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    在广东省茂名市电白区马踏镇石古湾村小学,有个“乡村振兴海洋地质科普室暨科普教学点”。这是广州海洋地质调查局发挥专业优势助力乡村振兴的一个小小窗口。

    对于这所乡村小学的孩子们来说,在这间陈列着各式地质科普展板、实物样品及船模的教室里,不但有他们听不够的地质科普故事,更藏着他们对地质科学世界的憧憬与向往。因为,他们和他们的家人正深切感受着地质科学技术给生活带来的巨大变化。

    据了解,为贯彻落实党中央、国务院关于实现巩固拓展脱贫攻坚成果同乡村振兴有效衔接的重大决策部署,根据中国地质调查局党组部署安排,广州海洋地质调查局将地质调查应用到农业领域,在马踏镇重点村正持续开展马踏镇生态农业地质调查项目,以专业技术优势赋能乡村振兴。

    为土地做“体检”,摸清资源“家底”

    马踏镇位于广东省茂名市电白区东部,是广州海洋地质调查局等单位乡村振兴定点帮扶单位。这里耕地多,土地肥沃,水资源丰沛,素有“电白粮仓”美称。已完成的“广东阳江-茂名地区1∶25万多目标地球化学调查”成果表明,马踏镇富硒土地资源较为丰富,具有发展天然富硒产业的潜力。

    如何科学利用富硒土地资源,激发天然富硒产业潜力,通过发展特色产业,以产业振兴促进乡村振兴?解决问题的“钥匙”非生态农业地质调查莫属。

    开展土壤剖面取样

    生态农业地质调查主要是以地球化学技术开展土地质量现状调查,了解土地中营养元素(氮、磷、钾等)、生命健康元素(硒、锗、钼、锌、锶等)以及重金属元素(镉、铬、铅、砷、汞等)含量分布及其生态效应。

    通俗地讲,就是对土地进行抽“血”体检,这里的“血”主要是土壤。通过分析土壤中多种元素,对土地的健康状况进行评价,让农户了解土地贫瘠,农作物长势差、产量低的原因,以便对症下“药”;哪些土地的粮食和果蔬品质好,更利于人类健康;哪些土地可能对人体健康和环境造成安全隐患等。

    生态农业地质调查通过科学手段查明耕地的质量,服务于粮食生产,为保障国家粮食安全贡献力量,也是支撑乡村振兴重大战略的有力抓手。

    无人机航测图

    据介绍,马踏镇生态农业地质调查项目已纳入中国地质调查局编制的《地质调查支撑服务乡村振兴总体方案(2021-2025年)》。通过该项目实施,2022年度,项目组在茂名市电白区马踏镇石古湾村完成1∶10000土地质量地球化学面上调查和1∶2000土地质量地球化学加密调查,共采集341件土壤样、10件水样和30件农作物样,并完成样品的测试分析,对马踏镇石古湾村全域开展了春秋两季无人机高分辨率影像航测。为持续支撑茂名市电白区马踏镇乡村振兴工作,2023年度,项目组在茂名市电白区马踏镇黄羌村和下山村开展生态农业地质调查工作,设计采集样品286件,截至目前,已采集样品206件。

    项目成果表明,石古湾村富硒富锗富钼土地资源较为丰富,圈定了天然富硒土地2247亩、富锗土地2750亩、富钼土地4835亩,区内采集的16件稻谷硒元素含量范围为0.033~0.085mg/kg,平均含量为0.052mg/kg,大于标准值0.04mg/kg,稻谷富硒比例高达81.25%,为当地富硒富锗富钼特色农业发展奠定了资源基础。

    通过调查,项目组还摸清了村域内地貌特征、农作物种植结构和特色农业分布区等现状,编制了《广东省茂名市电白区马踏镇石古湾村生态农业地质调查图集》,为乡村规划、种植结构调整、富硒富锗富钼特色产业规划和发展提供了科学依据。

    是“辛苦活”,更是“精细活”

    生态农业地质调查最辛苦的莫过于采集园地或长期积水的水田中的土壤样品。

    时至夏日,粤西地区已经进入“蒸烤箱模式”,地面温度超过40℃。为保证及时推进“马踏镇生态农业地质调查”项目土壤取样工作,技术人员在马踏的田园里开展采样、编录、拍照等各项流程工作不但要克服高温“烤”验,还要时刻防范粤西地区红蚂蚁和蛇的“亲密接触”。

    前往采样点

    此外,这里的园地大多数不是普遍认为的菜园地,而是果园或橡胶园等,其植物群落结构与林地类似,灌木荆棘蕨类等丛生,往往无路到达采样站位,需要技术人员扛上设备负重当场开辟一条新路到达目的地。技术人员在前往目的地的过程中被树枝、荆棘弄伤,被山蚊叮咬便成为日常。而且,长期积水的水田淤泥较深,技术人员扛着设备更容易下陷,可谓举步维艰。

    在这样的环境工作一天,技术人员身上的工作服都会因为大量出汗而凝结几层盐霜。此外,由于腐殖质含量比较高,在水田里采样后整个人都散发着臭烘烘的气味。

    生态农业地质调查是个“辛苦活”,也是个“精细活”。

    为了安全保障和野外工作顺利执行,项目组会请一位熟悉当地地理环境的村民当向导。有一次,向导好奇地说:“在地里取土样不就是简单的事儿嘛,土到处都是,随便取便是了,为何流程如此繁琐,而且你们取样为什么不直接用铁铲,而非要用木铲?”

    对于村民的疑问,技术人员耐心地解释道:“取土壤样必须依照规范操作,比如,耕地的土壤样取的是表层0~20cm土壤,由1个主样和3~6个副样混合而成;取样的位置已经设计好,不是随便在哪个地方取就可以的;取样时需要用木铲将铁铲接触过的土壤先剔除,再取样装入样袋,如果直接用铁铲,可能会导致铁铲的金属元素污染样品,导致样品测试数据不准确。”

    向导听后连连点头说:“原来挖个土也有这么多规矩,真是长见识了。”

    为农业转型带来新“硒”望

    在调查成果的基础上,广州海洋地质调查局积极支撑石古湾村申报天然富硒土地认证,取得由广东省科协天然富硒土地资源科技成果转化联合体、广东省地质学会联合颁发的天然富硒土地认定证书。首批认证的天然富硒地块面积691亩,土壤硒含量范围为0.44~1.38mg/kg,平均含量为0.79mg/kg,高于富硒土壤标准。这是茂名地区首个获得省级认证的天然富硒地块,天然富硒土地的成功认定为马踏镇发展富硒产业打下了品牌基础。

    据石古湾村驻村第一书记介绍,石古湾村立足“富硒”资源禀赋,已引导成立了8家合作社,流转土地近2000亩,初步建成电白区丝苗米产业园“富硒水稻种植基地”、“退桉改香”种植示范基地、“富硒”特色农产品种植示范基地,带动约150位村民实现家门口就业,发放劳务工资近300万元。

    显然,生态农业地质调查使茂名市电白区看到了农业转型升级的新“硒”望。2023年5月11日,电白区委书记谭剑锋主持召开专题会议,研究马踏镇富硒产业发展相关工作,强调要立足资源优势,推动资源优势转化为产业优势和经济优势,全面推进富硒特色农业产业发展,实现强镇富民,全力打造粤西首个富硒特色产业,建设美丽健康电白。

    据介绍,目前,马踏镇正依托富硒资源调查和富硒认证基础,大力推动丝苗米、千禧果、沉香、杨梅等特色农产品市场化、产业化、品牌化和标准化。加快马踏镇农业产业的转型升级,助力打造富硒特色品牌农业,将富硒土地资源优势向富硒产业优势、经济优势转化,促使其成为农民增收致富的“金篮子”。

    “保护生态环境,深挖土地绿色资源潜能,用绿水青山孕育好产业,助力乡村振兴,是我们开展生态农业地质调查的愿景和最终目标。”项目组人员说。

    道阻且长,行则将至,行而不辍,未来可期。开展生态农业地质调查推进乡村振兴是一件久久为功的工程,是一项服务于土地资源管理、地方经济发展和乡村振兴的基础地质调查工作,也是自然资源系统践行绿色发展理念的重要举措。

    接下来,广州海洋地质调查局将持续开展茂名市电白区马踏镇重点村生态农业地质调查,查明富硒土地资源禀赋,推动马踏镇天然富硒土地开发与利用,持续为当地绿色特色农业发展“造血”,服务地方经济发展和“百县千镇万村高质量发展工程”。

    乡村振兴 | 广州海洋地质调查局:以生态农业地质调查...

