根据自然资源部中国地质调查局相关通知安排，自然资源部中国地质调查局勘探技术研究所把第51个世界地球日作为2020年重要科普活动之一，以“珍爱地球 人与自然和谐共生”为主题，精心组织安排了一系列科普宣传活动。鉴于当前疫情防控形势，活动主要以线上宣传为主。

利用新媒体加大地球日宣传力度。自2020年4月20日起，勘探技术所以自然资源部网站提供的地球日海报为素材，在所办公楼的电子大屏幕播放“珍爱地球 人与自然和谐共生”主题宣传海报，营造世界地球日的活动氛围，该项活动受众人群约200人。利用“探矿工程在线”“探矿工程技术信息”等公众号、职工微信群、QQ群连续转发与第51个世界地球日相关的文章，积极动员职工参与中国地质博物馆主办的“自然资源知识竞答”在线答题活动。

在所网站建立“第51个地球日”专题网页，集中展示勘探技术所重大绿色科研成果。地球日活动期间，建立“第51个地球日”专题网页，共集中征集科普文章6篇，介绍了近年来研发的重大绿色科研成果，重点聚焦新能源，反映了深海钻探、干热岩开发、地热形成与应用研究中取得的成果。文章包括：《深海钻探膨胀套管护壁技术—犹如在动脉血管下入支架》《钻孔重入系统—让钻头在大洋中重返原钻孔》《一种新型无隔水管泥浆举升系统》《神奇的天然气水合物探测及取样钻具》《东丽湖地热科普报告》《干热岩定向钻井高效开发面临的挑战与对策》等。

此次科普活动收到良好效果，既宣传了地学知识，也集中展示了勘探技术所近年来取得的重大科技成果，使“人与自然和谐共生”的理念深入人心。大家纷纷表示将以实际行动更加积极地研发绿色勘探技术与装备，加大在国家清洁能源项目的参与力度，利用自身专业优势为构建环境友好型社会贡献力量。

图1 利用单位的电子屏幕宣传世界地球日

图2 单位网站推出地球日宣传栏目

SYZX系列绳索取芯液动锤

3500米全液压地质岩芯钻机在山东招远金矿进行勘探

今年是中国地质调查局勘探技术研究所成立60周年。

60年，一甲子，岁月峥嵘，成就辉煌。

作为我国第一家探矿工程专业科学研究机构，中国地质调查局勘探技术研究所以地质钻探装备与工艺技术的研发和推广应用为核心工作，通过引进消化吸收再创新、集成创新、原始创新等，60年来交了一份闪亮的成绩单——累计完成重要科研成果500多项，150余项获国家、省部级以上奖励。其中，国家科学技术进步一等奖1项、二等奖2项，国家创造发明奖和新产品奖6项，省部级科技成果一等奖10项、二等奖34项；拥有国家专利93项，中国专利优秀奖4项。如今，勘探所已成为我国地质装备与技术研发的领航者。

我国成立首个探矿工程科研机构，开启国产钻探装备自主研发新征程

新中国成立之初，国家确定了地质工作“大发展，大转变”的战略方针。探矿工程作为地质工作的重要手段，其技术基础却很薄弱。在上世纪50年代初期，当时国外的岩芯钻探已普遍推行金刚石钻探技术，而国内仍是“硬质合金、铁砂加钢粒”钻进，钻探设备主要是从前苏联和瑞典进口的低转速手把式和油压钻机。1956年，我国第一个五年计划进入实施的第四个年头，工农业大发展，急需各种矿产资源、能源、水资源。集中力量发展探矿工程技术的呼声也越来越高。

1957年1月，原地质部组建的我国第一个从事探矿工程专业研究的科研机构——地质部勘探技术研究所（以下简称“勘探所”）成立了。我国地质勘探装备自主研发的新征程由此开启。

建所初期，为发展适合我国国情的勘探设备，勘探所在国内最先开始了探矿工程小型设备和机具的研制工作，随后，岩芯钻机、物探钻机、坑道钻机、工程地质钻机、反循环水井钻机等，及其配套泥浆泵、钻塔等的研制工作全面铺开。在建所后的10年间，勘探所开展了多项探矿工程领域的开创性工作。比如：率先成功研制了我国第一套地质岩芯钻机；用液动锤首次进行全孔反循环取芯试验，并获成功；在国内最早开展了天然金刚石表镶和孕镶钻头的研制工作，并利用冷压浸渍法制造成功……通过10年努力，我国的地质勘探装备开始自给，探矿技术水平空前提高，使得白云鄂博、大冶铁矿，白银厂多金属矿，淮北、平顶山煤矿等大型矿产基地和多个水利资源勘探进程大大加快。

与钢粒钻进相比,金钢石钻进具有效率高、质量好、消耗低和操作轻便等优点。1960年，勘探所开始了天然金刚石钻头制造工艺研究，次年便试制成功我国第一批天然金刚石钻头和扩孔器。由于我国天然金刚石产量少，价格昂贵，生产难度大，为天然金刚石钻头广泛使用增加了难度。1969年，勘探所开始了人造金刚石钻头的研究，并于1974年首次进行了小口径人造孕镶金刚石钻进技术配套试验。随后，勘探所与河南省地质局合作，在河南地质九队午阳铁矿区第一次打出人造孕镶金刚石钻头的高水平。1975年，小口径钻探技术又进行了第二轮配套试验。到70年代末，我国仅用20年左右的时间走完了国外金刚石钻探技术发展所经历的100多年的历程。

