。在东北地区还发育了一个180Ma~ 165Ma时间段的成矿事件。

    多种构造体制叠合:发现早阶段形成于挤压构造体制,受控于古太平洋板块低角度斜向大陆俯冲,在大陆内部沿不同块体结合带发育斑岩铜矿系统,与板片撕裂诱发形成的壳幔混源岩浆有关;在大陆边缘弧后伸展区发育钨锡钼铅锌多金属矿,与软流圈地幔岩浆底侵诱发的壳源花岗岩相关,控矿构造为东西与北东向断裂的复合部位。晚阶段形成于伸展构造体制,与古太平洋板块沿北北东向走滑及后俯冲岩石圈减薄有关,成矿类型具有多样性,巨量矿产形成于伸展盆地。东北180Ma~165Ma成矿响应于鄂霍茨克洋板块向东南俯冲和碰撞。

    多种来源成矿物质聚集:查明成矿物质来源有幔源或壳幔混源或壳源,在空间上成矿物质来源有分区性和分带性,还发现部分矿床的形成过程有地幔流体参与。此外,创新性提出辉钼矿中Re 含量可以有效地指示物质来源。

    矿产集中分布于有限单元:发现大型矿集区在成矿区带面积约占5%,拥有资源量却达95%,而这些矿集区出现于上述构造有利部位。基于矿集区时空结构和物质的解剖研究,建立了8 个矿集区矿床模型,可用于指导找矿勘查。

    成果应用

    中国地质调查局运用东部燕山期板内成矿动力学模型和8个矿集区矿床模型开展找矿部署,实现了铜多金属矿找矿的重大突破。国土资源部矿产勘查技术指导中心运用板内成矿力学模型、矿集区矿床模型及找矿特征标志等科研成果开展了整装勘查区的找矿工作,在老矿山深部和外围找矿取得了重大突破。河南省地质调查院根据项目2006 年的新发现,探明了鱼库超大型钼矿(金属量171 万吨,相当于17 个大型钼矿),而且运用栾川矿集区模型,在豫西发现和探明了一批大型—超大型钼铅锌金银矿床。

    首席声音

    板内大规模成矿是一个世界级科学难题,我们的科研团队针对我国东部宽达1000多公里的板内燕山期大规模成矿作用开展了长期深入研究,突破了板内成矿动力来自板内的传统认识,发现东部板内燕山期大规模成矿受控于板缘块体之间的相互作用,创新性建立了板内成矿动力学模型,被国际同行定义为为Mao et al’s模型。成果被国内外著名科学家大量引用,并对多个创新点给予高度评价。

    项目研究发现了中国东部燕山期板内大规模成矿的3个特点,即两阶段叠加成矿,成矿有早晚两阶段,早阶段形成于挤压构造体制,巨量矿产聚集在北东向与东西向断裂的复合部位,晚阶段形成于伸展构造体制,巨量矿产主要形成于伸展盆地;多种来源成矿物质聚集成矿,在空间上成矿物质来源有分区性和分带性,还发现部分矿床的形成过程有地幔流体参与;辉钼矿中Re 含量可以有效地指示物质来源。项目建立了中国东部8个矿集区矿床模型,在找矿勘查实践中获得了突出成效。

     

    国家科技进步奖二等奖

     

    空地球物理勘查技术系统

     

    主要完成人

    熊盛青、王平、陈斌、周锡华、周坚鑫、葛良全、薛典军、段树岭、吴美平、林君、刘浩军、范正国、郭志宏、郭大海、葛晓立

    首席科学家:熊盛青

    主要完成单位

    中国国土资源航空物探遥感中心,成都理工大学,中国人民解放军国防科学技术大学,吉林大学

    项目简介

    我国能源资源勘查的重点已向复杂地质条件区、深部和新区转移,现有勘查技术难以满足要求。提高航空地球物理勘查系统的分辨率、探测深度和效率,实现快速精细化探测,是国内外航空地球物理勘查领域的重大理论与技术难题。项目依托“863”计划重大项目,结合地质调查任务,“产学研军”结合,51个科研团队联合攻关,自主研制出全套先进实用的航空地球物理勘查系统和技术,填补了多项国内空白,实现了工程化应用,显著推进了我国航空地球物理技术装备的跨越式发展。

