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    “在矿床学家中,能够管理一个部门地勘队伍的不多;退休之后,仍然跑野外、布设钻孔的专家更少;80岁了还在爬山,下坑道,布设2000米、3000米深钻,并且都打到矿了,还有这样的老专家吗?有!陈毓川院士就是这样的老专家!”

    这是一份颁奖词的开场白。在不久前召开的第十四届全国矿床会议上,中国地质学会矿床地质专业委员会颁发了首届终身成就奖,我国著名矿床地质学家、中国工程院院士陈毓川是两位获奖者之一。

    在发表获奖感言时,陈毓川院士说:“我能取得今天的成绩,要感谢党、感谢国家、感谢人民、感谢团队。只要我还能出野外,就一定要到生产一线,继续发挥我的余热,为国家和人民的需求投入终身。”要知道,这位“八零后”院士今年已经84岁高龄了,但他依然活跃在矿床地质工作一线,无论是到野外开展矿产资源勘查研究,还是主持编撰《中国矿产地质志》,他无时无刻不在用自己兢兢业业的精神影响着身边的人。

    作为一名长期从事矿床地质、地球化学、区域成矿规律、成矿预测研究及矿产勘查工作的专家,陈毓川院士多年来躬耕野外一线,取得了丰硕的研究成果。他深入研究广西大厂超大型锡多金属矿床,为指导找矿、总结成矿规律做出了重要的贡献;他系统地研究了宁芜、庐枞、南岭及全国区域成矿规律及找矿方向,提出了宁芜玢岩铁矿成矿模式,在国内开拓了区域矿床成矿模式研究领域;他总结了华南花岗岩有色、稀有矿床及陆相火山铁矿成矿规律,促进了全国火山岩区及花岗岩区地质找矿;与中国科学院院士程裕淇等研究提出了矿床的成矿系列概念,极大地丰富和发展了我国区域成矿理论。这些科研成果,被广泛应用于生产一线,并指导地质找矿实践,推动了找矿的重大突破。

    更为难能可贵的是,陈毓川院士作为我国地质矿产事业发展的优秀领导者和组织者,曾长期在地矿部门担任领导职务,负责固体矿产勘查工作、全国金矿找矿工作、全国重要矿产潜力评价工作等,均取得突出成就。他始终心系地矿事业改革发展,多次向中央领导建言献策,提出加强地质找矿工作、发展我国矿业、科学有效地推进国有地勘队伍的体制改革、建设一流科研院所的对策和建议。特别是在国家地质工作处于低谷期间,于2003年联合37位院士向时任国务院总理温家宝提出了加强地质工作的具体建议,得到中央高度重视。《国务院关于加强地质工作的决定》的出台,对我国地质找矿事业的健康发展发挥了重要作用。

    在第十四届全国矿床会议期间,《中国矿业报》记者对陈毓川院士进行了专访,请他就矿床学研究工作的发展趋势、矿业发展与环境保护、科学精神培养等方面的问题进行了深入解读。陈毓川院士提出的真知灼见,对业界去思考和探索矿床学科的发展有着很重要的参考意义。

    陈毓川院士在第十四届全国矿床会议上作报告 张欣 摄

    《中国矿业报》:作为一名老专家,您在矿床学研究方面取得了很多重要的成果,而且,您目前也仍然还在开展相关的研究工作。您对矿床学研究工作未来的发展趋势有何见解和判断?

    陈毓川:矿床学的发展要从国家发展的需求和学科本身发展的需求两方面来考虑,这两者是完全可以结合的,因为矿床学研究是一个不断进行的过程,它是为国家不断发展服务的。矿床学本身并不是孤立存在的,它是地球科学领域众多分支学科中的重要组成部分,与其它分支学科是相关的。因此,从总的发展趋势来看,矿床学研究工作的视野要更加开阔,要与地球科学其它分支学科更为紧密地结合,开拓新的研究领域。我认为可以从三个方面予以考虑:

    第一,矿床学研究必须要有时间、空间的三维概念,要点面结合。任何一个矿床都不是孤立存在的,是与周围的矿床有关系的,其联系点就是地质构造环境及相关的地质成矿作用。因此,搞矿床学研究的人不能简单地在某一个矿床内观察研究、取点样品,然后回室内测测成份、测测品位、测测年龄,必须要把矿床形成的地质构造环境和区域地质构造环境及其相关的地质成矿作用结合起来考虑,探讨矿床之间的空间及成因联系,以及空间里时间演化与矿床演变的关系。

    第二,矿床学研究必须要跟经济结合起来,脱离了经济评价,研究成果无法应用。从事矿床学研究的根本目标就是要为国家和社会发展提供物质基础。因此,研究成果既要讨论矿床的成因、形成过程、规律等,又要考虑这个矿在经济方面——规模上、品位上、应用的范围上,是否也适合国家的需求,这是非常关键的一点。

    陈毓川院士在野外开展工作

    第三,矿床学研究必须考虑环境问题。目前,国家将环境保护工作放在非常重要的位置,因此搞矿床学研究的人必须考虑矿产资源初期勘查、勘查完毕矿山建设、开发完毕治理恢复等三个阶段的环境问题。将矿床研究和矿山环境结合起来,这与社会的发展阶段息息相关,每一个不同的社会发展阶段对于环境保护的要求是不一样的。因此,在新时代,找矿的、采矿的、研究矿的人都要共同考虑环境问题,要做到绿色勘查、绿色开发、绿色恢复。以目前科学技术水平来看,通过努力实现矿业与环保双赢是可以做到的。

    这三大方面是矿床学可以有所创新的方向。第一方面的创新是科学性的,通过探索研究会不断有新的东西出来,指导新的找矿突破;第二方面的经济评价是矿床学科必须积极主张的;第三方面的环境问题符合目前国家生态文明建设的发展方向。

    《中国矿业报》:您对目前我国矿床学人才的培养有哪些建议?

    陈毓川:矿床学的发展,最重要的基础就是人才。矿床学人才培养是一个连续的过程,涉及到多个环节,必须要通盘考虑。

    第一个环节是学校的培养,这是人才培养的起步阶段,必须要与野外实践紧密结合起来,目前有些高校忽略了这一点。青年学生的主要任务就是把基础知识学扎实,包括书本知识和野外实践知识。但是,现在很多大学生、研究生毕业后到了野外一线干不了活儿,这就是课内的实践做得不够造成的。因此,地学类的高校有必要增加学生的野外实习时间,而且要把宏观和微观相结合、书本和实践相结合提升到一定的高度。

    第二个环节是生产单位的培养,无论是科研单位、勘查单位,还是矿山单位,都是矿床人才培养的“第二所大学”。对于刚从学校毕业的学生来说,无论到任何单位,都要结合所在单位的实践开展工作。从单位层面来说,不管是搞基础研究还是找矿勘查,都要结合具体的项目,给新同志设定目标,而且不要随意变化这个目标,要给人才成长创造一个相对稳定的环境。

    第三个环节也是对生产单位提出的要求,组织领导要合理。各个单位要善于在实践中发现人才,要给予这些人才适当的条件,保障其发展成长。对于优秀的、出众的人才,一定要重点培养,除了创造相对稳定的成长环境,还要在待遇上充分考虑,要为他们配备合适的团队,帮助他们寻找稳定的合作者,还要给他们“出难题”,把真正难解决的问题交给他们,给他们创新和探索的机会。

    《中国矿业报》:您认为如何培养地球科学研究的科学精神?

    陈毓川:以我从事矿床学研究工作几十年的经验来说,有三点体会:

    第一,必须要树立目标。目标分为国家、人民、家庭和个人四个层面,都很重要。从事科学研究工作,必须把国家和人民的需求放在第一位,这是我们工作的方向和取得进步的最大动力。人的一生是很曲折的,但不能因为挫折就低沉下去,仍然要坚持自己的目标不放弃。具体到工作上,我们必须要给自己设定长期目标和短期目标。科技工作者必须要明确地知道自己每个阶段需要干什么、应该干什么、正在干什么,这样才有前进的动力。

    第二,必须要探索创新。这是科学精神的核心,尤其是对于地质学来说,未知的东西太多,特别需要探索创新的精神。科研工作的核心是实事求是,一定要到一线去学习调查研究,与地质对象直接接触,进行可靠的论证,注重探索的过程,真理一定是一线地质工作者总结出来的。科学探索是没有止境的,地球系统的复杂性也决定了地学研究的成果是阶段性的,因此一定要充分学习和尊重前人的研究成果,即使是自身取得了成绩也不能沾沾自喜、止步不前,必须要有不断探索创新的精神。

    陈毓川院士在野外探勘

    第三,必须要团队合作。个人的能力是有限的,科学精神的培养必须要依靠集体,如果没有团队成员间的通力合作,创新的难度会增大很多。地球科学是一门复杂的科学,这也决定了要取得创新的成果就必须依靠团队的力量,只有整个团队同心同德、相互关心、取长补短,才能共同前进。

    《中国矿业报》:与先进的矿业国家相比,您认为我国的优势和差距存在于哪些方面?

    陈毓川:很多发达国家从300年前就开始工业化进程,从那时起矿业也受到前所未有的重视。我国的现代矿业基本从新中国成立时才开始起步,在短短几十年时间内发展到现在的水平,是非常不容易的。与国外相比,我们有优势也有劣势。

    目前来看,在局部领域,例如航空重力、某些钻探工具、岩矿测试等方面,我们还存在一定的差距,一些先进的设备仍然依赖从国外引进。在矿业市场建设与管理方面,我国尚有较大的差距,但在找矿勘查领域,可以说我国大部分的技术都较为先进。因为社会主义制度的优越性,国家高度重视和大力支持,并成立了专职的队伍、专职的机构开展地质勘查工作。例如,石油勘查技术,我认为我国是远远超过国外的;再例如,铜矿、铁矿、钨矿以及其它一些优势矿产资源的找矿勘查技术,我们的技术力量也是处于领跑地位的。

    我国的地球科学发展具有自身明显的特色:一方面,在国家的大力支持下,我们可以快速引进国外的先进技术;另一方面,我国的科技工作者又能结合国家的实际情况进行新的创新,而且这种创新越来越多。例如,我国科学家提出来的陆相成油理论、焦家式金矿成矿模型等,都是根据我国的地质环境实际情况提出来的新东西,并且在全国范围内得到了很好的推广应用。再例如,在上世纪六十年代提出的钨矿“五层楼”找矿模式,到现在为止还在指导找矿;上世纪七十年代提出的宁芜地区玢岩铁矿成矿模式,是我国乃至世界首个完整的区域性成矿模式,这些研究成果对于指导找矿是非常有帮助的。

    在区域成矿规律的研究方面,我国也有自己的优势,有很多创新的理念。例如,成矿系列的概念。这个理论强调要将区域内所有矿床作为一个整体来研究,考虑时间、空间、成因等三个因素,研究对象是在同一个时代、同一个地质构造环境、同一个成矿作用三位一体条件下形成的有成因联系的矿床组合。目前来看,这是矿床学研究未来的一个发展方向,这对于研究矿床的发展演化是很有意义的,能够更好地总结成矿规律,反过来又能更好地研究解释地球演化过程中物质变化和成矿物质变化的过程。

    《中国矿业报》:目前,环境保护已是我国矿业界普遍关注的一个重要问题,您认为如何协调好矿业开发和环境保护之间的关系?