    中国地质调查局地学文献中心研发的碳达峰碳中和地质信息综合服务平台V1.0近日通过国家版权局审核批准,获得计算机软件著作权登记证书。

    该平台简称“地调双碳网”,由地学文献中心依托地质调查项目“碳中和与碳管理地质数据汇聚与应用”开发上线。

    该平台于2022年初启动架构设计,当年就完成了V1.0版本的模块开发及网站页面设计,并完成网络安全评估、系统部署环境搭建,装入数据后,于2022年底在地学文献中心网站发布,同时还作为地学文献中心地质云分节点的工作内容在地质云业务网推送了“地质调查支撑双碳专题”。系统采用B/S架构,V1.0版本的主要功能模块包括数据采集、数据管理、查询检索、统计汇总、成果输出以及系统管理。已装入的数据共计5142条,包括地质调查工作在地质碳封存、地质碳汇、地热、太阳能/风能等可再生能源、能源转型相关17种矿产资源等方面形成的报告、图件、进展、科普文章和视频,我国碳达峰碳中和1+N政策体系,国内外资讯,IPCC等国际智库关于“双碳”的报告,碳标准题录以及地质碳封存中文文献等,充分展示了地质调查工作在实现“双碳”目标中发挥的作用。

     

    国家版权局颁发的计算机软件著作权登记证书

     
    地学文献中心获双碳地质信息综合服务平台软件著作权

    海洋资源是海洋环境中可以被人类利用的物质、能量以及空间,包括生物、矿产、海水、空间资源及海洋能源。人类对海洋资源的调查、开发和利用是从近岸到远岸,再至深海。随着人们对海洋资源环境重要性认知程度的加深,海洋环境调查和影响评价成为提高海洋资源开发利用价值、维护海洋环境功能的重要方式。

    环境基线值指研究区环境参数的当前水平值,即环境现状值,它是环境影响评价工作中最基础的内容。环境基线调查需要记录包括物理海洋学、化学海洋学、地质地貌、生物群落等方面信息。其中,生物基线调查的主要内容包括:采集原生动物及后生动物群落数据——巨型动物、大型动物、小型底栖动物、微生物群落、底栖鱼类和食腐动物以及与资源直接相关的生物区系的数据;记录观察到的海洋哺乳动物,近水面大型动物和鸟群;记录和描述沉积物的生物扰动活动和混合状况;摄影记录手段建立图像背景资料档案;等等。

    近期,自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局首次依靠自身力量完成了西太平洋工区的生物和环境调查外业工作,采集了浮游生物、底栖生物、微生物样品,并利用海底摄像记录大型底栖动物与底质环境的图像资料,为建立深海环境基线打下了基础。

    合理的技术路线和科学的技术方法是航次任务顺利完成的重要保证。下面,我们来围观本航次生物与环境调查过程与方法。

    浮游生物调查取样

    浮游生物是指生活在水中缺乏有效移动能力的漂流生物,分为浮游植物和浮游动物。它们体型细小,大多肉眼不可见,且其游动速度往往比它自身所在的洋流流速慢很多,因此它们常常“随波逐流”。浮游生物种类和数量繁多,且时空变化明显,是水域中其他生物生产力的基础。浮游生物调查研究有重要的科学价值,它们有的可以作为海流指示种,有的具有富集放射性同位素的能力并可以作为污染的指示种,硅藻、有孔虫和翼足类等死后沉积在海底,成为海洋底质重要组分,能助力古海洋环境研究。

    我们使用深水浮游生物拖网(图1)来获取大洋浮游植物(藻类)、小型浮游动物和大中型浮游动物样品。

     

    图1 深水型浮游生物拖网

    采样之前,需要准备3个润洗好的广口瓶,记号笔分别标记大、中、小和站位号,对应收集浮游生物拖网中的样品,同时备好甲醛溶液、镊子,手套等工具。每次下网前检查三个网的网具是否破损,网底管是否处于闭口状态(图2)。

    样品采集时,拖网的落网和起网保持匀速和慢速,速度0.5m/s左右,钢丝绳倾角不得大于45°,直到拖网设备出水。使用水泵抽海水,从凌空的网外侧自上而下冲洗,使粘网的标本集中于网底管,确保网中样品全部收入样品瓶,采集的样品使用中性的甲醛溶液固定,最后将样品放入阴凉避光的样品库保存。

     

    图2 浮游生物拖网采样

    底栖生物调查取样

    海洋底栖生物是指栖息于海洋基底表面或沉积物中的生物。它们多为无脊椎动物,也包括以绿藻、褐藻、红藻等为主的典型植物。按生活方式,底栖动物有固着、附着、穴居、爬行、游泳、共栖、共生及寄生等多种类型,其种类多样性极其复杂,分布范围从潮间带直至万米水深的深海底。按体型大小,底栖动物可分为大型、小型和微型底栖动物。底栖生物分别处于不同的营养层次,并且与底质环境之间存在耦合关系,因此,阐明底栖生物的数量变动规律及其与本底环境、资源间的联系,对海洋环境调查研究有重要意义。

    本航次底栖生物调查对象以底栖动物为主。按体型大小,调查对象分为大型底栖、小型底栖和微生物。大型底栖和小型底栖(以能否通过0.5mm孔径的筛划分)调查工具包括箱式采样器、定量框、样品筛、PC管等。

    采样之前,准备好硅胶软管、3个广口瓶、定量框、量杯、PC管、铲子等工具,样品筛的最上和最下层孔径没有要求,可以选择粗孔径的网筛,中间三层由上至下按孔径从大到小的顺序排放。

    底栖生物调查可以使用底拖网和箱式采样器等方式,本航次以箱式采样为主。箱式采样器出水、去上覆水后,观察沉积物的表层有无大型生物体,若有可用自封袋留存,拍照记录样品位置和站位名称;挑选未扰动或扰动少的地方,将备好的定量框和PC管插入箱式采样器中;待箱式采样器中的泥样脱离箱体,拍照并记录;取出插管,处理后两头加管堵,贴好标签根据实验目的置于普通冰箱冷藏或冷冻保存,待检测小型底栖生物;取出定量框并进行过筛处理,过筛时顶层可以加盖一层筛子防止冲水时水泥溅出,同时也防止高压水枪直接冲破样品,最底部垫一层筛子,有利于泥水尽快排空;过筛后将筛子上的剩存物分别装到样品袋,处理后置于普通冰箱保存,待检测大型底栖生物(图3)。

     

    图3 底栖生物调查取样

    微生物调查取样

    海洋微生物是来自海洋环境,可在寡营养、极端环境(低温、高压、高盐等)下长期存活并能持续繁殖的微生物,主要包括真核微生物(真菌、藻类和原虫)、原核微生物(海洋细菌、海洋放线菌和海洋蓝细菌等)和无细胞生物(病毒)。海洋微生物在生物地化循环中起非常重要的作用。深海微生物由于长期处在极端环境条件,使之形成了特殊的生物结构、基因类型和代谢产物,是重要的深海生物资源,也是深海环境基线调查的内容之一。

    本航次微生物调查内容为:水体/沉积物样品中的微生物群落多样性组成及空间分布特征等。调查工具包括箱式采样器、活塞重力采样器、无菌袋、无菌注射器、无菌瓶、去离子水、缓冲液、液氮等。

    箱式取样器出水后,用软管和无菌广口瓶收集上覆水,立即冷藏和沉淀;用润洗过的花泥铲或不锈钢勺刮取表泥(未扰动,水平方向不紧挨着插管和箱式壁)装入无菌袋,由于微生物样品对光照和温度变化十分敏感,为了防止其降解,现场处理完成后可将其置于超低温冰箱(-80℃)保存;将事先冷藏的上覆水样品取出,润洗所有过滤工具,包括空瓶、镊子、滤膜夹等器具(膜除外);滤膜夹装膜并过滤,过滤过程需注意水要从膜具的中孔流出,且螺纹口处不漏水。过完膜后,用镊子将圆形滤膜折成小扇形过液氮,置于EP管中超低温保存(图4);重力柱的上覆水/泥样品以类似的方式处理。

