自然资源是人类社会赖以生存和发展的物质基础和空间载体。为了解决自然资源所有者不到位、空间规划重叠等问题，2018年3月，国家整合相关部门的资源管理职责组建自然资源部，“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”。自然资源统一管理职责的实现与履行，需要地质调查等相关业务提供智力支持、技术支撑与信息服务。自然资源统一管理制度的建立与实施，对地质调查工作提出了更高的要求和更多的需求。

自然资源统一管理对地质调查的新要求

实行自然资源统一管理是我国生态文明制度建设的重大举措。与过去多部门管理体制相比，自然资源管理的理念与目标发生了重大变化，地质工作需要与之相适应。

《生态文明体制改革总体方案》提出，生态文明体制改革须树立新的理念：尊重自然、顺应自然、保护自然；发展和保护相统一；绿水青山就是金山银山；自然价值和自然资本；空间均衡；山水林田湖草是一个生命共同体等。这些理念是实行自然资源统一管理的理论基础，需要在自然资源管理的各个环节和全过程贯彻落实。新组建自然资源部的主要职责是：“对自然资源开发利用和保护进行监管，建立空间规划体系并监督实施，履行全民所有各类自然资源资产所有者职责，统一调查和确权登记，建立自然资源有偿使用制度，负责测绘和地质勘查行业管理等”。

山水林田湖草系统与自然资源分布示意图

基于新理念与新职责，自然资源统一管理对地质调查工作提出了新要求。地质调查应从以下几个方面提供服务支撑：一是为社会经济发展提供所需的土、水、矿、森林、草地、海洋等自然资源，促进产业发展，保障国家资源安全；二是确保自然资源开发利用过程中不损害生态系统，从源头保护、利用节约到破坏修复，保持山水林田湖草系统功能稳定，促进自然资本保值增值；三是摸清自然资源家底，掌握自然资源动态变化，为自然资源开发利用提供基础依据；四是保障自然资源资产所有者权益，健全自然资源资产产权制度，规范自然资源开发利用与保护行为；五是保持空间均衡，统筹各类资源、山上山下、地上地下、陆地海洋以及流域上下游，促使资源开发不超过其承载能力和环境容量，促进区域协调；六是提高资源利用效率，促进自然资源集约节约利用。

地质是山水林田湖草系统的基础，为自然资源提供了物质来源和赋存空间，对自然资源分布与开发格局具有框架性的制约作用。从空间分布上看，耕地、矿产、水等自然资源在空间上呈不连续片状、块状、条带状等形式分布在地质实体中，森林、草原等自然资源在空间上呈不连续片状分布在地质实体的上界面——地表。因此，自然资源开发利用和保护需要顺应地质规律，人地和谐共生是人与自然和谐共生的基础与重要内容。

地质调查工作以地壳表层为调查对象，是实现自然资源统一管理的重要基础和技术支撑。在以往各部门不同门类自然资源管理过程中，地质调查工作根据土地、矿产、水等自然资源与生态环境管理的需要，分别开展了相应的地质调查，为资源管理提供了大量的基础地质信息与服务。这些地质调查工作成果为服务和支撑自然资源统一管理提供了有利条件和良好基础。

国内外地质调查服务自然资源管理的经验

面对经济社会发展对自然资源日益增长的需求和生态环境保护的需要，各个国家或地区探索实施了各种管理政策。不管是实行不同门类自然资源分部门管理，还是实行不同门类自然资源统一管理，抑或是实行资源与环境综合管理，地质调查工作都发挥了越来越大的作用。

1. 国外地质调查工作服务自然资源管理的做法与经验

（1）美国地质调查局通过打破学科界限提升复杂资源问题解决能力。

美国的自然资源由联邦政府内政部负责管理。美国地质调查局（USGS）作为内政部下设部门，负责提供水、能源、矿产以及其他自然资源科学信息，同时提供生态环境健康、土地利用与气候变化影响等科学信息。为了提高跨学科跨领域资源问题解决能力，2010年USGS对内设机构进行了调整，撤销按照传统学科设置的业务管理机构，面向重大战略问题设立新的业务管理机构：撤销原来的地质学部、生物学部、地理学部、地理空间信息部，保留水资源部，新设立生态系统部，气候与土地利用变化部，能源、矿产与环境健康部，自然灾害部，核心科学体系部等5个业务管理机构。由此看出，服务与支撑自然资源管理是USGS科学研究的基本出发点和落脚点。

美国地质调查局内设机构与整合科学示意图

2017年，面对复合性资源、环境与社会问题，USGS提出了发展“整合科学”的设想，将数据、方法、模型组织到相应的时空框架之中，形成一个模块式整体，为自然资源管理、环境保护和防灾减灾提供全方位支撑。基于此，在2019财年预算方案中，USGS提出了调整组织架构的方案，拟设立负责各领域整合与协调的副局长职位，促进不同领域的交叉融合。

（2）俄罗斯地质调查服务自然资源开发与生态环境保护规划编制。

俄罗斯联邦政府自然资源与生态部负责地下资源、水资源、林业资源与生态环境的统一管理。俄罗斯《底土法》规定，地下矿产、水、岩石土壤、地质结构、地下能源、地下空间实行综合管理。全俄矿物原料经济研究所、全俄地质研究所是自然资源与生态部下属的两大支撑机构，前者主要负责地下资源的规划和经济研究，负责对矿产地进行经济开发可行性评价；后者主要负责地质调查的科学研究。这两个单位提供地下资源开发方向等方面的决策咨询服务，自然资源与生态部在此基础上，开展自然资源开发和环境保护的战略分析，组织实施地下资源勘查，评价地下资源的经济开发潜力，编制资源开发规划。

（3）英国地质调查局利用新技术获取并分析自然资源与环境信息。

英国的自然资源由环境、食品和农村事务部负责管理。英国地质调查局（BGS）作为国家环境研究委员会的研究机构和地质科学信息主要提供者，为政府相关部门和公众提供自然资源、环境与灾害科学信息服务。2014年BGS发布其战略规划《通往地球之门》，提出利用新技术探测地球，从3个方面为社会服务：负责任地利用自然资源；管控环境变化；提高对环境灾害的适应性。BGS通过观测和监测、环境模拟、知识库及交流等手段来获取自然资源、环境与地质过程相互作用的科学信息，着力加强人类活动与环境相互影响的研究，通过整合与合作，将地学与其他科学联合在一起，建立可靠的预测模型，支持自然资源与环境管理决策。

（4）欧盟致力于资源环境一体化监测站网建设为成员国资源环境管理提供统一的监测信息。

欧盟于2013年发布第七环境行动计划，提出保持自然资本存量的稳定和生态服务的持续供给；保持自然资本存量的稳定，既要加强环境保护与管治，涵养和增强自然资本，又要提高资源利用效率，减少自然资本消耗。近年来，欧盟致力于资源环境一体化监测站网建设，统一监测技术标准，统筹部署监测资源，统一为欧盟、各成员国、科研机构和公众提供监测信息。经过多年努力，目前欧盟形成了基于卫星遥感的全球环境与安全监测系统和基于地面监测的水、自然灾害、海洋、土壤等监测站点组成的监测体系。

2. 国内地质调查工作服务自然资源管理的探索

随着资源开发、城市发展、生态环境保护等对地质工作需求的增长，中国地质调查局不断探索新领域，传统的地质工作不断拓展和延伸，城市地质、农业地质、生态地质等“地质+”先后出现并逐渐发展，为地质工作服务自然资源管理积累了宝贵的经验。

根据国土开发与保护需要，探索推进了自然资源遥感调查与综合编图工作。近年来，利用先进的遥感技术，开展了国土遥感综合调查，对土地、矿产、地表水、河流湖泊、冰川雪线、湿地、荒漠化、海岸带等进行了遥感调查。根据区域发展需要，编制了《京津冀地区国土资源与环境地质图集》、《粤港澳大湾区海岸带自然资源与环境图集》等。

根据城镇化与城市群发展需要，探索推进了多要素城市地质调查。在先期完成北京、天津等6个特大型城市地质调查试点基础上，陆续推动完成了福州、石家庄等28个城市三维地质调查。根据雄安新区规划需要，完善了多要素、多专业、多技术综合地质调查评价方法体系，首次提出多要素城市地质调查工作理念，针对城市规划建设布局、地下空间开发利用、地热资源开发、土地规划和污染土地修复等方面提出了建议。

根据农业种植结构调整需要，探索推进了农业地质调查。2012年以来，新完成耕地地球化学调查面积60多万平方千米，发布了《中国耕地地球化学调查报告（2015）》，调查成果广泛应用于全国及地方土地规划。在江西、海南、四川等地发现了一批富硒土地资源，有力推进了特色生态农业发展。初步建立土地地球化学质量档案，为土地资源的分级管理提供重要依据。

在中国地质调查局的引导下，近年来一些地区加大了地质工作服务资源管理的探索力度，形成了一些成功的做法。上海市构建了地质工作服务城市规划管理的常态机制，实现了地质调查成果服务融入政府管理主流程。江苏、浙江将地质工作嵌入土地资源管理全过程，实现了地质工作与土地管理的融合。浙江省于2016年启动了全省土地质量地质调查行动计划，计划投入4个多亿财政资金对土地进行“体检”、建立土地“资料库”和“监测网”。承德市根据经济发展、资源开发、生态保护、旅游产业发展等需要，构建了地质建造+小流域综合调查+生态关键带监测的技术框架，提出了绿色崛起的地质解决方案，推动了生态旅游产业的发展。

启示与建议

地质调查如何满足自然资源统一管理提出的新要求，世界其他国家并没有现成的模式或做法可以照抄照搬。通过国内外地质工作服务自然资源管理的经验分析，可以得出如下启示与建议。

1. 对地质调查服务自然资源统一管理的启示

与过去不同门类自然资源分部门管理制度比较，自然资源统一管理制度对地质工作的要求发生了重大变化，主要体现在以下几个方面：

一是地质调查要体现系统性。山水林田湖草同属一个生命共同体，不同门类自然资源开发利用要相互协调，山上山下、地上地下、陆地海洋以及流域上下游要互存共生。地质调查要按照各类自然资源赋存的自然单元，摸清三维地质框架、资源形成与分布、资源的数量质量与生态作用等，采用统一的分类分级标准、统一的术语和概念内涵、统一的技术要求，形成调查的基础数据与成果资料。

二是地质调查要体现综合性。自然资源既是社会经济发展的物质基础，又是生态环境的重要组成部分，在农业、工业、城镇化等方面具有不同的功能和作用。自然资源的开发利用既有利于经济社会物质财富的积累，又可能对经济社会依托的生态环境造成损害。因此，地质调查在摸清资源数量的同时，还要摸清资源的质量与生态，了解不同资源之间的相互作用与影响，形成资源、环境、生态、空间、灾害等综合评估成果，综合评价自然资源的经济、环境、生态和社会等多重价值。

三是地质调查要体现连续性。自然资源本身随着自然条件的变化与人类活动的进行而不断发生着动态变化，有的资源变化的速率快一些，有的资源变化的速率慢一些。地质工作应根据资源动态变化的速率，建立自然资源监测体系，周期性开展相应的调查与监测工作，形成自然资源的动态监测数据与成果资料。

四是地质调查要体现全程性。从自然资源开发全过程来看，自然资源统一管理包括源头保护、利用节约、破坏修复三大环节。源头保护是保障资源安全和生态安全的首要之策，利用节约是提高资源利用效率、保护生态环境的基本手段，破坏修复是保护资源和促进生态恢复的重要途径。地质调查需要针对自然资源管理的三大环节，开展相应的调查评价和监测预警工作。

五是地质调查要体现效益性。自然资源管理的主要目的之一是服务于社会经济发展和民众福祉，在不损害自然资本的前提下最大程度地发挥其经济效用。因此，地质调查在调查自然资源地质潜力的基础上，要评估其技术经济可行性和环境影响状况。为开展自然资源确权登记和保障自然资源资产所有者权益提供技术支撑，同时也为自然资源的开发利用提供基础信息。

