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    资源、环境与生态问题已成为事关人类发展前景的全球性问题。近几十年来,随着人口急剧增长与经济快速发展,世界工业化、城市化进程不断加快,人类活动已成为全球变化的重要驱动力。在经济全球化、区域一体化不断深化的推动下,各国经济发展对相互之间资源、环境与生态的影响不断加大,人类进入了生态全球化时代。面对前所未有的重大而紧迫的全球性环境问题,世界各国在持续努力探索解决之道。党的十八大从新的历史起点出发,做出“大力推进生态文明建设”的战略决策;习近平总书记从新时代基本方略的高度提出要树立“两个共同体”理念——“人类命运共同体”理念与“山水林田湖草生命共同体”理念,为推进全球经济社会发展指明了方向,地质调查工作迎来了新的转型发展。地质调查工作如何适应与服务全球与国内生态文明建设并推动全球与区域问题的解决,亟待深入思考。

     

    11990~2015年不同国家矿产资源人均开采量与消费量变化

    地球系统问题的全球性与区域性

    20世纪50年代以来,人类活动对地球系统影响的程度和频度发生了急剧变化,人类施加于地球系统的各种压力进入“大加速”时期,地球从全新世跨入了新的地质年代——人类世。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,有可能产生不可逆转的后果。在第23届联合国气候大会上,来自世界各国的科学家发出警告:地球系统越来越抵近危险的“临界点”。

    1. 全球自然资源开发从线性增长转变为指数增长,发展中国家增长尤为突出

    过去的100多年,矿产、水、土地等自然资源开发经历了从线性增长到指数增长的转变。

    (1)矿产资源:全球开采总量快速增长,发达国家主导矿产消费,发展中国家开采快速增加

    1901年以来,全球矿产开采总量经历了缓慢增长、快速增长、稳定增长与急剧增长的变化。与1901年比较,2015年全球矿产开采总量增长了32.0倍,其中化石能源增长14.6倍,金属矿石增长41倍,非金属矿石增长49.3倍。根据开采量增长情况,矿产资源开发可划分为4个阶段:1945年以前,矿产开采量缓慢增长,年均增长0.59亿吨,人均开采量1.73吨;1946~1973年,矿产开采量快速增长,年均增长6.40亿吨,人均开采量增长到5.78吨,年均增长4.0%;1974~1997年,矿产开采增速减缓,年均增长6.15亿吨,人均开采量增至6.34吨,年均增长0.4%;1998~2015年,矿产开采量急剧增长,年均增长16.05亿吨,人均开采量增至9.01吨,年均增长2%。

    近几十年来,全球矿产开采与消费格局发生了重大变化。从开采来看,20世纪90年代中期之前,OECD国家主导全球,开采量占全球的41.8%,之后开采量占全球比例不断降低,到2015年降至23.0%,并且自2007年开始由增长转变为下降趋势;金砖国家开采量快速增长,在1995年超过OECD,占全球比例由1995年的37.9%升至2015年的51.6%。从消费来看,直到2007年,OECD国家消费量呈不断增长趋势,1990~2007年平均占全球总量的52.1%,2007年之后消费量降中趋稳,近年来稳定在295.42亿吨左右,占全球比例降至2015年的36.4%;金砖国家消费量在2000年之后快速增长,年均增长6.3%,在2010年超过OECD国家,到2015年增至360.57亿吨,占全球总量的44.0%;其余国家矿产消费量保持稳定增长趋势,年均增长3.1%。

    全球资源治理体系变革滞后于全球矿产开采消费格局的变化。1990~2015年,OECD国家人均矿产消费量大大高于其人均开采量,平均高出42.2%,且这一比例有增大的趋势。这表明,发达国家所开发的矿产根本满足不了其消费需求,通过进口越来越多的原矿石、矿产品与各种制成品来补充。金砖国家、其余国家人均开采量一直大于其消费量,说明发展中国家所开采的矿产在满足本国需求之外,有相当比例以原矿石、矿产品、各种制成品等形式出口。以金砖国家为例,2015年矿产开采量14.6吨/人,消费量11.7吨/人,在满足本国需求的同时,每人平均为其他国家贡献了2.9吨的矿产。目前的全球资源治理体系与发展中国家的贡献不相适应,亟需变革,以促进全球资源优化配置。

    (2)水资源:开采总量保持增长态势下呈现出显著的区域分化

    全球水资源开采在总量持续增长态势下呈现出显著的区域性差异。1901年~1950年,全球水资源开采量缓慢增长,由6713亿立方米增至12265亿立方米,年均增长1.3%;1951年~1980年,水资源开采量快速增长,年均增长3.2%;1981年以来,水资源开采量增速趋缓,年均增长0.8%。OECD国家水资源开采量在1980年由快速增长转变为稳定波动趋势,近年来稳定在9200亿立方米,占全球总量的23%。金砖国家水资源开采量自20世纪60年代以来保持快速增长的趋势,1960年~2000年年均增长2.4%以上,2000年以后增速有所减缓,到2015年增至17500亿立方米,占全球总量的43.7%。全球水资源开采量增长的主要原因是灌溉农业的快速发展与农业经济的持续增长。中国、印度等新兴经济体农业快速发展,加上持续的工业化和城市化,用水量有较大幅度的增长;欧盟、美国等发达经济体由于越来越多地进口工业制造产品与粮食,同时技术进步促使工业与城市用水下降,用水量自以前的增长转变为稳定或下降。

    地下水开采量快速增加,部分发展中国家含水层疏干问题严重。全球地下水开采量自20世纪60年代的3120亿立方米增至2010年的9820亿立方米,增长了3倍多。与水资源类似,地下水开采亦呈现出显著的区域差异。发达国家地下水开采在经历了一段时期的快速增长后已趋于稳定或缓慢下降。例如,美国地下水开采1950年~1980年保持了30年的增长,之后趋于稳定。发展中国家地下水开采自20世纪七八十年代以来处于快速增加的态势。例如,埃及1972年~2000年地下水开采量增长了6倍。地下水开采主要集中在亚洲国家,印度、中国、巴基斯坦、伊朗、孟加拉国等5个国家地下水开采量占全球总量的53.2%。地下水开采量的快速增加导致部分地区地下水位持续下降,引发了严重的生态环境问题,如泉水消失、湿地萎缩、地面沉降、海水入侵等。

    (3)土地资源:城市与农业用地持续扩展,生态空间不断萎缩

    1901年~2015年,全球土地利用变化的趋势是拓荒草原与森林来扩展农业用地,开发农业用地来扩展城市和基础设施建设用地,森林、草原、湿地等生态空间不断萎缩。农业用地面积扩展趋势趋于减缓。1901年~1955年,全球农业用地面积快速增长,年均增长0.88%,占全球土地面积的比例由20.6%增至33%;1955年~2015年,农业用地面积增速趋缓,年均增长0.23%,约占全球土地面积的38.0%。从区域上看,欧盟、东欧和北美的耕地面积有所下降,而南美、非洲和亚洲的耕地面积呈扩大态势。全球森林面积不断减少。1901年~1960年,森林面积平均以每年减少0.18%的速度逐年缩小,1960年以后森林面积缩小速度减缓,年均减少0.1%。

