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    响应中国地质调查局号召,以问题为导向,从需求出发,为切实做好“岩溶地区水文地质环境地质综合调查工程”,中国地质科学院岩溶地质研究所于2016年1月20日至23日在广西桂林成功召开了“岩溶地区水文地质环境地质综合调查工程”业务研讨与技术培训会。中国科学院袁道先院士、“地质灾害防治与地质环境保护支撑计划”协调人及中国地质调查局水环部文冬光主任、地科院岩溶所刘同良所长,中国地质调查局总工室、水环部、中南项目办、西南项目办以及承担和参加工程及其项目24个单位的100多名代表出席了此次会议。

    会议上,文冬光主任介绍了国家和地调工作的新形势和2016年水工环地调工作重点。工程首席科学家蒋忠诚研究员总结了“岩溶地区水文地质环境地质综合调查工程”2015年的进展、成果和经验,提出了工程2016年的目标任务和工作部署。工程2015年下属的5个项目分别汇报了所取得的进展和成果;工程2016-2018年下属的8个二级项目分别汇报了初步实施方案。与会领导和专家在充分肯定本工程取得了突出进展,为国家和岩溶地区发展做出了重大贡献的基础上,对于下一步地质调查工作如何服务国家重大需求,结合国家和地方生态文明建设、城镇化建设、饮水安全、精准扶贫等方面,进行了点评,提出了建议。

    培训会上还邀请袁道先院士和杨会峰研究员分别作了 “岩溶形态的观察与研究”的岩溶基础知识培训和“1:5万水文地质调查”的系统培训,获得了较好的培训效果。

    此次业务研讨与技术培训会的顺利召开,对于贯彻落实2016年全国地调工作会议精神,加强岩溶地区水文地质环境地质调查研究具有重要意义,为“岩溶地区水文地质环境地质综合调查工程”进一步组织实施指明了方向。

    岩溶地区水文地质环境地质综合调查工程业务研讨与技...

    4月22日是第55个世界地球日。为引导全社会形成“尊重自然、顺应自然、保护自然”的生态文明理念,积极践行绿色低碳的生活方式,中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心(以下简称“昆明中心”)积极发挥“中国地质学会地学科普研学基地”“自然资源科普馆”宣传阵地作用,以“请进来、走出去”的形式,组织开展2024年“珍爱地球,人与自然和谐共生”世界地球日主题系列活动。

    活动一:师生进展馆  专家讲科普

    4月17日,昆明市第一中学附属小学的100余名师生,怀着对地球母亲的好奇和敬畏,走进昆明中心科普馆参观研学。讲解员现场生动讲解了馆藏岩矿石、古生物化石、生物多样性等知识,引导孩子们思考地球的演化、矿石带的形成过程以及生物多样性对环境保护的重要意义,让他们对这颗蓝色星球产生了更加深厚的感情。接着,来自昆明中心环境地质调查室、分析测试室及矿产资源调查室的3位科普授课老师,通过一系列科普专题讲座,让孩子们了解了碳排放、金矿勘探和地质灾害的形成及应急逃生等方面的知识,并通过现场互动形式讲述了地球日的起源,号召孩子们从自身做起,将珍爱地球的意识内化于心、外化于行,用实际行动为保护地球生态环境而努力。

    活动二:党建“红”引领科普“蓝”

    4月19日,昆明中心组织干部职工开展世界地球日主题党日活动,组织大家分批次到展览馆、科普馆参观学习,并围绕“‘珍爱地球 人与自然和谐共生’我们个人能做些什么?”开展讨论交流。今年以来,昆明中心党支部坚持以党建引领科普服务,夯实“党建+科普”服务阵地,利用展览馆、科普馆开展特色主题党日活动,丰富干部职工文化生活,促进党建工作与科普工作融合发展。

    活动三:科普进社区 掀起“自然热”

    4月22日,昆明中心与永顺里社区联合举办地球日“科普进社区”的活动,吸引辖区众多居民积极参与。活动丰富多彩。昆明中心科普工作者通过移动科普资源展览、展板、宣传册、现场讲解等方式,用生动形象、通俗易懂的语言介绍了地球的46亿年,还以《云南河湖--血脉流淌,生生不息》为题,为居民们普及云南水文形态的地域文化,在他们心中播下了保护环境的种子。

    昆明中心积极与学校社区联动,整合社会资源,以国家级研学基地科普馆为依托开展世界地球日系列宣传活动,面向不同年龄层次不同职业人群开展沉浸式、互动式、场景式科普活动,用好科普资源,做好科普加法。此次活动累计受众人次近2千,现场发放各类科普资料500余份(册)。接下来,昆明中心将紧扣“自然资源”主线,走进更多社区、学校、单位,组织主题鲜明、内容丰富、形式多元的特色科普活动,唤起社会大众,尤其是广大青少年珍惜自然资源、保护地球环境、守护生态文明的意识,让更多的人加入探索地球奇迹、守护蓝星家园的行动中来,全力助推新时代地质科普工作高质量发展。

    探索地球奇迹 守护蓝星家园——昆明中心组织开展第5...

    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
    土壤是人类的衣食之源和生存之本,是最基本的生产要素。土壤的健康质量直接影响动植物和人类健康。为了更好地保护我们的生存之本,今天我们就来认识了解土壤环境问题中较突出的重金属污染。

    土壤重金属污染指的是什么 

    重金属通常是指密度大于5克/立方厘米的所有金属元素,包括汞、镉、砷、铅、铬、镍、铜、锌、钒、锰、锑等,其中前5种元素因其毒性大被称为“五毒元素”。

    顾名思义,土壤重金属污染就是重金属或其化合物通过各种途径进入土壤造成的污染。土壤遭受重金属污染的典型事例最早可追溯到19世纪发生在日本足尾铜矿山的公害事件,由于铜矿山废水排入农田,使土壤中铜含量高达200毫克/千克,不仅造成水稻严重减产,而且使矿山周围农田变为不毛之地。进入20世纪五六十年代,相继发生了举世瞩目的“八大公害事件”,其中发生在日本的“痛痛病”和“水俣病”公害事件就是土壤受到重金属镉和汞污染的两个典型。

    土壤重金属污染的危害 

    重金属可以污染水体、大气、土壤、作物等,但重金属不会像有机污染物那样被降解,因此通过食物链被生物体吸收后,会在体内积累,对人类健康造成巨大的威胁。有毒有害的重金属元素,例如砷、镉、铬、汞和铅,会对人体造成严重的危害,可能导致高血压、语言障碍、疲劳、睡眠障碍、提高攻击性倾向、注意力不集中、易怒、过敏反应、自身免疫疾病、血管闭塞以及记忆力下降等疾病和症状。重金属元素还会对人体细胞酶产生毒害作用。

    土壤重金属污染来源 

    土壤中重金属的来源可分为地质过程内源和人为活动外源两部分。地质过程内源又可分为继承型和次生富集型两类。继承型是指母岩中镉、汞、铅等有害重金属含量本底高,在后期的风化成土过程中,这些有害重金属继续保留在土壤中。资料显示,我国土壤大面积的重金属高异常主要是由成土母岩引起的,这些成土母岩多是富含铜、铅、锌、砷、镉等有害元素的硫化物矿床、黑色岩系、煤系地层等地质体,以及含锰、铬、镍的基性岩等。

    次生富集型是指成土母质中重金属元素含量并不高,但是在母岩风化成土过程中,化学性质活跃的元素,如钾、钠、钙、镁等易进入水体流失。而化学性质不活跃的元素,如汞、铅、砷等有害元素在原地的风化残留物中反而富集了。

    人为活动外源主要是指大量重金属通过人为活动进入到土壤环境中,其中主要是现代化工业,例如电镀、电池、化肥、矿业、造纸、杀虫剂、制革、塑料制品、冶金、采矿、化石燃料等制造、使用、活动过程中产生的含重金属的废水、废渣和废气。

    土壤中重金属的活性 

    土壤中重金属的含量和存在形态,很大程度上决定了其对环境、人体的风险高低。目前,土壤重金属的形态分级可分为离子态(水溶态)、可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态。不同形态的重金属,其毒性、迁移性和生物有效性均有不同差异。

    一般来说,离子态的重金属移动性强,易被植物吸收,多存在于土壤溶液中或土壤黏粒表面,有着较高的生物有效性;而某些重金属离子会与土壤中的盐类(如磷酸盐、碳酸盐、硫化物、铁锰氧化物等)、有机质形成沉淀物、复合物或螯合物,移动性有所降低,生物有效性也随之下降;最为稳定的则是残渣态,一般存在于硅酸盐、原生和次生矿物等晶格中。

    影响土壤重金属形态分布的因素有很多,归纳起来可分为两大类:一类是土壤内因,即土壤理化性质,如pH值、土壤有机质、土壤质地、胶体含量、离子含量、Eh值、营养元素等;另一类是人类活动,如输入到城市土壤中的重金属的数量、种类的影响。

    土壤重金属污染修复的方法 

    根据修复方式以及处理后土壤位置是否改变,土壤重金属污染治理方法分为原位治理和异位治理。异位治理环境风险低,见效快,成本高,环境扰动大,如客土法、换土法、土壤淋洗法等。原位治理中主要包括物理修复、化学修复、生物修复以及农业生态修复。