六是地质调查要体现社会性。地质工作的成果主要表现为地质图件、调查报告、监测数据等，要转化为管理者能够理解的语言，需要加强科学与政策之间的沟通研究。将山水林田湖草系统的地质、地理、资源、生态等自然变化规律与经济社会的经济、管理、人文规律结合在一起，为自然资源管理政策的制定与实施提供必要的知识、手段和方法。另外，部分自然资源还具有文化、休闲、美学等功能，在管理过程中也应统筹考虑。

2. 地质调查服务支撑自然资源统一管理工作建议

根据自然资源统一管理对地质调查的新要求，结合国际地质工作发展趋势，对我国地质调查工作提出如下工作建议：

（1）综合调查：以地球系统科学理论为指导，按照自然单元开展多要素综合调查，建立地球表层三维地质框架模型。

解决土、水、矿等自然资源调查中的重大科学问题，首先需要了解水文过程、生态过程、生物地球化学过程等所依存的地球表层地质体。地球表面的地质、地理、生态信息必须与深部的地质、地球物理、地球化学等信息整合在一起，才能准确地描述完整的山水林田湖草系统。例如，对于水资源调查，应建立不同尺度的三维/四维水文地质框架模型，为水流动态变化预测与水资源管理奠定基础。以往开展的地质调查工作，往往以某一种资源为重点，难以全面反映地质框架的多种属性。围绕自然资源统一管理，地质调查应按照统一的技术规范和标准，开展不同尺度的调查评价，充分反映地质框架的成土条件、成矿条件、水文条件等多种属性。

（2）综合监测：以自然环境承载能力评价为核心，开展自然资源数量、质量与生态综合监测，及时提出预警与对策措施。

自然资源的开发利用不应以损害山水林田湖草系统的生态功能为代价，一种资源的开发不应影响其他种类资源的效用，一个地区的资源开发不应影响其他地区资源的效用和生态环境的稳定。实现自然资源的可持续开发利用，需要对各种资源与环境要素进行系统监测，建立资源环境承载能力评价模型，实现资源环境承载能力监测预警，从而提出自然资源开发利用和保护的对策。受地质调查程度低、监测站点缺乏等因素影响，地质工作在资源环境承载力评价方面至今还不够成熟，难以做到准确的定量评估和预报预警。为了支撑承载力监测预警，需要整合目前的各门类资源环境监测网，利用现代探测监测技术，建立统一的自然资源监测网络。

（3）综合评价：服务自然资源所有者权益保护，开展自然资源综合评价，量化自然资源的经济、环境、生态和社会价值。

对于经济社会，自然资源具有两种效用：一是为社会经济发展提供所需的土、矿、水等有形的物质材料；二是为生态系统提供涵养水源、保持水土、调控水分等无形的生态资本。长期以来，我国是以牺牲生态资本和大规模的资源开发来支撑经济的高速增长。受此影响，社会高度重视自然资源的资源效用，而忽视了其所具有的生态效用，造成了生产、生活空间的不断扩展和生态空间的日益萎缩。根据生态文明建设的新要求，应“加快自然资源及其产品价格改革，全面反映市场供求、资源稀缺程度、生态环境损害成本和修复效益”。为此，在评估自然资源的效用过程中，不仅要评估其资源价值，还要评估其生态价值，全面反映自然资源的实际价值。

（4）综合利用：服务自然资源集约节约利用，开展自然资源综合利用调查与技术研发，推动自然资源效率的提高。

从社会经济与自然资源的相关关系来看，社会经济对生态环境的影响程度取决于输入的自然资源数量和输出到生态环境中的废弃物数量。二者的数量越少，资源利用效率越高，经济发展的环境成本越低，社会经济可持续发展能力越强。国际上采用物质流分析方法，定量核算自然资源开发的数量，评价自然资源利用效率。地质工作应根据资源节约集约利用的需要，建立我国水、化石能源、金属矿产、建筑石材等自然资源的物质流核算与分析体系。一方面促进自然资源利用效率的提高，为我国实现经济发展与资源消耗“脱钩”提供依据；另一方面支撑我国自然资源资产负债表编制，为实现自然资本的保值增值提供依据。

（5）综合治理：保持生态环境稳定与防治生态损害，开展生态综合治理技术研发，提出生态修复地质解决方案。

伴随着自然资源开发利用，地质环境不断发生变化，有可能会引发一系列地质环境问题和地质灾害，包括地面沉降、崩滑流、海水入侵、地下水污染、土壤污染等。跟踪国际上在生态修复领域的研究和技术前沿，引进、消化和发展相关科学理论和高新技术，实现理论和技术的原始性创新。有预见性地积累和研发地质环境问题防治与生态修复技术，及时为自然资源开发过程中出现的各种环境问题提供地质解决方案。

（6）综合服务：以需求为导向，面向政府、企业与社会公众提供多层次、多渠道决策支撑与信息服务。

自然资源统一管理以政府为主导，需要企业、社会公众的共同参与才能实现自然资源的可持续利用，为社会经济的永续发展提供支撑。充分利用现代信息、网络、大数据等技术，根据政府、企业、社会公众的需求，及时形成基础扎实、数据可靠、清晰易懂、形式多样的服务信息，为政府管理提供决策支撑，为企业和社会公众提供信息资料。同时，充分利用各种现代媒介，使全社会各部门、各行业人员能方便地获取地质调查成果和数据，为最大程度地挖掘地质调查成果应用潜力提供基础。

稀土是日本可再生能源等尖端领域不可缺少的元素。日本是世界第三大的稀土消费国，其稀土进口量的82％来自中国，占中国出口总量40％，用日本的话说是“一直以来高度依赖于中国的廉价稀土”。从2000年开始一直在探讨确保稀土稳定供应的对策。特别是2010年中国加强限制出口措施以来，日本政商各界对其稀土资源供应以及高科技发展的可持续性产生了极大的担忧。为此，日本政府高度重视稀土资源的全球战略，采取联合欧美利用WTO向中国施压，建立稀土储备，积极拓展资源外交，寻求中国以外的稀土进口来源以及合作勘探与开发稀土项目，鼓励再生回收、减少使用量，开展替代材料研发，积极开展海洋稀土资源的勘查开发，等等措施加以应对。

一、背景

近年来，日本利用其海洋资源勘查开发技术的优势，加强了对海洋稀土资源勘查开发研究和相关模拟实验，旨在为日本提供稳定的稀土供应源，保持日本制造业的国际竞争力，以及开发新用途和新产业领域等方面的优势。

2012年，分布于水深5000～6000m的海底，稀土含量达到数千ppm以上的海底沉积物，被认为有望成为新型资源的含稀土沉积物，已被确认在日本南鸟礁周边的海底存在。

在此背景下，在2013年4月日本内阁会议修订的《海洋基本计划》中，明确提出要加强“对含稀土的海底沉积物进行基础科学调查和研究，探讨其作为未来稀土资源的潜力”。据此，经济产业省于2013年12月制定的《海洋能源矿产资源开发计划》中决定，“为探讨未来的稀土资源潜力，利用3年左右的时间对海底稀土沉积物的赋存状况进行调查，确定有前景的稀土富集海域，探明远景资源量，同时，对具高粘度等特性的稀土沉积物的采泥技术和从深海底的扬泥技术，开展以开发和开采为目标的广泛的技术领域的调查和研究”。

日本石油天然气金属矿物资源机构（JOGMEC）牵头，历时3年于 2015年末完成了上述工作任务，并提交《稀土沉积物的资源潜力评价报告》（以下简称《报告》）。《报告》主要成果如下。

二、南鸟礁周边海域高品位稀土沉积物资源评价

利用活塞取样器，JOGMEC在日本南鸟礁周边43km2海域内采集了70个样品。分析表明，在南鸟礁拓洋第5海山的东部海域，发现了海洋稀土沉积物的高品位分布区（图1），该区共取了13个样品，采样点间距12.5km，稀土品位（50cm区间的平均品位）最高5366ppm，平均品位1221ppm。稀土沉积物中重稀土类的含量较高，为45.8%，尤其钇含量特别高，占重稀土总含量的65.2%。稀土资源评价结果：以湿态、平均品位2652ppm计，现阶段估算的稀土氧化物远景资源量约为77万吨。

　　 

 　　图1 南鸟礁周边海域的样品采集地点和稀土高品位度分布区

三、采泥、扬泥及冶炼实验

该项目使用模拟泥进行采泥试验，据此选定最理想的采泥刀头，通过陆上气动升降（Airlift）试验确认实施扬泥作业的可能性，取得了与采泥、扬泥相关的基础性技术数据与应用前景的评估。

在选矿技术研究中，进行了包括选择性回收稀土精矿的海底选矿研究，实施了粒度分选和浮选法等方面的基础实验。实验结果证实，稀土元素富集在粗粒（20μm以上）磷灰石中，浮选分离效果显著。

在冶炼方法研究中，确认了碳酸钠是从选矿后提取液中回收稀土的最佳沉淀剂。同时还发现，通过使用能够选择性吸附重稀土的吸附剂，可以高效回收稀土元素。

设置海底停锚系和沉降粒子捕集器的同时，对海底沉积物样品进行了生物含量分析。根据分析结果，确定该区域在现阶段并不属于异常海域。

四、开采系统的研究和经济性评价

根据基础性开采技术研究结果，提出了扬泥量为3500吨/日的开采系统及其作业流程方案，同时对该开采系统提进行了成本估算。为了确保经济可行性，选择高品位海域进行采泥和扬泥，并以提高品位为目标进行了相应的技术研发，得出的结论是：如果稀土价格能以过去的最高价保持20年的话，开采具有经济效益（图2）。

　　 

图2 稀土沉积物开采系统流程

五、JOGMEC对下一步工作的建议 

1.为了搞清楚未来开发可行性，在资源量评价方面，有必要在高品位地区进一步缩小取样间距，以便更加准确地把握稀土资源量。并且，为了查明稀土沉积物富集层和发现新的富集区，JOGMEC期待通过SIP（战略创新创造计划）和民间的共同努力，在成因分析等科学技术领域取得新的成果。

2.通过3年技术方面的调查与研究，特别是通过扬泥试验，尽管取得了技术上的前景，但是，为了在水深超过5000m以上的实际海域中应用，还应该研究大规模扬泥试验和最佳模拟方法的构建问题，进一步厘清其技术前景。

3.JOGMEC认为，切合实际的做法是：当这些研究成果和国内外技术开发的动向已被掌控、且富集区的确定、稀土价格的上涨以及开采成本的降低等前景明了的时候，再开展资源量和经济效益评价，并着手进一步研究商业性开采系统和法律制度及环境影响评价。

六、结论与认识

稀土消费量巨大的日本，其稀土需求高度依赖于中国的廉价稀土，这是他们最大的忧虑，也是一个经济巨人和资源侏儒的悲哀。

近年来，日本加强了海洋稀土研究，如能在海里解决稀土的资源问题，对日本摆脱对中国的资源依赖无疑是意义深远的。但深海稀土的开采成本很高，技术难度甚大，经济上是否可行，目前还有相当多的难题。根据JOGMEC的此项研究成果，如果利用现行技术开采南鸟礁的稀土矿床，在高品位区、采矿、杨矿、冶炼、价格等诸多假设条件均成立的条件下，商界仍处于利润边界附近，几近无利可图，市场价格稍有波动，开采企业就可能面临灭顶之灾。《报告》虽然进一步肯定了海洋稀土发现的价值，肯定了深海稀土的商业意义，但是字里行间还是透露出来重重的忧虑。因此,日本对发现深海稀土所进行的宣传，实际上带有一定的资源政治的色彩。

1.从资源评价看，目前的富集带取样间距约为12.5～25km，由于海底表面的起伏性较大，需要进一步确认含矿层横向的连续性和品位分布情况，以便计算出更加准确的资源量。因此其评估的77万吨稀土远景资源量尚有许多疑问；

2.从采泥和扬泥实验看，进行的是陆上空气升降系统模拟实验，与稀土泥高粘度性、5000～6000m深海底情况尚有巨大的差距，且实验的规模也小，与实际复杂的海底情况差距巨大，尚存在许多不确定性；

