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    近期,中国地质科学院地质研究所在重建古亚洲洋构造域东部洋-陆转换以及东亚大陆北部陆壳聚合过程方面取得新认识,研究通过专题地质填图,查明了中亚造山带研究中争议较大的西拉木伦河蛇绿混杂岩的物质组成和构造变形特征;通过系统年代学、岩石学和地球化学研究,确定了蛇绿岩的成因类型及其代表洋盆的构造属性,获得了反映碰撞造山作用的关键变质证据,为重建古亚洲洋构造域东部洋-陆转换以及东亚大陆北部陆壳聚合过程提供了关键科学依据。相关研究成果发表在国际地学期刊《GSA Bulletin》和J《ournal of Asian Earth Sciences》上。

    我国内蒙古东南部位于中亚造山带东段南部,发育多条古生代蛇绿混杂岩带,被认为是西伯利亚和华北古板块之间古亚洲洋最终闭合的地区。由于对各条蛇绿岩带的成因类型和形成时代的认识分歧,导致地质界对该区晚古生代海洋盆地的构造属性和洋陆的演变过程,至今仍存在较大的认识分歧,这也是回答东亚大陆北部聚合过程的关键。西拉木伦河蛇绿混杂岩带位于中亚造山带东南部,其中蛇绿岩属于何种成因类型和所代表洋盆具有何种构造属性(是古亚洲洋演化晚期的残余洋盆、裂谷型小洋盆还是弧后盆地),是制约该区晚古生代构造演化的重大地质构造问题之一。

    针对这一问题,中国地质科学院地质研究所刘建峰研究员、李锦轶研究员及合作者在对西拉木伦河北侧杏树洼和半拉山蛇绿混杂岩开展1:5万专题地质填图基础上,对蛇绿混杂岩开展了系统的岩石学、年代学和地球化学研究,取得了以下主要进展:

    一是揭示西拉木伦河蛇绿岩代表一个类似现今太平洋的广阔洋盆,而不是裂谷或红海型小洋盆。在以往工作中,前人曾将杏树洼混杂岩中灰黑色板岩、变质粉砂岩及灰岩划分为正常的沉积地层单元,命名为上志留统杏树洼组(S3x)或西别河组(S3x),将其中的镁铁质和超镁铁质岩石划分为晚期侵入体。本研究表明,该地质单元为一套遭受了强烈的剪切变形的以硅泥质和凝灰质粉砂岩为基质,包含大小不等蛇纹岩、(枕状)玄武岩、辉长岩、硅质岩以及灰岩等外来岩块的构造混杂岩;在哈什吐井子村北山坡上可见代表洋岛/海山残片的枕状玄武岩、硅质岩和灰岩互层的复合岩块(图1)。对混杂岩中不同产状镁铁质岩块地球化学分析表明,其中既包含正常洋中脊(N-MORB)、富集洋中脊(E-MORB)、洋岛玄武岩(OIB),也包含岛弧以及陆缘弧等多种成因的蛇绿岩残片;对硅质岩岩块的分析也揭示其中存在深海和半深海环境的硅质岩。蛇绿岩和硅质岩成分的多样性表明,它们代表一个类似现今太平洋的广阔的海洋盆地,而不是裂谷或红海型小洋盆(图2A)。

     图1. 杏树洼蛇绿混杂岩中洋岛/海山岩块剖面及典型照片

    二是证实西拉木伦河蛇绿岩带是西伯利亚和中朝古板块之间古亚洲洋最终闭合的位置。西伯利亚古板块南缘和中朝古板块北缘早-中二叠世及之前的地层中碎屑锆石的年龄组成具有明显的差异(图2A)。对混杂岩基质开展碎屑锆石U-Pb定年结果获得2484Ma、1862Ma、456Ma以及280Ma年龄峰值(图2B)。通过对比表明,华北古板块北缘是混杂岩基质的主要源区,其中少量中、新元古代锆石的存在暗示西伯利亚古板块南缘也提供了物源。基质中存在两侧陆缘物质的贡献指示西拉木伦河蛇绿岩带代表两大古板块的最终缝合带,这也与晚古生代末期安加拉和华夏植物群地理分区反映的板块边界位置是一致的。中亚造山带东南部五道石门-二八地、达青牧场-迪彦庙以及贺根山等蛇绿岩混杂岩中碎屑锆石组成显示西伯利亚古板块南缘的亲缘性,它们代表西伯利亚古板块南缘增生过程古俯冲带或弧后盆地的位置。

     图2. 中亚造山带东南部索伦-西拉木伦河缝合带形成过程示意图

    三是提出古亚洲洋闭合之后西伯利亚和中朝古板块之间发生强烈的碰撞造山作用。在前人划分的“双井片岩”中解体出半拉山蛇绿混杂岩。不同于杏树洼蛇绿混杂岩,半拉山蛇绿混杂岩遭受了强烈的变质变形作用,基质为长英质片麻岩,岩块包括蛇纹岩、斜长角闪岩、角闪石岩(堆晶辉长岩)以及石榴斜长角闪岩。锆石U-Pb定年结果表明,石榴斜长角闪岩锆石核部年龄为279±4Ma,与半拉山中变辉长岩的形成时代相近;边部的变质年龄为256.5±1.3Ma,为晚二叠世。基质长英质片麻岩锆石边部年龄为250.2±1.0 Ma和251.5±2.5 Ma,与斜长角闪岩变质年龄相近,共同指示半拉山蛇绿混杂岩变质时代为晚二叠世末期。传统的矿物温压计计算和相平衡模拟揭示,石榴斜长角闪岩岩块经历了顺时针变质P-T演化轨迹,变质峰期的温、压条件分别可达700-725℃和8.5-8.8kbar(图3)。考虑到半拉山蛇绿混杂岩的变质特征,结合区域沉积、岩浆、变质、古地磁以及构造变形等资料,认为西伯利亚和华北古板块在晚二叠世末期沿西拉木伦河缝合带发生了强烈碰撞造山作用。

     图3. 半拉山蛇绿混杂岩中石榴斜长角闪岩P-T视剖面图

     
    中亚造山带东南部晚古生代末期洋-陆转换以及陆壳聚合...

         由浙江自然博物馆和宜州化石馆提供研究标本,地质研究所吕君昌博士为首的研究小组最近发现了在翼龙演化史研究上具有重要意义的翼龙:达尔文翼龙 (Darwinopterus) (图1)。达尔文翼龙是既具有进步类型(翼手龙类)的头骨和颈椎特征,又有原始类群(喙嘴龙类)的特征:长的尾部及足部 的第5趾具有两个长的趾节,这一发现填补了由原始翼龙向进步翼龙演化的过渡类型的空白。该研究成果发表于10月14日在世界著名科技刊物英国伦敦《皇家学 会会报,B辑:生物科学》(Proceedings of the Royal Society Series B)上。适逢今年为英国博物学家、进化论 奠基者达尔文(1809-1882)诞辰200周年和他的《物种起源》发表150周年,特命名为模块达尔文翼龙以纪念这两大重要事件。

     图1a 达尔文翼龙的照片

        翼龙是一类飞行爬行动物, 是中生代的空中主宰者,它们与同时代的陆地霸王——恐龙类几乎同时产生于晚三叠世末期 (约2.23亿年), 且开始适应于空中生活, 早于已知最早的鸟类-始祖鸟约7千5百万年,是地球历史上最早克服地球吸引力的脊椎动物。它们在地球上生活了将近6千5百万年前的白垩纪末期。而后来的飞行脊椎动物如鸟类和蝙蝠, 它们的出现都比翼龙类晚得多。古生物学家长期以来公认有两组不同类型的翼龙(图2): 长尾的原始类型和它们的后代——短尾的进步类型,其中的一些进步类型可达到巨型,两翼展宽可达10米以上。这两种类型之间存在大的、在达尔文时代就发现的演化空白,直到现在新标本的发现,才填补这一空白。

        达尔文翼龙是目前发现的唯一的处于长尾的原始喙嘴龙类和进步的、短尾的翼手龙类之间的过渡类型。它的头部和颈椎构造(头骨上鼻孔和眶前孔愈合一起形成大的鼻眶前孔,颈椎具有不发育的颈肋等)(图3)体现进步类群-翼手龙类的特征,而身体的其它部分与喙嘴龙的一样:比如长的尾部和第5脚趾具有两个长的趾节等。

        达尔文翼龙发现于大约1.6亿年的中侏罗世地层中,比著名、最早的鸟类-始祖鸟还要早大约1千万年。在这一时期发现的具有进步和原始特征的奇异组合的达尔文翼龙展示了许多关于进步翼龙类从它们原始祖先演化方面的信息。首先,这一变化非常迅速,且集中短期之内。其次,形成重要结构整个群体特征(一些研究学者称之为模块),比 如头部、颈部或者尾部的特征,看起来是一起演化的。但是达尔文翼龙显示这些模块却不是同时变化。首先头部和颈部变化,紧接着是身体,两翼,尾部,腿部,最 后才是足部。这似乎看起来自然选择作用于整个模块并使其变化,而不是通常所希望的只是对单个特征比如吻部的形状,或者牙齿的形态等起作用。

        达尔文翼龙的尖锐而长的牙齿显示它是肉食性动物,而其骨骼结构又显示它几乎肯定地在空中掠食(它在陆地上动作很缓慢,笨拙,表现在长的尾部和脚上第5趾有两节长的趾节等), 但是其牙齿不像其它翼龙那样吃鱼或者昆虫。它们同时代的会飞行动物,包括不同种类的翼龙,小的、滑翔的哺乳动物-翔兽以及鸽子大小食肉恐龙,比如近鸟龙(图4),它 们与达尔文发现于同一层位,因而很可能成为达尔文翼龙的食物。虽然我们对带羽毛的恐龙的真正飞行能力仍然不清楚,但是它们可能仅限于滑翔或者简单的振翅飞 翔和滑翔组合。因而,它们在空中的灵活性要比达尔文翼龙差的多。达尔文翼龙可能用它的长有具有尖锐牙齿的上下颌,不是在空中,就是当它快速掠过树枝或树叶 时抓住它的食物,非常类似于现在的蝙蝠从树和灌木丛间掠食昆虫。

        研究小组希望通过大量的工作来证实模块化演化的观点,但是如果它证明是真实的,那么它将有助于解释不仅仅是原始的喙嘴龙类是如何演化成更进步的翼手龙类,而且我们所知的快速、大尺度演化的动植物等其它许多例子也可能这样发生。恐龙绝灭之后的哺乳动物的异常辐射演化只是其中的例子之一。

        非常遗憾的是,我们周围所见到的导致许多生物多样性的这些事件很少有化石记录。达尔文敏锐地意识这一点,如他在物种起源中指出的,期望有一天发现的化石可 以填补这些空白。而达尔文翼龙的发现,在翼龙的演化方面,正好弥补了这一空白。这一发现虽然只是一小步,但却是很重要的一步。它为非常规和有争议的翼龙演 化模式首次提供明确的证据。在翼龙演化史研究上,具有突破性意义。因此,西方许多媒体比如科学日报(Science Daily),生命科学(Live Science)以及自然(Nature)的研究要闻(Resaerch Highlights)版都做了不同程度的报道。

        参加研究的人员有吕君昌博士(第一作者,地质所),大卫安文博士(英国莱斯特大学),金幸生博士(浙江自然博物馆),柳永清及季强研究员(地质所)。本研究由973项目和所长基金共同资助。

     参考文献:

    吕君昌,姬书安,袁崇禧,季强. 2006. 中国的翼龙类化石。地质出版社,北京 Pp147.

    Lü, J., Unwin, D. M., Jin, X., Liu, Y. and Ji, Q. 2009. Evidence for modular evolution in a long-tailed pterosaur with a pterodactyloid skull. Proceedings of the Royal Society B: doi:10.1098/rspb.2009.1603 (online)  

    翼龙研究获突破性进展

    党的十九大以来,科技体制改革成为推动我国经济社会高质量发展的重要支点之一。2017年国务院印发《深化科技奖励制度改革方案的通知》,其中提出,科技进步奖评选要围绕创新性、应用效益和经济社会价值,定标定额,以鼓励科技人员潜心研究。

    在2018年国土资源科学技术奖评选中,自然资源部充分适应新形势、新要求,共评选出63项获奖成果,其中一等奖7项。从本次获奖的项目成果来看,科研人员围绕用科技解决资源环境约束、提升国土空间管理治理能力等,创新开展了丰富且卓有成效的实践,多个项目成果体现了产学研合作、中央-地方协调联动的公益性地质工作。

     

    成矿规律研究思路和就矿找矿基本思路

    自然资源部中国地质调查局所属的中国地质科学院矿产资源研究所(以下简称“资源所”),在2018年度国土资源科学技术奖评选中硕果累累,共斩获2个一等奖、1个二等奖3个奖项。“全国一共7个项目成果获得一等奖,资源所一家单位就占有两席,确实厉害!”有专家在接受记者采访时也不由发出了赞叹。

    “全国重要矿产和区域成矿规律研究”项目是资源所本次获得一等奖的项目之一。记者近日专程来到资源所,采访了该项目的负责人——该所稀有稀土贵金属研究室主任王登红研究员。王登红表示,该项成果得益于部、局科技创新体制机制改革的引导与促进,更是团队合作的结晶。

    据了解,“全国重要矿产和区域成矿规律研究”项目是我国首次在国家层面开展区域成矿规律科学研究的工作,有效保障了“全国重要矿产潜力评价”工作的顺利完成。其相关成果不仅为摸清我国铁、铜、铝土矿、钾盐等重要矿种的矿产资源家底提供了理论指导,填补了成矿规律研究方面的一系列空白,开创了众多全国乃至全世界科技创新、理论创新、技术创新的先河,是我国矿产资源领域一项里程碑式的科研成果,更是为深部找矿、整装勘查、“三稀”矿产资源调查实现新突破提供了有力地科技支撑。

    项目培养了研究生24人,发表论文168篇,出版专著11部,其中《中国重要矿产和区域成矿规律》获得了第六届中华优秀出版物奖,也成为了目前唯一一部获此殊荣的地质矿产类图书。

