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    2008年5月,四川汶川特大地震的余震尚未平息,中国地质科学院地质研究所大陆动力学研究室主任李海兵已带领团队站在了地震破裂带的起始点——映秀镇。每当青藏高原及邻区发生强震,李海兵总是第一时间奔赴野外现场,记录震区的每一条陡坎、每一道裂痕。“地震破裂是如何发生的?未来发展趋势是什么?后续有什么危险?只有回答好这些问题,读懂大地的语言,才能真正为百姓宜居撑起安全保障之伞。”这成为他三十年科研生涯的最佳注脚。

    探索地震活动密码

    了解李海兵的人都知道,他有着与生俱来的科研天赋:越是复杂和未知的地质现象,越能点燃他求知的火焰。从中国地质大学(武汉)毕业后,他加入中国地质科学院地质研究所,师从著名地质学家许志琴院士,开启了与青藏高原的不解之缘。祁连山的褶皱、东昆仑的断裂、喀喇昆仑的岩层,都成为他解读地球演化的密码本。进入21世纪,青藏高原发生多次强震。2001年11月14日,东昆仑8.1级大地震发生,李海兵第一次被大地震的破坏深深震撼。“几十秒内,大地被撕裂数百公里;不同断裂为何能同时破裂?”这些疑问如烙印般刻在他心里,也让他将研究方向锁定在青藏高原地震机制与迁移规律上。从此,哪里有强震,哪里就有他的身影。从东昆仑到新疆乌什,从四川汶川到青海玉树,他踏遍青藏高原及邻区13次强震现场,冒着余震、滑坡、泥石流等危险第一时间冲进震区,与时间赛跑,抢抓第一手数据。“印象最深的还是汶川地震,当时考察组每个人心里都憋着一股劲:一定要揭开地震真相,绝不能让类似的悲剧再发生。”回忆起当时的情形,李海兵至今历历在目。作为科考队长的他,带领团队沿着300多公里长的龙门山断裂带由南西向北东前行,白天靠着两条腿跋山涉水、翻越滑坡体,时不时还要躲避从高处滚落的巨石,不放过任何一处可能的地震活动遗迹;晚上则在帐篷内加班加点整理分析资料,裹着睡袋打个盹儿就又开始新一天的工作。最终,经过连续一个多月的考察和分析,获得了大量宝贵的原始资料,及时形成对发震机制的认识,为汶川地震断裂带科学钻探的实施奠定了坚实基础。想要真正认识和了解地震的形成机理、力学过程,不能仅靠观察地表破裂,还要读懂地球深部的语言,通过钻探了解地下深部地震残留下的温度信息和物质信息等,向地下进军。汶川地震后,国家重大科技专项“汶川地震断裂带科学钻探”工程正式启动,李海兵出任总地质师。从此,钻探现场成了他的第二个“家”——在钻探实施的8年中,他大部分时间留在现场关注钻探情况和岩心特征,甚至在钻探现场度过了4个春节。

    高原上的地质人生

    “地质工作的主战场永远在野外。”这句朴实的话语,是李海兵三十余年科研生涯的真实写照。从青葱岁月到知天命之年,他的足迹踏遍青藏高原每一处地质奇观,被同行称为“高原上的拼命三郎”。上世纪90年代,中法第二轮国际合作项目“东昆仑岩石圈缩短机制”开始实施,它不仅承载着解析地球演化密码的科学重任,更是中国地质学走向国际舞台的重要契机。作为项目野外地质考察工作的主力,平均每天奔波十几个小时。在一次野外考察返程时,原本仅没过膝盖的河水因冰川融水暴涨至半人高。面对冰冷的湍急水流,他将珍贵的岩石标本紧贴胸前,头顶着防水包裹的考察笔记,毅然踏入刺骨的激流。忆及往事,他坦言:“当时心里只有一个念头:护送样品和记录本要紧!”2003年深秋,海拔5000多米的阿里无人区见证了一场惊心动魄的生死考验——连续四个月的高强度科考工作让李海兵轰然倒下,急性肺水肿将他推入生死边缘。医生们经过几周的接力抢救,才将他从鬼门关拉了回来,却也不可避免地留下了肺部纤维化的创伤印记。主治医师指着CT片上的斑驳阴影发出最后通牒,禁止他再上高原。但次年春天,这个“不听话”的病人再次整装出发,身影融入了青藏高原连绵的山脉中。像这样的“冒险故事”在李海兵三十多年的野外工作中还有很多,有些甚至他自己都忘了,团队成员却记忆犹新:“李海兵老师在玉树地震调查时陷进沼泽泥潭,差点就没过胸。”“跟着李老师,我们还见过野外的棕熊。”“在西藏羌塘无人区开展综合调查时,李老师和我们一起徒步越岭、踏冰涉水,遇到暴风雪了还要鼓励大家。”透过这些记忆碎片,一个矢志不渝、把论文写在祖国大地上的地质人形象愈发清晰。

