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    近期,中国地质科学院地质研究所在重建古亚洲洋构造域东部洋-陆转换以及东亚大陆北部陆壳聚合过程方面取得新认识,研究通过专题地质填图,查明了中亚造山带研究中争议较大的西拉木伦河蛇绿混杂岩的物质组成和构造变形特征;通过系统年代学、岩石学和地球化学研究,确定了蛇绿岩的成因类型及其代表洋盆的构造属性,获得了反映碰撞造山作用的关键变质证据,为重建古亚洲洋构造域东部洋-陆转换以及东亚大陆北部陆壳聚合过程提供了关键科学依据。相关研究成果发表在国际地学期刊《GSA Bulletin》和J《ournal of Asian Earth Sciences》上。

    我国内蒙古东南部位于中亚造山带东段南部,发育多条古生代蛇绿混杂岩带,被认为是西伯利亚和华北古板块之间古亚洲洋最终闭合的地区。由于对各条蛇绿岩带的成因类型和形成时代的认识分歧,导致地质界对该区晚古生代海洋盆地的构造属性和洋陆的演变过程,至今仍存在较大的认识分歧,这也是回答东亚大陆北部聚合过程的关键。西拉木伦河蛇绿混杂岩带位于中亚造山带东南部,其中蛇绿岩属于何种成因类型和所代表洋盆具有何种构造属性(是古亚洲洋演化晚期的残余洋盆、裂谷型小洋盆还是弧后盆地),是制约该区晚古生代构造演化的重大地质构造问题之一。

    针对这一问题,中国地质科学院地质研究所刘建峰研究员、李锦轶研究员及合作者在对西拉木伦河北侧杏树洼和半拉山蛇绿混杂岩开展1:5万专题地质填图基础上,对蛇绿混杂岩开展了系统的岩石学、年代学和地球化学研究,取得了以下主要进展:

    一是揭示西拉木伦河蛇绿岩代表一个类似现今太平洋的广阔洋盆,而不是裂谷或红海型小洋盆。在以往工作中,前人曾将杏树洼混杂岩中灰黑色板岩、变质粉砂岩及灰岩划分为正常的沉积地层单元,命名为上志留统杏树洼组(S3x)或西别河组(S3x),将其中的镁铁质和超镁铁质岩石划分为晚期侵入体。本研究表明,该地质单元为一套遭受了强烈的剪切变形的以硅泥质和凝灰质粉砂岩为基质,包含大小不等蛇纹岩、(枕状)玄武岩、辉长岩、硅质岩以及灰岩等外来岩块的构造混杂岩;在哈什吐井子村北山坡上可见代表洋岛/海山残片的枕状玄武岩、硅质岩和灰岩互层的复合岩块(图1)。对混杂岩中不同产状镁铁质岩块地球化学分析表明,其中既包含正常洋中脊(N-MORB)、富集洋中脊(E-MORB)、洋岛玄武岩(OIB),也包含岛弧以及陆缘弧等多种成因的蛇绿岩残片;对硅质岩岩块的分析也揭示其中存在深海和半深海环境的硅质岩。蛇绿岩和硅质岩成分的多样性表明,它们代表一个类似现今太平洋的广阔的海洋盆地,而不是裂谷或红海型小洋盆(图2A)。

     图1. 杏树洼蛇绿混杂岩中洋岛/海山岩块剖面及典型照片

    二是证实西拉木伦河蛇绿岩带是西伯利亚和中朝古板块之间古亚洲洋最终闭合的位置。西伯利亚古板块南缘和中朝古板块北缘早-中二叠世及之前的地层中碎屑锆石的年龄组成具有明显的差异(图2A)。对混杂岩基质开展碎屑锆石U-Pb定年结果获得2484Ma、1862Ma、456Ma以及280Ma年龄峰值(图2B)。通过对比表明,华北古板块北缘是混杂岩基质的主要源区,其中少量中、新元古代锆石的存在暗示西伯利亚古板块南缘也提供了物源。基质中存在两侧陆缘物质的贡献指示西拉木伦河蛇绿岩带代表两大古板块的最终缝合带,这也与晚古生代末期安加拉和华夏植物群地理分区反映的板块边界位置是一致的。中亚造山带东南部五道石门-二八地、达青牧场-迪彦庙以及贺根山等蛇绿岩混杂岩中碎屑锆石组成显示西伯利亚古板块南缘的亲缘性,它们代表西伯利亚古板块南缘增生过程古俯冲带或弧后盆地的位置。

     图2. 中亚造山带东南部索伦-西拉木伦河缝合带形成过程示意图

    三是提出古亚洲洋闭合之后西伯利亚和中朝古板块之间发生强烈的碰撞造山作用。在前人划分的“双井片岩”中解体出半拉山蛇绿混杂岩。不同于杏树洼蛇绿混杂岩,半拉山蛇绿混杂岩遭受了强烈的变质变形作用,基质为长英质片麻岩,岩块包括蛇纹岩、斜长角闪岩、角闪石岩(堆晶辉长岩)以及石榴斜长角闪岩。锆石U-Pb定年结果表明,石榴斜长角闪岩锆石核部年龄为279±4Ma,与半拉山中变辉长岩的形成时代相近;边部的变质年龄为256.5±1.3Ma,为晚二叠世。基质长英质片麻岩锆石边部年龄为250.2±1.0 Ma和251.5±2.5 Ma,与斜长角闪岩变质年龄相近,共同指示半拉山蛇绿混杂岩变质时代为晚二叠世末期。传统的矿物温压计计算和相平衡模拟揭示,石榴斜长角闪岩岩块经历了顺时针变质P-T演化轨迹,变质峰期的温、压条件分别可达700-725℃和8.5-8.8kbar(图3)。考虑到半拉山蛇绿混杂岩的变质特征,结合区域沉积、岩浆、变质、古地磁以及构造变形等资料,认为西伯利亚和华北古板块在晚二叠世末期沿西拉木伦河缝合带发生了强烈碰撞造山作用。

     图3. 半拉山蛇绿混杂岩中石榴斜长角闪岩P-T视剖面图

     
    中亚造山带东南部晚古生代末期洋-陆转换以及陆壳聚合...

