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    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

    加拿大矿山。 张锦洪 摄

    澳大利亚矿石港口

    目前,世界各国高度重视关键矿产(也译为“危机矿产”),国际机构、政府部门、行业组织和科研院所均从不同侧面开展了专项调查或研究。

    关键矿产是出于资源、经济、环境、技术等各种原因而导致供应上可能存在一定障碍和风险的矿种,具有重要性、战略性、稀缺性、动态性等特点,是现代化经济体系建设急需、生态文明建设必需、新能源等新兴战略产业发展特需的矿种。

    世界主要国家管理关键矿产在战略、清单、风险、政策等方面都有各自的经验,对我国关键矿产的研究和管理工作具有借鉴意义。

    1 战略管理

    当前,世界范围内对关键矿产的理论研究、评估方法、产业政策等方面的管理,已经上升到全局、系统、长远的战略高度,逐步形成了各个国家或地区关键矿产发展战略。

    美国:将确保关键矿产安全和可靠供应上升为联邦战略

    2008年,美国国家科学研究委员会发布《矿产资源、关键矿产和美国经济》研究报告。2011年,美国能源部发布《关键矿产战略》研究报告。2017年,美国总统特朗普签署《关于确保关键矿产安全和可靠供应的联邦战略》总统行政命令,强调关键矿产是对美国经济和国家安全至关重要的非燃料矿产或矿物原材料,如果没有这些矿产资源,将会对美国经济和国家安全产生重大影响。

    研究数据表明,美国拥有大约价值6.2万亿美元矿产资源储量,但每年仍进口近70亿美元矿产品,美国军工部门每年需要进口75万吨矿产品,包括夜视镜使用的镧、光学跟踪设备使用的铍、防弹衣使用的镍和阿帕奇直升机使用的银。调查表明,美国90%的制造业高管对能否及时获得所需关键矿产表示担忧。美国地质调查局数据表明,42种非燃料矿产中,有11种净进口依存度高于90%,而且国外生产高度集中,对新兴技术来说是不可替代的矿种。因此,美国将确保关键矿产安全和可靠供应上升为联邦战略。

    欧盟:以安全获取关键原材料为目标

    欧盟于2008年发起《原材料倡议》,提出以安全获取关键原材料为目标的关键矿产战略。2010年,欧盟定义“关键原材料”是经济意义重要的、供应风险高的非燃料矿产或矿物原材料。欧盟委员会(欧盟唯一有权起草法令的机构)于2012年起6年内先后发布《为欧洲未来福祉提供原材料》《迈向循环经济》《关于欧盟循环经济行动的报告》《投资智能、创新和可持续发展工业——重新制定欧洲工业政策战略》《关键原材料和循环经济报告》,均涉及关键矿产发展战略。

    其中,关键矿产发展战略要点包括:支撑欧洲工业政策,提振欧洲工业竞争力;加强新矿山开发,增加关键原材料产量;促进关键矿产有效利用和再循环,将循环经济作为欧盟优先领域;提高欧盟各国各机构和广大投资者对关键原材料潜在供应风险和发展机会的认识;在贸易谈判、处理纠纷过程中重点关注关键矿产进口依存度,在实施《2030年可持续发展议程与目标》中充分发挥关键原材料的作用。

    欧盟成员国也相继制定关键矿产发展战略。比如:《法国战略金属计划(2010)》《德国原材料战略(2010)》《荷兰原材料政策(2011)》《葡萄牙地质资源和矿产资源国家战略(2013-2020年)》《瑞典关键矿产发展战略》《芬兰矿产资源战略(2010)》等。

    英国:提出以关键矿产为重点的自然资源联合战略

    英国《资源安全行动计划(2012)》是一项自然资源联合战略,详细介绍英国政府认识到关键矿产的重要性和必要性,加强国家资源战略和关键矿产的评估研究,为企业提供解决关键矿产供给风险的行动框架,建立一个在政府与现有伙伴关系基础上的关于自然资源问题的行动计划。2018年7月,英国政府发布《国家规划政策框架》强调,促进关键矿产的可持续利用,为国家发展的需要提供足够的矿物供应,并对此制定专门的规划和政策。

    澳大利亚:战略强调抢抓机遇、发挥优势、延续繁荣

    澳大利亚是一个大宗矿产品主要出口国,2018~2019年度,资源和能源出口总额将创下2520亿澳元的新高。该国2013年发布研究报告《高科技世界的关键矿产:澳大利亚供应全球需求的机会》,分析了澳大利亚关键矿产的资源潜力,认为关键矿产是对全球及主要经济体发展至关重要的矿产资源。2018年,澳大利亚“资源2030工作组”发布近20年来最新一份国家资源声明《澳大利亚资源:确保子孙后代的繁荣》研究报告。研究报告高度重视电池产业和其他关键矿产下游产业,进一步强调寻找生产、加工和出口新材料的机会。

    日本:战略要求高度重视海外矿产资源可靠供应

    2012年,日本政府发布《矿产资源安全战略》,其战略重点是安全有效地从世界各资源国家获取关键矿产,战略要求是政府高度重视海外矿产资源的可靠保障。在《矿产资源安全战略》指导下,日本当年就与越南签署了在越方境内联合勘查稀土的协议。

    2 清单管理

    近年来,世界各国关于关键矿产评估方法的研究比较活跃,并在实际操作中运用相关模型形成了关键矿产的目录清单,成为关键矿产管理的重要手段和基本方法。

    国外关键矿产目录概况

    2011年,美国能源部分析了风能涡轮机、电力汽车、太阳能电池和节能照明设备所需要的14种关键矿产。2016年,美国国家科学技术委员会发布《关键矿产的评估方法和初步应用》研究报告,确定了32种关键矿产目录,其中对铂族金属的研究更加充分,对硅以及有关合金高度重视,在关键矿产目录中突出铂族金属、硅及有关合金的排序。2018年,美国内政部公布新的关键矿产目录共35个矿种,与2016年目录相比增加了砷等非金属,以及铀、锂、铷、铯等高技术产业应用广泛且发展前景看好的矿产。

    2010年,欧盟发布关键原材料评估方法,决定建立关键原材料目录,并且每3年一次更新目录。2011年评估出14种关键原材料,2014年评估出20种关键原材料,2017年从61个原材料中评估出27种关键原材料。

    澳大利亚资源能源和旅游部结合自身国情和矿情发布关键矿产目录,评估分为一类和二类资源关键性指数。2013年,澳大利亚地质调查局确定了稀土、铂族金属、钴、镍、铬、锆、铜、铟等22种关键矿产目录。

    英国地质调查局在2011年和2012年研究矿产资源供应风险指数,并定期进行关键矿产目录更新。英国地质调查局的评估方法不断改善,2015年确定了稀土元素组、锑、铋、锗、钒、镓、锶、钨、钼、钴、铟等40种关键矿产目录。

    国外目录清单主要特征

    一是关键矿产目录中的矿产种类,大多数大宗矿产不在目录之中。而铜和铝这两种20世纪的大宗金属,在21世纪仍将有较大的需求量,主要原因是能源产业发展的驱动,特别是电动汽车和输配电、电缆等领域的需求。这在一定程度上也表明,随着全球的经济发展和技术进步,经济结构调整和产业结构升级,所需要的矿产种类在发生变化。

    二是关键矿产目录中的矿产种类,非金属矿种数量不多但相对集中。主要包括天然晶质石墨、萤石、重晶石、硅藻土、滑石等少数几种特种非金属。与金属矿产相比,非金属矿产的开发利用仍然存在很大程度的不足,这需要材料技术方面的重大创新与突破。