    立足国家战略需求不断创新

    “在开展这项研究工作之前,成矿规律研究曾被很多人认为是‘拍脑袋的艺术’。这个项目起点高、涉及面广、难度大,是我国矿床学界有史以来罕见的一项全国性系统工程。”王登红介绍说,在此之前,大范围地开展成矿规律研究工作尚无先例,因此项目开始之初整个团队背负着“不小的压力”。

    亚瑟·柯斯勒曾说:“天才的主要标记不是完美而是创造,天才能开创新的局面。”艰巨的任务摆在王登红面前,对于他所带领的这样一支平均年龄不到40岁的朝气蓬勃的队伍来说,有压力,但对应的也是更大的创造的空间。经过8年的科技攻关,一系列创新成果如汩汩涌泉,为发展我国成矿学理论、提升成矿预测和潜力评价水平发挥了重要作用。

    据了解,在工程技术方面,该项目首次研发了统一的技术要求,集成创新了成矿规律研究思路和方法,设计并实现了全国23个主要矿种多要素编图的综合图例及编图标准化,弥补了行业空白,为指导全国的成矿规律研究提供了技术规范。

    在成矿规律方面,该项目重新划分了全国3个级别的成矿区带,首次实现了陆域和海域国土面积成矿带划分的全覆盖,系统总结了16个成矿省和17个单矿种(组)的全国性成矿规律,显著提升了我国成矿规律研究总体水平。

    在成矿理论方面,该项目提出了华南中生代新“三源成矿”理论,阐明了华南成矿省区域成矿规律和地球动力学新机制,建立了华南成矿省区域演化模式;提出了低温成矿域多期成矿模式,发现和探讨古老板块两侧对称成矿机制,显著提升了对区域成矿规律的研究程度和认知深度。

    在成矿预测方面,该项目提出了矿产预测类型、白钨矿趋势线等若干新概念、新认识,建立了典型矿床的描述性模式、成因模式和评价找矿模型,为指导找矿预测提供了理论基础,为矿产资源潜力评价提供了科学依据。此外,该项目还提出了“矿产预测类型”的概念及其划分方案,有效指导了找矿预测;提出了“五层楼+地下室”等找矿勘查模型,拓展了找矿思路,为深部探测提供了理论指导等。

    该项目成果还创新了同位素年代学测试技术方法,首次构建了中国成岩成矿年代学谱系。

    中国工程院院士裴荣富对该项目成果高度评价,认为该研究提出的“五层楼+地下室找矿模型”,对于指导深部找矿具有重要意义,可有效地指导找矿勘查部署工作;首次通过精确的同位素年代学资料刻画出中国矿床的成矿演化历史轨迹,构建了中国成岩成矿年代学谱系,为建立区域成矿谱系和深化区域成矿规律研究提供了方法和实现的途径。

    重视人才培养传帮学带

    团队——这是记者在采访中听到最多的一个词,不管是王登红自己,还是与他一起工作的同事、学生,总会不自觉地把项目成果和荣誉归结于集体智慧,记者能够感受得到,这决不是客套。

    王登红带领的这个科研团队秉承着一种精神:他们敲山问石、倾尽心血奔赴在祖国的崇山峻岭、戈壁荒漠之中,掘地求宝;他们不畏酷暑严寒、风沙雨雪,以星空为伴,与大地为侣,只为在大自然中找到造福人类的矿产资源;他们怀着一颗为国家为民族的胸怀、为理想为信念的意志、不怕苦不怕累的精神,任劳任怨,数十年如一日,一心只为地质事业,不做出成效决不回头。

    据了解,截至目前,这个团队开展过野外地质调查的矿产地已经有600余处,在全国各地几乎都留下了他们的足迹,提出了23个主要矿种的矿产预测类型划分方案,厘定出了388个矿产预测类型,指导了23个单矿种(组)成矿带划分和成矿规律研究,总结了17个成矿省的成矿规律……

    俗话说,以身作则胜于口头训诲。一个团队的成功离不开一个优秀的带头人,王登红就是这样一个用实际行动影响身边人的典型。用他学生的话来说,“王老师不仅知识渊博,为人也十分温润谦和,深受同学们的尊敬和喜爱。”作为自然资源部中国地质调查局评选的首批“杰出地质人才”之一,王登红为多个项目的主要成员,确实很忙,但他也从不忘记自身的责任和使命,尽心尽力为年轻人搭建平台。他常常挂在嘴边的一句话说:“你们这些年轻人赶快成长起来吧,国家需要你们。”

    “经过王老师修改的报告和论文常常是满满的注释和建设性的意见,大到报告和论文整体的课题把控,小到语句的表述,甚至是标点符号,他都会改出来。”从2009年到资源所工作,加入王登红团队已近10年的黄凡博士对此深有体会:“我刚到资源所时,被王老师安排出野外学习,本以为正值暑期,可以提前回京,于是在野外只待了一星期就返回单位了。王老师知道后,严厉地批评了我,当时我才明白王老师对待工作上的事从不含糊,交代的工作一定要认真完成。”

    团队成员刘丽君博士也讲了一个故事。她说:“王老师在做颈椎手术期间,看到核磁共振造影剂药物里含有稀土元素,眼睛瞬间就发光了,生病之余还查阅了该药物的相关资料,从一件药品的使用拓展到一种资源的开发利用和现状,这充分体现出一个科学家的家国情怀和触类旁通的科学素养。他就是这样一位心怀家国的科学家,以老百姓的视角想着怎么把科研工作运用到生活中,怎样跟老百姓生活密切相关。”

    团队成员代鸿章博士回忆起跟王登红一起出野外的情景时说:“王登红老师是一个工作起来忘记自己身体疼痛的人,别人身体不适他会很紧张很关切,自己身体不适却只会闷声忍着。有一次,我们在海拔4500米左右的川西甲基卡矿区开展野外工作,刚上山王老师就开始安排工作,讨论问题时并没有觉得他有什么不正常,但仔细观看就会发现,他因为高原反应而嘴唇发乌、脸色苍白,同学们让他原地休息,他却说自己没事。”

    一个在工作上无私奉献、笃定忘我的人,生活中又是什么样呢?刘丽君对记者说:“在生活中,王老师对学生的关心是无微不至的,但在野外共处时的点点滴滴却更让人感动。我觉得王老师不仅是老师,更像是一位慈父。每次和王老师一起出野外的时候,他总是走在前面,先查看地形地貌,害怕大家不熟悉路况,出现什么意外,不仅自己的东西自己拿,还抢着跟大家一起背地质样品。他就是这样宽以待人,严以律己,希望学生们能多学一点,也尽可能地为学生们遮风挡雨。”

    王登红就是这样一个热爱地质事业的人,他的学生说:“老师都这么努力,身为学生的自己有什么理由不去奋斗呢?”在他的学术指导和言传身教下,团队中的年轻人得到了充分锻炼,取得了优秀的成绩。

    据了解,在王登红培养的学生中,有很多人荣获了程裕淇优秀研究生奖、优秀学位论文等奖励,还有一些人在找矿勘查实践中取得了较大突破,于扬博士就是一个很典型的例子。在王登红的指导下,于扬在赣南通过6年坚持不懈分季度的采样监测,基本查明了离子吸附型稀土开采对环境尤其是水环境影响的各种因素,建立了稀土矿山环境评价的理论模型与SMAIMA工作方法体系,即:野外调查(S)-实验测试(M)-特征分析(A)-指标体系构建(I)-模型研究(M)-综合评价(A),为矿山环境评价和治理提供了新的技术平台。

    随着团队的不断壮大,团队间的业务交流就显得尤为重要,该团队建立并实施了周例会制度。据代鸿章介绍,此想法产生于王登红给年轻人修改文章的过程中,他考虑到团队中成员普遍较年轻,参加工作的时间较短,且每个人遇到的问题不同,如一一单独解答,费时费力且效率不高。因此,他提出,要建立一套长期高效的业务交流机制,于是每周的例会就这样开始了。据了解,团队每次例会内容丰富、主题鲜明、目标明确,大家在交流中发现问题,分享经验。更加难能可贵的是,经过多年如一日的坚持,这项交流活动已经成为了王登红团队的一个传统和特色,甚至在全资源所都起到了很好的示范作用。

    继往开来再创佳绩

    古人云,千人同心,则得千人之力。就是这样一个不到20人的团队,他们齐心协力取得了一个又一个成就,用自己的言行践行着“责任、创新、合作、奉献、清廉”的新时期地质工作者核心价值观。虽然,有时候因为常年在野外工作,他们错过了很多所谓的“机会”,但那并不妨碍他们默默无闻奉献自己的青春,也不影响他们在自己的工作岗位上创造奇迹。

    “我们做地质工作是为了勘查野外地质情况,为下一步的矿业开发提供第一手准确的信息,而不是为了追逐名利。”“我们要及时把科研成果转化成能造福百姓的实实在在的东西,做地质工作就是要造福人类。”当记者问到如何在工作中去找到心理平衡时,团队成员们基本都用王登红的这两句话进行了回答。

    立足基层、服务基层,他们以自己的实际行动参与精准扶贫工作,为推动当地经济社会的发展贡献着自己的力量,他们始终牢记自身职责使命,以“找大矿、找好矿、好找矿”为宗旨,以国家重大战略需求为导向,在平凡的工作岗位上尽心尽力,扎根于人民大众的生活中。

    王登红表示,新时代,团队还有更多的事要做,下一步团队要在两个方面继续努力:一是全国重要矿产成矿规律研究,要动用全国地质工作者之力,系统总结自新中国成立以来的钨、锡、铜、金等18个矿种的成矿规律,继续研编《中国矿产地质志》,进一步完善成矿系列理论体系,提升我国在地质矿产资源领域的研究水平,指导地质找矿取得新突破,为我国经济社会发展提供矿产资源安全保障,为中央、各级地方政府制定矿业发展规划提供技术支撑;二是全面了解、掌握我国“三稀”资源现状、成矿规律、供需形势、主要应用领域和利用技术及其发展趋势,分析“三稀”金属矿产开发利用关键技术研发需求,指导“三稀”金属成矿区带远景调查和重要找矿远景区调查评价,实现找矿新突破,建立“三稀”矿产资源勘查、开发评价指标体系,为国家提供“三稀”资源后备基地,促进我国战略新兴产业发展。

    采访时记者还了解到,为贯彻落实中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于进一步完善中央财政科研项目资金管理等政策的若干意见》和《国务院关于优化科研管理提升科研绩效若干措施的通知》等精神,促进国家、部局科技创新政策的落地生效,资源所正在修订相关管理办法,包括简化财务报销流程、强化科研项目绩效评价等,对像王登红这样的优秀团队给予倾斜,加大项目成果奖励力度,不断加强人才队伍建设,充分做到为科技人员“松绑”,全力保障他们开展科技创新,全身心投入地调科研工作,培养一支坚强有力的科研团队,孕育产生一批具有宏观影响的重大成果和整装成果。

    资源所青年科研人员是资源所发展的主力军。该所以学科建设为核心,以体制机制创新促进人才队伍建设,依托重点实验室这一科技创新平台,通过举行青年座谈会、聘请专家讲座等形式,为青年科研工作者搭建展示自己及成果的舞台,增强学术氛围,激发青年创新活力,提升科技创新能力,助力资源所各项事业的高质量发展。

    剑炼八年终成利器——“全国重要矿产和区域成矿规律...

    自然资源部的组建主要是为统一行使全民所有自然资源资产所有者职责,统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责,着力解决自然资源所有者不到位、空间规划重叠等问题,实现山水林田湖草整体保护、系统修复、综合治理。这里的“统一”、“整体”、“系统”、“综合”都源于自然资源的综合观,与此相关的另一个重要视角是动态观。因此,自然资源统一管理需要对自然资源的综合观和动态观有一个全面的认识。

    自然资源的内涵与分类

    1. 概念及其含义

    自然资源包括地球表面积(空间)、土壤肥力、地壳矿藏、水、野生动植物等。

    自然资源的范畴随着人类社会和科学技术的发展而不断变化。人类对自然资源的认识,以及自然资源开发利用的范围、规模、种类、数量和深度,都在不断发展,现在把环境质量和生态服务也视为自然资源,而且人们对自然资源已不再是一味开发利用,而是发展出保护、治理、抚育、更新等观念。

    自然资源与生态环境是两个不尽相同的概念,但具体对象和范围又是同一客体。因此有人把自然资源和生态环境比喻为一个硬币的两面,自然资源是人类社会从生态环境中获取的初始投入。同时,自然资源不仅是一个自然科学概念,也是一个人文社会科学概念。

    2. 自然资源的分类

    自然资源可划分为“可更新”与“不可更新”两大类。可更新资源是在人类时间尺度上可天然再生的有用物品。“可更新”是一个相对而不是绝对的概念,取决于人类认识和利用,某些“可更新”资源在一定时间周期和空间单元上可能被看作“不可更新”资源。可更新资源可分为两个亚类:一类为恒定性,太阳能、风能、光能、大气等,这些资源基本上是恒定的,不受人类利用的影响;一类为是临界性,如土地、森林、动物、水质等资源。临界性资源,若其利用强度不超过可更新能力,能保持自然再生;如果加以管理以人为地增加流量,还能维持较高的利用水平。不可更新资源,又称储存性资源,储存在地壳当中而且不可再生。这两类资源的划分相对的。

    自然资源的综合观

    1. 生态系统的整体性

    生态系统是由各种生态因子组成的一个整体,包括生物因子和非生物因子两大类。前者包括植物、动物、微生物,尤其是人类活动(狩猎、放牧、垦殖、灌溉、采伐、采矿、建设、污染等)。后者包括诸如气候(日照、温度、湿度、降水、风等),地质(地质构造、岩石、矿物),地形(地貌形态、高度、坡度、坡向),土壤(基质、质地、养分、水分、团粒结构、肥力)、水(水量、水质)等因子。

    生态系统内各生态因子之间相互影响,相互作用,相互依存,相互制约,其中一种因子的改变必然会引起其他一系列因子的改变。这种关系不仅存在于各非生物因子之间和各生物因子之间,也存在于生物因子与非生物因子之间。不仅环境作用于生物和人类,生物和人类也反过来影响环境。

    2. 生态系统服务与人类福祉的关联性

    生态系统服务是生态系统在自然资源生态过程中形成和维持的、人类生存和发展必不可少的环境条件与效用,是人类直接或间接从生态系统中获得的所有效益。生态系统给人类提供各种服务,包括供给服务、调节服务、文化服务以及支持服务。

