中国可燃冰勘查利器——海马号无人潜水器

新华社发

勘查团队在祁连山南缘钻探发现“可燃冰”。

冀 业摄（资料图片）

近日，俗称“可燃冰”的天然气水合物成功获批为中国第173个矿种。这虽然是业界和公众意料之中的事，但还是引起了广泛关注和热烈讨论，人们由此预见，可燃冰作为一种战略性绿色能源，在中国获得了相应的法律地位，必将在勘查和开发利用方面迎来新的发展机遇。

可燃冰被誉为“未来能源、洁净能源和21世纪能源”，这一方面在于其有能量密度极高、非常洁净等特质，另一方面在于其分布范围广、资源量巨大，可以为人类提供持久能源支持。对于环境资源压力巨大的中国来说，可燃冰更是承载着变革能源结构、实现绿色可持续发展的梦想。20多年来，中国科技工作者不懈努力、忘我奋斗，不仅系统提出了被实践证明正确的可燃冰成藏理论，而且形成了具有国际先进水平的可燃冰资源综合勘查高新技术体系，为可燃冰的开发和利用奠定了坚实基础。

中国储量家底知多少

在标准状况下，1立方米可燃冰可释放出164立方米天然气和0.8立方米的水，能量密度是天然气的2-5倍、是煤的10倍。这是人们对神奇的“冰火”津津乐道的主要原因之一。这样一种能量密度极高的物质，在地球上储量非常丰富。国土资源部天然气水合物重点实验室总工程师刘昌岭研究员介绍说，如果把全球可燃冰的储量折算为有机碳资源，其有机碳占总量的比例超过53%，而煤、石油、天然气三者有机碳之和仅占26.6%，也就是说，前者是后三者之和的约2倍。国际上广泛引用的可燃冰储量数据来自美国科学家科温沃登，他预测全球储量为21万亿吨油当量，与美国能源部2011年发布的数据大致相当。

具体到中国，可燃冰的储量如何呢？中国地质调查局副局长王昆给出了一个数字：约800亿吨油当量。他强调，这是根据天然气水合物资源类型及赋存状态，结合地质条件对中国海域可燃冰源量的初步预测量。冻土区是陆域可燃冰的可能成矿区，而中国是世界上第三冻土大国，冻土区总面积达215万平方公里，具备良好的可燃冰赋存条件和资源前景。据科学家初略估算，陆域可燃冰远景资源量至少有350亿吨油当量。王昆介绍，总体上看，中国可燃冰分布广、类型多、储量非常丰富。目前，已在南海发现两个超千亿立方米的矿藏，圈定11个成矿远景区、25个有利区块。

四个勘查阶段迎头赶上

与一些国家从上世纪70年代就投入可燃冰勘查研究相比，中国在可燃冰资源调查研究方面起步无疑是较晚的。据刘昌岭介绍，如果从1995年原地质矿产部设立可燃冰调研项目开始算起，不过20多年，而这20多年又可以分为四个阶段。

一是预研阶段。主要开展对国外调查研究情况的调研跟踪、文献整理等工作。这个阶段有两个标志性年份。1995年，“西太平洋水合物找矿前景与方法的调研”“中国海域水合物勘测研究调研”等项目设立，中国地质科学院矿产资源研究所和广州海洋地质调查局等机构参与其中，对水合物在世界各大洋中的形成、分布等方面进行了初步研究，明确指出了中国近海海域具有水合物成藏条件和资源远景。1998年，在国家“863”计划支持下，“海底水合物资源探查的关键技术”前沿性课题研究顺利启动。此外，中科院兰州冻土研究所开展了实验室合成天然气水合物研究，并通过书籍翻译将外国可燃冰领域研究进展系统介绍进来。

二是前期调查阶段。1999年，国土资源部启动了“西沙海槽区天然气水合物调查与评价”项目，首次在该区域发现了可燃冰存在的重要标志。在东沙群岛南部和台湾西南等海域，调查团队也发现了蕴藏可燃冰的证据和标志，并综合利用多种海底调查手段，包括海底取样和摄像等，对这些证据和标志进行了研究分析，初步确认了可燃冰的存在。

三是专项调查阶段。此阶段从2002年持续到2010年，参与调查的众多科研院所和大学与中石油、中石化等历时8年，实施了与可燃冰相关的4个专项，优选了南海的数个海域，开展了可燃冰调查与评价，并获得了可燃冰实物样品，取得了重大突破。与此同时，中国陆域可燃冰调查也在大力推进，初步结果显示，祁连山和漠河盆地等冻土地区具备较好可燃冰成矿条件和找矿前景。

四是“127”工程国家专项阶段。2011年，“127”工程天然气水合物专项设立，按照“海路并举，先易后难”的思路，加强对南海、东海等海域和陆域冻土区的调查研究，查明中国海陆可燃冰家底，并为进一步开展资源评价和开发做好准备。上述专项实施的目标之一是实施赶超战略，使中国可燃冰勘查等技术与国际先进国家同步，为商业开发打好基础。

推进理论和技术装备创新

四个阶段，22年努力，中国不仅摸清了可燃冰家底，而且实现了一系列勘查理论和勘查技术、装备的创新。实际上，注重创新的引领作用，把地质调查过程变成科技创新的过程，全面提升科技创新解决资源环境基础地质问题的能力，也是中国地质领域工作的指导思想。

中国地质调查局基础调查部副主任邱海峻指出，根据国际上的研究，可燃冰在全球主要分布有两类地区：一类是水深300米—3000米的海底，在海底以下0米—1500米的沉积物中产出；另一类是陆上冻土区。成功进行可燃冰勘查，光靠上述大体模糊的判断显然是不够的，必须摸索出适合中国海域和陆域地质特征的探测理论和方式。

刘昌岭指出，中国科学家根据可燃冰成矿原因，创新性提出“渗漏型可燃冰”概念，并将可燃冰划分为“扩散型”和“渗漏型”等几种，总结出各自的特点，指出它们在南海北部具有密切的成藏关系，具备形成的地质条件，并揭示出该地区形成了南北成带状的可燃冰富集规律。

工欲善其事，必先利其器。可燃冰勘查离不开先进的装备，而4500米级深海遥控潜水器海马号就是中国可燃冰勘查的一大利器。它历时6年研发而成，实现了一批关键技术突破，包括本体结构、浮力材料、液压动力和推进、作业机械手和工具、观通导航、控制软硬件、升沉补偿装置等，是中国迄今为止自主研发的下潜深度最大、国产化率最高的无人遥控潜水器系统。该潜水器研发成功后迅速转化为应用，在南海北部陆坡发现了海底活动性“冷泉”，实现了南海天然气水合物资源调查领域的突破性进展。

在可燃冰勘查过程中，中国科学家摸索出一套成熟的调查技术和特效探测技术。刘昌岭举例说，针对可燃冰赋存的相关地貌、沉积矿物等，勘查人员集成了一套可燃冰综合探测系统，综合“地质、地球物理、地球化学”等调查手段，该技术已成为服务海域可燃冰常规勘探的主打技术。

《 人民日报海外版 》（ 2017年11月25日 第 08 版）

2016年08月30日至9月9日，地调局武汉地调中心承担的“武当-桐柏-大别成矿带武当-随枣地区地质矿产调查”二级项目所属“湖北1∶5万十堰市、吕家河、薛家村、土城幅区域地质调查”子项目，邀请中国地质大学（武汉）变质岩专家周汉文教授针对子项目野外地质调查过程中遇到的问题、新发现和新认识进行野外现场指导。

该子项目目标任务之一是以现代沉积学及造山带理论为指导，系统建立调查区地层系统，特别是新元古代青白口系武当群的地层层序（含岩石组成、形成时代、变质变形作用及期次、空间展布规律等）。周汉文教授全程参与了武当群杨坪组变质岩剖面的测制，期间针对杨平组中的每一个构造变形特征进行了详细的应力分析，并对变质期次进行了详细解读，强调对于武当群地层层序的划分重点在于标志层的认识，利用解析构造及相似性原理对区域构造变形进行类比。9月6-9日二级项目负责人彭练红教授抵达子项目工区与周教授一起带领子项目组实地考察了邻区青峰镇武当群杨坪组、保安寨寒武纪杨家堡组硅质板岩、官渡镇志留系梅子垭组辉斑玄武岩和基性火山岩等典型剖面；在实地考察典型剖面的过程中，周教授对子项目组提出急需解决的杨坪组时代如何准确限定、双台组中酸性火山岩和基性岩属性、如何恢复原岩建造等几个关键问题发表了看法。

此外，周教授还结合二级项目整体规划，就武当群古环境恢复为子项目后期工作提供了建设性意见和建议。

二级项目负责人彭练红教授结合野外考察和子项目实际工作情况对子项目提出以下要求：一是要加强子项目工作方法及工作思路的讨论，跳出思维局限，对武当群重新认识，并强调子项目组内部应定期组织交流研讨，根据工作实际情况适时调整工作方法和工作思路；二是要高度重视安全生产和保密工作，加强野外作业安全培训，将安全保密责任落实到每个人，做到各司其职、各尽其责。

自然资源是人类社会赖以生存和发展的物质基础和空间载体。为了解决自然资源所有者不到位、空间规划重叠等问题，2018年3月，国家整合相关部门的资源管理职责组建自然资源部，“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”。自然资源统一管理职责的实现与履行，需要地质调查等相关业务提供智力支持、技术支撑与信息服务。自然资源统一管理制度的建立与实施，对地质调查工作提出了更高的要求和更多的需求。

自然资源统一管理对地质调查的新要求

实行自然资源统一管理是我国生态文明制度建设的重大举措。与过去多部门管理体制相比，自然资源管理的理念与目标发生了重大变化，地质工作需要与之相适应。

《生态文明体制改革总体方案》提出，生态文明体制改革须树立新的理念：尊重自然、顺应自然、保护自然；发展和保护相统一；绿水青山就是金山银山；自然价值和自然资本；空间均衡；山水林田湖草是一个生命共同体等。这些理念是实行自然资源统一管理的理论基础，需要在自然资源管理的各个环节和全过程贯彻落实。新组建自然资源部的主要职责是：“对自然资源开发利用和保护进行监管，建立空间规划体系并监督实施，履行全民所有各类自然资源资产所有者职责，统一调查和确权登记，建立自然资源有偿使用制度，负责测绘和地质勘查行业管理等”。

山水林田湖草系统与自然资源分布示意图

基于新理念与新职责，自然资源统一管理对地质调查工作提出了新要求。地质调查应从以下几个方面提供服务支撑：一是为社会经济发展提供所需的土、水、矿、森林、草地、海洋等自然资源，促进产业发展，保障国家资源安全；二是确保自然资源开发利用过程中不损害生态系统，从源头保护、利用节约到破坏修复，保持山水林田湖草系统功能稳定，促进自然资本保值增值；三是摸清自然资源家底，掌握自然资源动态变化，为自然资源开发利用提供基础依据；四是保障自然资源资产所有者权益，健全自然资源资产产权制度，规范自然资源开发利用与保护行为；五是保持空间均衡，统筹各类资源、山上山下、地上地下、陆地海洋以及流域上下游，促使资源开发不超过其承载能力和环境容量，促进区域协调；六是提高资源利用效率，促进自然资源集约节约利用。

地质是山水林田湖草系统的基础，为自然资源提供了物质来源和赋存空间，对自然资源分布与开发格局具有框架性的制约作用。从空间分布上看，耕地、矿产、水等自然资源在空间上呈不连续片状、块状、条带状等形式分布在地质实体中，森林、草原等自然资源在空间上呈不连续片状分布在地质实体的上界面——地表。因此，自然资源开发利用和保护需要顺应地质规律，人地和谐共生是人与自然和谐共生的基础与重要内容。

地质调查工作以地壳表层为调查对象，是实现自然资源统一管理的重要基础和技术支撑。在以往各部门不同门类自然资源管理过程中，地质调查工作根据土地、矿产、水等自然资源与生态环境管理的需要，分别开展了相应的地质调查，为资源管理提供了大量的基础地质信息与服务。这些地质调查工作成果为服务和支撑自然资源统一管理提供了有利条件和良好基础。

