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    人间仙境青海湖,天地造化三江源,横空出世莽昆仑,前世今生柴达木……提到青海,许多人都会不由自主地联想起这些享誉国内外的地质奇观。

    青海省高原、山地、平原和盆地等多种地形地貌俱全。祁连、昆仑、三江造山带结构复杂,时空演化差异性巨大,亿万年的地质演化造就了复杂而独特的地质地貌景观,形成了众多罕见、神奇的地质遗迹。其高原地质遗迹不仅具有数量大、类型多、地学内涵丰富的特点,而且地域特色显著,是十分珍贵的自然遗产,具有很高的美学价值和经济价值,在研究特提斯海沉积环境、青藏高原隆升过程和环境变化,以及中国东西部第四纪冰川过程与全球变化的关系上,具有突出的地学价值。

    然而,由于地域偏远,经济及交通等各方面欠发达,致使许多珍贵独特的地质遗迹成为了待字闺中的神秘少女。

    进入二十一世纪,中国地质调查局在青藏高原安排1∶25万国土资源大调查项目,其中在生态环境调查部分专门部署了地质遗迹调查内容,标志着青海省地质遗迹调查的大幕正式拉开。然而对于东西长1200千米、南北宽800千米的青海省来说,尽快查明地质遗迹固然重要,但如何把这些地质遗迹保护好、开发好、利用好,并与旅游有机结合起来,也是当务之急。

    由于多种因素的制约,目前青海省地质遗迹调查、评价保护、开发利用工作程度极低,原有的地质遗迹调查缺乏系统性、规范性,地质遗迹资源的再利用创新不足。资金短缺是困扰青海省地质遗迹调查与保护的拦路虎。

    有关专家表示,适当对地质遗迹进行开发利用,使之成为科学研究、科学普及、教学实习的基地和地区经济发展新的突破点,同时对拓宽当地居民就业渠道、增加居民收入等具有重要意义。因此,进一步加强开展青海省地质遗迹资源调查,摸清家底,科学规划,盘活资源,使其得到合理利用和有效保护,对促进经济、资源、环境的协调发展,确保生态安全,实现可持续发展等,都具有重大的战略意义。

     

    人间仙境青海湖,天地造化三江源,横空出世莽昆仑,前世今生柴达木……提到青海,许多人都会不由自主地联想起这些享誉国内外的地质奇观。

    秋高气爽的8月,是大美青海的最佳旅游季节。当中国矿业报记者随青海省地矿局“走基层、访一线”记者团,真正零距离地走入青海、接近青海、感知青海时,才深知大美青海名不虚传。除了声名远扬的几大著名景观外,青海省还有许多神秘的面纱有待揭开,还有很多独特的地质遗迹亟待开发和保护。

    “地质遗迹是地质环境的重要组成部分和构成旅游景观的重要资源基础。青海省具有漫长而独特的地质演化历史,其形成、发展并遗留下来的自然地质现象复杂多样。青海省72万平方千米的土地上存留的地质遗迹数量大、类型多,地学内涵极为丰富。”青海省地质调查院院长吴正寿表示,该院承担开展的西北地区重要地质遗迹调查(青海)项目实施以来,已初步厘定地质遗迹集中区10处,野外科研、科普教育基地10处,地质遗迹旅游线路12条,为下一步建设地质公园、“精准扶贫”提供了基础。

    待字“山中”无人识

    “飞流直下三千尺,疑是银河落九天。”当中国矿业报记者一行来到距青海省省会——西宁西60千米的湟中县共和镇盘道地质遗迹集中区时,不由得被这里集飞瀑、奇石、峡谷、石林于一体的独特地质景观而折服——“真没有想到,这里还隐藏着一个这么好的地质奇观!”

    尽管峡谷里奇峰怪石林立,飞流瀑布奔涌,潭水清澈见底,但因为还没有被发现和开发,这里至今仍是一片“处女地”,只有一条放牧者走过的羊肠小道可以勉强通过。

    而这只是青海省尚未被发现的许多地质遗迹的一个缩影,也从中折射出了青海这个旅游资源大省的尴尬现状。

    据了解,青海省高原、山地、平原和盆地等多种地形地貌俱全,南北三分明显:北部为高海拔的祁连山地,中部为中海拔的柴达木盆和西秦岭山地,南部为青南高原。祁连、昆仑、三江造山带结构复杂,时空演化差异性巨大,亿万年的地质演化造就了复杂而独特的地质地貌景观,形成了众多罕见、神奇的地质遗迹。其高原地质遗迹不仅具有数量大、类型多、地学内涵丰富的特点,而且地域特色显著,是十分珍贵的自然遗产,具有很高的美学价值和经济价值,在研究特提斯海沉积环境、青藏高原隆升过程和环境变化,以及中国东西部第四纪冰川过程与全球变化的关系上,具有突出的地学价值。