3.陆上冶炼分离系统，只是提出了一个建设性的方案，尚未进行研究及开发；

4.从经济性评估看，海洋稀土的开发，需要有高品位海域稀土矿区的保障前提条件下，且稀土价格在历史最高2011年水平保持20年才能有经济效益。稀土价格自2011年开始一直呈下跌趋势，未来还面临陆上稀土新资源的发现、替代品等因素影响，要保持20年的2011年稀土最高价的可能性尚是疑问；

5.从现在的储量调查和技术调查的程度、经济性、采泥、扬泥以及冶炼分离技术等综合考虑，我们认为现阶段把稀土作为资源，对其综合潜力的评价下结论是不合适的。日本深海稀土开发，路尚遥远！中国稀土资源仍在世界稀土资源和市场上占绝对主导地位。

详细内容，见中国地质调查局地学文献中心内部刊物《海洋地质信息》“周边国家海洋地质调查及资源开发专刊”中关于“日本对南鸟礁周边海域稀土沉积物的资源潜力评价”。

 

 

公繁浩，男，36岁，博士，专业技术八级，沈阳地调中心高级工程师。专业方向：油气地质

解决资源环境问题或基础地质问题情况：

负责实施松页油1井，依据一手岩心资料和录井数据，及时安排页岩气现场解析和S1值的数据分析，结合出桶岩心表面的泥浆具荧光和含油的事实，提出青一段具有基质型页岩油资源潜力，为选层和压裂提供充分依据，坚持对1井青一段实施压裂改造，并最终获得工业油流，实现松辽盆地页岩油调查突破。基于松辽外围前期油气工作，提出突泉盆地物探工程部署方案，完成突参1井井位部署,该井直井压裂获得侏罗系轻质原油，获得东北地区侏罗系重要油气新发现。初步查明松辽盆地多种能源矿产共生、共存状态，为松辽盆地多种能源综合勘查开发提供了依据。查明大兴安岭南部地区下二叠统寿山沟组具有较好的页岩气资源潜力。

实现转化应用和有效服务情况：

参与“松辽外围西部油气基础地质调查”项目，完成辽河油田公司“大兴安岭南部地区油气基础地质调查”项目，进一步明确林西组该区的页岩气资源潜力，并拉动辽河油田投入，包括非震物探5条和二维地震18条，辽河油田成功登记了矿权区。参与部署实施的突参1井的油气发现成果，拉动和促进了中石化东北油气分公司在松辽外围的油气勘探投入，该公司先后在突泉盆地部署二维地震和突泉1井，并在突泉盆地成功登记了矿权。

促进科学理论创新和技术方法进步情况：

提出松辽盆地青山口组一段泥岩，发育毫米级的纹层，纹层厚度自上而下变薄，为后期试油选层提供了重要依据；提出松辽盆地青山口组泥页岩存在次生孔隙发育带，孔隙类型以溶蚀孔隙为主，孔隙结构为双峰式孔隙的创新性认识，为松辽盆地青一段泥岩基质型页岩油的重要储集空间；提出青山口组一段存在异常超压，通过回归法计算压力系数，并被后期试油结果所证实，为后期页岩油富集规律及赋存状态研究，提供了重要理论基础。

促进人才成长和团队建设情况：

带领项目组成员完成多个新领域的项目，包括晚古生代页岩气、松辽盆地多种能源，2016年参加松辽盆地页岩油调查工作，指导项目组成员不断进步和创新。多名项目组成员快速成长，有的现已调入其他项目组成为骨干。5年间项目组共发表学术论文15余篇。

原标题：“地热+”：绿色中国新名片（改革开放40周年科技系列报道之能源篇④）

西藏羊八井地热发电站。（资料照片）

绝大部分地热能源深深埋藏于地下，除了火山喷发或者一些地方浅层热能能够为人们所直接感知之外，其内部蕴含的丰富热能只有通过钻探等方式才能为人们所认识和利用。从新中国成立以来，特别是改革开放40年来，中国科学家不仅摸清了本国地热资源的分布规律，绘制出翔实的“地热地图”，而且在地热资源开发利用方面取得了突出成就，把地热能转化为电能，把地热能用于采暖和制冷，并与农业等行业紧密结合，打造出丰富多彩的“地热+”模式，并使其成为一张亮丽的中国“绿色名片”。

西藏羊八井地热发电站蜚声海外

在中国地热资源分布图上，我们能够看到西藏自治区中的一大片被涂成“火红色”，那里正是国际上著名的“地中海—喜马拉雅地热带”的重要组成部分，是地球内热活动在陆地表面的主要显示带之一，这里的热储温度可以达到150～200℃以上，中国蜚声世界的西藏羊八井地热发电站就位于这条显示带上。

上世纪70年代，西藏自治区选定在拉萨西北当雄县境内建设羊八井地热发电站。该地海拔4306米，地热田地下深200米，地热蒸汽温度达172℃。1977年10月，1号实验机组建成并启动试运行。1978年，羊八井地热电站达到设计要求。之后，装机容量进一步扩大，至1991年，该电站共完成8台3000千瓦机组建设，装机容量约2.4万千瓦。在国家高技术研究发展计划（863计划）项目“中低温地热发电项目”支持下，中国自主知识产权的“螺杆膨胀发电机组机”分别于 2008年和2010年两次应用于羊八井地热电站，使其性能和效率进一步提升。

羊八井地热发电站是世界上海拔最高的地热发电站，开创了国际上利用中低温地热发电的先例，在世界新能源的开发利用史上占有重要位置。自建成投产以来，羊八井地热发电站一直安全、稳定发电，到2017年，该电站累计发电量已超过30亿千瓦时，为西藏经济社会发展和环境保护做出了卓越贡献。

近年来，中国地热发电领域陆续取得新进展。2016年11月25日云南德宏傣族景颇族自治州地美特地热发电项目的第一口井开钻，不到8个月，第一台机组便成功发电并网。2017年，四川康定小热水地热田钻成高温热井，成功安装了200千瓦发电机组。《地热能开发利用“十三五”规划》提出，2020年新增装机容量达到50万千瓦。届时，地热能发电将有望为中国能源生产和使用的“绿化”作出更大贡献。

雄安新区引领地热采暖制冷建设

对于2017年冬天遭遇的天然气供应不足导致的“气荒”，很多人可能还记忆犹新。供暖摒弃煤炭，改用天然气的确可以在很大程度上减轻空气污染，但是“煤改气”清洁取暖工程稳妥推进的前提是充足的天然气供应。有没有更绿色环保、更经济便捷的采暖方式呢？很多人把目光投向地热能。

地热能采暖（制冷）的原理并不复杂，简单来说就是通过地源热泵和深埋于建筑物周围的管路系统，冬季从土壤或水源中“提取”的热能，送到建筑物中；夏季将建筑物中的热量“带走”，释放到水体或土壤中去，以达到给建筑物室内制冷的目的。就地热制冷而言，还有一种被称作“吸收式制冷”的方式，即以地热蒸汽或地热水为热源提供的热能为动力，驱动吸收式制冷设备制冷。

地热能供暖和制冷有得天独厚的优势。这一方面在于其分布范围广泛。根据中国地质调查局的最新资源评价结果，全国336个地级以上城市浅层地热能资源每年可开采量折合标准煤达7亿吨，用于建筑物供暖，可实现建筑物冬季供暖面积323亿平方米，夏季制冷面积326亿平方米。全国适宜开发浅层地热能的地区主要分布在中东部，包括北京、天津等地。另一方面在于地热供暖和制冷的核心技术难度不大，成本相对较低，既方便又经济实用。

2017年4月，国家级新区雄安新区横空出世，其目标是建成“蓝绿交织、清新明亮、水城共融、多组团集约紧凑发展的生态城市”，以地热能为主，多能互补的供暖方案率先被提出，并把“打造全球地热利用样板”作为目标之一。据此，两个多月后，支撑服务雄安新区规划建设的地质调查工作就正式展开。当年8月23日，第一阶段结果公布：雄安新区地质条件优越，区内浅层地温能开发利用条件适宜，可满足约1亿平方米建筑面积供暖制冷需要。

作为雄安新区重要组成部分，原河北雄县在地热能开发利用方面一直走在全国前列，早在2006年，该县就被国土资源部等机构命名为“中国温泉之乡”。2009年雄县与冰岛及中国石化签订战略协议，大力引进先进技术，开发地热集中供暖。数年间，雄县共开凿地热井近80眼，城区地热供暖面积达270万平方米，占集中供暖总面积的92%，年替代标准煤9万吨，减排二氧化碳18.99万吨、二氧化硫0.48万吨、粉尘1.19万吨，为改善城市空气质量作出了积极努力和贡献。雄县成为了取暖“无烟城”，并形成了“政府主导、政企合作、技术先进、环境友好、造福百姓”的地热能利用格局。这些为雄安新区开发利用地热能取暖制冷积累了难得的经验。

据统计，2015年底，中国浅层地热能供暖面积近4亿平方米，水热型地热能供暖面积超过1亿平方米。随着南方地区冬季采暖需求的增强和浅层、水热型地热能供暖技术进一步成熟完善，浅层地热能的应用范围将在全国范围拓展。根据《地热能开发利用“十三五”规划》，“十三五”时期，中国新增地热（制冷）包括新增浅层地热能供暖（制冷）面积7亿平方米，新增水热型地热供暖面积4亿平方米。

北京鲜花港是地热能园艺典范

在北京东北部的顺义区杨镇，有一个总体规划4平方公里的“国际鲜花港”。作为北京市花卉的生产、研发、展示和交易中心，花卉的休闲观光和文化交流中心，这里曾是2009年第七届中国花卉博览会的主要工程，每年都会举办郁金香节、月季节、菊花节、迎春年宵花展。当游客们徜徉于花海，流连忘返的时候，可能会闪过一个念头：这么多不同地域环境才能茁壮生长的花卉为何都能在鲜花港内精彩绽放呢？答案其实并不复杂，那就是国际鲜花港采用了“地热+花卉”的模式。

据了解，为解决温室及建筑供暖问题，突出园区绿色、科技、循环、集约的建设宗旨，国际鲜花港在完成浅层地热能测试、水资源论证和地热物探勘查的基础上，先后到国家北方苗木基地、用友软件园、华清集团等地现场调研，历经10余次专家座谈及论证会，最终确定了以地热梯级利用为主，地源热泵、水源热泵为辅，结合燃气调峰的供暖形式。该供暖方式虽然前期一次投资大，但与常规供暖方式相比存在无污染、零排放、能源可再生、系统运行费用低等特点，环保性和节能性明显。正是通过大规模使用地热综合技术，精准调节温度湿度等参数，实现了“世界花卉尽收港内”“花卉博览会永不落幕”的现代农业奇迹。

北京国际鲜花港是地热能在园艺领域应用的一个典范。“地热+农业”将给传统农业在诸多方面带来深刻变革。一是可以拓展品种种植时空。既能把外地品种实现本地化种植，又能帮助农作物在反季节上市，减少了病虫害，降低了生产成本，提高了价值和安全性。二是提高了质量和产量。使作物在虚拟的更加适宜的自然环境下，产量提高的同时，口感、营养等品质也更好。三是地热能可以帮助进行稀有蔬菜花卉的育苗，辅助进行一些高科技农产品技术实验。就养殖业来说，地热资源的利用也可以提升产业附加值。比如，热水养殖可以大大缩短多种水生物的孵化期和生长周期。可以依托地热资源发展高产鱼类等养殖产业。

《 人民日报海外版 》（ 2018年06月27日 第 05 版）

泰晤士河是英国伦敦的母亲河，但在19世纪中期以后，河流污染严重，生态环境不断退化。从19世纪中期至今，英国政府与社会对其开展了长期治理。在治理过程中，以英国环境研究理事会及英国地质调查局为代表的地球科学研究机构做出了卓越贡献，提供了大量基础数据和地球科学认识。泰晤士河的治理，形成了在法律、机构、资金、产业、科研、技术等多方面的经验，可为我国江河污染治理和生态修复提供借鉴。

