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    作为常见的含水富镁碳酸盐矿物,水菱镁矿 [Mg5(CO3)4(OH)2•4H2O] 可作为优质的矿物型阻燃填料应用于聚合物阻燃领域。研究表明,水菱镁矿主要赋存于碳酸盐型盐湖和第四纪湖相地层,并在火星Jezero Crater的湖相沉积也有发现,而湖水Mg/Ca值则被视为是水菱镁矿成矿的关键条件。传统观点认为湖相水菱镁矿的形成主要与超基性岩的风化提供富镁物源补给相关,但与超基性岩风化相关的地表河流水及地下水的 Mg/Ca 值很少达到足以使盐湖直接沉淀水菱镁矿的阈值 (图1a)。因此,查明Mg在盐湖系统的地球化学循环过程是破解水菱镁矿成矿过程的关键环节。 

     

    图1 杜佳里盐湖湖水,补给水和水菱镁矿的化学组成: (a) Mg/Ca值 (边缘密度图为全球河流水和碳酸盐型盐湖); (b) Sr 同位素值; (c) Mg 同位素值 (边缘直方图为已报道的水菱镁矿的δ26Mg值)

    针对上述关键科学问题,依托自然资源部青藏高原盐湖野外科学观测研究站,中国地质调查局矿产资源研究所(以下简称“资源所”)林勇杰副研究员及其合作者以西藏杜佳里盐湖为例,系统开展盐湖水、河流水、地下水和水菱镁矿的Mg同位素研究 (图1c)。本次工作运用Mg同位素分析并结合水化学模拟软件Phreeqc,率先建立了蒸发条件下杜佳里盐湖的Mg/Ca值和δ26Mg变化的半定量水化学演化模型 (图2),探讨了盐湖系统Mg的地球化学循环过程。结果表明,强烈蒸发条件下,在杜佳里湖演化过程中文石首先达到饱和沉淀析出,导致湖水的Mg/Ca值和碱度升高,从而驱动水菱镁矿达到饱和而沉淀析出,Mg同位素则为该模型提供了很好的参数限定。在全球绝大多数湖相水菱镁矿沉积中,水菱镁矿通常与文石共生或交替沉积,进一步印证了模型结果。综上所述,本次工作提出尽管与富镁岩石风化相关的地表河流水或地下水为盐湖提供了重要的Mg物源,然而在蒸发条件下文石沉淀可能是驱动盐湖水菱镁矿沉积的重要成矿过程。

     

    图2 杜佳里盐湖水化学演化模型结果 (a) 湖水(蓝色)和水菱镁矿 (棕色) 的 Mg/Ca值; (b) 湖水(蓝色) 和水菱镁矿(棕色)的δ26Mg值

     

     
     
    资源所盐湖水菱镁矿成矿作用研究取得新进展

    日前,由自然资源部中国地质调查局勘探技术研究所自主研发的“一种双层扩孔钻头”“一种膨胀管下入装置”“一种膨胀管加压增压装置”和“一种海洋复杂地层取心用全封闭岩心取样装置”等4项实用新型专利获得国家知识产权局证书。

    “一种双层扩孔钻头”(专利号:ZL201920182538.7)此技术满足了膨胀波纹管下入后的膨胀需求,使孔壁更加光滑、扩孔直径更加精确,解决了目前单层三刀翼式扩孔钻头存在刀翼磨损严重、扩孔直径不精确的情况。

    “一种膨胀管下入装置”(专利号:ZL201920182539.1)膨胀波纹管的下入工艺是整个护壁工艺的关键环节,下入工艺包括下入、膨胀、切头、去尾等环节,此技术将其集为一体,减少了起下钻的次数,可满足单次下入完成以上所有动作后提钻完成护壁。

    “一种膨胀管加压增压装置”(专利号:ZL201920182707.7)膨胀波纹管的膨胀是通过内部注入的高液压力完成的,此技术通过管路设计,完成对膨胀波纹管的膨胀。装置结构简单,模块化安装,增压效果明显,压力输出稳定,解决了目前地质钻探所用的泥浆泵所能提供的压力不足以完成膨胀波纹管的膨胀要求。

    “一种海洋复杂地层取心用全封闭岩心取样装置”(专利号:ZL201920291474.4)针对海洋浅层、淤泥、流沙等流质地层的岩心取样要求而设计,通过花瓣式瓣爪和侧孔底喷式钻头水路的设置,能够获得对“流质”岩心、岩样良好的取心效果,保证流体地层岩心采取率,大大提高流体地层的取芯质量,解决了目前常用陆地取样装置常用的爪簧因拦挡效果差而难以取得钻探要求的足量、质量合格的岩心的情况。

    截止目前,勘探技术所在膨胀波纹护壁技术领域共获得4项国家专利,在海洋钻探技术领域共获得15项国家专利,进一步加强了科技创新能力建设,推动了对自主研发科技成果的保护与转化工作。

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    勘探技术所在膨胀波纹管护壁技术和海洋钻探技术领域...
    编者按:近日,《科学》(Science)杂志“职业生涯”(Working Life)栏目,发布一篇题为“我们的系停办了”(原标题:A department terminated)的文章。复旦大学生命科学学院赵斌教授在看到这篇文章后,深有感触,在其个人微信公众号“生态学时空”中对该文进行了翻译,我们在此刊出,以飨读者。
      
      原文截图
    中文翻译:
      我们的系停办了 我上个月参加了一个视频电话会议,刚开始我不知道会发生什么。这个会议只是提前一天通知的,院长要和我们一起开会。这让我不禁想问,“这难道又是一次预算削减吗?或者更糟?”院长进行简短的道歉,之后就转述了一个消息:考虑到新冠疫情大流行,大学财政紧缩,不得不做出了一个艰难的决定,停办地质系。如果想保住工作,就得另找一个愿意接纳我们的院系。他的话对我打击很大。自从我获得终身教职以来的20年里,我一直认为如果我继续从事教学和研究,我会一直有这份工作。但是,这场这次疫情终于把长期存在的问题推向了顶点。 
      三年前,还是这位院长向我们求助。说他的预算出现赤字,因入学人数下降,按照新的预算制度,学校把钱从学院挪走了。虽然我们的地质系有几门大型的、受欢迎的课程,但我们的许多高级班,却都是高度专业化的,只有很少的学生。地质学专业一年不到10个学生。院长告诉我们,我们需要更大的班级规模,和更多的学生来报考这个专业才能维持。 
      我们召开教师会议,讨论如何向前发展。我们的课程几十年来没什么变化。虽然我们的学生学会了如何识别岩石和凝视显微镜,但他们并没有接触到地球科学中需要解决的紧迫性问题,如气候变化和地下水污染。我们中的一些人,包括我自己在内,是想彻底改革这个课程的。但是,也有人反对,认为这放弃对传统技能和观念的关注。
      那么我们最后呢,只在在边边角角做了些改变。我们增加了关于气候、医学地质学和地外生命的选修课,这吸引了数百名学生,其中许多来自其他系。但我们并没有改变地质学专业的课程要求,很多教授继续以同样的方式、同样的教材授课。专业课程的数量并没有改变。
      紧接着,新冠疫情来了。我们保持校园开放,让学生能进入学校授课,但入学人数确实持续下降。我们原以为行政人员会裁员,但我们不认为整个系都会被裁掉,尤其是我们这样的系。我们的七位教授每年总共可以申请到几十万美元的联邦研究经费,能发表了几十篇论文,但是我们这些资金并不能弥补学费的不足。我们的研究质量也不足以拯救我们。
      与我们的院长开会后,我的脑子里乱七八糟的。我们的实验室,我们的研究生,还有那些正在如火如荼进行的项目将怎样?我在校园另一个学院有一个二级教师职位,所以我是可以在那里继续工作的,可以避免离开我生活了27年的小镇。但是我不想离开我的地质学系的同事们呀,我想要一个让我们一起工作的解决方案。
      两天后,我与一位大学管理人员交谈,他鼓励我不要放弃,并问我:“你有什么的愿景呢?”。其实我整个周末都在和同事们讨论一个计划。我们一起设想了一个全新的地球科学课程,让学生们为今天的挑战做好准备。我们会反思我们所有的课程,把重点放在学生以及他们未来的雇主关心的问题上。例如,我们不是简单地教岩石是如何破裂和风化,而是要探索这些裂缝是如何影响受污染地下水的运动。 
      所以,我们新的愿景,是展望未来,抛开过去,这是我们在面临地质系停办之前,没有压力的时候,我们根本无法采取的行动。我们还不确定学校对我们的计划会有什么反应。希望我们的努力不会太晚。我也希望他们的这种愿景,是亡羊补牢未为晚也。 
      我希望其他地方的学者能从我们的失误中吸取教训,认真审视自己的课程,确保为当代学生服务。虽然改革一个系,开发全新的课程是很困难的,但如果等到危机来临时才采取行动,那就更困难了。
     
    美国两百年地质系突然解散,对国内地质工作有何启示...

