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    2016中国国际矿业大会9月23-25日在天津市举行,来自全球50余个国家(地区)的8000多名代表前来参会参展。在此次矿业盛会上,中国地质调查局组织举办了地调成果展,分为深地探测、深海探测、深空探测和分析测试四个板块,充分展示了近年来取得的重要地调科研成果。

    在地调局的统一指导和部署下,地调局物化探所认真准备、精心组织、周密部署,挑选近年来取得的主要科研成果和自主研发的物化探仪器设备参加了本届大会。此次参加展出的有固定翼时间域航空电磁探测系统、彩虹3型航空物探无人机系统、大功率多功能电磁法系统、地下电磁波层析成像系统、地-井瞬变电磁系统、感应式磁传感器,智能化、轻便式XG-7ZA塞曼测汞仪、XGY-2020A型气体发生-原子荧光光谱仪和XC-1电磁分选仪等九台套仪器设备;会展期间,吕庆田副所长和林品荣教授级高级工程师受邀分别在“地质科技创新论坛”和“矿产勘查技术-地球物理技术论坛”上做了“地球深部探测专项(SinoPrbe)新进展”和“三维电磁探测系统研发与应用”的专题报告。

    通过此次矿业盛会,物化探所积极参加地调科研成果展览与技术交流,充分展示了近年来取得的重要科研成果,受到了部、局领导和国内外行业专家的高度关注和好评,显示了物化探所在物化探勘查技术方法创新研究和地质调查能力方面的实力和领先地位,提升了物化探所的国际影响力。

     

    物化探所自主研发的地质勘查仪器在2016年国际矿业大...

    八月下旬的内蒙古勒马戈山矿区,一场聚焦“生态保护与资源勘查协同发展”的草原湿地绿色找矿装备示范调研活动拉开帷幕。30余台/套适用于草原覆盖区典型场景的绿色找矿技术装备整齐排列,与周围广袤的草原相得益彰,吸引了来自全国各地的百余名代表驻足观摩、深入交流。

    生态优先,绿色勘查迈出新步伐

    草原、湿地具有涵养水源、调节气候、维护生物多样性等不可替代的生态功能,是我国重要的自然生态系统。数据显示,我国草地绿地面积达28600多万公顷,约占陆域国土面积30%;湿地面积也稳定在5635万公顷以上。我国许多成矿带位于草原湿地范围内——草原湿地生态系统需要保护,矿产资源也需要勘查开发,如何平衡两者之间的关系考验着地质工作者的智慧。

    “传统矿产勘查往往伴随着修路、开挖探槽等破坏性作业,对草原湿地生态造成长期影响。现在,绿色找矿技术装备的推广应用正在改变这一状况。”在活动现场,行业地勘单位、装备技术企业的代表望着参展装备发出了由衷的感慨。

    近年来,地质工作者坚持“生态优先、保护优先”的原则,将“绿水青山就是金山银山”的理念贯穿地质勘查全过程,以绿色勘查积极推动行业转型升级。“绿色勘查要求运用科学、高效环保的方法、技术、工艺和设备等,最大限度地减少或避免对生态环境造成的不利影响,并对受扰动的环境进行修复。”中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心讲解员介绍道,“这次,我们带来了无人智能化空天地一体综合地质勘查平台、多旋翼无人机航磁勘查系统、航空物探遥感地面保障车等一系列生态效益显著的装备。”

    此次活动中,中国地质调查局相关局属单位、紫金矿业集团、中国地质装备集团有限公司、山东中勘机械有限公司、深层探索(北京)科技有限公司等单位共展示各类技术装备30余台/套。这些装备安装拆卸快捷、移动搬运方便、作业绿色环保,是草原湿地绿色勘查技术装备创新成果的代表。

    据自然资源部新一轮找矿突破战略行动办公室装备组介绍,2024年,自然资源部党组和中国地质调查局党组围绕新一轮找矿突破战略行动作出一系列重大部署,对加快科技攻关、推进绿色勘查和技术装备建设等提出明确要求。此次选定勒马戈山工作区开展草原湿地绿色找矿技术装备示范,正是为了打造草原湿地找矿技术装备样板。“实施绿色勘查是践行习近平生态文明思想的具体行动保障,也是保障国家能源资源安全的重要举措。我们希望通过此次活动推动构建统筹生态环境保护与找矿突破的现代化装备体系,为新一轮找矿突破战略行动提供坚实装备支撑。”

    图为全液压便携式模块化钻机 本报记者 潘冰 摄

    技术创新,找矿装备实现绿色升级

    此次活动展示的技术装备分为AI智能找矿、航空物探遥感、地面物化探、地质钻探、分析测试等五大板块,覆盖了草原湿地绿色找矿的全流程。

    在AI智能找矿板块,具有自主导航、障碍识别、人员跟随等功能的全陆域多足智能重载机器人备受瞩目,独特的“下肢”机构和不破坏工作区生态的作业方式令参观代表印象深刻。作为国内唯一一套用于地质勘查的空天地一体化测试平台,无人智能化空天地一体综合地质勘查平台可通过机臂的变结构设计实现飞行和地面驾驶模式的灵活切换,被形象地称为“无人飞车”。卫星靶向超弱核磁共振AI数字技术将AI技术应用于自然资源探测领域,属国内首创。

    航空物探遥感板块展示了一系列空中“黑科技”:集成光泵磁力仪、姿态仪、高精度定位系统、高度计、无线数据传输等多个模块的多旋翼无人机航磁勘查系统,探测范围广、受限因素少,穿梭在中高山、深切割等高危探测区域的无人直升机重磁勘查系统,突破整机重量“卡脖子”技术难题、精度指标达国际先进的小型轻量化航空重力测量系统,深部矿产勘查利器、工程地质调查的“好帮手”——直升机时间域航空电磁测量系统,不受接地条件限制、高精度同步、探测深度更深的半航空瞬变电磁探测系统……

    地面物化探装备呈现接收精度高、勘探深度大、异常源定位准等特点。首先映入眼帘的是来自紫金地球物理科技(北京)有限公司的震旦三维激电系统,其探测深度是常规激电探测深度的2~3倍,可达1500米,达到国际先进水平。由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所自主研发的分布式多参数电磁探测系统,关键技术指标达到国际先进水平,实现了我国电磁探测由二维向三维的跨越式发展,可完全满足国外同类产品的国产化替代需求。此外,还有高温超导瞬变电磁探测系统、地电化学测量仪、地气测量仪等。

    在绿色钻探板块,中国地质调查局北京探矿工程研究所带来了总重仅20公斤、背包即走的新能源电动钻机,采用全液压驱动、模块化结构设计的反循环多工艺钻机。中国地质装备集团有限公司、山东中勘机械有限公司在野外搭建了多功能全液压车载钻机、全液压便携式模块化钻机、全液压履带钻机,并现场演示了污染少、扰动小、效率高的“微创”式钻探工艺。

    高效实用是分析测试板块的主题。据国家地质实验测试中心、中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所、中国地质调查局呼和浩特自然资源综合调查中心、斯派克公司等单位介绍,随着绿色勘查的兴起,野外现场分析测试技术装备正朝着更高效、更易编录、响应更快的方向发展。此次展出的多种设备,如固体矿产车载野外现场分析平台、集装箱营地、台式X荧光光谱仪、弯晶X荧光光谱仪,在实际工作中都能显著提高地质、化探与钻探样品施工效率,助力项目组及时调整工作部署。

    活动当天虽然下着雨,却丝毫没有冲淡现场的热烈氛围。大家笑着说:“草原的天气就是这样变幻莫测,这场雨来得正好,让我们有机会更全面地了解装备性能。”

    协同发力,守护草原湿地绿色未来

    今年正值“绿水青山就是金山银山”理念提出20周年。从江南到塞北,从城市到乡村,“两山”理念对全社会各项事业发展都具有重要指导意义,地质行业也不例外。

    此次活动的举办场地——勒马戈山矿区,正是地质人践行“两山”理念的一次典范。项目运用微粒子测量技术快速圈定成矿远景区,通过地面物化探精细测量缩小靶区,再以车载或模块化钻机进行高效验证,同时借助大功率激电测深与AI技术评价深部找矿潜力,不仅取得了显著的找矿成果,还建立了基于小流域本底调查的环境评价技术,实现了资源勘查与生态保护的统一。

    在座谈交流环节,来自全国草原湿地覆盖面积较大省份的自然资源主管部门、林草主管部门、行业地勘单位,中国地质调查局相关局属单位,以及地勘技术装备企业的代表围绕草原湿地绿色装备支撑服务新一轮找矿突破战略行动展开深入研讨交流。

