2018年上半年，我国经济延续稳中有进、稳中向好的发展态势。主要表现为：经济平稳增长，结构调整优化，质量效益持续提高；动能转换加快，新业态蓬勃增长；内需结构持续改善，高质量发展取得新进展；供给侧结构性改革深入推进，助推传统行业焕发新风采；生态文明建设深入推进，自然资源统一管理体系初步形成，生态保护修复力度加大。随着我国经济发展结构、动能与质量不断调整，地质勘查工作延续了深度调整的态势，在服务自然资源管理、生态保护修复、新型城镇化建设等探索中积蓄转型升级新动能。

2018年上半年地质勘查形势

自2013年开始，我国地质勘查行业进入了调整下行阶段，目前进入萎缩期的第6个年头。2018年上半年，地质勘查面临的政策环境、投资结构、专业结构等继续深度调整，地质勘查工作转型升级取得新进展。

1.政策环境进一步明朗，地勘市场趋稳内生动力增强

2017年政府管理部门出台了一系列涉及地质勘查的管理政策，如中共中央办公厅、国务院办公厅《关于划定并严守生态保护红线的若干意见》、原国土资源部《自然保护区内矿业权清理工作方案》等。2018年上半年，这些管理政策逐步落地，各地配套细则文件先后出台，地质勘查活动准入条件进一步明确，政策效应日益显现，地质勘查企业所面临的政策环境进一步明朗。贵州、安徽、河北等省份先后公布了其生态保护红线，明确了生态保护红线的边界与范围。从已划定的生态保护红线看，其面积约占国土面积的1/4，比很多专家原先预想的比例要低。生态保护红线范围内原则上按照禁止开发区域的要求进行管理。新疆、甘肃、湖南等省份推动自然保护区内矿业权清退工作，明确了退出原则、退出方式、补偿机制等细则，目前已完成部分探矿权、采矿权的退出与注销，为其他地区矿业权清退工作积累了经验。随着政策环境的明朗和稳定，市场对地质勘查的决定性作用日益凸显，地勘市场趋稳内生动力增强。

图1 2011～2018年上半年全国地质勘查投入变化

2.地质勘查投入降中趋稳，新动能力量不断增强

2018年上半年，全国地质勘查投入继续下行。（图1）初步统计，上半年地质勘查投入74.79亿元，同比减少7.2%，降幅与2017年上半年（减少8.5%）有所收窄。其中，中央财政26.91亿元，同比减少1.9%；地方财政22.94亿元，同比减少30.7%；社会资金24.95亿元，同比增加13.7%。社会投资自2013年以来首次回升，表明随着地质勘查政策环境趋于明朗，投资者对地质勘查市场信心有所回升。与2012年峰值相比，2018年上半年地质勘查投入下降了66.6%，降幅逐年收窄，地质勘查市场或已进入本轮周期的底部区间。这说明，经过过去几年的供需调整和国家供给侧结构性改革，地质勘查发展新旧动能转换取得明显成效，新动能驱动作用不断增强。

地质勘查转型升级步伐加快。传统的地质勘查投入持续下滑，服务支撑生态文明建设的勘查投入不断上升。上半年，矿产勘查投入37.06亿元，同比减少13%，锡矿、铝土矿、金矿等矿种勘查投入降幅尤为明显。水文地质、环境地质与地质灾害调查投入13.65亿元，同比增加3.3%。矿产勘查投入占比从2012年的81.2%下降至今年上半年的49.5%，自2006年以来这一比例首次低于50%。水文地质、环境地质和地质灾害调查投入占比持续上升，从2006年的3%上升到今年上半年的18.3%。城市地质调查、农业地质等进一步得到加强。

3.矿业市场延续回暖态势，拉动矿产勘查社会投资企稳

2017年上半年标普金属价格指数经历温和回调后进入上行区间，至2018年初升至高位，上半年整体走弱，但与去年上半年相比仍有较大幅度上涨。中国大宗商品价格指数（有色类）变化与之类似。受价格温和回调影响，我国采矿业利润增速有所下滑。2017年采矿业实现利润4586.8亿元，同比大幅增长261.6%；2018年1~5月实现利润2333.6亿元，同比增长41.6%，增速有所减缓，但是显著大于同期全国规模以上工业企业利润增长（16.5%）。受采矿业利润增加影响，社会企业对矿产勘查市场前景的信心有所恢复。2018年上半年，矿产勘查社会投资19.94亿元，同比微升5.8%，扭转了2013年以来持续下降的趋势。需要指出的是，在矿业市场行情好转的形势下，地方财政投资上半年同比大降32.4%，反映了地方政府在不断加大的环境保护压力下对矿产勘查投入更加审慎的态度。

