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    八月下旬的内蒙古勒马戈山矿区,一场聚焦“生态保护与资源勘查协同发展”的草原湿地绿色找矿装备示范调研活动拉开帷幕。30余台/套适用于草原覆盖区典型场景的绿色找矿技术装备整齐排列,与周围广袤的草原相得益彰,吸引了来自全国各地的百余名代表驻足观摩、深入交流。

    生态优先,绿色勘查迈出新步伐

    草原、湿地具有涵养水源、调节气候、维护生物多样性等不可替代的生态功能,是我国重要的自然生态系统。数据显示,我国草地绿地面积达28600多万公顷,约占陆域国土面积30%;湿地面积也稳定在5635万公顷以上。我国许多成矿带位于草原湿地范围内——草原湿地生态系统需要保护,矿产资源也需要勘查开发,如何平衡两者之间的关系考验着地质工作者的智慧。

    “传统矿产勘查往往伴随着修路、开挖探槽等破坏性作业,对草原湿地生态造成长期影响。现在,绿色找矿技术装备的推广应用正在改变这一状况。”在活动现场,行业地勘单位、装备技术企业的代表望着参展装备发出了由衷的感慨。

    近年来,地质工作者坚持“生态优先、保护优先”的原则,将“绿水青山就是金山银山”的理念贯穿地质勘查全过程,以绿色勘查积极推动行业转型升级。“绿色勘查要求运用科学、高效环保的方法、技术、工艺和设备等,最大限度地减少或避免对生态环境造成的不利影响,并对受扰动的环境进行修复。”中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心讲解员介绍道,“这次,我们带来了无人智能化空天地一体综合地质勘查平台、多旋翼无人机航磁勘查系统、航空物探遥感地面保障车等一系列生态效益显著的装备。”

    此次活动中,中国地质调查局相关局属单位、紫金矿业集团、中国地质装备集团有限公司、山东中勘机械有限公司、深层探索(北京)科技有限公司等单位共展示各类技术装备30余台/套。这些装备安装拆卸快捷、移动搬运方便、作业绿色环保,是草原湿地绿色勘查技术装备创新成果的代表。

    据自然资源部新一轮找矿突破战略行动办公室装备组介绍,2024年,自然资源部党组和中国地质调查局党组围绕新一轮找矿突破战略行动作出一系列重大部署,对加快科技攻关、推进绿色勘查和技术装备建设等提出明确要求。此次选定勒马戈山工作区开展草原湿地绿色找矿技术装备示范,正是为了打造草原湿地找矿技术装备样板。“实施绿色勘查是践行习近平生态文明思想的具体行动保障,也是保障国家能源资源安全的重要举措。我们希望通过此次活动推动构建统筹生态环境保护与找矿突破的现代化装备体系,为新一轮找矿突破战略行动提供坚实装备支撑。”

    图为全液压便携式模块化钻机 本报记者 潘冰 摄

    技术创新,找矿装备实现绿色升级

    此次活动展示的技术装备分为AI智能找矿、航空物探遥感、地面物化探、地质钻探、分析测试等五大板块,覆盖了草原湿地绿色找矿的全流程。

    在AI智能找矿板块,具有自主导航、障碍识别、人员跟随等功能的全陆域多足智能重载机器人备受瞩目,独特的“下肢”机构和不破坏工作区生态的作业方式令参观代表印象深刻。作为国内唯一一套用于地质勘查的空天地一体化测试平台,无人智能化空天地一体综合地质勘查平台可通过机臂的变结构设计实现飞行和地面驾驶模式的灵活切换,被形象地称为“无人飞车”。卫星靶向超弱核磁共振AI数字技术将AI技术应用于自然资源探测领域,属国内首创。

    航空物探遥感板块展示了一系列空中“黑科技”:集成光泵磁力仪、姿态仪、高精度定位系统、高度计、无线数据传输等多个模块的多旋翼无人机航磁勘查系统,探测范围广、受限因素少,穿梭在中高山、深切割等高危探测区域的无人直升机重磁勘查系统,突破整机重量“卡脖子”技术难题、精度指标达国际先进的小型轻量化航空重力测量系统,深部矿产勘查利器、工程地质调查的“好帮手”——直升机时间域航空电磁测量系统,不受接地条件限制、高精度同步、探测深度更深的半航空瞬变电磁探测系统……

    地面物化探装备呈现接收精度高、勘探深度大、异常源定位准等特点。首先映入眼帘的是来自紫金地球物理科技(北京)有限公司的震旦三维激电系统,其探测深度是常规激电探测深度的2~3倍,可达1500米,达到国际先进水平。由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所自主研发的分布式多参数电磁探测系统,关键技术指标达到国际先进水平,实现了我国电磁探测由二维向三维的跨越式发展,可完全满足国外同类产品的国产化替代需求。此外,还有高温超导瞬变电磁探测系统、地电化学测量仪、地气测量仪等。

    在绿色钻探板块,中国地质调查局北京探矿工程研究所带来了总重仅20公斤、背包即走的新能源电动钻机,采用全液压驱动、模块化结构设计的反循环多工艺钻机。中国地质装备集团有限公司、山东中勘机械有限公司在野外搭建了多功能全液压车载钻机、全液压便携式模块化钻机、全液压履带钻机,并现场演示了污染少、扰动小、效率高的“微创”式钻探工艺。

    高效实用是分析测试板块的主题。据国家地质实验测试中心、中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所、中国地质调查局呼和浩特自然资源综合调查中心、斯派克公司等单位介绍,随着绿色勘查的兴起,野外现场分析测试技术装备正朝着更高效、更易编录、响应更快的方向发展。此次展出的多种设备,如固体矿产车载野外现场分析平台、集装箱营地、台式X荧光光谱仪、弯晶X荧光光谱仪,在实际工作中都能显著提高地质、化探与钻探样品施工效率,助力项目组及时调整工作部署。

    活动当天虽然下着雨,却丝毫没有冲淡现场的热烈氛围。大家笑着说:“草原的天气就是这样变幻莫测,这场雨来得正好,让我们有机会更全面地了解装备性能。”

    协同发力,守护草原湿地绿色未来

    今年正值“绿水青山就是金山银山”理念提出20周年。从江南到塞北,从城市到乡村,“两山”理念对全社会各项事业发展都具有重要指导意义,地质行业也不例外。

    此次活动的举办场地——勒马戈山矿区,正是地质人践行“两山”理念的一次典范。项目运用微粒子测量技术快速圈定成矿远景区,通过地面物化探精细测量缩小靶区,再以车载或模块化钻机进行高效验证,同时借助大功率激电测深与AI技术评价深部找矿潜力,不仅取得了显著的找矿成果,还建立了基于小流域本底调查的环境评价技术,实现了资源勘查与生态保护的统一。

    在座谈交流环节,来自全国草原湿地覆盖面积较大省份的自然资源主管部门、林草主管部门、行业地勘单位,中国地质调查局相关局属单位,以及地勘技术装备企业的代表围绕草原湿地绿色装备支撑服务新一轮找矿突破战略行动展开深入研讨交流。

    尽管地质条件和资源禀赋不同,但各地推进绿色勘查、守护绿水青山的愿望是一致的。近年来,内蒙古、四川、西藏、甘肃、青海、新疆等地不断加强绿色勘查工作监督指导,严格执行生态修复要求;同时,各地积极推广“空-天-地”一体化技术,支持绿色钻探工艺研发及应用,开展绿色勘查示范项目,全力探索绿色可持续发展之路。

    与会代表一致认为,此次展示的AI智能找矿装备、绿色先进钻探技术装备等,是我国自主创新研发的重要技术成果,标志着我国地质勘查技术迈上了新台阶。它们在草原湿地环境中的推广应用,将带动地质勘查行业整体向绿色化、智能化、现代化转型,显著提升行业核心竞争力,实现地质勘查行业高质量发展。

    “通过这次活动,我们了解了很多新理念、新技术、新装备,重塑了对绿色勘查的认识,也更加坚信以最小的生态环境损害实现绿色勘查是完全有可能的。”甘肃省地质矿产勘查开发局参会人员表示。

    活动结束后,这些新型绿色找矿技术装备将踏上新的征程,奔赴不同的工作区——无需搭桥修路,不再留下车辙和伤痕,在美丽的草原湿地之上,书写人与自然和谐共生的新篇章。

    守护好草原湿地金山银山

    受全球气候变化影响,近年来极端暴雨引发的突发性、群发性地质灾害,给当前防灾减灾工作带来巨大挑战。4月25日,自然资源部召开了2025年全国汛期地质灾害防治工作视频会议,指出今年全国气候年景总体偏差,极端天气气候事件总体呈多发强发态势,地质灾害防治形势依然严峻复杂。

    极端气候条件下,我国地质灾害形成分布与成灾模式将呈现哪些新的特点?地质灾害防灾减灾工作面临哪些新的挑战?对此,记者近日采访了中国工程院院士、自然资源部地质灾害技术指导中心首席科学家殷跃平。

    殷跃平在乌蒙山区指导地质灾害调查

    极端气候下,地质灾害防范应综合施策

    记者:

    地质灾害隐患点是如何调查识别的?