    科研报国筑安澜

    三十载寒暑更迭,李海兵带领团队在青藏高原构造地质研究领域取得了一系列具有国际影响力的创新性成果。他带领团队揭示了阿尔金、东昆仑、鲜水河、龙门山等青藏高原主要断裂带的几何展布、断裂组合和地震危险性,加深了地震机制关键科学问题的认识,大大提升了对青藏高原强震活动性规律的认识。凝聚他无数心血的“汶川地震断裂带科学钻探”工程像一枚打入地底深处的探针,时刻传递着大地的脉动。这口科钻井取得了许多标志性成果,李海兵对此如数家珍:“我们第一次记录到大地震后断裂快速愈合信息。就像人体伤口结痂再生,断裂带愈合后才能重新积累能量,为下一次地震孕育创造条件。”“通过长期监测,发现了世界上最低的断层有效摩擦系数(≤0.02),改变了‘断层摩擦系数通常为0.6-0.8’的传统认知。这表明自然界断层滑动存在特殊的弱化机制,使断层在特定条件下几乎‘失去’摩擦阻力。”……这些成果不仅深化了对地震物理过程的理解,也为防震减灾提供了新的理论基础。如今,李海兵及其团队已经在地震滑移机制和破裂过程等方面取得重大突破性进展,完善了地震断裂理论。确定了龙门山断裂带易发生大地震的粘滑型断裂和不易发生大地震的蠕滑型断裂。厘定了高原大型断裂带(阿尔金断裂西段、东昆仑断裂西段与中段、鲜水河断裂带、龙门山断裂带等)活动性及其未来强震危险性,评估了未来强震危险区并得到地震实例的验证,为中长期地震预测提供了重要经验。作为一名新时代地质工作者,李海兵紧密围绕国家重大需求开展研究,开展国家重大工程重要区段1∶5万专题地质调查填图工作,基本摸清了区内不良地质体的规模、分布范围及展布规律,精准服务和支撑了国家重大工程规划和建设。时代的浪潮奔涌向前,从不辜负每一位奋勇拼搏的追光者。2025年4月28日,庆祝中华全国总工会成立100周年暨全国劳动模范和先进工作者表彰大会隆重举行,共有1670名全国劳动模范和756名全国先进工作者受到表彰,李海兵榜上有名。“这份奖励将激励我永葆初心,继续前行。”刚刚捧回荣誉,李海兵就已经计划起了下一步的工作。“将重点放在鲜水河断裂带的地震机制研究与综合监测体系建设上,构建龙门山-鲜水河断裂带四维综合观测系统,形成全球首个三维空间与时间维度融合的四维观测体系,为探索地震预测可能性提供新型科学范式。”在青藏高原的晨曦中,李海兵又一次整装出发。三十载科研征程,刻下的是皱纹,不变的是初心。他身后,是祖国大地的脉动;他面前,是永无止境的地质探索。

    供图:中国地质科学院地质研究所

     
    大地解码者:一位地质科学家的三十载坚守 —— 记全...

     

    地震是一种自然现象,地球上每年要发生地震500多万次。在常人眼中,地震是一种可怕的自然灾害,但是人们所不清楚的是,地震也是一种非常有效的了解地下地质构造的方法。不过,这里所说的地震并非人们所熟知的天然地震(Earthquake),而是用人工方法激发地震波的地下矿产资源勘探技术,即地震勘探(Seismic Exploration)。

     

    地震勘探方法始于19世纪中叶,经过1个多世纪的发展,地震勘探已成为最有效、最普遍的石油、天然气勘探方法。

     

