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    近日,由中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心(以下简称“长沙中心”)和中国地质调查局油气资源调查中心(以下简称“油气调查中心”)联合实施的页岩气参数井“黔麻页1井”顺利完井。该井完钻井深2308米,取心251.8米,成功钻遇多套含气层,含气层累计厚度大、气测显示活跃,进一步拓展了雪峰西南缘寒武系页岩气勘探新区,有力支撑桂中-黔南地区页岩气资源基地建设。

    “黔麻页1井”由油气调查中心完成井位论证与地质设计,长沙中心全面负责钻井、取心、录井、测井及固井等现场作业。该井是长沙中心首台ZJ50DB大口径石油钻机列装,并组建油气钻井与录井队伍后,独立完成的首口页岩气参数井,作业过程中面临着不少挑战。

    面对灰岩地层坚硬破碎、漏失严重、软硬频繁互层、地层水敏性强,以及局部井段岩层倾角高达50°等系列难题,钻井队伍积极践行绿色勘查理念,创新突破高效护壁堵漏、井斜精准控制、机械钻速提升和恶性漏失固井等多个关键技术瓶颈;同时通过自主研发的废浆处理系统,实现了钻井废浆的无害化处理与绿色循环利用。

    针对目的层取心工作量大、地层研磨性强的特点,钻井队伍采用自主研发的DC182型取心钻具,显著增强抗压、抗扭和井下工作稳定性,配套特制金刚石及PDC取心钻头,通过“取心钻具+直螺杆”组合有效提高机械转速与破岩效率;应用双筒取心技术,最高回次机械钻速6.6m/h,岩心收获率100%、日最高取心进尺39m。此外,泥浆泵液动出心技术最大限度保留了岩心的原状结构,有效保留游离气,实现地层参数“取全、取准”,为后续页岩气储量计算与开发决策提供可靠依据。

    长沙中心ZJ50DB钻机首口页岩气参数井“黔麻页1井”顺...

    近日,中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心(简称“长沙中心”)承担的东部地区战略性矿产靶区查证技术支撑项目在湖北大冶和湖南永州的钻探施工现场传来捷报,历时40余天,实施的ZK2001、ZK502两个地质岩心钻孔分别钻至900.2米和810米,顺利终孔。

     机台施工

    钻探工作于2025年1月中下旬开始,长沙中心与中国地质调查局武汉地质调查中心精诚合作、密切配合,共同实施鄂东南地区铜铁金多金属战略性矿产调查评价项目、湘西南零陵-洞口地区锰锑多金属战略性矿产调查评价项目。其中,ZK2001、ZK502两个钻孔钻探施工任务由长沙中心负责。时值年关岁尾,时间紧、任务重,长沙中心高度重视、迅速行动,精心挑选骨干力量,组建党员突击队,不讲条件、不提困难,在凛冽寒风与年关思乡的双重考验下,义无反顾奔赴野外施工一线。

     现场配置泥浆

     机台施工现场

     炭质泥岩地层岩心

     硅质灰岩地层岩心

    鄂东南工作区钻孔长孔段失返性漏失、永州零陵工作区硅质灰岩地层坚硬致密导致机械钻速低、钻头寿命短,炭质泥岩地层水敏性强,极易引发缩径、塌孔和钻孔报废率较高。面对重重困难,项目组技术骨干大胆创新,深入探索研究,通过采用自行申报的专利“一种用于失返性漏失井的取心钻具及方法”克服采矿疏干区近钻头失返性漏失难题;采用自行优化配方低固相泥页岩抑制性防塌钻井液克服炭质、炭泥质水敏性松散地层;通过优选改进钻头金刚石品级和底唇面类型,有效提高钻进效率,钻遇强硅质硬岩层钻速由0.8m/h提升至2.9m/h,钻头寿命由60m提升至280m。实施的两个钻孔均钻获多段矿层,见矿性较好,为后续区域复杂地层施工提供了工程范式,为巩固拓展铜铁金和锰锑资源基地提供了有力支撑,有效保障国家能源资源安全。 

     
    攻坚克难!长沙中心打响2025年钻探找矿“第一枪”

    近日,中国地质调查局军民融合地质调查中心(简称“军民融合中心”)承担的“西部地区战略性矿产靶区查证技术支撑”项目(以下简称“西部靶区查证项目”)地质岩心深孔SZK03顺利终孔,终孔深度为1501.12米。

    该孔是今年西部靶区查证项目支撑局属单位地质岩心钻探任务中最深的钻孔,位于西藏山南市曲松县罗布莎矿区,设计孔深1500米,目的是在罗布莎铬铁矿山深边部建立典型矿床找矿预测地质模型,预测矿体赋存位置,提交矿山深边部找矿靶区。

    钻孔所在的罗布莎矿区地层破碎,岩石蛇纹石化严重,全孔施工过程中容易发生地层漏失、缩径、垮塌现象,对施工的进展提出极大挑战。项目组人员深入分析邻孔资料、科学论证制定施工方案,设计五级钻孔结构,结合矿区地层特点采用合理有效的护壁措施,确保了钻孔的施工进度和施工安全。全体一线施工人员克服高原极端气候、夜以继日连续奋战、集智攻关问题困难,历经162天,顺利圆满完成钻孔任务。

    该孔为区域内大于1000米岩心钻中的第二深孔,军民融合中心钻探技术团队以平均278米/台月的速度,刷新了该区域深孔施工效率的最快纪录,这是军民融合中心近年来在钻探设备、材料、工艺、组织实施方法等领域进行探索创新中的一次重要实践。该孔的顺利终孔,将积极助力新一轮找矿突破战略行动铬铁矿目标任务的完成。

     
     
    西部靶区查证项目1500米岩心深孔顺利终孔

    长夏炎热,伏暑为最。在这热情似火的八月,中国地质调查局烟台海岸带地质调查中心(以下简称“烟台中心”)的钻探技术支撑团队正在全国多地如火如荼地开展着为国找矿的地质工作。

    在金都招远,高耸的钻塔昂然挺立,超千米深孔钻机正向地球深部探掘;在胶莱盆地,连绵起伏的青山与整齐划一的红色队伍形成鲜明对比;在渤海海域,“海洋地质十七号”调查船正锚定目标沿着蔚蓝海面向海底深处钻进。与此同时,在汾西深处、中原腹地、皖南地区,均活跃着烟台中心钻探工作人员辛勤劳动的身影,他们与大山为伴,与黄土为友,头顶着烈日,脚踩着泥泞,用实际行动投身到国家新一轮找矿突破战略行动中。

