中国可燃冰勘查利器——海马号无人潜水器

新华社发

勘查团队在祁连山南缘钻探发现“可燃冰”。

冀 业摄（资料图片）

近日，俗称“可燃冰”的天然气水合物成功获批为中国第173个矿种。这虽然是业界和公众意料之中的事，但还是引起了广泛关注和热烈讨论，人们由此预见，可燃冰作为一种战略性绿色能源，在中国获得了相应的法律地位，必将在勘查和开发利用方面迎来新的发展机遇。

可燃冰被誉为“未来能源、洁净能源和21世纪能源”，这一方面在于其有能量密度极高、非常洁净等特质，另一方面在于其分布范围广、资源量巨大，可以为人类提供持久能源支持。对于环境资源压力巨大的中国来说，可燃冰更是承载着变革能源结构、实现绿色可持续发展的梦想。20多年来，中国科技工作者不懈努力、忘我奋斗，不仅系统提出了被实践证明正确的可燃冰成藏理论，而且形成了具有国际先进水平的可燃冰资源综合勘查高新技术体系，为可燃冰的开发和利用奠定了坚实基础。

中国储量家底知多少

在标准状况下，1立方米可燃冰可释放出164立方米天然气和0.8立方米的水，能量密度是天然气的2-5倍、是煤的10倍。这是人们对神奇的“冰火”津津乐道的主要原因之一。这样一种能量密度极高的物质，在地球上储量非常丰富。国土资源部天然气水合物重点实验室总工程师刘昌岭研究员介绍说，如果把全球可燃冰的储量折算为有机碳资源，其有机碳占总量的比例超过53%，而煤、石油、天然气三者有机碳之和仅占26.6%，也就是说，前者是后三者之和的约2倍。国际上广泛引用的可燃冰储量数据来自美国科学家科温沃登，他预测全球储量为21万亿吨油当量，与美国能源部2011年发布的数据大致相当。

具体到中国，可燃冰的储量如何呢？中国地质调查局副局长王昆给出了一个数字：约800亿吨油当量。他强调，这是根据天然气水合物资源类型及赋存状态，结合地质条件对中国海域可燃冰源量的初步预测量。冻土区是陆域可燃冰的可能成矿区，而中国是世界上第三冻土大国，冻土区总面积达215万平方公里，具备良好的可燃冰赋存条件和资源前景。据科学家初略估算，陆域可燃冰远景资源量至少有350亿吨油当量。王昆介绍，总体上看，中国可燃冰分布广、类型多、储量非常丰富。目前，已在南海发现两个超千亿立方米的矿藏，圈定11个成矿远景区、25个有利区块。

四个勘查阶段迎头赶上

与一些国家从上世纪70年代就投入可燃冰勘查研究相比，中国在可燃冰资源调查研究方面起步无疑是较晚的。据刘昌岭介绍，如果从1995年原地质矿产部设立可燃冰调研项目开始算起，不过20多年，而这20多年又可以分为四个阶段。

一是预研阶段。主要开展对国外调查研究情况的调研跟踪、文献整理等工作。这个阶段有两个标志性年份。1995年，“西太平洋水合物找矿前景与方法的调研”“中国海域水合物勘测研究调研”等项目设立，中国地质科学院矿产资源研究所和广州海洋地质调查局等机构参与其中，对水合物在世界各大洋中的形成、分布等方面进行了初步研究，明确指出了中国近海海域具有水合物成藏条件和资源远景。1998年，在国家“863”计划支持下，“海底水合物资源探查的关键技术”前沿性课题研究顺利启动。此外，中科院兰州冻土研究所开展了实验室合成天然气水合物研究，并通过书籍翻译将外国可燃冰领域研究进展系统介绍进来。

二是前期调查阶段。1999年，国土资源部启动了“西沙海槽区天然气水合物调查与评价”项目，首次在该区域发现了可燃冰存在的重要标志。在东沙群岛南部和台湾西南等海域，调查团队也发现了蕴藏可燃冰的证据和标志，并综合利用多种海底调查手段，包括海底取样和摄像等，对这些证据和标志进行了研究分析，初步确认了可燃冰的存在。

三是专项调查阶段。此阶段从2002年持续到2010年，参与调查的众多科研院所和大学与中石油、中石化等历时8年，实施了与可燃冰相关的4个专项，优选了南海的数个海域，开展了可燃冰调查与评价，并获得了可燃冰实物样品，取得了重大突破。与此同时，中国陆域可燃冰调查也在大力推进，初步结果显示，祁连山和漠河盆地等冻土地区具备较好可燃冰成矿条件和找矿前景。

四是“127”工程国家专项阶段。2011年，“127”工程天然气水合物专项设立，按照“海路并举，先易后难”的思路，加强对南海、东海等海域和陆域冻土区的调查研究，查明中国海陆可燃冰家底，并为进一步开展资源评价和开发做好准备。上述专项实施的目标之一是实施赶超战略，使中国可燃冰勘查等技术与国际先进国家同步，为商业开发打好基础。

推进理论和技术装备创新

四个阶段，22年努力，中国不仅摸清了可燃冰家底，而且实现了一系列勘查理论和勘查技术、装备的创新。实际上，注重创新的引领作用，把地质调查过程变成科技创新的过程，全面提升科技创新解决资源环境基础地质问题的能力，也是中国地质领域工作的指导思想。

中国地质调查局基础调查部副主任邱海峻指出，根据国际上的研究，可燃冰在全球主要分布有两类地区：一类是水深300米—3000米的海底，在海底以下0米—1500米的沉积物中产出；另一类是陆上冻土区。成功进行可燃冰勘查，光靠上述大体模糊的判断显然是不够的，必须摸索出适合中国海域和陆域地质特征的探测理论和方式。

刘昌岭指出，中国科学家根据可燃冰成矿原因，创新性提出“渗漏型可燃冰”概念，并将可燃冰划分为“扩散型”和“渗漏型”等几种，总结出各自的特点，指出它们在南海北部具有密切的成藏关系，具备形成的地质条件，并揭示出该地区形成了南北成带状的可燃冰富集规律。