    “特殊的地质条件及作用,使青海省自然景观独特,部分地质遗迹具有很高的科学价值,在全国乃至世界享有盛誉。”青海省地质调查院副总工程师拜永山介绍说,青海地层“五代同堂”,例如“大柴旦镇全吉山中的全吉山剖面和乌兰县欧龙布鲁克剖面”等标准剖面,三江源“中华水塔”众多水体地貌和湿地,以及丰富多样、造型独特、景色壮美的昆仑山、祁连山冰川遗迹等,其各冰期冰川地貌的关联关系、相应的堆积物在时空变化和层位方面对比的意义,以及生态环境和人类可持续发展等诸多问题,备受地质学界以及全社会的关注。

    然而,由于地域偏远,经济及交通等各方面欠发达,青海省地质遗迹调查工作到目前为止还未系统开展,致使许多珍贵独特的地质遗迹成为了待字闺中的神秘少女。直到目前,许多省外游客甚至当地的一些游客,仅知道青海湖、塔尔寺、茶卡盐湖、昆仑山口、门源油菜花等几个名气较大的景观,而且目的性很强,基本上直奔上述景观而去而不顾其他。

    特别值得一提的是,中国矿业报记者在青海省同德县还发现了奇特的丹霞地貌景观,虽然南方的湖南、广东、福建等几个省份早在2010年就把“中国丹霞地貌”列入了“世界自然遗产目录”,尽管同德的丹霞地貌一点也不逊色于南方且紧靠省级道路,但这丝毫没有改变其被遗忘、冷落的命运。

    “近年来,青海省为建设地质公园,只在年保玉则、格尔木昆仑山、青海湖、互助北山,以及2004年首次被评为青海省第一个国家级地质公园的黄南藏族自治州尖扎县的坎布拉、贵德、阿尼玛卿、德令哈柏树山、查尔汗盐湖等地区开展过不同程度的地质遗迹调查工作。”拜永山说。

    百花齐放才是春

    失在俄顷,积在平日。青海省许多地质遗迹之所以长期处于沉睡之中,没有得到更好的保护和开发,关键还在于其“平时功课”没有做足,基础调查工作薄弱,地质遗迹家底不清。

    进入二十一世纪,中国地质调查局在青藏高原安排1∶25万国土资源大调查项目,其中在生态环境调查部分专门部署了地质遗迹调查内容,这标志着青海省地质遗迹调查的大幕正式拉开。

    2015年,青海省地质调查院通过招标方式承担开展了西北地区重要地质遗迹调查(青海)项目。该项目的总体目标任务是,按照《地质遗迹调查技术规范》等有关要求,在系统收集、综合研究青海省以往自然地理、经济、区域地质、水工环地质、矿产资源、遥感影像、旅游资源、人文历史等相关资料的基础上,开展青海省重要地质遗迹调查,查明省内地质遗迹类型、分布等基本特征与保护现状,了解其成因、演化过程,开展对比分析,客观评述其价值,建立青海省重要地质遗迹数据库,编制地质遗迹资源保护名录和保护规划。

    “开展青海省地质遗迹调查评价,符合中央关于‘加强藏区地质遗迹调查工作’精神,符合地方政府有关‘生态建设、旅游发展、精准扶贫’的要求。”吴正寿说,地质遗迹调查评价是一项重要的基础性和公益性工作,是青海省国民经济和社会可持续发展的需要,对实现资源可持续利用、促进科研科普、推进生态建设、促进地方经济社会发展等具重要意义。

    对这样功在当代、利在千秋的大事,青海省地质调查院自然十分重视,抽出精兵强将组织实施。重要地质遗迹调查项目开展的当年,该院就在青海省东部地区取得了阶段性工作成果,新发现了一批有望建立地质公园的地质遗迹集中区,初步评价认为已发现3处以上世界级重要地质遗迹,并提出了多条旅游精品路线和科普基地。

    青海省国土资源厅也非常给力,及时跟进。2016年,青海省国土资源厅根据项目取得的初步成果,新设立了省级地勘基金项目,开展同德县河北乡地质遗迹集中区、湟中县共和镇盘道地质遗迹集中区等两处地质遗迹相对集中区的详查工作,其主要目的是为当地政府提供地质公园开发建设的基础资料,推动地方的“精准扶贫”。

    “通过1年多来的工作,项目组已完成了青海省东北部地区重要地质遗迹的野外调研和全省范围内重要地质遗迹的详查工作,取得了一些初步认识和成果。”拜永山介绍说,全省初步筛选了103处重要地质遗迹,其中东部地区重点开展了11处基础类地质遗迹、55处地貌景观类地质遗迹和5处灾害类地质遗迹的调研工作,通过地质遗迹特征、通达条件、民生所需等方面的研究,初步厘定地质遗迹集中区和野外科研、科普教育基地各10处,地质遗迹旅游路线12条。