    新矿种施工,打开事业发展新局面

    2024年,是烟台中心钻探技术队伍建设发展极不平凡的一年。烟台中心面临着施工人员最多、作业范围最广、钻探任务最重、地层矿种最杂的现实情况。据了解,其工程勘查室年度共承担陆域49个钻孔、海域22个钻孔合计17890米钻探任务,涉及金矿、铝土矿、铀矿、铜矿、铁矿等多类型矿种,分布在5省9个项目13个工作区。面对新领域、新矿种、复杂地层带来的挑战,烟台中心钻探技术团队集智攻关,制定了“一矿种一方案”“一工区一对策”的施工方案,通过优选钻进工艺、优化钻进参数和泥浆配比等措施,有效解决各矿种施工面临问题,积累了丰富的施工经验。针对山东莱西金矿工作区矿化带部位断层泥较多、孔内严重漏失问题,技术团队两次实施水泥封堵,成功穿过漏失破碎层,有效改善孔内漏失情况。针对招远滕家矿区断裂带地层水敏性强、破碎易漏失问题,技术团队充分总结以往经验,对照已有岩心资料,确定地层漏失位置,提前调整冲洗液降失水性能,顺利穿过构造断裂带。针对山西汾西铝土矿工作区地层破碎漏失严重、供水困难的情况,技术团队创新引入空气泡沫冲洗液工艺,在合理处理地层漏失问题的同时有效缓解了工作区供水难题。针对河南驻马店铀矿工作区地层松散易坍塌情况,技术团队邀请北京探矿工程研究所专家实地指导论证,探索应用双聚防塌冲洗液,采用全孔提钻取芯工艺,进一步增强孔内稳定性,保证了岩心采取率。针对首次独立承担海域钻探任务且海况、地层不熟悉的实际,技术团队积极收集国家海洋局、青岛海洋地质研究所等单位以往调查成果,聘请经验丰富技术人员参与指导,利用海上作业“窗口期”加紧施工,目前已实现自主海钻能力“破百”。

    通过一系列方法举措,技术团队有效处置各工作区施工问题,使得效率明显提升:山西汾西工作区单孔施工周期压缩一半,台月实进尺达到650米/台月,较首月提升50%;山东招远工作区施工的1600米钻孔于6月底顺利终孔,全孔台月效率达661.1米/台月,创历史新高,1900米钻孔首月台月效率达795米/台月,再创中心台月效率纪录。经过不断地实践锻炼、复盘总结,技术团队逐步掌握了在漏失、松散、破碎等不同工况条件下的应对措施,实现了浅海地质勘探“百米”的突破,丰富了多矿种施工的专业技术储备,打开了烟台中心钻探事业发展新局面。

    新矿区作业,激发任务保障新效能

    作为一支国家基础性、公益性、战略性地质调查队伍,烟台中心坚持将“支部建在项目上”,尤其对于钻探这个对组织指挥要求高、安全风险考验大的工种,队伍开进到哪里,党的建设、条件保障、安全管理等一系列工作就要跟进到哪里。

    在队伍建设上,为积极响应新一轮找矿突破战略行动,为局系统提供钻探技术支撑,同时解决“工勤人员有活干”的掣肘问题,烟台中心党委积极谋划钻探队伍发展,统筹全中心钻探专业资源,充分发挥集团作战优势,组建130余人钻探大队,在人才、技术、装备等方面予以倾斜,为年度钻进能力突破2万米提供保障。

    在任务引领上,结合今年钻探工作任务重、人员多、分布广、骨干力量少的实际,烟台中心工程勘查室积极探索“1个党总支+7个机台临时党支部”的施工期组织架构,坚持将各项工作一同纳入支部议事日程,通盘考虑、全面推进,切实发挥“把方向、统大局”“议中心、谋发展”“解难题、保稳定”的组织优势,为全年任务顺利开展提供支撑、引领及保障。

    在作业模式上,烟台中心合理分析研判工作区作业难题,及时优化调整作业模式,针对山西汾西工作区钻孔数量多、孔深浅、地形复杂的特点,按照“优化班组配置、调整作业时间”的思路,将机台一分为二,采用“履带式+便携式”两个钻机联合作业,实行“长白班”制,有效规避夜间复杂条件行车风险,同时提高了施工效率和机台搬迁效率。

    在保障方式上,烟台中心针对新矿区情况不熟悉、关系协调难、用电保障难的实际问题,由科室主要负责人带队走访驻地自然资源部门、镇政府、村委会、供电所等,在青苗赔偿、土地占用、用电账户开设、变压器协调等方面达成共识,为任务开展奠定基础;结合各矿区任务实际,区分深孔、中深孔、浅孔等不同情况,针对性进行设备选型、管材复新、维修保养等工作,确保“因症施策”“对症下药”;在物资采购、材料供应、装备运输跨省保障难的情况下,探索实施“固定招标+框架协议+定点比价”的采购方式和“定点物流+自有车辆”的运输方式,确保采购公开透明、物资及时供应、装备安全运输,为高效开展施工任务提供支撑。

    在安全管理上,烟台中心针对每个矿区不同实际,科学制定野外矿区日常管理规定,完善安全风险隐患清单,从优化住宿区选址、调整用车时段、合理安排作息、加强安全检查和应急演练等方面入手,强化各级安全管理责任,督促施工人员持续用好安全管理智慧平台,实时监控钻探机台操作全过程。这些措施使得一线施工人员安全意识不断增强,现场安全作业环境得到改善,野外施工安全管理水平有效提升。

     

    新技术赋能,催生找矿突破新动力

    工欲善其事,必先利其器。为全力支撑新一轮找矿突破战略行动,烟台中心今年新购了多台钻探装备及配套设施,F1000D便携式全液压钻机便是其中1台。前不久,钻探技术团队采用该钻机高效施工完成了352米的岩心钻孔。

    在山东栖霞台前-西陡崖工作区的交接班会上刚上完大夜班的记录员兴奋地汇报着工作情况:“机长,当日进尺115.8米,当班进尺37.8米,我们又破纪录了!”据悉,该钻孔施工地层主要为黑云斜长角闪片麻岩,设计倾角75度,全孔历时5天,台月效率高达1981.1米/台月,单日和单班(8小时)进尺屡创新高,三项指标均突破烟台中心历史纪录。该钻孔的高效施工,体现了烟台中心在钻探技术力量和装备体系建设方面的显著成果。

    除了新设备的投入使用,新工艺、新材料的运用对钻探施工也起着至关重要的作用。今年以来,钻探技术团队从现场作业需求入手,积极推进钻探行业前沿科技设备工艺的引入及研发,探索运用空气泡沫冲洗液、双聚冲洗液、成膜泥浆、变频离心机、海域升沉补偿钻机等多项技术措施,成功申报“一种钻杆内壁泥皮泥饼清除装置”“一种高速水接头多功能提篮”2项发明专利和2项针对设备改进、工具研发的实用新型专利,团队建设正实现由“传统施工”向“科研+生产”的模式迈进,为队伍高质量发展提供新质生产力。