工欲善其事，必先利其器。可燃冰勘查离不开先进的装备，而4500米级深海遥控潜水器海马号就是中国可燃冰勘查的一大利器。它历时6年研发而成，实现了一批关键技术突破，包括本体结构、浮力材料、液压动力和推进、作业机械手和工具、观通导航、控制软硬件、升沉补偿装置等，是中国迄今为止自主研发的下潜深度最大、国产化率最高的无人遥控潜水器系统。该潜水器研发成功后迅速转化为应用，在南海北部陆坡发现了海底活动性“冷泉”，实现了南海天然气水合物资源调查领域的突破性进展。

在可燃冰勘查过程中，中国科学家摸索出一套成熟的调查技术和特效探测技术。刘昌岭举例说，针对可燃冰赋存的相关地貌、沉积矿物等，勘查人员集成了一套可燃冰综合探测系统，综合“地质、地球物理、地球化学”等调查手段，该技术已成为服务海域可燃冰常规勘探的主打技术。

《 人民日报海外版 》（ 2017年11月25日 第 08 版）

 

5月30日，“共和国血脉”展在中国科技馆正式开展。应中国科技馆邀请，本次展览由中国地质图书馆、中国地质科学院地质力学研究所（以下简称“地质力学所”）李四光纪念馆及石油行业相关单位共同合作举办，持续到今年10月底。

2024年是中国现代地质学奠基人之一、新中国地质事业的主要领导人和开拓者李四光先生诞辰135周年，同时也是大庆油田发现65周年。“共和国血脉”展再现了李四光先生和老一辈石油地质人筚路蓝缕、艰难探索、执着追求，坚信中国有油、创新生油理论，为国找出工业的“血液”，甩掉了中国“贫油”帽子的波澜壮阔岁月。该展也体现了一代代地质人、石油人赓续优良传统，弘扬李四光精神和大庆精神的努力。他们在能源资源领域取得了重大科技成果和关键技术突破，为提升国家能源自主保障能力作出了卓越贡献。

中国地质图书馆作为展览主要合作单位之一，积极主动与中国科技馆、地质力学所等单位加强合作，发挥专业优势，协助梳理中国石油发现史，提供了李四光先生以及地质、石油方面的相关资料，合作获得中国科技馆好评。中国地质图书馆将以此为契机与相关单位加强合作，加强地质史研究，扩大弘扬科学家精神的传播渠道。

 

松辽盆地大陆深部科学钻探工程——松科二井  谷兰丁 摄

“我宣布，松辽盆地大陆深部科学钻探工程即松科二井超额完成预定目标，胜利完井！”

5月26日，在黑龙江省安达市松科二井工程现场，自然资源部中国地质调查局副局长李金发的话音刚落，雷鸣般的掌声在高耸的井架下响起。

在“向地球深部进军”的号召下，松科二井这一亚洲国家组织实施的最深大陆科学钻井，也是国际大陆科学钻探计划（ICDP）实施的最深钻井，在地球探索领域树起了一座新的国际地标。

国际同行竖起大拇指

“值此松辽盆地大陆深部科学钻探工程——松科二井完井仪式召开之际，我谨代表国际地质科学联合会，向自然资源部中国地质调查局全体同仁表示衷心的祝贺！向本次工程的参与实施单位及全体工作人员表示诚挚的敬意！”在完井仪式上，国际地科联主席成秋明深情地说。

成秋明指出，大陆深钻是地球科学里非常前沿和核心的、代表国家水平的工程。这次的项目取得了很多世界第一，从工程设计到施工完全是由中国科学家和工程技术人员自主设计，拥有自主知识产权，很了不起。松科二井工程的成功实施，为地球深部探测和科学实验研究提供了关键技术和装备，拓展了松辽盆地深部页岩气、地热能等清洁能源勘查开发的新空间，同时还引领了全球白垩纪陆相古气候研究，显著提升了中国在地质历史古气候研究领域的国际影响力。

也正是因此，成秋明还代表国际地质科学联合会表态：国际地质科学联合会将会继续支持中国地球深部探测研究，并积极开展更多合作。

与成秋明同样表示祝贺与期待的，还有国际大陆科学钻探计划。在仪式现场，国际大陆科学钻探计划运行支持部主任乌利希·哈尔姆宣读了来自总部的贺信。

贺信将该项目誉为“灯塔”，盛赞其“不仅对中国大陆科学钻探，而且也对世界大陆科学钻探工作具有‘引领’作用”，并将项目的“灯塔”作用上升到“对中国和国际上所有的科学家，在科学上、技术上和国际合作上都是‘灯塔型’样板工程。”

对项目在钻探工程和科学研究上的成就，贺信称：“松辽钻探项目在多方面取得杰出成就。如：钻探深度7018米，单个岩芯长度达40米，岩芯采取率超过95%。该项目取得的技术成就将长期影响中国和世界钻探工作，并将影响到参与该工作的科学家。”“有关松辽科钻的成果已经在国际重要期刊上发表，达到了科钻预期目标，体现了松科二井对社会的重要贡献，更让中国在国际科学界的作用举足轻重。”

对项目成就的认可、赞誉，还体现在国际大陆科学钻探计划委员会今后的计划中。贺信表示，“在松科二井执行期间，国际大陆科学钻探计划委员会计划成立松辽深地实验室，这是我们首次长期利用ICDP资助并计划的。”

更让国际大陆科学钻探计划兴奋的是，透过这一项目，他们看到了科学与工业结合的途径，相信松辽科钻将成为工业和科学成功结合的典范”。

一个灯塔、一个样板、一个典范，中国地质人以松科二井为依托，在地学领域树起了一座新的国际地标。

这座新的国际地标有多高呢？请看以三个之最：亚洲国家实施的最深的大陆科学钻井，国际大陆科学钻探计划（ICDP）成立22年来实施的最深钻井，全球最早钻穿距今约6500万年至1.45亿年的白垩纪陆相地层的科学井。