    城市化以前所未有的速度在扩张。遥感图像分析表明,全球城市面积6587.6万公顷,占全球土地面积的0.51%。城市用地占土地面积比例最高的地区是西欧(2.11%),其次是东亚(0.97%)、北美(0.72%)、东南亚(0.63%)。据统计,1950年~2015年人口大于1000万的城市群数量由2个增加到29个,人口500万~1000万的城市群数量由5个增加到45个。联合国粮农组织(FAO)估计,目前城市面积以每年200万公顷的速度扩展,80%的土地来自于农业用地。虽然城市占用土地面积比例很小,但是由于城市集聚了全球一半以上的人口,城市发展对生态环境的影响是巨大而深远的。

    2. 全球生态环境恶化趋势加剧,区域分化明显

    在不断加快的世界工业化、城市化进程作用下,气候变暖、自然灾害、水土污染等日益成为影响全球发展的重大生态环境问题。

    (1)二氧化碳等温室气体浓度不断攀升,全球气候变化加剧

    根据观测数据,大气中二氧化碳等温室气体浓度上升呈加剧趋势。1901年~1960年,大气二氧化碳浓度由296ppm增至316ppm,年均增长0.11%;1960年之后,增长速度逐渐加快,1961年~1997年均增长0.36%,1997年~2015年均增长0.55%,2015年大气二氧化碳浓度增至399.57ppm。大气二氧化碳浓度升高的主要原因是化石燃料燃烧和水泥生产排放了大量的二氧化碳。2015年化石燃料燃烧与水泥生产排放了360.2亿吨二氧化碳,是1990年的1.6倍。

    发展中国家开采了越来越多的化石能源,来满足发达国家的能源消费需求。在世界经济发展竞争加剧的背景下,很多发展中国家为了获得竞争优势,降低或放松了环境标准要求,推动高耗能、高污染、高碳产业发展;而发达国家对环境标准要求不断提高,以提高本国环境质量和生活舒适度。受此影响,高碳产业可能从环境标准高的发达国家向环境标准宽松的发展中国家转移,从而导致碳排放转移。全球碳计划(GCP)对1990年~2015年二氧化碳排放量估算表明:OECD国家因消费造成的碳排放大于其生产造成的碳排放,且差值越来越大;相反,金砖国家生产造成的碳排放大于其消费造成的碳排放,差值亦越来越大。这说明,发展中国家开发了本国越来越多的化石能源,加工、制造成各种产品出口到发达国家,承担了碳排放量上升与环境污染的代价。

    (2)重大突发性地质灾害呈上升趋势,经济损失快速增加

    全球重大地质灾害发生频次不断上升。联合国国际减灾战略机构EM-DAT灾害数据库收集了各国发生的重大自然灾害。入库灾害至少满足下列条件之一:造成10人以上死亡;100人以上受到灾害影响;政府宣布应对灾害紧急状态;政府在救灾过程中呼吁国际援助。1940年~2015年,全球发生重大崩塌、滑坡、泥石流地质灾害697次,造成6.5万人死亡,有记录的经济损失约89.4亿美元。上世纪40年代到80年代初重大地质灾害增长较慢,80年代以后发生频率快速增加,从80年代初的年均不足10次增加到近10年的年均18次。虽然发生频次增加,但是因灾死亡人数没有明显增长,单次地质灾害造成的死亡人数总体上是下降的,从1970年~1979年的136人/次下降到近5年的38人/次,说明各国地质灾害防治取得了一定成效。然而,地质灾害造成的经济损失自80年代以来快速增加,从70年代的平均每年0.14亿美元增加到近10年的平均每年1.76亿美元。

    不同国家地质灾害发生与防治情况存在显著差异。美国1960年~2009年地质灾害共造成336人死亡,直接经济损失12.4亿美元(按1960年折算)。1970年以后,美国地质灾害造成的死亡人数保持在很低的水平,平均年死亡人数在4人以下;1985年以前直接经济损失呈快速增加趋势,之后直接经济损失则呈减少的趋势。墨西哥1997年以前地质灾害发生在低水平波动,平均每年发生10次左右,平均每年导致近14人死亡;1998年以来,地质灾害显著增加,平均每年发生的地质灾害增加至86次,平均每年导致50人以上死亡。尼泊尔1971年~1992年发生地质灾害频次保持稳定,多在19次上下波动;1993年以后发生频次明显增加并呈周期性波动,平均每年发生120次以上,在高发年可达380次以上。

    (3)全球水土污染处于上升态势

    已有数据研究表明,全球水土污染呈上升趋势,随着部分工业企业(特别是高污染企业)由发达国家向新兴市场国家转移,新兴市场国家水体和土壤面临着越来越大的污染压力。

    地表水和地下水污染日趋严重。据联合国估计,全球每天大约有200万吨工农业和生活废弃物排入地表水体中,全球每年污水产生量高达1500立方千米。在发展中国家,80%的污水未经处理直接排放到河流、湖泊和海洋中。世界卫生组织统计显示,全球有8.84亿人缺乏安全饮用水,全球88%的腹泻与不安全饮用水、缺乏卫生条件有关,大部分分布在发展中国家。在快速城市化和农业种植区,地下水中的氮浓度不断上升,地下水质趋于恶化。在人类活动的作用下,孟加拉国、缅甸、阿富汗、柬埔寨、印度、中国等地区发生了地下水砷污染,影响了3500万~7500万人口的饮水安全。土壤污染问题在发达国家和发展中国家普遍存在。由于长达200年的工业化过程和现代工农业的发展,欧洲土壤污染严重。据欧盟调查,38个欧洲国家发现大约有250万个场地存在污染风险,其中有34.2万个已被确认为污染场地,需要进行修复。由于土壤污染的隐蔽性和复杂性,土壤污染问题在很多国家尚没有引起足够重视。

    地球系统问题解决的理论框架 

    不断加速的工业化、城市化与全球化耦合在一起对地球系统产生了前所未有的影响,促使人们必须从全球尺度去认识地球系统的变化机理;同时,不同区域或国家自然资源与生态环境变化出现了明显分化,与人类相互联系最为密切的近地表圈层资源、环境与生态问题呈现显著的区域性特征,促使人们必须从近地表圈层去认识地球系统的变化机理。在问题驱动下,随着全球观测、信息等技术进步,地球科学形成了一门新的分支——地球系统科学;在地球系统科学理论指导下,聚焦近地表圈层形成了一个新兴领域——地球关键带。

    近年来,我国从生态文明建设实践出发,提出了“构建人类命运共同体”和“山水林田湖草生命共同体”的理念。“人类命运共同体”的内涵是从生态、经济、政治、合作等方面构建全球治理体系,推动形成新型国际关系和国际新秩序;在生态方面强调生态环境问题无边界,保护地球系统是全人类的共同责任。“山水林田湖草生命共同体”的内涵是按照生态系统的整体性、系统性及其内在规律,统筹考虑自然生态各要素、山上山下、地上地下、陆地海洋以及流域上下游,进行整体保护、系统修复和综合治理。由此,学术界与政界在应对人类面临的地球系统问题方面高度契合,共同构成了完整的理论框架。

    1. 地球系统科学:服务构建人类命运共同体

    地球系统科学把地球看成一个由相互作用的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈等圈层构成的统一系统,重点研究各组成部分之间的相互作用,了解整个地球系统的过去、现今及未来的行为,为全球生态环境问题的解决提供理论基础与对策方案。上世纪80年代以来,地球系统科学以全球气候变化研究为重点,技术方法不断发展,研究内容不断丰富,研究体系日趋完善与成熟。

     

