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    随着经济社会的发展,以气候变化为核心的全球环境变化,正在广泛而深刻地影响着人类社会的方方面面。气候变化所导致的气温增高、海平面上升、极端天气与气候频发等,对自然生态系统和人来生存环境产生了严重影响。增加能源供应和来源途径、改善能源结构,是减少温室气体排放量、解决全球气候变化问题的根本途径。而作为新型能源的地热资源越来越受到人们关注,它具有低成本、可持续利用和环保等其它能源所不可比拟的独特优点。可以说,大力推进地热资源开发利用,改善能源结构,对于解决日趋严重的全球环境问题具有重要的意义。

    ● 什么是地热资源?

    地热资源是指能够经济的被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用组分。我国地热资源可分为浅层地热能资源、水热型地热资源和干热岩资源三种类型。目前可利用的地热资源主要包括:通过热泵技术开采利用的浅层地热能、天然出露的温泉、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源。我国地热资源种类繁多,考虑地质构造特征、热流体传输方式、温度范围以及开发利用方式等因素。

    ● 地热是如何形成的?

    关于地热的来源,有多种假说。一般认为,地热主要来源于地球外部热源和内部热源。外部热源包括太阳辐射等,内部热源包括放射性元素生热、地核热量等。根据测算,地核的温度达6000°C左右,地壳底层的温度达900~1000°C,地球表面恒温层(距地面约15米)以下约15千米范围内,地温随深度增加而增高,平均增温率约为3°C/100米。不同地区地热增温率有差异,接近平均增温率的称正常地温区,高于平均增温率的地区称地热异常区。地热异常区是研究、开发地热资源的主要对象。地壳板块边沿,深大断裂及火山分布带等,是明显的地热异常区。

    勘查地热资源,一般采用地热地质调查、钻探和各种物化探方法。

    ● 地热资源有哪些用途?

    据史料记载,我国开发利用地热与温泉已有5000多年的悠久历史,是世界上利用地热资源较早的国家之一。新中国成立后,国家重视人民的医疗保健事业,从20世纪50年代起,先后建立温泉疗养院160多家,20世纪70年代后,地热资源的开发利用进入快速发展阶段,尤其是20世纪90年代以来,在市场推动下,地热资源的开发利用得到更加蓬勃的发展。

    地热开发利用方式

    地热资源主要用途包括发电、建筑物供暖、洗浴疗养、种植养殖、烘焙等。其中150℃以上的高温地热主要用于发电,发电后排出的热水可进行梯级利用;90~150℃的中温和25~90℃的低温地热以直接利用为主,多用于工业、种植、养殖、供暖制冷、旅游疗养等方面;25℃以下的浅层地温,可利用地源和水源热泵供暖、制冷。目前全国地热资源开发利用的基本格局是:西南、华南发电;华北、东北供暖与养殖,华东、华中、西北地区洗浴与疗养。

    截至2015年,我国地热资源每年利用量折合标准煤0.21亿吨,其中水热型地热资源利用量折合标准煤415万吨,开采率为0.2%,浅层地热能利用量折合标准煤1600万吨,开采率为2.3%,地热资源开发利用潜力巨大。水热型地热资源利用方式中,地热发电占0.5%,供热采暖占32.70%,医疗洗浴与娱乐健身占32.32%,养殖占2.55%,种植占17.93%,工业利用占0.44%,其他占13.56%。浅层地热能资源开发利用方式主要为供暖制冷。

    ● 地热资源有哪些种类?

    1.水热型地热资源

    我国水热型地热资源非常丰富,出露温泉2334处,地热开采井5818眼。水热型地热资源量折合标准煤12500亿吨,每年地热资源可采量折合标准煤18.65亿吨,有高温地热资源(≥150℃),但以中温地热资源(90~150℃)和低温地热资源(<90℃)为主。其中,水热型中低温地热资源量折合标准煤12300亿吨,每年地热资源可采量折合标准煤18.5亿吨,发电潜力150万千瓦;水热型高温地热资源量折合标准煤141亿吨,每年地热资源可采量折合标准煤0.18亿吨,发电潜力为846万千瓦。

    水热型中低温地热资源主要分布于华北平原、河淮平原、苏北平原、松辽盆地、下辽河平原、汾渭盆地等大中型沉积盆地上,分布在山地的断裂带上的地热一般规模较小,分布在盆地特别是大型沉积盆地的地热资源储集条件好、储层多、厚度大、分布广,热储温度随深度增加,是地热资源开发潜力最大的地区。

    高温地热资源主要分布在我国藏南-川西-滇西水热活动密集带,其高温地热资源发电潜力为712万千瓦,充分开发利用高温地热资源,积极推进西南地区高温地热发电,因地制宜建立多能互补的发电格局,符合我国当前能源革命需求,也是可再生能源重要组成部分。

    2.浅层地热能

    全国336个地级以上城市浅层地热能资源每年可开采量折合标准煤7亿吨,可替代标准煤11.7亿吨/年,节煤量4.1亿吨/年。从浅层地热能开发利用方式来看,地埋管热泵系统适宜区占总评价面积的29%;较适宜区占53%;地下水源热泵系统适宜区占总评价面积的11%,较适宜区占27%。比较适合应用地下水地源热泵系统的地区主要分布在我国的东部平原盆地及富水性较好的地区。地埋管地源热泵系统普遍具有较好的适宜性。综合考虑,浅层地热能开发利用的影响因素,我国适宜开发浅层地热能的地区主要分布在中东部省份,包括北京、天津、河北、山东、河南、辽宁、上海、湖北、湖南、江苏、浙江、江西、安徽等13个省(市)。

    我国浅层地温能开发利用区划图

    3.干热岩资源

    我国干热岩资源潜力巨大,开发前景广阔,高于美国干热岩资源的估算结果(570万亿吨标准煤)。经初步测算,地下3~10千米范围内干热岩资源折合标准煤860万亿吨,利用其中2%即相当于2015年全国能源总消耗量的4000倍。尤其是位于3.5~7.5千米深度、温度介于150~250℃之间的干热岩资源,资源量巨大,折合标准煤215万亿吨。干热岩资源是最具潜力的战略接替能源,但开发难度较大。

    ● 我国的地热资源家底

    2016年,中国地质调查局发布了《中国地热资源调查报告》。报告指出,“十二五”期间,在原国土资源部的正确领导和财政部的大力支持下,中国地质调查局组织全国60多家单位3000多名技术人员,利用中央财政资金4.16亿元,完成了31个省(区、市)地下热水资源调查,开展了336个地级以上城市浅层地温能资源调查,启动了干热岩资源调查,基本查明了我国地热资源赋存分布与开发利用现状,初步评价了全国地热资源潜力。

    调查结果表明:一是全国31个省(区、市)地下热水资源年可开采量折合标准煤19亿吨,现状年实际开采量折合标准煤415万吨,只占可开采量的0.22%,开发利用潜力巨大。二是全国336个地级以上城市浅层地温能资源年可开采量折合标准煤7亿吨,可实现建筑物供暖制冷面积320亿平方米;现实现建筑物供暖制冷面积4.78亿平方米。三是我国干热岩资源初步估算折合标准煤856万亿吨,是巨大的能源宝藏,其2%的可开采量即相当于2015年全国能源消耗的4000倍,应加快研究步伐。四是我国浅层地温能和地下热水资源开发利用经济与环境效益显著,2015年相关产业总产值约7500亿元,占同年GDP的1%以上;每年减少二氧化碳排放4800万吨。五是京津冀地区浅层地温能和地下热水资源合计折合标准煤3.43亿吨,可基本满足该地区建筑物供暖制冷需求。六是长江经济带浅层地温能和地下热水资源年可开采量折合标准煤9.3亿吨,充分开发利用区内的浅层地温能资源可有效解决长江中下游地区冬季供暖问题。

    ● 最新研究成果

    中国地质调查局自2016年开始实施“全国地热资源调查评价与勘查示范”工程。该工程是在“十二五”地热调查工作基础上,聚焦区域地热背景调查、重点地区浅层地温能调查、水热型地热资源调查、重点区干热岩资源调查以及地热资源勘查开发示范与关键技术研究5项任务,目前取得了一些阶段性成果。

    浅层地温能方面:雄安新区浅层地温能初步勘查表明,新区内大部分地区适用于浅层地温能的开发,雄安新区浅层地温能资源的开发利用,将产生巨大的环境效益与社会效益,为我国未来城市的发展提供新方向。

    水热型地热资源方面:京津冀水热型地热资源调查表明,京津冀地区是我国东部地热资源最丰富的地区,地热资源储量大,开发利用条件较好。根据现状开采量与资源量数据划分了京津冀地区的开采模数分区,可为当地地热资源的开发提供借鉴。

    干热岩方面:干热岩资源是国际社会公认的最具潜力的战略接替能源之一,其开发利用尚在探索中,国际社会对干热岩的开发利用已经进行了40多年的历史,我国正在开展东南沿海地区、青藏高原东北缘干热岩资源地质勘查,2017年8月,中国科学家在青海共和盆地3705米深处成功钻获236℃的高温干热岩,为下一步推进干热岩开发利用试验探索奠定了良好基础,目前中国地质调查局正在大力推进干热岩勘查评价和试验性开采。

    (本文由中国地质科学院水文地质环境地质研究所供稿)

    地热知识点,了解一下?