此外，在工程地质钻探和水文水井钻探领域的设备研究也屡战告捷，坑探掘进技术和试验室选矿设备研究提交了多项有价值的科研成果。岩芯钻探从手把式低速钻机、大口径硬质合金和钢粒钻进，向液压式高速钻机、小口径金刚石钻进发展；工程地质和水文水井钻探设备，实现了多样化，钻进工艺日趋完善；坑探工程开始从手工作业向半机械化、机械化迈进。我国地质钻探和坑探工作从此朝着赶超世界先进水平的方向迈上了一个新台阶。

钻探服务领域扩大，钻探技术向多领域、多工艺和科学化发展

随着改革开放的逐步深入和国民经济的高速发展，我国钻探技术开始向多领域、多工艺和科学化发展。

20世纪70年代前的钻探技术，主要用于地质找矿和地下资源开采，而进入80年代，则应用到工农业建设和国防建设的各个方面。比如：山东青岛海上柔杆电钻炸礁工程，西藏羊八井地热开采，广东珠江口番禹大桥基桩施工，北京、廊坊等地的定向穿越马路、建筑物的非开挖铺管工程施工，以及北京十三陵蓄能电站锚固工程施工等。

根据市场急需，勘探所以《螺杆钻受控定向钻探技术》成果为依托，1991年开始了采卤对接井钻井技术研究，与湖南省地矿局、湘衡盐矿一起完成了两对对接井施工，到1995年末，共完成5对对接井，成功率达到100%。两井高精度直接对接成功，使我国水溶采矿技术进入了世界前列。盐业系统的老专家说：“这项技术开发成功，解决了我们几十年想解决而未解决的问题。”该技术的成功，不仅为盐业提供了一条低投入、高产出的途径，也为勘探所科研成果的转化提供了重要经验。

80年代初，为了满足各种高层建筑、高速公路、桥梁等基桩工程施工的需要，勘探所率先在国内研制大口径工程施工装备与技术配套，研制了GJD工程钻机、CG型全套管施工设备、大口径无循环施工机具与技术，以及大口径桩检测仪，目前已经形成了系列成套设备、器具及配套工艺，其中大口径无循环钻探技术在青藏铁路建设施工中发挥了重要作用。

1993年，勘探所针对广泛用于市政、电讯、电力、煤气、自来水、热力等管线施工工程的“定向钻进非开挖铺设地下管线技术”进行立项研究。1994年，第一条非开挖铺设的管道顺利完成。到1997年，勘探所自行研制成两种型号的非开挖钻具和器具，并用此设备完成了70多条管线铺设工程，包括穿越公路、铁路、首都机场飞机跑道和建筑物等，至目前已形成高效环保的GBS系列（5Ｔ－320Ｔ）钻机及配套施工技术体系。

冲击回转钻探技术在硬岩钻进中具有较高钻进效率。勘探所是我国首个开展液动冲击回转钻探技术研究的单位，至今仍在坚持这项研究。勘探所最初研制成功的5个系列的液动潜孔锤，品种达20多个，几乎涵盖了全部钻孔口径。后续又开发出了更大口径的、嵌岩桩钻进用的ZC-800型液动潜孔锤。勘探所的这一成果在国外引起了广泛关注，吸引了日本、德国、英国、俄罗斯、澳大利亚、古巴、泰国、越南等国家的专家前来考察。德国、澳大利亚、加拿大等在钻探技术方面比较先进的公司先后从勘探所购置了液动锤。该成果在英国权威杂志的《地质钻探》1995年第5期一经发表，有10个国家的13家公司来电来信索取资料和要求报价购置。

随着钻探技术服务领域的扩大，钻探工程面临的地质条件越复杂，施工难度也越大。如何提高钻探效率、保证质量、降低成本？勘探所根据生产需要及施工条件，将新技术、新方法进行配套，先后研发了小口径金刚石岩芯钻探、井底动力钻探、空气钻探、水力反循环钻探、大口径基桩孔施工等工艺。勘探所实施的原地质部“八五”攻关项目《中心取样地质钻探新技术》《液压顶驱式车装钻机》及《CD－3型岩芯钻机》，结束了我国钻探方法单一的局面，使我国钻探技术的整体水平有了较大幅度的提升。与此同时，勘探所还与各有关探矿机械厂共同合作，使常用钻探设备基本上实现了标准化、系列化和国产化。