    与此同时,烟台中心正依托近年来在全国多地开展岩心钻、工程钻、水文钻、海钻的经验成果和技术力量,联合北京探矿工程研究所等多家行业单位积极申报海陆一体化钻探工程技术烟台市工程研究中心。该研究中心主要以海域地质钻探为核心、深部岩心钻探为重点、水文钻探和矿山救援钻探为突破,构建较为系统的海陆一体化钻探工程技术方法体系,为全力支撑新一轮找矿突破战略行动提供重要保障。

     

    创新引领 科技赋能 钻探技术支撑水平提质增效

    在世界“第三极”青藏高原,在荆棘遍布的深山老林,矗立着一座座孤独寂寞的钻塔,中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心(简称“长沙中心”)钻探人用沾满泥浆的臂膀,抱起一根根沉甸甸的钻杆,将钻取的岩心小心翼翼地放入岩心箱。这些日常工作的缩影,彰显着他们对平凡岗位的执着和坚守。他们与大山为伍、与密林为伴,爬冰卧雪、翻山越岭,足迹遍布祖国大地。三尺机台是他们踏梦出征、书写忠诚的舞台。他们用青春探寻地层的繁华,用岁月镌刻资源的画轴。

    这支钻探团队具有深厚的历史底蕴,沐浴着改革的春风,与原黄金部队偕行,是金矿勘查获取地下实物资料的重要力量。团队在原部队时期主要从事小口径矿产地质岩心钻探施工任务,四十余年来,累计进尺10万余米,用实际行动践行“地质报国”的赤诚初心;2018年转制改革后,他们由传统地质找矿拓展到“山水林田湖草沙”一体化调查。为适应业务发展新形势新要求,他们胸怀“国之大者”,锚定“为国找大矿、找好矿”目标,按照“进军中深部、拓展多领域”总体思路,抢抓机遇、主动作为,积极组建水文、地热、深部油气等钻探队伍,以培训实操为抓手,以项目实施为平台,钻探综合技术水平和支撑服务能力全面提升,核心竞争力显著增强。

    党建引领  凝心聚力谋发展

    团队组建之初,钻探骨干流失严重,人员结构不合理、人才力量薄弱的问题十分突出,加之任务转型拓展,需要熟悉新装备,提升新能力。团队发挥党支部战斗堡垒作用,坚持以党建为引领,认真落实“三会一课”制度,遇到重大事项和急难险重任务,就会召开支委会、党员大会,群策群力、集智攻关,全力攻克转型发展过程中遇到的“瓶颈”难关。为解决人员思想不稳定的问题,党支部通过“摆事实、讲道理”,疏通思想“症结”,化压力为动力,并积极开展“我为群众办实事”实践活动,及时解难帮困,让团队干工作没有后顾之忧。为加快提升专业技术能力,团队发挥党员领头雁作用,组建以专业技术干部、机长为主体的授课交流团队,加大钻探基础理论与实操训练频度,并积极开展“师带徒”“结对子”帮扶,浓厚团队学习氛围,团队整体技术水平得到有效提升,一大批钻探班员顺利成长为钻探机长和班长。为加强先进典型引领,党支部努力培塑“学习强能、担当作为、求实创新、敬业奉献”的团队文化,将榜样力量转化为爱岗敬业、奋发向上的不竭动力,团队所在党支部被中央和国家机关工委评为“四强”党支部,1人被中心评为“最具学习力”先锋人物。

    攻坚克难  转型拓展求突破

    2021年,团队首次承担江西省赣州市宁都县找水打井任务。面对全新业务领域,他们毫无头绪、压力巨大,团队负责人鼓励大家说:“革命老区面临水资源短缺‘瓶颈’,作为地质勘探的‘国家队’‘中央军’,我们责无旁贷。只要我们发挥好自身专业优势,宁都的老百姓用水难题将迎刃而解。”团队开始翻阅大量调查报告和文献,总结研究先进施工工艺方法,以找红层区地层隐伏破碎构造和不同地层接触构造形成导水、储水含水层为靶向,因地制宜采用空气潜孔锤快速钻进工艺及复杂破碎地层跟管钻进技术,在旱垴、南必蔬菜基地实施水文水井5口,孔孔出水,总出水量近1600吨/天,解决了当地1650亩蔬菜灌溉用水和1200余名村民饮用水需求,进一步巩固拓展脱贫攻坚成果,有效支撑赣州市宁都县革命老区乡村振兴。5口水井移交当地政府的竣工仪式上,长沙中心向南必村党支部书记询问出水、用水情况,书记激动地说道:“感谢长沙中心酷暑天气给咱老区人民找水,甘甜的井水,喝在嘴里,甜在心里。这是促进我村产业发展的‘经济之水’,也是带领村民奔小康的‘致富之水’”。

    在水文水井成功实施的基础上,钻探团队成员不断总结经验,创新工作方法,以浙南诸河流域地下水资源调查评价项目为依托,建立了一套从钻探成井、测井、洗井、抽水试验、水样采集、保护装置安装、井口高程点建设到自动化监测系统安装及调试完整的地下水监测井监测体系,先后在浙南地区实施地下水监测井28口,有效保障国家地下水监测工程实施,为浙南地区合理开发利用地下水资源、监测地下水污染、有效防治地质灾害以及解决生态环境问题等提供了科学依据。

    2023年,长沙中心承担地热资源预可行性勘查地热钻探项目,工作区地层为胶结性差、水敏性强的红砂层。针对其红砂层易引发孔底压力剧增、钻具磨损严重等问题,钻探团队不断加强地层研究,创新工作方法,采用钻井液离心固控技术、空气潜孔锤钻进扩孔和胶塞固井技术,有效减少废浆排放,降低环境影响,提高钻进效率和固井质量。项目历时65天顺利竣工,终孔孔深1500.8米,实现地热钻井施工新领域零的突破。

    攀过一山,再登一峰。鄂鹤页3井,是该中心组建深部油气钻井队伍实施的第一口页岩气参数井,设计井深2300米,旨在初步查明鄂西鹤峰地区二叠系页岩气储层发育情况,助力鄂西地区页岩气开发。受领任务之初,面对全新的业务领域以及更加突出的安全风险隐患,团队发扬湖湘子弟“敢为天下先”的精神,立即组建以钻探业务骨干、机长为主的技术攻关小组,积极学习先进经验,因地制宜优化完善钻井施工设计。项目启动后,团队建立起标准化、精细化、科学化管理机制,落实工程进度“一日一报、一周一会”制度,做好保障工作,全面提升钻探施工效率。面对井内漏失、坍塌掉块、易跑斜等复杂情况,项目技术骨干反复研究地质资料,集中研讨,制定科学对策。团队众志成城、团结协作,历时65天,成功钻至目的层二叠系栖霞组并成功点火,终孔深度2326米,标志着该中心在深部油气钻井领域初步形成战斗力和生产力,实现了从传统矿产地质钻探向水文地质钻探、工程地质钻探、地热钻探、大口径深部油气钻井等领域拓展转型。