工业革命以来的严重污染

泰晤士河全长约346千米，为英格兰最长河流，全英国第二长河，也是全世界水面交通最繁忙的都市河流和伦敦地标之一。泰晤士河流域面积13100平方千米，占英国国土面积的5.4%；形成了许多城市，除去伦敦之外，还有牛津、雷丁和温莎等，是全国经济发达地区，人口占全国的1/5。泰晤士河是伦敦的主要水源，占总供水的2/3。直到18世纪，泰晤士河水产丰富、野禽成群、风景如画，是著名的鲑鱼产地。

泰晤士河整个流域的大规模污染主要由工业化引起的人类活动增加所致，且随着社会发展，污染的类型和分布不断变化。

英国地质调查局的泰晤士河流域三维综合建模

1780年代，抽水马桶开始流行可看作是污染的开始。因为泰晤士河是伦敦居民的主要水源，污染使伦敦市霍乱相继爆发，导致1832年死亡5275人，1849年死亡18036人，1854年死亡11661人。

1878年9月3日，“爱丽丝公主号”沉船事件发生。船上800名乘员中有 650人溺毙，这一事件让英国社会高度关注排污口以下河段的污染问题。

战后即上世纪50年代，合成洗涤剂的广泛使用导致附着在水体表面的污染物难以被降解，河水溶解氧(DO)几乎为零，形成严重污染，几乎没有鱼类能生存。甚至发生了停靠在泰晤士河码头船体的镀层被污水腐蚀而变黑事件，造成了恶劣的国际影响。

泰晤士河污染所导致的严重后果，迫使英国政府经历了一百多年的治污历程。

实施全流域治理修复

泰晤士河流域的治理修复过程可分为三个阶段：转移污染、流域修复和监测巩固。

1. 转移污染——隔离排污，终端处理

1848年英国议会通过了《都市排污法》，测量、设计并改进了伦敦下水排污系统。建立起“隔离式”排污系统方案。方案从1834年就已提出，但政府部门间的博弈和讨论不断，一直无法实施。

直到1858年夏，泰晤士河“恶臭”大规模爆发，迫使在河边工作的英国议会和政府迅速行动，通过一项法案以“改进下水排污系统，尽最大限度防止污水直排泰晤士河”。从1858年到1885年，伦敦泰晤士河相继建成隔离排污系统，加上排污口污水处理，基本奠定了英国泰晤士河水污染治理的“隔离排污、终端处理”的百年规划理念，影响直至今天。

2. 流域修复——统一管理，系统治理

1955年至1975年，泰晤士河开始了第二阶段的治理，主要是将治理的范围扩展到了全流域，并采取了系统方法进行修复。这一时期，英国水资源经历了从地方分散管理到流域统一管理的历史演变。

从1960年代起，英国对河段实施统一管理，把泰晤士河划分成10个区域，合并了200多个管水单位，建成一个新的水务管理局——泰晤士河水务管理局，实现了全流域统一管理的可能。

这次治理秉承全流域治理的理念。大伦敦地区的180个污水处理厂缩减合并为十几个较大的污水处理厂，各类下水和污水处理设施合理布局，升级改造污水处理设施技术，并采取了对河流充氧的措施来提高河流的溶解氧。 目前，泰晤士河全流域建设污水处理能力几乎与给水量相等。沿岸的生活污水须经处理后才能排放，污水处理费计入居民的自来水费。

到上世纪80年代，河流水质已恢复到17世纪的原貌，达到饮用水水源地的水质标准。鱼类绝迹百年后，多种鱼重返泰晤士河。

3. 监测巩固——全域监测，科技助力

1975年后，泰晤士河的治理进入了巩固阶段，水资源全流域管理的方法不仅解决了污染治理资金不足的难题，而且促进了城市经济的发展。在此阶段，英国政府一方面不断投资对污水处理设施进行技术改造，如对污水的处理已采用超声波监测控制、污泥密度和包膜电极监测溶解氧等新技术，此外遥测技术也得到使用。另一方面严格控制工业污水的排放，对沿河两岸的工矿企业严加监督，规定除了经过净化处理的水以外，将任何东西排进泰晤士河都是非法的。此外政府利用科研机构开展了全流域多要素的水质监测，并实施了生态净化。

经济转型和产业升级也是治污的有力措施。近年来，随着英国产业的升级改造和大伦敦区的经济模式转换，重污染工业企业相继关闭，代之以各类文化和服务机构，大大缓解了泰晤士河的污染压力。今天泰晤士河已经重现昔日的碧水蓝天。

针对一直以来下水道雨污不分流导致的问题，英国政府宣布将耗资20亿英镑，于2020年前在伦敦地下80米处修建一条长达32千米的排污水道，进一步改善污染物在河道外的输送条件。

环境科研机构的重要作用

英国环境研究理事会（NERC）下属的各科研机构，如英国地质调查局（BGS）和生态水文中心（CEH）与全国环境保护机构合作，在泰晤士河流域开展了大量的调查研究工作，有力地支撑了系统治理和生态恢复。

1. 调查监测——提供治理所需的地球科学基础数据

BGS在泰晤士河口开展钻探，测量汞异常，以确定污染程度和深度，并对防洪和排污进行河道调查，内容包括人居环境调查、河道周围地形图测制、水文调查、水位和河道容量调查等。

BGS通过河流栖息地调查，形成了流域基底数据，包括地质、地形、水质、水流量等；通过水生微生物分析，揭示季节、年份变化。同时，为了保障城市建设需要，BGS还开展了多个图幅的 1∶2.5万砂石资源调查。

NERC和环保机构合作开展了水源地监测，在饮用水水源区、重要物种区、娱乐水域、营养敏感区、保护区内布置了上千个监测点，从源头和末端进行水质监测。

2. 研究评价——深入研究地上地下水相互作用和污染物的运移机理

BGS研究了地下水-地表水相互作用，通过地下水体、基本流量、硝酸盐、过渡区域、观测站数据、洪泛区、水质、气候变化等因素的分析，揭示泰晤士河流域的地下水体化学状况、灰岩含水层水质量等。

CEH在上游对影响水资源的土地利用、气候因素、人为磷输入源进行研究，并通过历史水位和全球变化引起的海平面上升模拟，积极评估防洪设施的防洪水平，为达千年一遇水平，确定需加固的区段。

3. 模拟预测——以三维地质建模和时序分析支持水管理的科学决策

BGS建立了伦敦地区和泰晤士河流域三维地质模型，包含基本构造、地层、城市地下空间、地质灾害、土地利用、含水层特性数据、水位数据、钻孔地球物理数据、海岸和海洋等数据，从而构建跨学科、多要素、面向决策的整合科学研究基础。

BGS使用过去120年的降雨、径流、蒸散等数据进行水流模拟，形成基于时间序列分析的预测成果。

CEH通过藻类和磷集成模拟的流域研究，对一系列缓解和适应战略的成本效益进行了评估，认为最有效的策略是将化肥用量减少20％，同时对废水进行高标准处理。其结果可使水质接近欧盟水框架指令的指标。

CEH通过区域气候模式获得的降雨量和潜在蒸发量，模拟了泰晤士河流域未来流量的变化。

4. 支持修复——机构主动作为，助力保护修复

NERC的各科研机构主动参与并实施伦敦各河流行动计划（2009），恢复和改善伦敦的各条河流，改善洪水管理；改善野生动物栖息地，支持可持续发展；帮助城市适应不断变化的气候，为伦敦人提供更好的生活。

我国可以从中借鉴什么

1. 建立权威的流域管理机构对流域实施统一管理

1960年成立的泰晤士河水务局，被赋予流域管理机构的权力后，治理产生了立竿见影的效果。这种大胆的体制改革被欧洲称为“水工业管理体制上的一次重大革命”。从泰晤士河流域的治理经验来看，一个强有力的具有综合决策和协调手段的流域管理机构是整治流域水污染的基本条件。

我国当前应改变流域用水、管水、治水等工作的分散局面，解决无权过问行政及经济方面受到制约的局面，可成立治理专门委员会，对流域进行统一规划与管理，提出水污染控制政策法令和标准，并建立相关治理项目。

2. 加快完善水污染治理相关法律法规

从泰晤士河的治理历程来看，逐步完善水污染防治相关法律法规发挥了举足轻重的作用。内容涉及水资源保护、污染源管理和控制、水环境管理、水质监控等方面。其中，《污染控制法》明确了对各种违规行为的处罚规定，对污染城市河流及其他水环境的行为，起到令行禁止的作用。

我国可在目前水资源保护标准上，充分考虑水环境保护、水资源管理和水污染防治三者的历史依存关系，坚持水资源开发利用和水环境管理监督职能应完全分开的原则，适时出台一些法律。

3. 重视科技创新，以地球系统科学引领规划治理

在泰晤士河治理过程中，科学技术的支持作用非常突出，特别是泰晤士河的第二次治理是在有关科学研究的前提下实施的。科学研究帮助水务局制定了科学合理、符合生态原理的治理目标，根据水环境容量分配排放指标，并及时跟踪监测水质变化。在此过程中，英国环境研究理事会和英国地质调查局发挥了专业优势，提供了十分有价值的地球科学数据和知识。

我国在水污染治理中既要持之以恒，同时也需要科学的研究与规划。尤其是要发挥中国地质调查局的地球系统科学优势，持续不断地提供调查、监测数据，深入研究地表水和地下水的关系，适时提供关于流域的研究评价成果，为治理和修复提供地球系统科学解决方案。

4. 建立资金保障机制，开辟多种融资模式

为了解决资金缺口问题，泰晤士河采取了多种融资方式，这些融资方式成功的一个主要特点是市场化运作。如泰晤士河水管理局通过向排污者收取排污费，并发展沿河旅游娱乐业，仅1987年~1988年，其总收入就达6亿英镑，这不仅满足了水环境治理的需要，还向政府上交盈利2亿英镑。我国可充分调动政府、企业与社会的积极性，为私营部门进入污染治理领域创造制度与政策环境，从而造就多元化融资模式。

5. 加快促进沿岸产业结构的转型升级

泰晤士河在治理过程中并没有强迫关闭沿岸企业与工厂，而是提高了排污相关指标。全面实行“污染者付费”原则，并制定了相关法律，加快促进沿岸产业结构的转变。因此，我国可探索构建政府部门与流域企业的和谐关系，引导、鼓励其实现转型升级、绿色发展，从源头上减少污染，并在治理中加强政府管理。

6. 掌握先进的污染处理技术和生态防治措施

泰晤士河在治理过程中结合了工程治理措施与生态防治措施，采用了先进的污水处理技术，以及如芦苇床处理系统为代表的湿地污水处理工艺，以实现人工净化加自然净化的效果。我国也应该应用这些污水处理技术，引进或探索适合于我国气候条件的生态净化措施，寻找可检测污染物水平的化学、生物指标。

（作者单位：中国地质调查局发展研究中心）

 

位于黑龙江省安达市境内的全球第一口钻穿白垩纪的全球最大陆相地层的大陆科学钻探井——松科2井获得了一批珍贵的“战利品”，那就是累计4400余米的岩心样品。

松科2井岩心特别珍贵又很娇气

在地质科学家看来，松科2井的岩心比黄金还值钱。因为，松科2井是目前亚洲最深的科学钻探井，而岩心，作为地下岩石的剖面截取物，来自深深的地下，可以最直接地为人们提供丰富的地质信息。它们就像是一本本厚实详尽的地球历史书，记录了松辽盆地白垩纪时期陆相沉积的历史。

地质学家拿到这些岩心后，会对它们开展地质描述、图像扫描、高分辨率照相、数据分析等工作，从而获取各个地层的基本地质信息，建立松辽盆地深部地层剖面，寻求白垩纪气候变化地质证据，推断松辽盆地深部能源资源情况。

