中国地质调查局水文地质环境地质研究所在北方陆相页岩气开发中地下水循环演变及异常评估研究取得新进展。该研究以我国北方侏罗统大煤沟组页岩气储层为研究对象，分析页岩地层水的主要补给来源和水化学演化机制，识别地层水赋予返排液的地球化学特征，筛选返排液潜在识别指标，揭示水力压裂引发的水岩作用对页岩矿物相关识别指标的影响及其机理，提出可广泛应用于我国北方陆相页岩返排液污染浅层含水层的标识，为我国北方陆相页岩气开发区地下水循环演变及异常评估提供科学依据。

随着全球范围内页岩气开采程度的不断增长，主要页岩气开采国对页岩气开发潜在的地下水影响越发关注，使水力压裂返排液在浅层地下水中的识别成为当前研究热点。研究发现：一是大煤沟组陆相页岩地层水起源于受大气降水补给的古湖水，并在形成过程中发生了蒸发浓缩作用、硫酸盐热化学还原作用、长石的伊利石化/高岭石化作用、白云石/方解石化作用和硼酸盐溶解作用，使地层水形成了独特的水化学和同位素特征，并通过和压裂液的混合作用，赋予了返排液与其相似的地球化学特征。经分析Br/Cl、Ba/Sr、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和δ¹¹B可作为返排液的潜在识别指标。二是压裂引发的页岩中长石溶解，可赋予返排液陆相页岩独特的硼同位素指纹特征，而且不因地层水的混合而明显改变。因此，硼同位素可广泛应用于我国北方以大气降水为主要补给来源的浅层地下水中陆相页岩返排液的污染标识。但压裂引发的页岩中碳酸盐矿物溶解，释放低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值、高元素浓度的Sr，阻碍返排液“继承”陆相富硅酸盐页岩高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和高Ba/Sr的特征，故⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和Ba/Sr成为贫碳酸盐陆相页岩返排液污染标识的潜力较大。

大煤沟组陆相页岩压裂返排液主要识别指标及其特征区间值

 大煤沟组陆相页岩压裂返排液主要识别指标对压裂引发水岩作用的响应

在矿山周边采集水样品

采集煤矸石样品

日前，自然资源部中国地质调查局郑州矿产综合利用所将《江西省萍乡市安源区白源煤矿地下空间开发利用适宜性评价报告》《江西省萍乡市煤矸石调查与评价报告》等7个地质调查成果报告和一系列配套图件，通过网签形式移交给江西省萍乡市人民政府。

这一系列成果的及时移交，将为萍乡市资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价提供技术支撑，进一步推进煤矿地下空间资源综合利用，实现资源保护、开发利用、生态修复的“三统一”，为国土空间科学规划和重大项目实施提供可靠的地质支撑系统方案。特别是有关煤矿采空区地下空间和煤矸石等固废资源综合利用的相关成果，为资源枯竭型城市绿色可持续发展提供了新思路。

服务地方发展的新模式

2019年，依托《长江中游黄石—萍乡—德兴矿山集中区综合地质调查》二级项目，郑州综合利用所在萍乡开展了煤矿地下空间开发利用适宜性评价、煤矸石及典型固废综合利用调查评价、水工环地质调查评价、水土质量调查评价、地质文化村建设可行性研究等工作。

通过一系列工作的开展，项目形成了七大地质调查成果：建立了煤矿地下空间判识和估算方法，提出煤矿地下空间利用的方向、技术及构想；查明萍乡市地面沉降影响范围；查明湘东区冬瓜槽地区地质灾害危险性，在危险性预测评估的基础上提出防治措施建议；编制高滩村地质文化村建设方案，支撑乡村振兴和脱贫攻坚；制订萍乡市地下水开发利用方案，实施探采结合井工程，建立后备水源地，有效保障居民旱季用水安全，新发现矿泉水资源地2处，为优化该地区的产业结构提供保障；查清萍乡市煤矸石空间分布及对生态环境的影响，研发高附加值利用产品；查明矿山周边水土污染现状，以及矿业活动对周边水土质量的影响。

基于这些成果，目前萍乡市已有多个煤矸石加工利用企业对煤矸石高附加值产品产生了浓厚兴趣，有意与郑州综合利用所联合申报科研基金。中国节能环保集团、中国黄金集团公司等企业也对萍乡市表达了矿山生态修复治理方面的合作意向。

值得一提的是，在项目实施过程中，郑州综合利用所坚持以需求、问题、目标和任务为导向，精准对接需求，服务地方经济社会发展，探索建立了国家引导、地方支持、市场跟进、合作共享的地质工作新模式。