    开拓创新  接续奋斗谱新篇

    创新是推动地质调查现代化的“驱动力”。团队着力发挥科技创新“引擎”作用,加强地质科技自主创新,打造科技创新高地,赋能业务高质量发展。近年来,团队累计发表学术论文10余篇,获批专利10余项(发明专利2项),为钻探施工转型发展奠定了坚实基础。

    雄关漫道真如铁,而今迈步从头越。在新一轮找矿突破战略行动的“主战场”上,团队将始终保持着“冲锋”姿态,踔厉奋发、笃定前行,立足深部钻探重大需求,按照中国地质调查局党组“三步走”“三级跳”战略目标,不断巩固拓展转型发展成果,建实建强深部钻探“国家队”,打造支撑地质找矿亮点名片,用青春热血致敬伟大的新时代,用一串串沉甸甸的成果为中华人民共和国75周年华诞献礼!

     
     
     
    三尺机台铸忠诚 提质强能谱新篇

    近日,中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心承担的“东部地区战略性矿产靶区查证技术支撑”项目页岩气参数井--鄂鹤页3井钻至2326米,顺利完钻。

    鄂鹤页3井位于湖北省恩施土家族苗族自治州鹤峰县,设计井深2300米,旨在初步查明鄂西鹤峰地区二叠系页岩气储层发育情况,助力鄂西地区页岩气开发。该井是长沙中心组建深部油气钻井队伍后实施的第一口油气井,长沙中心党委高度重视,科学统筹、靠前部署,有序推进各项工作。团队人员斗志昂扬,不畏严寒、不惧风雪,锚定目标闯创干。施工过程中,面对井内漏失、坍塌掉块、易跑斜等复杂情况,项目技术骨干反复研究地质资料、集中研讨对策,因地制宜调整施工方法,逐一攻克各类施工难题,耗时65天,首战告捷。

    鄂鹤页3井顺利完钻,标志着长沙中心作为中国地质调查局首支深部油气钻井队伍初步形成战斗力和生产力,拓展了业务领域,提升了行业竞争力。下一步,长沙中心将持续发力,不断加强深部油气钻井人才团队和装备体系建设,在新一轮找矿突破战略行动中勇立潮头、再建新功。

    长沙中心页岩气参数井首钻告捷

    近年来,中国地质科学院岩溶地质研究所通过实施一系列项目,研发了一套促进岩溶流域生态一体化保护修复的技术方法,有效支撑了桂林市山水林田湖草沙一体化保护和修复。

    漓江流域是我国南方重要的生态安全屏障,其喀斯特地貌景观和优质山水资源是我国和全世界的宝贵财富。为规范山水林田湖草沙一体化保护修复工程实施,提高漓江流域生态保护修复的整体性、系统性、科学性,2021年,岩溶所牵头编制《灵川县南圩地表水综合治理与冠岩地下河协同调蓄》和《潮田岩溶洼地水源涵养蓄水保水工程》项目建议书,支撑桂林市完成国家第二批山水林田湖草沙一体化保护和修复工程项目申报,两个项目获批财政资金1.3亿元。2022年,岩溶所完成《灵川南圩地表水综合治理与地下河协同调蓄项目》《潮田岩溶洼地水源涵养蓄水保水工程》项目可行性研究并获批复,2023年岩溶所为这两个项目勘察、设计和施工提供全过程技术服务。

    从项目的申报建议到可行性研究,再到项目实施的全过程指导,岩溶所抓住桂林冠岩地下河流域调蓄能力弱、地表水-地下水交互频繁、流域生态系统脆弱、水土漏失强烈、生态修复难度大等有别于非岩溶区的特征和关键问题,研发了一套以岩溶水循环调控为核心,增大流域地表-地下调蓄空间,遏制流域水土流失/漏失,促进岩溶流域生态一体化保护修复的技术方法,有效支撑了桂林市山水林田湖草沙一体化保护和修复。

    图 桂林冠岩地下河流域地貌图

     
    岩溶所有效支撑服务桂林市山水林田湖草沙一体化保护...

    为支撑服务桂林市建设国家可持续发展议程创新示范区,2018年3月21日,中国地质调查局岩溶地质研究所组织岩溶生态与石漠化治理专家赴桂林灵川县调查石漠化总体分布、石漠化区耕地剥离层土壤利用与耕地整治情况。

    调查活动主要在灵川县灵川镇、大圩镇、潮田乡进行,内容针对桂林地区石漠化和岩溶分布区的遥感解译影像进行实地校对;详细考察桂林市周边县域石漠化的分布面积、石漠化等级、水土流失和漏失情况,以及潮田乡石漠化区耕地质量提升改造工程,并对岩溶区的耕地土壤培肥等问题提出建议和指导,研讨下一步合作方向。

    此次岩溶所重点针对桂林市石漠化地区的生态环境问题和生态农业等问题开展专项调查,同时运用在西南石漠化综合治理、立体复合型生态农业发展等方面取得的经验和技术,率先实施桂林市石漠化区生态修复、土地利用转型、生态农业产业优化和耕地生态整治技术研究等,为全面建设桂林市可持续发展创新示范区提供实践经验。

    桂林市灵川县国土资源局有关领导参加调查。

    岩溶所调查桂林市石漠化与耕地整治情况

     

    中新社桂林11月14日电 (赵琳露 苏橹萱)来自中国、美国、巴西、波兰、泰国、柬埔寨等11个国家的科学家14日齐聚广西桂林市,启动“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划,将建立全球岩溶环境监测网络,促进全球岩溶资源的可持续利用和环境的可持续发展。

    全球岩溶面积2200万平方千米,占地球陆地面积15%。岩溶资源环境和变化问题十分突出,干旱、石漠化、水污染、水土漏失等环境问题日益频繁,已经成为制约经济社会可持续发展的全球性问题。

    中国国土资源部总工程师、国际岩溶研究中心理事会主席彭齐鸣表示,“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划将建立全球岩溶环境监测网络,研究和查明全球不同岩溶动力系统类型的碳、水、钙循环规律和资源环境效应,突破岩溶关键带资源环境科学问题的瓶颈,创新岩溶资源勘探开发和岩溶环境治理与保护科学技术体系,创建全球岩溶资源环境信息平台。