国内外地质调查服务自然资源管理的经验

面对经济社会发展对自然资源日益增长的需求和生态环境保护的需要，各个国家或地区探索实施了各种管理政策。不管是实行不同门类自然资源分部门管理，还是实行不同门类自然资源统一管理，抑或是实行资源与环境综合管理，地质调查工作都发挥了越来越大的作用。

1. 国外地质调查工作服务自然资源管理的做法与经验

（1）美国地质调查局通过打破学科界限提升复杂资源问题解决能力。

美国的自然资源由联邦政府内政部负责管理。美国地质调查局（USGS）作为内政部下设部门，负责提供水、能源、矿产以及其他自然资源科学信息，同时提供生态环境健康、土地利用与气候变化影响等科学信息。为了提高跨学科跨领域资源问题解决能力，2010年USGS对内设机构进行了调整，撤销按照传统学科设置的业务管理机构，面向重大战略问题设立新的业务管理机构：撤销原来的地质学部、生物学部、地理学部、地理空间信息部，保留水资源部，新设立生态系统部，气候与土地利用变化部，能源、矿产与环境健康部，自然灾害部，核心科学体系部等5个业务管理机构。由此看出，服务与支撑自然资源管理是USGS科学研究的基本出发点和落脚点。

美国地质调查局内设机构与整合科学示意图

2017年，面对复合性资源、环境与社会问题，USGS提出了发展“整合科学”的设想，将数据、方法、模型组织到相应的时空框架之中，形成一个模块式整体，为自然资源管理、环境保护和防灾减灾提供全方位支撑。基于此，在2019财年预算方案中，USGS提出了调整组织架构的方案，拟设立负责各领域整合与协调的副局长职位，促进不同领域的交叉融合。

（2）俄罗斯地质调查服务自然资源开发与生态环境保护规划编制。

俄罗斯联邦政府自然资源与生态部负责地下资源、水资源、林业资源与生态环境的统一管理。俄罗斯《底土法》规定，地下矿产、水、岩石土壤、地质结构、地下能源、地下空间实行综合管理。全俄矿物原料经济研究所、全俄地质研究所是自然资源与生态部下属的两大支撑机构，前者主要负责地下资源的规划和经济研究，负责对矿产地进行经济开发可行性评价；后者主要负责地质调查的科学研究。这两个单位提供地下资源开发方向等方面的决策咨询服务，自然资源与生态部在此基础上，开展自然资源开发和环境保护的战略分析，组织实施地下资源勘查，评价地下资源的经济开发潜力，编制资源开发规划。

（3）英国地质调查局利用新技术获取并分析自然资源与环境信息。

英国的自然资源由环境、食品和农村事务部负责管理。英国地质调查局（BGS）作为国家环境研究委员会的研究机构和地质科学信息主要提供者，为政府相关部门和公众提供自然资源、环境与灾害科学信息服务。2014年BGS发布其战略规划《通往地球之门》，提出利用新技术探测地球，从3个方面为社会服务：负责任地利用自然资源；管控环境变化；提高对环境灾害的适应性。BGS通过观测和监测、环境模拟、知识库及交流等手段来获取自然资源、环境与地质过程相互作用的科学信息，着力加强人类活动与环境相互影响的研究，通过整合与合作，将地学与其他科学联合在一起，建立可靠的预测模型，支持自然资源与环境管理决策。

（4）欧盟致力于资源环境一体化监测站网建设为成员国资源环境管理提供统一的监测信息。

欧盟于2013年发布第七环境行动计划，提出保持自然资本存量的稳定和生态服务的持续供给；保持自然资本存量的稳定，既要加强环境保护与管治，涵养和增强自然资本，又要提高资源利用效率，减少自然资本消耗。近年来，欧盟致力于资源环境一体化监测站网建设，统一监测技术标准，统筹部署监测资源，统一为欧盟、各成员国、科研机构和公众提供监测信息。经过多年努力，目前欧盟形成了基于卫星遥感的全球环境与安全监测系统和基于地面监测的水、自然灾害、海洋、土壤等监测站点组成的监测体系。

2. 国内地质调查工作服务自然资源管理的探索

随着资源开发、城市发展、生态环境保护等对地质工作需求的增长，中国地质调查局不断探索新领域，传统的地质工作不断拓展和延伸，城市地质、农业地质、生态地质等“地质+”先后出现并逐渐发展，为地质工作服务自然资源管理积累了宝贵的经验。

根据国土开发与保护需要，探索推进了自然资源遥感调查与综合编图工作。近年来，利用先进的遥感技术，开展了国土遥感综合调查，对土地、矿产、地表水、河流湖泊、冰川雪线、湿地、荒漠化、海岸带等进行了遥感调查。根据区域发展需要，编制了《京津冀地区国土资源与环境地质图集》、《粤港澳大湾区海岸带自然资源与环境图集》等。

根据城镇化与城市群发展需要，探索推进了多要素城市地质调查。在先期完成北京、天津等6个特大型城市地质调查试点基础上，陆续推动完成了福州、石家庄等28个城市三维地质调查。根据雄安新区规划需要，完善了多要素、多专业、多技术综合地质调查评价方法体系，首次提出多要素城市地质调查工作理念，针对城市规划建设布局、地下空间开发利用、地热资源开发、土地规划和污染土地修复等方面提出了建议。

根据农业种植结构调整需要，探索推进了农业地质调查。2012年以来，新完成耕地地球化学调查面积60多万平方千米，发布了《中国耕地地球化学调查报告（2015）》，调查成果广泛应用于全国及地方土地规划。在江西、海南、四川等地发现了一批富硒土地资源，有力推进了特色生态农业发展。初步建立土地地球化学质量档案，为土地资源的分级管理提供重要依据。

在中国地质调查局的引导下，近年来一些地区加大了地质工作服务资源管理的探索力度，形成了一些成功的做法。上海市构建了地质工作服务城市规划管理的常态机制，实现了地质调查成果服务融入政府管理主流程。江苏、浙江将地质工作嵌入土地资源管理全过程，实现了地质工作与土地管理的融合。浙江省于2016年启动了全省土地质量地质调查行动计划，计划投入4个多亿财政资金对土地进行“体检”、建立土地“资料库”和“监测网”。承德市根据经济发展、资源开发、生态保护、旅游产业发展等需要，构建了地质建造+小流域综合调查+生态关键带监测的技术框架，提出了绿色崛起的地质解决方案，推动了生态旅游产业的发展。

启示与建议

地质调查如何满足自然资源统一管理提出的新要求，世界其他国家并没有现成的模式或做法可以照抄照搬。通过国内外地质工作服务自然资源管理的经验分析，可以得出如下启示与建议。

1. 对地质调查服务自然资源统一管理的启示

与过去不同门类自然资源分部门管理制度比较，自然资源统一管理制度对地质工作的要求发生了重大变化，主要体现在以下几个方面：

一是地质调查要体现系统性。山水林田湖草同属一个生命共同体，不同门类自然资源开发利用要相互协调，山上山下、地上地下、陆地海洋以及流域上下游要互存共生。地质调查要按照各类自然资源赋存的自然单元，摸清三维地质框架、资源形成与分布、资源的数量质量与生态作用等，采用统一的分类分级标准、统一的术语和概念内涵、统一的技术要求，形成调查的基础数据与成果资料。

二是地质调查要体现综合性。自然资源既是社会经济发展的物质基础，又是生态环境的重要组成部分，在农业、工业、城镇化等方面具有不同的功能和作用。自然资源的开发利用既有利于经济社会物质财富的积累，又可能对经济社会依托的生态环境造成损害。因此，地质调查在摸清资源数量的同时，还要摸清资源的质量与生态，了解不同资源之间的相互作用与影响，形成资源、环境、生态、空间、灾害等综合评估成果，综合评价自然资源的经济、环境、生态和社会等多重价值。

三是地质调查要体现连续性。自然资源本身随着自然条件的变化与人类活动的进行而不断发生着动态变化，有的资源变化的速率快一些，有的资源变化的速率慢一些。地质工作应根据资源动态变化的速率，建立自然资源监测体系，周期性开展相应的调查与监测工作，形成自然资源的动态监测数据与成果资料。

四是地质调查要体现全程性。从自然资源开发全过程来看，自然资源统一管理包括源头保护、利用节约、破坏修复三大环节。源头保护是保障资源安全和生态安全的首要之策，利用节约是提高资源利用效率、保护生态环境的基本手段，破坏修复是保护资源和促进生态恢复的重要途径。地质调查需要针对自然资源管理的三大环节，开展相应的调查评价和监测预警工作。

五是地质调查要体现效益性。自然资源管理的主要目的之一是服务于社会经济发展和民众福祉，在不损害自然资本的前提下最大程度地发挥其经济效用。因此，地质调查在调查自然资源地质潜力的基础上，要评估其技术经济可行性和环境影响状况。为开展自然资源确权登记和保障自然资源资产所有者权益提供技术支撑，同时也为自然资源的开发利用提供基础信息。

六是地质调查要体现社会性。地质工作的成果主要表现为地质图件、调查报告、监测数据等，要转化为管理者能够理解的语言，需要加强科学与政策之间的沟通研究。将山水林田湖草系统的地质、地理、资源、生态等自然变化规律与经济社会的经济、管理、人文规律结合在一起，为自然资源管理政策的制定与实施提供必要的知识、手段和方法。另外，部分自然资源还具有文化、休闲、美学等功能，在管理过程中也应统筹考虑。

2. 地质调查服务支撑自然资源统一管理工作建议

根据自然资源统一管理对地质调查的新要求，结合国际地质工作发展趋势，对我国地质调查工作提出如下工作建议：

（1）综合调查：以地球系统科学理论为指导，按照自然单元开展多要素综合调查，建立地球表层三维地质框架模型。

解决土、水、矿等自然资源调查中的重大科学问题，首先需要了解水文过程、生态过程、生物地球化学过程等所依存的地球表层地质体。地球表面的地质、地理、生态信息必须与深部的地质、地球物理、地球化学等信息整合在一起，才能准确地描述完整的山水林田湖草系统。例如，对于水资源调查，应建立不同尺度的三维/四维水文地质框架模型，为水流动态变化预测与水资源管理奠定基础。以往开展的地质调查工作，往往以某一种资源为重点，难以全面反映地质框架的多种属性。围绕自然资源统一管理，地质调查应按照统一的技术规范和标准，开展不同尺度的调查评价，充分反映地质框架的成土条件、成矿条件、水文条件等多种属性。

（2）综合监测：以自然环境承载能力评价为核心，开展自然资源数量、质量与生态综合监测，及时提出预警与对策措施。

自然资源的开发利用不应以损害山水林田湖草系统的生态功能为代价，一种资源的开发不应影响其他种类资源的效用，一个地区的资源开发不应影响其他地区资源的效用和生态环境的稳定。实现自然资源的可持续开发利用，需要对各种资源与环境要素进行系统监测，建立资源环境承载能力评价模型，实现资源环境承载能力监测预警，从而提出自然资源开发利用和保护的对策。受地质调查程度低、监测站点缺乏等因素影响，地质工作在资源环境承载力评价方面至今还不够成熟，难以做到准确的定量评估和预报预警。为了支撑承载力监测预警，需要整合目前的各门类资源环境监测网，利用现代探测监测技术，建立统一的自然资源监测网络。

（3）综合评价：服务自然资源所有者权益保护，开展自然资源综合评价，量化自然资源的经济、环境、生态和社会价值。

对于经济社会，自然资源具有两种效用：一是为社会经济发展提供所需的土、矿、水等有形的物质材料；二是为生态系统提供涵养水源、保持水土、调控水分等无形的生态资本。长期以来，我国是以牺牲生态资本和大规模的资源开发来支撑经济的高速增长。受此影响，社会高度重视自然资源的资源效用，而忽视了其所具有的生态效用，造成了生产、生活空间的不断扩展和生态空间的日益萎缩。根据生态文明建设的新要求，应“加快自然资源及其产品价格改革，全面反映市场供求、资源稀缺程度、生态环境损害成本和修复效益”。为此，在评估自然资源的效用过程中，不仅要评估其资源价值，还要评估其生态价值，全面反映自然资源的实际价值。