    陈毓川:从我国目前的科学技术水平来看,环境保护和矿业开发是完全可以实现双赢的。前面已经讲到,对于环保的要求必须适应我国社会的发展阶段,因此千万不能搞“一刀切”。但从目前的情况来看,过于严苛的环保要求已经对我国矿业的健康发展造成了影响,甚至说已经影响到国家的资源能源安全。例如,据我了解,今年我国黄金产量较去年很可能要下降,因为划定在保护区内的很多金矿已经停产了。

    当前,国际形势动荡不定,我国很多大宗矿产品的对外依存度也越来越高,在这样的背景下我们更应该加强自身的资源储备和自主供应能力,这是保障国家资源能源安全和经济安全的根本。因此,在矿产资源问题上,我认为国家不能减少人才物力的投入,应该将矿产勘查工作放在一个相对重要的位置上,保持一定强度的勘查工作,在鼓励市场资本进入的同时,政府也要主导必要的投入,靠“两条腿走路”。同时,在充分利用好国外矿产资源的情况下,保证国内一定的生产水平和资源储量增加的水平。

    在环保问题上,我们要坚持“绿水青山就是金山银山”的理念,但也要根据我国经济社会发展的实际情况,摒弃那些不切实际的做法。对此,我提几点建议:第一,从实际情况出发,由国家按照统一的标准划定各类保护区,不宜再由各个部门按照各自不同的标准来划定,保护区的范围也不宜太大;第二,要对划定的保护区进行分级,要分出次序、区别对待;第三,在大部分的保护区内要允许进行基础的地质调查和矿产调查,因为地质调查是摸清地质情况的基础工作,而使用现在先进的物探化探方法开展矿产调查,对保护区的环境也几乎是没有影响的;第四,通过调查工作,如果在保护区内发现重要的矿产资源,要允许在一定范围内进行必要的勘查工作,如果勘查确认是国家亟需且具备开采价值的矿产资源,要允许严格按照绿色矿山的标准进行建设和开发,对于非紧缺矿产资源,作为资源储备进行登记备案。

    其实,在环境保护方面,地质工作是大有可为的。例如,地质调查工作可以将全国的地质环境情况摸清楚,这是开展环保工作的基础;水工环地质工作可以对各个地区的水文地质环境有一个全面的了解,调查结果对开展工程地质、地质灾害防治等有重要意义;城市地质工作,对于城市地下空间的合理利用、城市环境的改善等都非常有用。地质工作对于保持好国家的地质环境、自然环境都具有重要的作用,自然资源部、自然资源部中国地质调查局等已经开展了大量的工作。国家也应该把地质工作放在一个重要的位置,因为这对于资源能源、环境保护、基础建设等方面都有着很重要的基础性作用。

    “只要我还能出野外,就一定要到一线”

    专家点评

     

    “建立的二氧化碳地质储存技术方法体系,可为我国今后二氧化碳地质储存提供科学、技术和工程依据。”中国地质科学院岩溶所院士袁道先,国务院资深参事、中国工程勘察大师王秉忱教授等专家组成的项目成果评审专家组对《全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程》项目给予了高度评价。

     

    袁道先院士更是对该项目能在3年内完成全国二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价表示赞赏。他认为,项目中pH值深层原位自动监测系统、CO2-GSM数值模拟软件等成果已达到国际领先水平。

     

     

     

    我国首个深部咸水层二氧化碳地质储存示范工程

     

    为贯彻落实国务院领导关于加强应对全球气候变化研究的重要指示,充分发挥地质工作在应对全球气候变化方面的优势,评估我国二氧化碳地质储存潜力,支持我国利用碳储技术应对气候变化,中国地质调查局于2010年~2012年设立了“全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程”计划项目。

     

    作为业务指导部门,中国地质调查局水文地质环境地质部组织中国地质调查局水文地质环境地质调查中心、吉林大学、青岛海洋地质研究所等单位的20余支专业调查队伍与科研院所近300名专业技术人员联合攻关,将二氧化碳地质储存由梦想一步步变为现实。

     

    在成果汇报会上,项目负责人郭建强有条不紊地向与会者介绍了取得的7项成果。他表示,全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程项目可谓“利在当代,功在千秋”,在政治、社会、应用、潜在效益方面都具有十分重要的意义。

     

    七大成果支撑应对气候变化

     

    创新了我国二氧化碳地质储存技术方法体系,首次制定出符合我国地质条件的潜力与适宜性评价方法。项目组提出了不同评价精度下,深部咸水层、油田、气田和煤层4种主要储存介质类型的潜力计算关键参数和计算方法,构建了包括地质安全性、储存规模、社会环境风险和经济适宜性四大约束目标在内的选址指标体系,并提出了多尺度目标逼近选址方法。鄂尔多斯盆地、河套盆地和重庆合川等典型地区的二氧化碳地质储存选址实践,不仅为二氧化碳地质储存示范工程场地筛选、调查勘查与评价提供了技术支撑,也为今后同类工程场地选址积累了经验。

     

    首次全面完成了全国区域级和盆地级二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价,编制出我国二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价成果图系和主要沉积盆地二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价成果图集,基本掌握了我国可储存的区域和储存潜力。在此基础上编制的我国二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价成果图系由11张1∶500万专题性图件组成,反映了我国二氧化碳地质储存基本地质条件、适宜储存的区域以及目标靶区的分布情况。为提升项目成果社会化服务水平,项目组挑选出碳源分布密集、地质资料研究程度较高的松辽、渤海湾、四川、鄂尔多斯、准噶尔、珠江口等38个盆地,编辑出版了《中国主要沉积盆地二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价图集》。该图集为制定中国二氧化碳地质储存规划和宏观决策提供了科学依据,为相关科研机构、企业开展二氧化碳地质储存提供了科学基础数据,向社会普及了二氧化碳地质储存地学知识。

     

    与神华集团合作,建成了我国首个深部咸水层二氧化碳地质储存示范工程,实践了二氧化碳地质储存全流程工程技术——此举标志着我国完成了深部咸水层二氧化碳地质储存后续工程的技术储备。截至2015年5月中旬,该示范工程已成功注入30万吨二氧化碳,完成了项目设计储量,未发现二氧化碳泄漏及对周边环境的影响。示范工程及相应的科学研究与技术开发仍在进行中,为今后开展规模化二氧化碳地质储存工程奠定了扎实基础。

     

    基本明确了深部咸水层二氧化碳地质储存的机理,并成功研发出具有国际先进水平的二氧化碳地质储存模拟系统,为二氧化碳地质储存技术方案优化设计与效果评估提供了基础平台。该系统由流场-温度场-化学场并行计算软件(THC-MP)、流场-温度场-化学场-应力场四场耦合软件(CO2-THCM)和人机交互界面软件(VISUAL-THC)构成,模拟计算功能强大,人机交互界面友好,易于普及学习和应用推广,能完全满足二氧化碳地质储存地质建模、储层性能改造预测与二氧化碳地质储存数值模拟等技术需求,达到了国际先进水平。

     

    搭建了二氧化碳地质储存实验室和原位试验场科研平台,构建了二氧化碳地质储存“大气-地表-地下”立体监测技术方法体系,探索性地提出了二氧化碳地质储存盖层力学稳定性、环境影响与安全风险评价技术方法。

     

    加强项目实用仪器设备的研发,获得发明、实用新型专利10余项。其中,自主研发的深层pH值原位监测系统突破了低功耗、耐压、耐腐蚀等技术难题,填补了国内技术空白,满足1500米以深的二氧化碳储盖层监测要求;深部井下狭窄空间原位流体U型管取样器是国内开创性成果,为二氧化碳地质储存监测和科学研究提供了重要装备保障,具有广阔的推广应用前景。

     

    搭建了功能齐全的全国二氧化碳地质储存地理信息系统管理平台,实现了对原始数据和成果数据分类存储管理和灵活应用。项目组完成了区域级→盆地级→场地级的空间数据库,初步实现了成果的数字化与系统化;首次建立了二氧化碳动态监测数据库和pH深层监测控制管理平台;建立的全国二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价与示范工程数据库,入库资料翔实可靠,为开展进一步工作奠定了基础;充分利用空间数据库技术和地理信息空间分析技术,建立了集数据提取、数据管理、数据质量检查、适宜性评价、自动或手动编图、成果展示于一体的地理信息平台。

     

    三大经验促进当前指导未来

     

    聚焦国家战略,瞄准重大需求。

     

     

     

    二氧化碳地质储存环境影响问题原位试验场

     

    气候变化是当今国际社会普遍关注的全球性问题。中国是一个易受气候变化影响的发展中国家,妥善应对气候变化,事关国内国际两个大局。二氧化碳捕集与储存是一项具有大规模温室气体减排潜力的技术,是在我国能源结构以煤为主的现实情况下,有效控制温室气体排放的一项重要举措,有助于实现煤、石油等高碳资源的低碳化、集约化利用,促进电力、煤化工、油气等高排放行业的转型和升级,对我国应对气候变化、推进低碳发展具有重要意义。

     

    我国把积极应对气候变化作为经济社会发展的一项重大战略。党中央、国务院多次下发文件,推动二氧化碳捕集、利用和封存试验示范,并对相关人才建设、资金保障和政策支持等方面做出安排,提出到2030年二氧化碳排放达到峰值的“碳总量”控制目标。全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程项目在各方面取得的成果,将对解决中央、地方政府和企业减排温室气体需求提供直接有效的地学技术支撑。

     

    精心谋划善组织,真抓实干重落实。

     

    古语云:“凡事预则立,不预则废。”做项目亦是如此。全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程项目经过了3年谋划和3年实施才取得一些阶段性的成果。2005年,中国地质调查局原总工张洪涛高屋建瓴,发表了《中国二氧化碳地质埋存条件分析及有关建议》一文,正式提出加强二氧化碳储存地质条件调查和相关重大科技问题研究的建议。中国地质调查局水文地质环境地质部密切跟踪国外二氧化碳地质储存研究进展,组织局水文地质环境地质调查中心开展地质调查项目立项可行性研究。经过3年多的准备,中国地调局第一个二氧化碳地质储存地质调查工作项目“我国二氧化碳地质储存潜力评估与关键技术研究”于2009年正式立项。随后,中国地质调查局水文地质环境地质部全面推进二氧化碳地质储存地质调查工作,指导计划项目实施单位中国地质调查局水文地质环境地质调查中心就“全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程”计划项目成功立项。