    作为世界上最大的岩溶区之一,中国在岩溶资源开发、石漠化治理、岩溶塌陷防治、岩溶自然遗产保护和脱贫攻坚中,积累了丰富的经验。根据当天发布的《中国岩溶地质调查报告(2016)》,中国查明西南8省(区、市)岩溶地区地下水资源开发利用潜力,解决了1500万人饮用水困难;创建了4种石漠化综合治理模式,可在西南岩溶地区300个县推广应用;圈定岩溶塌陷高易发区面积34万平方千米,有效防治岩溶地质灾害。

    国际岩溶研究中心于2008年12月落户桂林,是联合国教科文组织首次设立的地球科学研究中心,在全球建立了39个岩溶环境监测站。目前,中国岩溶石漠化研究与治理示范,已在新西兰、坦桑尼亚等6个国家推广应用。

    在当天的启动仪式上,中国地质调查局岩溶地质研究所还与中国地质大学、桂林理工大学签署了三方联合创建岩溶动力学国家重点实验室协议。(完)

    扬子晚报网:中外岩溶地质科学家启动国际大科学计划

    SYZX系列绳索取芯液动锤

    3500米全液压地质岩芯钻机在山东招远金矿进行勘探

     

    今年是中国地质调查局勘探技术研究所成立60周年。

    60年,一甲子,岁月峥嵘,成就辉煌。

    作为我国第一家探矿工程专业科学研究机构,中国地质调查局勘探技术研究所以地质钻探装备与工艺技术的研发和推广应用为核心工作,通过引进消化吸收再创新、集成创新、原始创新等,60年来交了一份闪亮的成绩单——累计完成重要科研成果500多项,150余项获国家、省部级以上奖励。其中,国家科学技术进步一等奖1项、二等奖2项,国家创造发明奖和新产品奖6项,省部级科技成果一等奖10项、二等奖34项;拥有国家专利93项,中国专利优秀奖4项。如今,勘探所已成为我国地质装备与技术研发的领航者。

    我国成立首个探矿工程科研机构,开启国产钻探装备自主研发新征程

    新中国成立之初,国家确定了地质工作“大发展,大转变”的战略方针。探矿工程作为地质工作的重要手段,其技术基础却很薄弱。在上世纪50年代初期,当时国外的岩芯钻探已普遍推行金刚石钻探技术,而国内仍是“硬质合金、铁砂加钢粒”钻进,钻探设备主要是从前苏联和瑞典进口的低转速手把式和油压钻机。1956年,我国第一个五年计划进入实施的第四个年头,工农业大发展,急需各种矿产资源、能源、水资源。集中力量发展探矿工程技术的呼声也越来越高。

    1957年1月,原地质部组建的我国第一个从事探矿工程专业研究的科研机构——地质部勘探技术研究所(以下简称“勘探所”)成立了。我国地质勘探装备自主研发的新征程由此开启。

    建所初期,为发展适合我国国情的勘探设备,勘探所在国内最先开始了探矿工程小型设备和机具的研制工作,随后,岩芯钻机、物探钻机、坑道钻机、工程地质钻机、反循环水井钻机等,及其配套泥浆泵、钻塔等的研制工作全面铺开。在建所后的10年间,勘探所开展了多项探矿工程领域的开创性工作。比如:率先成功研制了我国第一套地质岩芯钻机;用液动锤首次进行全孔反循环取芯试验,并获成功;在国内最早开展了天然金刚石表镶和孕镶钻头的研制工作,并利用冷压浸渍法制造成功……通过10年努力,我国的地质勘探装备开始自给,探矿技术水平空前提高,使得白云鄂博、大冶铁矿,白银厂多金属矿,淮北、平顶山煤矿等大型矿产基地和多个水利资源勘探进程大大加快。

    与钢粒钻进相比,金钢石钻进具有效率高、质量好、消耗低和操作轻便等优点。1960年,勘探所开始了天然金刚石钻头制造工艺研究,次年便试制成功我国第一批天然金刚石钻头和扩孔器。由于我国天然金刚石产量少,价格昂贵,生产难度大,为天然金刚石钻头广泛使用增加了难度。1969年,勘探所开始了人造金刚石钻头的研究,并于1974年首次进行了小口径人造孕镶金刚石钻进技术配套试验。随后,勘探所与河南省地质局合作,在河南地质九队午阳铁矿区第一次打出人造孕镶金刚石钻头的高水平。1975年,小口径钻探技术又进行了第二轮配套试验。到70年代末,我国仅用20年左右的时间走完了国外金刚石钻探技术发展所经历的100多年的历程。

    此外,在工程地质钻探和水文水井钻探领域的设备研究也屡战告捷,坑探掘进技术和试验室选矿设备研究提交了多项有价值的科研成果。岩芯钻探从手把式低速钻机、大口径硬质合金和钢粒钻进,向液压式高速钻机、小口径金刚石钻进发展;工程地质和水文水井钻探设备,实现了多样化,钻进工艺日趋完善;坑探工程开始从手工作业向半机械化、机械化迈进。我国地质钻探和坑探工作从此朝着赶超世界先进水平的方向迈上了一个新台阶。

    钻探服务领域扩大,钻探技术向多领域、多工艺和科学化发展

    随着改革开放的逐步深入和国民经济的高速发展,我国钻探技术开始向多领域、多工艺和科学化发展。

    20世纪70年代前的钻探技术,主要用于地质找矿和地下资源开采,而进入80年代,则应用到工农业建设和国防建设的各个方面。比如:山东青岛海上柔杆电钻炸礁工程,西藏羊八井地热开采,广东珠江口番禹大桥基桩施工,北京、廊坊等地的定向穿越马路、建筑物的非开挖铺管工程施工,以及北京十三陵蓄能电站锚固工程施工等。

    根据市场急需,勘探所以《螺杆钻受控定向钻探技术》成果为依托,1991年开始了采卤对接井钻井技术研究,与湖南省地矿局、湘衡盐矿一起完成了两对对接井施工,到1995年末,共完成5对对接井,成功率达到100%。两井高精度直接对接成功,使我国水溶采矿技术进入了世界前列。盐业系统的老专家说:“这项技术开发成功,解决了我们几十年想解决而未解决的问题。”该技术的成功,不仅为盐业提供了一条低投入、高产出的途径,也为勘探所科研成果的转化提供了重要经验。

    80年代初,为了满足各种高层建筑、高速公路、桥梁等基桩工程施工的需要,勘探所率先在国内研制大口径工程施工装备与技术配套,研制了GJD工程钻机、CG型全套管施工设备、大口径无循环施工机具与技术,以及大口径桩检测仪,目前已经形成了系列成套设备、器具及配套工艺,其中大口径无循环钻探技术在青藏铁路建设施工中发挥了重要作用。