钻探技术迎来发展新机遇，科学钻探体系进一步丰富

1999年，新一轮国土资源大调查开始实施。地质、矿产及资源勘查钻探技术的应用迎来新的发展机遇和更广阔的发展舞台。

在地质大调查项目、科技部“863”项目和危机矿山专项项目的支持下，勘探所完成了2000米全液压岩芯钻机及配套设备的研究，并在山东乳山金青顶金矿区完成了终孔深度达2212.80米（Φ76毫米 N级口径）示范孔的工程施工，创造了国内H级绳索取芯钻进深度及岩芯钻探套管应用深度的两项最深纪录。用自主研发的XJY-850无缝合金钢管材制作的Φ73毫米、Φ89毫米绳索取芯钻杆，在示范孔施工期间未发生孔内钻杆事故，标志着我国2000米地质岩芯钻探技术体系已基本形成，同时也结束了我国2000米以深钻孔绳索取芯钻杆依靠进口的局面。

全液压动力头钻机具有取芯钻进效率高和安全性高的特点，尤其在斜孔施工方面极其方便，可提高钻探质量。勘探所开发的YDX系列全液压岩芯钻机的所有功能均为液压驱动，操控精准便捷，与传统的立轴式钻机相比，取芯作业的效率及安全性大大增加，钻机采用模块化设计、先进的高转速动力头设计、负荷敏感控制液压系统等部件设计，提高了钻探工作效率，减轻了工人的体力劳动，提高了钻机工作可靠性。勘探所先后完成了300米、600米、1000米、1500米和2000米系列钻机的设计开发，并出口到澳大利亚、俄罗斯、吉尔吉斯斯坦、蒙古等国。

在地调项目的支持下，勘探所研发的高精度定向对接中靶系统——“慧磁”系统，实现了地下导航高精度定向技术的重大突破，也使得我国成为继美国之后第二个拥有此项技术的国家。从2003年开始，勘探所与中国机械进出口总公司合作，实施了土耳其BEYPAZARI天然碱采集卤项目钻井工程，到2010年12月共完成了56口井的定向钻井，获得了土耳其业主公司的高度评价。通过土耳其天然碱工程的实施，勘探所实现了从两井对接连通到多井对接连通的技术跨越。

2001年4月18日，受国内外地学专家高度关注的中国大陆科学钻探工程在江苏省东海县破土动工。该井井深达5158米，孔径256毫米。针对科钻工程中硬岩深井连续取芯钻进技术难题，勘探所完成了液动潜孔锤理论及工作原理的创新，攻克了液动潜孔锤零件设计、选材及加工方面的多项工程技术难题，配套开展了全面冲击回转钻进、绳索取芯钻进、液动潜孔锤跟管钻进、螺杆马达液动潜孔锤提钻取芯钻进及螺杆马达＋液动潜孔锤＋绳索取芯三合一钻进等配套工艺的研究，至2008年底基本完成了YZX系列液动潜孔锤及其配套工艺技术的研究与开发。科钻一井的统计数据表明，采用液动锤钻进施工，钻进效率提高54%，延长回次进尺178%，大幅度减少了施工周期、降低了施工成本，为科钻一井的顺利完成发挥了重要作用，并创造了单孔应用进尺和使用深度两项世界纪录，使我国的液动锤技术达到了国际领先水平。目前，YZX系列钻具已经成为国内外市场上实现规模化应用程度最高的产品，不断刷新的液动冲击回转钻进技术应用孔深和累计使用进尺等世界纪录，使我国在该领域的研究应用水平站在了世界之巅。

2007年10月22日，勘探所承担的松辽盆地“松科一井”主井（北井）钻探工程顺利完钻。这口深达1810米的科学探井，以取芯钻进1630米、岩芯直径92毫米、岩芯采取率94.59%的技术成果，为中国乃至世界的环境地质科学研究提供了丰富详实的必要信息。该井在实施过程中，综合运用水源钻探设备、岩芯钻探技术与石油钻井技术，为在复杂沉积地层环境中进行低成本钻探探索了一条成功之路。2014年，勘探所又牵头组织实施了“松科二井”科学钻探工程，目前进展顺利。

2008年至今，勘探所又以骨干成员单位参与了汶川地震断裂带科学钻探工程（WFSD）。期间，勘探所研制的深孔复杂地层取芯钻具和长半合管取芯技术，在提高高应力极破碎复杂地层的岩芯采取率、岩芯质量和复杂地层深部综合钻探效率等方面发挥了重要作用。其中，9米超长半合管的应用创世界纪录。

大力推进科技创新，多项钻探技术领跑世界

随着找矿突破战略行动、生态文明建设、国土资源“三深一土”科技战略的推进，中国地质调查工作更加聚焦国家重大需求和国土资源中心工作，更加关注重大资源环境问题和地球系统科学问题。勘探所按照中国地质调查局党组确立的建设世界一流新型地调局的目标，充分发挥科技创新的引领支撑作用，强力推进科技进步、人才成长和团队建设，自主研发了一批高精尖钻探技术设备，使我国在多个钻探领域领跑世界。

勘探所承担的《2000米以内全液压地质岩芯钻探装备及关键器具》项目，针对我国地质岩芯钻探技术与装备落后的状况，对全液压岩芯钻机及地质岩芯钻探关键器具进行了全面技术攻关，先后研制了系列全液压岩芯钻机、高强度钻探管材和绳索取芯钻杆、高效液动锤、新型事故处理工具等关键技术装备，突破了严重制约我国地质勘探工作发展的技术瓶颈，从而建立起我国2000米以内地质岩芯钻探技术体系，也使得我国由全液压岩芯钻机、高性能绳索钻杆进口国一跃成为出口国。2015年，该项成果获得了国家科学技术进步二等奖。

