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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...

    以矽卡岩型铅锌矿床为主的岩浆-热液型Pb-Zn矿床是世界上重要的铅锌矿床类型,提供了全球约11%的铅锌资源量。这类矿床的成岩成矿过程在时间上具有特征的多期多阶段性。然而,对于这一成矿过程各阶段流体是由单一岩浆流体独立演化而成,还是岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果,目前还存在较大的争议。

    纳如松多矿床位于冈底斯北缘多金属成矿带中段,是带内矿化类型最丰富、勘探开采程度最高的大型岩浆-热液型铅锌矿床。目前在该矿床内已识别出隐爆角砾岩型、矽卡岩型、矿层型和脉型四种矿化型式,控制铅锌资源量超160万吨(平均品位:Pb 5.32%、Zn 3.84%)。矿床内不同类型矿化均发育多个成矿阶段和不同的矿物组合,使之成为研究上述科学问题的理想对象。基于此,中国地质科学院地质研究所刘英超研究团队对纳如松多铅锌矿床进行了系统的野外调查和详细的岩相学观察,并结合原生流体包裹体显微测温和LA-ICP-MS原位成分分析、HCh热力学模拟计算等方法,取得了以下重要认识:

    一是纳如松多最具规模的矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化是同期热液流体产物,二者的成矿流体均为岩浆热液来源。流体包裹体显微测温和原位成分分析表明,矽卡岩型矿化成矿前流体具有高温高盐度特征,富含较高的Na、K、Pb、Zn元素;矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化成矿期流体性质相似,均具有中高温低盐度特征,且富含相似的Na、K、Pb、Zn元素(图1)。此外,两种矿化形式的成矿流体具有较高的Zn/Na、K/Na和Mg/Na比值以及较低的Ca/K比值,具有和岩浆流体一致的Cl/Br比值,表明纳如松多矿床的成矿流体来源于岩浆热液。矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化发育在同一成矿系统内。

    图1 纳如松多铅锌矿床不同矿化阶段流体包裹体成分的箱式图解

    二是纳如松多铅锌矿床各阶段成矿流体是由岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果。与成矿前流体相比,成矿阶段和成矿后阶段流体中的Cs/(Na+K+Mn+Fe)和Rb/Sr比值要高1~2个数量级,而流体中的Sr/(Na+K+Mn+Fe)比值存在相反的演化趋势(图2)。进一步通过HCh模拟计算的矿物组合和金属络合物相态发现,随着水岩反应的进行,成矿前热液流体中铅、锌金属络合物在所有温压条件下仍旧存在过饱和状态,无法以硫化物的形式沉淀;成矿期热液流体中的铅、锌络合物呈持续降低的趋势,并伴随有金属硫化物沉淀(图3)。表明成矿前和成矿期的热液流体并非是单一的岩浆流体独立演化形成,而是由岩浆房不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果,且成矿期的热液是经历了更加强烈的结晶分异作用的岩浆房出溶的流体所形成。

    图2 纳如松多铅锌矿床矽卡岩型矿化流体包裹体元素比值与均一温度关系图解

    三是重建了纳如松多铅锌矿床成矿流体演化及金属迁移沉淀过程。岩浆房早期出溶的超临界流体上升过程中始终保持高温状态,当运移到近地表1 km深处穿过气-液相线时,流体发生相分离形成高盐度的液相(42 wt % NaCl equiv)和低盐度、低密度的气相。随后这种高盐度流体运移到碳酸盐岩地层,并发生水岩反应形成进化矽卡岩阶段的石榴子石、辉石等矿物。这种由气相组成的小密度气流柱聚集在岩浆顶部,在上升过程中随着压力的骤降,在典中组火山岩地层中发生隐爆作用形成角砾岩筒。随着下伏岩浆房持续冷却和不断地分离结晶,晚期出溶的热液流体沿着不同的冷却路径上升。流体发生急剧的降温降压,当冷却到400℃时,浅地表岩石由塑性转变为脆性,外界条件由静岩压力变为静水压力,此时的流体穿过气-液相饱和曲线,热液流体发生沸腾作用,分离成大约4.5 wt % NaCl equiv的液相和低盐度的气相。此后,富含金属物质和硫的成矿流体向外围地层迁移,在岩浆顶部的隐爆角砾岩筒内胶结火山岩角砾,形成隐爆角砾岩型铅锌矿化;在远端碳酸盐岩地层中发生接触交代作用形成矽卡岩型矿化。

    图3 HCh热力学模拟矽卡岩不同阶段pH、Eh值、矿物组合及金属络合物图解

    该研究通过对冈底斯北缘多金属成矿带内纳如松多铅锌矿床开展原生流体包裹体显微测温和原位成分分析、热力学模拟计算等工作,揭示了岩浆-热液型铅锌矿床各阶段成矿流体是由岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果,研究结果对岩浆-热液型铅锌矿床的流体演化过程提出了新认识,对该类矿床的找矿勘查提供了新依据。

     
     
    岩浆-热液型铅锌矿床多期流体脉冲与成矿取得新认识

    一、背景

    (一)国际发展动向

    基于20世纪科学技术的迅猛发展,人类活动已经扩展到世界各个角落,实现全球合作、促进全球发展逐步成为各国的共识。全球范围内的发展中国家和发达国家在享受全球发展带来巨大收益的同时,也付出了资源、环境以及社会方面的高昂代价。人类生产活动不仅在全球范围内破坏着自身赖以生存的生态环境,同时由于过度开发,人类赖以发展的自然资源也正以惊人的速度减少。联合国给出的《千年生态系统评估》(2005年)报告指出:“由于人类活动的干预,2/3支持地球生命系统运转的自然资源已被严重破坏,几近耗光。人类赖以生存的生态系统有60%处于不断退化状态,支持能力正在减弱。未来50年内,这种退化也许还将继续。”随后,世界自然基金会(WWF)的《地球生命力报告(2008年)》针对人类对自然资源需求的生态足迹,指出“人类对自然资源的需求超出了地球承载力的近1/3。美国和中国的国家生态足迹最大,各消耗约21%的全球生物承载力。美国人均生态足迹量9.4全球公顷,可覆盖4.5个地球;中国人均生态足迹量2.1全球公顷,覆盖1个地球。”而据《中国生态足迹报告(2008)》,2003年中国人均生态足迹量1.6全球公顷,低于2.2全球公顷的全球平均生态足迹。有关度量指标除生态足迹(人类需求)、生命地球指数(自然状况)外,还有碳足迹、水足迹。一些发达国家已形成“经济(Economy)-能源(Energy)-环境(Environment)”协调发展的“3E”模式,而2009年的达沃斯论坛传出了“水资源破产”的预警。

    (二)我国中长期经济、社会发展的趋势预测

    在发展的大潮席卷全球的同时,我国经济社会发展遭遇了前所未有的契机与巨大的挑战。1970年以来,世界人口增长近60%,耕地、草地面积相对稳定,基于灌溉、化肥的农业增产,与人口增长相对平衡。与此同时,中国耕地数量历经20世纪80年代缓慢减少和1999~2003年迅速减少两个阶段后,进入基本受控状态。据相关数据统计,21世纪上半叶世界人口将增长70%,而人均耕地、草地面积将会减少;日益增长的人口与持续减少的耕地、草地之间的矛盾依靠先进的农业科学技术可得到缓解,人地关系预计不会到达崩溃的程度。虽然中国对改善目前形势、确保更好的发展有充分的信心,但形势依然严峻。世界银行公布的一份《解决中国的水稀缺》(2009年)的报告中列举中国“每年有约250亿立方米的水因受污染而不能使用,有240亿立方米的地下水被超采,水危机导致的经济损失占GDP的2.3%,不容忽视”(我国水利部公布的地下水超采数据为120亿立方米/年),由此可见我国保证资源可持续利用的任重道远。

    (三)国家当前和近期需要

    国家发改委2008年做出的关于《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》实施中期情况的报告中,提出“十一五”后两年难以有效解决的全局性、战略性重大问题:①能源资源利用问题。②生态环境保护问题。③空间开发结构优化问题。④粮食安全保障问题。⑤城镇化健康发展问题。⑥人力资源开发问题等。并要求及早谋划好与之相关的“十二五”时期发展战略。这6个问题同时也是6个前瞻性研究题目,而前5项均与国土资源和国土空间的调控有关。

    从长远看,国土资源和空间战略目标将以可持续性、生态化、低碳化、信息化、全球化为依归。

    (四)经济与矿产资源全球化、区域化

    随着世界经济或结束剧烈震荡进入缓慢复苏期,包括矿产资源全球化在内的经济全球化已成为当今世界不可逆转的发展趋势,各国的市场化改革与经济结构调整此起彼应,各国展开抢占下一轮发展经济制高点的竞争愈益激烈。在2009年全球经济复苏的曙光出现时,“后危机时代”世界经济的新格局正在形成。作为全球经济复苏的“主推手”——中国在世界经济舞台上的角色也在悄然发生变化。APEC作为亚太区域经济合作论坛起着对话和交流的作用,中国-东盟自由贸易区(CAFTA)即将面世,同时与南盟(SAARC)的区域合作开始提上日程,东北亚的中日韩自由贸易区的进程要慢一些,上海合作组织(SCO)则以地区安全为重心,并进一步深化区域经济合作。

    (五)国土安全隐患

    在经受全球发展冲击而引发资源、环境的国际纠纷不断的同时,我国的国土资源和空间由于历史、自然等原因也面临重大安全隐患。中印边界问题由来已久,印度除侵占我国藏南部分领土并设立所谓“阿鲁纳恰尔邦”外,还觊觎南疆阿克赛钦地区;国外和新疆的“东土耳其斯坦”分裂势力和恐怖组织妄图将新疆从中国分离出去;我国管辖海域近一半与邻国有争议,南海“九段线”虚多实少,主权深受侵蚀;钓鱼岛的主权争议,与那国岛、冲之鸟礁的军事开发问题都对我国东海海疆构成挑战。此外,自然灾害频发、生态环境破坏、资源衰退和骤减、国际金融抢滩我国资源开发等也成为国土资源安全的胁迫因素。