    9月10日,由中央广播电视总台和教育部共同主办的2018年“寻找最美教师”评选结果揭晓:中国科学院院士、中国地质大学(武汉)殷鸿福教授荣获“2018最美教师”光荣称号。

    83岁的殷鸿福教授是中国科学院院士、著名地层古生物学家、地质教育家,拥有国际影响力。他先后倡导和开创了古生物地理学等一系列分支学科,提出了中国的地球生物学学科体系和发展战略;他领导科研团队克难攻坚,使浙江煤山被确立为全球地质年代划分的一个标准——即“金钉子”。他从小就立志于中国的地质事业,曾获科技部野外科技突出贡献奖。他扎根地学教育,用初心成就生命演化之美,在中国高等教育的园地里,辛勤耕耘,默默付出,谱写了立德树人、无私奉献的美丽篇章。

    投身地学寻求真知

    1935年3月15日,殷鸿福出生于浙江舟山,在家乡读小学。1952年,在好奇心的驱使下,17岁的殷鸿福考入了北京地质学院地质学专业,开始了他的地质勘探生涯。1953年5月26日,他在《中国青年报》发表名为《正确选定志愿,使我学习得好》的文章。他写道:“我以自己终身做一个地质工作者给祖国服务,而感到幸福和自豪。”从此,他把一颗初心交给地质事业。

    1956年,殷鸿福大学毕业后,师从著名地质古生物学家杨遵仪教授攻读研究生。为了撰写论文,他在贵州山区工作时,曾发着39度的高烧,带病搜集资料。他用这些亲自收集的资料,在论文中向当时由权威定下的雷口坡组属于拉丁期的标准挑战。后来,在掌握大量第一手资料的基础上,又首先提出了华北三叠纪海侵。

    1961年,殷鸿福从北京地质学院研究生毕业后留校任教,正式开始地质教学与科研的旅程。在没有科研经费的情况下,他硬是从自己每月40元的生活费中挤出钱来搞一些力所能及的研究,一张35毫米的胶片要拍4页材料,每周数次到离学校很远的图书馆查资料,风雨无阻。在这期间他复习和初步学习了英语、德语、俄语和法语,做了几千张学术卡片,记下了几十本学习笔记,拍摄了几十卷胶卷的资料,撰写了近十篇当时无法发表的研究论文。

    1978年,43岁的殷鸿福晋升为武汉地质学院讲师。社会大环境稳定了,地质研究才可能有序开展。时间不等人,他一头扎进科学的海洋里从事古生物与地质研究。由于他专业扎实,1980年便晋升为副教授。1980年3月至1982年3月,他作为高级访问学者赴美访学。在美国期间,他先后在美国自然历史博物馆、史密斯逊研究院工作,并先后在纽约科学院、耶鲁大学等25所大学和研究所讲学。当时很多人渴望出国,他的一些科研合作者极力挽留他,他都婉言谢绝了。

    1985年,年过半百的殷鸿福带队赴秦岭山区工作。为了追索二叠-三叠系界线,一天,他带病爬海拔4000米以上的岷山,下山时因体力不支,摔倒在乱石丛中,一条腿粉碎性骨折。但是依靠顽强的毅力,两年后他又重新活跃在野外工作中。

    1993年12月,是殷鸿福人生中最为难忘的日子,他凭着多年的研究积累,当选为中国科学院院士。在巨大的荣誉面前,他从容镇定。

    将“金钉子”定址中国

    殷鸿福院士和学生在一起

    殷鸿福院士在野外考察

    从上世纪60年代初开始,殷鸿福就在贵州开始从事三叠系地层学和古生物双壳类和腹足类的研究,并取得了高水平的成果,建立了贵州省三叠系生物地层框架,并把嘉陵江组的时代定为早三叠世。

    全球界线层型剖面和点(GSSP)俗称“金钉子”,是全球确定唯一的点位,作为国际地层对比的标准。它被视为一个国家地层科研水平的反映,许多学者都以争取在其本国国土上建立界线层型为荣。距今2.5亿年前的古、中生代之交的二叠-三叠系界线研究,由于是三颗断代界线金钉子之一,并且在界线处发生了地球历史上最大规模的集群绝灭,该界线的研究备受国内外学者的重视,并成为国际地质界研究的热点。

    直到上世纪80年代中期,国际二叠-三叠系界线划分一直采用伍氏耳菊石出现作为三叠系的开始的观点。殷鸿福自上世纪70年代开始,就在华南广大地区开展了二叠-三叠系界线的研究。通过对国内外资料的分析研究,他认为耳菊石的地理分布具有局限性,不宜作为全球的对比标准,并在1986年于意大利召开的国际二叠-三叠系界线工作会议上,提出以微小欣德牙形石的首次出现作为三叠系开始的标志。1993年,殷鸿福以全票当选界线工作组主席,在加拿大卡尔加里召开的国际二叠-三叠系界线工作组会议上,确定了4个国际二叠-三叠系界线层型候选剖面,其中浙江长兴煤山位居榜首。1996年,他联合中、美、俄、德九名投票委员, 在国际刊物上联名推荐以煤山D剖面27c层之底作为全球二叠系-三叠系界线层型剖面和点。

    1996年国际上一些人抵制煤山。殷鸿福为争取煤山剖面所在地浙江长兴县正式开放,进行了大量工作,争取了多数科学家的支持。1999年9月,国务院正式批准开放长兴县。自1999年10月至2000年11月,先后对煤山剖面进行了界线工作组、三叠系分会、国际地层委员会三轮投票,均以很高赞成率获得通过。并在2001年2月由国际地质科学联合会确认,正式树为全球层型剖面和点位(GSSP)。该成果获得国家自然科学二等奖。

    多年来,殷鸿福经过对三叠系的研究,提出了中国及东亚地区拉丁期发生过大海退。从上世纪80年代中期开始,他又率队开赴条件艰苦、交通不便的秦岭山脉及其相邻的四川松潘、甘孜地区进行三叠系研究。经过近十年的努力,系统重建了秦岭地区三叠纪地层系统,并在秦岭地区首次发现了海相拉丁阶及上三叠统,重塑了秦岭晚古生代裂陷史和印支期运动史,这些成果对于正确认识秦岭山系的地质演化及指导该区三叠系中所蕴含的丰富的金矿床的勘查具有重要的理论和实际价值。几十年来,殷鸿福在中生代双壳类和腹足类等方面做了大量的系统分类和属种鉴定工作,累计发表描述逾300个化石属种,图版80幅。

    从古生物学到地球生物学的转身

    殷鸿福于1982年最早向国内介绍用古生物地理论证微板块和地体的活动,组织我国地史时期古生物地理的研究,并于1988年出版了《中国古生物地理学》专著,该项成果在收集了大量翔实的资料包括1万多个物种和21.7万个计算数据的基础上,系统地提出了地史时期热、温、寒带生物区系的区别标志;论证了中国各时代的古生物地理区划,为我国板块活动的研究提供了重要的依据。1994年《中国古生物地理学》英文版由牛津大学出版社出版后,在国际古生物学界引起了高度重视,国际著名期刊《科学》发表书评予以高度的评价,2000年该书获湖北省自然科学一等奖。

    从达尔文、莱伊尔时代开始,地质学界和生物学界一直以渐变论占主导地位。上世纪70年代末,美国学者提出了持生物演化突变观的间断平衡论,殷鸿福于1982年撰文向国内同行介绍这一演化理论。他认为这一观点符合科学研究的量变到质变规律,并结合自己多年来在华南二叠系、三叠系研究中获得的大量实际材料和证据,于1988年作为第一作者出版了《地质演化突变观》一书,从地质事件及古生物演化角度论证了地质历史中的突变性。著名科学家钱学森曾两次来信与他探讨问题,并指出:“地质演化突变观说明了马克思主义哲学的正确性。”

    殷鸿福主编的《扬子及其周缘东吴-印支期生态地层学》,是我国第一部生态地层学专著。该书提出了为盆地分析服务的一整套生态地层学理论和方法,并成功地应用于扬子区二叠-三叠系的实践。他系统地提出了应用古地磁、构造、沉积、地球化学、古生物地理和古气候进行古海盆的活动论复原方法,并以秦岭和华南为对象探索活动论的古海洋恢复和盆地演化。

