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    水资源是人类生存的基础性资源,地下水是水资源的重要构成,尤其在我国北方是主要的供水水源,是维持生态环境的关键因素,对确保民众饮水安全、粮食安全和生态安全等具有非常重要的作用。非常遗憾的是,我国并不是地下水资源丰富的国家,许多地区多年平均地下水开采量超过多年平均地下水可开采量,造成地下水超采。

    从已查明的情况看,全国地下水资源状况不容乐观。全国地下水开采总量已逾1100亿立方米,北方部分地区供水总量中逾七成为地下水;21省(自治区、直辖市)平原区分布有地下水超采区,其中19省(自治区、直辖市)分布有严重超采区。地下水超采区在我国平原区的分布面积总共约30万平方公里。

    地下水超采造成的地下水水位连续降低、含水层疏干、地面沉降、水质变差、海(咸)水入侵等一系列生态与环境问题,危及供水安全、粮食安全和生态安全,严重制约经济社会的良性发展。

    一是降落漏斗不断扩大,含水层不再含水。华北平原太行山前平原区的浅层地下水水位连续多年降低,南以石家庄石德铁路为界、北以邢台市为界、东部至宁晋泊-大陆泽地带的地下水水位埋深一般为30.0m左右,部分区域大于40.0m,第一含水组已基本处于疏干状态。深层地下水水头变化受开采影响很大,华北平原在开采强烈的中部和东部平原区下降幅度较大。

    二是地面沉降撼动我国大地。由于地下水超采,地面沉降迅速发展并逐步蔓延,在沿海地区尤为突出。地面沉降可造成水库大坝、河堤、楼房等建筑物裂缝、坍塌,成为重要的地质灾害,经济损失巨大、社会影响深远。

    三是海(咸)水入侵毁万亩良田。在滨海地区,人类过量开发利用地下水资源引起的地下水水位大幅降低,破坏海水与地下淡水界面间原有的动态平衡,致使咸淡水界面向靠近大陆方向移动。海水入侵的特征是隐蔽性、多样性和周期性,灾害一旦发生,将引起地下水水质恶化,影响区域内的地表植被生长,致使生态退化;使部分农田遭到不同程度的盐渍化,导致土地生产力下降、作物减产,灌溉机井报废,农田沦为荒地;还会造成工业生产和人民生活用水困难等多种问题。此外,深层地下水长期超采还有可能导致浅层咸水入侵深层淡水。

    四是平原河道断流甚至干涸,整体生态环境趋于干化。20世纪60年代,太行山前平原区包气带厚度为3~5m,由于浅层地下水位降低,致使包气带厚度增大至如今的10~40m,中部平原区由2m增大至5~10m,引发了土壤干化、植被枯萎、生态恶化等问题。地下水位降低也会加速湖泊湿地范围的萎缩进程,不仅加剧了气候环境干化,还导致一些水生及滨水生物群落的减少或者消失。

    面对地下水超采,我们应该怎么办呢?

    首先要建立水资源的统一管理体制,加强地下水保护。加强地下水管理工作,必须建立取水许可制度,实现开采量控制,达到地下水采补平衡。地下水开发利用与保护具有复杂性,需全局统筹,在现有水资源管理制度上进行必要改革。随着社会发展对水资源需求的日益增加,实行水务工作统一部署管理迫在眉睫。

    其次要加强水土保持工作,涵养水源。地下水补给是水循环的重要组成,水土保持工作是实现地下水补给的重要措施之一。工程措施与生物措施并重,层层拦蓄,充分涵养水源,减少地表水土流失,实现对地下水的补给,进而保障水资源的可持续利用。

    水土保持与边坡防护

    再次要节约用水,科学用水,降低对地下水需求与依赖。对于工业用水需大幅提高水的重复利用率,推广先进节水技术;推进清洁生产战略,加快污水资源化步伐,实行排污收费制度;通过价格和政策调控,鼓励工业使用再生水。对于农业用水,实施节水优先战略,积极调整种植模式,适度发展旱作农业和种养结合等模式;推广节水灌溉技术,择优发展喷灌、微灌、水肥一体化等规模化高效节水灌溉。针对民众生活,要提高城镇供水效率,杜绝“跑、冒、滴、漏”;全面推广使用节水器具和设备;加强节水的宣传工作,提高全民节约用水的自觉性和自主意识;实行计划用水和定额管理,以经济手段为杠杆促进节水工作的开展。

    第四是完善地下水监测网络,为科学开采地下水提供数据支撑。地下水动态监测是一项长期的水文地质工作,为实现水资源的科学管理,要求监测数据真实、准确、完整,这对于识别区域水文地质条件,实现社会经济的可持续发展具有重要作用。

    最后要因地制宜建造拦蓄工程,加强地下水回灌。除了在有条件的地区修建地表水库进行拦蓄之外,在没有合适的地形条件或是工程造价太高、蒸发损失大而不适合建地表水库的地方,选择地下含水层条件较好的地区,利用人工回灌储存地下水以备后用,是值得重视的手段。

    面对不容乐观的地下水超采现状和已经造成的危害,我们应当警醒。地下水不是“取之不尽,用之不竭”的,改善和保护地下水资源刻不容缓,不要让一时的发展透支子孙后代的幸福。

    (作者单位:中国地调局水环所)

    超采地下水给我们带来了什么

    近日,中国地质科学院地质研究所李广旭博士后及其合作导师曾令森研究员等,对西藏南部冈底斯岩基东段朗县杂岩内出露的钠质煌斑岩开展了年代学、岩石学、全岩地球化学和同位素组成的系统分析和研究,揭示了钠质煌斑岩的成因及其动力学过程,取得重要成果。

    大陆岩石圈的持续俯冲也会导致俯冲板片的脱水和熔融。俯冲的碳酸盐物质熔融可以释放碳酸盐熔体,引发上覆岩石圈地幔的部分熔融,形成不同类型的碱性和钙碱性岩浆岩。煌斑岩是特殊的幔源岩浆岩,其成因往往与交代富集的岩石圈地幔有关,成为示踪深部物质组成和深部动力学过程的重要载体。钠质煌斑岩出露较少,研究程度低,导致其钠质属性的成因机制尚不清楚。由于不同性质和不同来源的交代介质会造成岩石圈地幔的富集特征和矿物组成的差异,需要进一步验证钠质煌斑岩的钠质属性或成因机制是否与交代介质的不同有关。

    研究取得了以下主要认识:一是朗县地区出露一套近南北向展布的基性岩脉,其矿物组成和地球化学特征表明该基性岩脉为钠质煌斑岩。该钠质煌斑岩主要由角闪石斑晶和斜长石(钠长石)基质组成(图1),具有较高的CaO和Na2O含量,但K2O含量低,因此Na2O/K2O比值异常高(>2.3,最高为68.1);具有明显的Nb–Ta–Zr–Hf–Ti负异常;强烈富集轻稀土元素和大离子亲石元素。

    二是朗县钠质煌斑岩侵位于始新世晚期(36.9 ± 0.3 Ma),是碳酸盐熔体交代作用形成的交代富集地幔部分熔融的结果。朗县煌斑岩的同位素组成(全岩Sr-Nd-Pb和锆石Hf同位素)明显不同于冈底斯岩基中-新生代的岩浆岩,尤其是更年轻(< 30 Ma)的钾质-超钾质岩石(图2),这意味朗县煌斑岩具有不同的岩浆源区。进一步的研究表明来源于交代富集的岩石圈地幔,其富集特征是由俯冲的印度大陆地壳来源的碳酸盐熔体交代作用造成的。

