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    近日,青岛海洋地质研究所深海极端环境探测研究团队在东海冲绳海槽冷泉沉积物铁、锰、硫、碳元素循环耦合研究方面取得新进展,研究成果发表在地球科学领域国际权威期刊Global and Planetary Change。

    作为典型的弧后盆地,冲绳海槽广泛发育海底热液和冷泉系统,这对该区域的碳循环具有重要影响。以往冷泉碳酸盐岩的记录显示,热液来源的金属驱动了冷泉区甲烷的厌氧氧化作用,从而降低了冷泉碳泄漏强度。然而,由于缺乏现代孔隙水地球化学数据,导致对研究区域内铁、锰、硫和碳循环之间动态相互作用的认识仍不清晰。

    针对上述问题,该研究利用冲绳海槽中段的海底浅钻和重力柱沉积物样品,开展了孔隙水地球化学研究,研究数据首次记录到了热液锰供应对有机质矿化的增强作用,从而降低了弧后盆地中有机碳的埋藏效率。

    研究证实:通过厌氧氧化作用可显著改变孔隙水碱度,并促进碳酸盐岩沉淀,从而实现冷泉碳泄漏的截留。此外,该研究还提出了一种新的海底白云石形成机制,认为其与产甲烷带内厌氧氧化作用有关,而非前人认为的沉积物风化、逆风化控制的白云岩化作用。

    上述研究对理解弧后盆地中铁、锰、硫和碳的循环具有重要意义,也为认识甲烷丰富但硫酸盐贫乏的太古代海洋提供了科学依据。该研究由青岛海洋地质研究所和崂山实验室共同完成。

     冲绳海槽冷泉沉积物铁、锰、硫、碳元素循环耦合模式

    青岛海洋地质研究所在弧后盆地冷泉区沉积物元素循环...

         12月17日,在国土资源部机关召开了2013年海域天然气水合物勘探成果新闻发布会,宣布在我国珠江口盆地东部海域首次探获了高纯度新类型天然气水合物。

         据悉,2013年6月至9月,我国海洋地质科技人员在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度天然气水合物样品,并通过钻探获得可观的控制储量。此次发现的天然气水合物样品具有埋藏浅、厚度大、类型多、纯度高四个主要特点。天然气水合物赋存于水深600-1100米的海底以下220米以内的两个矿层中,上层厚度15米,下层厚度30米,自然产状呈层状、块状、结核状、脉状等多种类型,肉眼可辨。岩芯中天然气水合物含矿率平均为45%—55%;其中天然气水合物样品中甲烷含量最高达到99%。通过实施23口钻探井,控制天然气水合物分布面积55平方公里,将天然气水合物折算成天然气,控制储量1000-1500亿立方米,相当于特大型常规天然气规模。

         我国天然气水合物资源调查与评价工作起步晚、起点低,经历了艰苦的探索历程。1995年起原地质矿产部开始天然气水合物前期研究,1999年在国家发展改革委、财政部等部门的大力支持下,国土资源部正式启动天然气水合物资源调查,整合了国内各方面优势力量,做了大量的基础性、探索性工作。截至目前,国土资源部中国地质调查局在珠江口盆地开展天然气水合物综合调查40个航次,完成高分辨率多道地震测量45800公里、多波束测量36800公里、浅地层剖面测量7100公里、海底地质取样1480个站位、海底热流测量222个站位等调查工作。

         经过十多年的艰苦调查和研究工作,逐步探索出一套适合我国海域特点的天然气水合物资源综合勘查技术体系,自主研发了高分辨率多道地震与海底地震联合目标探测、海底微地貌和热流探测、海底原位孔隙水取样等关键技术,系统总结了天然气水合物控制因素与成藏模式,创建了准被动大陆边缘天然气水合物复式成藏理论。在综合研究成果的支撑下,发现了大量的天然气水合物赋存的地质、地球物理、地球化学及生物等异常标志,圈定了天然气水合物资源远景区、成矿有利区,确定了钻探目标,为我国海域天然气水合物资源勘查与评价提供了有力的理论指导和技术保障。

         2013年,中国地质调查局所属广州海洋地质调查局在珠江口盆地东部海域首次实施三个航段的钻探,共计102天。我国有5个单位26位科技人员部署现场作业、制定取芯计划、检测分析样品等工作。期间克服多次台风袭击等恶劣海况,通过利用世界先进的深潜器、随钻测井、保压取芯、现场测试等技术,实现了600-1100米水深条件下的钻孔精确定位、随钻监控、锁定目标、获取样品。

         第一航段,完成了10个站位10口先导孔的随钻测井,测井进尺2198米,获取了温度、电阻率等综合测井数据。其中4口测井存在明显的天然气水合物异常特征,为后续钻探取芯确定了目标站位与目的层位。