    “这几天,党的十九届四中全会召开,我激动得几天没睡好觉。全会提出,‘要全面建立资源高效利用制度’,这为矿产资源的综合利用提供了更加良好的发展环境。我从事矿产资源综合利用研究工作已有几十年时间,深刻地感受到现在是开展尾矿资源综合利用的大好时机。”2019年初冬的一个下午,一位耄耋老人迈着稳健的步子,来到中国矿业报社,邀请记者到他的工作室采访,到他的中试基地参观。这位老人,就是被业界称为“尾矿利用第一人”的中国地质科学院研究员李章大。

    今年已经87岁的李章大教授,精神矍铄,思维敏捷。他是国务院政府特殊津贴获得者,教授级高级工程师,中南大学、北京科技大学兼职教授,中国矿业联合会、北京节能和资源综合利用协会技术顾问,中国资源综合利用协会专家委员会成员,老科技工作者协会国土资源分会矿山固体废料综合利用专业委员会副主任委员。

    首钢矿业一处尾矿库(资料图)

    早在上世纪80年代,李章大教授就提出了“提高资源回收率,开发利用被视为尾矿废石的资源”的建议。“1981年,我提交了《我国铁矿区成矿特征及找矿区划》《钢铁工业发展应从我国铁矿资源特点出发》等建议;1983年,提交了《我国钢铁工业地质矿床资源方面的水平和差距》报告及《对挖掘生产矿山资源潜力的几点认识和建议》,建议除主要资源可提高回收率外,还应开发利用被视为废石的资源,如蚀变围岩中的玉石、宝石类矿物、珍贵矿物晶体及大量非金属矿资源,完成《大冶铁矿矿山地质工作的经验及存在问题》。1987年,我发表了《矿产资源综合开发和合理利用现状与分析》,阐述了矿产综合开发和合理利用是矿物原料产业发展的客观规律和物质基础,分析了我国目前尾矿利用的现状,建议由点到面全面查明生产矿山和后备矿区矿石、围岩、尾矿、废渣的有用组分及利用可能性,推广有效技术,提高资源综合利用率,从而最终实现整体利用废石、尾矿及非金属组分,实现无废料开发、改善环境的目的。”谈起自己热爱的工矿固废资源综合利用工作,李老如数家珍。

    几十年来,李教授潜心矿产资源综合利用,完成重大科研课题26项,采集了铁、铜、钼、铅、锌、钨、锡、金、钛、锰、铝(赤泥)、稀土金属、煤炭(煤矸石、粉煤灰)等16个矿种、60多个矿山的尾矿样品,以及炼渣、废石、花岗岩、斜长岩、辉长岩、霞石正长岩、火山凝灰岩、页岩等样品,利用这些样品进行了建材、道渣、水泥、陶瓷、玻璃、发泡陶瓷、岩(矿)棉、微晶非金属材料等产品的实验室研究及工业化中间产品扩大性试验。如今,李老的许多研究成果都已转化,并被企业批量生产。

    “1993年,我上报了《尾矿的处置、管理及资源化示范工程》,被国家计划委员会、国家科学技术委员会列为《中国21世纪议程优先项目计划(第一批)》;2004年,与周秋兰(原全国矿产储量委员会专业委员)共同提交的《我国尾矿利用现状及21世纪展望》,获文化部‘中国世纪英才业绩与论著征集活动’二等奖,全文载入《中国百业论著》中。”矿产资源综合利用必须树立循环经济的理念,具备多学科、跨行业协同研究的能力。李章大教授曾就职于冶金部北京地质研究所,后又进入中国地质科学研究院尾矿利用技术中心。丰富的多学科科研经历,以及长期的实战工作积累,使他在开展固废资源综合利用方面形成了一整套成熟的科学研究成果。

    李老告诉记者,矿产是我国社会主义经济建设、循环经济运行不可缺少的基础资源,只有资源化开发利用矿山尾矿、废石,矿业才能成为节约资源、维护生态环境、强国富民的现代化产业,经济建设才能形成良性循环,实现国民经济和矿山的可持续发展。我们要实实在在地查明矿产资源特点及其可利用途径,从资源特点出发,经过试验研究,选择可供开发的产品及主攻项目;与相关行业、专业、技术进行边缘杂交、互相结合,择优组合有关工艺、技术、设备,从而开发出复合矿物原料新资源;在这个过程中,逐步化解矿山历史积留下来的弊端和欠负,恢复或维护矿山生态环境,清除灾害隐患,增添物质财富,提高劳动就业率及人员素质;促进科技进步,开拓尾矿的新用途,实现和谐创新、强国富民。

