近日，中国地质调查局青岛海洋地质研究所在天然气水合物钻井过程地质风险防控方面研究取得新进展。研究揭示了水合物储层钻井液侵入过程中井周储层变形特性和井眼失稳机理，为水合物储层钻井过程中地质风险防控提供了新思路。该成果发表在油气领域国际权威期刊Energy(一区TOP，IF=8.857)。

天然气水合物储层具有埋藏浅、未成岩和弱胶结等特点，钻采过程中易于发生地质风险，严重制约天然气水合物安全高效开发。针对水合物储层钻井侵入过程引发水合物相变分解和井壁失稳的问题，研究团队建立了适用于描述水合物储层钻井液侵入过程的多场耦合模型，该模型能够准确刻画井周储层多物理场变化规律和井壁变形特征，揭示了钻井液侵入和水合物分解对井壁稳定性的影响机理；基于数值模拟结果，指出了钻井液侵入过程中会造成井周出现应力和应变的集中，导致井眼容易出现失稳破坏；同时井眼形状对于应力集中和井眼屈服区域影响较大。此外，考虑中间主应力的影响，基于三向应力建立适用于水合物储层的破坏准则并提出了失效系数，在判断风险区域的同时还能对特定区域风险程度进行定量评价。上述结论对于准确预测水合物储层钻井过程中井眼失稳风险具有重要意义。

该项研究由青岛海洋地质研究所、崂山实验室、中国石油大学（华东）和加拿大滑铁卢大学研究团队共同完成。 

水合物储层钻井过程及其控制机理

“小朋友，你知道为什么你的家乡马边县的大山像三明治一样一层一层地叠加吗？你想知道乐山恐龙的足印是什么形状吗？我来告诉你乐山在很久很久以前是什么样子的……”。4月21-22日，在四川省乐山市实验中学、在乐山市广场上，一群年轻的地学专业技术人员正在向学生和市民进行科普宣传，讲述地球故事。

为纪念第48个世界地球日，地调局环境监测院（国土资源部地质灾害应急技术指导中心）联合中央国家机关精神文明建设协调领导小组，国土资源部地质环境司，中国地质调查局科技外事部、直属机关党委，四川省地质矿产勘查开发局，乐山市人民政府，中国地质灾害防治工程行业协会，中国地质学会环境地质专业委员会，四川省地质环境监测总站等单位，开展“根在基层、情系民生”科普志愿服务活动。

在乐山市副秘书长张松林的主持下，中国地质环境监测院党委书记李文鹏，国土资源部地质环境司副司长胡杰，四川省地质矿产勘查开发局总工程师李树，乐山市副市长罗新礼、中国地质调查局直属机关党委副书记李帮、中央国家机关精神文明建设协调领导小组干部赵凌波向乐山市实验中学赠送了地质科普图书。

乐山市拥有丰富的地质遗迹景观，目前已有四川大渡河峡谷地质公园，并在积极创建以环崖丹霞景观为主的马边丹霞地质公园。李文鹏介绍说，地质遗迹是地球演化过程中形成、发展、保留下来的不可再生的地质自然资源，乐山地区地质遗迹丰富并具有特色，如何科学地认识、开发和保护地质遗迹，是当前面临的一个问题。

为此，本次活动以科普报告会和科普专题展览为主要形式，介绍地质灾害防治、地下水资源保护、矿山环境治理等地质环境知识，并首次将地质遗迹知识与地方地质环境相结合，倡导人们从地质美学的角度认识自己的家乡，认识生活的地球。在实验中学，旅游地学及自然生态学家李忠东为广大师生做了《认识我们的地球，认识我们的家乡》科普报告；在乐山广场，通过大屏幕滚动播放《地质灾害“五步避险法”》微视频；在展板旁，志愿者们通过《地质遗迹及其类型》、《丹霞地貌》、《四川马边丹霞地质公园》等宣传手册，向广大市民进行科普知识讲解。

乐山市实验中学初二学生高雅婷说，通过这次地球日的科普宣传活动，使自己对家乡有了全新的认识，自己今后将用更科学的目光去发现家乡的壮美，并希望以后多举办一些像这样既生动有趣又和自己息息相关的科普活动。

专家介绍，近年来社会公众对地质公园的关注度不断提升，但是人们对地质遗迹景观却缺乏科学性的认识，今后的地质环境科普工作要结合不同区域的地质景观特点，开展更具有针对性的科普工作，提升当地人民保护家乡、保护自然的意识。

8月1日，来自青岛市市南区宁夏路小学、宁夏路第二小学和天山小学等五所学校的近40名同学，参加了由自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所推出的海洋研学课程“岩石与宝石”。至此，青岛海洋所与青岛市市南区海洋教育联盟合作开展的三期“市南区青少年海洋教育联盟海洋研学课程”顺利结束。

青岛海洋所的科研人员给参加第三期研学课程的同学们作了 “石头的故事” 科普报告，结合青岛海边和崂山的花岗岩讲解了不同种类岩石的形成过程。在随后的“观察宝玉石”互动实验课上，科普志愿者首先介绍了宝玉石的分类，充分调动了学生的积极性。在观察和测验部分，同学们认真观察了红宝石、水晶等各种宝玉石的形状、光泽并认真记录。从最后的测验结果看，大部分同学都能掌握三大类岩石的名称、花岗岩的成分、一种宝石外观特征等基础知识。