    殷跃平:

    防范地质灾害,首先要调查识别出隐患点在哪里,这是防灾减灾最重要的基础工作。我国自20世纪90年代以来系统开展了全国地质灾害的面上调查和详细调查,目前正在地质灾害高风险地区开展精细调查。这些调查工作动用了全国水工环地质勘查队伍力量。

    随着科学技术的进步,地质灾害调查手段也越来越先进,以卫星遥感、无人机和地面勘查相结合的“空-天-地”一体化技术成为标配。同时,经费投入也成倍激增。例如,早期的面上调查阶段,每个县投入平均10万元,详细调查阶段每个县投入平均在百万元,而现在的精细调查阶段,每个县投入大约要千万元。由于地质作用过程在不断变化中,每年汛期或强震发生后,还要专门开展应急排查工作。

    地灾隐患点的调查识别具有动态性。目前,在册纳入全国防灾减灾具自然属性的地质灾害隐患点大约有28.4万处。此外,还有记录在册的180多万处因开挖切脚等导致稳定性降低的风险斜坡,构成了每年的人为性地质灾害隐患点。

    以滑坡为例,从防治和减灾救灾角度,传统上把地质灾害体分为三种类型。一种是不稳定斜坡,开裂变形等现象显著,稍遇降雨等就会失稳滑动,我们定义其安全系数小于1.0,由于滑动成灾特征明显,相对来说防范难度不大。另一种是稳定斜坡,即使在暴雨、地震等外力作用下,也不易发生整体滑动,安全系数大于1.2,通常不作为防灾减灾的重点。第三种是欠稳定斜坡,安全系数介于1.0~1.2之间,在非汛期等正常条件下,发生整体滑动的可能性较低,但在久雨、暴雨、地震等因素作用下,安全系数极易低于1.0,也会失稳滑动形成灾害,实际上是具有高隐蔽性的不稳定斜坡,这就是我们通常说的“地质灾害隐患点”,成为每年我们防灾减灾要重点关注的对象。

    记者:

    极端气候下,地灾隐患点识别面临哪些新问题?

    殷跃平:

    我们目前面临三个方面的新问题。

    第一是小体积成大灾。早期的隐患点识别对象主要为体积达十万立方米至百万立方米级的大中型灾害体,其变形特征较为明显,易于识别。但是,目前每年发生的地质灾害绝大多数体积在10万立方米之下,为小型、微型灾害体。我们对最近5年的地质灾害做了统计,在西南山区、东南山区和北方山区95%以上都是小微型灾害体。灾害体体积量级变小,发生地质灾害的隐蔽性、随机性就更强,准确识别难度在量级上也就加大了。

    第二是远程成灾模式。我们目前对隐患点的识别评估,基本上偏重于稳定和不稳定极限平衡的静力学范畴,而对于滑动后的远程成灾风险的动力学评价明显不足。例如,今年在四川筠连发生的高位滑坡灾害,实际上滑动后转化为碎屑流,成灾范围达1800米,超出了滑源区距离的数倍,导致距离滑坡体较远的村庄被摧毁。最近几年,发生了多起高位远程地质灾害,例如2017年在四川茂县,滑坡转化为碎屑流,滑动2800米后掩埋了新磨村,导致70余人遇难。

    第三是未知风险源识别。极端暴雨常态化导致了原本属于稳定的斜坡转化为欠稳定或不稳定斜坡,尤其对小微型灾害体的扰动非常明显。2023年汛期,北京西郊遭受了百年罕遇暴雨的袭击,在北京市房山区记录到4天之内降了1025.5毫米,远超过北京多年平均降雨约600毫米的量值,导致了房山、门头沟地区发生了1200多处群发性的小微型流滑地质灾害。2024年,广东、福建、湖南、广西等南方地区因极端降雨也发生了群发性小微型流滑地质灾害,特别是湖南资兴县,6月单日降雨量达643毫米,引发了19300多处群发性小微型地质灾害。

    记者:

    面对这些新问题,如何提高地灾隐患点精准识别与科学评价能力?

    殷跃平:

    针对这三个新问题的防灾减灾,我们逐渐探索出了一些新办法。

    首先,对小微型地质灾害隐患点,应从易灾地质结构角度进行识别,实行“点+面”双控。例如,从地质结构上,华南地区花岗岩全强风化斜坡、西南地区岩溶煤系复合地层斜坡、华北地区推覆构造斜坡、西北地区黄土-红层二元结构斜坡等都是地质灾害的易发易灾区。

    其次,从成灾地貌上,上陡下缓的靴状地貌、滑坡下部的沟谷地貌、高陡危岩带等都易于形成远程灾害。

    再次,应开展不同降雨工况下,甚至地震工况下的,中型、小型和微型地质灾害隐患点评估厘定和风险分级评价。对近年来的多起特大灾害的复盘分析表明,即使是安全系数大于1.2的稳定斜坡,在罕遇暴雨的作用下,也会形成新的灾害,这也就是每年汛期大量地质灾害发生在隐患点之外的重要原因。

    我们对2024年汛期福建、广东、湖南的群发性小微型地质灾害进行复盘,发现即使是安全系数大于1.8的超稳定全强风化花岗岩斜坡,在罕遇暴雨作用下,也会失稳滑动,特别是切坡建房未支护的斜坡更易失稳成灾。

    记者:

    我国地质灾害监测预警方面取得了哪些成效?

    殷跃平:

    在调查识别隐患点的基础上,需要对灾害发生的时间做出及时的判断。目前,在全国地质灾害隐患调查识别的基础上,主要采用“群测群防”的方式进行监测预警。

    “十四五”以来,我国地质灾害科技减灾的能力显著提升,并对6.6万处地质灾害隐患点安装了监测预警仪器。但是,由于地质灾害隐患点主要散布于运行环境复杂的广大农村山区,受技术精度的限制,这种监测预警仪器主要适用于大变形的短临预警。同时,这些隐患点威胁对象一般仅为数户人家,受经费的限制,监测点主要采用主剖面的方式布设,对灾害体面上的控制精度仍然有限,因此称之为普适型监测预警仪。近三年来,普适型监测预警仪已成功预报灾情约150起,涉及可能伤亡人数3000余人,并有效预警险情近600起,紧急撤离约1.1万人,成效非常显著,推动了我国地质灾害从群测群防体系向“人防+技防”相结合的监测预警体系提升。

    记者:

    极端气候下,地质灾害监测预警面临哪些挑战?如何提高复杂山区重特大地灾隐患的专业监测预警能力?

    殷跃平:

    经过多年努力,威胁百人以上的滑坡基本得到控制。但是,泥石流成为对人民生命财产威胁最大的地质灾害灾种。

    我统计了一下,目前威胁人数大于100人的泥石流隐患点约有4800处,其中威胁人数大于1000人的泥石流沟有240多处。受极端气候变化的影响,对泥石流的监测预警难度也更大,造成的重特大地质灾害风险更高,特别是在西部高寒山区,无法利用现有的普适型监测仪器作出及时预警。

    2024年8月3日,四川康定姑咱镇发生山洪泥石流灾害,从海拔5000米高山启动后形成山洪泥石流灾害,致使雅康高速康定至泸定段日地1号隧道至2号隧道间桥梁垮塌和姑咱镇日地村房屋冲毁,27人死亡。据了解,当时,姑咱镇日地沟沟口的降雨量仅25 毫米左右,并未达到泥石流发生阈值。

    这是由于西部高山区易形成地形雨,降雨量从沟口到半山腰再到沟顶差别很大,沟口降雨量虽然仅几十毫米,但后山可能已达到特大暴雨等级。

    实际上,针对这些地区高位泥石流的专业化监测预警设备的研发已经较为成熟,关键是认识上的问题。泥石流大多发生在高陡偏远山区,通常对其调查勘查精度不够、成灾动力学机理研究不深、监测预警技术适配性较差、工程防治等级偏低,这也是每年汛期重特大泥石流灾害易发高发的原因。因此,对于威胁百人、数百人,甚至千人以上的西部高山或极高山区的泥石流灾害点,必须走更加专业化的监测预警之路,即“技防”为先、“人防”辅助。就像疑难杂症仅靠社区医院是不行的,必须依靠三甲医院的力量。

    记者:

    极端气候下,如何提高地质灾害综合防灾减灾能力?

    殷跃平:

    除了极端气候的影响,人类工程活动范围的扩大,也加大了地质灾害发生的潜在风险。尤其是复杂山区的城市、乡镇和居民点建设的扩张,切坡建房和切坡修路的范围扩大,令原本稳定的坡体变得不再稳定,遇极端气候更易诱发地质灾害,在某些地区甚至出现“切坡就滑”的现象。

    在防灾减灾体系中,调查评价和监测预警仅是防灾减灾救灾体系中的一环,要与避让搬迁和工程治理相结合。针对当前灾害“中心”向乡村转移的现状,要加强农村国土空间规划中地质安全风险评估,特别是农民切坡盖房,要指导进行简易治理,可以采取修建矮挡墙等降险措施,屋后还要留出一定的避让距离,以降低灾害潜在风险。

    在一些矿区,人口迅速增加,地质灾害风险明显增高。要针对村庄、居民点,开展“以人为本”的精准调查,加强易灾地层的隐患点与崩塌滑坡易发区带双管控,应运用新理论新技术,科学划定地质灾害红线,该搬迁避让就搬迁,该监测预警就安装设备,该治理就做好工程治理。只有用科学的态度和方法,才能正确处理好国家能源安全与人居环境安全的关系。