    1990年,李章大带领尾矿利用技术中心精干力量,从典型矿山入手,对武钢大冶铁矿、首钢迁安铁矿、江西德兴铜矿、辽宁杨家杖子钼矿等矿山的尾矿进行了分析实验,并取得一系列科研成果。

    他们在武钢大冶铁矿调查了东露天尖山采区25条勘探线、110个钻孔、5512米岩心,补采了100个矿样、16个人工重砂样、15个硫化物精矿样,对样品进行了多元素分析、岩矿鉴定和小型选矿试验,查明尾矿资源特征,总结了矿山地质工作经验,摸索了含矿围岩工业利用评价方法,确定可采品位及铁、铜综合品位指标,新圈定10个矿体,计算出21.9万吨储量。同时,还发现洪山溪尾矿库中残存大量菱铁矿等非磁性铁矿,进行了经济评价,提交了3份研究报告。项目验收后获得原冶金部科技进步三等奖。

    随后,他们又对首钢迁安铁矿进行了历时4年的研究,取得丰硕成果:查明尾矿资源特征,利用围岩、废石及矿山尾矿生产出高速铁路道渣、建筑用砂、水泥、混凝土材料、陶瓷(日用瓷、美术瓷)、色釉、建筑瓷砖、玻璃等样品,在唐山陶瓷研究所试产了陶瓷产品;利用尾矿制造微晶玻璃的工艺试验及产品中试取得良好效果,建筑瓷砖成功投产,属尾矿资源化利用领域的首创。铁道部工务局为首钢矿山废石生产的高速铁路道渣建立了技术标准,为修建大同至秦皇岛运煤出口高速铁路东段所用道渣召开了多次铁道系统现场会。唐山陶瓷研究所结合此项成果申请了《铁矿尾矿制造陶瓷及方法》发明专利,被原轻工业部科技司综合处誉为“国内陶瓷原料的首创”,是我国尾矿资源化利用的首次突破。在北京玻璃研究所的协助下,他们不仅用尾矿制做普通玻璃产品,还开发出世界首创的“尾矿微晶玻璃花岗石”,使尾矿资源化利用进入高科技材料产业领域。这些研究成果不仅使首钢矿业公司获得了丰厚的经济效益(至今保有相关生产线),更使其成为首例“无废料绿色矿山”。

    在对江西德兴铜矿尾矿进行研究的过程中,他们利用尾矿研制出了日用-工艺美术陶瓷、无釉外墙砖、锦砖及水泥等产品。研究表明,德兴铜矿尾矿是良好的紫砂型陶瓷(带色)原料,可制作墙砖、锦砖、525号火山灰质硅酸盐水泥,是已经磨细了的绢云母质瓷及经济实用建筑陶瓷、优质硅酸盐水泥的原料。

    通过多年研究,李章大教授认为,我国金属矿山尾矿、废石资源化开发利用已经积累了许多研究成果和产业化经验,进入推广提高的新阶段。但还存在一些突出问题:知识和认识上囿于传统,把尾矿、废石作为废物看待,开发利用停留在低层次上,套用他人做法或只开发大路货产品;不做本矿山的资源特点查定,不愿做试验研究,满足于生产一二种简易产品;固守旧思想、旧技术,不顾国家社会和企业的长远利益;缺少更多可供开发的好产品、好成果;有的成果缺少工业化试验,技术不成熟;缺少风险基金支持和激励机制;技术力量分散单薄,研究者缺少经济实力,更缺少实验条件及实验室,难出新成果。

    为此,李章大提出:第一,建议把尾矿、废石等矿山固体废弃物作为国家自然资源依法保护和管理起来,禁止无序开发,加强技术指导,防止再次浪费资源和扩大环境污染。当务之急是立法和立项进行尾矿资源普查,同类资源宜先用尾矿、再开新矿。

    第二,矿山所在地政府科学管理和指导矿山固体废物资源化开发利用和环保治理,委托有资质的专业团体(如矿业联合会、矿山地质专业委员会、资源综合利用协会等)协助政府为企业搭桥和进行监督、咨询、协调,促进其节约资源,相关企业依法保护和使用矿山固体废物资源。三方齐心协力,从组织上落实矿山尾矿、废石等固体废物的资源化开发利用,提高实效。

    第三,建设一批示范矿山和示范工程,作为矿山企业样板和出台政策、技术标准及产业化转化的基地。

    第四,建立一个汇集综合人才、专门开发矿山固体废料的高硅无机复合新材料工程技术中心,从资源-工艺、技术、设备-新产品研发-产业化推广等全流程出发,开发符合中国矿产资源特点的复合材料系列产品,为复合材料工业奠基开路。

    第五,从尾矿微晶玻璃切入,开发高科技含量、高附加值的产品。微晶玻璃被材料科学家称为“可兼有别的类型材料不能达到的物理性能”,特别适合于我国矿山尾矿、煤矸石、炉渣、赤泥等组分多样化资源的开发利用。

    第六,建立矿山固体废物资源化开发利用奖励基金及制度,用于奖励有突出贡献的矿山企业、职工、科技和管理人员,支持专项研究成果的工业中间产品试验,推进新产品、新成果及时转化为生产力。

    现在正是综合利用尾矿的好时机

    自然资源部中国地质调查局水文地质环境地质调查中心承担的“沂蒙山革命老区1:5万水文地质调查”项目对2016-2018年大汶河中上游莱芜盆地、大汶口盆地55眼古近系钻孔及7眼探采结合孔资料综合研究发现,鲁中南山区古近系强富水含水层分布在盆地边缘,具备集中供水能力,且存在3种地下水富集模式:构造裂隙控水模式、古近系半固结含水层裂隙孔隙水富集模式、灰质砾岩裂隙岩溶水富集模式。