    主要创新点

    解决了新型航空重力仪原理等4项理论和原理性问题,为航空物探仪器研制、方法技术研究及其应用提供了理论支撑。

    突破了时间域电磁大功率发射等20项关键技术,研制出9种核心仪器和8 种配套仪器,集成了6种航空物探单方法勘查技术系统。

    研制出支持二次开发的GeoProbe 地球物理软件平台,集成了重、磁、电磁和伽马能谱参数同平台处理的地球物理数据处理解释系统,实现了规模化工程应用。

    集成了航空重/磁/遥感综合勘查系统等3 套多方法综合勘查系统,创建了航空物探遥感综合勘查方法,形成了“空地一体化”快速找矿技术体系。

    成果应用

    地质矿产勘查中全面应用:项目研发的整体技术已在青海、河北和黄海等26个测区完成航空物探综合测量145.49万千米,勘探经费5.3亿元以上,经后续工作发现10多处大型铁多金属矿以及大量找矿信息。

    航空伽马能谱仪实现批量生产、环境辐射调查与评价应用:产品3 次击败国外同类产品中标,占2013年和2014年该产品市场份额的80%;开展了2009年朝鲜核试验和2011年日本核电站事故后的应急监测,为建立我国核应急立体监测体系作出贡献。

    软件全国推广应用:已在135家单位推广GeoProbe Mager软件738套,广泛用于生产、科研和教学工作,节省购置及升级费用1 亿元以上。

    技术标准和试验场推广应用:编制的《航空磁测技术规范》行业标准和《航空重力测量技术要求》等10 项技术要求已推广应用,研建的地球物理试验场为仪器校准、测试、方法研究和综合应用提供了科学基础条件平台项目研究成果主要体现在重大的间接和潜在经济效益。

    推广应用及效益情况:该项目整体成果已在全国地质矿产调查中全面推广应用,成为重要装备和技术。在全国26个地区获取了78万平方千米高精度航空物探遥感资料,发现航空物探异常6051处、找矿靶区246处、找油气有利区55处。经后续工作在青海、河北等地发现了肯得柯克等10多处大型铁、多金属矿,探获铁矿资源量30亿吨以上,间接经济效益6.8亿元,潜在经济效益1万多亿元,支撑了全国找矿突破战略行动。研发的软件已成为本行业数据处理与质量评价的通用软件。项目成果在辐射环境评价和军事等其他领域亦得到了应用。

    首席声音

    航空地球物理勘查是实现找矿突破最高效、最快速和绿色的现代化勘查技术,但因长期受制于国外对敏感高科技的封锁和垄断,该技术发展缓慢更难言大规模应用。为了突破这一瓶颈,项目组织国内51个科研团队联合攻关,开展了航空地球物理勘查理论、技术、装备、方法和应用全链条的创新研究,突破了新型航空重力仪原理等一批重大理论和原理性问题,攻克了航空磁力、电磁、重力等核心技术和装备研制的关键技术;自主研制出我国航空磁测、电磁、重力和放射性四种勘探技术装备等综合勘查系统和GeoProbe地球物理数据处理解释系统。项目填补了多项国内空白,获得61项自主知识产权,整体达到国际先进水平,初步实现了航空地球物理勘查技术系统的国产化和工程化应用,结束了航空物探装备长期依赖进口的局面。

     

    大别山东段深部探测与找矿突破

     

    主要完成人

    董树文、张怀东、蒋其胜、吴明安、张千明、徐小磊、李建设、吕庆田、周涛发、陆三明、陈国光、王炯辉、于广陵、储国正、王波华

    首席科学家:董树文

    主要完成单位

    中国地质科学院、安徽省地质矿产勘查局、华东冶金地质勘查局、安徽省公益性地质调查管理中心、中国地质调查局南京地质调查中心、合肥工业大学、五矿勘查开发有限公司、中国地质科学院矿产资源研究所

    项目简介

    大别山东段(含长江中下游和北淮阳地区)是东部最重要的矿产基地和工业走廊,成矿条件复杂,找矿长期徘徊。如何实现找矿突破,具有极大的挑战性和示范性。

    紧紧围绕突破深部探测技术、查清深部控矿因素和实现深部找矿突破的三大难题,中国地质科学院与安徽省地矿局、华东冶金地勘局等单位,组织数百名科技人员,产学研用合作,在国家“973”计划、科技支撑、中央及省财政专项等联合支持下,持续10余年完成了大别山东段深部探测4万平方千米、区域地质调查 12万平方千米、中—深钻孔775个,总进尺63万米,累计投入近10亿元。在成矿理论和勘查技术上取得新进展,实现了深部找矿突破。