    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)

    来自地球深部的绿色能源

    “感谢共产党!感谢共产党!”两位古稀老人突然举起双臂一阵高呼。

    这不是电视剧中时空穿越的历史故事情节,这是2016年7月发生在新疆南疆地区克孜勒苏柯尔克孜族自治州乌恰县波斯坦铁列克乡依买克村一个真实的故事。

    依买克村是一个坐落在昆仑山北坡山脚下海拔约2000米的柯尔克孜族(下称“克族”)聚居的古老村落。2016年夏季一场突如其来的暴雨,让这个村的村民措手不及,洪水裹夹着泥沙,漫过防洪渠,直接灌入了村民的院子,瞬间院子就变得杂乱不堪。

    雨停过后,一对柯尔克孜族夫妇眼巴巴地盯着自家的院里满地湿漉漉的泥浆,六神无主,一副无助的神情令人心痛。就在老人急得团团转时,一群穿着雨靴、衣服沾满泥浆的年轻人,带着工具冲了过来,在院子里一阵清理打扫过后,一切又恢复了原先清洁干净的模样。

    看见自家院子被收拾得如此整洁,两位不太会讲国语的柯尔克孜族老人,一时不知怎么感谢这些年轻的后生,于是就举起了双臂,喊出了开头的这句话。

    项目组进行地质剖面测量

    这只是自然资源部中国地质调查局西安地质调查中心“南疆大型资源基地调查团队”项目驻地的小伙子们,在这里开展工作期间,与当地群众心手相牵一个很平常的故事。

    实际上,进驻南疆以来,调查团队就承载了“造福南疆,造富南疆”的历史使命,矿调成果不断显现,“地质调查+”扶贫模式得到不断深化,为南疆地区的经济建设和社会发展奠定了资源基础,促进了少数民族地区的融合发展。

    2019年9月27日,“南疆大型资源基地调查团队”被国务院授予全国民族团结进步模范集体称号,这是自然资源部唯一被授予这项荣誉称号的模范集体。

    助力脱贫攻坚

    党中央、国务院一直非常重视新疆特别是南疆地区的发展。习近平总书记在第二次中央新疆工作座谈会上明确指出:对南疆发展,要从国家层面进行顶层设计,实行特殊政策,打破常规,特事特办。

    中国地质调查局历来高度重视新疆的基础性、公益性地质矿产调查工作,尤其是南疆地区的矿调工作。2008年,自然资源部和新疆维吾尔自治区人民政府开展部省合作实施新疆358项目,2016年实施新一轮新疆358计划,构建了中央与地方地质工作“统一规划、统一部署、统一实施”新机制。

    天山以南,昆仑山系以北,谓之南疆。南疆接壤六国,是我国重要的战略屏障和向西开放的重要门户。

    从地理位置看,南疆四地州位于祖国西北边陲,周边与吉尔吉斯斯坦、巴基斯坦、塔吉克斯坦等6国接壤,边境线长,处于国防第一线,其形势动向,事关全国大局。

    从历史发展进程看,它自古就是历代中央王朝治理西域的核心区域。我国历朝历代均高度重视南疆的战略地位,南疆对守卫边防维护国家统一和对外开放、促进全疆经济社会发展具有重要的战略意义。

    借助“一带一路”的时代机遇,如今的新疆,正按照习近平总书记的指示,把自身的区域性对外开放战略,融入到国家丝绸之路经济带建设、向西开放的总体布局中去。原来边远封闭的地缘局势,正在向沿边依桥、外引内联、东进西出、全方位开放的新型地缘格局发展。

    因水得名的阿克苏,是南北疆交通要冲和东西贯通的关节点,也是新疆向西开放的前沿地区和丝绸之路经济带核心区南线中段重要关节点。

    位于新疆最南端的和田,是古丝绸之路南道,是新疆进入西藏、青海及邻国印度的重要门户和战略通道,也是建设丝绸之路经济带、中巴经济走廊的重要支撑地区。

    号称“万山之州”的克孜勒苏柯尔克孜自治州境内及周边,有喀什经济开发区伊尔克什坦口岸园区,以及吐尔尕特、伊尔克什坦、红其拉甫、卡拉苏、喀什国际航空港等5个国家一类口岸,发展对外贸易、境外资源加工业、跨境旅游优势十分突出,是南疆向西开放的重要通道。

    喀什是我国向西开放,通往中亚、南亚、西亚乃至欧洲的国际大通道,作为丝绸之路经济带核心区重要节点和中巴经济走廊起点的作用日益凸显。“一带一路”伟大构想,如今正把“五口通八国,一路连欧亚”的喀什从历史引向未来。

    然而,由于历史、地理、人口结构、经济发展水平等多方面因素的影响,南疆四地州区域经济社会发展一直相对落后,成为一个集边境地区、民族地区、贫困地区于一体的地区,是新疆工作的重点和难点地区,也是我国集中连片特殊困难地区之一、脱贫攻坚的主战场。

    2015年,为进一步贯彻落实党中央关于南疆地区社会稳定和经济发展的指示精神,服务南疆地区产业经济发展和脱贫攻坚,推动大型资源基地的找矿突破与理论创新,自然资源部中国地质调查局部署了南疆地区大型资源基地调查工程及西昆仑铁铅锌大型资源基地调查等二级项目,由中国地质调查局西安地质调查中心组织实施。

    这是一项极其艰险的任务。西安地质调查中心副总工程师、教授级高工滕家欣被委任“南疆地区大型资源基地调查工程”首席专家和团队带头人,与西安地质调查中心矿产地质室主任、南疆工程副首席专家高永宝一起,带领贺永康、李侃、燕洲泉、陈登辉、荆德龙、赵晓健、隋清霖、赵辛敏、赵民、金谋顺等一行30余人的队伍,进发南疆,“南疆大型资源基地调查团队”由此成行,开启了本次昆仑山高海拔地区矿调的序幕。

    这支队伍大多是一帮身上依然散发着孩子气的小伙子,对于昆仑山并没有什么概念,只是在武侠小说或电视剧中了解到一些传奇。也正是因为这些传奇,他们对昆仑山充满了向往,于是踊跃报名参与了进来。

    “横空出世,莽昆仑,阅尽人间春色。飞起玉龙三百万,搅得周天寒彻……”一代伟人毛泽东这样描述昆仑山的雄峻。

    昆仑山是名副其实的万山之祖,众山之王,是中华大地真正的脊梁。昆仑山的大跨度高海拔,昆仑山的雪山冰川,昆仑山的险境魔幻,昆仑山的峥嵘万状,足以让每一个造访者跃跃欲试却又谈虎色变。

    敬畏扩大了距离,而猜测更造成了神秘。

    自古以来,昆仑山也是探宝者向往之地。只是,一些恐怖的传说,阻却了探宝者的脚步,其中最为著名的就是昆仑山的地狱之门。毫无疑问,这个横亘于中国西部版图的昆仑山脉,是地球上平均海拔最高,且延伸面积极大的山系。

    尽管现代人已经对那些恐怖的传说做出了科学的解释,但毕竟在这个高海拔层峦叠嶂的幽深峡谷里,究竟隐藏着多少不确定的风险,谁也无法预测。

    参加此次矿调的大多是二三十岁的年轻人,野外经验不足,何况在这种自然条件极其恶劣的艰苦环境中工作,既要保证大家的人身安全,又要保证顺利完成本轮矿调项目,这对于团队领头人滕家欣来说,是极大的挑战。