    古生物学不能光盯着大型古生物,而忽略肉眼难以分辨的微生物。大规模的微生物活动会对环境产生重大影响。事实上,地球刚开始形成的时候没有氧气,正是因为微生物的活动,才使空气中的氧气逐渐增多,使高级生命的形成成为可能。煤、油、气资源,碳循环,海洋赤潮和湖泊污染都与微生物有关。上世纪80年代末,殷鸿福首先将地质微生物活动与矿床学结合起来,主持了微生物成矿的研究。经过多年来的实践,提出了生物-有机质-流体成矿系统的理论体系。

    实干彰显“美丽”风范

    殷鸿福在教学和科研中,不管山有多高,路有多远,都要亲自到野外考察。他常对学生们说:“科学是实事求是的,我不亲自去野外考察,怎能拿出充分的证据让别人相信我的论证呢?”他到过世界屋脊、茫茫戈壁、云贵高原、西南边陲、秦岭山区、南海之滨,他住过帐篷,也住过条件极差的小客栈,他吃过许多常人难以想象的苦,他的足迹踏遍了祖国的山山水水,这一切都是为了收集宝贵的第一手资料。

    创新是科学研究的源泉。渊博的知识、开放的思想、勤奋地工作,使殷鸿福具有不断创新的动力。上世纪80年代,殷鸿福刚从美国访学回国时,在没有科研经费的情况下,仅靠科技处拨付的5000元资助,组织十几位专家白手起家,团结奋斗,进行古生物地理学研究工作,最后出版了《中国古生物地理学》这一在国内外具有重要影响的研究成果。

    殷鸿福深信:十年树木,百年树人,教书育人是教师的天职。在地质教育方面,早在1964年初他就与人合作出版了我国第一部《古生态学教程》。他曾先后担任了原地矿部古生物学课程指导委员会主任和教育部地球科学教学指导委员会主任等职,积极倡导古生物学及地质学的教育改革。

    殷鸿福作为院士,多年来坚持给本科生授课。除指导了一批又一批的大学生外,他还培养了约50名博士和硕士。殷鸿福在培养研究生时,总是身体力行、言传身教,并十分注意选题的前沿性,使学生一开始就站在较高的起点。在研究过程中,他一方面要求学生重视野外地质实践以掌握扎实的第一手资料,另外又能放手让学生自己去“闯”,以培养学生的创新精神,最后他严格把关,对于一些细小的学术问题都从不马虎,以培养研究生严谨的科学作风。

    目前,殷鸿福已先后培养了5名长江学者和国家杰出青年科学基金获得者,有的先后担任了国际地球生物学会主任委员会委员、国际牙形石协会主席、国际三叠系分会副主席,3个国际IGCP项目的主席等职务。2人获得全国五一劳动奖章,2人是全国优秀科技工作者,1人入选了万人计划科技创新领军人才,5人获得了国家自然科学二等奖,1人获得全国首届创新争先奖。2人成为全国政协委员。

    殷鸿福一直关心学生的学习和生活,他经常助学,彰显名师爱心。这些年来,他向学校捐助的奖学金共计42万多元。此外,他还多次向不同学生和组织进行了捐助,他还向学校图书馆捐献了一大批极具学术价值的外文书刊。

    殷鸿福不仅努力从事地质教学与科研工作,还投身到科学普及工作中。他是武汉自然博物馆名誉馆长,多次担任各种科普活动和竞赛的顾问、评委会主席等,每年都会到大中小学从事科普讲座,累计达数十次,广受欢迎。他出版的《寻找恐龙的伙伴》《生物演化与人类未来》等科普书,曾二次获奖,有的还再版。在他看来,科学普及与科学教育、科学研究同等重要,参与科普工作,也是院士肩负的责任和义务。

    回首六十年的治学之路,2018年度全国最美教师殷鸿福有太多的感悟。他经常说道:“问道争朝夕,治学忌功利。”这一方面是对学生们的勉励,另一方面也是自勉。在教学与研究的道路上,他是意志坚定的攀登者,他总是把登上的山顶作为开辟新路的起点,一步步从宇宙洪荒的地球深处走来,使自己由沙粒逐渐演化成民族的脊梁。

     

    中国地学教育的“金钉子”

    2018年6月21日-22日,中国地质调查局环境监测院在西安组织召开了矿山地质环境监测技术方法培训会。旨在贯彻落实《加强矿山地质环境恢复和综合治理的指导意见》(国土资发〔2016〕63号)和《关于取消矿山地质环境治理恢复保证金建立矿山地质环境治理恢复基金的指导意见》(财建〔2017〕638号)文件要求,推进全国矿山地质环境监测体系建设和运行,提高矿山地质环境监测技术水平,提升矿山地质环境监测支撑服务能力。

    本次培训邀请来自长安大学的刘云华、孙乃泉、王利教授和陕西省地质环境监测总站范立民教授等4位专家作专题讲座,专家们详细阐述了矿产资源开采引发矿山地质环境问题的产生机理、矿山地质环境监测新型技术方法,重点讲解了金属矿产资源成矿作用、矿床特征、开采技术以及开采对地质环境产生的影响,介绍了煤炭矿山地质环境特征、开采技术、含水层破坏情况的监测技术方法、地空瞬变电磁法技术工作原理以及在矿山地质环境监测中的应用、水准测量和GPS测量技术在地表变形监测中的应用情况。

    参会人员一致表示本次培训内容丰富且有针对性,通过培训更好地了解了矿山地质环境监测工作最新动态,学习了多种矿山地质环境新型技术方法,对进一步做好矿山地质环境监测工作具有很强的的指导意义。

    来自全国27个省(区、市)地质环境监测总站(院、中心)的50余名技术人员参加了此次培训。

    环境监测院召开矿山地质环境监测技术方法培训会

    9月10日,第四届白云鄂博资源战略研讨会在包头召开。会议由包头钢铁(集团)有限责任公司、中国科学院地质与地球物理研究所和自然资源部中国地质调查局中国地质科学院矿产资源研究所共同主办,白云鄂博稀土资源研究与综合利用国家重点实验室承办。

    全国政协常委、自然资源部中国地质调查局副局长李朋德,中科院院士、中国科学院地质与地球物理研究所所长吴福元,包头钢铁(集团)有限责任公司党委书记、董事长魏栓师,包头市委副书记、市长赵江涛,内蒙古自治区科学技术厅厅长孙俊青出席开幕式并致辞。

    一直关注稀土发展的李朋德,曾在全国政协第九期“委员讲堂”专题讲解“珍惜神奇稀土,探测地球资源”,引发各方热烈反响。他在致辞中表示,要研究怎样推动稀土资源更好地开发利用,让神奇的矿山永葆青春。世界形势正发生着剧烈变化,中国要实现高质量发展,高标准的城市化建设、基础设施建设,都需要更多高科技材料,所有这些都离不开稀土,离不开矿产资源。以前,粗放型的经济增长方式对一些地方的环境产生了负面影响,现在我国开展生态文明建设,以科技创新引领各行业转变,矿山开发、矿产资源综合利用等自然资源领域亦是如此。此次带领中国地质科学院矿产资源研究所一批技术专家到白云鄂博调研,旨在研究如何保障金属矿产、珍稀矿藏的可持续发展,怎样实现绿色发展和资源的综合利用,通过科学探索、科技创新,期待能有更多更好的新成果出现。一是在科技创新上,通过科学探索进一步厘清矿藏成因及其储量。二是在矿产资源开发利用上,研究如何充分利用尾矿提取更多有用的元素,实现资源的深度综合利用。在此,呼吁全国各行业加强合作,协同创新,学习发达国家先进做法,通过科研攻关,实现工程突破、工艺突破,充分用好每一个元素。三是在矿山开采上,彻底摒弃某些传统矿山“采富弃贫”的开采方式,深入研究提升矿山“三率”水平。四是关注研究国际形势,关注世界稀土资源的发展及其竞争与合作。五是深入研究政策。国家政策随着市场变化而调整,希望不仅有地质专家,还要有金融、市场方面的专家,共同为国家政策制定提供新思路,为矿山开采带来更好效益。

    同时他指出,以白云鄂博矿为代表的中国第一代矿山都已进入转型阶段,希望白云鄂博矿以此次研讨会为契机,研究新思路,创新发展,推动中国地质矿产业实现转型发展。

    魏栓师表示,白云鄂博矿是包钢的粮仓,更是国家的宝藏。包钢作为白云鄂博矿的开发利用主体,60多年来,在各级党委政府和各领域院士专家的大力支持下,推进白云鄂博资源开发利用取得了举世瞩目的成就,先后攻克了白云鄂博矿难选难冶的世界难题,开创了稀土资源利用的先河,构建了铌、钪、萤石等资源综合利用发展框架。新发展阶段开发利用好白云鄂博资源,是我们共同的使命和责任,要不断重新认识白云鄂博资源,要深度综合利用白云鄂博资源,全力保护好白云鄂博资源。