    殷跃平院士谈极端气候下地质灾害防灾减灾策略

    11月16日-17日,华北地区地表基质学术研讨会在河北省廊坊市举行。本次会议由中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心指导,河北省自然资源厅和中国地质调查局廊坊自然资源综合调查中心共同主办,天津大学地球系统科学学院、中国地质大学(北京)地球科学与资源学院、四平现代农业科学院协办。来自天津大学、中国地质调查局、自然资源综合调查指挥中心、中国地质大学(北京)地球科学与资源学院、四平现代农业科学院有关院士专家以及河北、天津、河南、山东、江苏、安徽等自然资源厅(局)领导专家,来自中国科学院相关研究所、各省地质调查院、中国地质调查局相关直属单位的行业专家代表齐聚一堂,围绕近年来生态地质领域中的研究热点,研讨交流地表基质调查取得的最新研究成果,普及地球关键带知识,充分发挥自身优势,加强科研队伍建设,提升科技创新能力,为国家和地方经济社会发展提供强有力的科技支撑。

    地表基质是地球表层孕育和支撑土壤、森林、草原、水、湿地等各类自然资源的基础物质。中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心相关负责人表示,地表基质调查是我国自然资源调查监测体系中一项重要的基础性、公益性国情国力调查工作,可为自然资源管理、国土空间规划和生态环境保护修复等提供重要支撑,意义重大。近年来,廊坊中心在东北黑土区和华北地区牵头开展地表基质调查,在调查内容、技术方法、成果表达与应用服务等方面进行了深入探索,为支撑耕地保护、服务生态修复等领域发挥了积极作用。

    中国科学院院士刘丛强、中国科学院南京地理与湖泊研究所所长张甘霖、中国科学院遗传与发育生物研究所副所长胡春胜、中国地质调查局廊坊自然资源综合调查中心副总工程师侯红星,分别围绕“地球关键带科学与全球变化研究”“基于光释光技术的黑土生物扰动过程研究”“农田关键带氮过程与环境效应”“地表基质调查研究现状与进展”做主题报告,与会专家交流了黄淮海平原区土地质量地球化学调查与监测、第四纪华北平原表层地球系统变化的天文驱动、天津市地表基质调查工作进展、山东省章丘-邹平地区地表基质层调查、江苏天目湖生态功能区地表基质调查实践与认识、安徽省地表基质调查试点成果及下步工作方向、黑土区地表基质调查最新进展、黄淮海地区地表基质调查进展、青藏高原多年冻土区基于服务冻融灾害防治的地表基质调查研究进展等案例成果。

    开幕式上,中国地质调查局廊坊自然资源综合调查中心与天津大学地球系统科学学院“育人实践基地”、中国地质调查局梨树黑土地地球关键带野外科学观测研究站同期揭牌。

     
     
     
    华北地区地表基质学术研讨会成功举办

    由中国地质环境监测院等单位联合承担的云南省重大科技专项“乌蒙山区重大地质灾害易灾机理和风险防控研究”项目日前正在稳步推进。在殷跃平院士的带领下,项目组全面开展了以镇雄县为重点的乌蒙山区地质灾害研究工作。

    据悉,该项目于今年5月启动实施。经过4个多月的努力,项目组在地质灾害发育分布特征与智能识别、复合易滑地层结构孕灾模式、汛期和冬季失稳机理、煤炭开采与乡村人居环境安全等方面取得了初步进展,特别是直接参与了镇雄县等汛期地质灾害防灾减灾的科技支撑工作。

    镇雄县位于上扬子地台乌蒙山区腹地,扬子褶皱基底经过多期构造运动,形成了特有的强烈褶皱地貌形态,主要的易灾地质结构包括区域褶皱控灾构造、软硬相间孕灾地层和上陡下缓远程成灾地貌的组合。项目组初步构建了涵盖地形、地质、扰动、监测等多模态数据特征的乌蒙山区地质灾害隐患智能识别样本库,支撑了乌蒙山区地质灾害精准调查与智能识别模型研究。同时,分别在煤层采动区典型滑坡布设深部科学观测钻孔19个,重点监测滑坡深部变形、温度、渗压和浅表层温度、含水率等参数。截至8月底,已完成5个深部观测孔的光纤光栅阵列传感监测系统建设与数据采集工作,为科学分析采动区滑坡失稳机理提供有效监测数据。在开展现场调研工作期间,项目组联合地方政府开展了重大地质灾害风险会商,现场指导了多起突发重大地质灾害险情处置,提出了镇雄县煤炭资源开采区采动山体灾害监测预警方案,为采动山体灾害科学防灾减灾提供技术支撑。

    下一步,项目组将针对镇雄等地区冬季特大地质灾害高发问题,加强高寒山区久雨久雪滑坡失稳机理与风险预警研究。围绕乌蒙山区煤层采动区薄层状碎裂基岩滑坡失稳机理问题,进一步研究典型易灾地质结构模型。开展乌蒙山区地质灾害数据规律统计与孕灾背景图层标准化处理,研发灾害区域智能化识别算法。

     

    环境监测院(技术指导中心)科技支撑乌蒙山区汛期地...

    近日,北京探矿工程研究所采用自主研发的TGQ-20AC模块化多工艺钻机在大兴安岭中北缘战略性矿产调查区开展示范应用,完成异常查证钻孔3个。

    该钻机具有以下特点。一是采用航空铝合金框架,最大单体模块重量小于70千克,可在农田、林区快捷搬迁转移。二是设计紧凑,工作时占地面积小于3平方米,对环境扰动和植被影响较小。三是采用全液压驱动,可实现20米以内覆盖层快速钻进取样和目的层精准取心,空气钻进效率是常规钻进工艺的3倍。

     

    TGQ-20AC钻机现场施工图

    探矿工程所多工艺钻机支撑东北地区找矿突破战略行动

    近日,由北京探矿工程研究所(以下简称“探矿工程所”)研发的TGQ-1000模块化岩心钻机,顺利交付中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心,并在辽宁东部战略性矿产靶区开展实钻验证,高效完成了160m钻孔一个。

    该工作区沟谷发育,地势较陡,是重要的水源涵养林基地,对绿色勘查与钻探装备的适用性提出很高要求,传统岩心钻机无法满足。探矿工程所模块化岩心钻机采用分体式设计,搬迁转移方便快捷,环境扰动小。钻机采用全液压驱动,中空式动力头可实现转速与扭矩的大范围无级调节,显著提升复杂地层钻探能力,76mm口径钻深可超过1000m,钻进效率等指标满足设计要求。经现场验证,该钻机展现了良好的环境保护能力和对复杂地势条件的适用性。

    下一步,探矿工程所将进一步落实部、局关于在新一轮找矿突破战略行动中全面实施绿色勘查、加强装备建设的工作要求,以“效率高、占地少、污染少、扰动小”为努力方向,加快钻探关键技术攻关,为矿产资源调查评价提供绿色钻探技术装备支撑。

    模块化钻机在丘陵林地狭小工作区进行钻探作业

    探矿工程所绿色钻探装备模块化岩心钻机列装交付

    1月,中国地质科学院水文地质环境地质研究所(以下简称“水环所”)国家重点研发计划课题“石化场地污染土壤环境风险评价与预警研究”及两个子课题(2018-2022年)的项目成果,喜获中国石化科技进步一等奖。

    项目中,水环所张敏研究团队充分发挥水文地质专业优势,首次提出了四类石化污染水文地质概念模型,研发了具有自主知识产权的土壤和地下水污染源(区)羽微扰动、高精度刻画-解析技术体系,首创了在产企业场地污染“三界面四风险”预警-“自然衰减+”防控模式。

    该成果提供了场地污染防治的新视角,解决了长江经济带“地表水-地下水频繁交互条件下石化特征污染物跨介质传输机制”重大科学问题,为破解长江经济带“化工围江”困局提供了强有力的技术支撑。

     

    水环所在产石化企业场地污染研究喜获中国石化科技进...

    近日,中国地质事业改革发展进程中又迎来了一个具有里程碑意义的重要时刻。原武警黄金部队转隶组建的自然资源部中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心(以下简称指挥中心)在京挂牌,中央公益性地质调查队伍再添一支劲旅。

    40年风雨兼程,坚守从未改变,前进从未停止,指挥中心(原武警黄金指挥部)这支找金劲旅的荣誉簿彰显了他们的忠诚与担当,见证了他们的能力和实力:原五支队被国务院授予“全国地质找矿功勋单位”荣誉称号,阳山项目组被全军评为科技创新群体奖;原三、五、九支队被国务院记一等功,原十二支队一中队被武警部队授予“地质找矿模范中队”荣誉称号,原三、十二支队被武警部队树为标兵支队;4人获评李四光地质科学奖;1人被表彰为“全国抗震模范”,1人获评“全军爱军精武标兵”和“全军作战部队优秀专业技术人才奖”,2人获评“全军十大学习成才标兵”;3人荣膺“中国武警十大忠诚卫士”,36名科技干部享受国务院政府特殊津贴。

    2019年2月,中共中央办公厅、国务院办公厅下发《武警黄金部队转制改革实施方案》,明确“武警黄金部队整体转为非现役专业队伍移交自然资源部,并入自然资源部所属的中国地质调查局,由中国地质调查局管理”。至此,这支有着辉煌历史、突出贡献、优良作风的地质队伍转战新战场,开始承担起区域基础地质调查、多金属矿产资源勘查、自然资源综合调查、国土空间生态修复、海洋与海岸带地质调查等职责任务,用行动证明自身实力,展现出他们的责任与担当。

    立足公益性地质工作

    在拓展新任务的同时,指挥中心立足做好传统的基础性公益性地质工作,全面落实中国地质调查局关于深化区域地质调查改革工作精神,按照推动新时代地质工作转型发展要求和区域地质调查工作部署,助推行业迈向高质量发展新阶段。