         第二航段,完成了4个站位8口井的取芯任务,获取了多种类型的天然气水合物可视实物样品,确定了天然气水合物矿体的分布范围,获得天然气水合物折算成天然气的控制储量。

         此次发现的最大特点是,在同一矿区具有多种类型、多层位富集的天然气水合物,且矿层厚度大、含矿率高、甲烷纯度高,目前在国际上实属罕见。

         第三航段,完成了3个站位电缆测井、2个孔的全取芯工作,为深入开展天然气水合物成藏机理研究和资源评价提供了丰富的资料。

    我国首次钻获高纯度新类型天然气水合物

    峰丛洼地型地下河系统是广西农村主要的供水水源,但受控于其特殊地质结构,地下河系统具有水文动态变化大、旱涝灾害频发、开发利用困难、易受污染等特点,成为制约当地生态环境可持续发展的瓶颈问题。水文过程是岩溶生态环境可持续发展的关键驱动力,阐明其相关过程和机理是解决此问题的核心。中国地质科学院岩溶地质研究所科研人员选择桂林毛村地下河流域,解析各次级架构(泉、天窗、管道、裂隙)的水文地质特征,评价各含水介质的蓄水能力。各次级架构的水文衰退曲线均可划分为三个阶段,且每个阶段均符合指数模型,表明毛村地下河流域含水介质遵从孔隙-裂隙-管道模型;根据各次级架构水文衰退曲线计算孔隙水、裂隙水和管道水的比例,结果表明慢速流是毛村地下河流域蓄水的主要模式,快速流在上游浅层水循环的次级架构中所占比例最大;各次级架构电导率的变化曲线随着水位的变化而变化,基于电导率和水位变化曲线间的动态数学关系,计算得出基质的电导率值大于200 μS/cm,管道水的电导率值小于100 μS/cm,利用岩溶水体电导率的动态变化特征,可用于评估复杂岩溶含水系统的水资源量,在复杂岩溶地貌区水文地质研究具有广阔的应用前景。相关研究成果发表在国际期刊Journal of Hydrology。

     

    西南峰丛洼地型地下河系统水文过程研究取得新进展

    湿地与森林、海洋并称全球三大生态系统,被誉为“地球之肾”。滨海湿地是陆地生态系统和海洋生态系统的交错过渡地带,在调节气候、涵养水源、降解污染物、应对气候变化、维护全球碳循环和保护生物多样性等方面具有重要作用。

    为交流滨海湿地国内外最新研究进展,2019年922日至23日,鳌山论坛—“滨海湿地保护与修复”研讨会暨世界海洋大会海洋生态地质分会在青岛举办。

    会议由自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所、中国地质调查局滨海湿地生物地质重点实验室、青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室、中国地质调查局海岸带与大陆架地质研究中心承办。会议主题为“滨海湿地保护与修复”,关注气候变化、水体污染、生物入侵、蓝碳埋藏等影响湿地生态功能的热点问题,研讨滨海湿地保护修复的理论、技术方法和实践经验,为全球科学家搭建国际学术交流平台。来自美国、丹麦、荷兰、西班牙以及国内相关高校和科研院所等50余家单位的200余名专家学者参加会议。代表国际滨海湿地最新研究成果的22个学术报告在大会亮相。

    会议期间,中国地质调查局滨海湿地生物地质重点实验室主任叶思源研究员,介绍了我国首批4个滨海湿地增温研究全球观测网(Coastal-wetland Research On Warming Network,简称CROWN)野外监测站建设运行成果和数据。

    全球变暖会通过与温度有关的环境因子变化影响生态系统中的物质循环,野外自然条件下的生态系统模拟增温试验是进行气候变化相关研究的主要手段之一,有助于解决“气候变化和相关环境因素对滨海湿地生态系统功能的影响”等科学问题。

    中国地质调查局青岛海洋地质研究所于2018年在我国辽宁盘锦、山东东营、江苏盐城新洋港和四卯酉滨海湿地建设了4个滨海湿地增温研究全球观测网野外监测站。这4个监测站布设于我国北方芦苇和互花米草植被类型的滨海湿地,与美国佛罗里达湿地、西班牙埃布罗三角洲以及丹麦斯凯灵恩半岛湿地建设的监测站共同组成了全球典型滨海湿地生态地质环境监测网,可以开展全球不同纬度带、不同生境、不同历史演化阶段的湿地生态系统对比研究,为全球科学家解决滨海湿地重大科学问题提供了平台。

    监测对象包括滨海湿地的大气、地表水、孔隙水、土壤和植物等多圈层多要素。自动监测的内容包括增温和非增温条件下的光合、生态系统呼吸、硫化氢释放通量以及地表高程动态变化。现场调查的内容包括生物量调查监测、表层土壤和孔隙水取样、环境理化参数初步测试,以及芦苇生境区大气下垫面的二氧化碳、水分等物质和能量交换监测等。监测站可持续地产出数据,每站每天可获得46个观测参数的监测数据,自20185月至今4个站累计获得约7600万组数据,总数据量超过30G,大部分数据可以实时在线观测,并通过“地质云”共享下载。监测网运行一年多以来,通过连续观测收集环境气象数据,设置增温情境对比研究增温对生态系统功能的影响,初步掌握了气候变化对湿地生态系统功能和生产力的影响情况。

    监测网获得的长期监测数据将有效甄别人类活动、气候变化和地质过程对滨海湿地生态功能的影响,揭示滨海湿地生物地质演化过程的影响机理,应用于湿地保护与修复实践活动,服务于政府决策和湿地管理部门,助力美丽中国和生态文明建设。

    会议现场

    我国首批滨海湿地增温研究全球观测网建设运行取得阶...

