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    引言 

    习近平总书记在2016年全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会明确指出“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”。李克强总理最近多次批示“推动开展地球深部探测研究”,“可以列为重大专项”,“两个方面,一是地下资源能源问题,二是城市地下基础情况问题。”《“十三五”国家科技创新规划》对地球深部(深地)探测研究也有明确的表述。这表明党和国家对地球深部探测研究高度重视,并指明了方向。

    2012年10月~2014年3月,在科技部原部长徐冠华和科技部基础司的倡导和支持下,以“地球深部过程与成矿作用”为主题的调查研究开始进行。这项研究耗时一年半,参与人员达150余人,含院士8人、教授和研究员30人。为保证调研工作的顺利开展,成立了专家组,组长为莫宣学院士,副组长为马福臣研究员、赵振华研究员,成员包括李曙光院士、金振民院士、张国伟院士、朱日祥院士、华仁民教授、邓晋福教授。秘书为朱弟成、杨立强、王银宏教授。研究完成并提交了《地球深部过程与成矿作用》战略调研总报告及5份分报告(造山带、克拉通、花岗岩省、地幔柱、实验)。在此基础上,于2014年3月召开了以“地球深部过程与成矿作用”为主题的483次香山会议,由孙鸿烈院士、翟裕生院士、滕吉文院士、莫宣学院士、马福臣研究员担任执行主席,来自各方面的40多位专家参加了会议。会后发表了会议简报,向国家有关主管部门提出尽快对“地球深部过程和成矿作用”立项,并列入优先资助领域,给予长时间、大强度的支持。2015年4月瞄准国科发资〔2015〕52号文件中第7个重点方向(面向国家战略需求的基础研究)中的“深地”战略性研究,提出“地球深部过程与成矿作用”的立项建议。

    本文仅对地球深部探测研究与地下资源的关系作一些探讨。

     

    莫宣学院士简介:莫宣学,岩石学家,中国地质大学(北京)教授,中国科学院院士,1938年12月出生,1960年毕业于北京地质学院。1981年~1983年美国伯克利加利福尼亚大学及劳伦斯伯克利国家实验室访问学者。曾任中国地质大学(北京)副校长、中国地质大学研究生院院长、国家自然科学基金委员会第六、七、十、十一届学科评审专家组成员、第30届国际地质大会学术委员会副主席、经济地质学会(Society of Economic Geologists)Fellow及负责亚洲区域的副主席。现任《 地质学报》主编及《Geoscience Frontiers》主编。曾获国家科技进步奖一等奖。

    莫宣学首次提出任意压力下岩浆氧逸度计算公式及含Fe2O3硅酸盐熔体密度预测模型,为建立岩浆演化综合热力学理论模型发挥了关键作用。他几十年长期研究青藏高原构造-岩浆作用,在揭示印度-亚洲大陆碰撞时间、青藏高原巨厚陆壳成因与增厚机制、深部壳幔物质运移等方面,取得了系统成果。他长期坚持“岩浆-构造-成矿”方向,研究青藏高原及金沙江-澜沧江-怒江成矿带的成矿规律与具体找矿方向,为开拓西南“三江”和西藏冈底斯国家级矿产资源新基地做出了贡献。

    “地球深部过程与成矿作用”研究的必要性与紧迫性 

    确保矿产资源供应是实现我国“两个一百年”发展目标不可缺少的关键要素。目前,我国经济发展进入新常态,对矿产资源的需求总量保持高位态势。据统计,2013年我国21种矿产消费量居世界首位,占全球消费总量的1/3。未来10年~15年,我国矿产资源刚性需求仍将持续,大宗金属矿产需求峰值将陆续来临,对外依存度将大幅攀升,严重超越国家资源安全警戒线。如果未来10年探明资源储量不能大幅度增加,几乎所有的大宗金属矿产将面临消耗殆尽的危险局面,形势危急,前景堪忧。立足国内,开辟新的找矿空间和深度,寻找找矿战略新区,实现找矿重大突破,提高资源保障程度,已成为我国一项紧迫、艰巨而又长期的重大战略任务。

    为了完成这项重大战略任务,必须揭示中国地质结构和演化的复杂性与特殊性,及其导致的中国成矿作用的复杂性和特殊性。中国地处世界三大构造域的复合部位,经历众多离散陆块多期聚合拼贴过程,在中生代、新生代遭受改造与活化,岩石圈结构异常复杂、不同深部过程多期叠加复合,导致成矿金属选择性地巨量堆积,形成金属成矿省和巨型成矿带,造成我国矿种繁多、类型多样,多源复成、破坏再生的禀赋。

    科学家们认识到,虽然资源、环境、灾害问题主要表现在地球的浅表层,然而其推动力却来源于地球深部,地球深部过程控制了浅部运动与变化。例如,青藏高原是地球上最高、最大的高原,蕴含着丰富的自然资源,又对亚洲乃至全球的气候、生态、环境有重大的影响。然而,造成这一切的根本原因却是印度-欧亚碰撞以来青藏高原壳幔各圈层物质和能量的调整和再分配,即印度-欧亚大陆碰撞所引起的青藏高原下面地球各圈层内部及圈层之间(重点是中下地壳、岩石圈地幔、软流圈地幔)的物质与能量的调整和再平衡。正是这个物质与能量的调整和再平衡过程,从根本上控制着青藏高原的隆升、形成演化和资源环境效应。由此可见,只有阐明了地球深部过程,即地球内部的物质组成、性质、运动演化过程及动力学,才能抓住资源环境问题的关键。

    同样,矿产资源虽然主要就位于地球的浅表层,但其驱动力也来源于地球深部。地球深部过程是大规模成矿作用的“发动机”(提供能量和动力)、“供应源”(提供金属和流体)和“开拓者”(提供矿质输运通道和汇聚空间)。在不同动力学体系作用下,地球深部过程(包括地球深部发生的物质-能量交换以及成矿物质活化、调整和再分配)促使深部含矿岩浆和地壳流体运移、聚集,卸载,在地壳的适宜部位形成巨型成矿带和大型-超大型矿床。因此,要从根本上回答我国矿产的分布格局与资源潜力,从深层次上揭示区域成矿规律和金属巨量堆积过程,开辟新的找矿空间和深度,预测找矿战略新区,就必须深入理解地球深部过程,深刻揭示地球深部物质、结构和层圈相互作用,特别是深部物质-能量交换-传输的地球动力学过程,创建全新的成矿理论体系。

    地球深部过程是指地球内部(从地壳到地核)壳-幔物质与能量交换、物质运动行为、轨迹及其动力学响应。地球深部过程与成矿,是指在不同力系作用下,深部物质重新分异、调整,并在特定壳-幔结构空间驱动含矿热液流体运移、富集并在地壳介质的适宜部位,特别是在深部空间(500米~3000米)形成大型、超大型矿床或矿集区的作用过程。主要包括岩石圈尺度(背景场)、Moho界面(壳-幔物质与能量交换的界面)、小于5千米 的“透明”上地壳(理解导矿控矿构造与层序和矿化分带)、500米~3000米深度(本世纪固体矿产勘查开发的主要深度)。地球深部过程及其对成山、成盆、成岩、成矿(包括能源)、成灾的制约和影响,是本世纪地球科学深化认识地球本体的核心科学问题。迄今,我国对矿产资源的利用和勘查工作主要还在500米以上的地球浅部,对地球深部的成矿规律了解得很不够。然而,如果只懂浅部不懂深部,不研究地球深部过程对矿产形成和保存的控制,就不能回答诸如我国急需矿种的成矿潜力究竟如何,在哪里能够找到大型-超大型矿床这样的重大资源战略问题,不能从根本上解决国家的矿产资源保障。