    指挥中心按照区调改革精神和服务地区经济发展的思路,本着宁缺毋滥的原则,在项目部署和管理上进一步向精细化转变。2019年承担的19个项目全部通过结题验收(区域地质调查18个,地灾调查1个),完成调查面积5070平方千米,综合研究和成果转化水平较前期有较大提升。坚持在任务中历练提升人才团队建设水平,依托三轮项目培养了一批技术骨干,取得的成绩得到了行业高度认可,按照“五问”“五不唯”成果与人才评价标准,2019年推荐9人入选中国地质调查局首批图幅地质填图科学家。

    与此同时,指挥中心围绕找矿突破战略行动要求,在自然资源部和中国地质调查局统筹下构建“基础先行、勘查跟进、带动引领、成果共享”找矿机制,聚焦关键矿产、大宗紧缺矿产、战略新兴矿产,对在基础地质工作中确定的有进一步工作价值的地区进行深勘精查,有效调动社会资本力量,实现找矿重大突破,进一步提高国家能源资源保障能力。坚持公益性定位,找矿成果无偿交给国家。先后多次赴部地勘司、局资源评价部、勘查技术指导中心就大型资源勘查基地矿权延续、项目部署等相关问题进行对接,保障了矿产勘查项目的落地实施。持续抓好技术指导和质量监控,通过“地质云”监管平台和中期质量检查,强化项目运行的过程管控,积极协调外部专家赴项目组进行帮带指导,完成岩心钻探29200米、槽探6500立方米,4个新开项目预获新增金资源量9400千克,年度项目考核取得了一优三良的成绩。

    为全国森林资源把脉问诊

    开展森林蓄积量调查是掌握我国森林蓄积量家底,践行山水林田湖草是一个生命共同体理念的实际行动。根据自然资源部办公厅《关于开展2019年度全国森林蓄积量调查的通知》(自然资办函[2019]1728号)部署要求,指挥中心按照职责分工,具体实施2019年度全国森林蓄积量调查工作,承担了样地布设、样地调查、蓄积量计算以及分析评价等工作。本次调查工作是自然资源部组建后组织开展的首个全国性自然资源专项调查工作,是贯彻党中央机构改革决策部署精神、服务支撑生态文明建设目标评价考核制度和履行自然资源部“两统一”职责的一项重要举措,意义重大。

    在调查时间紧、工作任务新、关系协调难、经费缺口大、安全风险多等矛盾困难叠加的情况下,他们攻坚克难,构建了指挥中心、专业中心、项目组三级质量管理体系,压紧压实“谁调查谁负责、谁检查谁负责”的质量管理责任,坚持大事大抓,严把质量关,探索实践并重构重塑了自然资源专项调查体制机制,取得了一系列成果。一是形成一套完整的工作方案。编制了2019年度全国森林蓄积量调查技术方案、技术规程、工作方案、实施方案,各省(区、市)森林蓄积量调查操作细则和13个专业中心森林蓄积量调查实施方案,顺利通过专家评审论证。二是编制形成了3类报告。形成了2019年全国森林蓄积量调查成果报告、技术总结分析报告和质量评估报告,按精度要求实现了年度出数目标。三是摸清了森林蓄积量分布特征,汇总产出了工作图表。汇总形成了2019年全国及各省(区、市)森林蓄积量起源、优势树种(组)和龄组统计表。四是初步完成了数据库建设。基本搭建了样地和样木属性因子、蓄积量模型、调查影像资料等数据库。

    为做好2019年度全国森林蓄积量调查工作,指挥中心着眼履行新使命,不断提高自身能力,在专家团队建设方面,聘请唐守正院士任专家顾问、北京林业大学郑小贤教授和森林经理学博士郭韦韦为全职专家;在项目骨干设置方面,设立了项目计划协调人和工程首席专家,各专业中心有13名项目负责人和31名各省份技术负责人,负责技术管理和质量控制等工作;在提高调查综合能力方面,培训了近2000名外业调查人员,购置了各类调查装备2000余台(套),培养了一支森林蓄积量专门调查队伍,初步形成了承担全国森林蓄积量调查的工作业务体系和人才队伍。

    项目组开展“不忘初心、牢记使命”主题教育,结合转制改革和任务拓展实际,以饱满的政治热情和高度的政治责任,全力推进主题教育落地落实。 季永健 摄

    摸清草原资源综合植被家底

    草原是生态系统的重要组成部分,是我国主要大江大河的源头,保护草原就是保护我们赖以生存的家园。为了更好地保护草原,摸清全国草原资源综合植被家底,由指挥中心和13个专业中心承担的2020年度全国草原资源综合植被盖度与生物量样地外业调查项目有条不紊地进行。

    按照自然资源部调查监测司“8月25日左右完成北方省份的外业调查工作,9月30日前完成全国所有省份外业调查工作”的部署要求,按照从北至南、先高原后平原的工作思路,13个专业中心共投入163个调查工组,组成518人的调查队伍,重点围绕草原资源外业调查选取的典型样地,通过设置草灌样方或高大草灌样方获取样方内植物的高度、盖度、植物名称和生物量等基本植被信息,填写纸质表格和调查APP记录调查数据,确保摸清全国31省(区、市)草原资源综合植被盖度与生物量的数量和空间分布。

    通过开展草原资源专项调查,将为强化草原自然资源管理和生态保护提供重要的基础数据服务,也为深化草原生态文明体制改革、保护和修复草原生态系统提供重要的技术保障,为自然资源部履行“两统一”职责和开展生态文明建设目标考核提供依据。

    构建自然资源要素综合观测体系

    山水林田湖草是一个生命共同体,人的命脉在田,田的命脉在水,水的命脉在山,山的命脉在土,土的命脉在树和草,唯有掌握山水林田湖草等自然资源各要素第一手观测数据,研究自然资源种类、数量、质量变化对自然资源结构功能的影响,揭示其动因机制及演变趋势,才能实现对自然资源的统一管理和高效开发利用,更好地加强生态文明建设。

    作为《自然资源科技创新发展规划纲要》中十二大科技工程之一,自然资源要素综合观测网络工程的重要性不言而喻,必须有一支作风优良、能力突出的队伍承担这一任务。2019年10月,自然资源部办公厅向指挥中心下达了《关于做好自然资源要素综合观测工作的函》(自然资办函[2019]1855号),要求团结协调自然资源系统内外各单位的观测和研究力量,在有关典型区域尽快启动示范观测,保证2020年首批观测数据上线运行和服务,2023年初步构建起指标体系完整、站网布局合理、运行基本稳定的自然资源要素综合观测框架,2025年形成覆盖全国的全天候、全时段、全要素空天地立体观测能力。

    接到任务后,指挥中心以服务自然资源部履行“两统一”职责为导向,开展了自然资源要素综合观测体系观测内容、空间布局等方面的顶层设计与统筹规划,提出了全国自然资源要素综合观测体系总体建设思路,创新指标体系、观测技术方法和运维管理模式,初步形成了一套满足观测体系建设的技术体系,促进了综合观测工作健康有序发展。同时,构建了自然资源要素综合观测一体化平台,以自然资源要素综合观测数据为主体,多渠道集成自然资源要素调查、监测、观测科学数据,实现数据汇聚、管理、专题应用和共享服务。

    截至目前,除了工程的规划部署、数据集成与应用服务两个顶层设计项目外,青藏、黄河、黑河3个示范观测项目顺利实施,支撑构建了全国自然资源要素综合观测框架。青藏高原试点项目初步建立了青藏高原自然资源要素综合观测体系,为研究全球气候变化背景下青藏高原冰川、冻土等自然资源变化规律及其相互影响提供了科学数据支撑。黑河试点项目对工作区域的自然资源本底数量开展实地综合观测和统计分析,为工作区内资源综合管理、国土规划、资源环境承载力评价和预警等提供了翔实数据。黄河试点项目在黄河流域选取典型景观区开展观测工作,初步探索了黄河流域景观尺度下自然资源要素综合观测体系指标和技术方法,为黄河生态保护、综合治理提供了有效支持。

    在国土空间修复中践行新使命

    生态环境是生存之本、发展之源。生态环境没有替代品,用之不觉,失之难存。指挥中心一直将保护生态环境、加强国土空间生态修复作为自己的职责与使命。

    实施城市地质调查,支撑服务东北老工业基地振兴。在牡丹江和辽阳分别实施城市地质调查项目,查清了城市主城区地质环境条件和主要生态环境问题,评价了浅层地下水环境质量和土壤环境质量;基本查明了城市重点区地下空间地质结构特性,评价了场地工程建设适宜性;基本查明了牡丹江和辽阳市自然资源的分布和利用现状,初步编制了自然资源图集;紧密结合地方需求,开展了牡丹江地质工作与旅游经济关系研究,探讨了牡丹江地区地质旅游的发展目标,初步编制了地质文化旅游科普方案;利用水文地质调查工作,开展找水打井工作,向驻地移交10眼井,解决了1800余人安全饮水问题,有效缓解了当地群众缺水的困境。

    实施水文地质调查,服务赣南革命老区脱贫攻坚。在赣南粤北开展东江-韩江流域水文地质调查项目,聚焦流域水安全,开展找水打井3眼,解决地方季节性干旱缺水问题。同时,针对寻乌县政府在治理稀土矿山环境过程中水环境恢复缓慢的问题,项目组在已有地表水监测的基础上,于上甲村-石牌工业园一带,实施了5个地下水监测井,为地方政府决策提供了数据支撑。