    尽管地质条件和资源禀赋不同,但各地推进绿色勘查、守护绿水青山的愿望是一致的。近年来,内蒙古、四川、西藏、甘肃、青海、新疆等地不断加强绿色勘查工作监督指导,严格执行生态修复要求;同时,各地积极推广“空-天-地”一体化技术,支持绿色钻探工艺研发及应用,开展绿色勘查示范项目,全力探索绿色可持续发展之路。

    与会代表一致认为,此次展示的AI智能找矿装备、绿色先进钻探技术装备等,是我国自主创新研发的重要技术成果,标志着我国地质勘查技术迈上了新台阶。它们在草原湿地环境中的推广应用,将带动地质勘查行业整体向绿色化、智能化、现代化转型,显著提升行业核心竞争力,实现地质勘查行业高质量发展。

    “通过这次活动,我们了解了很多新理念、新技术、新装备,重塑了对绿色勘查的认识,也更加坚信以最小的生态环境损害实现绿色勘查是完全有可能的。”甘肃省地质矿产勘查开发局参会人员表示。

    活动结束后,这些新型绿色找矿技术装备将踏上新的征程,奔赴不同的工作区——无需搭桥修路,不再留下车辙和伤痕,在美丽的草原湿地之上,书写人与自然和谐共生的新篇章。

    守护好草原湿地金山银山

    高铁行驶在昆楚大铁路上。

    李茂颖 张伟明摄影报道

    开栏的话

    “十三五”即将收官。这是值得点赞、必须铭记的五年。在复杂的国际国内形势下,中国砥砺前行,以智慧、勇气和担当,一次次攻坚克难,稳步迈向全面建成小康社会的宏伟目标。GDP总量接近100万亿元人民币,人均GDP迈上1万美元台阶,中国成为全球经济分量更重、含金量更高的领跑者。

    这是每个中国人为了更美好生活孜孜努力、梦想成真的五年。就业稳定,收入增加,消费红火,空气变好,预期寿命增长,文化活动多姿多彩,惠及民生的新科技新业态新模式层出不穷……分享着改革发展的成果,老百姓的获得感更强、精气神儿更足。

    从今天起,本报推出“十三五·中国印象”专栏,回眸神州大地这五年来令人感奋的可喜变化和生动故事,全面展示“十三五”时期中国经济社会发展的新成就新亮点。

    “每次坐高铁都很兴奋。现在有机会实地感受高铁制造,太酷了!”近日,乌克兰小伙子伊戈尔和上百位车迷一起,走进位于湖南的中车株洲基地。

    他们看到,一列列电力机车如箭在弦般整齐排列、引弓待发,全球首个超千亿规模轨道交通装备产业集群就在此地。成功研制全球最大功率电力机车、产品服务出口全球逾百个国家和地区……组建5年来,中国中车在新时代的轨道上一路驰行。

    回望这5年,“十三五”规划落地生长、拔节育穗。时光隧道沿途,一幅幅向上的图景闪现——

    那是国之重器彰显国家实力。

    客流量突破1000万人次!在北京,大兴国际机场投运整年来,“钢铁凤凰”引颈展翅,启动京津冀协同发展新引擎。目光移至南国,港珠澳大桥建成通车近两年,一桥连三地,天堑变通途。这五年,人们见证了被外媒直呼“世界新七大奇迹”工程的诞生,也见证了科技领域的一次次突破,飞机“三剑客”,蓝天竞翱翔,国产大航母,下海逐波浪,是嫦娥跃升空、玉兔落月面,是北斗联天下、天问赴苍穹……

    这背后,是中国经济实力的大幅跃升。2019年,中国国内生产总值超99万亿元,人均GDP进入“1万美元俱乐部”,对世界经济增长的贡献率约达30%。预计到“十三五”末,中国GDP将稳稳地跃过100万亿元。“世界比以往任何时候都更需要中国”,美国《纽约时报》今年年中这样写道。

    那是数字创新激起动能澎湃。

    不久前,泰国副总理兼商业部长朱林在中国电商平台为泰国水果直播“带货”,一口气卖出近5000个榴莲和2万个椰青。网络零售、电子支付、大数据、云计算、5G、新能源,一系列创新为中国经济拓开新空间,也在全球掀起新潮流。“我非常钦佩中国在跨境电商方面取得的成就和领先的技术。”朱林赞叹。

    今天,中国研发经费投入总量居世界第二,近4年信息传输、软件和信息技术服务业等新兴服务业年均增速高达19.4%。作为世界第一大市场,中国正成为全球创新的策源地。

    那是开放合作谱就共赢乐章。

    疫情冲击不小,中欧班列却逆势开出加速度。“每周都有45趟至60趟中欧班列往来于杜伊斯堡和中国城市,这个数字创下新纪录。”德国杜伊斯堡市政财务主管马丁·穆拉克说。到今年8月底,中欧班列累计开行近2.9万列;在全球,83%拥有铁路的国家都运行着中车的产品。

    坚持在开放中发展,中国2019年货物贸易进出口总值达31.54万亿元、稳居世界第一,累计与138个国家和30个国际组织签署200份共建“一带一路”合作文件。“中国对外贸易的稳定为世界贸易复苏提供了重要动力。”德国工业联合会董事总经理约阿西姆·朗说。

    那是改革红利结出惠民果实。

    机场修到了云南省怒江州兰坪县!过去“出门过溜索,种地靠攀岩”的怒江人终于有了自己的机场。“这是我们千年‘飞天梦’,也是脱贫致富、发展提速的‘空中快车’。”兰坪县丰华村党总支书记杨五金说。随着脱贫攻坚步步深入,当地傈僳族同胞搬进新居,村镇上盖起崭新的幼儿园、卫生院……“村民再也不用为小病跑老远!”兰坪县啦井镇卫生院院长李汝妹笑得开心。

    2016年到2019年,中国超过5000万农村贫困人口脱贫。到2020年末,现行标准下农村贫困人口全部脱贫、贫困县全部摘帽的目标将如期实现,困扰中华民族几千年的绝对贫困问题将得到历史性解决。

    5年来的一幕幕,在华生活的伊戈尔都是见证者。中车株洲基地上,他目不暇接,不停提问,还随手将这些科技创新的结晶统统“装”进镜头里,“要让更多人认识开放、发展的中国。”伊戈尔说。

     
    这五年,中国经济实力杠杠的

    大海上的“蓝鲸1号”平台

    2017年5月18日,我国海域天然气水合物试采宣布成功,这标志我国取得了天然气水合物勘查开发理论、技术、工程、装备的自主创新。本次试采中,“蓝鲸1号”深水钻井平台功不可没。

    “蓝鲸1号”是什么?

    “蓝鲸1号”钻井平台诞生于山东烟台,是由中集来福士海洋工程有限公司(以下简称“中集来福士”)自主设计建造的超深水半潜式钻井平台,是目前世界上最先进的钻井平台。

    此次南海天然气水合物试采作业,是“蓝鲸1号”平台承担的首次钻采作业任务。试采工区在水深1200~1300米处,设计井深300~400米。对于这种程度的钻采作业而言, “蓝鲸1号”完全可以胜任。

    那么,“蓝鲸1号”的优势在哪里?

    一是体型大。“蓝鲸1号”平台排水量可达7万吨,与“辽宁”号航母满载排水量相当;长117米,宽92.7米,面积相当于一个标准足球场大小;高度达118米,相当于40层楼的高度。

    二是性能强。“蓝鲸1号”平台最大作业水深可达3658米,最大钻井深度更是达到15240米,其中大钩钩载1250短吨,可变载荷1万吨。这是目前全球作业水深、钻井深度最深的半潜式钻井平台,适用于全球深海钻探作业。

    三是效率高。“蓝鲸1号”装配了全球最先进的液压双钻塔和2个井口,两台钻机可在2个井口同时实现钻井、连接套管、下放防喷器等主副线作业,有效减少了钻井辅助时间,使深水钻井作业效率比传统的单井口作业平台提高30%。同时配备了全球领先的闭环动力系统,可比同类作业平台燃油消耗降低10%。

    四是安全系数高。“蓝鲸1号”配备了主副两套15000psi压力级别的水下防喷器,每套防喷器配备三组剪切闸板,而剪切闸板是井喷控制的最后一道屏障。如此配置,大大提升了常规井下压力控制设备的能力,保证了试采作业安全。同时,该平台配备了世界上最先进的DP3动力定位系统,最精确的定位测量误差达到0.1米,通过8台全回转式6034马力的推进器实时定位,保证了作业期间平台在台风“苗柏”11级风力里保持“纹丝不动”。