其实，在此之前，松科二井就引起了国际地学界的关注，松科二井也多次占据国际大陆科学钻探计划（ICDP）组织网站首页中心位置。

通往白垩纪的时间隧道

白垩纪，是地球上海陆分布和生物界急剧变化、大西洋迅速开裂和火山活动频繁的时代，植物、动物界许多重大变革的影响，一直持续到现在，而国际地学界对相关问题的激烈争论，也一直持续到现在。

解决争论的唯一办法，就是穿越到白垩纪，了解当时到底发生了什么。

穿越显然是不可能，唯一的办法就是在地球上进行科学钻探，打一深孔然后再对岩心进行分析，一步一步去还原当时的真相。因此，松科二井也被国际科学界称为恐龙时代的旅行。

在5月21日进行的成果鉴定会上，李廷栋、康玉柱、武强、侯增谦、杨经绥等院士及有关专家在深入研究松科二井的成果后认为，松科二井获得了全球最完整最连续白垩纪陆相地层记录、气候变化主要控制因素和气候波动重大事件等三项重要证据，首次实现了对白垩纪最完整最连续陆相地层厘米级高分辨率的精细刻画，重建了白垩纪陆相百万年至十万年尺度气候演化历史，建立了白垩纪陆地古气候演变规律。

通俗说，通过松科二井这一时间隧道，中国地质科学者基本还原了白垩纪的场景。

“小行星撞击只是压死骆驼的最后一根稻草。”针对国际科学界目前争论最为激烈的白垩纪物种灭绝事件，中国地质大学（北京）的张来明用在松科二井的最新发现进行了说明：

这次重建的白垩纪—古近纪界线附近的陆相气候记录表明，在小行星撞击地球之前约30万年，地球上的温度和大气中的二氧化碳浓度都明显升高，而这与德干高原火山喷发的时间高度一致。而根据陆相记录的研究还发现，在德干火山喷发之后、小行星撞击之前，松辽盆地约2/3的物种已经发生了绝灭。

“这说明，德干火山喷发与小行星撞击的连续二次打击是造成恐龙等物种绝灭的原因。”张来明解释说，德干火山喷发导致剧烈的升温和二氧化碳浓度上升，破坏了生态系统的稳定性，造成了部分物种的绝灭；之后，短时间内小行星的撞击使原本不稳定的生态系统发生崩溃，形成了压垮骆驼的最后一根稻草。

在为全球宏观气候变化研究提供实验室的同时，松科二井对松辽盆地深部宝藏的开发，同样提供了众多宝贵信息。以能源资源潜力为例，松科二井证实在盆地下存在有利的页岩气层系，发现页岩气气测异常层达43层、累计厚度102米，甲烷占全烃组分平均含量的86%，异常幅度与背景值的平均比值为14.77。同时，还首次发现了具备开发条件的盆地型干热岩地层，在井深4400米~7018米发现温度150℃~240℃高温干热岩体。

今后，随着后续研究的逐步深入，相信振奋人心的新发现会越来越多。通过松科二井这个时间隧道，中国地质科学工作者为人类还原一个完整的白垩纪，将不再是梦。

向地球深部进军不停歇

松科二井虽然完井，但中国地质人探索地球深部奥秘的步伐仍在继续。

对此，中国地质调查局已作好了规划：深化地球深部探测理论技术研究和成果转化，组织实施好松辽盆地页岩油（气）、深层油气、砂岩型铀矿、干热岩等清洁低碳能源地质科技攻坚战，带动大庆油田接替资源的勘查开发；加快推进《地球深部探测重大项目》的申报，以及“地球深部探测与能源资源安全”国家实验室与“深部地下观测与实验”国家重大基础科学设施的建设工作；研发15000米国产超深钻探装备系列，做好我国超万米大陆科学钻探工程以及大型含油气盆地科学钻探工程的选址和实施工作。

而这，与中国地质调查局始终站在人类命运共同体的高度，充分发挥中国的体制优势和自身的人才技术优势，积极开展地学领域前沿探索的传统，一脉相承。

人类只有一个地球。人类要与自然和谐共处，就必须了解地球。而了解地球最有效的、最直接的办法之一，就是实施深部钻探、在典型地区建通往地球深部的时间隧道，去研究地震成因、火山喷发机理、地质灾害预警、地球气候演变、生命演化历史、深部地质结构和能源资源潜力等，为人类更加和谐地与自然相处提供科学的解决方案。

于是，1968年，美国率先提出并实施了深海钻探计划（DSDP）。1985年，大洋钻探计划（ODP）开始运作。1998年，我国正式加入ODP，成为ODP历史上第一个“参与成员”。2004年，中国加入规模更加宏大、科学目标更具挑战性的综合大洋钻探计划（IODP），成为人类深入认识深海地质演化俱乐部中的一个重要成员。

大陆钻探计划启动后，1996年2月，德国、美国和中国作为第一批成员，发起了国际大陆科学钻探计划（ICDP）。目前，ICDP已经实施了湖泊、陨石撞击和生物灭绝事件、研究火山和地热、断层带等几十个科学钻探项目。我国已成功申请到“大别—苏鲁”大陆超深钻、中国环境科学钻探青海湖工程、科钻一井和二井工程等多项ICDP项目，在大陆科学钻探领域方面取得令人瞩目的成绩。

“大别—苏鲁”大陆超深钻是我国首例大陆钻探工程，2001年开工建设，至2005年完成钻探施工任务，是全世界穿过造山带最深部位的科学深钻，被国际地学界誉为超高压变质带大陆动力学的研究宝地。

2005年7月21日，青海湖环境科学钻探开钻，到9月5日结束，历时47天，分别在青海湖东盆、南盆等5个地点钻取了13支岩芯，共548米, 取得岩芯323米。通过青海湖科学钻探研究，查明了青海湖湖盆形成演化，气候构造变化和青海湖波动的历史，达到了解东亚季风气候和内陆干旱化变迁的研究目的。

2006年8月18日，在松辽盆地北部中央坳陷区开钻的中国白玺纪大陆科学钻探工程（松科一井）分两孔进行，称为“一井双孔”。2007年10月20日，松科一井顺利完钻，总取心进尺为2577米，心长共计2485米，为白玺纪地球表层系统重大地质事件与温室气候变化的后续研究奠定了坚实基础。