    3. 自然资源利用的综合性

    各种自然资源的利用相互联系、相互制约,构成一个整体系统。例如,开发利用土地资源离不开利用水资源,开采和冶炼金属矿需要配合利用能源。更重要的是,开发利用一种自然资源会造成一系列生态环境影响。即使是不可更新资源,其存在也总是和周围的条件有关;特别是当它作为一种资源为人类所利用时,必然会影响周围的环境。如开采矿石使土地废弃,排出废物和消耗能源也不可避免地给环境带来影响。

    此外,各地区之间的自然资源利用也相互影响。

    由此可见,自然资源的整体性主要是通过人与资源系统的相互关联表现出来的。人类通过一定的经济技术措施开发利用自然资源,在这一过程中又影响生态环境,人与自然资源之间构成相互关联的一个大系统。

     

     

    图1 经济增长主导因素在不同经济社会发展阶段的演变

    4. 自然资源管理的统一性

    自然资源的综合性和整体性决定了自然资源管理必须是统一的。将国土资源部的职责,国家发展和改革委员会的组织编制主体功能区规划职责,住房和城乡建设部的城乡规划管理职责,水利部的水资源调查和确权登记管理职责,农业部的草原资源调查和确权登记管理职责,国家林业局的森林、湿地等资源调查和确权登记管理职责,国家海洋局的职责,国家测绘地理信息局的职责整合起来,将土地、矿产、湖泊、河流、湿地、森林、草原、海洋统统划到自然资源部之下进行综合管理。

    自然资源的动态观

    1. 自然资源的动态属性

    资源概念、资源利用的广度和深度都在历史进程中不断演变。一般说系统的结构越复杂,其对外界的干扰也具有较大的抵抗能力,而组成和结构比较简单的生态系统,对外界环境变化的抵抗能力则比较差。

    在“人类-资源生态系统”中,人类已成为十分活跃、十分重要的动因,系统的变动性更加明显。正的方面如资源的改良增值,人与资源关系的良性循环;负的方面如资源退化耗竭。人类应当努力了解各种资源生态系统的变动性和抵抗外界干扰的能力,预测人类-资源生态系统的变化,使之向有利于人类的方向发展。

    2. 资源价值随人类需要和能力的发展而变化

    自然资源本质上是自然环境和人类社会相互作用的一种价值判断与评价,是以人类利用为标准的。人类的能力和需要创造了资源的价值。虽然地球的总自然秉赋本质上是固定的,但资源却是动态的,没有已知的或固定的极限。迄今的资源利用史就是不断发现的历史,对基本自然资源的定义在不断拓展。

    历史上的技术革新,从原先无价值或未利用的自然物质中突然创造出各种资源。自然界中生态环境质量资源的价值虽然不直接伴随技术和经济条件而变化,但响应于人类价值、需求和生活方式的变化,而不断产生新的意义。随着人们越来越相对富足,他们才有能力将注意力转向非物质的生态环境价值。

    3. 主导自然资源的演进

    人类社会发展过程中,人口不断增多,生活水平不断提高,对自然资源的需求不断增加。同时,随着人类认识能力尤其是科学技术不断进步,自然资源的概念不断演进,对自然资源的开发利用,在种类、数量、规模、范围上都不断扩展。

    主导自然资源随社会发展不断演变。20世纪50年代以前,石油都采自陆地;现在人类已在海洋开采石油。其他资源的开采范围也在向海洋扩展,未来的人类很可能会到月球、火星上去开采资源。“洪水猛兽”曾被看作灾难,但当人类有能力驾驭它们以后,也可以变为资源。

    工业化以来,人类社会的资源结构、经济活动及其对生态环境的影响在不断发生变化。前工业化时期,主要开发利用普遍存在的天然资源(可称第一资源)。而附加了人类投入的自然资源(可称第二资源)如矿产品、农副产品等,在进入工业化初期时开始显现其重要性,在工业化中期更占主导。工业化后期,包括第一资源和第二资源在内的物质性资源地位逐渐下降,而智力、生态环境等非物质性资源地位逐渐上升,乃至占据主导地位。

    4. 资源承载能力的动态性

    承载能力最初是指一定范围内的生境(或土地)可持续供养的最大种群(或人口)数量。“可持续”意味着资源利用应限制在一定水平上,从而不使环境发生显著变化,而使资源生产力得以长期维持。

    资源承载能力受投入水平、技术进步等因素的影响,是动态变化的。生态系统处于不断的演替过程中,这种演替受多种生态因子影响。按其作用可归为两类因子:利导因子和限制因子。整个系统就是在这种组合“S”型的交替增长中不断阶梯式地演进和发展,不断打破旧的平衡,出现新的平衡。

    5. 自然资源在社会经济发展中作用的变化

    人类社会的发展先后经历了狩猎-采集文明时代、农业文明时代、工业文明时代,社会的经济总量在不断增长。进入工业文明时代以后,人类社会生产力水平大幅提高,人类利用资源、改造自然的能力大大增强。在工业文明初期,资本以其稀缺的特性和在经济发展中可以带来规模效益而成为该时期的主导发展要素。在工业文明中期,技术的优势逐渐显现出来,技术成为该时期主导发展要素。到了工业文明后期,随着计算机等各种通信设备的不断完善,信息逐渐在经济发展中上升为主导发展要素。由于工业文明时期人类社会的发展观基本上偏重于经济增长,导致人与自然矛盾日渐突出。人们在经济增长的同时,注意到与资源、环境和谐的必要性,人类社会的发展将不可避免地进人一个新的文明时代,即生态文明时代。以资源、环境相和谐为主要特征的“生态化”将在未来的经济发展中居于主导发展要素的地位(如图1)。

    这一演替规律表明,劳动、自然资源、资本、技术、信息以及未来的生态化先后成为人类社会经济发展的主导发展要素,在人类社会的经济增长中发挥重要作用。虽然主导发展要素不断更迭,但是这并不意味着先前的主导发展要素不再发挥作用;只是先前的主导发展要素不再居于主导地位,但依然起到重要作用,且其形式也随着经济的发展不断适应变化。对于一个当前处于工业化初期的区域来说,其经济的跨越式发展必须同时兼顾劳动力、资本、技术、信息、生态等多个主导要素的更替。

    回顾各生产要素在不同经济社会发展阶段中重要性的演变过程,可以看到,自然资源是经济社会发展的必要条件,但不是充分条件。在自然资源与经济社会的相互关系中,自然资源毕竟处于被动地位。自然资源只能提供人类活动的条件和可能性,只有依靠人类的努力,才能把这种条件和可能性变为现实。资源优势转化为经济优势的根本动力在人、规划管理和体制等经济社会条件。为什么在相似的自然环境下会出现生产力水平悬殊的情况?为什么自然资源和自然条件较差的一些国家和地区也能率先进入发达社会?这不是自然资源禀赋的差异所能够解释的。

    自然条件和自然资源的影响是不断变化的,而且变化是有规律的。制约这一变化的主导因素是生产力水平。生产力的发展水平左右着人与自然间的相互关系。生产力水平越低,人们对自然的依赖性越大。生产力水平越高,人们对自然的依赖性越小,人们利用自然的程度就越高。生产力水平提高的结果,并不是人们可以离开自然,而是更深入地利用自然。从这个意义上说,生产力水平提高以后,人与自然的关系更加密切了。

    总之,自然资源对一个国家经济发展和社会繁荣的重要意义自不待言,但在发展阶段不同的国家或地区,自然资源所起的作用却不尽相同。随着发展阶段的提升,自然资源的作用会逐渐减弱,而资本和人力资源的作用会越来越显著。

    (作者单位:蔡运龙:北京大学;王尧:自然资源部中国地质调查局发展研究中心。本文获授权发布)

    树立自然资源的综合观与动态观

    杨经绥在国际会议上作报告

    杨经绥在智利开展现代洋壳调查野外工作

    2015年春节期间,杨经绥率团队在智利开展野外工作

    杨经绥与白文吉研究员在俄罗斯乌拉尔野外

    对杨经绥来说,科学研究也如同攀登,心中怀有信念和热爱,付出更多的汗水,才能登上一座座山峰,看到常人无法看到的独特风景。

    2017年11月28日,中国科学院公布2017年院士增选结果,中国地质科学院地质研究所研究员杨经绥光荣当选。

    杨经绥发现和厘定了我国柴北缘、东秦岭和西藏松多等3条高压/超高压变质带;厘定了东昆仑阿尼马卿和西昆仑库地蛇绿岩组合,为建立高原北部古板块体制的演化作出重要贡献。他建立的“蛇绿岩型(罗布莎型)金刚石”,为世界开启了研究深地幔物质的重要新窗口。

    杨经绥从事地质科学研究已经整整40年。40年里,他大部分时间和精力都投入在青藏高原的崇山峻岭中,爬上了数不清的山峰。对他来说,科学研究也如同攀登,心中怀有信念和热爱,付出更多的汗水,才能登上一座座山峰,看到常人无法看到的独特风景。

    从书本到野外

    青藏高原给了他最好的淬炼

    1977年,杨经绥从长春地质学院地质勘探系毕业,分配到中国地质科学院地质研究所工作。那时的他血气方刚,大学期间系统而刻苦的学习,让他装了满脑子地质学知识。可对地质学研究来说,野外实践尤其重要。刚刚走出校门的杨经绥,最需要的就是到野外一线去历练,把从书本上学到的知识投射到岩石上,真正走进大自然的地质王国。

    这时,青藏高原的群山发来了遥远的呼唤。1978年正是全国铬铁矿会战的尾声,杨经绥参加了西藏藏北东巧铬铁矿和蛇绿岩填图及雅鲁藏布江蛇绿岩和罗布莎铬铁矿调研项目,他第一次来到青藏高原,就与这片大山结下了一生的不解之缘。

    杨经绥无疑是幸运的,青藏高原虽然气候严酷,工作条件艰苦,但其地质的独特性、复杂性,作为野外地质工作的历练场,是再好不过的了。杨经绥满腔热血地投入野外工作中,跑路线、看剖面、填图、写报告,高寒缺氧的环境并没有难住他。这在一定程度上得益于他的知青经历。入学长春地质学院之前,杨经绥曾在北大荒从事了5年生产劳动。茫茫荒原,天寒地冻,练就了他健壮的体质,馈赠给他勇气和毅力。杨经绥曾说,经历过北大荒岁月,他对任何恶劣的自然条件不再有畏惧感。

    项目负责人白文吉特别器重这个工作勤奋、踏实的小伙子,经常鼓励他,指导他。这让杨经绥很快成长起来,熟练掌握了一项项专业技能。短短几年的时间,他已经从初出茅庐的书生变成能够在野外独当一面的青年地质科技工作者。

    项目结束后,杨经绥从西藏回到北京,但他很快就等来了再上高原的机会。1980年,中国与法国合作开展青藏高原地学研究项目同时,来自全国的地质精英组成了18个青藏高原地质调查分队,准备全面开展高原地质研究。得知这一消息后,杨经绥马上跑去找刚刚被任命为第一分队队长的姜春发。“姜老师,我在西藏东巧铬铁矿区填过图,很喜欢和向往高原工作,也不怕吃苦,让我加入您的团队吧。”杨经绥诚恳而充满期待地说。姜春发对杨经绥的人品和工作态度已有耳闻,痛快地答应了这个主动请缨的年轻人。

    这一去就是5年。杨经绥在人烟稀少的高原,从事东、西昆仑蛇绿岩研究,探索曾经浩瀚的大洋,如今成为莽莽昆仑山的地质构造背景。在旁人看来艰苦而寂寥的工作,杨经绥却说“干得很过瘾”。是啊,昆仑山口、帕米尔、红其拉甫、阿里……光是这些名字,就有种天高海阔的豪迈。几辆车,几个人,带上帐篷、汽油、日用品,一跑就是几个月。最长的一次,他们在野外连续工作8个月。

    在神奇美丽的边疆,杨经绥找到了施展才华的宽广舞台。“搞地质研究,看再多教科书,都不如去野外现场看一看。但光在野外跑,也不行。必须带着思考,带着科学问题跑。”随着对东、西昆仑上这一带了解的加深,杨经绥脑子里产生了一个个地质科学问题,他一边在野外工作,一边寻找问题的答案。

    项目结束时,项目组合作的专著《昆仑开合构造》获得了当年原地矿部科技进步三等奖。姜春发把杨经绥的名字放在了作者中的第二位。“姜老师,我们7个人,我年龄最小,排在第二个不合适吧?”杨经绥一度谦让。姜春发说:“这个排名顺序是按照对项目贡献的大小,而不是年龄大小。”

    走出校园后,杨经绥一脚踏入的野外,就是青藏高原,一晃就是8年。这段时期,杨经绥谦虚地称之为实习阶段。通过“实习”,他加深了对岩石、构造的认识,熟悉了青藏高原的地质环境,增长了见识,为之后的地学研究打下了坚实的基础。披荆斩棘的地学研究利剑,经过淬炼,锋芒初露。

    解密特提斯

    海外留学给了他全球的视野

    1986年,杨经绥被公派留学加拿大,在达霍西大学吉姆霍尔教授的指导下,攻读博士学位。

    早在两年前,霍尔教授就认识了这个来自中国的年轻人。1984年,杨经绥到塞浦路斯参加国际科学钻探培训班。他和来自印度和埃塞俄比亚的两名学生一组进行地质填图、写地质报告,吉姆正是指导老师。杨经绥过硬的基本功和严谨的科学作风让吉姆印象深刻。

    再次见到杨经绥,吉姆问他:“你的论文打算做中国的青藏高原还是塞浦路斯呢?”杨经绥并没有马上回答。他用3个月的时间查阅各种英文文献,了解国际地学界岩石和构造领域的研究情况。当时,关于青藏高原的研究很少,文献多数来自国内。而关于塞浦路斯的研究,前人已经做了很多工作,已经有大量的论文发表,研究比较深入。塞浦路斯拥有全球最经典的古特提斯洋地质遗迹,记录了完整的地质层序和特提斯洋的历史。研究古特提斯洋形成和关闭的过程,有望对地球上大陆和海洋的形成产生新的认识。青藏高原,也是古特提斯洋的一部分。选择塞浦路斯,便于与国际同行之间的交流,也便于导师的指导。而选择塞浦路斯,也意味着必须要在前人研究的基础上取得新的发现,挑战性很强。吉姆认可了他的选择。