    常规地震勘探方法包括折射法、反射法(如图,图为各种地震波)。折射法利用人工震源激发产生的地震波,在满足下伏地层波速大于上伏地层波速的特定条件形成滑行波再折射回地面产生的折射波来研究地下的地质构造。适合研究地表浅层或深部地壳特征,故折射法的应用范围受到限制。反射法利用人工震源激发产生的地震波,在其传播过程中遇到介质性质不同的岩层界面时(地层),一部分能量形成反射波被地面接收,另一部分能量穿过界面形成透射波继续往下传播。地震勘探就是利用记录到的反射信号来描述地下的地质构造等情况。所以,地震勘探中广泛采用的是反射法。

     

    反射波的到达时间与反射面的深度有关,据此可查明地层埋藏深度及起伏。随着检波点至震源距离(炮检距)的增大,同一界面的反射波走时按双曲线关系变化,由此可确定反射面以上介质的平均速度。反射波振幅与反射系数有关,由此可推算地下波阻抗的变化,进而对地层岩性做出预测。

     

    地震勘探包括野外数据采集、室内资料处理和解释三大环节。地震勘探方法属于交叉学科,涉及到的理论知识遍及数字信号处理、岩石力学、软件编程、算法研究等方面。由于地震信号受到地下复杂地质条件(构造复杂、地形多变、岩性多样等)的影响,同时还经常会受到环境噪声的影响,地震信号的处理往往比常规信号处理专业接触到的信号更难拾取。

     

    为了提高地震有效波的信噪比,压制干扰,地震勘探(反射法)广泛采用多次覆盖技术,其原理是连续相应改变震源与检波点在排列中所在的位置,在水平界面情形下,可使地震波总在同一反射点被反射返回地面,反射点在炮检距中心点的正下方。经过相叠加提高反射波能量,从而极大地改善地震勘探的成像质量。

     

    根据观测系统的不同,可将地震勘探分为二维地震勘探与三维地震勘探方法。二维地震勘探方法是在地面上布设一条条测线,采集地下层位反射回来的反射波信息,经过室内处理后得到反映地下构造等的地震剖面图。通俗来说,一张张地震剖面就相当于沿测线向地下剖开,在深度与地面测线方向显示地下构造情况。多条测线联合使用,便可较为精准的描述地下构造,经过地质学家的解释后便可为油气勘探、井位设计服务。三维地震勘探工作流程与二维地震勘探类似,但是由于多了一个方向的观测数据,能够得到比二维地震更为清晰准确的结果。

     

    为了寻找更多的油气,近年来地震勘探方法的发展也十分迅速,野外采集方法不断进步,新的处理方法不断涌现。同时,在计算机计算能力飞速发展的背景下,以往一些理论完善但受限于计算能力的方法(如全波形反演、逆时偏移等方法)都得以实现,这些都为地震勘探的进步提供了条件,也为寻找复杂油气藏提供了新的方法。

     

    随着人类对能源需求日趋强烈,地震勘探这种有效的油气勘探方法也在日渐发挥着越来越重要的作用,各种不同的地震勘探方法和技术不断发展革新,为人类勘探地下未知世界的奥秘做出了巨大的贡献。在过去、现在以及将来,地震勘探都会是人类了解油藏分布的一把利器。

     

    (作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

    地震勘探:油气勘查的“眼睛”

    近日,《江西某铜矿废石分级分类综合利用技术方案》在中国有色金属工业协会顺利通过专家组评审。该方案由北京中威创联新材料科技推广中心和江西江铜环境资源科技有限公司委托中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所、水文地质环境地质研究所共同完成。

    我国153个地市堆存有色金属矿山采矿废石总量超过71亿吨,其中铜矿废石堆存量约为20亿吨。一方面由于废石低品位有价金属无法经济回收,有用矿物及材料性能未充分利用,造成资源浪费;另一方面,特定条件下废石中硫化物加速氧化产酸,成矿元素和伴生重金属元素活化溶出产生重金属离子超标酸性废水,易造成环境污染隐患。因此,有色金属矿山废石减量化、资源化、无害化意义重大。项目组以有色金属矿山废石综合利用行业共性问题为导向,提出“铜矿废石大块分选—有价元素回收—低硫废石建材化利用—高硫废石氧化阻控—低聚物固化充填—矿山废水高效处置”整体解决方案,为实现废石堆场“标本兼治、彻底治理、根绝后患”目标奠定坚实基础。