    在其初步厘定的10处地质遗迹集中区中,湟中县共和镇盘道地质遗迹集中区特点突出,岩溶地貌、火山岩地貌发育完整,集叠层石化石、瀑布、石林、峡谷和各类象形石于一体。同时,景区海拔3000米左右,自然生态保存完好,动植物资源丰富,距离省会西宁市60多千米,主干交通极好,餐饮、住宿方便,客源充足,是一处绝佳的旅游胜地。而海南州兴海县曲什安镇的黄河曲什安砂砾岩峰林地质遗迹区将独特的旅游资源与神奇的人文环境融为一体,把砂砾岩峰林、黄河、草原、绿洲、农庄等多种资源巧妙组合起来,山水相依,峰林耸奇,危崖横断,河映崇山,曲流回旋,平畴十里,小村安卧,动静结合,气势磅礴,成为青海观光旅游、休闲度假、科考探险、摄影的首选目的地之一。

    而发现过程最富传奇色彩的当属同德县河北乡地质遗迹集中区。2015年8月初,前去青海南部出差的拜永山偶见车前迎面飞入一处丹霞地貌,其造型奇特,色染如霞,方山、石墙、石峰、石柱间芳草没膝,古木参天,满目秀色。出差归来的他马上组织项目组前去调查,认为该丹霞地质遗迹产出在黄河流域最上游地区,对研究高原隆升、黄河溯源侵蚀历史、气候变迁等具有科学意义,并且是黄河流域与古老原始森林为伴的一处藏区丹霞地貌,由丹霞丘陵、丹霞峰丛、丹霞石墙、丹霞石柱、丹霞崖壁、丹霞峡谷、丹霞石峰、丹霞穿洞、丹霞洞穴、顺层凹槽、落水洞、天生桥等组成。

    “该地质遗迹区夏季连绵起伏的山峦、崎岖蜿蜒的山路、幽静的小径、涌动的云层、流动的羊群,配上亘古不变的丹霞地貌,宛如仙境,令人心旷神怡。其自然景观、人文历史俱佳,国内稀有,具有很高的旅游观赏价值。”谈到自己发现的“杰作”,拜永山至今依然兴奋不已。

    一花独放不是春,百花齐放春满园。对东西长1200千米、南北宽800千米的青海省来说,尽快查明地质遗迹固然重要,但如何把这些地质遗迹保护好、开发好、利用好,并与旅游有机结合起来,也是当务之急。

    “青海省许多地质遗迹像一个个散落并淹没在沙滩里的珍珠,既没有被及时发掘出来,形成品牌优势,又没能靠精品旅游线路串起来发挥整体效应。”拜永山坦言道。

    正是基于这种认识和判断,2015年,青海省地质调查院根据地质遗迹分布,结合当地旅游资源,专门拟选了海北州八一-黑河大峡谷、仙米林场-七彩瀑布-岗什卡冰川(夏都第一峰)等12条地质遗迹旅游线路,以期让更多的地质遗迹“苏醒”过来,发挥出更大效益。

    调查保护亟待加强

    “全省重要地质遗迹成果的取得,为‘三区’生态文明建设提供了重要技术支持,能够为地质遗迹保护规划和省域旅游行业发展提供重要的基础信息资料和决策依据。”拜永山说,随着社会经济的高速发展,大量未被正式保护及尚未被发现的地质遗迹正面临着工程建设、采矿等人类活动的破坏。通过地质遗迹调查,可以提高青海省地质遗迹研究程度,为全省绿色发展提供技术指导,为今后旅游工作部署、科普基地建立及国土资源调查研究工作提供扎实的基础资料。

    然而,由于多种因素的制约,目前青海省地质遗迹调查、评价保护、开发利用工作程度极低,原有的地质遗迹调查缺乏系统性、规范性,地质遗迹资源的再利用创新不足。据了解,时至今日,青海省全省范围内地质遗迹资源的种类、成因、分布、评价、保护等还未进行过全面统计和调查,即便是已实施的调查项目也存在调查对象种类单一、调查内容不全面、调查范围只限于地质公园内等问题。同时,青海省重要地质遗迹保护名录尚未建立,缺乏开展地质遗迹保护和省域旅游行业决策急需的重要基础信息资料。

    而2015年西北地区重要地质遗迹调查项目(青海)的开展,在青海省东部地区虽然发现了众多极具旅游观赏价值和科研价值的重要地质遗迹,但受工作性质所限,投入工作量有限,调查评价精度不足。对现有的旅游景区而言,由于缺乏专业、系统的地质遗迹(旅游景点)调查工作,青海省“旅长游短”的瓶颈问题仍然存在。