    二、起点

    (一)我国快速工业化、城镇化

    改革开放以来,随着我国工业化的快速发展,城镇化水平也逐年提高。2008年我国的GDP总值达到30万亿元(相当于4.3万亿美元),成为世界第三大经济体,而人均GDP 仅3266美元,只及世界中等偏下收入水平,国土经济密度以倍数增长;工业化率达48.6%,正处在工业化中期、以传统工业为主的产业结构,遭遇资源“瓶颈”;城镇化率只及45.7%,低于世界平均水平,城市群规划建设开始提上议事日程;市场化程度达60%,已超过市场经济临界水平;国际化程度,我国已全方位对外开放,深度融入全球经济一体化;科技创新能力居发展中国家前列,总的仍处于世界中等水平。据世界经济论坛2009年9月公布《2009~2010全球竞争力报告》,中国(大陆)列全球第29位(比2008年晋级1位),继续领跑“金砖四国”。作为人口、经济总量“双庞大”、结构复杂、非均衡性突出的发展中大国,中国积极参与国际竞争,如应对得当,有可能继续保持上升势头。

    (二)对国土开发程度与资源、环境承载力的不同估计

    1.综合评估:总体上尚未超载,西北和北方部分地区超载

    据中国21世纪议程管理中心编著的《发展的基础——中国可持续发展的资源、生态基础评价》(2003年),中国“水资源和水环境的人口承载力在15亿~18亿人之间,但将从南到北大规模转移;而土地对食物的承载能力略有盈余,在未来50年内都不会超出其边界;能源与矿产资源供需失衡的形势将更加严峻,10亿吨燃煤造成的污染已接近环境的承受极限,6种大宗矿产(铁、锰、铬铁矿、铜、铝、钾盐)现已供不应求。”而《中国工业发展报告——资源与环境约束下的中国工业发展》(2005年)认为:“中国经济增长越来越接近于资源和环境条件的约束边界。”《中国至2050年区域科技发展路线图》(2009年)把“资源环境承载力已接近饱和”列为4个基本国情之一。

    就人口发展与资源承载能力而言,《国家人口发展战略研究报告》(2008年)指出,中国人口发展总体上没有超越自然资源承载能力,但是局部地区和部分资源已出现资源紧张和供需失衡现象。现有的经济发展规模和人口数量均在水土资源承载力范围之内,但区域之间极不平衡,西北部和北方部分地区超载严重。

    2.分区域评估

    1)海岸带开发不足。海岸带是连接陆地与海洋的纽带,是开发海洋资源、发展海洋经济的依托。我国拥有1.8万多千米的大陆海岸线,海岸带面积达38万平方千米,约相当于沿海省(区、市)面积的1/4。专家指出,我国沿海诸省(区、市)每1000平方千米陆域的海岸线资源量,基本上与欧洲主要国家和美国处于同一水平上,但开发程度却远比那些经济发达国家为低。

    2)沿海地区局部已过度开发。在自然条件较好的东部沿海地区过度开发严重,珠三角9市土地开发强度15.9%,超过了日本三大都市圈,也超过国土面积相当的荷兰;包括安徽在内的环长三角地区,国土面积(约34万~35万平方千米)与德国、日本相当或相近,开发强度(约15%~16%)超过德国(12.8%)、日本(15.0%)。海洋资源过度开发造成开发利用密度高、生态环境退化严重的局面,需要实行绿色保护的海洋政策,解决可持续开发利用问题。(《2010~2020 中国海洋战略研究》,2009)

    3.分资源门类评估

    由于长期森林过伐、草地过牧、坡地滥垦、矿产乱采,超过限度,使我国的自然资源遭到不同程度的破坏,虽然近年施行了禁止乱砍滥伐、退耕还林、限制矿产开采等措施,我国的资源破坏现象有不同程度好转,总体上仍不乐观。

    我国超限开发的典型例子还包括近海水产过度捕捞,年产量峰值可达1400万吨,超限额75%,导致海洋生态系统和水产资源严重退化,产量减少,水产品个体变小。

    在水环境方面,水与环境超载,形势严峻。根据水利部2009年发布的最新数据,我国水资源总体上已经过度开发,其中黄河水资源利用率>60%,海河>98%,内陆河流域>40%。过度的开发,不仅威胁或损害河流健康,还使某些主要功能丧失。不少地方水环境开始退化,出现了水质恶化、地下水位下降、河湖干涸、湿地消失的现象,所有这些都是出现水危机的先兆。

    4.国土的粗放开发和资源、环境承载力评价

    中国当前正经历新一轮重化工业化及与其相克相生的“资源瓶颈”,资源除总量大、人均少外,在国土开发利用中的矛盾也很突出,总的资源开发强度与国土经济密度不对称,开发过程中的粗放、分散、重复、低效、退化等问题(表1)日久年深,有的积重难返。

    表1我国国土资源开发利用中的倾向性问题一览表

    人口基数大和粗放式强度开发加重了国土的负担,对人口、经济密集区的资源、环境承载力有必要做出科学评价。国家部署主体功能区规划,根据自然条件适宜性开发,控制开发强度,调整空间结构,也以资源环境承载能力为基本依据。关于环境承载力,“十五”后期由清华大学承担的宁波市环境承载力研究,从资源供给能力、环境纳污能力、人类支持能力3个角度来量化环境承载力,建立了评价指标体系。厦门大学对厦门海岸带也做了生态安全压力分析。资源、环境承载力评价的综合度更高,相应的难度也更大。对此,中国地质调查局在汶川地震灾后重建规划工作中有实战性演练,正组织“环渤海湾重点地区环境地质调查及脆弱性评价”项目,将扩及全国海岸带资源、环境承载力调查监测和风险评估,其重要性不言而喻。

    5.对国土面貌演变方向的两种预计

    基于当前国土资源的利用现状,对未来国土面貌演变方向有以下两种预计。

    1)从低收入转为中等收入国家的提升期是包括公共服务在内的现代服务业加速发展期、国土面貌向良性转变期,人均GDP 3000美元是对资源环境的边际压力的转折点。中国发展高层论坛2004年年会的总结讲话指出这一时期的6个基本特点:“消费结构升级,工业化进程加快,城市化速度上升,人口大量转移,国土面貌日新月异,社会财富迅速增加。”其中,“国土面貌日新月异”是良性预期。2005年,我国荒漠化和沙化土地面积实现中华人民共和国成立以来首次“双缩小”,“破坏大于治理”转为“破坏与治理相持”;2008年,电力弹性系数首次小于1(低于GDP增速),都顺应和促进这样的转变。

    2)《新一轮全国国土规划前期研究(中国地域空间、功能及发展)》综合报告(2006年),“第一章背景——剧烈变化的‘国土’”指出了我国国土开发和建设布局无序及空间失控态势的严重,包括:地域(空间)开发利用严重无序,建设用地过度扩张;许多地区资源环境压力过大,而支撑体系太弱;不少城市盲目攀比,贪大求洋,超前定位;一些快速发展地区环境状况令人担忧;生态退化问题依然严重,由此招致“国土安全和资源保障的危机”。这里所说的“剧烈变化”非“良性”一词所能道破。2009年9月《科技日报》关于“建设低碳城市”的对话栏目中有专家指出:“我们75%的地面水已经被污染,国土变得枯黄”,就是相应的写照。

    国土面貌是广域性土地利用/覆被变化(LUCC,全球变化的中枢和核心主题之一)的反映,尤以人口增长胁迫下的LUCC为甚。我们终需这样的系统观测和研究成果为基础给出说明。

    三、基点

    (一)大国土

    1.活动半径

    日本前首相田中角荣1972年为中日邦交正常化访华,在与毛泽东主席会谈时曾说:“一个民族的能力水平与活动半径成正比。”其着眼点在于国家的对外开放和国际化程度。

    一个国家的国土资源和空间管理及于领土、领空、领海和管辖海域(“准国土”或“国土化海域”),我们要上天、入地、下海,所要求的技术、工程和管理能力水平也与活动半径相关。

    “大国土”指现有国土全方位的内涵深化(包括系统化、整体化、聚合化、空间化)和管理(包括监督管理)到位:在国家层面上加强统筹协调,但不因“大国土”而扩张国土空间;在部门层面上加强内融外联,也不借以扩大职能范围。

    2.内涵假设

    “大国土”即广义的国土:一是国土资源与国土空间(或地域空间)的统一;二是自然国土与人文国土的统一;三是覆盖陆海、充斥立体空间的“三维国土”;四是统筹国内地球表里诸圈层的“多圈层国土”;五是宏观和中观层面上的“和合国土”。

    (1)国土资源与国土空间

    国土资源指土地、水、矿产、生物、海洋、大气等实体性资源,它们又占有各自的区位或地域,即空间性国土。而国土资源管理现状,既有重实体资源、轻空间的倾向,如把国土(空间)规划视同“国土资源规划”;也有重空间、轻实体资源的倾向,表现为土地管理的重数量、轻质量,区域地质调查的重陆轻海。

    在适当的地形地貌条件下,农业用地的耕作层、建设用地的工程持力层都是实体,农业、建筑业等活动先选址、后丈量,基本程序是由实体到空间;探矿权首先是带有虚拟性的“空间试用权”,而采矿权是资源的用益物权,矿业过程是由空间到实体。由此可见国土资源的实体性和空间性同等重要,不可分割。

    中国社会科学院黄皮书《2006年:全球政治与安全报告》认为,国家强弱更多取决于综合国力,其构成中科技力、人才力和信息力各占25%,自然资源和资本各占12.5%。自然资源的权重只占1/8,在当前阶段可能估低了,如果加上国土空间(区位)要素更要考虑提高。

    (2)自然国土与人文国土

    中国作为人口众多的文明古国,对国土垦殖和开发的历史悠久,但空间上极不均衡。开发强度,是指一个区域建设空间占该区域总面积的比例。作为发展中国家的中国,2008年全国平均开发强度达到3.48%,超出一度预计2010年达到3.23%的强度值很多,特别是东部沿海的一批城市已进入强度开发或超强开发,上海、无锡达到29%~30%,而东莞、深圳高达38%~40%,已臻于极限值,人工生态系统置换了自然生态系统。按照这样的发展速度,2020年全国开发强度达到3.91%的预计值也有可能被突破,国土人工化的趋势难以逆转。资源、资产、资本“三资合一”也是人文超过自然的国土。

    另据吴霁虹指出,在全球化背景下的信息社会中,不同于土地、劳动力和资本要素的知识、商业生态网络、组织流程等已成为创新活动的“新生产要素”,实现全球联系和思想交流的商业生态网络正成为新的“虚拟地产”。IBM 2008年的企业价值超过1577亿美元,然而其土地、建筑物、实验室等有形资产只占9.1%,基于空间和时间动态地创造价值的组织流程相当于“创新工厂”。由此可见,“人文国土”的未来发展具有很大的空间。