    一、河北沧州平原区地下水与地面沉降国家野外科学观测研究站

    河北沧州平原区地下水与地面沉降国家野外科学观测研究站(简称沧州国家站)依托单位为中国地质环境监测院和中国地质科学院水文地质环境地质研究所,属于“一站多点”形式,包括沧州主站、正定副站和通州、大兴、滨海新区、雄安新区、衡水、正定等5个观测点,总占地约10万平方米。

    以获取长期连续稳定的高精度、高质量地下水与地面沉降科学观测数据为核心,分别考虑了影响地下水降落漏斗与地面沉降的活动断裂、软土、重大工程建设、地下空间开发利用等因素,重点开展地下水与地面沉降观测技术方法研究、地下水降落漏斗与水平衡响应关系研究、地面沉降演化机制及防控对策研究、重点区域地面沉降风险评价等4方面研究。

    沧州国家站主要观测地下水动态、水分通量、沉降量、孔隙水压力等4大类指标7项具体观测内容,最早自2008年开始数据观测,累计接收数据154万条。目标是建成世界一流的科学观测研究设施和具有重要国际影响的人才培养与交流合作平台,大幅提升我国地下水保护利用与地面沉降防控科学研究水平,为京津冀地区水安全、粮食安全、生态安全、城镇安全和重大工程安全提供可靠的科技基础支撑。

    二、自然资源部地下水科学与工程重点实验室

    自然资源部地下水科学与工程重点实验室,始建于1990年3月,依托单位为中国地质科学院水文地质环境地质研究所,是自然资源部系统首个以地下水环境同位素示踪与测年技术为核心的权威实验室,是国际原子能机构的长期合作单位。

    重点实验室聚焦国家重大战略需求和地下水科学与工程前沿基础,依托拥有的加速器质谱仪、多接收电感耦合等离子体质谱仪、大型MAT 253稳定同位素比质谱仪、液相色谱—质谱联用仪、超低本底闪烁谱仪、惰性体质质谱计等大型设备,以地下水循环演化基础研究、地下水可持续性应用基础研究和重大关键技术研发为主要研究方向,构建完整的(年龄从数百万年至今)地下水测年技术方法体系与应用示范。

    重点实验室自主研发了地下水同位素测试及其他测试前处理装置的技术开发和改造工作15项,其中痕量惰性气体核素激光冷却技术、水中低水平氚测试技术、地下水14C年代测定真空脱气鼓气法采样技术达到国际同类实验室水平,并研制了一系列地下水同位素国家一级标准物质,通过技术研发促进了水文地质环境地质相关学科发展。

    三、自然资源部岩溶动力学重点实验室

    自然资源部岩溶动力学重点实验室依托单位为中国地质科学院岩溶地质研究所,成立于1997年,是自然资源部成立最早的实验室之一,建有丫吉试验场、毛村地下河观测站、官村地下河观测站等野外研究场地。

    重点实验室坚持以地球系统科学为指导,以岩溶动力学与资源环境为研究核心方向,具体包括:岩溶动力学与水文水资源、岩溶沉积记录与全球变化、岩溶作用与碳循环规律及源汇效应评价、岩溶生态系统演变与可持续利用,实现岩溶探测方法、岩溶水野外观测技术、岩溶水数值模拟等研究方向的创新。

    重点实验室围绕我国南方具有代表性的峰丛山区岩溶泉系统,进行岩溶含水介质结构和水动力场研究,建立岩溶含水系统物理模式及其相应的数学模型。自1986年持续开展表层岩溶带、岩溶泉、地下水水位的数据积累,评价了石漠化恢复的水文效应。建立了反映南方岩溶水运动规律和调蓄机制的空间分布式数学模型。今后将继续促进岩溶含水层的研究与水资源可持续管理的结合,为实现岩溶地区“绿水青山”和“低碳发展”提供更多具有推广应用前景的科技成果。

    四、自然资源部陕西榆林地下水与生态野外科学观测研究站

    自然资源部陕西榆林地下水与生态野外科学观测研究站,始建于2010年,依托单位为中国地质调查局西安地质调查中心,属于“一站多点”形式,包括红石峡主站、红石桥副站和植物园观测点、林场观测点、小壕兔观测点等。

    观测研究站以解决水与生态的关键科学问题为目标,开发植被生态与水的动态监测技术,研究大尺度的植被生态和地下水关系,提出流域尺度植被指标与地下水位变化的耦合方法,揭示场地尺度植被利用地下水规律,建立识别优势植被对地下水依赖程度的方法体系,为基于生态环境保护的地下水开发利用提供科学依据。