    图4 微生物调查取样

    海底摄像影像资料采集

    如果你认为4000米水深以下的海底是一望无边的黑暗和寂静,那你就错了。利用海底摄像系统,我们能揭开海底原貌的神秘面纱。淡定摇尾的鱼、落荒而逃的芒虾、看似不动的蛇尾、海参和海葵、固着海底的海绵、一张一弛的头足类......在镜头下一览无遗。

    本航次海底摄像调查内容为:记录底质环境状况;记录大型生物多样性。深海高清摄像系统主要由甲板单元、水下拖体及光电复合缆组成,可满足最大摄像作业深度为6000米。

    通过海底摄像可以现场记录底质环境状况;现场记录摄像大型底栖生物出现的时间、数量、种类(图5,图片依次为芒虾、蛇尾、海参、鱼类、海葵、海绵、快速游动的头足类);根据班报记录情况统计底质环境状况和底栖生物多样性。

      

     

    图5 深海大型底栖生物影像

    初步认识

    本次调查收获满满,所获浮游生物样品肉眼可见桡足类、端足类(钩虾)、水母、浮游幼体等浮游动物;大型底栖生物样品肉眼可见生物栖管、海绵骨针;微生物样品从上覆水过滤和表层泥样中提取,需进一步实验室检测分析其群落结构和多样性;海底摄像拍摄到的生物超过200个,主要生物类型有:海绵、蛇尾、鱼类、虾类、海参、头足类、海葵等。

    当前,服务支撑海洋生态环境保护,实现海洋资源绿色勘探是自然资源统一管理的重要内容。新时代新职责赋予海洋调查研究工作新使命,也要求基层海洋工作者不断学习和参与实践,丰富原有知识体系,跨学科交流和融会贯通,才能提高履职尽责能力,适应职能转型的新要求。

    广州海洋局:西太平洋航次生物与环境调查手记

    从9月12日起航算起,自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局“海洋六号”科考船已经在西太平洋上持续作业一周。继海底摄像、“海马”号ROV投入作业之后,又一海底地质调查的主力军——深海浅钻设备登场亮相。在接下来近一个月的工期中,深海浅钻将承担获取海山区富钴结壳及基岩岩芯的重任。“深海浅钻作业是本航次的‘重头戏’,计划完成1.5米和6米两种共70余个测站的钻探任务,难度和压力不小。”航次首席科学家王海峰表示。

    兵马未动粮草先行

    9月17日一大早,听说深海浅钻作业即将展开,记者赶忙抓起相机奔到后甲板作业区。前几日晴空万里的好天气不见了,连绵细雨伴随着阵阵海风,涌浪让船体的摇晃更加明显。后甲板上,四五名调查人员正围着黄色的钻机,为它进行入水前最后的全面“体检”。

    “浅钻设备外表粗旷,内部精密部件众多,由于已有几个月没有使用,水下照明系统、摄像头、液压系统、阀箱、钻具等关键部件涉及的油路和电路,必须经过仔细检查,否则很容易出现设备损坏甚至安全事故。”调查人员肖锐说。

    经过一上午的排查,调查人员发现阀箱有故障,需要替换备用阀箱。所谓阀箱,是一个长相类似路由器的方盒子,连接有控制钻具转速、钻进提钻动作以及钻机姿态调整的十几根线路。“可不能小看这不起眼的阀箱,钻机的一切动作全靠它,相当于钻机的神经中枢。”调查人员姜振军说。记者看到,调查人员在连接线路时格外小心谨慎,因为一旦连接错误,必将导致钻机无法完成调查人员发出的指令。“应该把线路连接的示意图做出来,以后照着图纸就不用担心出错了,效率还高。”姜振军一边操作一边总结着经验。

    16时许,钻机准备就绪。在绞车的牵引和调查人员拉紧的止荡绳的合力下,这个庞然大物终于平稳地进入水面,慢慢消失在深蓝的海水之中。调查人员稍作喘息,快步来到位于四楼的地质取样工作室,隔着屏幕操纵钻机的一举一动。

    精准操控精确取样

    记者看到,操控钻机的电脑屏幕上密布着控制按钮,各种参数和指针令人眼花缭乱。绞车操作员将操纵杆轻轻上推,缆绳的长度不断增加,钻机也随之不断下放。过了近1个小时,钻机即将着在2500米左右深的海底。调查人员任自强熟练地打开了照明系统和摄像头,大屏幕上立即显示出海底的影像。随着钻机的成功着底,他启动了3000伏的高压供电,并轻点“低速正钻”按钮。屏幕上立即腾起了黑色的烟尘。“这里肯定有结壳!”王海峰向记者介绍着经验,“黑色烟尘表明打到了金属结壳,如果烟尘是白色的,说明打到的是沉积物。”随着钻具的高速旋转,钻进深度的刻度尺不断下移,逐渐达到了一米以上。“可以了,收上来吧!”首席助理陈宗恒一声令下,调查人员关闭了高压供电,在发出提钻指令后,钻具缓缓从海底里拔出,随着揽绳的回收,离开了海底。

    在绞车收揽的过程中,深海浅钻项目负责人陈家旺向记者介绍了今年浅钻设备的不同之处。据介绍,“海洋六号”执行大洋科考任务以来,深海浅钻作业已经持续了9年,但以往的浅钻设备故障频发,作业效率和效果都大打折扣。“我们今年对设备进行了全方位的优化升级,改造了钻进液压系统和控制程序,设备将比以往更稳定、更便于控制。陈家旺说,”此外,钻机今年还新增了防扭推进机构,可以通过屏幕实时监测并控制设备姿态,有效防止钻机扭动造成光缆受损。”

    为地质资料库再添宝藏

    当绞车回收至200余米,调查人员已经抑制不住激动的心情,纷纷跑到后甲板等待钻机出水。钻机平稳地落在后甲板上后,调查队员将钻具取下,并小心地将样品从钻具中取出。记者看到,样品长69厘米,顶部有6厘米左右的黑色结壳,其余部分是白色的基岩。据王海峰介绍,白色基岩为生物礁灰岩,致密坚硬,中间还夹杂着贝壳等生物痕迹,对于研究富钴结壳资源评价及早期成矿背景颇具价值。

    或许是受到了外力作用,样品断裂成了五段,负责地质描述的黄慧耐心细致地将样品拼接好,拍照、测量长度、填写样品描述表,在完成一系列标准流程后,轻轻地用保鲜膜将样品包好,装入包装筒并贴好标签。至此,一件珍贵的海底岩芯样品完成了登记入库,为海洋地质调查研究增添了新的宝藏。“从钻机入水到登记入库,一次成功的浅钻取样需要耗费4~5个小时,‘海洋六号’的调查队员们采取三班轮换制,24小时连续奋战在工作现场,确保航次调查任务顺利完成。”技术负责胡波介绍。

    浅钻作业时间紧、任务重,钻机高负荷运行,故障随时可能出现。当进行到第7个站位时,钻机出现了电机故障无法正常作业。经过钻机保障组20个小时的紧急抢修,目前故障已经排除,钻机重新入水作业。

     

     
     
    摸底“深蓝”——“海洋六号”深海浅钻作业现场见闻

    2018年5月,中国地质调查局武汉地质调查中心围绕中国地质调查局廉政“文化周”和湖北省直机关廉政“宣教月”主题,加强领导,精心组织,按照“规定动作+自选动作”模式,开展了“3+1”廉政文化周和“5+2”廉政宣教月活动,营造了浓浓的廉政氛围。