    1987年,杨经绥再次来到塞浦路斯。吉姆帮他联系了当地一户人家,让他住在家里面。每天一大早,杨经绥就骑着山地车上山去,一个接着一个地看地质剖面,详细记录地质特征。有一天下山时,山地车速度很快,不小心撞到一道坎,连人带车都飞了出去。杨经绥的膝盖摔破了,山地车也摔坏了。那里距离他住的地方还很远,正发愁怎么回去时,幸好一辆卡车路过,停了车。车上下来一个当地人,在了解了杨经绥的困难之后,答应帮他修车。好心人把杨经绥带到家里,在车库里帮他修好了山地车。“真没想到一个中国年轻人会骑着自行车,在我们国家的大山里辛苦地研究地质,太了不起了。”

    回到住处时,天色已晚。杨经绥远远地望见他借宿那户人家的老妈妈正在门口焦急地眺望。看到杨经绥,她眼泪流了出来,“到了时间还没回来,我担心你出了什么事。”“我没事,就是摔了一跤,车子已经修好了。”杨经绥一边安慰老妈妈,心中一股暖意涌了上来。

    过了段时间,吉姆来检查杨经绥的工作,在看了他的各种记录和成果后,对他野外工作的扎实大加赞扬。反过来,导师严谨的治学态度、科学的培养方式、和善正派的为人,也给杨经绥很多有益的影响。

    杨经绥的博士论文《塞浦路斯古海底构造重建》,在前人研究的基础上,提出了自己新的认识,得到了学术界的肯定。海外留学生涯,给了他地学研究的全球视野,使他把握到研究领域最前沿的脉动。他的剑,磨得更锋利了。

    毅然返高原

    在我国发现两条超高压变质带

    1994年春节,杨经绥在大洋对岸收到时任中国地科院地质所所长许志琴发给国外留学人员的新春贺信。许志琴在信里说,所里正在与法国合作开展青藏高原研究项目,祖国需要人才,欢迎他们回来参加。

    看到信后,杨经绥思绪万千,激动不已。青藏高原,那是他魂牵梦萦的地方,是他熟悉而热爱的地方。当年,自己还有一些问题没搞清楚,如今增长了知识,回去一定要解开谜题。

    4个月后,杨经绥就坐上了回国的飞机,又从北京直奔东昆仑。那又是一段过瘾的时光,故地重游,杨经绥的眼里却看到了比过去更丰富的东西。同时,他也感受到了团队良好的科研氛围,每个人都很努力、很敬业。“我一直认为,搞科研,一方面要找到兴趣点,另一方面要有良好的团队。许志琴院士带领的青藏高原研究团队,正符合我的期待。更重要的是,我的事业在中国。”于是杨经绥对许志琴说:“我想回来,正式参加你们的项目。”许志琴听了非常高兴。

    杨经绥的选择是正确的。1995年,地质研究所破格评杨经绥为研究员,1996年他开始带研究生,1998年被聘为地质研究所副所长,1999年成为博士生导师。2003年,杨经绥获得中央组织部、人事部、宣传部、教育部、统战部、科学技术部六部委颁发的“留学回国人员成就奖”。2007年,他荣获“何梁何利科学与技术进步奖”。

    每一年,杨经绥和同事们都有很长一段时间奔波在青藏高原的野外。他们去的都是人迹罕至的地方,甚至无人区。危险时刻躲藏在他们身边。1997年在可可西里,科研团队突遇暴风雪,温度极低,气压下降,几乎所有人都被强烈的高原反应击倒。到了夜里,一位同事突然昏迷,情况危急,急需输液,可蜷缩在车里,液体怎么也输不进体内。为了挽救同事的生命,杨经绥二话不说,爬到车顶,高举起吊瓶,在凛冽的风雪中站了一个小时,直至同事病情好转。2004年秋天,杨经绥和他的科研小组在野外作业时,不幸遭遇车祸。他受了重伤,断了五根肋骨和一根锁骨。在危难之时,他首先想的是别人,让医生先抢救别的伤员。在敦煌医院重症病房里,他还念念不忘工作。

    就在他们经历艰险的时候,新的发现也悄悄到来了。1996年,杨经绥和同事在柴达木盆地北缘鱼卡发现了榴辉岩,在柴达木盆地北缘都兰发现榴辉岩和含柯石英片麻岩,建立了中国西部一条长350千米的早古生代超高压变质带,开辟了西部超高压变质岩研究的新热点。

    “榴辉岩和柯石英是板块碰撞时在超高压条件下形成的。温度不能太高,压力却要很高。基于当时的发现,我推测我国大陆沿着中央造山带发生过两次碰撞,一次发生在5亿年前,一次在2亿年前。但是推测需要证据来支撑。”杨经绥说。

    2002年,支撑他推测的证据终于被找到了。那年春节期间,杨经绥和同事采用激光拉曼谱方法,对从秦岭取回来的几千个样本进行研究,从中发现典型的超高压矿物——金刚石。秦岭金刚石的发现,为中国西部的超高压变质带延至东秦岭提供了关键性的科学证据。杨经绥等人据此提出了沿中央造山带存在4000千米的早古生代和印支两期超高压变质作用事件的巨型超高压变质带的大思路,在国内外引起了很大反响。柴北缘和东秦岭两条超高压变质带,已被国际超高压权威标注在新的全球超高压变质带分布图上,为推进超高压变质带研究和中国关键构造问题的解决做出重要贡献。

    罗布莎突破

    深地幔研究领跑世界

    杨经绥心里,还有一个谜没有解开。1980年,西藏罗布莎铬铁矿,选矿时选出了金刚石。此事曾轰动一时,多数人不相信,认为地质背景完全不对,不可能出现金刚石。还有几名外国专家专程来考察,认为选出的金刚石是混染的。

    当年,杨经绥和老师白文吉就在罗布莎,亲身经历了这件事。明明就是金刚石!杨经绥意识到,把这件事情研究清楚,将真相大白于天下,有可能会带动重大理论突破。他在心中暗下决心,一定要弥补自己和白老师当年留下的遗憾,重回罗布莎。

    2006年,杨经绥如愿承担了罗布莎铬铁矿研究项目。这一次,他们很快就又发现了金刚石,而且是在原矿石里发现的。可消息传出去,国际地学界依然是一片质疑声。澳大利亚的科学家来了,日本的科学家也来了,要取回样品自己验证。当他们也选出金刚石,在自己的实验室里做微量元素分析后,终于相信了中国科学家的发现。他们就像发现新大陆般惊喜万分,回国后,在各种会议上为罗布莎的金刚石正名。铬铁矿里金刚石等超高压矿物的发现,把过去认识中浅部的地质运动,一下延伸到400公里深。

    过去研究地球深部的运动,都是在实验室里模拟,找不到样品来研究、来证实。如今终于有了看得见摸得着的岩石,来讲述地球演变的故事。美国一位院士撰写文章指出,杨经绥团队发现的罗布莎型金刚石,或者说蛇绿岩型金刚石,为世界地学界打开了一扇研究深地幔矿物和作用的窗口。2015年,国际地科联批准了国际地球科学研究计划“金刚石与地幔再循环”项目(IGCP-649)。

    杨经绥的全球视野,让他提出全球化的研究思路,即从全球尺度选择不同时代和地区的代表性蛇绿岩,查明金刚石等强还原超高压矿物群在古今大洋岩石圈中的空间展布、赋存状态及其形成和保留机制,探讨和揭示全球不同构造背景的地幔物质组成和深部地质作用。在这一思路指导下,他们的团队得到中国地质调查局和国家基金委支持,分别开展了塞浦路斯特罗多斯、阿尔巴尼亚、缅甸、土耳其和俄罗斯等地的蛇绿岩和铬铁矿调查取样。

    中国地质调查局地质研究所地幔研究中心团队通过蛇绿岩型铬铁矿这个窗口,研究地幔过渡带深度的矿物群,探讨铬铁矿的深部成因,为蛇绿岩铬铁矿的研究提供了新的思路。目前,我国的研究在国际上处于领先和领跑地位,带动了多国科研人员参与合作。杨经绥说:“例如,我们目前与美国、德国、法国和英国科研人员开展广泛和深入合作,每年我们都有研究人员去国外开展地质调查,取回不少样品,进行实验室合作研究,以我为主发表了合作论文。有些国家的科研人员已经用我们提出的研究思路,申请到了科研项目,并且邀请我们为项目指导。”

    2017年,杨经绥带领各国科学家在古巴采集了近3吨蛇绿岩和铬铁矿样品。运用现代高科技分析测试手段,它们可能揭开古加勒比大洋的裂解和关闭历史,同时可以探讨铬铁矿的成因,探讨深地幔矿物和深部物质的循环和侵位。明年,“金刚石与地幔再循环”项目计划去澳大利亚和新加里多尼亚举办研讨会并进行野外调查取样,将首次取得南太平洋小岛上的铬铁矿。杨经绥说:“我们十分期待,来自地球南半球的样品会带来什么样的惊喜和奥秘。”

    40年的科研生涯,杨经绥在自己的专业领域里,向着心中坚定的方向一步步攀登。如今,他已经带着一个中国科学家的自豪,登上了深地幔研究的世界高度。但他依然没有松懈,因为更美的风景在更高更远处。

    打开探索深地幔物质的新窗口

    美国国家海洋和大气管理局的一个机构——国家地球物理数据中心与美国地质调查局的地球资源观测和科学中心两者开展合作研发了本文所述的可持续规则,为美国海岸带建立准确、一致和无缝的测深-地形数字高程模型(DEMs),这些DEMs未来将免费供公众使用。正方形单元“光栅”模型是最常用的模型,该规则正是针对这种模型的,而不是不规则三角网(TIN)或其他类型的DEMs。

      

      

      

      表1 海岸DEM的规格

       

    图1 DEM单元嵌套的例子

       

    表2 地理DEMs的大概海上覆盖范围

      

    正方形单元海岸DEMs有很多用途,包括海岸洪灾模拟、海岸变化分析、栖息地测绘和地球可视化。为了支持由多个政府机构、学术界和商业部门建立海岸DEMs的无缝融合,需要在一个明确的框架内研发这种DEMs,框架包括关键DEM要求和建议,以及支持发现、获取和使用的一致文件。

      

    本文所述的正方形单元海岸DEM将被进行测试、审查和改进。目标是为美国建立可持续的框架,使美国海岸地区的无缝、可合并和公开的测深-地形高程模型得到共享开发,以响应总统的国家海洋政策。该框架需要:

      

    1.定义必要的关键海岸DEM规格,以支持DEMs的无缝融合。

      

    2.为数据处理、DEM开发和DEM评估提供建议和最佳方案。

      

    3.作为最新发布公共高程数据的海岸DEMs,描述其有效升级所需的技术。

      

    4.确定文件要求,以获取重要数据处理和DEM开发步骤(例如,符合标准的元数据记录和空间元数据)。

      

    5.确定今后改进的地方,例如数据采集和处理的差距,数据传输的改进,合作和协同可以提高DEM精度和范围的沿海区域。

      

    美国海岸DEM的规则 

      

    表1列出了几个关键海岸DEM规则,这些关键规格是美国海岸正方形单元、公共模型需要遵循的,以确保由不同小组或机构建立的海岸DEMs在单元基础上保持一致。不一致的DEM将无法作为海岸和测深高程的全国性无缝填图的一部分被融合。

      

    投影:正方形单元海岸DEMs应该在当地通用横向墨卡托(UTM)区投影或地理坐标(即,未投影;表1)中。对于海岸线的高分辨率、米级模型,当地UTM区投影是最合适的。对于延伸离岸更远的低分辨率DEMs,地理坐标是最合适的。因为这两种模型之间的正方形单元栅格转换(模型之间的正方形单元不一样)会引起失真,应尽量减少这种转换。

      

    单元大小:UTM区DEMs的单元大小应为1米或3米(表1)。海岸DEMs的地理坐标单元大小在1/9弧秒到9弧秒之间(表1)。三个步骤的因素将有助于确保相同坐标系下不同单元大小的海岸DEMs之间的一致嵌套(即,同样单元大小的9个单元在下一个较粗单元模型中,它们将作为一个单元而有相同的地理足迹)。

      

    海上覆盖范围:每个连续的、较粗海岸DEM都应向海上延伸(表1,图1),以便测深数据密度和单元大小之间有粗略的对应关系(例如,在更深水域中,测深的间隔加大)。表2列出了这些“可伸缩”地理DEMs的大概海上覆盖范围。1弧秒的地理DEMs应向外延伸至大约500米等深线,大致相当于大陆架边缘。3弧秒的DEMs应向外延伸200海里,到达美国专属经济区(EEZ)的边界;而9弧秒的DEMs应包括离岸更远区域的深水,如大型海洋生态系统(LMEs)、小海盆(例如墨西哥湾)和美国外大陆架(ECS)。

      

    网格配准:UTM区和地理海岸DEMs应由单元的角来定义,也称为基于像元或单元的配准(表1)。这将有助于确保海岸DEMs与美国地质调查局国家高程数据集(NED)实现无缝合并。对于NAD83水平基准面和NAVD88高程基准面,NED地形分别在1/9、1/3和1弧秒的单元大小中可获得。像元配准也将更好地实现海岸DEMs和相应彩色浮雕图像的互联网传输。

      

    水平基准面:美国海岸DEMs的水平基准面将使用1983年北美基准面(NAD83,表1)。此基准面与1984年全球世界大地测量系统(WGS84)几乎相同,而对于地理DEMs,认为这两种基准是相同的。

      

    高程基准面:更高分辨率DEMs的高程基准面将使用1988年北美高程基准面(NAVD88,表1),通过由国家大地测量局开发的最新大地水准面模型来实现。因为在单元水平上的高程不确定性可能超过正高(即NAVD88)和各种潮基准之间的偏移量,所以低分辨率模型应参考“海平面”,从而避免需要建立一个共同的高程基准。

      

    边缘精度:每个UTM区模型的边缘/边界范围的精度以米为单位,应能被3整除(即结果必须是整数,没有余数,表1),以使单元对齐并支持DEM合并。为了确保不同开发者所建海岸DEMs之间的一致性,每个地理模型的边缘精度需限定于经度和纬度的两位小数(即0.01度/36弧秒,表1)。