勘探所还自主研发了用于深部矿产资源勘查的3500米全液压岩芯钻探装备。该装备具有较高的机械化、自动化水平，配套高精度仪表及钻参系统，满足金刚石绳索取芯、冲击回转、定向钻进等深孔地质钻探工艺要求，既可用于深孔岩芯钻进，也可用于我国浅部石油勘探，以及新兴能源如煤层气、页岩气、干热岩等的勘探，既可以打丛式井，又可以钻进定向孔。目前，该钻机正在深部地质找矿和油气资源调查中发挥作用。此外，勘探所还研发了大型车载深井钻机、全回转套管钻机、反循环取样钻探装备、地质勘查深孔用高强度铝合金钻杆、轻便岩芯钻机、涡轮取芯钻进系统、大口径长钻程同径取芯技术等，填补了国内多项钻探领域的技术空白。

钻探过程中，孔壁坍塌、掉块、溶洞、漏失等孔内事故时有发生。针对此种情况，勘探所开展了76毫米和96毫米规格的小口径地质钻探波纹管护壁技术研究，攻克了小口径膨胀波纹管成形技术、膨胀波纹管悬挂锚固技术和多根膨胀管对接技术等三大关键技术难题，填补了该技术领域的世界空白。该技术能有效解决深部地质钻探施工中的孔壁坍塌、掉块、溶洞、漏失等孔内事故，其处理效果相比传统泥浆调配、水泥造壁等更加可靠安全，同时简化了钻孔结构、优化套管级数，大大降低了钻探成本，被誉为21世纪国际钻探工程领域的核心技术之一、小口径钻孔的“血管支架”。该技术在广西、山东、甘肃、福州等地进行了现场应用，完成了地质岩芯钻探超深孔护壁、长距离连续护壁、页岩气孔护壁、大斜度钻孔等不同类型的护壁任务，单次护壁长达21米，护壁深度达到2000余米。

自从2003年开始勘探所用自有技术在土耳其从事对接井工程，取得了土方业主的高度认可。鉴于勘探所与土耳其业主在工作中建立了良好的合作关系，2014年勘探所作为独立承包商签订了贝帕扎里天然碱矿钻井工程四、五期合同，共计145口井。2015年9月10日，由勘探所承担的土耳其卡赞天然碱地下工程开钻，标志着世界上最大规模的对接井水溶采集卤工程正式拉开序幕，该项目计划在2015年～2018年施工74个采卤水平井组，单井总数达222口。勘探所运用“慧磁”技术创造性地设计并实现了多井组的连通，真正使得地下“穿针引线”技术成为了现实；在施工中大胆创新，克服了地层结构复杂、地磁场异常、地层破碎严重等困难，积累了处理复杂问题的丰富经验。

60年风雨路，勘探所人用聪明才智和心血汗水铸就了一座座功绩累累的丰碑。在前期研究成果的基础上，近些年来，勘探所取得了4项国际领先技术成果：高精度对接连通井技术、液动冲击回转钻探技术、大口径长筒取芯钻探技术与小口径膨胀波纹管护壁技术；1项国际先进钻探技术体系：2000米以内地质岩芯钻探技术体系；2项国内领先技术：3500米全液压地质岩芯钻机与车载全液压深井钻机；实施了4项科学钻探工程：牵头实施“松科二井”工程、承担“松科一井”主孔工程施工作业、为中国大陆科钻一井工程提供核心钻探技术、为汶川地震科学钻探工程提供极破碎地层取芯技术。

步入新时代，继续为钻探技术装备研发贡献中国力量

党的十九大召开，中国特色社会主义步入新时代。新时代，世界抱以新期待。

步入新时代，勘探所将继续为钻探技术装备研发贡献中国力量：一是制定1.3万米科学超深井钻探技术方案。围绕国家实施科学超深井的需求，对实施我国超万米科学钻探工程的相关技术与装备研究开发提出了系统建议，形成一套满足1.3万米科学超深井的钻探技术方案，为我国入地计划的实施打下了基础，为超深井关键技术研究指明了方向。二是进行海域天然气水合物开采技术探索。针对海域天然气水合物开采面临的粉砂质地层低渗、松散无胶结等问题，综合应用水平井施工技术、多介质反循环钻探技术、定向对接连通井技术等，探索超大直径井眼扩径砂砾充填完井、水平井砂砾充填完井及对接井完井等技术，以实现增大产层接触面积、控制涌砂、抑制粉砂运移、举升排沙等目标，力争解决我国及世界海域天然气水合物开采的关键技术难题。三是拓展“慧磁”系统在地下热能开发的应用；“慧磁”系统为定向井提供关键技术保障，确保井组的平行，解决地热勘查开发关键技术难题，为最后热储层的压裂提供有利条件。四是拓展“慧磁”系统在矿山救援井的应用。勘探所创新提出了一套利用“慧磁”系统进行井下被困人员的定位和救援孔定向引导技术方案：在矿山井下预设磁信标装置，矿难发生后可由被困人员启动，磁信标可连续30天以上向外发射磁场信号，用于提示井下存活人员及所处位置，并精确引导地面救援孔钻入被困区域，提高救援效果和效率，为矿山抢险救援提供了一种高科技手段。