    该技术主要特点:一是实现有价元素回收,富集产品含铜矿石品位>0.70%满足铜选厂入选品位要求,实现技术增储。二是分选获得部分低硫废石满足《建筑用砂》《建筑用卵石、碎石》标准,实现废石资源化及减量化。三是提出高硫废石阻氧隔水阻控—低聚物固化充填-废水综合处置关键技术,实现高硫废石的环境风险防控。四是该技术绿色低碳,处理能力大,自动化程度高,核心设备成熟稳定,总体运营成本低、经济效益好,能复制、可推广。

    该技术方案和总体思路得到了业内院士专家的充分肯定和高度评价,专家组一致认为该方案技术路线合理、经济价值可观、建设可行性强,具有重要的社会和环境效益。同时,专家组建议项目各单位进一步优化技术方案,探索创新“托管服务和第三方治理”等实施模式,建设铜矿山废石综合利用示范工程,努力实现生态环境综合提升和经济效益的有机统一,引领有色金属矿山行业绿色可持续发展。

     

    技术方案通过专家组评审

    废石综合利用技术助力有色金属矿山生态环境治理

    5月14日,为进一步探索城市地下空间地球物理探测技术方法,提高技术水平和业务能力,更好地支撑服务城市地质调查工作,自然资源部中国地质调查局武汉地质调查中心组织开展城市地下空间地球物理探测技术培训,邀请中国地质大学(武汉)邓世坤教授、师学明教授和自然资源部中国地质调查局中国地质科学院地球深部探测中心李洪强博士分别为科技人员授课。

    针对城市地区的需求和特点,邓世坤教授讲授了探地雷达在城市工程勘查及地面塌陷预防探测中的应用,重点讲授了地质雷达的适用条件、施工方式、参数选取以及应用实例等;师学明教授讲授了高密度电法探测地下空间原理与应用,探讨了延时测量、水上测量、井地联合测量及电阻率CT等非常规高密度电法技术以及应用实例;李洪强博士讲授了雄安新区深部三维结构探测及其对城市地下空间探测的启示,着重介绍了雄安新区的多种地球物理探测技术方法组合及其应用效果,并探讨了面波探测、微动探测、密集台阵探测等方法的应用经验。

    在交流讨论环节,针对科技人员提出的在实际工作中遇到的困难和困惑,专家均一一给出了解决方案建议,并共同探讨了不同地质背景条件下的城市地下空间精细探测技术方法,以及在城市这种特定条件下如何提高信噪比、降低干扰等问题。

    目前,武汉地调中心已启动在武汉、广州、北海、海口等城市多要素地质调查工作,城市地下空间作为多要素城市地质调查中的一项重要工作内容,地球物理探测的手段不可或缺。通过此次培训,相关业务技术人员进一步提升了对城市地下空间探测技术方法及其重要意义的认识,开阔了视野,并将把此次培训的收获运用到具体的实际工作中去。自然资源部中国地质调查局地球物理地球化学勘查研究所张杰教授级高级工程师参加了交流,武汉地调中心勘查技术室、环境地质室及相关业务部门的科技人员参加了培训。

    武汉地调中心开展城市地下空间地球物理探测技术培训

     

    2015年中国西南岩溶石漠化分布图

      

    贵州巨木地下河出口筑坝拦蓄地下水

      

    中国西南地区岩溶景观

     

    致力于促进全球岩溶资源可持续利用和环境可持续发展的“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划,前不久在广西桂林正式启动。

    该计划由国土资源部中国地质调查局提出实施,旨在建立全球岩溶环境监测网络,攻克岩溶关键带科学难题,各国共绘全球岩溶一张图,为人类利用岩溶资源、保护岩溶生态提供科学方案和公共信息服务。

    国土资源部部长姜大明在贺信中称,这是一项雄心勃勃的大科学计划,更是一幅岩溶地质科学造福人类的宏伟蓝图。联合国教科文组织总干事伊琳娜·博科娃则通过贺信表示,国际大科学计划中提出的研究领域,对克服我们人类共同面临的难题来说是非常重要的,非常期待能听到关于项目实施取得进展并获得成功的好消息。

     

    1 中国为“全球岩溶”国际大科学计划实施奠定坚实基础

     