    同时,他表示,包钢将坚决贯彻落实习近平总书记的重要指示精神,坚持走以“生态优先、绿色发展”为导向的高质量发展新路子,着力提升资源转化增值能力,大力推动产业链向下游延伸、价值链向中高端攀升,确保资源科学勘探开发、综合利用和可持续发展。

    吴福元表示要深入开展白云鄂博矿的资源综合利用;赵江涛介绍了近年来包头市产业转型升级所取得的成果;孙俊青希望共同提高我国稀土行业自主创新能力和整体技术水平,为内蒙古乃至中国稀土产业的高质量发展贡献智慧。

    来自自然资源部中国地质调查局中国地质科学院矿产资源研究所、中国科学院地质与地球物理所、包钢(集团)公司、南京大学、包头稀土研究院、中钢集团马鞍山矿山研究院、长沙矿冶研究院、有研科技集团有限公司的专家院士共做了11场学术报告,共同探讨了新时代白云鄂博资源开发利用新方向,探索稀土产业高质量发展新路径。

    国家部委、内蒙古自治区、包头市及主办方相关部门负责人,地质、矿产、冶金及稀土应用等领域的院士专家共200多人参加了研讨会。

    探索资源高效利用 持续推动绿色开发

    近日,自然资源部中国地质调查局勘探技术研究所自主研发的6项地质钻探器具收到国家知识产权局授予的实用新型专利证书。

    “一种钻井液强制冷却装置”(专利号:ZL201921198968.4)解决地热钻井、超深井钻井过程中井下超高温造成的钻井液循环温度超过井下工具的耐温极限的技术瓶颈,通过降低钻井液的入井温度,可有效降低钻井液循环温度,提高井下工具的工作寿命,是高温井安全、高效钻井的有效手段,也是钻井作业往更深发展的关键技术,可独立运行,不会影响常规钻井作业。

    “一种高温硬岩提速钻具”(专利号:ZL201921187488.8)通过涡轮组带动冲击组件进行回转冲击,并将旋转冲击力传递到钻头,提高钻头的碎岩剪切效率,同时消除钻柱的粘滑振动,提高钻进效率。该钻具结构简单,不含电子元器件及橡胶等零部件,对深孔高温高压环境具有良好的适应性。

    “一种地质钻探用的钻井液自动配浆装置”(专利号:ZL201920267338.1)结构简单,操作方便,能够根据所需钻井液的性能要求自动控制配浆罐进行配置,解决了现有技术每个环节须有大量专人盯岗,操作和管理极为不便,混合不均匀,配置比例不达标等问题。

    “一种用于地质钻探岩心钻机的钻杆提引器”(专利号:ZL201921364860.8)是地质钻探领域使用的辅助工作装置之一,属于机械岩心钻探中具有较高安全可靠性的特殊部件。该设计结构简单、便于操作,相比现有提引器无需使用蘑菇头,简化了操作过程,提高了工作效率;相比动力头抬头回转式加接钻杆成本可大幅度降低。

    “一种提高能量利用率的砧阀式液动潜孔锤”(专利号:ZL201921375448.6)可有效提高液动潜孔锤的能量利用率和输出冲击功,还可减少下活塞运动区积砂死角,有利于排除岩屑积渣、延长运动密封副寿命、减轻阻卡几率,消除或明显降低水垫效应。

    “一种用于地质钻探装备的孔口密封装置”(专利号:ZL201921006126.4)可安装在不同规格钻机的孔口上,使用过程中可以根据钻杆直径、钻杆类型的不同更换卡瓦,起到可靠的密封效果。采用本装置可保持孔口操作环境干净,方便孔口操作人员工作,避免孔内岩粉、杂质等直接排出孔口,降低对周围环境产生污染。

    截止目前,勘探技术所在2020年已获得10项国家实用新型专利,营造了技术创新的良好氛围,为转型升级提供了强力技术支撑。

     

     

     

     

     

     

    勘探技术所再获6项国家实用新型专利

    穷到只能“吃土”,是我们再熟悉不过的一句网络用语。可你知道吗?“土”不是你想的那么廉价,土壤层作为地球五大圈层中最为重要的一个圈层,也是人类赖以生存的生命之根。

    地处世界三大黑土带的黑龙江省,是中国最大的粮食生产基地和商品粮输出基地,黑龙江黑土地在保障国家粮食安全中具有举足轻重的地位。然而,由于黑土区农业长期高强度开发,导致东北黑土地数量在减少、质量在下降,影响粮食综合生产能力提升和农业可持续发展。有土斯有粮,黑土保护刻不容缓,黑土保护意义重大。近年来,各地的专家都致力于土壤环境的保护,为研究土壤注入了许多全新的技术。

    11月20日,由国际黑土地协会、中国遥感应用协会黑土地遥感分会、自然资源部中国地质调查局沈阳地质调查中心、成都理工大学管理科学学院、数学地质四川省重点实验室、数字胡焕庸线研究院、吉林大学地球探测学院、遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室等学术机构共同主办的第三届全球黑土地关键带地质生态调查研讨会在成都举行。来自全球近80余位专家围绕黑土地关键带、生态演化、生态修复为我们讲述了土壤的重要性和新技术。看完这些,你还敢说你穷你“吃土”吗?

    中国东北地区: 

    天上的白云看地上的黑土 

    遥感技术广泛运用和推广 

    说起中国东北地区,一段经典小品中“白云”“黑土”的形象深入人心。而在实际生活中,白云和黑土的确能代表现在东北地区土壤环境。

    地球的五大圈层包括水、土壤、大气、岩石、生物。土壤圈处于其他圈层的交接面上,虽然很薄,但被誉为“地球的外套”。土壤作为各圈层连接的纽带,构成了结合无机界和有机界,即生命和非生命联系的中心环境。土壤圈也被视为地球表层系统中最活跃、最富有生命力的圈层。

    区别于地球化学对土壤的分析,遥感技术被用于土壤的研究是这次学术研讨的亮点。尽管地球化学在土壤的测试分析中是目前最精准的方法,但要应对大规模的土壤调查分析,不是一件容易的事,也由此催生了遥感技术在这方面的研究和探索。

     

    东北黑土地(资料图)

    而此项技术最早由西方一些国家提出并开展研究。参加这次研讨会的来自捷克的Veronika,是欧洲地质调查局和捷克地质调查局的遥感专家,也是IGCP(国际地球科学计划)专题的负责人,她在会上作了题目为“Soil Mineral classification using proximal remote sensing and hyperspectral imaging data ”的演讲。她认为,土壤污染是一个全球性的问题,而今天要解决这一问题面临的障碍之一是缺乏成本效益和可操作的方法来评估土壤特性,而利用近距离遥感和成像光谱等方法,可以提高目前用于确定土壤地球化学性质以及用于取样策略的概念的成本效率。

    会上,中国地质调查局沈阳地质调查中心也介绍了在这方面的开展情况和效果。2017年~2018年,他们在在黑龙江三江平原、海伦地区开展了20万平方公里卫星遥感调查。以美国Landsat系列卫星、中国高分系列卫星等为主要遥感数据源,通过遥感图像处理、信息提取、实地调查,结合分析方法,获取东北黑土地不同时期(1985年、2000年、2017年)黑土地土地利用变化、水土流失影响因子、生态问题专题因子等,开展土地利用类型相关转换的研究,建立了基于卫星遥感的土地利用分类体系、水土流失监测模型、土地退化综合评估的东北黑土地生态调查的技术处理流程,初步构建了数量与质量相结合的黑土退化动态监测体系,研究黑土地的现状及未来发展趋势。

    这些成果详细展示了当前黑土区土壤的厚度、剖面构型等特征,并测试了土壤剖面有机质、氮、磷、钾、微量元素和稀土元素等化学元素,掌握了黑土最新状况。

    2019年3月,“天地一体化高光谱资源探测成功示范”入选“中国遥感领域十大事件”,中国地质调查局沈阳地质调查中心成为中国遥感应用协会分支机构,这为更深入地开展全球黑土地关键带系统多学科交叉的国际合作研究提供了基础和保障。同时,沈阳地质调查中心进一步获取了北纬46度地区黑土地关键带地质生态相关的系列基础数据与信息,取得了重要成果,并计划于2020年建立黑土地关键带天-空-地一体化观测体系,以此建立特殊监测模型。

    保护黑土地

    服务国家粮食安全

    东北地区是我国最重要商品粮生产基地之一,内蒙古赤峰市是东北黑土地分布区之一,位于大兴安岭南麓,蒙、辽、冀三省区交汇处。赤峰市生态状况如何,不仅关系内蒙古各族群众生存和发展,而且关系华北、东北、西北乃至全国生态安全。因此,黑土地资源是国家粮食安全的重要保障,黑土地生态状况对国家生态安全具有十分重要的意义。