    该模式在鲁中南山区中新生代沉积盆地(蒙阴、新泰、平邑等沉积盆地)具有普适性。2018年在东城村的古近系钻孔出水量达到84方/小时;发育于该地层的费县上冶镇玉泉流量达416方/小时。

    古近系地下水富集模式的查明修正了前人对该层位不具备供水意义的认知,为沂蒙山革命老区扶贫找水提供了新思路。

     

     

     
    水环中心为沂蒙山革命老区扶贫找水提供新思路

    为贯彻落实习近平总书记提出的“一带一路”倡议,深化中缅海洋地学合作交流,推动“海上丝绸之路沿线海洋地质调查与资源潜力评价”项目实施,应缅甸东仰光大学校长觉觉康(Kyaw Kyaw Khaung)教授邀请,10月31日至11月9日,自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局海洋区域地质调查所主要负责人率项目组代表一行7人赴缅甸开展学术交流,在东仰光大学召开“第二届海洋和地球科学领域的实质性科学合作”报告交流会,双方共同签署会议纪要,并赴缅甸西部和中部地区开展了为期一周的野外地质考察。

    交流会上,中缅双方19位代表围绕陆地和海洋地学研究分别作了口头报告,内容涵盖油气资源调查、大地构造、古气候古环境变化、地形地貌成因、岩石学、沉积学等多个领域。根据今年4月广州海洋局与缅甸东仰光大学在广州签署的《海洋地学领域合作意向书》安排,项目组代表李学杰、李顺、周娇分别作了“南海的构造特征及演化”、“海南岛西南近海重力柱状样的孢粉记录及其古环境意义”和“南海海盆盆西峡谷的形态与结构及其形成演化”专题学术报告,双方代表就报告中兴趣点展开深入交流。报告会后,双方代表组成专家讨论小组,就中缅双方在地球科学领域的合作需求、方向和方式以及科学家互访、人才培养、联合海洋地质调查、定期举办学术交流会议等具体事宜展开交流并达成共识,广州海洋局李学杰教授与缅甸东仰光大学觉觉康校长代表双方签署会议纪要,为进一步推动中缅海洋地学合作奠定了基础。

    交流期间,广州海洋局与东仰光大学代表还先后赴缅甸西部和中部地区,开展了弧前盆地、俯冲造山带、中央盆地的沉积地层、构造特征及演化等一系列野外地质考察,行程近千公里。自南向北先后考察了缅甸伊洛瓦底江现代河道沉积、若开邦古亚(Gwa)地区出露的白垩系蛇绿岩、凝灰岩、始新统泥岩、砂岩地层,丹兑(Thandwe)地区出露于海滨的受强烈剪切作用的始新统灰色砂岩、破裂地层及断层、安(Ann)地区灰绿色蛇绿岩、上白垩统凝灰质砂岩、甲烷气泄露形成的泥火山,马圭( Magway)地区上中新统海陆相地层接触关系、中缅马苏地块奥陶系灰岩、泥盆系白云质灰岩等,采集了一系列的地层产状数据和岩石及河流沉积物样品,为后续孟加拉湾海洋沉积物来源分析和若开褶皱带构造演化研究等提供了前提基础。

    来自广州海洋局、同济大学、西安石油大学、中国科学院南海海洋研究所等4家单位的18名中方代表,以及缅甸东仰光大学、仰光大学、大衮大学、缅甸地质学会、缅甸石油地质学会、缅甸石油天然气公司等多家单位的近200名代表参加交流研讨。

     

     

     

     
     
    广州海洋局中缅合作项目在缅开展海洋地学合作交流

    2017年1月20日,夏潭1井试验性抽水时,一位行动不便的老大爷执意让晚辈抬着到了井场,如品酒般细细地品尝着甘甜的井水,久久不愿离去,连声赞叹:“水好,好水!”当地从此实现了几代人梦寐以求喝上安全放心水的愿望。

    这是武汉地质调查中心按照中国地质调查局精准扶贫工作总体部署,在江西省赣州市赣县区五云镇夏潭村精心组织实施的“夏潭饮水示范工程”。

    承担这个光荣使命的是夏潭饮水示范工程建设团队,这是武汉地质调查中心为该工程量身定制的水工环专业团队,战斗力强,团队主要成员有中国地质调查局优秀人才陈立德教授、邵长生硕士、杨艳林博士、路韬硕士和张傲博士。他们虽然平均年龄只有35岁,却是一个专业性极强的高学历团队,曾先后承担过“长江中游城市群地质环境调查与区划”、“长江中游城市群地质环境综合调查”、“长江中游城市群咸宁-岳阳和南昌-怀化段高铁沿线1∶5万环境地质调查”等地质调查项目,发表专业论文32篇,出版专著(含合著)7部,获国土资源科学技术二等奖4项,获中国地质调查成果一等奖1项……