刚从松科2井地下提取上来的岩心

松科2井岩心切割示意图

拼接后的松科2井岩心

不过，这些“宝贝”也很娇气，它们很容易碎裂，不利于保管，如果碎裂会大大降低其研究价值，所以人们对它们的照顾要格外精心。

中国地质调查局国土资源实物地质资料中心（以下简称“实物资料中心”）是松科2井岩心野外现场管理和库藏保管的惟一机构。为了使参与松科2井岩心研究的科学家更直观地、全面地获取岩心中蕴含的地质信息，同时减少岩心因受到温度、湿度、压力等自然因素的影响而造成风化和破碎的可能性，实物资料中心专门探索研究发明了针对松科2井岩心的长久保存方法。

野外钻探现场 岩心 “体检”马虎不得

要想把松科2井的岩心保存好，就要先为它们进行“体检”。

松科2井岩心从井下提取出来后，首先由钻探现场技术人员将岩心按顺序进行整理、清洗和拼装，紧接着还要对它们进行描述、扫描。

为了确保松科2井岩心的管理万无一失，实物资料中心派出技术人员进驻钻探现场接收岩心。钻探现场录井技术人员将岩心移交实物资料中心后，实物资料中心技术人员要在现场进行岩心的清点核实，尤其是要对已经在现场完成切割、浇铸的岩心进行质量、数量核实，以确保岩心处理质量以及数量的准确。

按照要求，无论大小，松科2井岩心每间隔10厘米或20厘米要贴上惟一的“身份证编码”，包括钻孔名称、回次号、岩心段等，装有岩心的盒子两侧还标有盒号和编录信息，这些数据都会伴随着岩心一起存入位于实物资料中心的国家实物地质资料库。

为了保证万无一失，岩心运回实物资料中心前，松科2井现场指挥部、录井队、实物资料中心三方的技术人员会再次对这些岩心进行核查，签字确认移交后方可起运。

松科2井岩心长期保存有妙招

岩心运回实物资料中心，面临的就是进一步的处理和保管。

松科2井岩心呈圆柱型。工作人员会将它们沿垂直于横截面的直径方向，按照1∶2的比例进行切割处理，分成两部分。大的部分，可用于进行多次科研取样和实验检测工作；小的部分，则在进行抛光、浇铸等处理后，永久保存。

为了解决松科2井岩心易碎的问题，实物资料中心专门研究探索出了一种使其长久保存的“妙招”，即：对易碎岩心进行抛光、浇铸。下面，我们就来了解一下这种特殊处理的过程：

第一步，拼接。根据破碎前的相对位置，工作人员会将破碎的岩心块放在工作台上进行整理，使各岩心块之间的断口能够拼接整齐；之后，在每个岩心块的横截面圆周内侧涂覆一圈粘合剂，将岩心块按照顺序依次进行拼接和粘合，使其恢复圆柱状的体型。

第二步，切割。取出这些圆柱形的易碎岩心，按照岩心直径1∶2比例进行纵向切割。

第三步，抛光。将岩心体的切割面进行抛光，得到具有光滑切割面的待浇铸岩心体。

第四步，把抛光后的岩心体放置在透明 U型槽内。将岩心体的切割面朝下水平放置，并在其外表面的弧底两侧，选择多个点放置粘结胶胶团；之后，取透明U型槽倒扣在岩心体上，并使岩心体外表面上的粘结胶胶团与透明 U型槽的槽壁充分接触，等待粘结胶充分凝固。

第五步，浇铸。这是最关键的一步。将盛有岩心体的透明U型槽放好，让岩心体的切割面水平朝上，之后，把浇铸材料倒入透明U型槽中，岩心体与透明U型槽之间的间隙全部被浇铸材料填满。

钻探现场技术人员扫描松科2井岩心

技术人员清点核实松科2井岩心

浇铸后的松科2井岩心

最后的步骤就是等待。等浇铸材料充分凝固后，易碎岩心就完成了它的“重生”，能够长久保存了。

（作者单位：国土资源实物地质资料中心。材料组织：中国地质调查局科普办公室）

古元古代是地史上重大地质构造转变时期之一，也是第一个重要成矿期

瓦尔巴拉超大陆是一个理论上曾经存在的超大陆，自38亿年前开始形成，31亿年前成形，28亿年前分裂。

前寒武纪地质年表

今年世界地球日的主题是“珍惜自然资源呵护美丽国土——讲好我们的地球故事”。那么，对于“生物大爆发”之前远古时代的地球，你又知道多少？今天，就让我们请来一位研究前寒武纪50多年的地质专家——来自中国地质调查局天津地质调查中心的沈保丰研究员，请他讲讲从46亿年前地球诞生到距今5.41亿年寒武纪开始近40亿年的漫长时光中，地球经历了哪些重大地质事件。

1 前寒武纪涵盖40亿年的地球时光，分为冥古宙、太古宙、元古宙三个地质时代

记者：说起寒武纪，人们会想到地球历史上第一次生物大爆发，大量且门类众多的海生无脊椎动物在几百万年的很短时间内“突然”地出现了。从此，地球逐渐成了一个生机勃勃、丰富多彩的“生命家园”。那么在之前的前寒武纪时期，地球又经历了怎样的演化过程？

沈保丰：地球的年龄是45.68亿岁，以5.41 亿年的寒武纪为界，之前约40 亿年的地质时代称为前寒武纪。

前寒武纪又分为冥古宙、太古宙与元古宙三个地质时代，是陆壳形成、生长、壳幔圈层分异耦合并形成稳定陆块的重要阶段。应该说，在这个漫长的时间尺度上，地球发生了一系列决定地球命运的地质大事件。揭示这些事件的性质和过程，对于理解行星演化、大陆的聚合与漂移、矿产资源的形成、生命的演变，以及地球未来的发展都具有重要意义。

记者：但以往人们了解得并不多。

沈保丰：的确。尽管它占据了地球生长期近87.7%的时间，但人们对这段时期的了解相当少。这是因为前寒武纪少有化石记录，且岩石已严重变质，不是已经破坏侵蚀，就是埋藏在显生宙地层之下。

目前，已知地球上地壳的最古老物质记录，是澳大利亚杰克山太古宙沉积砾岩中的碎屑锆石，它的年龄大约是44亿多年。

2 冥古宙的“黑暗地球”，经历了由天文行星演化到地质演化的质变

记者：地球形成的初始阶段是没有地壳的？

沈保丰：早期地球经历了由天文行星演化到地质演化的质变。

在冥古宙，即距今45.68亿年到40.3亿年，早期地球经历了一段“黑暗时代”，那是一段没有岩石记录的时期。

冥古宙又可分为混沌代和杰克山代或锆石代两个代，其分界线为44.04亿年。混沌代主要是太阳系及其早期地球等行星形成及演化时期，其间包括太阳系的形成、早期地球的增生、金属地核和硅酸盐地幔形成、月球的形成、一颗“火星大小”的行星撞击等天文行星演化事件。

距今44.04亿年左右，地球就进入到地质发展时期。在这一时期内，有原始地壳和原始地核起源，初始地幔、水、大气圈和海洋的形成，陆壳、洋壳及生命起源等重大地质发展问题，都需要人类进一步去认识和研究。

早期地球的研究是当今地球科学研究的热点和难点，因为有关近似火星大小的天体大撞击、全球岩浆海、地幔翻转、陆壳起源、生命出现等大事件都发生在这一时期。但因为在这时期保存的记录极少，又很难得出较完整的结论。因而人类对早期地球的认识程度极低。

从地质角度对早期地球的研究、获取相关信息的途径，其中对冥古宙碎屑锆石包含信息的研究尤为重要。

记者：人类都在哪里发现过冥古宙碎屑锆石？

沈保丰：保存较好的地点是西澳的Mt. Narryer、Jack Hills和Maynard。Mt. Narryer的碎屑锆石年龄为41.5亿年及42亿年；Jack Hills为44.04±0.08亿年，是全球最老的碎屑锆石年龄。

在中国大陆的西藏三江造山系中的喜马拉雅地块、北羌塘地块、北秦岭西端、北祁连走廊带、天山的东准噶尔和华夏造山系等7个地点，也发现了早于40亿年的碎屑锆石，其中有4个大于40.3亿年，3个接近4亿年。

3 太古宙是陆核形成、陆壳巨量堆积、许多矿产形成的重要时期

沈保丰：太古宙是陆核形成、陆壳巨量堆积、高度还原性水圈、大气圈和铁、金、铜、锌矿产形成的重要时期。

太古宙是陆核和陆壳巨量堆积时期。根据已有的地质资料，地球陆壳的80%～90%是在早前寒武纪形成的，绝大多数形成于太古宙中的中—新太古代。全球陆壳的巨量增生在29亿～27亿年，主要的岩石类型是高钠的长英质片麻岩，其次是镁铁质—超镁铁质火山岩。据推测，陆壳增生与超级地幔柱事件有关。

太古宙地幔热对流循环剧烈，构造活跃，火山活动速率较大，这有利于早期大陆物质大量产生，并漂浮于紊流状态的地幔之上。随着地球冷却，原始大陆固结为一些小陆块。依据南非卡普瓦尔和澳大利亚皮尔巴拉克拉通的年代学和古地磁研究，在33亿年左右，甚至可早到36亿年，可能有一些陆块增生并形成地球上第一个构造上更稳定的瓦尔巴拉超大陆。有专家提出，在太古宙末期，27亿年左右或25亿年，可能存在一个肯洛兰超大陆。约24亿年左右，肯洛兰超大陆开始裂解，形成了一系列的大规模放射状基性岩墙群，在23亿年左右形成了古元古代冰川事件。

记者：太古宙已经开始形成矿产资源？

沈保丰：太古宙形成的大量绿岩带中有着明显的成矿作用。

根据其规模、形态、形成时代、岩石组合、变质程度以及成矿作用等方面的差别，全球的绿岩带可分为4种类型：巴伯顿型（35亿～33亿年），形成时代较老，主要矿产有金、铁、铬和少量镍；苏必利尔型（27亿～26亿年），主要矿产有铜、锌、金、铁和少量镍；伊尔岗型（27亿～26亿年），产出的矿产有铜、镍、金、铁等；达瓦尔型（26亿～23亿年），与之有关的矿产有金、铁、锰等。

4 距今26亿～25亿年间，华北陆块发生了一次大氧化事件

记者：现在的中国大陆在太古宙时期经历了怎样的变迁？

沈保丰：太古宙地层在中国大陆出露面积为7.4万平方公里。中国大陆主要有三个陆块区，分别是华北、塔里木和扬子。其中，以华北陆块面积最大，变质基底分布范围最广，时代跨度最长——从略大于38亿年到18亿年。

作为中国最大的陆块，华北陆块的面积约30万平方千米。尽管与世界上其他陆块（克拉通）相比，它的面积不算大，但它不仅具有超过38亿年的漫长地质历史，而且经历了复杂的构造岩浆热事件叠加和改造，记录了几乎所有地球早期的发展的重大地质构造事件。

在26亿～25亿年，华北陆块是陆壳巨量堆积的高峰期。由于陆壳巨量堆积引起由缺氧到富氧的地球环境的剧变，构造体制重大转折，同时导致了元素的巨量迁移、重新分配和成矿。

一个有趣的现象是：华北陆块大约30万平方千米面积上，在26亿～25亿年间忽然大规模地形成了几千个规模大小不等的氧化物相条带状铁建造（BIF）型铁矿床，累计查明资源储量已达335.36亿吨，占全国铁矿总资源储量46%。这种在一个不是很大的地区集中产出几千个矿床和矿点，并呈氧化物相条带状铁建造的铁矿床产出，在全球很少见，华北陆块可能是唯一的地区。这也说明在新太古代26亿～25亿年时，华北陆块发生了一次大氧化事件。

记者：铁矿床的形成与氧化有什么关系？

沈保丰：铁是变价元素，在自然界有Fe2+和Fe3+两种离子存在。氧化环境中铁呈Fe3+状态存在，Fe3+的迁移能力极小。还原环境中铁以Fe2+状态存在，形成Fe(OH)2、FeCO3、FeCl2等化合物。因而氧化环境有利于铁的沉淀，还原环境有利于铁的迁移。即：在酸性环境下，铁的还原作用增强，促使二价铁被溶解到溶液中去；在碱性环境下，铁的氧化作用增强，促使三价铁从溶液中沉淀下来。