    关键科学问题 

    根据中国大陆所具备的独特地质条件,针对国内外研究现状和存在问题,提出下述三大关键科学问题:

    (一)深部物质组成、结构的不均一性和演变及差异成矿作用

    地球深部物质组成和结构的不均一性及深部壳幔作用过程,从根本上控制着矿产的区域性分布、区域优势矿种和成矿潜力的差异,也从根本上控制着矿产资源的形成。但迄今仍然不很清楚中国大陆重要成矿区带的深部结构、物质组成以及深部物质结构的不均一性与成矿元素离散与聚集的关系。因此,需要精细解剖中国大陆重要成矿区带不同尺度(从表层到壳幔过渡带)岩石圈的组成、结构与时空变化特点,深入研究岩浆作用的成因,有效识别幔源物质、壳源物质的贡献,将岩浆作用与成矿作用紧密地联系起来,围绕大矿、富矿形成的源、运、储,开展深入研究,查明成矿物质超常堆积的控制因素(如壳幔不均一性、岩石圈类型与厚度、地壳类型与厚度、软流圈的上隆及侧向运动、壳内和幔内或壳/幔相互作用的程度和方式)和差异成矿的根本原因。

    (二)深部流体过程与物质能量交换

    成矿作用与岩浆过程、岩浆-热液过程或热液过程引起的物质和能量交换密切相关,矿床的形成(成矿物质来源、成矿物质迁移和成矿元素的沉淀)离不开成矿流体,可以说没有成矿流体就没有矿床。深部巨量熔/流体在岩石圈内部的系统循环是金属元素活化、迁移的必要条件,也是大型超大型矿床形成的诱因。但迄今对岩浆和热液体系氧逸度变化的控制因素及其对成矿作用的影响、对金属元素在深部熔/流体中迁移、演化与富集机理的认识还存在很大争议。因此,还需要采用多学科交叉结合的手段,充分考虑流体作用对软流圈地幔的改造和对成矿岩浆的贡献,查明流体的来源、迁移和聚集过程,查明金属元素富集机理和物质能量交换过程。

    (三)成矿系统的深部过程驱动机制

    深部过程应包括构造过程、岩浆过程、流体过程、热化学过程和地球物理过程。如前所述,地球深部过程控制着浅部构造运动与矿产资源的形成和保存,查明地球深部的物质组成、结构和性质,阐明地球深部过程(物质运移-聚集规律、运动-演化过程和动力学机制),是正确理解地球浅表层矿产资源形成、变化与保存等问题的关键。但迄今为止,对岩石圈及壳-幔圈层物质和能量交换的深部动力学过程仍然还停留在概念层次上,对金属元素超常堆积的控制因素和深部驱动机制也缺乏很好约束。因此,需要更新现有的技术和方法,补充新的分析手段(如铁、铜、镁和钙等非传统同位素示踪手段),重视高温高压实验研究,加强同位素示踪和数值模拟,通过地质学、地球化学和地球物理学的综合探测研究,利用合适的地质学和岩石学概念模型、边界条件和物性参数,探讨不同构造体制下的壳幔物质交换、矿源供给、流体迁移、成矿元素堆积和矿床定位等一系列不同层次深部过程的驱动机制,阐明由深部地质过程引发的构造-岩浆-流体-化学作用与元素富集成矿机理。

    长远目标与近期目标 

    应当紧紧围绕上述三个关键科学问题开展“地球深部过程与成矿作用”研究,努力达到建立地球深部过程与成矿作用相统一的理论的长期目标,提高矿产资源保障工作的预见性与目的性。

    “地球深部过程与成矿作用”研究的近期目标是:揭示造山带、克拉通、大花岗岩省、地幔柱的深部物质组成、结构、演变及与成矿作用的内在联系,开展相应的实验模拟和方法研究,解剖代表性大型矿集区,查明其深部流体作用与物质能量交换,成矿作用的深部驱动机制,控制大规模成矿的主要因素,提升大型矿床预测效率。在时间上,以中-新生代为重点,兼顾晚古生代;圈层上,以地壳-上地幔为重点,适当探索核幔边界。□

    (标题为编者所加) 

    寻找战略新区须深入理解地球深部过程

    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)

     

    人民日报:“冰火”勘查诠释中国地质速度(“瞄准世...

    为贯彻党的十八大以来对地质工作的新要求,服务国家重大需求、重大战略,以科技创新引领地质工作,2017年4月15-17日,第三届全国青年地质大会在西安召开。来自全国地质系统的600多名代表齐聚一堂,围绕“青年地质工作者——争做“一带一路”建设的生力军”主题,开展了学术交流。中国科学院院士、西北大学教授张国伟,中国工程院院士、中国矿业大学(北京)教授武强,国际地科联主席、中国地质大学(北京)教授成秋明等8位院士专家、教授学者,分别从地质构造、矿山环境、非线性理论等方面作了大会主题报告,给地质青年带来了一场前沿地质科技头脑风暴。

    按照会议的统一安排,中国地质调查局发展研究中心(国土资源部地质信息技术重点实验室)联合中国地质大学(武汉)资源学院、有色金属华东地质勘查局信息中心共同承办了“地质大数据与信息服务”专题研讨会,来自地调局系统、省级地调院、行业地勘单位、高校、中科院等单位的26位青年地质信息化工作者做了学术报告,吸引了来自全国20余家单位的50余名专家学者参与了交流研讨。

    发展研究中心屈红刚、李丰丹、朱月琴、郑啸等从地质大数据分析挖掘平台总体框架、大数据环境下的面向知识发现的地学信息提取方法研究、地质调查智能空间平台关键技术研究及实践、地质信息协同服务平台建设等方面介绍展示了中心在地质大数据分析挖掘、智能地质调查系统建设、地质信息服务的部分最新研究进展及成果。

    专题研讨分两个板块进行。板块一侧重于相关地质大数据与信息服务的关键技术探索与研究。来自社会高校、研究机构的相关地质青年学者分别从大数据环境下非结构化地质数据挖掘与应用、大数据环境下的地质知识服务、大数据环境下的地学模拟社区应用研究、文本地质数据的语义表达与分类研究、铜矿床领域本体构建方法研究、大数据时代的小数据分析:局部奇异性度量与矿致异常识别、分布式环境下地质时空大数据并行索引机制研究、地质大数据算法自定义环境研究、煤矿智能开采关键技术研究、基于Hadoop 的煤岩体CT 图像处理及并行空间统计等方面,探讨交流了地质大数据相关方面的基础研究、应用研究及最新成果。

    板块二侧重于地质大数据与信息服务的有关工作进展。报告涵盖了依托地质信息技术实现科研科普融合转化、基于超算平台的地质大数据处理与云超算服务支撑、地质调查无人机数据处理云平台、华北地质信息服务节点建设与服务、西南地区地质资料社会化服务探讨、地下水资源数据集成与共享服务体系建设、物化探数据的共享与服务、四川省地质大数据服务平台建设探讨、福州城市地质调查三维信息服务应用、海洋地质数据资源共享技术标准研究进展、实物地质资料共享与服务、基于云技术的水文地质数值模拟平台等方面,从不同层面、不同角度进行了探讨。

    本次会议专题围绕大数据、云计算、物联网、移动通信、对地观测等新一代信息技术应用的关键技术,以地质数据采集汇聚、传输存储、整合管理、分析处理、共享开放,以及大数据基础平台、安全保障体系、服务体系等为重点,以开展大数据的创新应用为主线,展开了深入交流和探讨。与会专家表示,本届专题交流会涵盖了我国地质大数据关键技术研发和大数据应用的主要方面,搭建了该领域的青年交流平台,会议圆满达到了预期效果。

    第三届全国青年地质大会主会场

     

    地质大数据与信息服务专题研讨  

     

    青年代表做报告

    附件:  

      

      

     
     
    第三届全国青年地质大会“地质大数据与信息服务”专...