    这一次夏潭饮水示范工程,虽然困难重重,但该团队依然是使命必达。

    聚焦“三步走”战略

    夏潭村位于赣南老区,是国家级贫困村,人口1326人,人均耕地0.75亩,人多地少,而且村内无工业企业,无矿产资源,农作物种植结构单一,产业基础薄弱。原来,夏潭村村民生活用水主要是使用简易水管从溪流或陈年老井中直接取水,细菌、农药残留、牲畜养殖直排等因素导致水质无法保障,简易取水管在雨季也容易被冲断或堵塞了。因此,长久以来“用水难”一直是萦绕在村民心头的一大痛点,“特别想喝上干净的自来水”成为最为迫切的需求。夏潭村离赣州市很近,但还是因为缺水,限制了当地土地有效开发利用,特别是经济作物种植和乡村旅游发展。缺水,特别是缺乏卫生干净的安全饮用水,成为夏潭村整体脱贫和提高村民生活质量的瓶颈。

    夏潭1井出水,村民争相品尝甘甜的井水

    “江西省赣县、于都县1∶5万水文地质调查”是武汉地质调查中心承担的“长江中游城市群咸宁-岳阳和南昌-怀化段高铁沿线1∶5万环境地质调查”二级项目下的一个子项目,夏潭村位于该子项目工作区内。按照中国地质调查局《支撑服务赣州六县精准脱贫攻坚地质调查实施方案(2016~2020年)》整体部署,实施精准地质扶贫解决夏潭村安全饮水问题成为该二级项目2016~2017年重点工作任务。

    武汉地质调查中心对此高度重视,专门成立了赣南地质扶贫工作领导小组,抽调精干技术人员,组建工作专班,高效落实资金和工程设备保障,以解决夏潭村安全饮水为突破口,全力实施“夏潭饮水示范工程”建设,这也是团队的任务目标。

    针对基础工作,团队实施了“三步走”战略。

    一是在前人工作基础上,开展重点地区1∶5万地质环境综合调查,对长江中游城市群资源环境条件和重大地质问题进行系统梳理和综合研究,编制完成了《支撑长江中游城市群发展地质调查报告》、《长江中游城市群资源与地质环境图集》,参与编制了《长江经济带国土资源与重大地质问题图集》、《支撑服务长江经济带发展地质调查报告》,为长江经济带规划建设提供了有力支撑,相关成果已得到各级政府高度重视。

    二是系统总结了长江中游城市群岩溶塌陷重点区分布状况与发育特征,研究了区内岩溶塌陷的影响因素和成灾机理,梳理了区内岩溶塌陷的首要因素、岩溶塌陷的其他表现形式,及岩溶塌陷的诱发因素等。

    三是开展了长江中游河湖演化及其地质环境效应研究,系统梳理了江汉-洞庭盆地已有研究成果,开展了大量的野外地质调查和测试数据分析,扬弃了以阶地分析和冰川论为基础建立的各自独立的江汉盆地和洞庭盆地第四系地层系统。基于冲积扇研究并识别出宜昌砾石层、白沙井砾石层与上覆网纹红土之间的不整合关系,开展了江汉-洞庭盆地周缘更新统划分与对比,进而建立了江汉-洞庭盆地统一的第四系地层格架。基于江汉-洞庭盆地第四系研究,进一步提出网纹红土层与下伏砾石层所代表的沉积环境的重大变化是长江三峡续接贯通的环境效应,并据此提出了长江三峡续接贯通的时限相当于网纹红土层或网纹泥砾层底界年龄,大体相当于早-中更新世之交。相关成果成为长江流域地球科学系统研究成果的重要组成部分。

    找水打井见真功

    当所有的基础工作准备就绪,2016年10月,团队由二级项目负责人陈立德教授领衔,开启了夏潭找水打井之路。然而,这条路走得异常艰难。

    夏潭村及周边广泛分布寒武系下统牛角河组变余凝灰质细砂岩,是典型的基岩裂隙水弱含水地层分布区,一般的探采结合井单井出水量每天仅30吨左右,只能满足不超过400人的用水需求。而夏潭村现有村民1300余人,结合夏潭村旅游发展规划,则需要解决不低于2000人的安全饮水问题,这意味着需要至少找到一口单井出水量为每天200~300吨的探采结合井。上世纪80年代开展的赣州地区1∶20万水文地质调查资料表明,在夏潭村一带没有发现有供水意义的构造变形迹象。因此,要完成找水打井的任务,困难是显而易见的。

    压力就是动力。团队技术人员立即行动,通过研究分析现有资料、实地踏勘,确定了实施地面调查和物探调查解译相结合的工作思路,地面调查和物探相继展开。赣南植被发育,杂草、密灌丛生,技术人员披荆斩棘,跑遍了夏潭村及周边的每一条山间小路、每一条溪沟,详细观察了乡村公路边和村民房屋后面的每一处切坡。

    功夫不负有心人,在陈立德的带领下,团队终于在村西北1千米处发现了基岩破碎现象,经延伸追查和推测,又在村边不起眼的一处小竹林里发现了约1平方米大小的断层破碎带露头,这时确定了以寻找构造裂隙水作为夏潭村饮水示范工程的找水方向,根据地面调查情况圈定了2处水源勘查靶区,提出了物探部署建议。随后开展的地面物探勘查进一步查明、验证了夏潭村北西向基岩破碎带的走向、产状和破碎深度,结合物探解译,分别在夏潭村东、西两侧初步推荐了多个地下水源钻探井位。团队完成这一系列工作仅仅只用了不到20天的时间!

    接下来的工作是对地面调查和物探调查圈定的井位实施钻探,然而这时团队却有意放慢了工作节奏,因为他们有了更多的考量,如何做到实施数量较少钻探工作量又达到找水目标,从而最大限度地发挥资金的效益;工程不仅仅是打井和找到优质的地下水,如何统筹考虑高位水池、配套管网建设和后期运行维护的成本,要费用低,好管理,让夏潭村百姓用得起、愿意用,归根到底让百姓高度满意,在他们看来这才是衡量饮水示范工程成功与否的标尺!