    (3)“三维”国土

    科技部2008年推出基础科学研究和前沿技术探索的“三深战略”,包括“深空(宇宙空间)”“深海(公海大洋基底)”“深蓝(信息安全)”三大纵深领域,“三深”没有“深陆”。在国土资源战略的“三维国土”构架中,“深”含“深陆”“深海”,它们同属岩石圈、水圈富于探索价值的人类未知领域;“空”首先是地面以上100~110千米的“领空”或“近空”,其次是外层的“深空”或“公空”(图1),概称“陆、海、空、深”。2009年9月,我国第一个集数据、软件于一体的三维地理空间信息系统——数字地球(中国)问世。

    图1“三维”国土示意图

    国土、资源、地质各有其自然演变和随人类社会农业、工业、科技革命的变异过程,并谋求可持续发展——时间维的过去、现在和未来。以46亿年计的地球历史可谓“深时”。这是“三深”向“四深”的发展。

    《浙江省信息化测绘体系建设发展战略》(2008年)首次提出了基于“时间维-对象维-方法维”的测绘体系概念模型,是对信息化测绘体系的基本构成与内涵的创新性探索,这也是“国土资源战略研究”吸收地方成果的一个范例。

    (4)“多圈层”国土

    大国的“陆、海、空、深”是互相影响的“多圈层”国土。1760年英国工业革命以来,世界各国累计开采、消费了3万多亿吨(以标煤计)化石能源,近250年间从地球岩石圈向大气圈释放出数以万亿吨计的CO2(土地利用/覆盖变化也贡献了>30%的份额),扰乱了地球各圈层之间的平衡,导致全球气候变暖。同时,还要看到海洋-大气相互作用的重要影响,还有生物圈中土壤碳库(可抵消全球5%~15%的碳排放量)的储碳潜力。就碳排放大国而言,也可以看作“大国土”结构问题。

    钱正英在《我国的江河整治问题》(1981年)中曾经建议:“对国土整治进行统一规划,水利建设纳入国土整治的统一规划。”

    第33届国际地质大会中国代表团建议探索“外层空间”新领域,测绘瞄着“地-空-天一体化”目标,都是超出地球圈层范围的深空探索。

    (5)宏、中观层面的“和合”国土

    以城镇化进程中的土地资源管理为例,在城乡分割体制下的土地二元配置和使用,造成城镇和农村“两栖”人口的“双重占地”,导致“两不经济”的结果,加剧了城乡用地和人地关系的紧张局面,必须实行以城乡一体化为目标统筹城乡用地的战略转变。这既有利于人际和谐、人地和谐,也促进城乡融合,以臻于“和合(和谐+聚合)”境界。统筹陆海、区域(行政区、经济区、气候区等)、城乡、“三生(生活、生产、生态)”空间等,都是形成疏密有序的“和合”国土之路。

    而国家所提倡的保护耕地的实质是保住耕作层的综合生产能力平衡,节约集约利用土地,以土地总和效益最大化为目标,都寓意于提高多元一体化程度的综合或集合,“和”“合”并用,相辅相成。

    3.陆、海、空关系

    (1)“滨海之国”与“滨、近海之国”

    大国土涉及陆海关系,美国区域规划协会称美国为“滨海之国”,是离海岸线80千米的范围,在这个占国土面积13%的区间集中了美国51%的人口、57%的国民收入。实际上这只限于美国本土,美国又是多海洋国家,除了滨海的阿拉斯加州、夏威夷州,还有5片海外属地(岛域或群岛),其管辖海域散布在大西洋、太平洋和北冰洋,比上述区域要大得多。就美国本土而言,我们把它看作“半环形的滨海(湖)之国”(东北角是五大湖区)。中国的陆海情况与它迵然不同,总体上是东南向临海的“滨、近海之国”。从大国土着眼,我们在看重沿海省(区、市)的同时还要看到近海省。近海省按区位可分3类:①中部近海省,涵盖中部地区6省;②西部近海省,有贵州、云南;③3个近海边疆省,即吉林(临海最近距离15千米)、黑龙江(临海最近距离<100千米)和云南(临海最近距离<500千米)。按此设想,现有沿海省(区、市)加3类近海省(区、市)共有24个,占全部省级单位的77%,这就能让更多的内陆省共享海洋资源,既有利于海洋共同开发和国土均衡,也有利于扩大内需和(海)港-腹(地)一体化,沿海省(区、市)和近海省(区、市)依托地缘关系共筑“和合国土”。

    (2)深陆和深海

    大国土包含“深陆”,现代科学技术的发展使人类向地壳深部、深海大洋和洋壳的探索成为现实。表2列举了我国实施的部分大陆深钻和超深钻。此外,山东新汶矿业集团的一处矿井深1350米,是亚洲最深矿井;清华大学与四川二滩水电开发公司合作,在锦屏山覆盖层深2500米以下的引水隧洞旁建筑极深地下暗物质探测实验室。

    表2 我国实施的大陆深钻、超深钻一览表

    海洋正逐步成为人类的第二生存空间、食品生产基地、化石能源和新能源开发基地、新的水资源开发基地、新的医药资源开发基地,又是全球交通和物流通道。美国《面向21世纪海上合作战略》(2007年)认为:在世界所有国家中,美国和中国是海洋利益最大的国家(实际上两者缺乏可比性)。大国土中涵盖的深海指的是水深超过500米的海域,我国把深海资源开发列为超前部署领域,尚处于发展的中级阶段。表3概列出海平面以下的分层化。

    表3中所列海平面200米以下的深层水,保持低温、洁净,具有多种功能,在美国、日本、韩国开发利用这类较深的优质海水,已形成产业。

    (3)近空和“地空”

    城市高层建筑林立。全国大城市中现有5000多座50层以上的高层建筑。上海环球金融中心建成世界第一高楼,在高密度的建成区中出现了不同产权单元在空间上层层叠加的现象,并愈益普遍化。这一层近地空间简称“地空”。表4列出了近空分层的高度以及各层对应的主要功能。

    表3 海平面以下分层化表

     

    表4近空分层化表

     

    我国利用低空(地表以上100米)风能发电居世界第四位,而“高空”(地表以上200米)风能尚未开发,这两层空域均在“地空”范围内。在更高空还有丰富、稳定的风能资源,其开发利用与航空飞行不兼容,待进一步研究。

    城市在向空中“长高”的同时还向地下延深。我国有10个城市已使用或正在建设地铁,另有8个城市提出或筹建地铁,到2020年建设城市轨道交通线路将达到2000~3000千米,表明城市“地铁时代”已经来临。

    “地空”和地下工程呼唤城市三维地质调查、三维地籍测绘和管理。

    4.城市“三维”地质调查和“三维”地籍测绘与管理

    地空和地下工程呼唤城市的三维地基调查和三维测绘调查,现在我国有6个城市在试点,上海、北京已经验收。

    “上海市三维城市地质调查”项目按“中心城-新城-郊区”3个规划功能区,建立“基岩地质层-第四纪地质层-工程地质层”3个层次的地质结构模型,使三维可视化地质信息系统、地面沉降防治、地下空间与地质环境容量评价、地球化学调查与农用地分等定级相对接,特别是搭建起大型、综合、动态的地理地质信息平台,可望打破多源、异构、多维数据形成的“信息孤岛”互不相通的僵局,实现全市地质信息由分散到集中管理、由平面到三维显示、由单项专业应用到多元服务的转变。另在全市地下工程普查的基础上,从黄浦区着手地下地籍调查,构建“地上地籍图-地下地籍图-地质图”系统,为地下空间管理提供有效支持。

    “北京市多参数立体地质调查”项目(2009年通过评审)推出的智能化三维地质信息管理与服务系统,为城市规划、建设和管理提供了全方位的科学依据。

    在完成6个城市试点的基础上,将考虑另33个超大城市的“三维”地质调查。

    深圳市国土与房产局正启动“三维地籍”的专项研究,这是有关城市“三维”地籍测绘和管理研究,在国内外尚处于探索阶段。而历来以二维宗地为核心、以“四至”为边界的传统地籍,都建立在宗地内产权主体同质化的基础上,而城市土地的立体化利用则以垂直方向上、产权主体的多元化为前提,即地表、地上、地下空间可以分层开发并分属不同权利人,这就形成以六面体或多面体为基本单元的“三元产权体”,在空间形态上表现为复杂的产权簇或产权层,需要有相应的“三维地籍”测绘为支撑的“三维地籍”管理。此外,《物权法》要求实行不动产统一登记制度,而任何不动产都占有一定的空间域,系统的三维地籍研究为在一个统一的技术框架下处理土地和房产的登记问题提供了可能。

    上海市地质调查研究院研究地下空间资源管理与权籍调查关键技术,也有初步成果。

    从城市空间要素立体化趋势中可引出一种新型的财产权,即空间权,它与建设用地使用权相分离,成为一项独立的物权(参见《民法》第七百七十三条、第八百三十二条),在我国台湾省已建立起比较完整的空间权制度。

    住宅产业规划到2020年基本做到“户均一套房、人均一间房、功能配套、设备齐全”。在产业层面,青岛“海尔地产”为节能省地提出“小户大家(小户型、大社区),和谐住区”的理念。即通过5个空间结构把家庭做大:家居空间紧凑化,环境空间功能化,会馆空间场所化,商业空间生活化,网络空间无域化(建设数字化网络社区,用网络服务来解决物理空间解决不了的问题,使得生活无域化——与“虚拟地产”相联系)。而微观上的空间意识将会有助于模式和设计创新。

    (二)大资源

    1.内涵假设

    “大资源”即广义的自然资源及其组合开发利用。

    一是单门类自然资源及其多形态的综合利用,多功能的优选利用(如在农业用地中, 对耕作层既是“土壤水库”又是“土壤碳库”的合理利用),非常规资源和新资源的递进或接替利用。

    二是包括土地、水、矿产、生物、海洋、大气等在内的多门类自然资源及其优化组合和综合管理(如水、土资源综合管理,海洋综合管理)。

    三是大资源以土地、能源为根本,我国的耕地和宜居建设用地都是稀缺资源,要在统筹生活、生产、生态空间的前提下节约集约和多元利用土地,新能源比传统能源的范围大大拓宽,要在尽可能清洁利用化石能源的同时研发低碳导向下的替代能源。

    四是确立、推进基于生态系统的国土资源管理和海洋综合管理,与经济、社会、生态建设相互交融,并探索资源、资本、资产“三位一体”的复合式管理方式,使资源开发利用的技术链、产业链、价值链层层相扣。