（4）综合利用：服务自然资源集约节约利用，开展自然资源综合利用调查与技术研发，推动自然资源效率的提高。

从社会经济与自然资源的相关关系来看，社会经济对生态环境的影响程度取决于输入的自然资源数量和输出到生态环境中的废弃物数量。二者的数量越少，资源利用效率越高，经济发展的环境成本越低，社会经济可持续发展能力越强。国际上采用物质流分析方法，定量核算自然资源开发的数量，评价自然资源利用效率。地质工作应根据资源节约集约利用的需要，建立我国水、化石能源、金属矿产、建筑石材等自然资源的物质流核算与分析体系。一方面促进自然资源利用效率的提高，为我国实现经济发展与资源消耗“脱钩”提供依据；另一方面支撑我国自然资源资产负债表编制，为实现自然资本的保值增值提供依据。

（5）综合治理：保持生态环境稳定与防治生态损害，开展生态综合治理技术研发，提出生态修复地质解决方案。

伴随着自然资源开发利用，地质环境不断发生变化，有可能会引发一系列地质环境问题和地质灾害，包括地面沉降、崩滑流、海水入侵、地下水污染、土壤污染等。跟踪国际上在生态修复领域的研究和技术前沿，引进、消化和发展相关科学理论和高新技术，实现理论和技术的原始性创新。有预见性地积累和研发地质环境问题防治与生态修复技术，及时为自然资源开发过程中出现的各种环境问题提供地质解决方案。

（6）综合服务：以需求为导向，面向政府、企业与社会公众提供多层次、多渠道决策支撑与信息服务。

自然资源统一管理以政府为主导，需要企业、社会公众的共同参与才能实现自然资源的可持续利用，为社会经济的永续发展提供支撑。充分利用现代信息、网络、大数据等技术，根据政府、企业、社会公众的需求，及时形成基础扎实、数据可靠、清晰易懂、形式多样的服务信息，为政府管理提供决策支撑，为企业和社会公众提供信息资料。同时，充分利用各种现代媒介，使全社会各部门、各行业人员能方便地获取地质调查成果和数据，为最大程度地挖掘地质调查成果应用潜力提供基础。

2018年1月23日召开的2018年全国地质调查工作会议指出，中国地质调查局2018年的重点工作任务之一是精心实施陆域清洁低碳能源五大地质科技攻坚战。中国地质调查局地学文献中心“地学情报综合研究与产品研发”二级项目围绕局重大需求，将对国外主要机构在地热相关领域的部署实施进行较为系统的归纳总结。本文重点介绍美国能源部地热技术办公室的地热工作进展。

地热能可以全天24小时提供清洁、可再生的能源，几乎不排放温室气体，且开发对环境的影响很小。该类清洁低碳能源不仅能用于供热和制冷，还能用于发电。

美国能源部地热技术办公室作为美国地热研发相关联邦投入的主要管理者，致力于与工业界、学术界和美国能源部国家实验室合作开展研究、开发和示范工作，建立创新型且具成本竞争力的技术和装备，促进美国地热产业的发展。该办公室近年获得的联邦预算逐年增加，从2014财年的约4500万美元增长至2017财年的近1亿美元（图1）。重点关注的领域包括：①水热型地热资源；②增强型地热系统；③低温和伴生型地热资源；④系统分析。具体工作目标包括：①促进传统水热型地热资源的增长；②促进增强型地热系统的商业化；③克服部署上遇到的技术问题；④获取其他经济附加值；⑤通过合作应对地下能源挑战。

促进传统水热型地热资源的增长方面，重点探索了针对具高温、足够渗透率和足够水流量的水热型地热资源的有利赋存区综合分析，以及比地热热泵和其他传统的直接利用系统埋藏更深、规模更大、效率更高的深部地热能直接利用。

促进增强型地热系统的商业化方面，重点实施了增强型地热系统合作实验室项目（EGS Collab）和地热能前沿观测研究计划（FORGE），分别开展实验室规模的科学理论研究以及场地规模的技术装备研发示范。

克服部署上遇到的技术问题方面，重点开展了适用于极高温地质条件的定向钻井系统、多分支井钻完井技术和固井所用水泥的研发，以及能更快、更准确地进行人工建造裂隙网络地下成像的“E4D-RT”工具。

获取其他经济附加值方面，重点研究了地热卤水中稀土、锂、锰等重要物质的回收，多种清洁能源综合利用发电，以及油田伴生型地热对油田废水的脱盐处理。

通过合作应对地下能源挑战方面，重点实施了地下技术和工程研发交叉合作团队（SubTER）研究计划，联合美国能源部有关办公室与私营企业、美国能源部国家实验室和学术界共同推进地下技术和工程的研究、开发和示范。

综上所述，美国在地热能勘查开发领域的联邦投入，在推进传统水热型地热资源的有利区优选和高效、规模化利用的同时，重点开展增强型地热系统在实验室规模和场地规模的科学理论研究和技术装备研发示范，以期通过提高地热资源勘查开发的经济和技术可行性，吸引私营企业的投入，为满足美国的能源需求提供丰富且可再生的能源来源。

美国能源部地热技术办公室重点关注领域的联邦财年预算变化（单位：万美元)

资源、环境与生态问题已成为事关人类发展前景的全球性问题。近几十年来，随着人口急剧增长与经济快速发展，世界工业化、城市化进程不断加快，人类活动已成为全球变化的重要驱动力。在经济全球化、区域一体化不断深化的推动下，各国经济发展对相互之间资源、环境与生态的影响不断加大，人类进入了生态全球化时代。面对前所未有的重大而紧迫的全球性环境问题，世界各国在持续努力探索解决之道。党的十八大从新的历史起点出发，做出“大力推进生态文明建设”的战略决策；习近平总书记从新时代基本方略的高度提出要树立“两个共同体”理念——“人类命运共同体”理念与“山水林田湖草生命共同体”理念，为推进全球经济社会发展指明了方向，地质调查工作迎来了新的转型发展。地质调查工作如何适应与服务全球与国内生态文明建设并推动全球与区域问题的解决，亟待深入思考。

11990～2015年不同国家矿产资源人均开采量与消费量变化

地球系统问题的全球性与区域性

20世纪50年代以来，人类活动对地球系统影响的程度和频度发生了急剧变化，人类施加于地球系统的各种压力进入“大加速”时期，地球从全新世跨入了新的地质年代——人类世。人类活动对地球系统的影响已经接近或超过自然因素引发的环境变化，并正在继续加剧，有可能产生不可逆转的后果。在第23届联合国气候大会上，来自世界各国的科学家发出警告：地球系统越来越抵近危险的“临界点”。

1. 全球自然资源开发从线性增长转变为指数增长，发展中国家增长尤为突出

过去的100多年，矿产、水、土地等自然资源开发经历了从线性增长到指数增长的转变。

（1）矿产资源：全球开采总量快速增长，发达国家主导矿产消费，发展中国家开采快速增加

1901年以来，全球矿产开采总量经历了缓慢增长、快速增长、稳定增长与急剧增长的变化。与1901年比较，2015年全球矿产开采总量增长了32.0倍，其中化石能源增长14.6倍，金属矿石增长41倍，非金属矿石增长49.3倍。根据开采量增长情况，矿产资源开发可划分为4个阶段：1945年以前，矿产开采量缓慢增长，年均增长0.59亿吨，人均开采量1.73吨；1946～1973年，矿产开采量快速增长，年均增长6.40亿吨，人均开采量增长到5.78吨，年均增长4.0%；1974～1997年，矿产开采增速减缓，年均增长6.15亿吨，人均开采量增至6.34吨，年均增长0.4%；1998～2015年，矿产开采量急剧增长，年均增长16.05亿吨，人均开采量增至9.01吨，年均增长2%。

近几十年来，全球矿产开采与消费格局发生了重大变化。从开采来看，20世纪90年代中期之前，OECD国家主导全球，开采量占全球的41.8%，之后开采量占全球比例不断降低，到2015年降至23.0%，并且自2007年开始由增长转变为下降趋势；金砖国家开采量快速增长，在1995年超过OECD，占全球比例由1995年的37.9%升至2015年的51.6%。从消费来看，直到2007年，OECD国家消费量呈不断增长趋势，1990～2007年平均占全球总量的52.1%，2007年之后消费量降中趋稳，近年来稳定在295.42亿吨左右，占全球比例降至2015年的36.4%；金砖国家消费量在2000年之后快速增长，年均增长6.3%，在2010年超过OECD国家，到2015年增至360.57亿吨，占全球总量的44.0%；其余国家矿产消费量保持稳定增长趋势，年均增长3.1%。

全球资源治理体系变革滞后于全球矿产开采消费格局的变化。1990～2015年，OECD国家人均矿产消费量大大高于其人均开采量，平均高出42.2%，且这一比例有增大的趋势。这表明，发达国家所开发的矿产根本满足不了其消费需求，通过进口越来越多的原矿石、矿产品与各种制成品来补充。金砖国家、其余国家人均开采量一直大于其消费量，说明发展中国家所开采的矿产在满足本国需求之外，有相当比例以原矿石、矿产品、各种制成品等形式出口。以金砖国家为例，2015年矿产开采量14.6吨/人，消费量11.7吨/人，在满足本国需求的同时，每人平均为其他国家贡献了2.9吨的矿产。目前的全球资源治理体系与发展中国家的贡献不相适应，亟需变革，以促进全球资源优化配置。

（2）水资源：开采总量保持增长态势下呈现出显著的区域分化

全球水资源开采在总量持续增长态势下呈现出显著的区域性差异。1901年～1950年，全球水资源开采量缓慢增长，由6713亿立方米增至12265亿立方米，年均增长1.3%；1951年～1980年，水资源开采量快速增长，年均增长3.2%；1981年以来，水资源开采量增速趋缓，年均增长0.8%。OECD国家水资源开采量在1980年由快速增长转变为稳定波动趋势，近年来稳定在9200亿立方米，占全球总量的23%。金砖国家水资源开采量自20世纪60年代以来保持快速增长的趋势，1960年～2000年年均增长2.4%以上，2000年以后增速有所减缓，到2015年增至17500亿立方米，占全球总量的43.7%。全球水资源开采量增长的主要原因是灌溉农业的快速发展与农业经济的持续增长。中国、印度等新兴经济体农业快速发展，加上持续的工业化和城市化，用水量有较大幅度的增长；欧盟、美国等发达经济体由于越来越多地进口工业制造产品与粮食，同时技术进步促使工业与城市用水下降，用水量自以前的增长转变为稳定或下降。

地下水开采量快速增加，部分发展中国家含水层疏干问题严重。全球地下水开采量自20世纪60年代的3120亿立方米增至2010年的9820亿立方米，增长了3倍多。与水资源类似，地下水开采亦呈现出显著的区域差异。发达国家地下水开采在经历了一段时期的快速增长后已趋于稳定或缓慢下降。例如，美国地下水开采1950年～1980年保持了30年的增长，之后趋于稳定。发展中国家地下水开采自20世纪七八十年代以来处于快速增加的态势。例如，埃及1972年～2000年地下水开采量增长了6倍。地下水开采主要集中在亚洲国家，印度、中国、巴基斯坦、伊朗、孟加拉国等5个国家地下水开采量占全球总量的53.2%。地下水开采量的快速增加导致部分地区地下水位持续下降，引发了严重的生态环境问题，如泉水消失、湿地萎缩、地面沉降、海水入侵等。

（3）土地资源：城市与农业用地持续扩展，生态空间不断萎缩

1901年～2015年，全球土地利用变化的趋势是拓荒草原与森林来扩展农业用地，开发农业用地来扩展城市和基础设施建设用地，森林、草原、湿地等生态空间不断萎缩。农业用地面积扩展趋势趋于减缓。1901年～1955年，全球农业用地面积快速增长，年均增长0.88%，占全球土地面积的比例由20.6%增至33%；1955年～2015年，农业用地面积增速趋缓，年均增长0.23%，约占全球土地面积的38.0%。从区域上看，欧盟、东欧和北美的耕地面积有所下降，而南美、非洲和亚洲的耕地面积呈扩大态势。全球森林面积不断减少。1901年～1960年，森林面积平均以每年减少0.18%的速度逐年缩小，1960年以后森林面积缩小速度减缓，年均减少0.1%。