      

    高程精度:海岸DEMs中高程值的精度应适当限于海岸DEM的分辨率,以避免超过必要的更高精度DEM(表1)。对于单元大小为1米的UTM区DEMs,高程精度限定于0.01米。对于单元大小为3米的UTM区DEMs以及1/9、1/3和1弧秒的地理DEMs,高程精度应为0.1米。对于3和9弧秒的地理DEMs,高程精度为1米。低分辨率全球模型(例如,30弧秒单元)应具有10米的高程精度。

      

    多时相:UTM区海岸DEMs应包括多时相方面,多时相可实现高分辨率海岸变化分析(表1)。为了支持多时相,需要明确记录用于建立每个模型的元数据的调查日期和地理足迹,从而使模型之间的时空差别可以量化。虽然老版本的海岸DEM应被存档和公开访问,但地理海岸DEM没有明确的时间,因为它们通常反映了“最可靠”元数据。

      

    地表类型:海岸DEMs需要表示裸露地表或“裸地”,来支持水流模拟。建筑物、树木和其它地上或地下表面不应在模型中表示,并需要从源高程数据集中移除。如码头和水坝等大的固体结构可能要排除,这些结构对于水流是不可透过的障碍。记录应识别DEM中所表示的任何结构。

      

    公众获取和使用的限制:公众访问使用该框架的正方形单元海岸DEMs过程中不应该有任何限制,而不是“不能用于导航”(表1)。对衍生产品(即,DEMs)限制使用和公众传播的专有数据不应用于海岸DEM开发,除非数据所有者书面同意DEM可以没有限制完全向公众开放。

      

    对未来DEM的考虑 

      

    目前,高程基准面限制了河流和近海的延伸。建议能够将高程基准面的空间覆盖范围扩大到更远的内陆/河流和更远的海上,以及美国其他沿海地区(如阿拉斯加和夏威夷),这样就能增加这些区域潮汐基准中高程数据的高程基准转换和所得海岸DEMs的精度。

      

    美国海岸测深和地形结合技术的无缝填图规则

    当地时间2022年2月22日,美国地质调查局(USGS)公布了新的50种关键矿产目录,同时还表示,这份目录对美国经济和国家安全至关重要。

    矿业界研究人员梳理发现,美国地调局此次发布的关键矿产目录由2018年的35种调整为50种,新增了20种、剔除了5种。主要变化在于:一是把旧版目录中的“稀土元素”变为“铈、镝、铒、铕、钆、钬、镧、镥、钕、镨、钐、铽、铥、镱、钇”等15种矿产,“钪”作为稀土元素仍然单独保留,但是“钷”作为稀土元素没有进入目录;二是把旧版目录中的“铂族元素”变为“铱、铂、钯、铑、钌”等5种矿产,但是“锇”作为铂族元素没有进入目录;三是新增加了镍和锌等两种矿产;四是剔除了氦、钾、铼、锶和铀等5种矿产。

    矿业界研究人员表示,此次目录的变化显示出美国政府对稀土和铂族元素矿产资源的管理更趋于精细化;对于新增2种、剔除5种关键矿产的考虑仍值得深入跟踪研究。

    据了解,新目录是根据美国的《2020年能源法案(Energy Act of 2020)》的指示创建的。该法案规定,至少每三年,美国内政部必须审查和更新关键矿产目录。此外,美国地质调查局还负责更新确定潜在关键矿产的方法,通过联邦登记处收集跨部门反馈和公众意见,并最终确定关键矿产目录。

    去年11月,美国地质调查局曾经就此目录修订案公开征求意见,详情请见矿业界报道“美国政府拟修订关键矿产目录:新增镍、锌!”。

    “关键矿产在我们的国家安全、经济、可再生能源发展和基础设施建设方面发挥着重要作用。”负责水和科学的美国内政部助理部长塔尼亚·特鲁希略(Tanya Trujillo)说。“美国地质调查局数据的收集和分析着眼于关键供应链中出现的新问题,每三年确定一次美国当前面临的潜在的(矿产)供应中断的可能。”

    《2020年能源法案》将“关键矿产”定义为对美国经济或国家安全至关重要,但供应链非常容易中断的非燃料矿物或矿物材料。另外,关键矿产的特点还包括在生产一种产品方面发挥重要作用,这种矿产的短缺将对经济或国家安全产生重大影响。

    美国地质调查局表示,这份目录是动态的,而不是最终的,代表的是矿产当前的供应、需求、生产集中度和政策重点。美国地质调查局国家矿产信息中心主任史蒂文·福捷(Steven Fortier)在媒体发布会上表示:“矿产的临界状态不是静态的,而是随着时间推移变化的。”

    “2022年的关键矿产目录是根据最新可用的非燃料矿物商品的数据制定的。然而,我们一直在分析矿产市场,并开发新的方法来确定各种不断变化的关键矿产供应链风险。”美国地质调查局表示,新的关键矿产目录将成为正在进行的、对美国关键矿产潜力进行量化的研究的基础。

    以下为2022年关键矿产列表完整目录:

     

     
    美国政府公布新版50种关键矿产目录

    近几年来,随着建立人类命运共同体理念的日益深入人心和“一带一路”建设的不断推进,“走出去”越来越成为业界的普遍共识,拥有“金刚钻”的矿企更是捷足先登。

    新时代的中国依然面临巨大的资源刚需,如何理性分析、科学研判当今矿业大势?如何确保我国更多的涉矿企业成功地“走出去”而不是“出去走”?如何深度参与全球矿业合作,实现全球经济共同繁荣?

    6月28日~29日,以“新时代中国矿业‘走出去’的潮向”为主题的2019丝路矿业论坛在北京召开并受到广泛关注。在矿业被唱衰的大背景下,此次会议无疑为当前我国矿业企业“走出去”注入了一针强心剂,也显示出一个聚焦行业疑点、难点、热点问题并提供解决方案的论坛的吸引力与可资圈点的价值。

    论坛现场专家论道

    我国矿业处于新的历史方位

    习近平总书记指出,当前中国处于近代以来最好的发展时期,世界处于百年未有之大变局,两者同步交织、相互激荡。

    从国际上来看,世界主要经济体高度重视战略性矿产的供应安全,纷纷制定关键发展战略,在全球谋篇布局。从国内来看,我国矿业进入了一个转型升级的新阶段,经济由高速增长向高质量发展迈进,整体的矿产需求仍将持续在高位运行。中国矿业肩负的保障国家能源资源安全的时代责任和历史使命比任何时候都要强烈和紧迫,中国矿业发展面临前所未有的风险和挑战。

    在跌宕起伏中成长,在波澜壮阔中成就。中国矿业的初心就是为国家提供可靠的矿产资源保障,保障资源安全,报效祖国,服务人民。在百年未有之大变局中打好战略主动仗,掌握能源资源话语权,就是每一个矿业人矢志不渝的神圣使命。

    中国矿业如何“走出去”?到什么地方去?部署哪些矿种?这是本次丝路论坛上,政府部门、涉矿企业、中介机构、高等院校、科研院所普遍关注的焦点问题和高居不下的热议话题。

    关于这次论坛,有人说,这是一首振奋人心的进行曲。在矿业“走出去”的市场化大潮中,企业是保障我国战略性矿产资源稳定供应的主体。迎着新时代的东风,与会的矿业企业家们纷纷表示,“走出去”有信心、有前景、有奔头!

    有人说,这是一次盛大的思想洗礼。为期两天的会议,既有“道”,也有“术”。既有有关矿业大势的主题演讲指方向,又有境外地质调查成果“宏与微”的介绍做服务;既有已“走出去”企业“得与失”的经验总结,又有中介服务机构“融与合”的典型做法分享;既有工程换资源等“创与赢”的接地气的技巧,又有境外项目路演的形象展示。干货满满,亮点频出,现场嘉宾和参会代表们直呼过瘾!

    有人说,这是一场颠覆的行业风暴。有关专家指出,“在矿言矿”的时代已经远去,新时代以资源合作、基础设施建设合作和国际产能合作“三位一体”的战略格局正在形成,全球各发达经济体积极开拓第三方矿业市场,逐步构建起更加紧密的“多位一体”资源命运共同体。当前,中国矿业“走出去”势必要摈弃传统的思维模式!

    从“中国矿业科学‘走出去’”,到“大变局下中国矿业‘走出去’”,再到“中国矿业‘走出去’的潮向”,丝路论坛已经成功举办了三届,主题在嬗变,关于矿业“走出去”的研讨在不断深入、发酵、升级。当然,这也说明我们对“走出去”发展的目标、方向和当前矿业所处的历史方位有着愈加清晰的判断。而这些判断正是基于全球格局的大背景和中国新时代发展的新的历史方位决定的。

    当今世界,主要大国都在抢占第四次工业革命新兴产业的前沿,这是对技术、人才、资源(包括矿产资源)的竞争。谁掌握了核心动力,就掌握了未来世界的话语权。当然,我们用什么样的眼光和什么方位认识中国矿业“走出去”,这将是矿业实现弯道超车,走向未来世界的一个新起点。

    惊涛拍岸怒云旋,雪浪排空矫燕翩。

    从站起来,到富起来,再到强起来,我国新的历史方位已然发生了深刻变化。要实现在全球范围内产生话语权和影响力,势必要掌握关键矿产和核心资源的控制力。因而,未来矿业“走出去”的布局、目标、方向,一定是跟新时代、跟国家整个发展的战略要求密切相关。

    构建矿业命运共同体,优势互补,取长补短,我国矿业企业的经营行为才能更好地契合国家战略。这是本次丝路论坛上发出的最强信号。

    找到海,认清潮向,方可立潮头

    “东临碣石,以观沧海。”识别海是赶潮的技术。只有认准海在哪里,才能精准判断“走出去”的潮向。

    百川归大海,“潮向”必然向着“海”的方向。海都没找到,你赶的潮方向肯定会出问题。一旦流向反了,就会南辕北辙,离目的地就会越来越远。因此,中国矿业要“走出去”奔向大海,必须要重新认识海。

    自由式赶海,控股型赶海,单兵突进型赶海,想当然运营式赶海……权威专家在总结本次会议时指出,过去中国矿业企业“走出去”大多是自发式、分散式的,缺乏国家战略引导和运行策略支撑,对国际规则、国际标准尚存在一知半解的情况——这样的“走出去”,要么没到入海处就随波逐流了,要么没遇到“海”在半途就落水了,要么到了“海”就被海水吞噬了。

    究竟何为“海”?专家自有高见:宏观上它是中国在海外的战略支点战略区域,与全球矿业的进步和第四次工业革命发展紧密相连;从中观上看,它与区域经济走廊、经济区的发展紧密相连,与基础设施建设合作、国际产能合作相互支撑、相互促进;从微观上看,资源丰富可观并且具备开采条件,基础设施或者健全或者发展有巨大潜力,社区平稳和谐等。

    只有明晰潮向,才能进一步认准“海”;只有顺潮而动,方能迎风入海。

    一方面当今国际环境风云激荡,市场化浪潮风起云涌。另一方面生态文明建设被逐步推向战略高度,国内矿产资源又面临巨大的刚需。这样,矿业“走出去”就成为新时代矿业发展的必由之路。

    矿业“走出去”需要精准服务

    矿业“走出去”,究竟如何走,“走出去”的方针、方式、方法等都要相应做出哪些调整?

    基于加强全球矿产资源的基础性研究、深化各领域各部门各企业间交流协作的初衷,一个专事研究走出去的社会组织——中国地质学会境外资源经济地质专业委员会应运而生,并在本次论坛得以重点推出。

    一些复杂的问题可以在这平台上探讨,一些牵动全局的问题可以向决策层反映,平台旨在服务于已“走出去”和有意愿“走出去”的涉矿企事业单位、金融机构、第三方机构等。有关方面对“平台”干什么了然于胸。

    精准服务矿业企业“走出去”,提供有力能源矿产支撑。中国地质调查局党组成员、副局长王昆指出,2019丝路矿业论坛实际上就是要更好地把脉中国矿业,更好地服务中国矿业“走出去”,这与当前中国地调局的工作重心不谋而合。中国地质调查局下属的六大中心有关负责人在此次论坛上分别就对应区域支撑“一带一路”建设,服务矿产资源产业,强化战略方向引导,精准对接矿业企业等介绍了成果进展和投资建议,提出必须围绕国家战略需求,加快“走出去”的步伐,参与全球矿产资源合作。

    遵循矿业分布规律,合理布局海外矿业市场。全球矿产资源分布不均,大多又被少数国家和公司垄断,过去矿业企业“走出去”往往面临分散、被动的尴尬境地。中国地调局全球矿产资源战略中心常务副主任王高尚建议,积极参与全球矿产资源的配置与竞争,到大的、富的资源区去,开发矿山、投资矿业,这样才能有效地控制资源。

    把握关键性矿产,建立资源战略支撑点。矿业“走出去”,不能千军万马“走”哪儿算哪儿。要加强战略研究,综合考虑大宗资源对外依存程度和未来新兴战略矿产的高速增长,合理把握重点矿种,到重点地区、重点矿带区,通过抱团形成凝聚力,建设关键矿产产业链,建立起我国自己的矿产资源全球战略支撑点。

    打造双向互动信息流,构建政企共赢新生态。对全球关键矿产信息的控制力、掌控能力和服务能力是前提也是保障。政府部门和矿业企业相联合,公益性地质工作与商业性勘查与开发相挂钩,通过构建合作联盟、加强信息共享等手段,提高中国矿业“走出去”的水平和绩效。

    两天的论坛,议程满满,座无虚席,即便宣布会议结束了,很多代表还意犹未尽,流连忘返。“春江潮水连海平,海上明月共潮生。”论坛结束时,中国矿业联合会原常务副会长王家华援引了唐代著名诗人张若虚《春江花月夜》中的两句诗。这,无疑是对本次论坛最佳的注解与评价,也是参会者的心声。

     