    物理修复主要包括电动修复、电热修复等。电动修复主要通过电流的作用,土壤中重金属离子和无机离子以电渗透和电迁移方式向电极运输,然后进行集中收集处理。

    化学修复就是向土壤中投入改良剂,通过对重金属的吸附、氧化还原等作用,降低重金属的生物有效性,常用的土壤改良剂有石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、有机质等。

    生物修复利用生物削减、净化土壤中重金属或降低重金属毒性。1983年美国科学家Chaney提出了利用超富集植物清除土壤中重金属污染的思想,即利用植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力,将植物收获并进行妥善处理后可将该重金属移出土壤,达到污染治理与生态修复的目的。

    农业生态修复主要包括两个方面:一是农艺修复措施,包括改变耕作制度,调整作物品种,种植不进入食物链的植物,选择能降低土壤重金属污染的化肥,或增施能够固定重金属的有机肥等措施,来降低土壤重金属污染;二是生态修复,通过调节诸如土壤水分、土壤养分、土壤pH值和土壤氧化还原状况及气温、湿度等生态因子,实现对污染物所处环境介质的调控。

    钨尾矿资源,待挖掘的宝藏 

    □郝小非

    钨矿是重要的矿产资源,已发现钨矿物和含钨矿物20余种,最具有开采价值的是白钨矿和黑钨矿,主要分布于江西和湖南。钨矿品位一般在0.1%~0.5%,对钨矿选别后,91%以上的固体废弃物被作为尾矿丢弃。我国每年约有1000多万吨钨尾矿被排放到尾矿库中,未被有效开发利用,不仅占用大量土地,还存在安全隐患。但尾矿不是没有任何利用价值的废物,在技术经济条件达到的情况下也是待挖掘的宝藏。

    随着人们对尾矿资源综合利用认识的提高,人们也越来越注意到尾矿也是一种资源,可以被开发利用。钨尾矿中一般含铜、钼、铋等重要金属矿物及石英、萤石、绿柱石和石榴子石等非金属矿物,随着选矿技术的提高,我们不但可以再次回收利用钨,也可以回收铜、钼、铋、铷、锂和钾等有价元素,还可以回收萤石、石英、石榴子石等非金属矿物。另外,我们还可以利用钨尾矿制备地聚物、微晶玻璃、陶瓷原料、免烧砖、透水砖等环保建筑材料。

    总之,只要我们结合钨尾矿资源特点,因地制宜地寻求钨尾矿资源化利用途径,一定可使钨尾矿变废为宝,实现经济效益、生态效益、社会效益的有效统一。

    “锆”诉 

    □雷晴宇

    对普通大众来说,单纯提到化学元素锆,可能相对比较陌生,但它却与我们的生活密切相关。比如,我们最常用到的卫生洁具、瓷砖等陶瓷产品,就是因为其中含有一定量的锆才让它的外表变得那么艳丽和富于光泽,也让它具有了极强的抗腐蚀和耐磨等性能。

    在工业实践中,由于提炼和加工困难、产量不多,锆被列为稀有金属。

    锆的应用领域非常广泛。其中,63%以上的锆以硅酸锆、氧化锆的形式应用于陶瓷、耐火材料领域,约有13%用在锆化学品领域,仅有3%~4%的锆矿石被加工成金属锆。因其具有惊人的抗腐蚀性能、极高的熔点、超高的硬度和强度等特性,锆还被广泛应用在航空航天等领域。

    锆的元素符号为Zr,锆元素在地壳中的含量仅约为0.025%。

    地壳中大部分锆呈分散状态存在于许多矿物中,已知含锆的独立矿物有38种,锆英石(ZrSiO4)和斜锆石(ZrO2)是主要的具有工业价值的含锆矿物。锆英石主要赋存于海滨砂矿中,是世界冶炼金属锆的主要来源。斜锆石主要产于碱性火成岩中,与霞石、霓石、磷灰石、萤石、钙钛矿、锆石、烧绿石等共生。

    含锆的天然硅酸盐ZrSiO4被称为锆石或风信子石,广泛分布于自然界中,具有从橙到红的各种美丽的颜色,自古以来被认为是宝石,印度洋中的岛国斯里兰卡盛产锆石。

    1789年,德国人M.H.Klaproth对锆石进行研究时发现,将它与氢氧化钠共熔,用盐酸溶解冷却物,在溶液中添加碳酸钾,沉淀、过滤并清洗沉淀物,再将沉淀物与硫酸共煮,然后滤去硅的氧化物,在滤液中检查钙、镁、铝的氧化物均未发现,在溶液中添加碳酸钾后出现沉淀,这个沉淀物不像氧化铝那样溶于碱液,也不像镁的氧化物那样和酸作用,Klaproth认为这个沉淀物和以前所知的氧化物都不一样,是由Zirkonerde(锆土,德文)构成的。不久,法国化学家de Morueau和Vauquelin两人都证实M.H.Klaproth的分析是正确的,该元素拉丁名为Zirconium,符号认为Zr,中国译成锆。

    1808年,英国的H.Davy利用电流分解锆的化合物,没有成功;1824年,瑞典的J.J.Berzelius用钾还原K2ZrF6时制得金属锆,但不够纯。直到1914年,荷兰一家金属白热电灯制造厂的两位研究人员Lely和Hambruger用无水四氯化锆和过量金属钠同盛入一空球中,利用电流加热500℃,取得了纯金属锆。

    锆矿资源是稀有金属矿产资源之一。世界各大洲均发现有锆资源,主要分布在大洋洲和非洲,美洲、亚洲、欧洲也有发现。锆矿床按其成因可分为脉型岩矿和砂矿两种类型,但由于岩矿结构形态复杂,分离共生矿物成本高及开采难度较大等原因,导致目前全球工业开采多以砂矿型为主 。砂矿主要包括滨海砂矿、冲积砂矿以及残积砂矿,其中滨海砂矿最具工业开采价值,规模和产量远大于冲积砂矿及残积砂矿。

    据美国地质调查局数据显示,2012年~2018年,全球锆资源储量维持在7500万吨左右,澳大利亚、南非、肯尼亚及莫桑比克4个国家锆矿储量合计6140 万吨,占全球的84.11%,矿床类型多以滨海砂矿为主; 印度、马达加斯加、巴西、中国、美国、乌克兰、印度尼西亚及俄罗斯等国家锆矿储量1160万吨,占全球的15.89%。

    我国的锆储量和美国基本一致,约有50万吨,仅占全球储量的0.68%。相较于其他国家,我国锆资源非常缺乏,所以,我国的锆资源主要靠进口获得。随着需求量不断增大,近年来进口以每年6%的速度增长,国内每年锆进口需求量达到90%以上。

    锆英砂主要用于生产化学锆、电熔锆、硅酸锆、金属锆等。2019年,我国锆英砂市场需求量为62.02万吨,而我国自有资源产量不足1万吨,近3年的进口量均超过100万吨。

    中国和欧洲是锆的主要消费市场,中国对锆的需求在全球占比高达52%。

    锆矿按照主要用途分为金属锆和工业锆两类。金属核级锆处于锆产业链最顶端,工业锆主要用在化工耐酸碱设备、电子行业等领域。中国是世界陶瓷工业生产和出口大国,硅酸锆则是陶瓷行业的直接和主要原料,陶瓷制品离不开装饰,好的装饰使制品身价百倍,装饰材料是装饰的物质基础,陶瓷色料是最重要的陶瓷装饰材料。由此可见,陶瓷色料在陶瓷装饰中的地位,也可知氧化锆在陶瓷装饰中的地位。同时,随着中国陶瓷产业的迅速发展,锆需求也随之猛增。

    矿山废水变废为宝的秘诀 

    □胡四春

    在矿山开采、矿物富集分离过程中,会产生大量的矿山废水,其中包括矿坑水、露采厂废水、选厂废水、尾矿库和废石场的淋滤水,这些废水不仅被白白浪费掉,而且还污染了地表水和地下水,危害环境。

    根据产生的途径不同,矿山废水性质相差很大。例如,矿坑废水pH值要么是强酸性,要么是碱性;选厂废水可能含有大量的重金属离子和有机药剂,这些都给废水处理及回用造成了巨大的麻烦。因此,根据废水产生的途径和废水处理后的性质进行分类处理和分质利用就成了把矿山废水变废为宝的关键。

    矿山采选废水常见处理方法 

    一般来说,矿山采选废水常见处理方法主要包括七方面:

    自然净化法。自然净化法作为最廉价、最简单的废水治理方法,被我国的选矿厂普遍采用。自然净化法常以尾矿库为构筑物,废水通过管道运输至尾矿库,在库内发生沉淀、水解、氧化、挥发、光照降解甚至生物分解等作用,使悬浮颗粒和残余药剂浓度降低,甚至基本去除。

    自然净化的效果与曝晒时间、光照强度、水体温度、初始pH值、溶解氧等因素有关。通常曝晒时间越长、光照强度越强、温度越高,自然净化效果越好。

    特点:自然净化法具有成本低、管理方便、无二次污染等特点,但存在净化不彻底、耗时长、气候等自然因素干扰大等问题,特别在高寒地区,往往会因为净化效率低下而影响废水的回用。因此,自然净化法通常可作为选矿废水的预处理方法,或用于成分相对简单的重、磁选废水的处理。