    三是关键矿产目录中的矿产种类,相似度非常高的矿种是“三稀金属”。主要包括稀土、锂、钴、镍、锰、钨、铍等稀有、稀土和稀散金属。这些都是未来国际竞争的重要矿种,是高新技术发展的关键矿种,是生态文明建设的必需矿种。

    四是一些国家或地区将不少特种金属合金列入关键矿产目录。合金元素指的是在冶炼金属的过程中加入一定数量的一种或多种金属或非金属元素从而获得材料的特殊性能,如提高强度、改善抗氧化性能、提高塑性和工艺性能等,而这些添加进去的辅助性元素材料就叫作合金元素。

    五是关键矿产目录是动态的,不同关键矿产的危机性也是动态的。这主要取决于技术的进步和产业的调整。比如,欧盟委员会关键矿产目录,原则上每3年调整一次,每次调整时,可能增删一些关键矿产的种类,也可能对一些关键矿产的危机性进行调整。比如锂,在早期一些关于关键矿产的研究报告中,或者将锂排除在外,或者评估锂的危机性较低,但随着电动汽车的发展,近期一些关于关键矿产的研究,均将锂列入目录之中并加以重点分析和研究。

    3 风险管理

    近年来,全球范围内围绕关键矿产竞争日趋激烈,并呈现复杂化、扩大化的态势。强化关键矿产风险因子管理,成为各国政府矿政管理的重点工作。

    重点矿种是关键矿产管理重中之重

    美国地质调查局研究的42种非燃料矿产中,国内资源或产能无法满足国内需求的矿种有11种,包括铼、铂、钯、钛、锰、铬、锂、锆、钽、铌、铑,都是在现代社会发挥重要作用的关键矿产。

    未来的资源冲突和供给风险则可能更多地集中于对某些非燃料矿产的竞争,比如锂、镍、钴等,其原因是这些危机性十分突出的重点矿种的广泛运用,使得一批又一批新兴技术成为可能或现实。例如:锂是电动汽车的重要燃料。研究预测,2035年全球锂需求量可能比2017年增长30倍,未来关于锂资源的市场竞争将非常激烈。由于电池中含镍钴锰三元材料,未来镍需求量也将会大幅度增加。而钴作为一种非常稀缺的矿产,2016全球钴消费中用于电池生产的钴的比例上升至46.5%。

    净进口依存度是关键矿产管理的基本因子

    美国地质调查局认为,净进口依存度是量化一个国家对某种矿产品来自国外的消费量,可以观察国外来源的关键矿产的潜在供应中断风险。2017年,美国地质调查局提供了90多种非燃料矿产和原材料的生产、消费和进口依存度数据,将这些数据合并为每种矿产品的“净进口依存度”,对美国关键矿产进行分析,并提出满足美国关键矿产需求的建议。

    生产集中度是关键矿产管理的重要指标

    生产集中度,是指某个行业的相关市场内若干家最大的排名靠前的企业所占市场份额的总和,是对整个行业的市场结构集中程度的测量计算,是市场实力的重要量化指标。在美国等国家或地区关键矿产评估方案中,生产集中度是主要指标。

    根据美国地质调查局的数据,全球70%的锂资源储量在智利、玻利维亚和阿根廷,锂矿生产的国家集中度已经远远高于10年前水平,由此导致锂矿供不应求,价格维持强势。另外,2017年刚果(金)钴矿资源占全球钴储量和产量的50%和60%。

    地缘政治是关键矿产风险的一个瓶颈

    地缘政治是根据各种地理要素和政治格局的地域形式,分析和预测世界或地区范围的战略形势和有关国家的政治行为,把地理因素视为影响甚至决定国家政治行为的一个基本因素。在世界范围的关键矿产竞争中,地缘政治往往发挥出难以预测的作用。对于政府主导自然资源海外投资尤其是关键矿产投资的国家而言,总体上看,更加关注地缘政治而非市场意义,使地缘政治成为关键矿产供给中断的突发风险和管理瓶颈。以钴为例,当前全球最大的钴供应国刚果(金),政局时有动荡,政府治理指数扭曲,导致钴供应风险加大。

    综合协调是关键矿产风险减缓的有效途径

    一是各国政府在关键矿产竞争中扮演着重要角色。美国于1970年颁布相关法律,强调提振美国矿产资源产业,促进国内矿业发展,积极开展循环利用;1980年又提出确保涉及国家安全和经济发展的关键矿产的稳定供应;近几年特朗普签署总统行政命令,高度重视关键矿产问题。其他各国政府矿政部门在关键矿产管理也中积极作为,其主要职能是确定关键矿产目录清单,开展关键矿产调查评价,简化矿业权审批程序,营造良好投资环境,促进关键矿产勘查,鼓励关键矿产开发。

    二是学术界在关键矿产研究中发挥出基础性作用。关键矿产是全球矿产资源政策研究的热点课题。比如:美国国家科学研究委员会2008年发布研究报告和矿种目录;白宫成立危机原材料研究小组,主要职能是推进关键矿产基础研发,促进关键矿产供应多样性,提供关键矿产市场风险信息,建立联邦基金,评估市场风险,提供决策支撑。

    三是矿业界将矿产勘探开发的重点向关键矿产转移。2014年,英国石油公司BP公司发布研究报告,其特点是从能源消费角度予以考虑,分析未来可能出现的新能源消费路径,加大关键矿产勘探开发的投入。

    4 政策管理

    目前,世界范围内的关键矿产管理政策,可以概括为扩大国内供给、稳定全球供应、加强循环利用、推进技术研发等4个方面。

    扩大国内供给

    一是加强国内关键矿产资源评价。美国开展了现代历史上首次关于关键矿产的全国地质调查。欧盟提出建立原材料战略数据库,通过有效畅通的数据来支撑矿产资源评价。利用欧盟资助的各类项目,提供有关地质信息,以支持获取关键矿产的空间土地利用计划。2010年欧盟特设改善矿产资源开采框架条件工作组,实施相关计划,其目标都是评价尚未查明储量的矿产资源,重点是关键矿产。

    二是鼓励开展国内关键矿产勘查。美国强调查明关键矿产新的来源,确保美国矿业公司和生产企业可以采取电子方式获得美国国土范围内最先进的地形、地质和地球物理数据。欧盟鼓励成员国增加国内采矿业投资,加大关键矿产勘查力度。

    三是简化关键矿产矿业权审批流程。美国要求精简矿业权租让和许可程序,加快关键矿产资源准入速度,推动勘探、生产、加工、回收和冶炼进程。欧盟鼓励成员国制定矿产资源政策,使得矿产资源勘查和开发审批流程更加有效、清晰、易懂,简化行政程序。

    稳定全球供应

    稳定全球供应是世界主要国家保障关键矿产供应的重要手段。提高国外来源的关键矿产保障程度,是各个国家对关键矿产关注的重点,也是关键矿产管理的要点。美国政府明确提出,改变关键矿产依赖国外供给的格局,欧盟的主要目标是加大国外关键矿产供给力度。稳定全球供应、降低国外供给风险,成为各国关键矿产管理的重要任务。

    加强循环利用

    当前,全球关键矿产最终产品的回收率很低,许多情况下不到1%。世界各国都在研究制定和积极实施关键矿产最终产品回收利用的措施,形成全产业链的高效回收利用,推进循环经济。欧盟于2015年提出《迈向循环经济》报告,2017年提出《关于欧盟循环经济行动的报告》,2018年提出《关键原材料和循环经济报告》,大多涉及关键矿产最终产品的回收利用。

    推进技术研发

    目前的研究,以减少关键矿产使用强度、寻求替代技术突破等创新创造为主,重视基础性研究,促进清洁能源发展,拓展关键矿产供应多样性。美国地质调查局全面开展全球评估,确定关键矿产新的资源,关注矿产品使用效率、替代、回收等技术。日本经济产业省与资源开发企业和大学合作,促进关键矿产的高效使用和循环利用。欧盟《原材料倡议》提出后,已经实施56个项目,其中技术类项目2.67亿欧元,包括勘探、开采、选冶、替代性、废弃物处理等技术;非技术类项目2830万欧元;国际合作750万欧元。