    五是融入经济全球化,积极利用包括国际海域在内的境外资源和公共资源。

    2.大资源与大能源

    中国在2012年将成为世界最大能源消费国。在21世纪上半叶,能源在我国矿产资源中仍居首位。在低碳导向下的大能源发展离不开大资源、大地质的支撑(表5)。

    3.单项管理案例

    水利部基于我国人多水少、水资源时空分布不均、与生产力布局不相匹配的突出水情和严峻的水资源形势,从2009年开始实行最严格的水资源管理制度。这比实行最严格的土地管理制度晚13年,但所规定的“三道红线”——开发利用“红线”即控制用水总量;水功能区限制纳污“红线”即控制入河排污总量;用水效率控制“红线”即遏制用水浪费——是对水量、水质和水耗的综合调控,体现了水资源和水环境管理的相对统一,起点高于只设“一道红线”的土地管理制度,也可以说把土地管理、利用的两个最严格制度“合二而一”了。

    2009年瑞典斯德哥尔摩大学和德国波茨坦气候研究所的科学家量化分析了“蓝水”和“绿水”,其中,“蓝水”是来自河流和地下含水层的水资源,占35%,“绿水”则是源于降水、存储于土壤并通过植被蒸发而消耗掉的水资源,占65%;科学家们根据分析结果提出了应该大力研发绿水资源利用技术,由此可见土壤水作为“大资源”的一个分支兼及“大土地”“大地质”领域,应予以重视。

    表5 大能源战略及其资源、地质支持一览表

    :①第33届国际地质大会中国地质代表团得到启示:“非传统能源越来越受到重视,能源多样性是今后出路所在。可再生型能源可能是未来能源的主体。”

    4.综合管理案例

    中国工程院2007年关于《东北地区有关水土资源配置、生态与环境保护和可持续发展的若干战略问题研究》指出,基于东北是我国水土资源搭配最好的地区,可以建成全国最大的优质商品粮基地,而东北地区过去的垦荒,实际上是占用了林、草、湿地。目前的生态与环境状况,已到了临界状态。因此得出一条基本结论:“东北地区土地利用的总体格局应当是:耕地总量不再增加,林、草、湿地不再减少,城市和工矿用地合理控制”;并指出东北“西部地区的农业发展方向必须是农牧结合,以牧为主;农作物……以雨养农业为主,在缺水地区不宜种植水稻”等,在宏观上都有道理。但一年后,即2008年推出的《吉林省增产百亿斤1斤商品粮能力建设总体规划》中规划投资62亿元引嫩入白、以稻治碱,用5年时间在该省西部新增255万亩基本农田。这反映出国家战略研究与地方战略行动脱节,见仁见智,有待实践检验。

    多门类资源的综合管理,如作为复合式资源和空间的海洋综合管理,已成为国际趋势。其核心思想是从分散的行业管理转向跨行业、跨学科和跨部门的、基于生态系统的海洋综合管理。20世纪90年代中期,厦门市率先建立了海洋综合管理体制,成为有关国际组织部署的东亚海洋防污和管理的示范区,但推广不易。国家海洋局受权“综合管理中国海域”已10多年,尚难到位。对此,《2010~2020中国海洋战略研究》第五章中有具体建议。

    (三)大地质

    1.内涵假设

    大地质基于经济、社会与时俱进和地质工作功能最大化,不断扩大服务领域、贯穿于生产和生态建设的全过程。

    一是为经济、社会发展打好三个(应用)基础,即资源基础(开源、节流)、环境基础(保护、修复和防灾减灾)和工程基础(岩土工程),都有旺盛需求,为夯实资源和工程基础服务的地勘、工勘已商业化, 作为环境基础前期工作的“全国土壤现状调查与污染防治大计划”(2006年)正在实施中。

    二是大地质工作即大地质产业,它跨三次产业,即为“一产”服务的农业地球化学调查和供水水文地质勘察,融入矿业(现属“二产”)的矿产勘查和融入工程业的工勘作业,隶属“三产”的地质科学研究和信息服务,分别拉长产业链,不自成独立体系,大地质≠大地矿(对1991年提出的“地矿产业”要反思),按这个产业定位,现行地勘行业管理的覆盖范围还要加宽。

    三是基于国家财政支持、走在商业性地质工作的前面的公益性地质工作要做大,其信息供全社会共享,基于市场和地勘基金的商业性地质工作规模更大。

    四是地学研究多元化,地球科学正从传统的分散的单学科研究向地球系统科学研究转变,地质科学也要向地球系统科学即“大地学”拓展。

    五是适应“矿产资源全球化”的发展趋势,在立足国内的同时,“走出去”开拓境外地质工作,为利用“两个市场、两种资源”不失时机地做好前期服务。

    2.大地质与大地学

    基于地质科学的大地质和基于地球科学的大地学,其研究对象相同而研究领域不同。大地学的包容面广于大地质,但有交融态势(表6)。

    表6 大地学与大地质研究方向的概略比较表

    由表6可见,两者的共同点比较多,有向地球系统科学合流趋势,但在学科上仍显示出整体和局部相包含关系的脉络。“大地质”栏中未列举的海洋、陆地地表过程恰是“大国土”关注的热点领域。

    3.大地学——科技和信息服务

    公益性地质工作以地质图件为窗口面向全社会服务。英国地调局2006年发起的《全球1∶100万数字地质图计划》,产生于矿产资源全球化催生地质调查全球化的背景,旨在推进各国既有地质图数据网络化和国际共享。为保护市民避免遭受地震、海啸、滑坡和火山爆发等地质灾害的威胁,由联合国发起在日本神户通过的《2005~2025兵库行动框架》,有关信息和知识都要及时传输到全社会。

    2008年我国地理信息产业已形成测绘服务、遥感服务、地理信息系统、卫星导航4大支柱产业,总产值>600亿元;2009年增速20%,从业人员达40万人,机构>1万家;预计到2010年达到800亿~1000亿元,带动相关产业增长5000亿元。目前,全国唯一、初具规模的黑龙江省地理信息产业园2007年在哈尔滨开园,已建起国际地理空间数据加工基地和高新技术企业孵化器,前景看好。《北京空间信息产业调研白皮书》披露,该产业应用领域扩大到数字奥运、政府共享平台、数据库、防灾减灾等方面,国际合作领先于全国。

    四、浅释

    “三大”之间是有内在联系的,以“四面体”(图2)示意:A代表“大土地”,B代表“大海洋”,它们是“大国土”的两个主要载体,C代表“大资源”,D代表“大地质”作为基础置于底面。

    图2“三大”内在联系示意图

    (一)“四面体”扫描

    “大国土”与“大资源”有交叉重叠,宜各有侧重:“大国土”重在空间,以地表面、海平面为通用界面;“大资源”重在物质和能量,以水土、生物、能源和矿产为载体;“大地质”连同“大测绘”提供科学支撑和信息服务。三者构成一个统一、聚合的“四面体”。我国陆地空间虽大、资源品种虽多,但受结构性矛盾的深度制约,难题不少。

    定格国土空间区位的“大土地(A)”和“大海洋(B)”,其中“大土地”“七山二水一分田”,又派生出:A 高原和山地型土地结构(平原少,后备耕地少,开发成本高),A-C中低产型耕地、草地结构(优质耕地、草地少,又是少林国家)和大江河与中小湖泊型的陆地水域结构(淡水少);“大海洋”“三海两链半纷争”,源于A-B单面陆缘海与陆中海型海洋结构,而中国是世界上拥有邻国最多的国家(共29个,其中15个直接相邻),于本国资源禀赋弊多利少;“大资源(C)”“门类多、总量大、人均少、时空分布不均衡、相互匹配不理想”,又派生出煤基型化石能源结构(高碳、高硫空间)和低品位型非煤大宗矿产结构(富矿少)等。

    (二)“三大”的必然性和价值取向

    “三大”既是科学理念,又是顺应必然趋势的战略定位(表7)。作为人口过量的资源大国和经济大国,必须从大处着眼,针对国土开发中长期存在的几个倾向性问题(表1),集中多方面智慧谋划与经济、社会发展相适应的“大格局”(表8),使“三大”的组合优势得以充分发挥。

    表7“三大”的必然性一览表

    表8营造国土、资源的“和合”大格局一览表

    以上大格局,有的正在形成,有的受体制和机制束缚,施展不开。现行体制、机制问题如表9所列,要有序、分期研究解决。

    提出“三大”,旨在落实科学发展观,融合部门职能,加强统筹协调。经济、社会发展对资源环境的需求与时俱进、因人而异(表10),要瞻前顾后、留有余地。

    表9 “三大”的体制、机制问题一览表

    表10 人对“三大”的阶梯式需求一览表

    资源“瓶颈”有两重性,要以“三大”为杠杆,与经济发展互动,形成供、需“双向制约”,同时,还受生态、社会、政治等“多重制约”(表11)。

    表11 供需双向和多向制约一览表

    下一步,“三大”的研究领域再向“五维”拓宽,“五维”除时间维、空间维外还包括市场维、环境维、文化维。

    (三)推进“三大”的路径选择

    对于推进“三大”的路径可从以下几方面着手:

    1)把“国家可持续发展国土资源战略研究”项目持久化、常态化,提高研究内容的战略含量,从国家层面加强对重大问题的协调力度。

    2)编制部门战略规划,或加强部门发展规划的战略引导,向“三大”提升。

    3)有条件地实施部内整合,发挥基础地质调查、测绘、国土信息和经济研究工作对土地、矿产资源和海洋管理的全面支撑作用。

    4)基于“智能地球”(中国),搭建国土资源管理信息化的综合平台,从小到大,分步实现多门类资源的信息交流和共享。

    5)加强跨部门协调,在政企分开、所有权与行政权分离的前提下,逐步推进“非全能”、服务型的大部门制。

    6)在现行法规基础上适时启动国土资源和空间的综合立法。

    (四)几点困惑

    1)国土、资源管理和地质工作中积累下来的矛盾比较多,化解矛盾要有一个过程,现在是不是推出“三大”的合适时机?