    酸碱中和法。酸碱中和法是一种传统的废水治理方法,因简单实用而被广泛采用。这其中既包括酸性废水中的H+(或碱性废水的OH-)与中和剂中的OH-(或H+)发生反应,生成中性水分子,同时矿浆的合适碱度也有利于重金属离子与氢氧根离子反应生成难溶的氢氧化物沉淀,从而消除重金属污染。

    生产实践中,常用的中和剂有石灰、消石灰、硫酸、碱性废水废渣(电石渣等)、酸性废水废气等。在选择中和剂时,应优先考虑厂区周边的废料,以达到“以废治废”的目的。理论上各重金属在一定pH范围内均能沉淀,因此控制好pH值是中和法的关键。

    特点:酸碱中和法具有管理方便、费用较低、操作简便、处理量大、适应性强和运行稳定等优点,但也存在一些问题,如在用石灰中和时,设备及管壁结垢严重、污泥增量较大、易产生二次污染等。

    混凝沉淀法。混凝沉淀法是目前治理选矿废水较成熟的一种方法,常与活性炭吸附或氧化法组成混凝沉淀——活性炭吸附法和混凝沉淀——氧化法。

    混凝沉淀法使用的药剂主要包括凝聚剂和絮凝剂两大类。凝聚剂主要有氯化铁、硫酸铁、硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)、聚合硫酸铁(PFS)等,使用最普遍的絮凝剂是聚丙烯酰胺(PAM)。混凝剂的选择至关重要,它直接关系到净化效果的好坏。

    特点:混凝沉淀法可以有效去除废水中的悬浮颗粒和一些重金属离子,是一种成熟、稳定、高效的废水治理方法,但也存在对有机化学药剂净化不彻底,因药剂用量过大易产生二次污染等问题。

    化学氧化法。化学氧化法是深度治理废水中残留浮选药剂的有效方法,特别是近年发展起来的高级氧化技术(AOP)能彻底去除废水中持久性难降解有机污染物。

    化学氧化法的实质是,氧化剂通过夺取废水中有机污染物中的H原子等途径,将有机污染物氧化成无毒或低毒的小分子物质,或转化为容易从水中分离的物质,从而降低废水的COD、BOD。常见的氧化剂有臭氧、Fenton试剂、双氧水、次氯酸钠等。

    特点:化学氧化法治理废水具有操作稳定、反应彻底、处理效率高并能提高废水的可生化性等特点,特别对于处理高COD的有机废水具有显著优势,但也存在运行费用较高等问题。

    人工湿地法。人工湿地是仿照自然湿地人工修建并参与监督控制的具有流动或静止水体的浅水水域,是以基质-植物-微生物为核心的综合生态系统,可通过基质截留、过滤、吸附,植物吸收、拦截,微生物摄食、分解等途径去除废水中的污染物,充分发挥了物理、化学和生物的协同作用。

    特点:人工湿地法为治理废水提供了一条绿色化、生态化的技术路线,但也存在基质易堵塞、占地面积大、受气候等因素干扰大等局限性。

    微生物处理法。微生物处理法对于矿山酸性废水具有显著的优势。其净化原理是利用微生物的新陈代谢作用降解水体中的污染物,从而达到净化废水的目的。

    特点:微生物法治理废水拥有巨大的发展潜力,具有环境友好、选择性好、二次污染少等特点,甚至还可以回收某些重金属原料,但如何筛选出适应性强的菌种是个难题。

    矿山废水的分步处理和分质利用 

    一般来说,铅锌矿矿山废水的分步处理和分质利用分4步来进行:

    一是将铅精矿和锌精矿的浓密溢流水直接回用到各自的选别流程。

    二是向尾矿水加入一定量的钾明矾和阴离子PAM进行混凝反应和絮凝沉降,将尾矿废水中影响选矿指标的铜、铅、锌、镉、铬等重金属离子去除掉。然后,再加入一定量的椰壳型粉末活性炭,并通过纤维球过滤塔来去除掉影响选矿指标的部分有机残留药剂,适度处理后的废水大部分回用到选矿流程。

    三是采场废水一部分用于厂区绿化用水和尾矿干堆库区降尘喷淋用水。

    四是加入一定量的纯碱来降低水的硬度,通过砂滤和膜滤工艺来降低水的浊度等,然后将深度处理后的水分别用于陶瓷过滤机的槽洗水、酸洗水及浮选药剂的配制溶解用水。

    根据其性质及成分存在差异,选用合适的废水处理技术及回用方法,可提高选矿废水循环利用率,实现废水的清洁排放,真正做到变废为宝。

    生态画卷 资源综合利用有新突破

    莲花卡利尔足迹线条图 a-成年前足迹 b-成年后足迹 c-亚成年后足迹

    老瀛山丹霞地貌

    在四川盆地綦江的土地之下,埋藏着一个惊人的秘密,关于1亿多年前森林和恐龙的秘密。

    2003年,工作人员在老灜山莲花堡寨考察地质灾害时,意外在一个岩腔中发现许多神秘足迹。后经国内外专家研究,结果表明这处我国西南地区白垩纪中期最大规模的恐龙足迹群,在沉醒了亿年之后重见天日。

    亿万年的酷跑,绝壁上的龙迹

    老瀛山,海拔1310米,綦江的名山和最高峰,得名于“老氏修炼遗址,状类蓬瀛”民间传说。如今山上的白云观,仍香火缭绕。这些恐龙足迹,发现于老瀛山一处绝壁之上的岩腔中。绝壁上不沾天,下不着地,岩腔高不过2米,深不过数米。恐龙是如何将足迹留在这盈尺之地的呢?

    这得从一种赤红色的地貌说起。发现恐龙足迹的老瀛山,是典型的丹霞地貌。这里的丹霞以岩墙绝壁、穿洞孤石为典型,尤其是赤红色的岩墙绝壁往往连绵数公里,蔚为壮观。发现足迹的地方,名为莲花保寨,位于一处丹崖绝壁中央的岩腔。莲花保寨得名其实与恐龙足迹大有关系。由于这里地势险要,易守难攻,岩腔内空间开阔还极具隐蔽性。每遇战祸匪乱,当地百姓皆来些躲避。偶然间,他们发现岩腔地面有许多像莲花一样的凹坑,不知为何物,便将这里命名为莲花保寨。如今,这里还保存着寨门、寨室、石刻等古寨遗迹,以及大量石磨、石器等古人生活遗迹。亿年前的恐龙足迹和人类长期生活在一起,这也算是一种奇观。

    莲花保寨恐龙足迹群,在面积不到80平方米的地面上,共有9个化石层位,已发现古脊椎动物足迹656个。足迹产出层位之多,数量之大、分布之密集、类型之齐全、保存之完美、生物多样性之丰富,在国内外均十分罕见。在足迹的保存方式上,已经发现了5种恐龙足迹化石类型,包括凹形足迹、凸形足迹、幻迹动态足迹、3D铸模足迹。不同保存方式的足迹保存于同一个化石点,无论在中国还是世界上都不多见。

    更神奇的是,在一枚长60公分、宽40公分的化石标本上,居然发了9个不同种类、不同运动方向,且相互交叉重叠的恐龙足迹。这些恐龙凑在一起做什么呢?

    这些远古的脚印来自于谁?据研究,它们分别是甲龙类、蜥脚类、兽脚类、鸟脚类等4种恐龙的“杰作”。除恐龙而外,还有翼龙类和古鸟类等非恐龙生物所留下的足迹。它们都来自于恐龙时代。值得一提的是,这一区域还发现了大量古鸟类足迹,这些足迹方向一致,体现了群体生活的特征。更难得的是,这批足迹与翼龙类足迹保存在一个层面上。具有竞争关系的两类飞行动物同时出现在这里,这为我们提供了诸多古生态学珍贵信息。依稀间,我们仍能想像1亿多前年,这里河湖纵横、鸟飞鱼跃、龙逐兽走,曾经是那么美丽和诗意。

    留下这些脚印的恐龙呢?它们来自何方?又都到哪里去了?在綦江有没有像自贡那样的“恐龙公墓”呢?实际上,早在上世纪90年代,便不断有人挖出零星的恐龙骨骼化石。2010年,綦江开始对发现骨骼化石的区域进行系统挖掘。经过多年的挖掘、修复、装架,一只被命名为綦江龙的新种长颈龙,终于屹立在专门为它修建的展览厅。但是,綦江龙并不是莲花保寨足迹的制造者。因为,綦江龙生活在侏罗纪,而在莲花保寨留下足迹的恐龙生活在白垩纪。它们至少差了几千万年。

    恐龙足迹化石,是恐龙行走于未完全固结的沉积物表面时留下来的脚印,后经成岩作用而保存下来形成的化石。因为它们是原地形成的,因而最能反映原始的沉积环境具有良好的指示湖岸和近岸古环境的作用。作为古生物学的研究对象,恐龙足迹化石也是研究恐龙生理和生活习性的重要材料。因而,恐龙足迹化石是大自然用天然的录像机为动物活动录下来的“特写镜头”,是自然历史的脚印。