    实施土地质量调查和盐渍土改良,有效支撑服务生态保护修复工作。针对大兴安岭工作区南部保护区开垦耕地情况,项目组对多布库尔保护区内人类扰动区(耕作区)与非人类扰动区的土地进行地球化学元素对比分析,结合地球化学、生态地质学,建立生态地质评价体系,系统评价土地质量状况,为当地政府提出合理化退耕还林还草的生态地质建议。通过开展南疆盐渍化项目,与中国科学院新疆生态与地理研究所开展专题合作,试点选取了野榆钱菠菜、盐地碱蓬、盐角草、梭梭等盐生草本植物、乔木在当地重度盐渍化区进行种植。目前,株苗长势良好,株高10厘米,利用排碱渠废水灌溉后已经进入快速生长期,此项成果得到当地林业及自然资源局的充分肯定,将对当地盐渍土修复、防风固沙及保护塔里木盆地“绿色长廊”起到关键作用。

    生态文明是实现人与自然和谐发展的必然要求,生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计。指挥中心将始终牢记职责与使命,在部党组、局党组的统一领导下,努力破解重大资源、生态、环境、灾害问题,在支撑服务国家经济社会发展、生态文明建设和自然资源管理中心工作的新征程中展现新作为,创造新辉煌。

    履行新使命 实现新作为

    建设中的“中国天眼”

    地质专家在FAST现场查勘溶塌崩塌堆积体

    2006年专家组初勘大窝凼

    技术人员检查桩孔

     

    9月15日,被誉为“中国天眼”的国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜(FAST)首席科学家、总工程师南仁东先生逝世,社会各界深切缅怀。就在一年前的今天,FAST在贵州省黔南州平塘县大窝凼落成启用。它是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜,其研制和建设体现了我国自主创新能力,实现了我国相关装置由跟踪模仿到集成创新的跨越。半个月前,中国科学院公布了2017年度中国科学院杰出科技成就奖授奖建议名单(通用领域),FAST工程研究集体成功入围。作为建设在地质环境复杂地区的国家重点工程,其选址、勘察、设计、施工甚至投入使用,都离不开地质工作。为什么会选址在偏远的岩溶洼地?如何解决相关环境工程地质问题?……带着这些问题,记者近日采访了曾经参与过FAST规划选址、勘查设计和施工建设的中国科学院遥感与数字地球研究所研究员聂跃平、中国地质环境监测院总工程师殷跃平、贵州正业工程技术投资有限公司董事长沈志平等几位工程地质专家。

    2016年12月16日,FAST入选由《自然》杂志评出的2016年度重大科学事件。而刚刚公布的2017年度中国科学院杰出科技成就奖授奖建议名单,认为研究集体按期建成具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜FAST,在未来10~20年将保持世界领先地位,为我国在科学前沿实现重大原创突破提供了前所未有的机遇。其研制和建设体现了我国自主创新能力,实现了我国相关装置由跟踪模仿到集成创新的跨越;拥有3项自主创新:利用贵州天然喀斯特巨型洼地作为望远镜台址,自主发明主动变形反射面,自主提出轻型索拖动馈源支撑系统和并联机器人;研发了高强度高精度大跨度索网结构,高性能动光缆,大尺度高精度实时测量系统等一系列关键核心技术,取得多项技术突破,推动了我国众多高科技领域的科技进步与产业升级,在国家重大需求方面具有重要应用价值,将促进西部经济的繁荣和社会进步。这些成绩和荣誉的背后,是中国科学家和科研工作者以及建设者的智慧结晶。这其中,地质元素和构成必不可少。

    为什么选址在大窝凼天然喀斯特巨型洼地?

    选址工作跟进十多年,最后根据野外考察、模拟计算和综合评价优选台址

    FAST工程从初步的设想、选址、勘察、设计、施工至投入使用,历经20余年。1994年,中国科学院第一轮选址;2007年7月,国家发改委正式批复立项;2008年12月,FAST工程奠基;2011年3月,FAST正式开工建设;2016年9月25日,“中国天眼”正式落成,“天眼”开眼。

    在这20多年里,有一位科学家从中青年开始就伴随FAST一直走到现在。他,就是FAST观测台址系统总工程师、中国科学院遥感与数字地球研究所研究员聂跃平博士。“利用贵州天然喀斯特巨型洼地作为望远镜台址,是整个系统工程3项自主创新之一!”在他的办公室,聂跃平自豪地告诉记者。

    作为FAST选址的主要负责人,曾在贵州省地矿局科研所工作过的聂跃平对“中国天眼”落户贵州功不可没。

    1994年夏天,中科院原北京天文台(2001年国家天文台成立)副台长南仁东和彭勃博士等到中国科学院遥感与数字地球研究所咨询在全国范围内寻找适合建造大射电望远镜洼地事宜,之后便委托聂跃平到贵州做一次针对性的野外调查。同年8月至9月,聂跃平到平塘、普定等地进行了1个多月的实地调查,为在荷兰召开的LT大会提交了《中国贵州选址调查报告》,并得到大会充分肯定。随后,便开始了漫长的FAST探寻之路。

    1994年底,中国天文界以北京天文台为核心,组成LT(SKA)中国推进委员会,推荐聂跃平为台址评价组组长。根据选址要求,选择的洼地必须符合尽可能圆、既要交通方便又要相对隔离、台址稳定、没有无线电干扰等若干要求。

    聂跃平告诉记者,贵州虽然洼地众多,分布面积广泛,但要找到符合上述条件的洼地也十分困难。因此,根据以往在贵州的工作经验和岩溶洼地的发育规律,他选择在苗岭分水岭两侧的黔南州和安顺地区,应用遥感技术手段进行先期普查,然后在地形图上逐一标注,建立了300多个能够进行各种指标查询的洼地数据库,并完成了《大型射电望远镜中国贵州选址研究报告》博士后出站论文。在此基础上,聂跃平和中国推进委员会主任南仁东、副主任彭勃、国际LT中国代表吴盛殷、荷兰天文专家理查德先后到平塘、普定对部分洼地进行考察和电波干扰情况测量。1995年10月,LT第三次国际会议在贵州省贵阳市召开,会议代表到平塘、普定对洼地进行实地考察,对中国贵州选址给予了高度评价。

    1997年,LT(SKA)中国推进委员会提出了LT(SKA)中国工程概念先导单元,即由我国独立建造一面世界最大单口径球面望远镜的创新方案的初步设想。经过不懈的努力和扎实的研究工作,FSAT最终获得国家立项。

    聂跃平介绍,FAST是一个大科学工程,对洼地的要求随着工程的不断优化而改变,对洼地的直径要求从开始的300米、350米、400米直到500米,因此选址工作一直跟进了十多年。最后根据野外考察、模拟计算和综合评价,优选出平塘大窝凼洼地作为FAST观测台址。FAST立项后,选址组围绕FAST对台址的严苛要求,应用遥感、GIS、虚拟技术等,对大窝凼进行了台址的工程稳定性、水文工程地质、岩溶地质灾害、周边环境、工程开挖量等一系列工程问题展开了工程性研究,并向国家天文台FAST项目指挥筹备组提交了相关报告,肯定了大窝凼可作为FAST观测台址的可行性。

    “从1994年到现在,20多年过去了,我从中青年开始伴随FAST走到今天,经历了漫长的时间考验,也遇到种种困难。但是一想到能利用家乡的地利优势实现FAST工程,就感到无比欣慰!”对此,聂跃平感慨万千。

    FAST观测台址遇到的环境工程地质问题如何解决?

    创新勘察方法,地下河洪涝灾害、断裂破碎带、巨石混合体、松动岩体、球冠状边坡等问题被逐一破解

    我国西南岩溶地区地质环境复杂,如何解决FAST观测台址遇到的环境工程地质问题?记者采访了中国地质环境监测院总工程师殷跃平,他也是这次杰出科技成就奖授奖建议名单中唯一一位中科院系统外的贡献者。“地表像是一口直径达500米的大锅,地下却是非常复杂的岩溶灾害体。”殷跃平开门见山地告诉记者。

    FAST观测台址选定大窝凼场洼地后,地质问题成了FAST建设成败的关键。2006年4月,殷跃平初次受国家天文台邀请,参加了FAST观测台址建设可行性论证技术组的工作。因其丰富的岩溶工程地质经验,2008年8月,受国家天文台的聘请,兼任了观测台址建设的地质总工程师。

    殷跃平告诉记者,FAST观测台址建设面临的第一个难题,就是地下河洪涝灾害。这里地处贵州高原到广西丘陵平原地区的斜坡地带,串珠状的峰丛峰林洼地非常发育。表面上看,它是一个完整的洼地,实际上大窝凼洼地底部(即锅底)50多米深发育有贵州最大的地下河——大小井岩溶地下暗河。

    “当时中国地质调查局正在组织实施的西南地区岩溶地下河地质大调查项目提供了很好的基础资料,前期调查表明,这条地下暗河一直流到了广西境内。它通过漏斗和落水洞将大窝凼与地下河建立了水力联系,这意味着地下水动态变化非常大,在极端暴雨的情况下,地下河水将上涨数十米。同时,在建设期间,土石方工程也将会改变洼地产流和径流条件,从而导致洪涝灾害。”后来,针对这一问题,可行性方案提出了新型的螺旋形加放射状截排水措施,并沿洼地底部设立了1公里长的泄洪隧洞,从根本上消除了FAST场地的洪涝风险。