4.矿产勘查增储占比持续上升，初级勘查动力不足

2012年以来，全国完成阶段性勘查的矿产地数量逐年减少。2018年上半年，实施的矿产勘查项目数量延续减少趋势，同比减少25.6%。从不同勘查阶段来看，完成详查与勘探的矿产地比例在逐年增加，由2012年的56.5%增至2017年的65.8%；与此同时，完成预查与普查的矿产地比例在逐年减少，由2012年的43.5%减至2017年的34.2%。这表明，在矿产勘查投入持续下行形势下，矿业权人更倾向于将有限的资金用于对已发现矿产地的后续勘查工作，目的是增加资源储量，而不愿意投入到新发现矿产地的初级勘查工作，初级勘查动力严重不足。

从单位资金投入效果来看，近两年铜矿、金矿万元勘查投入所获得的新增查明资源储量有所增加（图2）。按照1981年不变价格计算，对于铜矿，万元勘查投入新增资源储量2011年～2015年平均为48.3吨/万元，2016年～2017年增至79.9吨/万元。对于金矿，万元勘查投入新增资源储量2011年～2015年平均为9.2千克/万元，2016年～2017年增至24.4千克/万元。这也表明，矿业权人更倾向于将有限的资金用于增加资源储量的后期阶段勘查。

图2 2001年～2017年铜矿与金矿万元勘查投入新增查明资源储量变化（按照1981年不变价格计算）

5. 深地探测稳步推进，向深部进军战略成效初显

2016年，自然资源系统全面实施“三深一土”科技创新战略。经过两年的努力，向深部进军战略成效开始显现。2018年上半年，国家863计划“深部矿产资源勘探技术”重大项目通过验收，标志着我国突破了2000米以浅矿产资源勘探方法、技术、装备障碍。启动于2013年的松辽盆地科学钻探工程成功完井，“松科二井”最终井深7018米，攻克了高温钻井、固井、测井和超长井段连续取心等关键工程技术，为万米超深井科学钻探提供了技术储备。“山东省莱州市吴一村地区金矿普查”项目深部探测钻孔终孔深度3266.06米，新探获金资源储量近20吨。近年来胶东地区深部找矿探明一批大型、特大型金矿床，新增金资源储量近2500吨，成为世界第三大金矿区。在首批3个3500米深度地热勘探钻孔开钻后，上半年雄安新区深部地热勘查顺利推进。

地质勘查形势展望

我国地质勘查工作正处在转型升级的关键期，勘查结构在不断调整、工作方式在不断变革、工作内容在不断丰富、工作领域在不断拓展。短期来看，全国地质勘查工作将延续深度调整趋势，服务自然资源管理、生态保护修复、新型城镇化建设等新兴的地质勘查工作将持续拓展与壮大。预计全年地质勘查投入降幅将有所收窄，同比下降10%左右；随着全球矿业市场回暖，矿产勘查社会投资或出现微弱回升，战略新兴矿种等矿产勘查进一步受到重视；城市地质、农业地质、生态地质等将不断拓展。

1. 长期来看，矿产消费与开采由快速增长期进入高位波动与分化期，不同矿种勘查投入将持续分化

1995年～2017年，我国矿产资源消费总量经历了稳定增长、快速增长与增速显著放缓的变化。消费量在10亿吨级的大宗矿产品消费量可能达峰值并出现微降（图3），多数有色金属与贵金属消费量增速放缓、高位趋稳，油气矿产与消费量在万吨级及以下的战略新兴矿产消费量继续保持增长的趋势。2018年上半年，全国继续深入推进供给侧结构性改革，一季度第三产业增加值同比增长7.5%，增速比第二产业快1.2个百分点，占国内生产总值的比重为56.6%，比第二产业高17.6个百分点，产业结构不断优化，发展向中高端迈进。由此可以判断，随着产业结构升级，经济发展对资源依赖的刚性总体上将有所弱化。