松科二井于2014年开钻，目标是打穿松辽盆地白垩系，探索松辽盆地深部能源潜力，建立松辽盆地深部地层结构，寻求白垩纪气候变化地质证据，研发深部探测技术。松科二井到目前已完成钻井深度7018米，成为亚洲国家实施的最深科学钻探井。

这一系列成果对人类的贡献，得到了来自国际地学界的高度赞誉，也提升了我国“向地球深部进军”的能力和水平。

中国人常说“上天容易入地难”。深部钻探过程中会遭遇很多世界级难题，其中要解决地球的“三高”（高温、高压、高地应力）问题，就必须有好的钻探装备。正是通过以上系列科学钻探工程的实施，中国地质人在为国际地学研究贡献系列成果的同时，还带动了我国万米大陆科学钻探装备和1000米、2000米、3000米、4000米等系列钻探成套装备的研发与进步。

现在，中国已进入到科学钻探与钻探装备互相促进、互相进步的新时代。而随着科学钻探和钻探装备间的良性互动、螺旋式上升，中国地质人向地球深部进军的能力也在不断提升，为人类提供更多了解地球的信息也必将越来越丰富，对人类命运共同体构建的贡献也必将越来越大。

中国地质调查局在松科二井完井后形成的规划，就是中国地质人站在新起点、进入新时代的宣言。

松科二井重大突破与进展一览

一 创造了深部钻探技术

四项世界纪录和两项重大突破

1. 创造了四项世界纪录。

311毫米大口径连续取心最长——1650米。

311毫米口径单回次取心最长——30米。

216毫米口径单回次取心最长——41米。

152毫米口径单回次取心最长——33米。

大幅提高了施工效率和岩心采取率（96.6%），缩短了施工周期，降低了成本，确保了全球最完整最连续的白垩纪陆相地层记录的获取和科学目标的实现。

2. 创新了超深井大口径取心技术体系。

在世界上首次研发并成功应用大口径一次取心成井和中空井底动力绳索取心等技术，将钻进速度提高了2倍。

3. 攻克了超高温钻井技术难题。

研发成功抗高温的水基钻井液、固井等系列技术，创造了国内最高温度（241℃）条件下钻进的新纪录，为解决超万米深部钻探面临的超高温难题做好了技术储备。

二 发现了松辽盆地深部

两种清洁能源具有良好的勘探开发前景

1. 完整揭示了深部页岩气资源潜力。

在松辽盆地深部凹陷带沙河子组合火石岭组（3350米以深）地层中发现页岩气气测异常43层，累计厚度102米，甲烷占全烃组分平均含量的86%，异常幅度与背景值的平均比值为14.77，证实了松辽盆地深部存在有利的页岩气层系，为实现深部能源勘查向页岩气勘查拓展提供了重要依据。

2. 首次发现了具备开发条件的盆地型干热岩地层。

在井深4400米~7018米发现温度150℃~240℃的高温干热岩体和两层含高放射性元素异常地层，热流值为84毫瓦/平方米，展示了松辽盆地具有良好的地热能开发应用潜力。

三 获得了白垩纪陆地

古气候演变规律的三项重要证据

1. 首次实现了对白垩纪最完整最连续陆相地层厘米级高分辨率的精细刻画。

建立了白垩纪重要地质历史档案，为研究白垩纪古气候演变提供了重要的科学依据。

2. 首次重建了白垩纪陆相百万年至十万年尺度气候演化历史。

发现了各个时间尺度陆相气候变化的主要控制因素，为研究地球气候系统在温室气候条件下演变机制找到了新证据。

3. 发现了白垩纪气候波动重大事件。

捕捉到大规模火山爆发排放二氧化碳引发陆相气候剧烈波动的重要信息，证实了气候快速变化是导致恐龙灭绝的诱发因素，对研究和预测未来全球气候变化意义重大。

四 取得了基础地质研究三项重大进展

1. 建立了地层对比的“金柱子”。

创建了完整的松辽盆地陆相地层标准剖面——“金柱子”，为开展区域性和全球地层对比研究提供给了重要的陆相“标尺”。

2. 建立了松辽盆地演化新模式。

揭示了松辽盆地深部地质构造特征，发现了古大洋板块俯冲、聚合的深部证据，构建了盆地早期基底双向汇聚、后期伸展反转的陆内盆地演化新机制，为松辽盆地成因再认识及深层油气勘探提供了理论指导。

3. 丰富了白垩纪陆相生油理论。

首次发现了松辽盆地多次、短期海侵事件的新证据，提出了白垩纪海侵事件是有机质富集和烃源岩形成的重要因素之一的新认识，对松辽盆地深部油气勘探有重要的指导意义。

鲎是地球上最为古老和最奇妙的动物之一，属于节肢动物门螯肢亚门肢口纲剑尾目，其最早的祖先可追溯四亿多年前的奥陶纪，有“活化石”的称谓。其身体主要特征是分为头胸部和腹部，具有粗壮的螯肢，没有触角，具有独特的像书页一样的鳃（“书鳃”），身体末端伸出一个长长的剑尾。现生的鲎只有3个属4个种，我国沿海产有中国鲎及圆尾鲎两种类型。虽然鲎类在地球上生存了四亿多年，但其化石记录却十分稀少。到目前为止全世界已发现和报道的鲎类化石仅30余种。附肢及软体组织的在化石上的保存更是凤毛麟角。由于外壳和躯干的特征具有趋同的现象，附肢和软体组织化石记录的缺乏阻碍了对鲎类演化，尤其是生活方式演化的研究。最近一项由中国地质调查局成都地调中心与厦门大学、美国肯特州立大学、英国布里斯托大学等共同完成的成果报道了鲎类附肢及软组织的演化，这一成果对研究鲎类两亿多年来的演化具有重要价值。