煤炭资源利用的老难题

萍乡市被誉为“江南煤都”，是我国华东地区重要的煤炭生产基地。但煤炭资源的大规模开发利用产生了大量煤矸石。煤矸石的大量堆积，及其引发的一系列环境问题，让萍乡市承受着巨大环境代价。

大量的煤矸石长时间堆存，不仅占用大量土地、污染水土环境，而且由于煤矸石引发的大气污染问题也十分突出。“在干旱或大风天气下，堆积的煤矸石易形成扬尘，自燃后更是会产生一氧化碳、二氧化硫等有害气体，污染大气环境。”郑州综合利用所所长张海啟介绍说。此外，由于萍乡市煤炭资源多采用地下开采方式，因而在煤炭开采区引发了地面塌陷和地裂缝等地质灾害。调查显示，在萍乡巨源、安源、青山、高坑、三田等煤矿区，伴随地面塌陷出现较大地裂缝49条，累计长度达到1.63万米。

“所谓工业废弃物，其实是暂时未开发利用的资源。”项目负责人、郑州综合利用所助理研究员刘玉林表示，只要对现有的工业废弃物开展深入研究，就会找到它们的新用途。“而这正是我们的优势。”刘玉林说，郑州综合利用所是我国开展矿产资源综合利用的重要平台，拥有开展矿物材料研究的学科优势，一定能帮萍乡市的煤矸石找到一条高附加值利用的途径。

“变废为宝”的新妙方

项目组在收集相关资料的基础上，深入到各矿山进行实地调研。调查发现，目前萍乡市在产的煤矿主要有安源煤矿、白源煤矿等11家中小型煤矿，关停矿山共121家；全市煤矸石堆存总量为1994.85万立方米，占地面积约为20.25平方千米。利用方式主要为煤矸石制砖，虽然每年能消耗掉一定的煤矸石存量，但产品附加值不高，属典型的低端化利用。

项目组在萍乡市选取了50个典型矿区的煤矸石代表性样品，通过多种技术手段，分析了煤矸石的化学组成、矿物组成、放射性核素限量、煅烧白度等属性特征。在充分进行资源评价后，项目组得出了新的结论：萍乡市堆存的50个煤矸石堆场中，除1个因放射性核素超标无法利用外，其他均可以作为建材行业的原料，其中32个煤矸石可用于建筑砂石骨料。通过煤矸石的煅烧白度检测，采集的66个煤矸石样品中有23个煅烧白度在40以上，其主要成分为高岭石、伊利石、石英，可用作陶瓷的原料。若将煤矸石整体利用于陶瓷胚料原料，可满足本地陶瓷行业的部分原料需求。这不仅解决了大量煤矸石堆存问题，还将极大改变萍乡这个“工业陶瓷之都”大部分原料需要从外地运输购入的局面。

随后，项目组又开展了煅烧煤矸石粉体应用于塑料填料的评价与研究工作，并将相关数据、成果提供给江西省萍乡市轩品塑胶制品有限公司使用。项目组还根据煤矸石矿物组分特点，开展了煤矸石制备4A分子筛的技术研究，使煤矸石的应用扩展到石油、化工、冶金、环保、航空航天等领域。

此外，针对萍乡市垃圾焚烧飞灰目前需以每吨400～500元的成本进行固化，且固化体中的铁、铜、锌等离子易浸出造成环境污染等问题，项目组开展了垃圾焚烧的危废无害化利用研究，用飞灰与煤矸石、铁尾矿、石灰岩按一定比例及粒级配比烧制成透水砖，在解决环境问题的同时也为海绵城市建设提供了新产品。

萍乡市相关负责人表示，该系列地质调查成果将进一步助推老区走出一条“变废为宝”的新路。萍乡市将加强成果的转化应用，使成果更及时、有效服务于当地经济社会发展和生态文明建设。

经与相关数据库工作人员邮件联系并查询数据库确认，《中国地质（英文）》近日被加州大学数字图书馆期刊数据库（CDL, California Digital Library）、地质学参考及预览数据库（GRP，GeoRef Preview Database）、美国化学文摘社（CAS, Chemical Abstracts Society）三家国际数据库收录。

加州大学数字图书馆拥有保障该校教研水平处于竞争优势的世界级信息资源。该校共有十个校区，此外CDL还与加州大学洛杉矶分校图书馆、加州大学圣地亚哥分校图书馆、弗吉尼亚大学图书馆、伊利诺伊大学厄巴纳－香槟分校图书馆、DataONE、Smithsonian学会等研究机构通过UC-eLinks共同共享学术资源。加州大学数字图书馆将通过UC-elinks方式向加州大学系统所有教职工及学生推送《中国地质（英文）》。