    为了提高地质资料服务的针对性,拓展地质资料服务范围,2016年12月26日,中国地质调查局发展研究中心(全国地质资料馆)组织召开座谈会研讨了地质资料如何在生态环境评估和贫困区扶贫工作中发挥更大的作用,探讨了地质资料二次开发应用的重大意义,深度剖析了经济转型时期地质资料面临的挑战和机遇。会议邀请了上海师范大学城市信息研究中心名誉主任、上海长三角人类生态科技发展中心理事长陶康华研究员,上海长三角人类生态科技发展中心周国祺教授,中国科学院地理科学与资源研究所计算机制图实验室主任、中国测绘学会资深会员梁启章教授。

    专家介绍,上海长三角人类生态科技发展中心长期从事我国扶贫区生态环境评估工作,发展研究中心(全国地质资料馆)为其提供的地质资料在河南新县、湖南新化、湖北远安等地扶贫区以及浙江东阳生态环境评估工作中均起到了重要作用,实现了地质数据与林业资源调查数据库的整合,把动植物资源、土壤资源及其地质环境背景直接联系起来,通过整理分析数据,发掘当地资源特色,不但能知其然,还能究其所以然,在推动当地环境保护、促进地方经济发展中起到了扬长避短、有的放矢的作用。

    陶康华研究员结合自己多年的工作经验讲到,环境保护不是为了停止发展,恰恰是为了更好更持续地发展,我国当前经济增速已趋于缓慢,应逐步向林业、农业地质发展。我国林业占国土面积大半,近几年林产品进出口贸易额不断创新高,为建设生态文明、推动经济社会发展做出了重要贡献;而农业是我国这个农业大国的第一产业,是国民经济的基石。两个领域的共同点是都离不开土壤研究,尽管我国有持续更新的林业、农业调查数据,但往往局限在土壤浅层,无法对现象进行深入解释。他举例说,全国土壤调查无法对产区特点进行区分,有些地方可能因某种重金属超标被认定为重金属污染,但恰巧是该特色使得某种作物产量高、品种好,而地质数据恰恰可以从元素富集、迁移、地质构造等方面对此现象进行解释。又比如茶叶种植与地下环境密不可分,受地热影响会影响产量和口感。有些作物随着不同矿区区带呈现不同产出,或者产地不同,导致结构功能也不同,进行一定的生物地球化学研究,甚至可以为医学领域做出巨大贡献。以上这些事实无疑凸显出地质数据在农、林、医药等领域具有非常广阔的应用前景。

    梁启章教授也指出将地质数据与农业、林业等数据进行跨界综合交叉,必将碰撞出前所未有的火花,在信息领域“打钻”一定能钻探出丰富的资源。比如摆在眼前一个很好的例子就是我国扶贫工作,如何摆脱靠山吃山、靠水吃水的困境,过去发展旅游业是捷径,但不是长久之计,如果可以将当地地质特征数据应用起来,因地制宜,知其所以然,推广农特产品,地理标志产品,形成产业链,就是将扶贫工作推上了可持续发展的新道路。

    综上所述,地质资料在传承地质工作成果的同时,在其它相关领域都有较好的发展前景,需要不断扩展传统地质资料应用范围,要将“跨界交叉”作为实施“地质资料二次开发”的战略,推进地质资料在更广范围、更多领域发挥其基础支撑作用。在未来,我们将会让地质“深钻”钻入各个行业,挖掘地质资料工作与其他行业的合作点、火花点,力争持续地、有效地发挥地质资料其本体价值。

     

     

    地质资料助力生态环境评估和贫困区扶贫工作

    近年来,科技创新已经成为推动区域经济转型升级的核心支撑要素。“十二五”期间,国土资源部把强化科技创新平台建设摆在实施创新驱动发展战略、建设创新型国土资源的突出位置,围绕节约集约利用资源和找矿突破战略行动需求,在矿产资源综合利用先进适用技术和数字地质调查理论技术方法研究与推广平台建设上,取得了较大的进展。

     

    技术推广平台让资源利用效率更高

     

    低品位、共伴生、难利用矿多是我国矿产资源的基本特点。新中国成立以来,我国在石油、天然气、煤炭、金属、化工等重要矿产采、选和综合利用方面,取得了一系列先进适用技术,但技术的转化率和普及率低。如何提高矿产资源的利用效率,增强保障能力,是近年来矿产资源管理的重大问题之一。

    因此,建立健全先进适用技术推广发布制度,分批发布矿产资源节约与综合利用先进适用技术,发挥其导向和示范作用尤为重要。据中国国土资源经济研究院相关人士介绍,先进适用技术不仅包含矿山开发利用的采、选、废弃物处置全流程的技术和装备,而且还涵盖矿山信息化建设等领域,汇集了当前适合我国矿产资源开发利用的先进技术。专家表示,先进适用技术推广平台建设,以企业和科研院所为基础,以提高矿产资源利用“三率”为核心,以网络为媒介,打通了矿山企业对先进适用技术信息获取的渠道,实现了“两个找到”,即让有需求的矿山找到先进技术,让先进技术找到适用矿山。

    ——建立先进适用技术推广发布制度。推广先进适用技术是提高矿产资源开采回采率、选矿回收率和综合利用率的关键环节。2012年,国土资源部印发了《关于推广先进适用技术提高矿产资源节约与综合利用水平的通知》(国土资发〔2012〕154号),明确了重点领域先进适用技术的推广工作,建立了先进适用技术推广发布制度,搭建宣传、交流和推广平台,并强化了推广先进技术的监督管理。

    ——建立科学规范的遴选机制。为确保能够评选出具有时代特色、符合形势需求,真正代表行业先进水平、具有影响力的先进技术,首先明确重点推荐范围,科学设定推荐条件,规范推荐评选程序,然后在各省(自治区、直辖市)国土资源主管部门和有关中央企业组织推荐基础上,组织国内各行业资深专家从创新性、先进性、适用性、成效显著性和推广可行性五方面进行评选。最后,对专家优选出的先进技术,在国土资源部门户网站公示,公开征求各省级国土资源主管部门和社会的意见,经部领导审定后公告发布。

    ——构建了分领域和环节的先进适用技术体系。2012~2015年,共发布四批210项矿产资源节约与综合利用先进适用技术,涵盖了能源、金属和非金属等各个领域的采矿、选矿及综合利用等开发利用环节。其中,油气类30项,包括特超稠油藏、致密砂岩气、低渗透油藏等高效开发技术;煤炭类45项,包含以矸换煤充填开采、煤层气抽采利用、保水开采、干法选煤等煤炭资源高效开采和清洁利用技术;金属类94项,包含低品位资源利用、尾砂充填、共伴生资源高效复选、高压辊磨机超细碎、尾液处理等技术;非金属矿产41项,包含低品位磷矿、固体钾盐、含铀硼铁矿等高效利用技术等。