图3 1995～2017年大宗矿产品消费量与人均消费量变化

图4 1995年～2016年我国矿产资源开采量变化

2012年以来，矿产资源开采总量增速显著放缓，于2014年达到峰值110.82亿吨，到2016年降至101.47亿吨，比峰值降低8.4%（图4）。2017年统计数据尚没有全部出来。2017年煤炭产量34.45亿吨，同比增长3.2%，比峰值低13.3%；铁矿石产量12.29亿吨，同比下降4.0%，比峰值低18.8%；水泥产量23.4亿吨，同比下降3.1%，比峰值低6.4%；十种有色金属产量5501.0万吨，同比增长2.9%，增速下滑0.1%。2018年1月～5月，原煤产量同比增长4.0%，铁矿石产量同比下降0.1%；水泥产量同比下降0.8%；十种有色金属产量同比增长3.2%。这些数据表明，2017年～2018年上半年矿产资源开采总量延续了前几年的高位波动趋势。

随着不同矿种消费量与开采量增长的分化，不同矿种勘查投入变化将随之分化：持续下行、波动趋稳或继续上行。

2. 短期来看，随着全球矿产勘查回暖与矿产品价格上涨，我国矿产勘查市场或将在下行周期中出现回升波动。

2017年，全球金属矿产勘查投入79.50亿美元，同比上升14%。SNL预测，随着金属价格上升与企业对矿产勘查市场信心回升，2018年全球矿产勘查投入将上升15%～20%。2018年6月，SNL修正了对未来3年的金属价格预测，除了银和铁矿石外，其它金属2018年平均价格将高于2017年。

2006年～2016年，我国矿产勘查投入变化与全球走势基本同步。2017年全球矿产勘查市场实现触底回升；而我国矿产勘查投入继续下行，且降幅有所扩大，表现为与全球趋势的“偏离”。这一“偏离”在很大程度上可能与我国出台的一系列政策有关。面对政策的不断收紧和矿业权退出条件的不确定，社会投资人更倾向于持币观望，减少或暂停对矿产勘查的投入。2018年上半年，矿产勘查政策环境进一步明朗，不确定性减少，矿产勘查投入同比增加5.8%，反映了社会投资人对矿产勘查市场信心有所回升。随着全球矿产勘查市场持续回暖和矿产品价格上升，预计矿产勘查社会投资将延续上半年的微弱回升态势。但是，由于地方财政投入大幅度减少，全年矿产勘查投入可能仍将继续下行。

3. 围绕生态文明建设与自然资源管理需求，城市地质、农业地质、生态地质等地质勘查新增长点将继续拓展

服务支撑生态文明建设与自然资源管理是地质勘查工作未来可持续的发展方向。地质勘查在瞄准当前需求的同时，在实践中将围绕长远需求不断拓展，培育并壮大发展新领域。一是服务以城市群为主体构建大中小城市和小城镇协调发展的城镇格局，推动将城市地质工作纳入城市管理主流程，以雄安新区、成都天府新区为代表的城市地质调查工作快速推进。二是服务国土空间规划与生态保护修复，推动地质与生态融合形成生态地质工作，承德市综合地质调查探索出了地质建造+小流域的综合调查+生态关键带监测的技术框架。三是服务民生与乡村振兴，推动农业地质、旅游地质等“地质+”多元化调查评价。四是服务自然资源统一管理，推动地质环境监测网与其它监测网协调运行。五是服务着力解决突出环境问题，推动水土污染调查与治理。

对策建议

一是稳定地方财政地质勘查投入。地方财政对地质勘查投入大幅度减少是今年上半年全国地质勘查投入下降的主要因素，其原因可能与日益趋紧的环保政策有很大关系。我国工业化和城镇化的历史任务尚未完成，能源和其它重要矿产资源需求总量仍处于高位。为经济发展提供安全、可靠、持续的能源资源保障，仍然是地质勘查工作的重要任务。为了扭转矿产勘查投入逐年快速下降的趋势，建议地方政府谨慎处理发展与保护的关系，稳定对地质勘查工作的长期投入。