地质学参考及预览数据库是由美国地质学会出版的大型数据库，是地学领域里最具权威的国际数据库，该数据库汇集了超过400万份地球科学领域的文献资源。

美国化学文摘社(CAS)，为美国化学学会分支机构，是全球化学信息的最权威机构。CAS收录了150多个国家出版的18000多种期刊，29个国家和组织的专利，另外还有会议文献、报告、图书等，文种达56种之多，内容涉及化学化工、医药、生物、轻工、地球科学等领域。

被检索是衡量学术期刊水平和出版质量的重要标准。截至目前，《中国地质（英文）》已被科技部维普数据库、中国学术期刊文摘数据库、加州大学数字图书馆期刊数据库、地质学会参考及预览数据库、美国化学文摘社等5家数据库收录。

2018年5月末，地调局成都综合利用所一行赴美国芒廷帕斯稀土矿调研，参观了采矿场、选矿车间、冶炼分离车间、发电厂、试验室等设备设施，学习了美国矿山安全生产知识，并与矿山运营单位MP MINE OPERATIONS LLC（以下简称MPMO）CEO Dr. Colin Nexhip先生和首席技术工程师Peter Landi先生就矿山运营发展等问题进行了深入交流。

芒廷帕斯稀土矿是中国境外在运营的最大轻稀土矿山之一，稀土储量约1,669万吨，稀土氧化物（以下简称“REO”）约130万吨，REO平均品位为7.98%。芒廷帕斯矿山从1952年开始生产，在20世纪60至80年代期间曾是全球最大的稀土供应源。此后，随着中国稀土的发展壮大，受竞争压力和稀土价格等因素的影响，芒廷帕斯矿山于2002年关闭。2010年美国上市公司Molycorp投入巨资重启芒廷帕斯矿山，但由于技术、市场、财务成本等综合因素，矿山复产后持续亏损，Molycorp于2015年进入破产程序。

MPMO公司由美国财团JHL、QVT和盛和资源联合成立，于2017年6月成功竞购了芒廷帕斯矿山资产，同年7月完成资产交割，开始着手恢复矿山生产。

Dr. Colin Nexhip先生对成都综合利用所一行的到访表示热烈欢迎，他和Peter Landi先生一起详细介绍了芒廷帕斯矿山的运营情况和未来的发展规划。据Dr. Colin Nexhip先生介绍，目前芒廷帕斯矿山复产工作进展顺利，随着技术的改进和工人操作熟练度的提升，矿山生产日趋稳定，产量持续攀升，5月份产量达到复产以来的最好水平，未来仍有良好的提升空间。

成都综合利用所对MPMO团队在矿山复产过程中的努力表示感谢，对矿山取得的成绩表示祝贺，对芒廷帕斯矿山未来的发展提出了建设性的建议，对全球稀土产业发展前景发表了独到的见解。

双方均表示了保持持续沟通的意愿，希望共同努力促进全球稀土产业的健康发展。

国外网站对成都综合利用所一行访美的报道：

During the last week of May 2018, a delegation from Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources in China visited the Will Scarlet rare earth elements mine in Southern Illinois. The Will Scarlet mine is considered the largest coal-based rare earth elements mine in the USA. It is particularly unique due to high levels of NdPr and other heavy rare earth elements. The Will Scarlet mine is particularly interesting due to the fact that it was once once of the largest coal mines in the USA and suffered from substantial acid mine drainage. The Will Scarlet mine is now a model for new “rare earth elements” harvesting from acid mine drainage (AMD). Increasingly, industrial rare earth element customers are seeking to access “recycled” materials that are part of the green supply chain. The link below provides access to several videos that feature Professor Rick Honaker from the University of Kentucky discussing the unique features and rich rare earth elements at Will Scarlet mine.

译 文：2018年5月底，地调局成都综合利用所代表团受邀参观了美国伊利诺伊州南部的Will Scarlet稀土矿。Will Scarlet稀土矿是目前美国最大的煤基稀土矿，其镨、钕和其它重稀土元素含量较高。Will Scarlet稀土矿的稀土富集模式较为特殊，作为曾经美国最大的煤矿之一，闭坑后，煤尾矿中的稀土元素通过酸性废水（AMD）的作用被浸出并富集，是一种绿色稀土资源。目前，越来越多的稀土下游用户正在寻求这类绿色稀土资源以作为其绿色供应链的一部分，因此其该类型稀土资源具有较大的市场潜力。在访问过程中中国地质科学院矿产综合利用研究所代表团与ERP集团公司和肯塔基大学教授进行了深入的交流，双方也表达了进一步合作的意向。