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    “年轻的时候什么工作都要做一点,现在年轻科技工作者学历很高,在某一个专业领域钻研得很深,但是也应该具有战略性的长远的思维,应该做到‘博观而约取,厚积而薄发’。”

    ——中国科学院院士、著名地质学家

    沈 其 韩

    1950年 

    一名年轻的地质工作者 

    怀抱炽热的爱国情怀 

    投身于 

    新中国找矿事业中 

    辽宁鞍山 

    湖北大冶 

    山西中条山 

    ... 

    他走南闯北、不知疲倦 

    沉浸在为国家寻获矿产的 

    巨大喜悦中 

     

    中国科学院院士、著名地质学家沈其韩

    回首当年

    他激情澎湃:

    “如果一辈子能够跑十几个地区

    帮助建立十个八个矿山

    也就很知足了。”

    1984年,沈其韩在实验室用显微镜观察岩石薄片

    1956年

    他响应“国家需要”

    迎来职业生涯的转变:

    从热火朝天的

    地质找矿一线

    转入

    当时相对冷僻的

    地质科学研究

    1985年,沈其韩(左4)在内蒙古野外进行地质观察

    “我上大学的时候,

    地球化学根本没有学过,

    年代学也不知道,

    都是在工作中边做边学起来的。”

    知不足而后学

    他在

    变质岩石学

    前寒武纪地质学

    等研究领域

    奋发图强

    1991年10 月,沈其韩(左1)在北京密云观察变基性岩脉的特征

    到了1980年

    努力终得回报

    他的研究成果屡次获得

    地质矿产部科技成果奖

    和国家自然科学奖

    得到国际地质学界的

    广泛关注和认可

    2006年7月,沈其韩在黑龙江五大连池火烧山北侧考察

    如今

    这位年逾九旬的老人

    仍在地质科学研究道路上

    不倦跋涉

    他对科学的热爱和求索之心

    仿若大地上最寻常的岩石

    历经风雨

    坚韧如初

    他是中国科学院院士、著名地质学家

    沈 其 韩

     

    破译地球的秘密

    ——记中国科学院院士、地质学家沈其韩

    2019年1月,在2018年度国家科学技术奖励大会上,自然资源部项目《中国最古老大陆的时代和演化》荣获国家自然科学二等奖,这项成果是研究团队三代科学家近30年研究的结晶,获奖团队中就有时年96岁高龄的沈其韩院士。

    在70多年的地质生涯中,沈其韩把所有的精力投入到早前寒武纪地质、变质岩石学和同位素年代学及铁铜矿产等研究中,在基础研究和应用研究方面作出了重要贡献。一年多之前,年逾九旬的沈其韩还坚持每天上午到办公室,翻阅报纸,了解国际国内重大事件,除了矿产新闻外,他格外关心的是土地污染治理和三农问题等。他还请助手把国内外有关寒武纪地质研究的论文打印出来,一篇篇仔细阅读,认真做摘要。正是这种精益求精的钻研精神,让他在90多岁时依然保持着出色的科研能力,再次摘下国家自然科学奖的桂冠,彰显着他为国家科技进步而努力奋斗的初心。

    满腔热情为国找矿

    1922年4月27日,沈其韩出生于江苏淮阴。1941年秋,在堂兄资助下,19岁的沈其韩经上海转浙西,偷渡日伪封锁线,终于在冬天抵达重庆。沿途祖国美丽的山河、破败的城镇、苦难的民众,给沈其韩留下了深刻印象。他渴望国家早一点强大起来。

    1942年夏,沈其韩考入重庆大学地质系。上课时,沈其韩对岩石学非常感兴趣,尤其敬佩教授矿物学的王炳章先生。经过4年学习,沈其韩成为重庆大学那一届地质系仅有的7名毕业生之一。

    1946年6月,沈其韩考入南京的中央地质调查所岩石学研究室,室主任是著名变质岩专家、中国科学院院士程裕淇。前辈地质学家身上那种严谨的工作态度、扎实的知识素养、开阔的学术视野、服务大局的工作意识、炽热的爱国情怀,深深地影响着沈其韩。

    新中国成立后,国家重点发展重工业以尽快实现社会主义工业化,钢铁成为最急需的资源。发展工业,找矿先行,地质工作者们迅速行动了起来。

    1952年,在湖北省黄石市铁山区成立了新中国第一支大型地质勘探队——大冶资源勘探队,后改称为429勘探队。沈其韩作为业务骨干参与组织铁山矿区和领导金山店矿区的后期详勘工作。他们白天到山野测量,夜晚在室内整理资料,很快完成了整个矿区精细的地形图。在两年多的时间里,沈其韩没有回过家,日夜都待在山上。1954年3月,勘探队向地质部提交了《湖北大冶铁矿地质勘探报告》,估计总储量高达亿吨以上。

    从1950年起,从辽宁鞍山铁矿、湖北大冶铁矿到山西中条山铜矿,沈其韩走南闯北,不知疲倦,沉浸在为国家找到矿产资源的巨大喜悦之中。回首当年,年过九旬的沈其韩依然非常激动:“当时地质勘查工作非常辛苦,几乎都是白天黑夜地干,一个地质队、一两千人、三十几台钻机,就想着赶紧找到矿提交报告。一两年时间矿山就建立起来了,让我很有成就感。我当时就想,如果一辈子能够跑十几个地区,帮助建立十个八个矿山,也就很知足了。”

    投身寒武纪地质研究

    不过,沈其韩为国家建立十个八个矿山的愿望很快就被迫放弃了,另一个重要的领域正等待着他。

    沈其韩在山西找矿劲头十足,这个时候,程裕淇院士向他发出召唤,让他回到地质研究所搞岩石学研究。向来服从工作安排的沈其韩内心有些不情愿:“我觉得找矿挺好的,我就留在山西算了。”