    与天然气水合物试采之约

    中国地质调查局和中石油集团到国内运营深水钻井平台的企业进行了多次调研,最终“蓝鲸1号”凭借优越的装备性能、完全自主设计建造而入选为天然气水合物试采施工作业平台。

    2016年8月,“蓝鲸1号”平台技术服务合同签订。此时,距天然气水合物试采预定开工时间不到7个月,而平台的建造进度刚刚达到90%左右。中集来福士将平台建造与水合物试采适应性改造同时进行,大大缩短了建造和改造工期,增加了平台调试时间,为平台的如期交付奠定了基础。

    天然气水合物试采施工作业面临着新平台、新设备、新队伍和平台作业准备时间紧的几大挑战。试采指挥部高度重视,多次派技术人员驻厂调研、跟踪平台作业准备进度,参与工程总承包中国石油集团海洋工程有限公司与中集来福士“蓝鲸1号”平台项目推进会。试采指挥部在平台调试、海试测试、人员培训、第三方设备安装等关键阶段出谋划策,协调解决遇到的问题,共同推动平台于2017年2月13日如期交付。

    台风中保障产气平稳

    试采工程光荣而艰巨,工期极为紧张,挑战巨大。

    3月6日,“蓝鲸1号”平台从烟台启航,自航奔赴南海工区。平台航行总行程约2263公里,共航行7.1天,平均航速达8.27节,动力功率仅占平台功率的70%左右,可见其动力能力强大,远超越同类的平台。

    对南海海域来说,海上钻采作业最大挑战就是遇到台风。6月12日,“蓝鲸1号”平台正面迎来第一次台风——“苗柏”。试采现场指挥部与“蓝鲸1号”操船团队根据南海前期台风的特点,以及对当前平台动力系统和定位系统的能力评价,最终作出保持生产测试、原地抗击台风的决定,同时制定了详细的、可操作性强的应急解脱躲避台风的应急预案。

    当日凌晨4点,“苗柏”转向风力突然由预测的9级加剧至11级,海况异常恶劣。但平台凭借强大的动力定位系统和经验丰富的操船队伍,保持在安全区域与暴风对抗,实测最大漂移距离不超过6.5米。在试采各参战单位的坚守下,南海天然气水合物试采的火焰在狂风暴雨中依旧燃烧。

    7月9日,我国首次南海天然气水合物试采安全生产满60天后主动关井。此次试采,获得了持续产气时间最长、产气总量最大、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果,并创造了产气时长和总量的世界纪录,全面完成了试采预期目标。这也充分证实, “蓝鲸1号”平台凭借自身强大的功能,为我国首次海域天然气水合物试采工程的成功实施提供了坚实保障。

    (作者系中国地质调查局水合物试采现场指挥部办公室工程组成员,《南海天然气水合物试采工程实施及关键技术》项目主要成员,主要从事钻井技术研究工作。)

    “蓝鲸1号”:助力可燃冰试采的超深水钻井平台

    编者按 

    “是那山谷的风,吹动了我们的红旗……我们满怀无限的希望,为祖国寻找着富饶的矿藏。”

    新一轮找矿突破战略行动启动以来,广大地质工作者大力弘扬爱国奉献、开拓创新、艰苦奋斗的优良传统,把智慧、汗水洒遍山川大地,为地质找矿事业书写崭新的时代篇章。《中国自然资源报》开设“地质足迹印山川”栏目,通过系列报道展示地质人物和团队的感人事迹,推动新一轮找矿突破战略行动取得更大成果。

     

    “要想立足国内实现资源自给,资源勘查必须往深走。”这是第十八次李四光地质科学奖获得者吕庆田一贯的观点。

    地层深处高温高压,遍布坚硬的岩石。“入地”之旅怎么走?如何才能“入地”更深?20多年来,中国地质科学院地球深部探测中心研究员吕庆田带领团队在陆内成矿理论和深部找矿预测新方法研究、深部勘探仪器设备研发等方面取得系列成果,给出了答案。

    吕庆田2017年参加在美国阿拉斯加举行的 EarthScope会议。

    加强地球深部探测

    破解资源环境及灾害问题

    1981年,17岁的吕庆田在老师建议下,顺利考入长春地质学院应用地球物理专业。1988年硕士毕业后,他被分配到中国地质科学院矿床地质研究所(现中国地质科学院矿产资源研究所),从一名实习研究员干起。之后,他一直在各个项目区通过地球物理的手段研究岩石圈结构等地球科学问题。

    2000年,国土资源部“十五”专项研究计划“大型矿集区深部精细结构探测研究”启动,吕庆田参与其中。自此,他的学术方向开始了明确的变化——执着于探向地球深部。

    为什么要探测深部、认识深部?“两大因素使然。”吕庆田说。

    一是当时全球的矿产勘查都在向深部500米以下进军,我国起步已晚,必须加速赶上。

    二是深部因素对成矿的控制作用逐渐被认识到,如幔源岩浆、新生地壳熔融、拆沉与底侵和深大断裂对成矿金属类型和矿床分布的一级控制等。

    但深部地质结构、物质性质不清,控矿要素不明确等原因,让勘查深度难以突破,拓展深部资源遇到严峻挑战。为此,吕庆田带领团队先后承担了“十三五”重点研发计划项目“华南陆内成矿系统的深部过程与物质响应”、深部探测专项第3项目等20余项深部金属矿勘查技术和应用研究工作。

    2016年5月30日,习近平总书记在“科技三会”上指出,“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”。同年,我国酝酿启动深地国家科技重大专项,瞄准国际地球科学前沿进行布局。吕庆田积极参与其立项和申报工作,并负责相关内容的编写。

    此后近十年,吕庆田带领团队,以我国东部长江中下游成矿带和西部东准噶尔成矿带为探测对象,在成矿系统理论框架下开展了多尺度地球物理综合探测和研究,在陆内成矿系统的三维结构、深部找矿思路和找矿发现等方面取得重大进展。

    选择我国东部长江中下游成矿带和南岭成矿带,以及铜陵、庐枞、于都—赣县等典型矿集区,吕庆田带领团队在成矿带岩石圈层次、矿集区地壳结构层次、矿床(田)精细探测层次,部署开展了三个层次的“入地”探测研究工作。

    三个层次的探测研究工作,在揭示区域成藏成矿控制因素、开辟找矿新空间的同时,把握地壳活动脉搏,为提升区域地质灾害监测预警能力提供技术支撑。吕庆田说:“加强地球深部探测,对我国资源能源安全和减灾防灾意义重大。”

    发展陆内成矿理论

    解开地球深部成矿奥秘

    岩石圈结构、物质和深部过程对成矿系统具有关键控制作用,但存在诸多认知“盲区”。

    对此,综合20多年开展的综合探测研究,吕庆田带领团队创新性开创了以多尺度探测为特色的成矿系统研究新领域,提出陆内成矿系统受岩石圈拆沉、地壳属性和块体边界控制的新认识,发展了陆内成矿理论。相关成果在“十三五”国家重点研发计划深部探测专项中被充分吸纳。

    “比如,以往认为成矿作用大都发生在板块边缘,与板块边缘造山作用密不可分,如洋—陆俯冲造山、陆—陆碰撞造山,而对于大陆板块内部的成矿作用及深部动力学机制却鲜有了解。”吕庆田说,他带领深部探测专项第3项目组在长江中下游成矿带经过4年努力,解开了大陆板块内部成矿的“深部奥秘”。

    他们在长江中下游成矿带发现了岩石圈增厚、拆沉和软流圈隆起的关键证据,建立了陆内成矿的深部动力学模型。更为重要的是,他们获取了陆内下地壳和岩石圈地幔俯冲的清晰图像。

    “这些发现诠释了为什么在长江中下游这个狭窄的带内,形成了数百个金属矿床。”吕庆田进一步解释说:“与板块边缘成矿类似,大陆内部在远程应力的作用下,也可以发生大陆俯冲,俯冲导致壳幔强烈相互作用,最终沿俯冲带形成大陆内部的巨型成矿带。”

    前期扎实的探测研究工作,为钻探验证奠定了良好的基础。庐枞矿集区深部异常验证钻孔取得了深部重大找矿线索,发现了高强度的铀矿化,深部铀矿化为交代碱性岩复合型铀矿的新认识据此被提出。这一发现对庐枞深部找铀具有重大的理论和实际意义,并被推广到华南陆内造山等成矿系统的研究中。

    创新深部探测技术

    让矿集区结构“透明化”

    知道深部有矿,怎么找?当时,国内外都没有多少经验可以借鉴。“

    对深部矿产勘查来说,不仅需要突破精度、灵敏度更高的各种传感器技术,提升野外测量设备的稳定性,还要发展新的数据解释技术,把观测的数据转换为‘透视’地下的图像。”吕庆田说。

    这一目标,在他带领深部探测专项第3项目组开展长江中下游成矿带深部探测试验时实现了。他们形成了一套针对大型成矿带岩石圈结构探测的技术解决方案,发展了多种地球物理数据处理与解释技术。