六十载峥嵘岁月，笔墨春秋著华章；六十年风雨征程，薪火相传见精神。勘探所将在支撑服务国家重大需求和国土资源中心工作的大路上勇往直前，继续在高精尖勘探装备和技术领域的研发领先国内，力争实现部分技术与世界水平并跑或领跑。

地球是一个直径为6000多千米的实心球体，从地面到地球中心的距离比从北京到海南岛2倍的距离还要远。地球由地壳、地幔、地核三部分构成，整个结构就犹如一颗半熟的鸡蛋：蛋壳好比地球的地壳，其物质状态为固态；蛋白好比地球的地幔；蛋黄好比地球的地核，物质状态为液态。地表以下平均每100米温度升高约3℃。科学家研究显示：地核与地幔边界的温度大约为3700℃，而地核内部温度可能高达5000℃，几乎与太阳表面一样炽热。因此，地球内部蕴藏着惊人的热量，其中一部分地热资源便以干热岩的形式埋藏于其中。

一、干热岩是什么？

早期，干热岩通常是指温度高于200℃，埋藏于距地面2000米以下的无裂隙的岩体，主要是各种变质岩或结晶岩类岩体。伴随着干热岩勘测和开发的深入，干热岩的概念有了更为广泛的外延。只要岩体温度高，埋藏深度合理，内含流体较少（或不含流体），能用各种技术手段提取其中的热量，均可称为干热岩。

干热岩属于地热资源的一种，被誉为“来自地球母亲的温暖”。地热资源是一种来自地球内部的热能资源，温泉便是我们日常生活中最熟悉的地热资源。关于地热的来源，有多种假说。一种假说认为，地热主要来源于地球内部放射性元素衰变释放出的热能。还有一种假说认为，地热来源于地球自转产生的旋转能以及化学反应、岩矿结晶释放的热能。而在地球的发展演化过程中，产生的热能总量超过地球散逸的热能，巨大的地热能便储存于地球内部，等待人们去开发。

相比当前已开发利用的各类能源，干热岩具有无可比拟的优势。与煤炭、石油和天然气等传统化石能源相比，干热岩是一种清洁的可再生能源，不会产生污染环境的有害物质。与太阳能、风能、核能等新能源相比，干热岩的稳定性好，不受季节气候昼夜条件的限制。此外，干热岩的成本低，干热岩发电的成本仅为风力发电的一半，只有太阳能发电的十分之一，和煤炭发电的成本相当。

干热岩是无处不在的资源，分布几乎遍及全球，从理论上说，随着地球向深部的地热增温，任何地区达到一定深度都可以开发出干热岩，因此干热岩又被称为是无处不在的资源。但就现阶段来看，由于技术和手段等限制，干热岩资源专指埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体。因此，当前的干热岩开发更多地着眼于这些地区，它们位于全球板块或构造地体的边缘，构造活动剧烈，是地球释放内部能量的主要区域，地热资源十分丰富。

我国干热岩分布广泛，特别是东北地区、华北平原、东南沿海地区、西北地区均具有丰富的干热岩资源，具有很大的开发潜力。以高温干热岩体的发现地青海共和盆地为例，其干热岩理论资源量折合标准煤6303.05亿吨，以其2%作为可开采资源量计算，折合的标准煤是中国2016年能源消耗的3倍。

干热岩不但储量丰富，还可以循环利用。开发干热岩时，加热产生水蒸气的过程会使岩石温度降低，但地心的炽热岩浆会重新加热这些岩石，从而实现干热岩的周期性循环利用。

二、“石头”也可发出电来？

目前，人们对干热岩的开发利用，主要集中在干热岩发电。干热岩开发利用的核心是建立增强型地热系统（EGS工程）。首先从地表往干热岩体中打一眼井（注水井），将井口封闭后，注入高压清水，此时井底能够产生非常高的压力，该压力足以将致密的岩石压裂形成复杂缝网，或将岩体中的天然裂隙扩张形成更大的裂缝；随着清水的不断注入，裂缝不断增加、扩大，并相互连通，最终形成一个体积庞大的人工热储（类似一个巨大的鸟窝）。在距注水井合理的位置再钻几眼采出井，通过控制井眼轨迹，使采出井能够贯穿压裂缝网。整个EGS工程，通过注水井（回灌井）将低温水注入到人工产生的、张开且连通的缝网中，低温水与高温岩体接触被加热，然后通过采出井便将岩石裂隙中的高温水、汽提取到地面，取出的水、汽温度可达150～200℃，通过热交换及地面循环装置用于发电，冷却后的水再次通过高压泵注入地下热交换系统循环使用。整个过程都是在一个封闭的系统内进行。