    采用分析根系耗水来源的氢氧同位素技术,揭示了旱柳、杨树等乔木生长受水分胁迫机理以及水分恢复期植被根系吸收水分来源与分配机制,计算出毛乌素沙地与黄土高原过渡地带旱柳、杨树等乔木人工栽植间距应大于6.4米,为毛乌素沙地等干旱区植被生态环境防治提供了科学依据。

    (作者系中国地质调查局科技外事部科研处四级调研员)

     
    地下水相关科技创新平台简介

    自然资源部中国地质调查局水文地质环境地质调查中心承担的“沂蒙山革命老区1:5万水文地质调查”项目对2016-2018年大汶河中上游莱芜盆地、大汶口盆地55眼古近系钻孔及7眼探采结合孔资料综合研究发现,鲁中南山区古近系强富水含水层分布在盆地边缘,具备集中供水能力,且存在3种地下水富集模式:构造裂隙控水模式、古近系半固结含水层裂隙孔隙水富集模式、灰质砾岩裂隙岩溶水富集模式。

    该模式在鲁中南山区中新生代沉积盆地(蒙阴、新泰、平邑等沉积盆地)具有普适性。2018年在东城村的古近系钻孔出水量达到84方/小时;发育于该地层的费县上冶镇玉泉流量达416方/小时。

    古近系地下水富集模式的查明修正了前人对该层位不具备供水意义的认知,为沂蒙山革命老区扶贫找水提供了新思路。

     

     

     
    水环中心为沂蒙山革命老区扶贫找水提供新思路

     

    陆程,男,33岁,硕士,专业技术十级,油气调查中心助理研究员。专业方向:非常规油气开发理论与技术

    解决资源环境问题或基础地质问题情况:

    完成多套“水合物试采关键环节系统图”,厘清试采周期内各关键环节相互关系;首次研发“泥质粉砂储层天然气水合物样品流速敏感性测定系统”,首次建立“泥质粉砂储层水合物样品流速敏感性测定方法”,厘清泥质粉砂储层内流体流速与生产压差的关系,预判试采周期内渗透率变化规律,为降压方式选择提供依据与合理化建议;建立泥质粉砂储层水合物产能评价体系,完成多套降压方案编制和降压路径优选工作,厘清生产各要素与降压方案的关系,编制“生产制度逻辑关系判断图”,为试采工程提供重要的服务支撑。参与完成863项目“海底孔隙水及底层水原位采集系统”子课题,实现对不同类型水体中烃类气体等进行检测的船载流体地球化学探测,为我国海域天然气水合物资源评价提供技术支撑。

    实现转化应用和有效服务情况:

    作为项目副负责与核心成员,完成“祁连山及邻区天然气水合物资源勘查钻探试验井单井综合评价”、“陆域天然气水合物可移动性现场实验室与祁连山长期观测基地建设”、“东北冻土区天然气水合物资源勘查”、“楚雄盆地油气资源前景调查”、863项目“海底孔隙水及底层水原位采集系统”以及“2017年度海域天然气水合物试采工程”等项目。试采期间,担任模拟组组长,带领本组成员,与试采指挥部全体指战员通力合作、联合攻关,建立一套泥质粉砂储层天然气水合物系统产能动态评价方法,完成试采井产能模拟和降压方案优选工作,为试采的成功提供服务与支撑。

    促进科学理论创新和技术方法进步情况:

    在国内外公开发表论文10余篇,获得一系列专利授权,涵盖水合物、致密油气、页岩气等非常规油气产能评价方法的创新性内容。首次研发可填装无固结泥质粉砂储层的“水合物岩心流速敏感性测定系统”,提出“水合物储层流速敏感性测定方法”,开展试采井储层渗透率流速敏感性实验,预判试采出现的风险以及为降压方案制定提供关键参数与合理化措施建议。以“稳步降压、小步慢跑”为指导核心,建立泥质粉砂储层水合物系统产能动态评价方法,包括:选择降压方式、划分降压区间、编制降压路径、确定主力产层、大数据定性分析、优选降压路径、工程语言转化等7个方面的内容,用以完成天然气水合物试采降压方案的编制,为试采顺利实施提供服务与支撑。

    促进人才成长和团队建设情况:

    在天然气水合物试采期间,带领一支由广海局、青岛所、北京大学、局油气调查中心等4家单位组成的,以天然气水合物开采模拟、油气田开发工程为专业特长的模拟组,完成试采井目的层多孔介质渗透率流速敏感性实验以及产能预测和降压方案优选工作,为试采的成功提供服务与支撑。其中4人被评为天然气水合物试采先进个人。

    陆程

    近日,自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所承担的“湘江上游岩溶流域1:5万水文地质环境地质调查”项目,在湖南省祁水流域的祁阳县、冷水滩区一带实施探采结合孔6口,成井4口,涌水总量为751.17吨/天,可为9000余人提供饮用水水源保障。

