随着经济社会的发展，以气候变化为核心的全球环境变化，正在广泛而深刻地影响着人类社会的方方面面。气候变化所导致的气温增高、海平面上升、极端天气与气候频发等，对自然生态系统和人来生存环境产生了严重影响。增加能源供应和来源途径、改善能源结构，是减少温室气体排放量、解决全球气候变化问题的根本途径。而作为新型能源的地热资源越来越受到人们关注，它具有低成本、可持续利用和环保等其它能源所不可比拟的独特优点。可以说，大力推进地热资源开发利用，改善能源结构，对于解决日趋严重的全球环境问题具有重要的意义。

● 什么是地热资源？

地热资源是指能够经济的被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用组分。我国地热资源可分为浅层地热能资源、水热型地热资源和干热岩资源三种类型。目前可利用的地热资源主要包括：通过热泵技术开采利用的浅层地热能、天然出露的温泉、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源。我国地热资源种类繁多，考虑地质构造特征、热流体传输方式、温度范围以及开发利用方式等因素。

● 地热是如何形成的？

关于地热的来源，有多种假说。一般认为，地热主要来源于地球外部热源和内部热源。外部热源包括太阳辐射等，内部热源包括放射性元素生热、地核热量等。根据测算，地核的温度达6000°C左右，地壳底层的温度达900~1000°C，地球表面恒温层（距地面约15米）以下约15千米范围内，地温随深度增加而增高，平均增温率约为3°C/100米。不同地区地热增温率有差异，接近平均增温率的称正常地温区，高于平均增温率的地区称地热异常区。地热异常区是研究、开发地热资源的主要对象。地壳板块边沿，深大断裂及火山分布带等，是明显的地热异常区。

勘查地热资源，一般采用地热地质调查、钻探和各种物化探方法。

● 地热资源有哪些用途？

据史料记载，我国开发利用地热与温泉已有5000多年的悠久历史，是世界上利用地热资源较早的国家之一。新中国成立后，国家重视人民的医疗保健事业，从20世纪50年代起，先后建立温泉疗养院160多家，20世纪70年代后，地热资源的开发利用进入快速发展阶段，尤其是20世纪90年代以来，在市场推动下，地热资源的开发利用得到更加蓬勃的发展。

地热开发利用方式

地热资源主要用途包括发电、建筑物供暖、洗浴疗养、种植养殖、烘焙等。其中150℃以上的高温地热主要用于发电，发电后排出的热水可进行梯级利用；90~150℃的中温和25~90℃的低温地热以直接利用为主，多用于工业、种植、养殖、供暖制冷、旅游疗养等方面；25℃以下的浅层地温，可利用地源和水源热泵供暖、制冷。目前全国地热资源开发利用的基本格局是：西南、华南发电；华北、东北供暖与养殖，华东、华中、西北地区洗浴与疗养。

截至2015年，我国地热资源每年利用量折合标准煤0.21亿吨，其中水热型地热资源利用量折合标准煤415万吨，开采率为0.2%，浅层地热能利用量折合标准煤1600万吨，开采率为2.3%，地热资源开发利用潜力巨大。水热型地热资源利用方式中，地热发电占0.5%，供热采暖占32.70%，医疗洗浴与娱乐健身占32.32%，养殖占2.55%，种植占17.93%，工业利用占0.44%，其他占13.56%。浅层地热能资源开发利用方式主要为供暖制冷。

● 地热资源有哪些种类？

1.水热型地热资源

我国水热型地热资源非常丰富，出露温泉2334处，地热开采井5818眼。水热型地热资源量折合标准煤12500亿吨，每年地热资源可采量折合标准煤18.65亿吨，有高温地热资源(≥150℃)，但以中温地热资源(90~150℃)和低温地热资源(<90℃)为主。其中，水热型中低温地热资源量折合标准煤12300亿吨，每年地热资源可采量折合标准煤18.5亿吨，发电潜力150万千瓦；水热型高温地热资源量折合标准煤141亿吨，每年地热资源可采量折合标准煤0.18亿吨，发电潜力为846万千瓦。

水热型中低温地热资源主要分布于华北平原、河淮平原、苏北平原、松辽盆地、下辽河平原、汾渭盆地等大中型沉积盆地上，分布在山地的断裂带上的地热一般规模较小，分布在盆地特别是大型沉积盆地的地热资源储集条件好、储层多、厚度大、分布广，热储温度随深度增加，是地热资源开发潜力最大的地区。

高温地热资源主要分布在我国藏南-川西-滇西水热活动密集带，其高温地热资源发电潜力为712万千瓦，充分开发利用高温地热资源，积极推进西南地区高温地热发电，因地制宜建立多能互补的发电格局，符合我国当前能源革命需求，也是可再生能源重要组成部分。

2.浅层地热能

全国336个地级以上城市浅层地热能资源每年可开采量折合标准煤7亿吨，可替代标准煤11.7亿吨/年，节煤量4.1亿吨/年。从浅层地热能开发利用方式来看，地埋管热泵系统适宜区占总评价面积的29%；较适宜区占53%；地下水源热泵系统适宜区占总评价面积的11%，较适宜区占27%。比较适合应用地下水地源热泵系统的地区主要分布在我国的东部平原盆地及富水性较好的地区。地埋管地源热泵系统普遍具有较好的适宜性。综合考虑，浅层地热能开发利用的影响因素，我国适宜开发浅层地热能的地区主要分布在中东部省份，包括北京、天津、河北、山东、河南、辽宁、上海、湖北、湖南、江苏、浙江、江西、安徽等13个省(市)。

我国浅层地温能开发利用区划图

3.干热岩资源

我国干热岩资源潜力巨大，开发前景广阔，高于美国干热岩资源的估算结果(570万亿吨标准煤)。经初步测算，地下3~10千米范围内干热岩资源折合标准煤860万亿吨，利用其中2%即相当于2015年全国能源总消耗量的4000倍。尤其是位于3.5~7.5千米深度、温度介于150~250℃之间的干热岩资源，资源量巨大，折合标准煤215万亿吨。干热岩资源是最具潜力的战略接替能源，但开发难度较大。

● 我国的地热资源家底

2016年，中国地质调查局发布了《中国地热资源调查报告》。报告指出，“十二五”期间，在原国土资源部的正确领导和财政部的大力支持下，中国地质调查局组织全国60多家单位3000多名技术人员，利用中央财政资金4.16亿元，完成了31个省（区、市）地下热水资源调查，开展了336个地级以上城市浅层地温能资源调查，启动了干热岩资源调查，基本查明了我国地热资源赋存分布与开发利用现状，初步评价了全国地热资源潜力。