    1993年,勘探所针对广泛用于市政、电讯、电力、煤气、自来水、热力等管线施工工程的“定向钻进非开挖铺设地下管线技术”进行立项研究。1994年,第一条非开挖铺设的管道顺利完成。到1997年,勘探所自行研制成两种型号的非开挖钻具和器具,并用此设备完成了70多条管线铺设工程,包括穿越公路、铁路、首都机场飞机跑道和建筑物等,至目前已形成高效环保的GBS系列(5T-320T)钻机及配套施工技术体系。

    冲击回转钻探技术在硬岩钻进中具有较高钻进效率。勘探所是我国首个开展液动冲击回转钻探技术研究的单位,至今仍在坚持这项研究。勘探所最初研制成功的5个系列的液动潜孔锤,品种达20多个,几乎涵盖了全部钻孔口径。后续又开发出了更大口径的、嵌岩桩钻进用的ZC-800型液动潜孔锤。勘探所的这一成果在国外引起了广泛关注,吸引了日本、德国、英国、俄罗斯、澳大利亚、古巴、泰国、越南等国家的专家前来考察。德国、澳大利亚、加拿大等在钻探技术方面比较先进的公司先后从勘探所购置了液动锤。该成果在英国权威杂志的《地质钻探》1995年第5期一经发表,有10个国家的13家公司来电来信索取资料和要求报价购置。

    随着钻探技术服务领域的扩大,钻探工程面临的地质条件越复杂,施工难度也越大。如何提高钻探效率、保证质量、降低成本?勘探所根据生产需要及施工条件,将新技术、新方法进行配套,先后研发了小口径金刚石岩芯钻探、井底动力钻探、空气钻探、水力反循环钻探、大口径基桩孔施工等工艺。勘探所实施的原地质部“八五”攻关项目《中心取样地质钻探新技术》《液压顶驱式车装钻机》及《CD-3型岩芯钻机》,结束了我国钻探方法单一的局面,使我国钻探技术的整体水平有了较大幅度的提升。与此同时,勘探所还与各有关探矿机械厂共同合作,使常用钻探设备基本上实现了标准化、系列化和国产化。

    钻探技术迎来发展新机遇,科学钻探体系进一步丰富

    1999年,新一轮国土资源大调查开始实施。地质、矿产及资源勘查钻探技术的应用迎来新的发展机遇和更广阔的发展舞台。

    在地质大调查项目、科技部“863”项目和危机矿山专项项目的支持下,勘探所完成了2000米全液压岩芯钻机及配套设备的研究,并在山东乳山金青顶金矿区完成了终孔深度达2212.80米(Φ76毫米 N级口径)示范孔的工程施工,创造了国内H级绳索取芯钻进深度及岩芯钻探套管应用深度的两项最深纪录。用自主研发的XJY-850无缝合金钢管材制作的Φ73毫米、Φ89毫米绳索取芯钻杆,在示范孔施工期间未发生孔内钻杆事故,标志着我国2000米地质岩芯钻探技术体系已基本形成,同时也结束了我国2000米以深钻孔绳索取芯钻杆依靠进口的局面。

    全液压动力头钻机具有取芯钻进效率高和安全性高的特点,尤其在斜孔施工方面极其方便,可提高钻探质量。勘探所开发的YDX系列全液压岩芯钻机的所有功能均为液压驱动,操控精准便捷,与传统的立轴式钻机相比,取芯作业的效率及安全性大大增加,钻机采用模块化设计、先进的高转速动力头设计、负荷敏感控制液压系统等部件设计,提高了钻探工作效率,减轻了工人的体力劳动,提高了钻机工作可靠性。勘探所先后完成了300米、600米、1000米、1500米和2000米系列钻机的设计开发,并出口到澳大利亚、俄罗斯、吉尔吉斯斯坦、蒙古等国。

    在地调项目的支持下,勘探所研发的高精度定向对接中靶系统——“慧磁”系统,实现了地下导航高精度定向技术的重大突破,也使得我国成为继美国之后第二个拥有此项技术的国家。从2003年开始,勘探所与中国机械进出口总公司合作,实施了土耳其BEYPAZARI天然碱采集卤项目钻井工程,到2010年12月共完成了56口井的定向钻井,获得了土耳其业主公司的高度评价。通过土耳其天然碱工程的实施,勘探所实现了从两井对接连通到多井对接连通的技术跨越。

    2001年4月18日,受国内外地学专家高度关注的中国大陆科学钻探工程在江苏省东海县破土动工。该井井深达5158米,孔径256毫米。针对科钻工程中硬岩深井连续取芯钻进技术难题,勘探所完成了液动潜孔锤理论及工作原理的创新,攻克了液动潜孔锤零件设计、选材及加工方面的多项工程技术难题,配套开展了全面冲击回转钻进、绳索取芯钻进、液动潜孔锤跟管钻进、螺杆马达液动潜孔锤提钻取芯钻进及螺杆马达+液动潜孔锤+绳索取芯三合一钻进等配套工艺的研究,至2008年底基本完成了YZX系列液动潜孔锤及其配套工艺技术的研究与开发。科钻一井的统计数据表明,采用液动锤钻进施工,钻进效率提高54%,延长回次进尺178%,大幅度减少了施工周期、降低了施工成本,为科钻一井的顺利完成发挥了重要作用,并创造了单孔应用进尺和使用深度两项世界纪录,使我国的液动锤技术达到了国际领先水平。目前,YZX系列钻具已经成为国内外市场上实现规模化应用程度最高的产品,不断刷新的液动冲击回转钻进技术应用孔深和累计使用进尺等世界纪录,使我国在该领域的研究应用水平站在了世界之巅。

    2007年10月22日,勘探所承担的松辽盆地“松科一井”主井(北井)钻探工程顺利完钻。这口深达1810米的科学探井,以取芯钻进1630米、岩芯直径92毫米、岩芯采取率94.59%的技术成果,为中国乃至世界的环境地质科学研究提供了丰富详实的必要信息。该井在实施过程中,综合运用水源钻探设备、岩芯钻探技术与石油钻井技术,为在复杂沉积地层环境中进行低成本钻探探索了一条成功之路。2014年,勘探所又牵头组织实施了“松科二井”科学钻探工程,目前进展顺利。

    2008年至今,勘探所又以骨干成员单位参与了汶川地震断裂带科学钻探工程(WFSD)。期间,勘探所研制的深孔复杂地层取芯钻具和长半合管取芯技术,在提高高应力极破碎复杂地层的岩芯采取率、岩芯质量和复杂地层深部综合钻探效率等方面发挥了重要作用。其中,9米超长半合管的应用创世界纪录。