以法国东部阿尔萨斯地区的一座干热岩发电站为例，工作人员在这里钻了三眼深井，一直钻到地表5000米以下的基岩中。发电时，用水泵以每秒100升的速度从中间的注水井向地下灌冷水，这些冷水被干热岩加热成约200℃高温的水蒸气，从另外两眼生产井抽出地面，送入一个热交换器，并在热交换器中驱动涡轮机发电。整个转换过程消耗的总电量，只相当于发电站发电量的20%。

增强型地热系统的开发和利用主要是建造两个子系统：地下人工储层和地面发电系统，二者都需要多项技术的运用和集成。其中，创建地下人工储层是目前研究的焦点。

三、我国干热岩勘查开发现状

我国干热岩资源潜力巨大，开发前景广阔，是极具潜力的战略能源，但是我国干热岩勘查与开发起步晚，在干热岩形成机制、分布情况、热储特征、评价方法、勘查开发技术等领域仍存在较多尚未解决的问题。

为推动我国干热岩勘查开发，2013年以来，中国地质调查局先后在东南沿海地区、松辽平原地区、华北地区和青藏高原等重点地区实施了干热岩勘查。2014年，中国地质调查局与原青海省国土资源厅共同组织实施的青海共和盆地干热岩勘查钻获干热岩，填补了我国一直没有勘查发现干热岩资源的空白。2017年5月在共和县恰卜恰镇完井的GR1干热岩勘探孔再获温度新高，取得了一批重要成果，为我国进一步开展干热岩勘查开发研究打下了重要基础。在此基础上，中国地质调查局围绕国家清洁能源需求，加大力度在青海共和推进干热岩资源的试验性开发。

干热岩开发利用的技术原理虽然简单，但实际应用过程中仍存在大量的技术性难题，例如在干热岩中钻井，对钻杆、钻头的寿命以及具有“钻井血液”之称的泥浆稳定性都是极大的挑战；而地层中含有大量的矿物质，在干热岩开发中，被气化的矿物质会重新在井壁结垢，类似血管中的“血栓”，沉积时间一久很容易将开采通道堵死。面对众多的技术性难题，科研人员唯有加快技术探索的步伐，才能在这场国际能源竞赛中拔得头筹！

（作者单位：自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所）

为切实加强离退休工作精准化，根据离退休人员身体特点和健康需求，4月19日，自然资源部中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所邀请郑州市第七人民医院专家为离退休人员开展健康知识讲座及义诊活动。 

郑州市第七人民医院心血管内科病区主任孙运、神经内科主任董俊兴和药学部主任谢悦旭分别就心脑血管疾病的预防及急救、合理用药等内容进行了专题知识讲座。随后，专家团队为离退休人员进行了义诊，同多位进行过冠心病介入手术和心脏起搏器置入术的退休人员预约了复诊时间，并赠送了相关宣传资料。

此次健康知识讲座和义诊活动得到了离退休老同志一致欢迎。离退休老同志表示，通过义诊进一步了解了自己的健康状况，专家提出的建议具有更强的针对性，对保障自己的身体健康起到很好的作用。

郑州市第七人民医院是河南省唯一一家以诊治心血管病为主的现代化大型三级甲等医院，是国家卫计委冠心病介入专业培训基地和国家卫计委心律失常介入专业培训基地。

广东韶关某尾矿库在表层修复后进行覆绿（左侧），较原来（右侧）生态条件有了较大改善

内蒙古西部某煤矿应用大量水资源覆绿

10月1日，自然资源部发布的矿业九大行业《国家绿色矿山建设规范》将正式施行，《规范》涉及矿区规划布局、资源开发、资源综合利用、节能减排、科技管理、数字化矿山、企业管理、社会责任等多个方面的内容，并着重对矿区生态环境保护和治理提出了要求。那么，如何才能更好实现矿区“与周边自然环境和景观相协调、因地制宜实现土地可持续利用、区域整体生态功能得到保护和恢复”等目标？记者日前采访了国内多位地质环境修复领域的专家，一次有关矿山环境修复的专业性讨论就此展开。

生态恢复是矿山环境改善的主要途径

纵观煤炭、冶金、有色、黄金、化工、非金属、砂石、水泥、陆上石油天然气开采业等九大行业《国家绿色矿山建设规范》，人们会发现保障矿山环境是所有工作的核心和出发点。而其中，既包括生产过程中的降低环境侵扰，更包括勘探开发之后的矿山环境复原。

“我认为，生态修复是矿山环境改善的主要途径。”中国地质调查局矿产资源研究所陈明研究员是在一次出差前夕接受的采访。这段时间，他北上南下，考察了一个又一个矿山及其生态环境修复的项目。

他告诉记者，在过去的数十年间，我国经济飞速发展，但粗放型发展也带来了明显的生态问题。如今，矿山生态环境保护的滞后效应已经凸显出来。以往矿产资源的采掘、选矿及冶炼过程对矿山环境的破坏是多方面的，最直接的是采空区地面塌陷、山体滑坡、泥石流、水土流失、植被破坏和景观破碎，此外还包括对大气、地表和地下水以及土壤环境的影响。“其负面效应不但有看得见的物理变化，还有看不见的化学变化。”