    启示与建议

    加强关键矿产调查研究及勘查工作

    鉴于国际经验,建议我国提高对关键矿产工作的重视程度,加强关键矿产的调查研究及勘查工作。

    一是建议组织专门力量,进行关键矿产目录编制研究。对此,要建立专责小组,确定关键矿产评价指标体系,提出关键矿产清单,尽快形成我国关键矿产目录。同时,加强对备选关键矿产的形势分析,加强跟踪监测、预警和研判,有针对性地提出关键矿产的发展战略和产业政策。

    二是抓好关键矿产潜力调查评价与规划。建议针对重点地区、重要成矿带加强关键矿产资源潜力调查评价,加强关键矿产成矿理论模型研究,摸清我国关键矿产资源潜力,并以此为基础做到关键矿产资源潜力调查工作制度化。

    三是加大关键矿产勘查力度。建议将关键矿产勘查作为今后“找矿突破战略行动”的主攻矿种,进一步创新找矿机制,采取积极有效的激励措施,吸引社会资本对关键矿产勘查的投入。对此,要重视理论及方法、机制创新等研究,着重加强绿色勘查工作,为提高关键矿产国内保障能力奠定扎实的资源基础。

    四是制定相应的关键矿产矿业权制度。建议在深化矿产资源管理制度改革过程中,充分发挥市场在资源配置中的决定性作用,优化矿业权出让流程,完善矿业权出让收益标准,降低企业矿业权获取和持有成本,加快关键矿产地质调查成果的应用转化,尽快将找矿靶区转化为可以向社会出让的探矿权。

    五是加强关键矿产全流程和生命周期管理。建议确立跨部门协调机制,由资源管理部门、产业管理部门乃至境外投资促进部门采取统一政策和目标导向,确保关键矿产的安全稳定供应。同时,要采取多种政策手段加强技术研发工作,重点是关键矿产的高效利用和循环利用以及替代品研究,提高国内关键矿产资源的勘查开发和利用效率。

    六是优化境外关键矿产资源战略布局。加强对国外关键矿产战略布局研究和前期基础调查,引导企业“走出去”获得矿权。尤其要关注“一带一路”沿线国家集中度高的关键矿产,如南美铜、锂矿,非洲的镍、铜及钴矿等,要作为战略布局的重点。

    作者单位:中国地质调查局发展研究中心(自然资源部矿产勘查技术指导中心)

    从战略高度谋划对策保障供应

    近日,由自然资源部中国地质调查局西安地质调查中心李玉宏及其项目团队编著的《渭河盆地氦气成藏条件与及资源前景》一书,由地质出版社出版。该书由中国科学院戴金星院士和张国伟院士作序,是我国氦气综合性研究的第一本专著,在广泛调研国内外氦气资源研究进展的基础上,系统阐述了渭河盆地基础地质、氦气成藏机理、成藏条件及资源前景,认为渭河盆地具备氦气成藏基本条件和良好的资源前景,有望取得氦气资源勘查突破,构建我国氦气资源基地。该书创新了壳源氦弱源成藏理念、探索了找矿方法、丰富了我国氦气调查实践,集理论性、资料性和探索性于一体,对渭河盆地乃至我国取得氦气资源突破,具有重要指导意义。

    氦在国家安全、高新技术产业及民生领域具有广泛应用的重要战略性稀有气体资源。全球资源供不应求,长期短缺。我国氦气供应长期依赖进口,资源安全形势十分严峻。近年来西安地调中心能源地质团队克服困难,以促进理论技术创新、创建合作平台、培育产业队伍、服务商业突破、保障国家氦气战略需求为目标,坚持渭河盆地油气基础地质及氦气资源调查研究工作,支撑和引领了地方政府和企业在该区开展氦气资源勘查工作。本书是研究团队长期工作积累的系统总结。

     

     

     

    我国首部氦气资源综合性研究专著出版

    实现稳步提高天然气消费比例的目标,除了保证气源,还要做好管网建设。而储气设施与天然气管道相连,是天然气管网系统重要的组成部分,是保障天然气安全、稳定供应的重要手段。

    1月4日,14名两院院士、国内知名专家在北京评审我国22座储气库建设的创新技术成果,认为该成果总体达到国际先进水平,其中在复杂地质条件下大型储气库选址与建库技术国际领先。这标志着我国天然气工业发展的一大瓶颈技术获突破。

    建设中的华北油田苏桥地下储气库群(资料图)

    据专家介绍,地下储气库是把天然气注入地下圈闭或人造洞穴形成的一种储气场所,主要作用类似长江沿岸的湖泊,调节冬夏用气峰谷差,提升管道输送效率;或作为战略储备和应急储备,应对进口中断和短缺,保障国家能源安全。地下储气库一般建设在靠近天然气下游用户的城市附近。与地面球罐等存储方式相比,地下储气库具有储存量大、分摊造价较低、经久耐用、安全系数高等特点,是一种比较理想的储存天然气的方式。

    2017年5月,中共中央、国务院印发了《关于深化石油天然气体制改革的若干意见》(下称《意见》),明确了深化石油天然气体制改革的指导思想、基本原则、总体思路和主要任务。其中,重点改革任务之一就是完善油气储备体系,提升油气战略安全保障供应能力。《意见》提出:建立完善政府储备、企业社会责任储备和企业生产经营库存有机结合、互为补充的储备体系;完善储备设施投资和运营机制,加大政府投资力度,鼓励社会资本参与储备设施投资运营;建立天然气调峰政策和分级储备调峰机制;明确政府、供气企业、管道企业、城市燃气公司和大用户的储备调峰责任与义务。

    然而,我国地下储气库建设面临重大技术挑战。与国外90%地下储气库埋深小于2000米,构造完整相比,我国主要天然气消费区的地质构造复杂、破碎,埋深普遍大于2500米,储层非均质强,选址与建库难度大,必须解决“注得进、存得住、采得出”等重大难题;注采气井储层压力低,巨大的拉伸力和挤压力交替作用到地下储气库,对钻完井工程提出了更高的技术要求;国内缺乏地下储气库高压大型注采核心技术;安全运行风险大。

    从国外经验来看,地下储气库一般需经历初期发展、快速发展和平稳发展3个阶段,以天然气消费大国美国和俄罗斯为例,地下储气库发展初期分别经历13年和15年,快速发展期分别为46年和35年。未来10~20年,全球对地下储气库调峰需求量将越来越大,地下储气库数量和规模将会随着需求量的增加不断扩大。根据国际气体工业联合会预测,到2030年地下储气库调峰需求量将达到5030亿立方米,在现有地下储气库基础上,需要新建地下储气库183座,预计需新增工作气量1406亿立方米才能满足今后的调峰需求。同时,安全供气与天然气贸易的需求是地下储气库增长的主要动力来源,新的理念和技术进步也将不断推动地下储气库发展。

    随着大气治理的迫切需要、城镇化加快、碳减排与碳交易市场的建立,我国中长期天然气需求量将有巨大增长。据预测,2030年全国天然气消费量将达到4000亿立方米,对外依存度将超过40%。2016年印发的能源生产和消费革命战略、天然气发展“十三五”规划明确提出了力争2020年、2030年天然气占一次能源消费比重分别达到10%左右和15%左右的目标。随着天然气需求量的日益增加、进口气量的持续快速增长以及国内大型长输管道工程的提速建设,天然气储存和调峰矛盾日益突出。如何实现地下储气库业务可持续发展已成为我国天然气产业面临的主要问题之一。按照国际平均水平12%测算,调峰需求量将达到480亿立方米,我国地下储气库建设正处于黄金发展期。