    主要创新点

    突破了全地壳探测技术,揭示出深部多级控矿规律。应用以深地震反射为先导的综合探测技术,首次在我国成矿带、矿集区开展地壳结构探测,获得深部科学发现,揭示了壳幔界面(莫霍面)区域性撕裂控制成矿带、地幔流体通道控制矿集区,浅层多级地质界面控制矿床定位的深部机制;创新金属矿地震技术,创立了“流体—蚀变填图”新技术,构建了“综合探测、三维填图”的深部勘查技术体系,突破了大深度金属矿勘查的技术屏障。

    提出了区域“转换成矿”的新认识,丰富了陆内成矿理论。系统阐明了区域成矿的动力学背景,提出了晚侏罗世/早白垩世、早/晚白垩世之交由挤压向伸展转换背景下岩石圈拆沉—岩浆成矿的两期成矿作用新认识,建立了陆内不同构造环境下三套成矿系统、三种典型成矿模式,为深部找矿奠定了理论基础。

    建立了有效的找矿模型和深部勘查技术组合,连续发现深部矿床。断隆区“五通界面—褶皱转折端—斑岩岩体”“流体蚀变中心”和“激电+化探异常套合”勘查组合,发现姚家岭特大型锌金矿(500 米以深);断凹区“构造隆起+次火山岩”和“重磁同高定位置+反射地震定深度”的勘查技术组合,发现小包庄铁矿(1500米以深);北淮阳地区“斑岩型矿床”和“地球化学填图+流体—蚀变填图+电磁法”的勘查技术组合,发现600 米深世界第二的沙坪沟钼矿等。

    实现了深部找矿的突破,开辟了“第二找矿空间”。在大别山东段新发现500~2000米的大型—超大型隐伏矿床11个,包括世界级沙坪沟钼矿。探明资源量:钼263万吨、铜282万吨、锌304万吨、铅91万吨、金(含伴生金)144吨、铁6.4亿吨、银4.3万吨、钨9.7万吨、硫铁矿1.4亿吨。

    成果应用

    在我国勘查程度最高的地区,取得深部“第二找矿空间”的重大突破,具有极大的推广价值。中国地质调查局2007 年制定的全国深部找矿远景规划中运用和吸收了本成果,并在随后部署的深部找矿试点项目中推广应用。近年来,这套深部找矿技术的推广,促进了重点成矿带、矿集区的深部找矿突破,尤其在华南、长江中下游和东北老矿业基地,实现了一系列重大深部找矿突破,发现了一批深部资源,大幅度提高了我国资源保障程度。沙坪沟超大型钼矿的发现,改写了大别山北淮阳东段无大矿的历史,继而成为新的国家整装勘查区。

    深化大别山造山带前后陆成矿理论研究和创新,丰富了大陆成矿理论,发表代表性论文145 篇。其中 SCI 收录50篇;被CPCI-S数据库收录2篇;被EI 收录15篇;被CSCD 中国科学引文收录78篇。

    首席声音

    中国地质科学院与安徽省地矿局持续十余年探索深部探测技术实验,实现了大规模成矿带壳幔过渡带解耦的重大发现,成矿深部过程理论创新,在长江中下游成矿带“第二找矿空间”获重大突破,新发现500~2000米深度的11个大型、特大型金属矿床,揭示了中东部深部找矿的巨大潜力,拉开了我国深部找矿的序幕。

    该项目的核心成果是揭示了地壳与地幔过渡带撕裂解耦控制成矿带、地幔流体通道控制矿集区、特殊地质界面控制金属矿床等多级控矿序列的深部成矿规律,为深部找矿和预测提供科学依据;提出转换成矿概念,即主成矿期发生在由挤压向伸展转化的阶段,集中在147Ma~136Ma(斑岩—矽卡岩型铜金矿床)、133Ma~127Ma(火山热液型铁矿床),建立了找矿预测的时空结构;提出了“综合探测、三维填图”的深部找矿技术流程,完成了我国第一幅三维地质图,开辟了深部找矿勘查的新途径。

     

    中国国际科学技术合作奖

     

    克里斯·葛立夫

     

    人物简介

    克里斯·葛立夫(Chris Groves),1958年出生于美国肯塔基州,现为美国西肯塔基大学地理地质系霍夫曼环境研究所所长,美国伍德罗威尔逊国际研究中心中美关系部环境工作组副主任,联合国教科文组织国际岩溶研究中心理事会理事、学术委员会委员,国际水文地质学家协会(IAH)美国国家委员会主席。

    克里斯·葛立夫教授的主要研究领域为水文地质、岩溶环境,在对岩溶水文地质调查、动态监测、模型构建,岩溶区生态环境,及岩溶与全球气候变化研究方面,硕果累累,颇有造诣,积累了近30 年的理论和实践经验。