陈明算了一笔经济账：“我国大约有80万座矿山，其中约40万座矿山因生态环境破坏而需要修复或恢复。即使按每座1000万元的保守成本估算，全部修复一遍也需要4万亿元资金。如此沉重的负担是中央和各级地方财政都难以承受的。”

如何更加科学地弥补矿山领域的生态欠账？

陈明认为，矿山环境的改善途径有两类不同观念：生态恢复和环境修复。前者主要依靠生态系统的自我恢复能力，成本低但周期较长，可持续性好；而后者主要依赖人工干预，成本高但速度快，可持续性则要看修复手段和理念是否合适。

“近些年，我主要从事土壤污染修复方面的研究。我认为，矿山大都面积大、位置偏、污染严重，改善环境更适宜采用‘以生态恢复为主，工程修复为辅’的方式。即，对生态系统停止人为干扰，以减轻负荷压力；同时，在关键节点辅以人工措施，使遭到破坏的生态系统逐步恢复或使生态系统向良性循环方向发展。”

对此，国家地质实验测试中心的刘永兵研究员表示认可：“生态恢复并不是置之不理，不是放任自流，而是要有整体的规划设计。矿山系统是一个复杂的巨系统，生态恢复要抓要害、分主次，在关键节点上采用人工治理修复。但在不同的地方，自然条件不一样，人工干预的尺度要区别把握，但总体上还是要以生态恢复为主。”

“生态恢复充分利用了自然界的自我修复能力，可以大大降低成本。”陈明强调。

充分考虑自然生态原貌，避免过度修复

在《有色金属行业绿色矿山建设规范》中有着这样明确的要求：“矿山经地质环境治理后的各类场地应安全稳定，对人类和动植物不造成威胁；对周边环境不产生污染；与周边自然环境和景观相协调；恢复土地基本功能，因地制宜实现土地可持续利用；区域整体生态功能得到保护和恢复。”

那么，西部干旱区和东部执行同样的标准是否合理？近段时间，陈明考察了国内不少矿山，而越看越感到这是一个需要进一步探讨的问题。

“8月中旬我去内蒙古乌海进行调研，看到那里的煤矿排土场被修复得绿草如茵，高压水枪不停地喷水。当时一位修复公司的员工是这样告诉我的：‘这里种植养护的每一棵树、一小片草，一年需要花费的资金却相当可观。如果哪天资金跟不上，出现断水现象，用不了多久，这些草全都得枯死。’”当地人的话给了陈明很大触动，进而他在西部的新疆、内蒙古、青海了解到，矿山绿色生态环境修复的要求与东部城市相同，验收标准也一样。

“在那样气候干旱、水资源极其缺乏的地区，开矿之前本就是戈壁。开矿后虽然需要修复，但如此修复，不但前期投入很大，后期维护的成本也非常可观。更要命的是，这样的修复是不可持续的。”面对记者，陈明的表述充满忧虑。

“于是我想，在一些位置偏远、自然环境恶劣、人迹罕至的地方，矿山修复是否必须不计成本、不惜代价？”

思考后的答案是否定的。

他认为，就像农业生产需要因地制宜一样，矿山修复也应该充分考虑到当地的自然条件。“不问是否可持续发展，单纯追求临时的绿化效果，非要把百千年来一直是戈壁滩的地方变成绿洲，是不是有‘过度修复’的嫌疑？”

陈明认为，如果是可持续的，修复工作值得做；如果不可持续，仅能维持短暂的绿色，那就不一定值得了；尤其是在经济运行相对困难的时期，更应慎重。“不是说这些地方不需要修复，而是要真正做到因地制宜地，把握好最符合生态需求的‘度’。”他希望有关部门能够细化相关设计要求及验收标准，让不同气候等自然条件下的矿山修复工作更科学、更合理。

刘建东是江苏省地质勘查技术院党委书记、院长，他的观点是：采用生态恢复还是人工修复应结合当地经济水平、城市发展规划和场地周边环境等因素综合考虑，还应进一步将一些被认为是废弃物的有用资源充分利用起来。他说：“在中东部一些矿业城市、老工业基地的市区、近郊，就应该进行高标准的治理和修复——先做前期规划，再大规模投入，通过实施工程治理项目，修复矿山生态环境。”

刘建东认为，我国东部一些矿山城市，自然条件较好，人口密集，而且这些地方在长期矿业发展的背景下，生态环境大都遭受了严重的伤害，修复矿山环境直接关系老百姓的生活质量和当地的经济发展，需要高标准的土壤修复和绿化工程。这方面，阜新、徐州、铜陵等矿业城市都做得非常好。

而在西部一些偏远矿山，地处戈壁荒原，修复成绿洲显然不太现实。但当地产生的扬尘可能影响到东部，因此适度控制是必须的。可以通过检测大气pm10值作为环境修复的衡量标准。“现在，用固土技术控制扬尘，在排土场上喷洒一层由黏土矿物等物质调配的胶凝材料，让表层土壤形成薄薄的硬壳，就能保证纳米级、微米级的沙粒不形成扬尘。”