    我国地下储气库发展始于20世纪90代初,经过20多年的发展,地下储气库在平衡天然气管网的压力和输气量、调节区域平衡供气方面发挥了重要的作用。据了解,2000年起,在科技部、财政部等支持下,中石油组织2000余名科技人员深入研究,形成了地下储气库选址技术、地质方案设计优化技术等4项创新成果,支撑了我国复杂地质条件储气库建设。目前,中石油建设地下储气库的创新成果,已应用于北京、新疆、重庆等地16座新地下储气库的建设,刷新了地层压力低、地层温度高、注气井深、工作压力高等4项世界纪录;储气规模达400亿立方米,相当于三峡水库的蓄水量;冬季调峰能力超过100亿立方米,相当于我国“十三五”规划的67.5%;最高日调峰量近9000万立方米,相当于全国最高日用气量的1/10,惠及京津冀等10余省(市)2亿人口;累计调峰采气350亿立方米,相当于4座千万吨级特大煤矿贡献的能量,综合减排8000万吨。除了大型石油公司建设地下储气库以外,城市燃气企业和地方燃气企业也在积极自行筹建,如港华金坛储气库、云南能投等地下储气库。

    专家认为,我国建设地下储气库,开拓了我国复杂地质条件下储气库技术创新之路,奠定了我国天然气战略储备格局的基础,推动了我国由采输气调峰向地下储气调峰的历史性转型升级。推广应用中石油地下储气库建设创新成果,建设更多地下储气库,对缓解我国天然气夏秋产能过剩、冬春供不应求的矛盾有重要作用。

     

    我国地下储气库技术可比肩国际

       一、前 言

        气候变化和石油价格大幅上涨是国际社会面临的两大中长期能源问题。当前许多油田正在枯竭,新发现的石油资源在数量上不足以弥补源源不断采出的石油资源,致使全球石油资源总量呈现不断减少的趋势。目前一些大石油公司正在向海洋挺进,为寻找化石能源而加大挖掘的深度。有几家公司甚至开始在北冰洋进行石油勘查活动。在恶劣的地理环境中工作对勘查公司来说似乎已经习以为常,但这无疑会使勘查成本增加,进而导致化石燃料的生产成本提高。在这样严峻的形势下,人们认为开发利用页岩气至少能够暂时缓解能源供不应求的压力。天然气价格在过去10年间攀升到了创纪录的高位,因而重新燃起了企业开发诸如煤层气、致密地层天然气和页岩气等“非常规”天然气资源的兴趣。
        在日益严峻的能源供不应求的形势下,印度与其他国家一样,积极开发所有可能被利用的能源资源。而包括页岩气在内的非常规天然气资源有可能在今后几十年间大大缓解能源供应的紧张局面。页岩是由粘土或泥土层形成的岩石的通称。在周围地质体的作用下,这些粘土或泥土层被压实成细粒的沉积岩。被圈闭在这类岩石建造中的气体被称作“页岩气”。就其化学成分而言,页岩气通常是以甲烷为主要成分的干性气体。
        在许多含有机质页岩储气层中,天然气是储存在裂隙中的游离气体。所有岩石都有可以储存水或天然气的孔隙,而页岩因粒度细且结构致密,水或气体穿过这类岩石运移的空间极小。为释放出气体,尤其是商业用量的气体,页岩中必须有自然裂隙或人工制造的裂隙,才能具有合适的渗透性。
        页岩中存在气体是世界各地早已发现的事实。但由于页岩渗透率低,开采其中的天然气被认为不具经济可行性。低渗透率导致气体不易流动,因此也就难以被开采出来。20世纪,勘查者把很大一部分精力都放在寻找高渗透率的砂岩和石灰岩层上。
        情况在20世纪90年代出现了转机。人们现在可以采用新的开采技术,用高压将水注入致密页岩矿床建造中,使其产生裂隙。水与砂混合在一起可以保持裂隙的开放状态,从而增加了储气层的渗透率,使气体流动。页岩矿床具有深度不大但覆盖面积大的特点,垂直打钻仅能控制20~30米的页岩带,因此每口井的产气量很小。钻进技术在过去20多年间取得了新的进步,今天人们已经可以用水平钻井的方法开采页岩气。水平气井可以控制几百米的页岩带,从而大大增加了每口气井的产气量。技术的进步提高了页岩气的经济开采价值,也完全改变了美国天然气市场的状况。


        二、学习美国经验


        美国发现页岩气资源迄今已有相当长的时日,页岩气开采技术也经多年努力研发出来,但此技术过去不具有经济上的吸引力。由于天然气价格低,投资者不愿意把资金投放在一个尚处于初始阶段的产业上。
        使页岩气产业在近年来具有经济吸引力的三大因素是:一是水平钻进技术取得进步;二是水力压裂技术取得进步;三是天然气价格在过去几年间因需求量增加而大幅上涨。
        Fort Worth Barnett、Fayetteville、Antrim、Arkoma、Woodford、Marcellus和Haynesville是美国的一些页岩盆地,页岩气产业在这些地区已十分兴旺。支持美国页岩气产业取得成功的主要因素是:有利的地质条件,充足的可供使用的资源,以及在美国能源部支持下持续进行的改进页岩气回收技术的研发工作。此外,市场化的天然气价格、发达的管道输送系统、成熟的天然气市场、稳定的财税体制、精简的租约管理制度以及税收抵免政策等,都是推动页岩气产业走向繁荣的因素。
        美国的页岩气产业经历了一系列的变革。今天,美国在技术和经济上都具有页岩气生产的优势。页岩气革命使美国从天然气进口国转变成天然气出口国(向日本出口),目前全球90%的页岩气都是美国生产的。

        三、印度的页岩气勘查工作


        虽然页岩气资源自20世纪50年代就被标示在全球能源地图上,但直至20世纪90年代这种天然气的开发利用才具有技术和经济上的可行性。2000年以来,天然气价格上涨以及水力压裂和水平钻井技术的进步使得页岩气开采项目有利可图。目前纽约商品交易所的天然气价格为4~6美元/mmBTu(百万英热单位)左右,这使得页岩气成为能源公司的重要资产。
        目前的石油价格为每桶70~75美元,并有可能再次上涨到2008年的峰值——每桶150美元。天然气价格目前是4~6美元/mmBTu,但在2008年6月,纽约商品交易所的天然气价格达到了13美元/mmBTu的峰值。近年来,常规化石燃料市场价格变化无常,更凸显出页岩气对于一个国家能源供应安全和实现能源自给自足的重要性。按照印度新勘探许可政策(NELP),产自Krishana Godavari盆地的天然气定价为4.2美元/mmBTu,C-系列天然气的价格则是5.25美元/mmBTu。进口液化天然气(LNG)的价格则是随着国际市场天然气价格波动情况不断变化的,曾经高达16美元/mmBTu。鉴于页岩气价格大大低于国际市场天然气的价格,印度的页岩气资源又很有潜力,可以预计,印度的页岩气开发业将兴旺发达。能源安全对于印度在今后几十年内的经济可持续增长至关重要,这在很大程度上是因为印度是一个石油进口国。为缓解能源供应不足的问题,印度已经把大力发展页岩气开发产业列入规划。
        印度计划于2011年底对外开放页岩气勘查投资项目。最近与美国就页岩气开发签订的谅解备忘录将有助于推动印度某些页岩气盆地的储量评价工作。
        从理论上说,印度的一系列沉积盆地,如位于恒河平原、古吉拉特邦、拉贾斯坦邦、安得拉邦及其他沿海地区的沉积盆地,包括Cambay、Assam-Arkana和Damodar等含油气盆地,都有大型页岩矿床。虽然不能说所有的页岩矿床都适合于页岩气勘查,但总体看来,这些盆地的页岩气勘查潜力不容小觑。技术合作将有助于使用精密的模型筛选出最有潜力的页岩气富集区,并在这些地区进行钻探勘查。
       1. 制定鼓励政策
        印度国内的天然气产量有限,对进口天然气的依存度高,因而制约了印度的天然气消费。
        根据印度现行的能源政策,石油公司只能开采其所持有的勘查区块内发现的常规石油和天然气。开发非常规能源被认为是获取额外之财,因此必须通过单独的招投标程序,申请到新的许可证后才能开采。石油公司在打石油钻井过程中有时会发现厚层的煤和页岩,但他们对此不感兴趣,因为印度政府不允许他们开采这些在现有许可证限定条件以外的能源。
    鉴于此,印度政府应尽快考虑制定以下政策:
     允许石油公司在开发常规石油和天然气的同时,勘查和生产页岩气和煤层气。这一政策可能会使一些被宣布为不具商业可行性的老油井恢复生机,并提高印度的能源产量。
     制定有力的页岩气开发鼓励政策,并进行地震勘查以查明潜力大的页岩气区块。
     制定市场驱动的天然气定价模型。
     政府通过制定优惠政策帮助国营和私营公司引进国外先进的页岩气技术。
      2. 通过国际合作争取他国帮助
        页岩气的开发在美国起到了扭转局面的作用。因为有了页岩气,美国在过去10年间从天然气进口国变成了天然气出口国。世界著名能源经济学家,普利策奖获得者丹尼尔=耶金指出,页岩气开发技术“是近10年来能源领域最重要的创新”。世界各地的石油公司目前都在寻求投资页岩气产业的机会,将其视为有利可图的行业。