    ——搭建先进适用技术推广信息共享平台。先进技术发布后,搭建推广信息平台,采取多种形式的宣传,力求推广效能达到最大。一是举办多场现场推广会或经验交流会,并利用国际矿业大会的平台,加强管理部门、科研院所、行业组织、矿山企业之间的交流,促进产、学、研平台建设。二是在媒体开设先进技术推广专栏,对先进技术进行全面介绍,扩大宣传面。三是在国土资源部门户网站开设先进技术信息共享平台,设立综合利用最新动态、通知公告、综合利用知识普及、政策法规、标准规范和先进技术介绍6个专栏,将先进技术信息及综合利用最新进展及时向社会发布。集中展现先进适用技术的推广政策、工作进展和先进典型,完整介绍推广技术的适用范围、技术参数和典型案例,实现矿山企业快速查询。

    ——建立先进适用技术激励约束机制。进一步明确政策支持措施,将先进技术作为先进技术推广应用示范矿山和国土资源节约集约模范县(市)创建的考核内容,并通过经济手段支持先进适用技术的应用。同时,强化监督管理,将先进适用技术推广工作与矿产资源开发利用监管、“三率”考核、矿山地质环境保护等工作紧密结合,鼓励和引导先进适用技术的应用,逐步淘汰落后技术和产能。

    专家表示,先进适用技术推广普及后,将极大提升我国资源利用效率和保障能力。国土资源部提供的资料显示,油气资源推广应用特超稠油藏、高含水油藏及低渗透油藏高效开采技术,预计可新增可采储量近27亿吨;煤炭资源推广应用充填开采、薄煤层机械化开采等技术后,预计可盘活我国煤炭资源140亿吨;金属矿产推广应用充填开采、矿石超细碎、低品位资源高效选矿及废弃物综合利用等技术,预计60亿吨难利用铁矿资源将得到有效利用;化工矿产推广应用低品位磷矿浮选和固体钾矿高效利用技术,预计将盘活我国低品位胶磷矿近17亿吨,盘活固体钾盐1.7亿吨。

     

    数字平台让地质调查工作更加便捷

     

    数字地质调查理论技术方法研究与推广应用是《中国地质调查局中长期发展规划纲要(2011~2015年)》和国土资源部《国土资源信息化“十二五” 规划》的重要内容之一。地质调查主流程信息化团队经过近8年的持续集成研发和推广应用,逐步形成了比较完整的地质矿产调查全流程数字化理论、技术方法和自主软件平台。

    据了解,自2008年开始,数字填图系统全面升级与扩展到数字地质调查系统,使数字地质调查系统贯穿整个地质矿产资源调查全过程,涵盖地质调查、地质填图与三维建模、矿产资源勘查、矿体模拟、品位估计、资源量估算、矿体三维建模、矿山开采系统优化等内容,并出版了《数字地质调查技术理论研究与应用实践》等5本专著。中国地质调查局发展研究中心提供的资料显示,2010年,我国数字地质调查系统开始进入新的发展阶段,形成了具有自主知识产权的数字地质调查GIS基础平台和智能数字地质调查系统,逐步实现了从数字化转向智能化、从2D走向3D的地质调查。初步形成了天地一体的野外地质调查工作、管理、安全保障和泛在服务模式。主要取得了以下九大突破性成果:

    ——创建了中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查到成果发布全过程无缝数字过程及理论方法。基于“3S”技术,创建了PRB粒度理论与技术方法、地质路线(PRB)双重三维建模技术、第三代地质图数据模型技术、不同阶段数据继承与数据流池技术、三级野外与室内数据综合一致性约束技术、不同阶段数据业务流程耦合三维模型技术、野外地质编录图件同步增量覆盖技术、地质调查DGSGIS中间件等综合技术方法和理论,开发了数字填图系统、探矿工程编录系统、数字地质调查综合平台、资源量估算与矿体三维建模系统。在中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查到成果发布全过程,实现了从野外数据采集到最终成果的数字化、信息化和部分智能化;并在保持全过程数据模型的一致性和继承性等体系方面,从体系架构上支持了地质矿产调查勘查全过程无缝数字过程,并在国内外同类软件系统保持领先水平。

    ——建立了覆盖基础地质调查和矿产调查过程的《固体矿产勘查数据库内容和结构》标准,把数据库建设流程与具体地质矿产勘查业务工作充分地融合在一起,形成新的工作模式。数据库基本内容涉及矿产地质填图、探矿工程、地球化学勘查、地球物理勘查、重砂测量、遥感地质调查、矿产检查、资源量估算、区域地质图与地质矿产图、成矿规律与矿产预测等综合研究等,涉及数据模型表格339个,约3499个数据项。首次对涉及的要素类、表、实体进行了统一表述,规范标准数据模型的统一描述,充分体现了数据库、数据字库、要素类、数据表的层次关系与结构。

    ——对PRB理论从二维向三维进行扩展和完善,创建了地质填图PRB双重三维构模技术,建立了浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术。通过对地质填图PRB核心技术从二维到三维的扩展研究,提出了地质填图PRB双重三维构模技术,实现了地质填图过程从二维到三维的提升。同时,通过地表地质调查数据,能够快速构建工作区初始三维地质模型,集成地表地质、地球物理、钻孔等数据,形成了“地质路线+ 轮廓线重构与变异函数+晶胞模型+块体模型”的浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术体系,并开发形成地质、地球物理、钻探多专业数据约束的三维地质建模工具。

    ——面向数字地质调查特点和需求,形成了智能化地质调查DGSGIS底层自主平台。针对数字地质调查应用的需求,强化地质调查业务流程数字无缝性,形成了桌面和移动的智能地质调查 DGSGIS平台。通过底层框架的独立性构建,使数字地质调查软件平台可以跨平台保持无缝连接。该软件平台开始对其他专业系统提供基础平台支撑,在地下水、地球物理、地球化学等领域以公益形式推广应用。

    ——建立了集成国内外主流资源储量估算方法与业务流程的地质矿产勘查从野外到矿产资源评价(靶区圈定)、资源储量估算及矿体三维建模一体化的软件体系。该成果创建了野外数据采集、成果综合、资源储量估算和矿体三维建模与表现的全过程信息化和数字流程,为资源量估算和矿体三维显示提供了有效工具和平台,与目前国内外市场同类软件相比,其最大的特点是计算机数字化流程与业务流程完全一致,从槽井坑钻野外数据采集到资源量计算和矿体三维显示无缝连接、零数据交换,使得在具体应用中,充分体现了提高效率和成果精度、节省大量人力和物力所带来的优势。

    ——建成了以北京、大区、省级三级体系组成的中国地质调查信息网格结点体系(分布全国 20个结点群),成为国内最大的行业网格之一。基于本体理论,按照资源聚合器标准规范,进行统一的数据描述与组织,提供统一的发现、集成整合与发布,数据量已达TB级。在整合公开地理信息资源基础上,通过地质调查信息空间和物理空间智能叠加,构建从地理空间向知识空间的地质调查智能空间平台,以多比例尺地质图数据、地质工作程度等200余种地质专题数据服务为中心,以“天地图”等地理信息为衬托,面向专业和非专业人士提供了主要由13个功能模块构成的 “5+1”服务模式工作流。通过各专业结点的特色服务,体现出具有高效性、及时性、易得性和多元化等时代特征的新一代地学信息服务模式。

    ——提出与发展了基于网格环境下海量数据空间分析与处理服务、多源空间数据集成应用、空间信息分布式协同计算等多项关键技术,为我国网格技术的应用实践提供了开创性示范实例。