    民族团结一家亲

    远离城市的喧嚣,真正到了昆仑山,并不如想象的那么浪漫。高海拔,六月飞雪,这是昆仑山的常态。这帮小伙子能否支撑下去,的确是个问号。

    南疆地区地域辽阔,不论是地级市还是县城,抑或是乡镇所在地,到调查目的地都是动辄百十公里或几百公里的路程,“西昆仑铁铅锌资源基地调查与勘查示范”二级项目组不得不往最偏远、条件最艰苦的村庄里驻扎。

    在当地政府的支持与协调下,项目组在克孜勒苏柯尔克孜族自治州乌恰县波斯坦铁列克乡的依买克村旧村委会院内安顿下来。实际上,基于对他们人身安全考虑,当地边防派出所和当地村委会并不同意项目组驻扎在这个与外面没有阻隔、毫无安全设施的简易环境中。

    由于房屋年久失修,房顶漏雨,院内也淤积了十几厘米的泥水,杂草丛生,而生活用水要到位于高处的沟口去挑,水源常受到牲畜污染,既不卫生也不方便。

    这就是我们要住的地方?项目组成员大多是80后,研究生学历占一半出头,即使出生在农村,几乎也是娇惯着长大的,尽管大学时期老师一再描述过地质工作在野外的艰苦,心里多少有些准备,但见到眼前这般场景,一下子有点懵了,这已经远远超出了他们的想象。十几年寒窗苦读,学成毕业,在这种恶劣环境中生活工作,心理的撞击与纠结可想而知。

    面对简陋的驻地条件,作为这支队伍的老大哥、子项目负责人贺永康和临时党支部书记燕洲泉,一边安抚大家,一边给大家信心。他们说:“这是项目组今后几年生活和工作的地方,我们要自力更生,建设家园,创造一个舒适优美的生活和工作环境,展现出新一代地质人的精神风貌。”

    项目组成员迎着风雪进行剖面测量

    于是,党员干部带头,小伙子们丢掉身上依然保留的学生风范,卷起裤腿,撸起衣袖,自觉行动起来,积极投入到驻地建设工作中。

    项目组购买了水泥、砂子、砖头、防水材料、塑料管材和水管,自己动手修缮房顶,做防水处理,清理院内杂草、淤泥,挖沟埋管,从山上引水,一切工作都有条不紊地开展起来。

    在挖沟埋管过程中,引来了附近村民的围观。由于语言不通,村民们好不容易才知道这帮小伙子在干什么,纷纷拿起工具加入进来。项目组就近安装了公用接水口,顺带把驻地周边几户村民的院内都安装了水管线和水龙头,当水龙头打开,一股清澈的水流涌出来时,第一次用上“自来水”的村民们纷纷冲小伙子们竖起了大拇指,用最简单的肢体语言表达对这帮小伙子的感激之情。

    为了解决房屋不足的问题,小伙子们顶着烈日搭建伙房,人工拌混凝土、砌砖墙,一个个又俨然成了泥瓦匠,上梁、铺房顶、做防水顶棚、安装门窗、刷墙、垒灶台,尽管大伙儿都是第一次干这活儿,但一切看起来都很像那么回事,很专业,很认真。

    经过多日的努力,院内已被收拾得干干净净。篮球场有了,住房、会议室兼办公室亮了,墙上左侧挂着“中国地质调查局西安地质调查中心”、右侧挂着“南疆工程西昆仑二级项目部”的牌匾,正中央挂着“认真开展‘两学一做’,大力促进科技创新,全力支撑找矿突破”的标牌,醒目而气派。院内围起了花坛,空地已经被收拾成一块块菜地,这是准备种菜的。院子中央还设有一个1米见方的升旗台,鲜艳的五星红旗迎风招展。整齐停放的越野车在五星红旗的映衬下,分外悦目。

    看着一个废弃的村址,被自己亲手收拾成一个宽敞整洁的院落,这帮小伙子们不禁相互祝贺。隋清霖拿出手机把院子都拍了一遍,并且自言自语地说:“我得把这个发给我老丈人看看。”

    每当这个时候,都会招致小伙子们“哈哈”一阵哄笑,八字还没一撇,女朋友还不知是何方神圣,老丈人还是个未知数呢。这样的冷幽默,在昆仑山下这个偏僻宁静的村落中,时常会逗得大家前仰后合,热闹非凡。

    接下来的任务就是每天早上带着干粮进入深山,寻找矿化线索,填图。海拔三四千米的高山,因为高原反应,一双腿沉重得似乎绑上了沙袋,呼吸也不顺畅了,一个个嘴唇呈现出乌紫色,上山背着锤子,下山背回一堆石头,一天下来,人累得快散了架。几天下来,有的人甚至想退出队伍,回到大都市的喧嚣之中。

    昆仑山并没有武侠小说中描述的仙境般的浪漫,一切想象与现实相去甚远。不过,这毕竟是一帮被“三光荣”精神熏陶过的年轻人,现在身处中华“龙脉之祖”,一种武侠般的豪情油然而生,所有人心中都有一个这样的信念,早日为祖国找到大矿,为南疆的发展尽一份力量。

    他们如“野人”般地在这常年天寒地冻的雪山间穿梭,深一脚浅一脚地匍匐在雪山上、峭壁间,喝着凉水,吹着冷风,啃着冻硬的馒头,最好的伙伴就是石头,最爱干的事情就是摸着石头,看着石头,让石头的粉尘摩挲脸庞,雪山的冰水浸润眉间。他们以积极乐观的态度面对艰苦的矿调工作,围绕南疆工程和项目成果目标,以西昆仑锰矿找矿和调查研究为重中之重开展工作,以满腔的热忱,用地质锤在昆仑山敲响了最动听的声音。

    在驻地,由于周边居住的都是信奉伊斯兰教的柯尔克孜族村民,尽管团队中有的小伙子不吃羊肉,但为了尊重当地的民族生活习俗,食堂就改成了清真饮食,大家也毫无怨言。懂得入乡随俗、识大局,如何与村民和谐相处的道理,不计个人得失,体现了新一代地质人朴素的品德和包容的胸怀。

    这是一个充满活力、有战斗力的团队,作为南疆团队的带头人,一名老地质工作者,看到眼前的一切,滕家欣一下子放下心来。实际上,带领这帮年轻人来南疆之前,滕家欣是有些担心的,这帮年轻人能不能吃下这个苦,能不能顺利完成这次矿调工作,他一直心存疑虑。眼前的事实,让他原先的种种不安与担心顿时烟消云散。

    为保证本次矿调的顺利推进,促进成果转化,把资源优势转化为经济优势,2016年11月,作为南疆工程的副首席专家,高永宝被派遣到克孜勒苏柯尔克孜自治州,在原克州国土资源局挂职副局长。

    地质工作开展到哪里,党建活动就开展到哪里。在做好野外矿调的同时,项目部提出与村警务室联手,共同开展“两学一做”宣传教育活动和“民族团结兄弟情、警民共建一家亲”活动,得到了热烈的响应,一下子拉近了彼此的距离,增进了相互之间的情感。

    加克库瓦力警官与项目部的小伙子们成了无话不谈的朋友。有一次在跟贺永康聊天的时候,他把家中最近的烦心事告诉了贺永康,说他妹妹从上海财经大学毕业,留在了上海工作,他妈妈听人说,上海那边很乱,吵着要他把妹妹接回来到家门口工作,想贺永康帮忙出出主意。加克库瓦力警官说自己也没出过新疆,也不清楚上海那边的情况。

    贺永康听完一下子笑了,告诉他这是个误解,上海是国际大都市,社会治安一流,经济非常发达,你妹妹能留在上海,说明妹妹很优秀。你妈妈实在担心的话,带着你妈妈去上海看看就知道了。

    不久后,加克库瓦力警官果真带着妈妈去了上海,一看到上海的繁华,他妈妈乐坏了,回到家乡后逢人就说上海的美丽与繁荣,再也不提让闺女回来工作的事了。

    推进产业发展

    几个小伙子从山谷中缓缓地走出来,手上拿着白色的石头,脸上堆着兴奋的笑容,走在最前面的就是李侃。

    这里是海拔4600米以上的大红柳滩项目所在地。看到正向自己迎过来的团队领头人滕家欣,李侃举起了手中的石头:“滕总,我们找到矿了,这是一块锂矿石。”