在华北陆块在26亿年之前，由于强烈的火山和洋底的喷流作用，大气圈和海盆基本是处于强酸性和强还原的环境，在盆地中大量的铁呈二价离子、氢氧化铁或其他络合物形式存在海盆中。在26亿~25亿年由于处于氧化环境，Fe2+便从溶液中沉淀下来，形成了大量的铁矿。

5 古元古代是地史上重大地质构造转变时期之一，也是第一个重要成矿期

沈保丰：古元古代是地史上重大地质构造转变时期之一。在此期间，发生了古元古代初超大陆裂解、大量基性岩墙（席）侵位、大量巨厚被动陆缘型沉积建造、大陆壳的快速生长、俯冲—碰撞造山作用的首次出现等。同时，这一时期构造体制发生了本质的变化，由太古宙全活动体制转换为活动带和稳定地块并存的构造格局。出现不同规模、不同构造性质的活动带、裂陷槽、岛弧带、活动大陆边缘、被动大陆边缘等。

记者：全球古元古代大致发生了哪些重大地质事件？

沈保丰：24.2亿～22.5亿年在古元古代初期，发育有广泛的冰川活动，产生了全球性的地幔慢速下沉和大气圈的氧化。

这个时期的古老冰川活动被称为休伦冰川活动。它紧随在肯洛兰超大陆破裂、大氧化事件在全球广布条带状铁建造之后。在24.2亿～22.5亿年全球岩浆活动寂静期之后，从22.5亿～20.6亿年岩浆活动重新活跃，出现以玄武质岩浆活动为代表的全球事件。古元古代中期，也是磷矿产生的重要时期。

20.6亿～17.8亿年是地球历史上重要的地壳生长期，世界上最大镁铁—超铁镁质层状侵入体以及南非含大量矿产的大规模基性布什维尔德岩浆岩省，就产生于这一时间。这一全球的构造事件还导致了哥伦比亚超大陆在距今18亿年时的形成。

此时的华北陆块也发生了与超大陆形成有关的造山事件。大量丰富的地质记录证实，在古元古代末18.5亿年完成了最后一次前寒武纪聚合造山和变质作用，完全固结成为一个整体的刚性克拉通。在古元古代末，经吕梁运动，华北、塔里木、华南等古大陆相联，组成一个统一的中国古大陆的结晶基底。

全球哥伦比亚超大陆形成后，从17. 8亿年开始陆续进入裂解期，形成裂谷盆地和被动陆缘盆地。

古元古代也是地史上第一次十分重要的成矿期。它以矿种多、成矿规模大、矿床类型复杂著称。比如中国就有大量这一阶段因古大陆裂解离散-造山而产生的矿产，构成了铁、铜、铅锌、金、硼、菱镁矿、滑石、金红石等矿床成矿带和成矿系列。

6 “雪球地球事件”之后，温室效应导致地球变暖，元古宙进入尾声，显生宙拉开序幕

记者：从您的讲述来看，早期地球虽然没有大量生物出现，但故事也是惊心动魄。

沈保丰：的确非常精彩。

17.8亿～8.5亿年是地球演化过程中相对稳定期，以硫化物发育的深海洋、疑源类的缓慢演化、哥伦比亚超大陆的解体和距今11亿～9 亿年罗迪尼亚超大陆的汇聚为主要特色。

8.5亿～5.41亿年是地史中由隐生宙向显生宙过渡的重要阶段，也是生命演化最关键的时期。在这时期的开始阶段，即从7.7亿年开始，地球进入了元古宙第二次环境剧变阶段，广泛发生低纬度冰川，整个地球覆盖着冰雪，形成一个雪球，称为“雪球地球事件”。

记者：“雪球地球”？连赤道也被冰雪覆盖吗？

沈保丰：当然。全球年平均气温低达-50C°，海洋表面冰层达到1000米厚。整个地球成为一个雪球。

这也是元古宙休伦冰期后的第二次全球冰雪时期。

在新元古代中期，罗迪尼亚超大陆裂解。在这一时期，地球构造运动加强，广泛形成陆内裂谷，同时引起大规模风化剥蚀和沉积作用，使大气中CO2的消耗量大大超过火山喷发释放的CO2量，并出现“冰室效应”：全球气温迅速降低，首先在地球两极的海洋上形成冰盖，随着冰盖面积的扩大，冰面对阳光反射增大，加速了地球表面的气温下降，直至全球冰冻，形成“雪球地球”景观。

不过，有一句话叫物极必反。由于温度极低，水文循环基本停滞，几乎没有降水作用，消耗CO2的化学循环基本停止。但同时，地球上的岩浆作用依然活跃，火山喷发释放出大量的CO2，且不断增加。经过上千万年的日积月累，大气中的CO2终于达到了一个足够高的浓度，便又产生了强大的温室效应。之后，地球迅速变暖，冰雪大片消融，最终出现了另一极端——解冻加速，一场酷热随之而来。

随之而来的还有生物界的蓬勃孕育。6.35 亿年，埃迪卡拉纪开始，埃迪卡拉动物群首现，至5.41亿年寒武纪生物大爆发，元古宙结束，显生宙拉开序幕。

7 元古宙是多种矿种大型、超大型矿床形成的高峰期，中国至少有该时期形成的超大型矿床40余处

记者：看来，中—新元古代是地球演化历史上最重大的变革时期之一，为之后地球成为丰富多彩的生物家园奠定了地质基础和气候基础。

沈保丰：我今年83岁，是从1964年开始研究前寒武纪矿床。我想要告诉大家的是，地球演化和环境变化也与成矿作用息息相关。如，“雪球地球事件”为我国的华南地区留下了大量的铁矿、锰矿和磷矿，特别是锰和磷，规模很大，品位很高。

记者：那么，我国前寒武纪矿床主要有哪些矿种？

沈保丰：中国前寒武纪超大陆旋回与成矿作用关系十分密切，我们曾提出，中国前寒武纪大规模成矿作用的主要控制因素是大地构造背景和大型地质构造环境。我国前寒武纪有包括铁、铜、镍、锌、稀土、金、磷等矿种在内的14个矿种产出超大型和特大型矿床，其中超大型矿床40多处、特大型30多处。

记者：有哪些是我们现在熟知的大矿？能举个例子吗？

沈保丰：比如白云鄂博。

记者：我们知道位于内蒙古的白云鄂博矿赋存着大量稀土，在我国乃至世界稀土工业占据举足轻重的地位。它也是在前寒武纪哪个阶段形成的？

沈保丰：白云鄂博稀土、铌、铁矿床是我国中元古代一个世界级的巨型矿床。初期，我国开发白云鄂博是开采铁矿石，后来才发现并应用其中的稀土、铌等重要矿产资源。

如果说中国稀土的资源储量约为世界稀土资源储量一半，其中白云鄂博稀土资源储量就能占到全国稀土资源储量的近九成。如今，人们已在矿区内已发现73种元素，构成160种矿物，有综合利用价值的矿产达26种，除稀土之外，铌、钍资源储量都占世界第二位。

白云鄂博矿床有着复杂的形成历史。

据研究，白云鄂博矿床有两次成矿期，是早期中元古代以铁-铌-稀土矿为主的岩浆型和晚期加里东期为铌—稀土矿热液叠加而形成的多成因、复合型的叠生矿床。

在中元古代早期，大约17.5亿年左右，随着全球哥伦比亚超大陆的裂解，太古宙的华北陆块也开始裂解，形成白云鄂博裂谷，并在裂谷中沉积了白云鄂博地层及有关岩浆岩。在14亿～12亿年，这里火成碳酸岩呈岩床或似层状体和岩墙侵位。就在火成碳酸岩岩浆熔离过程中，形成了岩浆期的稀土—铌—铁矿床。这也是白云鄂博的主矿化期。

在5亿年～4亿年加里东期，这里又叠加了一期构造热事件，形成了第二期稀土、铌热液矿脉。它们也是地壳深部物质部分熔融的产物。

沈保丰：总的来说，前寒武纪中的元古宙是多种矿种大型、超大型矿床形成的高峰期。除了白云鄂博超大型稀土—铌—铁矿床外，中国此时形成的知名矿床还有：内蒙古东升庙超大型硫铁—铅—锌矿床、甘肃金川超大型铜镍矿床、海南石碌超大型铁矿床、贵州松桃西溪堡（普觉）超大型锰矿床、贵州松桃道坨超大型锰矿床、贵州开阳超大型磷矿床、贵州瓮安超大型磷矿床、黑龙江柳毛超大型石墨矿床、黑龙江云山超大型石墨矿床等。

记者：大自然的奥秘真是太多了。谢谢您为我们分享了一段有关早期地球的精彩故事。

专家出镜

沈保丰，研究员、博士生导师。1959年毕业于前苏联乌克兰顿涅茨克工业大学地质系，曾任原地矿部天津地质矿产研究所所长（现为天津地质调查中心）。50多年来，主要从事矿床、前寒武纪地质、区城成矿规律和成矿预测研究，专长前寒武纪成矿作用；先后发表论文100多篇，出版专著14部；曾获国家科技进步奖、省部级科技或果奖等多项，1992年起享受国务院特殊津贴等。

图为4月22日，世界地球日海洋大讲堂主题活动上，小学生们聆听我国海域各大油田矿区的作业介绍。 乔思伟 摄

斗转星移，暖阳北归。“珍惜自然资源 呵护美丽国土——讲好我们的地球故事”，第49个世界地球日如约与我们相遇在这最美四月天。在这个共同的节日里，全国各地举行了丰富多彩的科普活动。

掌握破解地球密码的“金钥匙”

4月22日，在中国科技会堂举办的自然资源科普大赛启动会，拉开了自然资源部组建后第一个世界地球日的主题宣传周活动大幕。

地质资料是破解地球密码的“金钥匙”。只有更好地掌握地质资料、遵循自然规律，才能讲好地球故事，更好地引导公众认识地球，保护人类共有的家园。

“我国馆藏成果地质资料总量超过1500余万份，实物资料岩芯约103万延米，标本约11万块。这是一笔巨大的资源性资产。”自然资源部矿产资源储量司负责人介绍了我国百年来地质工作积累的极为丰富的地质资料。

如何让这把钥匙开启地球知识宝库？这就需要挖掘地质资料数据信息资源潜力，提高地质资料服务创新成果影响力。在这样的背景下，第一届全国地质资料数据创新应用大赛应运而生。

相关展览在中国科技会堂的一楼展厅举行。江苏有色金属华东地勘局地质找矿虚拟实验室里，一位头戴VR设备的观众被参观的群众好奇地围住。这是该局信息中心研发的利用新媒体进行科普传播的“点石成金”地质科普教育在线平台。通过虚拟沉浸体验系统，可以身临其境体验野外地质工作。

“地勘单位完成项目后要提交地质报告，可是专业性很强的报告让大多数人不易看懂。”该中心主任宋震告诉记者，为了能让非专业人员也能一目了然看明白地质报告，他们成立了地质找矿虚拟实验室，搭建三维虚拟的动画世界，对地质工作成果进行全新的表达。他边说边演示了一套雄安新区第四纪演化科普系统，在屏幕上可以清晰看到雄安新区在重要地质时期的三维动态图。

与“地球”来一次亲密接触

4月22日下午，雨后微凉，但中国地质博物馆里却十分热闹，许多爸爸妈妈都选择在世界地球日这个特殊的日子里，带着孩子来与“地球”做一次亲密接触。

一进门，“大话地质勘查行业”“当虚拟遇见现实”“地球日地博科普活动月介绍”等几个大海报就迎面而来，展示出一份与往日不同的气息。进入展馆，参观者明显比平常多了不少，许多都是全家出动。