    ——面向以大数据、云计算、智能感知服务、第四范式与泛在服务为特点的地质调查智能空间平台改造与升级。开展以智能感知、非结构化数据的挖掘和知识发现为核心的技术方法研究,初步构建地质调查智能空间平台原型系统,形成天地一体化地质调查、管理和智能服务体系雏形;以大数据技术为依托,初步形成智能地质调查非结构化数据发现与挖掘服务雏形,实现了地质大数据的一键式存储、组织、管理、快速检索与智能挖掘等。推进野外地质调查工作向智能流程的再造,为地质调查信息化流程提供后台支撑平台服务,创新地质调查方式和服务方式。

    ——与时俱进,把新一代信息技术融入数字地质调查体系,构建了智能地质调查体系,提供现代地质调查工作、管理与服务的新模式。基于大数据和云计算等新一代信息技术,把智能设备、北斗系统充分融入数字地质调查系统,集成开发了基于大数据技术和北斗卫星技术的应用数字地质调查系统,为构建“野外地质调查工作+管理+安全保障服务”的天地空一体化服务体系架构和模式奠定基础。

    ——创建了天地空野外地质调查工作现场管理调度、野外现场技术指导与专家会诊、艰苦地区安全保障服务一体化新模式,建立了多通信技术与网格技术的协同集成技术、适合“野外地质工作+管理+安全保障服务”的静动态北斗4级组网技术、野外地质调查安全保障主动服务技术。

    数字地质调查理论、技术方法与软件平台的应用为现代化野外地质工作各个环节提供了全方位技术支撑;创新了野外地质工作、管理和服务模式,推动了我国地质调查从数字化走向智能化和智慧化的快速发展,培养了一批跨学科的技术人才,取得了显著的社会效益。据了解,“数字地质调查系统”已在地质调查实际生产和许多矿业公司中全面应用。从2006年开始,成果已广泛应用于全国区域地质调查、矿产远景调查、矿产资源调查评价及危机矿山接替资源调查等专项及矿区勘探等领域。目前,成果推广应用单位超过1000家、人员超过15000人,涉及全国地质、冶金、有色、核工业、建材、化工、煤炭等行业部门、高校科研部门和国内大型矿业公司。创立的数字填图技术与方法已被多个大学列入本科生教学课程。

     

    数字地质调查理论技术方法与软件平台

    科技创新平台建设叫好又叫座

    近年来,科技创新已经成为推动区域经济转型升级的核心支撑要素。“十二五”期间,国土资源部把强化科技创新平台建设摆在实施创新驱动发展战略、建设创新型国土资源的突出位置,围绕节约集约利用资源和找矿突破战略行动需求,在矿产资源综合利用先进适用技术和数字地质调查理论技术方法研究与推广平台建设上,取得了较大的进展。

     

    技术推广平台让资源利用效率更高

     

    低品位、共伴生、难利用矿多是我国矿产资源的基本特点。新中国成立以来,我国在石油、天然气、煤炭、金属、化工等重要矿产采、选和综合利用方面,取得了一系列先进适用技术,但技术的转化率和普及率低。如何提高矿产资源的利用效率,增强保障能力,是近年来矿产资源管理的重大问题之一。

    因此,建立健全先进适用技术推广发布制度,分批发布矿产资源节约与综合利用先进适用技术,发挥其导向和示范作用尤为重要。据中国国土资源经济研究院相关人士介绍,先进适用技术不仅包含矿山开发利用的采、选、废弃物处置全流程的技术和装备,而且还涵盖矿山信息化建设等领域,汇集了当前适合我国矿产资源开发利用的先进技术。专家表示,先进适用技术推广平台建设,以企业和科研院所为基础,以提高矿产资源利用“三率”为核心,以网络为媒介,打通了矿山企业对先进适用技术信息获取的渠道,实现了“两个找到”,即让有需求的矿山找到先进技术,让先进技术找到适用矿山。

    ——建立先进适用技术推广发布制度。推广先进适用技术是提高矿产资源开采回采率、选矿回收率和综合利用率的关键环节。2012年,国土资源部印发了《关于推广先进适用技术提高矿产资源节约与综合利用水平的通知》(国土资发〔2012〕154号),明确了重点领域先进适用技术的推广工作,建立了先进适用技术推广发布制度,搭建宣传、交流和推广平台,并强化了推广先进技术的监督管理。

    ——建立科学规范的遴选机制。为确保能够评选出具有时代特色、符合形势需求,真正代表行业先进水平、具有影响力的先进技术,首先明确重点推荐范围,科学设定推荐条件,规范推荐评选程序,然后在各省(自治区、直辖市)国土资源主管部门和有关中央企业组织推荐基础上,组织国内各行业资深专家从创新性、先进性、适用性、成效显著性和推广可行性五方面进行评选。最后,对专家优选出的先进技术,在国土资源部门户网站公示,公开征求各省级国土资源主管部门和社会的意见,经部领导审定后公告发布。

    ——构建了分领域和环节的先进适用技术体系。2012~2015年,共发布四批210项矿产资源节约与综合利用先进适用技术,涵盖了能源、金属和非金属等各个领域的采矿、选矿及综合利用等开发利用环节。其中,油气类30项,包括特超稠油藏、致密砂岩气、低渗透油藏等高效开发技术;煤炭类45项,包含以矸换煤充填开采、煤层气抽采利用、保水开采、干法选煤等煤炭资源高效开采和清洁利用技术;金属类94项,包含低品位资源利用、尾砂充填、共伴生资源高效复选、高压辊磨机超细碎、尾液处理等技术;非金属矿产41项,包含低品位磷矿、固体钾盐、含铀硼铁矿等高效利用技术等。

    ——搭建先进适用技术推广信息共享平台。先进技术发布后,搭建推广信息平台,采取多种形式的宣传,力求推广效能达到最大。一是举办多场现场推广会或经验交流会,并利用国际矿业大会的平台,加强管理部门、科研院所、行业组织、矿山企业之间的交流,促进产、学、研平台建设。二是在媒体开设先进技术推广专栏,对先进技术进行全面介绍,扩大宣传面。三是在国土资源部门户网站开设先进技术信息共享平台,设立综合利用最新动态、通知公告、综合利用知识普及、政策法规、标准规范和先进技术介绍6个专栏,将先进技术信息及综合利用最新进展及时向社会发布。集中展现先进适用技术的推广政策、工作进展和先进典型,完整介绍推广技术的适用范围、技术参数和典型案例,实现矿山企业快速查询。

    ——建立先进适用技术激励约束机制。进一步明确政策支持措施,将先进技术作为先进技术推广应用示范矿山和国土资源节约集约模范县(市)创建的考核内容,并通过经济手段支持先进适用技术的应用。同时,强化监督管理,将先进适用技术推广工作与矿产资源开发利用监管、“三率”考核、矿山地质环境保护等工作紧密结合,鼓励和引导先进适用技术的应用,逐步淘汰落后技术和产能。

    专家表示,先进适用技术推广普及后,将极大提升我国资源利用效率和保障能力。国土资源部提供的资料显示,油气资源推广应用特超稠油藏、高含水油藏及低渗透油藏高效开采技术,预计可新增可采储量近27亿吨;煤炭资源推广应用充填开采、薄煤层机械化开采等技术后,预计可盘活我国煤炭资源140亿吨;金属矿产推广应用充填开采、矿石超细碎、低品位资源高效选矿及废弃物综合利用等技术,预计60亿吨难利用铁矿资源将得到有效利用;化工矿产推广应用低品位磷矿浮选和固体钾矿高效利用技术,预计将盘活我国低品位胶磷矿近17亿吨,盘活固体钾盐1.7亿吨。