    通过骨干剖面的反射地震探测和重磁数据的全三维反演,项目组揭示了庐枞、铜陵矿集区的地壳结构框架,发现了一批新的断裂,建立了该地区的三维地质模型,初步实现了矿集区的“透明化”,为认识成矿作用和助力深部找矿起到了关键作用。

    “希望我们在长江中下游成矿带、矿集区到矿田的探测模式和技术思路可以推广到其他成矿带去。”吕庆田这样表示。为此,他带领团队经过长期实践探索,提出了稀疏地震剖面、地表地质约束的三维重、磁交互反演地质建模方法,并以此为物性反演初始模型,采用求取置信区间确定物性变化、通过逻辑拓扑实现岩性识别,完善了岩性填图技术,为矿集区结构“透明化”提供了技术手段。

    在以上成果基础上,他带着团队经过进一步研究,形成“三维结构+成矿模式+综合信息”相融合的深部找矿“三元”预测方法——通过提取已知矿床地质属性特征,通过三维证据权方法、专家系统、机器学习算法,实现深部成矿预测的自动化和定量化。

    利用该方法,他带领团队在安徽庐枞矿集区井边—巴家滩预测区深1500米~1740米之间,发现累计厚97米的高品位铀矿化体;在新疆伊吾县戈壁滩,发现拉伊克勒克大型隐伏斑岩—矽卡岩铜铁矿床,获得333+334铜资源量118.8万吨。矿集区“透明化”探测和“三元”成矿预测方法的有效性得到验证。

    目前,“三元”成矿预测方法已推广应用到安徽、新疆、江西、山东等地区,取得了良好深部找矿效果。

    研发系列勘探设备

    推动我国勘探技术进步

    多年的深部探测实践,让吕庆田越来越深刻意识到,突破“卡脖子”核心技术,降低对外依赖,对保障国家资源安全意义重大。强烈的使命感、责任感使吕庆田和他带领的研发团队担起了“十二五”国家863计划“深部矿产资源勘探技术”研发任务。

    作为该计划重大项目首席专家,吕庆田带领团队先后突破了高精度微重力传感器技术、铯光泵磁力仪传感器技术、宽带感应式电磁传感器技术等10项关键核心技术。其中,微重力传感器的突破使我国成为国际上为数不多的可以自主生产高精度重力仪的国家。

    在重磁、电磁、地震、井中勘探仪器和钻探设备方面,他们研制出高精度地面数字重力仪、大功率多功能电磁探测系统、4000米地质岩心钻探成套技术装备等18套急需的勘探地球物理仪器设备,形成了从地面到地下的系列仪器装备。

    在地球物理方法数据处理和解释方面,他们完善了直流电阻率与极化率三维反演方法、重磁三维约束反演方法等20多项地球物理数据处理解释方法,研制出多参量地球物理数据处理与反演软件系统、金属矿地震处理解释新技术与软件系统2套大型软件系统,形成了多功能三维电磁正反演与可视化交互解释软件系统、金属矿地下物探数据处理解释系统等8个专用软件系统。

    “这一轮的技术研发,使我国在地球物理勘查技术领域极大地缩小了与国外的差距,大幅度降低对国外勘查设备和解释软件系统的依赖,一定程度上打破了国外在此领域的仪器设备垄断,大幅提高了我国深部资源勘查技术自主研发能力和国际竞争力。”吕庆田说。

    他带领的团队因此荣获2022年自然资源科学技术奖特等奖,获得发明专利授权66项、实用新型专利授权45项、软件著作权105项。现在,相关成果广泛应用到矿产勘查、国防、科研和工程等领域,替代国外进口,解决国家重大需求,极大促进了我国金属矿勘探技术的系统提升、整体跨越和进步。

    收获“深地”成果

    一路艰辛成为美好回忆

    系列重大成果的取得并不是一帆风顺的。

    “我带着深部探测专项第3项目组在庐枞、铜陵矿集区开展三维立体探测施工的时候困难重重。在野外,我们遇到的最大困难是各种看不见的电磁和振动干扰,这些干扰来自各种电线、工厂、高速路和居民生活区。”吕庆田苦笑着说,因为反射地震的数据采集要记录地下几十千米反射上来的信号,需要绝对的安静。

    为了获得高信噪比的数据,项目组不得不在夜深人静的时候采集数据。有时,他们还需要设置警戒,或与周边的工厂协调暂时停工。这需要他们和当地相关部门和百姓反复沟通。

    “技术上的难题、施工上的困难、与当地相关部门协调等,多年下来,大家都成了多面手。”吕庆田笑着说。

    20多年在深地探测领域的不懈努力和学术积累,让吕庆田及其团队先后获得国家科技进步奖一等奖、二等奖各一项;国土资源科学技术奖一等奖3项,二等奖1项。他本人于2009年入选国家“新世纪百千万人才工程”国家级人选,2019年入选自然资源部高层次科技创新人才第二梯队人才和科技创新团队(负责人),2023年获得第十八次李四光地质科学奖(科研奖)。他先后为国家培养了18位硕士、20多位博士和10多位博士后,带领的深部资源探测研究团队于2018年入选自然资源部高层次科技创新团队。

    “与6000多千米的地球半径相比,我们的研究还仅仅停留在地球的表皮。”吕庆田说,“我毕生奋斗的方向就是带领团队拓展深部空间,认识地球深部运行规律,发现更多的资源。为了在这个方向走得更远,我们比以往任何时候都更加需要弘扬李四光等老一辈科学家的精神,坚持真理、严谨求实、锐意创新,以李四光先生的崇高精神为标杆,主动服务国家发展战略需求,积极投身地球科技创新前沿,努力为建设科技强国贡献力量!”

     
    中国自然资源报:“入地”之旅怎么走?他给出了答案

    陆相火山岩地区铜金成矿系统的发现与评价是目前矿床学领域最为重要的科学技术难题之一。我国陆相火山岩在青藏高原、天山-阿勒泰、大兴安岭、东南沿海等地区广泛分布,涵盖了从晚古生代到新生代的不同地质时期,经历多期俯冲碰撞作用,具有形成大型-超大型斑岩-浅成低温热液型铜金矿床的重要潜力。

    2023-2024年,中国地质科学院矿产资源研究所承担的新一轮找矿突破战略行动项目“铜金锑紧缺战略性矿产调查与潜力评价”,对那曲当若雍错西地区早白垩世则弄群和阿里革吉地区中新统火山岩中的铜矿化异常开展短波红外光谱学、水系沉积物地球化学、土壤地球化学、碎屑矿物学、蚀变矿物化学、高精度大功率物探等研究与探测,经钻探验证,取得突破性找矿进展。

    一是发现带内首个中新世高硫化浅成低温热液型铜(金、银)矿。新发现芒拉铜(金、银)矿,首孔揭露铜矿体累计视厚度137米,平均品位0.46%,伴生金品位0.06g/t,银品位2.04g/t;其中主矿体视厚度50米,铜品位为0.71%,伴生金和银品位为0.13g/t和2.94g/t。矿区内明矾石、地开石、叶蜡石等蚀变矿物以及硫砷铜矿、铜蓝、蓝辉铜矿、黄铜矿、黝铜矿和斑铜矿等金属矿物的产出,揭示了芒拉铜(金、银)矿具有高硫化浅成低温热液成矿作用的特征,是青藏高原首例中新世该类型矿床。钻探验证和矿物学研究表明,芒拉铜(金、银)矿深部逐步揭露了强烈的黄铁绢英岩化蚀变和细脉-浸染状黄铜矿、斑铜矿、辉钼矿矿化,表明深部已过渡为典型的斑岩型矿体,保存了完整的斑岩-高硫化浅成低温热液成矿系统。年代学、岩石学和动力学背景研究揭示,该矿床可与冈底斯中-东段的“碰撞型”铜多金属矿带相连,表明冈底斯中新世斑岩-矽卡岩-浅成低温热液铜矿带东西向延伸超过一千公里。 

    图1 藏西北陆相火山岩区芒拉铜(金、银)矿典型蚀变和矿化照片

    二是在冈底斯中段陆相火山岩区发现西藏首例早白垩世高硫化浅成低温热液型金矿,也是藏北首个高品位岩金矿。在冈底斯中段当若雍错西地区流纹质角砾熔岩之中发现3条金铜矿(化)体,其中Au-II金矿带长300~1 000 m, 首孔见矿厚度55米,平均品位17.97 g/t,取得找矿重大突破。确定了冈底斯中段陆相火山岩区高品位岩金矿的地质特征。发现金矿成矿物质主要来源于则弄群火山岩,金属矿物组合主要以黝铜矿、砷黝铜矿及铁砷黝铜矿等黝铜矿族矿物为主此外发育辉硒铋矿、黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、铅矾、自然金、硒银矿等。以高岭石化、叶腊石化、绢云母化组成泥化蚀变为主要识别标志,矿化特征和蚀变组合与高硫化浅成低温热液型金矿床一致,且深部和外围具有形成斑岩铜矿的较大潜力。