    地球系统问题解决的理论框架

    (1)以观测、机理、建模与解决方案为重点,地球系统科学研究取得重大进展

    地球系统观测网不断扩展与升级,地球系统监测能力不断增强。美国NASA于1991年建立地球观测系统(EOS),利用卫星与其他手段对全球陆地表面、生物圈、地球空间、大气以及海洋进行长期观测;EOS之后,启动了地球系统任务(ESM),加深对气候系统与气候变化的认识;2017年,启动了下一代联合极轨卫星系统,用于天气预报和环境监测。美国地质调查局自1972年起陆续发射LandSat系列卫星,用于探测地球资源与环境,包括调查地下矿藏、海洋资源和地下水资源,监视农、林、畜牧业和水利资源利用,监测自然灾害和环境污染等。法国国家空间研究中心自1986年开始研发SPOT系列卫星,进行土地利用/覆盖变化、植被监测、自然灾害评估等。欧盟与欧洲航天局自2005年资助地球观测计划——全球环境与安全监测系统(GMES),由遥感卫星与陆地、海洋、大气等监测传感器组成,2013年更名为“哥白尼计划”,以扩大地球观测计划在公众中的影响力。

    地球系统变化与过程机理研究不断深化,揭示了地球系统要素不同时空尺度下的变化规律与影响。地球系统变化包括大气过程、海洋过程、陆地过程、冰冻圈过程等,这些过程相互影响、相互作用。由于碳循环是地球系统物质和能量循环的核心,全球碳循环及其对全球变化的响应研究一直是被广泛关注的前沿问题。人们对岩石圈、陆地生态系统、海洋、大气以及人类社会等碳库的储量、在全球碳循环中的地位及其作用机制有了深入的认识。人们认识到土地利用、覆盖变化是造成全球变化的重要原因,很多学者对土地利用变化引起的区域气候、土壤、水文、地质等因子变化及其对生态系统影响进行了大量研究。针对全球变化的生态系统影响,学者从植物群落、植物生理生态、地下生态、水生态系统、生物入侵、生物多样性等方面开展了深入研究。

    先后建立了多个地球系统模拟模型,地球系统变化预测能力大幅度提升。上世纪80年代以来,很多研究机构陆续开展了大气模式、海洋模式、陆面模式、海冰模式等地球系统模拟模型的研发和应用。2000年美国NASA提出构建地球系统建模框架ESMF,包括核心框架、天气及气候建模、数据同化应用等,为地球系统建模提供了一个标准的开放资源的软件平台。ESMF发展至今,已经拥有40多个模型,包含大气圈模型、大气动力学/物理学相关模型、海洋模型、陆地和陆表模型、水文学/分水岭模型等。欧洲提出了欧洲地球系统模拟网络(ENES)计划,包括地球系统模拟集成和气候资料存储与分发两个计划,目标是建立一个高效的欧洲地球系统模拟和气候预测系统进行集成模拟研究。日本在上世纪90年代启动了“地球模拟器”计划,于2002年研制成功,并在国际上率先开展了超高分辨率的全球气候系统模式的发展和模拟研究。中国科学院开发了地球系统模式CAS-ESM,集成了大气、陆面、陆冰、海洋、海冰等分量模式。

    应对全球变化提出了系列减缓、适应方案,服务制定政策、编制规划和措施决策。基于地球系统观测、机理研究与模型模拟预测,开展全球变化的适应与可持续发展研究是地球系统科学研究的重点之一。2015年,《联合国气候变化框架公约》近200个缔约方在巴黎气候变化大会上达成《巴黎协定》,将所有国家都纳入了呵护地球生态确保人类发展的命运共同体当中,目标是把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃之内,并为把升温控制在1.5℃之内努力。越来越多的研究强调通过人类自身行为的改变,主动适应地球系统变化;通过土地系统和景观的重新设计,协调生态系统服务和人类福祉之间的相互关系;通过社会-经济-环境可持续性的综合协同,降低地球系统变化的风险。

    (2)促进自然科学与人文科学融合和推进更加平衡的多学科集成,成为地球系统科学发展的未来趋势

    国际科学理事会(ICSU)于2010年提出了面向全球可持续发展地球系统科学面临的5大挑战:一是如何提高对未来环境条件及其影响预测的实用性;二是如何发展、增强和集成必要的观测系统用以管理全球和区域环境变化;三是如何预见、识别、避免与管理破坏性全球环境变化;四是采取什么样的制度、经济和行为变化以迈入全球可持续发展路径;五是如何在技术研发、政策制定与社会响应中鼓励创新来实现全球可持续性。

    面临这些重大挑战,地球系统科学将会从自然科学主导的研究转变为有广泛的科学和人文领域参与的研究,从单学科主导的研究转为更加平衡的多学科集成研究。“未来地球计划”未来10年将集中在3个方面:动态行星地球——观测、解释、了解和预测地球、环境和社会系统趋势、驱动力和过程及其相互作用;全球发展——获得管理食物、水、能源、材料、生物多样性和其他生态系统功能和服务所需要的知识;可持续性转型——了解转型过程与选择,评估跨部门和跨尺度的全球环境治理与管理战略。

    中国所提出的构建人类命运共同体理念,得到了国际社会的高度认可。这一理念被联合国纳入相关决议,与“未来地球计划”等一起共同引导与推进全球生态文明建设。

    2. 地球关键带理论:服务构建山水林田湖草生命共同体

    地球关键带是指异质的近地表环境,岩石、土壤、水、空气和生物在其中发生着复杂的相互作用,在调控着自然生境的同时,决定着维持经济社会发展所需的资源供应。地球关键带科学为近地表圈层地球系统研究提供了一个整体框架,在此框架内开展全面、系统、持续、深入的跨学科研究。可以说,地球关键带科学是地球系统科学在近地表圈层的具体实现,为地球系统科学提供区域理论基础并服务于区域与全球可持续发展。

    (1)融合地质、水文、土壤、生态等学科,地球关键带科学快速发展

    通过探索,地球关键带科学形成了一条整合研究的技术框架:循环上升的调查-监测-研究体系。通过调查、监测和研究的循环进行,不断深化对关键带及其过程时空变化规律的认识;在此基础上,通过对图件、数据和成果集成分析,针对管理者、科学家、社会公众等服务对象生产各种产品,将关键带研究成果最大程度地传递给社会。

    调查是了解地球关键带组成与结构的基础,也是部署监测和开展建模的基础。2012年,美国地质调查局发布了其核心科学体系科学战略(2013~2023),明确将地球关键带作为其研究的核心靶区,提出针对关键带的结构和过程进行调查,建立关键带3D/4D地质框架模型。针对土壤侵蚀、盐渍化、有机质减少和滑坡等土壤环境问题,欧盟委员会发布了土壤保护主题战略,将传统的1~2m深的土壤层扩展到地表至基岩之间的未固结土层进行调查和研究。关键带调查的主要目标之一是回答“关键带如何形成与演化”这一基本科学问题。欧盟资助的欧洲流域土壤变化项目选择了代表土壤形成不同阶段的4个地区进行调查研究,分析确定关键带形成演化的影响因素和关键带生态服务的可持续性。