城市化以前所未有的速度在扩张。遥感图像分析表明，全球城市面积6587.6万公顷，占全球土地面积的0.51%。城市用地占土地面积比例最高的地区是西欧（2.11%），其次是东亚（0.97%）、北美（0.72%）、东南亚（0.63%）。据统计，1950年～2015年人口大于1000万的城市群数量由2个增加到29个，人口500万～1000万的城市群数量由5个增加到45个。联合国粮农组织（FAO）估计，目前城市面积以每年200万公顷的速度扩展，80%的土地来自于农业用地。虽然城市占用土地面积比例很小，但是由于城市集聚了全球一半以上的人口，城市发展对生态环境的影响是巨大而深远的。

2. 全球生态环境恶化趋势加剧，区域分化明显

在不断加快的世界工业化、城市化进程作用下，气候变暖、自然灾害、水土污染等日益成为影响全球发展的重大生态环境问题。

（1）二氧化碳等温室气体浓度不断攀升，全球气候变化加剧

根据观测数据，大气中二氧化碳等温室气体浓度上升呈加剧趋势。1901年～1960年，大气二氧化碳浓度由296ppm增至316ppm，年均增长0.11%；1960年之后，增长速度逐渐加快，1961年～1997年均增长0.36%，1997年～2015年均增长0.55%，2015年大气二氧化碳浓度增至399.57ppm。大气二氧化碳浓度升高的主要原因是化石燃料燃烧和水泥生产排放了大量的二氧化碳。2015年化石燃料燃烧与水泥生产排放了360.2亿吨二氧化碳，是1990年的1.6倍。

发展中国家开采了越来越多的化石能源，来满足发达国家的能源消费需求。在世界经济发展竞争加剧的背景下，很多发展中国家为了获得竞争优势，降低或放松了环境标准要求，推动高耗能、高污染、高碳产业发展；而发达国家对环境标准要求不断提高，以提高本国环境质量和生活舒适度。受此影响，高碳产业可能从环境标准高的发达国家向环境标准宽松的发展中国家转移，从而导致碳排放转移。全球碳计划（GCP）对1990年～2015年二氧化碳排放量估算表明：OECD国家因消费造成的碳排放大于其生产造成的碳排放，且差值越来越大；相反，金砖国家生产造成的碳排放大于其消费造成的碳排放，差值亦越来越大。这说明，发展中国家开发了本国越来越多的化石能源，加工、制造成各种产品出口到发达国家，承担了碳排放量上升与环境污染的代价。

（2）重大突发性地质灾害呈上升趋势，经济损失快速增加

全球重大地质灾害发生频次不断上升。联合国国际减灾战略机构EM-DAT灾害数据库收集了各国发生的重大自然灾害。入库灾害至少满足下列条件之一：造成10人以上死亡；100人以上受到灾害影响；政府宣布应对灾害紧急状态；政府在救灾过程中呼吁国际援助。1940年～2015年，全球发生重大崩塌、滑坡、泥石流地质灾害697次，造成6.5万人死亡，有记录的经济损失约89.4亿美元。上世纪40年代到80年代初重大地质灾害增长较慢，80年代以后发生频率快速增加，从80年代初的年均不足10次增加到近10年的年均18次。虽然发生频次增加，但是因灾死亡人数没有明显增长，单次地质灾害造成的死亡人数总体上是下降的，从1970年～1979年的136人/次下降到近5年的38人/次，说明各国地质灾害防治取得了一定成效。然而，地质灾害造成的经济损失自80年代以来快速增加，从70年代的平均每年0.14亿美元增加到近10年的平均每年1.76亿美元。

不同国家地质灾害发生与防治情况存在显著差异。美国1960年～2009年地质灾害共造成336人死亡，直接经济损失12.4亿美元（按1960年折算）。1970年以后，美国地质灾害造成的死亡人数保持在很低的水平，平均年死亡人数在4人以下；1985年以前直接经济损失呈快速增加趋势，之后直接经济损失则呈减少的趋势。墨西哥1997年以前地质灾害发生在低水平波动，平均每年发生10次左右，平均每年导致近14人死亡；1998年以来，地质灾害显著增加，平均每年发生的地质灾害增加至86次，平均每年导致50人以上死亡。尼泊尔1971年～1992年发生地质灾害频次保持稳定，多在19次上下波动；1993年以后发生频次明显增加并呈周期性波动，平均每年发生120次以上，在高发年可达380次以上。

（3）全球水土污染处于上升态势

已有数据研究表明，全球水土污染呈上升趋势，随着部分工业企业（特别是高污染企业）由发达国家向新兴市场国家转移，新兴市场国家水体和土壤面临着越来越大的污染压力。

地表水和地下水污染日趋严重。据联合国估计，全球每天大约有200万吨工农业和生活废弃物排入地表水体中，全球每年污水产生量高达1500立方千米。在发展中国家，80%的污水未经处理直接排放到河流、湖泊和海洋中。世界卫生组织统计显示，全球有8.84亿人缺乏安全饮用水，全球88%的腹泻与不安全饮用水、缺乏卫生条件有关，大部分分布在发展中国家。在快速城市化和农业种植区，地下水中的氮浓度不断上升，地下水质趋于恶化。在人类活动的作用下，孟加拉国、缅甸、阿富汗、柬埔寨、印度、中国等地区发生了地下水砷污染，影响了3500万～7500万人口的饮水安全。土壤污染问题在发达国家和发展中国家普遍存在。由于长达200年的工业化过程和现代工农业的发展，欧洲土壤污染严重。据欧盟调查，38个欧洲国家发现大约有250万个场地存在污染风险，其中有34.2万个已被确认为污染场地，需要进行修复。由于土壤污染的隐蔽性和复杂性，土壤污染问题在很多国家尚没有引起足够重视。

地球系统问题解决的理论框架 

不断加速的工业化、城市化与全球化耦合在一起对地球系统产生了前所未有的影响，促使人们必须从全球尺度去认识地球系统的变化机理；同时，不同区域或国家自然资源与生态环境变化出现了明显分化，与人类相互联系最为密切的近地表圈层资源、环境与生态问题呈现显著的区域性特征，促使人们必须从近地表圈层去认识地球系统的变化机理。在问题驱动下，随着全球观测、信息等技术进步，地球科学形成了一门新的分支——地球系统科学；在地球系统科学理论指导下，聚焦近地表圈层形成了一个新兴领域——地球关键带。

近年来，我国从生态文明建设实践出发，提出了“构建人类命运共同体”和“山水林田湖草生命共同体”的理念。“人类命运共同体”的内涵是从生态、经济、政治、合作等方面构建全球治理体系，推动形成新型国际关系和国际新秩序；在生态方面强调生态环境问题无边界，保护地球系统是全人类的共同责任。“山水林田湖草生命共同体”的内涵是按照生态系统的整体性、系统性及其内在规律，统筹考虑自然生态各要素、山上山下、地上地下、陆地海洋以及流域上下游，进行整体保护、系统修复和综合治理。由此，学术界与政界在应对人类面临的地球系统问题方面高度契合，共同构成了完整的理论框架。

1. 地球系统科学：服务构建人类命运共同体

地球系统科学把地球看成一个由相互作用的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈等圈层构成的统一系统，重点研究各组成部分之间的相互作用，了解整个地球系统的过去、现今及未来的行为，为全球生态环境问题的解决提供理论基础与对策方案。上世纪80年代以来，地球系统科学以全球气候变化研究为重点，技术方法不断发展，研究内容不断丰富，研究体系日趋完善与成熟。

地球系统问题解决的理论框架

（1）以观测、机理、建模与解决方案为重点，地球系统科学研究取得重大进展

地球系统观测网不断扩展与升级，地球系统监测能力不断增强。美国NASA于1991年建立地球观测系统（EOS），利用卫星与其他手段对全球陆地表面、生物圈、地球空间、大气以及海洋进行长期观测；EOS之后，启动了地球系统任务（ESM），加深对气候系统与气候变化的认识；2017年，启动了下一代联合极轨卫星系统，用于天气预报和环境监测。美国地质调查局自1972年起陆续发射LandSat系列卫星，用于探测地球资源与环境，包括调查地下矿藏、海洋资源和地下水资源，监视农、林、畜牧业和水利资源利用，监测自然灾害和环境污染等。法国国家空间研究中心自1986年开始研发SPOT系列卫星，进行土地利用/覆盖变化、植被监测、自然灾害评估等。欧盟与欧洲航天局自2005年资助地球观测计划——全球环境与安全监测系统（GMES），由遥感卫星与陆地、海洋、大气等监测传感器组成，2013年更名为“哥白尼计划”，以扩大地球观测计划在公众中的影响力。

地球系统变化与过程机理研究不断深化，揭示了地球系统要素不同时空尺度下的变化规律与影响。地球系统变化包括大气过程、海洋过程、陆地过程、冰冻圈过程等，这些过程相互影响、相互作用。由于碳循环是地球系统物质和能量循环的核心，全球碳循环及其对全球变化的响应研究一直是被广泛关注的前沿问题。人们对岩石圈、陆地生态系统、海洋、大气以及人类社会等碳库的储量、在全球碳循环中的地位及其作用机制有了深入的认识。人们认识到土地利用、覆盖变化是造成全球变化的重要原因，很多学者对土地利用变化引起的区域气候、土壤、水文、地质等因子变化及其对生态系统影响进行了大量研究。针对全球变化的生态系统影响，学者从植物群落、植物生理生态、地下生态、水生态系统、生物入侵、生物多样性等方面开展了深入研究。

先后建立了多个地球系统模拟模型，地球系统变化预测能力大幅度提升。上世纪80年代以来，很多研究机构陆续开展了大气模式、海洋模式、陆面模式、海冰模式等地球系统模拟模型的研发和应用。2000年美国NASA提出构建地球系统建模框架ESMF，包括核心框架、天气及气候建模、数据同化应用等，为地球系统建模提供了一个标准的开放资源的软件平台。ESMF发展至今，已经拥有40多个模型，包含大气圈模型、大气动力学/物理学相关模型、海洋模型、陆地和陆表模型、水文学/分水岭模型等。欧洲提出了欧洲地球系统模拟网络（ENES）计划，包括地球系统模拟集成和气候资料存储与分发两个计划，目标是建立一个高效的欧洲地球系统模拟和气候预测系统进行集成模拟研究。日本在上世纪90年代启动了“地球模拟器”计划，于2002年研制成功，并在国际上率先开展了超高分辨率的全球气候系统模式的发展和模拟研究。中国科学院开发了地球系统模式CAS-ESM，集成了大气、陆面、陆冰、海洋、海冰等分量模式。

应对全球变化提出了系列减缓、适应方案，服务制定政策、编制规划和措施决策。基于地球系统观测、机理研究与模型模拟预测，开展全球变化的适应与可持续发展研究是地球系统科学研究的重点之一。2015年，《联合国气候变化框架公约》近200个缔约方在巴黎气候变化大会上达成《巴黎协定》，将所有国家都纳入了呵护地球生态确保人类发展的命运共同体当中，目标是把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃之内，并为把升温控制在1.5℃之内努力。越来越多的研究强调通过人类自身行为的改变，主动适应地球系统变化；通过土地系统和景观的重新设计，协调生态系统服务和人类福祉之间的相互关系；通过社会-经济-环境可持续性的综合协同，降低地球系统变化的风险。

（2）促进自然科学与人文科学融合和推进更加平衡的多学科集成，成为地球系统科学发展的未来趋势

国际科学理事会（ICSU）于2010年提出了面向全球可持续发展地球系统科学面临的5大挑战：一是如何提高对未来环境条件及其影响预测的实用性；二是如何发展、增强和集成必要的观测系统用以管理全球和区域环境变化；三是如何预见、识别、避免与管理破坏性全球环境变化；四是采取什么样的制度、经济和行为变化以迈入全球可持续发展路径；五是如何在技术研发、政策制定与社会响应中鼓励创新来实现全球可持续性。