    阅读提示:中国取得了一系列具有全球视野的岩溶研究成果,并为国际大科学计划的实施提供了理论基础、科学思路、人才队伍、技术条件以及国际合作经验。

    目前,世界上的岩溶区分布面积约为2200万平方千米,约占世界陆地总面积的15%。我国的岩溶面积约为344万平方千米,约占国土面积的1/3。其中,我国西南裸露岩溶面积达54万平方千米,涉及贵州、广西、湖北、湖南、云南、四川、重庆和广东等8省(区、市),是我国碳酸盐岩层分布最为集中的地区,也是世界三大岩溶集中连片区中面积最大、岩溶作用发育最强烈的典型地区。

    岩溶地区山水奇特,水资源和油气资源丰富,为人类生产生活提供了得天独厚的物质资源和精神享受。但是,岩溶地区面临的干旱、石漠化、水污染、水土漏失等环境问题,也已成为当今制约经济社会可持续发展的全球性问题。

    近年来引发关注的是,岩溶作用在应对气候变化中可发挥重要作用。已有研究发现,全球的岩溶作用能够吸收与全球森林植被比例相当的大气二氧化碳,而且岩溶洞穴石笋可以年际分辨率记录气候环境变化,与黄土、冰芯、湖泊沉积及树轮等古气候环境记录比较,具有记录时间跨度大、年代记录准、分辨率高等优势。

    为有效解决岩溶地区的资源环境问题,促进全球岩溶资源的可持续利用和环境的可持续发展,科学应对全球气候变化,中国地质调查局倡导设立了“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划(以下简称“全球岩溶”国际大科学计划),依托联合国教科文组织国际岩溶研究中心和中国地质调查局岩溶地质研究所,以地球系统科学和岩溶动力学理论为指导,利用10~12年时间,建立全球岩溶生态环境监测网络,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,各国共绘全球岩溶一张图。

    据该计划负责人、联合国教科文组织国际岩溶研究中心常务副主任曹建华介绍,目前,国际岩溶研究中心及其依托单位中国地质调查局岩溶地质研究所,已经为计划的实施奠定了坚实基础。

    以中国科学院院士袁道先为首的科研团队建立了以碳—水—钙循环为核心、以岩石圈、水圈、大气圈、生物圈四大圈层为主体结构的地球系统科学观下的岩溶动力学理论,为计划的实施奠定了理论基础。在国际地球科学计划(IGCP)中国国家全委会支持下,我国科学家牵头连续主持实施了5个岩溶领域国际地质对比计划,储备了40个国家200多名优秀的专业技术人才,为计划实施提供了科学思路和人才队伍。国际岩溶研究中心7年的高效运行,已与15个国家和国际科研机构签订了合作备忘录,推动了8个国家间岩溶领域的深入合作研究,成功联合国际著名岩溶学者举办了7次国际培训班,为计划的组织实施提供了国际经验和基础。国际岩溶研究中心在中国、美国、泰国、斯洛文尼亚等岩溶国家建立了岩溶生态环境监测站,并与东亚东南亚地学计划协调委员会(CCOP)国家、东南亚国家合作开展了岩溶地质和跨界含水层编图,建立了全球岩溶科技创新平台和编图技术方法,为计划实施提供了技术条件。

    更为重要的是,我国在岩溶作用与碳循环、洞穴石笋古环境重建、岩溶生态系统与石漠化治理、岩溶地质公园和世界自然遗产申报与保护,岩溶地下河和表层岩溶水探测与开发、碳酸盐岩油气储存区古岩溶刻画等方面取得了一系列具有全球视野的岩溶研究成果,奠定了我国岩溶研究的国际领先地位,使中国地质调查局牵头组织实施“全球岩溶”国际大科学计划顺理成章。

     

    2 建立全球岩溶生态环境监测网,因地制宜修复和保护岩溶生态

     

    阅读提示:只有揭示全球不同类型岩溶动力系统的演化、形成过程、结构功能和运行机制,因地制宜运用各国经验,才能科学、合理地修复和保护岩溶地区生态,并实现其可持续发展。

    我国岩溶动力学理论的发展历史,可以追溯到20多年前对岩溶地球化学的研究。

    国土资源部岩溶动力学重点实验室的研究团队,在中国科学院院士袁道先的带领下自1990年以来连续实施的国际岩溶对比计划项目,在岩溶形成演化、碳循环、岩溶生态和水资源等领域,为国际岩溶学术界提供了共同解决岩溶地区资源环境问题的平台,将地球系统科学思想引入现代岩溶学,建立了岩溶动力学理论,有力推动了国际岩溶学科的发展。