    资金短缺是困扰青海省地质遗迹调查与保护的拦路虎。据了解,由于全国性地勘工作经费下调,国家配属给本项目的经费有限,且工作周期又短(2015年~2017年)。而青海省面积达72万平方千米,地质遗迹类型复杂、点多面广是其主要特点,现有资金无法完成青海省全域重要地质遗迹调查工作。

    “地质遗迹调查、评价保护、开发利用的‘产业链’意识,在学术、政府、社会三个层面均未形成,地质遗迹的调查保护也未能在环境建设、地质生态景观开发利用等方面发挥应有的作用。”拜永山最后说,适当对地质遗迹进行开发利用,使之成为科学研究、科学普及、教学实习的基地和地区经济发展新的突破点,同时对拓宽当地居民就业渠道、增加居民收入等具有重要意义。因此,进一步加强开展青海省地质遗迹资源调查,摸清家底,科学规划,盘活资源,使其得到合理利用和有效保护,对促进经济、资源、环境的协调发展,确保生态安全,实现可持续发展等,都具有重大的战略意义。

    同德县河北乡地质遗迹集中区的丹霞地貌

    让待字闺中的地质遗迹一展芳容

    6月14日-15日,“泛珠三角地区城市群综合地质调查”工程首席一行,到该工程所属“珠江-西江经济带梧州-肇庆先行试验区1∶5万苍梧幅环境地质调查”项目开展野外工作质量检查,对该项目物探、钻探工作部署与推进提出指导意见和要求。

    14日下午,项目负责人汇报了野外工作进展及取得的初步成果。检查组对2018年野外工作进度及取得的成果给予了肯定,强调野外地质调查要带着问题去组织开展,在野外地质调查工作过程中充分认识地质规律,对各类地质调查点应实事求是、做到写真写实,确保野外第一手资料质量,为项目成果总结提供详实的基础资料;野外地质调查针对性要强、重点要突出,紧紧围绕苍硕高速、南广高铁、西江航道交通密集带地质灾害发育情况,开展地质灾害专门调查,以研究交通密集带地质灾害发育情况为重点,系统梳理、总结地质灾害发育规律,为地方国土空间规划提供技术支撑;要在面上调查的基础上,有的放失地开展物探和钻探等相关工作,确保2018年项目工作在规定时间内完成并取得预期成效。

    15日,检查组与项目组人员一起进行了野外调查点实地考察,并对物探、钻探工作部署提出了具体指导意见,指出物探、钻探工作部署目的性要强,既要针对主要工程地质层部署,查清主要岩性地层的工程地质条件和工程地质特征,又要围绕压性构造带找水科技创新目标进行。

    项目组成员一致表示,将按照工程首席提出的有关意见与建议,对有关问题进行整改完善,全力推进2018年度野外工作,进一步加强质量管理和监督,确保各项工作安全有序开展。

    听取野外工作汇报

    野外现场指导物探、钻探工作部署

    泛珠三角地区城市群综合地质调查工程开展野外质量检...

    根据新时期中央公益性地质调查工作的定位,为适应中国地质调查局对地质灾害调查工作的新要求,地调局水环中心结合对“三峡库区巫山段危岩体调查”和“三峡库区巫山地质灾害调查监测”的项目质量野外检查,组织开展了地质灾害调查技术方法研讨,着力提升调查成果质量与服务水平。


    研讨过程中,项目组首先汇报了野外工作进展和取得的第一手技术资料,包括调查表格和记录本的使用、工程地质实测剖面成果以及钻探、物探、遥感等技术方法的应用;实地分析了龙溪镇夏家湾滑坡、谭家湾滑坡、狄家坪滑坡、铁炉坪滑坡等滑坡的发育特征、孕灾条件及变形趋势,更加明确了地质灾害野外调查工作的思路和调查要点。


    野外质量检查组专家与项目组技术人员共同讨论了机载激光雷达测量、三维激光扫描、高精度遥感、岩体三维不接触测量、地球物理勘探、红外探测等技术方法在地质灾害调查中的适用性和可行性。


    检查组肯定了各项目组的野外调查工作,认为野外和室内工作扎实,符合有关规定与技术要求,取得的资料翔实可靠,同时对项目三级质量管理体系运行以及野外作业安全情况进行了检查。


    检查组提出地质灾害调查成果应符合三点要求:第一,要积极与地方政府对接沟通,提高地质灾害调查成果的服务质量,重点放在防灾预案、地质灾害风险评价图等服务性成果上;第二,各类技术资料要规范,技术方法的应用要明确其目的性,充分发挥不同技术方法在地质灾害调查过程的作用,切实提高地质调查工作的质量和效率;第三,成果总结要及时、到位、全面,要充分利用前人工作资料,并以图件的形式表达,使成果更加直观。