    让沈其韩改变主意的只有4个字“国家需要”,国家需要他去找矿,他无怨无悔地奔波在湖北、山西各地。现在,国家需要一些有实际工作经验的人来搞基础研究,为将来的找矿工作做指导,那么,他也会竭尽全力,绝不辜负国家的期许。

    变质岩石约占地壳总体积的27.4%,广泛地分布于早前寒武纪结晶基底及其以后的各种重要的地质构造单元中,绝大多数本来是见不到的,但是由于后来的构造运动,一些变质岩露出地表,带来深部地壳的各种信息。地质学家通过破解这些变质岩,研究地壳演化的历史。变质岩石学是岩石学的重要分支,但是相关研究一直进展缓慢,直到上个世纪初,变质岩研究才有所突破,而中国的变质岩研究当时还是一片空白。

    程裕淇院士敏锐地意识到变质岩研究的重要性——除了能够了解早期地壳的演化、通过原岩恢复推断原岩的形成环境和构造背景外,还有助于利用变质岩来找矿。就这样,1956年秋天,沈其韩跟随程裕淇院士开始了长达60年的早前寒武纪地质、同位素年代学和变质岩区工作方法研究。

    寒武纪是地质划分的一个年代,时间大约是距今5.4亿年至5.1亿年之间。在寒武纪开始后的数百万年时间里,包括现生动物几乎所有类群祖先在内的大量多细胞生物突然出现,这就是令古生物学家和地质学家百思不得其解的“寒武纪生命大爆发”。但凡所有的大爆发,之前一定有一段长期的力量积蓄储备期,地球上所有的矿产资源也正是形成于这个时期。剧烈的构造运动造成地壳抬升,将覆盖在变质岩之上的岩层剥蚀掉,使得变质岩得见天日。因此,沈其韩的研究便以早前寒武纪地层学为对象,试着从古老的变质岩中去推断地球演化的过程,解读地壳深处的信息。

    在地质学家的眼里,一块看起来很普通的石头,或许比等量的黄金还要珍贵。从热火朝天的地质找矿一线转入到相对冷僻的基础研究领域,沈其韩迅速沉下心来,一步一个脚印,踏踏实实地开始工作。

    博观约取获硕果

    “我上大学的时候,地球化学根本没有学过,年代学也不知道,都是后来在工作中边做边学起来的。”知不足而后学,沈其韩格外关注新技术新方法在实际工作中的运用。后来的实践也证明,没有同位素地质年代学,前寒武纪研究寸步难行。通过向国外专家学习,引进国际上最先进的测定同位素的仪器设备,使得中国的寒武纪地质研究在起步较晚的情况下奋起直追,不断收获累累科研硕果,逐渐缩小与国际寒武纪地质研究的差距。

    从1980年开始,沈其韩在地质科学研究上进入盛产期,他在早前寒武纪研究领域取得了一系列重大进展,研究成果屡次获得地质矿产部科技成果奖和国家自然科学奖。中国寒武纪地质研究的突飞猛进也引起了国际地质学界的广泛关注和认可,相关的研讨会和各种科学合作项目也有条不紊地推进起来。

    回忆一生的科研事业,沈其韩认为,年轻的时候什么工作都要做一点,现在年轻科技工作者学历很高,在某一个专业领域钻研得很深,但是也应该具有战略性的长远的思维,应该做到“博观而约取,厚积而薄发”。

    沈其韩说,他亲自经历了变质岩石学和前寒武纪地质学研究从落后到发展的过程,当前地质科学在飞跃发展,变质岩石学和前寒武纪地质学也应紧随时代的脉搏,不断前进。他勉励年轻地质工作者,紧紧抓住学科发展规律和国家需求,坚定信心,在学科的理论思维和实践应用等方面不断创新前行,为国家作出重要贡献。

    从某种意义上来说,地质学家是这颗星球上最智慧的人之一,他们能够从一块岩石标本乃至一粒矿物晶体中看到整个造山带的动力学过程,推测出地球过去46亿年漫长历史中发生的故事,寻找到蕴藏于地球深处的各种丰富的矿产……斗转星移,寒来暑往,沈其韩院士已经在地质科学路上跋涉了70多年,时光把他从一位热血青年雕塑成一位世纪老人,但他对地质科学的热爱和执着追求科学真谛的心却从未改变过,正像这大地上随处可见的一块块岩石,历经风雨,坚韧如初!

    院士沈其韩:破译地球的秘密

     

    兴国县和平村打出日出水量200立方米的水井

    中国地质调查局总工室、水环部对扶贫水井进行核查

    开栏的话

    水文地质调查服务干旱缺水区饮水安全、土地质量地球化学调查成果服务特色农业发展、地质找矿带动商业矿产资源勘查开发、地质灾害调查服务城镇化建设、地质遗迹调查服务旅游资源开发——自然资源部中国地质调查局瞄准脱贫区资源环境突出问题,发挥专业技术优势,走出了一条以找水打井、防灾减灾、特色农业、地质旅游、矿产资源开发利用等为主的“地质调查+”特色扶贫之路。

    今年是脱贫攻坚决战决胜之年。中国地质调查局聚焦尚未脱贫摘帽的市县,精准对接需求,在自然资源部定点扶贫六县、乌蒙山集中连片特困地区、“三区三州”等重点地区安排项目126个,将地质调查支撑服务脱贫攻坚作为今年工作的重中之重。

    从今天起,本版开设《“地质调查+”支撑服务脱贫攻坚》专栏,对地质调查支撑服务脱贫攻坚取得的成果,以及在科学技术、运行机制等方面的创新经验进行系列报道。

     

    4月26日,从江西省贫困县脱贫退出新闻发布会上传来喜讯,江西省兴国县正式退出贫困县序列。

    兴国,一片神圣的红色土地,孕育了肖华、陈奇涵等56位共和国开国将军。受制于“八山半水一分田”的恶劣自然条件,兴国县有36 个村在2017年被列为深度贫困村,农业用水和百姓安全饮水难以保障。