    曹建华介绍说,在岩溶地区,岩石圈、水圈、大气圈、生物圈界面上的碳—水—钙和其他元素之间的物质、能量传输与转换,构成了岩溶动力系统。由于岩溶动力系统同时受到地质、水文、大气和生物过程的影响,因此岩溶动力系统有各种不同的类型。在上世纪90年代,我国岩溶地质学家开展了一系列研究,提出了将“岩溶形态组合”(即在相同环境下形成的宏观的微观的、地表的地下的、溶蚀的和沉积的岩溶形态的配套组合)作为全球岩溶对比的基础,推动了全球岩溶对比的顺利进行,并揭示出在世界上具有不同地质环境背景的岩溶区,其岩溶系统与人类活动的相互作用是极不相同的。因此,只有对全球不同类型的岩溶动力系统进行对比,揭示其不同的演化、形成过程,及结构功能和运行机制,因地制宜地运用各国经验,才能更加科学、合理地修复和保护岩溶地区的生态,并实现其可持续发展。

    为进一步开展国际合作与对比研究,“全球岩溶”国际大科学计划将针对全球岩溶主要类型,重点在中国西南与中南半岛热带亚热带岩溶区、北美亚热带温带岩溶区(美国)、 加勒比海地区和印尼热带新生代孔隙碳酸盐岩岩溶区、中东干旱岩溶区(伊朗、土耳其)、地中海型气候岩溶区(斯洛文尼亚、塞尔维亚等)、冈瓦纳大陆岩溶区(巴西、澳大利亚)设置岩溶环境监测站,逐步实现典型地区连续高分辨率监测,建成覆盖全球的岩溶环境监测网络。

    为保证全球数据统一及不同比例尺数据的交互使用,还将建设分布式全球岩溶数据平台。

     

    3 创新资源勘探开发和环境治理技术体系,应对岩溶区生态环境面临的挑战

     

    阅读提示:瞄准碳循环与人为干预、固碳增汇,洞穴石笋与年际尺度过去气候变化,水循环与地表地下水时空调配与管理,钙循环与岩溶生态系统评价,岩溶塌陷预警等进行技术创新。

    “让我们共同协商,推进国际大科学计划的完善和实施,为应对岩溶地区脆弱的生态环境面临的诸多挑战,为全球岩溶地区的资源合理利用、经济社会发展贡献岩溶地质科学家的智慧与才华。”在“全球岩溶”国际大科学计划启动仪式上,中国地质调查局岩溶地质研究所所长刘同良代表中国岩溶地质科学家,向全球从事岩溶科学研究的同行们发出倡议。

    推动岩溶科技创新,切实改善岩溶地区居民生活质量,是全世界岩溶国家和广大岩溶科技工作者的一致目标。为此,“全球岩溶”国际大科学计划瞄准碳循环与人为干预、固碳增汇,洞穴石笋与年际尺度过去气候变化,水循环与地表地下水时空调配与管理,钙循环与岩溶生态系统评价,岩溶塌陷预警等领域,发挥国际岩溶研究中心国际平台作用,充分利用各岩溶国家的技术及资源优势,创新科学技术体系,应对岩溶区脆弱生态环境面临的挑战。

    已有的研究数据表明,随着植被的恢复、岩溶作用强度的增加,近10年中国西南岩溶区石漠化综合治理工程增加了2500万吨的岩溶碳汇量。中国地质调查局岩溶地质研究所创新流域尺度岩溶碳循环研究方法,研发的陆地植被、土壤改良、引入外源水和沉水植物等人工干预固碳增汇技术,引领了国际岩溶地质碳汇研究新方向。此外,利用微区取样技术,通过同位素微量测试,准确获得了石笋记录的年际尺度历史气候变化信息,恢复重建了高精度的古气候和古环境变化历史,为预测未来气候变化趋势提供了科学依据。为科学应对气候变化,“全球岩溶”国际大科学计划将着重开展岩溶环境二氧化碳增汇效应研究,在查明流域水文地质、环境地质条件基础上,对比研究植被变化、土壤改良、土地整理等人工干预措施对流域碳通量的影响,进而创建人工干预增加岩溶碳汇技术体系。