    廉政文化周活动开展的主要活动有:一是5月7-9日,武汉地调中心将《致全局干部职工家属的廉政家书》印制好,装入写有职工姓名的信封,让每一位职工转送家属,提醒家属助廉,营造良好家风。二是5月7日-14日,精心组织全体职工在规定的时间内进行廉政知识在线答题,并通过会议、QQ通知等形式跟踪督办,做到了机关职能部门和绝大多数业务处室答题活动全覆盖。三是5月10日,武汉地调中心纪委书记以《全面落实一岗双责 扎实推进廉政风险防控》为题,围绕“两个责任”的形成过程、牢牢把握“两个责任”的要求、武汉地调中心两个责任落实及风险防控情况等三个方面,为全体干部职工讲授了一堂生动的廉政教育专题课。要求全体干部职工要始终将政治建设放在首位,自觉做到讲政治、讲规矩。要牵牢主体责任“牛鼻子”,一级抓一级,层层抓落实。领导干部要以上率下,发挥好“头雁效应”。四是结合职工“四态”调查开展“我写家书”活动,各部门、各支部组织职工尤其是野外一线人员,以践行新时期地质工作者核心价值观为主题,书写关爱家人、廉洁自律、畅谈野外工作生活等为主要内容的家书。各支部选送的40余封家书,弘扬了中华民族传统的家国情怀,展示了新时代地质工作者的精神风貌。

    廉政宣教月开展的主要活动有:一是5月2日,举办了2018年廉政文化周和党风廉政建设宣教月活动启动暨宪法修正案专题辅导讲座。武汉地调中心纪委书记作动员讲话,党委书记宣布2018年廉政文化周和党风廉政建设宣教月活动启动。启动仪式上,湖北省委党校王辉教授作了“坚持依宪治国,维护宪法权威”专题辅导讲座。通过讲座,广大干部职工更加深入、系统、完整地领会了《宪法》的精神要义,对提升干部职工宪法理念和法治意识起到了很好的推动作用。二是5月8日,纪委书记及相关部门负责人参加了湖北省直机关第十九个党风廉政建设宣传教育月活动启动仪式暨第四届“清风颂”廉政书画作品展开展仪式,武汉地调中心有3幅廉政书画作品入选本次廉政书画作品展。三是5月11日,纪委书记及工会女职工委员会负责人参加了湖北省直机关工委“树清廉家风创最美家庭”主题活动。四是5月13日-19日,监察审计处负责人赴江西瑞金参加了湖北省直机关工委组织的“‘不忘初心,牢记使命’深入学习贯彻党的十九大精神”主题培训。五是5月16日,武汉地调中心纪委组织党员干部观看了警示教育片《不忘初心 警钟长鸣》,触目惊心、催人警醒的反面案例,让全体观看人员深受教育和启发。大家纷纷表示,要以反面典型为警示,拧紧世界观、人生观和价值观这个“总开关”,在今后的工作中做到心中有党、心中有民、心中有责、心中有戒,常怀敬畏警钟长鸣,不忘初心拒腐防变。六是5月21日-31日,组织处级以上干部及职能部门工作人员参加湖北省直机关“宣教月”知识测试,本次测试应参与答题人员81人,实际参与答题人员81人,平均成绩达96.4分。七是5月8日-17日,组织参加地调局“处级以上干部学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神集中培训”,开展5个专题的研讨,共有5位同志作主题发言,10位同志作交流发言,32位同志作自由发言。

    此外,武汉地调中心还为干部职工购买并发放《中华人民共和国宪法》《中华人民共和国监察法》等系列书籍,精心制作《宪法》《监察法》等系列法律知识宣传展板,开展《党章》及《合同法》等集中培训,广大干部职工在积极参与每个专题活动的同时,潜移默化地接受了纪律规矩和廉政文化教育熏陶,廉政文化氛围和廉洁自律意识进一步增强。

    廉政教育文化周启动暨宪法知识讲座

    处级以上干部学习研讨会

    武汉地调中心廉政“文化周”“宣教月”活动圆满落幕

     

     

     

     

    “部分地区耕地重金属超标态势仍然比较严峻。在调查区13.86亿亩的耕地中,重金属超标的点位比例占到了8.2%,主要分布在南方。” 6月25日全国土地日当天,中国地质调查局发布《中国耕地地球化学调查报告(2015年)》,再次为中国的土壤污染问题敲响警钟。

     

    土壤危机,是土地危机,也是农业危机,“向土壤污染宣战”直接关系到人民身体健康和国家经济安全,这也大大催生了各类污染治理和修复技术,催生了相关产业的发展和繁荣。

     

    土地日宣传周期间,记者来到位于北京西北郊区的国土资源部生态地球化学重点实验室——国家地质实验测试中心生态地球化学研究室,与多位常年从事土壤污染调查、评价、修复的地质科技人员,面对面地谈起了人们高度关注的土壤污染修复问题。

     

      本报记者:周飞飞

     

    特邀专家:刘晓端 杨永亮 谭科艳 黄园英 刘斯文

     

      土地日专家访谈

    观点1

    具有“廉价、高效、管理简单、无二次污染”等特点的地球化学工程技术,是当前重要且极具应用前景的土壤修复手段。

    记者:随着我国城市化、工业化和农业集约化的快速发展,大量污染物通过各种途径进入土壤环境,导致土壤污染问题越来越严重。那么,按照污染物的来源,我国土壤污染有哪些类别?您觉得最重要的污染源是什么?

    刘晓端:从污染物种类来看,类型大致可分为有机污染、无机污染及两者均存在的复合污染,其中有机污染物主要有多环芳烃(PAHs)、六六六和滴滴涕等有机氯农药、灭蚁灵等杀虫剂、挥发性有机物和半挥发性有机物石油类物质等,而无机污染物主要是砷、铅、镉、铬、锌、镍、汞、铜等各类元素。

    刚刚发布的《中国耕地地球化学调查报告(2015年)》显示,我国耕地重金属超标与地质作用过程密切相关,而人类活动则是造成或加剧重金属超标的重要原因。采矿、冶金、电镀等工矿企业“三废”排放,以及农业生产中污水灌溉、化肥的不合理使用、畜禽养殖等人类活动造成或加剧了局部地区耕地重金属污染。

    近几年,我们实验室一直在应用地球化学工程技术,针对金属矿山进行水土污染方面的研究。

    记者:地球化学工程技术与其他修复技术相比,有着怎样的特色?

    刘晓端:我国的土壤污染类型多样,呈现出新老污染物并存、无机有机复合污染的局面。既有重金属、农药、抗生素和持久性有机物等污染,又有放射性、病原菌等污染类型。土壤污染途径多,原因复杂,控制难度大。污染类型多样化和污染原因复杂化导致土壤污染修复工作难度增大。

    采取何种有效可行的污染治理措施,是我国目前土壤污染修复治理的关键和亟待解决的问题。

    污染土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物,使其浓度降低到可接受水平,或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。大致可分为物理、化学和生物3种方法。

    土壤重金属污染传统的治理通常采用物理、化学的方法,如客土换土法、淋滤法、吸附固定法、热处理法、络合浸提法、氧化还原法、电化学法等。虽然这些方法治理效果较好,历时较短,但往往投资大,难以管理,易造成二次污染。

    与传统方法相比,生物修复技术具有成本低、来源广、无二次污染的特点,尤其适用于低浓度重金属的去除。目前,生物修复技术的主体主要包括植物、动物、微生物。其中应用较为广泛、治理效果显著的是植物修复和微生物修复。

    地球化学工程技术,是应用地球化学的原理,通过人工制造的某些地球化学作用或利用地球化学原理制造的产品,实现环境污染治理与管理的途径、方法和技术。地球化学工程技术中常会应用非金属材料作为污染土壤修复的材料,其主要环境技术包括稀释/浓缩、分解/中和、隔离作用和固化作用。这种方法尽可能地不干扰自然界, 依靠元素自然循环来去除有关的化学元素。

    记者:近年来,国家地质实验测试中心生态地球化学研究室针对不同生态系统和不同污染物的环境污染控制和修复技术开展了多项研究,应用的都是地球化学工程技术手段吗?效果怎样?