    三是朗县钠质煌斑岩的钠质属性与碳酸盐熔体的交代作用和源区矿物组成有关。朗县煌斑岩中大量的碳酸盐矿物(方解石)是原生的(图1)。异常低的Rb/Sr和Dy/Yb比值,同时具有较高的Ba/Rb比值,表明朗县煌斑岩是在石榴子石相二辉橄榄岩稳定域内由含角闪石的橄榄岩低程度部分熔融形成的。

    四是煌斑岩的侵位可能与印度-亚洲大陆后碰撞背景下增厚下地壳(约75 km)的局部拆沉引起的东西向伸展作用有关。

    图1朗县钠质煌斑岩的野外照片(a-c)、显微照片(d-f)和背散射照片(g-l)

    图2朗县煌斑岩的锆石Hf和全岩Sr-Nd-Pb同位素特征

    该研究在岩相学基础上,通过与钾质煌斑岩全岩元素和同位素组成的系统对比,揭示了钠质煌斑岩的钠质属性与碳酸盐熔体的交代作用有关,为理解后碰撞深部动力学过程和解译冈底斯岩基的岩石圈地幔的演化历史提供了新的启示。

    该研究得到国家自然科学基金(92055202)、第二次青藏高原科学考察与研究计划项目(2019QZKK0702)和中国地质调查项目(DD20221630和DD20221817)的联合资助。相关成果发表在国际著名地学期刊《Geological Society of America Bulletin》上。

     
    地质所李广旭、曾令森等研究员对钠质煌斑岩与碳酸盐...

    编者按 今天是第六个全民国家安全教育日。资源安全事关国家的主权、生存和发展,是国家安全体系中的重要组成部分。而其中,矿产资源与国家经济社会发展关系极为密切,保障其安全的重要性不言而喻。在开展绿色勘查的同时,下大力气推进矿产资源的节约与综合利用,是现阶段提高国家资源保障能力、维护国家资源安全的有效手段。今天,让我们共同了解一下近年来我国在矿产资源节约与综合利用方面的最新进展。

    地质技术人员找矿途中

    昆仑山腹地地质勘查现场

    我国是矿产生产和消费大国,夯实国家矿产资源安全基础,需要坚持不懈地开源节流。其中,在矿业领域推进资源节约与综合利用,对实现我国经济社会可持续发展具有重要的战略意义和现实意义。

    近年来,自然资源部按照中央生态文明建设、节约优先战略总体要求,着眼于我国资源相对不足、环境容量有限、节约资源潜力巨大的基本国情,在矿产资源节约与综合利用领域特别是在矿产资源节约与综合利用现状调查、示范引领、推广先进适用技术等方面进行了大量探索和实践,取得了预期成效。

    在生态文明建设大格局中统筹推进矿产资源节约与综合利用工作

    按照中央生态文明建设、节约优先战略总体要求,在自然资源等主管部门、行业协会和矿山企业等单位的共同努力下,以节约资源和绿色发展为根本遵循,我国矿产资源节约与综合利用工作进行了实践探索,通过“摸清情况、示范引领、建立标准、强化监管、激励约束”等系列措施,有序推进。

    实施矿产资源节约与综合利用工作的核心是提高矿产资源“三率”,关键是采用先进技术。

    ——2011年~2012年实施矿产资源综合利用“以奖代补”和示范工程项目,采取经济手段激励矿山企业提高矿产资源合理开发利用水平,奖补矿山企业1045家、示范工程408个。

    ——“十三五”期间实施40个矿产资源综合利用示范基地建设。

    ——2012年~2013年,首次在全国范围内部署开展煤、石油、天然气、铁、锰、铜、铅、锌、铝等22个重要矿种“三率”调查与评价工作。

    ——2012年开始,在全国层面开展矿产资源节约与综合利用先进适用技术遴选推广工作。2012年~2017年完成6批次334项先进适用技术的遴选与推广;2018年~2019年增选了一批新技术,最终形成《矿产资源节约与综合利用先进适用技术目录(2019年版)》,该目录共包含360项技术。

    目前,矿产资源综合利用工作基本形成了“政府主导、企业主体、部门联动、社会参与”的工作格局,矿产资源节约集约利用取得预期成效。

    实施的主要措施有:

    一是建立统筹协调机制,加大矿产资源节约与综合利用工作力度。自然资源与发改、工信、财政、科技等部门统筹资源配置、税费减免政策和科技发展,发挥政策联动和组合配套效应,共同促进我国矿产资源合理开发利用,部门内部强化规划、勘查、开发、储量管理各环节的协调,实现综合勘查、综合评价、综合开发、综合利用。

    二是探索建立开发利用水平调查评估制度,摸清矿产资源开发利用水平。包括:科学设计调查评估体系,真实反映矿产资源开发利用水平。为制定激励约束政策提供科学依据。

    三是完善技术标准体系,促进矿产资源开发利用。与生态保护红线制度和自然资源管理体制改革要求相衔接,将资源节约与综合利用指标纳入开采准入条件,严格禁止高污染、严重浪费资源和缺乏综合利用设计者进入。根据地区资源和环境承载力情况,在满足资源安全和经济发展的前提下,研究矿产资源开发总量和强度控制的新制度、新政策,进一步研究完善“三率”指标体系,完善我国矿产资源开发利用技术标准体系。

    四是加强先进适用技术推广应用力度。通过政府引导与市场机制相结合,扶持技术服务平台建设,引导鼓励大型矿业集团建立面向全球的专业技术推广服务机构,保护技术创新行为,为矿业技术创新形成产业化发展模式提供有利环境;将先进技术推广与调查评估成果相关联;建立技术目录更新制度,通过评价和矿山反馈,评估技术使用情况和问题,及时增加和调整过时的技术内容;加大对战略新兴矿产、清洁能源矿产开发利用相关技术研发和推广的支持力度等。

    五是加强矿产资源开发利用监管,推进资源管理方式转变。扎实做好矿业权人勘查开采信息填报公示系统建设,加强引导,推动管理方式根本转变,构建“企业自律、社会监督、政府监管”的共同治理新格局。

    开展矿产资源“三率”调查,摸清重要矿产利用现状,完善“三率”指标体系

    按照《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和《找矿突破战略行动纲要(2011~2020年)》的要求,2012年,原国土资源部部署开展矿产资源“三率”(开采回采率、选矿回收率、共伴生资源综合利用率)调查与评价工作,在全国范围内开展煤、石油、天然气、铁、锰、铜等22个重要矿种“三率”调查与评价。该调查共有30个省(区、市)、7家行业协会以及5大油气公司等万余人直接参与。

    通过2012年~2013年的矿产资源“三率”现状调查,对我国矿产资源利用有了初步认识和基本判断。取得的主要成效为:

    一是建成了我国重要矿产矿山“三率”数据库。首次全面系统地获取了全国矿山“三率”基础数据。在统一调查指标、统一调查规范、统一时间节点的基础上,调查了全国22个矿种当年全部在产的19432座矿山(油气田),最终获取了2.2万条、220万字段准确可信的基础数据。

    二是调查结果显示,经过多年发展,我国矿产资源利用水平总体显著提高。

    “十五”之前,我国矿产资源开发水平状况不明。实施矿产资源“三率”调查以后,与1995年、1999年抽样调查结果相比,黑色金属矿山、有色金属矿山、黄金矿山、非金属矿山开采回采率略有提高,煤炭开采回采率基本稳定。有色金属矿山中铝土矿开采回采率提高幅度较大,主要原因在于集约化程度提高后,地下开采产能占比大幅下降;黑色金属矿山、黄金矿山、非金属矿山选矿回收率基本稳定,有色金属矿山选矿回收率稍有提升。铅矿、锌矿、铝土矿、镍矿、钨矿等有色金属矿产由于集约化程度提高,平均选矿回收率提高。