    认清潮向,方能精准出海

    近期,由自然资源部中国地质调查局武汉地质调查中心程龙教授级高级工程师带领的研究团队,在早三叠世(约2亿4千8百万年前)南漳-远安动物群中首次发现了与现生鸭嘴兽具有相似捕食方式的海生爬行动物。鸭嘴兽是最原始的哺乳动物之一,最早出现在2500万年前,现今仅生活在澳大利亚。鸭嘴兽不是通过眼睛而是通过独特的柔软嘴壳在昏暗的环境中寻找猎物。程龙等发现的两件海生爬行动物卡洛董氏扇桨龙(Eretmorhipis carrolldongi)头骨关键特征与鸭嘴兽极为相似,说明卡洛董氏扇桨龙应该具有与鸭嘴兽相似的捕食方式,可能在黄昏或者夜间捕食虾类或者其它软体动物。这是最早的四足动物盲感应(非视觉探测)捕食方式的化石记录。这一新捕食方式在南漳-远安动物群中的发现,说明海生肉食动物在早三叠世末期已经具有与现代海洋相媲美的生态多样性,暗示了二叠纪末生物大灭绝之后的海洋生态系统在早三叠世末期已经恢复,而不是传统观点认为的延迟到中三叠世中期。这一重大发现在《自然》杂志的子刊《科学报告》上发表,美国生命科学网随后进行了跟踪报道。

    早三叠世南漳-远安动物群为全球最早的海生爬行动物群落之一。早三叠世时期是二叠纪末生物大灭绝之后生物复苏的关键时期,也是爬行动物向海洋辐射的起始时期,处于浅海环境的南漳-远安动物群是揭示早三叠世生物海洋生物复苏和海生爬行动物起源与演化的关键窗口。近年来,武汉地调中心南漳-远安动物群研究团队通过野外调查和化石发掘,发现了大量保存完整的珍稀海生爬行动物化石,其中包括7个新属种。上述最古老的鸭嘴兽式捕食方式是其中成果之一。

     

     

     
    南漳-远安动物群中首次发现远古“鸭嘴兽”

    在国家自然科学基金项目(编号:41725011, 41572204)及院长基金项目(编号:YYWF201718)等资助下,自然资源部中国地质调查局地质力学研究所张拴宏研究员课题组及其合作团队,在华北克拉通及全球~13.8亿年大火成岩省及黑色页岩沉积成因联系及其对地层断代及古环境意义等方面取得了重要进展。研究成果在2018年11月以“A temporal and causal link between ca. 1380 Ma large igneous provinces and black shales: Implications for the Mesoproterozoic time-scale and paleoenvironment”为题发表在国际知名刊物Geology上(论文链接:https://doi.org/10.1130/G45210.1)。

    大火成岩省(large igneous provinces,LIPs)代表了相对较短时期内形成的规模宏大(巨量)的幔源岩浆活动。因为是地质历史上发生的极端地质事件,大火成岩省对全球性大气-海洋环境的巨变及生物灭绝有非常重要的影响。前人研究结果表明,显生宙(即寒武纪以来)大火成岩省与全球大洋缺氧与生物灭绝有明显的对应关系,显生宙国际地质年代表中多个金钉子均与以大火成岩省、黑色页岩及生物灭绝为代表的全球性地质事件相对应,如法门阶底界、二叠-三叠纪界限、托阿尔阶底界及土伦阶底界等。但由于对前寒武纪,特别是“地球中年期”(18~8亿年,“枯燥的10亿年”)大气氧浓度、海洋的氧化-还原状态及生物门类及演化认识的局限,关于前寒武纪大火成岩省与环境的影响及其与黑色页岩沉积的成因联系一直很不清楚。

    张拴宏研究员课题组及其合作团队通过对全球哥伦比亚(奴那)超大陆中~13.8亿年全球性大火成岩省及黑色页岩沉积时空分布的研究,发现这些大火成岩省及黑色页岩的分布有明显的规律(图1)。~13.8亿年黑色页岩广泛分布在北美、格陵兰、西伯利亚、波罗地、非洲、南极等大陆上;而同期的黑色页岩在华北及北澳大利亚克拉通广泛分布,在西伯利亚、巴西及印度等克拉通也有分布(图1、图2)。提出了哥伦比亚(奴那)超大陆中这些广泛分布的~13.8亿年黑色页岩可能沉积于连通的大型海相盆地,而不是前人所认为的局部封闭的小盆地。通过~13.8亿年大火成岩省与黑色页岩内火山灰年龄的对比(图3、图4),进一步提出~13.8亿年存在一次与全球性大火成岩省有关的大洋缺氧事件,以此期大火成岩省与黑色页岩为代表的全球性地质事件为中元古代盖层系与延展系提供了精确的界限年龄为1383 Ma。上述研究结果为认识“地球中年期”(“枯燥的10亿年”)大气圈、水圈、生物圈、岩石圈及其协同演化及晚前寒武纪地层断代提供了重要依据及新思路,也挑战了目前国际上流行的Canfield中-新元古代“长期硫化缺氧”的海洋模型及“地球中年期”大气圈、水圈、生物圈、岩石圈静滞演化的概念。另外,由于华北克拉通下马岭组及北澳大利亚Velkerri组黑色页岩均富含页岩气等资源,研究结果对于认识中元古代黑色页岩内油气资源潜力及其成因也有重要意义。

     

    图1 哥伦比亚(奴那)超大陆重建图中13.8亿年大火成岩省及黑色页岩的分布

     

     

    图2 华北克拉通下马岭组及北澳大利亚克拉通Velkerri组地层柱及对比

     

     

    图3 下马岭组黑色页岩内火山灰(斑脱岩)夹层

     

     

    图4 13.8亿年大火成岩省与下马岭组黑色页岩内火山灰年龄对比图

     
     
    中元古代13.8亿年大火成岩省及黑色页岩沉积成因联系...

    绿色发展是新时代的主题。党的十九大提出的“建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国”的目标对各行各业提出了新的更高要求。

    矿业,这个古老的产业必须重塑形象,全过程、全方位融入新时代。近年来,特别是党的十八大以来,矿山企业和地勘单位在绿色矿山建设和绿色勘查方面进行了大量探索,取得了显著进展。

    在全国各行各业全面贯彻党的十九大精神的今天,按照“绿水青山就是金山银山”理念的要求,总结矿业绿色发展经验,进一步提升矿业绿色发展水平,加快矿业重塑形象进程成为全社会和矿业人的期盼。

    “两山理论”的矿业实践

    盛夏江南,让风景更美的是湖州的一簇簇新绿。而今年的湖州,又比以往更热闹一些。6月底,2018中国矿业循环经济暨绿色矿业发展论坛在这里召开。

    为什么是湖州?中国矿业联合会党委书记、会长彭齐鸣告诉中国矿业报社记者,本次论坛的主题是“为经济发展助力,为绿水青山增彩”。湖州市是习近平总书记提出“绿水青山就是金山银山”理念的地方。“两山理念”因矿而起,践行“两山理论”,矿业行业必须冲在前面。“湖州市在矿业绿色发展方面做了大量卓有成效的探索,取得了令人振奋的成果。”彭齐鸣说。

     

    资料图

    记者了解到,在这次大会的论坛上,与会代表们回顾习近平总书记提出“绿水青山就是金山银山”理念的背景和过程,通过再现珍贵的历史画面深刻感受“绿水青山就是金山银山”理念的内涵。会后,与会者还考察了湖州多个成功范例,能比较全面地了解绿色矿山建设进展情况。

    “晴天一片灰,雨天一路泥,远观像大雾,近看满身土,这是传统石料开采加工工人们给人的印象。但是在这里,我看到的却是整座矿山掩映在绿树花红中,甚至还能看到对环境极度挑剔的白鹭飞过。”“这哪里是矿区,分明是一个公园!”……代表们在观摩湖州部分矿山绿色发展的成果和矿业与经济社会发展融合的实例中,发出了阵阵感叹。

    在这里,他们看到了矿业开发过程可以实现动态复绿,彻底摒弃了过去那种先破坏、后治理的模式。在这里,他们也看到了矿业这座金山银山不仅可以无痕融入绿水青山,还会带来新的金山银山和更美的绿水青山。

    在这里,他们听到了矿业企业践行“绿水青山就是金山银山”理念的经验体会介绍,感受到了企业对矿业绿色发展、可持续发展的坚定决心。在这里,他们还听到了地方国土资源管理部门勇于创新的意识和行动、专家学者对生态文明建设内涵和方式的诠释,听到了地方政府推进矿业转型升级、发展接替产业的经验与体会。

    矿业这一传统产业在新时代绽放的新光彩、展示的新形象跃然纸上。这样的绿色矿业发展模式就是矿业重塑希望的雏形和模板!

    其实,在此之前,大会主办方——中国矿业联合会已经对全国绿色矿山建设与绿色勘查进展情况进行了广泛调查,并重点考察了若干地区绿色矿山建设的成功范例。今年更是对浙江省湖州、宁波和温州地区矿业绿色发展情况进行了专题实地调研。让人欣喜的是,调研中发现,各地绿色矿山建设的进展和成果丰硕,地方政府和矿山企业、地勘单位在矿业绿色发展方面经验丰富,绿色矿业发展欣欣向荣。而将会议地点选择在湖州,正是希望在这个“两山理论”的发源地,向全社会展示中国矿业践行“绿水青山就是金山银山”理念的决心、行动和成果,展示新时代矿业发展的前景和预期,展示矿业新形象的概念和要素。

    按照彭齐鸣的话说,2018中国矿业循环经济暨绿色矿业发展论坛被赋予了更重要的使命,讨论交流的不是常规的矿业问题,不是一般的管理和技术问题,更不是一般性的聚会交流,而是一次中国矿业展示践行“绿水青山就是金山银山”理念成果与体会,共议矿业创新发展、重塑形象的大会——要汇聚各方智慧,查找制约矿业绿色发展的制度问题,探讨解决问题的路径措施,为矿业绿色发展形成可复制的成功经验。

    为什么要重塑形象

    1950年2月17日,毛泽东同志在访苏期间专门去中国驻苏大使馆看望了中国留学生,并亲笔为学习地质专业的学生题写了“开发矿业”几个大字。这一题词极大地激励了全国千万矿业职工为开发矿业而努力奋斗,成为一代又一代矿业职工献身矿业事业的巨大精神财富。一时间涌现出了李四光、王进喜这些家喻户晓、妇孺皆知的矿业界英雄人物。矿业行业以“找矿兴国”为己任,为国家建设提供大量急需的矿产资源。

    但近年来,由于传统的粗放式开发方式,矿业被看成生态环境的破坏者而备受指责。矿业对经济社会发展做出的贡献好像因生态环境问题而被掩盖。随着工业化、城镇化的不断推进,各种新兴产业相继涌现并不断拓展,矿业的作用在一定程度上被冲淡,在经济产值中的比重有所下降。在人类向大都市聚集的同时,矿业似乎逐渐淡出人们的视野,距离日常生活越来越远,加上对环境问题的担忧,矿业似乎与现代化进程背道而驰,最终会走向衰亡。

    “实际上,矿业在整个国民经济中的基础性、战略性地位不可替代,经济社会发展改变的只是矿产品需求结构,而不是需求本身。”彭齐鸣表示,对于中国这样一个大国来说,资源安全问题至关重要。矿业的资源保障作用和产业支撑作用不容忽视。矿业将为中华民族伟大复兴事业提供物质基础和产业支撑。如何让矿业人在新时代建设中挺直脊梁,让矿业走上一条可持续发展的道路?彭齐鸣给出了这样一个答案——矿业必须要重塑形象。

    矿业重塑形象是生态文明建设的要求。习近平总书记指出,走向生态文明新时代,建设美丽中国,是实现中华民族伟大复兴中国梦的重要内容。在习近平主持起草的党的十八大报告中,生态文明建设成为治国理政的重要内容,纳入中国特色社会主义事业“五位一体”总体布局,并首次把“美丽中国”作为生态文明建设的宏伟目标。

    2017年10月18日,习近平总书记在十九大报告中指出,坚持人与自然和谐共生,必须树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念,坚持节约资源和保护环境的基本国策。像对待生命一样对待生态环境。要统筹山水林田湖草系统治理,实行最严格的生态环境保护制度,形成绿色发展方式和生活方式,坚定走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路,建设美丽中国,为人民创造良好生产生活环境,为全球生态安全做出贡献。

    矿业重塑形象是自身可持续发展的要求。在新的历史时期,矿业一方面要为现代化建设提供矿产资源保障,另一方面要保障生态文明建设的要求,传统的发展模式已不可持续,也无法复制发达国家的矿业发展模式。因此,在建立生态文明与世界矿业命运共同体的背景下,如何创新发展,寻找一种符合中国国情、科学可持续发展、符合生态文明要求的全新的矿业发展模式,是我们面临的一个重大课题,也是中国的不二选择。

    矿业重塑形象是赢得社会公众理解认同的重要举措。党的十八大以来,生态文明建设被空前重视。2015年,中共中央国务院下发的《关于加快推进生态文明建设的意见》明确把发展绿色矿业、加快绿色矿山建设作为重要任务。在2016年召开的十八届六中全会上,中共中央总书记习近平强调指出,加强矿山地质环境恢复和综合治理。其实,早在2010年,原国土资源部就曾印发《关于贯彻落实全国矿产资源规划,推进绿色矿业建设绿色矿山工作的指导意见》,明确提出绿色矿山建设工作是矿产资源开发过程中不容忽视的重要环节。

    近年来,许多矿业企业在动态复绿方面做了很多有益有效的尝试。这些实践说明,矿业不仅能在开发阶段创造巨大财富,拉动就业,还能够引进后续绿色产业,实现可持续发展。重塑矿业形象,能让这些有益的实践转化为直观的视觉听觉符号,让社会公众了解,新时代的矿山已经不再是尘土飞扬、脏乱危险的代名词。矿山绿色发展可以使开发矿业实现全程绿色、文明生产,全程现代化开发,从而赢得社会公众的理解认同。

    重塑新形象的机遇

    中国特色社会主义新时代为矿业发展带来严峻的挑战,同时也提供了难得的机遇和广阔的空间。彭齐鸣表示,供给侧结构性改革、高质量发展以及制造强国战略都为矿业重塑形象提供了绝佳的机遇。

    所谓供给侧结构性改革,就是用改革的办法推进结构调整,矫正要素配置扭曲,扩大有效供给,使供给体系更好地适应需求变化,提高全要素生产率。党的十九大报告明确,必须坚持质量第一、效益优先,以供给侧结构性改革为主线,推动经济发展质量变革、效率变革、动力变革。对于矿业来说,供给侧结构性改革任务艰巨。