    大力推进科技创新,多项钻探技术领跑世界

    随着找矿突破战略行动、生态文明建设、国土资源“三深一土”科技战略的推进,中国地质调查工作更加聚焦国家重大需求和国土资源中心工作,更加关注重大资源环境问题和地球系统科学问题。勘探所按照中国地质调查局党组确立的建设世界一流新型地调局的目标,充分发挥科技创新的引领支撑作用,强力推进科技进步、人才成长和团队建设,自主研发了一批高精尖钻探技术设备,使我国在多个钻探领域领跑世界。

    勘探所承担的《2000米以内全液压地质岩芯钻探装备及关键器具》项目,针对我国地质岩芯钻探技术与装备落后的状况,对全液压岩芯钻机及地质岩芯钻探关键器具进行了全面技术攻关,先后研制了系列全液压岩芯钻机、高强度钻探管材和绳索取芯钻杆、高效液动锤、新型事故处理工具等关键技术装备,突破了严重制约我国地质勘探工作发展的技术瓶颈,从而建立起我国2000米以内地质岩芯钻探技术体系,也使得我国由全液压岩芯钻机、高性能绳索钻杆进口国一跃成为出口国。2015年,该项成果获得了国家科学技术进步二等奖。

    勘探所还自主研发了用于深部矿产资源勘查的3500米全液压岩芯钻探装备。该装备具有较高的机械化、自动化水平,配套高精度仪表及钻参系统,满足金刚石绳索取芯、冲击回转、定向钻进等深孔地质钻探工艺要求,既可用于深孔岩芯钻进,也可用于我国浅部石油勘探,以及新兴能源如煤层气、页岩气、干热岩等的勘探,既可以打丛式井,又可以钻进定向孔。目前,该钻机正在深部地质找矿和油气资源调查中发挥作用。此外,勘探所还研发了大型车载深井钻机、全回转套管钻机、反循环取样钻探装备、地质勘查深孔用高强度铝合金钻杆、轻便岩芯钻机、涡轮取芯钻进系统、大口径长钻程同径取芯技术等,填补了国内多项钻探领域的技术空白。

    钻探过程中,孔壁坍塌、掉块、溶洞、漏失等孔内事故时有发生。针对此种情况,勘探所开展了76毫米和96毫米规格的小口径地质钻探波纹管护壁技术研究,攻克了小口径膨胀波纹管成形技术、膨胀波纹管悬挂锚固技术和多根膨胀管对接技术等三大关键技术难题,填补了该技术领域的世界空白。该技术能有效解决深部地质钻探施工中的孔壁坍塌、掉块、溶洞、漏失等孔内事故,其处理效果相比传统泥浆调配、水泥造壁等更加可靠安全,同时简化了钻孔结构、优化套管级数,大大降低了钻探成本,被誉为21世纪国际钻探工程领域的核心技术之一、小口径钻孔的“血管支架”。该技术在广西、山东、甘肃、福州等地进行了现场应用,完成了地质岩芯钻探超深孔护壁、长距离连续护壁、页岩气孔护壁、大斜度钻孔等不同类型的护壁任务,单次护壁长达21米,护壁深度达到2000余米。

    自从2003年开始勘探所用自有技术在土耳其从事对接井工程,取得了土方业主的高度认可。鉴于勘探所与土耳其业主在工作中建立了良好的合作关系,2014年勘探所作为独立承包商签订了贝帕扎里天然碱矿钻井工程四、五期合同,共计145口井。2015年9月10日,由勘探所承担的土耳其卡赞天然碱地下工程开钻,标志着世界上最大规模的对接井水溶采集卤工程正式拉开序幕,该项目计划在2015年~2018年施工74个采卤水平井组,单井总数达222口。勘探所运用“慧磁”技术创造性地设计并实现了多井组的连通,真正使得地下“穿针引线”技术成为了现实;在施工中大胆创新,克服了地层结构复杂、地磁场异常、地层破碎严重等困难,积累了处理复杂问题的丰富经验。

    60年风雨路,勘探所人用聪明才智和心血汗水铸就了一座座功绩累累的丰碑。在前期研究成果的基础上,近些年来,勘探所取得了4项国际领先技术成果:高精度对接连通井技术、液动冲击回转钻探技术、大口径长筒取芯钻探技术与小口径膨胀波纹管护壁技术;1项国际先进钻探技术体系:2000米以内地质岩芯钻探技术体系;2项国内领先技术:3500米全液压地质岩芯钻机与车载全液压深井钻机;实施了4项科学钻探工程:牵头实施“松科二井”工程、承担“松科一井”主孔工程施工作业、为中国大陆科钻一井工程提供核心钻探技术、为汶川地震科学钻探工程提供极破碎地层取芯技术。

    步入新时代,继续为钻探技术装备研发贡献中国力量

    党的十九大召开,中国特色社会主义步入新时代。新时代,世界抱以新期待。

    步入新时代,勘探所将继续为钻探技术装备研发贡献中国力量:一是制定1.3万米科学超深井钻探技术方案。围绕国家实施科学超深井的需求,对实施我国超万米科学钻探工程的相关技术与装备研究开发提出了系统建议,形成一套满足1.3万米科学超深井的钻探技术方案,为我国入地计划的实施打下了基础,为超深井关键技术研究指明了方向。二是进行海域天然气水合物开采技术探索。针对海域天然气水合物开采面临的粉砂质地层低渗、松散无胶结等问题,综合应用水平井施工技术、多介质反循环钻探技术、定向对接连通井技术等,探索超大直径井眼扩径砂砾充填完井、水平井砂砾充填完井及对接井完井等技术,以实现增大产层接触面积、控制涌砂、抑制粉砂运移、举升排沙等目标,力争解决我国及世界海域天然气水合物开采的关键技术难题。三是拓展“慧磁”系统在地下热能开发的应用;“慧磁”系统为定向井提供关键技术保障,确保井组的平行,解决地热勘查开发关键技术难题,为最后热储层的压裂提供有利条件。四是拓展“慧磁”系统在矿山救援井的应用。勘探所创新提出了一套利用“慧磁”系统进行井下被困人员的定位和救援孔定向引导技术方案:在矿山井下预设磁信标装置,矿难发生后可由被困人员启动,磁信标可连续30天以上向外发射磁场信号,用于提示井下存活人员及所处位置,并精确引导地面救援孔钻入被困区域,提高救援效果和效率,为矿山抢险救援提供了一种高科技手段。

    六十载峥嵘岁月,笔墨春秋著华章;六十年风雨征程,薪火相传见精神。勘探所将在支撑服务国家重大需求和国土资源中心工作的大路上勇往直前,继续在高精尖勘探装备和技术领域的研发领先国内,力争实现部分技术与世界水平并跑或领跑。

    做新时代地质钻探装备与技术研发的领航者

    建设中的“中国天眼”

    地质专家在FAST现场查勘溶塌崩塌堆积体

    2006年专家组初勘大窝凼

    技术人员检查桩孔

     

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

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

    为什么选址在大窝凼天然喀斯特巨型洼地?