    4口井分别位于冷水滩区杨村甸乡沙子坳村、花桥街镇坪塘村、普利桥镇杉木桥村、祁阳县文明铺镇大泉湾村,几个村均处于衡绍干旱走廊分布区,生活饮用水问题一直很突出。其中普利桥镇衫木桥村为国家级脱贫示范村,地形地貌属于岩溶丘陵谷地,谷地宽300-400米,底部较平缓,山坡坡度20-30度,底部覆盖的第四系土层厚度3-6米,地层岩性为泥盆系锡矿山组碳酸盐岩,地层展布、节理裂隙发育程度主要受北北东向区域性断裂的控制。尽管国家有关部门已做有前期配套设计规划,但该村现有村民目前饮用水还是以自挖手提井为主,饮用水主要取浅层地表松散层孔隙水,饮用水的水量、水质均得不到有效保障,非常不利于国家级脱贫示范村的建设。野外项目组结合地方需求以及对该村水文地质条件、地质构造的分析,成功实施一口探采结合孔,孔深110米,涌水量为482.6方/天,可为该村5000余人提供水源保障。

    探采结合孔的成功实施不仅为干旱缺水区以及国家级脱贫示范村提供了饮用水源,还查明工作区水文地质条件、岩溶发育规律,并获取水文地质参数,社会效益、经济效益显著,受到当地政府和百姓赞誉。

                           

     

     
     
    湖南祁水流域探采结合孔助力村民饮上放心水

    5月11日-21日,中国地质调查局青岛海洋地质研究所湿地课题组前往江苏盐城滨海湿地开展首次监测工作,这标志着青岛海洋所倡导的滨海湿地功能全球观测网项目(CROWN:Coastal-wetland Research on Warming Network)正式启动。该监测网可持续地产出数据,服务于政府决策和湿地管理部门,在科学层面上还将丰富滨海湿地生态环境演变理论,有效甄别人类活动、气候变化和地质过程对滨海湿地生态功能影响,从而服务于湿地保护与修复实践活动。此外,CROWN长期监测数据对国家政策制定将有深远意义。

    据项目负责人介绍,全球变暖会通过与温度有关的环境因子的变化影响生态系统中的物质循环,野外自然条件下的生态系统模拟增温试验是进行气候变化相关研究的主要手段之一,有助于认识气候变化和相关环境因素对滨海湿地生态系统功能的影响这一科学问题。

    此次监测工作包括大气、地表水、孔隙水、土壤和植物等多圈层多要素的监测,其监测内容包括增温和非增温条件下的光合、生态系统呼吸、硫化氢释放通量以及地表高程动态变化的对比监测;生物量调查监测;表层土壤和孔隙水取样;环境理化参数的初步测试;芦苇生境区大气下垫面的二氧化碳、水分等的物质交换和能量交换监测等。

    在前期工作中,青岛海洋所湿地课题组通过与国际先进的湿地团队广泛的研讨、增温装置的测试和电子系统的调试,制定了CROWN的建设方案,并于今年4月底全面建设了四个观测站,分别分布于江苏盐城四卯酉和新洋港、黄河三角洲和辽河三角洲等湿地,实现了湿地生态系统多圈层多要素的原位观测。

    这些监测站覆盖我国北方主要的盐沼湿地,包括横跨不同纬度的对比监测、横跨不同生境的对比、分布于不同历史演化阶段的地质体的湿地生态系统对比。目前,CROWN监测站位增温效果明显,未来数年间项目组将可持续地获取科学数据。

    据悉,青岛海洋所倡导的CROWN研究工作已得到美国地调局、美国路易斯安那州立大学、美国维拉诺瓦大学、丹麦奥胡斯大学、西班牙IRTA研究所等欧美多家研究机构的科学家和研究生,以及国内名校浙江大学等师生的积极响应,拟在近期来青岛海洋所湿地项目组参加相关的研究工作。

    滨海湿地生态系统多圈层原位监测工作正式启动

    近日,中国地质调查局岩溶地质研究所承担的“红水河上游岩溶流域1:5万水文地质环境地质调查”项目,在贵州省关岭县落叶新村伍家庄实施的1个探采结合孔成功出水。钻孔深度为175.5米,涌水量达305吨/天,可解决落叶新村1500多人的生活饮水问题,并可为“关岭供港澳蔬菜基地”约200亩蔬菜大棚提供旱季水源保障。

    落叶新村伍家庄、兴发寨一带为峰丛谷地区,雨季村民利用谷地内浅井采集第四系孔隙水解决饮水问题,每逢旱季浅井干涸,村民用水困难,当地政府和村民迫切希望可以在村庄附近找到饮用水源。

    通过对地层、构造及水文地质条件的综合分析,结合地球物理探测结果,岩溶所项目组在伍家庄东南侧确定地下水主径流带位置,布设1个探采结合孔。钻孔的成功出水,不仅解决了附近几个村屯多年来的饮水难题,也为蔬菜基地的持续发展提供了水源保障,助力村民早日脱贫致富;同时,也为评价三叠系中统杨柳井组赋水性提供了基础水文参数。