    形成和发现恐龙足迹化石是低概率事件,它至少满足3个条件:首先,恐龙将要经过的地面泥沙软硬适度,便于恐龙在行走之后留下足迹,并保存一段时。太硬,龙足留不下脚印;太软,脚印无法保存。其次,恐龙有幸刚好从这样的地方路过,并把脚印留在软硬适度的地面上。其三,脚印被破坏之前,迅速覆埋,形成化石。当然,更重要的是,这些埋藏在岩石的脚印还需要现代人发现的慧眼和运气。

    如此众多的恐龙足迹,为何出现在这悬崖绝壁之上?恐龙是如何“爬上”绝壁,行走在逼仄的岩腔里的呢?实际上,恐龙生活的中生代,河湖纵横,土地平阔。莲花保寨所在地方,正好为湖滨带。恐龙留下的足迹,在岁月中凝固成化石,随后老瀛山在地壳运动中被抬升到高处,两种不同硬度的岩石之间因为差异风化,在绝壁上形成岩腔。岩腔中,原来覆盖在足迹上面的岩石逐渐崩解脱离并被带走,埋在岩石中的足迹化石,终于有机会重见天日。不是恐龙在酷跑,酷跑的是大自然的鬼斧神工。

    四川盆地以侏罗纪的恐龙化石闻名世界。但侏罗纪之后的白垩纪,那漫长数千万年的岁月里,恐龙等古生物在此地到底如何繁衍生息,一直是个谜团。綦江莲花保寨恐龙足迹群的发现,成为揭开这个谜团的一把金钥匙。

    侏罗纪的原始森林,翠屏山的木化石

    恐龙是2.3亿年前到约6500万年前生活在陆地上的爬行动物,它们曾支配全球陆地生态系统超过1.6亿年之久。四川盆地作为中国四大盆地之一,如今聚居着四川省和重庆市的绝大部分人口,是中国和世界上人口最稠密的地区之一,诸葛亮曾赞其“沃野千里,天府之土”。中生代时候的四川盆地,气候温润潮湿,植物繁茂,是恐龙家园。这些不仅可以通过老瀛山的恐龙足迹化石得以验证,县城旁边的翠屏山、古剑山所发现的木化石亦是证明。

    2005年,几名石匠在綦江城边一个叫翠屏山的采石场挖出一根10多米长的圆柱形“石头”,形似一棵大树,“树皮”纹理清晰。后经重庆市自然博物馆鉴定后,确定为木化石。这种木化石系松杉科裸子植物,是中生代,也就是恐龙时代生长在这一地区的大型乔木,埋藏地质年代距今超过1.4亿年。

    所谓木化石,是远古时候的植物树木被埋藏在地层中,树干周围的化学物质如二氧化硅、硫化铁、碳酸钙等在地下水的作用下进入到树木内部,在保留了树木形态的条件下替换了树木原来的木质成分,经过石化作用形成的植物化石。经调查,翠屏山木化石群共发现大小木化石29根,木化石的枝条和碎块,共计60余处。

    这些化石是中生代南洋杉型植物的化石—贝壳杉型木,我们可以推断,在1.5亿年前的中侏罗世,地处四川盆地边缘的綦江地区,属于亚热带—热带气候,气温较高,阳光充足,雨水充沛,土地肥沃,土壤中富含植物生长所必须的各种营养元素。这里生长着高大的南洋杉木型常绿乔木,林下有着丰富的蕨类及其他植物。这些乔木是那样的枝繁叶茂,枝头三三两两地挂着几只古蝉,树下栖息着大大小小的恐龙。

    綦江,是一个地名,同时一条江名。在地学界,綦江是一个光辉的名字。早在上世纪30年代,我国老一代地质学家李四光、翁文灏、丁文江、黄汲清等都曾来到綦江,以期从地质矿产的角度,寻找实业救国的之道。进入21世纪,两次偶然的发现改变了这里的历史,老瀛山白垩纪恐龙足迹化石群、翠屏山侏罗纪木化石以及以此为基础建立的綦江国家地质公园,把我们带入一个1亿多年前的远古时代,恐龙统治的时代。物换星移、沧海桑田,虽然无数的生命出现又消失,但自然界总有神奇的方法留下这些无字天书,向我们讲述那个时代的故事。

    绝壁龙迹:自然历史的脚印

    自然资源部中国地质调查局南京地质调查中心王爱华研究团队负责的国家自然科学基金项目《陆源碎屑沉积物中沉积成因锶钡的提取方法及其比值的沉积环境判别(41572096)》取得重要研究进展,创新性新技术《Selective extraction of sedimentogenic Strontium and Barium in terrigenous clastic sediments》于2018年12月11日获得美国专利商标局的发明专利授权(专利号:US10151018B2)。

    针对目前利用锶钡比进行沉积环境判别效果差且无法单独使用的现状,王爱华教授级高工主持的该项目通过对人工合成三角洲沉积物以及对长江、珠江、黄河、辽河三角洲以及渤海湾、苏北潮滩的表层和钻孔沉积物的锶钡赋存形态的连续提取分析,获得了可用于海陆相沉积环境判别的选择性提取沉积成因锶钡的理论依据和技术方法。该专利技术利用化学物相的分析方法剔除了沉积物中碎屑矿物成因的锶钡只选择性提取了与沉积时的地球化学环境相关的沉积成因的锶钡进行海陆相沉积环境判别,此项成果的取得不仅丰富了微量元素沉积地球化学理论和技术方法,而且可以广泛应用于第四纪古环境研究、海平面升降变化研究、油气勘查、沉积矿产勘探等沉积学相关领域。 

     

     
    南京地调中心科研创新成果获美国专利商标局发明专利...

    8月20日,自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局召开党委中心组学习扩大会,传达学习自然资源部中国地质调查局传达学习习近平总书记重要指示精神推进党的政治建设工作会议精神。重点学习了习近平总书记在中央政治局第六次集体学习和在全国组织工作会议上讲话精神,以及对中央和国家机关推进党的政治建设重要指示,学习了陆昊部长调研讲话和有关批示精神,学习了地调局王研副局长的讲话精神。

    会议指出,习近平总书记的三个重要讲话,深刻阐述了中央和国家机关加强党的政治建设的重大意义、核心命题、重点任务和具体要求,充分体现了对中央和国家机关各级党组织和广大党员干部的殷切期望,为增强推进党的政治建设的自觉性和坚定性、把我们党建设得更加坚强有力提供了思想引领和实践动力。讲话立足于党和国家事业发展全局,深刻阐明新时代党的组织路线,对党的建设和组织工作做出新部署、提出新要求,为落实新时代党的建设总要求、不断提高组织工作质量和水平提供了根本遵循,指明了实践路径。

    会议强调,一要组织党员认真学习、深刻领会习近平总书记重要讲话和重要批示精神,始终在政治上思想上行动上与党中央保持高度一致。二要组织党员干部职工学习贯彻落实陆昊部长调研讲话精神,正确认识当前海洋地质工作存在的主要问题,扎实推进2018年重点工作的落实。三要将加强党的政治建设摆在海洋地质调查事业的突出位置,把政治建设融入到业务建设的全过程。四要加强党对海洋地质调查工作的领导,扎实推进全面从严治党工作向基层延伸。

    会议还开展意识形态工作专题学习,学习了《党委(党组)意识形态工作责任制实施办法》,通报了地调局系统内违反政治纪律问题案例,围绕如何抓好意识形态工作开展了研讨。

    会议强调,要深刻认识意识形态工作的极端重要性,切实把思想和行动统一到习近平总书记关于意识形态工作的重要论述上来,统一到中央、部、局关于意识形态的工作部署上来;要明确职责任务,加强局内外网站、微信公众号和微信工作群的日常管理,经常分析本单位、本部门干部职工思想动态,对倾向性、苗头性问题及时进行教育和引导;要加强正面宣传,做好先进典型的培养树立和宣传推广,深化新时代地质工作者的核心价值观宣传践行工作;要加强意识形态工作队伍建设,建强网络新媒体对外宣传主阵地。

    会议还审议了关于进一步加强科研诚信建设的实施方案、2018年上半年推进全面从严治党工作进展情况报告和推进党风廉政建设工作情况总结,研究了发展党员等党务工作。

    广州海洋局党委成员、各党支部书记参加会议。

     
     
     
    广州海洋局召开党委扩大会传达学习地调局推进党的政...

    2018年5月20日,应广西壮族自治区科学技术厅邀请,中国地质调查局岩溶地质研究所曹建华研究员赴南宁国际会展中心参加2017年度广西科学技术奖励项目成果发布推介会。

    会上,曹建华研究员以《岩溶动力学与全球变化研究》为题,主要介绍了在岩溶动力学指导下,成功地将中国岩溶的地域优势转化为学术优势:一是开拓全球气候变化研究新领域,岩溶碳汇调查研究为固碳增汇开辟新途径;二是首创岩溶生态系统理论,成果为国家《岩溶地区石漠化综合治理规划大纲(2006-2015)》起重要的科技支撑作用;三是支撑了世界自然遗产申报和地质公园建设,阐明中国南方岩溶形态的独特性;四是国际合作成果丰硕,合作专家克里斯获2016年国际科技合作奖。

    这次成果汇报展示了党的十八大以来,岩溶所创新发展取得的成果,弘扬了科技创新及成果转化。

    岩溶所参加2017年度广西科学技术奖励项目成果发布推...