     

    在项目实施过程中,各工作项目承担单位对成果进行了严格的质量控制,工作过程均未出现任何安全与质量事故,圆满完成了任务书和设计书提出的各项工作。

     

    凝聚单位倡导协作,发挥优势形成合力。

     

    二氧化碳地质储存囊括地质学、水文地质学、储层地质学等学科,是一门综合性极强的地质工作,在项目实施过程中,必须根据工作需要和不同行业单位特点,优选项目承担单位,形成合力,以保证成果质量。

     

    根据工作需要,全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程计划项目下设7个工作项目和42个专题。3年来,中国地质调查局水文地质环境地质调查中心、青岛海洋地质研究所、吉林大学、北京大学、中国地质大学等单位的20余支专家调查队伍与科研院所近300名专业技术人员参与其中,在完成项目目标任务的同时,也在二氧化碳地质储存全流程技术环节培养了一批专业技术人才。

     

    四个方面彰显成果重大意义

     

    政治意义。作为发展中国家,我国经济发展与碳排放控制矛盾突出,在国际气候变化谈判中面临来自其他国家的压力。项目的实施,基本评估了我国二氧化碳地质储存潜力“家底”,为国家利用二氧化碳地质储存技术制定温室气体减排规划提供了基础数据;项目实施建设的二氧化碳地质储存示范工程,在直接减排二氧化碳的同时,实现了我国自主碳储技术储备,提升了国家在应对气候变化谈判中的话语权。

     

    社会效益。由于以煤、石油、天然气为主的化石能源仍将在能源消费结构中占主体地位,本世纪直接消耗化石燃料所产生的温室气体排放量将持续增加,如不采取措施加以遏制,由此引发的全球气候变暖、环境状况恶化将继续加剧。为避免全球气候变暖给人类和整个地球环境系统带来灾难性后果,积极采取减缓全球气候变暖和地球环境恶化的措施迫在眉睫。目前,减缓全球气候变暖与环境恶化的关键问题就是要大量减少以二氧化碳为主的温室气体排放,而二氧化碳地质储存技术也成为实现低碳减排、应对全球气候变暖最直接、有效的技术手段之一。

     

    本项目首次全面完成了全国区域级和盆地级二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价所取得的成果,为我国应对全球气候变化国际谈判、制定相关规划提供了翔实的数据和依据,也为我国规模化二氧化碳地质储存选址工作奠定了基础。项目建立的二氧化碳地质储存技术方法体系,在为储存工程建设企业带来显著经济效益的同时,也建立了一支稳定的二氧化碳地质储存研究团队,缩短了我国在二氧化碳地质储存研究领域与发达国家的差距,提升了我国二氧化碳地质储存技术研究水平。项目产生的仪器、软件等成果,能够快速应用到二氧化碳地质储存示范工程实践中,从而产生显著的社会效益。

     

    应用情况。系统编制的我国二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价成果图系和主要沉积盆地二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价成果图集,既可为我国气候谈判会议争取国家利益提供基础数据,亦可广泛应用于二氧化碳地质储存调查、研究和工程实践。部分项目成果已被中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、天大资源(中国)有限公司、中电投远达环保工程有限公司等企业、科研院所用于浙江东部、内蒙古苏里格/准格尔地区、青海、重庆、安徽、广西等地的电厂二氧化碳地质储存选址、政府减缓气候变化规划等实际工作中。

     

    编著出版的《中国二氧化碳地质储存适宜性评价与示范工程》、《中国主要沉积盆地二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价图集》、《中国二氧化碳地质储存地质基础及场地地质评价》等著作,被中国地质大学(北京)、中国地质大学(武汉)、中国石油大学(北京)、西安石油大学、长安大学、北京大学工学院等高校指定为相关专业研究生的参考教材。这些专著得到二氧化碳地质储存调查、研究和工程实践领域科研人员应用的同时,也不断向石油、煤层气、干热岩、页岩气等地下资源开发利用领域推广。

     

    潜在效益。项目取得的开创性成果为我国开展规模化二氧化碳地质储存工程构建了有力的技术储备。项目部分成果直接服务我国首个,也是世界最大规模的神华集团煤基全流程深部咸水层二氧化碳地质储存示范工程,在储存选址、示范工程监测等方面直接带来显著经济效益。随着二氧化碳地质储存技术在二氧化碳提高石油、煤层气、天然气等资源采收率、核废料处置等方面的应用推广,将为我国深部地下资源开发利用领域带来显著的经济效益。

     

    项目负责人简介

     

    郭建强,男,汉族,1964年生,甘肃武威人,教授级高级工程师,国土资源部专业技术二级高级工程师,中共党员。

     

    1985年毕业于西安地质学院(现长安大学)。2007~2010年为中国地质大学(武汉)博士研究生,获工学博士学位。

     

    现任中国地质调查局水文地质环境地质调查中心副主任,兼任石家庄经济学院兼职教授及硕士研究生导师;国际标准化组织二氧化碳捕集、运输和地质封存标准化委员会(ISO/TC265)专家组成员,中国地质学会第七届水文地质专业委员会副主任,中国地质学会勘探地球物理专业委员会第八届委员会副主任,第二届国土资源部地质灾害防治应急专家组成员,二氧化碳捕集利用与储存产业创新战略联盟理事。

    二氧化碳减排 地质工作大有可为

    编者按:在服务资源、环境及生态等复杂问题的解决过程中,地质科学本身也将向前发展,形成新的学科或体系。近年来,国际上形成了两种不同的发展思路,一种是以美国等为代表的将复杂性问题置于环境或生态系统中加以研究,研究对象涵盖生态系统的生命和非生命成分;另一种是以俄罗斯为代表的将环境或生态问题置于地质范畴内探讨,突出生命组分影响下的地质客体变化等。本报今天刊俄罗斯学者V. T. 特罗费莫夫阐述生态地质学理论及其应用的文章,以飨读者。需要指出的是,尽管该文发表在多年前,但仍对思考生态文明建设下的地质工作具有重要借鉴意义。

    地质学拟解决四类问题:一是为人类提供矿产资源;二是为人类的工程活动作地质论证;三是为人类的教育、文化和美学需求提供地质知识;四是为生态系统的稳定运行作地质论证。前三类问题已被地质学家接受,并已取得了满足人类社会发展需求的成果。第四类问题的意义和开创性,在20~25年前已被地质学家察觉。解决第四类问题的发展过程,引发了地质学一个新分支的形成,称之为“生态地质学”。

    生态地质学及其对象和主题

      

      图1 岩石圈生态作用的分类

    生态地质学是地质学的新分支,致力于岩石圈上层(包括地下水和气体)的勘查,并将它看作是生态系统的主要非生物组元之一,在生态系统的组织层级(从生物群落直到生态圈)中属高层级组元。用地质学家更为熟悉的术语来说,可把生态地质学的内涵定义为地质科学的一个分支,研究的是岩石圈的生态功能,这些功能的形成规律,以及在自然及人为动因影响下这些功能发生空间和时间变化的规律,它们与生物体、首先是人类的生存和活动息息相关。

    必须指出的是,术语“生态地质学”(ecological geology)不同于“地质生态学”(geoecology)。两者存在原则性区别。无论从哪种意义上说,“地质生态学”都是一门复合性科学,研究的是地球的所有非生物壳层(圈层),也研究生物体。“地质生态学”包容“生态地质学”,后者仅触及岩石圈一个组成部分,在相同层级上的还有“生态地理学”和“生态土壤学”等,它们也是地质生态学的组成部分。

    另一方面,“生态地质学”的概念内涵由“岩石圈生态功能(属性)”的概念确定。这个概念于1994年提出,是地质学中一个原理新颖的概念。它的内涵详细解释如下:

    生态地质学的研究对象是地质科学的常规客体:从理论上说,是岩石圈及其所有组成部分;特定地说,是岩石圈的近地表部分,主要是受人为影响的地带。它可被描述为一个多组元的动态系统,包括对生物(biota)的存在和发展产生影响的岩石、地下水和气体。

    生态地质学研究的是:“岩石圈—生物”系统,“受到人为影响的岩石圈—生物区”系统或“岩石圈—工程建设—生物区”系统;生物子系统与非生物子系统之间的直接和间接联系;最终是,“死”物质对“活”物质的影响,或广义地说,是岩石圈与生物之间的相互作用。这样的系统构成,意味着通过考虑岩石圈的人为改变,也把人为影响源纳入了系统之中。

    根据其内涵,所有发生过转换的系统都是生态地质系统。这两种系统之间的主要区别,在于其中存在的是有生命组分还是非生命组分。生物区存在并活动于岩石圈中,或者就在岩石圈表面。据此便可形成“生态地质系统”的定义。生态地质系统是岩石圈的特定部分,是在其内和其上容纳着所有生物区的环境的地质组元。生态地质系统由三个子系统组成:岩石圈(无生命的)、生物区(有生命的)和天然及人为影响源。

    生态地质学的研究主题是有关岩石圈生态功能(属性)的知识(数据系统)。因此,要考虑“岩石圈—生物区”系统中的功能关系,或“岩石工艺系统—生物区”之间的功能关系。

    岩石圈的生态功能

    岩石圈的生态功能多种多样,决定和反映着岩石圈(包括产于其中的地下水、油、气、地球物理场和地质作用)对生物区,主要是对人类的重要价值。人类的独特性在于人类活动对环境的影响比所有其他生物的影响都大。研究岩石圈不能采用生物生态学、生态地理学和生态土壤学研究框架内的那类途径。

    岩石圈生态功能的科学理念,意味着对岩石圈的作用要有多方面的考虑,将之视为一个存在着有机生命(各体生物、植物群、动物群和人类)的环境。从生态观点看,岩石圈主要是给生物体提供资源和能量,并通过它的资源及其地质动力学、地球化学和地球物理功能来实现(图1)。这里不考虑人与自然相互作用功能中的社会-经济、道德和审美方面,因为它们超出了专业地质知识的范畴,事实上它们构成了一个社会生态学的关切。

    在天然及被人为改变的岩石圈与有群体结构的生物物种生物区之间,有着多种多样的关系,可把它们归结成4种功能:一是岩石圈的资源生态功能,它对生物体生存和活动所需的矿物质、有机质、有机-矿物质资源有重要意义;二是岩石圈的地球动力学生态功能,它通过自然和人为的过程和现象,决定着岩石圈对生物区状态和人类生活条件的影响;三是岩石圈的地球化学生态功能,它反映着岩石圈的自然和人为地球化学场(不均一性)对整个生物体(包括人类在内)状况的影响;四是岩石圈的地球物理生态功能,它反映着岩石圈的自然和人为地球物理场(不均一性)对生物体(包括人类在内)状况的影响。