    黄园英:我们利用地球化学工程技术原理,筛选出了同时对多种重金属具有很好去除效果的矿物材料,建立了对复合重金属污染水体具有特征吸附和固定作用的处理系统,从而阻断了重金属污染元素向生态链的运移。

    与传统物理、化学和生物技术相区别,基于地球化学原理和技术,提出的低成本建造、低成本运行、快速、高效、简单的重金属污染环境的地球化学工程技术,迎合了时代发展对环保技术“廉价、高效、管理简单、无二次污染”的需求。我们已建立的示范工程运行监测数据进一步表明,以黏土矿物作为反应材料对酸性矿山废水中的重金属离子去除是非常有效的,水处理成本约为0.55元/吨,非常适合今后在工程上大规模推广应用。

    刘晓端:我们的目标是,逐步建立基于地球化学工程技术的水、土环境污染控制和修复技术体系和示范基地,强化已有技术方法的推广应用,推动技术方法的产业化进程。

    观点2

    不一定要把土壤中的污染物提取出来,可以通过对土壤中的重金属元素进行吸附、固定、隔离,设置地球化学障,阻断污染元素向生态链的运移。

    记者:国土资源部生态地球化学重点实验室是什么时候成立的?有关土壤污染修复的项目是什么时候开始出现且多起来的?

    刘晓端:重点实验室的前身国家地质实验测试中心生态地球化学研究室,成立于1993年。20多年来,承担了一系列国家、部门重大环境地球化学研究项目,如获国家科学技术进步二等奖的“区域地球化学与农业和健康”、获国土资源科技进步二等奖的“人体硒缺乏与过剩的地球化学特征及其预测”、获国土资源科技进步一等奖的973项目“首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理”,以及“地质体对水资源保障的双重作用及其应用”、“典型地区土壤污染演化及安全预警系统研究”、“东北重工业城市地球化学环境生态安全监测与修复治理的技术研究”等。

    中国开展土壤污染修复项目始于1995年,当时采用的是生物修复的方法。我们大约是在本世纪初开始进入污染土壤和水体的环境控制与地球化学修复技术研究领域的。由于国家越来越重视,这几年我们这方面的项目越来越多,如,“我国典型矿山环境污染评价与修复技术研究”、“金属矿山环境污染机理和防治研究”、“纳米铁用于饮用水中砷的有效去除技术研究”、“农田土壤中典型持久性有机污染物的降解与修复”等。通过这些项目的实施,我们在环境重金属污染修复领域获得了许多重要进展和成果。

    记者:请简单讲一下地球化学工程技术修复受污染土壤的思路。

    刘晓端:近10年来,实验室依托《金属矿山重金属污染土壤的地球化学工程控制修复技术开发与示范》、《生态地球化学环境与修复技术研究》,以及多个有关矿山重金属污染控制与修复技术的示范项目。

    我们的整体思路是:依据地球化学原理,充分利用地质体或自然介质的作用,通过对修复材料、修复工艺和控制技术中的关键问题的研究,建立具有对重金属元素有特征吸附、固定、隔离作用的地球化学障,阻断污染元素向生态链的运移,从而保障农作物的健康。这也说明,改善土壤环境质量不一定非要把重金属元素等“毒素”运移出来,只要把它们固化在土壤内,阻止它们进入食物链,就能保障人们的餐桌安全。

    记者:能否具体讲讲有关土壤修复示范区的情况?

    刘晓端:在安徽某铜矿的尾矿坝附近,我们建立了一个重金属污染土壤修复示范区,选用一种或几种黏土矿物,结合一定的环境条件控制技术,对重金属元素进行吸附,使重金属超标土壤上种植的超标蔬菜中的重金属含量达到《食品中污染物限量标准》。如今,该研究成果已经成功用于江西某铅锌矿冶炼厂重金属污染山体的修复,使寸草不生的酸化和多金属污染土壤得以恢复种植功能,山体复绿。

    杨永亮:我们在沈阳进行东北重工业城市地球化学环境生态安全监测与修复治理技术研究时,针对污染地区建立了水—土—植物生态保护与治理技术应用示范点。

    开展了土壤重金属污染修复方法的研究和饮用地下水中重金属离子的去除技术的研究,最终形成了磷酸盐岩化学固定法对铅、锌、镉的土壤污染治理技术,以及纳米铁材料修复浅层地下水和对深层饮用地下水中的重金属元素的取出技术,获得了非常好的效果。修复后土壤上长出的多种蔬菜,原土中所含的多种重金属元素均未超标,可以放心食用。这一成果受到当地农民的肯定和欢迎。

    刘斯文:在赣南地区,我们建立了离子型稀土矿山的环境修复示范区,将地球化学工程技术用于离子型稀土矿山环境污染的控制与修复,即通过在注液坑中设置地球化学障,改善坑内土壤环境,阻止污染物的迁移,保证植物的生长条件,为矿山复绿提供了基本保证。

    稀土矿山污染土壤的修复分为四步:一是通过添加自然黏土矿物,调整土壤地球化学属性,同时,筛选修复植被;二是调整修复场地的土壤地球化学属性,将调整后的好土壤装入生态袋中,利用柔性结构技术将生态袋固定在修复场地上,形成护坡,并在生态袋上进行植被喷播;三是利用地球化学障技术阻断污染,改善土壤环境,并尝试种植林木;四是长期监测修复效果。

    地质工作者在稀土矿区污染土壤的修复实践证明:土壤修复有效地改善了局部土壤地球化学环境,防止了水土流失,降低了潜在生态风险的强度。

    观点3

    自然环境是相互联系、相互作用的整体,解决土壤污染问题不能就土论土。

    黄园英:在江西某铜矿附近,我们建设了酸性矿山废水重金属污染治理示范工程,以对大坞河流域土壤影响最大的重金属污染源——酸性矿山废水为研究对象,利用地球化学工程技术,分别对酸性矿山废水和土壤中重金属污染治理进行了研究,筛选出水体和土壤中重金属修复材料,形成了一整套重金属污染控制与防治技术方案。

    示范工程运行5个月的监测结果表明,以价格低廉的黏土矿物材料——凹凸棒土作为反应介质,能够对水土中重金属具有很好的治理效果,重金属锰的平均去除率为93%。经示范工程处理后的河水能够达到我国综合污水一级排放标准,水体环境和重金属含量都符合《国家农田灌溉水标准》。当地农民可以放心地用处理后的河水浇地,彻底改变了大坞河水“祸害”农田的现状。而且,原来大坞河鱼虾绝迹,经处理水质得到明显改善后,不仅鱼能生存,且可大量繁殖。

    谭科艳:针对示范区内受重金属污染的土壤,我们通过改善土壤pH值,施用土壤改良剂,添加特定的修复材料,对土壤中重金属进行固定。经修复后的土壤种植的蔬菜,测得处理后土壤中可食用部分蔬菜中重金属含量能够满足《食品中污染物限量》的标准。

    在某铅锌矿冶炼厂旧址,我们对受镉、铅和砷等重金属污染的土壤进行了修复,修复后种植的马尾松和红叶石楠生长茂盛,而未经修复土壤种植的马尾松成活率非常低,且难以生长,充分表明了,地球化学工程技术可以大大减少土壤中重金属对植物的危害,能够抑制土壤中重金属的迁移能力,达到保护植物和保障人民健康的作用。

    记者:我注意到大家在介绍土壤污染修复的时候谈到不少水体污染修复方面的研究,两者是什么关系?

    刘晓端:土壤是自然生态系统的组成部分,土壤污染和水体污染、大气污染等问题是一个多系统的问题:地下水和地表水都会跟土壤产生接触,而空气中含有的各种污染物也会通过诸如降雨等形式渗入地表,最终造成土壤和地下水污染物的一部分。因此,土壤修复工作针对的对象不仅是土壤,而且要同时考虑到大气和水体污染的问题。

    解决土壤污染的问题不能“就土论土”,我们的研究是“水土不分家”。

    杨永亮:《中国耕地地球化学调查报告(2015年)》告诉人们,在人类活动强烈地区,工农业活动是造成土壤重金属快速累积和污染超标的原因,尤其是现今情况下,大气中有毒元素的沉降是极其重要的污染途径。

    为了研究污染物传输的季节性变化,我们选取青藏高原东部边缘的阿坝州卧龙高海拔地区及若尔盖高原湿地作为研究对象,研究了不同季节大气、降水、地表水、土壤、植被、牦牛中持久性有机污染物的变化特征,并通过后向气流轨迹分析以及应用铅同位素示踪原理,对近地表大气气溶胶污染来源进行了探讨。

    观点4

    地球化学技术方法不是万能的,应突破专业所局限,因地制宜研究复合型技术。

    记者:看来,土壤污染治理需要具备大环境观。

    刘晓端:不仅自然环境是一个整体,科学也应该没有界限,不要局限在自己的专业中。就土壤修复技术来看,地球化学技术方法不是万能的,应该积极融合诸多相关学科的思路和方法,研究复合型技术。当然,根据我们的学科特点和优势,我们的研究方向是以地球化学技术方法为主,综合生物修复等其他各类手段。

    记者:已经有所突破了吗?