    我国矿产资源的典型特征是单一矿产少、共伴生矿产多。矿产资源“三率”调查结果表明,20种矿产中含有共伴生组分的59种,其中的38种组分已被不同程度回收利用。我国金属、非金属矿共伴生矿综合利用率为52.07%。

    三是查清了矿业固体废弃物的排放、利用与堆存现状,废石与尾矿排放增速下降,利用率提高。据不完全统计,截至2017年,我国矿山废石与尾矿堆存量已超过600亿吨。全国85%以上的地市堆存有20个矿种矿业固体废弃物,其中50个地市矿业固体废弃物堆存量超过1亿吨,37个地市废石堆存量超过1亿吨,16个地市尾矿堆存量超过1亿吨。

    四是规范了矿产开发“三率”指标计算方法。制定《矿产资源综合利用技术指标及其计算方法》,规范统一了行业评价指标,为“三率”调查评价提供了统一的计算方法,为客观评价当前技术经济条件下的资源综合利用水平,提供了科学依据和技术标准。

    五是制定了矿产资源合理利用“三率”指标要求。依托“三率”调查工作,研究制定并发布试行了煤炭、铁等124种重要矿产资源开发“三率”最低指标要求,实现了在产矿山所涉及矿种全覆盖目标,构建起我国矿产资源完整的“三率”指标体系。

    六是初步建立了矿产资源开发利用水平调查评估制度。2015年9月,中共中央、国务院印发了《生态文明体制改革总体方案》,将健全矿产资源开发利用管理制度作为推进生态文明建设的重要内容,明确提出要建立矿产资源开发利用水平调查评估制度。2016年12月,原国土资源部、财政部等5部委发布《矿产资源开发利用水平调查评估工作方案》,开展矿产资源开发利用水平调查评估试点工作,重点开展了黑龙江、浙江、江西、山东、河南、湖南和宁夏7省区9个矿种试点工作。试点工作取得预期成效,为做好调查评估工作打下了坚实基础。

    推广先进适用技术,让技术创新成为引领矿业发展的新动力

    为贯彻落实创新驱动战略,推动科技创新,促进矿产资源节约和高效利用,提高资源节约集约利用水平,近年来,先后印发了《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》和《关于推进矿产资源全面节约和高效利用的意见》,建立了矿产资源节约与综合利用先进适用技术推广目录制度。一批取得明显资源、经济、环境效益的采选技术工艺入选推广目录。它所倡导的矿产资源利用技术创新,正成为矿业发展的新动力,有效推动了矿业绿色发展。

    矿产资源节约与综合利用先进适用技术的使用,提高了资源利用水平,进一步增强了资源保障能力。据统计,通过先进适用技术的推广和应用,盘活石油可采储量33.1亿吨,按目前国内生产规模,可供开采15年;盘活天然气1645亿立方米、煤矿8亿吨;盘活铁矿资源40.74亿吨,约相当于新增了6%的国内铁资源量;盘活磷矿资源21.2亿吨,约相当于新增了10%的国内磷资源量;盘活钾盐1.44亿吨,约相当于新增了近30%的国内氯化钾资源量。

    如长庆油田应用致密油开发技术,有效盘活30亿吨致密油资源。延长石油利用陆相页岩气压裂新技术,盘活鄂尔多斯盆地页岩气地质储量1654亿立方米、石油地质储量640万吨。该技术在国内相似盆地陆相页岩气开发中推广,可有效实现油气开发过程中的节水、节能、减排和储层保护。

    如低钛型钒钛磁铁矿技术的应用,将攀西钒钛磁铁矿钛的经济可利用品位下降5%,回收率由20%提升至30%以上,盘活钒钛磁铁矿资源量13亿吨,相当于新增了2%的国内铁资源量,实现了攀西地区钒钛磁铁矿资源的高效利用。

    又如金川公司研发铂族元素综合回收技术,将金川镍矿中伴生的铂、钯的回收率从49%提高到70%,银、铱、钌、铑的回收率从1%~3%提高到44%,使我国铂族元素的回收工艺水平大幅提高。

    先进适用技术的推广使用,使矿山企业资源节约能力不断增强,从而推动资源产业绿色发展。例如开磷集团应用“磷石膏充填无废高效开采技术”,矿山年生产能力由200万吨提升至800万吨。每年新增经济效益2.2亿元、处理磷石膏工业固体废弃物335万吨、处理采矿废矸100万吨,减少磷石膏堆存占地约200亩,节省各项费用5000余万元,实现了较好的环境效益和经济效益。

    先进适用技术推广应用所产生的环境效益主要表现在节地、节能、节水及固废利用等方面。据不完全统计,2012年~2017年,我国推广应用先进适用技术共节地5.1万亩;节能104亿度、节水8.3亿吨,利用固废量在原基础上增加6.33亿吨。2017年,我国煤矿矿区土地复垦率达到49%,矿井水利用率达到72%,煤矸石综合利用率达到67.3%。

    同时,先进技术装备的广泛应用,促进资源生产效率大幅提升,也为企业带来了经济效益。

    10年来,在自然资源主管部门、行业协会和矿山企业等单位的共同努力下,我国矿产资源节约与综合利用工作进行了前所未有的探索实践,取得了新成效。

    展望未来,新形势下人民对美好生活的新期待、经济社会高质量发展、碳达峰碳中和、矿业科技快速发展等对矿产资源消费提出了新的更高要求,需要不断夯实矿产资源安全基础。我国矿产资源节约与综合利用工作前景广阔,大有可为。

    提高利用效率 夯实安全之基

    “我很幸运赶上了一个需要资源的时代,是国家的大发展成就了我们这代人的矿产资源研究事业。”

    ——中国工程院院士、著名盐湖学家

    郑 绵 平

    2020年1月

    云南思茅盆地山路上

    有位86岁的老人拄着树枝艰难行走

    2020年1月云南思茅盆地野外考察

    他就是中国工程院院士

    著名盐湖学家

    郑绵平

    这只是他盐湖研究生涯中的

    又一次野外工作

    中国工程院院士、著名盐湖学家 郑绵平

    他在野外跑了一辈子

    被称为“为盐湖而生的人”

    半个多世纪

    考察过上百个盐湖

    走遍条件恶劣的高原无人区

    研究领域涉及

    钾盐、硼、锂、铯等

    盐类矿产资源

    2002年无人区科考途中观察野外露头

    上世纪50年代

    百废待兴的新中国开始了找钾征程

    郑绵平的科研事业从此开启

    1957年首次在察尔汗盐湖发现了钾盐矿物

    ——新沉积的光卤石

    1956年在大柴湖取样

    1980年

    在扎布耶盐湖发现新矿物

    ——天然原生碳酸锂

    1982年在扎布耶湖进行现场盐矿鉴定(左一 郑绵平)

    本世纪初提出

    “海陆并举,固液并举、深浅并举”

    近些年研究发现

    “新型杂卤石钾盐矿”

    在高原腹地

    建立三个长期科学观测站

    坚持30年观测

    1984年 郑绵平(中)在扎布耶北湖观察盐藻

    盐是什么?