2007年中国地质调查局成都地质调查中心在云南省罗平县发现了大量保存完好的爬行类、鱼类、节肢动物等化石，时代为三叠纪中期，命名为“罗平生物群”。在罗平生物群中发现了二十余块鲎的化石标本，经初步研究认为是一个新的鲎类化石，研究人员将其命名为“罗平云南鲎”。随着发掘工作的进一步开展，研究人员发现了更多的标本，其中一些标本上保存了完好的附肢、鳃书和刚毛等软体构造，为研究其形态功能和演化提供了独特的材料。罗平云南鲎腹部具有6对附肢，第一对螯肢小而短；第二对至第五对附肢长，称为步足，主要起行走的功能；第六对附肢最长，在倒数第二节上具有一圈花瓣状的突起，用于在海底掘穴和爬行。其中雄性云南鲎的第二对和第三对呈钩状向前弯曲，起到交配时抓住雌鲎的作用。通过对整体形态及书鳃、肌肉等软体等多方面特征详细深入的研究和对比，研究人员证实罗平云南鲎与现生的鲎类十分相似，尤其与圆尾鲎最为接近。这一发现说明现生鲎类的躯体造型及许多独特的生活方式至少在2.4亿年前的三叠纪中期就已经形成，并一直持续到现在，充分显示了该类动物在演化上的保守和停滞。

该研究由中国地质调查局成都地调中心胡世学研究员等于2017年10月26日在线发表于Nature出版集团综合性、开放性期刊科学报告《Scientific reports》。

保存附肢和鳃书的罗平云南鲎

罗平云南鲎复原图

现生的中国鲎

古老大陆的起源以及超大陆的恢复与重建是全球地球科学家关注和竞相研究的热点。国内扬子地块中–新元古代岩石的成因和构造背景研究对揭示罗迪尼亚超大陆的形成与演化过程至关重要。目前，主要有以下两种认识：（1）地幔柱模式，扬子西缘洋壳俯冲过程起始于1100–1000 Ma，并且一直持续至850 Ma左右，随后的岩浆作用受控于850–830 Ma、830–795 Ma和780–745 Ma的多期地幔柱活动；（2）洋壳俯冲模式，扬子西缘洋壳俯冲过程从1100 Ma一直持续到750 Ma左右，相关岩浆作用与洋壳俯冲和弧后拉张相关。基于此，自然资源部中国地质调查局地质研究所胡培远副研究员和翟庆国研究员项目组对扬子西缘地区的石棉杂岩开展了一系列的研究工作，取得了阶段性进展。

详细的野外调研、剖面测制和室内综合研究表明（图1），石棉杂岩保留了3期中–新元古代岩浆作用记录。第1期（1066 Ma）包括变质橄榄岩、玄武岩、辉长岩、辉绿岩和少量异剥钙榴岩。其中，玄武岩和辉长岩兼具N-MORB和岛弧玄武岩的特征，明显亏损的锆石Hf同位素（εHf(t)=+10.8~+18.3）和类似于幔源的锆石氧同位素组成（δ18O=4.6–5.6‰），与典型俯冲相关型（SSZ）蛇绿岩特征类似。第2期（937 Ma），主要为辉长岩，侵入于第1期变质橄榄岩中，具有相对稍微富集的锆石Hf同位素（εHf(t)=+7.9~+17.1）和类似于壳源的锆石氧同位素组成（δ18O=6.0–7.7‰），这些特征与岛弧玄武岩类似。第3期（839–836 Ma），包括辉绿岩和流纹岩；辉绿岩呈脉状侵入于第1期变质橄榄岩中，具有岛弧玄武岩类似的地球化学特征；流纹岩地球化学组成类似于A型花岗岩。综上所述，石棉杂岩记录了中–新元古代罗迪尼亚超大陆周缘的洋壳俯冲过程。

图1 扬子地块西缘及石棉地区地质简图及中–新元古代主要岩浆记录的时空分布

值得注意的是，扬子西缘地区尚没有与SSZ型蛇绿岩（1066 Ma）同时代岛弧岩浆岩的报道。已知的最古老弧岩浆岩为盐边地区的冷水箐岩体（936 Ma）和本次研究获得的第2期辉长岩（937 Ma）。扬子北缘存在近同时代的SSZ型蛇绿混杂岩（庙湾：1115 Ma）和弧岩浆岩（神农架：1103 Ma）以及稍年轻的弧岩浆岩（西厢群下段：950 Ma）。在综合这些研究资料的基础上，研究团队初步提出扬子西缘中–新元古代穿时性俯冲消减的新见解：（1）约1100–1000 Ma，扬子北缘开始发生洋壳的俯冲消减，形成了神农架弧，庙湾和石棉蛇绿混杂岩记录了相应的弧后扩张作用（图2a）；（2）约1000–940 Ma，随着扬子北缘持续的洋壳俯冲，西厢群下段的玻安质岩石形成，与此同时扬子西缘的洋壳俯冲刚刚开始，并形成了冷水箐岩体和石棉蛇绿混杂岩中的新元古代基性岩脉（图2b）；（3）约940–780 Ma，受俯冲板片后撤及断离的影响，扬子地块西–北缘岩浆活动逐渐增强，形成了广泛分布的俯冲增生杂岩和火山弧岩浆带（图3）。本研究成果符合前人提出的洋壳俯冲模式，对深入理解罗迪尼亚超大陆形成与演化过程具有重要的科学意义。

图2 扬子地块西缘中元古代晚期–新元古代早期穿时性俯冲造山示意图

 

图3扬子地块西缘俯冲增生杂岩和火山弧岩浆带形成示意图

上述研究受到了国家自然科学基金（41872240和42072268）、中国地质调查局（DD20190060和DD20190370）等项目的资助。相关研究成果发表在国际知名地学期刊《Precambrian Research》上。1.Pei-yuan Hu, Qing-guo Zhai, Jun Wang, Yue Tang, Guang-ming Ren, Zhi-cai Zhu, Hao Wu. 2020. U–Pb zircon geochronology, geochemistry, and Sr–Nd–Hf–O isotopic study of Middle Neoproterozoic magmatic rocks in the Kangdian Rift, South China: Slab rollback and backarc extension at the northwestern edge of the Rodinia. Precambrian Research 347, 105863. 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.precamres.2020.105863。2. Pei-yuan Hu, Qing-guo Zhai, Jun Wang, Yue Tang, Guang-ming Ren. 2017. The Shimian ophiolite in the western Yangtze Block, SW China: Zircon SHRIMP U-Pb ages, geochemical and Hf-O isotopic characteristics, and tectonic implications. Precambrian Research 298, 107-122. 原文链接：http://dx.doi.org/10.1016/j.precamres.2017.06.005