    第二个问题就是断裂破碎带的地质工程问题。贵州的岩溶地下河往往与断裂带有关,技术人员现场工程地质勘察发现,长达十多公里的董当断裂带自北向南穿过,将大窝凼洼地切割成了东西两半。由此,东西二侧半球冠状的洼地工程地质条件将出现差异性,即随时间的推移,望远镜可能存在变形差异,而且断裂破碎带的软弱性也将带来地质工程问题,影响望远镜发射板的锚固安装质量。“望远镜有2400多个三角形反射块,像鱼鳞片一样。用锚杆与下面的地层固定,如果有断裂破碎带,注浆质量会下降。锚杆施工后,如果断裂带溶蚀严重的话,注浆时漏浆量会很大,导致抗拔力出现大的差异,影响工程质量。”于是技术人员专门在现场对断裂带进行了大量的锚杆拉拔实验,获得了注浆参数、锚固长度、设计锚固力等一系列参数。“比如注浆中加一些早强剂,防止它漏失,让它固定住,不会出现新的变形。”

    第三个问题是洼地西南侧分布数百万立方米的大型溶塌崩塌堆积体,正好位于望远镜圈梁附近,开挖扰动后将带来滑坡问题。“这些堆积体在大小井地下河系演化过程中,由岩溶动力侵蚀形成,具有一定的稳定性。但是,被切脚临空后,稳定性将会降低。我们通过抗剪试验和室内模拟,发现这种溶塌崩塌堆积体和传统的滑坡堆积体是不一样的。我把它称为‘巨石混合堆积体’,它与下伏基岩界面形成了点摩擦,有一定的嵌固性,抗剪强度要高,可以按照代换补强的思路,采用小口径组合桩群加注浆的措施对前缘进行加固,这样就构成了一个由巨石混合体和桩群构成的棱体,形成了拱圈效应,对巨石混合体起到了支挡作用,确保了望远镜的安全。”殷跃平展开当时的设计剖面图,向记者解释道。

    第四个问题就是古地下河的卸荷松动岩体稳定问题。殷跃平介绍,在大窝凼洼地3点钟到5点钟一带,出露有一古地下河通道,洞口岩体破碎,形成了大范围的松动岩体。如果在FAST观测台址建设和运行过程中,不对这些松动岩体进行加固的话,将会形成崩塌滚石灾害直接摧毁望远镜。因此,技术人员在对这些松动岩体进行系统防护的同时,还重点对12处稳定性很差的危岩体进行了清除或整体加固,避免了崩塌滚石灾害的发生。

    第五个问题就是开挖边坡的稳定性评价和加固问题。FAST观测台址并不是严格的球型洼地,施工建设过程中需要切凸补凹,形成均匀性很差的球冠状边坡。而这种边坡具有越向底部,应力越集中的特点,采用传统的平面分析方法就不行了,因此,他们提出了基于仓储理论等的三维评价方法,并取得了很好的效果。

    FAST观测台址的工程地质勘察评价,也探索出了一套新方法。在此之前,我国对平缓场地和山地的勘察方法较为成熟,并形成了国家标准,但对大型、特大型岩溶洼地的工程地质勘察经验很少,相应的规范标准更是空白。为此,FAST观测台址的建设形成和改进了很多勘察方法,为今后实施同类工程积累了经验。

    殷跃平还追忆了与南仁东教授一起在FAST观测台址建设现场工作的日子。他说:“南教授不仅亲自组织深入论证地质解决方案,而且多次与我们到洼地陡坡查看危岩滑坡等。他可谓惜时如命,白天与我们一起进行野外查勘、解决问题,晚上匆匆忙忙吃完饭,又伏案熬夜。南教授告诉我,他担任国际天文台主席等学术职务,每天晚上要处理数百封电子邮件。他是仰望星空的前沿科学家,亦是惟精惟一的卓越工程师。”

    如何解决开挖建设过程中遇到的岩土工程技术难题?

    4个阶段岩土工程设计不断优化,自主创新多种技术,工程设计获得多项国家专利

    在FAST之前,世界上最大单口径射电望远镜是美国Arecibo望远镜。如今,FAST台址开挖系统岩土治理规模是Arecibo的5倍,总体建设规模是Arecibo的近3倍。FAST台址岩土工程复杂程度远高于Arecibo,是世界上利用大型岩溶洼地建设的最大工程。如此复杂而庞大的工程,其岩土工程设计至关重要。FAST工程以全新的设计思路,开创了建造巨型射电望远镜的新模式。其中,贵州正业工程技术投资有限公司是FAST工程台址开挖系统的核心技术团队。

    FAST工程台址开挖系统现场设计工程师、贵州正业工程技术投资有限公司第一勘测设计院岩溶地基研究所所长吴斌告诉记者,由该公司完成的FAST工程台址开挖岩土工程设计被中国勘察设计协会评为2015年全国优秀工程勘察设计奖工程勘察一等奖。该设计还获得了国家知识产权局发明专利受理及授权4项、实用新型专利授权7项。技术成果应用于FAST工程,系统解决了大型岩溶洼地,薄壳岩溶岩体精细开挖建设过程中,遇到的各种复杂岩土工程技术难题,为项目的安全运行奠定了可靠的基础。

    据了解,FAST台址洼地内地形起伏大、坡度陡,大型岩堆、溶蚀峰林、大型溶沟、溶槽、溶蚀裂隙密布,各种岩溶不良现象发育集中,工程地质及水文地质条件极为复杂。台址开挖系统设计按照动态设计原则分为方案设计、优化设计、施工图设计及现场设计4个阶段,历时3年半。通过4个阶段岩土工程设计的不断优化,实现了最初方案开挖投资1.85亿元,优化到最终开挖投资0.97亿元的最佳开挖效果。设计中,技术人员使用了BIM技术,开挖中心选择技术,下拉索促动器基础坐标解析技术,岩土工程信息平面表达技术,馈源塔及圈梁支撑柱位置优化技术,排水、防冲刷技术,螺旋检修道路优选技术,大型构建拼装场地及安装工程临时施工场地建造技术,岩堆、危岩、边坡综合治理技术以及生态保护技术。这些技术的运用,达到了国际领先水平。其中,国家发明专利“一种岩溶洼地排水系统”技术,在历经4个水文年的考验后,证明其排水性能良好,台址区未发生任何水患问题;而开挖中心选择技术则实现了台址开挖量最小,地质灾害治理费用最低等综合优化目标。

    贵州正业工程技术投资有限公司董事长沈志平向记者介绍,他们自主创新过程中形成的大量关键技术已经汇总并将出版专著。专著全面系统地反映了FAST工程台址开挖系统建设所遇到的各种技术问题的研究成果,是迄今为止国内外大型岩溶洼地综合利用岩土工程方面集学术研究与工程应用为一体的第一本专著。

    正是有了地质人前期复杂而周密的工作,才保证了FAST系统工程的成功选址以及安全建设和运行。FAST运行1年来,正在为我国暗物质本质、宇宙进化、太空生命起源和寻找地外文明等研究提供着重要支撑,贵州正业工程技术投资有限公司也在不断对工程进行回访记录,未来他们还将关注FAST地区环境信息综合监测。相信有了地质人的“保驾护航”,FAST将会更加安全而有效地运行,为人类探索外太空提供更多的线索。

     
    解译“中国天眼”的地质密码
     











    阅读提要

    ◆页岩气开发,还有待各项鼓励和监督政策的引导和支持,开发的关键技术仍有待突破

    ◆资源节约与综合利用的理念仍要不断加强,建立矿产资源勘查开发保护系统观

    ◆系统评价资源本底的综合地质特征和资源环境承载力,为京津冀协同发展提供重要支撑服务

    我国极具开发潜力的新能源有哪些?我国矿产资源综合利用的潜力有多大?京津冀一体化协同发展如何应对资源环境约束?4月25日,中国地质调查局围绕第46个地球日“珍惜地球资源转变发展方式——提高资源利用效益”主题举办的中国地质调查成果主题报告会上,三位工程首席专家为来自国务院相关部委、国土资源部相关司局、在京地质调查行业单位、大型矿业企业以及大专院校等各方代表,带来一场内容丰富的有关地球资源利用的知识盛宴。

    三位科学家从我国国土资源国情出发,讲述了中国地质调查局在提高资源利用效益方面取得的卓越成果以及今后工作的着力点。透过这些成果,我们看到了地质工作者为提高资源利用效益所作出的努力,也看到他们力图通过自己的努力,让蓝天常在、青山常在、绿水常在的美好愿景。

      新能源开发利用

      更低碳、更环保

    当前,我国经济换挡升级,能源和其他重要矿产资源的需求总量仍居高位,但需求结构发生重要变化,以低碳、绿色、环保为特征的新能源、新材料等战略性新兴产业的迅速崛起,促进能源消费结构的重大调整,并带动以锂、钴、三稀等为代表的新能源、新材料矿产品需求增长。

    中国地质调查局油气资源调查中心副主任翟刚毅在报告中介绍了我国目前极具开发潜力的几种新能源。

    页岩气,是一种清洁、高效能源。美国依靠页岩气开发技术的突破,2009年以6240亿立方米的产量首次超过俄罗斯成为世界第一大天然气生产国。这也让页岩气逐步走入公众视野,并日益受到关注。

    据翟刚毅介绍,全球页岩气技术可采资源量与常规天然气可采储量相当,约187万亿立方米,我国的页岩气储量在世界位居首位,地质资源量达134万亿立方米,可采资源量25万亿立方米(不含青藏区),其中四川盆地储量最高,其次为鄂尔多斯盆地和松辽盆地。截至2014年,我国共有页岩气探矿权54个,勘探面积17万平方千米,页岩气产量13亿立方米,今年有望达到65亿立方米。四川盆地海相地层页岩气勘查的突破,最为振奋人心。目前,在重庆涪陵区块已形成10亿立方米的年生产能力,实现了我国首个大型页岩气田的规模开发。鄂尔多斯、四川和柴达木盆地的陆相地层勘查也取得了重要发现。