    在普通人眼中可能只是调味品

    在科学家眼里

    则是分布广且种类多的天赐资源

    藏着地球财富和地球秘密

    2005年西藏野外考察

    他持续致力于学科创新

    探索研究成果产业化

    呼吁发展

    “盐湖农业” “盐类学” “类地行星盐类学”

    2005年郑绵平在西藏野外考察

    人在岁月中行进

    会遇到多次选择

    很多选择会因多个兴趣点的插入

    而走出复杂的生活轨迹

    但他所有的人生轨迹

    都集中在盐湖资源的

    研究发现及拓展应用上

    2018年柴达木盆地野外地质考察

    “加强基础研究和技术创新的结合

    掌握独立知识产权

    才可能不被别人卡脖子

    才可能走到世界学科前沿”

    他是中国工程院院士

    著名盐湖学家

    郑 绵 平

     

    毕生探求尽在盐湖

    ——记中国工程院院士、著名盐湖学家郑绵平

    一位老人以树枝为杖,艰难行走在思茅盆地杂草丛生的小径,郑绵平的学生张雪飞应采访邀请发来这一照片,“这是郑院士正带我们做云南钾盐科考项目”,她解释说,“时间是2020年1月,春节前夕”。只有一行人背影的模糊小照,让记者联想起27年前在西藏采访时第一次见到郑院士的场景——被高原风蚀成的经典藏民面孔和难以听懂的福建口音。86岁了,还在出野外!

    人在岁月中行进,会遇到多次选择,很多选择会因多个兴趣点的中途插入而走出复杂的生活轨迹,但郑绵平很专一,他所有的人生轨迹,都集中在盐湖资源的研究发现及拓展应用上。

    让中国告别无钾盐矿床的时代

    中国是农业大国,钾肥需求量大。然而由于自然禀赋复杂,在相当一段时间,“缺钾”成为国家发展的软肋之一。

    上世纪50年代,百废待兴的新中国开始了找钾征程。1956年,刚刚从南京大学毕业的郑绵平坐着简陋的汽车随化工部地质普查组来到柴达木盆地。一望无边的盐碱地考验着所有来人。但是,此行采集到的样本却出现了含钾高的情况,这难道意味着什么?

    怀着疑问,第二年郑绵平随中国科学院的科考队再赴柴达木。有天散步,他在路边坑壁上发现了光卤石结晶矿体,这不是钾盐矿物吗?他和同事们一阵惊喜。随即,他们进行了涵盖全湖的坑探和钻探,最终圈定了120平方千米范围内断续分布的老光卤石,以及遍及察尔汗盐湖的富钾卤水。1958年,已经调到地质部矿物原料研究所的郑绵平主笔对此次考察做了详实的调查报告。在报告中,他首次估算该盐湖卤水氯化钾资源量为1.508亿吨。这一估算结果,被之后地质队的勘查报告所证实。第二年,察尔汗盐湖固体钾盐矿床依靠土法上马成功生产出了氯化钾,当年就产出几十吨的钾盐。中国从此告别了无钾盐矿床的时代。

    收获了找矿的第一次喜悦,郑绵平信心大增。此后,他像着了魔一样不停地往西部盆地跑,从青海察尔汗盐湖,到西藏扎布耶盐湖,到新疆罗布泊,到四川和云南……在半个多世纪的盐湖研究生涯中,他考察过上百个盐湖,走遍青海、西藏、新疆等地的条件恶劣的高原无人区,研究领域涉及钾盐、硼、锂、铯等盐类矿产资源。

    创新海陆并举成钾思路

    钾盐的溶解度大,需要稳定环境才能得到沉积,而中国地质构造的特征是活动性大、陆块小。相对不稳定的地质背景,使得我国盐盆地具有破碎、埋深和变形的特点。

    在不断的找钾实践中,郑绵平对中国钾盐有了越来越清晰的认识:“中国地质条件复杂,不能完全套用传统教科书,要从地质实际出发解决我们自己的找矿问题。”

    本着这样的思考,他主张要“海陆并举、固液并举、深浅并举”。一方面探索创新发展陆相成钾理论,提出了柴西第四系新层系承袭“砂砾型”成钾新思路;另一方面,在海相找钾上也取得了一系列突破。

    在新一轮地质调查工作中,郑绵平团队在川东北发现“新型杂卤石钾盐矿”。他认为,这种杂卤石散布于岩盐层中,在深部较易溶于水,这个观点已经被企业采用水溶法溶采钾盐的生产实践所证实。

    基于特提斯侏罗纪大规模成钾理论认识,他提出滇西南“二层楼”成钾模式,以此指导钻探验证,取得了侏罗系海相固体钾石盐矿重要发现。

    他主持的地调项目通过研究组“油钾兼探”大量岩屑调查,终于在库车盆地发现厚层钾石盐矿层,指明了该区古近纪海相固体石盐的良好资源前景。

    探索硼、锂产业化发展之路

    盐是什么?在普通人眼中可能只是调味品的盐,在科学家眼里,则是分布广且种类多的天赐资源,藏着地球财富和地球秘密。郑绵平告诉记者,广义“盐湖”涵盖古今盐类资源,既包括深浅部、固液态的盐碱硝普通盐类,也包括钾、镁、硼和锂、铯、铷、溴、碘及盐生物等综合资源。对这种资源的价值认知和开发利用,是随着发展需求和科技进步逐步展开的。

    上世纪50年代末到70年代,郑绵平盐湖研究的主战场从青海转至西藏。他先是在班戈湖研究硼酸盐,进而深入到阿里地区,发现了一批硼、钾、锂矿产及新类型的镁硼矿床。

    与许多人不同的是,郑绵平不仅着力于勘查资源,而且还探索找矿成果转化和产业化道路。

    上世纪70年代初,为解决西藏阿里地区经济发展问题,他曾向阿里地区行署提交阿里地区硼矿资源与开发咨询报告。这份报告当即被地方政府采纳,成为该区硼矿山建设的依据,并很快取得社会经济效益。

    说起来,早在上世纪50年代察尔汗盐湖科考报告中,郑绵平就在估算卤水氯化钾资源量的同时,估算出该湖还有氯化锂资源量300万吨。

    1980年,他主持盐湖队在扎布耶盐湖打钻取样,发现扎布耶盐湖的沉积物中锂的含量很高,显微镜下观察,能看到许多细小、针状的东西。这种天然的碳酸锂矿石,他起名叫“扎布耶石”。“扎布耶石”后经国际矿物学会新矿物命名委员会确认为新矿物。

    4年后,郑绵平带队开展扎布耶盐湖资源野外调查,从地质勘查、长期观察,到盐湖扩试,到太阳池积热析锂,再到碳化法加工提纯,研发出了扎布耶盐湖锂资源开发利用成套新技术,并实现了产业示范。2006年11月,国家西部大开发示范工程项目“西藏扎布耶锂资源产业化示范工程”通过竣工验收,该工程以郑绵平团队的核心技术为支撑,建成了我国首条盐湖提锂工业化生产线。

    对于郑绵平,盐湖是实现产、学、研的结合的重要平台。从1990年起,他和团队相继在高原腹地高海拔的扎布耶、当雄错和班戈错建立了3个长期科学观测站。高海拔地区,缺氧、风寒、日烈、交通不便,他们克服种种困难,坚持30年观测,为高原盐湖开发和环境保护积累了珍贵的基础数据。

    在全球需求盐类新资源时代呼吁拓展盐类学

    盐湖研究让郑绵平获得了很多荣誉,这些荣誉包括国家科技进步一等奖、二等奖,李四光地质科学奖地质科技研究者奖和何梁何利科技进步奖等。2014年和2017年,他两次当选国际盐湖学会主席。所有荣誉的背后都是艰苦付出。因为干得太拼,郑绵平曾被人称“为盐湖而生的人”。