    但是“危”“机”总是并存的。

    彭齐鸣认为,在产业发展中矿产资源供给的突出问题是供给结构不合理,或者“结构性匮乏”。“资源丰度和禀赋的不均衡是普遍存在的,但供给结构不合理则是产业发展自身的问题。我们大宗矿产品供给过多依赖海外市场,新兴战略性产业所需矿产资源的供给能力不足,三稀等非常规矿产资源的勘查开发与市场需求结合不够紧密,满足不了产业发展需求。”他表示。这些问题恰恰都与供给侧改革的目标“不谋而合”。

    彭齐鸣强调,“需要加强的是更好地发挥市场主体作用,引导更多的民间资本投入到这些领域。”只有过剩的产能,没有过剩的产品。抓住供给侧的“东风”,增加优质供给,提高产品竞争力,把过剩产能升级为优质产能,是矿企和整个矿业行业发展的惟一出路。

    高质量发展给矿业绿色发展提出更高的要求。中央经济工作会议指出,推动高质量发展是当前和今后一个时期确定发展思路、制定经济政策、实施宏观调控的根本要求,必须加快形成推动高质量发展的指标体系、政策体系、标准体系、统计体系、绩效评价、政绩考核,创建和完善制度环境,推动我国经济在实现高质量发展上不断取得新进展。根据建设富强民主文明和谐美丽社会主义现代化强国的目标,传统的粗放型矿业发展模式已经不能适合要求。在高质量发展的要求下,未来矿业行业要摒弃粗放发展方式、淘汰落后产能、践行绿色发展和培育新的动能,这样的要求无疑给矿业转型发展提出了更高的要求。

    在过去十年里,从国土资源主管部门到相关企事业单位,在推动矿业转向高质量、高效率发展的过程中做了很多有益的尝试,并取得了很多成功的经验。“原国土资源部推进的绿色矿山建设试点工作取得了巨大成效,为矿业发展的绿色之路奠定了重要基础。诸多企业积极响应,也取得了一些重要的经验。”彭齐鸣介绍道。这些都为矿业绿色发展、为矿业重塑形象积蓄了能量。

    的确,过去十年,是中国矿业绿色发展的重要阶段。中国矿业联合会在原国土资源部的指导下,开展了国家级绿色矿山试点工作,此项工作得到了矿业企业的积极响应,先后有661家矿山企业获得了国家级绿色矿山试点单位的称号,在绿色开采、资源节约与综合利用、矿山生态环境保护、矿地和谐等方面树立了一批样板,为我国矿业的绿色可持续发展提供了宝贵的可供借鉴的经验。

    2017年12月21日,中国矿业联合会在原国土资源部指导和支持下,联合61家会员单位共同发起成立了“绿色矿业发展战略联盟”,通过行业自律,倡导企业共同携手,加快推进绿色矿山建设进程。从此以后,矿企绿色建设有了“娘家人”,正如原国土资源部总规划师李永杰评价的那样,“这是推动我国矿业绿色发展的重要力量和服务平台。”

    实施制造强国战略给矿业转型升级提供支撑。中央经济工作会议指出,要推进中国制造向中国创造转变,中国速度向中国质量转变,制造大国向制造强国转变。彭齐鸣表示,“这对中国矿业发展是一个难得的机遇。”矿业是高科技支撑的产业,随着矿业的现代化,各类矿山设备不断升级,对机械、材料、光学、电子、自动化等各个领域都不断提出更高的要求,看似笨重的矿山机械装备实际上蕴含着大量的高新技术。因此,矿业的转型升级为实现制造强国目标提供了动力,中国创造也为矿业转型升级提供了支撑。

    据彭齐鸣介绍,中国矿业联合会正在组建智能矿山战略联盟,联合一批有志于矿业技术装备研发、制造、应用、推广和投资的机构和企业,整合国内行业资源,发挥产学研联合优势,建立智能矿山建设标准体系,争取政策、项目、资金支持等方面发挥作用,构建智能矿山建设的服务平台,共同推进中国矿业技术装备的转型升级。

    新形象的理解

    对矿业来说,“新形象”主要针对传统矿业的形象而言,突出表现为经济社会综合效益的高质量。“实际上,对于矿业这个古老的产业来说,转型从来没有中断过。但是,面对新时代的全新发展模式,转型升级不是一般概念上的完善,而是需要实现颠覆性的重大转变。”彭齐鸣强调说。

    那中国矿业的新形象究竟“新”在哪里?彭齐鸣认为集中在三个“新”。

    贯彻落实“新”理念。一方面,要秉承“绿水青山就是金山银山”的理念,实现从以开发资源为主要目的,兼顾环境保护的理念转向在确保环境保护符合新时代要求的基础上开发利用矿产资源。要在矿产资源开发获利的同时,切实保证自然环境资产保值升值。另一方面,要贯彻以人为本理念,由传统的、劳动密集型开采方式转向符合新时代要求,高科技支撑的现代化开采方式,要用技术装备的不断升级推进矿山生产的自动化、智能化,让矿业工作者的工作环境更加健康安全。

    动态恢复治理“新”模式。彭齐鸣认为,传统的矿业开发模式采取的是先开发(破坏)后治理的路。“实践证明,矿山闭坑之后的环境治理工作耗资巨大,难以靠财政收入来支付完成。而且,按照现有模式,在审批开发利用方案时也无法准确地判断闭坑后的治理费用,这些都使得先破坏、后治理的路难以走通。因此,动态恢复治理是解决矿山环境问题的必由之路。”他说。

    近年来,许多矿业企业在动态复绿方面做了很多有益有效的尝试,成功经验为绿色矿业标准体系建设提供了重要依据。随着动态复绿实践的不断深入,标准会不断提升,矿业发展过程将不再是破坏环境的代名词,而成为绿色发展的标志。

    矿业发展“新”遗址。矿业开发破坏环境似乎已经成为定律,粗放型的开发方式确实带来这种结果。然而,如果从顶层设计开始用绿色发展的理念统筹矿业开发,可以通过算大账实现资源环境的并重与双赢。从矿山设计开始就要对所在地生态环境价值和矿业开发带来的影响进行系统评估。除了实施动态复绿之外,还要对矿山开发、对环境的改变进行评估,要寻求环境改变带来的最佳方案,使得闭坑后的环境更加有利于人类生活。“国内已经有很多废弃矿山开发利用的成功实例,有的改造为地质公园,成为社会公众休闲度假的好去处;有的建成五星级宾馆,矿业遗址为宾馆增添了特色与魅力。这些都说明矿业开发留下的不一定是垃圾,还可以是资产,矿业不仅仅对环境造成破坏,还可以为营造更好的环境、改善居住环境提供条件。我国多数地区人口密度大,对于城市居民来说休闲度假的场所是个大问题。一些地区利用矿业遗址改造形成的公园或休闲度假场所有效地改善了这一状况,使得矿业开发给当地经济社会发展带来收益。”彭齐鸣做出进一步阐释。

    我们不难看出,矿业重塑形象就是要将绿色作为基本元素,将矿产资源的开发利用可以与生态环境相辅相成,让矿业成为“五位一体”的重要组成部分和连接纽带。

    除了矿业自身的转变,彭齐鸣认为,矿业重塑形象也需要管理系统的支持。

    “首先要完善矿业有关法规。”彭齐鸣表示,现行法规多为改革初期建立,与现在的发展理念和发展方式有许多方面不适应,特别是改革过程中形成的一些成功经验没有在法规中得以充分体现。在有关法规的制定或修改过程中,需要充分考虑我国矿业的战略地位,确保矿业健康发展以发挥资源保障与产业支撑作用。“需要重视的是,在处理开发与保护关系问题上,既要确保矿业的战略地位,又要确保矿业绿色发展。其中,绿色发展除了政策法规指引约束之外,还要依靠有关制度和标准。”彭齐鸣强调。

    “其次是完善规划体系,让矿业融入经济社会发展的方方面面。”彭齐鸣说。在规划体系中,最重要的就是要处理好矿产资源(金山银山)与生态环境(绿水青山)之间的关系。矿产资源规划是矿业发展的指南,必须与各行各业的规划相互协调,否则协调发展就成为一句空话。不可否认,矿业开发在带来经济收益的同时对环境造成破坏。但也可以通过科学规划和有效措施给环境加分,给自然资源总资产增值。如何做到经济社会效益的最少减分,最大增值是规划需要解决的重要问题,要通过多规合一使矿业发展融入经济社会的方方面面,并使其成为受各方面欢迎的正能量。

    “同时,还要充发挥社会组织的作用。”彭齐鸣补充到。党的十九大对新时代社会组织的职能作用提出明确要求。社会组织是协商民主的重要组成部分,参与社会治理、环境治理已经成为社会组织的重要使命。在环境治理方面,要“构建政府为主导、企业为主体、社会组织和公众共同参与的环境治理体系。”

    在矿业行业发展中,社会组织一直扮演着十分重要的角色,可以将企业的诉求反映给政府部门,将政府部门的要求传递给企业。彭齐鸣以《矿产资源法》和有关规章修订为例,“中国矿业联合会及有关协会可以收集、汇总企业对矿法的修改意见建议,反映给政府部门,确保管理部门能够真实全面地了解实情,使出台的法律文件更具可操作性,起到应有的作用。”

    新时代为矿业绿色发展打开一道大门,指明了一条充满无限机会的光明大道。沿着这样的道路走下去,通过矿业行业内部的重大调整与外部环境的改变,矿业将以崭新的形象出现。沿着这样的道路走下去,在制造金山银山的同时,营造更美的绿水青山,成为建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国进程中不可替代的力量。

    绿色发展,重塑形象前途光明,任重道远。中国矿业要以习近平新时代中国特色社会主义思想为引领,在践行“绿水青山就是金山银山”理念方面持续探索,大胆实践,为使矿业在新时代经济社会发展中发挥更大、更重要的作用,从而推进矿业自身可持续发展做出更大的贡献。

    绿色发展 重塑形象

    编者按:在服务资源、环境及生态等复杂问题的解决过程中,地质科学本身也将向前发展,形成新的学科或体系。近年来,国际上形成了两种不同的发展思路,一种是以美国等为代表的将复杂性问题置于环境或生态系统中加以研究,研究对象涵盖生态系统的生命和非生命成分;另一种是以俄罗斯为代表的将环境或生态问题置于地质范畴内探讨,突出生命组分影响下的地质客体变化等。本报今天刊俄罗斯学者V. T. 特罗费莫夫阐述生态地质学理论及其应用的文章,以飨读者。需要指出的是,尽管该文发表在多年前,但仍对思考生态文明建设下的地质工作具有重要借鉴意义。

    地质学拟解决四类问题:一是为人类提供矿产资源;二是为人类的工程活动作地质论证;三是为人类的教育、文化和美学需求提供地质知识;四是为生态系统的稳定运行作地质论证。前三类问题已被地质学家接受,并已取得了满足人类社会发展需求的成果。第四类问题的意义和开创性,在20~25年前已被地质学家察觉。解决第四类问题的发展过程,引发了地质学一个新分支的形成,称之为“生态地质学”。

    生态地质学及其对象和主题

      

      图1 岩石圈生态作用的分类

    生态地质学是地质学的新分支,致力于岩石圈上层(包括地下水和气体)的勘查,并将它看作是生态系统的主要非生物组元之一,在生态系统的组织层级(从生物群落直到生态圈)中属高层级组元。用地质学家更为熟悉的术语来说,可把生态地质学的内涵定义为地质科学的一个分支,研究的是岩石圈的生态功能,这些功能的形成规律,以及在自然及人为动因影响下这些功能发生空间和时间变化的规律,它们与生物体、首先是人类的生存和活动息息相关。

    必须指出的是,术语“生态地质学”(ecological geology)不同于“地质生态学”(geoecology)。两者存在原则性区别。无论从哪种意义上说,“地质生态学”都是一门复合性科学,研究的是地球的所有非生物壳层(圈层),也研究生物体。“地质生态学”包容“生态地质学”,后者仅触及岩石圈一个组成部分,在相同层级上的还有“生态地理学”和“生态土壤学”等,它们也是地质生态学的组成部分。

    另一方面,“生态地质学”的概念内涵由“岩石圈生态功能(属性)”的概念确定。这个概念于1994年提出,是地质学中一个原理新颖的概念。它的内涵详细解释如下:

    生态地质学的研究对象是地质科学的常规客体:从理论上说,是岩石圈及其所有组成部分;特定地说,是岩石圈的近地表部分,主要是受人为影响的地带。它可被描述为一个多组元的动态系统,包括对生物(biota)的存在和发展产生影响的岩石、地下水和气体。

    生态地质学研究的是:“岩石圈—生物”系统,“受到人为影响的岩石圈—生物区”系统或“岩石圈—工程建设—生物区”系统;生物子系统与非生物子系统之间的直接和间接联系;最终是,“死”物质对“活”物质的影响,或广义地说,是岩石圈与生物之间的相互作用。这样的系统构成,意味着通过考虑岩石圈的人为改变,也把人为影响源纳入了系统之中。

    根据其内涵,所有发生过转换的系统都是生态地质系统。这两种系统之间的主要区别,在于其中存在的是有生命组分还是非生命组分。生物区存在并活动于岩石圈中,或者就在岩石圈表面。据此便可形成“生态地质系统”的定义。生态地质系统是岩石圈的特定部分,是在其内和其上容纳着所有生物区的环境的地质组元。生态地质系统由三个子系统组成:岩石圈(无生命的)、生物区(有生命的)和天然及人为影响源。

    生态地质学的研究主题是有关岩石圈生态功能(属性)的知识(数据系统)。因此,要考虑“岩石圈—生物区”系统中的功能关系,或“岩石工艺系统—生物区”之间的功能关系。

    岩石圈的生态功能

    岩石圈的生态功能多种多样,决定和反映着岩石圈(包括产于其中的地下水、油、气、地球物理场和地质作用)对生物区,主要是对人类的重要价值。人类的独特性在于人类活动对环境的影响比所有其他生物的影响都大。研究岩石圈不能采用生物生态学、生态地理学和生态土壤学研究框架内的那类途径。