    2)“三大”是从国家层面立意的,眼下设想“三大”的高度还不完全上得去。

    3)“三大”的容量放大了,没有现成的抓手,有待于实践中探索。

    (该文原载《国土资源战略与构建保障和促进科学发展新机制(2009年度)》、国土资源部信息中心《国际动态与参考》2010年第1期(总第439期)。本文为国土资源管理改革与战略高层论坛上的演讲。演讲于2009年11月19日。郭文华、刘丽、陈静、李政制作图表,王凌云整理。)

     
     
    国土资源战略研究的起点和基点

     

    7月7日,国土资源部中国地质调查局在湖北宜昌鄂宜页1井页岩气调查重大突破成果研讨会上透露,中国地质调查局部署实施的鄂宜页1井,在地层形成于约5亿年前的寒武系水井沱组,获得了6.02万立方米/日、无阻流量12.38万立方米/日的高产页岩气流,并首次在形成于约6亿年前震旦系陡山沱组发现页岩气藏——迄今全球发现的最古老地层中的页岩气藏。

    这是世界页岩气勘查史上的一个重大突破——在排液仅40分钟,鄂宜页1井就形成高产气流并点火成功。鄂宜页1井,成为我国中扬子地区首次获得页岩气工业气流的参数井,也是迄今世界上在最古老地层中获得页岩气重大发现的参数井。鄂宜页1井,还标志着我国南方老地层的页岩气勘查在中部率先实现了突破。

     

     

    长江经济带主要油气、页岩气田分布示意图

     

    鄂宜页1井压裂施工现场技术研讨

     

    ①半个世纪的梦想终成真 

    “鄂宜页1井的突破,圆了中国地质人半个多世纪的梦想。”中国地质调查局武汉地调中心主任姚华舟说完,介绍了地质人在南方寻找油气资源的艰辛历程。

    在地质学中,与华北板块相对应的南方大陆叫扬子板块。其中,四川盆地以东的渝东、湖北、湖南及江西的一部分被称为中扬子。新中国成立后,华北板块上的油气勘探突破接踵而至,可扬子板块除了在上扬子的四川盆地内部找到普光、元坝、安岳气田,在四川盆地周缘的川东及川南地区获得页岩气突破外,中、下扬子一直没有大的发现。

    怀着找油找气的梦想,自1958年开始,地质人年复一年在中扬子地区深耕细作。但无奈这里地质条件太复杂,总的成藏条件不是太好,油气勘探一直没有大的进展。

    “有人形象地把中扬子地区比喻为摔在地上还踹了一脚的玻璃块。”中国地质调查局李四光学者、武汉地调中心油气资源室主任陈孝红说,“中扬子虽然被人们视为一个完整的板块,但其实是被秦岭—大别造山带与江南—雪峰造山带挤成的碎玻璃块。”

    “尽管如此,地质人始终没有放弃在中扬子寻找油气资源的梦想。”姚华舟说,在经过半个多世纪的艰苦探索后,地质人对中扬子地区海相层系成藏条件、盆地的构造演化、构造圈闭类型等形成了一系列新认识,认识到黄陵基底等对于区域构造格架的稳定作用。特别是在油气调查类型上,实现了由单一找常规油气向常规油气与非常规油气并重的转变,从而在鄂宜页1井实现了页岩气勘探的重大突破,圆了地质人半个多世纪以来的梦想。

    ②变顺藤摸瓜为寻根究底 

    谈到突破,武汉地调中心鄂宜页1井项目部的刘安、张保民、罗胜元、李海、张国涛、危凯、曾雄伟、李培军等一帮年轻人说,关键就是找矿思路由原来的顺藤摸瓜变为现在的寻根究底。

    他们介绍说,常规油气找矿理论可概括为生、储、盖、移4个字,即确定油气生成地层后,再找油气的运移通道和有良好盖层的储存空间。而页岩气则属于生成后原地保存的天然气,不用考虑运移通道因素。

    依据这一原理,武汉地调中心在一开始就形成了独具特色的页岩气勘查模式,即在勘查团队组建上,选择与油气资源生成密切相关的地层古生物研究室为主体,再根据工作需要不断引进和补充油气地质研究人员;在研究思路上,坚持从基础地质调查做起,以坚实的地质调查为基础,从一大堆碎玻璃片中找出相对较大的碎玻璃块。

    “这个勘查模式更显示了生物生油理论与勘查单位优势学科有机融合的魅力。”姚华舟说。

    原来,武汉地调中心自1962年成立后,一直以中扬子地区地层、沉积、构造等基础地质研究为主,以宜昌黄花场“金钉子”剖面、关岭生物群等为代表的地层古生物研究更是在全球享有盛誉。页岩气赋存在富有机质页岩中,而页岩往往富含生物化石,是地层古生物学家的重要研究对象。这些因素无缝对接,为中扬子页岩气勘查新模式的形成创造了条件。

    从2007年开始,武汉地调中心承担的《雪峰山西侧地区海相油气地质调查》《中南地区非常规油气形成地质背景与富集条件综合研究》《中南地区页岩气调查评价》《中扬子地区页岩气基础地质调查》等油气、页岩气研究项目硕果频出,和页岩气相关的新认识也逐渐清晰:宜昌地区在寒武纪早期处于台棚过渡相带,富有机质页岩的厚度较大,往往能达到数十米至上百米,页岩富含有机质,生烃条件好;宜昌地区发育古老的结晶基底,在印支期以来的构造运动中相对稳定,地表地质调查和地震剖面解释断裂不发育,页岩气保存条件好;宜昌黄陵古隆起属于继承性古隆起,长期隆起致使寒武系水井沱组页岩的热演化程度相对较低,页岩气形成的时间晚,气体逸散时间相对坳陷区短,有利于页岩气富集;宜昌地区大面积寒武系水井沱组、志留系龙马溪组页岩埋深在1000~3500米,地层倾角一般在10°以下,有利于部署页岩气地质井和参数井……

    对这些专业表述,陈孝红用3个比喻进行了解释:宜昌是华南的“根”,基底是30多亿年前的太古代地层;宜昌是生命的“源”,是华南最早的海底多细胞生物分布区,为油气成藏提供了丰富的物质来源;宜昌是恐龙的“家”,侏罗纪和白垩纪地层为油气的保存盖上了厚厚的被子。

    “良好的刚性基底、完整的沉积盖层、丰富的烃源岩,使宜昌成为油气成藏的有利地区。”陈孝红说。

    在这些新认识指导下,新的勘查模式率先在宜昌开花结果。2015年,武汉地调中心在宜昌点军区车溪和远安县石桥部署了两口页岩气调查井,在中扬子地区寒武纪、志留纪系地层进行页岩气调查。

    2016年4月28日,鄂宜页1井正式施工,开启了宜昌地区寒武系页岩气的系统评价。2017年1月22日,在鄂宜页1井评价基础实施侧钻水平井,4月13日进入压裂试气阶段,5月11日,压裂液返排开始。

    “排液40分钟时,监测人员抱着试试看的心态将火种伸向排液口,没想到一下就腾起近1米高的火焰。”承担压裂任务的中石化江汉油田页岩气开采服务公司总经理袁发勇说,而且这还是在气液尚未分离、排液孔口径10毫米的情况下实现的。

    ③创新助推梦想启航 

    “鄂宜页1井创造了我国页岩气勘查的多个第一。”中国地质调查局油气咨询专家乔德武兴奋地告诉记者:“第一次在复杂构造区的寒武系老地层中找到高产页岩气工业气流、第一次在中扬子地区采用水平井压裂、第一次在中扬子地区使用国产桥塞……”

    “能实现这么多第一,还在于我们贯彻了分工合作、有机整合、成果共享的市场化条件下科技创新机制。”武汉地调中心副主任张旺驰说,这也可以看作是新的勘查模式的一大特色或内容。

    在项目实施过程中,武汉地调中心在坚持地质理论、认识创新的同时,还同工程施工单位一起深入研究工程施工中技术工艺的创新。如在直井施工中,武汉地调中心地质人员与核工业216大队技术人员一起,通过技术工艺创新解决了施工中遇到岩性复杂井斜控制难、高演化页岩解气精度不高等难题,使完钻后的鄂宜页1井井眼直,固井质量好,目地层定位准确,为水平井准确入靶和完井作业奠定了良好的基础。

    “特别值得称道的是江汉油田页岩气开采服务公司。他们宁可自己经济上吃亏也坚持为地质服务。”张旺驰介绍说,在水平井施工前,页服公司技术人员研究主压裂层的剖面图后发现,页岩层呈北东—南西向以8~10 度的倾角展布,若水平井向北东方向施工,压裂后排放压裂液时就有一定的势能可以利用,既不用再上工程手段增加排液费用,还会节约排液时间降低总体费用。但当地质人员提出下倾角下方的页岩层赋气性更好时,总经理袁发勇当即表示:“朝最好的页岩层打钻,排液不畅就上手段!只要能打出高产气流,我们亏的钱就当是对中扬子油气大突破的贡献!”

    地质与设计施工单位融合创新,带来了一系列对中扬子板块油气勘探突破具有现实借鉴意义的成果:

    创新地质与工程联合攻关的地调项目工作新模式。坚持以实现产能最大化的地质目标为导向,地质设计与工程施工一体化;强调钻完井工程的目标整体化下各个施工环节工作目标责任制以及无缝对接管理。制定了工程设计和施工过程考核与最终地质目标相结合双重目标责任制考核方法。建立了以地质目标引导过程考核,以过程严格考核促进地质目标实现的目标责任制考核管理方式。

    创新低勘探程度地质工程一体化技术。提出了低勘探程度复杂构造条件下“精细描述—技术研究—工程设计—组织实施—综合评价”地质工程一体化技术,集多学科气藏研究、全方位项目管理及钻完井设计施工于一体,攻关形成了适应寒武系页岩储层特征的钻完井一体化工程技术系列。

    创新构造复杂区低勘探程度定录导一体化技术。提出了低勘探程度构造复杂区分段分级控制、井震剖面对比—计算—预测—调整地质导向方法,优化设计了变曲率渐增式五段制井眼轨道,优选出精准导向钻具组合和钻进参数,创建了定向+录井+地质导向联合工作模式,形成了构造复杂区低勘探程度定录导一体化技术。

    创新复杂地质条件下高位垂比长水平段井壁稳定技术。研制了低温乳化剂、润湿反转剂、降滤失剂,自主研发了低温防垮塌油基钻井液体系,创新提出了全过程井壁稳定预控模式,形成了复杂地质条件下高位垂比长水平段井壁稳定技术,解决了寒武系页岩层长水平段水化失稳难题。

    创新常压低温高钙质高应力差页岩储层改造技术。在国内率先提出了常压低温高钙质高应力差页岩储层“主缝+复杂裂缝”改造思路,评价分析了寒武系常压低温页岩储层“六性”特征及其改造效果影响因素,建立了寒武系常压低温页岩储层复杂缝网评价方法及模型,优化了支撑剂组合方式、射孔方式、泵注程序等施工工艺。

    创新低温低伤害页岩气压裂液体系。研制了低温破胶剂、减阻剂、稠化剂、助排剂,自主研发了低温低伤害FLICK滑溜水和低温低伤害LOMO胶液体系,有效提高了常压储层压裂液返排率,减少了储层伤害,打破了国外技术垄断。

    鄂宜页1井的突破,增添了企业在中扬子的油气勘探信心。现在,中石油已在相邻区块内完成300平方公里的三维地震,并已部署一口评价井;中石化则拟直接利用尚在压裂试气中的鄂宜页2井的资料和经验,在进行充分准备后直接进入开发。

    ④为了梦想衣带渐宽终不悔 

    “鄂宜页1井的突破,离不开项目组全体人员付出的泪水、汗水和心血。”武汉地调中心党委书记胡茂焱动情地说,“为了找到扬子板块油气资源勘探的突破点,为全面突破提供科学理论和实践经验,项目组的同志只得将对家人的愧疚深压在心底。他们无愧于中国地质人的称号!”