    滕家欣接过矿石,露出一脸的兴奋。当他回过神来,仔细端详这几个小伙子那已经晒得黝黑的脸,眼泪一下子在眼眶里打转,因为强烈的紫外线照射,尽管他们头上都带着大边沿的遮阳帽,但由于昆仑山高海拔地区常年积雪,强烈的紫外线通过雪地反射到脸上,很容易灼伤皮肤,小伙子们脸上都蜕掉了一层皮。

    由于长期在这种高海拔地区工作,这些本来白白净净的帅小伙,一个个都被晒成了古铜色。

    实际上,这种野外的艰辛,较之于路途的艰险,算是小巫见大巫了。大红柳滩一带地处西昆仑腹地,遥望喀喇昆仑。这里交通不便,抵达工区需穿越昆仑主山脉,翻越众多达坂,绝大部分地区人迹罕至,距离最近县城达500公里,物资供应不便;自然条件极端恶劣,平均海拔在5000米以上,山势陡峭,切割强烈,常年有风,最高可达8级以上。

    在中国西部有一条神奇的“天路”——219国道,也称新藏公路。它穿越举世闻名的昆仑山、喀喇昆仑山,全线多为一望无际的戈壁沙漠和常年积雪的崇山峻岭,平均海拔在4500米以上,是世界上海拔最高、道路最险、路况最差、环境极其恶劣的高原公路。而去大红柳滩就得从这条线经过。

    “行车新藏线,不亚蜀道难。库地达坂险,犹似鬼门关;麻扎达坂尖,陡升五千三;黑卡达坂旋,九十九道弯;界山达坂弯,伸手可摸天”。这段顺口溜就是新藏线艰险的真实写照。

    由于这里特殊的气候条件和地质状况,泥石流、塌方、滑坡、地基沉降等频繁发生,致使库地、麻扎、黑卡三座达坂仍是问题路段,抢修的速度赶不上自然破坏的速度,当地人都说这是一段“永远修不完的路”。

    新藏西线于1957年开通,当时还只是简易的砂砾公路,最窄处仅有2.5米宽,驾驶的难度可想而知。其中,库地达坂虽然垭口海拔只有3150米,但它的高度是垂直的,一面悬崖峭壁,另一面则是万丈深渊,走在上面心有忐忑。加之自然和地质灾害的破坏,说是柏油路其实已成了搓板路,路烂且窄。正如当地司机所说:如果没有一定的高原驾驶技术和定力,会腿发软,手发抖。

    穿过这样的路段,无疑对人的意志和胆量都是一场严峻的考验。就是在这样的环境中,承担南疆地区大型资源基地调查任务的小伙子们也没有退缩,为了完成矿调任务,频繁地在这条线上穿梭。

    每天早上天刚亮,他们就带着干粮,背着地质包匆匆出发,工作区距住宿地方有很长一段路要走,所以往往是两三个馒头,一包咸菜当作午餐。简单充饥之后,再继续他们的工作,有时候实在太累了,躺在地上小憩一会儿,任由风吹日晒。

    昆仑山矿调工作区昼夜温差很大,紫外线辐射强度高,在山上时不时会遭遇暴雪、冰雹,不一会儿地上就白茫茫一片。冰雹肆意地打在脸上、衣服上,有时候大家都不说话,但会默契地抬起头,避免雪水融化脸上汗水干涸留下的盐碱流入眼中。

    由于长期在野外这种特殊的环境工作,大部分地质工作者都是男性,加之在这样的环境下不可能把家属带在身边,想家是必然的。但是,大多时候野外没有信号,项目团队中已经成家的年轻人,有时候想给家里打个电话都很难,时间久了,连听听最爱的人的声音竟都是一种奢侈。

    对于项目组成员来说,能在这样的环境中静心找矿,搞科研,不仅是一份工作,更是一份对地质工作精神的传承,是肩负国家使命、助力南疆脱贫的责任和担当。

    锂资源是重要的新兴产业资源,在当前国家新能源战略的大背景下,锂资源的开发利用贯穿节能环保、新一代信息技术、高端装备制造、新材料和新能源汽车等产业,具有非常重要的战略意义,被称为“21世纪的能源金属”。

    帕米尔-昆仑山伟晶岩区是我国重要的伟晶岩分布区,区内伟晶岩成群成带分布集中,以康西瓦-大红柳滩一带最为发育。早在20世纪60年代便在大红柳滩一带发现了锂矿矿化线索并发现1处中型锂矿,其后外围找矿一直进展不大。

    南疆地区大型资源基地调查工程通过在西昆仑大红柳滩一带开展1∶5万矿产地质调查,总结锂矿成矿规律,运用高寒深切割地区“空地一体”勘查技术方法组合,实现了该区伟晶岩型锂矿的找矿突破。

    艰苦的环境没有吓退他们,较低的地质工作程度反而提供了更广阔的找矿空间。通过开展基础性公益性地质调查,带动新疆地勘基金重点投入和带动商业性矿产勘查,引领南疆地区取得重大找矿突破,新发现一批大型-超大型矿床,促进形成了大红柳滩百万吨级锂矿、火烧云千万吨级铅锌矿和玛尔坎苏亿吨级富锰矿3处国家级大型资源基地,奠定了南疆地区矿业开发的资源基础,重塑了我国锂、铅锌和富锰资源格局。

    为推进成果转化,西安地质调查中心精准对接克州人民政府和企业的现实需求,紧密合作,创新性地建立了“克州模式”,通过开展国家紧缺矿产和战略新兴矿产调查、召开找矿突破与理论创新研讨会、互派干部挂职交流培养等多方面的合作,使得克州的锰、铜、铅锌找矿取得了重大突破;积极促进资源优势转化,共同编制完成了《克州矿业产业发展行动计划》《克州第三轮矿产资源总体规划》,使西昆仑玛尔坎苏锰矿带的勘查开发得以快速推动,富锰矿资源量已达5000万吨,一期电解金属锰厂已建成投产,2019年1月~10月实现产值9.4亿元,上交税费1.2亿元,带动地方就业约2000人,有力地支撑了克州矿业经济发展和绿色矿业发展。

    “克州模式”是落实中央对新疆社会稳定和经济社会发展要求的很好实践,也是新一轮“新疆358计划”合作机制的进一步深化和成功开局。

    昆仑山下情意深

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

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

    生态地质学及其对象和主题

      

      图1 岩石圈生态作用的分类

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

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

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

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

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

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

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

    岩石圈的生态功能

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

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

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

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

    岩石圈的生态属性

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

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

      表1 岩石圈的生态功能与属性

      

    生态地质情势及其状态

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

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

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

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

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

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

    生态地质学的基本科学问题和实践问题

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

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

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

    生态地质学的逻辑结构

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

       

      图2 生态地质学逻辑结构的全域示意图

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

     

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

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

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

    生态地质学的科学分支及其在地质理论知识体系中的位置

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

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

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

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

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

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

       

      图3 生态地质学的科学分支及其在地质科学体系中的位置

    生态地质学的实用性分支

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

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

      

      图4 供人类社会正常发展和运作的生态地质学的实用分支学科

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

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

    生态地质学的任务及其应用

    戊戌年近,新春在即,中国地质调查局南京地质调查中心的干部职工迎来了一年一度的迎新春联欢会。2018年2月9日下午,多功能厅没有张灯结彩,几个红字、几个喜庆的中国结就足以烘托出节日的氛围。一载辛勤耕耘收获满,今朝欢聚笑迎幸福长。