调查结果表明：一是全国31个省（区、市）地下热水资源年可开采量折合标准煤19亿吨，现状年实际开采量折合标准煤415万吨，只占可开采量的0.22%，开发利用潜力巨大。二是全国336个地级以上城市浅层地温能资源年可开采量折合标准煤7亿吨，可实现建筑物供暖制冷面积320亿平方米；现实现建筑物供暖制冷面积4.78亿平方米。三是我国干热岩资源初步估算折合标准煤856万亿吨，是巨大的能源宝藏，其2%的可开采量即相当于2015年全国能源消耗的4000倍，应加快研究步伐。四是我国浅层地温能和地下热水资源开发利用经济与环境效益显著，2015年相关产业总产值约7500亿元，占同年GDP的1%以上；每年减少二氧化碳排放4800万吨。五是京津冀地区浅层地温能和地下热水资源合计折合标准煤3.43亿吨，可基本满足该地区建筑物供暖制冷需求。六是长江经济带浅层地温能和地下热水资源年可开采量折合标准煤9.3亿吨，充分开发利用区内的浅层地温能资源可有效解决长江中下游地区冬季供暖问题。

● 最新研究成果

中国地质调查局自2016年开始实施“全国地热资源调查评价与勘查示范”工程。该工程是在“十二五”地热调查工作基础上，聚焦区域地热背景调查、重点地区浅层地温能调查、水热型地热资源调查、重点区干热岩资源调查以及地热资源勘查开发示范与关键技术研究5项任务，目前取得了一些阶段性成果。

浅层地温能方面：雄安新区浅层地温能初步勘查表明，新区内大部分地区适用于浅层地温能的开发，雄安新区浅层地温能资源的开发利用，将产生巨大的环境效益与社会效益，为我国未来城市的发展提供新方向。

水热型地热资源方面：京津冀水热型地热资源调查表明，京津冀地区是我国东部地热资源最丰富的地区，地热资源储量大，开发利用条件较好。根据现状开采量与资源量数据划分了京津冀地区的开采模数分区，可为当地地热资源的开发提供借鉴。

干热岩方面：干热岩资源是国际社会公认的最具潜力的战略接替能源之一，其开发利用尚在探索中，国际社会对干热岩的开发利用已经进行了40多年的历史，我国正在开展东南沿海地区、青藏高原东北缘干热岩资源地质勘查，2017年8月，中国科学家在青海共和盆地3705米深处成功钻获236℃的高温干热岩，为下一步推进干热岩开发利用试验探索奠定了良好基础，目前中国地质调查局正在大力推进干热岩勘查评价和试验性开采。

（本文由中国地质科学院水文地质环境地质研究所供稿）

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。

“这次成果交流是展示中心2018年度代表性成果，展现职工良好风貌，接受自然资源部、中国地质调查局和专家检阅的重要平台。”在自然资源部中国地质调查局发展研究中心近日召开的2018年度成果交流会上,中心主任徐勇如是说。

记者了解到，这是中国地质调查局发展研究中心连续第10年举办年度成果交流会，已成为该中心业务交流和人才团队建设的重要平台。此次交流共有8项研究成果参加汇报交流并获得了与会领导和专家细致而深入的点评。此次交流会还设置展台展示最新地质图件和成果专著，该中心各项目组向与会代表分享了部分报告、图件和光盘。

陈毓川院士，李廷栋院士、国务院参事张洪涛，中国地质大学（北京）校长邓军，国务院发展研究中心周宏春，以及来自自然资源部相关司局和中国地质调查局发展研究中心的学术顾问、特邀专家及部分职工等200余人参加了交流会。

数据采集、成熟应用，地质填图有了翅膀

据了解，PRB地质数据采集模型最早是基于区调工作规程创建的，基于粒度理论的地质数据采集模型，能够适用于各种比例尺的数字填图工作。PRB模型在区调工作中成熟应用后，成功扩展到矿产调查、探矿工程、化探数据、环境和灾害地质、水文地质、工程地质和地质遗迹调查等领域的数据采集。

据信息化部刘畅介绍：“随着地质调查工作的深入开展，传统的开发与应用模式正面临挑战。主要表现为某些综合性标准内容过多，开发工作量巨大，开发周期长。如矿调数据采集模型，包含273个数据表，8000多个数据项；专业领域标准分类细，更新快；综合地质调查项目增多，用户面临多种标准交叉融合使用等困扰。”

在发展研究中心2018年度成果交流会现场，地质填图数字化、地球系统科学理论研究、非洲矿业投资前景、未来我国地质调查发展、“可燃冰”开发、“地质云”建设等热点问题，有了答案和方向。

该模型实现了扩展表的设计字段创建与编辑、野外数据采集、数据导入与输出等基本操作。并支持对字段属性进行编辑，或者对其关联的多媒体、文件或素描数据进行浏览。在输出方面支持简单二维表单输出和复杂表单输出等多种模式。

据了解，此项成果在2017年完成原型系统开发，并完成DGSInfo（数字地质调查综合数据管理平台）和Rgmap（数字地质调查野外数据采集系统）的集成工作，目前已申报发明专利一项，并进入实审期。

在实际应用方面，目前该项成果与青岛海洋所、北京地质矿产研究院、南京地质调查中心、武汉大学水利工程学院4家单位开展了“海岸带地质调查数据采集”示范、新疆东天山综合地质调查项目开展示范应用、“钦杭成矿带德兴-歙县地区地质矿产调查”二级项目覆盖区区调槽型钻调查等多项合作。

地球系统、科学理论，为自然资源“把把脉”

众所周知，随着工业化、全球化、区域一体化程度日益加深，世界各国经济发展对相互之间的资源环境影响不断加大。全球性与区域性资源、环境、生态、灾害问题相互交织、相互联系、相互作用。资源开发引发环境生态与灾害问题、大气CO2浓度上升呈加剧趋势、区域资源消费引发其他区域资源环境问题。

纵观我国地质调查事业，目前正处在一个大变革、大调整、大转型时期。中国地质调查局领导审时度势，积极谋划，服务方向由过去以支撑服务矿产资源管理为主向支撑服务以清洁能源、关键矿产、水等战略资源为重点的整个自然资源管理转变；指导理论由传统的地质科学向地球系统科学转变；发展动力由主要依靠承担项目向主要依靠科技创新和信息化建设转变。

在交流会上，发展研究中心杨建锋提出，以地球系统科学理论指导地质工作转型发展，需要思考为什么需要新的理论（形势与趋势）；为什么是地球系统科学理论（地球系统科学内涵）；我们准备好了吗（国外探索与国内进展）；应该怎么办（思考与建议）的问题。从这五个问题中他提出了地球系统科学如何发展的问题。

他在报告中论述：“人类活动已成为越来越重要的地质应力，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，或有可能产生不可逆转的后果。目前地球正从全新世跨入了新的地质年代——人类世。”

他建议，应统筹规划推进空地观测、地面监测、深地探测网络体系。积极推动部门合作、中央地方合作，逐步形成覆盖资源、环境、空间、灾害等多要素的星-空-地监测体系。要加强地表关键带、海岸带、城市群、深部地壳、大洋和两极调查监测和研究。加强地球表层关键带生态地质调查。实施地壳深部探测工程，解决成油、成矿、致灾机理，推动城市地下空间利用。深化认识海岸带关键地质过程，积极推进大洋资源调查与两极科学考察。

加强基础、互联互通，非洲投资“大有可为”

境外地质调查部的王秋舒在会上表示：“非洲是地球上已知最大的含有太古宙克拉通的大陆，前寒武纪地层特别是早前寒武系广泛发育，占据了非洲大陆约80%以上的地区，构成了非洲地台的核心，并成为非洲大陆最主要的控矿因素。”