    岩溶区地下水的开发利用,为世界约25%的人口提供了饮用水源。但岩溶地区孔、隙、缝、管、洞并存,岩溶地下水流运动规律复杂,时空分布极不均匀,使得岩溶地下水的开采难度大大增加。对此,“全球岩溶”国际大科学计划将选择典型岩溶水系统,开展不同类型岩溶地下水开发利用技术与方法研究,形成岩溶水开发利用模式和高效利用技术集成。针对典型岩溶地区岩溶干旱、内涝、石漠化、水污染、水土漏失等问题,建立岩溶地区水土耦合调控信息平台,形成岩溶地区水土耦合调控技术体系。

    岩溶石漠化是岩溶生态系统在特定条件下运行的产物,其分布具有区域性。针对全球不同岩溶环境类型区,“全球岩溶”国际大科学计划将研发适宜各种类型的石漠化综合防治和岩溶生态修复模式及技术体系,阐明生态环境对水资源的调蓄功能,研发生态与工程联合调蓄岩溶水资源的技术,并开展试验示范。在岩溶含水层水质详细调查的基础上,选择已经发生污染的地下河(泉)系统或子系统为典型案例区,开展岩溶地下水环境修复技术及工程研究。

    旱涝、石漠化、水污染、水土漏失、岩溶塌陷等在全球岩溶区普遍发生,更令人担忧的是,这些环境问题和岩溶地质灾害形成演变过程十分复杂,而且具有隐蔽性,难以防治和预测,严重威胁着岩溶区水安全、生态安全、乃至当地居民的生命安全。对此,“全球岩溶”国际大科学计划将瞄准建立岩溶塌陷调查、风险评价和监测预警方法,重点研究大型岩溶塌陷风险评价、监测预警、早期识别与防控技术。

     

    4 在六大领域引领国际研究方向,建立“岩溶地球”大数据平台

     

    阅读提示:直击全球岩溶碳循环调查与全球气候变化、全球岩溶水文地质调查与水资源开发、全球岩溶石漠化调查与生态修复、全球岩溶景观与地质公园建设、全球岩溶塌陷调查与防控及服务岩溶区油气资源高效低污染调查等重大岩溶科学问题。

    据曹建华介绍,“全球岩溶”国际大科学计划主要依托联合国教科文组织国际岩溶研究中心和岩溶动力系统与全球变化国际联合研究中心,破解重大岩溶科学问题,在全球岩溶碳循环调查与全球气候变化、全球岩溶水文地质调查与水资源开发、全球岩溶石漠化调查与生态修复、全球岩溶景观与地质公园建设、全球岩溶塌陷调查与防控及服务岩溶区油气资源高效低污染调查等领域,引领国际研究方向,建立“岩溶地球”大数据平台。

    在岩溶作用与碳循环调查研究方面,将重点研究碳在岩溶动力系统中的迁移过程与土地利用、水生植物光合作用的关系,水库或湖泊等水体中的碳汇效应;调查研究不同水体的生物地球化学变化规律,利用水化学与碳同位素技术厘定碳的来源、不同碳形态之间的转换与通量估算,分析不同水体碳汇与生物地球化学效应,研究碳酸盐岩沉积/溶蚀、脱气与水生植物光合作用之间的相互关系,进而为科学应对全球气候变化提供依据和支撑。

    为提高岩溶水的开发利用效率和效果,“全球岩溶”国际大科学计划将选择全球典型岩溶水系统,开展岩溶地下河管道和含水介质探测,岩溶地下水循环的水动力对比试验,以及降水、地表水、土壤水、表层岩溶水与地下河水“五水”转化机制和过程研究,揭示不同类型岩溶水循环模式,建立不同岩溶水系统水资源评价模型,进行水质、水量定量评价,阐明岩溶关键带对水资源的调蓄功能和地下水资源动态变化规律。同时,开展生态环境对岩溶水资源的影响调查研究,岩溶含水层水质和污染调查研究,进行岩溶含水层防污性能评价,建立岩溶地下水水质监测网,尤其是加强对地下河和岩溶大泉的监测,并对已被污染的地下河和岩溶大泉进行修复示范。