    一个地道的南方人,却迷恋西部,甘愿将一生抛洒在青藏高原,郑绵平的理解是——“我很幸运赶上了一个需要资源的时代,是国家的发展成就了我们这代人的矿产资源研究事业。”

    1934年,郑绵平出生在福建漳州贫穷家庭,经历过战乱逃难。新中国成立后,在国家的救助下,他顺利完成学业并开启科研生涯。满怀赤子之心,他希望用自己的方式为祖国建设作贡献。

    耕耘盐湖事业一辈子,现任自然资源部盐湖资源与环境重点实验室主任的郑绵平有几点体会:一是要坚持不懈注重野外工作,“要多到野外调查,领悟大自然奥秘,才能取到科学真经”。二是要立足解决实际问题,“科学家不能只满足发论文,科学研究和产业化结合起来才能有更大的价值”。三是要不断开拓思路,延伸新的学科生长点。

    一直以来,郑绵平都在呼吁发展“盐湖农业”“盐类学”和“类地行星盐类学”等。自然资源部成立后,他的这种意识更加强烈。“盐湖不仅能为人类提供资源,而且是我们研究古今生态变化的天然实验室”。郑绵平认为,新时代的盐类学要适应盐资源的全球新需求,在自然资源科技领域发展中,要充分利用信息技术环境开展跨学科协同创新,构筑盐类大科学、大产业。“加强基础研究和技术创新的结合,掌握独立知识产权,才可能不被别人卡脖子,才可能走到世界学科前沿。”他说。

    院士郑绵平:毕生探求尽在盐湖

    由中国地质调查局地质研究所吕君昌研究员和北京自然博物馆孟庆金博士等组成的研究小组,在辽宁建昌喇嘛洞的九佛堂组发现一新的蛙嘴翼龙类化石,将其命名为喇嘛洞黄昏翼龙(Vesperopterylus lamadongensis)。这是目前世界上发现的地质年代最新的蛙嘴翼龙类化石。相关研究成果最近发表在伦敦地质学会《专刊》上。

    蛙嘴翼龙是一类非常奇特的翼龙类群,它们的个体较小,头骨短而宽,吻端宽阔,类似青蛙的嘴,嘴里长有类似针的牙齿适合捕抓昆虫,被普遍认为是以昆虫食的翼龙类。它们的第五趾延长、颈部短等特征,类似喙嘴翼龙科。蛙嘴翼龙类主要发现在德国、哈萨克斯坦、蒙古和我国辽西的中晚侏罗世至早白垩世的地层中。加上本次命名的黄昏翼龙,目前共发现有5个属:蛙嘴翼龙,蛙颌翼龙(Batrachognathus),宁城翼龙,树翼龙及黄昏翼龙。

    黄昏翼龙发现于早白垩世九佛堂组中,是目前世界上地质年代最新的蛙嘴翼龙类。它的独特之处在于:具有明显短的尾部,并且脚拇指呈对握状态,这一特征是蛙嘴翼龙乃至翼龙类的首次发现。对握的脚拇指显示它可能具有适应抓握的功能,适于爬树捕抓昆虫,它的弯曲的尾部也可能帮助其倒挂在树枝上,类似于现生的某些蝙蝠类。

    本研究得到国家自然基金及地调项目的联合资助。

    喇嘛洞黄昏翼龙的照片及线条图

    黄昏翼龙的脚部及尾部构造:对握的脚拇指及弯曲的尾部

    黄昏翼龙的复原图(赵闯绘制)

    我国首次发现脚拇指呈对握状态的翼龙化石

    鲎是地球上最为古老和最奇妙的动物之一,属于节肢动物门螯肢亚门肢口纲剑尾目,其最早的祖先可追溯四亿多年前的奥陶纪,有“活化石”的称谓。其身体主要特征是分为头胸部和腹部,具有粗壮的螯肢,没有触角,具有独特的像书页一样的鳃(“书鳃”),身体末端伸出一个长长的剑尾。现生的鲎只有3个属4个种,我国沿海产有中国鲎及圆尾鲎两种类型。虽然鲎类在地球上生存了四亿多年,但其化石记录却十分稀少。到目前为止全世界已发现和报道的鲎类化石仅30余种。附肢及软体组织的在化石上的保存更是凤毛麟角。由于外壳和躯干的特征具有趋同的现象,附肢和软体组织化石记录的缺乏阻碍了对鲎类演化,尤其是生活方式演化的研究。最近一项由中国地质调查局成都地调中心与厦门大学、美国肯特州立大学、英国布里斯托大学等共同完成的成果报道了鲎类附肢及软组织的演化,这一成果对研究鲎类两亿多年来的演化具有重要价值。

    2007年中国地质调查局成都地质调查中心在云南省罗平县发现了大量保存完好的爬行类、鱼类、节肢动物等化石,时代为三叠纪中期,命名为“罗平生物群”。在罗平生物群中发现了二十余块鲎的化石标本,经初步研究认为是一个新的鲎类化石,研究人员将其命名为“罗平云南鲎”。随着发掘工作的进一步开展,研究人员发现了更多的标本,其中一些标本上保存了完好的附肢、鳃书和刚毛等软体构造,为研究其形态功能和演化提供了独特的材料。罗平云南鲎腹部具有6对附肢,第一对螯肢小而短;第二对至第五对附肢长,称为步足,主要起行走的功能;第六对附肢最长,在倒数第二节上具有一圈花瓣状的突起,用于在海底掘穴和爬行。其中雄性云南鲎的第二对和第三对呈钩状向前弯曲,起到交配时抓住雌鲎的作用。通过对整体形态及书鳃、肌肉等软体等多方面特征详细深入的研究和对比,研究人员证实罗平云南鲎与现生的鲎类十分相似,尤其与圆尾鲎最为接近。这一发现说明现生鲎类的躯体造型及许多独特的生活方式至少在2.4亿年前的三叠纪中期就已经形成,并一直持续到现在,充分显示了该类动物在演化上的保守和停滞。

    该研究由中国地质调查局成都地调中心胡世学研究员等于2017年10月26日在线发表于Nature出版集团综合性、开放性期刊科学报告《Scientific reports》。

    保存附肢和鳃书的罗平云南鲎

    罗平云南鲎复原图

    现生的中国鲎

    罗平生物群鲎类节肢动物研究取得重要进展

    北京自然博物馆孟庆金研究员和美国芝加哥大学罗哲西教授向中国科学院院士周忠和等专家介绍这项最新研究成果。

      

    似叉骨祖翼兽化石及复原图 赵 闯 绘
        
     
    双钵翔齿兽化石及复原图 赵 闯 绘
     
          世界迄今发现最原始的滑翔哺乳动物是什么?生活在什么时代?长什么样子?8月10日上午,国内外多位古生物学家及数十家媒体会聚北京自然博物馆,见证了这一自然谜团的揭晓。

    据国家古生物化石专家委员会委员、北京自然博物馆馆长孟庆金介绍,新发现的滑翔哺乳动物分别被命名为似叉骨祖翼兽和双钵翔齿兽,是现代哺乳动物的祖先类群,均为哺乳动物演化树的早期分化绝灭支系——贼兽类的新属种。