    会上,多位专家表示,随着黑土地关键带研究不断深入,以地球关键带“3M”方法开展全球黑土地关键带土壤圈及其与水圈、大气圈、岩石圈相互作用机制研究,开展黑土区卫星遥感调查、土壤地球化学调查、土壤光谱测量,实现全球黑土地遥感等工作十分重要。

    建立黑土地关键带水循环,碳、氮等生命必须元素及其他化学元素与能量循环,黑土土壤形成与演变过程以及人类影响模型等,建成全球黑土地关键带地质生态的信息服务、成果共享平台,终有助于地球关键带研究,推动地质生态学学科发展,服务黑土地关键带所在国家粮食安全和生态文明建设。

    本次“全球黑土地地质生态调查(BASGES)第三届专题研讨会”的目的也是与国内外专家、学者一起,继续深入开展全球黑土地调查与合作,为全球环境(气候)变化、黑土地保护以及地球关键带研究提供基础信息。

    天府之国土壤润泽

    环境保护刻不容缓

    地处我国西南地区的四川盆地虽然没有黑土,但有“天府之国”美誉的成都平原却也有丰富的土壤资源。成都平原区主要为水稻土,丘陵区为水稻土和紫色土,山区为高山草甸土、黄壤、黄棕壤、棕壤、暗棕壤等。

    在参加了此次研讨会后,四川省地质调查院地球化学中心主任金立新认为,四川可以借鉴东北地区黑土地的研究成果,加强土壤保护。作为四川地区土壤区域性调查团队的负责人,他表示,目前四川也有项目可以利用遥感技术进行试点研究。

    据了解,1999年至今,四川地区土壤区域性调查已完成18万平方千米,占到全省总面积的1/3 。“每年都做,重点是土壤、水、大气环境,这些调查可以反映农作物安全以及对人体健康的影响。”

    土地质量调查是一套比较独立的方法,基本原理源于地质化学找矿勘查技术。工作人员收集土壤的各种介质后,用高精度仪器进行检测,再得出数据,对土壤进行系统评价。目前,土地质量环境调查主要应用于环境产生的生态效应和对人体健康的影响。

    金立新表示,目前四川的土壤环境还算良好,但必须提防环境污染对土壤产生的破坏作用。“研究土壤就是要避免这些污染带来的破坏,起到警示作用。”

    而在黑土地研究领域广为应用的遥感技术,四川也在20世纪90年代就开始有所应用。随着十多年的发展,遥感技术在地质灾害监测和生态环境监测方面得到了有效应用,可以作为宏观监测土壤环境变化的有效手段,获得精度更高的调研成果。

     

    有土斯有粮,黑土保护刻不容缓

    从镇巴县城到圈子崖天坑的水泥公路还剩下最后的两三千米就修通了,这八九十千米的山路,即使是越野车,也得行驶近三个小时。

    记者随同科考队从镇巴县城出发,过了三元镇,沿途都是在悬崖绝壁上忙于修路的山民。尽管已经铺上了水泥路面,但路牙子和栏杆还没有配起来。车在路上行驶,记者往窗外一看,脚下就是悬崖,没有在这样的路上跑过的人,还是会心生恐惧的。

    正在修路的山民们对于我们一行的匆匆驶过很友善,从他们喜形于色的脸上,可以看出他们对天坑开发的某种期待。

    科考人员在天坑底部考察天坑构造

    近年来,陕西汉中天坑群的发现让天坑这种奇特的地质现象为世人所瞩目,也惊动了国际地学界。今年4月28日~5月9日,中国地质调查局岩溶地质研究所、陕西省地质调查院与捷克洞穴学会、英国洞穴协会联合对汉中天坑群进行了第四次国际科考。

    天坑群成了继“两汉三国”汉文化之后汉中的又一张靓丽名片。汉中天坑群调查研究成果显示,汉中地区5019平方千米面积内,共发现天坑54个,占全球已发现天坑的1/4,此外,洞穴、峡谷、地缝、石芽、石林、湖泊等岩溶地貌景观超过400处,这也让汉中天坑群成了当之无愧的世界级天坑博物馆。

    显然,作为罕见的地质遗迹,汉中天坑群的发现无疑会引发一股旅游开发热潮。但是,在旅游开发的同时,也必然会引来一些反对的声音,到底是重开发还是重保护,这就要考验当地政府的智慧了。

    什么是天坑?

    天坑是在地球表面自然形成的平均宽度与深度均超过100米的独特的大型喀斯特地貌。站在坑口直接向下观望,让人有一种深不见底的恐惧。在伯牛坑探秘期间,记者怀着好奇,糊里糊涂地跟着科考队顺着绳子往坑里滑,刚刚下到一半,就感到了莫名的恐惧。记者硬着头皮下到坑底,溶洞般的巨大洞厅令记者惊叹,随处可见坍塌的碎石,川流不息的地下暗河不知流向了何方。

    据专家介绍,地下河水的强大侵蚀动力是天坑形成的主要原因之一。随着河水的不断冲刷,洞穴面积不断扩大,形成了我们看到的这种大厅。再经过数万年的冲刷和崩塌,大厅顶部完全塌陷,最终形成天坑。

    对于天坑的概念,陕西省地质调查中心主任罗乾周用比较通俗易懂的语言给出了自己的答案,天坑是指四周陡壁具有一定规模、发育在碳酸岩岩区的一种地貌,是在地下河强烈溶蚀和侵蚀作用下,石灰岩不断溶解,导致岩层不断崩塌,并贯通地表所形成的。

    2001年之前,天坑只是对重庆奉节县小寨天坑这种景观的特称,类似的地貌在各地有不同的名称,如“龙缸”、“石院”、“石围”、“岩湾”、“天盆”等。2001年,天坑作为一个专门的喀斯特术语被我国专家提出。

    作为一种地质奇观,天坑虽然已经在地球上存在了漫长的岁月,但直到2005年,中国地质调查局岩溶地质研究所研究员朱学稳与其所在研究集体提出的喀斯特天坑理论体系和“天坑(karst tiankeng)”的名称,才正式被国际喀斯特学术界认可。这是继峰林(fenglin)和峰丛(fengcong)之后,第三个由中国人定义并用汉语和拼音命名的喀斯特地貌术语。

    在朱学稳和英国诺丁汉特伦特大学Tony Waltham教授联合署名的论文《天坑释义》中,他们是这样定义天坑的:具有巨大的容积,陡峭而圈闭的岩壁,深陷的井状或桶状轮廓等非凡的空间与形态特征,发育在连续沉积厚度及其含水层包气带厚度均特别巨大(地下水位深埋)的可溶性岩层(以碳酸盐岩为主)中,从地下通向地面,平面宽度与深度从大于100米至几百米以上,底部与地下河相连接(或有证据证明地下河道已迁移)的一种特大型喀斯特负地形。

    此外,在观赏方面是否具有稀有、壮观、险峻、生境独特和生物多样性等综合属性,也应该被认为是鉴别天坑与一般漏斗、洼地或竖井的重要标志。失去地下河行迹或周壁的完整性遭受严重破坏的天坑,可称为退化(剥蚀)天坑。

    “据推断,汉中天坑群的天坑形成时间在18万年到12万年前,最古老的可追溯到68万年前,通过研究天坑我们可以研究古地理环境、气候等,可以帮助我们更好地了解过去。”罗乾周称,独特的地形、负地形下特殊的生态环境是人类了解地质、气候变化的最佳场所。

    汉中天坑群的一大特点是,这些天坑都处于原始森林之中。我国的喀斯特地貌以“中国南方喀斯特”世界自然遗产最为著名,那些分布于云南、贵州、广西、重庆等地的石林、峰丛、溶洞、天生桥以及天坑等,没有一处有着汉中天坑群这样丰美茂盛的原始森林。

    关于汉中天坑群的形成,陕西省地质调查中心总工程师李新林告诉记者,天坑群的形成是一个很复杂的过程,它不是简单的地质塌陷的结果,地下水流的侵蚀和微生物(细菌)的侵蚀也是天坑形成的诱因。当然微生物的侵蚀必须具备一个条件,就是上部有适合菌体繁育的土和植物。

    天坑是一种自然景观,由喀斯特作用形成,因此人为作用形成的巨型坑不能叫天坑,比如矿坑就不能算天坑。此外陨石撞击地球形成的陨石坑也不能叫天坑,因为它不是喀斯特作用所形成的。

    北纬30度以北

    北纬30度主要是指北纬30度上下波动5度所覆盖的范围。在这一个纬度发生着许许多多让人捉摸不透的未解之谜和神秘事件,四大文明古国全部集中在神秘的北纬30度附近。

    据研究发现,在北纬30度附近发生的地震都十分严重,其实不仅仅是地震,海难、火山和空难在北纬30度发生的概率也非常高。

    在北纬30度,既有着许多奇妙的自然景观,又存在着许多神秘现象以及未解之谜。北纬30度发生的一系列现象都有着一定的必然联系,其被人们称为地球的脐带,该纬度的磁场、电场、重力场等都对地球环境产生了很大的影响,北纬30度未解之谜等着人们去探索。