    表1  某些拥有丰富页岩气储量的地区

    重要页岩气远景区

    美 国

    Marcellus、New Albany、Barnett和Haynesville的页岩区

    澳大利亚

    Amadeus、Cooper和Georgina的页岩区

    欧 洲

    Alum、Silurian和Mikulov的页岩区

    新西兰

    Whangai的页岩区

    中 国

    四川的页岩区


        为获得可靠的页岩气供应,印度公司已经进入美国和澳大利亚等国从事页岩气开发活动(表1)。与澳大利亚、欧洲、新西兰和中国等国建立的战略合作关系将在近期被证明是有益的。上述国家都拥有页岩气开发方面的先进技术和经过检验的商业模型,可以在技术上帮助印度开发本国的页岩气资源。印度公司与外国公司的战略合作关系也有助于为印度的页岩气产业吸引更多的国内外投资。
       3. 页岩气和碳信用额
        与煤和原油相比,天然气属于清洁能源,开发利用天然气有助于减轻环境退化的压力。目前世界各国都在按照哥本哈根气候变化峰会达成的协议致力于减少碳排放量。以中国和印度为代表的新兴发展中国家的碳排放量被认为在全球碳排放总量中占的份额最大。因此,发达国家投入必要的资金和技术帮助新兴国家快速发展页岩气开发利用产业具有十分重要的意义。开发利用天然气可以抵消原油和煤炭工业的CO2排放量,有助于人类建设清洁和绿色的世界。
      4. 国产和进口页岩气
        根据初步估计,印度的页岩气储量可能大于常规天然气储量。因此页岩气有可能成为重要的新型天然气供应源。印度天然气供应量满足不了日益增长的需求,预计到2015年,印度的天然气需求量将从2010年的620亿立方米增长到1200亿立方米。
    在这样的形势下,印度政府和企业应该携起手来,开发利用比进口天然气更经济实惠的本国天然气资源。
      5. 收集技术情报以赢得竞争优势
        收购海外页岩气勘查项目是帮助印度公司获取经营页岩气开发项目技术诀窍和技能的重要途径。印度在吸引国际大公司投资本国油气项目方面,过去一直不十分成功。因此,在印度无成熟经验可供借鉴。对所有有兴趣开发页岩气的印度公司来说,到海外勘查开发页岩气最符合他们的利益。信实工业公司(印度最大的私营企业)率先采取了行动,他们花几十亿美元收购了美国境内的几处页岩气资源地40%~60%的股权。Bharat石油资源公司也与澳大利亚的Norwest能源公司就购买澳大利亚佩斯盆地两处页岩气区块的股权达成了协议。其他印度公司也在寻求投资收购页岩气开发方面的情报和资产。

        四、发展页岩气产业需要做的主要工作


        图1示出了印度页岩气开发的流程及其所涉及的和所需的相关技术和政策等。但在批准页岩气开发项目之前,政府必须对以下问题进行认真研究:
     解释地质条件:应明确解释什么是非常规条件,在考虑所有定义页岩气条件下碳氢化合物参数的基础上给出定义。有时在同一垂直带中可能既有页岩气也有常规碳氢化合物资源。在这样的情况下,政府给出的定义应该成为解决任何争议的明确指导原则。在定义非常规条件时,应考虑在全球范围内被接受的参数。


    图1  页岩气开发流程图


     非常规天然气资源的类别:非常规天然气资源的形式多种多样,比如有致密地层天然气、煤层气和页岩气。但开发所有类型非常规资源所需的基础设施是相似的。因此把所有类型的非常规天然气归入一个单一类别可能有助于在规模化生产的基础上降低成本。
     选择页岩气开发商的标准:页岩气产业在印度尚处在起步阶段,在切实打出几眼气井之前,尚不能肯定页岩气是否具有经济效益。因此要选择经济上实力雄厚,技术上与国外机构有合作关系,有页岩气方面专家或掌握关键技术的公司从事页岩气开发工作。
     租地面积和租约期限:如果页岩气开发区块的面积低于所需面积的最低限度,可能会导致开发工作的草率从事,使开发商无法在资本市场上成为单一业务公司。因此页岩气开发区块的面积必须合理,否则吸引不了主要开发公司的兴趣。租约期限也应合理,使开发者有足够的时间完成区块内的勘查工作。虽然与从常规碳氢化合物储集层开采天然气相比,开采页岩气更易控制,但租约期限也应足够长,使生产商有足够的时间认真完成商业开采工作。
     放宽管制:美国天然气价格放开政策出台是页岩气产业走向成功的转折点。因此,在印度境内完全放开对页岩气的价格控制也将是吸引大公司投资于页岩气开发项目的关键因素。
     财税制度:累进税制和针对投入的税收抵免政策,以及与时间相关联的权利金制度,都是对主要公司有吸引力的财税制度。鉴于租约时间长短和政府税收的需要,理想的情况是不免除所得税。但是,由于页岩气产业的经济效益在印度尚未得到验证,明智的做法是先实行优惠政策,待页岩气产业发展成熟后再把针对此行业的商业和财税制度固定下来。
     水供应和环境问题:由于需要进行水力压裂作业,页岩气生产需要使用大量的水。如果缺乏水源,页岩气项目就会面临很大的困难并需要投入更多的成本。制定防止含水层被污染的相关指导方针,以及采取限制人口密集地区井场和气井密度等措施最大限度地减少环境影响程度。


        五、结 论


        每一个关注页岩气产业动态的人都知道这种资源对于今后发展的重要性。开发页岩气显然是我们面临的机遇,如果这种资源得到有效的利用,国家能源供应的形势就会发生改变。页岩气开发将对国家经济产生深远的影响,因此我们必须充分重视这种资源。然而,只有在排除了某些障碍和研究解决了某些问题后,页岩气的开发利用才能发展成有实际经济效益的产业。为此,企业和政府需要共同工作,制定出不仅能够鼓励外国投资,而且有利于本国经济增长的页岩气勘查开发政策。