     

    数字平台让地质调查工作更加便捷

     

    数字地质调查理论技术方法研究与推广应用是《中国地质调查局中长期发展规划纲要(2011~2015年)》和国土资源部《国土资源信息化“十二五” 规划》的重要内容之一。地质调查主流程信息化团队经过近8年的持续集成研发和推广应用,逐步形成了比较完整的地质矿产调查全流程数字化理论、技术方法和自主软件平台。

    据了解,自2008年开始,数字填图系统全面升级与扩展到数字地质调查系统,使数字地质调查系统贯穿整个地质矿产资源调查全过程,涵盖地质调查、地质填图与三维建模、矿产资源勘查、矿体模拟、品位估计、资源量估算、矿体三维建模、矿山开采系统优化等内容,并出版了《数字地质调查技术理论研究与应用实践》等5本专著。中国地质调查局发展研究中心提供的资料显示,2010年,我国数字地质调查系统开始进入新的发展阶段,形成了具有自主知识产权的数字地质调查GIS基础平台和智能数字地质调查系统,逐步实现了从数字化转向智能化、从2D走向3D的地质调查。初步形成了天地一体的野外地质调查工作、管理、安全保障和泛在服务模式。主要取得了以下九大突破性成果:

    ——创建了中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查到成果发布全过程无缝数字过程及理论方法。基于“3S”技术,创建了PRB粒度理论与技术方法、地质路线(PRB)双重三维建模技术、第三代地质图数据模型技术、不同阶段数据继承与数据流池技术、三级野外与室内数据综合一致性约束技术、不同阶段数据业务流程耦合三维模型技术、野外地质编录图件同步增量覆盖技术、地质调查DGSGIS中间件等综合技术方法和理论,开发了数字填图系统、探矿工程编录系统、数字地质调查综合平台、资源量估算与矿体三维建模系统。在中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查到成果发布全过程,实现了从野外数据采集到最终成果的数字化、信息化和部分智能化;并在保持全过程数据模型的一致性和继承性等体系方面,从体系架构上支持了地质矿产调查勘查全过程无缝数字过程,并在国内外同类软件系统保持领先水平。

    ——建立了覆盖基础地质调查和矿产调查过程的《固体矿产勘查数据库内容和结构》标准,把数据库建设流程与具体地质矿产勘查业务工作充分地融合在一起,形成新的工作模式。数据库基本内容涉及矿产地质填图、探矿工程、地球化学勘查、地球物理勘查、重砂测量、遥感地质调查、矿产检查、资源量估算、区域地质图与地质矿产图、成矿规律与矿产预测等综合研究等,涉及数据模型表格339个,约3499个数据项。首次对涉及的要素类、表、实体进行了统一表述,规范标准数据模型的统一描述,充分体现了数据库、数据字库、要素类、数据表的层次关系与结构。

    ——对PRB理论从二维向三维进行扩展和完善,创建了地质填图PRB双重三维构模技术,建立了浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术。通过对地质填图PRB核心技术从二维到三维的扩展研究,提出了地质填图PRB双重三维构模技术,实现了地质填图过程从二维到三维的提升。同时,通过地表地质调查数据,能够快速构建工作区初始三维地质模型,集成地表地质、地球物理、钻孔等数据,形成了“地质路线+ 轮廓线重构与变异函数+晶胞模型+块体模型”的浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术体系,并开发形成地质、地球物理、钻探多专业数据约束的三维地质建模工具。

    ——面向数字地质调查特点和需求,形成了智能化地质调查DGSGIS底层自主平台。针对数字地质调查应用的需求,强化地质调查业务流程数字无缝性,形成了桌面和移动的智能地质调查 DGSGIS平台。通过底层框架的独立性构建,使数字地质调查软件平台可以跨平台保持无缝连接。该软件平台开始对其他专业系统提供基础平台支撑,在地下水、地球物理、地球化学等领域以公益形式推广应用。

    ——建立了集成国内外主流资源储量估算方法与业务流程的地质矿产勘查从野外到矿产资源评价(靶区圈定)、资源储量估算及矿体三维建模一体化的软件体系。该成果创建了野外数据采集、成果综合、资源储量估算和矿体三维建模与表现的全过程信息化和数字流程,为资源量估算和矿体三维显示提供了有效工具和平台,与目前国内外市场同类软件相比,其最大的特点是计算机数字化流程与业务流程完全一致,从槽井坑钻野外数据采集到资源量计算和矿体三维显示无缝连接、零数据交换,使得在具体应用中,充分体现了提高效率和成果精度、节省大量人力和物力所带来的优势。

    ——建成了以北京、大区、省级三级体系组成的中国地质调查信息网格结点体系(分布全国 20个结点群),成为国内最大的行业网格之一。基于本体理论,按照资源聚合器标准规范,进行统一的数据描述与组织,提供统一的发现、集成整合与发布,数据量已达TB级。在整合公开地理信息资源基础上,通过地质调查信息空间和物理空间智能叠加,构建从地理空间向知识空间的地质调查智能空间平台,以多比例尺地质图数据、地质工作程度等200余种地质专题数据服务为中心,以“天地图”等地理信息为衬托,面向专业和非专业人士提供了主要由13个功能模块构成的 “5+1”服务模式工作流。通过各专业结点的特色服务,体现出具有高效性、及时性、易得性和多元化等时代特征的新一代地学信息服务模式。

    ——提出与发展了基于网格环境下海量数据空间分析与处理服务、多源空间数据集成应用、空间信息分布式协同计算等多项关键技术,为我国网格技术的应用实践提供了开创性示范实例。

    ——面向以大数据、云计算、智能感知服务、第四范式与泛在服务为特点的地质调查智能空间平台改造与升级。开展以智能感知、非结构化数据的挖掘和知识发现为核心的技术方法研究,初步构建地质调查智能空间平台原型系统,形成天地一体化地质调查、管理和智能服务体系雏形;以大数据技术为依托,初步形成智能地质调查非结构化数据发现与挖掘服务雏形,实现了地质大数据的一键式存储、组织、管理、快速检索与智能挖掘等。推进野外地质调查工作向智能流程的再造,为地质调查信息化流程提供后台支撑平台服务,创新地质调查方式和服务方式。

    ——与时俱进,把新一代信息技术融入数字地质调查体系,构建了智能地质调查体系,提供现代地质调查工作、管理与服务的新模式。基于大数据和云计算等新一代信息技术,把智能设备、北斗系统充分融入数字地质调查系统,集成开发了基于大数据技术和北斗卫星技术的应用数字地质调查系统,为构建“野外地质调查工作+管理+安全保障服务”的天地空一体化服务体系架构和模式奠定基础。

    ——创建了天地空野外地质调查工作现场管理调度、野外现场技术指导与专家会诊、艰苦地区安全保障服务一体化新模式,建立了多通信技术与网格技术的协同集成技术、适合“野外地质工作+管理+安全保障服务”的静动态北斗4级组网技术、野外地质调查安全保障主动服务技术。

    数字地质调查理论、技术方法与软件平台的应用为现代化野外地质工作各个环节提供了全方位技术支撑;创新了野外地质工作、管理和服务模式,推动了我国地质调查从数字化走向智能化和智慧化的快速发展,培养了一批跨学科的技术人才,取得了显著的社会效益。据了解,“数字地质调查系统”已在地质调查实际生产和许多矿业公司中全面应用。从2006年开始,成果已广泛应用于全国区域地质调查、矿产远景调查、矿产资源调查评价及危机矿山接替资源调查等专项及矿区勘探等领域。目前,成果推广应用单位超过1000家、人员超过15000人,涉及全国地质、冶金、有色、核工业、建材、化工、煤炭等行业部门、高校科研部门和国内大型矿业公司。创立的数字填图技术与方法已被多个大学列入本科生教学课程。