    伴着小朋友们稚嫩的诗朗诵,合着欢快的音符,以“诗与远方的2018”为主题的南京地质调查中心第18届迎新春联欢会渐渐拉开了帷幕。联欢会共分三个篇章。第一篇《诗——无悔青春》有2017年新进职工带来的致青春的歌曲串烧、能源勘查党支部的诗朗诵《地球,我的母亲》和城市水环海岸带党支部带来的诗朗诵《新时代地质工作者》,讲述了青年地质工作者的责任与担当。第二篇《远方——不忘初心》,机关二、实验仪器与信息党支部选送傣族舞《彩云之南》、独唱《中国大舞台》、机关一党支部大合唱《中国,中国,鲜红的太阳永不落》和《团结就是力量》,还有中心项目组从野外发来的视频祝福,歌颂了地质人牢记使命、扎根一线、服务民生的家国情怀。第三篇《生活——圆梦新时代》为职工献上了时尚动感的舞蹈《咖喱咖喱》、怀旧歌曲《千千阙歌》、诙谐小品《抢红包》和现场泼墨挥毫的书法送福,号召大家坚定理想信念,放飞青春梦想,为中国特色社会主义建设贡献地质人的人生华章。歌声动情、舞姿摇曳、朗诵振奋、小品幽默,演出中还穿插了互动游戏——“飞花令”和“你来比划我来猜”,现场气氛热烈、掌声雷动、笑语相连,一次次将联欢会推向高潮。

    联欢会的最后,党委书记张训华受主任李基宏委托,代表南京地调中心领导班子向全体干部职工发表了热情洋溢新春贺词。“幸福都是奋斗出来的”,领导班子号召大家携手并肩、风雨同行,瞄准既定目标,真抓实干、努力奋斗,全面推动南京地调中心工作上一个新台阶,为建设一流新型地调局奉献力量、书写新华章。

    本次联欢会也可谓是在“新”字上做足了文章。新时代新气象,新人讲新故事,节目形式新颖,舞台设计独具一格,节目内容更是与众不同。“新时代”、“美丽中国”等十九大热词频频出现,诗朗诵、诗词大比拼、写福字等精心设计,在欢歌笑语的和谐氛围中引领中心广大职工不忘初心、紧跟党的步伐、拥抱新时代,倡导对中华民族传统文化的回归,不忘生活中还有诗和远方,希望大家带上各自的梦想,站上新起点,踏上新征程。

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    南京地调中心成功举办第18届迎新春联欢会

     

    杨拓在野外采水系样

    杨拓是出了名的和气,也是出了名的严苛。他对待工作的严苛,是近乎工匠对待自己作品的精雕细琢,单看他所作项目报告的字迹,疏密有致,近乎绘图一样美观,大家称其为“绘图字”。

    2016年9月,中国地质学会“第二届野外青年地质贡献奖——金罗盘奖”获奖名单公布,现任广西第六地质队总工办主任杨拓榜上有名。

    提起他,同事们都说:“杨工最大的特点就是,能把每一件平凡的事做到极致。”

    对于领导和同事们的赞誉,杨拓一贯低调,他始终觉得自己只不过是做了应该做的工作:“刚开始都是苦熬,投入得越多,越不忍放弃,越懂得珍惜,苦熬到一定程度,便会发现地质工作的乐趣,觉得这是一份可以托付一生的工作,可以发现地球之美和生命之美的工作!”

    一边帮父亲看小卖部,一边苦读地勘书

    杨拓的父亲是一名地质队员,家里兄弟姐妹4人,全靠父亲微薄的工资支撑,一心想早点分担家庭负担的他,明知地质工作艰苦,还是选择了进入这个行业。1993年,杨拓从广西地校毕业后定向分配到广西第六地质队四分队,被安排到北海公馆测区,进行1∶5万区域地质调查工作。

    在北海公馆测区,地形陡峭、河谷幽深、峰峦起伏,杂草、灌木丛生,只能用刀开路。在大太阳底下,杂草和灌木高过人头,闷热难当,为了避免被灌木枝划伤,即使大热天也要穿着厚实的衣服。杨拓说,汗水透不出来也罢了,最怕突然来那么一阵不大不小的雨,没把汗水冲走,而是和汗水黏在一起,衣服又重又湿,身体又冷又黏,难受得让人想哭,“真想不到世上还有这么艰苦的工作啊!”

    工作虽然艰苦,但杨拓没有想过放弃。他和同事们在极其恶劣的环境下,每天跑路线填图、测剖面,常常一天要翻山越岭、跋山涉水数十公里,工作时间10小时以上,午饭就是馒头加山泉水。

    一次,他和一个同事跑线路,晴朗的天空突然大雨倾盆,雨后的道路泥泞湿滑,一不小心人就会滑下山坡,计划的路线还没有走到一半就已近中午,两人累得气喘吁吁。在啃完了带来的冷馒头后,两人陷入了前进还是返回的纠结中。在湿漉漉的丛林中,同事每走一步都想放弃:“下雨了,我们返回去明天再来吧。”

    杨拓看着地图上的计划路线,给同事打气:“今天就剩这一点任务了,克服一下就好,现在返回去,明天要走很远的路才能到这里,不光浪费时间,还耽误项目进度。坚持一下吧,水都挑到家门口了,就差最后一脚了。”

    两人咬牙前行,直到把任务完成才拖着疲惫的身体回到驻地。经过3年这样艰苦的工作,北海公馆测区区域地质调查任务画上了圆满的句号。

    而此时的杨拓也已经成长为特别能吃苦、特别能战斗和特别能奉献的地质郎,正当他想大展身手的时候,地质勘查却迎来低迷的发展阶段:经费被压缩了,区域调查组被分流了,杨拓下岗了!

    从“山上”下来,没有了工作,他被迫回到父亲开的杂货店帮忙,但3年“山谷的风”锤炼出他不服输的性格:在帮父亲看小卖部的同时,仍然手不释卷,为此他没少受别人的冷嘲热讽,“都下岗了,还看这些破书有什么用!”

    直到1996年10月,六队参加大瑶山的一项区域调查项目竞标成功,杨拓重新回到了他热爱的地勘队伍。

    只要肯下苦功,丑小鸭终会变成白天鹅

    仅从第一学历而言,杨拓并不完美:他只有中专文凭。虽然文凭不说明实践能力就一定会低,但理论功底的欠缺最终会影响他将来在地勘行业达到的高度。

    为了提升学历,也为了提升自己的理论素养,在繁忙的工作之余,杨拓给自己定下了雷打不动的学习时间,除非加班,每天晚上九点钟是他学习的时间。六队的龚飞说,队里有时举行气排球比赛,比赛结束后他就往家里赶,我们都知道那是他的学习时间,一般都不会邀请他多玩一会儿。

    杨拓常说:“我的学历起点并不高,脑袋也不是很聪明,在一群硕士、博士面前,我还真有点觉得自己就像一只丑小鸭。但越是承认不如人,越是要奋勇追击,通过勤奋的学习、努力的工作来弥补先天的不足。”

    后来杨拓的学历由中专到大专、由大专到本科,全都是在繁忙的工作之余考取的。杨拓说,拿到本科学历的那一年,真的感觉自己由一只丑小鸭变成了白天鹅,起码像个大学生了,当然在现在这个“大学生满街跑”的年代已经不稀奇,我只是想跟自己比,学业也只不过是为理论奠基。

    六队原副队长兼总工、现广西二七三地质队队长韦子任说,杨拓是一个勤于钻研的人,别人下山回来累得半死都躺下睡觉或者周末骑车到镇上打桌球的时候,他却抓紧时间拿着标本在研究,凡事都要比别人用功,要琢磨透,所以打下了非常扎实的专业功底。

    六队职工雷达说:“杨拓是一个很爱学习的人,像他这样年过40仍然保持旺盛求知欲的人不多,他对于地矿理论前沿知识的了解,有时都让我们这些年轻人自愧不如,这都是杨拓在学习积累中形成的理论前瞻性。”

    蜕变的过程是痛苦的,收获的成果是喜人的:自2011年以来,杨拓主持或主要参加完成了16个大中小型地球化学勘查、地质矿产勘探及专题项目,从调研立项(项目答辩)-设计-野外实施-综合研究和报告编写等工作。发现大型矿床1处,探明中型矿床3处,小型矿床5处,主持及主要参加完成《广西壮族自治区矿产资源利用现状调查项目》《广西壮族自治区矿产资源潜力评价项目》等2个专题项目相关子项目的任务。

    其中《广西壮族自治区资源潜力评价成果报告》被中国地质调查局评为优秀,获原始创新评语。同时他还在国家级专业期刊《矿产与地质》、省部级优秀科技期刊《南方国土资源》杂志上发表了多篇科技含量较高的专业论文。