面临这些重大挑战，地球系统科学将会从自然科学主导的研究转变为有广泛的科学和人文领域参与的研究，从单学科主导的研究转为更加平衡的多学科集成研究。“未来地球计划”未来10年将集中在3个方面：动态行星地球——观测、解释、了解和预测地球、环境和社会系统趋势、驱动力和过程及其相互作用；全球发展——获得管理食物、水、能源、材料、生物多样性和其他生态系统功能和服务所需要的知识；可持续性转型——了解转型过程与选择，评估跨部门和跨尺度的全球环境治理与管理战略。

中国所提出的构建人类命运共同体理念，得到了国际社会的高度认可。这一理念被联合国纳入相关决议，与“未来地球计划”等一起共同引导与推进全球生态文明建设。

2. 地球关键带理论：服务构建山水林田湖草生命共同体

地球关键带是指异质的近地表环境，岩石、土壤、水、空气和生物在其中发生着复杂的相互作用，在调控着自然生境的同时，决定着维持经济社会发展所需的资源供应。地球关键带科学为近地表圈层地球系统研究提供了一个整体框架，在此框架内开展全面、系统、持续、深入的跨学科研究。可以说，地球关键带科学是地球系统科学在近地表圈层的具体实现，为地球系统科学提供区域理论基础并服务于区域与全球可持续发展。

（1）融合地质、水文、土壤、生态等学科，地球关键带科学快速发展

通过探索，地球关键带科学形成了一条整合研究的技术框架：循环上升的调查-监测-研究体系。通过调查、监测和研究的循环进行，不断深化对关键带及其过程时空变化规律的认识；在此基础上，通过对图件、数据和成果集成分析，针对管理者、科学家、社会公众等服务对象生产各种产品，将关键带研究成果最大程度地传递给社会。

调查是了解地球关键带组成与结构的基础，也是部署监测和开展建模的基础。2012年，美国地质调查局发布了其核心科学体系科学战略（2013～2023），明确将地球关键带作为其研究的核心靶区，提出针对关键带的结构和过程进行调查，建立关键带3D/4D地质框架模型。针对土壤侵蚀、盐渍化、有机质减少和滑坡等土壤环境问题，欧盟委员会发布了土壤保护主题战略，将传统的1～2m深的土壤层扩展到地表至基岩之间的未固结土层进行调查和研究。关键带调查的主要目标之一是回答“关键带如何形成与演化”这一基本科学问题。欧盟资助的欧洲流域土壤变化项目选择了代表土壤形成不同阶段的4个地区进行调查研究，分析确定关键带形成演化的影响因素和关键带生态服务的可持续性。

监测是了解地球关键带随时间变化的基础，为建模提供所需的输入数据和校正数据。美国国家科学基金会于2007年启动了关键带观测计划，先后建立了10个关键带观测站，以流域为单元，对关键带各种要素进行长期观测。德国亥姆霍兹联合会于2008年启动了陆地环境观测建设项目，先后建成了4个陆地环境观测站，为区域尺度气候变化研究提供地下水、包气带水、地表水、生物和大气的基础观测数据。法国则通过提升现有的“河流盆地网络”所属的观测站，建设关键带观测设施，以流域为单元对关键带要素进行观测。欧盟委员会于2009年启动了“欧洲流域土壤变化”项目，选择4个典型地点建立了地球关键带观测站，将土壤监测作为长期观测的重点。

建模对于深化对关键带形成、运行与演化的科学认识具有重要的作用，始终是关键带科学研究的重要领域之一。例如，美国关键带观测计划的重要目标之一是建立能够描述关键带生态过程、生物地球化学过程和水文过程的系统模型，定量预测气候变化、地质作用和人类活动下关键带结构和功能的响应。关键带过程模型大致可分为两类：一类是描述单个过程的数学模型，一类是描述多个过程叠加的耦合过程的数学模型。对于前者，目前已建立了较为成熟的模拟模型；而对于后者，是关键带建模的重点和难点，尽管近年来做了很多探索工作，耦合模型还远不成熟，仍在不断发展中。

（2）随着地球关键带科学的形成与发展，或将促使地球表层研究发生科学变革

地球关键带将与经济社会最密切的近地表环境作为独立的开放系统，为区域资源、环境和生态问题研究提供一个完整的系统框架。地球关键带科学研究尚处于探索阶段，近年的进展表明地球关键带科学有潜力促使地球表层研究发生科学变革，为经济社会面临的气候变化、生态系统管护、水资源安全、自然灾害防治等重大问题的解决展示了一种新的图景。未来地球关键带科学研究发展方向包括4个方面：开发一个统一的地球关键带演化理论框架；开发耦合的系统模型来探究地球关键带服务；开发一个集成的数据和测量框架并进行验证；建立多学科集成的地球关键带观测站。

从国内生态文明建设的实践中，我国提出了“山水林田湖草是一个生命共同体”的理念。在内涵上，地球关键带与山水林田湖草异曲同工，前者侧重理论，后者侧重实践，目标均是推进区域生态环境治理。地球关键带科学是山水林田湖草系统治理的理论基础，后者则是前者与实践相结合的应用体现。地球关键带科学与山水林田湖草生命共同体理念共同构成了区域生态环境治理的理论框架，共同推进区域可持续发展。

对地质调查工作的思考

地球系统问题得到了政府与学术界的高度关注。在社会治理层面，围绕人类社会持续发展需求形成了“两个共同体”理念——人类命运共同体与山水林田湖草生命共同体。在学术层面，随着全球观测、信息等技术的进步，以问题为导向，地球科学形成了新的分支——地球系统科学，聚焦近地表圈层衍生了“地球关键带”新领域。由此，政府与学界在应对地球系统问题方面高度契合，共同构成了完整的理论框架。地质调查工作应树立人类命运共同体与山水林田湖草生命共同体理念，以地球系统科学理论为指导，以地球关键带为重点，加强调查、监测与机理研究，加强综合评价，服务和支撑生态文明建设。

一是以地球关键带为重点加强综合调查评价。将地球关键带作为地质调查工作的重点靶区。按照统一的技术规范和标准，开展不同尺度的专业性基础性地质调查，充分反映地质框架的成土条件、成矿条件、水文条件等多种属性，建立地球表层三维地质框架模型。充分利用现代信息、网络、大数据等技术，加强区域问题综合评价，形成基础扎实、数据可靠、形式多样的综合评价产品，服务区域生态治理与自然资源综合管理。

二是以服务生态保护修复为目标加强生态地质调查。根据自然资源管理与生态保护修复需要，选择典型地区探索开展生态地质调查，形成生态地质调查技术规范。根据自然资源勘查开发的源头保护、利用节约与破坏修复全过程需要，推进不同尺度生态地质调查，提出生态保护修复地质解决方案。

三是以服务全球资源治理为重点加强全球问题合作研究。以“一带一路”倡议为抓手，加快推进矿产资源勘查开发国际合作，加强产能合作，促进全球资源优化配置。立足我国优势，在前沿与关键领域，策划实施地学大科学计划，以全球岩溶动力系统资源环境、地球化学调查、青藏高原特提斯演化与资源-环境效应等为重点，推进国际地学大计划合作。

四是以资源环境要素为重点加强地球系统探测与监测。采用卫星遥感、航空遥感等对地观测技术，定期采集全球与区域资源环境要素数据。协调、整合、新建观测站点，形成地球关键带综合监测网。开展区域自然资源数量、质量与生态综合监测，及时提出预警。围绕深部资源勘查开发与灾害防治需要，加强地壳深部探测。

五是以提升自然资源管理决策支撑能力为重点加强地质大数据建设。整合现有地质、资源、环境、生态等调查数据，构建地质大数据核心数据库体系。建立资源环境要素数据动态更新机制，实现地质大数据与自然资源管理需求在时空上的契合。与经济、管理、社会等相关基础数据无缝链接，为自然资源管理与资源环境治理提供全方位支撑。

地球关键带研究的调查-监测-研究循环体系框架

六是以过程机理研究为基础加强综合评价。基于三维地质框架模型，加强地球系统物理过程、化学过程、生物过程的机理研究，建立地球系统或地球关键带模拟模型。基于机理模型，考虑不同社会经济发展情景，对所面临的问题进行综合评价，有针对性地提出地质解决方案。

（作者单位：自然资源部中国地质调查局发展研究中心）

横跨东北三省，与大小兴安岭为邻，既是大庆油田的诞生地，又是大陆深部科学钻探工程松科二井的施工地，松辽盆地这片富饶而神奇的土地给予中国地调人无上的荣耀，而中国地调人也为这片土地倾注了无限的深情，使这片土地熠熠生辉。

作为奋战在松辽盆地上的地调队伍之一，自然资源部中国地质调查局沈阳地质调查中心（以下简称“沈阳地调中心”），认真贯彻落实习近平总书记大力提升国内油气勘探开发力度的指示精神，全力按照中国地质调查局党组服务百年大庆油田建设“沉着冷静、精心实施，点上突破、面上拓展”的要求，会同中国石油大庆油田公司（以下简称“大庆油田”）联合组织了松辽盆地北部页岩油科技攻坚战，用实际行动践行广大石油、地质工作者联手攻坚克难的神圣使命，开创了松辽盆地非常规石油勘探开发的新篇章。

松页油1井出油

丰硕成果彰显地调担当

在百年风云变幻中，兴实业、利民生、强资源、壮国威，地质调查工作始终发挥着基础先行的作用，广大地调人始终将责任与担当铭记在心。

时光追溯到2019年9月26日。这一天是大庆油田值得骄傲的日子，也是沈阳地调中心值得骄傲的日子。在大庆油田发现60周年庆祝大会上，大庆油田对外宣布了四项重大勘探开发成果，其中之一是松辽盆地页岩油成果。随后，在2019年底召开的大庆油田年度油气勘探技术座谈会上，页岩油勘探攻坚战被列为油气勘探五大攻坚战之首。2020年3月21日-27日，大庆油田连续开了6个半天会，专门研讨页岩油勘探，进一步明确松辽盆地北部页岩油资源丰富，古龙页岩油非常规资源的勘探开发是大庆油田发展的新领域、新战场，也是大庆油田振兴发展的新希望、新起点，为页岩油勘探实现全面突破明确了方向。

页岩油攻坚战是中国地调局清洁能源地质调查科技攻坚战之一，沈阳地调中心与大庆油田通过3年多的协同攻关和前期探索，联合研究、联合部署，取得了丰硕的成果，大大加快了松辽盆地北部页岩油勘探开发进程。

一是四口参数井在松辽盆地获得泥岩基质型页岩油工业油流，证实松辽盆地具有良好的页岩油开发前景。继松页油1井和松页油2井取得工业突破后，“直改平”的松页油1HF井在青山口组一段泥页岩基质储层敞口自喷求产获得日产原油14.37立方米，最高日出油46.89立方米，累计产原油504.8立方米。松页油2HF井在青山口组一段泥页岩基质储层抽汲求产获得了日产原油10.06立方米，最高日出油27.81立方米，累计产原油197.99立方米。这两口水平井已经移交大庆油田进行后续试采。截至目前，松页油1HF井已试采求产超过150天，油嘴3.47毫米，累计产油800立方米；松页油2HF井已试采求产超过180天，累计产油600立方米。两口水平井取全了地层、压力和温度等各项参数，实现了泥页岩储层页岩油战略调查的重大突破。

二是评价结果显示，松辽盆地具有很好的页岩油资源潜力，有望成为重要的油气接续资源。利用新井资料，结合已有的成果，重新计算松辽盆地北部页岩油甜点区资源量近40亿吨。其中，Ⅲ类页岩油（纯页岩型）位于青一、二段半深湖-深湖相，砂地比<10%，TOC>2%，Ro>0.75%，面积11200平方千米，资源量占比70%以上，是下一步页岩油勘探的重要领域。

三是总结一套适用于陆相泥质页岩油勘探的创新成果认识和技术方法体系，提出松辽盆地北部页岩油有利目标区和井位优选的综合评价体系等五项创新成果认识，探索形成“覆膜石英砂、酸性压裂液体系、段塞加砂、纤维加砂、液态CO2”的压裂组合等三项页岩油关键工程技术。

压裂现场

五次论证指明攻关方向

每一项重大地调成果的背后，都有着事关国家能源安全的重大决定；每一项重大地调成果的背后，都离不开一批人的艰苦奋斗；每一项重大地调成果的背后，都经过一次又一次的论证与探讨，松辽盆地北部页岩油成果的取得同样如此。