    采用岩性-岩相-火山构造三重填图法对则弄群陆相火山岩进行填图,确定了火山活动中心、火山机构类型、火山演化特点等,共识别出8个火山机构,深入研究了陆相火山盆地形成和演化规律,提出火山熔岩/碎屑岩、斑岩、隐爆角砾岩是在陆相火山岩区寻找斑岩-浅成低温热液铜金矿床的重要岩石类型。提交了H45E0050011(鑫龙幅) 成矿规律图和矿产预测图,中国地质调查局首届全国固体矿产地质调查优秀图件展评中,被遴选为特优图幅(全国共5幅)。 

    图2 H45E0050011(鑫龙幅)成矿规律图

    三是明确了青藏高原斑岩-矽卡岩-浅成低温热液型矿床的找矿方向。将西藏班公湖-怒江成矿带、冈底斯成矿带的陆相火山区做为寻找世界级浅成低温热型铜金矿床新的勘查方向,提出狮泉河-革吉-措勤-尼玛一带存在一条斑岩型-矽卡岩型-浅成低温热液型铜金成矿带,明确了美日切错组、去申拉组、则弄群、林子宗群等陆相火山岩区具有发现斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统的重要潜力。

    冈底斯成矿带一直是大陆碰撞带斑岩型铜多金属矿床的典型代表,随着早白垩世鑫龙、中新世芒拉铜金矿的发现,表明青藏高原强烈隆升剥蚀区可保存浅部的浅成低温热液矿床,显示藏西北陆相火山岩区具有寻找斑岩-高硫化浅成低温热液铜金矿床的巨大潜力,不仅将冈底斯中新世斑岩-矽卡岩-浅成低温热液铜矿带向西延伸了近千km, 而且开辟了陆相火山岩区寻找中生代俯冲型和新生代碰撞型斑岩-浅成低温热液型铜金矿的新方向。

    四是初步建立了多元信息综合勘查模型。团队对地物化遥等传统勘查方法进行联合应用和改进,并创新应用勘查指针矿物学、高光谱遥感和非线性分析预测等技术,实现了“绿色、经济、高效”的靶区筛选和矿体定位方法。通过上述传统勘查方法和新型勘查技术的融合,创建了适合藏西北高海拔、强剥蚀、深覆盖地区的多元信息综合勘查模型,为今后陆相火山岩区的铜金矿产勘查工作提供了重要科技支撑。 

    该发现主要由中国地质调查局新一轮找矿突破战略行动项目、国家自然科学基金、自然资源部新一轮找矿突破战略行动科技支撑项目、中国地质科学院基本科研业务费项目等联合资助。

    1-珠勒—芒拉 2-朱诺 3-北姆朗 4-雄村 5-吉如 6-普桑果 7-白容 8-汤巴拉 9-彭岗 10-冲江 11-厅宫 12-岗讲 13-总训 14-达布 15-拉抗俄 16-程巴 17-巨龙 18-知不拉 19-甲玛 20-邦铺 21-克鲁 22-拖浪拉 23-努日 24-冲木达 25-夏马日 26-沙让 27-汤不拉 28-吹败子

    图3 冈底斯斑岩-矽卡岩-浅成低温热液铜多金属成矿带地质简图

     

     

     
     
    藏西北陆相火山岩区铜金找矿取得突破性进展

    时而平静,时而狂躁的海浪;时而温柔,时而如刀似剑的海风,还有海底神秘的暗流造成“颠簸”—这是海上工作与生活永恒的旋律。然而,即使在波涛汹涌、暗流涌动中,“梦想”号上的科学家却能够平稳的实施科学钻探。“梦想”号可以在6级海况下正常作业、16级台风下安全生存,仿佛在吟唱“不管风吹浪打,胜似闲庭信步”。

    什么是三级动力定位系统?

    “梦想”号能如此的“稳”,很大原因是该船配备了三级动力定位系统(DP-3)。动力定位系统因其不依赖抛锚或系缆、部署和撤离迅速、对水深不敏感等优点,被广泛应用在深海油气开发、潜水作业、海底管道和电缆敷设及科学考察等方面。它的工作原理是,计算机通过控制推进器的推力大小和方向,以对抗由风、浪、流等造成的外部作用力,从而使船体位置和船头朝向保持不变,保证船体稳稳地保持在同一个定位。在“梦想”号上,动力定位控制系统中的传感器、位置参考系统和控制器均采用冗余设计,动力和辅助系统分布在三个防火分隔区域。这样设计的优势是,任何单个舱室的动力系统一旦发生故障,其它舱室的依然能发挥作用,这就是三级动力定位系统。

    动力定位示意图

    动力定位系统是如何知道自己的位置?

    精确的位置测量是动力定位系统的基础。“梦想”号安装了6套位置参考系统,分别基于卫星和声呐等两类不同的工作原理。其中,3套差分全球卫星定位系统,1套北斗卫星定位系统,2套超短基线声呐定位系统,所有系统的位置测量精度都达到分米级别,并不受作业区域的影响,任何一套位置参考系统都能满足定位要求,大大地提升了动力定位系统的可靠性。如遭遇太阳风暴,卫星定位系统可能会受到影响而失效,这时2套声呐定位系统依然能够保证动力定位系统有可靠的位置参考。

    动力定位系统的大脑—动力定位控制器

    动力定位控制器是动力定位系统的大脑,它接收位置测量、风速风向、船舶姿态以及艏向等信号,通过精密计算,输出正确的控制信号以控制推进器的转速和转向,这样就能使船舶保持在设定的位置和艏向上。三级动力定位系统配置了三个控制器,其中一个作为主控制器,其输出信号控制推进器。当主控制器故障时,另外一个控制器将自动切换为主控制器,实现定位功能不受影响。因此三级动力定位系统可靠性非常高。

    动力定位系统用的电从哪里来?

    “梦想”号安装了七台推进器,采用全电力驱动,为动力定位系统提供动力。为了保障电力供给的稳定,“梦想”号采用了闭环电网技术,即将多个中压配电板首尾互联,形成一个环形的供电网络。与传统的分段电网相比,闭环电网可减少运行发电机的数量,提高发电机的效率,还能减少发电机运行时间,降低维护成本。此外,闭环电网还具有容量大、抗冲击能力强、可靠性高、使用灵活的特点。然而,闭环电网中可能会出现的短路、接地和发电机故障等将会影响其他配电板和发电机的正常运行。为了避免上述情况的发生,“梦想”号闭环电网采用了先进的计算机综合保护系统和高级发电机保护技术,实现了对电网及发电机故障点的精准判断和快速切除。

    目前,闭环电网技术在船舶的应用并不多,主要应用于深水钻井平台或者钻井船等发电机装机数量较多的工程船舶。据了解,国内只有“蓝鲸二号”和“海洋石油982”等钻井平台采用了闭环电网,并完成实船短路实验。而“梦想”号的闭环电网也已完成实船接地和短路实验并通过中国船级社和挪威船级社的验收,在我国钻探船中尚属首例。

    闭环电网示意图

    节能法宝——蓄能蓄电池系统

    三级动力定位船舶作业时平均日耗油能高达40多吨,产生高昂运营成本的同时也造成环境的污染。“梦想”号作为全球最先进的大洋钻探船,配备了蓄能蓄电池系统,这好比汽车的混合动力系统。它如同一台大型不间断电源,在发电机发生故障时快速投入,代替故障发电机实现对电网的支撑。这样不仅能确保运行负载不受影响,使电网稳定、可靠,还能减少动力定位时发电机的运行数量,增加在线发电机的功率,提高柴油机的效率,降低油耗。它还能够存储液压钻机下行时产生的再生电能,实现能量回收和利用。由此,还能减少钻机由势能转化为热能所需的冷却水量,从而降低冷却水泵的能耗,实现进一步节能。此外,蓄能蓄电池系统通过削峰填谷功能实现稳定电网,减少发电机启停次数,降低发电机机械磨损,延长大修时间,节约维护成本。“梦想”号的蓄能蓄电池闭环电网比传统的电网节约超15%的油耗。

    “维稳”高手——能量管理系统

    “梦想”号的能量管理系统由功率管理系统和电池管理系统组成,将它与动力定位系统密切配合,为科学钻探作业的稳定安全实施立下了汗马功劳。为了节能增效、维持电网稳定,能量管理系统使出了2大“高招”。高招1:利用动力定位系统预测推进器负荷,通过提前调节发电机的频率,实现对动态负载的补偿,以减少电网频率的变化。高招2:根据电网中发电机以及蓄能蓄电池系统所能够承担的最大负载变化率(千瓦/秒)来控制大型负载的功率变化速度,实现动态负载的惯性补偿,减小电网波动,进一步增强电网的稳定性,减少在网发电机的数量,提高发电机的运行效率,实现节能增效。