    监测是了解地球关键带随时间变化的基础,为建模提供所需的输入数据和校正数据。美国国家科学基金会于2007年启动了关键带观测计划,先后建立了10个关键带观测站,以流域为单元,对关键带各种要素进行长期观测。德国亥姆霍兹联合会于2008年启动了陆地环境观测建设项目,先后建成了4个陆地环境观测站,为区域尺度气候变化研究提供地下水、包气带水、地表水、生物和大气的基础观测数据。法国则通过提升现有的“河流盆地网络”所属的观测站,建设关键带观测设施,以流域为单元对关键带要素进行观测。欧盟委员会于2009年启动了“欧洲流域土壤变化”项目,选择4个典型地点建立了地球关键带观测站,将土壤监测作为长期观测的重点。

    建模对于深化对关键带形成、运行与演化的科学认识具有重要的作用,始终是关键带科学研究的重要领域之一。例如,美国关键带观测计划的重要目标之一是建立能够描述关键带生态过程、生物地球化学过程和水文过程的系统模型,定量预测气候变化、地质作用和人类活动下关键带结构和功能的响应。关键带过程模型大致可分为两类:一类是描述单个过程的数学模型,一类是描述多个过程叠加的耦合过程的数学模型。对于前者,目前已建立了较为成熟的模拟模型;而对于后者,是关键带建模的重点和难点,尽管近年来做了很多探索工作,耦合模型还远不成熟,仍在不断发展中。

    (2)随着地球关键带科学的形成与发展,或将促使地球表层研究发生科学变革

    地球关键带将与经济社会最密切的近地表环境作为独立的开放系统,为区域资源、环境和生态问题研究提供一个完整的系统框架。地球关键带科学研究尚处于探索阶段,近年的进展表明地球关键带科学有潜力促使地球表层研究发生科学变革,为经济社会面临的气候变化、生态系统管护、水资源安全、自然灾害防治等重大问题的解决展示了一种新的图景。未来地球关键带科学研究发展方向包括4个方面:开发一个统一的地球关键带演化理论框架;开发耦合的系统模型来探究地球关键带服务;开发一个集成的数据和测量框架并进行验证;建立多学科集成的地球关键带观测站。

    从国内生态文明建设的实践中,我国提出了“山水林田湖草是一个生命共同体”的理念。在内涵上,地球关键带与山水林田湖草异曲同工,前者侧重理论,后者侧重实践,目标均是推进区域生态环境治理。地球关键带科学是山水林田湖草系统治理的理论基础,后者则是前者与实践相结合的应用体现。地球关键带科学与山水林田湖草生命共同体理念共同构成了区域生态环境治理的理论框架,共同推进区域可持续发展。

    对地质调查工作的思考

    地球系统问题得到了政府与学术界的高度关注。在社会治理层面,围绕人类社会持续发展需求形成了“两个共同体”理念——人类命运共同体与山水林田湖草生命共同体。在学术层面,随着全球观测、信息等技术的进步,以问题为导向,地球科学形成了新的分支——地球系统科学,聚焦近地表圈层衍生了“地球关键带”新领域。由此,政府与学界在应对地球系统问题方面高度契合,共同构成了完整的理论框架。地质调查工作应树立人类命运共同体与山水林田湖草生命共同体理念,以地球系统科学理论为指导,以地球关键带为重点,加强调查、监测与机理研究,加强综合评价,服务和支撑生态文明建设。

    一是以地球关键带为重点加强综合调查评价。将地球关键带作为地质调查工作的重点靶区。按照统一的技术规范和标准,开展不同尺度的专业性基础性地质调查,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,建立地球表层三维地质框架模型。充分利用现代信息、网络、大数据等技术,加强区域问题综合评价,形成基础扎实、数据可靠、形式多样的综合评价产品,服务区域生态治理与自然资源综合管理。

    二是以服务生态保护修复为目标加强生态地质调查。根据自然资源管理与生态保护修复需要,选择典型地区探索开展生态地质调查,形成生态地质调查技术规范。根据自然资源勘查开发的源头保护、利用节约与破坏修复全过程需要,推进不同尺度生态地质调查,提出生态保护修复地质解决方案。

    三是以服务全球资源治理为重点加强全球问题合作研究。以“一带一路”倡议为抓手,加快推进矿产资源勘查开发国际合作,加强产能合作,促进全球资源优化配置。立足我国优势,在前沿与关键领域,策划实施地学大科学计划,以全球岩溶动力系统资源环境、地球化学调查、青藏高原特提斯演化与资源-环境效应等为重点,推进国际地学大计划合作。

    四是以资源环境要素为重点加强地球系统探测与监测。采用卫星遥感、航空遥感等对地观测技术,定期采集全球与区域资源环境要素数据。协调、整合、新建观测站点,形成地球关键带综合监测网。开展区域自然资源数量、质量与生态综合监测,及时提出预警。围绕深部资源勘查开发与灾害防治需要,加强地壳深部探测。

    五是以提升自然资源管理决策支撑能力为重点加强地质大数据建设。整合现有地质、资源、环境、生态等调查数据,构建地质大数据核心数据库体系。建立资源环境要素数据动态更新机制,实现地质大数据与自然资源管理需求在时空上的契合。与经济、管理、社会等相关基础数据无缝链接,为自然资源管理与资源环境治理提供全方位支撑。

     

    地球关键带研究的调查-监测-研究循环体系框架

    六是以过程机理研究为基础加强综合评价。基于三维地质框架模型,加强地球系统物理过程、化学过程、生物过程的机理研究,建立地球系统或地球关键带模拟模型。基于机理模型,考虑不同社会经济发展情景,对所面临的问题进行综合评价,有针对性地提出地质解决方案。

    (作者单位:自然资源部中国地质调查局发展研究中心)

    解决地球系统问题需要新站位

    今年4月22日是第49个世界地球日。世界地球日是宣传我国国土资源国情国策、提高公众节约集约利用资源意识、普及地球科学技术知识的重要平台。

    习近平总书记指出,“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。没有全民科学素质普遍提高,就难以建立起宏大的高素质创新大军,难以实现科技成果快速转化。”

    中国地质调查局成都综合所结合工作实际,围绕今年的世界地球日主题“珍惜自然资源 呵护美丽国土——讲好我们的地球故事”,策划开展一系列主题宣传活动。这些活动,充分利用地质科普特色优势,以丰富多彩的形式开展科普宣传,引导社会大众树立“绿水青山就是金山银山”和“人与自然和谐共生”的理念,向公众宣传地质工作新理念、新方法、新技术,引导全社会节约集约利用资源。

    下面,我们摘选该所推出的贵金属-黄金、新能源应用、尾矿库安全与维护等科普知识,以飨读者。

     

    贵金属的黄金世界 

     

     

    巷道采矿

    选矿、冶金专业是成都综合所的传统专业,主要从事矿产资源、化工产品、金属及合金材料、无机材料和“三废”治理及资源化等方面的开发利用技术研究,长期以来,承担了国家、部、省级多项重点研究课题和攻关项目,研究领域涉及黑色金属矿、有色金属矿、非金属矿、贵金属矿、稀土以及复杂多金属矿等不同矿种的开发与合理利用技术研究,获得多项国家、省部级科技成果奖。今年的“4·22”世界地球日,带来的是贵金属-黄金的科普介绍——

     

    金矿重选生产线

     

    大型露天采矿场

    黄金是怎么炼成的 

    金在地壳中的平均含量仅为1亿分之1.1,在1吨岩石中含有1~5克的金,就可以称之为“金矿石”而被开采。从如此低含量的矿石中提炼出金含量99%以上的产品,是极其困难的。