今年新冠肺炎疫情期间，杨志明收到了一个特殊的国际快递。包裹分量很轻，里面只有一个获奖证书——2020国际经济地质学会区域副主席讲席奖。奖项含金量很重，它来自国际矿床领域规模最大、最有影响力的学术组织——国际经济地质学会。

这让他很开心。“获奖并不仅是对我个人的认可，更重要的是代表了我国矿床学研究成果已经逐渐进入了国际同行视野。”

从进入中国地质科学院地质研究所学习、工作至今，杨志明一直潜心于青藏高原斑岩铜矿成矿规律及成矿机制研究。他在中国科学院院士侯增谦的带领下，与团队成员一起提出了一套全新的碰撞型斑岩铜矿成矿理论，并于2019年获得国家自然科学奖二等奖。

中国地质科学院地质研究所能源资源研究中心主任、研究员   杨志明

理论探索实现从0到1的突破

铜被广泛应用于机械制造、建筑工业、国防工业等重要领域，是维持社会经济发展的关键大宗金属之一，重要性不言而喻。

斑岩铜矿是最主要的铜矿类型，提供了全球近3/4的铜。国际矿床学界历经数十年研究，建立起了一套经典的成矿理论，认为斑岩铜矿主要产于岩浆弧环境，形成与大洋俯冲有关。因此斑岩铜矿的分布被认定主要在环太平洋带上，特别是在东太平洋带大陆边缘的智利等国。但在21世纪初，我国青藏高原地区发现的多处斑岩铜矿，形成时已无活动的大洋俯冲，其成因无法用经典的成矿理论解释。

西藏铜矿的铜从哪里来？怎么形成的？特征是什么？要回答这3个问题，就要进入一个理论的“无人区”，挖掘出新的“宝藏”。

自2005年进入中国地质科学院攻读博士学位起，杨志明几乎每年都要去西藏出野外，尤其是冈底斯带，有时候一待就是好几个月。跑野外、看露头、采样品，回到办公室做实验、分析数据、看文献、写文章……这样的工作模式循环往复，一直持续到现在。最终，在导师侯增谦的带领下，他和团队一起，实现了从0到1的突破，提出了一套系统的、全新的碰撞型斑岩铜矿成矿理论。该成果拓宽了全球找铜的区域，为斑岩铜矿的勘查指出了新的方向，同时也加深了对斑岩铜矿形成机制的理解和认识，在国际上产生了重要的学术影响。

被称为“国家科技三大奖”之一的国家自然科学奖，是奖励在基础研究和应用基础研究领域，阐明自然现象、特征和规律，作出重大科学发现的个人。2019年，碰撞型斑岩铜矿成矿理论获得了国家自然科学二等奖，其中，杨志明是第二主要完成人。

开展矿床学的应用基础研究，既可以利用创新理论拓展科学认知，又能与应用紧密结合，创造经济价值。这套成矿理论模式推动了青藏高原多处大型铜矿的勘查发现，包括驱龙铜矿等大型铜矿资源。

十多年，杨志明从地科院的一名学生成长为二级研究员。但是身份的转变并没有丝毫减弱他对地质科研的热情。最近几年，他带领自己的研究小组，连续在多个权威期刊上发表了一系列高水平论文，受到了国际关注。

板凳甘坐十年冷

攻读博士期间，杨志明遇到了人生中最灰心沮丧的时刻。

在阅读了大量文献后，他感受到了与国外矿床学研究的巨大差距。“我们国家的矿床学起步晚，成矿理论研究落后国外很多。就好比人家已经建立了高楼大厦了，我们还是在打地基的阶段。”

第一次，他因为研究地质的巨大落差和压力而差点崩溃。但也正是地质，令他以更宽广的胸怀去吸收了这种压力，转化为科研的动力。

“聊人生侃历史，不过是以百、千年计数，而地质学动辄几百万年，地球演化更是有46亿年历史。实验室分析样品，最小可以到微米级，而讨论成矿规律则是在一个区域甚至是全球范围，又将空间拉升到108米。这种时空上大尺度的来回跨越，会在潜移默化中拓宽认知。所以地质人看待事物的变化、规律，都会放到更长的时间、更宽的空间中来衡量。”身为北京科技大学的讲座教授，杨志明上课会对学生说，学地质能令人豁达、心胸宽广。

近20年的科研生涯，杨志明觉得自己的人生观都因地质而改变，这也是他坚持矿床学研究而毫不动摇的原因所在，因为他已融入其中、乐在其中。

随着科研取得创新成果，荣誉也纷至沓来。2018年，他获得国家杰出青年科学基金资助，成为自然资源部系统最年轻的“杰青”。同年，他入选科技部重点领域创新团队负责人。

而这一切背后，是鲜为人知的艰辛和曲折。要知道，挑战西方奉之为圭臬的经典成矿理论，并让中国人研究出的理论在国际上得到认可，何其艰难。2007年，杨志明团队投了一篇关于碰撞型斑岩铜矿形成机制的文章到国际权威杂志，对方却以“不相信”的理由拒绝了。直到6年后，他们的文章才得以发表。

“虽然现在理论已经成型，但是还有一些细节问题需要补充，而且随着研究进展和思考的深入，又会出现新的想法，需要回头检查原来没有注意的地方。”杨志明表示，当下自己在做斑岩铜矿的同时，也会适当拓展对关键矿产的研究。青藏高原他还会继续跑下去，科研的“冷板凳”还会继续坐下去。