    选址工作跟进十多年,最后根据野外考察、模拟计算和综合评价优选台址

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    FAST观测台址遇到的环境工程地质问题如何解决?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    如何解决开挖建设过程中遇到的岩土工程技术难题?

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

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

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

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

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

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

     
    解译“中国天眼”的地质密码

    工作中的王江陵

    消瘦的身材、黝黑的皮肤、憨厚的笑容,如果不是那坚定的眼神,可能站在人群里没有人会注意到这么一个普通到不能再普通的人。但就是这么一个平凡的地质老兵,却不辞辛苦、专注地坚守在隆隆机台近30年……中国地质调查局呼和浩特自然资源综合调查中心内蒙古哈达门沟金矿钻探机长王江陵用实际行动默默地践行着自己对地质事业的执着和忠诚,书写着新时期地质人的华丽篇章。

    在“三尺机台”上放飞梦想

    王江陵是重庆大山里走出的孩子,绿色军旅一直是他的向往和追求。高中毕业后,长江沿岸的迷人风景和安逸生活没有留住他追逐梦想的步伐,在征兵的最后一天报了名,自此踏上了北上的军列。新兵训练结束后,他被分到当时的钻探中队,经过几个月野外生活,很快就迷上了机台,望着高耸入云的钻塔,听着隆隆的钻机声,他暗下决心,一定要在钻探上干出个样来,把“三尺机台”变成实现自我价值的人生舞台。

    工作中,他每天除了配合其他班组成员工作外,从不离开钻机,时刻守护在钻机旁观看班长操作,仔细琢磨班长操作的每个动作,特别是孔内出现事故的判断和处理,都引起他强烈的兴趣。业余时间,他还自购一些有关钻探知识的书籍,仔细研读,认真向机长、班长请教。王江陵坚信“万事成功不离思索”,要学到一技之长,关键的是要用心用脑,勤于实践。经过不懈努力,不到一年时间,他就熟悉了钻机操作、泥浆配置等工作流程,第二年就当上了班长,第四年当上了机长。经过长期实践,他成功总结出了绿泥石化地层孔故预防与处理五步法、适合不同复杂地层冲洗液六种配方深孔钻进操作参数,为复杂地层深孔钻进积累了宝贵经验。2018年部队转改,像他这样的老同志完全可以转业回乡,伏在年迈的父母膝下照顾父母妻儿,更有地方企业开出高薪聘他到地方工作。确实有太多的理由让他动容,但是他最后毅然选择了继续留下来。因为,他深知,人员回流后,单位钻探骨干缺失严重,作为一名老同志、老党员,他不能离开;在他的内心深处,也一直眷恋着培养他的单位,热爱着钻探这份工作,恪守着当初的誓言。他内心深深地明白,只有把自己的梦想和青春都洒在这“三尺机台”,才算对得起当初的铮铮誓言。

    在平凡岗位上努力作为

    王江陵时常教育机台人员,工作不是说出来的,而是干出来的。工作中,无论是机台搬迁还是事故处理,他总是冲在最前面,坚持吃住在机台,随时了解掌握机台的情况,保证了机台施工的正常顺利进行,时刻给机台的其他人员做好榜样,有效调动了机台所有人员的积极性。

    一枝独秀不是春,百花齐放春满园。王江陵深知,“个人过硬不算硬,集体过硬,才是真的硬。”在刻苦钻研技术、个人不断取得进步的同时,他更加注重为单位培养钻探人才。为使团队成员能够尽快进入工作角色,他从解决思想问题入手,引导成员认识到学习钻探技术的重要性和必要性,形成“骨干认真教、班员认真学”的浓厚氛围。每次钻孔施工结束后,他都要召开机务会查摆存在的问题并总结预防事故的方法,所带成员更是先后掌握了新型XY-8钻机、XHY-6钻机、XY-5钻的操作和使用,机台整体钻探技能进步明显。2013年,王江陵带队施工的313ZK11524钻孔,创造了中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心2003.9米深孔记录;2021年,带队施工的100ZK20312钻孔,解决了钻进过程中如何保持孔壁的稳定性和钻孔护壁防坍塌难题,实现哈达门沟矿区前山复杂地层钻探施工新突破。

    2021年,王江陵荣获自然资源部直属机关“优秀共产党员”和中国地质调查局“优秀共产党员”称号。27年来,在他的带领、帮助和指导下,已有8人走上机长岗位,18人走上了班长岗位。

    在践行使命中谱写忠诚

    2021年,作为机长的王江陵迎难而上,带队施工地层复杂、漏失严重、成孔率和岩芯采取率极低的100ZK5916号钻孔。在没有任何经验可借鉴的情况下,他与团队成员们齐心协力,边施工、边摸索、边改进钻探工艺,白天带领机台人员搬迁,晚上召集班长骨干对照柱状图研究施工方案,仅用时50天成功终孔。2022年,王江陵带队承担了地形最险、海拔最高、保障最困难的钻孔。许多同事劝他“难度太大了,别毁了一世英名”,但他却用敢于担当、攻坚克难的行动诠释了一名共产党员的价值。面对施工中的诸多困难环节,王江陵和团队成员对各个环节进行了认真的分析和总结,从十几套方案中择取了一套最优钻进和综合保障方案,并在生产过程中及时调整技术方案,最终带领团队成员优质高效地完成了本次钻探任务,为单位施工提供了宝贵的经验。

    立足本职岗位,用技术学习铺就成才之路。王江陵在担任机长的同时,还负责哈达门沟矿区钻探的全面技术指导工作。他坚持每周组织钻探技术研讨交流,编写的《哈达门沟矿区复杂事故的预防及处理》《哈达门沟矿区冲洗液配方》《柳坝沟矿区钻进技术参数详解》等文章已经成为单位钻探施工的指导性文献;坚持技术革新,设计的《钻探施工工艺流程》为钻探施工提高时间利用率达20%,设计的钢丝绳孔口导正器,把钢丝绳的使用寿命延长30%,设计的延长排水槽,加大了冲洗液的循环使用率,提高了钻探施工效率,确保了哈达门沟矿区钻探施工全面安全顺利开展。

    27年的执着追求,让他深感肩上的责任重大;27年的青春无悔,让他明白需要走的路还很长。光荣和成绩属于过去,随着冲锋的号角再次吹响,新一轮找矿突破战略行动已全面部署展开,王江陵和他的钻探团队摩拳擦掌、信心十足,他们将一如既往地干好本职工作,在“三尺机台”上履行岗位职责,把青春热血奉献给钟爱的钻探事业,力争为国家地质事业贡献自己的力量、力争为早日实现“中国梦”做出新的更大贡献。

    王江陵:坚守“三尺机台”,书写地质人的执着与忠诚
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