二是加强矿产资源初级勘查政策扶持。受矿产品价格波动、政策变化、地质变异等不确定性因素的影响，矿产勘查是一项高投资、高风险的市场行为。发达国家虽然有成熟的市场融资机制，但也普遍对草根勘查实施鼓励性扶持政策，降低企业从事矿产勘查的风险。形成政策稳定、市场透明、可以预期的友好投资环境，对于矿产勘查企业生存发展至关重要。建议国家加强对矿产资源初级勘查的扶持力度，扭转矿产资源初级勘查日益萎缩的趋势。

三是加强深部地质勘查技术攻关。随着地质找矿工作的进行，近地表、出露区矿产资源找矿空间的不断缩小。城市地质调查、地质灾害防治等迫切需要加强对深部探测技术的研发。深部矿产勘探、地热开发、地下空间利用等仍存在诸多技术难题，亟需研发深部探测的方法、技术与设备。

（中国地质调查局发展研究中心授权发布）

当前全球经济84%的能源需求仍然依赖化石燃料，在“碳中和”目标的引领下，全球经济必须向净零排放转型。《The Electricity Journal》杂志2021年第34卷碳中和专刊刊登了美国华盛顿的两党政策中心萨沙·麦克勒、桑·菲什曼和丹尼·布罗格发表的论文《美国十亿吨规模碳管理的政策议程》，中国地质调查局地学文献中心《国外地质调查管理》2021年第24期对此论文进行了编译报道，以期为我国相关工作提供参考。

论文指出，管理“碳流”是气候保护挑战的核心。管理碳排放的技术，包括能够从大型点源捕获二氧化碳或从大气中清除二氧化碳的技术，是高优先级的解决方案，其规模在2050年必须达到十亿吨级水平。

碳管理议程的组成部分为：（1）点源二氧化碳捕获——从大型集中点源（如发电厂和工业设施）捕获二氧化碳排放的技术，然后捕获的浓缩二氧化碳被安全地储存。（2）二氧化碳清除——从环境空气中清除二氧化碳的技术和策略，可以通过“直接空气捕捉”（DAC）、自然碳清除（自然碳汇）或配备碳捕获和储存的生物质能源（BECCS）等方式实现。（3）二氧化碳运输——将捕获或清除的二氧化碳运输至可储存和/或利用的位置。在某些情况下，可以将运输基础设施的需求降至最低，例如通过在注入点附近修建DAC设施进行地质封存。（4）二氧化碳储存——在时间尺度上从碳循环中清除二氧化碳的技术和实践。这可以通过咸水含水层的地质储存、提高石油采收率（EOR）或自然（生物）储存来实现。（5）碳利用——利用所捕获二氧化碳产生收入的技术和机遇是持续技术进步和部署工程化二氧化碳捕获和清除的关键。EOR既是一种利用技术，也是一种储存技术。二氧化碳的其他用途包括用作混凝土原料、钢铁组分以及碳纳米管等新产品的一种成分。

美国联邦用于二氧化碳捕获和储存的政策议程主要包括一个能源部研发计划，以及一个联邦税收抵免，即45Q计划。然而，目前的政策和计划组合到目前为止未能带来一个可扩展的、商业上充满活力的CCS行业。碳管理议程必须量身定做，以支持碳管理技术的整个创新周期。此外，先行者必须管理复杂的工程和监管风险。投资建设支持性基础设施可以降低一般项目的进入壁垒，并使所有参与者受益。与此同时，建立低碳解决方案的长期市场信号对于吸引新的投资者和创新者进入新兴的碳管理行业至关重要。扩展碳管理路线图的关键要素包括：（1）增加公共投资，推进碳管理方案，并建立必要的扶持性基础设施；（2）集中努力建立一个可信和可核查的监管框架；（3）加强利益相关者之间以及相关政府机构之间的协调。商业界在设计和构建碳管理解决方案、推进碳管理项目创新商业模式以及支持精心设计的计划和政策方面发挥着重要作用。

综合性碳管理议程核心部分示意图

钻探工作具有环境复杂性与多变性的特点。

一直以来，我国存在钻探设备陈旧、技术方法落后、钻探效率低下等诸多问题。因此，大力推进钻探技术与钻探装备的现代化，研究开发先进的钻探技术与钻探装备，创新、应用、推广新技术和新设备，培养高素质的技术人员，成为当务之急。