    数天时间里,团队技术人员们拿着地质图、物探解译报告和遥感影像资料,反复攀爬在村子周围的山头上,在夏潭村北面最高的山顶上,有时一呆就是4个小时,渐渐理出了头绪:长村水库位于夏潭中心村下游约500米,夏季洪水期水位上涨,水库水位线距中心村就几十米远,长年的水产养殖和牲畜养殖直排已造成水质富营养化,水质差。如果在村子东面打井,长期抽排地下水可能沟通井水与库水之间的水力联系,井水水质可能会受到长村水库的影响;物探调查推荐的村西井位,距离村子南面、西面的山头近,但村子南面的山头高度低,不能保证自然供水压力,村子西面的山头山体单薄、强风化层厚度大余20米,也不宜建高位水池;村北的山头是最佳的位置,夏潭中心村就在山脚下,相对高差50米,山体厚实,是高位水池建设的最佳选择。但是,初步的地面调查和物探解译成果推荐的井位距村北山头平面500多米,相对高差80米,铺设上水管网要越过村西的水沟和县级公路,工程建设、运营管理和维护成本高、难度大,如果要二次抽水,势必进一步推高百姓用水成本。由此看来,单纯从水量丰富、打井找水成功率高这个角度推荐的井位并非最佳选择。

    如何化解这个矛盾成为团队要攻关的难点。为此,他们奔波于武汉、南昌和赣州之间,与物探工作组技术人员一起反复研究物探资料,虚心求教熟悉赣州地区地质情况的水文地质专家。根据物探资料中存在北西向异常的显示,在听取了专家的意见和建议后,技术人员立即再赴野外开展了补充调查,通过反复观察和研究野外地质现象,最终查明在夏潭村西沿溪沟一线存在一条北西向次级断层。如果在该断层上盘沿北西方向部署探采结合井,井位则位于村北山坡的下部,距离拟建高位水池平面距离不足200米,而且地形简单,如果找水打井成功,夏潭饮水示范工程建设、运营、管理的综合成本则会大幅降低40%以上,团队分析认为,虽然有一定的技术风险却无疑是最理想的选择。

    团队技术人员凭借扎实的基础地质功底、长期的野外地质调查工作实践和科学严谨的态度,反复交流研讨、统一思想后,果断放弃原有推荐井位,毅然决定选择技术风险较大但建设运营综合成本低、水质有保障的夏潭1井和夏潭2井井位。同时,为降低高位水池建设成本、延长高位水池使用寿命,通过对拟建高位水池山顶一带的工程地质条件分析研究,将高位水池建设方案优化为下沉式水池结构,并在水池顶部配套绿化植被,这一优化调整将更有利于保障水质和口感。

    说干就干。经过钻探取芯、试抽、扩孔、洗井、再试抽、成井、水质检测等,2017年1月20日夏潭1井完钻终孔并成功见水,当水汩汩而涌时,全村兴奋了,奔走相告,纷纷涌向井口品尝这甘甜的井水,就出现了文章开头的一幕。在这之后不到两个月的时间里,再传喜报,3月12日夏潭2井也完钻终孔并成功见水。夏潭1井井深124.8米,单井水量大于200吨/天;夏潭2井井深127.4米,单井水量为220吨/天。两口井水量均满足了工程设计要求,水质也都达到生活饮用水标准,保证了夏潭村全体村民生活用水、特色农业种植用水和远期乡村旅游发展用水需求,彻底改变了当地用水状况。

    打造饮水工程示范

    2017年1月21日,国土资源部党组成员、副部长凌月明视察了夏潭村饮水示范工程,实地查看了夏潭1井的抽水情况,详细询问了水量、水质及引水入户方案等情况,对武汉地调中心承担的夏潭村饮水示范工程取得的成果给予了充分肯定,希望武汉地调中心再接再厉,不负众望,继续推进夏潭村饮水示范工程建设,切实惠及贫困区人民群众,助力国土资源精准扶贫工作。

    部领导寄予厚望和当地村民的期盼,更加坚定了团队继续做好后续工作的决心,打造饮水示范工程。按照夏潭饮水示范工程设计和实施方案,在取得打井找水成功的基础上,将着手建设高位水池、取水泵房和管网设施,随着工程的推进,团队成员经常驻守在夏潭村,为施工人员提供技术指导,监督工程安全、质量和进度。为确保工程质量,团队还划定了两条红线:一是对任何形式的不规范施工和质量问题必须“零容忍”;二是严禁团队成员以任何理由接受宴请。团队成员也是这样做的,因施工不规范或质量不合格就坚决责令返工,将隐患消除在萌芽,坚决高标准严要求施工,这让当地百姓深切感受到团队严谨的科学态度和强烈的责任心。

    示范工程建设中,团队紧紧抓住高位水池建设和供水管网铺设这两个关键环节,制订了一套精细的推进实施方案。高位水池建设是饮水示范工程最关键的环节,建设质量事关整个工程的成败和工程的使用寿命,团队成员轮流盯紧现场,严格把关,严格检查验收高位水池砖砌外模制作、钢筋配置及混凝土现场浇筑等每个细节,保证了示范工程关键设施的建设质量。在铺设供水管网时,他们选用质量最好的PE管材,严格热熔焊接技术要求,以超过规范的更高要求进行试压,保证了供水管网铺设质量。为了便于运行期间的管理和维护,在铺设规格为63毫米和50毫米的次级管网时,他们采用规格为100米长的管材,大大减少了热熔焊接的数量,降低了供水管道出现问题的几率,同时也更有利于后期的管理和维护。