    每种功能的内涵、它们的评价标准、信息获取方法和表述方法另有专文论述。

    岩石圈的生态属性

    岩石圈的生态功能靠具体的生态属性来实现。就“岩石圈的生态属性”这一术语而言,指的是岩石圈的特征属性,即具有特定生态重要性的属性。它取决于其物质成分、地球动力学、地球化学和地球物理学的特性,且与生物体存活的供养、生物体生存和进化条件有机关联。

    有关岩石圈生态属性的问题,是一个新问题。这里力图在岩石圈的资源及其地球动力学、地球化学和地球物理的生态功能框架内,给这些属性命名(表1)。它可能不是完整的清单,但堪作举例材料。

      表1 岩石圈的生态功能与属性

      

    生态地质情势及其状态

    用术语“生态地质情势(环境)”来表达岩石圈具体生态属性(功能)的组合,反映作为栖息地的一定岩石圈体积内生物体生存条件的现状或古状态。在一个地块或一个区域范围内,生态地质情势(situation)或许会或许不会因地而变。而且,生态地质情势也会随时间而变,在这种情况下,该情势会随时间从一种状态(state)变换成另一种状态。由于人为工艺因素和灾变性自然过程的发展,这种变换可能进行得很快,从历史观点看,有时就在瞬间。

    必须强调的是,生态地质环境(conditions)或许既取决于所有生态功能同时起作用,也会仅取决于一种生态功能,比如地球动力学功能,它会在瞬间对生物区产生较强烈的影响。在后一种情况下,这种生态地质情势应该说成是“依靠岩石圈地球动力学特征形成的特色生态地质环境”。当地球化学功能在生态地质状况形成中扮演最重要角色的情况下,就说它是依靠岩石圈块段的地球化学特色形成的特色生态地质环境。

    “生态地球动力学环境”、“生态地球化学环境”和“生态地球物理环境”等术语,在地质文献中也常常使用。这些术语是对上段文字特指含义的省略表达。另外,当只分析一种生态功能对生物群或人类的影响时,使用这些术语也是对的。

    正如已经指出的那样,生态地质环境的变化或许是足够快的。人们必须把所研究对象(生态地质系统)的阶段特色称为生态地质情势(环境)的状态(state),地质学家则往往将它称为岩石圈的生态状态。可以把“生态地质情势(环境)的状态”的实质定义为某种暂时状态,并根据当时岩石圈的一种生态属性特征,或者几种生态属性(功能)的组合把这种状态估计出来。这些生态属性决定着生物体生存的有利度(水平)和或然率。

    生态地质情势的状态要根据岩石圈某些属性的暂时状态评估出来,也要描述出这些属性对活体生物产生影响的特征。根据这种定义,当对岩石圈的生态状态做评价时,就不得不一方面评价岩石圈对活体生物的资源和能源影响,另一方面评价有关活体生物响应这些影响时的特定相互作用信息。在所有的生态系统组织层级上,此类评价准则对生物体都是适用的。

    如上所述,生态地质环境的状态可以取决于岩石圈的一种属性(功能)或几种属性(功能)的组合。在地球物理功能强烈影响生物群的特殊情况下,可以说:“生态地质环境的状态取决于地球物理功能(属性)”。地质学家常常用术语“岩石圈的生态地球物理状态”来代替上面的表述。而“岩石圈的生态资源状态”、“岩石圈的生态地球化学状态”之类的术语,常被作为同义语使用。

    生态地质学的基本科学问题和实践问题

    生态地质学有5项主要任务:(1)研究岩石圈的生态功能,它们的形成规律,及其在自然和人为作用影响下发展的动力学;(2)从岩石圈生态功能变化的观点出发,针对人为成因的影响,开发评价岩石圈近地表部分稳定性的理论和方法;(3)针对岩石圈近地表地层环境与属性的控制问题,精心研制理论和方法,以保护和改善它们的生态功能;(4)研制工业废弃物利用和选择其最佳(就地质环境而论)埋置地区和层位的理论、方法和途径,以使对区域生态属性的负面影响最小化;(5)针对国土、目标客体和大型建筑的工程保护问题,精心研制进行地质论证的理论和方法,以免发生削弱其生态功能的自然和人为地质作用。

    总的来说,生态地质学的应用性问题可以通过下述途径形成:(1)论证生态系统正常运转前提下岩石圈资源的合理利用;(2)确定岩石圈近地表部的人为污染对生物群的影响;(3)针对一些生态系统或整体生态系统生物群的管理,为制定和调整解决方案进行地质论证。

    这种一般性生态-地质课题清单,通过参考早先开列的岩石圈生态功能,还可以更详细地提出来。

    生态地质学的逻辑结构

    根据生态地质学是地质学的一个科学分支,而不是一门独立学科,它的逻辑结构应该包括地质科学逻辑结构中用于解决生态问题的既定要素,以及“它自己的逻辑基础”。两者的同化不是机械式的,要遵循相当明确的关系,即生态学方法途径的逻辑。“它自己的逻辑基础”是一种逻辑支点,也能够在其它科学的理论、思想和定律中使用。

       

      图2 生态地质学逻辑结构的全域示意图

      A-生态地质学逻辑结构的逻辑基础;B-被生态地质学利用的地质学科的逻辑结构(B1-工程地质学;B2-冰川学;B3-水文地质学;B4-地球化学;B5-地球物理学;B6-矿山地质学;B7-新构造学;B8-地震大地构造学;B9-地貌学;B10-地史学与古生物学;B11-火成岩石学与沉积岩石学;B12-矿物学);C-生态地质学逻辑结构全域的轮廓线)

     

    对此问题的处理如图2所示。该图说明了生态地质学逻辑结构的镶嵌特性,就致力于解决生态问题的地质科学,以及这些地质科学对生态地质学逻辑结构的贡献,给出了概念图。不难看出,工程地质学、水文地质学、冰川学、地球化学、地球物理学和矿山地质学提供着主要的信息量,以及可用于生态地质学的大部分研究方法。在我们看来,其它地质学科及其逻辑结构可用的较少。以上结论基于一个事实,有关岩石圈生态功能的知识才是生态地质学的基础。

    基于对岩石圈生态功能的上述认识,可以对生态地质学逻辑结构的最重要要素划分出以下几个方面:(1)原理-岩石圈近地表部的结构、空间关系、属性和生态功能,是其地质特征的历史发展及其与自然环境和人为作用圈相互作用的结果;(2)原理-岩石圈的动力学状况(运动速率和特性)和生态功能的组元与变化,皆归因于它们的自然属性,归因于它们与环境(包括人为的工艺成因环境)相互作用的模式和强度;(3)生物体与环境相互作用的一致性定律;(4)社会发展特征与环境状况间的一致性定律(基本生态定律)。

    正是这些原理和定律形成了生态学的支点,把其它地质学科的基础整合起来,构成了生态地质学自身的那部分逻辑基础。

    生态地质学的科学分支及其在地质理论知识体系中的位置

    在生态地质学的结构中,有几个旨在分析所确定的岩石生态功能的科学分支。它们是资源生态科学、生态地球动力学、生态地球化学和生态地球物理学(图3)。

    资源生态科学是生态地质学的科学分支,涉及与维持生物区存续有关的全部问题,按资源利用的观点,其中首要的是通过提供岩石圈的矿产资源和地质空间资源维持人类社会存续,在科学技术活跃发展的新时代满足人类的需求。研究的焦点不是矿产资源的勘查和储量计算,而是评价其目前消费水平与合理使用的一致性。实质上,岩石圈矿产资源消费的管理问题,应该通过关注高层级生态系统的保护和正常运行来解决。地质空间资源也要用生态学的观点来评价。很明显,一些地质科学的方法,主要是矿山地质学、水文地质学的方法(对矿产资源),工程地质学和冰川学的方法(对地质空间资源),应该适用于这些研究和调查。另外,这些研究应该由社会来定向,就是说应该与社会经济学紧密关联,在实践中,生态地质学家应该与经济学家、社会学家及管理机构和设计院所的代表接触。生态地质学这一分支的主要课题是:考虑目前文明发展需要的矿产资源评价,对矿产资源消费的管理建议进行地质论证。

    生态地球动力学是一个大领域,包括所有涉及自然和人为地质过程对生物区影响的课题,以及评估生物群栖息地可能灾变和舒适度的课题。后一点仅关切人类社会。这些研究一直采用工程地质学、冰川学、水文地质学和构造地质学的方法来执行,与项目规划者和设计者联系。在该分支框架内执行的主要任务有:针对在工艺活动影响下的地球动力学参数变更,开发评价岩石圈近表部稳定性的方法;为保护生物区和人类社会免受影响其生存及舒适度的(天然和人为)不利和灾变地质过程的危害,对相应工程保护项目进行生态地质论证。

    生态地球化学是生态地质学的科学分支,研究天然和人为成因地球化学场对生物区的影响。在生物区内有岩石地球化学、气体地球化学和水地球化学异常。调查课题是:岩石圈的物质(矿物)成分,活动态化合物的迁移问题,元素的非正常浓度及其对生物区的影响性质问题。地球化学、矿物学、岩石学和水文地质学的方法被用来解决这些问题,生物区环境的生物医学评估资料具广泛的适用性。实际上,这类研究意味着生态地质学家要与医学专业人员和卫生服务机构建立密切联系,因为这些异常要用医学-卫生的观点来评价。

    生态地球物理学也是生态地质学的科学分支,研究重力、磁、电磁、热和放射性等天然和人为地球物理场对生物区的影响。这些场与背景值的偏差及其对生物区的影响,要借助地球物理学、大地构造学、地震构造学的方法和生物医学的学科资料来研究。与生态地球化学一样,这些问题的解决必须与医疗-卫生服务机构密切联系。要在该分支框架内完成的总体任务有:天然和人为源地球物理场的分析,研制评价其医学-卫生危险的方法和准则(对生物区的影响强度,评价岩石圈对工艺性污染的稳定性)。

    图3示出了生态地质在理论地质知识中的位置。在地质学的结构中包括前5个科学分支已得到承认,无需再予证明。但是,对于后两个分支,即“关于岩石圈生态功能的科学”和“关于地球的工程地质环境的科学”,其纳入地质学的合理性尚存争辩。主要争辩依据是,在科学技术活跃发展的新时代,对于涉及地球和岩石圈问题,需要强调生态理论研究的作用。目前,人为工艺因素对岩石圈外壳的影响程度,已经提高了生态地质学说在地质学中的地位,已经使这个学说可以划分为地学中的独立科学分支,已经把上面所述的后两个分支提升到了与前5个分支相同的水平。

       