此前，7月19日，青岛海洋所“天然气水合物科普团队”为青岛市嘉峪关学校、市南区实验小学和镇江路小学的师生准备了以可燃冰为主题的第二期研学课程。科普志愿者首先向前来学习的同学们讲授了一次极具趣味性和科普性的课程，然后开展了可燃冰互动实验课，通过球棍模型拼插组成可燃冰的分子模型，再使用磁力贴工具拼接构成可燃冰的笼型结构。同学们最感兴趣的是可燃冰的燃烧实验，通过与可燃冰的近距离接触，亲手称量、点火、记录。实验完成后，同学们将实验工具收拾整齐，认真完成这次研学报告，记录他们的所观、所感和此次研学之旅的心得体会。

7月25日，青岛海洋所“实验测试中心微体古生物组科普团队”为新世纪学校、南京路小学和福林小学的师生准备了以“认识有孔虫”为主题的第二期研学课程。同学们参观了地质石林、海洋科技馆，听了科普志愿者关于“有孔虫-大海中的小巨人”的科普报告，介绍了它的种类、形态、结构、生活环境等。在有孔虫科普主题板块及显微镜实验观察环节，同学们表现出了浓厚的兴趣，积极参与其中，通过认真聆听学习，显微镜镜下观察，明白了它名号的由来及深切含义，也发现了更加多姿多彩的显微镜下世界，还动手绘制出了他们眼中的有孔虫。

同学们在三次研学之旅中切身感受了科研工作和科研精神，并通过亲身实践充分了解了可燃冰、微体古生物以及宝玉石的科学知识。通过研学活动真正让同学们浸入到科学研究中，一窥海洋科学的广袤。青岛海洋地质研究所将通过此次研学之旅正式向青岛市市南区青少年海洋教育联盟打开大门，为青少年的海洋教育贡献力量。

据了解，本次暑期研学之旅是青岛海洋所发挥专业优势，与市南区海洋教育联盟实践基地合作育人的一次创新尝试，主要采用综合实践活动、研究性学习、项目式学习等方式，推进市南区海洋教育特色课程建设，将海洋要素融入式教学的研究，积极推动海洋教育研学实践。

要给珠峰拍摄一套全景高清立体照片，一定得是一位世界级的摄影师。

图为航空测量队员从飞机上用手机拍摄的珠峰

你可能想，这位摄影师要先来到珠峰脚下，从下往上拍一组广角照片，以显山之高邈；再在攀登途中拍摄一组近景照片，横看成岭侧成峰；最后顶风冒雪冲顶成功，从上往下拍一组俯瞰照片，一览众山小。

现在，就有这么一位“摄影师”，不用爬山也可以胜任这项工作。这就是号称“中国地调空军”、隶属于自然资源部中国地质调查局的“航空地质一号”飞机，它能飞到比珠峰更高的高空，运用三组特殊的“镜头”，从空中拍摄一套单幅可达上亿像素的珠峰全景高清照片。

这就是大名鼎鼎的“航空地质一号”，擅长高山、高原区的航空物探遥感调查。如果您有航空测绘、航空摄影的需求，可联系我们！照片包您满意！

下面我们就逐一解密这位会飞的摄影师和他的独家摄影镜头。

挑战极限飞行

“航空地质一号”飞机是处于国际领先水平的专业测量平台，由地调局航遥中心完成改装设计，飞行海拔高度可达10500米。它曾在西藏羌塘高原执行过测量任务。

中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心副主任孙承志介绍，此次珠峰航空高程测量，“航空地质一号”主要飞行在平流层与对流层交界处，飞行高度为9800米~10250米之间，接近“航空地质一号”的极限高度。“航空地质一号”飞行员于思明说，在高原飞行最大的难点就是突如其来的侧向风，这里山峰高耸、连绵不绝，山与山之间经常会形成风口，致使吹来的风被突然加速，“看不见的风”成为对飞行员技术的最大考验。

2020珠峰高程测量技术协调组组长、中国测绘科学研究院研究员党亚民参与起草了航空重力测量实施方案。他告诉记者，一开始询问了测绘系统经常做重力测量的飞行员，人家一听说要去这么高的地方飞，直接就拒绝了。“珠峰天气变化太剧烈，飞行还是有一定风险的。”党亚民说，随后他了解到航遥中心的“航空地质一号”飞机为了勘测地下物质，经常要贴近地面飞行，而且是飞得越低越好，对飞行技术的要求也更高。于是难题迎刃而解，“中国地调空军”挑起了空中测量珠峰高程的重担，并且在重力测量的基础上完善了航空遥感实施方案。

中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心副总工程师陈斌计算了此次空中测量的“工作量”。其中，航空重力测量的面积达到了1.25万平方公里，预计将用5个架次完成测量，每个架次平均用时6小时。航空遥感摄影至少需要8个架次，特别是中午1点之后，珠峰地区天气会变得非常恶劣，很难进行摄影。所以，和地面测量人员一样，“航空地质一号”也需要抢抓时间窗口，如果天气条件允许，飞行人员每天早上5点就要在拉萨机场做好准备，随时等待起飞。从拉萨机场到珠峰测区大约需要一小时。