    翟刚毅指出,作为我国未来重要的接替新能源,页岩气的开发,还有待各项鼓励和监督政策的引导和支持;开发的关键技术仍有待突破,水力压裂、压裂液、水平井等核心技术亟待加强研究攻关;与页岩气开发相应的环境问题更要予以关注,切实做到利用新能源,造福全社会。

    翟刚毅介绍的第二种非常规清洁能源,是天然气水合物。达到全球已知煤炭、石油和天然气资源量总和两倍,可满足人类1000年需求的资源量,使得天然气水合物成为新能源大家族中的翘楚。目前,全球共发现132处水合物产地,其中冻土区9处。

    我国可燃冰主要分布在南海、西北冻土区及东北冻土区。南海水合物自2007年取得突破后,2013年通过实施23口钻探井,控制水合物分布面积55平方公里,折算成天然气,控制储量为1000亿~1500亿立方米,相当于一个特大型常规天然气田规模。祁连山冻土区2008年首次发现天然气水合物,并得到室内激光拉曼检测结果的证实。

    另一种资源量巨大的清洁能源就是干热岩。这种赋存在地下深部具有高温的岩体,主要被用来提取其内部的热量。据初步估算,我国陆区3~10千米深处的干热岩资源量,为860万亿吨标准煤燃烧所释放的能量。

    锂是作为火箭、导弹、宇宙飞船燃料的最佳金属之一。1千克锂通过热核反应放出的能量相当于2万多吨优质煤燃烧的能量。我国已探明的锂资源储量约为540万吨,约占全球总探明储量的13%。相对于国外80%碳酸锂产量来自盐湖卤水,我国目前80%的碳酸锂为矿石提取。而值得指出的是,我国锂资源的85%以上为盐湖锂。由于卤水多具有较高的镁锂比,盐湖锂提取技术瓶颈难以突破,我国卤水锂开采远落后于发达国家。翟刚毅指出,未来加快对卤水锂提取技术的研发,是我国锂资源开发的重要方向。此外,在加工环节,资源利用率仍有待提高。延长锂产业链、发展多元化产品是提高资源利用率、实现循环经济是未来的方向。

      矿产综合利用

      潜力巨大、任重道远

    我国矿产资源禀赋的特点,决定了新常态下必须加大综合开发利用的力度。来自中国地质调查局郑州综合利用所所长冯安生的报告显示,我国矿产资源综合利用的潜力巨大。

    冯安生在报告开始就指出,矿产资源综合利用并不仅在矿产资源利用阶段实现,而是要贯穿矿产勘查开发的全过程。在勘查早期阶段,通过工艺矿物学研究判断矿产资源的可利用性;在矿产普查阶段,通过实验室试验和概略研究初步判断资源经济潜力;在矿产详查阶段,通过实验室扩大连续试验,确定可能的矿产方案产品,通过预可行性研究确定资源的经济属性;在矿产勘探阶段,通过扩大连续试验和半工业确定产品方案和配套工艺技术条件,通过可行性研究和环境影响评估,预测资源的生命周期;在矿产开发阶段,通过技术进步提高资源价值,减少环境扰动,通过产品方案优化,提升产品功效。

    那么,我国矿产资源综合利用的潜力有多大?冯安生用详实的数据予以说明。

    我国已开发利用的141种矿产中,有87种是共伴生矿,占总数的61.7%。85%以上的金属和非金属矿中都有共伴生元素,尤以铝、铜、铅锌等有色金属矿床为多。但从综合利用的角度看,共伴生矿产资源则成为我们的优势。通过高效的选冶分离技术,就可“一矿”变“多矿”。比如:我国91%的钒资源分散在其他矿床之中,银有2/3是铅锌矿的伴生矿、l/3是铜的伴生矿;白云鄂博铁矿中共含有71种化学元素、114种矿物,伴生的稀土金属储量占我国总储量的90%,占世界总储量的80%;攀枝花铁矿是由40多种化学元素、20多种矿物组成的伴生矿,其中钴的储量占全国的90%以上,钛储量占全国的80%以上……

    我国还有存量巨大的尾矿资源。截至2011年底,我国尾矿累计堆放量120亿吨,目前并且还在以每年几亿吨的速度增加。

    冯安生指出,随着资源综合利用技术水平显著提高,我国矿产资源开发利用步入了新阶段。主要表现在,矿产开发利用“三率”水平的提高,延长了资源保障年限,萤石、铝土矿、锑、铁、石墨、磷、锰等10个余种矿产的入选品位已低于地质品位;矿产资源产业集中度明显提高,钾盐、钼矿、铜矿等大型矿山的采矿量占比及选矿厂处理量占比均达到70%以上;矿业废弃物循环利用及共伴生矿产综合利用都取得了显著进步。

    尽管我国矿产资源综合利用水平有了较大提高,但依然任重而道远。冯安生指出,我国矿产资源禀赋制约了我国矿产资源的全球竞争力,目前仍有91.55%的固体非能源矿产必须经过选矿才能有效利用;部分矿种精矿品位显著下降,造成后续作业能耗显著升高;共伴生矿产利用仍有巨大潜力待挖掘;矿业活动从粗放走向绿色化,从单纯矿业开发走向提高资源利用效率,使得新能源资源比以往更加要求可利用性评价,高纯、高性能的矿产品能否合理地被提取变得更关键。

    冯安生最后强调,资源节约与综合利用的理念仍要不断加强,建立矿产资源勘查开发保护系统观。从提高矿产资源利用率转变到提高矿产资源利用效率上,要创建以资源综合效益为中心的开发利用模式;从矿产资源勘查转变到矿产勘查评价一体化上,要营造市场经济条件下的勘查评价新机制;从勘查开发并重转变到统筹勘查开发保护上;要从行政管理转变到管理与技术监督结合上来,减少和杜绝矿产资源勘查开发中履约保证失控,促进企业行为规范符合探矿证、采矿证、开发利用方案等约定要求,从而提高矿业的管理水平。

      人地和谐

      京津冀协同发展有地质保障

    如何促进人地和谐,是生态文明建设的重要课题。中国地质调查局针对京津冀地区城镇和基础设施规划建设、地质灾害防治、绿色农业发展、生态环境保护、水资源管理等需求,充分利用已有资料,系统评价资源本底的综合地质特征和资源环境承载力,编制完成《京津冀地区国土资源与环境地质图集》,提出了合理利用国土资源的建议,为京津冀协同发展宏观决策和规划编制提供了重要支撑服务。

    报告会上,中国地质调查局天津地调中心马震研究员,结合京津冀资源、环境现状,对京津冀一体化国土资源系列图件进行了详细解读。马震指出,京津冀地区面临水资源短缺、地下水超采严重、地面沉降、地裂缝等问题,但土壤质量良好,浅层地温能资源丰富。

    据马震介绍,为服务于城镇与重要基础设施规划建设而编制的地质适宜性建议图,从地质安全角度出发,综合考虑地震与活动断裂、地面沉降、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷对工程规划建设的影响,划分出不同类型适宜区供规划建设决策参考。

    地质灾害分布与易发程度分区图,划定出9万平方千米的沉降区,其中严重沉降区面积约2.53万平方千米;发现地裂缝主要分布在河北平原区和北京平原区;西部山区及北部山区发生的地质灾害有崩塌滑坡泥石流及地面塌陷。

    重要湖泊湿地修复建议图,将2007年遥感影像解译的湿地分布区定为现状湿地分布区,1975年遥感影像解译的湿地分布区定为湿地修复建议区,五湖及周边的洼地区定为宜湿地修复区。

    土壤质量地球化学分布图显示,京津冀地区良好以上等级土壤占全区80.89%,其中优质级占1.72%、优良级67.1%、良好级12.07%。

    绿色农产品产地适宜性评价图,根据土壤汞、镉、砷、铬、铜、铅等含量及有机质、全氮等养分指标,将土壤种植绿色农产品的环境适宜性分为3级,其中适宜区面积为9.6万平方千米,占全区面积的97.01%。

    此外,天津地调中心还与中国土地勘测规划院合作开展了京津冀地区资源环境综合承载力研究,为京津冀地区国土规划编制提供直接地质资料支撑。

    据马震介绍,今后中国地质调查局将持续开展京津冀地区地质调查,开展区域地下水资源开发保护和地下水严重污染区治理修复,重点规划建设区地质资源与地质安全保障,地面沉降、地裂缝等环境地质问题监测与防控,主要活动断裂及区域地壳稳定性调查评价等,并建立地质环境综合监测体系和三维可视化地质环境信息平台,为京津冀一体化协同发展提供地质保障。

    让蓝天常在绿水长流

    在浙江省杭州市余杭区黄湖镇有一个美丽的乡村,这里东、西、北三面环山,南面丘陵蜿蜒,因青山环抱,山清水秀,因此名叫“青山村”。

    近年来,青山村积极践行绿水青山就是金山银山的理念,从一个乡村小水源地保护项目入手,逐步建立公益组织、政府、企业及村民、社会公众等共同参与的可持续生态保护补偿机制,实现“保护者受益、利益相关方参与、全社会共建共享”的多赢局面。2021年12月,《青山村建立水基金促进市场化多元化生态保护补偿案例》入选自然资源部第三批生态产品价值实现典型案例,向人们展示了一幅未来乡村的生态美丽图景——