    中国岩溶类型划分示意图

    桂林山水甲天下。而你可曾知道,在这美丽的山水背后,还有人类难以言表的痛。

    最近,荣获广西壮族自治区自然科学奖一等奖的《岩溶动力学与全球变化研究》,就把这些常人忽略的东西系统成为了一门科学。依托他们的这一科研成果,人类在喀斯特地区就可以避害趋利、化害为利,在贫瘠的土地上唱出欢乐的歌。

    站到世界最前沿

    在桂林,沿江看到的是奇峰林立、云雾缭绕,石芽、石林、峰林、溶沟、漏斗、落水洞让你目不暇接;走进地下溶洞沿地下河顺流而下,多姿多彩的石笋、钟乳石和石柱在灯光的照耀下,让你仿佛进入到梦幻世界。

    这里就是中国典型的喀斯特(岩溶)地形分布区。做为游客,你也许会不由地沉醉在如画的风景里。但做为当地居民,感受更多的则是这类地貌带来的诸多不便:“地无三尺平”不说,若远离江河,做饭洗衣的水都难以取得。

    因为在喀斯特地区,表层多为破碎的坡积物,而其基底是碳酸钙,在千百年的雨水侵蚀下早就成了“筛子”,根本存不住水。而且,这种情况还在持续且逐年加剧。

    在雨水的侵蚀下,喀斯特地区地表土地日渐贫瘠并加速了荒漠化趋势。对此,科学家称之为石漠化。

    我国石漠化土地面积到底有多大?中国地质调查局岩溶地质研究所《岩溶动力学与全球变化研究》给出了具体数据:我国岩溶区面积约344万平方千米,占国土面积的1/3 强,约占全球岩溶面积的1/6,是世界上岩溶分布面积最大的国家。其中,我国南方岩溶峰林地貌是举世公认的热带岩溶地貌典型模式。

    西南岩溶地区,还是世界上连片分布面积最大、岩溶发育最为强烈的典型生态脆弱区,也是我国贫困和环境退化问题最为严重的“老、少、边、山、穷”地区,石漠化、岩溶塌陷、干旱内涝、地下河污染等环境地质问题突出。

    如何解决西南岩溶地区的这些问题?自1987起,岩溶地质研究所就开始了持续研究。在袁道先院士的带领下,研究团队以地球系统科学思想为指导,先后在国家科技支撑计划、国家自然科学基金、广西自然科学基金、国土资源部重点科技项目、中国地质调查局项目、联合国教科文组织国际地球科学计划等几十项国际、国家科技项目的支持下,到2014年形成了国际公认的岩溶动力学理论。

    基于中国在岩溶地质研究领域的突出成果,2008年,联合国教科文组织国际岩溶研究中心在中国落户。

    从此,在岩溶地质研究领域,中国站到了世界最前沿,为国际岩溶地学的进步贡献了中国智慧。

    从此,在喀斯特地形分布区避害趋利、化害为利上,中国向世界提供了可复制的中国方案。

    绘制四大圈层运行图

    这一中国智慧的最大特点,就是改变了过去岩溶地质研究中单一以地质体为主要研究对象的思维方式,而是以地球系统科学思想为指导,将岩溶地区的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈作为一个完整的系统进行综合研究,总结出其内在运行规律,绘制出四大圈层运行图。

    利用岩溶动力学理论,人类发现岩溶动力系统是控制岩溶形成演化,并常受制于已有岩溶形态的,在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈界面上的,以碳、水、钙循环为主的物质和能量传输转换系统;建立了四大圈层间岩溶动力系统碳—水—钙循环概念模型和监测指标体系,研发了现场捕捉碳、水、钙行踪的现代监测和实验技术方法;揭示了岩溶动力系统的四大功能,即形成岩溶地貌、驱动元素迁移、调节大气温室气体浓度、高分辨率地记录全球气候变化;揭示了中国南方表层岩溶化过程与机制,以及对岩溶水资源的调蓄功能,并发现岩溶作用是短时间尺度的地质过程,且与地表生态过程关系密切。

    温室气体排放导致全球变暖,利用地质体固定大气中的碳一时成为国际前沿学科。岩溶动力学研究成果表明,岩溶地区其实就是最好的固碳场地。这一研究,在揭示出岩溶动力系统碳循环机制的同时,还初步估算出全球岩溶碳汇量为6.1×108吨/年,约占“全球遗漏汇”的1/3;在石笋古环境重建研究中,获得了16.3万年以来高分辨率的古气候记录,揭示了末次间冰期亚洲季风的起始时间、持时、转换及其太阳辐射驱动机制;发现了石漠化治理、水生生物固碳等岩溶动力系统固碳增汇新途径,从而开拓了全球环境变化研究新领域。

    而研究中的一系列思路创新和新发现,也为人类更深入地认识地球提供了全新的视角和启示。研究中,项目组创新性地提出了能够反映区域岩溶动力条件的“岩溶形态组合”方法,科学地划分全球岩溶动力系统及中国岩溶动力系统类型,进而成功地实施了全球岩溶地貌对比;发现内生成因CO2和水动力控制,并首次在野外观测到了水动力条件对钙华沉积速率的控制;率先开展了利用洞穴石笋开展古气候、古环境变化记录重建研究,使得当前石笋的时间分辨率达到了季,建立了新的时间标尺;发现了石漠化治理、水生生物固碳等岩溶动力系统固碳增汇新途径……

    这些中国智慧,得到了国际地学界的广泛认可。早在1994年,IGCP执行局主席、英国皇家学会会员M.Brown教授就专门撰文指出:“岩溶动力学理论是国际岩溶研究的核心理论。”

    2011年,国际著名《Science》期刊报道评价“桂林岩溶动力学研究团队是站在国际岩溶研究前沿的研究团队,其在岩溶作用与碳汇方面的研究对全球碳减排具有重要意义”。

    世界共享中国方案

    碳若排放到大气中,就会成为导致地球变暖的罪魁祸首,但若固定在大地和岩石中,就成了提升农作物品质的肥料。因为在这一转换中,无机碳变成了有机碳。

    利用这一机理,项目组在西南岩溶地区开展了变害为利的石漠化综合治理示范,有效推动了西南岩溶地区生态文明建设和精准扶贫。

    广西平果县果化镇就是其中一个点。果化示范区,面积1000公顷,2000年还是重度石漠化区,农民人均纯收入不足600元。2001年起,通过复合峰丛洼地立体生态农业模式以及一系列石漠化治理新技术的成功应用,该示范区目前植被覆盖率由不足10%提高到85%,农民人均纯收入增加到1万多元。

    广西马山县弄拉屯在开发表层岩溶水资源的基础上,通过对裸露石山环境进展综合治理,形成了以休闲旅游观光附加绿色农产品的生态旅游产业链,100多村民人均年收入10万多元,还带动周边村民2000多人就业……

    这些可被复制的治理模式,被新西兰、坦桑尼亚等6个国家引进并应用于本国的石漠化治理工作,让这些国家生活在石漠化地区的居民享受到中国方案带来的幸福。

    而这,只是项目解决石漠化地区经济社会问题、助推经济社会发展的一个侧面。在研究中,项目组立足科研服务社会、造福社会的宗旨,形成阶段性成果后就通过多种渠道向政府汇报,通过示范开展应用转化,极大地提升了科研成果的社会生命力。

    从宏观角度看,成果的应用转化还体现在以下几方面:

    成果的应用转化已上升为国家行动。西南岩溶生态系统研究成果,为国家《岩溶地区石漠化综合治理规划大纲(2006~2015)》提供了重要的科技支撑,有力支持了国家在“十一五”“十二五”期间实施的《岩溶区石漠化综合治理重大工程项目》。

    以南方表层岩溶带及表层岩溶水资源分布规律为指导,建立的表层岩溶水开发示范工程,支撑了广西岩溶区地下水开发利用,并在西南岩溶区得到有效推广。自1995年以来,先后在广西马山、都安、环江等20多个县实施水利工程项目100多个,解决20万余人的饮水困难,改善灌溉面积2万多亩。

    总结出中国南方岩溶形成发育的四大地域优势,使广西桂林、环江等七大南方喀斯特自然景观列入世界自然遗产名录,为岩溶地区贫困群众脱贫致富打造了金山银山。

    在上世纪80~90 年代,国际著名岩溶学家M.M.Sweeting(英国)、D.C.Ford(加拿大)在考察和了解了中国岩溶发育特征后预言:国际岩溶学新理论的发展将会在中国得到启示。如今,岩溶动力学理论体系的创立与应用,使这一预言成为现实。岩溶动力学与全球变化研究成果,将开创我国石漠化地区在新时代更美丽的未来。

    西南喀斯特再揭秘

     