    尽管这些成绩不足以在专业人士面前“班门弄斧”,但对于杨拓来说却很不容易。杨拓说,不过是靠24年的愚拙之功,移山之志,人家出三分气力可以学到、做到的东西,我要出十分乃至十二分的气力去学、去做,过程是颇为艰辛的,“但只要肯下苦功,丑小鸭终有一天也会变成白天鹅的。”

    总是冲在最前面,言传身教带徒弟

    “从技术员、技术负责、分队长到现在的总工办主任,变的是岗位名称,不变的是纯朴的为人和冲在一线的工作作风。”六队的陈定雄说,杨拓为人和气,不管职务如何升迁,从来没端过架子,工作上的事总能冲在最前面,在年轻的同事面前有“老侦察兵”的美誉。

    在杨拓的徒弟王功民看来,师傅不仅重“言传”,更重“身教”。他带领徒弟,总是拿着柴刀走在最前面开路。在深山老林里开路,往往走在最前面的最容易被山蚂蟥咬。“有好几次,他边开路边指导我们,被山蚂蟥咬了都不知道。在采水系时也是这样,他总是第一个踏水而过,连鞋也不脱。我们这些从小没怎么吃苦的“90后”,看着也深受触动。有这样的师傅带头,我们还有什么理由不跟着冲上去呢。”

    在六队,杨拓是出了名的和气,也是出了名的严苛。杨拓对待工作的严苛,是近乎工匠对待自己作品的精雕细琢,单看他所作项目报告的字迹,疏密有致,近乎绘图一样美观,大家称其为“绘图字”。

    六队职工雷达说,跟杨工出去做区调是最累人的事,别人在一个地方做标志,扎一个布条就完事了,他不行,他还要画红圈,再跑到很远的地方放石头作标志。这样还嫌不够细致,他还要在石头上画红线箭头标志。“他真的可以把一件小事做到极致,做到精益求精。还有做地质勘查的时候,在一个小矿区里他来来回回带我们走了不下十几次。他说,‘地勘要对这个矿区的具体位置、成矿条件等情况了然于胸,所以要多走多看,这样做出来的成果才可信’。”

    把平凡的事做到极致

    南极大陆身处地球的最南端,那里常年被冰雪覆盖,被称为是“地球的冰库、暴风的故乡、世界的寒极和白色的沙漠”,环境恶劣程度可想而知。对地质队员来说,虽然每日的负重考察早已是家常便饭,但是在这极冰冷、极偏远之地,还有很多无法预料的考验在等着他们:瞬息万变的天气,狂奔怒吼的骇浪,毒辣炽烈的紫外线,变幻莫测的狂风,暗藏杀机的冰裂缝还有无法适应南极恶劣环境的行装……如果说这外在艰苦的环境并不是最艰辛难言的,那么长达一个月的海上漂泊,千篇一律的饭食,远在千里之外的除夕团圆夜和杳无人烟的勘查路线无不时刻侵扰着南极科考队员的内心,让这些铁骨铮铮的地质儿郎也不免唏嘘。

    正如其他无论多么辛苦、危险的行业和工作一样,在我们的南极科考队伍之中也有巾帼英雄的身影,她们和众多的男队员一样承受着外在恶劣环境和内在科研工作双重压力的考验,而除此之外,还多了一份对父母的牵挂,对孩子的不舍和对爱人的愧疚和想念。非常荣幸的是,在为数不多的中国第33次南极科考女队员中,有两位来自于地质力学研究所,她们一位是第二次出征南极的韦利杰,一位是荣升为母亲刚满两年的杜星星。

    提到在南极工作的这一个月时间,两位地质队员谈的更多的是有关于在菲尔德斯半岛地区开展古生物地层与沉积序列研究和不同类型火山岩的岩性特征与空间分布特征研究,想的最多的是如何将增加的维多利亚地现场考察任务和长城站及周边地区考察任务完成的更好,感触最深的是长城站周围冰融水形成的软泥和没膝的积雪能使整只鞋深陷进去,让人寸步难行,最难忘的经历是自己外出考察第一天就坏掉的两双精心准备的鞋……但是提及远在地球另一端的家人,工作上的敢拼敢闯的“女汉子”韦老师却也忍不住心酸: “上一次去南极时女儿给我写的信我还留着,每次出野外都翻来看看,每次都忍不住流下眼泪。她告诉我她可以不依靠别人,单听磁带就把单词背的滚瓜烂熟,好多别人都做不出来的奥数题,只有她能做出来,她甚至还向我炫耀自己做作业细心了,跳绳能跳300多个了,但其实我知道,她只是想我了,但是又不愿意让我太过牵挂她。相比其他妈妈我亏欠孩子的太多,有哪个妈妈不想把孩子天天搂在自己怀里呢?但是我这个行业就这样,没办法,逼着自己的孩子快点长大。南极在我的心中既是人间天堂,又是科研圣地,能来南极工作是可遇不可求的机会,在南极工作即使没有假期,后勤物资不匹配等等再大的困难我都可以克服,但最让我难熬的就是对孩子和家人的思念,尤其是夜深人静时,我在南极每天心里都要默念很多次,我爱你们,我真的爱你们。”

    而说到对孩子的亏欠,另一位80后“女神”——杜星星则有从不诉说的苦衷,虽然来到南极工作,她把惊喜、感动、欣喜等等感触放在了思念之前,但是这一次自孩子一岁后又一次超过一个月的离开,带给她的又岂会仅仅是思念这么简单?为了这一次的南极科考,她早在一年前就硬生生给孩子断了奶,很多同为人母的小姐妹都劝她:专家称母乳最好喂到2岁以上,她只是笑笑:没办法。由于工作性质的缘故,杜星星再出野外时,儿子已经从最初的不适应每次电话或视频时哭着喊着“天天想妈妈要妈妈”,变成“妈妈记得给天天带好东西回来,给天天拍照”。这让初为人母的杜星星在欣慰之余又有着说不清的落寞,似乎,孩子一夜之间就已不再依赖她,而被孩子需要则是天下所有妈妈的心愿吧。长城站的网络速度较慢不足以视频,杜星星只好在每天晚饭后跟家人语音通话,诉说衷肠。但是对于这份工作,这份职业,她从未后悔过,只是比其他人更多一分对孩子、爱人和父母的感谢,她说:“谢谢家人对我工作的理解与支持,我会像每次工作完一样平安回去,我会将对你们的思念藏在心中。”

    其实,在我们的地质大军中,还有无数这样默默无闻奉献自己所学,勤奋工作、努力生活的巾帼英雄,野外考察她们勇往直前冲在一线,资料成果汇集她们挑灯夜战加班加点,回归家庭她们又出得厅堂入得厨房,她们既是拼得了命的“女汉子”,又是受到同事和家人称赞的“女神”。值此三八妇女节来临之际,请让我们每个人都为身边的巾帼英雄竖起大拇指,为她们点赞。

     

     

     

     

     

     

    地质力学所参加中国第33次南极科考系列之十

     

    这是我第3次来南极考察,也可能是我最后一次的南极考察。前两次分别在南极内陆格罗夫山地区和中山站所在的拉斯曼丘陵地区执行大比例尺区域地质调查,先后完成了“东南极格罗夫山地区1:50000地质图”和“东南极拉斯曼丘陵地区1:25000地质图”。这次在我国长城站附近执行“特殊地区地质填图工程”艰险区试点填图任务“西南极南设德兰群岛1:250000地质填图”。

    三次南极考察执行三种不同比例尺地质填图任务,这对于作为“特殊地区地质填图工程”首席的我,是极为难得的经历。

    南设德兰群岛与我先前工作的格罗夫山地区和拉斯曼丘陵地区不同。这里温度相对较高,海面和陆地湖面上没有浮冰,基岩出露的岛屿阴面山坡常年积雪,即便相对温暖的夏季,也有厚厚的积雪覆盖;阳面山坡道路泥泞,特别是堆积了大量冰碛物的山坡、海滩,行走起来更是艰难。到长城站的第一天,我的一双质量非常好的户外鞋就被揭底。由于岛屿的特殊地貌特征,我们经常要乘坐直升飞机或者小艇登陆分散在大海边缘的小岛工作。由于南极天气变化无常及直升机和小艇接送我们的时间约定,在每个岛工作的时间很短。我们必须在短时间内准确、高质量地完成地质填图路线和相应的采样拍照工作。在停留时间特别短暂的岛屿,还要辅助以摄像等等技术手段。大风、雨雪和涨潮,是我们在南设德兰群岛进行地质填图这段时间遇到的几个最常见的恶劣天气。尤其是天气的突然变化很可能会导致飞机或小艇在约定的时间无法接我们,所以每次乘坐直升飞机出去,都要带上帐篷、睡袋及可以维持1-2天左右的饼干、巧克力等食品,以便在突然事件来临时我们可以应付、自救。