     龙坞水库一角 

    从小水源地保护到游客花式“打卡种草”

    在青山村,有一个常年为青山村及周边村庄提供饮用水的龙坞水库。在水库上游,2600亩的汇水区内种植着1600亩毛竹林。20世纪80年代,周边陆续建起多个毛竹加工厂。当地村民为增加毛竹和竹笋产量,获取更高的经济效益,在水库周边的竹林中大量使用化肥和除草剂,造成水库氮磷超标等面源污染,影响了饮用水安全。由于水源地周边的山林属于村民承包山或自留山,因此仅通过宣传教育或单纯管控,生态改善效果并不明显。

    “龙坞水库是浙江省2万多个小型水源地的一个缩影。这些小型水源地提供了浙江省大概44%人口的饮用水,但是天然水的不合格率达90%,其中70%是因为农业面源污染。”采访中,生态保护公益组织大自然保护协会(TNC)浙江项目主任张海江向记者讲述了青山村小水源地保护项目的故事。

    2015年,在前期调研的基础上,大自然保护协会等决定与黄湖镇政府、青山村委会合作,通过水基金信托模式在当地开展小水源地保护项目,解决水污染问题。随后,该协会联合阿里巴巴公益基金会、万向信托等发起“善水基金”信托,并筹集33万元启动资金,在青山村开展水源地保护、绿色产业发展、自然教育基地建设等多项工作,同时引导多方参与水源地保护,并分享收益。

    如何改善龙坞水库的水质?“在当地政府、自然资源主管部门,以及青山村的支持下,我们项目组依托‘善水基金’以高于村民种植竹子收益的价格,从43户村民手中按规定流转了水源地汇水区内化肥和农药使用最为集中、对水质影响最大的500亩毛竹林地。其中,杭州市规划和自然资源局等有关部门为我们完成当地林权登记到户提供了重要的支持和保障。”张海江介绍说,当地村民可以作为投资人与“善水基金”签署信托合同,将林地承包经营权以财产权信托的方式,委托给“善水基金”集中管理(评估后确定其份额)。同时,其他机构、企业或公众个人也可以通过投资或者捐赠的形式参与信托。环保组织则负责提供水源地保护模式设计、林地管理专业化方案,集中管理水库周边全部施肥林地,确保有效控制农药、化肥使用和农业面源污染。

    经过3年的努力,龙坞水库的部分指标从Ⅲ、Ⅳ类水质提升到国家Ⅰ类水质标准,成为杭州城区周边50公里范围内最好的水体之一,其周边水源地面源污染问题也逐步得到解决。如今,远眺龙坞水库,宛如一弯新月镶嵌在杭州市西北的山区内;近看,山峦苍翠,绿水潺潺,青山绿水相映成趣,令人心旷神怡。

    水质好了,风景美了,来这里的游客自然也越来越多了。打开社交平台,经常能看到游客们通过各种风景照“花式种草”,龙坞水库也成为大家来青山村必打卡的景点之一。

    从“绿水青山”到“金山银山”

    事实上,组建“善水基金”信托,开展小水源地保护,建立多方参与、可持续的生态补偿机制只是该项目迈出的第一步。

    随后,青山村和“善水基金”运营方便开始不断拓展项目外延,因地制宜发展绿色产业,构建水源地保护与乡村绿色发展的长效机制。

    “通过积极培育市场主体,引入各方资源,开展多元化项目开发。”张海江介绍说,一方面,青山村和“善水基金”项目组积极为当地春笋等各类农产品扩展销售渠道。“青山村的竹笋在不喷洒农药后,虽然产量较以往下降了20%~30%,但市场价格却大幅提高,产品销往沪杭等城市的企业食堂、餐厅,并建立了长期合作关系。”另一方面,项目组在开发文创和传统手工艺品方面寻求市场与资源。融设计图书馆——中国第一个传统手工艺材料图书馆,便是由他们引进青山村的。在这里,来自德国的专业设计师将当地传统的手工竹编技艺提升为金属编织技艺,并免费教授给村民。而当地村民因为把林地租给了项目组,因此也有了更充裕的时间开展各种编织。如今,由他们编织的“水源保护”等主题手工艺品已在“中国文化展”“米兰设计周”等国内外展览会上展出,并进行市场销售,获得两倍于同类工艺品的利润。

    此外,该项目还获得阿里巴巴公益基金会和万向信托的支持,在大自然保护协会的支持下,将当地旧校园改造成青山自然学校。学校团队以当地返乡年轻人和外来新村民为主体,将水源地保护、当地传统文化、低碳生活理念与城市居民对自然的向往链接起来,开发了砍枯竹、监测水质、植物染色等各类生态体验项目,并将青山村民培训成为讲解员、生态活动组织者、民宿服务者等,增加了村民的就业机会,并带动村民增收。

    随着村里的产业兴旺,人才聚集,村集体经济收入稳步增长,村外来访客也逐渐增多,村民生活日益丰富,公共基础设施逐渐完善。青山村党委书记、村委会主任林红告诉记者,2019年青山村村集体经营性收入为66.8万元,2022年总收入已增至148万元,增幅超过120%。

    可以说,青山村因水而美、因水而兴、因水而富,从绿水青山到金山银山,通过一个乡村小水源地保护项目,青山村探索出“两山”转化新思路。

    从自然理念到生产生活方式转变

    随着水质的改善和收入的提高,村民们的生态环境保护意识也明显提高。在“善水基金”小水源地保护项目和青山自然学校的带动下,村民原有的生产生活方式逐渐改变,并成为生态环境改善的坚定支持者,同时他们还会主动向社会公众宣传倡导水源地保护理念。

    由青山自然学校与当地政府联合推广的“自然好邻居”计划在青山村生根发芽,并结出累累硕果——当地村民采用“近自然”的生产生活和经营方式,为来访者提供绿色农家饭和民宿服务等,降低了对自然的扰动。村民还会将经营收入的5%~10%捐赠给水源保护项目,形成受益者付费机制和上下游协作机制。同时,在余杭区共青团和民政局的支持下,项目建立了本地社会组织——青山乡村志愿者服务中心,由青山自然学校定期组织志愿者,以及聘用村民对毛竹林进行人工除草和林下植被恢复,不仅杜绝了除草剂的使用,还充分发挥了竹林的水源涵养功能。青山自然学校还联合杭州等地企业开展环境宣传教育,引入外部合作机构开展垃圾分类、厨余堆肥等活动,提高村民尊重自然、保护自然的意识。

    走进青山自然学校,绿树成荫,花草繁茂,随处可见“不要摘花啊”“嘘!小动物们在睡觉”的提示牌和宣传布艺。记者在采访中看到,一场有关美育与乡村教师发展的课程正在教室内进行。在这里,人们传授知识、启发探索、探讨环境保护等话题。

    在村访客中心一楼,一个写有“文明积分兑换点”提示牌显得格外醒目,提示牌的旁边摆放着各种生活用品。据杭州市规划和自然资源局余杭分局、青山村驻村第一书记申恒杰介绍,青山村联合大自然保护协会开展了多种形式的水源地保护活动。同时,他们还会通过“善美青山”小程序不定期发送任务,村民们可通过完成任务和开展文明行动获得积分并兑换相应的礼品。

    如今,尊重自然、保护自然已成为当地村民生产生活的一部分。2019年,因该项目特色鲜明、成效显著,余杭区提出在青山村打造“未来乡村实验区”——一个乡村小水源地保护项目正触发一场未来乡村创业和生活的变革,而生态保护补偿机制,也让保护者与受益者实现良性互动。杭州市规划和自然资源局余杭分局也积极组织推动《余杭区黄湖镇青山村“未来乡村实验区”概念规划》《青山村村庄规划》的编制工作,并多渠道、多途径协助支持青山村“未来乡村实验区”创建,让更多的项目在青山村得以落地生根、开花结果。

    2021年4月,中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于建立健全生态产品价值实现机制的意见》,提出要拓展生态产品价值实现模式。在严格保护生态环境的前提下,依托不同地区独特的自然禀赋,鼓励采取多样化模式和路径,科学合理推动生态产品价值实现。青山村小水源地保护项目就属于生态产品价值实现模式中的生态补偿模式。杭州市规划和自然资源局党组成员、二级巡视员潘希统介绍说,青山村通过与生态保护公益组织合作,探索出一条采用水基金模式进行水源地生态保护及补偿的新路子。通过建立水基金信托、基于自然理念开展农业生产、对村民转变生产生活方式所形成的损失进行生态补偿、吸引和发展绿色产业等措施,引导多方参与水源地保护并分享收益,构建了市场化、多元化、可持续的生态保护补偿机制,实现了青山村生态环境修复改善、村民生态保护意识提高、乡村绿色发展等多重目标。也正因如此,《青山村建立水基金促进市场化多元化生态保护补偿案例》成功入选自然资源部第三批生态产品价值实现典型案例。

    青山村的故事从水资源保护开始,到余杭区“未来乡村实验区”,再到浙江省未来乡村……因为坚持生态优先,青山村在保留乡风乡貌、让乡愁常在的同时,能够聚焦生态环境治理和价值转换,将生态“软优势”变成乡村振兴“强支撑”,最终延展、勾勒出一幅乡村宜居宜家宜业的美丽画卷,也为各地小型水源地保护提供了可借鉴的“青山样板”。

    迎全国生态日记者行 | 听,青山村讲述水资源保护的故...
    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
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