    适应新形势新要求 研讨地灾调查技术方法

    2016年,中国地质调查局成立天然气水合物试采协调领导小组和试采现场指挥部,集合了中国地质调查局广州海洋地质调查局、青岛海洋地质研究所、勘探技术研究所、北京探矿工程研究所、油气资源调查中心、水文地质与环境地质调查中心,并联合中国石油集团海洋工程有限公司以及北京大学等单位,坚持目标优选、技术研发、平台装备、安全环保的“四轮驱动”,创新性、系统性、目的性、安全性相统一的“四性统一”原则,组织开展海域天然气水合物资源勘查、工程技术、模拟测试、环境评价等方面攻关。 

    2017年5月~7月,中国地质调查局在南海北部神狐海域组织实施第一轮试采,创造了持续产气60天、累计产气30.9万立方米的世界纪录,圆满完成了“日产气1万立方米以上,持续产气1周”的既定目标,取得了天然气水合物勘查开发理论、技术、工程、装备的自主创新,实现了历史性突破。中共中央、国务院发来贺电,誉为“是中国人民勇攀世界科技高峰的又一标志性成就,对推动能源生产和消费革命具有重要而深远的影响”。

    成果与进展

    一是实现天然气水合物勘查开采理论创新。建立了针对我国海域地质特点的天然气水合物系统成藏理论,为本次试采目标的确定奠定了地质理论基础;创建了天然气水合物“三相控制”开采理论方法,保障了试采过程产气连续、环境安全。

    二是形成多项深水浅软地层水合物勘查试采技术工艺。综合多源地质信息,形成天然气水合物甜点识别技术;建立了深水浅软地层垂直井试采的钻完井技术体系,破解极松软地层钻完井难题和极松软地层固井难题;创新性实施储层改造,有效改善泥质粉砂储层的渗透性;科学选用防砂筛管,实现未成岩超细储层的有效防砂;采取多种流动保障手段,有效预防天然气水合物二次生成,保障了试采过程稳定产气;探索了一套稳产有效的压降调控体系,试采过程安全可控、产能稳定。

    三是实现试采生态环境安全可控。监测结果表明,试采甲烷无泄漏,大气、水体生态环境无污染,海底和井下未发生地质灾害,初步证实天然气水合物绿色开发可行。

    应用与转化

    海域天然气水合物第一轮试采成功迈出了产业化的关键一步。2017年8月,自然资源部(原国土资源部)与广东省人民政府、中石油集团签署了《推进南海神狐海域天然气水合物勘查开采先导试验区建设战略合作协议》。2018年3月,自然资源部与海南省人民政府、中海油集团签署《推进南海重点海域天然气水合物勘查开采先导试验区建设战略合作协议》,主要目标是联合建设具有规模产能的天然气水合物勘查开发示范基地,加快推进产业化进程。

    此外,经国务院批准,自然资源部(原国土资源部)于2017年发布天然气水合物“新发现矿种公告”,正式确定天然气水合物为我国第173个矿种。

     

     
     
    海域天然气水合物第一轮试采实现历史性突破

     

    那么,我国宣布海域天然气水合物试采成功至今又有哪些最新进展,此次试采都遇到了哪些难点,试采成功对我国能源发展有什么意义?2日,科技日报记者就此采访了相关专家。 

    取得持续产气时间长、气流稳定等突破 

     

    “至526日,试采井连续产气16天,平均日产超过1万立方米。527日开始,按照施工方案开展温度、压力变化对储层、井底、井筒、气体流量等影响的科学测试研究工作。”中国地质调查局副局长、天然气水合物试采协调领导小组副组长李金发告诉记者,截至目前,试采安全评估和环境监测结果显示,钻井作业安全,海底地层稳定,大气和海水甲烷含量无异常变化;取得了持续产气时间长、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果。
    李金发介绍,在组织实施过程中,实现了目标导向的顶层设计系统;“四轮驱动”的协调运行系统;坚持“目的性、系统性、创新性、安全性”相统一,严格按照试采技术方案精心实施的三项重大工程管理系统创新。  

    试采面临三大难点  实现六大技术体系创新 

     

    中国地质调查局广州海洋地质调查局局长、天然气水合物试采现场指挥部指挥长叶建良告诉记者,此次试采面临三大难点。一是无经验可循。在2002年加拿大陆域和2013年日本海域天然气水合物试采的地质条件与我国差异极大,无成熟经验可循。二是储层开采难度最大。日本、美国、加拿大、韩国、印度瞄准的天然气水合物试采均为砂质类型,该类型资源占世界资源量5%左右,开采难度是所有类型中最低的。我国试采的泥质粉砂型储层资源量在世界上占比超过90%,是我国主要的储集类型,具有特低孔隙度、特低渗透率等特点,同时深水区浅部地层松软易垮塌,易发生井漏,钻探风险极高,开采难度最大。三是没有专用设备和材料。 