     
    “梦想”号:不管风吹浪打,胜似闲庭信步

    为持续推进地球物理装备现代化建设,提高找矿勘探中中浅层(3000米以浅)地球物理探测分辨能力,助力新一轮找矿突破战略行动,8月25日至8月29日,中国地质调查局成都地质调查中心勘查室联合装备处在甘肃省陇南市某已知矿区对时频电磁系统进行了首次应用试验。

    此次交付的时频电磁系统是近些年来电磁法的创新性成果,填补了中浅层(0~3000米)电磁探测的空白。与传统的天然场源电磁法相比,时频电磁法采用人工地面布设大功率场源,利用变频方波电流激发深部地质体,在地面进行电场、磁场分量观测,同时获得时间域和频率域电阻率。此外,还可以利用Cole-Cole模型并参数机器学习计算得到频率域极化率,二者相互约束,能够获得更加准确的地下地质结构,近些年在油气资源勘探、固体矿产勘查中该方法发挥了重要作用,尤其对硫化物矿床勘查有较好的应用效果。

    本次应用培训试验选择已知矿床,从野外工作流程、仪器操作、野外数据处理等方面进行了全方位启用培训。同时,操作人员对比已知矿床,就反演结果与厂家开展了交流研讨并一致认为时频电磁法抗干扰能力强,在保证探测深度的同时大大提高了纵向分辨率,纵向探测分辨率能够基本达到米级,误差达到μV级,无论从定性还是定量方面都有较大的提升。

    下一步,该系统会尽快投入到“上扬子西缘成矿带战略性矿产调查”“西南三江成矿带战略性矿产调查”等中心重点工作中,最大限度地发挥其探测深度大、分辨率高、抗干扰能力强的优势,努力让地球物理勘查在“新一轮找矿突破战略行动”发挥更大更有效的作用。

    野外采集

    野外培训

    电阻率、极化率反演效果

    提高中浅层地球物理探测精度,助力找矿新突破——成...

    江西赣州是一片壮怀激烈、神奇光荣的红土地,这里的每一寸土地都闪耀着历史与传统的光辉。

    时代翻到了2020年这一页。此前,由于经济底子薄、基础条件差、贫困人口多、贫困范围广、贫困程度深,赣州成为全国较大的集中连片特殊困难地区、江西省脱贫攻坚主战场。今年4月26日,江西省政府举行新闻发布会,宣布于都等7个县(区)退出贫困县序列。至此,赣州市11个贫困县全部退出,赣南革命老区实现整体脱贫摘帽。

    在这场史无前例的脱贫攻坚战中,一支奇兵——自然资源部中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所出现在深壕坚堡前,从专业入手,从技术切入,干起了别人不善干的大事来:脱贫要治贫,治贫要助贫,穷根不除,还要返贫。

    发展实体经济,把赣州建设成为全国稀有金属产业基地和先进制造业基地,是脱贫治穷的关键一招。但是,赣州又不能走传统的老路子,村村办矿,家家炼石,把资源优势折腾成生态劣势。经过深入地县情、乡情、村情调查,郑州综合利用所决定用创新思维从六方面持续发力:

    ——将钨、稀土、萤石等特色优势矿产资源进行深度研发利用;

    ——将矿山固体废弃物进行广泛综合利用;

    ——推动金属矿、非金属矿新技术研发;

    ——对矿山环境进行综合调查,经过治理后形成“绿色产出”;

    ——进行固废资源综合调查评价,力争变废为宝,产生效益;

    ——编制矿业产业规划和绿色矿山标准,使区域经济健康、绿色地向前发展,不走弯路。

    由此可见,郑州综合利用所对扶贫工作就像经营自己的“责任田”那样充满深情,“谋矿已非从前样,春风化雨焕容光”。

    于都润鹏矿业经改造后的生产现场图

    科技薪火燃一片

    赣州于都润鹏铅锌矿是一复杂共伴生的多金属矿。长期以来,由于矿床共伴生组分多、分离难度大,导致主要有价组分回收率偏低,精矿产品也因品位低,经济效益大打折扣。

    找到症结后,郑州综合利用所决定利用技术研发优势帮助矿山解决“心头之患”。他们夜以继日地进行技术攻关,先后研发了铅锌优化分离技术、尾矿重选收硫技术、铅锌混合浮选技术、铅锌混浮精矿压力浸出短流程技术等多项技术。其中,铅锌优化分离技术通过药剂配制创新和工艺条件优化,可使铅回收率提高6.72个百分点,达83.45%,银回收率提高10个百分点以上,达64.84%,增加年直接经济效益523.74万元。

    在尾矿重选收硫技术方面,该所提出采用重选回收替代浮选回收硫系统,使硫精矿品位保持在45%以上,硫的回收率增加20个百分点,年直接经济效益达90万元;运用铅锌多金属矿混合浮选工艺技术,使混合精矿各主要组分回收率大幅提高,铜达到93.69%,铅达93.55%,锌达91.94%,金达91.81%,银达97.66%,硫达93.19%,整体技术经济效果明显提升;运用浮铅尾矿锌硫混合浮选-分离技术,将流程改为先选铜铅,再锌硫混选,再进行锌硫分离,使锌回收率提高了0.63个百分点,电机功率下降150千瓦,吨原矿节约成本4.43元,实施后每天多产生效益1万余元,年增经济效益近330万元。经过多项技术改造,润鹏铅锌矿终于“滋羽鹏飞”。

    接着,郑州综合利用所又把目光瞄向了宁都县河源锂辉石矿。该矿生产的是电动汽车电池的原料,市场前景广阔,但由于矿山锂元素回收率不高,经济效益并不理想。

    通过研究,郑州综合利用所的专家们发现,造成锂回收率不高的原因是矿泥影响了药剂功能的发挥。为此,他们开展攻关,反复对比药剂,试图找到对锂辉石更为敏感的“高效捕收剂”。终于,功夫不负有心人,他们成功研发了一种名为“EL”的高效捕收剂,使浮选精矿氧化锂回收率提高11.3%。经测算,矿山通过选矿工艺的革新,不仅节约了资源,还可年增利润1200万元,抱上了一个大金娃娃。

    江西铁山垅钨矿细泥中钨的回收一直是矿山亟待解决的技术难题。一般情况下,钨选厂细泥产率约为7%~9%,钨在矿泥中的损失率达20%。郑州综合利用所根据钨细泥尾矿矿物特性,结合离心机选矿机、悬振锥面选矿机等设备优缺点,开发出了“筛分-离心机预选-悬振锥面选矿机精选”的全重选工艺流程。该工艺可再次回收废弃矿泥中的残矿,最后得到WO3品位为23.43%、回收率达到41.62%的黑钨精矿。

    在扶贫过程中,又一个难题横亘在郑州综合利用所面前:赣州会昌锡矿储量即将消耗完毕,需要尽快研发技术从锡尾矿中回收锡等有价组分。该所知难而进,通过设备组合优化、工艺条件控制和药剂创新,开发出了“锡石尾矿尼尔森重选抛尾——粗精矿浮选富集工艺技术”。这组工艺技术设计新颖,连接顺畅,要件闭环,最终抛尾量达到76.67%,大幅减少了进入浮选作业矿石量,重选抛尾也降低了细泥对浮选的影响,减少了浮选药剂用量,获得锡石精矿品位达9.73%,作业回收率47.88%,相当于提高现场锡石回收率的9%~10%。

    赣州兴国县高岭土矿是当地一宝,但由于产品含铁高,销售价格低,花了力气但不挣钱。郑州综合利用所通过分析发现,该矿的铁赋存在云母中,采用传统磁选工艺很难分离出来。于是,他们结合现有工艺,引入超导磁选技术,大幅提高了磁场强度,实现了含铁云母的分离,铁含量由1.25%降低到0.52%,白度由74.5提高至93.4,产品价格由240元/吨提升至1400元/吨,为矿产品升级换代带来希望。

    赣南高岭土矿分选后尾矿量较大,长期堆积在矿山周围,对环境影响很大。郑州综合利用所认为,这些都是放错地方的“垃圾”,完全可以变废为宝。工艺矿物学和综合利用技术评价结果表明,高岭土尾矿中主要含有石英、长石、云母、高岭石等矿物,其中石英含量高、资源禀赋好,晶体通透。于是,他们研发了“高温煅烧-水淬-重选-磁选-浮选-酸浸”工艺,把尾矿中有益组分进行分选,获得二氧化硅品位达99.85%,回收率达到35%;又把二次剩余尾矿用来制备轻质高强陶粒,充当建筑材料,实现了“吃干榨尽”。