镜头一：寻找珠峰的“脚底板”

第一组镜头名叫机载航空重力仪，负责航空重力测量。

划重点，下图是我国自主研发的航空重力仪DGA01。

同时，机上还配备了GT-2A型航空重力仪。两台重力仪的测量数据互为备份，保证每架次测量的成功率。

什么是重力测量呢？简单说，就是测量山峰的海拔零点。就像我们量身高要从脚底量起一样，一座山峰究竟有多高，也要从它的“脚底板”量起。

那么珠峰的脚底板在哪里呢？这就要用到大地水准面的概念。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也就是海拔高程系统的起算面。精确求出这个水准面，就相当于找到了珠峰的脚底板。

孙承志告诉记者，计算珠峰大地水准面，以前是用水准测量的方法，也就是从青岛的水准原点，应用国家一等水准测量规范，一路测到距离珠峰最近的西藏定日。从定日到珠峰大本营，因地形条件限制，观测次数、视距和时间无法满足一等水准测量规范，只能用二等水准规范进行测量。从大本营再往上，只能应用三等水准规范了，测量的精度也相应降低。

在1975年我国第一次珠峰高程测量中，一名队员在海拔7790米、距珠峰1.9公里处，因戴着手套不便操作，便毅然脱掉右手手套，冒着摄氏零下40度的严寒操作重力仪测得了重力数据，创造了世界重力测量史的奇迹，但同时也付出了4根指头因冻伤坏死的沉重代价。

精度是测绘的生命，现在，地面队员不需要再冒着冻掉手指头的风险去测量重力了。航空重力测量不受地面条件限制，可以完美解决从定日到珠峰峰顶这“最后一公里”的测量难题，把精度一致性延展到峰顶。

“水准测量是沿着一条线测过来，测的是一些点位。航空重力测量则是通过连续测线飞行，可以测出一整个面。”孙承志说，航空重力测量可将大地水准面的测量精度较以往提高近40%。

这款镜头拍出的照片是这样式的：

图为某地航空重力异常图

镜头二：亿万像素大写真

航空遥感测量分别要拍摄两组“照片”。一是利用先进的机载航空相机获得高分辨率的影像数据，二是使用先进的机载激光雷达仪获取高精度的三维地形点云数据。两数据融合形成高分辨率、高精度的三维地形数据，能够逼真、直观地反映测区的地形、地貌特征，这是名副其实的珠峰大写真！

那么，机载航空相机长啥样？

这就是目前世界上最新一代的数字航空摄影测量系统：ADS100推扫式数字航摄仪。它具有效率高、数据信息丰富、性能稳定高、集成度高等一系列优势，同时投影变形小、影像拼接量小。

孙承志介绍，飞机上专门为高空作业改装了摄影窗口，遥感设备需要光学玻璃，要在飞机上开窗，技术要求比较苛刻。相比普通的光学照相，使用这台相机拍出来的照片畸变小，并且可以测定成像位置的坐标。

那么，这样一张可以用来测绘的照片，像素能达到多少？据说单幅不少于4亿像素！拍摄出来的图像色彩均匀、定位精度高、图像分辨率高。

数字影像 数字地形

机载激光雷达仪的外观更炫酷：

这是目前行业内体积最小的大幅面激光测量系统，有最高级别的点密度和采集率，也是目前国际上广泛用于多种测量平台的激光雷达测量系统。

它拍出来的照片是这样的：

地表三维模型

机载激光雷达仪在飞机上发射激光波束，通过地面回波测定从飞机到地面的距离，得到精密的地面数字模型。孙承志说，以前都是靠立体测绘，在两个位置拍摄两张照片，用立体交会的方法绘制一个模型，再在模型上间接采点。飞机则可以用激光直接在地面采点，用来再现地面的三维地形。

党亚民告诉记者，遥感摄影测量将在自然资源监测方面发挥重要作用，留下第一手的精细资料。“很多人想用无人机完成遥感摄影，但七八级大风在珠峰是家常便饭，无人机根本不可能飞行。”党亚民说，针对珠峰一般会使用卫星遥感影像，但像“航空地质一号”这么近距离地获取精细遥感资料，所获数据将是弥足珍贵的。

中国地质调查局北京探矿工程研究所研发的“一种转子盘片及具有其的旋喷涡轮结构和井底动力钻具”获国家发明专利授权（专利号ZL202211505524.7）。

涡轮钻具是钻井作业中常用的一种井底工具，以钻井液为动力，通过定子和转子的作用，驱动钻头破碎岩石。由于加工精度要求高，目前转子盘片主要由国外生产。

本发明在转子盘片上设有多个螺杆孔和流道孔，螺杆通过螺杆孔将层叠排列的盘片固紧，使得流道孔错位形成钻井液的螺旋通道，通过控制螺杆孔的加工精度实现对螺旋通道形状的控制调节。该方案将加工难点转移至螺杆孔上，有效解决了传统转子盘片结构加工精度要求高的难题，为实现高端涡轮钻具国产化奠定了基础。

地图作为国际三大通用语言之一，是人们认识世界、改造世界、从事社会活动的重要工具，是社会文化现象的一部分。可以说，人们日常的出行、工作、旅游、学习都离不开各式各样的地图产品。