    一般来说,一块黄金的炼成,主要包括以下流程:采矿、选矿、冶炼(粗炼)、精炼等程序。

    采矿将含金矿石从其他岩石剥离、运输至加工场地。

    选矿采用重选、浮选等工艺,将金矿石含量从1g/t~5g/t,提高到40g/t以上,抛弃90%以上的杂质。

    冶炼采用预先处理、浸出、纯化富集等工序,通过物理、化学方法除去有害杂质,获得粗金产品。

    精炼采用高温氯化、溶解沉淀、萃取还原和电解工艺等将粗炼后的产品提纯,使产品的金含量应达到99%~99.9%以上,得到黄金成品金出售。

    金矿是如何形成的 

    黄金,在成为贵金属之前,它首先是一块石头。今天,自然界的金矿分为原生金矿和砂金两大类。

    金的年代久远,几乎可以追溯到地球形成初期。大约在26亿年前,地核中的金元素,慢慢到达地幔,再由火山喷发等形式来到地壳,这些最初的金矿源,在漫长的地质时代中活化、迁移、富集,形成原生金矿,又称之为“岩金”。

    地表浅层的岩金,经过千万年的风化与剥蚀,岩石变为砂土,含金的砂土被流水搬运,在此过程中,金子因比重大而沉积下来,形成砂金。

    黄金的主要用途 

    金的用途广泛,作为一种贵金属,黄金是人类最早发现和开发利用的金属之一。

    用作国际储备,这是由黄金的货币商品属性决定的。由于黄金的优良特性,历史上黄金充当货币的职能,如价值尺度、流通手段、储藏手段,支付手段和世界货币。

    用作珠宝装饰。华丽的黄金饰品一直是人的社会地位和财富的象征。

    黄金由于具有优良的物理化学性能,被大量运用于宇航、电子、电气工业中。宇宙飞船、人造卫星、火箭、导弹、飞机中的电器仪表。

    黄金由于具有较高的化学稳定性、无生理毒性和高的延展性,除用于药物以外,金与合金还用于医用材料。

     

    新能源应用前景广泛

     

    对保障国家能源安全意义非凡

    1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”对新能源的定义为:以新技术和新材料为基础,使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用,用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源,重点开发太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能(原子能)。

    新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源,包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能,以及海洋表面与深层之间的热循环等;此外,还有氢能、沼气、酒精、甲醇等,而已广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能 等能源,称为常规能源。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出,以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。

    在我国可以形成产业的新能源主要包括水能(主要指小型水电站)、风能、生物质能、太阳能、地热能等,是可循环利用的清洁能源。新能源产业的发展既是整个能源供应系统的有效补充手段,也是环境治理和生态保护的重要措施,是满足人类社会可持续发展需要的最终能源选择。

    一般地说,常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源,而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此,煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源,而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及氢能等作为新能源。随着技术的进步和可持续发展观念的树立,过去一直被视作垃圾的工业与生活有机废弃物被重新认识,作为一种能源资源化利用的物质而受到深入的研究和开发利用。因此,废弃物的资源化利用也可看作是新能源技术的一种形式。

    新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源,相对于常规能源而言,在不同的历史时期和科技水平情况下,新能源有不同的内容。当今社会,新能源通常指太阳能、风能、地热能、氢能等。

    按类别可分为:太阳能、风能、生物质能、氢能、地热能、海洋能、小水电、化工能(如醚基燃料)、核能等。

    太阳能

    核能

    风能

    生物质能

     

    潮汐能

    新能源具有六大特点:

    一是资源丰富,普遍具备可再生特性,可供人类永续利用;比如,陆上估计可开发利用的风力资源为253GW, 而截止2003年只有0.57GW被开发利用,预计到2010年可以利用的达到4GW, 到2020年到20GW,而太阳能光伏并网和离网应用量预计到2020年可以从的0.03GW增加1至2个GW。

    二是能量密度低,开发利用需要较大空间;

    三是不含碳或含碳量很少,对环境影响小;

    四是分布广,有利于小规模分散利用;

    五是间断式供应,波动性大,对持续供能不利;

    六是除水电外,可再生能源的开发利用成本较化石能源高。

    新能源产业政策

    新能源的环境意义和能源安全

    能源需求的急剧增长打破了我国长期以来自给自足的能源供应格局。自1993年起我国成为石油净进口国,且石油进口量逐年增加,使得我国必须参与世界能源市场的竞争。由于我国化石能源尤其是石油和天然气生产量的相对不足,未来我国能源供给对国际市场的依赖程度将越来越高。

    国际贸易存在着很多的不确定因素,国际能源价格有可能随着国际和平环境的改善而趋于稳定,但也有可能随着国际局势的动荡而波动。今后国际石油市场的不稳定以及油价波动都将严重影响我国的石油供给,对经济社会造成很大的冲击。大力发展可再生能源可相对减少我国能源需求中化石能源的比例和对进口能源的依赖程度,提高我国能源、经济安全。

    此外,可再生能源与化石能源相比最直接的好处就是其环境污染少。

    未来的几种新能源

    波能:即海洋波浪能。这是一种取之不尽,用之不竭的无污染可再生能源。据推测,地球上海洋波浪蕴藏的电能高达9×104TW。在各国的新能源开发计划中,波能的利用已占有一席之地。尽管波能发电成本较高,需要进一步完善,但进展已表明了这种新能源潜在的商业价值。日本的一座海洋波能发电厂已运行8年,电厂的发电成本虽高于其它发电方式,但对于边远岛屿来说,可节省电力传输等投资费用。美、英、印度等国家已建成几十座波能发电站,且均运行良好。

    微生物:世界上有不少国家盛产甘蔗、甜菜、木薯等,利用微生物发酵,可制成酒精,酒精具有燃烧完全、效率高、无污染等特点,用其稀释汽油可得到“乙醇汽油”,而且制作酒精的原料丰富,成本低廉。据报道,巴西已改装“乙醇汽油”或酒精为燃料的汽车达几十万辆,减轻了大气污染。此外,利用微生物可制取氢气,以开辟能源的新途径。

    第四代核能源:正反物质的原子在相遇的瞬间湮灭,此时,会产生高当量的冲击波以及光辐射能。这种强大的光辐射能可转化为热能,如果能够控制正反物质的核反应强度,来作为人类的新型能源,那将是人类能源史上的一场伟大的能源革命。

    新能源应用-新能源汽车

    什么是新能源汽车?