独特的地质条件造就了非洲“世界自然资源仓库”之称。已发现近200种矿产资源，而铁矿资源在规模和品位上与巴西和澳大利亚的世界级铁矿相似。锰矿资源同样非常丰富，储量140 亿吨，占全球储量67%。

据了解，2018年，我国在非洲矿业投资额为1.73亿元，占境外总投资的70%，较2017年增加了30%。王秋舒建议，在中非合作论坛框架下，应从国家层面研究制定非洲能源资源合作战略规划，中央财政设立专项加大对非洲地质矿产调查支持力度；加强与非洲各国及相关国际组织的密切联系，建立双边、多边国家合作机制；在资源丰富的国家，帮助非洲国家建立矿产勘查、开发、冶炼、加工、贸易产业链，促进非洲经济发展；在资源丰富的国家或地区派驻资源外交官和派遣维和部队承担国际维和任务，为中非能源资源合作保驾护航。

他还强调，要加强非洲基础设施项目合作力度，提升非洲互联互通水平，为中国在非洲能源资源合作提供有力支撑，建议围绕非洲“三网一化”建设需求，提升非洲国家互联互通水平。加强非洲国家铁路、公路、港口、电站、工业园区等基础设施项目合作力度，建设一批连接能源资源富集区与交通便利地区的大型基础设施，打造非洲能源资源输送大通道。

实施非洲能源资源潜力评价计划，摸清非洲能源资源禀赋，夯实中非矿业合作基础。全面开展与非洲国家地学合作交流与研究，建立“中国-非洲地学合作中心”。

另外，还要充分发挥基础性、战略性地质调查先导性作用，实施非洲能源和其它重要矿产资源潜力评价计划，重点围绕主要含油气盆地和主要成矿区带，开展我国紧缺和战略性新兴产业所需矿产资源潜力评价，圈定一批可供深度勘查的资源富集区，精准对接中资企业“走出去”需求，努力为中资企业提供有力的技术支撑和信息服务，积极推介优质矿产勘查项目，有效降低投资风险，助力中非矿业投资合作取得实效。

夯实基础、提高认知，结构调整“山雨欲来”

发展研究中心规划研究室张万益、方圆、陈骥团队作了我国地质调查规划研究的报告。

据该团队报告：“我国传统地质调查在面临新形势、新挑战时，研究对象过于单一。具体主要表现在以研究地球表面岩石圈和水圈为主，对与之相互关联的大气圈、生物圈涉及较少，更没有把各圈层当作一个整体来平衡人与地球之间的关系。在学科方面，由于设置过细，各专业调查工作相互割裂，各学科之间交叉融合不够，解决重大问题的集成性成果较少。

该团队认为，未来我国地质调查的发展任务应该是夯实基础地质调查，提高地球认知水平。以地球系统科学为指导，解决岩石地层构造古生物等基础地球科学问题及多圈层作用基础地质问题，并且要突出能源矿产调查评价，全力支撑国家能源安全保障以服务国家能源资源安全为核心。

“要聚焦生产方式转变、产业结构调整、能源结构优化、绿色生产生活方式转变，加快推进油气、页岩油气、铀钍、地热等清洁低碳能源调查评价和加强战略性新兴和大宗紧缺矿产调查评价，支撑经济社会高质量发展。”张万益说。

最后他们提出，国际国内形势变化需要我国地质调查进行战略性结构调整。我国经济社会持续高质量快速发展对矿产资源的需求仍处于高位运行，但对矿产资源的需求结构发生了变化，能源资源调查需要进一步调整找矿重点、优化调查布局。

另外，地球系统科学的进步和以大数据、云计算、智能化等为代表的信息技术对地质调查的影响日益广泛而深刻，迫切需要将科技创新和信息化建设作为转型升级的发展动力。

信息共享、无缝对接，如此方可“油然而生”

“截至2018年，中国原油对外依存度已经超过68％，天然气对外依存度升至45.3%。我国应强化油气资源安全保障，加大油气资源勘探与开发力度，但现实情况却是油气勘探开发力度，对油气资料的需求与可提供公开服务的地质资料信息资源，成为了主要矛盾！”地质资料开发服务部张慧军在会上坦言。

张慧军认为，下一步油气地质资料管理工作应高度重视，自上而下需要专人负责，全面梳理工作内容，研究制订工作方案；明确时间节点和要求，组织召开专题会议，全面推进工作进展；落实责任任务，强化工作措施，切实保障资料质量。

另外，还要严格按照《地质资料管理条例》和2017年1号文的要求，执行油气矿权有效期届满汇交，加强油气地质资料汇交监管和委托管理，促进地质资料及时汇交、应交尽交。同时，进一步加大油气地质资料矿权延续保护的力度，提升各油气公司汇交积极性和主动性。

据介绍，2014年，原国土资源部已经组织开展了渤海湾盆地油气钻井数据库试点建设工作。通过清理，全面掌握了油气钻井资料汇交情况，并具备了组织开展全国油气钻井数据库建设的条件，建议在开展补交工作时，一并考虑全国油气钻井数据库建设工作。

“并且，要充分考虑油气公司对于油气地质资料的权责关系，进一步完善油气地质资料共享服务与开发利用机制，发挥市场主体活力，全面提升油气地质资料共享服务的水平。”张慧军表示。

摸清家底、技术突破，“可燃冰”开发任重道远

“海域天然气水合物试采成功，只是万里长征迈出的第一步，后续任务依然艰巨繁重”海洋室张涛在会上坦言。

众所周知，天然气水合物是21世纪公认的可接替煤炭、石油等常规能源的新型绿色能源。它具有分布区域广，在全球已累计发现超过220个水合物矿点；资源规模大，其资源量是全球约20万亿吨油的当量和清洁环保的特点。

但开发可燃冰面临的挑战也不容小觑。据张涛介绍，目前主要集中在：在资源层面勘探程度低，资源储量需进一步明确，相关规范标准有待完善；在技术层面开采方法和开采技术仍在探索，离规模化生产还有差距；在经济层面单井产量低、开发成本高，未能达到商业化开发要求等。

他提出，自从2017年5月18日天然气水合物试采成功后，推动天然气水合物产业化发展成为地调局一项重要工作。天然气水合物产业化发展不仅面临资源、技术、环境、工程、经济等多方面的挑战，而且在国内外无成熟的经验可循，全靠自己去探索。通过分析发现，天然气水合物产业化与美国页岩气在发展路径与发展模式等方面有较多相通之处，其成熟的经验对天然气水合物的产业化发展有一定的借鉴意义。

“通过分析美国页岩气发展的经验，报告提出了我国天然气水合物产业化发展在资源、技术、政策、装备、人才等领域的方向和措施。”张涛说。

点上开发、面上保护，向地球深部“进军”

习近平总书记在全国科技创新大会上指出，向地球深部进军是必须解决的战略科技问题。

据了解，地球内部可利用的成矿空间分布在从地表到地下一万米，目前世界先进水平勘探开采深度已达2500至4000米，而我国大多小于500米。走向深部，向深部要资源应是我国矿产开发的必然选择。