    这个团队在陈孝红、王传尚的带领下,用一个个创新性成果回报了家人对自己的支持与理解:

    以这一项目为平台,陈孝红修订了宜昌地区寒武纪、志留纪地层格架,建立了宜昌地区寒武纪镶边碳酸盐台地边缘沉积相模式和志留纪前陆盆地沉积相模式,发现了寒武系、奥陶系甲烷渗漏证据以及古地理、古环境和古气候变化及其对页岩气储层的制约关系,为页岩气有利区优选、井位部署提出了科学依据。

    王传尚提出了宜昌地区页岩气具备多层系立体勘探潜力的认识,为页岩气参数井的部署提供了依据。

    刘安通过项目实施查明了寒武系页岩气地质条件,获得了含气性参数,圈出了远景区。通过古流体研究,分析了中扬子重要圈闭构造的油气保存条件,明确了宜昌地区古流体演化过程与页岩气富集的关系。

    张保民通过深入研究,精细刻画了宜昌斜坡带寒武系富有机质页岩的发育层位,明确了页岩的古地理分布特点,结合二维地震资料的分析解释,深化了宜昌斜坡带地层、构造以及古地理的认识,圈定了宜昌地区寒武系页岩气有利区。

    张国涛在全面收集、整理和分析中扬子地区震旦系和下古生界页岩有机地球化学特征后,编制了中扬子地区震旦系和下古生界各页岩的厚度、有机碳含量、成熟度等有机地化参数等值线图,圈定了中扬子页岩气远景区。

    罗胜元通过对中扬子复杂构造区页岩气形成富集机理的系统研究,提出宜昌斜坡区所处的黄陵古隆起对页岩气的形成和聚集有优越控制作用,是寒武系页岩气有利勘探区的认识……

    路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。项目组成员表示,今后,他们将继续发扬拼搏、奉献、创新的精神,为实现中扬子油气资源的全面突破继续努力。

    中扬子油气梦想扬帆起航

    对大多数人来说,青藏高原的美,在于碧空如洗的蓝天、一望无际的草原、风光旖旎的湖泊……但在中国地质调查局地质研究所大陆动力学研究室主任李海兵研究员的眼里,青藏高原的美隐藏在从古至今一次次的大地脉动中。“三十多年来,我一直从事青藏高原变形构造、活动构造与地震机制研究。地质研究不仅是我的工作,更是一份职责与使命。”

    行走在“世界屋脊”之上

    青藏高原是中国最大、世界海拔最高的高原,是印度洋板块与欧亚板块互相作用的结果。距今4500万年以前,印度洋板块向北方推进与欧亚板块发生强烈碰撞与挤压,在上新世末至第四纪初出现强烈的新构造上升运动,形成了目前的“世界屋脊”。

    自从1988年大学毕业被分配到地质所工作,李海兵就与青藏高原结下了不解之缘。在高原地区工作要面临各种风险。最危险的一次是2003年在藏北阿里无人区工作期间,他因感冒引发肺水肿,被送到医院抢救了几天才脱离危险。最惊险的一次是遇到山洪暴发,在洪水即将冲到帐篷的关键时刻,他将珍贵的野外样品从帐篷里转移出来。忆及往事,他没有后怕或犹豫,“我坚信地质工作的主战场在野外”。

    李海兵(左三)在野外工作现场。

    近年来,地质研究所举办大学生地学夏令营,带领来自全国地质院校的大学生开展地质研学。这些大学生们对李海兵印象深刻:“李老师知无不言,许多世界前沿的科学认知以及最新的理论成果,都拿出来和我们探讨。”“他在给我们讲授知识时,总是‘手舞足蹈’、两眼放光,而且想要将他研究多年、处于世界前沿、现在在课本上还见不到的成果都教授给我们。”“无论我们提出什么样的问题,李老师总是鼓励赞赏我们,并一步步引导我们,为我们耐心解答。”学生们说,在他身上看到了地质学家对地质的那种炽烈的热爱和对后辈的慷慨无私之情。

    对地质的热爱始终支撑着李海兵。在工作中,他敏锐把握国家战略需求和世界科技发展态势,提出战略性、前瞻性、创造性的研究构想,引领原创性重大理论与实践问题的研究和关键领域攻关,只为揭开青藏高原的神秘面纱。

    30年来,李海兵多次组织开展青藏高原强地震应急调查,确定了阿尔金、东昆仑、龙门山、鲜水河等青藏高原主要断裂带的几何展布,研究了断裂的运动速率和强地震复发周期,总结出青藏高原不同块体的地质、地貌、断裂组合和地震活动特征,提升了对青藏高原强震活动性、活动规律的认识,在汶川地震机制及破裂过程、青藏高原大型断裂带构造变形与活动历史、主要断裂带强地震复发周期和动力学过程等方面取得了重要的创新性成果,得到国内外同行的广泛关注和高度认可,为国家防震减灾政策制定提供了基础和依据。

    地震应急科考“先锋兵”

    自2001年11月东昆仑可可西里发生8.1级大地震以来,我国青藏高原及周边地区进入地震活跃期,持续发生多次破坏性强震。昆仑山、新疆、汶川、玉树……每当大地震袭来,李海兵总是第一时间奔赴地震灾区,开展地震应急科学考察,为抗震救灾和防震减灾提供第一手资料。

    频发的余震、破裂的山体和地表、垮塌的建筑物从未阻挡住他前进的步伐。2008年汶川大地震发生后,李海兵和汶川地震地表破裂带调查及科学钻探选址考察队在汶川、北川、青川等地进行为期30天的同震地表破裂带研究。白天,他们沿着地震破裂带认真勘察,走访当地群众,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,裹着睡袋打个盹儿就开始新一天的工作。在如此巨大的工作压力和严酷的工作环境下,他一直以饱满高昂的工作热情影响和感召着考察队全体成员,通过细致认真的勘查和扎实严谨的分析,及时形成对发震机制的认识,为上级分析研究余震灾情提供了重要依据。

    作为国家重大科技专项汶川地震断裂带科学钻探工程的总地质师,李海兵通过组织实施汶川科钻工程,发现和确定了汶川地震两阶段破裂过程和两种不同的滑移机制,识别出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,发现了世界上最低的断层有效摩擦系数(≤0.02),第一次记录到大地震后断裂快速愈合信息,完善了地震断裂理论,对认识大地震孕震机制和地震周期具有重大意义。

    坚守初心矢志报国

    作为一名新时代地质工作者,李海兵深知自己肩负的责任和使命,“我时刻都在提醒自己要立足科技前沿、围绕国家重大需求开展研究,切实把履行责任、担当作为转化为具体的工作和行动,为经济社会发展作出贡献”。

    近两年来,李海兵带领团队,在鲜水河活动断裂带开展了1∶5万专题地质调查和填图工作。2020年,他参加了中国地质调查局领导的地质安全风险评价工作,为川藏铁路建设提供调整优化建议,得到了自然资源部、中国地质调查局的充分认可和表彰,相关成果入选了中国地质学会2020年十大科技进展。“这些成果都表明,基础地质研究可以有效服务国家需求。”李海兵语调略带自豪地表示。

    地调科研工作的过程也是人才培养和团队形成的过程。作为团队领军人物,李海兵组织并领导团队开展地球科学研究,积极树立协同发展思维,充分发挥团结合作精神,通过项目培养聚集了一批青年人才。团队成员近年来一直活跃在青藏高原活动构造与断裂作用研究第一线,先后主持和参加了多个国家科技支撑项目、国家自然基金重点和面上项目、973项目以及多轮地质调查项目,取得了一系列重要的研究成果,得到国内外同行的广泛关注和高度认可,成为国内外活动构造、断裂作用与地震机制研究的一支重要力量。团队成员马晓丽因在推动我国地震灾害评价体系建设和促进中外科研合作交流等方面的突出贡献,荣获第十届“黄汲清青年地质科学技术奖”、中国政府友谊奖;潘家伟、郑勇入选中国地质调查局首批图幅地质填图科学家名单;李海兵团队入选自然资源部(原国土资源部)重点领域创新团队。

    今年五一前夕,李海兵荣获了“全国五一劳动奖章”。他将这份荣誉视为一种激励,将奋楫扬帆、赓续前行,在青藏高原上书写更宏伟的篇章。

    (来源:《旗帜》2023年第9期;作者系中国矿业报记者)

     
    旗帜网:聆听大地脉动的地质人

    中国地质调查局北京探矿工程研究所日前依托定向钻进工艺技术,在山西吕梁临兴区块完成大位移水平井地质导向技术服务。

    施工井位于山西省吕梁市,设计井深2614m。自462m开始,由探矿工程所提供以定向钻进工艺技术为核心的地质导向技术服务,作业井段长2152m,其中水平段长1000m,最大井斜91.3°,A靶点中靶精度0.12m,砂岩储层钻遇率为99.3%,水平段用时5.75天,创造了该区块有史以来同井型水平井最快进尺记录。

    作业过程中,探矿工程所技术人员在40℃以上的酷暑天气中始终保持昂扬斗志,通过优化井身轨迹设计,井底工程、地质参数精准测量,动态分析钻进情况,及时调整优化钻具组合和定向、复合钻进工艺参数,有效解决了目的层地层倾角不稳定、扭方位后定向托压严重的技术难题,高效率高精度完成了水平段地质导向技术服务工作,展现了过硬的技术本领和良好的服务形象。 

     

     
    探矿工程所定向钻进工艺技术成果成功服务致密砂岩气...