    1.串联式混合动力(增程式电动):车内只有一套电力驱动系统,包括电机、控制电路、电池,电动机直接驱动车轮,发动机则用来于驱动发电机给电池进行充电。

    2.并联式混合动力:车内有两套驱动系统,大多是在传统燃油车的基础上增加电动机、电池、电控而成,电动机与发动机共同驱动车轮。车内只有一台电机,驱动车轮的时候充当电动机,不驱动车轮给电池充电的时候充当发电机。

    3.混联式混合动力:主要靠电机,发动机为辅助的,电动机和发动机都能单独驱动汽车。

    新能源汽车优势

    节能:新能源汽车使用太阳能、电能等能源,有效减少石油资源的消耗;

    环保:新能源汽车能耗有效减少二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、含铅化合物、苯并芘及固体颗粒物等传统汽车尾气中的污染物的排放,减少环境污染。

    健康:新能源汽车不会排放含铅化合物、苯并芘、固体颗粒物等对人体有害的物质。

    电池技术的瓶颈:

    一是锂电池价格贵。

    二是电池性能。锂电一次过充过放就能永久降低性能,一次严重的过充过放就能报废。

    三是电池组管理落后。

    四是充电,锂电池支持快速充电,尤其是动力锂电池,但是没有快速电源,用普通的220V充电的话,电流大得惊人。高压对汽车本身和充电器都是一种考验。

    电动车推动因素(DRIBING FACTORS FOR EV)1.能源战略安全; 2.有害物质排放PM2.5; 3.碳排放; 4.汽车产业发展

    中国未来新能源发展的战略发展阶段:

    第一阶段到2010年,实现部分新能源技术的商业化。

    第二阶段到2020年,大批新能源技术达到商业化水平,新能源占一次能源总量的18%以上。

    第三阶段是全面实现新能源的商业化,大规模替代化石能源,到2050年在能源消费总量中达到30%以上。

    新能源作为中国加快培育和发展的战略性新兴产业之一,将为新能源大规模开发利用提供坚实的技术支撑和产业基础。

    汽车新能源环境污染、能源紧张与汽车行业的发展紧密相联,国家大力推广混合动力汽车,汽车新能源战略开始进入加速实施阶段,开源节流齐头并进。

     

    尾矿利用大有可为 

     

    矿产资源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。国内95%以上的一次性能源、80%以上的工业原料、70%以上的农业生产资料都来自矿产资源。但由于我国贫矿多,单一矿少、共伴生矿多,矿石组成复杂、难选冶矿多的特点,以及多数矿山选矿设备陈旧、老化现象普遍,管理水平和选矿回收率低,矿产资源得不到充分利用。

    尾矿是选矿厂在特定经济技术条件下,将矿石磨细选取有用组分后所排放的固体废料,是矿业开发特别是金属矿开发造成环境污染的重要来源;同时,受选矿技术水平、生产设备的制约,也是矿业开发造成资源损失的常见途径。

    尾矿资源是金属和非金属矿山废弃物中数量最大、综合利用价值最高的一种资源。将尾矿丢弃不仅需要占用大量土地,给周围的生态环境造成很大的伤害,而且要投入处理和维护费用。而进行尾矿资源的综合回收与利用,不仅可以充分利用矿产资源,扩大矿产资源利用范围,延长矿山服务年限,也是治理污染、保护生态的重要手段,还可以节省大量的土地和资金,解决就业问题,造福于人类社会,实现资源效益、经济效益、社会效益和环境效益的有效统一。所以,在全球矿产资源供应紧张的局势下开发利用好长期累积的大量尾矿是我国矿业可持续发展的必然选择。

    尾矿中大多含有各种有色、黑色、稀贵、稀土和非金属矿物等,是宝贵的二次矿产资源,有待进一步开发、回收。例如,从铜尾矿中可选出铜、金、银、铁、硫、萤石、硅灰石、重晶石等多种有用成分;从锡尾矿中也能回收铅、锌、锑、银等金属元素。仅就从铁尾矿中回收精铁矿而言,全国铁尾矿品位平均 11%,最高达27%,如以回收品位达61%的铁精矿,产率2%~3%计算,每年从铁尾矿中就可增产(300~400)×104t铁精矿,相当于投资几十亿元建设的一个大型联合企业。

    攀枝花市区全景

    攀西地区优势矿产分布

     

    攀西地区尾矿综合利用的大胆尝试

    中国地质调查局成都综合所承担的地质调查二级项目“攀西地区多金属矿产资源集中开采区地质环境调查”,聚焦生态文明建设,针对攀西地区矿山地质环境问题,对矿产资源集中开采区矿山开发引起的矿山地质环境问题及危害进行调查,并探索矿山废弃物资源综合利用途径,旨在实现废弃物资源化、减量化和无害化。

    攀西地区南部属于典型“岛状”南亚热带高原季风气候,干湿季分明,雨热同季,具有日照充足、气候温和、年温差小、日温差大、热量充沛的特点。由于海拔高、大气尘埃少、透明度大,该地区光照资源十分丰富。

    攀西地区生物资源复杂多样,拥有多种类型的生态系统。其中特色植物资源有50多种,包括国内特有种4种(攀枝花苏铁、越西木香、凉山乌头、凉山虫草)。珍稀树种有香杉、云南大山茶花、黄杉、肉桂、米的杉、榨树、棺木、银杏等;珍稀动物有大熊猫、牛羚、小熊猫、豹、岩羊、大鲵等35种。

    攀西地区是我国重要的矿产资源富集区,埋藏有多种矿床,已探明有大型钒钛磁铁矿、铜、铅、锌、锡、煤等54种矿产。在仅占全国国土面积0.3%的区域里,蕴藏着全国13%的铁、69%的钒、93%的钛和13%的水能。

    攀西地区矿山开发共产生大大小小尾矿库147个,总占地面积1906.39公顷。尾矿的大量堆存易带来泥石流、滑坡、溃坝等地质灾害和环境污染。

    减少尾矿库环境影响的措施首先是尾矿资源化节约集约利用,控增量、减存量,以期从源头上减轻地质灾害的发生。不能综合回收利用的尾矿库闭库后采用覆土碾压形成隔水层,种植本地草本植物,修建纵横向的截排水沟,截留上游余水经排水廊道排往下游,加强尾矿库下游重点流域水质监测的工程治理措施,尽量减少尾矿淋漓废水。

    对于新建或老旧的含有害化学物质的尾矿库,必须按《防治尾矿污染环境管理规定》进行防渗漏处理,阻止尾矿水向地下渗透,避免造成库外水体污染等生态破坏及污染。

    对于尾矿库尾水可采取澄清后直接返回或经过处理后返回选厂循环使用,以节约水资源,降低企业生产成本,同时避免尾矿库尾水因得不到回收利用排到库外而污染库外水源。

    在中国地质调查局部署下,成都综合利用所组织实施了“攀西地区多金属矿产资源集中开采区地质环境调查”,针对攀西地区巨量堆存的尾矿,开展了尾矿可利用调查和综合利用技术攻关,成功研发了适宜攀西地区铜矿、钒钛磁铁矿和稀土矿等尾矿综合利用技术,为矿山地质环境保护与治理提供了新途径。

    从拉拉铜矿矿集区尾矿中综合回收了铜精矿、铁精矿和云母精矿,利用部分二次尾矿成功开发出多功能硅肥产品,实现尾矿减量40%以上。从白马矿集区钒钛磁铁矿尾矿中获得硫钴精矿、铁精矿、钛精矿及长石精矿,实现尾矿减量20%左右。从大陆槽矿集区德昌稀土尾矿中综合回收了稀土精矿、萤石、锶钡混合精矿,实现尾矿减量15%以上。

    攀西地区矿山规模化开采自上世纪60年代开始,尾矿的大量堆存带来了资源、环境、安全和土地等诸多问题。尾矿综合回收利用技术的突破,将实现资源化、减量化和无害化,对提高矿山节能减排水平,保护有限的矿产资源及土地资源,保护矿山地质环境具有重要的战略意义。

    香杉

    牛羚

    我国尾矿利用与维护现存问题

    一是综合利用意识淡薄,资源浪费现象严重。

    由于人们大多对我国的资源情况缺乏正确的认识,矿山企业盲目开采,采富弃贫的现象十分普遍。许多矿山企业,尤其是中小型矿山企业,没有充分认识到尾矿综合利用对矿山企业特别是对亏损矿山企业、资源枯竭型矿山企业可持续发展的重要性,仍然采用“高开采、低利用、高排放”的粗放型发展模式,为了追求短期经济利益,人为地缩短了矿山寿命,导致矿产资源巨大浪费与破坏。另外,某些矿床过分关注主矿产品的价值,忽视其共(伴)生组分,缺乏综合利用的意识。