      图3 生态地质学的科学分支及其在地质科学体系中的位置

    生态地质学的实用性分支

    图4说明,可以在生态地质学的构成中列出几个实用性子分支。它们是城市、矿床和复垦影响区的生态地质学,以及线状工程、热电站和核电站等影响带的生态地质学。值得特别强调的是,各类经济活动不仅在项目建设中,而且在其运营和维护时期,都应该提供对岩石圈和生物区生态影响的评估。因此,应调查的面积要比官方土地使用许可的范围更宽更广,只要在其内确定了或造成了工程客体对岩石圈生态属性的影响。

    各种经济活动在对岩石圈影响的强度、深度和性质上是各不相同的。这涉及到岩石圈的矿产资源,地质作用的活跃程度,以及自然和人为成因的地球化学和地球物理致病区的发展。

      

      图4 供人类社会正常发展和运作的生态地质学的实用分支学科

    很明显,大的城市群、采矿工程(矿山、露天矿场等)、集中在数个盆地和油气田带中的油气产业,都会对岩石圈及其生态功能产生重大的影响。对城市群而言,这种影响取决于特定的高密度城市人口;居住区,交通-通讯,大型工业、燃料和能源企业及联合企业的自营交通,均规模巨大;还取决于城市地下的支撑工程。因此,会观测到以下现象:土壤、岩石圈近地表部和水圈被活性有毒化合物强烈污染;由于热、重、电磁和地震声波等地球物理场变化,发育起致病的地球物理异常;车辆废气导致大片土地的高度重金属污染;地下水动力学和水化学机制改变;地下水储量耗竭。矿场附近岩石圈的生态性变化与下述后果关联:矿产资源枯竭,重力场变化,产生异常的地层压力,地下水动力学参数彻底转变,出现密集的人为污染区,地质环境资源减少。对线性工程而言,不利的生态后果与负面的地质作用活跃有关,与线性的人为污染晕和诱发的异常地球物理场有关。

    在不同种类经济活动影响下发生的岩石圈生态环境特性改变的清单还可能扩展,但上述这些已足以支撑得出结论。每种经济活动都与岩石圈生态属性改变的特定复杂性关联,因此要对它们进行分析,就需要运用地质科学的各类理论和方法。城市群影响着岩石圈的所有生态功能,所以要动用地质科学的整套方法,特别要涵盖图2所示的所有学科的方法。对线性建筑而言,要运用的地质科学和方法清单将取决于研究需要,首先是岩石圈地球动力学、地球化学和地球物理学功能的研究。在矿床开采方面,研究重点要集中到岩石圈资源功能的所有方面,地球物理和地球化学异常,以及一组地质作用。 

    生态地质学的任务及其应用

     

     

    杜向民

    杜向民,1957年10月生,黑龙江明水县人,中共党员。教授,硕士生导师。他于1982年1月毕业于长春地质学院,获地质资源勘查工学学士学位;1993年毕业于南开大学经济学院,获经济学硕士学位;1995年7月,任长春地质学院党委副书记;1999年4月,任西安工程学院党委书记、院长;2000年4月,任长安大学党委副书记;2013年9月,任长安大学党委书记。

    杜向民先后承担并完成科技部、教育部等国家级、部省级各类研究课题16项,撰写出版学术专著和教材6部,在各类学术刊物发表文章40余篇,有多篇论文被《新华文摘》、人大复印资料、国际《科学技术会议录索引(ISTP)》全文转载或收录。研究成果获陕西省哲学社会科学优秀成果二等奖2项、陕西省优秀教学成果二等奖1项、陕西省高校哲学社会科学优秀成果一等奖1项,以及第三届全国高校德育创新优秀成果二等奖、第六次全国高校思想政治教育优秀论文著作评选著作类二等奖等奖项。

     

    农商部地质研究所教员与毕业生合影

     

    农商部地质研究所的教室

    从1916年至今,中国的地质调查走过了百年风雨历程,创造了辉煌业绩。在中国地质调查的发端与发展过程之中,地质教育先行一步。如果自1909年京师大学堂设立“地质门”(即地质专业)算起,中国地质教育已有107年的历史了。

    十年树木,百年树人。这其中,地质教育工作起到了甚为重要的铸基作用。一部中国地质教育史,是中国近现代社会发展史的一个侧影。而从中国地质教育所蕴涵的与生俱来的独特气质与铮铮风骨,同样可以触摸到近百年来中华民族在救亡图存、重新崛起过程中所表现出来的不屈不挠、奋发图强的禀性与精神。

    历史是一面镜子,解读或回味,继承或借鉴,对于中国地质教育事业的继续前行与可持续发展无疑具有重要意义。

    长安大学党委书记杜向民教授毕业于长春地质学院,以后一直在地质类院校从事科学社会主义理论、思想政治教育、高等教育管理、行业文化的教学与研究工作,对地质教育有着切身体会与独到见解,也是这方面的权威专家。

    那么,100年来,中国地质教育经历了哪些发展阶段,孕育出怎样的理念与精神?新时期,国家发展与地质工作需要我们提供什么样的地质教育,地质教育工作应该如何传承创新?利用杜向民教授来京参加“2016年地球科学与文化研讨会”之机,中国矿业报记者对他进行了专访。

    记者:有人说,从某种角度看,西方的地质教育好像是以浪漫的“旅行地质学”形式开始的,中国地质教育的发端则显得比较凝重。在您看来,与西方国家相比,我国地质教育的开始有什么不一样的地方?进一步说,中国地质教育有什么特点?

    杜向民:的确不像西方以浪漫的“旅行地质学”形式为肇始,带有纯科学的意味,中国地质教育的理念与精神从一开始就渗透着民族觉醒、独立与解放的强烈意识,带有悲壮的色彩。

    新中国成立以来,中国地质教育理念与精神和民族复兴的梦想融为一体,在一定程度上是社会主义制度、国家发展战略与社会主义意识形态的具体表现。

    中国地质教育理念与精神的演变是中国社会近现代史的一条逻辑线索,每一时期都有不同的时代内涵。但始终不变的,是它所蕴含的民族文化和行业文化,如自强不息、艰苦奋斗、辩证观物等价值理念和致思方法,特别是由此而沉淀生成的“三光荣”精神,已经成为地质行业的宝贵精神财富。

    记者:您刚才提到,我国地质教育发展始终与国家命脉紧密相连,能不能请您介绍一下我国地质教育发轫的原因或背景?

    杜向民:鸦片战争后,我国门户洞开,腐败昏聩的清王朝在西方列强的坚船利炮面前接连溃败,日益深重的民族危机使国人警醒、反思。在国门失陷、一落千丈的民族危亡之机,觉醒了的知识分子们自然把目光聚焦于西方的工具理性——科学。当时,中国地质奠基者之一的章鸿钊先生大声疾呼:“予尔时第知外人之调查中国地质者大有人在,顾未闻国人有注意及此者。夫以国人之众,竟无一人,焉得详神州一块土之地质,一任外人之深入吾腹地而不之知也,已可耻矣!且以我国幅员之大,凡矿也、工也、农也、地文地理也,无一不与地质相需。地质不明,则弃利于地亦必多,农不知土壤所宜,工不知材料所出,商亦不知货其所有、易其所无,如是而欲国之不贫且弱也,其可得乎。”

    地质矿产对国家民族的重要性,也引起了当时政界的高度重视。革命先行者孙中山先生在《建国方略》中就明确提出:矿业者为物质文明与经济进步之极大主因也。正是由于中国地质事业的奠基者,老一辈地质学家坚定地选择了走实业救国、科学救国的道路,地质学的兴起为辛亥革命的爆发提供了物质基础,推动了中国社会制度的变革。

    努力向学、蔚为国用。老一辈地质学家多是怀着科学救国和找矿富国的理想,献身于祖国地质事业。章鸿钊、丁文江、翁文灏、李四光等一批抱有“矿业兴国”、“兴学图强”忧患意识的学者从国外学成归来,拉开了中国地质教育的序幕。20世纪20年代,在美国威斯康星大学学习化学的张伯声先生,幸遇长他11岁的谭锡畴先生,请教“哪种学问可以救国”?谭锡畴先生告诉他:地质学。在谭先生的启发下,张伯声改学地质学,并辗转芝加哥大学、斯坦福大学潜心深造,最终饱学而归,为祖国地质事业做出了卓越的贡献。

    抗日战争爆发后,饱受战争洗礼的近代中国知识分子以强烈的爱国精神,艰难维系着中国近代教育事业的前行步伐,创造了以“国立西南联合大学”为代表的一批高等学校绝处逢生的教育史奇迹,使得我国的地质教育跨越生死存亡,得以延续和发展。

    记者:这个时期外敌入侵,时局动荡,可能用“放不下一张课桌”来形容一点也不夸张。那么,地质教育的先辈们采取了什么样的教学方式?在基础地质调查方面取得了什么样的成果?

    杜向民:地质学是一门复杂的科学,知识体系庞杂,外向关联度极高,实践依赖性强,且与人类经济社会环境联系密切。由于中国的特殊国情,加上地质学本身的特点,使得中国地质教育从一开始就有兼容并蓄、崇实致用的理念自觉。具体来说,即:重视基础(专业基础、数理化及外语)、兼容并蓄(开设多门地理学、气象学、气候学等课程)、理论联系实际(开设经济地理学等课程)、重视实践教学。

    虽然在战争年代,时局动荡,地质工作的条件十分恶劣,但老一辈地质学家仍然开创性地进行了地层、古生物、构造地质等基础地质工作,获得了一系列重大科学发现,创新了地质学理论,在某些重要领域达到了当时的国际水平。例如翁文灏关于甘肃大地震的地质调查,开创了用构造活动性研究地震的先河;孙云铸关于中国寒武纪三叶虫的研究,奠定了中国寒武纪下、中、上三分的化石依据;裴文中周口店猿人的研究结果,奠定了“北京猿人”的国际地位;李四光创立了地质力学理论、中国第四纪冰川学说、蜓科鉴定新理论……这些成果为新中国成立后大规模开展地质矿产调查、开发与科学研究奠定了基础,为新中国地矿事业的发展奠定了基础。

    记者:新中国成立以来到改革开放前,我国的地质教育事业取得了哪些进展?