    织金洞世界地质公园位于中国西南贵州高原的织金县境内,1980年4月发现,1985年建成并对外开放,规划范围包括织金洞园区、绮结河园区(大峡谷)和东风湖园区(乌江源百里画廊)3个部分,总面积170平方公里。织金洞是贵州高原喀斯特地貌演化的杰出范例和最神奇、最美妙的区域,在岩溶地貌、岩溶水文地质构造、第四纪地质环境及古气候变化等方面具有重大的科学价值。

    黄山归来不看岳 织金洞外无洞天 

    中国当代著名作家、文学评论家冯牧曾经这样描述国家重点风景名胜区织金洞:“黄山归来不看岳,织金洞外无洞天。琅嬛胜地瑶池境,始信天宫在人间。”老作家的寥寥数语,是对织金洞最好的解读。织金洞既像一个美丽的童话世界,又是一座瑰丽的艺术宝库,满洞的奇珍异宝,让人目不暇接、流连忘返。2005年,织金洞被《中国国家地理》杂志等媒体评为“中国最美旅游洞穴排行榜第一名”。 2014年1月,织金洞入选“世界地质公园”推选名录。2015年9月19日,织金洞被联合国教科文组织世界地质公园执行局批准为世界地质公园。

    织金洞是我国旅游价值和科研价值都很高的著名洞穴,被誉为“天下第一洞”“地下艺术宝库”“溶洞博物馆”“行星上的一大奇观”。一些专家在游览织金洞后,评价它具有抽象美、具象美、古典美、现代美。来到毕节,织金洞是非常值得一看的地方。

    织金洞位于乌江上游六冲河段南岸坡顶,高出河面300米,它所处的织金县官寨苗族乡,民族民间文化多姿多彩。

    织金洞发现于1980年4月8日。1988年8月1日,国务院审定并公布了全国共40处第二批国家重点风景名胜区,织金洞名列其中。

    据专家介绍,距今4亿~2.2亿年前,贵州曾多次处于浅海碳酸盐沉积环境,沉积了总厚度达几千米的碳酸盐岩地层。晚三叠世后,受多期强烈构造运动影响,贵州全境隆起成陆地,并逐渐抬升形成内陆高原。织金洞地质公园的地质遗迹,均发育于距今2.2亿年的下三叠统碳酸盐岩地层。织金洞地貌单元,以织金洞为主角演绎着喀斯特景观的神奇、美妙和珍稀——迄今已探测的洞穴长度4215米,由两条主洞和4条支洞组成,分为4层,共有 47个厅堂。其中,洞底面积在3000平方米以上的大厅有13个,面积超过1万平方米的大厅有6个;洞穴容积达600万立方米,是目前世界上厅堂分布密度最大的旅游洞穴。

    织金洞不仅是贵州高原喀斯特景观的杰出代表,也是解读贵州高原沧海桑田变迁、地壳抬升、喀斯特发育等重大地质事件的关键窗口。踏入洞内,就像进入了一个钟乳石的梦幻世界。石笋、石柱、石幕、石瀑布、石旗、石盾、流石坝、鹅管、卷曲石等钟乳石多姿多彩,令人目不暇接,尤其以盔状、塔状、塔松状、纺锤状、琵琶状、灯台状、盾形等80多种特型钟乳石最具特色。这其中不乏世界级的珍品——“霸王盔”,目前世界上唯一发现的形态最逼真的盔状石笋;“倒挂琵琶”,目前世界上已发现的规模最大、形态最优美的盾形石柱;“银雨树”,目前世界上已发现的形态最独特的塔松状石笋;“姊妹玉树”,目前世界上已发现的造型最奇特且正在生长发育的塔松状石笋;“三级华盖”,目前世界上唯一发现的3个规模相似且同时生长发育的盔状石幔;“水晶宫”,洞内卷曲石分布面积达3000平方米,世所罕见;“一线连天”,目前世界上已发现的最细长石柱;“江山如画”,目前世界上已发现的规模最大、形态最壮观的巨型壁流石;“织金窗口”,目前世界上已发现的规模最大的石瀑布……均是国内外十分罕见的岩溶景观,堪称世界级的珍品。

    这50多根巨型石笋,高度和直径都在20米~40米之间,它们组成了目前世界上分布密度最高的巨型石笋群。

    流石坝,总面积约5300平方米,是目前世界上单片发育面积最大的流石坝。

    这些类型齐全、分布集中的钟乳石,几乎涵盖了所有钟乳石的形成条件和沉积类型,是目前世界上钟乳石分布密度最高、类型最丰富、珍稀形态最多的洞穴,具有喀斯特洞穴演化的系统性和完整性,是喀斯特洞穴中最为独特的自然美景和重要的美学价值区。

    专家普遍认为,这些类型丰富、千姿百态的钟乳石,是岩溶水沿洞壁围岩渗出,压力突降,二氧化碳释出,对应不同的裂隙、水量及渗出方式,滴水、流水、溅水、池水、非重力水等单独或相互耦合而形成的。此外还有生物成因、洞穴风成因等说法,这些待解的科学之谜,给织金洞增添了一份神秘的色彩。

    神秘奇特织金洞 迷人景观大齐全 

    织金洞最显著的特点,可以概括为:大、奇、全。

    大,是指织金洞的空间和景观规模宏大,气势磅礴。它是一个多层次、多系统、多类别、多形态的完整的岩溶系统。

    奇,是指织金洞的景观和空间造型奇特,审美价值非常高。风景科学家从奇特度、审美度等方面给其中许多厅堂和景观打了满分10分。

    全,是指织金洞洞内的景观形态丰富,40多种堆积物形态,囊括了当今世界溶洞堆积物的所有形态。而且,它那五彩斑斓的柔和色彩、晶莹剔透的感光度,远远胜过了汉白玉。它不仅拥有奇异独特几可乱真的物态美,而且由于堆积物形态的多变,构成了不同层次复杂的画面。雄伟壮观的“地下塔林”,傲立挺拔的“雪压青松”,一望无际的“寂静群山”,秀逸精巧的“银雨树”……一幅幅大画卷,一处处小景致,无不让人惊叹大自然的鬼斧神工。

    织金洞拥有许多让世界为之瞩目的东西:最高的堆积物有70米,比号称世界之最的古巴马丁山溶洞最高的石笋高出7米多;容积最大,比一直誉冠全球的法国、意大利等国的溶洞要大2~3倍,是当今世界上已经开发作为旅游溶洞的最大、最奇、最美、最全的溶洞。

    织金洞最值得傲视天下群洞的应该是其“镇洞三宝”——“霸王盔”“银雨树”和“卷曲石”,它们共同彰显了织金洞的瑰丽与神秘。按照地质成因,地面的石笋是对应洞顶滴水挟带的大量碳酸钙形成的,但在织金洞就有这样的石笋,其对应的洞顶干燥无水,也没有由上而下的石笋,像是从地下凭空生长出来的;而玲珑剔透、洁白如冰花的“卷曲石”可以不受地球引力的影响,在空中自由弯曲生长。全世界无数的地球物理学家、权威的洞穴研究人员,至今还没有找到它们的成因和科学依据,只能面对眼前这个理论上不可能存在的事实叹为观止。

    2005年,由中科院主办的《中国国家地理》杂志社发起并联合全国35家新闻媒体开展的“中国最美的地方”评选活动历时8个月,在北京嘉里中心举行授牌仪式,织金洞在全国400多个溶洞中脱颖而出,以90分的最高分荣获“中国最美的六大旅游洞穴”第一名。专家们给其美称“梦幻织金洞”,并在评语中写道:“洞穴是人在一生中至少应该去一次的地方,否则您不会知道自己居住的这个星球是多么的奇妙。假如您希望只选择一个洞穴即可填补这方面的空白,请您不要错过中国最美的旅游洞穴——织金洞。”至此,织金洞已相继拥有“国家重点风景名胜区”“国家地质公园”“首批中国国家自然遗产”“国家AAAA级风景旅游区”“中国旅游胜地四十佳”“中国最美的地方”“中国自然生态十大迷宫榜首”“国际旅游洞穴协会成员”等荣誉桂冠。

    2004年1月,国土资源部批准贵州织金洞国家地质公园建立。

    2006年1月8日,贵州织金洞国家地质公园建成并正式对外开放。

    2014年1月,国土资源部对外公示第八批世界地质公园推荐工作评审结果,在国土资源部此次推荐的名录中,贵州织金洞和甘肃敦煌作为2015年度中国政府向联合国教科文组织推荐申报的世界地质公园。

    世界地质公园贵州织金洞

    一、可燃冰的概念是什么?

    可燃冰,学名“天然气水合物”,是一种气体分子和水分子在低温高压下形成的结晶物质,分解为气体后,甲烷含量一般在80%以上,最高可达99.9%。

    可燃冰外貌极像冰雪,遇火可以燃烧,又称“气冰”、“固体瓦斯”等。自然界中多呈块状、层状、透镜状、结核状、脉状、浸染状、分散状等形态。2007年起,在我国海域陆续发现了多种形态的可燃冰,2009年我国祁连山冻土区发现的可燃冰则以裂隙充填型为主(图1)。

    图1 我国可燃冰产状特征

    二、可燃冰的结构是怎么样的?