    饮水示范工程先后完成了两个泵房及配套设施、100立方米下沉式高位水池的建设,还完成了7000多米主供水管网和5000多米次级管网铺设及试压等工作。目前,团队正抓紧实施管网入户、安装智能水表等收尾工作,为实现夏潭村“一户一表一龙头”既定目标进行最后的冲刺,同时着手整理全套工程设计、施工和后续使用管理技术资料,为及时将饮水示范工程移交夏潭村民委员会、投入正常运行做好支撑与服务。

    示范工程在找水打井、建设施工期间,中国地质调查局党组副书记、副局长王研,中国地质调查局副总工程师、总工室主任徐学义,中国地质调查局副总经济师、财务部主任严兴华等先后亲临现场指导工作,解决实际问题,这些极大鼓舞了团队士气。

    2017年6月29日,国土资源部中国地质调查局在江西赣州召开“支撑服务赣州七县脱贫攻坚地质调查工作推进会暨脱贫攻坚地质调查协调联动领导小组会议”,会议代表实地考察了夏潭饮水示范工程并给予高度肯定,认为该项工程实现了“精准扶贫、引水到户”的目标任务,切实惠及了贫困地区人民群众,是贯彻落实中国地质调查局“延长地质工作产业链,破解最后一公里难题”的成功示范。

    夏潭村全体村民喝上了干净、放心的自来水,由衷地感谢国土资源部的定点帮扶,感谢中国地质调查局武汉地质调查中心实施的饮水示范工程,并对项目组在工程实施过程中,心系村民、勇于担当和对工程质量的严格要求交口称赞。

    建设团队用实际行动传承了地质工作者“三光荣”“四特别”精神,自觉践行“责任、创新、合作、奉献、清廉”新时期地质工作者核心价值观,而且并没有就此满足,如今又有了新目标。

    下一步,他们将紧密结合二级项目工作任务和赣南人民群众安全用水需求,在开展赣南其他地区1∶5万水文地质调查工作过程中,合理部署地下水探采结合井,从根本上解决季节性缺水和水质性缺水地区百姓安全饮水问题。同时,团队将结合地方需求和水文地质调查工作要求,注重工作区矿泉水和地热资源的调查评价,为赣南地区经济社会发展提供更强地质技术支撑,在国土资源赣南精准地质扶贫工作中再创佳绩!

    高位水池建设现场

     

    清泉喷涌润民心

    摘要:以古天然气渗漏锰矿成矿模式为指导,通过松桃一铜仁地区矿产地质调查工作,开展了高地一王家坡地区深部锰矿找矿预测和钻孔验证,发现了具备寻找大型以上潜力的找锰靶区。

    1.项目概况

    “贵州松桃一铜仁地区矿产地质调查”项目由贵州省地质矿产勘查开发局一〇三地质大队承担。主要任务是在贵州松桃一铜仁地区,尤其是贵州铜仁松桃锰矿整装勘查区开展矿产地质调查、锰矿成矿规律和成矿预测研究,提交可供进一步工作的找矿靶区。

    2.成果简介

    高地一王家坡锰矿位于贵州省松桃县冷水乡境内,位于杨立掌、李家湾大型锰矿床与道坨超大型锰矿床之间中部地带。大地构造位置地处扬子陆块东南边缘与江南造山带的结合部位,区域构造位于梵净山穹状背斜北东翼,矿区褶曲总体简单、断裂构造发育,主要构造线呈北东、北北东向展布。

    锰矿产于南华纪大塘坡组第一段黑色炭质页岩(俗称“含锰岩系”)底部,矿体呈似层状、层状产出,锰矿体中局部夹凝灰质透镜体。区内覆盖巨厚奥陶系一寒武系,未出露含锰岩系,找矿标志不明显,找矿难度大。为解决该区厚覆盖层和复杂构造条件下深部找矿难题, 通过对已勘查评价的道坨锰矿、李家湾锰矿和杨立掌锰矿盆地沉积物特征及其含锰岩系厚度、矿体厚度、品位等现有数据资料的收集及梳理,运用“贵州省黔东锰矿富集区深部大型一超大型锰矿找矿与成矿模式研究”创新成果建立的古天然气渗漏沉积型锰矿床成矿系统、成矿模式、找矿模型,开展成矿规律、找矿预测研究。初步认为,李家湾一道坨锰矿床盆地沉积微相特征具明显的狭长环带状结构特征,与古天然气渗漏沉积型锰矿床成矿系统成矿模式类似,平面上以渗漏喷溢口为中心,向外依次可划分为中心相、过渡相和边缘相3个相带 (图1),由此推断杨立掌、李家湾大型锰矿床与道坨超大型锰矿床应由同一沿北东65°方向左右展布的狭长带状成锰地堑盆地所控制,而高地一王家坡预测区可能为其中段,成矿及找矿潜力巨大。

    在王家坡附近实施ZK1401钻孔进行深部验证,发现深部隐伏锰矿体,取得该区深部预测找矿的实质性进展,证实了预测的准确性和科学性。ZK1401钻 孔深1293.52m,发现矿体厚3.90m,含锰岩系厚30.00m,单件样品Mn品位为13.03%~26.62%,工程平均品位20.03%。