    杜向民:新中国成立初期,我国教育取得了长足的发展。1949年召开的第一次全国教育工作会议,明确提出“教育为国家经济建设服务”的总方针。“地质部是地下情况的侦查部,地质工作搞不好,一马挡路,万马不能前行。”时任国家主席毛泽东这句形象的比喻,正是地质工作在当时国民经济建设中重要程度的真实写照。

    如火如荼的社会主义建设,焕发了中国地质教育前所未有的勃勃生机。短短17年,我国就建成了初具规模的地质教育体系,在师资培养、基础建设、实验室建设及教育体制改革等方面都取得了显著的成就。截至1966年,除地质部三所地质学院外,全国30多所院校都设有地质系或地质专业,另有37所地质类中等专业学校,共为国家培养研究生、本科生、专科生、中专生累计11万人。

    从1952年起,我国参照苏联模式,对大学的类型、学科、布局进行了大规模调整,翻译苏联教育的理论著作和教材,邀请苏联专家担任教育部顾问、学校顾问和教师,派遣留学生到苏联学习等。在此之前,我国高等学校只设系(科),未分专业,苏联高等学校则是按专业培养人才。这次调整之后,我国基本上采用了苏联高等学校的专业目录,开始依据专业设置来进行人才培养。例如,北京地质学院从教学计划、课程设置和教材等,都仿照莫斯科勘探地质学院。北京大学地质学专业在1955年恢复招生时,其教学计划是参照1949年莫斯科大学和列宁格勒大学地质学系的教学计划,结合我国综合大学地质学系的实际情况和国家需要而拟定的。

    同时,中国地质教育逐步从新中国成立前的“地质旅行”方式,转为一切教学活动为经济建设服务,开创了中国地质教育的新模式,确立了教育与生产劳动相结合的实践理念。为了培养“又红又专”的地质人才,各高校和中等专业学校一方面大力建设有特色的野外实习基地;另一方面组织在校学生赴专业地质队进行生产实习,毕业论文和毕业设计都是经过“真刀真枪”的实践,结合生产实习内容进行选题和研究的。

    可以说,这一时期是包含地质教育在内的中国地质事业发展的关键时期,地质教育伴随着新中国教育发展的大潮迎来了春天,高等地质教育学科体系基本形成,为新中国的建设发展输送了大批人才。

    记者:改革开放以来,我国致力于建立与完善社会主义市场经济,在地质教育教学理念与精神上出现了哪些新变化?

    杜向民:上世纪80年代以后,我国开始实施计划经济体制向市场经济体制的转轨,教育的功能定位也发生了相应变化。邓小平同志提出:教育要面向现代化、面向世界、面向未来。即面向中国社会现代化建设与改革的实际需要,面向科学技术发展的现代化潮流。

    在中共中央1985年颁布《关于教育体制改革的决定》以后,地质教育全面推进体制改革,并逐步向更深层次展开。具体来说:适应市场经济体制发展要求,逐步转变为不同政府部门对地质教育的分割管理,政府从高度集权的统一管理逐步转为以指导、协调服务为主的宏观管理;扩大学校自主权,面向社会依法自主办学,并逐步建立自主发展和自我约束的发展运行机制;推进学校内部管理体制改革转变运行机制,试行岗位聘任制、绩效考核制等,提高办学效益;探索招生和毕业生分配制度的改革。

    随着中国现代化战略的快速推进和科学技术的迅猛发展,传统地质学已突破原来单一的“矿产资源”和“服务于工业”的内涵,地球科学的问题域向经济、社会、环境等方面全方位拓展。地矿部党组于1993年明确提出了“四个转变”的地质教育发展思路,我国地质教育在教育体制改革、学科建设、专业设置、课程设置、科学研究、社会服务、文化传承等诸方面发生了由“服务经济建设”向“全面服务经济社会”的理念变革。

    同时,树立了依法办学的教育发展理念。改革开放以来,国家相继颁布了《义务教育法》、《教育法》、《教师法》、《高等教育法》等法律,并颁布了《中国教育改革发展纲要》、《中国教育振兴行动计划》等纲领性文件,为我国地质教育的发展提供了充分的法律依据和战略指导思想。

    记者:从1999年开始,我国高等地质教育办学规模大幅攀升。同时,全球化进程加深,中国经济社会转型,对地质工作提出了新的更高的要求。在这样的形势下,学校在学科设置、专业设置、课程设置、教学内容、教学方法等方面做了哪些改革?地学教育在理念上做出了哪些调整或创新?

    杜向民:随着我国进入大众化高等教育阶段,人才培养规格由原来的学术型变为“学术+应用+社会服务型”。这要求地质教育既要建设一支具有高水平理论研究和教学能力的师资队伍,又要关注大众化教育背景下学生的素质提高、知识汲取、技能获得、广泛的社会适应性等多样化诉求。因此,我们提出了“树立面向21世纪的中国地质教育”的理念与精神。

    首先是树立可持续发展的地学教育界理念。在教育内涵上,由传统地质学拓展到地球系统科学;教育目的升华到“人本关怀”、“永续发展”的高度;功能定位由狭隘的专业知识教育拓展到素质培养与创新能力提高的功能域;逐步突破单一的学校模式,衍生出远程教育、网络学习、终生学习等教育形式。

    其次要树立地球系统科学理念。21世纪,传统地质学的概念逐步被地球系统科学概念所取代,地球系统科学要求对地球物质客体各要素、各层次作整体观照。地球科学的知识体系变得空前繁复,衍生出大量的交叉学科和综合性学科。人类对地球系统的认知层次不断深入,要素与关系、功能与结构分析不断精细,过程预见日益准确,整体观照日益全面。因此,我们要高视点、大视野地审视地学对象与问题,多角度多知识域审视地学对象与问题,多层次审视地学对象与问题,注意地球物质客体要素的多元多样性、结构的多层多重性、要素与层次间的互动互馈性,注意在过程中由迭代所引起的非线性关系,用最佳手段获取科学事实,用现代数理方法及高性能计算机整理、分析科学事实,用前沿理论解释科学事实。

    记者:老一辈地质工作者的奋斗历程无疑令人敬佩,也是一笔宝贵的精神财富。但与过去相比,现在形势与条件毕竟不同了。我们该怎样教育年轻的地质工作者?

    杜向民:地质工作的性质决定了地质工作者常年跋山涉水、风餐露宿,在人迹罕至的地方艰苦奋斗,甚至牺牲生命,这就需要一种“到艰苦地方去”的献身精神。读过《温家宝地质笔记》的人应该对这句话印象深刻:“我在毕业的时候曾写过两份血书,要求自愿到西藏去,青年人只要坚持自己的理想和信念,就一定能取得成功。”解放初期,中国地质人正是凭借着这种“哪里需要哪安家”的献身精神,才有了一个个矿藏、油田的发现,才有了一份份基础地质研究报告的完成,才有了新中国建设事业的迅速发展。

    要坚持社会主义办学方向、立德树人的发展理念。党的十八大明确提出“把‘立德树人’作为教育的根本任务”。十八大以来,习近平总书记高度重视培养什么人、怎样培养人这一根本问题,反复强调落实“立德树人”、培养中国特色社会主义事业的合格建设者和可靠接班人。社会主义核心价值观占据着真理与道义的高地,最能给青年学生以正确的人生引导和智慧启迪。尤其是在市场经济社会背景下,地学类专业因其职业去向的野外性、流动性和艰苦性,对学生进行理想信念教育和艰苦奋斗精神教育就显得尤为重要。

    此外,强化实践教学,对于培养学生野外工作能力和吃苦耐劳品格具有重要的意义。中国地质奠基者之一的翁文灏先生曾言:“科学之为物,阙道惟二:一曰观察事实,二曰推原始终。地质学,科学中之后起者也;吾国地质尤世界言地质者之新进也。欲图斯学之进步,亦惟有担斧入山,披荆棘斩榛莽,以求益吾事实上之知识而已。”中国早期地质教育十分重视实践教学,以地质研究所为例,学生在校3年,共安排11次野外实习,累计天数达106天。

    记者:习近平总书记在全国科技创新大会上提出了我国科技事业发展的目标:到2020年时,使我国进入创新型国家行列;到2030年时,使我国进入创新型国家前列;到新中国成立100年时,使我国成为世界科技强国。地质教育要肩负起这样的重任,需要树立怎样的大局观?

    杜向民:我们要牢固树立建设世界一流地学教育的发展理念。地学教育要创建世界一流大学和一流学科,一是要确立一流的地学教育观,引领行业和社会的发展;二是要建设一流的师资队伍,特别是一流的学术领军人才队伍;三是要建设一流的大学发展环境,特别是制度环境;四是要具有一流的教育培养能力和水平;五是要具有一流的科学研究能力和水平。

     

    地球科学与文化研讨会现场

    同时,在地学教育推进一流大学和一流学科建设中,要继续传承和弘扬“三光荣”精神,以自强不息、艰苦奋斗为底蕴的“三光荣”精神,将会日久弥新,成为不可或缺的精神动力。地学教育、地学人才的培养能不能过得硬,除了知识和物质技术要素之外,这是不能缺少的精神之“钙”。

     

    中国地质教育理念与精神的百年嬗变

    地质调查项目分散流动的特征成为党建工作的重点和难点,为保证党内生活的连续性,在党员集体外出工作期间,中国地质调查局西安地质调查中心专门成立了二级项目临时党小组,把党旗插在了‘前沿阵地’上。” 真正做到了“业务工作部署到哪里,党建工作就服务延伸到哪里”。党小组自成立以来,积极发挥作用,通过形式多样的学习讨论,深入开展“两学一做”学习教育。

    一、组织学习《温家宝地质笔记》,寻找老一辈地质专家的思想历程

    西安地调中心宁夏沿黄经济区综合地质调查项目党小组在2016年年初就制定了“两学一做”的学习计划,其中一项重要的内容就是,组织学习《温家宝地质笔记》,党小组成员清晰地感受到一个地质工作者纯真炽烈的报国情怀、求真务实的科学态度以及不畏艰辛的拼搏精神。解放前,我国地质队伍非常薄弱,温家宝总理在国家急需的情况下,毅然选择了这样的职业,并且立志“一生将以高山为伴,不断探索和追求,努力攀登科学高峰,做个有益于人民的人”。巍巍祁连,横贯千里,在祁连山区从事地质勘探,条件异常艰苦,他坚守“初心”,从来都没想过退却。温总理说过,“地质学不是一门简单的科学,是一门深奥博大的科学,需要有志青年为它献身,需要有志青年利用地质学造福祖国,造福人民。只要有人类存在,只要有地球存在,只要人类发展,只要地球变化,地质学就不会枯竭!”,这句话道出了我们每一个地质工作者对祖国的责任,也指引着新一代的地质人投身于热爱的地质事业。作为基层地质工作者,又作为共产党的一份子,努力提高自身业务能力,始终保持思想上、行动上的先进性,踏实肯干,为实现二级项目绩效、创新做出自己的贡献,就是新时期地质工作者核心价值观的体现。

    二、大道至简,老党员如何践行和理解合格党员

    5月15日,在宁夏沿黄经济区综合地质调查二级项目中期质量检查工作之后,围绕“一线基层地质工作者如何做合格党员?”为题,开展了一次有意义的组织生活,让党建工作看得见,摸得着。党小组组织生活由西安地调中心水环处党支部书记朱桦主持。