    谭科艳:有了一定的突破。

    我们选择工业污染严重的湖南株洲某地作为研究区,开展了水土重金属污染的地球化学—生物联合技术研究。研究使用不同黏土矿物和微生物修复材料同时修复土壤中重金属污染的效果,探讨其产生作用的机理,为不同类型污染土壤的修复提供理论依据和技术支撑。同时开展了地球化学—微生物法处理工业废水中锰和镉的修复技术研究,综合地球化学工程技术和生物的优势,达到修复的最佳效果和最低能耗的综合治理目的。

    记者:效果怎么样?

    谭科艳:能够高效去除工业废水中的高浓度镉和锰,达到相应排放同时利用该项技术,能够使种植蔬菜中的铅、汞、砷达标。

    在这项研究中,已经完成了大批量的中试试验,采用一级硫酸盐还原生物滤池降低进水镉浓度,使其达到国家《污水排入城镇下水道水质标准》中对镉的排放要求;通过二级生物滤池处理,使水中镉浓度达到国家《地表水环境质量标准》中二至三类水对镉的要求,锰的浓度达到了集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准的限值要求。

    在深度去除废水中镉、锰的实验中,我们采用锰氧化一级生物滤池对镉锰严重超标的水进行修复,使其可以满足国家《生活饮用水卫生标准》中对水中金属镉含量和锰含量的要求。

    实验研究了锰氧化细菌深度处理微污染水体中镉的机理,为锰氧化细菌深度去除微污染水体中其他重金属元素提供理论基础。有关专家评价,这项技术解决了环境污染锰和镉修复的难点,是地球化学—生物联合修复重金属污染技术上的一项重大突破。

    在土壤修复试验中,我们也采用了地球化学工程—生物技术——通过添加矿物和微生物,阻隔土壤中的铅、汞、砷进入生物链,使修复土壤上生长蔬菜中的三种重金属含量全部达到了《食品中污染物限量》标准,修复效果显著。

    值得一提的是,该技术对镉有显著的修复效果,对镉的修复率达到了38.71%,可有效降低重金属高污染区人体暴露的风险,为从根本上解决“镉米”等有毒农产品泛滥的社会问题提供了技术支持的可能。

    土壤教室

    中国主要土地污染类型

    中国的城市和农村都面临着十分严峻的土地污染问题,主要包括四大类:

    重金属污染场地。主要来自钢铁冶炼企业、尾矿,以及化工行业固体废弃物的堆存场,代表性的污染物包括砷、铅、镉、铬等。 

    持续性有机污染物污染场地。中国曾经生产和广泛使用过的杀虫剂类持续性有机污染物主要有滴滴涕、六氯苯、氯丹及灭蚁灵等,有些农药尽管已经禁用多年,但土壤中仍有残留。中国目前农药类持续性有机污染物场地较多。此外,还有其他持续性有机污染物污染场地,如含多氯联苯的电力设备的封存和拆解场地等。

    以有机污染为主的石油、化工、焦化等污染场地。污染物以有机溶剂类,如苯系物、卤代烃为代表。也常复合有其他污染物,如重金属等。

    电子废弃物污染场地等。粗放式的电子废弃物处置会对人群健康构成威胁。这类场地污染物以重金属和持续性有机污染物(主要是溴代阻燃剂和二噁英类剧毒物质)为主要污染特征。

    目前较为成熟的修复技术

    当前,修复技术中比较成熟或应用较多的技术有固化/稳定化技术、化学氧化/还原技术、异位热脱附技术、异位土壤洗脱技术、水泥窑协同处置技术、土壤植物修复技术、土壤阻隔填埋技术、生物堆技术等。

    植物修复和微生物修复

    植物修复是一种利用自然生长植物或遗传培育植物修复金属污染土壤的技术的总称,是解决环境中重金属污染问题的一个很有前景的方法,并已在全球得到了迅速的发展和应用。

    根据其作用过程和机理,重金属污染土壤的植物修复技术可分为3种类型:植物稳定、植物挥发、植物提取。

      土壤微生物包括与植物根部相关的自由微生物、共生根际细菌、菌根真菌,它们是根际生态区的完整组成部分。

    微生物在修复被重金属污染的土壤方面具有独特的作用,其抗重金属机制包括生物吸附、胞外沉淀、生物转化、生物累积和外排作用。通过这些作用,微生物可以降低土壤中重金属的毒性,改变根际微环境,吸附积累重金属,从而提高植物对重金属的吸收、挥发或固定效率。

    不过,目前大部分微生物修复技术还局限在科研和实验室水平,实例研究还不多,无法大面积推广,对于微生物修复技术还需作更深入探索。(刘斯文)

    土壤修复的地球化学“魔法”

    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(简称资源所)活塞圆筒高温高压设备,自2019年1月由百万庄搬迁至京区地质科研实验基地以来,历经仪器及配套设施安装、多次设备状态调试及参数校正,于2020年8月正式恢复运行。

    该设备全称为活塞圆筒设备(Piston Cylinder Systems,由压机、压腔、控制柜、液压控制系统和冷却水控制系统组成。压腔内芯为碳化钨(WC)材质,外环为硬质钢材质。实验过程中,样品与氧化镁管包裹组成样品仓置于压腔中心,被WC活塞推动施压,压力由主液压油缸提供,可在几分钟内向样品仓加压到目标压力。压力的标定方法是通过测定已知物质在不同相位的性质(如电阻)条件下开展。实验运行温度可达1700℃及以上,压力为0.5-4.0GPa。

    目前仪器放置在自然资源部中国地质调查局中国地质科学院京区实验基地2号楼,运行状态良好。目前,资源所成矿作用模拟实验室建立了设备开放制度,并安排专职人员负责活塞圆筒的运行和开放。该设备已经应用于锂、铍等稀有金属成矿过程和条件的实验究中,模拟稀有金属的迁移、聚集机制进行研究。该设备的运行,将有力支撑国家重点研发计划项目和地质大调查等项目的研究获得原创性科研成果。

    岩石样品准备

    样品装入活塞圆筒

    运行中的活塞圆筒设备

    资源所活塞圆筒高温高压设备恢复运行

    捷克团队在小南海地下河做示踪试验。翟秀敏 摄

    天星岩“T”字大厅主洞地下河下游方向,受洞道崩塌块石的淤塞,因而在崩塌体上游一侧堆积大量砾石。更为奇特的是在崩塌体之上,有水平层理保存完整的古砾石层,说明崩塌体年代较久。 扬·斯洛特克 (捷克) 摄

    中外科考队在天星岩主洞和支洞交叉的“T”字大厅合影。扬·斯洛特克 (捷克) 摄

    占据全球天坑总数1/4的陕西汉中天坑群,一经发现便引起国内外的广泛关注。

    中国地质调查局岩溶地质研究所、中国地质环境监测院、陕西省地质调查院联合开展天坑和洞穴普查,发现典型的天坑和漏斗54个,其中口径大于500米的超级天坑2个、大型天坑7个、常规天坑45个,其他地质遗迹473处。中国科学院院士袁道先一行对汉中进行实地考察后认为,这是在北纬32°~33°范围首次发现的、我国岩溶台原面上发育数量最多的天坑群,这一发现将我国湿润热带—亚热带岩溶地貌区界线显著北移,对中国南北方乃至全球古地理环境及气候变化的对比分析具有重要科学价值。