    红水河水文地质环境地质调查助力脱贫攻坚

    北京城市副中心地热两能施工现场。

    6月27日上午,习近平总书记主持中央政治局常委会会议,专题听取北京城市总体规划编制工作的汇报,并发表重要讲话。恰好在同一天,北京市地勘局编制的《北京市城市地质科技创新发展规划》正式印发。日前,记者走访了位于西四环地质大厦的北京市地勘局,见到了主抓《规划》编制的该局总工程师郑桂森。

    “如果说《北京城市总体规划(2016年-2030年)》最根本的是解决好‘建设一个什么样的首都、怎样建设首都’这个重大问题;那么我们编制的《北京市城市地质科技创新发展规划》则是要解答‘首都建设需要地质工作做哪些事情,北京市地勘局将从哪些方面融入北京治理大城市病、优化城市功能和空间结构布局的行动中’。”郑桂森将一份《北京市城市地质科技创新发展规划》递给记者,开门见山地说。

    加强基础研究,为新城镇规划布局、重大工程建设提供高精度地质数据

    郑桂森告诉记者,《北京城市总体规划(2016年-2030年)》紧扣“全国政治中心、文化中心、国际交往中心、科技创新中心”的首都城市战略定位,为北京建成“国际一流的和谐宜居之都”的发展目标明确了方向和路径。“显然,地质工作也必须紧紧围绕北京城市规划、建设和管理需求重新布局。”

    当前,首都发展有许多全局性、战略性的问题,包括城市副中心建设、北京新机场建设、京津冀协同发展、疏解非首都功能、筹办2022年冬奥会等,都需要地质工作的紧密结合。尤其是城市副中心、新机场、世园会、冬奥会等一系列重大工程建设,要对重点功能区的地质条件适宜性进行综合评价,对影响规划建设的地质灾害要素进行高精度调查,这也使北京的城市地质工作内容和工作方法向多元化、综合性、高精度发展。

    据郑桂森介绍,北京市地勘局服务北京建设有着明显的专业优势和深厚的工作基础。近10余年来相继完成了大量生产、科研项目,为北京城市规划、建设、运行、管理安全提供基础地质数据,有力地支持了规划的落实和城市建设。

    在基础地质研究方面,建立了第四系地质剖面(琉璃河地区),提出了更新统和上新统地层划分标志;总结了通州地区 50 米以浅岩石地层空间分布规律;开展了磁性地层学研究及磁化率天文旋回调谐在断裂活动性分析和地层划分中的应用;开展了北京地区盆山耦合作用与新构造运动的关系研究,初步分析了西山隆升速率及控盆断裂活动速率变化特征;完成了平原区 1:5 万重力调查工作,获得了高精度、高质量的重力成果数据。

    初步建立城市地质工作方法体系,采用高精度、多手段、全要素的区域地质综合评价方法支撑服务重大工程项目,广泛应用于城市副中心、北京新机场、11 个规划新城和 42 个重点小城镇等重大工程建设,地学成果得到了规划、国土资源、建设、环保等部门的高度重视与实际应用。

    “也正是因为看到了这些实用性强且意义重大的研究成果,北京市委市政府越来越理解地质工作在城市建设与发展方面的不可或缺、不可替代。”郑桂森高兴地说。

    “需求是最大的动力。”郑桂森透露,北京市地勘局将继续深化城市地质理论研究,如:深入开展北京平原区新生代地层研究,建立始新世至全新世地层系列标准剖面;积极开展北京平原形成机制、演化规律研究,加强北京盆地结构、形成机制、演化规律、物质组成及盆山耦合关系研究,提高对北京平原的认知程度;加快松散层三维—多维模型建设研究步伐,以三维地质模型构建为基础,开展松散层三维结构分析。同时,统筹推进基础地质科研、科普基地建设;系统研究城市地质学理论、工作内容、技术手段、标准规范、成果应用、成果服务等,形成城市地质学科;研究制定北京地区城市地质工作标准规范,指导北京城市地质工作,加强城市发展与环境变化响应关系研究,开展地质环境容量指标研究等。

    立足城市安全,提高北京市战略性地质资源保障程度

    郑桂森告诉记者,随着近年来北京城市发展步伐的加快,各种“大城市病”逐渐显现,资源型和水质型缺水叠加,地面沉降、地裂缝等次生地质灾害日益严重,雾霾天气频现,这就迫切需要加强地下水资源调查评价与恢复治理工作,深入开展地热、浅层地温能开发研究,提高可再生清洁能源利用比重,增强战略性地质资源的保障程度。

    城市的发展,地质安全是基础的基础。

    郑桂森指着墙上、书架上、办公桌上一摞摞的书籍和一幅幅图纸,向记者简单介绍了北京市地勘局10余年来的努力:

    一是重大隐伏活动断裂调查评价。北京市地勘局利用三维地震勘探等技术,对夏垫断裂、黄庄—高丽营断裂、顺义断裂和南口—孙河断裂的上断点位置及活动性进行了精准定位及危险性评价,深化了对北京平原区断裂构造格架的认识。