地图通过丰富的线条、颜色、符号和文字等信息，描绘出地表的整体风貌，可是你知道它是怎么制作的吗？

早在1700多年前，我国古代制图学家裴秀就提出了“制图六体”理论，通过分率（比例尺）、望准（方位）、道里（距离）、高下（地势起伏）、方邪（倾斜角度）和迂直（河流、道路的曲直）等理论总结了地图制作的经验和方法。裴秀的“制图六体”对后世制图的影响十分深远，直到明末西方的地图投影方法传入中国，中国的制图学才迎来再次革新。

如今，一张纸质地图的制作需要通过测、编、绘、印四个步骤，下面就为大家详细介绍一下吧！

第一步“测”

地图制作的第一步是“测”，主要目的是获得地物的位置信息。由于地球并不是一个正圆体，其表面高低起伏变化大，确定地面点的位置，需要建立统一的坐标系，确定它的水平和高程的零点，也就是起算点（X、Y、Z）的（0、0、0）点。其中，大地原点是经纬度的起算点和基准点，水准原点是高程的起算点和基准点。在我国地图测量的起算点中，大地原点在陕西省永乐镇，水准原点在青岛。

我国当前使用的最新国家大地坐标系是2000国家大地坐标系，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心 ，是 测制国家基本比例尺地图的基础。

确定坐标系统之后，利用各种测量仪器、传感器以及集成系统，对自然地理要素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集，并且通过关联各类型地物要素（如地貌、水系、植被和土壤等自然地理要素，居民地、道路网、通信设备、工农业设施、经济文化和行政标志等社会经济要素），形成基础地形图或基础地理信息数据库。

目前获得地物空间地理信息的方式主要有外业测量、航空遥感测量、街景采集、无人机航拍、三维激光扫描等，由于获取信息的方式日趋多样便捷，所以数据的类型也更加丰富。

第二步“编”

地图制作的第二步是“编”。通过测量获得各类数据和信息后，如何在此基础上制作成各类用途的地图呢？这就需要为地图的绘制设计规则，并且遵循相关地图编制行业规范。

编制中，根据实际工作需要，首先要确定地图制图区域和尺寸大小。

制图区域关系着地图内容的范围大小和制图核心，一般有全国、省、市域、县域和城区范围，有时还会因工作需要定制特定区域范围的地图。

尺寸大小关系着地图的载体大小和应用场景，一般有全开、对开、4 开、8 开、16 开等常规尺寸。景区旅游地图通常采用 2 开或 4 开的尺寸，这样更方便携带和手持查看，办公挂图或作战图则采用全开或更大尺寸，便于更全面详细地展示图中各类地理要素。

不同的制图区域和地图尺寸决定了地图的比例尺大小，也同样决定了地图内容的详细程度。比如，一张实际比例尺为 1：3200万的中国地图，图中表示内容主要有省、自治区、直辖市界线，特别行政区界线、省级行政中心等信息。一张实际比例尺为 1：1600 万的中国地图，与 1：3200 万的中国地图相比，在内容上增加了地级市行政中心、县级行政中心等信息。

一张实际比例尺为1：740万的城区地图，与1：1600万的中国地图相比，在内容上增加了地区界以及更多的县级行政中心。

在尺寸不变的情况下，表示区域范围越小，比例尺就越大，地图所能展示的内容就越详细。

其次是确定地图的内容表示。

除了基础地图外，根据需要还会编制专题性地图，地图内容的主次信息表达会更加分明，地图设计的层次感也会更加强烈。

最后是确定地图表达方式。地图的表达方式主要包括数学基础、地图符号、图例和图面视觉效果设计四个方面。数学基础设计即地图投影、制图网格密度及地图比例尺的设计。地图符号设计是专题地图中最重要的部分，具有科学性、准确性、实用性、艺术性。图例是地图上使用符号的归纳和地图内容的必要说明，便于读图和理解地图内容。图面视觉层次主要体现在专题要素突出、有层次差别。地图构图要保证地图主题得以充分表现，图名、图例、比例尺、文字说明、图片、图 表、附图等共同组成一个和谐的整体。

第三步“绘

地图制作的第三步是“绘”，就是依照设计好的规则利用数据成果绘制成地图。在传统制图时代，制图者使用专业绘图工具以手工绘制的方式制作地图，制作一张地图往往需要大半年时间。由于传统地图制作工艺复杂 、耗时较长，所以每一幅地图都十分珍贵。在古代，通常能使用地图的都是帝王，甚至大部分官员都没有资格使用地图。

不过，到了数字化制图时代，依靠地理信息数据库进行数据提取、综合取舍、分层符号转化、图外整饰，可以更加便捷地实现地图数字化绘制。

第四步“印”

地图制作的第四步是“印”。地图绘制好之后，在印刷出版前，需要按照相关法律法规通过自然资源部门的地图审核，审核通过的地图 ，就可进行制版印刷了。

通过以上四个步骤，最终我们才能看到一张精美的地图。所以，一张地图的诞生并不简单，它的背后凝聚着测绘专业人士的汗水和智慧。

随着科学技术的发展，地图的内容、形式、载体也在不断变化，除了传统纸质地图，目前还有电子地图、手机地图、互联网地图等各类地图产品，它们以各自独特的方式服务于城市建设和人民生活。