     

    数字地质调查理论技术方法与软件平台

    科技创新平台建设叫好又叫座

    中国地质调查局青岛海洋地质研究所“海洋地质九号”船日前顺利完成“问海1号”6000米级ARV系统海试及入列应用航次任务,靠泊厦门。“问海1号”6000米级水下机器人系统完成海试并入列应用标志着青岛海洋所再添深海探测利器。

    该系统由青岛海洋所根据海洋调查作业需求,委托中国科学院沈阳自动化研究所研制,可以搭载高分辨率测深侧扫、浅剖、重力仪等设备在关键目标区进行区域性近海底自主航行探测和坐底定点精细取样作业,已于今年4月底完成海上测试,在无缆模式下单潜次最大连续航行时间为21小时,最大航程可达45千米;在光纤微缆模式下最大航行距离可达21千米;在4级海况下仍具备全天候连续作业能力。完成海试任务后,该系统随即开展了水下重磁测量应用潜次任务,累计完成12条水下重磁测线,测线长度共计190千米。

    据相关人员介绍,这是我国首次基于国产无人潜水器平台开展的近海底重磁、地形地貌及浅部地层结构同步测量。“问海1号”6000米ARV的成功入列,将进一步完善青岛海洋所深海立体化探测装备体系,为率先实现世界一流海洋地质调查研究机构的目标提供有力支撑。

     

    图1. ARV运输及吊装

     

    图2. ARV本体功能及载荷测试

     
    青岛海洋所“问海1号”6000米级水下机器人系统完成海...

    近年来,科技创新已经成为推动区域经济转型升级的核心支撑要素。“十二五”期间,国土资源部把强化科技创新平台建设摆在实施创新驱动发展战略、建设创新型国土资源的突出位置,围绕节约集约利用资源和找矿突破战略行动需求,在矿产资源综合利用先进适用技术和数字地质调查理论技术方法研究与推广平台建设上,取得了较大的进展。

     

    技术推广平台让资源利用效率更高

     

    低品位、共伴生、难利用矿多是我国矿产资源的基本特点。新中国成立以来,我国在石油、天然气、煤炭、金属、化工等重要矿产采、选和综合利用方面,取得了一系列先进适用技术,但技术的转化率和普及率低。如何提高矿产资源的利用效率,增强保障能力,是近年来矿产资源管理的重大问题之一。

    因此,建立健全先进适用技术推广发布制度,分批发布矿产资源节约与综合利用先进适用技术,发挥其导向和示范作用尤为重要。据中国国土资源经济研究院相关人士介绍,先进适用技术不仅包含矿山开发利用的采、选、废弃物处置全流程的技术和装备,而且还涵盖矿山信息化建设等领域,汇集了当前适合我国矿产资源开发利用的先进技术。专家表示,先进适用技术推广平台建设,以企业和科研院所为基础,以提高矿产资源利用“三率”为核心,以网络为媒介,打通了矿山企业对先进适用技术信息获取的渠道,实现了“两个找到”,即让有需求的矿山找到先进技术,让先进技术找到适用矿山。

    ——建立先进适用技术推广发布制度。推广先进适用技术是提高矿产资源开采回采率、选矿回收率和综合利用率的关键环节。2012年,国土资源部印发了《关于推广先进适用技术提高矿产资源节约与综合利用水平的通知》(国土资发〔2012〕154号),明确了重点领域先进适用技术的推广工作,建立了先进适用技术推广发布制度,搭建宣传、交流和推广平台,并强化了推广先进技术的监督管理。

    ——建立科学规范的遴选机制。为确保能够评选出具有时代特色、符合形势需求,真正代表行业先进水平、具有影响力的先进技术,首先明确重点推荐范围,科学设定推荐条件,规范推荐评选程序,然后在各省(自治区、直辖市)国土资源主管部门和有关中央企业组织推荐基础上,组织国内各行业资深专家从创新性、先进性、适用性、成效显著性和推广可行性五方面进行评选。最后,对专家优选出的先进技术,在国土资源部门户网站公示,公开征求各省级国土资源主管部门和社会的意见,经部领导审定后公告发布。

    ——构建了分领域和环节的先进适用技术体系。2012~2015年,共发布四批210项矿产资源节约与综合利用先进适用技术,涵盖了能源、金属和非金属等各个领域的采矿、选矿及综合利用等开发利用环节。其中,油气类30项,包括特超稠油藏、致密砂岩气、低渗透油藏等高效开发技术;煤炭类45项,包含以矸换煤充填开采、煤层气抽采利用、保水开采、干法选煤等煤炭资源高效开采和清洁利用技术;金属类94项,包含低品位资源利用、尾砂充填、共伴生资源高效复选、高压辊磨机超细碎、尾液处理等技术;非金属矿产41项,包含低品位磷矿、固体钾盐、含铀硼铁矿等高效利用技术等。

    ——搭建先进适用技术推广信息共享平台。先进技术发布后,搭建推广信息平台,采取多种形式的宣传,力求推广效能达到最大。一是举办多场现场推广会或经验交流会,并利用国际矿业大会的平台,加强管理部门、科研院所、行业组织、矿山企业之间的交流,促进产、学、研平台建设。二是在媒体开设先进技术推广专栏,对先进技术进行全面介绍,扩大宣传面。三是在国土资源部门户网站开设先进技术信息共享平台,设立综合利用最新动态、通知公告、综合利用知识普及、政策法规、标准规范和先进技术介绍6个专栏,将先进技术信息及综合利用最新进展及时向社会发布。集中展现先进适用技术的推广政策、工作进展和先进典型,完整介绍推广技术的适用范围、技术参数和典型案例,实现矿山企业快速查询。

    ——建立先进适用技术激励约束机制。进一步明确政策支持措施,将先进技术作为先进技术推广应用示范矿山和国土资源节约集约模范县(市)创建的考核内容,并通过经济手段支持先进适用技术的应用。同时,强化监督管理,将先进适用技术推广工作与矿产资源开发利用监管、“三率”考核、矿山地质环境保护等工作紧密结合,鼓励和引导先进适用技术的应用,逐步淘汰落后技术和产能。

    专家表示,先进适用技术推广普及后,将极大提升我国资源利用效率和保障能力。国土资源部提供的资料显示,油气资源推广应用特超稠油藏、高含水油藏及低渗透油藏高效开采技术,预计可新增可采储量近27亿吨;煤炭资源推广应用充填开采、薄煤层机械化开采等技术后,预计可盘活我国煤炭资源140亿吨;金属矿产推广应用充填开采、矿石超细碎、低品位资源高效选矿及废弃物综合利用等技术,预计60亿吨难利用铁矿资源将得到有效利用;化工矿产推广应用低品位磷矿浮选和固体钾矿高效利用技术,预计将盘活我国低品位胶磷矿近17亿吨,盘活固体钾盐1.7亿吨。

     

    数字平台让地质调查工作更加便捷

     

    数字地质调查理论技术方法研究与推广应用是《中国地质调查局中长期发展规划纲要(2011~2015年)》和国土资源部《国土资源信息化“十二五” 规划》的重要内容之一。地质调查主流程信息化团队经过近8年的持续集成研发和推广应用,逐步形成了比较完整的地质矿产调查全流程数字化理论、技术方法和自主软件平台。