    与中国合作历程

    自1992年以来,克里斯·葛立夫教授先后来中国开展考察和合作研究40多次,帮助我国学者开展岩溶研究工作,培养人才,建立专业实验室,引进国际先进的仪器设备,推荐和引荐国际知名的专家、学者来中国开展合作研究,成功地将我国岩溶研究的地域优势转化为学术优势,使中国的岩溶研究处于国际岩溶学术界的引领地位,最终促成联合国教科文组织国际岩溶研究中心落户中国桂林。

    1992年至今,克里斯·葛立夫教授先后获美国国家基金委员会及相关部委资助,开展国际基金项目29项,西肯塔基大学基金项目22项;2006~2011年,克里斯·葛立夫教授作为首席科学家,组织实施的中美合作项目“中国环境健康项目”,不仅将中美科技合作实质化,更吸引了众多其他国家的专家学者参与其中,为中国岩溶学科建设作出贡献。

    长期致力于推动中国与美洲、欧洲和非洲相关的岩溶国家、著名专家,开展学术交流、合作,积极宣传中国岩溶研究特有的优势,尤其是中国岩溶发育的4大特点(碳酸盐岩古老坚硬、接受水热同期的季风气候影响、地壳间歇性抬升、未受末次冰期刨蚀),推荐和吸引了一大批的国际学术界知名的科学家来的中国,开展合作研究。

    以国际合作项目为依托,克里斯·葛立夫教授通过23年的不懈努力,为中国岩溶学科发展作出了突出的贡献:引荐国际学术界著名专家、学者,与中国岩溶研究团队交流、合作,通过理论知识讲授、技术方法和仪器设备使用培训、青年人才的联合培养,夯实中国岩溶研究的基础、提升岩溶学科发展能力;以美国国家发展署资助的中美国际合作科技项目“中国环境健康项目”为主要依托,为中国岩溶研究提供了一系列实质性的援助和支持,引进先进技术、赠送最新仪器设备;通过连续5个联合国教科文组织国际地球科学计划IGCP项目的组织实施,深度融合,成功地将中国岩溶研究由学习跟进、转变到齐头并进、最终先行引领;为联合国教科文组织国际岩溶研究中心落户中国桂林做出不懈的努力,为国际岩溶研究中心的申请、建立和运行作出重要贡献。

    克里斯·葛立夫教授是中美、中欧、中非交流合作的友好使者,他以真挚的情感、渊博的学识、辛勤的耕耘,通过20多年不懈努力,通过理论知识传授、技术方法培训,不仅培养一大批青年人才,为中国岩溶学科研究提供技术手段,注入强大的驱动力;依托一系列的国际合作项目,为中国西南岩溶区的资源环境问题的解决,提供了一系列实质性的援助和支持;成功地实现了中国岩溶研究由地域优势向学术优势的转变,实现了岩溶学科由学习跟进、齐头并进到先行引领的跨越式发展。

    获奖感言

    我很高兴可以获得中华人民共和国国际科技合作奖这一殊荣,这是一项非常有意义的奖项。

    国际合作在科学技术领域尤为重要,全球岩溶分布面积2200万平方千米,岩溶地下水是全球15亿人的饮用水源。自1992年我首次和中国科学家进行交流至今,世界岩溶事业有了飞速的发展,尤其是中国,作为一个岩溶大国,科技水平有了跨越式的发展,中国地质调查局岩溶地质研究所取得的各项成就足以站在世界前列。

    我们的合作主要集中在岩溶水文地质、地球化学及西南岩溶水资源领域,而这一区域也正是世界典型岩溶区之一。许多具有代表性的关键科学问题,在来自中国、美国、斯洛文尼亚、巴西等岩溶大国的科学家共同努力下都一一得到了破解,为全球岩溶区的社会经济发展起到了重要的支撑作用。

    我曾来到中国30多次,我们建立起了良好的伙伴关系,不仅仅是工作中,生活上也成为了真挚的朋友。我们在科技领域的交流毫无保留,这对多方有益,未来我们也将以这样的态度继续开展工作。随着2008年联合国教科文组织国际岩溶研究中心在桂林的成立,以及去年11月份“全球岩溶”国际大科学计划的正式启动,我们拥有了更好的国际合作平台。

    最后我想作为获奖者表达的是,感谢中国政府对于国际科技合作的重视,预祝更多国外的科学家的工作获得认可,欢迎更多国际伙伴来到中国和我们一同开展工作。

    科技,探索地球奥秘之光

    摘要:对华南白垩纪盆地沉积-变形和岩浆活动特征进行了重点勘查,建立了华南白垩纪三阶段构造演化模式。研究阐述了古太平洋和新特提斯构造域板块动力学如何控制华南白垩纪的演化,并为探索长江中下游地区铜、金等多金属矿床的成因提供了新的参考模式。