    老区人民的难和痛,是自然资源系统干部职工放不下的牵挂。2016年以来,自然资源部中国地质调查局坚决贯彻落实自然资源部党组部署要求,发挥自身专业技术优势,部署地质调查支撑服务赣南脱贫攻坚找水打井项目,组织中国地质调查局水文地质环境地质调查中心(以下简称“水环中心”)等单位分头实施。水环中心在牵头负责的兴国县采用“突击队+常规队”的组合形式,三进兴国找水打井。经过3年努力,共实施探采结合井55眼,总涌水量2.1万立方米/天,直接解决了4.4万余人的安全饮水问题和3000亩现代农业灌溉用水问题,为25万余人提供安全饮水水源,并发现170余处特色矿泉水,圈定4处地热靶区和23处应急水源地。

    西霞村有了幸福泉

    水环中心在兴国扶贫找水的第一站在西霞村。这里,600多户、3000多人散居在一个个山旮旯,没水吃是他们自祖辈定居于此就面临的“老大难”。

    “虽然家家户户打了小水井,但水量严重不足,有时仅能抽10分钟,干旱季节更是没水可抽。”村支部书记汤秋生说,“水少不说,水质还不好。从井里打出来的水,烧开后一会儿便出现黄色沉淀物,用这种水煮的饭都是黄褐色的。”

    听说村里来了帮忙找水的地质队,村民们纷纷前来一探究竟。烟农吕常琳对找到水充满期待:“烟叶是我们的主要收入。要是用水有保证,烟叶的产量肯定能上去,品质也会提高,今后的好日子也就有希望了。”

    “我在这生活了80多年,从来没有人打到过水,我看你们也很难。”也许是因为以前期盼一次、失望一次,一位老者摇着头说。

    绝不能让西霞村人民再次失望!望着村民们期盼的眼神,水环中心的领导和找水队员们在心里立下了誓言。

    可随后的调查让他们发现,西霞村找水之难远超预想:西霞村虽有发现,西霞村找水之难远超预想:西霞村虽有 山有沟,但坡小沟短、汇水有限,且沟内均为泥质含量高的致密岩石,根本不蓄水。即使有着丰富找水经验的“黄金搭档”李伟和朱庆俊,在西霞村野外踏勘后也皱起了眉头。

    “越难越需要我们冲上去。”在突击队长张福存的带领下,大家每天在西霞村看山看石看图纸,在无数次野外走访、物探实践和资料修改中,寻找地下水脉的所在。为了将地表植被、地表干燥对电信号的干扰降到最低,队员们到山下背土来铺,拎盐水一点点灌,平常只需很短时间就能完成的100多个探测点却用了两个多小时。

    队员们的辛苦,换来的是对地下水脉的准确把握。依据这些地质资料设计实施的两个钻孔,出水量稳定在1000吨/天,而且打出的还是极其罕见的锂型矿泉水。2017年1月9日,西霞村老俵们早早地来到钻机旁,看着清冽甘甜的水流渐喷渐大,幸福的笑容洋溢在脸上。那位对找水不抱希望的老者也向突击队竖起了大拇指。

    汤秋生说:“我们吃水不愁了,300亩烟叶可以正常栽种了。烟叶产量提高了,老百姓的收入就增加了。以后我们还可以发展蔬菜种植,那我们村脱贫就更没有问题了!”

    西霞村的水源问题虽然解决了,但是如何让老百姓真正喝得上,还需要团队重点思考和努力攻克。找水团队采取和县政府联建供水工程的办法,建设了高位蓄水池,形成了自流式供水系统,并在水井口增加了除氟设备,直接为石坳子、汤屋村的1200余人送上优质饮用水,同时解决了2000多亩耕地灌溉用水。通过预留的输水口,还可解决附近3个行政村约8000人的饮用水问题。

    水脉现身靠创新

    红层区,地貌陡峭不汇水、地层泥质含量高不富水、构造紧闭不导水、深部地下水不循环,再加上丹霞地貌勘查场地狭小,且水田与电力线沿沟分布,物探勘查多种方法受限,被称为“找水禁区”。兴国县正处于这样的地区。

    为破解找水难题,水环中心组建了一支年轻有朝气、思维活跃、负责任、能坚守、有担当的“战队”,并要求做到“地方政府哪里有需求,就去哪里开展工作”。

    这支“战队”融合了地质、遥感、物探、钻探等多专业技术人才,通过水文地质条件分析和遥感线性构造解译,聚焦缺水村组找水方向及找水靶区;根据工作场地条件及找水目的层,确定最适宜的物探勘查方法组合;利用数据采集现场人工干预去噪,适时调整仪器数据采集频度和供电强度,降低物探勘查结果的多解性,准确刻画含水层或构造空间特征;根据极化率、半衰时、金属离子等富水性参数的匹配关系,结合视电阻率响应特征综合判断含水层富水性,从而确定最佳井位。多专业、多技术、多方法的深度融合和创新使用,推动他们在兴国县实现了缺水区找水的一个又一个突破。

    地处兴国盆地北部的高多村,傍依319国道与S223省道和泉南高速,区位优势明显。2016年,兴国县农业综合开发办公室对高多村1000余亩土地进行高标准农田改造,发展以蔬菜、瓜果为主的现代生态农业产业,联结贫困户200户,用工120余人,打造“现代农业+土地入股+农民就业”产业精准扶贫的典范,2017年被列入兴国县六大攻坚战30个重点项目之一。

    2017年10月,兴国县委副书记、县长陈黎获知由于受缺水问题影响,该项目进度迟滞不前,遂向水环中心找水团队发出帮助找水的请求。找水团队紧急会商后认为,解决扶贫产业项目基地缺水是助力地方脱贫攻坚的重要发力点。