    “试采中我们实现了6大技术体系20项关键技术自主创新。”叶建良介绍,包括防砂技术3项,储层改造技术3项,钻完井技术3项,勘查技术4项,测试与模拟实验技术4项,环境监测技术3项。 

    监测显示无环境污染 未发生地质灾害 

     

    国土资源部地质勘查司司长于海峰介绍,天然气水合物是一种低碳清洁能源,甲烷含量高,且使用起来,比常规天然气所含的杂质更少,燃烧后几乎不产生任何残渣,是未来理想的煤、石油等化石燃料的替代能源。     

    天然气水合物开发有可能带来的环境影响一直被公众关注。“我们在试采中树立环境保护优先的理念,试采中制定了全流程的科学、安全、环保施工方案,并严格遵守。”北京大学教授、天然气水合物试采工程首席科学家卢海龙说,在试采前,开展了10余个航次的环境基线调查,获取了海洋地质、海洋生物、海水化学等本底数据,以及海底地层力学参数等。按照国际通用的环境管理体系、工艺安全风险管理等标准,采取严格的环境保护措施。利用大气、海水、海底和井下四位一体监测体系,对甲烷、二氧化碳等参数及海底沉降进行实时监测。与本底数据对比显示,甲烷等参数无异常变化,海底地形无变化,没有环境污染,未发生地质灾害。  

    专家预测我海域可燃冰资源量为800亿吨油当量 

    全球范围内天然气水合物资源量问题,一直是科学界讨论的热点。中国地质调查局基础调查部副主任、天然气水合物试采现场指挥部办公室主任邱海峻介绍,1988年美国科学家科温沃登预测全球天然气水合物资源量为2.1×1016立方米,相当于21万亿吨油当量。2011年美国能源部发布天然气水合物资源潜力研究报告,预测全球天然气水合物资源量为2.0×1016立方米,相当于20万亿吨油当量。
    科学家预测我国海域天然气水合物资源量800亿吨油当量,与全国陆海常规与非常规天然气地质资源量总和大致相当。通过重点地区普查,圈定11个有利远景区,19个成矿区带。经过钻探验证圈定了两个千亿方级的矿藏。

    科技日报:我国南海可燃冰连续产气超22天!安全评估...

    引言 

    习近平总书记在2016年全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会明确指出“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”。李克强总理最近多次批示“推动开展地球深部探测研究”,“可以列为重大专项”,“两个方面,一是地下资源能源问题,二是城市地下基础情况问题。”《“十三五”国家科技创新规划》对地球深部(深地)探测研究也有明确的表述。这表明党和国家对地球深部探测研究高度重视,并指明了方向。

    2012年10月~2014年3月,在科技部原部长徐冠华和科技部基础司的倡导和支持下,以“地球深部过程与成矿作用”为主题的调查研究开始进行。这项研究耗时一年半,参与人员达150余人,含院士8人、教授和研究员30人。为保证调研工作的顺利开展,成立了专家组,组长为莫宣学院士,副组长为马福臣研究员、赵振华研究员,成员包括李曙光院士、金振民院士、张国伟院士、朱日祥院士、华仁民教授、邓晋福教授。秘书为朱弟成、杨立强、王银宏教授。研究完成并提交了《地球深部过程与成矿作用》战略调研总报告及5份分报告(造山带、克拉通、花岗岩省、地幔柱、实验)。在此基础上,于2014年3月召开了以“地球深部过程与成矿作用”为主题的483次香山会议,由孙鸿烈院士、翟裕生院士、滕吉文院士、莫宣学院士、马福臣研究员担任执行主席,来自各方面的40多位专家参加了会议。会后发表了会议简报,向国家有关主管部门提出尽快对“地球深部过程和成矿作用”立项,并列入优先资助领域,给予长时间、大强度的支持。2015年4月瞄准国科发资〔2015〕52号文件中第7个重点方向(面向国家战略需求的基础研究)中的“深地”战略性研究,提出“地球深部过程与成矿作用”的立项建议。

    本文仅对地球深部探测研究与地下资源的关系作一些探讨。

     

    莫宣学院士简介:莫宣学,岩石学家,中国地质大学(北京)教授,中国科学院院士,1938年12月出生,1960年毕业于北京地质学院。1981年~1983年美国伯克利加利福尼亚大学及劳伦斯伯克利国家实验室访问学者。曾任中国地质大学(北京)副校长、中国地质大学研究生院院长、国家自然科学基金委员会第六、七、十、十一届学科评审专家组成员、第30届国际地质大会学术委员会副主席、经济地质学会(Society of Economic Geologists)Fellow及负责亚洲区域的副主席。现任《 地质学报》主编及《Geoscience Frontiers》主编。曾获国家科技进步奖一等奖。