    页岩气开发:印度一项紧迫的战略任务

    当前,京津冀协同发展和雄安新区建设对津冀地区的矿产资源,尤其是建筑材料、清洁能源(煤炭、地热)、钢铁等资源产品的需求旺盛,出现明显供不应求的态势。津冀地区矿山多,大量矿山闲置的废石、尾矿、剩余资源等不可避免地带来资源浪费和生态环境破坏。由自然资源部中国地质调查局所属的中国地质科学院矿产资源研究所承担的“津冀重要矿产资源集中区资源综合利用与评价”项目,瞄准如何破解资源供需矛盾的难题及如何变废为宝,实现资源综合利用与生态环境协调发展的问题,通过对津冀地区重要矿产资源集中区的系统调查,在资源综合利用与绿色矿山建设方面取得新进展。

    一是查明了京津冀地区亟待开发的矿产资源有两类。一类是受运输半径影响大宗非金属矿产资源产品,如砂石,水泥等;另一类是控制矿产品价格波动的战略性矿产资源,如铁矿石等。这两类资源产品通过外部调用将导致成本大幅度上升,不符合目前高效节能的发展需求。

    全国各省(区、市)砂石平均运输半径(单位:千米)

    二是初步查明,截至8月底,河北省尾矿、废石堆存量分别约为9.7亿吨和14.2亿吨,其中冀东地区尾矿堆存量分别为3.38亿吨和10.8亿吨,90%以上集中在唐山、秦皇岛、张家口、承德、邯郸市。通过项目调研和初步实验,认为矿业生产形成的尾矿、废石可用作京津冀基础设施建设所需的各类建筑材料,如河北地区铁矿山尾矿数量大,其矿物含量、物理性能等满足砂石骨料技术要求,且生产成本远低于普通机械制砂,承德、唐山市铁尾矿库存量大,基于砂石运输半径,可以建立北京市用砂等的稳定供给基地。

     

    在产矿山废石用作建筑石料的生产线    尾矿烧制陶瓷、釉面材料的实验中间产品

    三是明确了大宗非金属和黑色金属矿产生产导致生态环境变化的主要因素是土地占用和空气扬尘。因此,在消除扬尘和占地对环境影响,加强尾矿、废石废弃物和废水等资源化利用,将成为绿色矿山建设的重要内容。

    冀东某尾矿库地表产生扬尘

    津冀重要矿产资源集中区资源综合利用与评价取得新进...

    说起氦气,人们对它的认识大多来源于中学的化学课。殊不知,氦,作为熔点和沸点最低的已知元素,在军工、航天、核工业、深海潜水及民用高科技等领域具有广泛用途,是关系国家安全和高新技术产业发展的一种重要战略性稀有气体资源。

    据统计,全球的氦气资源长期供不应求,年需求量约为2亿立方米,但年产量仅有1.7亿立方米。我国目前氦气年需求量约为2200万立方米,但勘查开发程度极低,资源情况不明,仅四川自贡威远气田进行了小规模提氦利用。我国氦气供应长期依赖进口,资源安全形势十分严峻。

    可喜的是,自然资源部中国地质调查局在渭河盆地组织开展的氦气资源调查工作发现,渭河盆地不仅有水溶氦,还存在便于利用的游离态富氦天然气藏,有望构建我国氦气资源基地。

    我国对氦气资源的研究程度低,资源家底不清

    氦气开始进入人们的视线,始于1868年。那一年,法国天文学家彼埃尔·让桑(Pierre Janssen)和英国天文学家约瑟夫·洛基尔(Joseph Lockyer)几乎同时分别独立发现太阳光谱里有一条陌生的明亮黄线,其后,洛基尔将其命名为氦。

    氦是一种无色、无味、不燃烧也不助燃的稀有惰性气体。由于其特殊的物理、化学性质,尤其是其化学惰性和沸点极低的特征,使得氦气成为低温学领域的无价之宝。比如:氦的低溶解度、低沸点以及化学惰性,使其清洗和密封火箭和宇宙飞船的液体氢燃料系统十分有效。在电子工业中,氦气在半导体、液晶面板和光纤线制造中起着重要作用,可实现零部件的快速冷却,也可在电焊、硅晶片生产中用作保护气。在现代分析测试检测仪器中,氦气在气—液和气—固色谱分析中是最常用的载体气。在超低温冷却方面,氦广泛应用于核反应堆的冷却介质和清洗剂,在超导冷却方面,应用于核磁共振设备、超导量子干涉器、粒子加速器、磁悬浮列车、电能的存储等,其中最大的消费群体是医院的核磁共振设备。

    地球上的氦气含量极为稀少,最主要的来源不是空气而是天然气。富氦烃类天然气中最高可含7.5%的氦,是空气中的1.5万倍。可是,这种含高氦的天然气矿藏并不多,这是因为天然气中的氦气是铀之类的放射元素衰变的产物。一般而言,只有在天然气矿附近有铀富集时,氦气才能在天然气中汇集。

    根据美国地质调查局的数据,目前全球的氦气资源量估计达519×108立方米,储量仅74.25×108立方米。美国是世界上氦资源最丰富的国家,虽然已大规模开采60多年,但氦气资源量仍占世界总资源量的40%以上。根据美国地质调查局2016年的调查报告,美国、卡塔尔、阿尔及利亚和俄罗斯共计拥有世界88%的氦资源,中国的资源量仅为11×108立方米。中国西部大型叠合盆地及东部郯庐断裂带已发现广泛的含氦天然气显示,但研究程度低,资源家底不清。到目前为止,只有四川省自贡的威远气田曾提到氦利用,其中的氦含量为0.2%左右,而且现在已经基本枯竭。

    提出氦气弱源成藏理念,论证了渭河盆地富氦天然气成藏条件

    近年来,中国地质调查局组织开展了《渭河盆地氦气资源远景调查》项目,由中国地质调查局西安地调中心牵头,渭河能源公司(陕西金奥能源公司)、陕西省地质调查院、陕西地矿总公司第二综合物探大队、西北大学、长安大学、西安石油大学、中石油东方地球物理公司等单位参加完成。项目组在广泛调研国内外氦气资源研究进展的基础上,系统研究了渭河盆地基础地质、氦气成藏机理、成藏条件及资源前景,取得了一系列新进展、新成果。

    渭河盆地位于秦岭造山带与鄂尔多斯盆地之间。在渭河地区广泛分布燕山期富铀花岗岩,其分布面积达近万平方千米。在现今渭河盆地基底的深部10千米~20千米,沿深大断裂带分布有10个隐伏(花岗岩)岩体。这些富铀花岗岩是盆地壳源氦气的主要源岩,通过铀、钍衰变源源不断地向盆地输送壳源氦气。

    地壳中铀、钍元素的丰度低、半衰期长,因此壳源氦生气强度极低,为典型的弱源气。按照油气地质理论,壳源氦不存在集中的生气高峰,生气速率极低,难以发生突破“压力封存箱”的大规模集中排气。但现实是,确有富氦天然气藏存在,并被工业利用。而常规的油气理论难以解释氦气成藏机制。项目组通过在渭河盆地开展氦气调查工作,认为“有效氦源岩、高效运移通道(断裂、不整合)、载体气藏(适度,“载体气”又是“稀释气”)是氦气成藏的基本条件”;提出了“成岩温压与变质温压下氦行为差异与氦气成藏及古老克拉通基底蕴藏的巨量氦因克拉通破坏的构造作用而释放、运移到浅层聚集成藏”的理念”;初步建立了氦气成藏模式。