    扶贫产业基地位于红层砂泥岩分布区,园区内已人工挖掘水井5眼,仅1眼井出水,水量40吨/天。项目组集结水文地质、水文物探技术人员,经过综合对比分析地质结构、地下水赋存运移规律等,结合激电曲线,最终确定钻孔孔位2处,备选孔位1处。为了不耽误蔬菜的及早种植,找水团队多方协调钻机,采用气动潜孔锤钻进工艺,1天内完成了2眼井的钻探施工,合计涌水量500吨/天。

    在兴国这片土地上,找到水已实属不易,更可贵的是,水环中心还找到了优质的水源。比如,为会昌县矿泉水厂实施的2眼锶型矿泉水探采结合井,解决了投产水量不足的问题,避免了2000万元投资损失;为宁都县小布镇实施的井口水温34℃、每天290吨的自流优质偏硅酸型热井,丰富了宁都县小布镇全国十大特色旅游小镇的品牌内涵,助推小布镇成功获批国家4A级旅游景区……

    “170余处矿泉水点、而且是稀有的锌型矿泉水、锂型矿泉水,将为兴国发展水产业提供新动能。20多口水井、20多处乡镇供水水源地,让我们规模化发展特色农业也将不再受困于水。”陈黎信心满满地说。

    2019年1月,陈黎千里迢迢赶赴河北保定,将亲笔题写的“足迹印兴国,甘泉泽千秋”锦旗,亲手交到水环中心主任文冬光的手上。

    使命始终担肩上

    2019年9月9日,中国地质调查局召开局党组会议,全面贯彻落实党中央决策部署和部党组工作要求,以高度的政治自觉将赣州四县摆在地质调查支撑服务精准脱贫攻坚工作的核心位置,精准对接地方党委和政府需求,聚焦找水打井等重点工作任务,在项目、资金、人才、装备等方面提供充分保障,加大力度、加快步伐、提高效率,全力支撑赣州四县如期完成脱贫摘帽目标。

    2019年9月11日,中国地质调查局组织总工室、水环部,以及南京地质调查中心、武汉地质调查中心、水环中心等单位,赶赴赣州四县精准对接需求,在对需求点实地调研、摸排的基础上,制订了“精准锁定需求、区分轻重缓急、一点一策、分县包干”的工作方案。

    9月21日,水环中心党委抽调水工环精干力量,配置先进仪器设备,成立了以中心副主任李铁锋为队长的找水打井突击队再次驰援兴国县,对44个缺水需求村组开展了逐点踏勘、逐村核实,确定了14个急需开展工作的需求点。这14个需求点,或地处找水禁区的红层区,或是条件复杂的灰岩区,或是场地狭小的变质岩区,都是“难啃的硬骨头”。

    梅窖镇寨脑村是梅窖镇人口最多的村组。该村村民大多引山泉水或自挖浅井作为生活用水,常出现季节性饮水困难。作为解决该村安全饮水问题的圩镇自来水管网延伸工程,取水水源为流经该镇的梅窖河,也经常出现水质不稳定、季节性缺水问题。 长期以来,梅窖镇一直致力于寻找安全稳定的补充水源,但受隐伏岩溶复杂地质条件影响,或因溶洞发育塌孔无法实施,或因水量较小几近干孔,安全稳定集中供水问题迟迟未能解决。

    2019年10月14日,水环中心与梅窖镇进行了深入需求对接,确定了在该镇集中供水取水点和蓄水池之间开展勘查工作。通过遥感解译初选工作靶区、地面调查确定构造特征和地层展布、综合物探靶向定位,确定了2处孔位。为解决岩溶地层钻进困难问题,找水打井队采用潜孔锤跟管钻进施工,2眼钻孔先后成井,单孔试抽水量均在1000立方米/天以上。

    但出水的喜悦很快就被水中泥沙含量高的现实问题冲淡。

    面对水量丰富却历经一周抽水洗井均无法获得清澈地下水的问题,找水突击队积极探索,反复讨论出水泥沙含量高的原因,从钻井工艺、管材使用、成井工艺到抽水方案,多方核查、多次论证、反复研讨,尝试创新应用飞管止砂、多层包网、填砾过滤等工艺,选择合适含水层段进行成井,最终成功克服泥沙量大的问题,获得清澈的地下水供水水源,总出水量达每天2140立方米,完全解决了寨脑村6863人的安全饮水问题,同时也为梅窖镇集中供水提供了补充水源,让2万余人有了清洁饮用水。

    在2019年“不忘初心、牢记使命”主题教育中,水环中心党委将“发挥水工环技术优势,助力老区可持续发展”纳入主题教育调研活动内容,成立了以中心党委书记张发旺为组长、副主任李铁锋为副组长的调研组,再一次深入革命老区兴国县开展“两不愁、三保障”需求调研和服务对接,以实际行动努力践行“为民服务解难题”主题教育目标。

    2019年11月30日,兴国县有关负责同志与水环中心调研组就发挥水工环技术优势、助力兴国脱贫攻坚可持续发展进行了座谈,就如何利用水环中心专业技术优势服务兴国经济发展达成了共识,并签订战略合作协议,再一次为兴国打赢脱贫攻坚战注入了一针“强心剂”。

    3年多时间里,水环中心赣南扶贫找水团队闯关夺隘、攻坚克难,为赣南老区兴国人民带来“水”的希望。让希望之水润泽赣南兴国的万物生灵,让老区经济腾飞的福泽滋润每一位老区人民的心田!