    可燃冰主要有三种结构类型。I型由甲烷、乙烷、二氧化碳、硫化氢等较小直径的气体分子和水分子结合而成;Ⅱ型由甲烷、乙烷等小分子,丙烷及异丁烷等较大分子和水分子结合而成;H型由气体组分中有异戊烷等较大气体分子和水分子结合而成(图2)。

    图2 I型、II型和H型水合物结构类型示意图

     

    在自然界,Ⅰ型可燃冰最常见,Ⅱ型次之,H型较为罕见。我国南海北部的可燃冰以I型为主,甲烷含量最高达99.5%。祁连山冻土区的可燃冰以II型为主,甲烷含量为54%~76%,除甲烷外,还有乙烷、丙烷等其他烃类气体。

    三、形成可燃冰的气体来源有哪些?

    可燃冰的形成需要大量的烃类气体,这些烃类气体有的来自于微生物的分解,也有一些来自于深部油气田的热降解,当然也有两者混合形成的。相应的可以分为三种类型,分别是微生物气型、热解气型、混合气型。

    在海域发现的可燃冰绝大多数为微生物气型,我国南海北部海域发现的主要属于这种类型。在陆域发现的可燃冰以混合气型、热解气型为主,如我国祁连山冻土区发现的可燃冰。可以利用碳同位素的比例关系,来判断可燃冰的气体来源(图3)。

    图3 可燃冰气体来源判别图

     

    (中国地质调查局油气资源调查中心,“青南藏北冻土区天然气水合物调查”项目供稿)

    可燃冰是什么?

     

     

    杜向民

    杜向民,1957年10月生,黑龙江明水县人,中共党员。教授,硕士生导师。他于1982年1月毕业于长春地质学院,获地质资源勘查工学学士学位;1993年毕业于南开大学经济学院,获经济学硕士学位;1995年7月,任长春地质学院党委副书记;1999年4月,任西安工程学院党委书记、院长;2000年4月,任长安大学党委副书记;2013年9月,任长安大学党委书记。

    杜向民先后承担并完成科技部、教育部等国家级、部省级各类研究课题16项,撰写出版学术专著和教材6部,在各类学术刊物发表文章40余篇,有多篇论文被《新华文摘》、人大复印资料、国际《科学技术会议录索引(ISTP)》全文转载或收录。研究成果获陕西省哲学社会科学优秀成果二等奖2项、陕西省优秀教学成果二等奖1项、陕西省高校哲学社会科学优秀成果一等奖1项,以及第三届全国高校德育创新优秀成果二等奖、第六次全国高校思想政治教育优秀论文著作评选著作类二等奖等奖项。

     

    农商部地质研究所教员与毕业生合影

     

    农商部地质研究所的教室

    从1916年至今,中国的地质调查走过了百年风雨历程,创造了辉煌业绩。在中国地质调查的发端与发展过程之中,地质教育先行一步。如果自1909年京师大学堂设立“地质门”(即地质专业)算起,中国地质教育已有107年的历史了。

    十年树木,百年树人。这其中,地质教育工作起到了甚为重要的铸基作用。一部中国地质教育史,是中国近现代社会发展史的一个侧影。而从中国地质教育所蕴涵的与生俱来的独特气质与铮铮风骨,同样可以触摸到近百年来中华民族在救亡图存、重新崛起过程中所表现出来的不屈不挠、奋发图强的禀性与精神。

    历史是一面镜子,解读或回味,继承或借鉴,对于中国地质教育事业的继续前行与可持续发展无疑具有重要意义。

    长安大学党委书记杜向民教授毕业于长春地质学院,以后一直在地质类院校从事科学社会主义理论、思想政治教育、高等教育管理、行业文化的教学与研究工作,对地质教育有着切身体会与独到见解,也是这方面的权威专家。

    那么,100年来,中国地质教育经历了哪些发展阶段,孕育出怎样的理念与精神?新时期,国家发展与地质工作需要我们提供什么样的地质教育,地质教育工作应该如何传承创新?利用杜向民教授来京参加“2016年地球科学与文化研讨会”之机,中国矿业报记者对他进行了专访。

    记者:有人说,从某种角度看,西方的地质教育好像是以浪漫的“旅行地质学”形式开始的,中国地质教育的发端则显得比较凝重。在您看来,与西方国家相比,我国地质教育的开始有什么不一样的地方?进一步说,中国地质教育有什么特点?

    杜向民:的确不像西方以浪漫的“旅行地质学”形式为肇始,带有纯科学的意味,中国地质教育的理念与精神从一开始就渗透着民族觉醒、独立与解放的强烈意识,带有悲壮的色彩。

    新中国成立以来,中国地质教育理念与精神和民族复兴的梦想融为一体,在一定程度上是社会主义制度、国家发展战略与社会主义意识形态的具体表现。

    中国地质教育理念与精神的演变是中国社会近现代史的一条逻辑线索,每一时期都有不同的时代内涵。但始终不变的,是它所蕴含的民族文化和行业文化,如自强不息、艰苦奋斗、辩证观物等价值理念和致思方法,特别是由此而沉淀生成的“三光荣”精神,已经成为地质行业的宝贵精神财富。

    记者:您刚才提到,我国地质教育发展始终与国家命脉紧密相连,能不能请您介绍一下我国地质教育发轫的原因或背景?

    杜向民:鸦片战争后,我国门户洞开,腐败昏聩的清王朝在西方列强的坚船利炮面前接连溃败,日益深重的民族危机使国人警醒、反思。在国门失陷、一落千丈的民族危亡之机,觉醒了的知识分子们自然把目光聚焦于西方的工具理性——科学。当时,中国地质奠基者之一的章鸿钊先生大声疾呼:“予尔时第知外人之调查中国地质者大有人在,顾未闻国人有注意及此者。夫以国人之众,竟无一人,焉得详神州一块土之地质,一任外人之深入吾腹地而不之知也,已可耻矣!且以我国幅员之大,凡矿也、工也、农也、地文地理也,无一不与地质相需。地质不明,则弃利于地亦必多,农不知土壤所宜,工不知材料所出,商亦不知货其所有、易其所无,如是而欲国之不贫且弱也,其可得乎。”

    地质矿产对国家民族的重要性,也引起了当时政界的高度重视。革命先行者孙中山先生在《建国方略》中就明确提出:矿业者为物质文明与经济进步之极大主因也。正是由于中国地质事业的奠基者,老一辈地质学家坚定地选择了走实业救国、科学救国的道路,地质学的兴起为辛亥革命的爆发提供了物质基础,推动了中国社会制度的变革。

    努力向学、蔚为国用。老一辈地质学家多是怀着科学救国和找矿富国的理想,献身于祖国地质事业。章鸿钊、丁文江、翁文灏、李四光等一批抱有“矿业兴国”、“兴学图强”忧患意识的学者从国外学成归来,拉开了中国地质教育的序幕。20世纪20年代,在美国威斯康星大学学习化学的张伯声先生,幸遇长他11岁的谭锡畴先生,请教“哪种学问可以救国”?谭锡畴先生告诉他:地质学。在谭先生的启发下,张伯声改学地质学,并辗转芝加哥大学、斯坦福大学潜心深造,最终饱学而归,为祖国地质事业做出了卓越的贡献。

    抗日战争爆发后,饱受战争洗礼的近代中国知识分子以强烈的爱国精神,艰难维系着中国近代教育事业的前行步伐,创造了以“国立西南联合大学”为代表的一批高等学校绝处逢生的教育史奇迹,使得我国的地质教育跨越生死存亡,得以延续和发展。

    记者:这个时期外敌入侵,时局动荡,可能用“放不下一张课桌”来形容一点也不夸张。那么,地质教育的先辈们采取了什么样的教学方式?在基础地质调查方面取得了什么样的成果?

    杜向民:地质学是一门复杂的科学,知识体系庞杂,外向关联度极高,实践依赖性强,且与人类经济社会环境联系密切。由于中国的特殊国情,加上地质学本身的特点,使得中国地质教育从一开始就有兼容并蓄、崇实致用的理念自觉。具体来说,即:重视基础(专业基础、数理化及外语)、兼容并蓄(开设多门地理学、气象学、气候学等课程)、理论联系实际(开设经济地理学等课程)、重视实践教学。

    虽然在战争年代,时局动荡,地质工作的条件十分恶劣,但老一辈地质学家仍然开创性地进行了地层、古生物、构造地质等基础地质工作,获得了一系列重大科学发现,创新了地质学理论,在某些重要领域达到了当时的国际水平。例如翁文灏关于甘肃大地震的地质调查,开创了用构造活动性研究地震的先河;孙云铸关于中国寒武纪三叶虫的研究,奠定了中国寒武纪下、中、上三分的化石依据;裴文中周口店猿人的研究结果,奠定了“北京猿人”的国际地位;李四光创立了地质力学理论、中国第四纪冰川学说、蜓科鉴定新理论……这些成果为新中国成立后大规模开展地质矿产调查、开发与科学研究奠定了基础,为新中国地矿事业的发展奠定了基础。

    记者:新中国成立以来到改革开放前,我国的地质教育事业取得了哪些进展?