    1.项目概况用为典型特征(图1),这些变形、岩浆与成矿作用在全球中生代构造演化中独具特色,为国华南白垩纪构造演化以大规模伸展断陷盆内外地质学家关注的焦点。2008—2013年,中地形成、岩浆侵位、火山作用及多金属矿化作国地质科学院地质力学研究所在国家专项“深部探测技术与实验研究”子课题“华南地区中生代构造演化与动力学过程”的资助下,对华南白垩纪盆地沉积、变形和岩浆活动特征进行了系统勘查,建立了华南白垩纪沉积-构造-岩浆演化过程。

    2.成果简介

    (1)华南白垩纪断陷盆地沉积特征。华南白垩纪断陷盆地群主体呈NE—SW走向展布。从内陆至沿海,共选择了11个具代表性的断陷 盆地,重点对盆地内沉积物的岩性组成、厚度及地质年代进行了论述和对比分析。分析结果显示,①早白垩世沉积物主要集中分布在内陆,其面积和厚度向沿海呈递减趋势;②晚白垩世沉积物更多集中在沿海,其面积和厚度从内陆至沿海呈递增趋势(图2)。由此可见,华南主要沉降中心早白垩世一晚白垩世经历了从内陆至沿海的转移。

    (2)华南白垩纪构造变形及古应力场演化特征。为建立华南大陆白垩纪构造应力场演化序列,在衡山低角度拆离带、湖南沅麻和衡阳盆地、江西会昌、浙江金衢、天台、嵊州、永 康、丽水盆地等地区开展了大量野外地质调查和构造要素产状测量工作,建立了华南大陆白垩纪5阶段的构造应力场演化序列,即:早白垩世NW—SE伸展和NW—SE挤压,中一晚白垩世WNW—ESE伸展和WNW—ESE挤压,晚白垩世N—S伸展。

    (3)华南白垩纪岩浆活动特征。华南白垩纪地壳伸展作用诱发了大规模的岩浆活动,形成了NE—SW走向宽大于600km的岩浆岩带,总出露面积约14万km2(图1)。其中,侵人岩以花岗岩为主,分布在长江中下游、江南造山带和华 夏地块;喷出岩以玄武岩、安山岩和流纹岩为 主,分布在赣江断裂带以东的沿海地区(图3、图4)。结合锆石U-Pb年代学、岩石学和地球化学特征,它们可分为早、中、晚三期,即:早白垩世(145~137Ma)埃达克岩和片麻状花岗岩,中白垩世(136~118Ma) A型花岗岩和钙碱性火山岩,和晚白垩世(107~90Ma)A型花岗岩和双峰式火山岩。据岩浆岩的年龄-空间分布关系可见, 这些白垩纪岩浆岩从内陆至沿海呈逐渐年轻的趋势(图3、图4)。

    (4)华南白垩纪构造演化及动力学机 制。综合上述资料,建立了华南白垩纪盆地沉 积、岩浆和古构造应力场演化综合图。早白垩 世初(145~137Ma),挤压作用导致:①长江中下游地区俯冲洋壳或地壳加厚熔融形成埃达克质岩,Cu-Au等多金属矿床形成;②东南沿 海地区地壳加厚重熔,形成片麻状花岗岩,其形成机制与古太平洋和伊泽奈崎板块之间的洋中脊俯冲作用密切相关。早白垩世一晚白 垩世初期(136~80Ma),NW—SE伸展和NW— SE挤压交替运行,前者导致大规模伸展断陷盆地和岩浆岩的形成,与古太平洋板块俯冲过 程中的板片后撤诱发的弧后扩张作用有关;后者导致断陷盆地广泛构造反转。晚白垩世末期(80~65Ma),古构造应力场转变为N—S伸展,可能与新特提斯构造域板片俯冲过程的弧后扩张作用有关。

    3.成果意义

    研究成果显示,华南白垩纪大地构造演化以幕式挤压-伸展变形为特征,并与周缘板块动力学活动密切相关。这一研究深化了对于华南白垩纪构造演化及动力学机制的理论认识,并为探索长江中下游地区铜、金等多金属矿床的成因提供了新参考模式。(中国地质科学院地质力学研究所 张岳桥 李建华 供稿)

    华南白垩纪构造-岩浆演化与动力学过程