自然资源部矿产勘查技术指导中心薛建玲在会上提出，应改变铺摊子找矿的传统思路，由面上要资源转向向深部要资源，实现“点上开发，面上保护”的开发格局。

她介绍：“深部找矿勘查活动主要集中在地表以下，对地表生态扰动较小；受相同或相似控矿条件的影响，在已有勘查开发基地的深部发现优质资源的概念较大并可以充分利用现有产能和探采选设施，实现多快好省等优势。

数据集成、共享服务，“地质云”让工作更高效

我国地大物博，自然资源丰富，如何将人工智能和信息云计算与我国地质调查数据结合发挥其互联互通、数据共享、智能计算等作用，将会给我国地质调查事业插上智慧的翅膀。

“中国地质调查局历来高度重视地质工作的数字化和信息化，在信息化推进地质调查工作的现代化中，取得了重要进展与成果。”“地质云”建设团队负责人高振记表示，近年来，“地质云”项目组技术团队攻克了一道道难关，跨越了一条条沟壑，历时多年，“地质云2.0”如期上线。

记者了解到，团队目前已完成了局系统29个节点单位数据互联互通和1个省级节点示范接入；建立了多门类自然资源数据库；全面接入地质资料服务；按雄安新区标准建设了城市地质信息平台4个标志性成果。

高振记介绍，下一步这一团队将围绕调查（科研）、管理、共享、服务不同类型用户需求，以地质大数据中心建设为核心，以地质调查“在线化”、“智能化”为目标，三位一体推进地质云、大数据与智能化建设。

 

46亿年前，地球诞生了，它内部有地核、地幔、地壳结构（图1），外部有水圈、大气圈和磁场。其内部蕴藏的丰富资源是人类赖以生存的物质基础。然而，地球有它自己的“怪脾气”，如地震、火山和泥石流等。这些“怪脾气”让我们人类损失巨大，也让我们人类望而生畏。从人类诞生之初到今天，科学家们都在尝试各种方法找到地球产生这些“怪脾气”的原因及应对方法，从地球表面到地球深部都在做各种探索和测量工作，特别是对地球内部的探索从来没有停止过，意图解开其中的奥秘。但是由于地球内部岩层、水层、温度、压力等的千变万化，迄今为止，我们人类对地球内部的了解仍知之甚少。2013年，我们国家实施了“松科二井”重大地调科研项目，通过向地下钻进深孔获取地壳岩石实物资料，从地壳内部“挖石”来打开探秘地球深部的通道。“松科二井”科学团队披荆斩棘，书写着我国深部探测的新篇章……

那么，靠什么探秘地球深部的秘密呢？让我们一同来看看“松科二井”科学团队的“十八般兵器”和“独门绝技”。本文从取心钻探工具、取心技术创新、“泥浆”以及取心技术探索等四方面论述“松科二井”是如何打开地球深部秘密的。

图1 地球圈层结构示意图

挖石利器——取心钻探工具

地球内部是一个极不均匀和极复杂的球体，从地壳到地核的岩层、水层、温度、压力等千差万别，想要在它上面钻眼“挖石”并非易事。而对于超过7000米的超深井——“松科二井”来说，难度更大。这是因为“松科二井”在向下钻进的过程中，一要保证钻的井眼不能坍塌和崩裂，二要保证取出的深部岩心完好无缺。要想达到这两个目标，不但需要有先进的钻进方法，而且必须有适合地下各种复杂多变地层的“挖石利器”——取心钻探工具。这种取心钻探工具和匹配的钻头是向地下钻进并抓取岩石的保障（图2）。“松科二井”在钻进过程中，其工作过程为：钻头在最底部通过高速转动不断“咬碎”周围的岩石，把中间的柱状岩石样本送入取心钻具里抓取、携带岩心的内筒，而取心钻具外筒源源不断的将钻进中需要的压力和转速传递给钻头，同时在转动过程中修整井壁，保护内筒。

图2 KT 系列大口径取心钻具

独辟蹊径——取心技术创新

传统的科学钻探中大直径井段是先取心钻进一个小井眼，再用扩孔钻头重新钻进去扩大井眼至设计井眼直径。然而，在科学超深井钻探中面临的挑战是如何在大直径井眼中高效钻进，并且完整地抓取岩心。“松科二井”在钻探过程中取得一系列技术创新，如大直径同径取心、长钻程技术和大直径岩心原状出筒技术等，都为我们国家科学超深井钻探取得了技术上的突破。

先来说说大直径同径取心技术。“松科二井”攻克了大直径取心钻头破碎岩石和粗大岩心抓取、携带出井等关键技术，并用国内首创的Φ311mm的大直径同径取心钻探工具直接钻进一个大井眼（图3），一次钻进至设计井眼直径，这样不但省去了传统的“小径取心，大径扩孔”过程中的很多工序，避免了“小井眼到大井眼”钻进中的很多风险，而且节约了大量生产物资，获取的岩心样品实物量是设计的5倍，为地学家们提供了更多极其珍贵的岩心。

图3 Φ311mm大直径取心钻具组装与出井

再来说说长钻程技术。“松科二井”在钻进过程中每次取心钻具装满岩心后需要把井中所有钻具提出，岩心被取出后再把所有钻具下到井里继续钻进。科学家们通过多次试验和技术攻关，实现了长钻程技术的突破，把每次可连续钻进深度（钻程）从10m、20m扩展到30m。在Φ311mm井段一次取心钻进长度（钻程）超过了30m，创造了该领域的世界纪录；而在Φ216mm井段、井深4700m以下一次连续取心钻进长度（钻程）更是达到了41.69m，在更难的Φ152mm超深井段一次连续取心钻进长度（钻程）超过33m，又连续两次刷新了世界纪录（图4）。“松科二井”科学团队所研发的这种长钻程技术大大减少了从井内提出钻杆、下入钻杆的次数，尤其是在井深超过7000m的时候，从井内提出钻杆、下入钻杆一次需要工人36个小时的长时间连续操作，实用价值巨大。因此，长钻程技术的应用不仅减小了工人的劳动强度，压缩了钻井施工周期，而且极大地节约了综合成本，更为以后更深的超深井工程开辟了新技术支撑。

图4 四筒超长取心钻具与单次钻进获取的40m岩心

最后说说大直径岩心原状出筒技术。为了保证大直径岩心出井后能够完整、原状从岩心筒取出，“松科二井”科学团队利用水力出岩心技术与工程现场的液压拆装台架辅助的机械出心技术，保证了4100多米岩心完整、原状出筒，为地学研究提供了一套优质、丰富的岩心实物资料（图5）。

图5 获取的大直径岩心实物

钻井血液——取心钻进中的泥浆

“松科二井”完钻井深达7018m，在超深井向下连续钻进过程中，既要防止上部井眼完好且不坍塌，也要让钻头“咬碎”的岩渣从井底顺利排出，还要保证高速转动的钻头不会因为发热而提前报废，这些都得依靠“泥浆”即钻井液来实现。它就像人的血液一样，在钻眼过程中从地面到井眼最底部不停地循环、净化，传递水动力、冷却并润滑钻具，携带和悬浮岩屑，维护井眼周围井壁的稳定。而且钻井越深，温度越高，钻井液技术难度越大。“松科二井”每往下钻进100米，温度升高3℃~4℃，钻到孔底的时候温度已超过240℃，科学家们通过反复的研究和实验，研发出的新型钻井液配方经受住了井底240℃以上温度的考验，刷新了我国水基钻井液应用最高温度记录（图6）。