    北纬30度既是地球山脉的最高峰所在地,又是海底最深处的藏身之所,世界著名的几条大河都在这一纬度进入海洋。在这里,不仅有着神秘的古埃及金字塔群,还有神秘的火神火种壁画,死海、空中花园、百慕大三角州、玛雅文明遗址等都在这一纬度存在着,甚至人们猜想的亚特兰蒂斯似乎也存在于北纬30度附近。

    在北纬30度存在的神秘现象以及未解之谜数不胜数,这一纬度也一直被人们称之为神秘的北纬30度。地球在46亿年的历史变迁过程中,形成了今天独特的地质和地貌特征。关于北纬30度的奇异现象,尽管地球物理学家发现了由地表至地心分布着地壳、地幔和地核,以及三者不同尺度的三维横向不均匀性,但有些奇怪的自然现象还无法弄清,很多问题仍需进一步进行研究。

    天坑是一种罕见的地质现象,一般形成期在50万年左右。目前,全世界发现并被确认的天坑共有130个,其中90多个在中国。那么,为什么说这次发现的汉中天坑群十分罕见?原来,汉中天坑群发现之前,全世界发现并被确认的天坑均位于北纬24度~31度之间和南、北纬20度以内,而在汉中发现的天坑群沿着大巴山脉,分布在北纬32度~33度范围内,是在我国北纬32度湿润热带-亚热带岩溶地貌区最北界首次发现的岩溶地质景观。

    据了解,汉中天坑群是首次在北纬32度~33度范围内被发现的全球纬度最高的天坑群,填补了世界岩溶地质研究的空白。汉中天坑群共有54处,主要分布在汉中市宁强县禅家岩镇、南郑县小南海镇、西乡县骆家坝镇、镇巴县三元镇4个区域,其中超级天坑2个、大型天坑7个、常规天坑45个、其他地质遗迹473处。

    中科院院士袁道先在进行实地考察后认为,汉中天坑群将我国湿润热带-亚热带岩溶地貌区界限显著北移,具有重要的科学价值,合理保护与开发利用天坑群地质遗迹资源,对于地方经济发展具有重要的推动作用。

    汉中发现罕见天坑群的重要价值在于,不仅极大地丰富了我国乃至世界地质遗迹旅游资源,更填补了世界岩溶地质研究空白,增加了生物研究原始样本,对研究我国南北方乃至全球古地理环境及气候变化具有重要科学价值,其被专家誉为改写地质历史的世界级“自然博物馆”。

    由联合国教科文组织选出的地质公园是以其地质科学意义、珍奇秀丽和独特的地质景观为主,融合自然景观与人文景观的自然公园。联合国教科文组织的目标是选出超过500个值得保存的地质景观加强保护。目前,我国已有35处地质公园进入联合国教科文组织世界地质公园网络名录。无论是地质公园还是世界自然遗产都是全球自然景观中的佼佼者,其科学意义和旅游观赏意义不言而喻。记者从不同渠道了解到,针对汉中天坑群这一独特的地质遗迹,目前各方正在积极筹备世界地质公园和自然遗产申报。

    中国地质调查局高级工程师毛晓长认为,汉中天坑群与南方天坑有着不同的形成机理,生物多样方面也很独特,因此从稀有性、科学性、美学性、可保护性等方面而言,汉中天坑群具备成为世界级地质遗迹的条件。

    专家认定,汉中天坑成群分布,规模巨大的洞穴廊道、地缝、峡谷、石林及湖泊等岩溶景观类型齐全,组成了完整的岩溶地貌系统。岩溶洞穴中保留有丰富的古地下河冲积物、次生化学沉积物及重力崩塌堆积物,为研究地下河演化和秦岭南部古环境变化提供了素材。

    记者了解到,中国地质调查局岩溶地质研究所与陕西省地质调查院已达成共识,拟共同推进汉中天坑群国家及世界地质公园申报工作,初步确定以汉中黎坪地质公园为基础,联合南郑小南海、宁强禅家岩天坑群,争取申报世界地质公园。

    开发之惑

    天坑是一种独特的自然奇观,为喀斯特条件下所特有。它在自然景观中,具有稀少、奇特、险峻、恢弘、壮丽、秀美、生态环境独特等一系列特殊的旅游观赏价值与感官属性。同时,天坑总是与洞穴、地下河、奇峰怪石等其他旅游资源共存于一体,因而无疑是一种特殊的超级旅游资源。

    据了解,重庆小寨天坑已于1999年向游人开放,广西乐业大石围天坑群正在旅游开发规划之中。未来,喀斯特天坑风景名胜区将为世界旅游业增添一个璀璨夺目的亮点。

    汉中天坑群一般分布在人迹罕至的大山顶上,居住在这里的村民大多因为交通问题而在贫困线上挣扎着。在南郑县小南海镇考察伯牛坑时,正在地里干活的一位老农民悄悄地向记者打听,这里真的能开发吗?几天后,在央视对镇巴县三元镇天悬天坑进行直播的当天,一群前往围观的当地村民又问了同样的问题,其中一个年轻人告诉记者,他自己花钱修通了一条从家到公路的水泥路,准备开一个农家乐。

    记者注意到,每个天坑附近的百姓都对天坑的开发充满了期待。面对这一世界级的旅游资源,当地政府又岂能错过?对于经济欠发达的汉中来说,有开发利用的冲动也在情理之中。但是天坑资源属于不可再生的自然遗迹资源,一旦开发不当将会带来不可挽回的损失。

    在本次科考期间,中国地质环境监测院地质环境评估室主任、全国重要地质遗迹项目负责人董颖对天坑一味地搞大规模开发提出了反对意见,她说:“地质遗迹开发要谨慎,应以保护为主,即使要开发,也应该以维持天坑的原貌为基点,不要对其原有的风貌进行破坏,否则就失去了意义。”

    因此,对于经济实力不强、脱贫攻坚压力较大的汉中来说,如何利用天坑群资源,推动区域经济发展、促进当地群众致富增收成了主政者面临的主要问题。

    “汉中天坑群基本上为原始状态,未受人为破坏,保存程度极好。”李新林介绍,汉中天坑群地质遗迹呈现地面与洞内景观相结合的多层次的游览空间,可以与人文、生态及红色旅游资源相结合,形成完整的旅游资源配置格局,具备观光游览、度假休闲、探险科考、科学研究、科普教学等多种功能。

    据了解,由于自然条件限制,天坑周边交通十分不便,当地群众的生活也十分贫困。周边群众期待天坑群的发现能够带动基础设施建设,依靠生态旅游促进自然资源开发和农副产品销售,为当地脱贫攻坚提供机遇。

    实际上,由于汉中天坑群还处于科考阶段,旅游还尚未开始,加之天坑所在之处地形都较为险峻,保障措施还不完备,为了游客的安全,暂时没有对外开放。不过,在科考队进入圈子崖天坑和天悬天坑期间,记者发现,还是有不少重庆、四川、湖北等外省市的游客慕名前来参观旅游。

    据了解,当地已着手编制下一步调查、保护和开发利用方案。陕西省计划对其余岩溶遗迹区继续开展深入地质勘查,并启动地质遗迹保护管理办法的起草工作。

    “通过考察,我们发现,汉中天坑群还存在许多未解之谜,需要我们在今后若干年开展多学科、多方面的深入调查。”陕西省地质调查院副院长黄建军说。

    斯洛文尼亚科学院岩溶所的安德烈·米哈维奇博士在不久前考察汉中天坑群后表示,汉中天坑群非常壮观,具有很高的科学价值和旅游价值。

    斯洛文尼亚最著名的波斯托伊纳洞已有约200年的开发历史,它经历了一个不断纠正错误和调整旅游战略的发展过程,以求在遗迹保护和开发旅游之间实现平衡。安德烈·米哈维奇说:“我建议对汉中天坑群的保护利用进行综合评估,三思而后行,避免破坏和犯错。”

    汉中天坑群如何做到在保护中开发,相信当地政府部门会有一套完善的规划。记者意识到,要想更好地开发,把汉中天坑群当作一个地学科普基地,还需要我们的地质学家更好地讲好地球的故事。

    开发与保护,汉中天坑群之惑

    涪陵焦石镇地区是我国页岩气勘查开发国家级示范区,丘谷地貌,岩溶比较发育。页岩气勘查开发对地区环境产生一定的影响,2015年至今,水环中心完成了焦石坝区块页岩气勘查开发水环境影响调查,综合分析了焦石坝区块页岩气勘查开发对水环境的影响特征。