    莫宣学首次提出任意压力下岩浆氧逸度计算公式及含Fe2O3硅酸盐熔体密度预测模型,为建立岩浆演化综合热力学理论模型发挥了关键作用。他几十年长期研究青藏高原构造-岩浆作用,在揭示印度-亚洲大陆碰撞时间、青藏高原巨厚陆壳成因与增厚机制、深部壳幔物质运移等方面,取得了系统成果。他长期坚持“岩浆-构造-成矿”方向,研究青藏高原及金沙江-澜沧江-怒江成矿带的成矿规律与具体找矿方向,为开拓西南“三江”和西藏冈底斯国家级矿产资源新基地做出了贡献。

    “地球深部过程与成矿作用”研究的必要性与紧迫性 

    确保矿产资源供应是实现我国“两个一百年”发展目标不可缺少的关键要素。目前,我国经济发展进入新常态,对矿产资源的需求总量保持高位态势。据统计,2013年我国21种矿产消费量居世界首位,占全球消费总量的1/3。未来10年~15年,我国矿产资源刚性需求仍将持续,大宗金属矿产需求峰值将陆续来临,对外依存度将大幅攀升,严重超越国家资源安全警戒线。如果未来10年探明资源储量不能大幅度增加,几乎所有的大宗金属矿产将面临消耗殆尽的危险局面,形势危急,前景堪忧。立足国内,开辟新的找矿空间和深度,寻找找矿战略新区,实现找矿重大突破,提高资源保障程度,已成为我国一项紧迫、艰巨而又长期的重大战略任务。

    为了完成这项重大战略任务,必须揭示中国地质结构和演化的复杂性与特殊性,及其导致的中国成矿作用的复杂性和特殊性。中国地处世界三大构造域的复合部位,经历众多离散陆块多期聚合拼贴过程,在中生代、新生代遭受改造与活化,岩石圈结构异常复杂、不同深部过程多期叠加复合,导致成矿金属选择性地巨量堆积,形成金属成矿省和巨型成矿带,造成我国矿种繁多、类型多样,多源复成、破坏再生的禀赋。

    科学家们认识到,虽然资源、环境、灾害问题主要表现在地球的浅表层,然而其推动力却来源于地球深部,地球深部过程控制了浅部运动与变化。例如,青藏高原是地球上最高、最大的高原,蕴含着丰富的自然资源,又对亚洲乃至全球的气候、生态、环境有重大的影响。然而,造成这一切的根本原因却是印度-欧亚碰撞以来青藏高原壳幔各圈层物质和能量的调整和再分配,即印度-欧亚大陆碰撞所引起的青藏高原下面地球各圈层内部及圈层之间(重点是中下地壳、岩石圈地幔、软流圈地幔)的物质与能量的调整和再平衡。正是这个物质与能量的调整和再平衡过程,从根本上控制着青藏高原的隆升、形成演化和资源环境效应。由此可见,只有阐明了地球深部过程,即地球内部的物质组成、性质、运动演化过程及动力学,才能抓住资源环境问题的关键。

    同样,矿产资源虽然主要就位于地球的浅表层,但其驱动力也来源于地球深部。地球深部过程是大规模成矿作用的“发动机”(提供能量和动力)、“供应源”(提供金属和流体)和“开拓者”(提供矿质输运通道和汇聚空间)。在不同动力学体系作用下,地球深部过程(包括地球深部发生的物质-能量交换以及成矿物质活化、调整和再分配)促使深部含矿岩浆和地壳流体运移、聚集,卸载,在地壳的适宜部位形成巨型成矿带和大型-超大型矿床。因此,要从根本上回答我国矿产的分布格局与资源潜力,从深层次上揭示区域成矿规律和金属巨量堆积过程,开辟新的找矿空间和深度,预测找矿战略新区,就必须深入理解地球深部过程,深刻揭示地球深部物质、结构和层圈相互作用,特别是深部物质-能量交换-传输的地球动力学过程,创建全新的成矿理论体系。

    地球深部过程是指地球内部(从地壳到地核)壳-幔物质与能量交换、物质运动行为、轨迹及其动力学响应。地球深部过程与成矿,是指在不同力系作用下,深部物质重新分异、调整,并在特定壳-幔结构空间驱动含矿热液流体运移、富集并在地壳介质的适宜部位,特别是在深部空间(500米~3000米)形成大型、超大型矿床或矿集区的作用过程。主要包括岩石圈尺度(背景场)、Moho界面(壳-幔物质与能量交换的界面)、小于5千米 的“透明”上地壳(理解导矿控矿构造与层序和矿化分带)、500米~3000米深度(本世纪固体矿产勘查开发的主要深度)。地球深部过程及其对成山、成盆、成岩、成矿(包括能源)、成灾的制约和影响,是本世纪地球科学深化认识地球本体的核心科学问题。迄今,我国对矿产资源的利用和勘查工作主要还在500米以上的地球浅部,对地球深部的成矿规律了解得很不够。然而,如果只懂浅部不懂深部,不研究地球深部过程对矿产形成和保存的控制,就不能回答诸如我国急需矿种的成矿潜力究竟如何,在哪里能够找到大型-超大型矿床这样的重大资源战略问题,不能从根本上解决国家的矿产资源保障。