    作为一名有20多年党龄的老党员,西安地调中心副总工程师侯光才以讲故事的方式,通过自己的亲身经历,朴实的诠释了什么是合格党员,“合格党员就是在祖国、单位最需要你的关键时刻,能够冲在一线,带领和感召别人,去解决困难。”大道至简,这就是一个老党员对合格党员朴素的理解。侯光才总工还强调,作为一线地质工作者要有血性,力所能及的为单位,为二级项目做点实事,做出贡献。

    朱桦书记强调,在“三光荣”政策的鞭策下,老一辈地质工作者中的党员同志出色地完成了一系列的地质调查任务,西安地调中心水工环地质工作者从鄂尔多斯地下水勘查到柴达木地下水勘查;从抗旱找水打井、启动地质灾害应急响应和迅速抢险救灾到新时期城市群综合地质调查,无不从五问要求来进行监督部署完成地质调查工作。在新常态下践行地质工作者核心价值观的党员同志,尽职尽责完全本职工作,协助项目负责保证二级项目顺利实施,关心并帮助非党员同志,就是合格党员。

    会上,全体党员还结合自身的工作纷纷发言,在讨论中相互启发、共同提高,一致表示要争做学习先锋、做合格党员。

    三、与子项目承担单位联合探讨地质调查与党建工作深度融合

    为了顺利推进二级项目实施进度,保证地质调查与党建工作两不误,二级项目负责马洪云博士带队,与子项目承担单位宁夏回族自治区地质调查院、宁夏回族自治区水文环境地质勘察院等在银川就联合探讨地质调查与党建工作深度融合进行了充分交流。

    在二级项目的有力指导下,承担单位均按照中国地质调查局、西安地调中心以及宁夏回族自治区党委的总体要求,并结合子项目实际情况,以党小组组织和党员自学的方式,积极开展“两学一做”教育活动,并将“两学一做”贯穿到地质调查工作。一是全力做好宁夏沿黄经济区综合地质调查项目工作,确保 “重中之重”任务圆满完成;二是以“两学一做”学习教育为契机,做好基层党组织建设工作;三是做好党风廉政风险点防控工作,重点加强项目管理、经费管理和违反八项规定精神有关问题的防控,党支部纪检委员要认真履行职责;四是从思想状态、工作状态、身心状态和生活状态关心好职工,做好野外基地的后勤保障,帮助解决野外职工的后顾之忧。

    夏天的宁夏是炎热的,项目部的野外地质工作更是热火朝天,党小组每个党员都在用朴素的行动表达着对地质调查项目的热爱,党员的行动就如同一面无声的党旗高高飘扬。

    宁夏沿黄经济区综合地质调查项目党小组组织学习《温家宝地质笔记》
     
     
    西安地质调查中心水环处党支部书记朱桦组织开展野外组织生活
     
     
    与子项目承担单位联合探讨地质调查与党建工作深度融合
    党旗飘扬在地质调查的前沿阵地

    鞠星同志于就职于地调局航遥中心安全生产管理处,从事安全生产工作将近4年。在工作中责任心强、严谨求实、兢兢业业,在单位领导和同事的帮助和支持下,获得中国地调局2014年度及2015年度安全生产先进工作者称号。

    一、创新安全生产文化宣传

    安装在洗手间的安全生产宣传框是鞠星在航遥中心的一张安全生产工作名片,安全生产宣传框从2014年2月试安装到今天,这种“角落传媒”已经陪伴航遥中心的每个人度过了三个年头,这是鞠星进入航遥中心工作后对创新中心安全文化宣传体系做出的第一份贡献。这三年,每一个安全生产宣传框都会由其自己设计、印制、安装。在管理心理学中,对于安全管理而言,大家最需要和最容易接受信息和提示的方式和方法是他们想获取的方式和方法,这种方法所应用的法则便是钻石法则。正是基于这些,鞠星在工作中更加注重对于安全生产工作传输的方式和方法,通过广泛的采集各个部门安全员的意见和建议,制作每一期安全生产宣传框,以让安全生产宣传框能够更好的辅助于各个部门安全员的工作。与此同时,他还积极与野外工作组的同事们互动,通过安全检查体会他们的心声,通过观察大家的工作习惯和特点,制作相关的视图,以求大家能够在看到安全生产宣传框时感受到是“自己人”印制的,从而更容易去接受。

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    安置在洗手间的安全生产宣传框

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    安全生产月主题宣传海报

    二、构建宣传信息化平台

    在钻石法则的指引下,航遥中心安全生产管理处目前已形成了以安全生产宣传框为纽带的安全文化宣传体系,2016年3月更是与中国职业健康协会地勘安全分会共同开始制作《地质安全》微信公众号。这一公众号可以通过微信向大家宣传地质安全知识,更好的适应大家接受安全宣传的方式。鞠星同志作为这一微信公众号的主编,结合单位实际,对单位所需要的安全生产管理知识结合实际进行编辑,并最终以微信链接的形式推送给大家,收到了良好的效果。从目前大家的接受习惯来看,这样的方式和方法更为符合钻石法则。

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    《地质安全》微信公众号

    三、严格管理安全工作细节

    在安全生产管理工作中,需要面对大量繁琐的工作。这其中包括野外工作组人员高原体检、飞行体检是否能够准时进行;野外外聘人员保险是否能准时续保;野外工作组出队前培训是否签到备案;收队后租车合同是否能够准时备案……这些都是鞠星同志在安全生产管理工作中所要面临的细节工作,而这些工作也恰恰是安全生产管理工作的基础工作。面对这些工作时,鞠星同志都能够严格管理,确保日复一日单位安全生产能够做到严谨、高效。也正是凭借着这些细节的规范化管理,单位的安全生产管理工作才能全面的实现规范化。

    四、形成安全管理服务理念

    安全生产是一门管理科学,而如何更好的提升管理效果,做到让管理规定落到实处,让安全规范深入人心?在工作中,鞠星同志采用的是始终以服务大家的理念去开展安全生产管理工作。在中心安全生产管理文件备案工作、地调局地质安全生产管理平台填报工作当中都涉及到各种各样的填报和备案工作,面对这些工作时,鞠星同志能够耐心的对纸质备案材料操作步骤进行讲解;对于大家在系统中填写错误的内容及时发现,进行更正;北斗设备出现问题时,及时联系厂商尽快解决问题。这种管理服务理念的形成,使得越来越多的人意识到安全生产档案规范备案的重要性,懂得并掌握规范使用地调局安全生产管理保障平台科学合理的使用方式,单位的安全生产管理信息化水平不断得到提高。

     

    安全生产工作个人先进事迹材料——航遥中心 鞠星

    上个世纪接近尾声的时刻,我国地球化学领域开启了一项声势浩大的全国土地质量地球化学调查。这也是跨越两个世纪实施的一项基础国情调查计划。

     

    按照规划,这项调查要在1999年~2015年期间,利用中央和地方财政资金近20亿元,以统一的技术标准和技术方法,系统查明我国土地质量的地球化学状况,对我国土地质量状况作出判断。

     

    单看成杭新的成长履历,他似乎不太可能与这次大调查有任何关系。

     

    成杭新,我国著名应用地球化学家谢学锦院士的学生,江苏启东人,博士、二级研究员。他于1983年获长春地质学院找矿地球化学专业学士学位,1994年获原地质矿产部地球物理地球化学勘查研究所应用地球化学硕士学位,2002年获吉林大学地球探测与信息技术专业博士学位,2007年北京大学应用化学方向博士后出站。

     

    事实上,在全国土地质量地球化学调查提出之初,在土地质量的地球化学状况为何物还鲜为人知的时候,成杭新就凭借超级敏感的判断,迅速将研究方向转向土地质量地球化学调查这一全新的领域。

     

    在全面参与这项调查计划的策划和顶层设计工作过程中,成杭新作为“土地地球化学调查工程”的首席专家,组织协调全国77家单位10万多人次,持续15年埋头苦干,主持完成土地质量调查总面积196万平方千米,首次系统查明我国土地的地球化学状况,为国家土地资源管理和土壤污染防治提供了重要的国情数据。

     

    悠悠土地情

     

    耕地质量事关国家粮食安全,一般的科研论文难以判断我国耕地地球化学的状况。

     

    有了第一手调查数据,成杭新在系统总结15年来全国土地质量地球化学调查成果的基础上,组织编写了《中国耕地地球化学调查报告(2015)》。

     

    在2015年全国土地日(6月25日)当天,中国地质调查局发布了《中国耕地地球化学调查报告(2015)》,这也是我国首次发布此类报告。其中,所涉及的地球化学调查工作是迄今为止我国系统组织完成分析元素最多、调查精度最高、执行标准最严的一次专业调查工作,获得的大量国情数据翔实系统,不仅为国家《土壤污染防治法》起草、《重金属污染综合防治“十二五”规划》实施、《全国土壤污染状况公报》编制和《农用地土壤环境质量标准》等标准体系建设提供了基础数据,而且在支撑国土资源部土地质量管理工作中发挥了重要作用。

     

    《中国耕地地球化学调查报告(2015)》对我国耕地污染问题进行了数据公开和原因分析。调查结果显示,无污染耕地12.72亿亩,占调查耕地总面积的91.8%;重金属中-重度污染或超标的点位比例占2.5%,覆盖面积3488万亩,轻微-轻度污染或超标的点位比例占5.7%,覆盖面积7899万亩。地质背景值高、成土过程次生富集和人类活动是造成耕地污染或超标的主要原因。此外,报告还指出了局部地区土壤有机质下降、北方土壤碱化趋势与南方土壤酸化趋势同时出现等实际问题。

     

    报告所形成的无污染耕地判断在土地利用规划编修、永久基本农田划定、后备耕地资源验收、土地整治规划、耕地质量等级监测评价等土地资源管理中得到广泛应用。浙江、山东、上海、天津、江苏、广西、福建、安徽等省(区、市)加强土地地球化学调查,在服务永久基本农田划定、高标准基本农田选区与建设、土地利用规划调整完善、耕地质量等级评定与监测和特色优质耕地开发等方面取得了良好效果。

     

    报告中提到的所发现的富硒耕地资源成为地方政府实施精准扶贫、帮助贫困地区农民脱贫的重要抓手。报告显示,截至2014年底,调查新发现5244万亩富硒优质耕地,主要分布在闽粤琼区、西南区、湘鄂皖赣区、苏浙沪区、晋豫区及西北区;此外,山西、辽宁、福建、天津、青海等地还发现了一批富硼、钼、锌等有益微量元素的特色耕地资源。目前,一批富含微量元素的优质耕地已经成为全国各地发展特色农业和生态农业新的增长点。在湖北、广西、青海、浙江、福建、四川、江西、海南、湖南等省(区),政府将开发富硒耕地作为实施农业强省战略的一项重要工作,通过大力开发富硒、锌等特色优质耕地,形成特色农产品产业链,取得了显著的经济效益和社会效益。例如,湖南省新田县充分利用富硒耕地,发展富硒农产品种植示范基地面积达27万亩。2014年,该县富硒产业生产总值达20多亿元,比上年增长40%,实现利润超过10亿元,比上年增长35%,从事富硒产业的人员突破10万人。