随着我国社会经济的快速发展，工业化与城镇化建设的步伐也不断加快，使得对地下矿产资源的需求量与消耗量也随之上升，矿产资源逐渐成为了制约我国经济发展的重要因素。作为发现和获取地下矿产资源的主要手段，地质勘查钻探设备的重要性不断上升，其设备的先进性与技术创新已经成为了我国经济发展的重点。

中国矿业报记者从国土资源部获得的信息表明，经过地质科技工作者的努力，我国在一些关键的钻探技术研究及钻探设备的研发上，已经赶超世界水平，逐步建立起了拥有自主知识产权并具有国际先进水平的现代化深部钻探技术体系、同位素热年代学技术体系，同位素地质研究专用仪器的研发也取得重大进展，进一步拓宽了找矿空间。

深部钻探技术取得长足发展

钻探技术是获取地下实物地质资料信息、建立地下观测与开采通道、验证深部地质推断与解释的唯一技术方法，广泛应用于基础地质、水文地质、能源矿产、地质环境等的调查以及地球科学研究、灾害防治和资源开发利用等领域。

记者手头掌握的资料显示，在“十一五”初步建立2000米地质钻探体系基础上，“十二五”期间，在国土资源部科技与国际合作司和中国地质调查局的统筹组织下，中国地质科学院勘探技术研究所等单位的科技工作者，充分利用国家“863”计划项目、国土资源公益性行业科研专项、地质矿产调查评价专项等项目的实施，系统地组织开展了钻探装备、技术及工艺方法的研究，全面提升了钻探工程技术与装备的能力、质量和效率，降低施工成本，使得我国的钻探技术与装备取得长足发展，整体技术水平与国际达到同步，部分达到了国际领先水平，对我国的深部地质调查和矿产资源勘探开发起到了有力的支撑。

一是深化了新一代地质钻探装备体系的研发与应用。完成了3500米地质岩心钻机及 2500米车载水井钻机、3000米电动直驱顶驱钻机、400米轻便钻机、浅层取样钻机和600米反循环钻机等的研发；开展了永磁电机驱动、自动化检测与控制技术在钻探设备中的应用探索，新型泥浆固控离心设备在地质钻探中逐步得到推广应用，对国内钻探设备的现代化发展起到了积极的引导作用，加快了我国地质钻探装备的更新换代。

二是结合科学钻探施工开发了钻探装备。围绕汶川地震断裂带科学钻探工程和松辽盆地资源与环境科学钻探工程的实施，随钻开展了新技术与装备的研究与应用，开发了KZ3000型深孔取心钻探设备、科学钻探复杂地层高效取心钻具、复杂地层钻进技术、大直径薄壁取心技术、海洋钻探取样技术、铝合金钻杆技术等，推动了我国深部科技钻探技术体系的发展。

三是地质岩心钻探深孔钻探技术取得了长足的进步。先后开发了XJY-850、XJY-950高钢级钻探管材及绳索取心钻杆，薄壁绳索取心钻杆最大应用深度超过2700米，绳索取心液动潜孔锤技术得以普遍应用（最大深度达到了 4006.17米），深孔钻进用小直径涡轮钻具等研究取得了突破，深孔钻进用金刚石钻头的工作寿命和效率明显提高，深孔用高温磁中靶技术在近 3000 米深孔成功应用，新型孔内事故处理工具的推广应用提升了地质岩心钻探事故处理的能力和水平，极大地推动了我国深孔地质钻探的水平。

四是复杂地层钻进能力明显提高。通过深入的理论研究和试验应用，开发多种地质钻探用新型泥浆体系，大大降低了复杂地质条件下的孔壁坍塌、漏失、缩径问题，提高了复杂条件下的钻探施工能力；同时开展的小直径膨胀套管技术（实体、波纹及有缝管）在国内深孔复杂地层中成功应用，提供了一种新的复杂体层护壁手段，在国内外处于领先地位。