    二是开展地面沉降防控技术研发,编制《北京市地面沉降控制区划(2016-2020)》,为北京市未来五年地面沉降防控工作提供了行动指南。

    三是在顺义、昌平等地裂缝高发区开展了一系列地裂缝成因机理研究工作,针对顺义高丽营地裂缝建立监测示范基地,研究表明北京地区典型地裂缝以构造断裂控制、过量抽取地下水诱导为主。对高丽营地裂缝沿线穿过的国家级重要规划园区“未来科技城”进行了专项调查研究,制定合理避让范围,得到了规划、建设部门的高度重视并采纳。

    四是开展北京市山区突发地质灾害研究工作,完成了突发地质灾害易发及危险性区划、应急避险路线场地调查等工作。开展泥石流专项防治化学—生态新技术及工程应用研究,发明了新型固化剂,研究出的新型植物生长基质,在示范试验区泥石流治理工程中得到应用并取得了良好的效果。

    “下一步,北京市战略性地质资源研究将是我们用科技创新着力推动的一项重点工作。”据郑桂森介绍,主要包括这样几方面:

    保障地下水安全。加强地下水超采区调控研究,积极推进地下水资源分层评价工作,统筹地面沉降、水土环境等问题开展多水联合调度—联合供水方案研究,制定城市供水优选方案,提高地下水供给安全保障和生态环境保护能力。

    加强地热资源应用。深入开展地热资源形成机理研究,加强对中、深部热流温度、水化学等流体参数的系统分析,制定地热资源开发潜力区划方案。同时,积极推进地热田高效开发与可持续利用研究,加强开发程度较高地热田的数值模拟研发,系统规划地热开采井及回灌井的产业布局,提升地热资源开发利用程度;制定地热资源可持续开发利用规划方案,提高地热资源供暖梯级利用效率,建设地热能综合利用示范基地。

    推广浅层地温能。持续开展浅层地温能成因机理研究,研究多种因素影响下浅层地温能成因机理,开展水热耦合数值模拟与系统运行控制的联合模拟研究,推动浅层地温能可持续、高效利用模式创新;组织浅层地温能开发利用方案模拟系统研发,加强浅层地温能高效采集、转化方法技术研究,提升能源使用效率。

    关注地下空间开发。开展土地资源质量评价地质指标体系研究,积极推进地下空间资源安全利用预警指标、阈值及探测关键技术研究,建立地下空间适宜性评价体系,充分利用三维数值仿真技术开展地质因素对地下空间影响研究,开展地下空间开发利用防灾减灾关键技术及风险管理研究。

    改善人居环境,实现首都地质资源环境承载力预警预报

    什么是“和谐宜居”?生态环境是重中之重。

    近年来,国家对城市生态环境保护力度不断增加,相继出台了“水十条”“土十条”等政策。“在规划建设前,要求对水土环境质量进行精准评估,并对已污染地区进行修复治理,减少征地拆迁,在保障健康、安全的基础上使土地资源效益最大化,这就需要提高水土高精度调查、修复等方面的技术创新能力,确保首都生态地质环境更美好。”郑桂森说。

    此前,北京市地勘局已在地下水同位素关键技术攻关、土壤元素背景值研究等方面取得了一系列成果,特别是在全国率先完成了北京丘陵区1:10万、平原区1:5万、重点地区1:1万专项土壤化学调查,确定了不同工作比例尺的土壤化学背景值等地球化学参数,为土地利用规划提供技术支撑。

    “我们还首次开展了地下空间资源地质安全问题研究和地下空间资源调查评价及关键技术研究,创新性地将重力方法应用于城市地下空间探测与监测,提出了利用遥感解译、勘察方法、物探手段和实地验证的城市地下空间开发利用技术方法。”

    郑桂森告诉记者,下一步北京市地勘局还将按照《北京市城市地质科技创新发展规划》的要求,开展地质环境指标及容量研究:深入开展对隐伏线性构造、地面沉降、地裂缝、泥石流等地质灾害成因机理、发展趋势等关键技术研究,提高地质灾害实时监测的精度;加强水文地质参数试验研究,针对北京地区孔隙水、岩溶裂隙水和基岩裂隙水等不同含水层水文地质参数开展试验研究工作,切实提高地下水资源评价精度;积极推进岩溶水成因机理研究,积极探索岩溶水动态监测体系;开展水土污染机理研究,充分利用多期监测成果,选择典型场地进行污染治理试点工作,深化污染演化规律认知,开展关键修复技术研究。

    “最终,我们的各项研究成果均将体现在对‘首都地质资源环境承载力监测预警系统’的建设和完善中。”

    据郑桂森介绍,根据国家建立资源环境承载力监测预警机制的要求,北京市地勘局已率先建设了首都地质资源环境承载力监测预警平台。该监测预警平台以保证城市运行地质安全为核心,以地质演化理论为依据,以高新技术方法手段为依托,建设平面分区、纵向分层的立体监测网,对浅层地表至深层基岩的各项地质因素进行实时监测,分析推演地质演化过程,预测预防风险,为决策部门提供可靠数据,为公众提供地学信息。