    关键科学问题 

    根据中国大陆所具备的独特地质条件,针对国内外研究现状和存在问题,提出下述三大关键科学问题:

    (一)深部物质组成、结构的不均一性和演变及差异成矿作用

    地球深部物质组成和结构的不均一性及深部壳幔作用过程,从根本上控制着矿产的区域性分布、区域优势矿种和成矿潜力的差异,也从根本上控制着矿产资源的形成。但迄今仍然不很清楚中国大陆重要成矿区带的深部结构、物质组成以及深部物质结构的不均一性与成矿元素离散与聚集的关系。因此,需要精细解剖中国大陆重要成矿区带不同尺度(从表层到壳幔过渡带)岩石圈的组成、结构与时空变化特点,深入研究岩浆作用的成因,有效识别幔源物质、壳源物质的贡献,将岩浆作用与成矿作用紧密地联系起来,围绕大矿、富矿形成的源、运、储,开展深入研究,查明成矿物质超常堆积的控制因素(如壳幔不均一性、岩石圈类型与厚度、地壳类型与厚度、软流圈的上隆及侧向运动、壳内和幔内或壳/幔相互作用的程度和方式)和差异成矿的根本原因。

    (二)深部流体过程与物质能量交换

    成矿作用与岩浆过程、岩浆-热液过程或热液过程引起的物质和能量交换密切相关,矿床的形成(成矿物质来源、成矿物质迁移和成矿元素的沉淀)离不开成矿流体,可以说没有成矿流体就没有矿床。深部巨量熔/流体在岩石圈内部的系统循环是金属元素活化、迁移的必要条件,也是大型超大型矿床形成的诱因。但迄今对岩浆和热液体系氧逸度变化的控制因素及其对成矿作用的影响、对金属元素在深部熔/流体中迁移、演化与富集机理的认识还存在很大争议。因此,还需要采用多学科交叉结合的手段,充分考虑流体作用对软流圈地幔的改造和对成矿岩浆的贡献,查明流体的来源、迁移和聚集过程,查明金属元素富集机理和物质能量交换过程。

    (三)成矿系统的深部过程驱动机制

    深部过程应包括构造过程、岩浆过程、流体过程、热化学过程和地球物理过程。如前所述,地球深部过程控制着浅部构造运动与矿产资源的形成和保存,查明地球深部的物质组成、结构和性质,阐明地球深部过程(物质运移-聚集规律、运动-演化过程和动力学机制),是正确理解地球浅表层矿产资源形成、变化与保存等问题的关键。但迄今为止,对岩石圈及壳-幔圈层物质和能量交换的深部动力学过程仍然还停留在概念层次上,对金属元素超常堆积的控制因素和深部驱动机制也缺乏很好约束。因此,需要更新现有的技术和方法,补充新的分析手段(如铁、铜、镁和钙等非传统同位素示踪手段),重视高温高压实验研究,加强同位素示踪和数值模拟,通过地质学、地球化学和地球物理学的综合探测研究,利用合适的地质学和岩石学概念模型、边界条件和物性参数,探讨不同构造体制下的壳幔物质交换、矿源供给、流体迁移、成矿元素堆积和矿床定位等一系列不同层次深部过程的驱动机制,阐明由深部地质过程引发的构造-岩浆-流体-化学作用与元素富集成矿机理。

    长远目标与近期目标 

    应当紧紧围绕上述三个关键科学问题开展“地球深部过程与成矿作用”研究,努力达到建立地球深部过程与成矿作用相统一的理论的长期目标,提高矿产资源保障工作的预见性与目的性。

    “地球深部过程与成矿作用”研究的近期目标是:揭示造山带、克拉通、大花岗岩省、地幔柱的深部物质组成、结构、演变及与成矿作用的内在联系,开展相应的实验模拟和方法研究,解剖代表性大型矿集区,查明其深部流体作用与物质能量交换,成矿作用的深部驱动机制,控制大规模成矿的主要因素,提升大型矿床预测效率。在时间上,以中-新生代为重点,兼顾晚古生代;圈层上,以地壳-上地幔为重点,适当探索核幔边界。□

    (标题为编者所加) 

    寻找战略新区须深入理解地球深部过程