    首先确定了污染模式。页岩气勘查开发区水环境受到一定的影响。对地下水环境的影响主要有两种模式:近距离近地表污染,主要污染对象就是居民饮用水,污染范围相对较小,局域性较强,污染效果具有间歇性的特点。污染时期主要集中在钻井平台的建设阶段,压裂废水以泄露、滥排等形式直接污染浅层水体、土壤、植被、生物等,而且症状明显;远距离污染,目前推测有两种地下水污染形式,第一种是污染源在上游,下游泉点、地表河流遭到污染;第二种为跨小流域远距离污染,污染路径比较远,在水文地质自生净化过程中,污染物会得到一定的衰减,污染不明显,具有一定的隐蔽性。

    其次是对水环境污染状况进行了分析。水环中心项目组主要做了水质简分析、水质专项分析、放射性分析以及气体样品测试。基于研究区106组水样、318项测试结果,水体样品中重金属离子的含量基本正常,唯有钡离子含量稍微偏高,从区域水文地质背景来看,基本处于较正常范围。研究区内地下水与地表水中镭的活度均处于安全值范围之内,地下水、地表水中不存在放射性元素污染。

    远距离污染方式示意图

    页岩气勘查开发区水环境污染模式初步确定

        8月23日~26日,2010城市地质环境与可持续发展论坛与举世瞩目的世博会同城亮相。这场由同济大学主办、以“城市地质环境”为主题的地学盛会,吸引了来自全国地质、水利、建筑、能源、铁道、交通与环境等方面的近350名院士专家、青年学者。上海世博会的主题是“城市,让生活更美好”,本次论坛则告诉人们,要想让人们的城市生活更美好,必须要有优良的城市地质环境来护航。

    地质工作,让城市更美好
    ——2010城市地质环境与可持续发展论坛综述
    本报记者 滕  艳

    越来越多的城市地质环境问题,为脚步匆匆的中国城市化敲响警钟

        城镇化是21世纪全球人类社会发展的最重要进程之一。改革开放以来,随着现代化建设的发展,我国城镇化水平提高到46%,预期到2030年可达到65%,以1%的增速向发达国家水平75%靠近。我国今后将有8个以上的城市人口达到1000万~2000万,有近百个城市的人口将达到100万至几百万。有专家预测,“十二五”期末我国城镇人口将突破7亿,20年后将有10亿人聚居在大型城镇。
        这是中国科学院院士王思敬在报告中给出的数据。
        中国的城镇化是全球城镇化进程中的一支激流。王思敬对此表示了担忧:“人口高度聚集的城镇对自然灾害的敏感性及风险性陡然剧增。目前,我国有近70%的城市受到各种灾害的威胁,城镇化的环境保护和灾害防范不可忽视,灾害风险意识亟待增强。” 
        连续十几天在甘肃舟曲、四川绵竹和云南贡山地灾现场的国务院参事、国土资源部总工程师张洪涛会间赶到上海,代表国土资源部中国地质调查局作了报告。“汶川特大地震使整个北川县城毁于一旦;舟曲特大泥石流使舟曲县城遭受重创,我在现场看到泥石流横扫之处,皆是满目疮痍,触目惊心;长江三角洲地区因地面沉降造成的经济损失经初步评估达到3600亿元。”张洪涛说,“我国城镇化建设光有速度还不行,必须坚持‘又好又快’的理念。自然地质环境和资源条件直接制约着城市的分布格局与建设,反过来,大规模高强度的城市建设又会对地质环境产生显著影响,我国的城镇化进程迫切需要总结以往城市发展与城市地质工作的经验和教训。”
        论坛发起人、中国工程院院士卢耀如表示,目前地球运动处于地灾活跃期,尤其是最近一段时间西部地区极端灾害频发,更加引起社会各界的关注。“此次论坛正是要针对自然的演化规律,寻求不同地质环境的有效保护与发展的途径,使城市能针对不同的地质环境而更合理地开发,从而有效地防治和减轻灾害,为今后城市的可持续发展起到促进作用。”
        本次论坛设置的11个主题几乎涵盖了城市地质的各个领域:城市水资源的合理开发与安全及防治洪、旱灾害,城市水资源的信息化管理系统,城市供水应急水源的保障,城市环境地质的主要研究内容与质量评估,城市地灾评价与预警系统建设、防灾与减灾措施研究,城市气候—地质等灾害链与预警系统,城市发展规划地质环境综合效应,地下空间利用及岩土工程与地质环境问题,城市发展与旅游资源的保护与开发,地震高烈度区城市环境与可持续发展。

    我国城市地质工作方法向定量化、动态化、数字化发展,服务于城市发展的每一个阶段

        近年来,中国在上海、北京等多个大型城市组织开展了城市地质调查,在城市规划、建设、管理等方面作出了重要的探索和实践。“本次论坛收录的133篇论文涉及城市环境领域的各个方面,集中反映了地质科技工作者近年来在城市地质环境的实践与研究中所取得的最新学术成果和研究进展。”卢耀如说。
        新中国成立以来,我国广大地质科技工作者就一直参与城市规划和建设的各项地质工作。据张洪涛介绍,从20世纪80年代起,地矿部先后完成了100多个城市的1:5万水文地质、工程地质、环境地质综合勘查工作;完成2400多项城市工矿供水水文地质勘查工作;先后完成大连、青岛、深圳等21个沿海开放城市发展规模地质论证。1983年,北京市、地矿部、城乡建设环境保护部联合开展了北京地区航空遥感调查,拉开了我国大规模城市地质工作的序幕。
        20世纪90年代,我国开始关注城市地质环境问题,开展了以城市为中心的水工环综合调查研究。1999年国土资源大调查启动,先后在环渤海、长江三角洲、珠江三角洲、海峡西岸、北部湾等重要经济区,开展了以地下水资源合理开发利用、城市应急供水地下水源地建设、城市垃圾填埋场选址、地面沉降、地裂缝等为重点的环境地质调查评价工作,初步查明300多个地级以上城市的主要地灾和环境地质问题。
        进入21世纪以来,我国城市地质工作呈现出全新的特色:形成了以建设生态城市为目标的理论体系,充分体现天地人协调发展的思想;工作部署以单个城市和专项调查为主,工作成果应用性更强,直接服务于城市发展的每一个阶段;城市地质工作方法向定量化、动态化、数字化发展,关注多学科融合,新技术、新方法得到广泛应用。
        截至2004年,全国1:5万区域地质调查累计完成180.1万平方公里。先后开展了北京、上海、天津、南京、广州和杭州等6个城市的三维城市地质调查工作,数字城市地质雏形初现。特别是上海市城市地质调查开展了系统的城市三维地质结构、地质灾害和地球化学环境调查研究,建立了动态的城市地质信息平台和三维可视化信息服务系统,为上海城市建设和可持续发展提供了详实的基础地质数据和科学决策依据,是目前我国乃至国际上城市地质工作的典范。
        城市地质理论不断丰富,各专业技术指南、工作规范(国标、行标)相继完成。先后发布《沉积岩区、花岗岩区、变质岩区1:5万区域地质填图方法指南》、《1:5万浅覆盖区区域地质调查细则》、《城市环境地质调查评价规范》、《浅层地热能勘查评价规范》等。
        2000~2006年,共完成浙江、江西、海南、云南、四川、黑龙江、甘肃共7个省的98个城市环境地质调查评价工作。陆续实施了全方位服务功能的多目标立体城市地质调查工作,许多成果直接为政府部门采用,如对奥运场馆地区的活动断裂进行了精确定位和岩溶塌陷范围勘查,对上海市世博会场馆选址三维地质结构调查,浅层地温能作为清洁环保可再生能源为绿色奥运、世博会和绿色北京建设作出了突出贡献等。