     

    针对我国耕地特点和复杂成因,报告建议,应利用全国耕地地球化学调查获得的成果信息,加大成果转化利用,充分发挥地质调查成果在土地资源管理、现代农业发展和生态环境改善中的基础作用。对目前无污染耕地要实施严格保护政策,积极预防和控制工农业生产活动对耕地可能造成的污染影响;对富硒耕地要严格保护、科学利用,强化数量和质量动态监控管理;对重金属中-重度污染或超标耕地,建议区别情况进行修复治理,调整种植结构或土地用途,开展成因分析和生态风险评估,实行分区、分类、分级管理;对土地有机质及酸碱度变化问题,应采取积极措施减少北方耕地地下水开采利用,加大水土流失调查与整治力度,管控有可能形成污染源的工农业生产活动并降低人类活动影响。遏制耕地质量下降趋势,促使区域耕地现状显著好转具有重要指导意义。

     

    成杭新组织全国同行持续15年开展土地质量地球化学调查工作,在大地上留下了一长串坚实的脚印,对我国耕地地球化学状况提出了重大判断,有力促进了我国勘查地球化学的原始创新,显著提升了勘查地球化学解决国家重大问题的能力,实现了勘查地球化学服务领域的全面转型。

     

    然而,土地质量地球化学调查开展之初却是困难重重。当时,土地质量地球化学调查与评价是一项全新的地质调查工作,没有技术,没有规范,没有方向,一切都要从零开始。

     

    成杭新与全国专家学者一起集成创新土地质量地球化学调查、评价,监测、预警等方法技术,并形成系列技术规范,全面支撑了全国土地质量地球化学调查评价方法技术的统一和工作的有序推进。他与中国地质大学(北京)教授杨忠芳等人共同构建了土地质量地球化学评价的框架、思路和方法,突破了土地质量评价的传统指标体系,为全面判断土地质量现状提供了方法学。

     

    漫漫生态路

     

    生态地球化学是一门新兴的边缘学科,是用地球化学的原理和方法研究地球化学元素在生态系统各生态因子中及其之间的分布、分配、迁移、转化规律及生态效应。它着重在全球、区域和局部尺度上进行生态地球化学研究,探索地球化学问题中主要元素的成因来源、迁移转化、生态效应、变化趋势全过程。其调查方法是多目标区域地球化学填图,研究对象是地球系统或生态系统中的地球化学问题,理论基础是元素地球化学循环原理,技术路线是以土壤圈为中心评价地球系统,应用领域是土地利用规划及农业、环境等。

     

    这一学科的开创,源于成杭新与中国地调局教授级高级工程师奚小环、杨忠芳等共同开展的不同介质间元素迁移循环的基础研究。这项研究形成了以生态系统为研究单元、以物质在生态系统各环境要素中的循环和生态系统间的迁移为主线、以化学元素和有害物质对生物体的影响为中心的生态地球化学研究领域,突破了传统勘查地球化学的研究思路,实现了元素循环迁移的理论创新,开创并推动了生态地球化学学科的建立和快速发展。

     

    也正是借助全国土地质量地球化学调查,成杭新被业界称为我国土地质量地球化学调查事业、生态地球化学的创始人之一。

     

    他先后主持国家“973计划”课题、国家自然科学基金、国家土壤专项、国土资源部重大基础研究项目、国土资源行业基金科研专项、中国地质调查局国土资源大调查项目等40余个项目,入选中国地质调查局首批杰出地质人才,荣获国土资源部科技进步一等奖、二等奖,中国地质调查成果奖二等奖等奖项。此外,他还作为特邀主编,组织出版了在国际取得巨大反响的《勘查中国:环境与资源》专刊;领导和组织出版了各省多目标地球化学系列图集近20册。

     

    拳拳师者心

     

    在取得多项杰出成果的同时,他建立了一支勇于探索创新的地球化学调查研究团队,共联合培养勘查地球化学博士、硕士13人,开展土地质量地球化学调查培训10余次,培训学员200余人,为全国土地质量地球化学调查的顺利开展奠定了良好的人才基础,有力支撑了全国区域化探和土地质量地球化学调查工作的实施。同时,以团队为基础组建的中国地质调查局土地质量地球化学调查评价研究中心、中国地质科学院/中国地质调查局地球表层碳-汞地球化学循环重点实验室,已成为我国土地质量地球化学调查评价的基础理论与方法技术研究中心、成果技术集散中心和交流合作研究中心。

     

    一言以蔽之,成杭新引领了勘查地球化学学科的发展方向,为繁荣我国勘查地球化学的原始创新、实现勘查地球化学传统研究领域的全面转型做出了重要贡献。

     

    尽管头顶闪烁如此耀眼的光环,成杭新却始终不忘初心。他说:“我更愿意站在实实在在的地面上,静下心来,在平淡中坚守‘勘查中国’,努力更有效地解决公众、社会关切的土地质量问题。”

     

    成杭新(右三)到湖南省新田县调研富硒土地资源支撑精准扶贫效果和模式

    把研究深深嵌入大地

    人们知道地球的自转周期并非标准的24小时整,而是每天都有着微弱的变化。更为奇妙的是,处于地球最中心的固态内核,有着和外部圈层不一样的自转周期,也就是地球内核的差速旋转现象。地球中心的地核的主要成分是铁合金,分为液态的外核和固态的内核两个主要圈层。外核的对流是地球磁场的来源,其施加在内核上的电磁力矩驱动了内核的差速旋转。同时在万有引力的作用下,固态且不均一的内核和地幔之间也有重力耦合效应,这将影响内核差速旋转的状态。然而无论是通过地球动力学的模拟还是地震学的观测,地球内核差速旋转的速度和模式的确定,都极具挑战性。这一问题的解决将对地球深部的动力学过程和地核地幔的耦合机制提供全新的约束,有助于我们理解地球深部圈层的运行机制。该研究成为深地科学的重点探索任务。

    北京大学地球与空间科学学院宋晓东教授和特聘副研究员杨翼博士最新的研究结果揭示了地球内核近七十年来的差速旋转模式的变化。该研究利用在同一震源重复发生的天然地震追踪地球内核的旋转模式。重复地震的地震波在同一个台站接收到的记录通常具有相同的波形,然而当地震波采样到地球内核时,却会显示出不一样的波形和到时(例如图1),这是由于内核的旋转导致其内部的不均匀结构发生了横向移动,两次地震记录有着空间中的同样路径却采样到了不同的内核结构。通过分析长期的波形的变化模式,就可以推断出内核旋转的模式。令人惊讶的是,近十余年来,这种地震信号的时变现象在全球的地震波路径上统一消失了。经过更精确的分析得出了地球内核的差速旋转在2009年就接近停止并开始缓慢地反向。类似的反向旋转现象在上世纪70年代初期也有出现,意味着内核的旋转很可能存在周期为六七十年左右的震荡模式。

    同时,在地磁场强度和地球日长(自转周期)变化的信号中,甚至在全球平均海平面和气温变化当中,也存在着同样的六七十年周期的信号,并且它们在相位上也存在着一定的对应关系。地磁场的变化意味着外核流体运动模式的变化,日长的变化代表着地幔和地壳旋转的角速度变化,而全球海平面和气温变化源自地表(和大气圈)的变化。由此可见地球的内核、外核、地幔和地表之间,由于电磁和重力等耦合效应,形成了一个周期为六七十年、从内核到浅表的耦合共振系统,这对于揭示地球作为一个系统的运行机制有重要意义(图2)。

    该成果于2023年1月23日正式发表在《自然.地球科学》(Nature Geoscience)上,研究论文题为“Multidecadal variation of the Earth’s inner-core rotation”,同刊发表的研究简文题为“Rotation of the Earth's inner core changes over decades and has come to near-halt”。杨翼博士为两篇文章的第一作者,宋晓东是北大讲席教授为两篇文章的通讯作者。

    该研究是中国地质科学院和北京大学地空学院共建的“自然资源部深地科学与探测技术实验室”(SinoProbe Laboratory)的成果,受到科技部“地球系统与全球变化”重点专项、自然科学基金地震联合基金和青年基金、以及博士后面上基金的资助。

    “自然资源部深地科学与探测技术实验室”于2021年2月经自然资源部批复并正式挂牌,依托中国地质科学院建实。主要目标是联合我国有关部门研究力量,组织实施国家深地领域研究任务,推进国际合作,打造国家级深地领域研究平台。实验室聚焦深部结构探测、深部物质探测、深部资源探测和深部过程等前沿,搭建深地科学数据、探测技术与装备和实验测试支持等平台。实验室面向国际开放与合作,向全球招聘科学家,与国际组织和机构、大学合作研究。前期深部探测实验专项(SinoProbe-1,2008-2014)已奠定了扎实的基础,储备了技术装备和人才队伍,在国际上产生良好的反响。

    北京大学地球与空间科学学院设有5个本科生专业(地质、地球化学、固体地球物理学、空间科学与技术、地理信息系统)。地球科学与空间科学既是一门基础科学,又是一门在现代国防和国民经济建设中有着广泛应用的科学。北大地质学及地球物理学均为我国同类专业中历史最悠久的学科,地空学院是我国地球科学科研和人才培养的重要基地,承担着为国家现代化建设输送高级专门人才的重任,对我国现代科学发展和国民经济建设发挥了重要作用。

     

     

    图1. 重复地震的内核信号随时间变化示例图。在1998年到2004年间,地震波的波形存在明显的变化,而在2009到2017年间,并未观测到波形的变化。不经过内核的波形一直保持不变(图b中的BC震相)。

     

    图2. 从地表到内核的耦合共振系统示意图。其中包括内核(差速旋转)、外核(磁场变化)、地幔地壳(日长变化)、地表和大气(全球平均海平面和气温变化)等多个圈层(和对应的地球物理观测)。

    链接:

    研究论文: Yang, Y. and X.D. Song, Multidecadal variation of the Earth’s inner core rotation, Nature Geosci, Jan. 24, 2023. https://www.nature.com/articles/s41561-022-01112-z 

    研究简文:Yang, Y. and X.D. Song, Rotation of the Earth's inner core changes over decades and has come to near-halt, Nature Geosci, Jan 24, 2023. https://www.nature.com/articles/s41561-022-01113-y

    深地科学新进展——我国学者宋晓东、杨翼发现地球内...

    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%。

     

    技术创新,找矿突破的坚实支撑