    项目组认为,壳源氦气相对于常规油气为典型的弱源气,但由于地质体的巨大和地质时间的漫长,壳源氦气生成总量是巨大的。氦气常以甲烷或二氧化碳气藏中的伴生气产出,因其稀有性,工业品位0.1%即可成为矿藏,且成藏与地下水关系密切。综合分析认为,氦气在深部氦源岩处能溶解于水而运出,运移至浅部遇到天然气藏时脱溶成藏,并在气藏附近水体形成溶解氦低浓度漏斗,使水溶氦不断向气藏附近迁移而进入气藏,大大提高了氦气的运聚系数。而气藏在盖层处又因低分压难溶于水、不易扩散,而有利于保存。这一分析,从理论上认识了氦气弱源成藏机理,明确了氦气在氦源岩处“运得出”、遇到气藏“脱得出”,在气藏中“保得住”的高运聚系数富集机制,解答了氦气为何能克服溶解与消耗、提高运聚系数形成富氦天然气藏的疑惑,为氦气资源勘查提供了理论依据。

    渭河盆地是否具有天然气前景一直是众多学者关注的问题之一,核心是是否存在烃源岩。前人认为,盆地深部不存在晚古生代煤系地层。但项目组根据区域地质背景、地热井气样分析及地球物质测量成果,特别是地震测量成果,论证了渭河盆地前新生代基底局部残留晚古生代煤系地层,为渭河盆地天然气勘探带来了希望。由于氦气不能单独成藏,只有在甲烷等载体气藏中聚集、积累,才能形成富氦天然气藏,从而为氦载体气成藏提供物质基础。

    渭河盆地不仅存在水溶气资源,也存在富氦天然气藏

    自然界气体赋存状态有游离态、溶解态、吸附态及水合态,不同赋存状态氦气资源的工业利用前景和经济性具有天壤之别。项目组对已有资料进行分析研究发现,渭河盆地不仅存在水溶气资源,也存在游离态氦及伴生气资源,即富氦天然气藏。

    资料显示,渭河盆地地下水资源丰富,有渭北岩溶溶隙裂隙水、秦岭山前构造裂隙水和盆地中部新生界孔隙裂隙水。其中,渭北岩溶溶隙裂隙水中未见氦气显示,秦岭山前构造裂隙水和盆地中部新生界孔隙裂隙水均有氦气显示。除渭北岩溶溶隙裂隙水外,盆地4000米以浅地热水总静储量达14781.2×108立方米。剔除固市断凹(渭南生物气区)张家坡组的储量数据后的总静储量达14200.57×108立方米。根据气水比1∶10和氦气含量1.5%计算,盆地内4000米以浅的水溶氦气资源量达21.3×108立方米。若按供热季单井日产水1000立方米,年生产100天计,250口地热井每年就可提供2.5×104立方米伴生氦气资源综合利用,就量而言已经达到半个威远气田。但水溶气的性质决定了其处于量大却难用的处境。

    众所周知,目前还没有发现独立的氦气藏,而工业利用的氦,是与载体气(烃类或二氧化碳、氮气)一起以游离态赋存于地层圈闭中,形成富氦天然气。那么,渭河盆地是否存在富氦天然气藏或游离态氦,成为目前氦气资源前景评价的关键。可喜的是,现有调查资料初步表明,渭河盆地氦源岩和高效运移通道(断裂)发育,具有载体气成藏形成条件,特别是伴生于甲烷气中的富氦天然气,是目前勘探工作的重点。

    通过近年的研究,项目组探索提出了“地质指方向,地震、重力、电法探结构、识断裂(高效运移通道)、找圈闭,磁法识别磁性岩体(氦源岩),化探异常圈定目标区,气测录井标定富集层段”的氦气调查技术方法。应用这一调查方法,通过物探、化探工作,项目组基本查明了富氦气区地层层序和构造格架,重点刻画了隐伏花岗岩体(氦源岩)、断裂发育特征。渭河盆地(鄂尔多斯周缘盆地)与目前广受关注的坦桑尼亚富氦区具有相似的地质背景,均为古老克拉通上的新生代裂谷盆地。渭河盆地不仅有长期稳定的古老基底可作为氦源,同时具有大量富铀花岗岩作为氦源岩,较坦桑尼亚富氦区具有更好的氦源条件。同时,花岗岩即是重要的氦源岩,也可以成为储集岩。

    根据调查成果,项目组初步圈定了华州—潼关、户县—蓝田和武功—咸阳等3处远景区。

    我国具有氦气资源前景,亟需加大工作力度

    研究认为,我国(特别是西北地区含油气盆地)氦气资源成藏基本条件良好,分布广泛,层位众多,具有资源潜力,但研究程度低(作为资源研究更少),家底不清。渭河、塔里木、柴达木、银额等盆地局部地区具有资源前景。在柴达木盆地北缘检测出壳源氦气含量为0.21%~0.72%;发现马北、东坪(花岗岩基岩气藏)等气田氦气资源前景良好。认识到塔里木盆地巴麦隆起及周缘具有良好氦气前景。

    尽管渭河盆地地热井发现了氦气资源赋存的良好信息,但项目组指出,由于缺乏专门的氦气评价钻探工作,目前还无法评价其工业价值,无法对深部可能含气层进行验证和产能测试,急需在远景区开展网度地震勘探,寻找有利圈闭,为钻探提供目标;通过钻探工作发现或验证目标层段的含气性;开展地热井氦资源专项调查,探索现有地热井条件下伴生气资源的有效利用;针对氦气资源的勘查技术手段基本空白,探索有针对性的地球物理探测方法、有效的测井解释模型、钻探和气藏测试工艺等。此外,由于氦气多以伴生资源形式产出,氦气的提取、提浓、提纯工艺需要继续探索完善,急需形成多种资源综合开发利用技术,以提高多种低丰度伴生矿产的经济价值。

    同时,加强国家公益性队伍对氦气资源调查工作的组织引领,联合油气企业开展主要天然气田氦气资源调查评价,是全国氦气资源调查尽快取得突破的快捷有效途径;建议修订石油天然气储量规范,在氦气成藏远景区开展的油气勘探中进行氦气兼探工作,具有综合利用价值时,氦气需与天然气同时提交储量。

    氦的应用

    ①核潜艇气冷核反应堆与深潜呼吸气

    ②火箭及航天飞机燃料加压剂

    ③核电站气冷核反应堆

    ④航空合金弧焊保护气

    ⑤半导体硅晶片制造保护气

    ⑥光纤制造保护气

    ⑦核磁共振成像仪超导冷却剂

    ⑧潜水呼吸混合气

    点亮新希望
      编者按

      中国矿业大学的前身是由英国福公司创办于1909年的焦作路矿学堂。从20世纪20年代起,学校先后经历了福中矿务大学、私立焦作工学院的变迁。抗 战爆发,学校先迁陕西西安,再迁甘肃天水,于1938年与东北大学工学院、北平大学工学院、北洋大学工学院在陕西城固合组为国立西北工学院。抗战胜利后, 焦作工学院于1946年在河南洛阳复校,其后又几经辗转,迁河南郑州、江苏苏州,于1949年9月迁回焦作原址。新中国成立后,学校先后迁至天津、北京、 四川,最后在江苏徐州办学。

      抗战八年中,焦作工学院(现中国矿业大学)一路跋山涉水、历尽千难万险迁移到陕西汉中城固县古路坝,与北洋工学院和东北大学工学院、北平大学工学院 共组西北工学院,以庙宇和教堂为教室,共育英才,共赴国难,谱写了一部教育与爱国的交响史诗,创造中国高等教育史上的一段奇迹,培养出了“中国材料之 父”、中国科学院院士、中国工程院院士师昌绪,著名核材料学家、中国工程院院士李恒德,材料及冶金专家、中国工程院院士傅恒志等。这些院士和更多的杰出校 友一起成为新中国矿业领域的脊梁,为建国后的矿业建设做出了巨大贡献。