时光追溯到2016年3月7日。习近平总书记在全国两会期间听取会议代表关于大庆油田形势汇报后指示：要振兴东北老工业基地，关注大庆油田发展。为贯彻落实习近平总书记重要指示精神，自然资源部中国地质调查局积极响应、迅速部署，吹响了攻坚松辽盆地页岩油的“冲锋号”。

为高质高效推进页岩油攻坚战的实施，中国地质调查局先后组织召开了5次重要的论证会，局领导亲自把关定向，攻关目标一次次聚焦。正是这5次关键且严谨的高层次论证会，明确了松辽盆地北部页岩油的调查攻关方向，选准了有利目标区和甜点层段，敲定了5口井的井位和具体施工方案，最终使得陆相页岩油调查和科技创新取得重要突破。

2016年5月20日，第一次会议论证《加快推进松辽盆地及外围油气资源调查工作方案》。这个经页岩油团队奋战一个月形成的方案，是举全局之力，用非常规手段，在科学部署前提下，开展超常规工作而形成的“作战纲领”。该方案明确了工作定位、总体思路、合作领域和协调机制，成立了前线指挥部，确定了攻关专家组。经专家深入论证，明确总体目标：以“开辟新区，探索新层系，联合攻关新类型、新领域，支撑百年大庆油田建设”为目标；提出预期成果：力争2-3年见实效，形成松辽盆地页岩油战略接续领域，同时在外围提交一批新区、新层系战略准备区；形成总体思路：立足松辽盆地，围绕非常规资源，统筹油气，远近结合，分开层次，突出重点，事企互动，联合推进，加快“四新”领域突破。第一次论证会明确了大方向，为后期工作提出技术总纲。

2016年8月9日，第二次会议论证《松辽盆地北部古龙凹陷松页油1井井位》。从5月到8月，沈阳地调中心和大庆油田密切配合，联合部署，联合研究，利用泥页岩的七性关系优选确定了齐家凹陷南部和古龙凹陷北部是页岩油发育的最有利地区，利用泥页岩的六要素明确了页岩油参数井的井位。论证会上专家组认定了位于古龙凹陷的松页油1井井位，认为若该井取得突破，对实现中国北方陆相页岩油战略突破具有重要意义。在审核了页岩油团队提出的两个井位建议后，专家考虑两个井位分别处于不同凹陷，都具备攻关施钻的必要性，因此建议两个目标同时上，最终根据油气发现选择一口井进行“直改平”，实施大型体积压裂。后期，又进行了一次补充论证，确定在齐家凹陷南部部署松页油1井，在古龙凹陷北部部署松页油2井。这次论证会，确定了两个目标井位，为后期取得成功奠定了深厚根基。

2017年7月20日，第三次会议论证《松辽盆地北部页岩油参数井试油选层及地层含油气性测试设计》。经过页岩油团队近一年的现场施工和探索，松页油1井和松页油2井钻探均见到较好油气显示，录井及测井资料解释均有油层。据此，页岩油团队研究提出了试油选层及含油气性测试方案。专家认为，两口参数井针对的储层类型不同，进行地层含油气性测试工作很有必要，明确松页油1井地层含油气性测试层位是青山口组二三段中下部的三个层位和青山口组一段的三个层位，松页油2井地层含油气性测试层位是青山口组一段的三个层位。后期，中国地调局专题会研究同意了工程设计方案，要求适当加大压裂规模，力争获得高产，获取关键参数。

2017年12月23日，第四次会议论证《松辽盆地北部松页油2井直改平地质论证设计》。通过精心施工，两口直井压裂均获得成功，松页油2井获得日产4.93立方米的页岩油工业油流，松页油1井获得日产3.22立方米的页岩油工业油流。为进一步评价页岩油资源量和勘探开发潜力，页岩油团队提出了松页油2井侧钻实施水平井的建议。专家论证认为，证据充分、合理可行，同意侧钻实施松页油2HF井。半年后，2018年6月8日，专家再次通过对《松辽盆地北部松页油1HF井地质设计》论证，确定在松页油1井侧钻实施松页油1HF井。两口水平井的实施，为后期页岩油高产工业油流的实现起了至关重要的作用。

2019年3月26日，第五次会议论证《松辽盆地北部松页油3井井位论证报告》。依据沈阳地调中心和大庆油田的会议纪要，明确继松页油1井和2井成功后，继续向页岩油勘探程度低的东部和北部地区开拓新区，页岩油团队选择三肇凹陷进行深入研究，优选并部署了松页油3井参数井。专家论证认为，该井位对于开拓新区新领域具有重要探索意义，对于整体评价松辽盆地的页岩油资源前景和获取关键评价参数具有重要的探索和引领作用。随后，该井也通过了压裂方案论证，经试油证实该地区确实具有较好的页岩油资源前景。目前，松页油3井试油见到好苗头，有望实现新区页岩油调查突破。

宝贵经验成就未来梦想

回顾地调百年风雨历程，广大地调人满怀历史的成就感和厚重感，不断总结过去，奋力前行。松辽盆地页岩油攻坚战取得重大成果，给予中国地调人特别是沈阳地调人的不仅仅是一份荣耀，更是一份引领成功的宝贵经验与启示，而这份宝贵的经验与启示将推动广大地调人创造地质调查事业的“第二个辉煌百年”。

——落实习近平总书记重要指示精神，保障国家能源安全是地质调查工作的神圣使命。我国地质调查工作有104年的发展历史。百年来，地质调查始终坚持以服务国家和区域重大需求为导向。当前，我国经济社会发展进入新常态，能源资源刚性需求长期存在。党中央、国务院高度重视油气资源保障工作，2019年9月26日，习近平总书记致信祝贺大庆油田发现60周年，指出“几代大庆人艰苦创业、接力奋斗，在亘古荒原上建成我国最大的石油生产基地，大庆油田的卓越贡献已经镌刻在伟大祖国的历史丰碑上”。60年来，大庆油田累计生产原油近24亿吨，占全国陆上原油总产量的37.6%，为祖国建设和发展做出了彪炳史册的巨大贡献。然而，大庆油田从连续27年稳产5000万吨，到连续14年稳产4000万吨，原油产量持续递减，油田发展面临挑战。为贯彻落实习近平总书记重要批示精神，中国地调局党组将页岩油调查作为科技攻坚战组织实施，在团队人员配备、资金配套、后勤保障等方面给予全力支持。沈阳地调中心联合大庆油田以“攻关齐家-古龙页岩油，寻找大庆油田接续新领域”为目标，迅速集结一支页岩油调查和科技攻关团队，在陆相页岩油地质理论、工程技术等方面进行攻关，努力开拓松辽盆地油气调查新领域。

——打破思想禁锢，地质调查与科技创新有机结合是取得成功的关键因素。页岩油科技攻坚战的成功并非一帆风顺、一蹴而就，项目开展初期整个页岩油团队感受到了巨大的压力。陆相盆地页岩油勘探开发是个全新的领域，缺乏相关的成熟理论和成功经验，页岩油的勘探开发面临着“三难三无”的境况。为了突破这些挑战，需要解决一系列世界性难题。该怎么办？有没有底气解决这些难题？冲锋号已吹响，页岩油团队必须勇往直前。沈阳地调中心在东北四省区开展地质调查工作，深耕细作近半个世纪，积累了海量的数据资料，汇聚了顶尖的页岩油科研团队，提升了攻坚陆相页岩油的自信。

页岩油团队从松辽盆地页岩油实际地质情况出发，参考页岩气、常规油等领域的资源评价方法、成藏规律及工程技术等方面的研究成果，从地质方面到工程方面不断进行创新，解决了一个又一个难题。我国陆相页岩油储层条件复杂，到底属于什么储层类型？对此，页岩油团队开拓了陆相页岩油新的储层类型——基质型（泥页岩储层）页岩油，为页岩油调查工作指明了方向。松辽盆地页岩油主要发育哪里？勘探思路和方向到底在何方？对此，页岩油团队经过攻关，实现了以“泥岩裂缝型”为主的传统勘探思路的转变，提出了巨厚的纹层型泥岩、韵律型泥岩具有丰富页岩油资源潜力的新认识，预测齐家、古龙、三肇凹陷深部蕴含丰富的页岩油资源。甜点区在哪里？规模多大、埋藏多深？井位选在哪里？带着这些问题，页岩油团队提出了松辽盆地北部页岩油有利目标区和井位优选的综合评价体系。利用岩性、物性、电性、含油气性、烃源岩、脆性和地应力七性关系确定齐家凹陷和古龙凹陷是页岩油发育的有利区，三肇凹陷是较有利地区。通过有机质丰度、成熟度、含油量、裂缝、压力和脆性等“甜点六要素”研究，明确杏西地区、巴彦查干地区和三肇凹陷中部是页岩油突破的靶区，形成了井位部署的重要依据。实践表明，3口井位选得都很精准，油气产能均达到工业标准。泥岩取心慢的难题怎么解决？页岩油团队与施工方密切配合、共同研究，改进钻具组合方式等工艺，采用直螺杆+复合片钻头组合方式，极大地缩短了取心钻进周期。陆相湖盆的压裂施工尚无成熟的压裂制度和规范怎么办？对此，页岩油团队在生产中摸索形成了一套适用于陆相湖盆的压裂施工工艺，采用羧甲基羟丙基胍胶酸性压裂液体系，结合前置二氧化碳增能、纤维加树脂覆膜砂、段塞加沙的压裂施工工艺，实现了陆相泥页岩地层中的大型体积压裂。正是页岩油团队在调查过程中将地质目标与地质理论创新结合，将工程目标与工程技术方法创新结合，才逐渐探索形成适合陆相盆地页岩油调查的地质理论和勘查技术方法体系。

——发挥公益先行作用，地质与石油工作者紧密合作是取得成功的重要基础。地质工作是国家经济建设的先行军，“地质工作搞不好，一马挡路，万马不能前行”。60年前，地质人和石油人共同合作，提出并验证了“陆相生油”理论，一举发现令国人振奋的大庆油田。2008年，中国地质调查局和大庆油田再度合作，签署合作协议，共同推进松辽盆地及外围盆地油气资源基础地质调查，为大庆油田实现“百年油田”目标提供一批后备勘探选区。近年来，双方紧密合作、联合研究、联合部署，不仅取得Ⅲ类页岩油（也是难度最大的一类）的调查突破和多项科技创新成果，而且第一时间进行了井场交接和后续试采。同时，沈阳地调中心还联合了中石化中原石油工程有限责任公司、东北石油大学、中国石油大学（华东）、数岩科技（厦门）股份有限公司等多家合作单位，与页岩油团队在工作中团结协作、密切配合、深入研讨、联合施工，涉及施工人员达600多人，卡住每个时间节点，实现有序推进，创造了合作共赢的典范。通过页岩油攻坚战的精心组织，不仅取得页岩油调查的重要突破，而且形成了国家公益性调查与油田企业、科研院所等联合攻关的创新合作模式，对陆相页岩油勘查开发起到示范和借鉴作用。

——加强人才团队建设、进行管理体制创新是页岩油突破的有力保障。为大力推进页岩油科技攻坚战，沈阳地调中心组建页岩油工程技术中心，搭建页岩油技术创新平台，加大石油地质、石油天然气工程、非震物探等专业人才引进力度，引进急需紧缺领军人才2人、业务骨干4人，培养技术精英10余人。页岩油团队从无到有，从组建到壮大，培养出中国地调局卓越人才1人、杰出人才1人、优秀人才3人，工程首席科学家1人、二级项目负责人5人。同时，按照中国地调局统一要求，页岩油团队始终坚持“五问”“五不唯”评价标准，开展岗位设置和工作内容遴选，给品德好、能力强、成果业绩突出的年轻技术骨干创造机会并搭建舞台；坚持人才激励机制，优化绩效工资分配，出台《特殊贡献绩效奖励实施细则》，对科技创新、成果转化和优秀人才等实施奖励；通过开展技术培训、专家讲课、现场会诊、合作交流等增强技术人员业务素质，不断提升科技创新能力和水平。