江苏华东基础地质勘查有限公司总经理钱美平告诉记者：“这样的固体技术每平方米的成本就一两块钱，比大规模栽树种草种花要便宜得多，在西部应该是可行的。”

“矿山环境修复理应做到成本与效益兼顾。”钱美平还建议，国家有关部门可在普查工作的基础上，研究制定“全国一盘棋”的矿山环境修复规划，“制定相关政策和制度，因地制宜地设立修复目标和修复内容，选定恰当的技术路线，相关的验收标准也要进一步细化，要按照不同地域的自然环境和矿山品种分门别类，区别对待。”

用综合技术应对矿山环境中的复杂问题

那么，要想重建矿山自然生态系统、恢复其原本的面貌，需要重点进行哪些工作？

陈明认为，不仅要进行治理清除危石、降坡削坡、平整土地、治理空采区和塌陷区、消减堆积的尾矿、恢复植被等比较直观的工作，还要选择相应的技术，修复土壤和水体，消除重金属污染等。而这方面，我国矿山环境修复中做得还远远不够。

重金属污染的危害已是众所周知。刘永兵告诉记者，重金属会引发头痛、头晕、失眠、健忘、神经错乱、关节疼痛、结石、各种癌症等疾病。摄入过量的镉，容易导致高血压和心脑血管疾病，引起骨钙的大量流失，造成肾功能失调。铅元素进入人体后很难被代谢，可造成新生儿先天智力低下；对老年人造成痴呆、脑死亡等。甚至过量的铁也会损伤细胞中的脂肪酸、蛋白质和核酸等，并导致钙镁等元素的失衡。

“因此，在矿山环境治理过程中，只关注物理变化，而不关注化学变化，是不全面的。”刘建东认为，从全国多目标地球化学调查结果看，全国的主要土壤重金属异常大都与矿山有关。某些流经矿山的江河，河道两侧的农田土壤污染可以延伸至下游20至50公里范围内，有的甚至达到百公里以上。流域性的重金属污染甚至达到上千公里。“与矿区地质灾害相比较，重金属的危害面积更大，受损人群更广，治理难度也更大。”

“看得见的地质灾害明枪易躲；而看不见的地球化学灾害则暗箭难防。正因为重金属污染需要通过专门的采样和分析测试才能被检测到，所以一旦被发现，往往已经造成不可逆转的损害。”陈明认为，矿山环境恢复的复杂性决定了矿山生态修复需要用系统论作为指导思想，采取综合手段解决物理、化学和生物的问题。“要根据不同地域和不同类型矿区制定不同的标准，从技术而言，更要针对每个矿山、每片场地以及不同污染类型的农田对症下药，开出不同的药方，研制出不同的药剂，突出不同的方案。”

对此，钱美平的观点是：在矿山环境修复领域，地球化学工程技术大有作为，且具有相当的优势。“当前，各地物理修复、化学修复、生物修复都已经有了不少比较成熟的技术，如煅烧、淋滤、电渗、植物吸附重金属、微生物吞噬有机污染物等等，已经形成了许多成功的案例。但矿山作为面积较大、污染情况较为复杂的区域，更适应采用综合修复的手段，而且情况越是复杂，各种修复方法越应兼顾。”

“我们重点要做的是真正当好环境修复师，让绿水青山回归，让原有的生态系统得到更好的恢复，为实现我国‘到2020年基本形成绿色矿山格局’的目标做出贡献。”陈明如是说。这是地质环境工作奋斗的航标，也是每一位老百姓的期望。

近日，地调局勘探技术所申请的“一种地质钻探波纹膨胀管护壁膨胀锥头”发明专利获得国家知识产权局授权并颁发了专利证书，专利号：ZL 201410774325.5。本发明提供一种通过液压系统驱动，能实现膨胀锥头直径连续变化，使套管护壁膨胀后与不同直径钻孔相匹配，保证终孔质量、提高钻采工作效率。

勘探技术所于2008年开展地质岩心钻探膨胀套管护壁技术的研究，研究内容包括膨胀实体套管技术、膨胀波纹管技术及膨胀有缝管技术，攻克了小口径膨胀波纹管成形技术、膨胀波纹管悬挂锚固技术、多根膨胀管对接技术等关键技术难题。该技术能有效解决深部地质钻探施工中的孔壁坍塌、掉块、溶洞、漏失等孔内事故，其处理效果相比传统泥浆调配、水泥造壁等更加可靠安全，同时简化了钻孔结构、优化套管级数，大大降低了钻探成本，具有很大的社会经济效益，可作为“等径钻进”储备技术，被誉为二十一世纪国际钻探工程领域的核心技术之一、小口径钻孔的“血管支架”。地质岩心钻探膨胀套管护壁技术在广西、山东、甘肃、福州等地进行了现场应用，完成了地质岩心钻探超深孔护壁、长距离连续护壁、页岩气孔护壁、大斜度钻孔等不同类型的护壁任务，单次护壁长达21米，护壁深度达到2000余米。