      主动西迁,保存教育实力

      1937年,由于日寇猖狂进攻,担任平汉路正面作战的中国军队节节失利,战火迅速燃遍河北,豫北岌岌可危。到10月14日,日寇即占领安阳。安阳距离焦作200公里。日寇飞机飞越新乡、焦作上空轰炸洛阳军用机场,焦作工学院的安全受到严重威胁。

      当时,学院考虑以不出省为原则,打算把学院迁往开封或南阳内乡。对此,学生自治会于10月18日推举代表面见当时学校的主要出资单位中福公司总经理 孙越崎(中国共产党的诤友,是我国现代能源工业的创办人和奠基人之一),表达了不同意见。孙越崎以学院董事长的名义,从民族大义出发,从抗日战争的长远考 虑计,召见院长张清涟并对他说:“教育乃国家之命脉,须在教部整个计划下努力,不能分据,不可霸占。今西安临时大学工学院缺乏仪器,吾校既拟迁移,自宜以 吾所有与之切实合作,以为国家增元气。”

      根据国民政府教育部的指令和孙越崎的要求,10月20日,全院师生员工从焦作启程,并在郑州将全部设备、仪器、图书、标本等共160吨搬上孙越崎亲 自安排的铁路车皮,连同教职员工和学生于10月24日举校迁往西安,选定临时校舍于西安端履门,借用省立西安高级中学校舍和西京机械厂部分房屋恢复上课。

      1938年初,日寇轰炸西安,关中处于临战状态。3月,焦作工学院再迁甘肃天水。全院教职员工和学生共计146人,携带仪器设备、图书文卷,自陇海 铁路虢镇站起,经凤翔、陇县、固关,翻越关山,再经马鹿镇、清水,抵达天水。徒步500余里,长途跋涉、几经辗转,以天水南门外水月寺作为临时校舍继续办 学,时有两系八班,学生89人,当年暑假,有采矿冶金系和土木工程系25名学生于天水毕业。在纪念抗战一周年之际,学院师生演出了抗战救亡话剧,会场悬挂 的楹联写道:“焦土抗战,最后胜利属于我;工程建国,当前责任不让人”,表现出全院师生十分可贵的信心和责任感。

      重组大学,贡献支撑力量

      根据1938年7月27日国民政府教育部指令,焦作工学院师生于1938年11月由甘肃天水再迁陕南城固,12月初在古路坝复课,正式开启了学校由国立西北联合大学分立而成的国立西北工学院为期8年的历史。

      私立焦作工学院对战时的国立西北工学院而言,从一开始就是一个富有特色且发挥着重要作用的组成部分。

      1938年8月10日,西北工学院筹备委员会在陕西城固成立。委员会由北洋工学院院长李书田、北平大学工学院院长张贻惠、东北大学工学院院长王茂 春、焦作工学院院长张清琏和著名教育家胡庶华组成。筹建初期各院校接收委员会4名委员中,焦作工学院有2人,为任殿元教授和余立基教授。张清涟、胡季纯教 授先后任西工事务处主任,张清涟还曾担任西工训导长及学术推广部专门委员。

      1938年8月25日,在西北工学院筹备委员会第11次会议上通过了西北工学院借用焦作工学院设备用具办法。此时,焦作工学院的人员和物资分别存留 在甘肃天水和陕西西安、凤翔等地,学生集中在甘肃临洮接受军训。从焦作运出的160吨图书设备用具,在天水60吨,西安、凤翔各50吨,在焦工迁往城固的 前后于1938年12月初全部运往城固。

      焦作工学院与组成西北工学院的各校不同的地方就是,焦工西迁前未受破坏,图书仪器设备被完整地保存,而其他的各校带出来的图书仪器设备较少。当时西 北工学院图书馆藏书“主要来自私立焦作工学院的13101册……到1940年馆藏总计15257册。”孙越崎回忆说:“由于焦作工学院是完整西迁的,图书 和教学用具、实习工厂设备齐全,这为流亡到陕西的北洋、平大和东大工学院合并成立西北工学院创造了条件。”

      西北工学院初期设土木、矿冶、电机、化工、纺织、机械、水利、航空8个系,后又增设工业管理系。其中,焦工采矿冶金系和北洋工学院矿冶系合组为矿冶 工程学系;焦工的土木工程系与东大工学院和北洋工学院土木系合组为土木工程学系。矿冶研究部还先后招收研究生46人,分布在采矿组、冶金组、应用地质组和 石油地质组,这也可以视为焦工开展研究生教育的最早实践。

      1939年3月,由于李书田带领200名北洋师生南下四川到西康另办新校,因而西北工学院的矿冶系也就在很大程度上由焦工教授所支撑了。西工矿冶系 的系主任就是来自焦工的任殿元教授。西工矿冶系为抗战时期全国高校所独有,毕业生供不应求。师昌绪在其回忆录中说:他1941年报考西北工学院的考虑之 一,就是“西工矿冶系设备比较齐全,因从华北搬来的那几个大学都是赤手空拳,而焦作工学院原属英商中福煤矿,在沦陷前即搬往后方,图书、设备和标本齐全, 因而报考了矿冶系”。

      焦作工学院1936年共有教职员36人,战时大多随校西迁。据不完全统计,到西北联大及其分立的西北工学院任教的焦工教授不下20人,主要有张伯声、张清涟、石心圃、马载之、李善棠、任殿元、李余庆等。

      教育救国,形成著名“七星灯火”

      西北工学院是西北联大分立五校中实力很强的一个大学共同体。她汇入了东北、华北、中原高等工程教育的精华,形成了从本科生到研究生培养的完整教育体系,师生共4000余人,是当时国内工科学科齐全、人数最多的一所高等工程学府。

      西工的校址分布在距城固县城20公里的古路坝,和焦工初创时期一样,处于偏僻的乡村,坝上有一座七星寺,被扩建为西工分校。

      西北工学院培养人才坚持“高标准、严要求、淘汰制”,相应地,学生也很刻苦。虽生活条件很差,但学生牢记使命,弦歌之诵,夜以继日,每栋房屋里都有 几十支蜡烛彻夜不熄,长年如此。古路坝、七星寺夜晚自习的灯光犹如繁星闪烁,形成了“坝上长夜”、“七星灯火”的动人景观。原焦作工学院两系八班97名学 生先后于1939~1942年暑期毕业,在焦工精神的基础上,他们的心灵也受到了西北联大和西工精神的滋润。

      当时,广大学生主要依赖贷学金维持学业。一些学生冬天没有棉衣,就把所有的单衣穿上御寒;没有袜子和鞋穿,就自己做木板拖鞋或打草鞋;稀饭、馒头、 素菜和糙米饭是食堂的基本食谱。作业本是用当地产的疙里疙瘩的毛边纸装订而成;墨水大多是用5分钱就能兑一瓶的紫墨水。由于教堂内没有教师家属住房,教师 们大多在教堂附近租当地人喂牲口或堆放杂物的房子来住,夏不遮雨,冬不避风。教师们白天忙于上课,晚上则在昏暗的油灯下备课或批改作业。

      焦作工学院在西北的八年,是中华民族救亡图存的八年,是焦作工学院充满艰辛的八年,是自立自强的八年。在十分艰苦的办学条件下,焦作工学院的师生员工不畏艰苦,继续为国家和民族培养建设人才,为中国的高等教育保留了火种。□

      (本文资料来源于邹放鸣发表在《中国矿业大学学报》(社会科学版)2013年第4期的《从焦作路矿学堂到中国矿业大学——西北联大与矿大精神》)



    国立西北工学院古路坝旧址



    私立焦作工学院时期的部分设备



    西北工学院学生宿舍(下),阶梯上面为图书馆



    焦作工学院甘肃天水办学旧址
    续存中国近代最早的矿业学府血脉