    近日,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组织专家在海南省海口市对“滩涂区综合地球物理测量技术指南”进行了第四次讨论。来自青岛海洋地质研究所、天津地质调查中心、武汉地质调查中心、地质力学研究所、航空物探遥感中心、广州海洋地质调查局等单位的专家参加本次研讨会。

    项目负责人、指南起草人王大勇同志详细汇报了指南的编写背景及前期征询意见和修改情况,专家组在听取汇报并详细审阅文本后,充分肯定了指南中针对不同调查目标的方法技术组合和指南适用性,对指南中方法技术应用参数进行了讨论,结合项目实验效果提出了修改意见。专家一致认为,该指南对海岸带地球物理调查工作具有明显的指导意义,对推进海岸带地质调查工作具有积极意义。

    由于该指南只适用于砂质和硬泥质滩涂区,专家组建议应该进一步开展软泥质滩涂区示范调查,增加指南的完整性和普适性,同时建议增加其他地质调查目标体的示范调查工作,完善不同调查目标的技术参数。

     

    “滩涂区综合地球物理测量技术指南”研讨会成功召开

     
    缪秉魁教授展示陨石。


     
    从不同角度拍摄的灶神星陨石。

      近日,我国学者最新研究发现,在中国第30次南极科学考察中,科考队员在南极格罗夫山地区发现的一块陨石为灶神星陨石,为我国开展灶神星的成分和形成研究、以及开展深空探测相关研究提供了充足的研究样品。

      除月岩外,陨石是人类获得的唯一地球外岩石样品,堪称“天外珍宝”。截至目前,我国共在南极格罗夫山地区发现12035块南极陨石,目前已完成分类2737块。

      灶神星是木星和火星之间的主小行星带的第4号小行星。一般认为它具有类似地球的核幔壳结构,是认识类地行星起源的理想研究对象,也是国际深空探测的重要目标之一。此前,我国曾在南极发现过2块仅数克重的灶神星陨石,编号分别为GRV99018和GRV051523,研究可用样品十分有限。

      据桂林理工大学地球科学学院副院长缪秉魁教授近日在上海市曹杨中学做科普报告时介绍,在中国第30次南极科学考察中,科考队员在南极格罗夫山地区发现583块陨石。经过近一年努力,桂林理工大学对其中149块样品进行了分类研究和命名。其中,最大一块陨石达1300克,经检测为灶神星陨石,已按照国际惯例将其编号为GRV13001。

      “从外表看,这块灶神星陨石具有较完整的熔壳,熔壳深灰色,内部质地为灰白色。通过显微镜观察,该陨石具有角砾结构,角砾具有次辉绿结构,基质碎屑矿物组合和成分与角砾完全相同,属于玄武岩质陨石。”缪秉魁说,“这种岩质的陨石有来自火星、月球、和小行星三种可能。根据矿物成分和氧同位素分析,排除来自火星和月球的可能,应来自灶神星,为钙长辉长无球粒陨石,属于灶神星陨石。”

      据介绍,除灶神星陨石外,我国在南极格罗夫山地区收集的陨石种类还有珍贵的火星陨石、普通球粒陨石、常见碳质球粒陨石、铁陨石、石铁陨石以及包括橄辉无球粒陨石在内的原始无球粒陨石等,大部分特殊类型的陨石均有发现。不过,但到目前为止,格罗夫山地区尚未发现月球陨石。





    我国科学家发现珍贵灶神星陨石
      在2012年举行的国家科学技术奖励大会上,“青藏高原地质理论创新与找矿重大突破”项目获得国家科技进步奖特等奖,引起了业内人士的极大关注。

      “青藏高原地质理论创新与找矿重大突破”项目一度被国内外专家评价为“中国地质工作的重要里程碑”、“国际上10年来推动喜马拉雅造山系研究做出的最重要贡献”。它的重要意义在于,在我国,乃至在世界上是首次实现了青藏高原地质调查空白区的全覆盖,面积达220万平方千米,完成了177幅地质填图,而且经过研究,在青藏高原还发现了3个重要的成矿带……

      这一长串的荣誉、成果背后,是成百上千名地质工作者努力数十年的结果。而在这群人当中,中国地质科学院矿产资源研究所区域成矿规律研究室主任唐菊兴是奋战在青藏高原上时间最长的一个。从1995年起,他一直坚持在青藏高原野外一线从事矿产勘查与研究工作,并在雄村、甲玛、铁格隆南、尕尔穷等矿产勘探项目中取得铜多金属找矿重大突破,提出了冈底斯成矿带存在俯冲型铜金成矿作用,班怒带、冈底斯成矿带存在浅成低温热液成矿作用等创新性认识,并取得一系列重大找矿成果。

      甲玛铜多金属矿横空出世

      从2006年起,唐菊兴开始主持甲玛铜矿的勘探评价工作。

      其实,自20世纪90年代初以来,甲玛铜多金属矿床就开始详查工作。不过,由于当时将“海底喷流成矿”理论作为矿产勘查的理论指导,重点是对浅部的铅锌铜矿体进行勘查,如果要突破浅成“海底喷流成矿”观点,是需要极大的勇气,也需要开展大量的基础地质工作来加以佐证。

      唐菊兴带领研究团队在对1∶1万土壤地球化学测量、1∶1万激电探测、1∶1万高精度磁测成果以及前人资料进行分析和研判的基础上,认为该矿床存在斑岩成矿系统特有的异常元素组合和蚀变分带,存在斑岩成矿体系的勘查地球物理异常特征。随后,也就是2008年,他开始组织团队通过钻探施工来初步验证结论。

      在青藏高原这样的地段进行钻孔施工,按照惯例,钻孔深度达到地下300米、400米时,如果没有发现矿就会放弃了。但这一次,当他们钻深到地下400米依然没有发现矿准备放弃时,唐菊兴通过研究分析,觉得不能轻易选择放弃。他果断决定要在这里继续施工,终于在钻孔深度达到500米时,发现了厚度达到200多米的铜矿体,初步总结出了甲玛铜多金属矿床具有“斑岩+矽卡岩+角岩+推滑覆构造控岩控矿”的特征。

      在2009年~2013年期间,他们陆续发现了巨厚的矽卡岩型铜多金属矿体、斑岩型钼铜矿体、独立的金矿体、角岩型铜钼矿体和推滑覆构造中的富铜矿体,也就是现在的世界级大矿甲玛铜多金属矿,从而最终构建了“斑岩+矽卡岩+角岩+推滑覆构造控岩控矿模式”,为区域找矿指明了方向。

      目前,甲玛铜多金属矿已经投产开发,2011年已经实现利税3亿元。

      理论创新助力找矿重大突破

      唐菊兴提出的冈底斯成矿带存在俯冲型铜金成矿作用的新认识对指导区域找矿发挥了重要作用。

      雄村铜(金、银)矿床是西藏地勘局20世纪90年代初发现并在该区域开展了预查和普查工作。由于该矿床类型存在诸多争议,至2003年仍未取得实质性突破。唐菊兴带领研究团队,通过全球对比研究,认为雄村铜金矿床具有岛弧型斑岩铜金矿床的地质特征,表明冈底斯成矿带存在典型的岛弧型斑岩铜金矿床,提出了冈底斯成矿带除了大陆成矿作用以外,尚存在大洋俯冲成矿作用,从而开辟了新的找矿方向。

      唐菊兴还与西藏地勘局的勘查人员一起发现了成矿地质体具有亏损地幔来源特征,也由此新发现了多处具有大型潜力的矿产地,取得重大找矿突破。截止到2013年12月,雄村铜金矿I号、II号矿体探明铜资源量238万吨,伴生金资源量202.7吨,伴生银资源量1041.9吨(331+332类别资源量为主)。该矿目前已进入开发阶段。

      班公湖-怒江成矿带是否具备与冈底斯成矿带同样规模巨大的资源潜力?唐菊兴和他的研究团队经过艰辛探索得出了肯定的结论。他们认为,该类矿床的中浅部属于蓝辉铜矿-铜蓝-砷黝铜矿-硫砷铜矿-明矾石-地开石-高岭石矿物组合的高硫化型浅成低温热液型铜(金银)矿体,深部为斑岩型铜(金)矿体,是目前西藏地区发现的首例高硫化型超大型浅成低温热液铜(金)矿床,比我国著名的福建紫金山铜金矿床规模还要大得多。从科学理论创新意义的角度来讲,他们对该类矿床的识别,提出了班-怒带矿床组合的新认识,开拓了新的找矿方向,提出青藏高原腹地早在1.2亿~1.1亿年间就已经发生了大规模隆升,并接受近1000米的剥蚀的新结论,对成矿系统的保存、改造提出了新的观点。该成果也结束了西藏没有超大型高硫化型浅成低温热液型铜(金银)矿床的历史。

      2009年~2013年期间,他们在这一成矿带探获铜资源量约10万吨、共生金资源量约25吨,助力和支撑多龙整装勘查区铁格龙隆矿区、拿若矿区取得了找矿新突破。截至2014年12月31日,铁格隆南的铜资源量(332+333)已经突破850万吨,拿若的铜资源量达到251万吨(332+333)。

      坚持下去必获成功

      青藏高原作为“世界屋脊”,因其难以被认知、难以被征服而被称为“科学的高地”。

      由于海拔、气候等条件的限制,在幅员辽阔的青藏高原进行科学研究特别艰难。尤其是缺乏基础研究资料,缺少在高原地区所必须的独特勘查技术和装备。人都说“铁打的营盘流水的兵”。就是在这样的环境里,在超过20年的时间里,唐菊兴率领的团队队员面孔在不断变换,而他却始终如一,坚持奋战,初心不改。他用双脚丈量着这片高地,寻找着沉睡亿万年的地质宝藏。他说,奋战在青藏高原的地质工作者,付出的不仅仅是汗水、泪水,甚至是生命。正如流行在西藏地矿行业的那句话所说的——在青藏高原工作,最缺的是氧气,不缺的是精神!

      至今,唐菊兴主持勘查评价的铜多金属矿新增资源总量相当于“18个大型铜矿、18个大型金矿、6.9个大型钼矿、11个大型银矿、2个大型铅锌矿”,为西藏少数民族地区的资源评价和我国铜多金属资源储备做出了重大贡献。他本人也因此获誉颇丰:入选国土资源部首批“国土资源科技领军人才开发和培养计划”和“国土资源科技创新团队培育计划”;先后荣获国家科技进步特等奖1项,国土资源部科技奖一等奖3项,中国地质学会十大找矿进展成果奖1次、十大科技成果奖1次,中国地质科学院十大科技进展奖3次;培养博士生、硕士研究生54名。

      唐菊兴说:“青藏高原给予我广阔的胸怀,收获的喜悦和成熟的思维。付出了就会有收获,但坚持是最重要的。在青藏高原,唯有坚持,再大的困难都会克服;唯有坚持,才能发现和评价一个个大矿床。坚持下去!”