    二是制度不健全,管理不规范。

    倡导尾矿资源综合利用的理念已经提出了多年,但我国对资源综合利用的政策和立法,仍缺乏完善的管理体系和严格的强制性法律法规及政策措施。一方面,鼓励利用尾矿资源的政策未落到实处,国家投入较少,开发尾矿的成本较高,企业的经济效益低,导致矿山企业对资源综合利用的积极性不高;另一方面,现行有关法律、法规对矿山尾矿、废石等固体废料的管理与利用只有原则规定,没有制定强制性措施,缺乏有效的监管。

    三是生产技术落后,资源利用率偏低。

    我国对矿产资源的综合利用起步较晚,欧美等发达国家早在20世纪60年代就已重视矿产资源的研究开发,生产技术逐渐成熟,一般有色金属综合利用率达80%~90%,目前的趋势是开展“无废工艺”或“无尾工艺”。受矿石品位低、呈多组分、矿物嵌布粒度细、生产技术落后等因素制约,我国大多数矿山综合利用指数低,有色金属矿产资源利用率为60%,比发达国家低10%~15%,共伴生有色金属综合利用率仅为40%,比国外低20%;综合回收率低,目前矿产资源总回收率仅为30%,以采选回收率计,铁矿约为67%,有色金属矿为50%~60%,非金属矿只有20%~60%,造成大量的资源损失于尾矿中;矿产资源综合利用技术水平不高,综合利用产品档次低,市场销路有限,经济效益不理想。另外,由于我国矿业企业的准入门槛低,大量不具备开发资质的企业进入矿业开发领域,部分矿山选冶技术工艺落后,一些小企业的资源采收率低于50%。

    四是资金投入不足。

    从工艺技术、设备研究到生产经营管理与产品制取,矿山尾矿等固体废料的综合开发利用与治理都需要投入大量资金,但多数矿山目前的经济状况难以开展这项工作,尤其是许多老矿山累积的问题较多,经费问题更难以解决,而无论是公共财政的专项支持、国家财税杠杆的政策倾斜,还是社会资本的积极参与,都与现实需求相差甚远,而且目前尾矿综合利用项目的融资渠道非常狭窄,通过各种金融工具进行专项融资也十分有限,从而影响了这方面工作广泛深入地开展。

    五是市场阻力问题。

    产品的市场问题也是制约尾矿资源化利用的一个重要因素。有些资源,如钛、钒、钨、稀土等,因为市场需求有限或价格低,从尾矿中回收相应矿产也都受到影响。另一方面,则是人为因素造成的障碍,如由于地方保护主义,新产品无法与当地产品竞争,市场拓展很有限。

    尾矿利用实验

    尾矿成分鉴定

    树立尾矿综合利用新观念

    矿产资源主管部门和矿山企业应当基于长远的战略考虑,立足循环经济发展模式,把尾矿资源综合利用作为实现矿业可持续发展的必要措施来认识。同时注重科学规划,树立尾矿资源整体利用的新观念。针对我国全民矿情意识差、违规开采严重的情况,有关部门要大力加强我国的矿情及相关法律、政策宣传和教育,让全民了解我国的资源情况,加深对资源综合利用、环境保护的认识,增强全民合理利用矿产资源的自觉性。

    完善尾矿综合利用的制度建设

    由于尾矿利用是集环境、社会、经济效益于一体的长期性、公益性事业,因此政府部门应强化政策导向,强化管理,加大政策扶持力度,制定优惠经济政策,将尾矿利用纳入国家和行业发展规划中。参照国外相关政策、措施并结合我国实际情况,制定相应税收及经济资助等办法。如:国家将可持续发展、资源节约型项目列为国债投资重点;设立尾矿资源综合利用专项资金,对尾矿综合利用和开发所需资金贷款给予贴息、低息、延长还贷期、减免所得税和增值税等优惠政策;引导和支持矿山企业及科研部门对尾矿综合利用的投入。

    同时,还应通过立法来促进尾矿资源的综合利用。1986年,我国颁发了《矿产资源法》,对矿产资源的合理开发和有效保护起到了积极的作用,但此项法规已不能完全适应新时期的要求。现阶段应研究可持续发展的法律、法规及《资源综合利用条例》、《资源综合利用专项规划》等,研究促进循环经济发展的政策和机制;尽快出台鼓励性和严格的强制性法律法规,使我国的综合利用工作纳入法制轨道,有效解决资源消耗高、综合利用率低、资源浪费和环境问题。

    加强技术革新

    尾矿矿物组分不同,其利用价值也就不同。应加强尾矿资源的工艺矿物学研究,尽可能开发高附加值产品。相关深度加工方法很多,如制造微晶玻璃、提纯,超微细粉碎,表面改性处理等。

    搞好尾矿综合利用,矿业公司还应加大科技攻关力度,充分发挥矿山设计研究所的研究能力,并与有关科研院所一起,“产、学、研”结合,开展尾矿利用研究,重点解决尾矿中伴生有价元素的回收技术,开发高附加值产品、高技术含量尾矿产品等,以提高尾矿综合利用的经济性。

    通过工程示范,推动尾矿利用发展

    尾矿开发利用是一项大型系统工程,涉及的行业多、技术面广,应在全国逐渐展开矿山选厂堆存尾矿综合利用的研究(包括金属与非金属矿物分选回收、尾矿作复合矿物原料用于玻璃、陶瓷、建材及农业肥料)、尾矿作土壤改良剂及微量元素肥料的研究、尾矿制微晶玻璃等高附加值新产品的示范工程,积累实践经验。

    引进市场机制

    在市场经济条件下,应该让“排尾主体”与“利尾主体”分离,成立具有独立法人地位的尾矿利用公司,在矿山企业与尾矿利用公司间建立起市场供需关系,改变某些中小矿山企业资金、技术上的劣势。通过“排尾主体”与“利尾主体”的分离,达到“利尾主体”与“受益主体”的统一,同时推动尾矿资源市场机制的运作,从根本上解决矿山企业尾矿资源利用问题。由于尾矿回收利用行业涉及资源化、公益性和流通性行业属性,这个行业是不能完全市场化的,所以,在引入市场化体制时,还应发挥政府部门的相关作用。

    随着科学技术的迅速发展,传统概念的矿山尾矿固体废料已从消极的环保治理转变为积极的资源化治理。多年的实践表明,将矿山尾矿作为复合矿物原料进行整体开发利用,正成为经济实用的新矿产资源来源。它不但可使原来资源枯竭或资源不足的矿山重新成为新资源基地,恢复和扩展生产,而且可以开辟新材料的科技领域,推动科技进步,同时也能解决环境污染、改善生态环境和整治国土,具有巨大的经济、社会和环境效益。目前,许多工业发达的国家已把矿业废料的开发利用作为矿山开发的新目标,把尾矿的综合利用及治理的程度作为衡量一个国家科技水平和经济发达程度的标志。因此,我们必须加速尾矿综合利用及治理的进程,树立长远的观念,把尾矿综合回收利用及治理作为保护有限的矿产资源、促进经济发展、保持矿业持续发展的必要措施。