    水润将军县

    日前,中国地质调查局青岛海洋地质研究所徐扬博士对扬子北缘新元古代岩体的研究成果在《Precambrian  Research》发表,该成果对研究扬子北缘新元古代岩浆活动的性质和动力学机制具有重要意义,也为讨论扬子陆块在Rodinia超大陆中的位置、重建超大陆聚散过程提供了新的制约信息(图1)。

    据了解,青岛海洋所徐扬等科研人员针对扬子板块北缘的三里岗-三阳混杂岩带进行了大比例尺野外地质调查,发现该混杂岩带保存了与洋壳俯冲有关的岩浆构造块体。科研人员选取了混杂岩带中唯一的花岗质岩体、以及邻近的基性岩脉为研究对象,获得了十分接近的新元古代早期锆石U-Pb年龄(~860 Ma和~871 Ma,图2),这一结果打破了该带是晚古生代勉略带向东延伸的传统认识。在此基础上,利用岩相学、全岩化学、Lu-Hf同位素和Sr-Nd同位素数据,对该组岩浆活动的性质和动力学背景进行了探讨。

    该研究取得了多项成果,一是三里岗基性岩脉的源区遭受了洋壳俯冲带流体的交代,其成因与俯冲带地慢楔遭受俯冲带流体的交代后的熔融有关。二是三里岗花岗岩体是新生的地壳物质部分熔融后与基性矿物反应的产物,其成因与岛弧环境下的洋壳俯冲有关。三是基于接近的时空关系,区域上的庙湾-神农架洋壳俯冲带(1.10-0.89 Ga)可能向东延伸至三里岗岩体,它们共同记录了扬子北缘新元古代十分重要的大地构造演化信息。

    据悉,扬子板块边缘和内部广泛发育了新元古代的火成岩,它们对认识新元古代华南陆壳的形成与演化、Rodinia超大陆聚散过程具有重要的地质意义。另一方面,关于新元古代岩浆活动性质和动力学机制一致存在激烈的争论,是目前地学研究关注的热点和前缘问题之一。《Precambrian Research》杂志(2015影响因子为5.66)于2016年275卷发表了该项研究成果。 

    图1 扬子板块新元古代岩石分布简图

    图2 三里岗基性岩和花岗岩体锆石U-Pb谐和图

    青岛海洋所科研人员取得扬子北缘新元古代岩体研究新...

    锂、铍等资源是新兴产业发展的战略性关键金属资源。我国东部的幕阜山地区位于湘鄂赣交界处,处于武汉-长沙-南昌城市圈交汇处和高新产业密集区。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李建康研究员团队,依托科技部“深地资源勘查开采”专项“锂、铍等战略性金属矿产资源成矿规律与预测评价”项目,在幕阜山地区取得了较显著的找矿进展。

    一、工作进展

    项目团队基于成矿理论研究,提出了在幕阜山等大岩基地区的“体中体”式成矿模型和“稀有金属矿化分带”的找矿模型,确定幕阜山岩体西南缘以寻找锂资源为重点,西北缘以铌钽资源为探测重点,并经初步工程控制取得以下主要找矿成果:

    1. 在幕阜山西南缘,新发现黄柏山锂铍铌钽伟晶岩密集区

    在幕阜山西南缘新发现黄柏山稀有金属伟晶岩密集区1处,初步地表工作圈定了11条花岗伟晶岩脉(601―611号脉)。其中,603号脉为锂辉石钠长石伟晶岩,地表出露长度约500m,矿脉厚度大于10m,具全脉矿化,钠长石锂辉石带占该脉体积的80%以上。经刻槽取样,603号脉Li2O品位为0.8~1.7 wt%(平均值1.4 wt%),BeO品位为0.02%~0.5 wt%(平均值0.13wt%)。根据岩脉地表出露规模,初步估算该伟晶岩脉的Li2O预测资源量超过3万吨,该区域有望发现1处资源远景达大型-特大型规模的锂铍铌钽矿床。

    2. 幕阜山北缘发现新型锑-锂共生资源

    在幕阜山北缘地表延伸约3.6km的断裂破碎带中,项目团队新发现锑-锂共生型资源。锂主要以锂绿泥石的形式充填在断层破碎带的黏土中,属于低温热液充填成因。全岩分析表明,破碎带Li2O含量约为0.40%,断层间的泥质岩中Li2O含量约为0.70%,均达花岗伟晶岩类与气成热液矿床中伴生锂综合回收工业指标。该断裂带长度约3.6km,厚度1.2m,Li2O品位平均0.6%,据此估算锂矿石资源量为200万吨,Li2O预测资源量1.2万吨,有望达到中型锂资源规模。

    湖北柘坪绿泥石型锂资源的成矿物质可能均来自于其南侧的幕阜山大岩基,不排除深部存在隐伏花岗伟晶岩型锂矿的可能性,也不排除柘坪锑锂矿与断峰山的伟晶岩型锂矿属于同一成矿系列。总之,柘坪黏土型锂资源的发现,不但丰富了我国锂矿的类型,而且开拓了找矿思路,为我国新类型锂矿的勘查提供了新的切入点。

    3. 下一步工作计划

    目前,项目团队正在对黄柏山伟晶岩密集区布置物探和化探工作,重点以电法剖面为基础,实施200-500米钻探,探测黄柏山地区锂铍资源深部找矿前景。在幕阜山西北缘,项目团队将在充分利用柘坪锑矿已有钻探资料,进一步研究柘坪地区锂资源的规模、品位和开发利用前景。

    最终,项目团队实现项目预期目标:在幕阜山地区提交1-2处锂铍铌钽资源找矿远景区和靶区。

    黄柏山603号脉中的锂辉石

    柘坪富锂断层破碎带

    我国东部幕阜山地区取得稀有金属找矿进展

    新矿物的发现数量、研究深度及分析技术水平展现了一个国家基础科技的软实力与硬实力,是国家综合实力的体现。近年来,我国加大了对新矿物研究的支持力度,我国新矿物事业迎来了难得的发展契机。今年上半年,自然资源部中国地质调查局就交出了一份漂亮的答卷:该局发现的钾绿钙闪石、灵宝矿、太平石3种矿物先后通过国际矿物学协会新矿物命名与分类专业委员会(IMA CNMNC)的严格审查,经投票正式认定为新矿物。