土壤资源的前世今生

郭俊刚 赵恒勤

前世

你可知道，松林下松软芬芳的泥土和坚硬巨大的岩石原来是一样的呢。大自然鬼斧神工，又历经数亿年，悄然将坚硬的岩石变成了肥沃的土壤。

早在几十亿年前，地球的表面都是岩石。地壳表面裸露的岩石，受到风力和水力的侵蚀，在物理、化学、生物、气候等多种因素综合作用下，逐渐被破碎和分解。山一样大的石头变成了小块，小块又变成了细粒。在岩石由大变小、由粗变细的过程中，不仅仅是个头变化了，同时岩石也变成了一种叫“成土母质”的物质，这个过程就叫作风化。要注意的是成土母质还不是土壤。时间又过了数亿年，成土母质在水、空气、腐殖质和微生物的帮助下，逐步形成真正的土壤。成土母质的性质决定了土壤的类别，所以在我国有东北的黑土地，有西北的黄土高原，有云贵川的红土，还有中原的棕色土壤。土壤的垂直剖面从下往上通常可划分为“土壤母质层”“底土”和“表土”三个部分，其中“表土”和“底土”合称为“土体”，是土壤的主要部分，土壤的顶部则是由动植物残体腐烂转化而成的“腐殖质层”。大自然需要300年到1000年的时间才能形成大约2.5厘米厚的土壤。

今生

时间来到了人类文明，人类利用和改造世界的能力不断增强，对矿产资源的大规模开发利用，也对土地资源造成了伤害，土壤环境严重恶化，已经威胁到人类的生存与发展。

一、土地的压占和破坏

根据有关部门测算，至2009年底，全国有1亿多亩历史遗留工矿废弃地尚未复垦。在全国11.23万座矿山的开采活动中，每年约有300万亩土地遭受毁损。在新增被损毁的土地之中，耕地或其他农用地高达60%以上。耕地的减少，导致失地农民的增多，土地利用效率降低，生态环境恶化，对社会经济的可持续发展造成严重影响。

二、土壤污染

土壤污染包括矿产资源开发利用造成的土壤酸化和土壤重金属污染。

土壤酸化是指酸性物质使土壤变酸的过程。一部分是矿物开采过程中，硫化矿床从地下开采到地表后，矿石中的硫元素会转化为硫酸根离子，硫酸根离子随同降雨、地表径流等水体进入土壤，导致土壤酸化；另一部分是在矿物加工利用过程中，如煤炭燃烧所产生的二氧化硫、氮氧化物等大量酸性气体，进入大气后遇水形成酸雨，使土壤环境被酸化。

随着矿产资源的开发利用，进入到土壤中的铜、铅、锌、铬、镉、汞、砷等重金属超出土壤承载能力，影响植物正常生长，诱发植物发生病变甚至死亡，也会在植物体表或体内积累，通过食物链进入人体，诱发人类的疾病。

未来

伴随着“绿水青山就是金山银山”号角的吹响，我们必须采取一定的措施，将矿产资源开发利用对环境造成的损害降到最低。通过矿山土地复垦，增加可耕地数量，提高土地质量，改善生态环境；通过开采工艺的改进，充分利用采空区和废弃巷道，减少地表塌陷和废石排放；通过生产设备和生产工艺的改进和优化，实现对矿产资源的高效节约集约利用，减少废弃物排放。

目前，已经涌现出一些重金属修复技术，比如利用钝化剂使重金属的形态趋于稳定，利用超富集作用的植物吸收土壤中的重金属。重要地块被污染又不易治理的话，直接给土壤搬个家，将污染土壤移走，将清洁土壤移来。

土壤是我们人类赖以生存的资源，要把生态文明理念贯穿到整个土地资源和矿产资源的开发利用过程中不仅要注重土地数量的保持，还要注重土地利用质量的提升，实现经济效益、生态效益和社会效益的统一。

宜兴保磷矿基地选矿厂实现零排放

周文雅 吕振福

磷矿是地球上不可再生的非金属矿产资源，是一种重要的化工矿物原料，是保证粮食安全不可替代的矿产资源。

根据《全国矿产资源规划（2016—2020年）》，我国规划有3个磷矿资源基地：滇中、贵州开阳-瓮福、湖北宜兴保。中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所46种重要矿产资源开发利用水平调查项目组2019年奔赴湖北宜兴保磷矿基地进行开发利用水平调查，考察基地内资源的可持续保障情况、开采选别技术水平、尾矿废石的排放情况。

2018年全国共有磷矿采矿权证288个，湖北宜兴保磷矿资源基地有磷矿采矿权证62个。磷矿是湖北在全国最具比较优势的矿种，查明资源储量74.96亿吨，位居全国第一。为了提高生产效率和产品质量，大部分企业都会优先使用高品位磷矿，以避免不必要的原材料消耗、减少产生的废渣、提高磷矿的利用率。中低品位的磷矿石一般要通过一些特定的选矿技术，得到磷含量较高的精矿，才能用于后续的生产。宜昌的磷矿资源具有明显的夹层结构，中层为富矿，上下两层均为贫矿。特殊的矿层结构加上历史原因，宜昌当地采富弃贫的现象普遍。