“地球有将近46亿年的历史，在大约45亿年前，一颗火星大小的行星撞击地球，导致了月球的诞生。”“地球表面覆盖着一些坚固的板块，至今仍以每年1厘米到10厘米的速度移动。”地球厅中，随着讲解员生动细致的解说，参观者大都睁大眼睛，仔细观察，静静倾听。

二楼中厅一隅，一个屏幕上正展示着矿山内部结构。一位工作人员介绍说，这段时间地质博物馆安排了许多特别的活动，这个“金属矿山VRgo体验”便是其中之一。

此时，一位10岁的小男孩正戴着立体眼镜，摸索着“往前走”。他兴奋地说：“我好像真的在一个采矿巷道中呢。原来矿山的内部是这样的啊！”

来自天河道云（北京）科技有限公司的王涛告诉记者，这套VRgo采矿学虚拟辅助教学系统是专门为采矿工程专业的本科生设计的，是为了弥补现在学生们很少有机会去矿山实地考察的缺憾。它的特色就是真实，场景取自很多的真实的矿山，而现在展示的就是山东莱芜铁矿的谷家台矿区巷道内的作业情况。

“平时，这一系统面向的是采矿专业的学生，今天我们把它带到中国地质博物馆，就是想让更多人知道、理解什么是绿色矿山、绿色矿业。没想到今天这么多人感兴趣。”他介绍说。

“地球的知识真是太有趣了。”“地球只有一个，我们要好好保护。”一位七八岁的小男孩认真地说。

讲述海洋资源故事

地球表面的70%被海洋覆盖着，海洋蕴藏了全球超过70%的油气资源。世界地球日当天，一场呈现海洋特色的主题活动，在中国海洋石油工业展览馆举行。

北京市45名小学生代表作为科普文化小大使，观看了深水地震勘探船的地震波探测演示，见到了曾创造一次入井进尺4380米世界纪录的“功勋钻头”，了解了生活中石油资源的种种用途。

“海洋石油981”钻井平台海上设施经理付金宝特地飞回北京，为同学们上了一节生动的科普课。他用可乐瓶装回一瓶石油，问：“这是什么？”

“可乐！”孩子们答道。付金宝笑着解释道，海底地层下面埋藏的石油、天然气资源，就相当于一瓶使劲摇晃过的可乐，如果我们用一根管子扎过地层要抽出“可乐”……

“会喷出来！”孩子们抢答。

“对的，石油开采中这叫井喷，是我们需要应对的首要问题。”付金宝介绍了他的团队操作我国最先进的深海钻井平台，为祖国献石油的故事。

“海洋石油981”钻井平台最大作业水深3000米，最大钻井深度可达10000米。“同学们可以想象下，这一平台如果悬浮在北京上空3000米，它的12条锚链覆盖范围就是北京六环内区域。这是世界顶级超高强度锚链，每一个链环就重达100斤。”

它怎么开动？能开多快？你们遇到台风了吗？同学们抛出了一连串问题。当听到平台的8台推进器动力相当于8个动车火车头，曾31天远行4600公里，到达过缅甸海域作业，平台上每天的用电量相当于一座20万人口的小城市，平台能抵御200年一遇的台风时，讲堂下一片“哇——”的惊叹声。

进入工业文明，人们衣食住行须臾离不开石油。人一生要“穿掉”290千克石油，“住掉”3790千克石油，“行掉”3838千克石油。中国海洋石油工业展览馆提供这组数据，让科普小大使们惊叹不已。“一定要把这些知识告诉同学们，我们今后要更加珍惜自然资源。”一位科普小大使说。

让科普成果走上产业化道路

最会讲述地球故事的人，非科普专家莫属。

4月22日，在第二批首席科学传播专家聘任会上，中国地质科学院水文地质环境地质研究所研究员石建省从自然资源部副部长凌月明手中接过聘书，和其他9位专家一起，被聘为第二批首席科学传播专家。这10位专家来自土地资源、地质矿产、地质环境等领域，他们将在大力开展科普创作、指导科学传播、推动拓展自然资源科普工作、提升全民科学素质、实施创新驱动发展战略等方面，作出努力。

让自然资源科学走向大众，还要让科普成果走向产业化道路。在中国科技会堂，评选出的《地学真好玩儿》等38部2018年优秀科普图书向全社会公布并推荐阅读。在中国海洋石油工业展览馆，展出了全国大中学生第六届海洋文化创意设计大赛获奖作品。

近些年，深海矿产资源勘查开发引起了世界各国的高度重视，海底技术进步、原材料价格上涨和价格大幅波动造成的原材料供应风险，已成为推动各国开展海洋矿产资源商业化开发的三大驱动力。近日，《地质调查动态》撰文对深海采矿现状、面临的主要挑战进行了深入探讨，并对深海采矿的前景进行展望，本期摘编其精华内容。

●海底矿床勘查目前正在加速进行，不断有国家或公司要求签订新的合同，其中在公海地区进行的勘查项目需经国际海底管理局批准。

●虽然开采海底矿产的技术取得重大进展，但还远远不够，亟待开展技术创新，采用降低成本的绿色技术是未来深海采矿的必由之路。

●深海采矿将成为本世纪人类满足自身发展需求的战略之举，但其前景受到技术、经济、地缘政治、国际法律法规等多重因素制约。

 

动因

唤醒沉睡海底的矿产宝藏

 

传统意义上的“深海”，是指大陆架以外的海洋部分，通常水深在200米以上。深海资源一般指公海以及国家专属经济区（EEZ）以外的海洋资源部分。深海资源可分为矿产资源和生物资源两类。矿产资源主要分为多金属结核、富钴铁锰结壳和海底块状硫化物（SMS）三种类型。

这些富集在深海的金属或非金属资源的副产品，很多都是现代高科技、绿色技术或新兴技术必不可少的原材料。例如：碲用于光伏太阳能发电，钴用于混合动力汽车和电动汽车电池，铋用于核反应堆的液体铅-铋冷却剂，铌用于高科技高温合金等。

过去15年来，深海矿产资源勘查开发引起了世界各国的高度重视。有的国家以国有企业或专业科研院所为主进军深海，有的则是通过国家层面的立法为民间投资深海创造便利条件。至于全球层面的深海资源勘查开发治理平台也不断涌现，并日臻完善。从根本动因上来看，海底技术进步、原材料价格上涨和价格大幅波动造成的原材料供应风险，已成为推动各国开展海洋矿产资源商业化开发的三大驱动力。

开发深海矿产资源的意义在于，它不仅可以满足国家产业发展对战略性矿产供应安全的需求，还能促进洋底填图及相关技术的发展，促进海底采矿相关服务和装备的研发，提升对深海资源的认识，维护国家战略利益。21世纪以来，世界各国对深海矿产资源的兴趣与日俱增，竞争日趋激烈。据荷兰资源专业中心数据，2010年美国在深海采矿方面的创新力排在第一位，欧洲排名第二，中国居第三位，其后依次为日本、韩国。

此外，相较于陆地采矿，深海采矿的优势较为显著。例如：陆地采矿会在环境中留下大量“足迹”：需要修路，建造房屋和基础设施，挖掘露天采矿场矿坑，影响河道，并产生数百万吨的废石。而海底采矿不需要修路，没有海底矿石运输系统或建筑物，几乎不需要建任何海底基础设施。铁-锰结壳和结核基本上都是暴露在海床之上呈平铺状态。SMS矿床厚度可达几十米，但矿床上几乎或完全没有覆盖物。开采陆地矿床需要剥离覆盖层，挖掘出来的废石量在总挖掘量中的占比可达75%之高。而深海采矿的平台是船，可以很方便地从老矿点转移到新矿点，选择规模虽小但品位高的矿床进行开采。除矿石品位高外，海底采矿的另一个优点是可以在一处采矿场回收3种或更多种金属。3种主要类型的深海矿床（结壳、结核和SMS）都具有这样的优点。陆地采矿影响土著居民或原住民生活的问题正日益受到关注，而深海采矿不会引发这样的问题。

 

 

挑战

深海矿产开采存在法律空白

 

深海采矿将是本世纪人类满足自身发展需求的战略之举，其前景受到技术、经济、地缘政治、国际法律法规等多重因素的制约。

对深海矿产资源认知不够，勘查开发监管存在风险。行业内和研究学者们基本都知道深海矿床在哪里，但是对于资源的集中度、规模大小却知之甚少。这对于需要据此开展成本效益评估的单个项目来说，矿床品位及规模的不确定性成为制约其开发的主要因素。例如：加拿大鹦鹉螺矿业公司圈定的索尔瓦拉1号矿床，是当前世界上最先进的深海采矿项目，但其资源仅够开采两年。其结果是，现在还不能确定，该公司为开矿而进行的巨大投资是否具有经济效益，因为仅仅建造一艘船的费用就高达10亿欧元。

深海采矿主要的缺陷和风险在于“社会环境运营许可”。由于深海采矿通常位于国家管辖区外，关于勘查活动的国际监管框架的制定进程缓慢。这就导致企业参与无章可循，使得投资者望而却步。环境组织和科学家们也声称，当前对于深海采矿给生态系统造成的环境破坏风险知之甚少。

国际法律框架不完善，开采条款未出台。大部分深海资源都位于国家管辖区以外的国际水域，法律框架复杂。对于深海采矿引发的新问题，国际法律框架层面还存在着诸多的不确定性和空白。规制海洋活动最重要的国际法是联合国海洋法公约（UNCLOS），其在1982年通过，1994年开始实施，目前世界上有166个国家已经签约成为会员国，但也有例外，如美国。

为了管理和协调深海矿床相关事宜，1994年在UNCLOS下成立了自治国际组织——国际海底管理局（ISA）。所有公约签署成员国自动成为ISA的成员。截至目前，ISA分别于2000年、2010年和2012年通过了勘查结核、硫化物、结壳的条款，但是关于开采的条款还在制定当中。

结核和SMS勘查开发技术较为成熟，结壳挑战性大。深海采矿通常包括几项关键技术。首先是要有现代化的装备齐全的船。目前，已有好几艘勘查船在运营，它们通常属于国家研究机构和地质调查局。开展巡航研究是很昂贵的事情，一艘船的运营成本约5万～10万欧元/天。另一项关键技术是可用于深海采矿作业的遥控机器人（ROV）。SMS在输送至海面之前，要用ROV进行开采。散落于海底淤泥中的锰结核，可通过ROV真空将其从海底吸出来。锰结壳可通过在洋底作业的ROV进行剥离并磨碎。ROV可将这些混合物运送至提升系统，管运至海面的船上。通常，一套深海采矿系统包括4个子系统：采掘系统、提升系统、海面平台和处理系统。

对于深海采矿技术，行业内似乎对商业化开采很有信心，认为以当前的技术水平足以满足需求。这些技术源自油气钻探，钻进深度通常可达2000米以上。然而，开采不同类型的深海矿产，其技术要求不尽相同。现有的或目前正在建立的第一代深海勘查开采技术只适用于铁-锰结核和SMS，不适用于铁-锰结壳。勘查和开采铁锰结壳需要克服两个主要的技术难题，一个是勘查和描述矿山特征，另一个是开采。勘查工具必须是深海拖曳式或可以装载在ROV上，并且可以在现场测量结壳的厚度以计算储量。最佳途径可能是开发一种多光谱地震探测工具和伽马辐射探测器，但必须解决伽马射线信号在海水中衰减的问题。与铁锰结壳相比，结壳基岩的种类繁多，伽马射线探测器在区别结壳基岩物理性能方面效果最好。开采方面的难题是，采矿工具必须能把铁-锰结壳与结壳基岩分离开，从而做到只开采结壳，不开采基岩，因为基岩开采会大大稀释矿石的品位。困难在于，结壳是牢固地附着在基岩之上的。分离结壳与结壳基岩的工作必须在水下1500m～2500m处的不规则且往往是粗糙的海床上进行，而且结壳以下的各种结壳基岩的韧性又各不相同。攻克这一难关需要进行高水平的技术创新。