五是钻探工程信息化水平不断提升。随着现代化信息技术和网络技术的迅速发展，为钻探工程的信息化提供了良好的基础。“十二五”期间建立了探矿工程（岩土钻掘工程）技术网络服务平台，建成的数据库包括从业机构、装备制造、行业词汇、行业论文等数据库，为开展更深层次的探矿工程信息化和社会化服务提供了基础条件。开展了钻探参数采集与传输技术的研究，初步实现了将钻探施工的各类信息实时记录在统一规范的数据库中，为管理、统计分析及生产和科研工作提供数据服务，对提高钻探工程的管理水平和施工技术优化、促进钻探技术学科进步等具有重要意义。

记者了解到，“十二五”期间，上述钻探技术成果在地质调查及矿产资源勘探开发领域得到了广泛的应用，覆盖了地质调查、地球科学研究、深部矿产资源勘探开发等领域，解决了深部及复杂地质条件下的钻探技术难题。

此外，上述钻探成果在汶川地震断裂带科学钻探工程、松辽盆地资源与环境深部钻探工程、中国岩金勘查第一深钻、庐枞及铜陵矿集区深部矿产资源勘查及各类地质钻探工程中均发挥了关键作用。部分钻探新装备与技术与我国地勘单位走出国门，全液压地质岩心钻机由进口转向了对外出口。

专家称，这些成果对提高钻探施工能力和效率，降低工程风险，增强竞争力，提升地质勘查工程管理水平与效益发挥了重要作用，意味着已成功建立起了拥有自主知识产权并具有国际先进水平的现代化深部钻探技术体系。

据了解，相关技术成果获得国土资源科学技术奖一等奖1项、二等奖2项，河北省科技进步奖1项，通过国家科技进步奖二等奖初评1项。研发的钻探新装备与新工艺技术得到使用单位的高度评价，大幅度提升了我国深部钻探技术能力和水平，并为相关产品生产企业带来了良好的社会效益和经济效益。

同位素热年代学为找矿新技术支撑

同位素热年代学是一门集同位素年代学、构造地质学、岩石矿物学、计算机模拟技术等为一体的综合性学科。据了解，同位素热年代学方法不仅能够提供地质事件年龄值等时间信息，而且能提供所测定矿物、岩石形成的温度、经历的构造作用以及可能的形成深度等深层次的地质信息，已经成为国际地学界关注的热点之一，近年来在国际上得到了快速发展。

“十二五”期间，中国地调局中国地质科学院地质研究所同位素热年代学研究团队在中-低温热年代学技术方法研发和示范应用两方面开展工作，完善和新开发了多种同位素热年代学分析技术，初步构建了中-低温同位素热年代学实验技术体系，并在东天山成矿带、南天山造山带、库车含油气盆地等地开展示范性应用研究，取得了一系列创新性研究成果。

专家表示，这些成果不仅为我国的同位素热年代学研究提供了分析测试实验平台条件，而且揭示出同位素热年代学理论和技术在造山带造山历史研究、沉积盆地热历史研究、金属矿床成矿作用过程和抬升剥露过程研究等方面具有巨大的应用潜力，为我国的地质科研和矿产资源勘查工作提供了新的技术支撑。

一是建成了我国第一家（U-Th）/He 同位素定年实验室，为我国的低温热年代学研究提供了分析实验技术平台条件。

二是研制出新生代Ar-Ar同位素定年标准物质，解决了我国长期以来缺少新生代氩同位素定年分析标准物质的问题，为新生代地质样品精确定年分析提供了技术保障。

三是揭示了天山东段地区晚古生代以来构造热演化历史及金属矿床成矿和抬升揭顶过程。

四是精细刻画出南天山造山带中段构造热演化历史与隆升过程，重建了南天山中段晚古生代以来的构造热演化历史及隆升剥蚀历史。

五是库车盆地构造热演化及天然气成藏史研究取得重要进展。

记者了解到，以Ar-Ar法和（U-Th）/He法定年技术为主构建的中-低温同位素热年代学技术平台，已经成为我国最主要的热年代学分析测试实验基地。所研制的标准物质为国内相关实验室共享，其量可供我国所有的Ar-Ar法同位素定年实验室使用数10年。