    南极填图还受到人数的限制,因为考察队往往难以有足够的人员名额。在南极执行户外科学考察任务,必须保证至少2-3人同行,严禁单人作战。往往是考察站为我们配备其他专业考察队员作为助手,或者让我们与别的专业的考察队员搭伴考察,这要求我们必须有很浅的单兵作战能力,必须具备很好的知识结构。

    在南极开展大比例尺填图,是中国地质调查局从国家南极考察战略需求出发,部署的一项重要工作。除了承担南极地质科学研究任务之外,他对我国南极科学考察事业具有重要的象征意义。探索适合南极地质地貌条件下的大比例尺地质填图方法,对我国逐步开展南极关键区域大比例尺地质填图,具有非常重要的意义。有幸作为三个不同地区、三种不同比例尺地质图的野外现场执行人,有幸作为特殊地区地质填图工程首席,我深知自己的责任和义务。

    南极是一个充满了神秘色彩的美丽大陆,也是一个自然环境极其恶劣的大陆,在南极进行地质填图充满了诱惑、挑战和艰险。我第一次来南极时我的队友跟我们说:在南极,你所迈出的每一步都有可能是人类的第一步,每一步也都有可能是你自己的最后一步。代表中国地质调查局来到南极进行科学考察和区域地质调查的每一位地质工作者,都应该不辱使命,艰苦努力,完成好我们所承担的任务,不辜负地调局领导和所有地质工作者对我们的信任和期待。

     

    胡健民

    与南极谈心交朋友

    去过“三极”(南极、北极、青藏高原)是每个地质人的梦想,在连续十余年青藏高原经历之后,极地考察就成为埋藏在心底的秘密与梦想。当前年因身体原因最后关头憾失东南极科考机会时,以为再无机会亲赴南极,心中的失落伴随了我很久,有段时间都不敢再去看为了南极之行准备的资料。去年与今年有幸两次赴西南极开展地质考察,去年更多的是敬畏与好奇,而今年多了些从容,我要与南极谈心交朋友!

    春节将临,我不想谈地质的重要性等内容,只想说说我心中的南极。去年敬畏有加,因为第一天飞抵就遇到了暴风雪,好像是要先给我们个下马威,也可能后会被吸引与迷恋。

    相对于现在的物欲横流、德行塌方,南极科考是一个纯粹的、团结的、和谐的平台。站区劳动时,无有级别,站长混在人群中一起搬运物资,大家精诚合作,那种久违的劳动快乐已消失太久;雪地行进中,当只能听到自己脚踩下的“吱吱”声时,宁静的环境能够让内心安静下来,能够与飘落到身上的雪花对视良久,能够感觉到幼年时的无忧无虑,这就是回归初心的感觉吧;海边远望时,巨型游轮也只是沧海一粟,冰山坦塌一线即可产生多只赛邮轮的浮冰,人类只能先了解大自然才能科学利用自然;步测高山与溪流时,突然会有所悟上善若水,水性本柔,但执着追求,为了回归大海,避方就圆、千曲百折。水至柔则刚,滴水穿石,大浪淘沙,任你石头坚硬,也要冲出道路,而石也借水造就千姿百态,重塑自我。水性亦净,滋润万物、洗涤污秽,还世界一片净土;水性求变,化雪写山川,成冰封万年。古冰之中有蓝精灵,绕其移步能幻形,古冰之中藏秘密,万年信息静待扫码获解。

    南极是最好的爱国教育基地。长途奔波,身处极远,一路行来经历的无助之感,当看到五星红旗迎风飘扬那一瞬,温暖于心。强大的祖国是坚强的后盾,尤其是南极,多国设站,站区的情况在一定程度上代表了国家形象。中国游客从豪华游轮来到长城站时,会情不自禁地说“终于到家了!”,看到考察队服装上的国旗,拉着队员纷纷合影,“为祖国自豪”,“为你们骄傲”的话语在这里听着豪无半点做作,因为他们是真诚的、发自内心的感慨。

    裴军令

    重返南之极

    时隔七年再次踏上了南极这片冰雪覆盖的“热土”,这次的任务主要是参加中国第33次南极科学考察队,前往南极长城站执行长城站及周边地质考察。

    2009年参加中国第26次南极科学考察队执行格罗夫山内陆考察时,乘坐雪龙船经过长城站,对长城站进行了为期半天的参观。虽然当时仅仅在长城站停留半天时间,但是至今记忆犹新。今年的降雪量小,积雪覆盖的面积比往年相对小些,有利于开展地质考察工作。201718日到达南极长城站,看到一幕幕熟悉的场景,像回到了久别的故乡。

    这次的考察时间短、任务重,到达当天就召开全体科考队员的科研会议,制定考察计划。作为参加过南极内陆考察的队员,一些外出野外考察的前期准备工作轻车熟路。原来想,困难重重的内陆考察都已经经历过了,这次的长城站考察应该不会费力。可是一到野外就发现,几乎没有好走的地方,由于冰融水形成的软泥能使整只鞋深陷进去,没过膝盖的积雪让人寸步难行,并且露头周围全被碎石覆盖,因为这里的温差大,岩石容易破裂,长城站夏季最高气温虽然在零度以上,但是长城站的天气变化速度很快,并且经常刮大风,所以野外考察的行进比想象的要困难很多。听原来到过长城站的队员说过,长城站的路比较泥泞,为了这次南极考察,特意购置了一双即保暖又防水的雪地靴和一双长筒棉胶靴。

    外出考察第一天,选择了离站区相对较近的考察路线。在结束考察回站的途中,感觉脚下一滑,发现地上有一个橡胶鞋底,低头一看是从自己的鞋上掉下来的,仅仅半天时间就坏掉了一双鞋。下午,换上棉胶靴就又出去了,可是中途就发现靴子里进水了,碎石已经把靴子割破了,一天坏掉两双鞋,可见南极长城站周边地区的路有多难走。其实长城站是配发整套考察装备的,企鹅服和特制胶鞋。因为考察队员多为男性,所以小号码的鞋很少,所以才特意带来两双鞋,没想到在第一天全部“牺牲”了。值得庆幸的是,这几年南极考察的女队员越来越多,增加了小号码的装备,也就结了我这燃眉之急。

    南极在我的心中既是人间天堂,又是科研圣地。能来南极工作是可遇不可求的机会,所以在站期间没有假期,如果天气好,就算是年三十和初一也要外出工作。再大的困难都可以克服,最让我难熬的就是对孩子和家人的思念,尤其是夜深人静时。每天心里默念很多次,我爱你们,我真的爱你们。

    韦利杰

    南极生活随感

    惊喜:来长城站前幻想过无数次这里的生活场景,见到实物还是充满惊喜。由于是女生的关系我被分配到一个三人间,有自己的床,屋里有独立的卫生间,床品都是新的,这些都是我来之前没有想到的。而对长城站的进一步了解发现,正餐是每顿饭四菜一汤,洗澡是24小时热水,洗衣房有多台洗衣机可供随时使用。最最惊喜的是通过几次协调会可以看出,站长对科研工作是高度重视和大力支持的,无论是人力还是物力需要都会尽全力为科研人员提供最大的帮助。我们要去较远的地方工作,他会派车送我们一程;我们要去附近岛屿工作,他会派小艇接送。长城站各科研人员开展的各项工作离不开站长和多位后勤人员的协助。

    感动:有一天野外工作天气较冷,回来时腰有点痛,外加那天采集的样品数量较多,装在背包里一路背回站区背也有些酸痛,回来途中正好遇到站上医生,简单告知后医生说忙完手头上的事情立即回去给我拿几贴膏药,贴上后明天也许就可以缓解。很快医生将药送到我房间,我在睡前贴在患处,第二天果然见效腰痛和背痛好了很多。早饭时遇到医生,他询问我病情是否好转是否还需用药,我说已经好了很多,他又叮嘱了几句,这份关怀让我倍受感动。到过南极的人常说在南极开展工作充满艰辛,经历过后我才深刻体会。我们一行多人乘坐小艇前往附近的纳尔逊岛,早上到达时下艇顺利,下午由于涨潮机械师将小艇停在了岸边便于我们上艇。可是靠近岸边处水下礁石较多小艇无法发动,在机械师和安全员的奋力推动下小艇还是纹丝不动未向水深处移去。这时天变冷了浪变大了,除了我们几个女生和两个年龄大的老师外,所有的男生全都跳下水齐心协力将小艇从岸边推到水深处。当机械师看到水深足够发动时命大家都上了艇,所有下水的男生裤子鞋子尽湿。冰冷的海风也许犹不及这冰冷海水的十分之一,他们辛苦了,我由衷的敬佩他们。回程途中大家依然在说笑,似乎刚刚的事情从未发生过,这就是南极人的精神吧!