    科技改变未来生活

    2016(第十八届)中国国际矿业大会全球矿业高峰论坛暨矿业博览会于今日在天津梅江会展中心正式开幕。本次报道将向大家展示由全国地质资料馆独立承办的“资料服务展区”中关于“数字资料馆建设”方面的成果。

    近年来,全国地质资料馆馆藏数据量已达140TB,新进馆馆藏地质资料的电子数据量呈现急剧增长的趋势,目前已达到每年10TB的数据增量。这些数据来源广泛,数据形式复杂,数据格式多样,具有典型的海量、异构特征。大量数据资源没有形成结构化的数据组织与管理体系,缺乏描述和关联,没有覆盖地质资料核心业务的应用系统,以及各类相应的支撑系统。在此背景下,建设数字地质资料馆势在必行。建设数字地质资料馆即是在现有的数字化资源的基础之上,以现代信息技术改造传统工作流程,汇聚全国地质数字资源、集各学科各专业地质数据之大成,为适应社会与技术的发展提供公益权威、开放稳定、持续发展的地质信息服务。目前,全国地质资料馆已基本完成了数字地质资料馆的建设工作(数字地质资料馆网址:http://www.ngac.org.cn/)。

    数字地质资料馆在建设过程中,完成了地质资料数据管理参考模型和标准体系的研究,建立了地质数据收集与服务交换等服务机制、地质资料应急支撑机制;根据地质资料数据在收、管、用三大环节的不同状态形成了原始、馆藏、服务三个信息库,同时基于多元异构数据的发现、组织和管理的需求设计了元数据库,基于统一的数据库标准,进行了数据的集成整合、封装发布等工作,形成了海量数字资源信息库;研发了针对地质资料数据的一体化管理与服务支撑系统;此外还建立了符合国际标准的在线数据服务及资料发布平台。

    数字地质资料馆是以馆藏数字化地质资料为基础、采用计算机和网络等技术,向社会公众提供公益性地质资料服务的地球科学信息管理与服务系统,涵盖专业广(20多个大类专业)、集成数据多(近14万种、400多万件)、专题类数据全(互联网发布达近4000个地图服务与馆藏资料服务专题)、开放尺度大(全国性数据比例尺达到1:20万,部分点上数据比例尺达到1:2000)、服务形式最丰富(提供目录检索、资料综合浏览、数据下载、服务接口访问、应用程序互动、订单专题服务等)。

    数字地质资料馆网站提供地质资料速览、地质报告在线浏览、地质图库查询、地质图在线浏览、服务调用、最新资料总体概况、数据分布情况、互联互查系统以及各类专题应用。目前数字地质资料馆的专题应用包含:公众关心的热点专题,例如公开版城市环境地质报告专题、全国生态环境地质资料专题等;活动纪念专题,例如纪念抗日战争胜利70周年专题、4.22世界地球日专题等;地质图库类专题,例如全国矿产地数据库、全国1:20万地质图系列等;应急服务专题,例如新疆和田皮山县地震、2014年抗旱打井专题地质资料等;以及行业聚焦专题,如全国地质资料元数据互联互查系统、OneGeology等五大专题应用。

    数字地质资料馆的建成使用,极大地提高了地质资料对外服务的速度与水平,同时也方便用户在线查询浏览各类公开版地质资料。数字地质资料馆在线服务这种方式受众面更广、影响面更大,加快提升了地质资料的推广应用,以便为社会为公众提供服务。

     

       
    数字地质资料馆网站

     

     
    数字地质资料馆专题应用

    矿业大会资料服务展区数字地质资料馆展板

    矿业大会地质资料服务现场报道之—数字地质资料馆基...

    地球化学标准物质是测试各种地质物料化学成分量值的参比标准,主要用于量值传递、测试仪器校准、样品分析质量监控、分析方法评定及实验室质量资格认证。

    中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所在国土资源部和中国地质调查局的支持下,历经30年的发展,以服务于地质、地球化学调查为宗旨,研制了岩石、水系沉积物、土壤、生物及各类金属与贵金属矿石等国家一级标准物质共计207个,并积极将科研成果进行社会化推广,广泛应用和服务于地质、环保、农业、林业、冶金、建材、化工、钢铁、煤炭、食品、医疗、商检等不同行业和领域。目前已推广应用于国内千余家科研院校的实验室、国外的美国、法国、英国、德国、俄罗斯、加拿大、澳大利亚、日本、印度等三十余个国家和地区。在2015年度,仅国内应用单位即有625家,签订服务合同1200笔,涉及金额750万元,及时促进成果转化,服务社会经济发展需求,取得了较好的社会效益和经济效益。

    近十年来,地科院物化探所地球化学标准物质研制成果的一个重要应用是服务于各类地质、地球化学调查工作的样品分析实验室外部质量控制。自2003年至今,先后密码组合制备了用于1:25万多目标区域地球化学调查和土地质量地球化学评估的样品分析外部质量监控的标准控制样838组计12.57万件,用于1:25万区域地球化学勘查的标准控制样360组计5.4万件,用于1:5万地球化学普查及1:5万土壤详查与评价的标准控制样3610组计18.65万件。其中,2015年度,组合制备的标准控制样共计960组计6.4万件,为110余万件样品的分析测试提供了质量监控标准,为全国地球化学调查与评价工作的顺利开展提供了重要技术支撑。

    目前,随着国民经济的高速发展,国家对能源资源的需求持续增加,社会化服务领域不断拓展,标准物质的需求与使用数量也急剧增长。围绕社会经济发展需求,结合地质、地球化学调查工作开展,地科院物化探所将继续推进标准物质研制及复制工作,为国家寻找能源资源提供技术支撑,更好地服务于社会经济发展。

     

    物化探所标准物质研究成果推广应用效益显著

    2013年2月26-28日,国家重大科学仪器设备开发专项《波谱-能谱复合型X射线荧光光谱仪的研发与产业化》项目协调研讨会在国家地质实验测试中心召开。本会议明确了“波谱-能谱复合型X射线荧光光谱仪的研发与产业化”的目标任务和实施方案。

     

    据了解,波谱/能谱一体化是此类仪器应用技术的发展趋势,项目在实施过程中,将通过自主创新,建立与该仪器配套、实用的定性、定量以及元素分布分析的专家系统和应用方法体系,抢占技术制高点,使产品的总体功能达到当前国际同类仪器的技术水平,并拥有相应的自主知识产权。在项目完成时达到产业化生产能力,为我国资源、能源、生态环境、地质调查、钢铁、建材、有色、新材料等领域的科学研究、产品检验和仲裁等分析测试提供技术支撑 。研制、开发大功率、多功能新型X射线荧光光谱分析仪器,对于满足我国经济、科技发展对无机元素分析测试急剧增长的需求,打破国外高端XRF仪器的长期垄断地位具有重要意义。

     

    会上,项目负责人对项目情况及项目总体研发方案进行了汇报,各任务承担单位对任务目标与技术路线进行了汇报。各位专家在听取汇报的基础上就仪器研发的思路、技术路线、工作方案、运行机制等方面进行了深入探讨,提出了宝贵的意见和建议。

     

    与会专家对项目负责人所介绍的研发工作总体方案给与了充分的肯定,对研发成果的应用前景给予了高度重视和厚望,同时提出了应启动的相关配套研究工作建议。

     

     

        

    我国将自主研发波谱-能谱复合型X射线荧光光谱仪