    中国地质调查局首批“李四光学者”称号获得者唐菊兴

      

       在2012年举行的国家科学技术奖励大会上,唯一获得国家科技进步奖特等奖的项目十分引人注目。那就是“青藏高原地质理论创新与找矿重大突破”。
        这个项目一度被国内外专家评价为“中国地质工作的重要里程碑”、“国际上十年来推动喜马拉雅造山系研究做出的最重要贡献”。它的重要意义在于,在我国,乃至在世界上是首次实现了青藏高原地质调查空白区的全覆盖,面积达220万平方千米,完成了177幅地质填图,而且经过研究,在青藏高原还发现了三个重要的成矿带……
        这一长串的荣誉、成果背后,是成百上千名地质工作者努力数十年的结果。而在这群人中,唐菊兴是奋战在青藏高原上最久的一个。他从1995年起,一直坚持在青藏高原野外一线从事矿产勘查与研究工作,并在雄村、甲玛、铁格隆南、尕尔穷等矿床勘探项目中取得铜多金属找矿重大突破,提出了冈底斯成矿带存在俯冲型铜金成矿作用,班怒带、冈底斯成矿带存在浅成低温热液成矿作用等创新性认识并取得一系列重大找矿成果。

        甲玛铜多金属矿横空出世

        从2006年起,唐菊兴开始主持甲玛铜矿的勘探评价工作。
        自上世纪九十年代初以来,甲玛铜多金属矿床就开始详查工作。但由于将“海底喷流成矿”理论作为矿产勘查的理论指导,重点是对浅部的铅锌铜矿体进行勘查。当时,要突破浅成“海底喷流成矿”观点,是需要极大勇气的,也需要开展大量的基础地质工作来加以佐证。
        唐菊兴带领研究团队在对1:1万土壤地球化学测量、1:1万激电探测、1:1万高精度磁测成果以及前人资料进行分析和研判的基础上,认为该矿床存在斑岩成矿系统特有的异常元素组合和蚀变分带,存在斑岩成矿体系的勘查地球物理异常特征。随后,也就是2008年,他开始组织团队通过钻探施工来初步验证结论。
        在青藏高原这样的地段进行钻孔施工,按照惯例钻孔深度达到地下300米、400米,如果没有发现矿就会放弃了。但这一次,当他们钻孔到地下400米依然没有发现矿准备放弃时,唐菊兴通过研究分析,觉得不能轻易选择放弃。他果断决定要在这里继续施工,终于在钻孔深度达到500米时,发现了厚度达到200多米的铜矿体,初步总结出了甲玛铜多金属矿床具有“斑岩+矽卡岩+角岩+推滑覆构造控岩控矿”的特征。
          2009年-2013年间,他们也陆续发现了巨厚的矽卡岩型铜多金属矿体、斑岩型钼铜矿体、独立的金矿体、角岩型铜钼矿体和推滑覆构造中的富铜矿体,也就是现在的世界级的大矿甲玛铜多金属矿。从而最终构建了“斑岩+矽卡岩+角岩+推滑覆构造控岩控矿模式”,对区域找矿指明了方向。
        目前,甲玛铜多金属矿已经投产开发,2011年已经实现利税3个亿。


        地质科技理论创新助力找矿重大突破

        唐菊兴提出的冈底斯成矿带存在俯冲型铜金成矿作用的新认识对指导区域找矿发挥了重要作用。
        雄村铜(金、银)矿床是西藏地勘局上世纪九十年代初发现并在该区域开展了预、普查工作。由于矿床类型存在诸多争议,至2003年未取得实质性突破。唐菊兴带领研究团队,通过全球对比研究,认为雄村铜金矿床具有岛弧型斑岩铜金矿床的地质特征,表明冈底斯成矿带存在典型的岛弧型斑岩铜金矿床,提出了冈底斯成矿带除了大陆成矿作用以外,尚存在大洋俯冲成矿作用,从而开辟了新的找矿方向。
        唐菊兴还与西藏地勘局勘查人员一起发现了成矿地质体具有亏损地幔来源特征,也由此新发现多处具有大型潜力的矿产地,取得重大找矿突破。截止到2013年12月,雄村铜金矿I、II号矿体探明铜资源量238万吨,伴生金资源量202.7吨,伴生银资源量1041.9吨(331+332类别资源量为主)。该矿目前已进入开发阶段。
        班公湖-怒江成矿带是否具备与冈底斯成矿带同样规模巨大的资源潜力?唐菊兴和他的研究团队经过艰辛探索得出了肯定的结论。认为该类矿床的中浅部属于蓝辉铜矿-铜蓝-砷黝铜矿-硫砷铜矿-明矾石-地开石-高岭石矿物组合的高硫化型浅成低温热液型铜(金银)矿体,深部为斑岩型铜(金)矿体,是目前西藏地区发现的首例高硫化型超大型浅成低温热液铜(金)矿床,比我国著名的福建紫金山铜金矿床规模还要大得多。从科学理论创新意义的角度讲,对该类矿床的识别,提出了班-怒带矿床组合的新认识,开拓了新的找矿方向,提出青藏高原腹地早在1.2~1.1亿年间就已经发生大规模隆升,并接受近1000米的剥蚀的新结论,对成矿系统的保存、改造提出了新的观点。该成果也结束了西藏没有超大型高硫化型浅成低温热液型铜(金银)矿床的历史。2009~2013年期间,探获铜资源量约10万吨、共生金资源量约25吨。助力和支撑多龙整装勘查区铁格龙隆矿区、拿若矿区取得了找矿新突破。截止2014年12月31日,铁格隆南的铜资源量(332+333)已经突破850万吨,拿若的铜资源量达到251万吨(332+333)。

        坚持下去必获成功

        青藏高原作为“世界屋脊”,因其难以被认知难以被征服而同样被成为科学的高地。
        由于海拔、气候等条件的限制,在幅员辽阔的青藏高原进行科学研究特别艰难。尤其是缺乏基础研究资料,缺少在高原地区所必须的独特勘察技术和装备。人都说“铁打的营盘流水的兵”。就是在这样的环境里,在超过20年的时间里,唐菊兴率领的团队队员面孔在不断变换,而他却始终如一,坚持奋战,初心不改。他用双脚丈量着这片高地,寻找着沉睡亿万年的地质宝藏。他说,奋战在青藏高原的地质工作者,付出的不仅仅是汗水、泪水,甚至是生命。正如流行在西藏地矿行业的那句话所说的——在青藏高原工作,最缺的是氧气,不缺的是精神!
        至今,唐菊兴主持勘查评价的铜多金属矿新增资源总量相当于“18个大型铜矿、18个大型金矿、6.9个大型钼矿、11个大型银矿、2个大型铅锌矿”,为西藏少数民族地区的资源评价和我国铜多金属资源储备做出了重大贡献。他本人也因此获誉颇丰:入选国土资源部首批“国土资源科技领军人才开发和培养计划”和“国土资源科技创新团队培育计划”。先后荣获国家科技进步特等奖1项,国土资源部科技奖一等奖3项,中国地质学会十大找矿进展成果奖1次,十大科技成果奖1次,中国地质科学院十大科技进展奖3次。培养博、硕士研究生54名。
        唐菊兴说:“青藏高原给予我广阔的胸怀,收获的喜悦和成熟的思维。付出了就会有收获,但坚持是最重要的,在青藏高原,唯有坚持,再大的困难都会克服;唯有坚持,才能发现和评价一个个大矿床。坚持下去!”
     

    不忘初心方得始终
    所在单位:中国地质科学院地质研究所
    完成人员:刘鹏举,陈寿铭,李猛(现工作单位在西安地调中心),尹崇玉
    项目来源:中国地质调查局,国家自然基金

    主要进展

      埃迪卡拉纪是隐生宙的最后一段地质历史时期,也是从“雪球地球”至“寒武纪生物大爆发”期间地质历史上的一个重要转折时期。因此,有关埃迪卡拉纪古生物学及地层学研究,一直是当今国际地学领域的研究热点之一。华南三峡地区是我国埃迪卡拉(震旦)系发育最为经典的地区,也是竞争埃迪卡拉系内部年代地层界线层型剖面最有竞争力的地区之一,课题组通过多年研究,最近以专著形式在美国Journal of Paleontology杂志上(见附图),系统报道了对三峡地区埃迪卡拉(震旦)纪微体古生物学的最新研究成果,同时在国际著名刊物Procambrian Research报道了有关生物地层和年代地层划分方面的建议。成果主要包括三部分:(1)通过对采自三峡地区埃迪卡拉系数千片燧石结核薄片的观察,发现大量以大型具刺疑源类为主的微体化石,共系统描述了90多个微体化石属种,其中包含3个新属、40个新种和2个合并种;同时,还对3个老种进行了修订,这一成果不但极大地丰富了埃迪卡拉纪微体古生物群面貌,而且也进一步理清了埃迪卡拉系陡山沱组大型带刺疑源类的系统分类,对于埃迪卡拉系的生物地层对比及早期生物演化研究具有重要的意义。(2)根据多条剖面上微体化石的地层分布特征,在三峡地区建立了两个疑源类化石组合,即下部的Tianzhushania spinosa组合和上部的Hocosphaeridiumanozos-H. scaberfacium-T. conoideum组合,而通过生物地层的对比研究,进一步提出上组合可与澳大利亚、欧洲板块东部和西伯利亚板块上的埃迪卡拉(震旦)纪疑源类组合相对比、而下组合在上述大陆缺失,这一观点的提出,不但解决了长期以来一直令人困惑的三峡地区与澳大利亚等地在埃迪卡拉纪疑源类化石组合对比中存在的问题,同时也表明我国峡东地区发育的埃迪卡拉纪微体化石序列最完善,为国际埃迪卡拉(震旦)纪年代地层划分提供了重要的生物地层依据。(3)提出以生物演化阶段为基础、以碳稳定同位素组成的重要变化界面为标志,对埃迪卡拉纪进行年代地层划分的设想,并对三峡地区几个具有潜在界线层型意义的剖面进行了详细的探讨。


    首次在华南埃迪卡拉系发现的几种微体化石类型


    专著封面
    1-4 中国埃迪卡拉(震旦)纪微体化石组合特征及地层...

    中国地质调查局北京探矿工程研究所近日依托自主定向钻进技术,在吉林油田完成大位移水平井地质导向技术服务。

    该井位于吉林省松原市,设计井深3635米,上部井段因绕障需要,设计方位扭转2次。自2081米开始,由探矿工程所提供以自主定向钻进技术为核心的地质导向技术服务,作业井段长1554米,水平段井斜87.6°,纯钻时间14.5天,砂岩钻遇率及油层钻遇率均为100%。

    作业过程中,技术人员克服低温天气,动态分析钻进情况,及时调整优化钻具组合和定向工艺参数,有效解决了目的层地层不稳定、扭方位后定向托压严重的技术难题,高效率、高精度完成了水平段地质导向技术服务工作。

     

     
    探矿工程所定向钻进技术成功服务大位移水平井施工