图6 钻进过程中泥浆循环流动示意图（黄色箭头表示泥浆流向）

寻找新大陆——取心技术探索

超深井在钻到一定深度的时候会遇到各种困难，比如地球内部温度高、压力大、岩石硬度大、钻眼速度慢等，要想继续向更深的地球内部探索，就必须克服重重困难。科学家们已预想到了这些问题，如在大直径井眼取心钻进中怎么能不把钻杆全部从孔里提出来就可以把岩心全部取上来？在高温地层、坚硬的岩石中怎么能让钻头更高转速去“咬碎”岩石？怎么能在钻眼同时把井眼底下的各种数据直接输送到地面？“松科二井”在实施过程中，科学家们已对大口径绳索取心、涡轮钻取心、井底随钻数据采集与传输等技术做了大量的可行性试验，得到的技术和数据，为今后的万米超深井科学钻探储备了技术力量。

“上天入地”揭开宇宙的神秘面纱，探索地心深处的奥秘，科学钻探“路漫漫其修远兮”，尽管现在我们只钻穿了地球的“皮毛”，但我们相信在科学家们不懈的努力和探索下，通过将来实施的万米科学钻探、超万米科学钻探，定会打开探秘地球深部的通道，那时我们距离地心会越来越近。

近日，中国地质调查局地质研究所朱祥坤研究员课题组在《自然—地球科学》(Nature Geoscience) 发表论文，首次报道了距今约15.7亿年前地球发生了一次氧化事件，恰好对应最早的大型多细胞真核生物出现的时间。这一重要发现将彻底推翻“18—8亿年地球表面持续低氧”的传统认识，再次肯定了氧气在早期真核生物演化中的重要作用，代表了地球早期环境与生命协同演化研究的一个重大突破。

这一发现的研究区位于我国天津蓟县地质剖面自然保护区。该地区完好地保存了距今15亿年前后的“中元古代”沉积岩石地层，使之成为全球揭示该时期地球演化奥秘的经典研究地区之一。朱祥坤研究员及其合作者通过对蓟县剖面约16—15.5亿年前的古海洋沉积碳酸盐岩开展详细的地球化学研究工作，有效地提取了当时的古海水地球化学信息。研究发现，中元古代古海洋是一个持续氧化的动态演化过程，氧化事件起始于约15.7亿年前。而且目前已知可靠的、最早的大型多细胞真核生物化石发现于我国燕山山脉大约15.6亿年前的沉积地层中，稍晚于本研究发现的古海洋氧化事件的起始时间。

这一新的发现具有非常重要的科学意义。距今18—8亿年的时期一直被认为是地球历史上比较沉寂的时期（Boring Billion），地球表层岩石圈、大气圈、水圈和生物圈维持在近乎不变的 “稳定”状态。有科学家认为，该时期的大气氧含量甚至可能低于现代氧气水平的0.1%。但随着越来越多该时期真核生物化石的发现，特别是15.6亿年前大型多细胞真核生物的发现，使得有关“早期真核生物演化与地表环境变化是否存在必然联系”的争论更加激烈。本次蓟县剖面16-15.5亿年前碳酸盐岩中记录的古海洋氧化事件的发现，彻底推翻了该时期“持续低氧”的传统认识，也强有力地证明了早期真核生物演化与地表环境变化存在内在联系，升高的氧气含量是真核生物演化的必要条件。这一新的发现也将刺激科学家重新从不同角度探索距今18—8亿年前地球系统演化的奥秘。

该项研究得到国家自然科学基金，中国地质科学院科研基金和国家留学基金等项目的资助。

古元古代是地史上重大地质构造转变时期之一，也是第一个重要成矿期

瓦尔巴拉超大陆是一个理论上曾经存在的超大陆，自38亿年前开始形成，31亿年前成形，28亿年前分裂。

前寒武纪地质年表

今年世界地球日的主题是“珍惜自然资源呵护美丽国土——讲好我们的地球故事”。那么，对于“生物大爆发”之前远古时代的地球，你又知道多少？今天，就让我们请来一位研究前寒武纪50多年的地质专家——来自中国地质调查局天津地质调查中心的沈保丰研究员，请他讲讲从46亿年前地球诞生到距今5.41亿年寒武纪开始近40亿年的漫长时光中，地球经历了哪些重大地质事件。

1 前寒武纪涵盖40亿年的地球时光，分为冥古宙、太古宙、元古宙三个地质时代

记者：说起寒武纪，人们会想到地球历史上第一次生物大爆发，大量且门类众多的海生无脊椎动物在几百万年的很短时间内“突然”地出现了。从此，地球逐渐成了一个生机勃勃、丰富多彩的“生命家园”。那么在之前的前寒武纪时期，地球又经历了怎样的演化过程？

沈保丰：地球的年龄是45.68亿岁，以5.41 亿年的寒武纪为界，之前约40 亿年的地质时代称为前寒武纪。

前寒武纪又分为冥古宙、太古宙与元古宙三个地质时代，是陆壳形成、生长、壳幔圈层分异耦合并形成稳定陆块的重要阶段。应该说，在这个漫长的时间尺度上，地球发生了一系列决定地球命运的地质大事件。揭示这些事件的性质和过程，对于理解行星演化、大陆的聚合与漂移、矿产资源的形成、生命的演变，以及地球未来的发展都具有重要意义。

记者：但以往人们了解得并不多。

沈保丰：的确。尽管它占据了地球生长期近87.7%的时间，但人们对这段时期的了解相当少。这是因为前寒武纪少有化石记录，且岩石已严重变质，不是已经破坏侵蚀，就是埋藏在显生宙地层之下。

目前，已知地球上地壳的最古老物质记录，是澳大利亚杰克山太古宙沉积砾岩中的碎屑锆石，它的年龄大约是44亿多年。

2 冥古宙的“黑暗地球”，经历了由天文行星演化到地质演化的质变

记者：地球形成的初始阶段是没有地壳的？

沈保丰：早期地球经历了由天文行星演化到地质演化的质变。

在冥古宙，即距今45.68亿年到40.3亿年，早期地球经历了一段“黑暗时代”，那是一段没有岩石记录的时期。

冥古宙又可分为混沌代和杰克山代或锆石代两个代，其分界线为44.04亿年。混沌代主要是太阳系及其早期地球等行星形成及演化时期，其间包括太阳系的形成、早期地球的增生、金属地核和硅酸盐地幔形成、月球的形成、一颗“火星大小”的行星撞击等天文行星演化事件。

距今44.04亿年左右，地球就进入到地质发展时期。在这一时期内，有原始地壳和原始地核起源，初始地幔、水、大气圈和海洋的形成，陆壳、洋壳及生命起源等重大地质发展问题，都需要人类进一步去认识和研究。