资源价格和资本成本是制约深海采矿的两个主要外在因素。深海采矿主要受到包括资源价格和资本成本在内的外部因素影响。对于采矿本身，用于造船和开发必要技术的初始投资成本是巨大的。不是所有项目都在商业上可行，但是走向深海在很多情况下却是一个战略性问题。采矿业一直是一个高成本产业，将深海采矿成本与陆域采矿进行对比很重要。对于陆域采矿，总成本包括环保成本、固定基础设施成本和劳动力成本，相较而言，深海采矿对投资者颇具吸引力。

据欧盟方面测算，深海勘查一天的成本超过10万美元，大部分勘查航次的预算在5000万～2亿美元之间。对开采而言，一天的运营成本高达好几亿欧元，这还取决于矿床及其位置。最大的成本是船、钻探及船员的费用。从经济角度来看，很多方面都取决于上述外在因素，主要包括某种资源在一定时期的市场价格以及相较于陆域采矿的成本控制。

深海采矿的环境影响可能会很大，要提前开展风险评估。所有扰动地球表面的活动，无论是陆上的还是深海的，都会扰动甚至摧毁动植物栖息地。因此，必须制定最环保的工作计划，并使所有地球表面的活动都按计划开展。与陆域采矿相比，深海采矿具有环境影响小的优势。然而，至今业界对于深海采矿会造成哪些环境问题尚知之甚少，目前全球只有一座海底矿山——索尔瓦拉1号矿，拥有此矿的加拿大鹦鹉螺矿业公司提交了一份开采此矿的环境影响报告，这是当前现实中唯一的陈述海底采矿环境影响的报告。考虑到矿床类型和开采工具等方面的因素，海底采矿的环境影响可能会很大。因此，基于不同尺度原地实验的风险评估是深海采矿实施前必不可少的工作环节。

研究人员通过实施一些国际科学计划研究了开采铁-锰结核可能会造成的影响，这些国际计划以广泛的野外考察以及理论和实验室研究为基础。在采矿车辆经过的地方，动植物栖息地显然会遭到破坏，海底水层中还会产生沉积物卷流，卷流的范围有多大则不可预知。国际海底管理局2008年开展的一个项目得出这样的结论：难以预料开采海底结核会对生物多样性产生什么样的威胁，以及会带来多大的物种衰落风险，因为我们对海洋物种数量和地理分布情况的了解十分有限。存在潜在毒性的金属可能会在短时期内从孔隙水中释放出来，或在结核碎屑解吸作用下产生，特别是当采矿作业降低了表面沉积物中的氧含量时，这种情况会发生。

从深海采出的矿石将被运送到陆上的选矿厂。一旦矿石被运到现有或新建的选矿厂加工处理，也会引发与现有陆上选矿厂同样的环境问题。但新建选矿厂可能会更高效并采用先进的绿色技术。船上的选矿工作可能将仅限于矿石脱水，把水回灌到水下采矿场。如果是开采结壳，可能会在船上进行浮选，以去除结壳基岩。

 

 

现状

各国加速“淘金”探明深海富矿区

 

其实，科学家早在100多年前就知道深海里有矿产。然而，对深海矿床成因、分布和资源潜力的研究却始于最近几十年。20世纪70年代，科学家首次对东北太平洋克拉里昂-克利伯顿断裂带（CCZ）铁-锰结核进行了详细研究。当时有人预言，对CCZ海区铁-锰结核的开采将于20世纪70年代末至80年代初开始，但这一预言没有成为现实。1977年，科学家又在太平洋加拉帕戈斯海脊发现了热液系统。此后不久，研究人员又于1979年在东太平洋隆起发现了“黑烟囱系统”。20世纪80年代早期，对海底铁-锰结壳的研究引人注目，因为从铁-锰结壳中开采钴的前景被看好。然而，由于全球市场金属价格在20世纪90年代前后直至21世纪初持续低迷，开采海底矿产的积极性受到打击，开采计划被搁置。但针对海底矿床的研究与开发工作一直没有中断。进入21世纪以后，随着全球金属价格的上涨，深海矿产资源的勘查开发再次引起广泛关注。

结壳通常沉淀在海底山岭、山脊和高原上，水深400m～7000m，厚度最大和含金属最多的结壳位于水下800m～2500m处，采矿作业最佳水深1500m～2500m。西北太平洋底海山的年代为侏罗纪，是全球海洋中最古老的海山，其结壳最厚，稀有金属的含量通常也最高。因此，西北太平洋中部赤道海区被认为是勘查海底结壳的主要地带，即通常所称的“中太平洋主结壳带（PCZ）”。

对于结核而言，太平洋尤其是东北太平洋的克拉里昂-克利伯顿断裂带（CCZ），秘鲁盆地，以及南太平洋的彭林-萨摩亚盆地是发现结核最多的海域。印度洋盆地中部也发现了一处大型结核带，西南大西洋的阿根廷盆地和北冰洋等海域内可能也有铁-锰结核带，但这些海域的勘查程度非常低。CCZ海区最具经济吸引力，在这一海区内，已经或正在等待与国际海底管理局签署勘查合同的勘查区块有13处。矿业公司之所以对CCZ海区感兴趣，是因为此海区有大量铁-锰结核且镍和铜的富集度高。

总体来看，截至2013年，已签署海底勘查合同的占地面积约为1843350km2，其中约一半勘查项目是沿海国家在其各自的专属经济区（EEZ）内进行的，其余勘查项目是在国家管辖区外的公海地区进行的，在公海地区进行的勘查项目需经国际海底管理局（ISA）批准。SMS矿床勘查项目的面积约占海底勘查总面积的45%，大多数都位于西南太平洋国家的EEZ范围内，公海地区SMS矿床勘查项目的占地面积仅有5万km2。在占据其余55%海底勘查面积的项目中，大多数为铁-锰结核勘查项目，这部分项目全部在公海范围内进行。此外，还有两个占地面积很小的磷灰岩勘查项目，一个在新西兰海域，另一个在纳米比亚海域；还有一个面积非常小的多金属泥勘查项目，此项目在红海海域进行。这3个小项目以及一个位于西南太平洋的SMS项目已被批准签署采矿合同。2012年7月，ISA理事会和大会通过了勘查海底铁-锰结壳的法规，此后不久便收到了申请在西太平洋进行勘查并签订合同的两份工作计划，勘查合同的占地面积9000km2。

中国、法国、德国、印度、日本、韩国、俄罗斯以及一个名为“洋际金属”的多国集团（成员国有：保加利亚、古巴、捷克共和国、波兰、俄罗斯和斯洛伐克共和国）签署了勘查海底铁-锰结核的合同，每块勘查区的面积约为7.5万km2；中国、法国、德国、韩国和俄罗斯等国已经或即将签署勘查SMS矿床的合同，每块勘查区的面积约为1万km2；中国、日本和俄罗斯已经制定或预计将制定勘查海底铁-锰结壳的工作计划，每块勘查区的面积约为3000km2。此外，有4家公司已经或即将签订勘查海底铁-锰结核的合同，其中3块勘查区的面积为7.5万 km2，1块为5.862万km2。海底矿床勘查工作目前正在加速进行，不断有国家或公司要求签订新的合同。

 

前景

铺就“产学研用”深海采矿之路

 

至今我们并不十分清楚全球海洋中铁-锰结壳、结核和SMS矿床的资源潜力到底有多大。相对而言，对CCZ海区和中印度洋盆地结核矿床的特性描述最为清楚。必须用评价陆地矿床的方法评价海洋矿床，从而发现海洋矿床作为许多种稀有、战略性和紧缺性重要矿产来源的重要性。对比评估工作应包括对每一种重要矿产整个生命周期的评价，以及对矿床开采环境影响的评价。

从工程技术的角度看，必须取得几方面的重要突破才能使结壳开采具有可行性。与结壳开采相比，结核开采技术较为简单，因此已进入可开发阶段。阻碍铁-锰结壳勘查的最大难点是，需要在原地实时测量结壳的厚度，开采矿石的最大障碍则是把铁-锰结壳与结壳基岩有效地分离开。减少或消除对铁-锰结壳和结壳基岩物理性质测量结果的偏差有助于解决这一技术问题。需要对种类繁多的样品，尤其是磷酸盐化的厚层结壳进行分析。一个更困难的问题是，需要在原地测量浸透海水的样品。这些测量开展以下工作：认识从海水中捕获金属的机理；对比结壳和结壳基岩以开发勘查技术；描述结壳强度和结壳对各种采矿方法的承受程度。

虽然开采海底矿产的技术正取得重大进展，但还远远不够，亟待开展技术创新，采用降低成本的绿色技术是未来深海采矿的必由之路。使用简单的酸浸法就可以浸出结壳和结核中的全部主要和稀有金属，因此，应该研发化学和生物化学选矿工艺，比如使用特定的金属结合药剂，以便能够选择性地回收想要回收的金属。在回收了想要的金属后，剩下的矿渣可以送入另一个提取流程，回收其他种类的金属。从矿渣中回收这类金属往往不具经济可行性，因此，回收这类金属的前提是国家有经济鼓励政策或战略需要。

对于一个国家而言，要么是通过国家科学研究机构或地质调查机构加强深海矿床的勘查、开发研究及技术储备，要么是通过立法不断创造并完善有利于深海采矿的优良环境，吸引社会投资进军深海。深海矿产资源勘查开发将是一个事关民族发展、国家兴盛的重要领域，需要政府加强政策引导，强化监管与服务，铺就一条“产学研用”的深海采矿创新之路。

自然资源部中国地质调查局地学文献中心对日本国家石油天然气和金属公司（JOGMEC）的信息进行了跟踪，据其近期官网报道，日本在世界上首次成功取得深海海底富钴结壳的试采，这次试采的目的旨在确定最佳方法，在将对环境的影响降至最低的同时开发必要的海底绿色采矿技术。

2020年7月，受日本经济产业省的委托，日本国家石油天然气和金属国家公司在南鸟礁南部的日本专属经济区内，实施了富钴结壳的采矿试验，并取得了成功，属世界首次。在试采之前，日本按照国际公认规则完成了对周边环境影响的审查，确保不会产生严重的影响。这一系列的努力标志着日本在海洋矿产资源开发所需的技术方面迈出了一大步。富钴结壳中含有作为电池材料不可缺少的钴、镍等金属，在试验海域中具有相当数量的资源潜力，有望成为日本宝贵的国内资源。根据JOGMEC的调查结果，按照目前日本钴和镍金属的年消费量，预计拓洋第5海山中存在的钴可以满足日本88年的需求量，存在的镍可满足日本12年的需求量。

此次试采使用了由日本国家石油天然气和金属公司拥有的“白岭号”（Hakurei）海洋资源调查船（图1），在位于南鸟礁南部专属经济区的拓洋第5海山平顶部（水深约930m），将用于开发海底热液矿床的采矿机进行改造后，用于结壳采矿，并在各种条件（包括海底斜坡和沙土在内）下采集了采矿技术的相关数据，例如采矿效率和运行性能等。同时采集了约649kg的结壳碎块（图2）。在试采前，事先对周边环境影响进行了研究，确认不会产生严重的影响。此外，在试验海域开展试采期间进行环境监测，在采矿试验结束后采集浊度、再沉积物和噪音等环境数据，并评估富钴结壳开采对环境的影响。

未来，JOGMEC将根据日本《海洋能源及矿产资源开发计划》（2019年2月制定）（图3）对试采的结果进行分析，在验证有效的富钴结壳开采技术的同时，将目标瞄准专门用于富钴结壳的开采试验机的概念及详细设计的开发。早在2018年，JOGMEC使用从试验海域附近的淤泥采集的结壳样品进行了选矿及冶炼试验。实验室测试表明，钴、镍和铜可以作为单独的金属从结壳样品中回收。今后，JOGMEC将通过利用试采中采集的结壳样品实施扩大规模的选矿及冶炼试验，对适用于2018年的选矿及冶炼工艺开展可行性验证，并继续推进最佳生产技术的讨论。同时，JOGMEC还将对拓洋第5海山进行资源量评价和环境影响评价，计划在2022年之前对以富钴结壳为对象的开发技术进行综合评价验证。

日本“白岭号”海洋资源调查船