专注矿床学研究不动摇

科研的道路是漫长的，必须孜孜不倦、十几年如一日的坚持。杨志明却从未觉得辛苦，因为做的是自己喜欢的事情。

曾经有一个月，他每天10多个小时泡在地下室整理样品，看石头，只是为了梳理清楚一个矿床中矿脉的切穿关系。“如果想要成才，出成果，就要选择自己感兴趣的专业或方向，坚持下去，10年、20年，最后肯定能成为专家。”

在杨志明眼里，一辈子能够把一种矿床类型研究明白就已经很不错了。“我们所里很多专家都是在某一个领域研究了大半辈子甚至一生，才小有所成。如果别人都是花一生做一件事，那我只用10年，怎么比拼得过呢？”

于超是中国地质大学（北京）地质专业的学生，未毕业的时候听社团学长提起了杨志明，便慕名报考了他的硕士研究生。在他眼里，杨老师十分严格。野外跑了一天，晚上还要求他们整理资料或者读文献。但令于超佩服的是，导师同样以身作则，回到单位，杨志明必须将样品切割、打磨、抛光，然后扫描后存档，他办公室里十多筐样品全是如此，一个外行直接拿起来就能看到闪烁的金属铜。

如果为了某个事业付出了一生，却没有得到相应的回报，会后悔自己的选择吗？杨志明的回答就如同他的名字。“选择矿床学，选择做斑岩铜矿，肯定会一直坚持下去，从没考虑过获不获奖，也从无后悔两个字。”正是这种“无悔”的信念感，令他能够潜心近20年专攻一件事。

 

煤炭发电站排放污染物

1957年美国内华达州原子弹爆炸

白垩纪恐龙时代

国际年代地层表

编者按 近日，一些科学家投票选出了一个新的地质年代——人类世，以此表明人类对地球做出的深刻改变。由34名成员组成的人类世工作组（AWG）做出的这一决定，标志着正式定义一个新的地质年代的工作迈出了重要一步。为什么要划分人类世？人类世始于何时？“金钉子”将选在哪里？……本版带您一起了解。

事件

地球进入“人类世”

近日，人类世工作组（AWG）的科学家投票决定，地球已进入新地质时代——“人类世”，并指出20世纪中叶是“人类世”的起点。人类活动已经对地球造成了重大影响，甚至可能改变地球的演化方向。科学家们是在审阅了现有证据之后，投票赞成将我们所处的时代划分为一个新的地质时代——人类世。

自从十多年前这个术语首次被正式提出以来，专家们一直为此进行激烈的争论。人类世工作组（AWG）确定，人类对地球产生了如此深远的影响，这一说法是有理有据的。国际地层委员会旗下的第四纪地层学小组委员会于2009年设立人类世工作组，该工作组负责考察和界定“人类世”，共有34名地质学、考古学、生物学、海洋学、气候学等多种学科专家参与，由英国莱斯特大学的简·扎拉斯维奇担任主席。

国际地层委员会（ICS）尚未批准这个新术语，但AWG将在2021年之前向ICS提交一份正式提案，以正式定义我们当前的时代。

AWG是由第四纪地层小组委员会建立的，该小组委员会是国际地层委员会的一部分。在这次投票中，AWG的29名成员支持人类世的定义，并投票赞成以20世纪中期作为人类世的起点——当时迅速增长的人口加快了工业生产、农用化学品使用和其他人类活动的步伐。与此同时，第一次原子弹爆炸产生的放射性尘埃在地球上飘荡，它们随后嵌入沉积物和冰川中，成为地质记录的一部分。

此次投票的结果并不让人感到惊讶，因为它只是巩固了2016年在南非开普敦召开的国际地质大会上的非正式投票结果。但这一结果鼓舞着科学家尽快找到代表全新世结束和一个由人类活动塑造的新地质年代开始的地质标记。

一旦AWG提出正式建议，国际地层委员会的其他几个小组将对其进行审议。如果获得通过，那么将由国际地质科学联合会下属执行委员会作出最后的审批。

释疑

1 什么是“人类世”

“人类世”这个概念最早由诺贝尔化学奖得主、荷兰大气化学家保罗·克鲁岑于2000年提出。他认为，地球已告别1.17万年前开始的地质年代“全新世”，快速增长的人口和经济发展对全球环境造成巨大影响，人类活动对地球的改变足以开创一个新的地质年代。

2002年，《自然》杂志发表了他的文章《人类地理学》。在这篇文章中，保罗·克鲁岑正式提出“人类世”的概念，并对“人类世”一词给出了具体阐释：“自1784年瓦特发明蒸汽机以来，人类的作用越来越成为一个重要的地质营力；全新世已经结束，当今的地球已进入一个人类主导的新的地球地质时代——人类世。”

“人类世”概念的核心在于，人类活动对地球的影响已经大大超过了自然变化的影响，尤其是自工业革命以来，人类在土地利用、建坝挖河、水资源利用等方面极大地改变了地球的面貌和环境。更为重要的是，人类活动改变了大气成分，化石燃料的巨量燃烧造成大气中温室气体浓度飙升，改变了气候变化的方式，地球的历史演变自此进入了全新的阶段。

2008年，英国地质学家、莱斯特大学地质学教授扎拉斯维奇和他的团队发表提案，论定地球已经进入“人类世”。

2011年5月，约20名诺贝尔奖得主向联合国提交《斯德哥尔摩备忘录》，建议将人类现在所处地质年代改为人类世。

2016年8月29日，第35届国际地质大会在南非召开，会议正式通过“人类纪”“人类世”和“人类期”的概念。

2 为什么要划分“人类世”

保罗·克鲁岑认为，人类活动对地球的影响足以开创一个新的地质时代。从工业革命开始，人类活动的影响已经大大超过了自然变化的影响，并且这种影响在未来数万年依旧会持续。因此，有必要专门划分出一个地质历史时期，来看待人类对地球环境重大且持续的改变。

在过去的300年间，地球面貌发生了翻天覆地的变化。全球人口增长了10倍以上，克鲁岑在2002年发表文章的时候，全球人口为60亿左右，而到2018年初，全球人口已经飙升到了74.4亿以上。因为化石燃料燃烧引起大气中温室气体增加，2002年，大气中的二氧化碳浓度达到370ppm（百万分之一浓度），比工业革命前高30%；到2018年中期，大气中的二氧化碳浓度达到410ppm以上，这比工业革命前高了45%以上，比过去80万年中的任何时候都高，甚至是过去300万～500万年以来的最高值。