湖北省磷矿资源管理暂行办法要求对磷矿必须“全层开采，全部入选”；对开采规模实行总量控制；对磷矿石(粉)实行凭准运单运输的准运制度；逐步重组和关闭生产能力在 15 万吨/年以下的磷矿企业，提升资源利用水平。宜昌市继续减少磷矿石开采计划，2018年在1300万吨的基础上又缩减了300 万吨。一系列措施，有效保障了湖北磷矿资源的可持续发展。

2018年，湖北宜兴保磷矿基地内磷矿企业有62家，在产企业54家，均采用地下开采，运营期间采掘废石不出坑，回填采空区，既可降低采空区上方的开裂、沉降变形，又防止固体废弃物对环境的污染。由于基地磷矿实行开采总量控制，基地内总设计采矿能力3212.5万吨，实际采出矿石1440.795万吨，平均采矿产能利用率46.02 %。

湖北宜兴保磷矿基地选矿厂普遍采用重介质旋流器进行磷矿选别。磷矿原矿破碎后进入重介质旋流器，品位高的磷矿颗粒在旋流器中下沉，成为精矿产品；品位低的磷矿颗粒在旋流器中上浮，随溢流水排出，成为尾矿产品。所有生产废水净化后全部循环使用，完全实现零排放。

宜兴保磷矿基地2018年排放磷矿废石70.94万吨，年利用磷矿废石95.87万吨，磷矿废石累计积存量为194.26万吨，2018年磷矿废石利用率为135.14% 。

宜兴保磷矿基地2018年排放磷矿尾矿41.32万吨，年利用磷矿尾矿37.32万吨，平均磷矿尾矿利用率为90.32 %，累计磷矿尾矿积存量为95.89万吨。

磷矿属于不可再生资源，缺乏相应的替代品种，被列为我国重要的战略资源，在国家粮食生产安全中占有极其重要的地位。湖北宜兴保磷矿资源基地资源储量大，2016年湖北远安发现一特大型磷矿床，初步探明储量达4.29亿吨，是我国首次发现的单一矿区最大规模磷矿，后备资源丰富。湖北对磷矿实行开采总量控制性管理，可有效保障我国未来磷的供应能力，保障我国粮食安全，助力中国磷业发展。

材料界的“百变星君”——石墨

郭理想 张然 刘磊

地球上的碳分布非常广泛，既可以分布于地壳表层，又可以存在于地壳深部甚至是地球内部更深处的地幔中。此外，碳还是地球上生物体的基本组成元素之一。同时，其存在的状态也很多样，氧化态、还原态以及单质形式的碳均能在各种自然和人为环境中存在。截至目前，自然界中已发现的由碳单质构成的物质有三种：第一种是价值斐然、人尽皆知的钻石，第二种是与我们的日常生活密切相关的石墨，第三种是尚存争议且人们知之甚少的卡宾碳。

石墨最早由德国矿物学家A.G.Werner（1749~1817）命名。自然界中产出的石墨外观呈现出钢灰色或黑色，形状主要有鳞片状和土状两类，还有部分以块状形式产出。其化学成分主要是碳，天然产出的石墨成分纯净的很少，其中常包含SiO2、Al2O3、FeO以及粘土、沥青等杂质。

石墨矿床的形成需要具备以下两个主要条件：大量的碳，即碳质要集中，它们是形成石墨的主要原材料；合适的热力学条件，例如相当高的温度，好比是工厂中用于生产的机器需要合适的工作参数和加工环境。

全球石墨资源分布广泛，美国地质调查局最新发布的《世界矿产品概要2019》中的数据显示，全球范围内的石墨储量主要分布在土耳其、中国、巴西、莫桑比克、坦桑尼亚、印度、越南等国。其中晶质石墨主要分布在中国、巴西、莫桑比克、乌克兰、马达加斯加等地，隐晶质石墨主要分布在土耳其、印度、墨西哥等地。

我国是传统的石墨生产和消费大国。石墨属于不可再生资源，是我国的优势矿种，我国在2016年12月将晶质石墨列入国家战略性矿产目录。根据自然资源部最新发布的《中国矿产资源报告2019》显示，我国晶质石墨查明资源储量为4.37亿吨，主要分布在黑龙江、山东、内蒙古、吉林和湖南5个省（区）。我国已发现的石墨矿床总体上可分为三种类型：区域变质型，如黑龙江省鸡西市柳毛石墨矿、山东省青岛市莱西南墅石墨矿、内蒙古自治区乌兰察布市兴和石墨矿等；接触变质型，如湖南省郴州市鲁塘石墨矿，吉林省吉林市磐石烟筒山石墨矿等；岩浆热液型，如新疆维吾尔自治区昌吉苏吉泉石墨矿，巴音郭楞蒙古自治州尉犁县托克布拉克石墨矿等。

石墨的用途也颇为广泛。石墨具备良好的导电、导热、润滑、耐磨，以及耐高温、抗腐蚀、防辐射等诸多优良性能，能用于制造各种产品，被广泛用于国民经济的各个行业，可谓是材料界的“百变星君”。在传统行业中，石墨可作为耐火砖、坩埚、增碳剂等，应用于耐火材料和钢铁工业。由于洁净钢及超低碳钢的发展，以及节能降耗的要求，开发低碳耐火材料已成为必然趋势，石墨在炼钢领域的用量正逐步降低。