    中国在西南岩溶地区开展的石漠化综合治理地质调查工作,建立10处石漠化综合治理示范区,形成了4种可复制、可推广的石漠化综合治理模式:岩溶峰丛洼地区土地整理与生态产业协调模式,解决了石漠化区无地可用的问题;岩溶高原区地表水地下水联合调度模式,解决了石漠化区无水可用的问题;岩溶地质景观区土地流转与生态旅游模式,促进了石漠化生态修复景观产业化;岩溶断陷盆地区流域尺度综合治理模式,力促县域生态产业可持续发展。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。

    全球有具有岩溶特征的世界遗产47处、世界地质公园46处。但迄今为止,国际上一直没有反映全球岩溶资源与环境的系统数据与专题图件,缺乏普及全球岩溶知识的信息数据平台。为科学评价和保护岩溶地质景观,“全球岩溶”国际大科学计划将开展全球岩溶地质景观调查评价,划分涵盖全球岩溶地质景观类型,进行全球尺度岩溶地质景观区划,提出岩溶地质景观设立世界遗产、世界地质公园、国家公园、地质保护区、旅游开发景区等方面的开发利用与保护规划建议。在此基础上,编制全球性岩溶景观与洞穴资源分布图集开发利用保护图件,建立全球岩溶地质景观信息系统,面向全球提供检索、咨询与开发规划等应用服务。

    为摸清全球岩溶塌陷发生规律,“全球岩溶”国际大科学计划将从23个岩溶塌陷国家的岩溶塌陷发育现状、地质背景、水文工程地质特征分析入手,结合岩溶塌陷动力条件监测,深入研究岩溶塌陷形成演化的地质环境模式,建立全球岩溶塌陷发育的动力模型,重点研究极端气候特别是极端暴雨影响下岩溶塌陷形成演化机理,提出国际岩溶塌陷发育态势与对策。

    岩溶区的油气资源具有很大的勘探开发潜力。世界碳酸盐岩大型油气田有321个,其油气资源量占全球油气资源总量的50%,产量占到60%以上。为认识油气储存与岩溶介质内在关系。“全球岩溶”国际大科学计划将以“将今论古”的方法,在对现代岩溶发育特征、规律认识的基础上,开展古岩溶、深部岩溶发育的科学研究,探索古岩溶在区域差异、垂向上分带、时代分期发育特征,揭示古岩溶发育对油气储存岩溶介质的控制作用,建立岩溶油气储层地质模型。

     

    5 实现全球岩溶信息社会共享服务,支撑岩溶区资源与环境可持续发展

     

    阅读提示:全球岩溶国家密切合作,建立实时更新的全球岩溶网络信息平台,促进岩溶学技术进步。

    “全球岩溶”国际大科学计划的实施,不但需要有科学的理论基础、先进的技术支撑,还需要全球岩溶国家的共同参与和密切合作。目前,国际岩溶中心已经收到了来自15个国家的23名资深专家学者签署的支持函。

    通过“全球岩溶”国际大科学计划的实施,国际岩溶研究中心将编制全球岩溶地质、岩溶地貌、岩溶水文地质和岩溶环境地质图,编制“一带一路”岩溶地区和重点岩溶区专题图件,查明全球岩溶动力系统的碳—水—钙循环规律,科学评价全球岩溶资源和岩溶环境,编制典型岩溶类型区资源开发与环境综合整治区划;研发具有国际先进水平的岩溶动力条件快速捕捉、岩溶资源勘探利用和环境治理关键技术方法;在岩溶地下水、石漠化、岩溶塌陷、应对全球气候变化、岩溶地质景观等领域形成4~5项国际领先水平大成果。

    同时,通过计划的实施,进一步建实建强国际岩溶研究中心,建立完善全球岩溶环境监测网点,建立定时更新的全球岩溶网络信息平台;在我国,建设岩溶动力学国家重点实验室,建强岩溶动力系统与全球变化国家级国际联合研究中心,建实国际一流岩溶地质调查研究机构,建强岩溶环境监测野外台站和研究基地。

    通过国际大科学计划的实施,全球岩溶科技成果不仅可促进岩溶学的跨越式发展、技术进步和多种形式的国际合作,实现全球岩溶信息社会共享服务,而且可提升我国的国际地位和话语权,培养我国的国际领军人才,并为“一带一路”战略决策和实施提供科学依据及资源环境保障。

    让岩溶地质科学造福人类