    岩石圈生态功能的科学理念,意味着对岩石圈的作用要有多方面的考虑,将之视为一个存在着有机生命(各体生物、植物群、动物群和人类)的环境。从生态观点看,岩石圈主要是给生物体提供资源和能量,并通过它的资源及其地质动力学、地球化学和地球物理功能来实现(图1)。这里不考虑人与自然相互作用功能中的社会-经济、道德和审美方面,因为它们超出了专业地质知识的范畴,事实上它们构成了一个社会生态学的关切。

    在天然及被人为改变的岩石圈与有群体结构的生物物种生物区之间,有着多种多样的关系,可把它们归结成4种功能:一是岩石圈的资源生态功能,它对生物体生存和活动所需的矿物质、有机质、有机-矿物质资源有重要意义;二是岩石圈的地球动力学生态功能,它通过自然和人为的过程和现象,决定着岩石圈对生物区状态和人类生活条件的影响;三是岩石圈的地球化学生态功能,它反映着岩石圈的自然和人为地球化学场(不均一性)对整个生物体(包括人类在内)状况的影响;四是岩石圈的地球物理生态功能,它反映着岩石圈的自然和人为地球物理场(不均一性)对生物体(包括人类在内)状况的影响。

    每种功能的内涵、它们的评价标准、信息获取方法和表述方法另有专文论述。

    岩石圈的生态属性

    岩石圈的生态功能靠具体的生态属性来实现。就“岩石圈的生态属性”这一术语而言,指的是岩石圈的特征属性,即具有特定生态重要性的属性。它取决于其物质成分、地球动力学、地球化学和地球物理学的特性,且与生物体存活的供养、生物体生存和进化条件有机关联。

    有关岩石圈生态属性的问题,是一个新问题。这里力图在岩石圈的资源及其地球动力学、地球化学和地球物理的生态功能框架内,给这些属性命名(表1)。它可能不是完整的清单,但堪作举例材料。

      表1 岩石圈的生态功能与属性

      

    生态地质情势及其状态

    用术语“生态地质情势(环境)”来表达岩石圈具体生态属性(功能)的组合,反映作为栖息地的一定岩石圈体积内生物体生存条件的现状或古状态。在一个地块或一个区域范围内,生态地质情势(situation)或许会或许不会因地而变。而且,生态地质情势也会随时间而变,在这种情况下,该情势会随时间从一种状态(state)变换成另一种状态。由于人为工艺因素和灾变性自然过程的发展,这种变换可能进行得很快,从历史观点看,有时就在瞬间。

    必须强调的是,生态地质环境(conditions)或许既取决于所有生态功能同时起作用,也会仅取决于一种生态功能,比如地球动力学功能,它会在瞬间对生物区产生较强烈的影响。在后一种情况下,这种生态地质情势应该说成是“依靠岩石圈地球动力学特征形成的特色生态地质环境”。当地球化学功能在生态地质状况形成中扮演最重要角色的情况下,就说它是依靠岩石圈块段的地球化学特色形成的特色生态地质环境。

    “生态地球动力学环境”、“生态地球化学环境”和“生态地球物理环境”等术语,在地质文献中也常常使用。这些术语是对上段文字特指含义的省略表达。另外,当只分析一种生态功能对生物群或人类的影响时,使用这些术语也是对的。

    正如已经指出的那样,生态地质环境的变化或许是足够快的。人们必须把所研究对象(生态地质系统)的阶段特色称为生态地质情势(环境)的状态(state),地质学家则往往将它称为岩石圈的生态状态。可以把“生态地质情势(环境)的状态”的实质定义为某种暂时状态,并根据当时岩石圈的一种生态属性特征,或者几种生态属性(功能)的组合把这种状态估计出来。这些生态属性决定着生物体生存的有利度(水平)和或然率。

    生态地质情势的状态要根据岩石圈某些属性的暂时状态评估出来,也要描述出这些属性对活体生物产生影响的特征。根据这种定义,当对岩石圈的生态状态做评价时,就不得不一方面评价岩石圈对活体生物的资源和能源影响,另一方面评价有关活体生物响应这些影响时的特定相互作用信息。在所有的生态系统组织层级上,此类评价准则对生物体都是适用的。

    如上所述,生态地质环境的状态可以取决于岩石圈的一种属性(功能)或几种属性(功能)的组合。在地球物理功能强烈影响生物群的特殊情况下,可以说:“生态地质环境的状态取决于地球物理功能(属性)”。地质学家常常用术语“岩石圈的生态地球物理状态”来代替上面的表述。而“岩石圈的生态资源状态”、“岩石圈的生态地球化学状态”之类的术语,常被作为同义语使用。

    生态地质学的基本科学问题和实践问题

    生态地质学有5项主要任务:(1)研究岩石圈的生态功能,它们的形成规律,及其在自然和人为作用影响下发展的动力学;(2)从岩石圈生态功能变化的观点出发,针对人为成因的影响,开发评价岩石圈近地表部分稳定性的理论和方法;(3)针对岩石圈近地表地层环境与属性的控制问题,精心研制理论和方法,以保护和改善它们的生态功能;(4)研制工业废弃物利用和选择其最佳(就地质环境而论)埋置地区和层位的理论、方法和途径,以使对区域生态属性的负面影响最小化;(5)针对国土、目标客体和大型建筑的工程保护问题,精心研制进行地质论证的理论和方法,以免发生削弱其生态功能的自然和人为地质作用。

    总的来说,生态地质学的应用性问题可以通过下述途径形成:(1)论证生态系统正常运转前提下岩石圈资源的合理利用;(2)确定岩石圈近地表部的人为污染对生物群的影响;(3)针对一些生态系统或整体生态系统生物群的管理,为制定和调整解决方案进行地质论证。

    这种一般性生态-地质课题清单,通过参考早先开列的岩石圈生态功能,还可以更详细地提出来。

    生态地质学的逻辑结构

    根据生态地质学是地质学的一个科学分支,而不是一门独立学科,它的逻辑结构应该包括地质科学逻辑结构中用于解决生态问题的既定要素,以及“它自己的逻辑基础”。两者的同化不是机械式的,要遵循相当明确的关系,即生态学方法途径的逻辑。“它自己的逻辑基础”是一种逻辑支点,也能够在其它科学的理论、思想和定律中使用。

       

      图2 生态地质学逻辑结构的全域示意图

      A-生态地质学逻辑结构的逻辑基础;B-被生态地质学利用的地质学科的逻辑结构(B1-工程地质学;B2-冰川学;B3-水文地质学;B4-地球化学;B5-地球物理学;B6-矿山地质学;B7-新构造学;B8-地震大地构造学;B9-地貌学;B10-地史学与古生物学;B11-火成岩石学与沉积岩石学;B12-矿物学);C-生态地质学逻辑结构全域的轮廓线)

     

    对此问题的处理如图2所示。该图说明了生态地质学逻辑结构的镶嵌特性,就致力于解决生态问题的地质科学,以及这些地质科学对生态地质学逻辑结构的贡献,给出了概念图。不难看出,工程地质学、水文地质学、冰川学、地球化学、地球物理学和矿山地质学提供着主要的信息量,以及可用于生态地质学的大部分研究方法。在我们看来,其它地质学科及其逻辑结构可用的较少。以上结论基于一个事实,有关岩石圈生态功能的知识才是生态地质学的基础。

    基于对岩石圈生态功能的上述认识,可以对生态地质学逻辑结构的最重要要素划分出以下几个方面:(1)原理-岩石圈近地表部的结构、空间关系、属性和生态功能,是其地质特征的历史发展及其与自然环境和人为作用圈相互作用的结果;(2)原理-岩石圈的动力学状况(运动速率和特性)和生态功能的组元与变化,皆归因于它们的自然属性,归因于它们与环境(包括人为的工艺成因环境)相互作用的模式和强度;(3)生物体与环境相互作用的一致性定律;(4)社会发展特征与环境状况间的一致性定律(基本生态定律)。

    正是这些原理和定律形成了生态学的支点,把其它地质学科的基础整合起来,构成了生态地质学自身的那部分逻辑基础。

    生态地质学的科学分支及其在地质理论知识体系中的位置

    在生态地质学的结构中,有几个旨在分析所确定的岩石生态功能的科学分支。它们是资源生态科学、生态地球动力学、生态地球化学和生态地球物理学(图3)。

    资源生态科学是生态地质学的科学分支,涉及与维持生物区存续有关的全部问题,按资源利用的观点,其中首要的是通过提供岩石圈的矿产资源和地质空间资源维持人类社会存续,在科学技术活跃发展的新时代满足人类的需求。研究的焦点不是矿产资源的勘查和储量计算,而是评价其目前消费水平与合理使用的一致性。实质上,岩石圈矿产资源消费的管理问题,应该通过关注高层级生态系统的保护和正常运行来解决。地质空间资源也要用生态学的观点来评价。很明显,一些地质科学的方法,主要是矿山地质学、水文地质学的方法(对矿产资源),工程地质学和冰川学的方法(对地质空间资源),应该适用于这些研究和调查。另外,这些研究应该由社会来定向,就是说应该与社会经济学紧密关联,在实践中,生态地质学家应该与经济学家、社会学家及管理机构和设计院所的代表接触。生态地质学这一分支的主要课题是:考虑目前文明发展需要的矿产资源评价,对矿产资源消费的管理建议进行地质论证。

    生态地球动力学是一个大领域,包括所有涉及自然和人为地质过程对生物区影响的课题,以及评估生物群栖息地可能灾变和舒适度的课题。后一点仅关切人类社会。这些研究一直采用工程地质学、冰川学、水文地质学和构造地质学的方法来执行,与项目规划者和设计者联系。在该分支框架内执行的主要任务有:针对在工艺活动影响下的地球动力学参数变更,开发评价岩石圈近表部稳定性的方法;为保护生物区和人类社会免受影响其生存及舒适度的(天然和人为)不利和灾变地质过程的危害,对相应工程保护项目进行生态地质论证。

    生态地球化学是生态地质学的科学分支,研究天然和人为成因地球化学场对生物区的影响。在生物区内有岩石地球化学、气体地球化学和水地球化学异常。调查课题是:岩石圈的物质(矿物)成分,活动态化合物的迁移问题,元素的非正常浓度及其对生物区的影响性质问题。地球化学、矿物学、岩石学和水文地质学的方法被用来解决这些问题,生物区环境的生物医学评估资料具广泛的适用性。实际上,这类研究意味着生态地质学家要与医学专业人员和卫生服务机构建立密切联系,因为这些异常要用医学-卫生的观点来评价。

    生态地球物理学也是生态地质学的科学分支,研究重力、磁、电磁、热和放射性等天然和人为地球物理场对生物区的影响。这些场与背景值的偏差及其对生物区的影响,要借助地球物理学、大地构造学、地震构造学的方法和生物医学的学科资料来研究。与生态地球化学一样,这些问题的解决必须与医疗-卫生服务机构密切联系。要在该分支框架内完成的总体任务有:天然和人为源地球物理场的分析,研制评价其医学-卫生危险的方法和准则(对生物区的影响强度,评价岩石圈对工艺性污染的稳定性)。

    图3示出了生态地质在理论地质知识中的位置。在地质学的结构中包括前5个科学分支已得到承认,无需再予证明。但是,对于后两个分支,即“关于岩石圈生态功能的科学”和“关于地球的工程地质环境的科学”,其纳入地质学的合理性尚存争辩。主要争辩依据是,在科学技术活跃发展的新时代,对于涉及地球和岩石圈问题,需要强调生态理论研究的作用。目前,人为工艺因素对岩石圈外壳的影响程度,已经提高了生态地质学说在地质学中的地位,已经使这个学说可以划分为地学中的独立科学分支,已经把上面所述的后两个分支提升到了与前5个分支相同的水平。

       

      图3 生态地质学的科学分支及其在地质科学体系中的位置

    生态地质学的实用性分支

    图4说明,可以在生态地质学的构成中列出几个实用性子分支。它们是城市、矿床和复垦影响区的生态地质学,以及线状工程、热电站和核电站等影响带的生态地质学。值得特别强调的是,各类经济活动不仅在项目建设中,而且在其运营和维护时期,都应该提供对岩石圈和生物区生态影响的评估。因此,应调查的面积要比官方土地使用许可的范围更宽更广,只要在其内确定了或造成了工程客体对岩石圈生态属性的影响。

    各种经济活动在对岩石圈影响的强度、深度和性质上是各不相同的。这涉及到岩石圈的矿产资源,地质作用的活跃程度,以及自然和人为成因的地球化学和地球物理致病区的发展。

      

      图4 供人类社会正常发展和运作的生态地质学的实用分支学科

    很明显,大的城市群、采矿工程(矿山、露天矿场等)、集中在数个盆地和油气田带中的油气产业,都会对岩石圈及其生态功能产生重大的影响。对城市群而言,这种影响取决于特定的高密度城市人口;居住区,交通-通讯,大型工业、燃料和能源企业及联合企业的自营交通,均规模巨大;还取决于城市地下的支撑工程。因此,会观测到以下现象:土壤、岩石圈近地表部和水圈被活性有毒化合物强烈污染;由于热、重、电磁和地震声波等地球物理场变化,发育起致病的地球物理异常;车辆废气导致大片土地的高度重金属污染;地下水动力学和水化学机制改变;地下水储量耗竭。矿场附近岩石圈的生态性变化与下述后果关联:矿产资源枯竭,重力场变化,产生异常的地层压力,地下水动力学参数彻底转变,出现密集的人为污染区,地质环境资源减少。对线性工程而言,不利的生态后果与负面的地质作用活跃有关,与线性的人为污染晕和诱发的异常地球物理场有关。

    在不同种类经济活动影响下发生的岩石圈生态环境特性改变的清单还可能扩展,但上述这些已足以支撑得出结论。每种经济活动都与岩石圈生态属性改变的特定复杂性关联,因此要对它们进行分析,就需要运用地质科学的各类理论和方法。城市群影响着岩石圈的所有生态功能,所以要动用地质科学的整套方法,特别要涵盖图2所示的所有学科的方法。对线性建筑而言,要运用的地质科学和方法清单将取决于研究需要,首先是岩石圈地球动力学、地球化学和地球物理学功能的研究。在矿床开采方面,研究重点要集中到岩石圈资源功能的所有方面,地球物理和地球化学异常,以及一组地质作用。 

    生态地质学的任务及其应用