“‘人类’本身已经变成了一个地质过程。”英国地质调查局的地质学家科林·沃特斯说，“塑造地球的主要地质力量——它不再是河流、冰或风了，而是人类。”

2008年，英国地质学家扎拉斯维奇认为已正式进入了人类世。第四纪地层学小组委员会网站发布的文章指出，与“人类世”相关联的现象包括，生物栖息地减少，全球气候变暖，混凝土、塑料等物质出现……这些变化将存留千年或更久，它们正在改变地球系统。

3 “人类世”始于何时

关于“人类世”的起始时间，科学界存在不同的观点，其中最早的日期是1万年前的农业革命。而克鲁岑把人类世的起始地质年代精确定为1784年，即从瓦特改良蒸汽机开始。

2016年，《科学》杂志发表综述《人类世在功能上和地层上与全新世截然不同》，来自英国地质调查局的科林·沃特斯等人依据大量数据，提出人类世应该被认作是一个新的地质时间单位，其开始的时间应该为20世纪中期，即1950年左右，当时核能时代开始、人口膨胀、工业急剧发展、矿产和能源加快使用。人类活动给地球留下了无处不在而且持久的印记，与之前的全新世截然可分。

大多数支持人类世命名的科学家更倾向于以1945年为起点。由于20世纪中叶人口的快速增长及工业化消耗了更多的自然资源并产生了更多的温室气体，标志着人类对地球物种的影响“大加速”。

AWG大多数成员认为，20世纪中期是“人类世”的起点，当时迅速增长的人口加快了工业生产、农用化学品使用和其他人类活动的步伐。不过，有4名AWG成员不赞同这一观点。AWG的4名成员投票反对将人类世定为新地质年代的想法。他们反对工作组试图在全球地质记录中找到一个单一明确信号的做法，认为应该承认人类从史前农业开始便对地球产生了渐进性的影响。

英国莱斯特大学考古学家、AWG成员埃奇沃思说：“地层证据压倒性地表明，这是一个跨越时间的人类世，它有多个起点，而不是一个单一的起点时间。”他认为，仅仅根据放射性核素信号来命名一个新的地质年代，“阻碍而不是促进了对人类参与的地球系统变化的科学理解”。

尽管围绕着人类世的概念还有很多学术争议，但是人类世的概念深刻影响了全球各界看待世界的方式。我国“黄土学之父”、已故著名地质学家刘东生院士指出：“人类世的提出是一个值得考虑的问题，因为它不仅是一个地质学分期的问题，同时还涉及人在自然界的地位的问题和人类认识自己的问题。”

4 “金钉子”将选在哪里

人类世要想作为新的地质年代，它就需要具备相应的年代地层，这首先就需要确定边界。AWG的下一步工作重点是确定一个具体的地质标记或“金钉子”，这在技术上被称为全球界线层型剖面和点位（GSSP）。这是一个国际公认的岩层基准点，科学家们用它来定义地质时代之间的边界。

根据国际地质科学联合会和国际地层委员会规定，“金钉子”是确定和识别全球两个时代地层之间界线的唯一标志。地球上的宙、代、纪、世、期都要由“金钉子”来区分，它一旦在世界某个地方“钉下”，该地点就变成一个地质年代的“国际标准”。现在这个被称为全新世的时代大约始于1.17万年前的最后一个冰河时期的末期。

AWG列出了10个“金钉子”候选地点，它们可以用来区分全新世和人类世，包括意大利北部的一个洞穴、大堡礁的珊瑚和中国的一个湖泊。他们还在考虑是否使用来自第一次核试验的放射性碎片痕迹来支持他们的主张。目前，许多参与这项工作的科学家正在德国柏林协调未来两年的研究工作，他们希望在正式提案中包含一个单一地点。

扎拉斯维奇表示，工作组正在考虑是否选择1945年原子弹爆炸至1963年《有限禁止核试验条约》缔结期间产生的放射性核素作为证据。

“我们需要非常详细地分析每个地点存留的地质信号，并比较所有信号，以判断哪些能最清楚地反映与‘人类世’起始相关的全球变化。鉴于存在多种信号，例如矿物质含量、化学性质、不同种类的化石等，而且它们存在于湖底、极地冰川、热带珊瑚等不同环境中，选定‘金钉子’是一个漫长的过程。”扎拉斯维奇说。

小知识

地球地质年代的划分

地球46亿年历史可分为三大阶段——天文时期：46亿~35亿年，地球上基本未保留这一时期的地质体；隐生宙时期：35亿~6亿年，地质体在部分地区有保留，已有原始生命出现；显生宙时期：6亿年至今，此期地质体遍布全球。

也因此，地球历史年表中主要是以有地质体的时间来划分的，其中最大的时间单位是宙（eon），宙下是代（era），代下分纪（period），纪下分世（epoch），世下分期（age），期下分时（chron）。以代来划分，新生代是地球历史上最新的一个地质时代，从6400万年前开始一直持续到今天。随着恐龙的灭绝，中生代结束，新生代开始。新生代又分为古近纪、新近纪、第四纪，然后是纪下的七个世：古新世、始新世、渐新世、中新世、上新世、更新世和全新世。

人类就是在距今约260万年的全新世之时，从灵长目中的猿逐渐完成了从猿到人的演化。过去认为，如果把地球的历史比喻成24小时，人类只存在了3秒。但是，由于发现了更早的人类化石，又把古猿转变为人类始祖的时间向前推进到700万年前。

当然，人类的出现与进化是第四纪最重要的事件。第四纪可分为更新世（早更新世、中更新世、晚更新世）和全新世。如果现在要划分人类世，就是把第四纪从更新世、全新世延续到了人类世，也是与全新世道别。

与地球46亿年的历史相比，人类短短300万年的历史犹如“一瞬间”，然而，就在这“一瞬间”，人类已将自己的印记深深“烙”在了这颗蓝色星球上。