在新能源领域，石墨可作为锂离子电池的负极材料。负极材料对石墨性能要求较高，通常需要将石墨球形化以后，提纯到99.9%以上。在核能领域，天然石墨也发挥着重要作用，球床式高温气冷堆的球形燃料元件中，天然石墨占据64%的比例。

石墨烯是近年来的热点新型碳材料。英国曼彻斯特大学的物理学家Andre Geim和Konstantin Novoselov于2004年首次发现了石墨烯，他们也因此荣获了2010年的诺贝尔物理学奖。我国目前已经实现以天然石墨为原料，通过氧化石墨-还原法制备石墨烯粉体的工业化量产过程，并在防腐涂料、导热膜等领域有较好的应用效果。未来石墨烯在新能源汽车、海洋工程、能源发展、高端装备、环境治理等领域的应用将进一步深入，有望成为各个重大领域不可或缺的应用材料。

“工业味精”——锡矿的开发利用

田敏 张红新

地壳中锡的平均含量只有0.004%，属于比较稀贵的金属。目前已发现锡矿物和含锡矿物50余种，其中具有工业意义的主要矿物为：锡石、黄锡矿、圆柱锡矿、硫锡铅矿、辉锑锡铅矿。地球上锡矿主要呈带状分布在东南亚和东亚两大锡矿带，东南亚锡矿带北起缅甸的掸邦高原，沿缅泰边境向南延伸到印度尼西亚。东亚锡矿带西起中国云南个旧，延伸至广西，南起朝鲜，经中国延伸至俄罗斯。中国居于东亚锡矿带的主要区域，因此成为全球锡资源储备第一大国。近年来数据显示，全球锡储量共约480万吨，中国拥有150万吨，印尼80万吨，巴西70万吨，玻利维亚40万吨，澳大利亚37万吨。

我国锡矿资源分布较为集中，主要分布在云南、广西和湖南三个省（区），三个省（区）锡精矿产量合计约占全国总产量的90%。目前，世界上有20多个国家开采锡矿，自1993年以来中国锡精矿产量一直居于世界第一。

我国锡矿资源按照矿物组成不同分为三类：原生锡矿、砂锡矿和其他类型锡矿石，储量分别为92.88%、0.80%和6.32%。原生锡矿主要分布在广西和云南，合计占总累计查明储量的83.06%。目前，工业生产中锡矿选厂根据资源类型的不同，共有7种方法处理矿石，分别为重选、单一浮选、浮-重-浮、浮-磁-重、重-浮-磁、重-磁-浮、重选-浮选，重选法处理矿石量最多，单一浮选法处理的原矿品位最高。我国资源量最大的原生锡矿和砂锡矿主要采用重选工艺，使用的机械设备有跳汰、摇床、溜槽及离心机等重选设备。我国虽然锡矿储量丰富，但品位较低，主要集中在0.1%~1%之间。国内矿山企业着力提高锡矿伴生资源综合利用水平，通过科学制定选矿工艺，回收共伴生组分11种元素，包括镉、硫铁矿、镍、铅、锑、铁、铜、钨、锌、铟、银。

锡最大的优点是可以100%回收，符合环保、节能、节约资源的国家战略，国家不断出台多项政策鼓励扩大锡的应用领域。近几年，我国电子产品出口日益增多，在欧盟《关于报废电子电器设备指令》和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》发布实施后，欧洲将强制步入无铅化电子时代。中国电子无铅化趋向势在必行，预计我国在锡焊料领域中消费量年增长率将在10%左右；塑料工业生产因环保要求，将扩大锡热稳定剂的使用；硫酸亚锡作为新型绿色环保水泥的添加剂，在近几年发展较快。随着我国汽车、钢铁、机械制造业和矿山工业的发展，锡的使用量会逐步增加，锡产业将迎来长期良好的发展前景。

你了解氟中毒吗？

冯乃琦 张永康 曹耀华

氟在自然环境中广泛分布且与人体健康密切相关，主要分布在人的骨骼、牙齿、指甲和毛发中。氟是与人体健康密切相关的必需微量元素，但若摄入过量就会引起氟中毒，氟污染还可以使动植物中毒，影响农牧业生产。我国地方性氟中毒病区分布广、病情重，遍及29个省、市、自治区。全国有病区县1314个，病区村10万余个，受威胁人口超过1亿人。

一、什么是地方性氟中毒？

地方性氟中毒，是指在自然条件下，人们长期生活在高氟环境中，主要通过饮水、空气或食物等摄入过量的氟而导致全身慢性蓄积性中毒。

二、地方性氟中毒的危害是什么？

地方性氟中毒是一种慢性全身性疾病，主要表现在牙齿和骨骼上。对牙齿的损害主要表现为氟斑牙。主要危害为7~8岁以下的婴幼儿，一旦形成残留终生。

对骨骼的损伤会引起氟骨症，主要表现腰腿及全身关节麻木、疼痛、骨关节变形，出现弯腰和驼背，最后发生功能障碍，乃至瘫痪。另外还可能对神经系统产生障碍，对肌肉、肾脏、甲状腺、甲状腺旁腺等产生不同程度的损害。