    就这样,郑州综合利用所在扶贫3年中,攻克了一个个工矿企业的“老大难”问题,正所谓“科技薪火燃一片,青山远望小康家”。

    浮锌尾矿重选回收硫技改实施现场

    睿智英才盈彩笔

    人无远虑,必有近忧。

    赣州市及所辖县域矿产资源丰富,山脉纵横,历史上就是办矿要地,目前大中小矿山百余座,矿点千余处,稀土、钨等矿产在全国乃至世界具有重要地位。

    要谋划全市经济社会发展战略,既要充分发挥本地区的资源优势,又要积极推进“五位一体”总体布局,使矿业和其他产业协调发展。根据地方政府的迫切需求,郑州综合利用所集中科技力量,编制了4份市县矿业产业发展专项规划和1项产业发展专题报告。

    知宝在其一,用宝在其二,惜宝在其三。《赣州高岭土矿资源产业发展规划(2017~2021年)》总结了国内外高岭土矿资源开发利用及产业发展现状,针对赣州高岭土矿资源特点及产业发展实际,分析了赣州发展高岭土矿资源产业的优劣势,提出了规划期内高岭土矿资源产业的总体定位、发展目标及主要任务,重点发展高岭土精深加工和陶瓷产业,建议建设崇义高岭土产业园、兴国(泉州)五金卫浴产业园和寻乌陶瓷产业基地等3处高岭土矿产业聚集区。地方政府对该规划极为赞赏。

    接着,《赣州硅石矿资源产业发展规划(2017~2021年)》也问世了。该规划总结了赣州市硅石矿资源开发利用及产业发展现状,分析了赣州发展硅石矿资源产业的前景,提出了规划期内硅石矿资源产业的总体定位、发展目标及主要任务,重点发展石英砂、石英玻璃、石英板材等产业,建设石城硅石产业园、信丰粉石英产学研基地、上犹玻纤生产基地等6处硅石矿产业聚集区。此规划一旦实施,可安排数千人就业。

    《于都县矿业产业发展规划(2016~2020年)》是地域性的专项规划。郑州综合利用所在全面总结于都县优势矿产资源及开发利用现状、矿业产业发展现状和存在问题的基础上,分析了矿业产业发展的前景,提出了规划期内产业发展的目标任务、产业布局和十大重点工程,通过延伸钨、铅锌、萤石等重点矿种产业链和优化产业布局和结构,推动矿业及延伸产业快速发展。

    《兴国县非金属矿产业发展规划(2016~2020年)》具有异曲同工之妙。郑州综合利用所在全面总结兴国县优势非金属矿产资源及开发利用现状、产业发展现状和存在问题的基础上,分析了非金属矿产业发展的前景,提出了规划期内非金属矿产业的总体定位、发展目标及主要任务,明确了萤石、高岭土等优势非金属矿的产业布局、产品方向和重点项目,构建以萤石氟化工产业为龙头,高岭土陶瓷产业、水泥建材产业等为重点的非金属矿产业集群。

    接着,郑州综合利用所又完成了《兴国县矿泉水地热产业发展前景分析报告》,通过调研兴国矿泉水、地热资源现状及现有2家矿泉水企业开发利用现状,分析了产业发展的前景,提出了产业发展的主要工作和建议,为兴国县矿泉水、地热产业开发指明了发展方向。

    看起来,郑州综合利用所做的都不是“分内事”,不过他们深知,谋贫困区之发展蓝图,规划才是主轴和引领。

    红色老区竞风流

    在矿产资源丰富地区如何科学、绿色办矿,既有序开发金山银山,又留住绿水青山,是当前绕不过的大问题。

    为此,郑州综合利用所的专家团队帮助地方政府根据本区域的矿产资源特点,谋划好绿色矿业发展示范区和绿色矿山建设。首先,他们结合地域地貌特点开展了赣州优势矿产绿色矿山建设标准体系研制,研究编制了《钨矿绿色矿山建设规范》《萤石矿绿色矿山建设规范》《离子型稀土绿色矿山建设规范》《普通建筑用砂石粘土绿色矿山建设规范》等4项赣州市绿色矿山建设地方标准,并通过细化相关指标要求,有效增强了标准的适用性和可操作性。

    可喜的是,《钨矿绿色矿山建设规范》《萤石矿绿色矿山建设规范》2项标准已于2020年5月1日正式实施,为赣州市钨、萤石矿资源绿色开发提供了标准依据。它们是赣州市首批市级地方标准,也是江西省首批生态文明市级地方标准。该标准的广泛运用,使当地绿色矿山的建设、评估、认定和核查等工作有了可循之规。此外,《离子型稀土绿色矿山建设规范》和《普通建筑用砂石粘土绿色矿山建设规范》目前也已完成标准送审稿,有望在年内完成审查后发布。

    江西铁山垅钨矿有限公司黄沙矿区是一个有着近百年开采历史的老矿山,以生产优质黑钨精矿而闻名,在第二次国内革命战争时期曾为苏区作出过重大历史性贡献。郑州综合利用所充分发挥技术和人才优势,为其绿色矿山建设提供规划指导,编制了《江西铁山垅钨矿有限公司黄沙矿区绿色矿山建设方案》。经过绿色矿山建设,该公司基本实现了矿区环境生态化、开采方式科学化、资源利用高效化、企业管理规范化和矿区社区和谐化,顺利进入国家绿色矿山名录库,成为赣州矿业的一张名片。

    对历史遗留的矿山生态环境问题,郑州综合利用所应地方政府的要求,积极开展各类地质环境问题调查。于都地区历史上是办矿重点区域,专家组通过遥感图像解译,并深入矿山“梳头发”,共调查国土面积1921平方千米、各类矿山180座,基本查清了存在的各种地质环境问题,编写了《于都南部区域废弃矿山地质环境问题恢复治理建议》和《于都南部废弃钨矿山环境综合治理可行性调查报告》,受到了当地政府的高度重视。

    有道是,弃矿复绿已开头,红色老区竞风流。赣州市境内老矿区颇多,生态环境欠账绝非毕一役之功就能解决,但郑州综合利用所矢志与地方政府紧密配合,在“十四五”期间将脚踏实地,一茬一茬接着干,在这片红土地上复绿、造绿、兴绿,打造出一个新型矿区。

     

    扶贫路上深耕每一块“责任田”

    吕庆田作学术报告

    “地球物理”四个字对于吕庆田来说,有一种特别的意义。

    1981年,在老师的建议下,懵懵懂懂的他来到了长春地质学院,开始了应用地球物理专业的学习。1988年硕士毕业后,他被分配到中国地质科学院矿床地质研究所,从一名实习研究员干起。从此,便是大半生无怨无悔地付出。

    寻找深部资源宝藏

    深入地球内部是人类一直以来的梦想。然而,想要了解地球深部,却是异常艰难。厚厚的固体地球介质、复杂的地质条件,挑战着人类的认识的极限。了解地球深部如此艰难,我们为什么还要进行深地探测?

    在吕庆田看来,两大因素促使我们必须探测深部。

    其一,国家资源保障的现实需求。地表或浅层矿产发现的机会越来越小,立足国内,实现资源自给,资源勘查必须要往深走。向深部要资源能源,提高资源储备、缓解资源能源紧缺,是保障国家安全和可持续发展的战略选择。

    其二,认识地球深部运行规律。“金属的富集及矿床的形成、地震的发生、山脉的隆升等,最终还是受地球深部各种物理、化学和动力学过程的控制。目前我们对这一复杂的过程尚不十分清楚。只有通过对重要成矿带、地震多发区进行精细探测,就像‘CT’扫描一样,才能逐渐揭示地球深部的‘庐山真面目’。”吕庆田说。

    在国家重大需求和科学探索双重背景下,近20年来,吕庆田和他的团队以我国东部长江中下游成矿带和西部东准噶尔成矿带为探测对象,在成矿系统理论框架下开展了多尺度地球物理综合探测和研究,在陆内成矿系统的三维结构、深部找矿思路和找矿发现等方面取得重大进展。

    “以往认为,成矿作用大都发生在板块边缘,与板块边缘造山密不可分,如洋—陆俯冲造山、陆—陆碰撞造山,而对于大陆板块内部的成矿作用及深部动力学机制却鲜有了解。”吕庆田和他的团队经过不懈努力,在长江中下游成矿带发现了独特的地壳和上地幔结构特征,发现了大陆内部块体边界控制岩浆—流体活动的反射地震证据,建立了陆内成矿的深部动力学模型。