专家称，同位素热年代学在我国是一门新兴的学科，中国地质科学院地质研究所同位素热年代学研究团队开展示范应用研究取得的一系列创新性研究成果，不仅深化了对天山乃至中亚造山带地质演化过程的认识，为了解天山地区金属矿床成矿规律、进行成矿预测及实现区域找矿突破等提供了新的科学依据，对指导库车盆地油气勘探具有重要的实用价值，同时充分显示同位素热年代学理论和技术在造山带造山历史研究、沉积盆地热历史研究、金属矿床成矿作用过程和抬升揭顶过程研究等方面具有巨大的应用潜力。

同位素地质研究专用仪器成功研发

我国大型高端质谱仪器一直以引进为主，受国外技术封锁，一些用于高精度同位素分析和核科学研究的质谱仪器引进十分困难，且价格高昂。

为了推动我国高端质谱仪器的自主研发，针对目前宇宙样品及地球化学珍贵样品稳定同位素、稀土元素微区原位分析的难题，国家重大科学仪器设备开发专项设立“同位素地质学专用 TOF-SIMS（飞行时间二次离子质谱）科学仪器”项目，由中国地质科学院地质研究所国家科技基础条件平台北京离子探针中心牵头实施。

据了解，根据记者掌握的情况，项目研制的两台分别用于稳定同位素分析和稀土元素分析的TOF-SIMS-SI和TOF-SIMS-REE仪器，将为岩石成因学、矿床成因学、地球环境、气候变化、月球及行星演化等热点研究领域提供最先进的技术支撑。

专家称，用于高精度同位素丰度分析的 TOF-SIMS 是一项全新的技术，它的成功研制，将是质谱学技术划时代的里程碑，同时将进一步推动地球化学和宇宙化学向更微的空间发展。像 SHRIMP 的诞生一样，这项新技术的诞生将带来一系列重要的科学成果，特别是将直接为我国探月工程在获得月球样品后的分析研究工作奠定坚实的技术基础。

据介绍，经过近4年的技术攻关，北京离子探针中心联合中国科学院大连化学物理研究所和吉林大学等单位完成了两台 TOF-SIMS仪器的整体设计，对一次离子源等关键部件进行了设计加工和单独调试，并完成了TOF-SIMS专用系统控制软件和数据处理软件的开发和优化。

自2014年8月起，项目组开始对两台TOF-SIMS整机进行总装配和总调试工作。2015年6月，TOF-SIMS整机的质量分辨率可达 12000（m=106）。截至2015 年初，项目共取得新装置 12套、核心部件20个；新申请专利 33项，获专利授权8项（其中发明专利2项）；登记软件著作权3项；发表论文24篇，取得了重要的阶段性成果。

一是首次将飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）技术应用于精密同位素分析和元素丰度测定。近年来，随着离子接收系统在技术上取得突破性进展，北京离子探针中心和相关合作单位在国内率先尝试将 TOF技术应用于高精度同位素分析仪器的研发。

二是开发了一套适用于珍贵地质样品（如月岩、宇宙颗粒等）高灵敏度、高分辨率同位素分析的小束斑氧离子一次源和离子光学系统。

三是开发了提高地学样品分析灵敏度的二次中性粒子激光后电离技术。实验结果表明，在优化条件下，飞秒后电离技术可使信号提高60 倍。

四是研发了高分辨TOF质量分析器。有效解决了双聚焦SIMS质谱的低离子通过率、体积庞大、成本高昂的不足。

五是开发了一套满足超高真空环境下高精度同位素分析要求的创新型三维样品台及样品传送系统。

项目组专家表示，该科研项目尽管取得了一定的成效，但该仪器目前尚处于研发阶段，待目标仪器的技术指标达到任务书的设计要求后，项目组将启动以下两项应用示范研究工作：一是应用TOF-SIMS-SI仪器分析金属硫化物（黄铁矿、闪锌矿等）的硫同位素，探讨典型铜矿床铜的富集和矿床形成机理；二是应用TOF-SIMS-REE仪器对月岩和月球陨石样品中锆石的稀土含量和配分模式进行分析，以探讨月岩中锆石的成因；测定月岩样品和月球陨石中锆石的Ti 元素含量，估算其结晶时的温度，从而推算撞击事件的温度。

据中国矿业报记者了解到，2015年8月，项目组已将TOF-SIMS-REE仪器应用于纯金属样品铜和银的同位素丰度分析，分析精度可达 1%。