    为了更好地保护和利用汉中天坑群地质遗迹资源,通过岩溶水文地貌系统的深入调查进一步揭示汉中天坑群的演化机理,中国地质调查局于2018年下达了《陕中南岩溶区水文地质环境地质调查》项目,由岩溶所承担,并作为“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划的组成部分。4月28日~5月9日,岩溶所通过自然资源部第四次邀请捷克科学院地质所和捷克洞穴协会的专家,协助开展了汉中南郑洞穴调查;同时,与陕西省地质调查院、中国地质环境监测院共同组织精兵强将,开展了区域地质、水文地质、地下水示踪、洞穴年龄、第四纪古环境等方面的调查与研究。

     

    中捷联合科学考察新发现

    张远海 翟秀敏 陈伟海

     

    这是中国—捷克第四次对汉中天坑群进行联合科学考察。

    捷克团队11人共分3组,分别利用地下潜水、橡皮艇漂流、洞穴单绳技术对小南海观音洞地下河系统、天星岩洞穴系统、伯牛坑洞穴系统进行了洞穴探测。中方团队29人,承担了大佛洞洞穴系统、西沟洞洞穴系统的补充探测工作,并就小南海台原地区的洞穴沉积物进行了系统的采样。

    此次科考新发现洞道15.3千米,其中天星岩新发现洞道6224米,包括2处溶洞大厅;伯牛坑新发现洞道407米;小南海观音洞新发现洞道1036米,它是大佛洞主要的地下河排泄系统;吊洞新发现洞道584米;新发现大佛洞支洞5547米,探测西沟洞1442米。大佛洞地下河系统新发现洞道超过1000米,并与多个洞穴大厅相连,说明大佛洞洞穴系统发育期次之多,规模之大超于早期认知。

    科考团队采集了重砂样品5件,其中洞内3件、地表样2件,为揭示洞内砾石来源和地下水运移途径提供了科学依据;采集岩石标本8件和草测地质剖面4条,以揭示南郑台原地区的天坑、洞穴发育的构造、岩性的控制作用,分析天坑洞穴的成因规律;采集宇生核素石英样品8件,以测定洞内石英的埋藏年龄和洞口石英沉积物的曝露年龄,推理洞穴发育时间和崩塌时间;采集洞穴石笋4根,分析了南郑地区末次冰期DO18事件的区域特殊性,是北半球驱动的特殊响应。

    科考团队在伯牛坑投放荧光素钠示踪剂,并于大佛洞地下河出口、观音洞、白水洞、龙王庙洞进行了样品的接收,实验结果将揭示南郑台原地区洞穴系统的排泄途径和地下分水岭情况,为揭示岩溶洞穴、天坑发育提供又一有力证据。

    此次科考在陕西最大溶洞大厅发现,地下分水岭成因揭示和天坑演化地貌背景研究等3个方面取得新成果。

    ——发现陕西最大的溶洞大厅。

    2016年5月,第一次中国—捷克联合天坑科考队在汉中市南郑区小南海岩溶台原面西北侧干河沟村发现了天星岩。当时,对天星岩2个消水洞和天星岩漏斗的探测结果是,洞穴长度157米,认为这是一个季节性的消水洞。今年5月1日,科考队再次对消水洞进行勘查,发现150米深处的地下河峡谷,沿地下峡谷1.7千米后,在丁字洞道交叉处发现主洞道,主洞道高大宽敞,沿主洞道行进3.5千米后,发现了长300余米、宽100米的溶洞大厅,而且主洞道仍在延伸。科考团队根据区域地质情况推测,这可能是陕西最大的洞穴大厅。

    岩溶所副所长蒋忠诚指出,一般在岩溶发育条件非常好的热带及亚热带低纬度地区才有洞穴大厅。此次发现的长300米长、宽100米的洞穴大厅,相当于十几个足球场的大小,这在亚热带和温带交界地区是少见的。这说明,这里的岩溶发育程度、岩溶动力条件非常好。

    ——揭示分水岭成因。

    在天星岩探测过程中,科考队发现,洞穴走向完成了一个360度的大拐弯,最后向西北侧的白水洞排泄;而在同纬度的小南海岩溶台原面东北侧却是小南海地下河出口。二者间地下分水岭在哪里?岩溶所教授级高级工程师吕勇在经过仔细踏勘后认为,导致天星岩地下河和小南海地下河分水岭的原因是宽缓褶皱的背斜部位,更重要的是石灰岩众多硅质条带夹层的隔水作用。这个认识也解释了天星岩洞道东侧硅质条带上发育的众多瀑布的机理。

    ——天坑演化地貌背景研究新认识。

    过去在进行天坑演化历史的研究中,关注更多的是洞穴沉积物埋藏年龄研究,寻找洞穴古河流堆积物中的石英颗粒。而此次对大佛洞对岸罗汉洞的古地下河沉积物中石英颗粒的研究,转变为对石英暴露年龄的研究,这样一来,就从单纯洞穴演化历史的研究转变为对整个区域环境演化的研究。

    今后,岩溶所将在中国地质调查局的指导下,以及陕西省地质调查院的支持和配合下,继续加大投入开展《陕中南岩溶区水文地质环境地质调查》项目,用科学数据证实汉中天坑群的科学价值,进而提升岩溶地貌学、岩溶水文地质学的社会应用价值。

     

    汉中洞穴探险记

    张远海

     

    4月底,汉中的雨季尚未完全到来,虽然小南海岩溶台原面龙头山上还残留皑皑白雪,但气候业已回暖,鲜花盛开,正是洞穴调查探险的好季节。我们与来自捷克科学院地质所和捷克洞穴协会的探险家们一起,再次赶赴汉中,开展天坑群联合可科学考察。

    洞里淘砂

    龙洞,位于小南海台原面中东部,是个出水洞穴。5月5日,我们于午后从小南海镇出发前往龙洞。

    车停于洞口下方,我们带上安全帽和头灯,攀援而上。洞口凉风徐徐而来,洞底溪流叮当而出。在入洞50米许,中国地质调查局岩溶所的区域地质调查专家吕勇找到一处回水区,正好是沙砾堆积之处。按照吕勇的指导,我在下游堆一小坝,蓄水淘砂。

    淘砂是为了进行重砂分析,寻找它的地表源头。重砂是相对密度较大、物理和化学性质比较稳定的矿物,因其相对密度较大、呈砂状,故名重砂。根据重砂的矿物组合,进行物源识别,从而判定物源方向和物源区的大致位置。

    吕勇熟练地利用淘砂盆的角度首先将黏土淘洗出去,然后将大颗粒的砾石扔掉,很多遍之后,黑色的粉末状物质浮现出来。这就是重砂。后来我们又在溪流上游、洞穴深处又淘了两处重砂样,差不多1千克,装入塑料袋中,编上号,大功告成。

    接着,我们赶往大佛洞淘砂。大佛洞在1970年代是兵工厂所在地,如今被开发为旅游洞穴。因为做过工厂,洞中沉积物大部分已荡然无存。因此,寻找样品只能在洞穴深处和洞道高处。

    下午的时间所剩不多,我们分为两组分头行动。在距离大佛洞洞口200米东南侧上方、60~70米高处为古佛洞上层洞,2016年在探险过程中发现洞道一侧有古地下河水文边槽,边槽内有古地下河的沙砾堆积。从下层洞到上层的道路为30~40厘米宽的步道,甚是险峻。好在,2016年留下的绳索还在。我抓住绳索,绕右手腕一圈,一步一绕,匍匐上行。步道顶端为乱石堆,越过乱石堆,才至边槽平台。很快采满了一大袋样品,然后背负下洞。

    比起上坡,因为负重,脚底反而更稳,加上绳索护身,倒也不觉艰难。

    山中寻宝

    淘砂只能确定洞内的堆积物从何处来,无法确定沙砾堆积什么时候进入洞穴。要确定沙砾进入洞穴的时间,还要寻找更好的“宝贝”——沙砾堆积物中的石英。

    5月6日清晨,我们从小南海镇出发,到罗汉洞寻找石英。

    与我一同展开寻宝之旅的是陕西省地质调查院教授级高级工程师张俊良。出发之前,老乡告诉我们寻着养蜂人的小道可以方便地找到洞口。

    到达山边,果然看到了一条小道,但并不是养蜂人的羊肠小道。往山上望去,坡度60度以上不仅有浮土,更危险的是碎石,甚至大块石。一旦滚落山下,可能危及谷底的寺庙和香客。