    在矿集区深部结构和成矿过程方面,他们发现了壳/幔边界基性岩浆底侵的反射地震证据,提出了“多级岩浆系统”结构模型;发现了隐伏在庐枞火山岩之下的两个侏罗纪盆地;精细刻画了庐枞、铜陵等多个矿集区的精细结构和断裂系统空间展布,对认识成矿过程意义重大。

    “我们认为,这些发现可以诠释为什么在长江中下游这个狭窄的带内,形成近百个大中型金属矿床。与板块边缘成矿类似,大陆内部在远程应力的作用下,在组成块体之间也可以发生大陆俯冲,俯冲导致壳幔强烈相互作用,最终沿块体边界形成大陆内部的巨型成矿带。”吕庆田说。

    如何开展深部找矿,这是吕庆田及团队面临的另外一个重大现实问题,目前国内外尚没有现成的经验可以借鉴。他们认为,与地表找矿类似,深部找矿必须先搞清楚地下三维结构,即了解地层、岩浆岩和构造的空间分布。经过反复探索,他和他的团队提出了地质信息约束下的重、磁三维地质建模技术,初步实现矿集区的“透明化”。

    通过研究和探索,吕庆田和项目组提出了基于三维结构、区域成矿模式和示矿信息的“三元”深部找矿方法,并利用这一思路在新疆、长江中下游多处取得深部找矿突破。比如,在新疆伊吾县拉伊克勒克戈壁滩发现了隐伏大型斑岩—矽卡岩矿床,获得333﹢334铜资源量101.5万吨,预测该矿床具有超大型铜矿远景。

    长江中下游成矿带多尺度深部探测试验,形成了一套解剖大型成矿带成矿系统结构的技术解决方案,发展了多种地球物理数据处理与解释技术,为国家“创新2030—地球深部探测”重大项目的实施提供了技术储备。

    创新深部资源探测技术

    如何“看透”地球内部,精准发现深部资源,技术创新最为关键。

    “对深部矿产勘查来说,不仅需要突破精度、灵敏度更高的各种传感器技术,提升野外测量设备的稳定性,还要发展新的数据解释技术,把观测的数据转换为‘透视’地下的图像。”吕庆田说。

    面对我国矿产勘查技术在探测深度、精度和分辨能力等方面与国外差距较大的现状,强烈的使命感、责任感使吕庆田和他带领的研发团队担起了“十二五”国家863计划“深部矿产勘探技术”重大研发任务。

    研发团队克服重重困难,先后突破了高精度微重力传感器技术、铯光泵磁力仪传感器技术、宽带感应式电磁传感器技术等10项关键核心技术,技术指标总体接近或局部超过目前国际先进水平。微重力传感器的突破使我国成为国际上为数不多的可以自主生产高精度重力仪的国家。

    在重磁、电磁、地震、井中勘探仪器和钻探设备方面,他们研制出高精度地面数字重力仪、大功率多功能电磁探测系统、4000米地质岩心钻探成套技术装备等18套急需的勘探地球物理仪器设备,形成了从地面到地下的系列仪器装备。

    在地球物理方法数据处理和解释方面,他们完善了直流电阻率与极化率三维反演方法、重磁三维约束反演方法等20多项地球物理数据处理解释方法,研制出了多参量地球物理数据处理与反演软件系统、金属矿地震处理解释新技术与软件系统2套大型软件系统,形成了多功能三维电磁正反演与可视化交互解释软件系统,金属矿地下物探数据处理解释系统等8个专用软件系统。

    “这一轮的勘查技术研发,使我国在地球物理勘查技术领域极大缩小与国外的差距,大幅度降低对国外勘查设备和解释软件系统的依赖,一定程度上打破了国外在此领域的仪器设备垄断,大幅提高了我国深部资源勘查技术自主研发能力和国际竞争力。”吕庆田说。

    向地球深部进军

    几十年的不懈努力和学术积累,吕庆田及其团队取得了丰硕成果,收获了不少荣誉。先后获得国家科技进步一等奖、二等奖各一项;国土资源科学技术奖一等奖3项,二等奖1项;入选新世纪百千万人才工程国家级人选。他带领的深部资源探测研究团队入选自然资源部高层次科技创新团队。此外,他还为国家培养了一批深部资源探测人才,为深部资源领域的研究和调查作出了突出贡献。

    “向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”,这是习近平总书记在2016年5月30号“科技三会”上发出的号召。

    “相比于西方国家,我国的深部探测工作起步较晚,在探测技术和实际探测覆盖面积方面与西方国家差距较大,加强地球深部探测,对我国资源能源安全和减灾防灾意义重大。”吕庆田说。

    当前,我国正在酝酿启动“创新2030—地球深部探测”重大项目。未来,我国的地球深部探测将紧密围绕国家资源能源重大需求,瞄准国际地球科学前沿进行布局。

    “入地中国梦”的大幕刚刚拉开,向地球深部进军即将全面启动。吕庆田及团队正在积极准备,迎接未来更大的挑战。

    虽然人类直接钻探深度在不断加深,但与6000多公里的地球半径相比,我们还仅仅只停留在地球的表皮。如何拓展深部空间,认识地球深部运行规律,发现更多的资源,是吕庆田毕生的奋斗方向。

    科技创新人物 吕庆田:探向地球深部

    为落实《国土资源部安委办关于配合北京市开展安全隐患大排查大清理大整治专项行动的通知》精神,进一步落实安全生产责任,强化安全生产措施,确保安全生产无事故。12月5日至6日,地调局探矿工程所检查组对所部机关、良乡基地、周口店基地、八家嘉园单身职工宿舍、对外出租房屋开展了防火消防专项安全检查。

    12月5日,检查组前往八家嘉园单身职工宿舍进行防火消防专项检查,检查内容包括燃气管网、电线插座完好情况、违规使用大功率电器情况、堆放杂物情况、屋内设施完好情况等。随后前往出租房屋进行防火消防专项检查,对其进行安全生产和防火消防教育,检查其用火用电情况、消防通道、安全出口、消防器材是否年检、有无违章设置员工宿舍等。

    12月6日,检查组前往良乡基地、周口店基地对冬季防火消防情况(森林防火、消防器材、边坡稳固等情况)、安保值班情况、用电用水设施维护及安全制度落实情况、成品库原料库等重要部位安全防护情况、车间工人宿舍安全管理情况、基地基本生活设施完好情况、食堂餐饮卫生情况、车间安全生产措施落实情况、实验室安全制度落实情况、施工现场安全管理情况进行了全面检查。

    通过为期两天的防火消防专项检查发现,八家嘉园单身职工宿舍个别房间杂物堆积严重,厨房地面及燃气设备清洁维护不及时。对外出租房屋电表箱存在电线拥挤问题,已经提醒商户整改。周口店基地车间有个别工人在车间作业时未带安全防护,存放氧气瓶库房未安装防护栏、防爆开关、防暴灯;锅炉房北侧水房老旧电机拆除不及时,水房内部脏乱,水箱进水处未密闭等问题。

    检查组要求,指出的问题要立即整改,各项制度要坚决落实,安全管理人员要起到示范作用,严格要求自己,带动周围职工自觉做好安全生产工作,确保安全生产无事故。

    探矿工程所开展防火消防专项安全检查

    2017年10月9日-13日,由中国分析测试协会主办的第十七届北京分析测试学术报告会暨展览会(BCEIA 2017)在北京国家会议中心盛大举办。地调局实验测试中心负责承担的《波谱-能谱复合型X射线荧光光谱仪的研发与产业化》(项目编号2012YQ050076)研发团队受邀参加了此次展览会设置的第二届国家重大科学仪器设备开发专项阶段成果展,并受到广泛关注。

    研发团队本次主要展出的仪器是“CNX-808WE型波谱-能谱复合型X射线荧光光谱仪”及核心关键部件“HYY-G 60/100型大功率高频高压发生器”,该套仪器是实验测试中心2012年牵头承担的国家重大科学仪器设备开发专项阶段成果,既体现了波谱和能谱的特点,又扩展了X射线荧光光谱仪的分析领域,是集波谱、能谱、元素分布分析(三项分析功能)于一身,搭建了从厘米级总体分析到毫米级分布分析的桥梁。具有制样简单、分析精度高、准确度好、成本低、相对环保、能同时对多元素快速分析等优点,能满足环境与地质调查、钢铁、建材、矿山、新材料等分析领域的需要。

    展会期间,实验测试中心展台多次受到科学院/工程院院士、国家科技部、中国分析测试协会领导以及国内外专家学者的驻足关注,并提出了很多关于创新性研究和产业化开发的相关话题,项目研发团队负责人给予了详细解答,并进行了深入交流。

     

     

     

    实验测试中心受邀参加第二届国家重大科学仪器设备开...
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