三、大气、土壤和水中的氟是从哪里来的？

大气中的氟：大气中氟的人为来源主要是工矿业的生产过程和煤炭燃烧的排放，以气态和颗粒形式将氟化物释放到环境中。

土壤中的氟：土壤中氟的来源主要有3个途径：岩石中含氟矿物的风化；火山喷发进入大气的含氟化合物经干湿沉降进入土壤；人类工业活动。据估计，我国磷肥厂一年排放10多万吨氟，砖瓦厂排氟量达50万吨以上。此外，钢铁、制铝、化学磷肥、玻璃、陶瓷、氟化工等工业以及燃煤过程中排放的含氟三废，数量也极高。

水中的氟：萤石和磷灰石的溶解是地下水中氟的主要来源，黑云母、角闪石以及含蛭石、高岭石和蒙脱石的黏土矿物也是其来源之一。

四、地方性氟中毒有哪几种类型？

根据氟的来源和摄氟途径不同，将地方性氟中毒分为三大类：饮水型氟中毒、燃煤污染型氟中毒、饮茶型氟中毒。

五、地方性氟中毒临床表现有哪些？

氟中毒最突出的表现是骨骼和牙齿受损害。骨骼损害引起氟骨症，出现全身关节疼痛，四肢或躯干麻木，手足抽搐、僵硬，严重时还有关节活动困难，弯腰驼背，胸廓变形，甚至不能直立行走，丧失劳动能力。

六、影响氟中毒发病的主要因素有哪些？

一是摄氟量：摄氟量高，发病率高，病情严重。二是营养条件：蛋白质、钙和维生素有抗氟保护机体的作用。三是饮水中的化学成分及硬度。饮水中的钙和镁可降低人体对氟的吸收，促进氟从体内排泄，减少氟对机体的危害。饮水的碱度增强可使氟的活性增强，有利于氟的吸收和增加氟的毒性。四是抗氟元素的摄入，如钙、镁、铝、硼、锌、硒、铜、钼、铁等，可促进氟由体内排出或增强某些酶的活性，从而提高机体抗氟能力，降低氟的毒性。五是生活、饮食习惯与燃煤污染型和饮茶型地方性氟中毒有着极为密切的关系。

七、氟中毒的预防措施有哪些？

饮水型氟中毒病区预防的根本措施是降低水氟含量，使之达到生活饮用水卫生标准。

一是改换水源。在有条件的地区采用引水、打深井等措施，使病区群众改用低氟水源。二是在干旱地区，可利用物理、化学方法除去水中过量的氟，使之达到生活饮用水卫生标准的要求。常用的方法有混凝沉淀法、活性氧化铝吸附过滤法、骨炭过滤法等。三是饮茶型氟中毒病区要大力宣传高氟茶的危害，使病区广大群众认识到高氟对人体健康危害的严重性，自觉改变不良的饮茶习惯，增强自我防病能力。

八、地方性氟中毒该如何治疗？

地方性氟中毒由于发病机理不太清楚，目前尚未研究出根本有效的治疗方法，只能对症或缓解某些症状，减轻病人痛苦。

一是切断氟源，减少机体摄氟量。根据病区类型和特点，采取不同措施，把环境介质中的氟含量降到或控制在国家标准范围内，减少机体摄氟量。

二是减少机体对氟的吸收。利用某些元素与氟的亲和力与氟离子结合，形成新的难溶性盐，不能被机体吸收利用，如铝、硼、钙等元素。

三是促进体内氟的排泄。体内氟主要从肾脏排泄，某些药物和元素能促进氟从机体排出。如甘草和维生素C，两者对增强体内新陈代谢、加强利尿解毒有一定作用。

四是改善生活条件。生活条件和营养状况对地方性氟中毒的发生与发展有直接影响，改善生活条件，增强机体抵抗力，补充必要的营养，有利于减轻发病和提高疗效。

五是对症治疗。地方性氟中毒患者常出现疼痛、麻木、抽搐，以及消化系统、神经系统障碍等症状，可给以镇静、镇痛、助消化等药物，解除患者痛苦。

九、刷牙会导致氟中毒吗？

我国居民氟的适宜摄入量应在1.0到1.5毫克之间，可耐受最高摄入量为3毫克，超过此安全限值，氟就会在体内积蓄，引起氟中毒。我国牙膏含氟量标准是：成人牙膏0.05%～0.15%。如果使用1克的含氟牙膏（约1厘米长的膏体），每天刷牙2次，氟总量只为2～3毫克。刷牙后吐掉泡沫，已经吐掉了大部分的氟，剩下吞咽到体内的氟只是很少的一部分，不会对人体产生伤害。

对于儿童，特别是6岁以下的儿童，由于吞咽反射比较差，容易在刷牙时吞入牙膏，要注意防止氟摄入过量。一方面，儿童应该使用含氟量更少的儿童牙膏，并且每天刷牙不超过2次。另一方面，家长要监督孩子刷牙，鼓励他们吐出泡沫，不要吞咽。偶尔发生的吞入不用过于担心，因为即使是使用含氟1500毫克/千克的牙膏，1岁儿童也要一次服下33克才会达到可能中毒量。