    矿石主要由含锰碳酸盐类、炭泥质矿物、碎屑沉积物及少量次生方解石和石英脉石矿物组成,矿石为泥晶结构,条带状 及块状构造。根据区域成矿地质条件和成矿规律,并结合成锰盆地的环带状结构分布特征等开展找矿远景分析认为,李家湾一道坨成锰地堑盆地规模较大,长15.0km, 宽2~2.5km,其盆地中心气泡状、块状菱锰矿夹炭质页岩带位于道坨锰矿床南西部高地一王家坡一带。盆地中心高地一王家坡锰矿区预测远景资源量1.3亿t以上,找矿远景较好。

    3.成果意义

    进一步加深了对该区深部隐伏锰矿的成矿规律和空间分布的认识,对该区 区域找矿具有重要的指导意义,同时为
    锰矿勘查部署提供了科学依据。初步评 价了高地一王家坡地区锰矿预测区资源远景,认为其具备寻找大型规模锰矿资源潜力,为拉动后期商业性勘查奠定了良好的基础。(贵州地矿局一〇三地质大队袁良军 王佳武 谢小峰 供稿)


    贵州松桃高地一王家坡地区发现具大型以上潜力的找锰...

    摘要:以服务“两型社会”建设为目标,系统开展地质资源、地质环境问题调查评价。针对水土污染、岩溶塌陷环境地质问题提出对策建议,圈定地下水应急水源地,保障非常时期城市供水需求,确保城市的安全稳定。

    1.项目概况

    长株潭城市群位于湖南省中东部,包括长沙、株洲、湘潭3市。根据国土资源部与湖南省政府合作协议,中国地质调查局于2009年部署“长株潭城市群地质环境调查与区划”项目,旨在查明地质资源和地质环境。项目由湖南省国土资源厅和中国地质调查局武汉地质调查中心共同管理,湖南省地质调查研究院为实施主体,联合湖南省国土资源信息中心和省内地勘队伍共8家单位共同实施。经过5年多的努力,项目取得重要进展,为长株潭地区水土污染治理、应急水源地确定、岩溶塌陷等地质灾害防治工作提供了技术支撑。

    2.成果简介

    (1)水土污染调查成果直接支撑湘江流域重金属污染整治。长株潭城市群地下水污染总面积1641.97km2(图1),分为单、双和多元素污染区。单元素污染区总面积615.38km2,双元素污染区总面积397.57km2,多元素污染区总面积 629.02km2。长株潭城市群土壌污染分为工业、生活污染区和矿山污染区3类。工业、生活污染区位于株洲县城一株洲市一湘潭市一长沙市一望城县的湘江沿岸(图2),呈近北北西向不规则带状展布,长约100km,总面积达2392km2。矿山污染区包括3块,总面积达325km2,包括湘潭九龙桥锰矿一杨家桥煤矿区、湘潭鹤岭锰矿区和宁乡灰山港一煤炭坝煤矿区。

    (2)岩溶塌陷调查成果直接应用于防灾减灾。长株潭城市群岩溶塌陷共57 处(图3),发生的区域多为覆盖型岩溶区,少量为浅埋藏型岩溶区。岩溶塌陷主要分为五大区域:湘潭市区灰砾岩岩溶塌陷区、株洲城区岩溶塌陷区、岳麓至煤炭坝矿区岩溶塌陷区、长沙城区地面塌陷区和湘中石山区岩溶塌陷区。

    岩溶塌陷主要受地形地貌、地层岩性、地质构造控制,地质灾害点多分布在冲沟、岩溶洼地、山前坡缓地带和河流冲积阶地。可溶岩是岩溶地面塌陷形成的物质基础,岩溶洞穴的存在则为地面塌陷发生的必要空间条件。区内岩溶塌陷主要发育于石灰岩(P2«)、白云质灰岩(C2W和灰质砾岩(K^)中,灰岩夹泥灰岩(D2q)及灰岩(Pm)次之。

    研究成果直接应用于宁乡大成桥福泉小学、长沙莲花镇军营村岩溶塌陷应急处置及煤炭坝镇措树村、楠竹山村等地居民搬迁选址工作。在地面塌陷严重区进行了宁乡县大成桥乡福泉小学地面塌陷应急调查、长沙市岳麓区莲花镇军营村岩溶塌陷应急调查与勘查,提出了应急处理方案和防治措施,保障当地居民的生命财产安全,维护当地社会的稳定。

    (3)地下水应急(后备)水源地勘查保障城市供水安全。开展了长沙市、湘潭市一株洲市应急(后备)水源地勘查工作,进一步核定水源地边界条件,圈定19处应急(后备)水源地(图4 ),并对地下水资源作出了评价。应急(后备)水源地水质优良,可采资源量达62.9万m3/d,保障长株潭城市群城市的供水安全。

    3.成果意义

    (1 )长株潭城市群地质环境背景条件和主要环境地质问题调查评价,为城市发展规划、工程建设、城市管理等提供了科学依据。

    (2)水土污染和岩溶塌陷的调查研究,为国土资源开发利用、规划、管理及耕地红线的划定提供基础依据。

    (3 )应急(后备)地下水源地的圈定、评价为城市发展提供了新的水资源,保障了城市供水安全,服务于“两型社 会”建设。

    (湖南省地质调查研究院徐定芳 范毅何阳供稿)


    长株潭城市群地质环境调查有效服务“两型社会”建设