早期地球的研究是当今地球科学研究的热点和难点，因为有关近似火星大小的天体大撞击、全球岩浆海、地幔翻转、陆壳起源、生命出现等大事件都发生在这一时期。但因为在这时期保存的记录极少，又很难得出较完整的结论。因而人类对早期地球的认识程度极低。

从地质角度对早期地球的研究、获取相关信息的途径，其中对冥古宙碎屑锆石包含信息的研究尤为重要。

记者：人类都在哪里发现过冥古宙碎屑锆石？

沈保丰：保存较好的地点是西澳的Mt. Narryer、Jack Hills和Maynard。Mt. Narryer的碎屑锆石年龄为41.5亿年及42亿年；Jack Hills为44.04±0.08亿年，是全球最老的碎屑锆石年龄。

在中国大陆的西藏三江造山系中的喜马拉雅地块、北羌塘地块、北秦岭西端、北祁连走廊带、天山的东准噶尔和华夏造山系等7个地点，也发现了早于40亿年的碎屑锆石，其中有4个大于40.3亿年，3个接近4亿年。

3 太古宙是陆核形成、陆壳巨量堆积、许多矿产形成的重要时期

沈保丰：太古宙是陆核形成、陆壳巨量堆积、高度还原性水圈、大气圈和铁、金、铜、锌矿产形成的重要时期。

太古宙是陆核和陆壳巨量堆积时期。根据已有的地质资料，地球陆壳的80%～90%是在早前寒武纪形成的，绝大多数形成于太古宙中的中—新太古代。全球陆壳的巨量增生在29亿～27亿年，主要的岩石类型是高钠的长英质片麻岩，其次是镁铁质—超镁铁质火山岩。据推测，陆壳增生与超级地幔柱事件有关。

太古宙地幔热对流循环剧烈，构造活跃，火山活动速率较大，这有利于早期大陆物质大量产生，并漂浮于紊流状态的地幔之上。随着地球冷却，原始大陆固结为一些小陆块。依据南非卡普瓦尔和澳大利亚皮尔巴拉克拉通的年代学和古地磁研究，在33亿年左右，甚至可早到36亿年，可能有一些陆块增生并形成地球上第一个构造上更稳定的瓦尔巴拉超大陆。有专家提出，在太古宙末期，27亿年左右或25亿年，可能存在一个肯洛兰超大陆。约24亿年左右，肯洛兰超大陆开始裂解，形成了一系列的大规模放射状基性岩墙群，在23亿年左右形成了古元古代冰川事件。

记者：太古宙已经开始形成矿产资源？

沈保丰：太古宙形成的大量绿岩带中有着明显的成矿作用。

根据其规模、形态、形成时代、岩石组合、变质程度以及成矿作用等方面的差别，全球的绿岩带可分为4种类型：巴伯顿型（35亿～33亿年），形成时代较老，主要矿产有金、铁、铬和少量镍；苏必利尔型（27亿～26亿年），主要矿产有铜、锌、金、铁和少量镍；伊尔岗型（27亿～26亿年），产出的矿产有铜、镍、金、铁等；达瓦尔型（26亿～23亿年），与之有关的矿产有金、铁、锰等。

4 距今26亿～25亿年间，华北陆块发生了一次大氧化事件

记者：现在的中国大陆在太古宙时期经历了怎样的变迁？

沈保丰：太古宙地层在中国大陆出露面积为7.4万平方公里。中国大陆主要有三个陆块区，分别是华北、塔里木和扬子。其中，以华北陆块面积最大，变质基底分布范围最广，时代跨度最长——从略大于38亿年到18亿年。

作为中国最大的陆块，华北陆块的面积约30万平方千米。尽管与世界上其他陆块（克拉通）相比，它的面积不算大，但它不仅具有超过38亿年的漫长地质历史，而且经历了复杂的构造岩浆热事件叠加和改造，记录了几乎所有地球早期的发展的重大地质构造事件。

在26亿～25亿年，华北陆块是陆壳巨量堆积的高峰期。由于陆壳巨量堆积引起由缺氧到富氧的地球环境的剧变，构造体制重大转折，同时导致了元素的巨量迁移、重新分配和成矿。

一个有趣的现象是：华北陆块大约30万平方千米面积上，在26亿～25亿年间忽然大规模地形成了几千个规模大小不等的氧化物相条带状铁建造（BIF）型铁矿床，累计查明资源储量已达335.36亿吨，占全国铁矿总资源储量46%。这种在一个不是很大的地区集中产出几千个矿床和矿点，并呈氧化物相条带状铁建造的铁矿床产出，在全球很少见，华北陆块可能是唯一的地区。这也说明在新太古代26亿～25亿年时，华北陆块发生了一次大氧化事件。

记者：铁矿床的形成与氧化有什么关系？

沈保丰：铁是变价元素，在自然界有Fe2+和Fe3+两种离子存在。氧化环境中铁呈Fe3+状态存在，Fe3+的迁移能力极小。还原环境中铁以Fe2+状态存在，形成Fe(OH)2、FeCO3、FeCl2等化合物。因而氧化环境有利于铁的沉淀，还原环境有利于铁的迁移。即：在酸性环境下，铁的还原作用增强，促使二价铁被溶解到溶液中去；在碱性环境下，铁的氧化作用增强，促使三价铁从溶液中沉淀下来。

在华北陆块在26亿年之前，由于强烈的火山和洋底的喷流作用，大气圈和海盆基本是处于强酸性和强还原的环境，在盆地中大量的铁呈二价离子、氢氧化铁或其他络合物形式存在海盆中。在26亿~25亿年由于处于氧化环境，Fe2+便从溶液中沉淀下来，形成了大量的铁矿。

5 古元古代是地史上重大地质构造转变时期之一，也是第一个重要成矿期

沈保丰：古元古代是地史上重大地质构造转变时期之一。在此期间，发生了古元古代初超大陆裂解、大量基性岩墙（席）侵位、大量巨厚被动陆缘型沉积建造、大陆壳的快速生长、俯冲—碰撞造山作用的首次出现等。同时，这一时期构造体制发生了本质的变化，由太古宙全活动体制转换为活动带和稳定地块并存的构造格局。出现不同规模、不同构造性质的活动带、裂陷槽、岛弧带、活动大陆边缘、被动大陆边缘等。

记者：全球古元古代大致发生了哪些重大地质事件？

沈保丰：24.2亿～22.5亿年在古元古代初期，发育有广泛的冰川活动，产生了全球性的地幔慢速下沉和大气圈的氧化。

这个时期的古老冰川活动被称为休伦冰川活动。它紧随在肯洛兰超大陆破裂、大氧化事件在全球广布条带状铁建造之后。在24.2亿～22.5亿年全球岩浆活动寂静期之后，从22.5亿～20.6亿年岩浆活动重新活跃，出现以玄武质岩浆活动为代表的全球事件。古元古代中期，也是磷矿产生的重要时期。

20.6亿～17.8亿年是地球历史上重要的地壳生长期，世界上最大镁铁—超铁镁质层状侵入体以及南非含大量矿产的大规模基性布什维尔德岩浆岩省，就产生于这一时间。这一全球的构造事件还导致了哥伦比亚超大陆在距今18亿年时的形成。