    半年之内3种新矿物获得IMA CNMNC认证,具有十分重要的理论意义与实践意义。3种新矿物的发现丰富了国际矿物学宝库的内容,增加了可用矿物资源种类,为青年地质学者提供了成长空间,提高了我国矿物学基础研究水平,促进了矿物学学科发展,提升了我国学者在国际矿物学领域的影响力。

    记者日前专访了钾绿钙闪石主要发现人、中国地质调查局成都地质调查中心高级工程师任光明,灵宝矿主要发现人、中国地质科学院矿产资源研究所博士简伟,太平石主要发现人、中国地质调查局天津地质调查中心工程师曲凯,不仅了解了新矿物发现过程中的动人故事,还领略到了青年地质学者的独特风采。他们的勤奋、认真、坚守,是地质事业的希望所在。

    钾绿钙闪石:曲折的过程 美好的结局

    2019年4月3日,一个令任光明十分兴奋的日子。在这一天,他潜心研究了十余年的“宝贝” 终于有了“身份证”。经过国际矿物学协会新矿物及矿物分类、命名专业委员会的严格审查,21位国际新矿物评审专家全票通过,并由主席Ritsuro Miyawaki最终批准,由任光明为主要发现人的钾绿钙闪石正式被认定为新矿物。

    家庭是人类社会的细胞, 而矿物则是组成地球和外天体的细胞,发现新矿物就是发现人类尚未认知的天然无机物。谈起新矿物的认证与发现,任光明侃侃而谈:“IMA CNMNC规定,矿物种主要以其化学组成和结晶学性质为基础加以确定,如果发现一个矿物,其化学性质和/或结晶学性质与任何已存在的矿物种明显不同,则存在着该矿物为新种的可能性。新矿物的发现与研究不仅是对矿物学学科发展的重要贡献,还可能对地球系统科学的发展尤其是矿产资源的开发及利用有着重要的理论意义和实际价值。”

    任光明在四川会理菜子园增生杂岩地区跑路线

    正是深知发现新矿物的重大意义,十余年来,任光明从未放弃过钾绿钙闪石研究。本世纪初,任光明从有关文献中获悉,内蒙古克什克腾旗大乃林沟出产位于火山机构中的“角闪石岩”,这种矿物虽然有被命名,但是一直未得到IMA CNMNC正式批准。从此,进一步验证这种矿石的结构,获得IMA CNMNC正式批准,成了任光明研究的一个重要组成部分。

    钾绿钙闪石的认证之路异常艰辛。回顾十余年来的经历,任光明说:“新矿物的发现是有前提和条件的,那就是要有充分的心理准备,要有前瞻性和预判性。”在这种信念的支撑下,任光明一路披荆斩棘,最终获得了成功。2010年~2015年期间,任光明分别对钾绿钙闪石单矿物进行了电子探针测试分析,确定了其化学式。为了进一步研究钾绿钙闪石矿物的物理和矿物结构特征,以及与钾钙闪石的关系等,在中国地质大学(北京)对单矿物进行了莫氏硬度、扫描电镜分析测定,同时开展了矿物X射线粉晶衍射分析。钾绿钙闪石的粒度约0.02毫米~0.25 毫米,绝大多数的钾绿钙闪石颗粒肉眼无法区别于钾氯绿钙闪石矿物种。由于钾绿钙闪石粒度微小,再加上常发育有聚片双晶,钾绿钙闪石的晶体结构精测成了钾绿钙闪石新矿物研究的“拦路虎”。为了清除这个“拦路虎”,任光明跑了很多路,走访了很多人,最终在中国地质大学晶体结构研究室李国武教授(亦是钾绿钙闪石发现者之一)的帮助下,终于圆满完成了钾绿钙闪石的晶体结构精测,新矿石的认证之路取得了实质性进展。

    2016年~2017年,任光明在云南珠宝科学研究院对矿物进行了折光率测试,但因矿物颗粒太小,测试结果不理想。面对这样的结果,任光明并没有放弃,而是奔赴中南大学,在该校粉末冶金国家重点实验室对单矿物进行了穆斯堡尔分析,刻画了其微观结构特征,并将其与已知角闪石类矿物比对,最后确定了该矿物为角闪石族的一种新成员矿物。此时,一切准备工作就绪,新矿物认证之路正式开始。收集数据、整理材料、编写新矿物申报书……几经周折,最终21位国际新矿物评审专家全票通过,2019年4月3日钾绿钙闪石正式通过认证。

    迄今,人类认知并得到国际矿物协会新矿物、命名及分类委员会认可的角闪石矿物种数量已超过100个。但遗憾的是,在这些角闪石超族矿物种成员中,以前未有我国学者的建树。钾绿钙闪石的发现,代表着我国在角闪石超族矿物种成员的首次突破,翻开了历史新篇章。任光明说:“目前,还有过百种角闪石族成员的命名虽获得了IMA CNMNC的认可,但尚未取得IMA CNMNC的批准。换言之,至少还有上百种已命名但并未被IMA CNMNC批准的角闪石族矿物,是有待人们发现和研究的潜在新矿物,这也是我们今后努力的方向。”

    机遇与挑战并存。角闪石留给了我们一个巨大的未知世界,钾绿钙闪石的发现只是开始,而非结束,相信在一批又一批地质人的坚守与努力下,我们离下次新矿物的发现并不遥远。

    灵宝矿:微小的细节 巨大的惊喜

    2019年5月23日,对很多人而言,都是一个极为普通的日子。但是对简伟而言,却有着不同寻常的意义。经过国际矿物学协会新矿物及矿物命名委员会两轮的严格审查、投票,简伟发现并命名的新矿物——灵宝矿最终获得认可。