    “这是所有哺乳动物漫长演化历程中最为原始的滑翔动物,比远古翔兽系统位置更原始,比现代哺乳动物中最早的滑翔类型——最早的皮翼类哺乳动物和最早的飞鼠化石要早1.1亿年。它们的发现为研究早期哺乳动物的演化多样性和生态多样化提供了重要的化石证据。”孟庆金说。

    这一侏罗纪哺乳动物的最新科学研究成果来自北京自然博物馆、美国芝加哥大学和河北地质大学组成的国际合作团队,并得到了北京市科学技术研究院、美国芝加哥大学以及科技部、国土资源部等的资助和支持。

    他们在我国辽宁省建昌县和河北省青龙县距今约1.6亿年的晚侏罗世地层中,发现了这两种最原始的、具有皮翼的滑翔哺乳型动物化石,并对其进行了长达三年的研究。

    8月9日,英国《自然》(Nature)杂志分别以《侏罗纪新的滑翔哺乳动物》和《侏罗纪生态系统中哺乳动物中耳和捕食适应进化的新证据》为题,用两篇连载文章在线发表了这项重大科学研究成果。

    新发现的祖翼兽体重大约120克~170克,在中生代哺乳动物中属中等体型;而翔齿兽则为典型的中生代小哺乳动物体型,体重大约35克~55克。

    祖翼兽和翔齿兽化石标本都非常精美地保存了皮膜和毛发的结构,这些皮翼连接在颈部、前后肢和尾椎之间,形成前皮翼(膜)、侧皮翼(膜)和尾皮翼(膜),与现生哺乳动物的滑翔皮翼(膜)相似。

    新化石属种的另一个显著骨骼特征是其锁骨与间锁骨已经愈合,形成“Y”的形状,与飞行的鸟的叉骨的形状相似趋同。祖翼兽和翔齿兽的其他前肢骨关节显现出灵活的运动特点,其四肢骨骼的比例具有许多与滑翔功能相关的形态特征,充分表明这些新化石哺乳型动物是滑翔动物。

    通过对现代哺乳动物运动模式和形态学的多变量分析,研究者推断,新发现的祖翼兽和翔齿兽是已具有飞行能力的树栖属种,这表明新的滑翔的祖翼兽和翔齿兽是树栖贼兽类群中的一部分,是从树栖生活的贼兽祖先类群演变而来的。这些推论对哺乳动物演化的理解具有更广泛的意义。

    据悉,哺乳动物是当今世界上最重要也是相当繁荣多样的动物类群之一,现生物种超过5400多种,其中大多数是陆栖动物。在空中飞行或滑翔的运动方式,是哺乳动物最为特异的演化适应特征之一,这种独特的运动方式,有利于它们利用地栖动物不能企及的新的食物资源。

    空中飞翔这一演化优势,在自然选择之下,在新生代的现代哺乳动物中多次出现。除了人们熟知的动力飞行动物蝙蝠外,还有能够滑翔的分布于中国的特有物种复齿鼯鼠,以及分布在北美、亚洲和非洲的啮齿类的飞鼠,澳洲的有袋飞鼠,东南亚的鼯猴等。

    世界最原始滑翔哺乳动物现身中国

     

    2002年10月,应埃及总统穆巴拉克夫人之邀,参加沙姆沙赫国际生态保护会议时,考察金字塔。

    袁道先:地质学家(1933年8月24日出生于浙江诸暨)

    1952年毕业于南京地质探矿专科学校。1991年当选为中国科学院学部委员(院士)。国土资源部岩溶地质研究所研究员。

    20世纪60-70年代提出岩溶地下水最基本的特征是含水介质不均匀性的概念,指导水文地质勘查工作。80年代建成岩溶水文地质实验场,建立了包气带地下水运动机制,调蓄功能的数学模型。总结中国区域岩溶的基本特征,进行全球岩溶对比。总结了中国开放系统和半开放半封闭系统岩溶发育的地球化学机制。用岩溶地球化学场及示踪技术验证钓突泉的补给途径。研究岩溶作用与全球碳循环的关系,以石笋信息研究全球变化,提出岩溶动力学。代表作有《岩溶地区供水水文地质工作方法》《岩溶学词典》、《碳循环与岩溶地质环境》。

    附件《院士传记》之袁道先

     

    袁道先

    中国地质调查局发展研究中心承担的“崇礼幅1∶5万地球化学测量”是“河北省宣化—丰宁矿集区找矿预测”2016年的主要工作内容之一,属“全国重要矿集区找矿预测”二级项目。

    工作区位于河北省张家口市崇礼县和赤城县境内,属阴山山脉东段群山支系和燕山余脉交接地带,地貌属坝上坝下过渡型山区。区内山势陡峻,切割强烈,海拔高度为813~2174米,最大高差为1361米,相对比高多在300~800m,其地貌特征是“山连山,连绵不断,沟套沟,难以计数”。另外,工作区内植被发育,地表覆盖层较厚,一般3~5米,蛇兽蚊虫较多。总之,工作区山高路远沟深,蛇蜢蜱虫横行,夏季阴雨连锦,野外工作条件异常艰苦。

    按照地调局和发展研究中心的相关要求,工作组于5月25日前往张家口市崇礼县开展野外样品采集工作。6月8日和7月2日,发展研究中心两次组织人员对野外工作进行实地检查。7月23日,项目组完成全部野外样品采集工作,采集地球化学样品1622件(其中水系沉积物样1398件、土壤样224件),实际控制面积372平方千米。7月24日,全面完成所采样品的驻地加工工作。

    7月26日至27日,中国地质调查局发展研究中心(国土资源部矿产勘查技术指导中心)组织专家对“崇礼幅1∶5万地球化学测量”开展野外验收工作。

    专家验收组经检查各类原始资料、野外实地抽查检查和讨论,一致认为该项目完成了计划要求的工作量,工作部署合理,主要方法技术选择正确,原始资料齐全,同意通过验收。野外验收评分92分,评为优秀级。

     

     

     

    崇礼幅1∶5万地球化学测量顺利通过野外验收

     

     

    ■基本情况

     

    庐山世界地质公园位于江西省北部,北临长江,东临鄱阳湖。公园面积500平方千米, 山顶平均海拔1200米。1996年被列入世界遗产名录,是中国第一个“世界文化景观”,2004年成为首批世界地质公园网络成员之一。

     

    庐山以典型的中国大陆东部山地第四纪冰川遗迹、地垒式断块山构造和变质核杂岩构造遗迹所构成的多成因复合地貌景观著称,其地貌与植物、文化、历史紧密相连。这里风景秀丽,森林茂密,飞流、峡谷、山峰、瀑泉齐备,风格迥异的异国别墅比比皆是,不同宗教和睦共处。从未间断的历史承载和丰厚的中西文化底蕴使它被誉为“人文圣山”。

     

    庐山的砂岩形成于8亿年前的海洋环境,那时候的庐山地区还是浅海。海沙经历沉积、胶结作用,再经过数亿年的地质作用,形成了巨厚、坚硬的砂岩。距今2亿年的时候,地球变得活跃起来,在平静的海湾下面,从地壳深处涌来一股强大的热流——岩浆,这股热岩浆一心想涌出地面,想把庐山地区这片美丽的海湾变成恐怖的火山。然而,厚实而又坚硬的砂岩把热岩浆压住了,不让它钻出地面,保护了美丽的地表环境。热岩浆虽然没能钻到地表,却把厚厚的砂岩地层顶得高高的,形成了巍峨的庐山。直到2000万年前,这股热岩浆才停止了疯狂的举动,不再往上涌了,静静地停下来、冷却,变成了花岗岩。

     