    欣喜:一直觉得共同出野外的情谊是最难忘的,更何况是在南极——这样一个不容易到达的地方。我们这一批次同行的共28人,大家从北京到南极这一路上欢声笑语相处融洽。到了长城站,已有先到站的队员,碰到任何问题不清楚不明白总能从他们那里得到帮助,让人心中很是温暖。与队友们相处融洽让人欣喜,第一次见到企鹅让人欣喜,和小组成员一起顺利的开展野外工作让人欣喜。

    思念:这是我自孩子一岁后又一次超过一个月的离开,由于工作性质的缘故,儿子已经从最初的不适应每次跟我电话或视频时哭着喊着“妈妈天天想妈妈要妈妈”,变成跟我说“妈妈记得给天天带好东西回来给天天拍照”。长城站的网络速度较慢不足以视频,但我还是会在每天晚饭后跟孩子语音通话,他总是会说“妈妈给天天带企鹅和海豹照片”。孩子、爱人、父母,谢谢你们对我工作的理解与支持,我会像每次工作完一样平安回去,我会将对你们的思念藏在心中。

    南极,来之前那样陌生,来了之后倍感亲切。无论是人是物都带给我惊喜,让我感动、欣喜,对家人的思念也化作了我工作的动力,助我顺利完成科考任务。

    杜星星(右一)

    心系北方

    第一次出国门,第一次海上生活,第一次奔赴南极,第一次在外过年……种种第一次让自己的这次“南极科考行”充满神秘而又幸福感。

    从登上飞往南极的航班那刻起,手机就处于无信号状态,好在科考船上有无线网络,虽不稳定但能时不时的跟家人联系,结果惊奇的发现,之前不会用智能手机的母亲,竟能在我到达南极海域后熟练掌握了微信的各种功能,并在元旦凌晨给我发了一个大红包,留言“健健康康、平平安安”,最为简单,最为普通的八个字,道出了亲人对自己无尽的思念与牵挂。

    我心亦然。在家过春节已三十载,从未间断,记忆中的场面为除夕夜家族吃团圆饭、大年初一同族新增小孩上家谱,大年初二去外婆家拜年……如今自己身处一万七千公里之外的南极,即将缺席这一系列活动。此时,有网之时看着家人、老师、朋友的留言,心里则倍感温暖,感觉自己与他们同在、触手可及。深刻体会到:乡情犹如一壶酒,时间越久、相隔越远,味越浓。而此刻,一路往北,那就是家!

    从一个懵懂少年至今,学习地质专业十余载,体验过海拔几千米高山顶处云在脚底的感觉,享受过距地面负一千多米矿井深处地球内部的宁静,如今漂洋过海来到地球最南端,欣赏到太阳在海平面升降、企鹅海中游、浮冰顺水流的画面……感觉自己很幸运。地质事业,丰富了自己的经历,扩大了自己的胸怀,增添了人生的色彩!

    一块小小的石头,随处可见,却能记录着地球近百万年或更为悠久的地质演化史,然自己只是这历史长河的一瞬间。怀着感恩的心,踏实的做好自己,用自己这短暂的生命去探索精彩的地质世界。

    郑光高

    地质力学所参加中国第33次南极科考系列之五——我的...

     

    贵州省丹寨县南皋乡大簸箕苗寨。资料图片

    “最终的出水温度能达到多少度?热水的含硫量有多高?”贵州省丹寨县南皋乡石桥村的地热井旁,乡党委书记李华急切地向在场专家抛出了问题。

    这眼地热井,每天有60立方米自流热水,但李华心里还是不踏实,他要向来自省里的地热专家请教专业知识。

    “含硫高,并不一定是最好的地热,含适当比例的锶、氡、偏硅酸等微量元素和物质,才是好地热。”对李华的疑问,地热井项目任务承担单位、贵州省有色金属和核工业地质勘查局七总队地质调查院院长袁来耐心解释道。他告诉李华,微量元素含量要等取样化验结果。根据井底水温61度的测井数据推测,最终地面井口的出水温度应该在50度左右。

    李华的心切,自有原因。原来,南皋乡地处四县交界处,农民一直以传统种植业为主,在人均不足3分地里刨食一年,也只能混个温饱。而事实上,南皋拥有着足以令人垂涎的“摇钱树”:石桥村居住着十多户蔡伦的后人,1000多年来一直坚持沿用蔡伦的办法造纸,成为蔡伦造纸术的一个“活化石”,南皋乡也荣获了“中国古法造纸之乡”的美誉。同时,南皋乡还有千年金丝楠林群、三叶虫和贝类古生物化石群、穿洞奇观、大岩脚岩石褶皱景观、大簸箕苗寨等人文景观和自然风景,还有苗族翻鼓节、苗年节、粽子节等传统节日,以及木鼓舞、芦笙舞、板凳舞、山歌、酒歌、姊妹歌、建屋歌等民族歌舞。

    守着“摇钱树”,为啥一直当配角?南皋乡从深层次分析原因:一是接待能力有限,全乡目前还没有一家像样的宾馆,村民自己开的客栈也只有8家,能留住的游客实在太少;二是这里缺少能融入休闲、养生等深度旅游的对接点。从南皋开车十来分钟就能上高速,不到40公里就可到州府所在地凯里市或丹寨县城,很多游客当天来当天走,“留不住客”成了南皋旅游产业深深的痛。

    “守着摇钱树还要过穷日子,我们不该叫南皋,叫‘难搞’更合适!”乡里的人这般自嘲。听了这些话,女乡长龙杰心里又酸楚又不甘。

    为了彻底改变南皋旅游经济不振的现状,丹寨县委、县政府找到了省有色金属和核工业地质局七总队,希望在南皋乡旅游规划区内打出一口地热井,让南皋旅游由原来的来了就走变为进得来、留得住、玩得好、不想走。

    在系统分析研究区域地质资料后,专家认定,黔东南州部分区域挽近期断裂较为发育,带状地热资源仍然具备较为有利的成矿地质条件,需要认真做好基础地质资料研究,调整原来的找地热思路,才能有效找到地热资源。

    按照这一新思路,七总队地质调查院组织技术人员通过调查研究,在丹寨县内圈定了几块地热成矿有利区块。在综合考虑地热成矿条件、旅游资源配套及发展规划等方面因素后,最终决定将丹寨县的第一口地热井定在了南皋旅游景区的核心位置——古法造纸所在地石桥村和大簸箕苗寨的中间,离两个村落均只有百米左右。

    2016年12月20日,幸福泉涌南皋乡,灿烂的笑容在村民脸上绽放。虽然离设计的2300米井深还有800米,但地热井已出现了热水自流,日出水量60立方米、水温38摄氏度。

    记者在现场看到,钻井施工队正在放置井内套管。技术人员介绍,下一步,套管安装完成后就进行抽水试验,若能达到设计的日出水量350立方米的要求,就会在成井工序完成后交付给地方政府。

    “旅游发展规划给南皋乡脱贫致富带来了新气象。”龙杰兴奋地告诉记者。有了这口地热井,南皋的旅游就注入了新动力,村民脱贫致富也多了一个新希望。“以后南皋的旅游不再会是‘难搞’了!”

    蔡伦后人的新希望

    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。

    深海采矿时代渐行渐近