    我们小心翼翼地尽量寻着基岩裸露的谷坡上行。上到一半,幸运地在毛竹林中找到了养蜂人的“之”字形小道。从小道穿过竹林,终于可以一窥洞口的风貌,却发现此洞口好像不是与大佛洞相对应的洞口。带着疑问,张俊良给同伴打电话,同时挥舞手中的强光手电,让同伴看看我们所站的位置是否是大佛洞正对的洞口。果不其然,同伴告知,大佛洞正对的洞口在我们所在洞口的右侧。从我们所在的位置向右望去,完全是悬崖峭壁。借助藤蔓的保护,我们决定翻越峭壁。

    抓住藤蔓,我们不敢上望,也不敢往下看,每移动一下,都思考数分钟,生怕意外发生。但越是小心,越出问题。有时藤蔓挂住背包的带子,有时缠住背包里露出的鎯头手柄,令人进退不得。只好一只手抓住藤蔓,腾出另一只手解开藤蔓,再继续前行。

    越过陡崖,终于到达另一个山坳,洞口就在陡坡上方50米左右的位置。比起峭壁,陡坡因为有许多松动的块石而更难攀援。我跪在陡坡上,寻找着可依附之物,或树根,或兰草,或藤蔓,好不容易上升了20多米,人已气喘吁吁。又前行了20余米,宽大的洞口已近在咫尺。

    仔细环视洞口,洞口呈岩屋状,宽50米左右,洞高15~20米,大洞口西侧还有一个小洞,洞口宽3米,洞高2米,洞深5米多,洞壁四周全是石英沙砾沉积,而且沙砾沉积表现明显的韵律层理,粗砂——较大的卵石和砂——细砂——黏土,如此循环反复。

    张俊良和我,一边讨论砂砾石形成的地质背景,一边测定砂砾石沉积剖面。我从上至下、从左到右依次取样;张俊良则采集10厘米以上的花岗岩砾石样和砂卵石样,回去左切片样,这样做物源分析更有效果。我采集了大约40多斤的样品,背负下山。

    坑底寻洞

    天星岩,是小南海台原面西北侧的一个天坑,于2016年中国—捷克联合科考探险时发现。

    天星岩天坑坑口直径和深度都接近百米,上部是天坑洞口,底部为一条季节性的消水洞。消水洞平时为干洞,下雨的时候,水会充盈溪沟,满灌洞口。

    在消水洞西北方向大约2公里是地下河出口——白水洞;而在消水洞东北方向约3公里也是地下河出口——小南海观音洞。那么,消水洞的水究竟流向何处?为了确定地下水的流向,探险队决定再次对天星岩地下洞穴进行探测。

    前三天,主要是安装单绳系统。探测从第四天开始进行。

    最开始探测数据显示,洞道往东南延伸,于是大家判断洞道往伯牛坑方向延伸,可能与伯牛坑相连。次日,探测数据显示洞道又转向东北方向,于是大家又推断,洞道往西沟洞方向延伸,可能与西沟洞相通。再探测的数据又显示东南向延伸,大家的推断又回到伯牛坑。每天科考回来,无论多晚,我们都要将数据输入电脑,看看洞道的延伸方向。直到第7日探测,探险队发现了一条宽30米、高50米以上的大洞穴,才明白以前探测的不过是天星岩洞穴系统的一个小支洞。

    我是最后一天参加科考的,随行的除了捷克的扬·斯洛特克三人团队外,还有汉中洞穴科考爱好者李辉和余欣。

    我们从路边下到季节性河道,然后顺河道走向天坑,首先是个30米的陡坎,然后横向30米,进入第二个40米陡坎,之后一小段横移,下第三个30米陡坎到地下河床。这三个陡坎,正好验证了天星岩天坑的演化历史阶段,从内往外随着河水侵蚀下切,裂点不断后退形成陡坎。

    到达地下河床后,洞底并非水平,也是一段一段的小陡坎和跌水、水潭。为了探测安全和方便,探险队安装了多种类型的绳索系统,从辅助的绳结式或扁带式攀登,到独木桥式跨越,锚点贴壁横移、悬空横移,甚至绳索桥,绳索桥和保护绳配套的横移,应有尽有。

    3个半小时后,我们终于抵达主洞和支洞交叉的“T”大厅。借助强光手电的光,我们初步估计大厅底的面积有1万平方米左右。我仔细观察洞道形态,主洞完全不同于支洞清晰的溶蚀沟槽、窝穴、流痕等丰富的微形态,主洞洞壁则式清晰可见、深浅相间的微倾斜岩层;与支洞洞底丰富的卵石堆积不同,主洞洞底大部分为黏土堆积和崩塌块石,局部可见河床卵石;与支洞峡谷状洞道不同,主洞洞道为大型廊道状,厅堂状洞道;与支洞倾斜洞底和众多跌水不同,主洞洞底则总体起伏不大,但洞道一侧总是伴随大量的崩塌体和黏土堆积形成的高坡;与支洞地下河占据整个洞底并伴随众多水潭不同,主洞地下河仅在洞道一侧流淌,或左或右,流量为支洞地下河的5倍左右。

    我们在洞道高处寻找古地下河沉积物堆积,看看是否能发现石英颗粒。很遗憾,大部分堆积体为黏土,即使发现卵石,其成分大部分为灰岩,个别为砂岩和硅质岩(燧石),没有发现石英颗粒。

    我们前行了一段距离,在采集两个重砂样后,算一算返回时间,决定先行撤离。经过连续4个半小时的艰难攀行,才看到洞口透进来微弱的光。

    (作者单位:中国地质调查局岩溶地质研究所)

    延伸阅读

    中捷科学家汉中探险

    ■ 2016年5月19日~5月31日

    中国地质调查局岩溶地质研究所通过国土资源部,邀请以捷克科学院地质研究所副所长迈克·菲利皮博士为领队的捷克科学院岩溶洞穴科学考察队,在陕西汉中南郑县开展了第一次岩溶洞穴科考合作,证实在陕西省汉中市南郑县小南海镇台原上存在天坑,并对其地下河进行了初步勘查。这是首次在我国热带—亚热带岩溶区最北界发现的天坑地质奇观。

    随后,岩溶所与中国地质环境监测院、陕西省地质调查院开展密切合作,将天坑理论系统引入地质调查工作,在整个米仓山岩溶台原面展开天坑岩溶地质遗迹调查,更多天坑不断被发现。

    ■ 2016年10月20日~11月1日

    岩溶所组织第二次中国—捷克岩溶洞穴科学考察,对宁强县地洞河地下河系统进入探测,探测长度12千米,为我国北亚热带及其以北最长洞穴。这次科考初步确定地洞河天坑发育的水文地质背景和发育特征方面的独特性;与此同时,组织国内洞穴科考爱好者对镇巴县圈子崖、天玄坑及其附近溶洞进行探测,并对天坑形态进行了系统探测。

    ■ 2017年4月30日~5月12日

    岩溶所组织第三次中国—捷克岩溶洞穴科学考察,对镇巴县风洞系统进行初步探测。

    根据以上调查成果,并通过对全球天坑进行对比分析,科考团队确定汉中小南海天坑群和我国西南大石围天坑群为各具特色的两种演化模式,即大石围外源水穿越型岩溶天坑演化模式和小南海内源水窗式岩溶天坑演化模式,同时将天坑类型确定为溶蚀性崩塌天坑和侵蚀性崩塌天坑两种类型。

    同时,岩溶所与陕西地质调查院开展合作,确定汉中天坑群的国际地位:汉中天坑群成群出现,数量众多,迄今发现4个天坑群54个天坑,集中分布于陕西汉中4个台原面,占据全球天坑总数的近1/4,举足轻重;汉中天坑群是内源水窗式岩溶天坑演化模式的典型范例。汉中天坑群是全球发育在岩溶台原上的最大天坑群,也是我国北亚热带最大的天坑群。

    再探汉中天坑群