    距今300万年的时候,地球变得寒冷起来,进入了第四纪冰期时代。在高高隆起的庐山上,积满了厚厚的冰雪。在重力作用下,山顶上的冰雪开始向山脚下滑动起来,形成了冰川。冰川象河流一样,慢慢流向庐山四周,巨大的冰流在运动过程中,对庐山产生了剥蚀作用,冰川流经的路径形成了冰谷——U型谷,冰川的源头形成了许多冰斗、悬谷、角峰等特殊地貌。

     

    ■特色景观

     

    芦林湖

     

    芦林湖位于海拔1040米的东谷芦林盆地,四周群山环抱,苍松翠柏,景致优美。此处原是芦草丛生、野兽出没的芦林谷地,介于玉屏、星洲两峰之间。1954年在二峰间筑坝蓄水,次年建成。大坝高32米,长120米,宽12米,全湖面积约9万平方米,蓄水120万立方米。芦林湖所蓄之水为庐山牯岭镇1.3万居民的主要水源。

     

    五老峰

     

    五老峰地处庐山东南,因山的绝顶被垭口所断,分成并列的五个山峰,仰望俨若席地而坐的五位老翁,故此,人们把这原出一山的五个山峰称为“五老峰”。它根连鄱阳湖,峰尖触天,海拔1358米。五老峰陡峭挺拔,其东南面绝壁千仞,陡不可攀,而西北坡地势较缓,游人可循小道爬坡登山。唐朝大诗人李白曾在这里留下一首千古绝唱:庐山东南五老峰,青天削出金芙蓉。九江秀色可揽结,吾将此地巢云松。

     

    西谷冰川U形谷

     

    庐山上保存较好的冰川U形谷主要有王家坡U谷、大校场U谷、东谷U谷、西谷U谷、七里冲U谷、石门涧U谷、长垅涧U谷等。王家坡U谷位于庐山南侧,长达4000多米,宽约700米,横断面呈U字形,纵断面略呈阶梯状,上段相对较窄,下段相对加宽。U形谷内发现有较为典型的冰川条痕石,冰川条痕石的漂砾直径大于5米,略成五角形,由坚硬致密的石英砂岩构成,其上共发现有5条冰川条痕。

     

    大校场U谷位于女儿城刃脊与长埂刃脊之间,末端接芦林冰窖,有冰川堆碛物,底部发现有冰川作用挤压和碾磨而成的岩粉。1986年,国际第四纪联合会秘书长施鲁克特博士在此发现有炮弹状和熨斗状的砾石及冰川条痕石,认为这里与阿尔卑斯地区的冰川沉积的特征是完全一致的。

     

    岩溶洞穴

     

    区域内已发现的主要岩溶洞穴有6处。彭泽的龙宫洞与庐山的猴洞为一类,系由5.6亿年前的寒武纪泥质条带石灰岩被溶蚀而成。已开发的龙宫洞规模巨大,钟乳石内涵丰富多彩,洞长2.7千米,是一条别具特色的地下艺术长廊。猴洞正在开发,洞长近千米,其旅游价值远不如龙宫洞。九江县已开发的狮子洞与龙洞及瑞昌新发现的横港洞为一类,系由2.5亿年前的早二叠纪厚层石灰岩被后期地下水溶蚀而成。狮子洞分三层,钟乳石较发育,构成了40多个主要景点。龙洞位于湖口大桥西端,尚未开发。横港洞规模巨大,有一定的开发远景。九江县已开发的涌泉洞,由中下三叠纪白云质石灰岩被地下水溶解而成,洞体有三层,石笋、石柱、石幔、石帘样样齐全,构成了32个主要景点。

     

    ■经验推广

     

    2005年,庐山完成了世界地质公园数据库建设,网站通过国际地质科学联合会北京地质遗产办公室官方网站进行发布。2006年,庐山世界地质公园与中国地质科学院地质力学研究所合作,开展了一系列的科学研究。2011年7月,中国地质科学院科研基地在庐山挂牌,将长期在庐山进行有关科研教学活动。

     

    自2004年以来,庐山世界地质公园每年暑期都举办一期青少年地学夏令营活动,普及地学知识。2011年,举办了“两岸三地大学生科技文化夏令营”。

     

    庐山世界地质公园是中国地质大学(武汉)的学生实习基地,每年的暑假,大量来自中国地质大学(武汉)不同专业的学生到庐山实习。

    走进庐山世界地质公园

    近日,约翰威立(Wiley)出版集团旗下的地球科学领域期刊《Geological Journal》(地质期刊)以“Geologically controlled intermittent gas eruption and its impact on bottom water temperature and chemosynthetic communities—A case study in the “HaiMa” cold seeps, South China Sea”(构造地质对“海马冷泉”区间断性甲烷渗漏及海底温度和化能自养微生物的控制作用)为题发表了中国地质调查局广州海洋地质调查局尉建功博士等人关于“海马冷泉”活动规律及其影响的最新研究成果。

    2018年广州海洋局、中科院深海所和同济大学研究人员搭乘“探索一号”科考船,利用“深海勇士”载人潜器在我国南海北部陆坡西部海域“海马冷泉”实施联合作业,获得大量调查数据。本文以海底观测数据为基础,结合多波束水体数据和地震剖面,对“海马冷泉”进行了系统研究,以了解流体迁移、积累和喷发及其对生态系统的影响。2016年和2018年获得的多波束水体数据中观察到的气体羽状流的位置是不同的,表明冷泉流体渗漏活动在年尺度上的时空变化。海底观察显示,HM-1和HM-5中存在大量碳酸盐,指示两个长期存在的冷泉渗漏点(图1)。贻贝覆盖了HM-2大部分区域,HM-3和HM-6表现为年轻活跃的冷泉渗漏。在多个区域遇到了海底断裂、泥锥、粘土堆和突然增加的海底水浊度和温度,推断与浅层气体聚集和喷发有关。HM-2浅层沉积物顶空气体的甲烷含量高于99.5%,δ13C-CH4为-71.5~72.3‰,表明生物成因气体来源。据推断,气体来自储层~1280 mbsf,其特征是地震剖面中的低频特征。气体沿着斜坡从储层迁移到构造隆起的顶部。高角度断层在800至240 mbsf之间广泛发育,促进了气体从构造隆起顶部向浅层沉积物中迁移。大多数断层没有到达海底,因此,气体在浅层积聚并在地震剖面中出现亮点。当孔隙水压力克服上覆盖层静水压力时,将产生有利于气体运移的通道,气体排放提供了压力释放机制。因此,地震剖面显示大多数裂缝没有到达海底(图2)。推测随着天然气水合物和自生碳酸盐的生长,气体渗漏将停止,这会不断降低原始裂缝的渗透率。随后将建立新的压力体系并产生新的裂缝,从而形成新的流体渗漏。推断这种机制导致冷泉渗透活动的时空变化,并影响冷泉生态系统的发育。

    图1 “海马冷泉”海底影响资料与潜器轨迹

      

    图2 “海马冷泉”地震剖面与冷泉系统发育

    论文第一作者为广州海洋局高级工程师尉建功,通讯作者为广州海洋局高级工程师张伟、吴婷婷,合作作者为李季伟、李江涛、王吉亮、陶军、陈宗恒、吴自军、陈万利、程思海、曹珺等。该项研究由科技部国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委项目和中国地质调查局项目联合资助。

    《Geological Journal》位于汤森路透JCR三区,中科院地球科学四区,影响因子为1.595,CiteScore为3.10。论文相关信息如下:

    Wei, J., Li, J., Wu, T., Zhang, W., Li, J., Wang, J., Tao, J., Chen, Z., Wu, Z., and Chen, W., 2020a, Geologically controlled intermittent gas eruption and its impact on bottom water temperature and chemosynthetic communities—A case study in the “HaiMa” cold seeps, South China Sea: Geological Journal, v. 55, no. 9, p. 6066-6078.