为全力推进页岩油调查，沈阳地调中心在创新管理方面不断进行探索与实践：成立页岩油现场指挥部，统一调度各方力量协同攻关，协调解决项目实施中的重大问题，确保各项工作高效有序开展；强化落实目标责任制，2019年度发文推进攻坚战的11个方面共40项具体举措，明确目标，责任到人、落实到日，加强督办和绩效考核；制定6项施工管理制度和质量控制措施，科学管理，狠抓细节，全面实行质量管理控制；制定推进规划路线图，科学合理安排工作进度，深刻总结经验教训，确保各环节工作丝丝相扣；全力提供后勤保障，建设标准化野外基地，为现场技术人员提供良好的工作和生活环境。

——坚守初心使命、弘扬新时代地质文化是页岩油团队奉献拼搏的不竭动力。为了能有效拉动页岩油勘探开发，页岩油团队坚守初心和使命，坚持以政治建设统领业务工作，落实全面从严治党主体责任，推进党风廉政建设向纵深发展，充分发挥党支部战斗堡垒作用和党员先锋模范作用，时刻不忘地质人的初心和使命，报效祖国、服务人民，将“李四光精神”“三光荣传统”融入到血液之中，把“大庆精神”“铁人精神”落实到具体工作中，用实际行动践行“责任、创新、合作、奉献、清廉”的新时代地质文化，铸就了“勇挑重担、敢于创新、求真务实、甘于奉献”的页岩油团队精神。从烈日炎炎到数九寒天，从钻探工程到抽汲试油，在项目推进的4年中，页岩油团队成员坚守一线、默默奉献，每人每年在野外一线和出差的时间平均在280天以上，可歌可泣的动人事迹不断涌现。“地调儿女砥中流，泥页岩里苦寻求；蚊子飞蚁浑不怕，不见石油誓不休。”寒冬腊月，他们冒着刺骨的寒风，在井场24小时轮班值守；盛夏时节，似火骄阳下，他们在压裂现场一站就是一天，每个人的脸庞都被晒成了古铜色，但这却是地调人引以为豪的一抹最靓丽的色彩！

凡是过往，皆为序章。成绩不是终点，而是一个新的起点。有了第一个百年地调的厚重根基，有了中国地调人的勇挑重担，中国地质调查事业的“第二个百年”将会更加耀眼辉煌！􀴁

穷到只能“吃土”，是我们再熟悉不过的一句网络用语。可你知道吗？“土”不是你想的那么廉价，土壤层作为地球五大圈层中最为重要的一个圈层，也是人类赖以生存的生命之根。

地处世界三大黑土带的黑龙江省，是中国最大的粮食生产基地和商品粮输出基地，黑龙江黑土地在保障国家粮食安全中具有举足轻重的地位。然而，由于黑土区农业长期高强度开发，导致东北黑土地数量在减少、质量在下降，影响粮食综合生产能力提升和农业可持续发展。有土斯有粮，黑土保护刻不容缓，黑土保护意义重大。近年来，各地的专家都致力于土壤环境的保护，为研究土壤注入了许多全新的技术。

11月20日，由国际黑土地协会、中国遥感应用协会黑土地遥感分会、自然资源部中国地质调查局沈阳地质调查中心、成都理工大学管理科学学院、数学地质四川省重点实验室、数字胡焕庸线研究院、吉林大学地球探测学院、遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室等学术机构共同主办的第三届全球黑土地关键带地质生态调查研讨会在成都举行。来自全球近80余位专家围绕黑土地关键带、生态演化、生态修复为我们讲述了土壤的重要性和新技术。看完这些，你还敢说你穷你“吃土”吗？

中国东北地区： 

天上的白云看地上的黑土 

遥感技术广泛运用和推广 

说起中国东北地区，一段经典小品中“白云”“黑土”的形象深入人心。而在实际生活中，白云和黑土的确能代表现在东北地区土壤环境。

地球的五大圈层包括水、土壤、大气、岩石、生物。土壤圈处于其他圈层的交接面上，虽然很薄，但被誉为“地球的外套”。土壤作为各圈层连接的纽带，构成了结合无机界和有机界，即生命和非生命联系的中心环境。土壤圈也被视为地球表层系统中最活跃、最富有生命力的圈层。

区别于地球化学对土壤的分析，遥感技术被用于土壤的研究是这次学术研讨的亮点。尽管地球化学在土壤的测试分析中是目前最精准的方法，但要应对大规模的土壤调查分析，不是一件容易的事，也由此催生了遥感技术在这方面的研究和探索。

东北黑土地（资料图）

而此项技术最早由西方一些国家提出并开展研究。参加这次研讨会的来自捷克的Veronika，是欧洲地质调查局和捷克地质调查局的遥感专家，也是IGCP（国际地球科学计划）专题的负责人，她在会上作了题目为“Soil Mineral classification using proximal remote sensing and hyperspectral imaging data ”的演讲。她认为，土壤污染是一个全球性的问题，而今天要解决这一问题面临的障碍之一是缺乏成本效益和可操作的方法来评估土壤特性，而利用近距离遥感和成像光谱等方法，可以提高目前用于确定土壤地球化学性质以及用于取样策略的概念的成本效率。

会上，中国地质调查局沈阳地质调查中心也介绍了在这方面的开展情况和效果。2017年~2018年，他们在在黑龙江三江平原、海伦地区开展了20万平方公里卫星遥感调查。以美国Landsat系列卫星、中国高分系列卫星等为主要遥感数据源，通过遥感图像处理、信息提取、实地调查，结合分析方法，获取东北黑土地不同时期(1985年、2000年、2017年)黑土地土地利用变化、水土流失影响因子、生态问题专题因子等，开展土地利用类型相关转换的研究，建立了基于卫星遥感的土地利用分类体系、水土流失监测模型、土地退化综合评估的东北黑土地生态调查的技术处理流程，初步构建了数量与质量相结合的黑土退化动态监测体系，研究黑土地的现状及未来发展趋势。

这些成果详细展示了当前黑土区土壤的厚度、剖面构型等特征，并测试了土壤剖面有机质、氮、磷、钾、微量元素和稀土元素等化学元素，掌握了黑土最新状况。

2019年3月，“天地一体化高光谱资源探测成功示范”入选“中国遥感领域十大事件”，中国地质调查局沈阳地质调查中心成为中国遥感应用协会分支机构，这为更深入地开展全球黑土地关键带系统多学科交叉的国际合作研究提供了基础和保障。同时，沈阳地质调查中心进一步获取了北纬46度地区黑土地关键带地质生态相关的系列基础数据与信息，取得了重要成果，并计划于2020年建立黑土地关键带天-空-地一体化观测体系，以此建立特殊监测模型。

保护黑土地

服务国家粮食安全

东北地区是我国最重要商品粮生产基地之一，内蒙古赤峰市是东北黑土地分布区之一，位于大兴安岭南麓，蒙、辽、冀三省区交汇处。赤峰市生态状况如何，不仅关系内蒙古各族群众生存和发展，而且关系华北、东北、西北乃至全国生态安全。因此，黑土地资源是国家粮食安全的重要保障，黑土地生态状况对国家生态安全具有十分重要的意义。

会上，多位专家表示，随着黑土地关键带研究不断深入，以地球关键带“3M”方法开展全球黑土地关键带土壤圈及其与水圈、大气圈、岩石圈相互作用机制研究，开展黑土区卫星遥感调查、土壤地球化学调查、土壤光谱测量，实现全球黑土地遥感等工作十分重要。

建立黑土地关键带水循环，碳、氮等生命必须元素及其他化学元素与能量循环，黑土土壤形成与演变过程以及人类影响模型等，建成全球黑土地关键带地质生态的信息服务、成果共享平台，终有助于地球关键带研究，推动地质生态学学科发展，服务黑土地关键带所在国家粮食安全和生态文明建设。

本次“全球黑土地地质生态调查(BASGES)第三届专题研讨会”的目的也是与国内外专家、学者一起，继续深入开展全球黑土地调查与合作，为全球环境（气候）变化、黑土地保护以及地球关键带研究提供基础信息。

天府之国土壤润泽

环境保护刻不容缓

地处我国西南地区的四川盆地虽然没有黑土，但有“天府之国”美誉的成都平原却也有丰富的土壤资源。成都平原区主要为水稻土，丘陵区为水稻土和紫色土，山区为高山草甸土、黄壤、黄棕壤、棕壤、暗棕壤等。

在参加了此次研讨会后，四川省地质调查院地球化学中心主任金立新认为，四川可以借鉴东北地区黑土地的研究成果，加强土壤保护。作为四川地区土壤区域性调查团队的负责人，他表示，目前四川也有项目可以利用遥感技术进行试点研究。

据了解，1999年至今，四川地区土壤区域性调查已完成18万平方千米，占到全省总面积的1/3 。“每年都做，重点是土壤、水、大气环境，这些调查可以反映农作物安全以及对人体健康的影响。”

土地质量调查是一套比较独立的方法，基本原理源于地质化学找矿勘查技术。工作人员收集土壤的各种介质后，用高精度仪器进行检测，再得出数据，对土壤进行系统评价。目前，土地质量环境调查主要应用于环境产生的生态效应和对人体健康的影响。

金立新表示，目前四川的土壤环境还算良好，但必须提防环境污染对土壤产生的破坏作用。“研究土壤就是要避免这些污染带来的破坏，起到警示作用。”

而在黑土地研究领域广为应用的遥感技术，四川也在20世纪90年代就开始有所应用。随着十多年的发展，遥感技术在地质灾害监测和生态环境监测方面得到了有效应用，可以作为宏观监测土壤环境变化的有效手段，获得精度更高的调研成果。

作为庆祝中华人民共和国成立70周年的献礼，《阶梯式发展论》首发式暨高层论坛10月20日在京举行。

全国政协原秘书长、原地质矿产部部长、阶梯式发展论提出者和倡导者朱训在出席会议时表示，阶梯式发展论理论体系的形成，经历了一个漫长的过程。从1991年提出至今已有28年。《阶梯式发展论》这本专著的形成，与众多志同道合的院士、专家的支持分不开。他希望，通过这次论坛能进一步促进阶梯式发展理论的丰富与完善，并在社会实践中获得更广泛的应用。

研讨会上，部分专家、学者就《阶梯式发展论》进行交流讨论。专家们一致认为，《阶梯式发展论》具有深厚的理论和实践根基，并对现实具有极强的指导意义。

《阶梯式发展论》具有深厚的理论基础

唯物辩证法认为，量变和质变是事物发展变化的两种基本状态。任何事物的发展都是量变和质变的统一。

阶梯式发展是指客观事物随时间由一个台阶跃进到另一个台阶的发展，是客观物质世界运动的重要形式，也是人类主观认识运动的重要形式，是在自然界、人类社会和人们日常生活中常见的一种现象。“阶梯式发展”这一提法，形象地表达了事物发展的实质，即发展不是简单的量的增减，不是重复，而是渐进过程的“中断”，是量变基础上质的“飞跃”，是新事物的产生和旧事物的消亡，是不断向新的阶梯的攀登。

中国地质大学（北京）党委书记马俊杰表示，长期以来，朱训同志运用马克思主义辩证唯物主义和历史唯物主义的立场、观点和方法，从哲学高度，对新中国成立以来的地质找矿实践经验教训进行了系统回顾总结，科学地将马克思主义哲学和矿产勘查结合起来，创建了找矿哲学及矿产勘查哲学这一新兴学科，并出版了多部论著，得到了党和国家领导人的充分肯定，得到了社科界、科技界、地学界的广泛赞誉。《阶梯式发展论》是对唯物辩证法量变质变规律在认识上的深化，形象地表达了事物发展的实质。

中国地质调查局党组副书记、副局长王研认为，《阶梯式发展论》是对地学哲学思想的重要总结和创新，是“地学哲学文库”的最新著作，是广大地学工作者翘首以盼的重要理论专著，是在长期矿产勘查实践的基础上运用马克思主义哲学基本原理总结矿产勘查实践经验提出来的，是地学哲学的重要组成部分，是在实践基础上对马克思主义发展观的创新，并在地质找矿中得到了生动实践和验证，充分显示了主观认识和客观实际的一致性，具有强大的生命力，从方法论的角度提供了认识世界和改造世界的一种新的工具和科学思维方法。