此时的华北陆块也发生了与超大陆形成有关的造山事件。大量丰富的地质记录证实，在古元古代末18.5亿年完成了最后一次前寒武纪聚合造山和变质作用，完全固结成为一个整体的刚性克拉通。在古元古代末，经吕梁运动，华北、塔里木、华南等古大陆相联，组成一个统一的中国古大陆的结晶基底。

全球哥伦比亚超大陆形成后，从17. 8亿年开始陆续进入裂解期，形成裂谷盆地和被动陆缘盆地。

古元古代也是地史上第一次十分重要的成矿期。它以矿种多、成矿规模大、矿床类型复杂著称。比如中国就有大量这一阶段因古大陆裂解离散-造山而产生的矿产，构成了铁、铜、铅锌、金、硼、菱镁矿、滑石、金红石等矿床成矿带和成矿系列。

6 “雪球地球事件”之后，温室效应导致地球变暖，元古宙进入尾声，显生宙拉开序幕

记者：从您的讲述来看，早期地球虽然没有大量生物出现，但故事也是惊心动魄。

沈保丰：的确非常精彩。

17.8亿～8.5亿年是地球演化过程中相对稳定期，以硫化物发育的深海洋、疑源类的缓慢演化、哥伦比亚超大陆的解体和距今11亿～9 亿年罗迪尼亚超大陆的汇聚为主要特色。

8.5亿～5.41亿年是地史中由隐生宙向显生宙过渡的重要阶段，也是生命演化最关键的时期。在这时期的开始阶段，即从7.7亿年开始，地球进入了元古宙第二次环境剧变阶段，广泛发生低纬度冰川，整个地球覆盖着冰雪，形成一个雪球，称为“雪球地球事件”。

记者：“雪球地球”？连赤道也被冰雪覆盖吗？

沈保丰：当然。全球年平均气温低达-50C°，海洋表面冰层达到1000米厚。整个地球成为一个雪球。

这也是元古宙休伦冰期后的第二次全球冰雪时期。

在新元古代中期，罗迪尼亚超大陆裂解。在这一时期，地球构造运动加强，广泛形成陆内裂谷，同时引起大规模风化剥蚀和沉积作用，使大气中CO2的消耗量大大超过火山喷发释放的CO2量，并出现“冰室效应”：全球气温迅速降低，首先在地球两极的海洋上形成冰盖，随着冰盖面积的扩大，冰面对阳光反射增大，加速了地球表面的气温下降，直至全球冰冻，形成“雪球地球”景观。

不过，有一句话叫物极必反。由于温度极低，水文循环基本停滞，几乎没有降水作用，消耗CO2的化学循环基本停止。但同时，地球上的岩浆作用依然活跃，火山喷发释放出大量的CO2，且不断增加。经过上千万年的日积月累，大气中的CO2终于达到了一个足够高的浓度，便又产生了强大的温室效应。之后，地球迅速变暖，冰雪大片消融，最终出现了另一极端——解冻加速，一场酷热随之而来。

随之而来的还有生物界的蓬勃孕育。6.35 亿年，埃迪卡拉纪开始，埃迪卡拉动物群首现，至5.41亿年寒武纪生物大爆发，元古宙结束，显生宙拉开序幕。

7 元古宙是多种矿种大型、超大型矿床形成的高峰期，中国至少有该时期形成的超大型矿床40余处

记者：看来，中—新元古代是地球演化历史上最重大的变革时期之一，为之后地球成为丰富多彩的生物家园奠定了地质基础和气候基础。

沈保丰：我今年83岁，是从1964年开始研究前寒武纪矿床。我想要告诉大家的是，地球演化和环境变化也与成矿作用息息相关。如，“雪球地球事件”为我国的华南地区留下了大量的铁矿、锰矿和磷矿，特别是锰和磷，规模很大，品位很高。

记者：那么，我国前寒武纪矿床主要有哪些矿种？

沈保丰：中国前寒武纪超大陆旋回与成矿作用关系十分密切，我们曾提出，中国前寒武纪大规模成矿作用的主要控制因素是大地构造背景和大型地质构造环境。我国前寒武纪有包括铁、铜、镍、锌、稀土、金、磷等矿种在内的14个矿种产出超大型和特大型矿床，其中超大型矿床40多处、特大型30多处。

记者：有哪些是我们现在熟知的大矿？能举个例子吗？

沈保丰：比如白云鄂博。

记者：我们知道位于内蒙古的白云鄂博矿赋存着大量稀土，在我国乃至世界稀土工业占据举足轻重的地位。它也是在前寒武纪哪个阶段形成的？

沈保丰：白云鄂博稀土、铌、铁矿床是我国中元古代一个世界级的巨型矿床。初期，我国开发白云鄂博是开采铁矿石，后来才发现并应用其中的稀土、铌等重要矿产资源。

如果说中国稀土的资源储量约为世界稀土资源储量一半，其中白云鄂博稀土资源储量就能占到全国稀土资源储量的近九成。如今，人们已在矿区内已发现73种元素，构成160种矿物，有综合利用价值的矿产达26种，除稀土之外，铌、钍资源储量都占世界第二位。

白云鄂博矿床有着复杂的形成历史。

据研究，白云鄂博矿床有两次成矿期，是早期中元古代以铁-铌-稀土矿为主的岩浆型和晚期加里东期为铌—稀土矿热液叠加而形成的多成因、复合型的叠生矿床。

在中元古代早期，大约17.5亿年左右，随着全球哥伦比亚超大陆的裂解，太古宙的华北陆块也开始裂解，形成白云鄂博裂谷，并在裂谷中沉积了白云鄂博地层及有关岩浆岩。在14亿～12亿年，这里火成碳酸岩呈岩床或似层状体和岩墙侵位。就在火成碳酸岩岩浆熔离过程中，形成了岩浆期的稀土—铌—铁矿床。这也是白云鄂博的主矿化期。

在5亿年～4亿年加里东期，这里又叠加了一期构造热事件，形成了第二期稀土、铌热液矿脉。它们也是地壳深部物质部分熔融的产物。

沈保丰：总的来说，前寒武纪中的元古宙是多种矿种大型、超大型矿床形成的高峰期。除了白云鄂博超大型稀土—铌—铁矿床外，中国此时形成的知名矿床还有：内蒙古东升庙超大型硫铁—铅—锌矿床、甘肃金川超大型铜镍矿床、海南石碌超大型铁矿床、贵州松桃西溪堡（普觉）超大型锰矿床、贵州松桃道坨超大型锰矿床、贵州开阳超大型磷矿床、贵州瓮安超大型磷矿床、黑龙江柳毛超大型石墨矿床、黑龙江云山超大型石墨矿床等。

记者：大自然的奥秘真是太多了。谢谢您为我们分享了一段有关早期地球的精彩故事。

专家出镜

沈保丰，研究员、博士生导师。1959年毕业于前苏联乌克兰顿涅茨克工业大学地质系，曾任原地矿部天津地质矿产研究所所长（现为天津地质调查中心）。50多年来，主要从事矿床、前寒武纪地质、区城成矿规律和成矿预测研究，专长前寒武纪成矿作用；先后发表论文100多篇，出版专著14部；曾获国家科技进步奖、省部级科技或果奖等多项，1992年起享受国务院特殊津贴等。