    偶然的经历,不懈的钻研,往往成就的是一段传奇。2012年,中国地质科学院资源所项目团队在灵宝市行政区内的小秦岭金矿石样品的黄铁矿中无意间发现了一批金黄色的微米级矿物包裹体,这些矿物包裹体在显微镜下的反射色为金黄色,与自然金极为类似,最初也被认为是自然金或银金矿。但偶然的一次电子探针分析发现:灵宝矿并不含金,是一种银碲化合物!这一个微小的细节却让简伟和他的伙伴们异常兴奋,最终也为他们带来了巨大的惊喜。

    简伟在小秦岭金矿天井下记录相关数据

    在矿物世界中,差之毫厘极可能是天壤之别,一个细微的差别带来的可能是天翻地覆的变化,也可能是一种新矿物的问世!为了进一步验证他们的发现,简伟与伙伴们立刻行动,通过电子探针对几十个灵宝矿颗粒进行了系统检测,证实了其具有全新且稳定的化学组成:三碲化银(AgTe3),其碲含量远高于其他三种已知银碲化合物。此外,其显著的金黄色反射色也明显区别于其他银碲化合物。这一重磅消息终于为灵宝矿验明正身,也预示着一种新矿物即将诞生。

    为灵宝矿进行认证的灵感来自简伟的校友——克劳斯塔尔工业大学的Alexandre Raphael Cabral博士。彼时,Alexandre Raphael Cabral博士刚刚成功申请了新矿物Kitagohaite ,并公布了研究过程。这给了简伟以及他的伙伴巨大的信心,让他们毅然踏上了灵宝矿的认证之路。从2014年到2018年,通过开展扫描电镜分析,初步确定灵宝矿是单一的化合物而非多种矿物的亚显微共生,通过对透射电镜薄片样品分析,成功获得灵宝矿的透射电子显微镜选区电子衍射数据(SAED),再通过完成电子背散射衍射(EBSD)分析,从而进一步证实灵宝矿的晶体结构等步骤,灵宝矿的样品辗转于中国、德国等十几个实验室,被一次次拍摄、查看、计算、检验,终于在2018年与2019年交接的时刻,国际矿物学协会新矿物及矿物分类、命名专业委员会接收了灵宝矿作为新矿物的申请材料,最终于2019年5月23日灵宝矿正式成为全球最新矿物!

    灵宝矿的发现不仅仅是为我国新增加了一个矿物,对小秦岭地区地质工作的开展也具有十分重要的意义。简伟表示:“灵宝矿发现于小秦岭含金石英脉的富金地段,此处矿石中还发现大量的自然金-含铋铅碲化物的矿物组合,其形成晚于灵宝矿及与其共生的含金碲化物(针碲金银矿),这说明含灵宝矿的矿石样品本身就是金矿石,且富金石英脉,是多次含金流体活动叠加成矿的结果。同时,灵宝矿及与其共生的针碲金银矿、六方碲银矿、黄铜矿、斑铜矿代表了一次单独的金成矿阶段(或期次),这些矿物组合反映成矿流体有较高的硫逸度和碲逸度,具有岩浆-热液流体的特征,暗示小秦岭金矿田下部可能存在与金矿化成因上有关的岩体,从而进一步说明小秦岭金矿田深部可能还存在较大的成矿潜力。”

    谈及灵宝矿的发现,简伟显得很谦虚:“灵宝矿的发现,这份荣誉不仅仅属于我个人,更属于我们整个团队。自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室先后承担了国家‘973’计划、支撑计划、国际合作项目、国家基础性研究项目、自然科学基金重点和面上项目以及省部级项目等科研项目的工作,是国内目前惟一一个以矿产资源形成过程、分布规律和勘查评价技术为研究方向的实验室,依托于中国地质科学院矿产资源研究所和中国地质调查局,我们将成矿-找矿理论研究与勘查评价有机地结合在一起,从而使研究成果能迅速地在实践应用中得到检验和提高。”

    太平石:初心的坚守 奇迹的创造

    2019年6月6日,对曲凯和自然资源部中国地质调查局天津地质调查中心研究团队来说,是一个值得铭记的日子。由该团队发现并申报的新矿物(太平石),经国际矿物学协会(IMA)新矿物命名及分类委员会(CNMNC)投票通过并正式获得批准。“太平石”的发现,增加了自然界新矿物,乃首次在国内发现“羟硅铈矿”、“氟镧矿”,丰富了我国稀土矿物种类,补全了两种矿物的国际谱学数据空白。

    新矿物的发现属于矿物学领域重要的基础性研究工作,素有“矿物学奥林匹克”之称,是一个国家矿物学研究水平的重要标志之一,可为人们认知与利用自然界中新物质提供科学依据。作为“太平石”的主要发现者,曲凯本身有着深厚的矿物研究功底,主要从事关键矿产调查与成因矿物学研究,主持国家自然科学基金青年基金项目“国内首次发现的硅稀土石、氟镧矿矿物学特征及其成因研究”,中国地质调查局地质矿产调查项目“河南省官坡-军马河地区放射性及三稀元素矿产远景调查”、“准噶尔盆地南缘砂岩型铀矿蚀变作用与铀源调查”等。据曲凯介绍,太平石发现于河南省西峡县太平镇稀土矿2号矿脉中,颜色为浅红至红棕色,单偏光下为灰白色。该矿物与铈褐帘石、羟硅铈矿、氟镧矿、萤石、方解石等矿物紧密共生,矿物粒度一般为100微米×200微米。在硅铈石族矿物里,太平石是第四个被发现的自然矿物,其它三个矿物分别为硅铈石、硅镧石和铝硅铈石。目前,太平石全型标本已存放于中国地质博物馆。