    目前,我国城市地质环境问题主要体现在五个方面

        与会专家认为,城市的快速发展会带来相应的地质环境问题,有的工程会在较长时期内对地质环境产生渐变的影响,最终可能会引起地质环境急剧恶化,危及城市安全。经过讨论,与会专家总结出目前我国既与地质环境又与城市安全和可持续发展密切相关的五个方面问题:
        一是水资源安全。
        我国城市缺水问题严重。统计数据显示,全国661座城市中有400座城市缺水,110座城市严重缺水,有近2/3的城市依靠地下水资源,许多大城市修建水库供水。过量抽取地下水造成地面塌陷、沉降的灾害,而地表水库供水也存在水质突发性污染与堤坝受超常暴雨突发性损坏,对城市用水造成威胁。
        “华北平原面积13.9万平方公里、人口1.2亿,人均水资源占有量仅为335立方米,不足全国平均水平的1/6,世界的1/24。过量开采地下水造成了严重的地面沉降,经济损失达3300多亿元。解决华北平原水问题,迫切需要提高该地区基础调查程度,提升对水文地质参数非均质、非线性规律的认识。”中国地质科学院水文地质环境地质研究所所长石建省说。
        二是新能源开发与能源安全。
        我国目前近50%的油气能量依靠国外进口,若提高到90天的储备量,那就需要建设许多储油设施。专家提出,城市油库及其危险品仓库,应距离城市有一定的距离,在地质条件许可的地带,应修建地下水封油库,以保障城市安全。另外,应着力开发新能源,如风能、浅层及深部地热能源。
        三是自然灾害的防灾减灾。
        极端气候与人类活动对地质灾害的影响渐趋严重。“2004年苏门答腊地震海啸,2008年汶川地震,2010全国性山洪和舟曲泥石流灾害,一次又一次敲响了预防极端自然灾害的警钟。”王思敬表示,“极端灾害危险性估测是首要任务。何种极端灾害可信?多大规模为可信极端?有否历史依据和科学论据?这些都需要我们进一步探讨。” 
        目前,地震尚难准确预报,气象灾害也难防范控制,但可以通过切断灾害链的处理,防治次生灾害而达到减灾的目的。中国城市地质地理环境呈多样性,如北京处于山前地带,太原、昆明位于山间盆地,兰州、重庆等位于河谷阶地,三峡库区、奉节、巫山、秭归和受汶川地震影响的诸县市包括舟曲都位于峡谷坡地,上海、广州位于三角洲地区,天津位于沉降海岸带,不同的地形地貌需要从不同角度分析有关灾害链的发生机理及防治灾害的途径。
        专家强调,城市地质监测的工作刻不容缓。威胁城市安全的防洪堤坝的基础处理与稳定性,城市应急避难所的地质环境与基础稳定性和布局选择,各种电线管道安全的共同沟的地质基础稳定性与基础的处理措施,都需要将科学的监测系统与群策群防的信息密切结合,并建立灾害的综合预警系统,尽量做到临灾前的及时预报,以达有效减灾目的。
        四是工程建筑基础安全。
        随着城市人口急剧膨胀所带来的生存空间拥挤、交通阻塞、环境恶化等问题的凸显,中国工程院院士王梦恕建议进行城市地下空间开发——修建城市共同沟,即电力线、电车电缆、电话线、污水管道、供水管、供暖管等共用管线隧道。“这是解决城市资源与环境危机的重要措施,也是解决我国可持续性发展的重要途径。”王梦恕说,“目前,我国城市地下设施很多,但很少统筹。谁占什么标高,也需要技术立法,以人为本的思想应贯穿在当前地下工程的设计中。”
        近年来,城市轨道交通大量兴建。截至2009年年底,全国在建线路69条,建设里程达到1962公里。至2015年我国25个城市将建设86条城市轨道交通线路,大约2466公里。据北京城建勘察设计研究院董事长金淮介绍,我国城市轨道交通发展速度快、地质环境复杂、差异性大,事故时常发生,地下工程事故占绝对多数,地质环境安全问题越来越突出。如北京地区砂卵石地层中的漂石问题;再如上海地铁隧道的轴线变形和地面沉降,在地铁一号线某区段隧道轴线沉降量己超过25厘米。
        是否所有地质条件均适宜修建地铁,不同地质环境条件带来的施工难度以及工程的安全问题等需要进一步研究。运营阶段的地质环境安全问题,不像施工阶段的安全问题那么明显,应引起足够重视。
        五是地质环境与地质生态系统的安全和人民健康。
    不同的地质环境、不同的生态系统,直接关系城市居民的身体健康,因此,应当对土、岩、水中元素含量对人民身体健康的影响作出评价;绝对不允许工矿企业将污水通过深孔排入地下深部含水层;矿山城市更需要注意尾矿坝、排土场的安全,注意其基础的稳定性;正确按地质环境及有关条件选择垃圾填埋场,并采取相应的处理措施,避免污染地下水及产生沼气的积聚,造成爆炸的危害。

    资源环境并重,以地质环境地质灾害评价为核心,保障地质生态安全,是城市地质环境工作的未来

        针对目前存在的各种城市地质环境问题,卢耀如、周干峙、袁道先等院士,黄润秋、万力等专家学者纷纷建言献策:
        一是从地质环境角度合理规划城市的发展。
        在以往的一些城市规划中,有的完全以当地主观愿望为出发点,没能很好地考虑自然条件的局限。建议大城市从地质环境上,从兴利防灾两方面,进一步修订补充原有的规划。根据自然条件,特别是地质环境界定城市规模与质量以及城市的范围,谨慎考虑城市的容量,这是非常重要的。
        今年大洪水期间,有一些城市的水源地被毁而出现缺水的灾难。为此专家提出,应当加强城市地表水和地下水的综合调蓄与开发利用,寻找有大灾时临时应急的安全地下水源地,考虑海平面上升对城市环境影响,以及滨海地带的海水淡化,以增加水资源及防治滨海地下水的盐化问题,包括修建滨海地下淡水库。
        成都理工大学黄润秋教授重点强调了西南城镇的地灾防控与预警。“研究显示,断层上盘5公里的范围内集中了约50%的一般规模崩滑地灾和75%的大型崩滑地灾,是地灾的极高危险性地区。因此,重要的设施以及建制城镇应尽可能选择修建在断层下盘、距离断层5公里以外修建。”
        中国地震局地质研究所研究员高建国建议,城市扩展区规划要突出“以防为主”,必须全面实施国家安全战略,尽早建立国家备荒防灾体系,把增强防灾减灾能力提高到国家安全战略高度部署。
        二是合理与正确进行大型工程建设。
        目前,很多大型轨道交通、城际铁路及城市内各种建设匆匆上马,没有足够的时间进行地质环境方面的调查研究,从而造成严重损失。专家们建议,城市工程上马不能以当地政府部门的意志和财力许可作为依据,必须严格按照国家审批手续办理;大的工程最好由勘测单位、设计部门、施工队伍分别进行,三个独立法人单位的同时参与有利于保障工程质量,有利于对地质环境及地灾做出客观的评估。同时,必须严格区分自然灾害和人工诱发的事故。
        三是一个城市应统一建立有关地质数据资料库和岩心保管库。
        城市建设参与部门多,积累了大量的数据资料,应当建立统一的数据库,同时把典型岩心也集中起来,建立相应的岩心库。一个城市如果难以建立,可在附近城市群或地区,建立综合的地质数据资料库及岩心库,以利于已有资料的使用,也可节省新工程的勘探工作量。
        四是在城市地质环境方面调查研究时,应当加强勘测、学校、研究机构三结合。这也有利于提高调查研究成果的质量,有利于培养青年一代的科技力量。
        五是积极开展城市环境建设效应的系统调查研究。
        地质工作者应积极吸收国内外有关城市地质环境方面的最新成果,对我国不同级次的典型城市进行有关地质环境的建设效应上的深入系统调查研究,以得到科学的依据,为今后的城市发展和安全,起到很好的推动作用。
        王思敬强调,应对城镇极端灾害引起高度重视,增强极端灾害的风险意识,进行有计划地分地区立项研究,划分城镇灾害环境类型及分区,针对地质构造、岩土物质、地貌地势、水文、气象等专题进行分析。
        黄润秋对重要山区城镇周围的大型沟谷(尤其是泥石流沟)和穿过城镇的主要河道的行洪能力表示极大关注。他建议,应对城镇建设侵占情况进行全面的检查和评估,对不满足泥石流或洪水排导能力的重要沟谷尽快启动治理工程,对重要山区城镇的高位远程滑坡—碎屑流灾害隐患进行排查。
        六是恢复与建立有关学科,大力培养有关地质环境及地灾方面的各级人才。
         “国土资源部为加强全国地灾防治建立了地灾群测群防体系,急需专业人才。”地大(北京)副校长万力说,“面对全国范围这么大的地灾专业人才缺口,全国高校却没有设置一个水文地质本科专业。目前,有关学校即使想在这一领域招生培养人才都不能。建议尽快恢复水文地质、工程地质和环境地质专业,大力培养有关专业人才,包括地灾方面的调查研究和监测人才,以应国家的急需。”
        与会专家同时呼吁,国家应加大投入,进行有关公益性地质环境调查与地灾方面的各级人才培养,呼吁在城市地质环境方面的能够做到多部门、多学科密切协作,为我国城市的可持续发展作出应有的新贡献。
        卢耀如对城市地质的未来发展方向是这样总结的:“要资源环境并重,以地质环境地灾评价为核心,以保障地质生态安全为主,对地灾进行监测。同时,城市地质工作体制机制需要创新:加强和持续实施中央和地方合作模式,中央指导性政策和地方配套实施,中央重视地方响应。努力构建城市地质工作与区域城市经济发展规划紧密结合新机制;依靠科技进步与创新,充分发挥中央和地方两级队伍专业优势,以更好进行成果应用、信息反馈、标准制定和学术交流。”
        “城市,让生活更美好。”这是上海世博会的主题,也是对城市地质工作的最好诠释。希望我国今后的城镇化建设发展会因这次大会而走得更好。


    地质工作,让城市更美好