    广州海洋局发表“海马冷泉”研究成果

    今年新冠肺炎疫情期间,杨志明收到了一个特殊的国际快递。包裹分量很轻,里面只有一个获奖证书——2020国际经济地质学会区域副主席讲席奖。奖项含金量很重,它来自国际矿床领域规模最大、最有影响力的学术组织——国际经济地质学会。

    这让他很开心。“获奖并不仅是对我个人的认可,更重要的是代表了我国矿床学研究成果已经逐渐进入了国际同行视野。”

    从进入中国地质科学院地质研究所学习、工作至今,杨志明一直潜心于青藏高原斑岩铜矿成矿规律及成矿机制研究。他在中国科学院院士侯增谦的带领下,与团队成员一起提出了一套全新的碰撞型斑岩铜矿成矿理论,并于2019年获得国家自然科学奖二等奖。

    中国地质科学院地质研究所能源资源研究中心主任、研究员   杨志明

    理论探索实现从0到1的突破

    铜被广泛应用于机械制造、建筑工业、国防工业等重要领域,是维持社会经济发展的关键大宗金属之一,重要性不言而喻。

    斑岩铜矿是最主要的铜矿类型,提供了全球近3/4的铜。国际矿床学界历经数十年研究,建立起了一套经典的成矿理论,认为斑岩铜矿主要产于岩浆弧环境,形成与大洋俯冲有关。因此斑岩铜矿的分布被认定主要在环太平洋带上,特别是在东太平洋带大陆边缘的智利等国。但在21世纪初,我国青藏高原地区发现的多处斑岩铜矿,形成时已无活动的大洋俯冲,其成因无法用经典的成矿理论解释。

    西藏铜矿的铜从哪里来?怎么形成的?特征是什么?要回答这3个问题,就要进入一个理论的“无人区”,挖掘出新的“宝藏”。

    自2005年进入中国地质科学院攻读博士学位起,杨志明几乎每年都要去西藏出野外,尤其是冈底斯带,有时候一待就是好几个月。跑野外、看露头、采样品,回到办公室做实验、分析数据、看文献、写文章……这样的工作模式循环往复,一直持续到现在。最终,在导师侯增谦的带领下,他和团队一起,实现了从0到1的突破,提出了一套系统的、全新的碰撞型斑岩铜矿成矿理论。该成果拓宽了全球找铜的区域,为斑岩铜矿的勘查指出了新的方向,同时也加深了对斑岩铜矿形成机制的理解和认识,在国际上产生了重要的学术影响。

    被称为“国家科技三大奖”之一的国家自然科学奖,是奖励在基础研究和应用基础研究领域,阐明自然现象、特征和规律,作出重大科学发现的个人。2019年,碰撞型斑岩铜矿成矿理论获得了国家自然科学二等奖,其中,杨志明是第二主要完成人。

    开展矿床学的应用基础研究,既可以利用创新理论拓展科学认知,又能与应用紧密结合,创造经济价值。这套成矿理论模式推动了青藏高原多处大型铜矿的勘查发现,包括驱龙铜矿等大型铜矿资源。

    十多年,杨志明从地科院的一名学生成长为二级研究员。但是身份的转变并没有丝毫减弱他对地质科研的热情。最近几年,他带领自己的研究小组,连续在多个权威期刊上发表了一系列高水平论文,受到了国际关注。

    板凳甘坐十年冷

    攻读博士期间,杨志明遇到了人生中最灰心沮丧的时刻。

    在阅读了大量文献后,他感受到了与国外矿床学研究的巨大差距。“我们国家的矿床学起步晚,成矿理论研究落后国外很多。就好比人家已经建立了高楼大厦了,我们还是在打地基的阶段。”

    第一次,他因为研究地质的巨大落差和压力而差点崩溃。但也正是地质,令他以更宽广的胸怀去吸收了这种压力,转化为科研的动力。

    “聊人生侃历史,不过是以百、千年计数,而地质学动辄几百万年,地球演化更是有46亿年历史。实验室分析样品,最小可以到微米级,而讨论成矿规律则是在一个区域甚至是全球范围,又将空间拉升到108米。这种时空上大尺度的来回跨越,会在潜移默化中拓宽认知。所以地质人看待事物的变化、规律,都会放到更长的时间、更宽的空间中来衡量。”身为北京科技大学的讲座教授,杨志明上课会对学生说,学地质能令人豁达、心胸宽广。

    近20年的科研生涯,杨志明觉得自己的人生观都因地质而改变,这也是他坚持矿床学研究而毫不动摇的原因所在,因为他已融入其中、乐在其中。

    随着科研取得创新成果,荣誉也纷至沓来。2018年,他获得国家杰出青年科学基金资助,成为自然资源部系统最年轻的“杰青”。同年,他入选科技部重点领域创新团队负责人。

    而这一切背后,是鲜为人知的艰辛和曲折。要知道,挑战西方奉之为圭臬的经典成矿理论,并让中国人研究出的理论在国际上得到认可,何其艰难。2007年,杨志明团队投了一篇关于碰撞型斑岩铜矿形成机制的文章到国际权威杂志,对方却以“不相信”的理由拒绝了。直到6年后,他们的文章才得以发表。

    “虽然现在理论已经成型,但是还有一些细节问题需要补充,而且随着研究进展和思考的深入,又会出现新的想法,需要回头检查原来没有注意的地方。”杨志明表示,当下自己在做斑岩铜矿的同时,也会适当拓展对关键矿产的研究。青藏高原他还会继续跑下去,科研的“冷板凳”还会继续坐下去。

    专注矿床学研究不动摇

    科研的道路是漫长的,必须孜孜不倦、十几年如一日的坚持。杨志明却从未觉得辛苦,因为做的是自己喜欢的事情。

    曾经有一个月,他每天10多个小时泡在地下室整理样品,看石头,只是为了梳理清楚一个矿床中矿脉的切穿关系。“如果想要成才,出成果,就要选择自己感兴趣的专业或方向,坚持下去,10年、20年,最后肯定能成为专家。”

    在杨志明眼里,一辈子能够把一种矿床类型研究明白就已经很不错了。“我们所里很多专家都是在某一个领域研究了大半辈子甚至一生,才小有所成。如果别人都是花一生做一件事,那我只用10年,怎么比拼得过呢?”

    于超是中国地质大学(北京)地质专业的学生,未毕业的时候听社团学长提起了杨志明,便慕名报考了他的硕士研究生。在他眼里,杨老师十分严格。野外跑了一天,晚上还要求他们整理资料或者读文献。但令于超佩服的是,导师同样以身作则,回到单位,杨志明必须将样品切割、打磨、抛光,然后扫描后存档,他办公室里十多筐样品全是如此,一个外行直接拿起来就能看到闪烁的金属铜。

    如果为了某个事业付出了一生,却没有得到相应的回报,会后悔自己的选择吗?杨志明的回答就如同他的名字。“选择矿床学,选择做斑岩铜矿,肯定会一直坚持下去,从没考虑过获不获奖,也从无后悔两个字。”正是这种“无悔”的信念感,令他能够潜心近20年专攻一件事。

     

    科技创新人物 杨志明:勇闯地质科学“无人区”