中央党校原副校长杨春贵表示，《阶梯式发展论》有着深厚的实践基础和理论根据，而并不是单纯的理论演绎，是以丰富的实践为基础研究出来的，是运用马克思主义哲学总结实践经验而得出的结论，是唯物辩证法的丰富和发展。

原国土资源部党组成员、中国地质调查局原局长、全国地学哲学第九届主任孟宪来认为，阶梯式发展理论是朱训同志自觉把马克思主义基本原理与其学习工作有机结合，在创立地学哲学这一新型学科并带领广大地学哲学研究工作者不懈探索创新、不断总结提升的基础上创立的科学理论。他认为，发展是永恒的。客观上，自然界与人类社会是不断发展的。主观上，人的思维和认识也是不断发展的。《阶梯式发展论》对此给出实践验证。发展需要过程。人的成长经历婴幼儿、少年、青年、壮年到老年。经济社会发展经历原始社会、奴隶社会、封建社会、资本主义社会到社会主义社会、共产主义社会，这些都是阶梯式发展的具体体现。《阶梯式发展论》不仅接受发展的过程论，而且提出了发展的阶梯论，这与马克思主义经典著作中的“螺旋式上升”和“波浪式前进”相比，既有共同之处，也有不同之处。发展有其规律性，其本质是从量变到质变。一切实践活动都要有步骤、分阶段进行，不要超越历史阶段，不要勉强去做那些在现阶段经过努力也做不到的事情。而《阶梯式发展论》恰好提供了很重要的世界观和方法论。

《阶梯式发展论》具有厚重的历史积淀

论坛上，第十届地学哲学委员会副主任兼代理秘书长、中国科普研究所副所长、研究员王玉平详细介绍了阶梯式发展论的形成过程。

朱训同志1957年7月从苏联留学回国后，在赣东北地质队开始了铜多金属矿等的地质勘查工作。从20世纪50年代初开始，全国掀起了学习《实践论》、《矛盾论》的浪潮，他成为那个时代地质工作者积极“学哲学、用哲学”队伍中的一员。在此后几十年的地质工作生涯中，他潜心地质矿产勘查实践中的哲学问题研究，运用马克思主义哲学总结矿产勘查工作的实践经验，编写出版了矿产勘查哲学研究的系列论著。1960年，朱训同志首次运用辩证唯物主义的基本观点，总结了江西乐平花亭锰矿的找矿实践，发表了《江西乐平花亭锰矿的发现是就矿找矿的成功实践》。1965年，在总结运用毛泽东哲学思想的基础上成功发现了江西永平大型铜矿床的经验，撰写了以《江西永平大型铜矿的发现是毛泽东哲学思想的胜利》为题的文章。1966年3月，针对地质找矿工作过程中如何科学地划分阶段问题，朱训同志撰写了《关于地质工作程序若干问题的辩证分析》一文。

1978年4月7日，朱训同志在《江西日报》上发表了《按客观规律办事就能前进》一文，用毛泽东实事求是的观点总结了江西地质找矿的成功经验。1978年5月，在《德兴铜矿会战的胜利是毛泽东思想的胜利》一文中，他再次运用毛泽东哲学思想总结了德兴铜矿会战的成功经验。1978年7月，其撰写的《加强科学研究指导找矿探矿》一文提到的阶梯式发展论，用唯物辩证法的观点分析了地质科研与地质找矿之间的辩证关系。1982年，在其撰写的《论就矿找矿》一文中系统地提出了“就矿找矿论”的基本观点。1983年，在福州召开的第一届全国地学哲学委员会学术年会上，他做了题为《正确处理地质找矿中若干关系》的学术报告，文中运用唯物辩证法和矛盾论的基本原理，系统阐述了如何正确对待并科学处理地质找矿中的十大矛盾关系。1991年，在中央党校学习期间，朱训运用马克思主义哲学的基本原理总结中华人民共和国成立42年来矿产勘查工作的成功经验，认识到国内外分阶段“台阶式”循序渐进地推进找矿工作的过程是矿产勘查工作的客观规律，于是把矿产勘查工作过程中这种“台阶式”的发展形势与恩格斯、列宁所说的“螺旋式上升”，毛泽东的“波浪式前进”两种发展形势进行对比研究，认识到前进性与曲折性相统一是三者的共同特点，而“台阶式发展”这种形式没有“波浪式前进”中的波峰、波谷之分，只是在某一阶段内或阶段之间出现小的波动；也没有“螺旋式上升”形式中的前进性上升和复归式上升之分。对于这种客观存在的台阶式发展形势，朱训命名为“阶梯式发展”，并于1991年在《自然辩证法研究》第10期发表了《从矿产勘查过程看认识运动的“阶梯式发展”》一文，正式提出了“阶梯式发展”这一理论观点。

1992年，在总结矿产勘查哲学研究成果的基础上，编写出版了《找矿哲学概论》一书，从而创立了马克思主义哲学与矿产勘查学有机结合的“找矿哲学”这一新型交叉学科，随即受到多位党和国家领导人的高度赞誉。在《找矿哲学概论》（以下简称《概论》）中，朱训同志依据矿产勘查过程，即：普查、详查、勘探的“阶梯式发展”这一客观规律，在《概论》中综述“阶梯序次递进律”的基础上进一步明确指出“矿产勘查过程中的认识运动”也呈“阶梯式发展”这一观点。

“阶梯式发展”这一理论观点提出后的20多年里，经过对自然界，特别是对地球上地质演化和人类社会发展的考察，他认识到阶梯式发展在自然界、人类社会和认识领域同样是广泛存在的。2012年，他在《自然辩证法研究》杂志第12期发表了《阶梯式发展是物质世界运动和人类认识运动的重要形式》一文，就此形成了“阶梯式发展理论”的雏形。

2015年4月，朱训初步总结了阶梯式发展这一理论的研究成果，发表了《论阶梯式发展》，这标志着“阶梯式发展理论的体系框架的初步形成”。在近几年研究成果的基础上，由他主导撰写的《阶梯式发展论》于2019年9月作为新中国成立70周年的献礼作品进行出版，再次对阶梯式发展理论进行了系统、深入的总结，从非常广泛的领域阐述了阶梯式发展的普遍存在，论述了“阶梯式发展”的本质、特征、规律以及理论的实践性，并明确指出，一切事物的发展都是一个复杂的、开放的多维系统。

中国科学院院士翟裕生认为，《阶梯式发展论》的诞生有深厚的积淀。一方面，朱训长期从事地质工作几十年，从一名技术员逐步走上地矿工作的管理岗位，期间的经历使他能够对地质工作有一个全面而深刻的认识，这是一个重要的因素。另外，他还积极参与国家的政治生活、社会生活，由此积累了丰富的实践经验和人生经验，这两个方面决定了《阶梯式发展论》基础比较扎实。

《阶梯式发展论》具有现实指导意义

恩格斯在《自然辩证法》中指出，一个民族想要站在科学的最高峰，就一刻也不能没有理论思维。

阶梯式发展理论的核心内容是说明自然和社会的一切事物的发展都具有时空特征，在空间上表现为台阶性，在时间上表现为阶段性，都经历了由量变到质变的发展过程。不同的发展阶段，又以一个否定另一个的方式彼此联系着。“阶梯式发展论”认为“螺旋式上升”“波浪式前进”和“阶梯式发展”都是事物发展的基本形式，这一观点是对马克思主义发展观的延续与创新，是《阶梯式发展论》的突出亮点，具有理论价值和指导实践的重要意义。

杨春贵认为，人类社会发展遵循阶梯式发展规律。目前，研究人类社会共有两种维度，一个叫技术社会形态，另一个叫经济社会形态。技术社会形态是从渔业社会到农业社会、工业社会、信息社会，发展过程是一个一个的阶梯。从马克思主义经济社会形态理论来说，原始社会到奴隶社会、封建社会、资本主义社会、社会主义社会，再到未来的共产主义社会，也是要一个一个阶梯发展过来。所以，无论从个体的人，还是从社会发展的角度来说，都符合阶梯式发展论。

事实上，“阶梯式发展论”已在多年的地质工作、矿产勘查、矿业城市转型、矿业公司发展以及矿产资源管理、生态文明建设等多领域得以转化运用。

例如，在矿产勘查工作过程中，可以以阶梯式发展来推进。矿产勘查是人类变革自然的一项社会实践和能动的认识运动。找矿过程实际是地质勘查人员对地壳中客观存在的矿产进行认识的过程。但是认识地下矿产资源的情况以及认识其他客观事物都不是一蹴而就的，需要经过一个反复“实践、认识、再实践、再认识”，犹如爬楼梯似的逐步前进的过程。从矿产资源的特点来看，客观存在的地下矿产资源具有隐蔽性、差异性的特点，所以对地下矿产资源的认识不可能一次完成，需要逐步推进。从矿产勘查工作的探索性特点看，由于矿产资源具有隐蔽性和差异性，肉眼看不到全貌，即使是运用多种先进技术方法、手段来进行探测，也难以观测其全貌。所以客观实际地认识矿产情况，就要经过一个漫长而复杂的探索过程。由于上述地质规律、勘查工作规律、认识规律的影响，阶梯式发展就必然成为矿产勘查活动过程中的客观规律。

不仅止于地质勘查工作，在地质调查、矿业转型发展等更多更宽泛的领域，阶梯式发展理论也存在广泛的指导意义。

当前地质工作正处于大变革、大调整、大转型的关键时期。就此，王研表示，地质事业恰好正处在阶梯式发展的重要节点。阶梯式发展论从唯物辩证法的角度提示，地质工作要把握事物发展的前进性和曲折性，尊重规律、循序渐进，认真实践、勇于创新，总结经验、善于反思，在地质事业发展转型升级、地质人才培养、地质科技创新等方面采取各种有效手段，推动地质事业从一个阶梯向另一个阶梯迈进。

我国地质事业百余年的发展历史总的趋势是前进的，但又是分阶段的，经历了由起步阶段到奠基阶段，再到大发展阶段的发展过程，符合“阶梯式发展理论”。

中国科学院院士李廷栋认为，阶梯式发展理论提出至今已有近30年，在运用马克思主义辩证唯物论的观点和方法来总结地质工作和地球科学发展演化规律指导地质调查研究实践以及促进地质工作改革创新等方面都取得了辉煌成就。而今，中国特色社会主义进入新时代，我国地质工作进入以转型升级为主的新发展阶段，主要表现在五个方面，即目标任务的双重化、服务领域的社会化、调查研究的全球化、科技创新的最大化和人才队伍的高端化。同时，当前存在的主要问题之一是科学理论的滞后。所以，仍然需要在“阶梯式发展理论”的指导下继续推动地质事业。

中国矿业联合会副会长、中国黄金集团公司董事长宋鑫表示，目前，自然资源与矿业领域的发展也正处于转型发展期，面临着新的机遇和挑战。一是在国土空间利用规划大格局和山水林田湖草综合管理新体制下，如何做好矿产资源规划及矿业发展，是必须认真思考并付诸行动的大事。在新的发展理念下，矿业发展面临新阶段，矿业与其他产业发展的协调应该得到应有的重视。二是在经济高质量发展的大形势下，如何实现矿业转型升级、高质量发展以及实现绿色发展。三是如何利用矿产资源法修改机遇，完善矿政管理法规，包括矿业权出让收益、资源税法、矿业用地政策、矿业权管理、绿色勘查、绿色矿山建设标准等。四是如何在国家“一带一路”倡议下，为中资企业海外矿业投资提供一系列相应的服务，推动我国矿业走向世界。“阶梯式发展论”将为矿业在新时代全方位发展提供有力的理论支撑。

习近平总书记强调，一个没有发达的自然科学的国家不可能走在世界前列，一个没有繁荣的哲学社会科学的国家也不可能走在世界前列。

与会专家学者一致认为，应深入学习宣传《阶梯式发展论》，坚持理论指导实践，实践反哺理论，用哲学的眼光看新时代，用科学的方法论分析新形势，坚持实事求是，坚持辩证思维，积小胜为大胜，稳步、阶梯式地前进，推动地质工作更高质量发展，为实现中华民族伟大复兴的中国梦做出新的更大贡献！