    “监测预警系统与信息化建设将是个长期的过程。到2020年,基本建成首都地质资源环境承载力监测预警平台,初步建立地质资源环境评价指标体系;到2030年,全面提升监测自动化水平,完善地质因素预警阀值指标体系,查清主要地质因素演化机理,基本实现平台预警预报功能;第三步,到2050年,实现首都地质资源环境承载力预警预报,为城市防灾减灾、安全运行提供全面可靠地学支持。”郑桂森说。

    提升科技创新能力,让城市运行更加安全、绿色和智慧

    “十三五”时期是北京市率先实现全面建成小康社会奋斗目标的关键时期,是建设“国际一流的和谐宜居之都”的重要时期,随着京津冀协同发展战略实施,城市副中心等重大工程建设开展,对地质工作提出了更高的要求,为科技创新指明了方向。

    “科技创新中心是北京市‘四个中心’定位之一。北京市将统筹建设中关村科学城、怀柔科学城和未来科技城,优化中央科技资源布局,打造具有世界影响力的原创科技中心,这就迫切需要我们加快地质科技创新步伐,提高地质行业自主研发水平,融入国家科技创新行列。”郑桂森说。

    《北京市城市地质科技创新发展规划》的关键词是“科技创新”,其目标就是:以现代地质学基本原理为依托,以城市建设发展需求为导向,以保障城市地质安全为目标,创新发展城市地质理论、方法和工作体系,全面提高北京市地勘局科技创新能力,为北京创建世界一流科技创新中心贡献力量。

    据郑桂森介绍,北京市地勘局将深入研究城市发展地质资源环境承载力,为城市可持续发展提供理论支撑;深入研究城市地质数据采集方法,引领城市地质工作向定量化、精准化、即时化、综合性发展;深入研究地质成果表达方式,实现信息化、知识化、智能化,促进成果转化并惠及社会各层面,建成首都城市地质资源环境承载力监测预警平台;加强科研团队建设,充分利用各种资源,多渠道、多方式培养一批优秀人才;切实提高局履职能力,提高城市运行安全保障程度。

    那么,北京市地勘局将在科技创新方面实现哪些目标?

    郑桂森告诉记者,该局将在2020年前完成下列工作:一是基本建成首都地质资源环境承载力监测预警平台,涵盖“八个监测预警系统”和地质安全保障信息服务平台,实现多源地质数据的综合分析处理,初步建立地质资源环境评价指标体系;二是建成北京城市副中心地质资源环境承载力监测预警平台,率先实现对重点工程建设区地质数据的分析、预警功能;三是统筹推进浅层地温能国家级重点实验室建设,加强地热、浅层地温能等可再生清洁能源形成机理、高效开发利用等实验研究;四是建设完善水土化验室、北京市生态地质环境修复测试中心,加强水土污染实验研究、风险评价及修复治理实验研究;五是厘定城市地质学概念与内涵,探讨城市地质工作分类,初步建立城市地质工作方法体系,包括调查、监测、评价、模型构建、趋势预测等,形成一部分城市地质工作技术规范标准;六是开展土壤污染修复关键技术研究,依托城市副中心“616工程”项目,开展土壤修复关键技术试验研究;七是创建“互联网+地质”智能地质新格局,加快“e地质”建设步伐,优化提升科普地质品质,提高城市地质工作服务广大市民水平。

    “随着城市经济发展,信息化水平不断提高,城市地质工作服务领域更加广阔。无论是建立京津冀地质资源承载力监测预警平台,实现地质数据共享,使城市管理向实时化、信息化、科学化转型,还是借助数字化、网络新媒体,扩大地质成果普及,推进智慧城市建设,我们的地质工作都将做得更多、用得更好。”郑桂森表示。

    城市地质,服务宜居新北京

    2017614日至16日,地调局水环中心豫北山前冲洪积扇含水层项目组一行2人受中国环境科学研究院邀请,对宿州市桥区奎河一带癌症高发村地下水环境进行了野外踏勘和室内交流对接。 

    宿州市位于淮河流域中部安徽境内,处于安徽、河南、山东、江苏四省交汇区域,境内地表水系发达,地表水流向以西北至东南为主,第四系孔隙水埋深较浅,流向大致与地表水流向一致。现阶段,农业用水主要开采60m以浅的孔隙水,生活用水以开采100m以下的基岩裂隙水为主。野外踏勘主要了解了桥区杨庄乡和符离镇的地下水开发利用现状、地表水系分布情况和基本水质状况,访问了重点村庄的患病情况和水源情况。 

    项目组与桥区国土局、环保局、水利局以及杨庄乡和符离镇政府进行了需求对接。对接会上,水环中心、中国环境科学研究院及中持水务公司分别对项目实施及预期成果提出设想。地方政府针对区内现状,提出了“摸清现状、改善用水、治理地表水”的需求,并明确表态,将积极配合未来项目开展。 

    通过本次对接,项目组明确了当地政府部门对地下水水质及地表水生态系统改善及监测的需求,为做好2019-2021年项目立项工作奠定了基础。 

    对接地方需求 为地调立项做准备