    杜向民:新中国成立初期,我国教育取得了长足的发展。1949年召开的第一次全国教育工作会议,明确提出“教育为国家经济建设服务”的总方针。“地质部是地下情况的侦查部,地质工作搞不好,一马挡路,万马不能前行。”时任国家主席毛泽东这句形象的比喻,正是地质工作在当时国民经济建设中重要程度的真实写照。

    如火如荼的社会主义建设,焕发了中国地质教育前所未有的勃勃生机。短短17年,我国就建成了初具规模的地质教育体系,在师资培养、基础建设、实验室建设及教育体制改革等方面都取得了显著的成就。截至1966年,除地质部三所地质学院外,全国30多所院校都设有地质系或地质专业,另有37所地质类中等专业学校,共为国家培养研究生、本科生、专科生、中专生累计11万人。

    从1952年起,我国参照苏联模式,对大学的类型、学科、布局进行了大规模调整,翻译苏联教育的理论著作和教材,邀请苏联专家担任教育部顾问、学校顾问和教师,派遣留学生到苏联学习等。在此之前,我国高等学校只设系(科),未分专业,苏联高等学校则是按专业培养人才。这次调整之后,我国基本上采用了苏联高等学校的专业目录,开始依据专业设置来进行人才培养。例如,北京地质学院从教学计划、课程设置和教材等,都仿照莫斯科勘探地质学院。北京大学地质学专业在1955年恢复招生时,其教学计划是参照1949年莫斯科大学和列宁格勒大学地质学系的教学计划,结合我国综合大学地质学系的实际情况和国家需要而拟定的。

    同时,中国地质教育逐步从新中国成立前的“地质旅行”方式,转为一切教学活动为经济建设服务,开创了中国地质教育的新模式,确立了教育与生产劳动相结合的实践理念。为了培养“又红又专”的地质人才,各高校和中等专业学校一方面大力建设有特色的野外实习基地;另一方面组织在校学生赴专业地质队进行生产实习,毕业论文和毕业设计都是经过“真刀真枪”的实践,结合生产实习内容进行选题和研究的。

    可以说,这一时期是包含地质教育在内的中国地质事业发展的关键时期,地质教育伴随着新中国教育发展的大潮迎来了春天,高等地质教育学科体系基本形成,为新中国的建设发展输送了大批人才。

    记者:改革开放以来,我国致力于建立与完善社会主义市场经济,在地质教育教学理念与精神上出现了哪些新变化?

    杜向民:上世纪80年代以后,我国开始实施计划经济体制向市场经济体制的转轨,教育的功能定位也发生了相应变化。邓小平同志提出:教育要面向现代化、面向世界、面向未来。即面向中国社会现代化建设与改革的实际需要,面向科学技术发展的现代化潮流。

    在中共中央1985年颁布《关于教育体制改革的决定》以后,地质教育全面推进体制改革,并逐步向更深层次展开。具体来说:适应市场经济体制发展要求,逐步转变为不同政府部门对地质教育的分割管理,政府从高度集权的统一管理逐步转为以指导、协调服务为主的宏观管理;扩大学校自主权,面向社会依法自主办学,并逐步建立自主发展和自我约束的发展运行机制;推进学校内部管理体制改革转变运行机制,试行岗位聘任制、绩效考核制等,提高办学效益;探索招生和毕业生分配制度的改革。

    随着中国现代化战略的快速推进和科学技术的迅猛发展,传统地质学已突破原来单一的“矿产资源”和“服务于工业”的内涵,地球科学的问题域向经济、社会、环境等方面全方位拓展。地矿部党组于1993年明确提出了“四个转变”的地质教育发展思路,我国地质教育在教育体制改革、学科建设、专业设置、课程设置、科学研究、社会服务、文化传承等诸方面发生了由“服务经济建设”向“全面服务经济社会”的理念变革。

    同时,树立了依法办学的教育发展理念。改革开放以来,国家相继颁布了《义务教育法》、《教育法》、《教师法》、《高等教育法》等法律,并颁布了《中国教育改革发展纲要》、《中国教育振兴行动计划》等纲领性文件,为我国地质教育的发展提供了充分的法律依据和战略指导思想。

    记者:从1999年开始,我国高等地质教育办学规模大幅攀升。同时,全球化进程加深,中国经济社会转型,对地质工作提出了新的更高的要求。在这样的形势下,学校在学科设置、专业设置、课程设置、教学内容、教学方法等方面做了哪些改革?地学教育在理念上做出了哪些调整或创新?

    杜向民:随着我国进入大众化高等教育阶段,人才培养规格由原来的学术型变为“学术+应用+社会服务型”。这要求地质教育既要建设一支具有高水平理论研究和教学能力的师资队伍,又要关注大众化教育背景下学生的素质提高、知识汲取、技能获得、广泛的社会适应性等多样化诉求。因此,我们提出了“树立面向21世纪的中国地质教育”的理念与精神。

    首先是树立可持续发展的地学教育界理念。在教育内涵上,由传统地质学拓展到地球系统科学;教育目的升华到“人本关怀”、“永续发展”的高度;功能定位由狭隘的专业知识教育拓展到素质培养与创新能力提高的功能域;逐步突破单一的学校模式,衍生出远程教育、网络学习、终生学习等教育形式。

    其次要树立地球系统科学理念。21世纪,传统地质学的概念逐步被地球系统科学概念所取代,地球系统科学要求对地球物质客体各要素、各层次作整体观照。地球科学的知识体系变得空前繁复,衍生出大量的交叉学科和综合性学科。人类对地球系统的认知层次不断深入,要素与关系、功能与结构分析不断精细,过程预见日益准确,整体观照日益全面。因此,我们要高视点、大视野地审视地学对象与问题,多角度多知识域审视地学对象与问题,多层次审视地学对象与问题,注意地球物质客体要素的多元多样性、结构的多层多重性、要素与层次间的互动互馈性,注意在过程中由迭代所引起的非线性关系,用最佳手段获取科学事实,用现代数理方法及高性能计算机整理、分析科学事实,用前沿理论解释科学事实。

    记者:老一辈地质工作者的奋斗历程无疑令人敬佩,也是一笔宝贵的精神财富。但与过去相比,现在形势与条件毕竟不同了。我们该怎样教育年轻的地质工作者?

    杜向民:地质工作的性质决定了地质工作者常年跋山涉水、风餐露宿,在人迹罕至的地方艰苦奋斗,甚至牺牲生命,这就需要一种“到艰苦地方去”的献身精神。读过《温家宝地质笔记》的人应该对这句话印象深刻:“我在毕业的时候曾写过两份血书,要求自愿到西藏去,青年人只要坚持自己的理想和信念,就一定能取得成功。”解放初期,中国地质人正是凭借着这种“哪里需要哪安家”的献身精神,才有了一个个矿藏、油田的发现,才有了一份份基础地质研究报告的完成,才有了新中国建设事业的迅速发展。

    要坚持社会主义办学方向、立德树人的发展理念。党的十八大明确提出“把‘立德树人’作为教育的根本任务”。十八大以来,习近平总书记高度重视培养什么人、怎样培养人这一根本问题,反复强调落实“立德树人”、培养中国特色社会主义事业的合格建设者和可靠接班人。社会主义核心价值观占据着真理与道义的高地,最能给青年学生以正确的人生引导和智慧启迪。尤其是在市场经济社会背景下,地学类专业因其职业去向的野外性、流动性和艰苦性,对学生进行理想信念教育和艰苦奋斗精神教育就显得尤为重要。

    此外,强化实践教学,对于培养学生野外工作能力和吃苦耐劳品格具有重要的意义。中国地质奠基者之一的翁文灏先生曾言:“科学之为物,阙道惟二:一曰观察事实,二曰推原始终。地质学,科学中之后起者也;吾国地质尤世界言地质者之新进也。欲图斯学之进步,亦惟有担斧入山,披荆棘斩榛莽,以求益吾事实上之知识而已。”中国早期地质教育十分重视实践教学,以地质研究所为例,学生在校3年,共安排11次野外实习,累计天数达106天。

    记者:习近平总书记在全国科技创新大会上提出了我国科技事业发展的目标:到2020年时,使我国进入创新型国家行列;到2030年时,使我国进入创新型国家前列;到新中国成立100年时,使我国成为世界科技强国。地质教育要肩负起这样的重任,需要树立怎样的大局观?

    杜向民:我们要牢固树立建设世界一流地学教育的发展理念。地学教育要创建世界一流大学和一流学科,一是要确立一流的地学教育观,引领行业和社会的发展;二是要建设一流的师资队伍,特别是一流的学术领军人才队伍;三是要建设一流的大学发展环境,特别是制度环境;四是要具有一流的教育培养能力和水平;五是要具有一流的科学研究能力和水平。

     

    地球科学与文化研讨会现场

    同时,在地学教育推进一流大学和一流学科建设中,要继续传承和弘扬“三光荣”精神,以自强不息、艰苦奋斗为底蕴的“三光荣”精神,将会日久弥新,成为不可或缺的精神动力。地学教育、地学人才的培养能不能过得硬,除了知识和物质技术要素之外,这是不能缺少的精神之“钙”。

     

    中国地质教育理念与精神的百年嬗变