图为4月22日，世界地球日海洋大讲堂主题活动上，小学生们聆听我国海域各大油田矿区的作业介绍。 乔思伟 摄

斗转星移，暖阳北归。“珍惜自然资源 呵护美丽国土——讲好我们的地球故事”，第49个世界地球日如约与我们相遇在这最美四月天。在这个共同的节日里，全国各地举行了丰富多彩的科普活动。

掌握破解地球密码的“金钥匙”

4月22日，在中国科技会堂举办的自然资源科普大赛启动会，拉开了自然资源部组建后第一个世界地球日的主题宣传周活动大幕。

地质资料是破解地球密码的“金钥匙”。只有更好地掌握地质资料、遵循自然规律，才能讲好地球故事，更好地引导公众认识地球，保护人类共有的家园。

“我国馆藏成果地质资料总量超过1500余万份，实物资料岩芯约103万延米，标本约11万块。这是一笔巨大的资源性资产。”自然资源部矿产资源储量司负责人介绍了我国百年来地质工作积累的极为丰富的地质资料。

如何让这把钥匙开启地球知识宝库？这就需要挖掘地质资料数据信息资源潜力，提高地质资料服务创新成果影响力。在这样的背景下，第一届全国地质资料数据创新应用大赛应运而生。

相关展览在中国科技会堂的一楼展厅举行。江苏有色金属华东地勘局地质找矿虚拟实验室里，一位头戴VR设备的观众被参观的群众好奇地围住。这是该局信息中心研发的利用新媒体进行科普传播的“点石成金”地质科普教育在线平台。通过虚拟沉浸体验系统，可以身临其境体验野外地质工作。

“地勘单位完成项目后要提交地质报告，可是专业性很强的报告让大多数人不易看懂。”该中心主任宋震告诉记者，为了能让非专业人员也能一目了然看明白地质报告，他们成立了地质找矿虚拟实验室，搭建三维虚拟的动画世界，对地质工作成果进行全新的表达。他边说边演示了一套雄安新区第四纪演化科普系统，在屏幕上可以清晰看到雄安新区在重要地质时期的三维动态图。

与“地球”来一次亲密接触

4月22日下午，雨后微凉，但中国地质博物馆里却十分热闹，许多爸爸妈妈都选择在世界地球日这个特殊的日子里，带着孩子来与“地球”做一次亲密接触。

一进门，“大话地质勘查行业”“当虚拟遇见现实”“地球日地博科普活动月介绍”等几个大海报就迎面而来，展示出一份与往日不同的气息。进入展馆，参观者明显比平常多了不少，许多都是全家出动。

“地球有将近46亿年的历史，在大约45亿年前，一颗火星大小的行星撞击地球，导致了月球的诞生。”“地球表面覆盖着一些坚固的板块，至今仍以每年1厘米到10厘米的速度移动。”地球厅中，随着讲解员生动细致的解说，参观者大都睁大眼睛，仔细观察，静静倾听。

二楼中厅一隅，一个屏幕上正展示着矿山内部结构。一位工作人员介绍说，这段时间地质博物馆安排了许多特别的活动，这个“金属矿山VRgo体验”便是其中之一。

此时，一位10岁的小男孩正戴着立体眼镜，摸索着“往前走”。他兴奋地说：“我好像真的在一个采矿巷道中呢。原来矿山的内部是这样的啊！”

来自天河道云（北京）科技有限公司的王涛告诉记者，这套VRgo采矿学虚拟辅助教学系统是专门为采矿工程专业的本科生设计的，是为了弥补现在学生们很少有机会去矿山实地考察的缺憾。它的特色就是真实，场景取自很多的真实的矿山，而现在展示的就是山东莱芜铁矿的谷家台矿区巷道内的作业情况。

“平时，这一系统面向的是采矿专业的学生，今天我们把它带到中国地质博物馆，就是想让更多人知道、理解什么是绿色矿山、绿色矿业。没想到今天这么多人感兴趣。”他介绍说。

“地球的知识真是太有趣了。”“地球只有一个，我们要好好保护。”一位七八岁的小男孩认真地说。

讲述海洋资源故事

地球表面的70%被海洋覆盖着，海洋蕴藏了全球超过70%的油气资源。世界地球日当天，一场呈现海洋特色的主题活动，在中国海洋石油工业展览馆举行。

北京市45名小学生代表作为科普文化小大使，观看了深水地震勘探船的地震波探测演示，见到了曾创造一次入井进尺4380米世界纪录的“功勋钻头”，了解了生活中石油资源的种种用途。

“海洋石油981”钻井平台海上设施经理付金宝特地飞回北京，为同学们上了一节生动的科普课。他用可乐瓶装回一瓶石油，问：“这是什么？”

“可乐！”孩子们答道。付金宝笑着解释道，海底地层下面埋藏的石油、天然气资源，就相当于一瓶使劲摇晃过的可乐，如果我们用一根管子扎过地层要抽出“可乐”……

“会喷出来！”孩子们抢答。

“对的，石油开采中这叫井喷，是我们需要应对的首要问题。”付金宝介绍了他的团队操作我国最先进的深海钻井平台，为祖国献石油的故事。

“海洋石油981”钻井平台最大作业水深3000米，最大钻井深度可达10000米。“同学们可以想象下，这一平台如果悬浮在北京上空3000米，它的12条锚链覆盖范围就是北京六环内区域。这是世界顶级超高强度锚链，每一个链环就重达100斤。”

它怎么开动？能开多快？你们遇到台风了吗？同学们抛出了一连串问题。当听到平台的8台推进器动力相当于8个动车火车头，曾31天远行4600公里，到达过缅甸海域作业，平台上每天的用电量相当于一座20万人口的小城市，平台能抵御200年一遇的台风时，讲堂下一片“哇——”的惊叹声。

进入工业文明，人们衣食住行须臾离不开石油。人一生要“穿掉”290千克石油，“住掉”3790千克石油，“行掉”3838千克石油。中国海洋石油工业展览馆提供这组数据，让科普小大使们惊叹不已。“一定要把这些知识告诉同学们，我们今后要更加珍惜自然资源。”一位科普小大使说。

让科普成果走上产业化道路

最会讲述地球故事的人，非科普专家莫属。

4月22日，在第二批首席科学传播专家聘任会上，中国地质科学院水文地质环境地质研究所研究员石建省从自然资源部副部长凌月明手中接过聘书，和其他9位专家一起，被聘为第二批首席科学传播专家。这10位专家来自土地资源、地质矿产、地质环境等领域，他们将在大力开展科普创作、指导科学传播、推动拓展自然资源科普工作、提升全民科学素质、实施创新驱动发展战略等方面，作出努力。

让自然资源科学走向大众，还要让科普成果走向产业化道路。在中国科技会堂，评选出的《地学真好玩儿》等38部2018年优秀科普图书向全社会公布并推荐阅读。在中国海洋石油工业展览馆，展出了全国大中学生第六届海洋文化创意设计大赛获奖作品。