    据了解,自2008年开始,数字填图系统全面升级与扩展到数字地质调查系统,使数字地质调查系统贯穿整个地质矿产资源调查全过程,涵盖地质调查、地质填图与三维建模、矿产资源勘查、矿体模拟、品位估计、资源量估算、矿体三维建模、矿山开采系统优化等内容,并出版了《数字地质调查技术理论研究与应用实践》等5本专著。中国地质调查局发展研究中心提供的资料显示,2010年,我国数字地质调查系统开始进入新的发展阶段,形成了具有自主知识产权的数字地质调查GIS基础平台和智能数字地质调查系统,逐步实现了从数字化转向智能化、从2D走向3D的地质调查。初步形成了天地一体的野外地质调查工作、管理、安全保障和泛在服务模式。主要取得了以下九大突破性成果:

    ——创建了中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查到成果发布全过程无缝数字过程及理论方法。基于“3S”技术,创建了PRB粒度理论与技术方法、地质路线(PRB)双重三维建模技术、第三代地质图数据模型技术、不同阶段数据继承与数据流池技术、三级野外与室内数据综合一致性约束技术、不同阶段数据业务流程耦合三维模型技术、野外地质编录图件同步增量覆盖技术、地质调查DGSGIS中间件等综合技术方法和理论,开发了数字填图系统、探矿工程编录系统、数字地质调查综合平台、资源量估算与矿体三维建模系统。在中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查到成果发布全过程,实现了从野外数据采集到最终成果的数字化、信息化和部分智能化;并在保持全过程数据模型的一致性和继承性等体系方面,从体系架构上支持了地质矿产调查勘查全过程无缝数字过程,并在国内外同类软件系统保持领先水平。

    ——建立了覆盖基础地质调查和矿产调查过程的《固体矿产勘查数据库内容和结构》标准,把数据库建设流程与具体地质矿产勘查业务工作充分地融合在一起,形成新的工作模式。数据库基本内容涉及矿产地质填图、探矿工程、地球化学勘查、地球物理勘查、重砂测量、遥感地质调查、矿产检查、资源量估算、区域地质图与地质矿产图、成矿规律与矿产预测等综合研究等,涉及数据模型表格339个,约3499个数据项。首次对涉及的要素类、表、实体进行了统一表述,规范标准数据模型的统一描述,充分体现了数据库、数据字库、要素类、数据表的层次关系与结构。

    ——对PRB理论从二维向三维进行扩展和完善,创建了地质填图PRB双重三维构模技术,建立了浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术。通过对地质填图PRB核心技术从二维到三维的扩展研究,提出了地质填图PRB双重三维构模技术,实现了地质填图过程从二维到三维的提升。同时,通过地表地质调查数据,能够快速构建工作区初始三维地质模型,集成地表地质、地球物理、钻孔等数据,形成了“地质路线+ 轮廓线重构与变异函数+晶胞模型+块体模型”的浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术体系,并开发形成地质、地球物理、钻探多专业数据约束的三维地质建模工具。

    ——面向数字地质调查特点和需求,形成了智能化地质调查DGSGIS底层自主平台。针对数字地质调查应用的需求,强化地质调查业务流程数字无缝性,形成了桌面和移动的智能地质调查 DGSGIS平台。通过底层框架的独立性构建,使数字地质调查软件平台可以跨平台保持无缝连接。该软件平台开始对其他专业系统提供基础平台支撑,在地下水、地球物理、地球化学等领域以公益形式推广应用。

    ——建立了集成国内外主流资源储量估算方法与业务流程的地质矿产勘查从野外到矿产资源评价(靶区圈定)、资源储量估算及矿体三维建模一体化的软件体系。该成果创建了野外数据采集、成果综合、资源储量估算和矿体三维建模与表现的全过程信息化和数字流程,为资源量估算和矿体三维显示提供了有效工具和平台,与目前国内外市场同类软件相比,其最大的特点是计算机数字化流程与业务流程完全一致,从槽井坑钻野外数据采集到资源量计算和矿体三维显示无缝连接、零数据交换,使得在具体应用中,充分体现了提高效率和成果精度、节省大量人力和物力所带来的优势。

    ——建成了以北京、大区、省级三级体系组成的中国地质调查信息网格结点体系(分布全国 20个结点群),成为国内最大的行业网格之一。基于本体理论,按照资源聚合器标准规范,进行统一的数据描述与组织,提供统一的发现、集成整合与发布,数据量已达TB级。在整合公开地理信息资源基础上,通过地质调查信息空间和物理空间智能叠加,构建从地理空间向知识空间的地质调查智能空间平台,以多比例尺地质图数据、地质工作程度等200余种地质专题数据服务为中心,以“天地图”等地理信息为衬托,面向专业和非专业人士提供了主要由13个功能模块构成的 “5+1”服务模式工作流。通过各专业结点的特色服务,体现出具有高效性、及时性、易得性和多元化等时代特征的新一代地学信息服务模式。

    ——提出与发展了基于网格环境下海量数据空间分析与处理服务、多源空间数据集成应用、空间信息分布式协同计算等多项关键技术,为我国网格技术的应用实践提供了开创性示范实例。

    ——面向以大数据、云计算、智能感知服务、第四范式与泛在服务为特点的地质调查智能空间平台改造与升级。开展以智能感知、非结构化数据的挖掘和知识发现为核心的技术方法研究,初步构建地质调查智能空间平台原型系统,形成天地一体化地质调查、管理和智能服务体系雏形;以大数据技术为依托,初步形成智能地质调查非结构化数据发现与挖掘服务雏形,实现了地质大数据的一键式存储、组织、管理、快速检索与智能挖掘等。推进野外地质调查工作向智能流程的再造,为地质调查信息化流程提供后台支撑平台服务,创新地质调查方式和服务方式。

    ——与时俱进,把新一代信息技术融入数字地质调查体系,构建了智能地质调查体系,提供现代地质调查工作、管理与服务的新模式。基于大数据和云计算等新一代信息技术,把智能设备、北斗系统充分融入数字地质调查系统,集成开发了基于大数据技术和北斗卫星技术的应用数字地质调查系统,为构建“野外地质调查工作+管理+安全保障服务”的天地空一体化服务体系架构和模式奠定基础。

    ——创建了天地空野外地质调查工作现场管理调度、野外现场技术指导与专家会诊、艰苦地区安全保障服务一体化新模式,建立了多通信技术与网格技术的协同集成技术、适合“野外地质工作+管理+安全保障服务”的静动态北斗4级组网技术、野外地质调查安全保障主动服务技术。

    数字地质调查理论、技术方法与软件平台的应用为现代化野外地质工作各个环节提供了全方位技术支撑;创新了野外地质工作、管理和服务模式,推动了我国地质调查从数字化走向智能化和智慧化的快速发展,培养了一批跨学科的技术人才,取得了显著的社会效益。据了解,“数字地质调查系统”已在地质调查实际生产和许多矿业公司中全面应用。从2006年开始,成果已广泛应用于全国区域地质调查、矿产远景调查、矿产资源调查评价及危机矿山接替资源调查等专项及矿区勘探等领域。目前,成果推广应用单位超过1000家、人员超过15000人,涉及全国地质、冶金、有色、核工业、建材、化工、煤炭等行业部门、高校科研部门和国内大型矿业公司。创立的数字填图技术与方法已被多个大学列入本科生教学课程。

     

    数字地质调查理论技术方法与软件平台

    科技创新平台建设叫好又叫座