    曲凯(右一)和项目组成员在西峡军马河花岗伟晶岩型轻稀土矿点进行系统取样

    “滴水不成海,独木难成林。”谈到太平石的发现,曲凯说:“太平石的发现,是我们整个团队共同的智慧结晶,是我们整个团队共同努力的结果。继在国内首次发现氟镧矿、羟硅铈矿并填补国际谱学数据空白后,太平石是我们团队的又一重要创新性研究成果。罕见富氟稀土硅酸盐矿物以及稀土氟化物的发现,不仅丰富了我国稀土矿物种类与研究资料,对深入研究稀土矿的矿床成因和提升矿床经济价值具有重要意义,同时也会为人工合成稀土纳米材料技术提供新的参考。”

    “太平石”的发现,既来源于曲凯对地质事业的无限热爱和对地质科研工作的不懈追求,也来自豫西成矿带地质矿产调查团队对地质事业的坚持与坚守。自2011年成立以来,中国地质调查局天津地质调查中心豫西成矿带地质矿产调查团队,充分发挥地方地质队伍的技术优势和区位优势,牵手河南省地质调查院、河南省核工业地质局、河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院等六家地勘单位共同工作。该团队大力弘扬“三光荣”精神,把汗水和智慧泼洒在深山老林里,把科技创新融汇在祖国的大地上,从基础地质资料收集与整理研究入手,系统收集并综合整理了以往豫西地区地质、物探、科研和矿产成果资料,总结了区域贵金属、有色金属、铀矿等关键矿产成矿地质背景,对各类型典型矿床成矿特征、成矿时代、成矿规律、成矿模式等进行了总结,为太平石的发现打下了坚实的基础。

    “太平石”的发现,只是该团队投身地质事业、忘我工作的一个缩影、一个成果,他们的足迹更远,他们的梦想更远。为适应国家对清洁高效和能源的需求,该团队积极开展铀矿找矿选区研究,在北秦岭灰池子岩体外围圈定铀找矿远景区16个、铀异常区6个,创新性地总结了“红、黑、粗、高” 的找矿标志,大大提高了找矿效率,实现了河南省铀矿找矿方面的新突破;为适应国家新时期信息化和智能化等高科技新产业发展对关键矿产资源的新需求,团队把三稀元素矿产作为豫西地区找矿的新领域,圈定了三稀元素矿产找矿远景区6处,并通过与国外合作,对含矿伟晶岩进行了精细测年,梳理了北秦岭晚古生代构造-岩浆-三稀元素成矿事件,揭示出该区关键矿产巨大的找矿潜力,为该区下一步找矿工作部署提供了坚实依据;为改变豫西老区经济落后的局面,使老区人民尽快脱贫致富,开展金、银、铁、铜、镍、铅、锌、钼等矿产资源调查选区研究,圈定了一大批找矿远景区,为豫西老区经济发展提供了资源支撑。

    每一种矿石背后都是一段历史的浓缩,每一种矿石背后都有一段感人的故事,每一种矿石背后都有着地质人的坚守与付出。党的十八大以来,国家将地质科技创新摆在更加重要位置,国家对探索性、创新性、原创性强的项目支持不断加大,这对基础地质研究人员而言,是一个好消息。我们相信,有了国家政策与资金的大力支持,有了一代代地质人的坚持与坚守,我国新矿物事业将会带给我们越来越多的惊喜!

    我国三种新矿物获得国际认证
      根据站区的天气预报,北查尔斯王子山地区的天气在未来几天都不适合飞行。针对这种情况,与戴维斯站沟通后,我们将考察计划进行了相应的调整,决定提前开展戴维斯站附近西福尔丘陵中部地区的剖面地质考察。

      根据前人研究资料,西福尔丘陵地区发育大量的中元古代基性岩脉,并经历了格林维尔期低级变质作用改造,其变质程度具有从北向南逐渐加深的特征。我们近年在西福尔丘陵南部的基性岩脉中发现了麻粒岩相变质作用,所以需要进一步检验前人的认识。此外,西福尔丘陵地区基性岩脉的围岩时代约为25亿年,围岩如何响应格林维尔期变质事件也是一个重要研究课题。


    西福尔丘陵地区中元古代基性岩脉的野外产状(陈虹拍摄)

      2014年12月31日至2015年1月3日,我们完成了西福尔丘陵地区中部一条南北向地质剖面的调查,而负责我们后勤保障和野外培训员James Hamilton也一直陪伴我们。剖面起点距站区约9千米,所以我们第一天就行走了近20千米。整个路程都是在冰碛物堆积区穿行,加上采集的地质样品,每走一步都异常艰难,第一天野外工作结束后,我们每个人的脚上都毫无意外的磨出了水泡。


    澳大利亚培训员陪同考察队员一起开展野外工作(刘晓春拍摄)


    考察队员背着样品翻越冰碛物堆积陡坡(陈虹拍摄)

      考察第二天,我们的野外工作被临时叫停。按照澳大利亚南极考察的规定,在南极采集相关岩石、生物等样品都需要获得澳大利亚政府的采样许可。一直等到中午,我们才获得澳方政府的口头许可,正式纸质文件还需要再等待一段时间才能传真过来,而且告知我们可以在北查尔斯王子山、布朗山、戴维斯站和凯西站等任何地方进行采样。当天下午天气不好,一直风雪交加,而且还是新年第一天,但为了尽快完成考察任务,我们还是在风雪中完成了既定的工作路线。


    考察队员在风雪中进行地质记录(刘健拍摄)

      经过四天的野外工作,我们完成了西福尔丘陵地区中部大约10千米长的剖面调查,采集岩石样品93件。基性岩脉变质特征的野外观察表明,西福尔丘陵地区北部的变质强度确实较弱,但其为麻粒岩相还是低级变质还有待于室内研究来确定。该区地质考察为我们即将开始的北查尔斯王子山考察进行了很好的适应性锻炼,因为那里考察的路线会更远、高差更大、行走更艰难。


    南极北查尔斯王子山考察系列报道(五)