以矽卡岩型铅锌矿床为主的岩浆-热液型Pb-Zn矿床是世界上重要的铅锌矿床类型，提供了全球约11%的铅锌资源量。这类矿床的成岩成矿过程在时间上具有特征的多期多阶段性。然而，对于这一成矿过程各阶段流体是由单一岩浆流体独立演化而成，还是岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果，目前还存在较大的争议。

纳如松多矿床位于冈底斯北缘多金属成矿带中段，是带内矿化类型最丰富、勘探开采程度最高的大型岩浆-热液型铅锌矿床。目前在该矿床内已识别出隐爆角砾岩型、矽卡岩型、矿层型和脉型四种矿化型式，控制铅锌资源量超160万吨（平均品位：Pb 5.32%、Zn 3.84%）。矿床内不同类型矿化均发育多个成矿阶段和不同的矿物组合，使之成为研究上述科学问题的理想对象。基于此，中国地质科学院地质研究所刘英超研究团队对纳如松多铅锌矿床进行了系统的野外调查和详细的岩相学观察，并结合原生流体包裹体显微测温和LA-ICP-MS原位成分分析、HCh热力学模拟计算等方法，取得了以下重要认识：

一是纳如松多最具规模的矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化是同期热液流体产物，二者的成矿流体均为岩浆热液来源。流体包裹体显微测温和原位成分分析表明，矽卡岩型矿化成矿前流体具有高温高盐度特征，富含较高的Na、K、Pb、Zn元素；矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化成矿期流体性质相似，均具有中高温低盐度特征，且富含相似的Na、K、Pb、Zn元素（图1）。此外，两种矿化形式的成矿流体具有较高的Zn/Na、K/Na和Mg/Na比值以及较低的Ca/K比值，具有和岩浆流体一致的Cl/Br比值，表明纳如松多矿床的成矿流体来源于岩浆热液。矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化发育在同一成矿系统内。

图1 纳如松多铅锌矿床不同矿化阶段流体包裹体成分的箱式图解

二是纳如松多铅锌矿床各阶段成矿流体是由岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果。与成矿前流体相比，成矿阶段和成矿后阶段流体中的Cs/(Na+K+Mn+Fe)和Rb/Sr比值要高1~2个数量级，而流体中的Sr/(Na+K+Mn+Fe)比值存在相反的演化趋势（图2）。进一步通过HCh模拟计算的矿物组合和金属络合物相态发现，随着水岩反应的进行，成矿前热液流体中铅、锌金属络合物在所有温压条件下仍旧存在过饱和状态，无法以硫化物的形式沉淀；成矿期热液流体中的铅、锌络合物呈持续降低的趋势，并伴随有金属硫化物沉淀（图3）。表明成矿前和成矿期的热液流体并非是单一的岩浆流体独立演化形成，而是由岩浆房不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果，且成矿期的热液是经历了更加强烈的结晶分异作用的岩浆房出溶的流体所形成。

图2 纳如松多铅锌矿床矽卡岩型矿化流体包裹体元素比值与均一温度关系图解

三是重建了纳如松多铅锌矿床成矿流体演化及金属迁移沉淀过程。岩浆房早期出溶的超临界流体上升过程中始终保持高温状态，当运移到近地表1 km深处穿过气-液相线时，流体发生相分离形成高盐度的液相（42 wt % NaCl equiv）和低盐度、低密度的气相。随后这种高盐度流体运移到碳酸盐岩地层，并发生水岩反应形成进化矽卡岩阶段的石榴子石、辉石等矿物。这种由气相组成的小密度气流柱聚集在岩浆顶部，在上升过程中随着压力的骤降，在典中组火山岩地层中发生隐爆作用形成角砾岩筒。随着下伏岩浆房持续冷却和不断地分离结晶，晚期出溶的热液流体沿着不同的冷却路径上升。流体发生急剧的降温降压，当冷却到400℃时，浅地表岩石由塑性转变为脆性，外界条件由静岩压力变为静水压力，此时的流体穿过气-液相饱和曲线，热液流体发生沸腾作用，分离成大约4.5 wt % NaCl equiv的液相和低盐度的气相。此后，富含金属物质和硫的成矿流体向外围地层迁移，在岩浆顶部的隐爆角砾岩筒内胶结火山岩角砾，形成隐爆角砾岩型铅锌矿化；在远端碳酸盐岩地层中发生接触交代作用形成矽卡岩型矿化。

图3 HCh热力学模拟矽卡岩不同阶段pH、Eh值、矿物组合及金属络合物图解

该研究通过对冈底斯北缘多金属成矿带内纳如松多铅锌矿床开展原生流体包裹体显微测温和原位成分分析、热力学模拟计算等工作，揭示了岩浆-热液型铅锌矿床各阶段成矿流体是由岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果，研究结果对岩浆-热液型铅锌矿床的流体演化过程提出了新认识，对该类矿床的找矿勘查提供了新依据。

由中国科学院、中国工程院主办，中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅、中国科学报社承办，中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2017年中国十大科技进展新闻、世界十大科技进展新闻，2017年12月31日在京揭晓。

此项年度评选活动至今已举办了24次。评选结果经新闻媒体广泛报道后，在社会上产生了强烈反响，使公众进一步了解国内外科技发展的动态，对宣传、普及科学技术起到了积极作用。

2017年中国十大科技进展新闻  

1.我国科学家利用化学物质合成完整活性染色体

我国科学家利用化学物质合成了4条人工设计的酿酒酵母染色体，标志着人类向“再造生命”又迈进一大步。该研究利用小分子核苷酸精准合成了活体真核染色体，首次实现人工基因组合成序列与设计序列的完全匹配，得到的酵母基因组具备完整的生命活性。该研究结果2017年3月10日在《科学》发表，我国也成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。自2012年开始，天津大学、清华大学和深圳华大基因研究院与美国等国家的科研机构共同推动了酵母基因组合成国际计划（Sc2.0），旨在对酿酒酵母基因组进行人工重新设计和化学再造。我国科学家此次成功合成的4条酿酒酵母染色体，占Sc2.0计划已经合成染色体的2/3。 

2.国产水下滑翔机下潜6329米刷新世界纪录

我国自主研发的“海翼”号水下滑翔机于2017年3月在马里亚纳海沟挑战者深渊，完成大深度下潜观测任务并安全回收，最大下潜深度达到6329米，刷新了水下滑翔机最大下潜深度的世界纪录。“海翼”号水下滑翔机是根据中科院B类战略先导专项的部署，由中科院沈阳自动化所研制的、具有完全自主知识产权的新型水下观测平台。从原理样机的研发到深渊观测任务的圆满完成经历了13个年头，包含浅海、深海、深渊等不同型号的水下滑翔机20余台。此次“海翼”号在马里亚纳海沟共完成了12次下潜工作，总航程超过134.6公里，收集了大量高分辨率的深渊区域水体信息，为海洋科学家研究该区域的水文特性提供宝贵资料。  

3.世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生
  

2017年5月3日中国科技大学潘建伟院士科研团队宣布光量子计算机成功构建。潘建伟团队在多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平，团队利用自主发展的综合性能国际最优的量子点单光子源，通过电控可编程的光量子线路，构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机。实验测试表明，该原型机的取样速度比国际同行类似的实验加快至少24000倍，通过和经典算法比较，也比人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机运行速度快10倍至100倍。这台光量子计算机标志着我国在基于光子的量子计算机研究方面取得突破性进展，为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定了坚实基础。 

4.国产大型客机C919首飞

我国首款国际主流水准的国产大型客机C919于2017年5月5日14时许在上海浦东国际机场首飞。C919的全称是“COMAC919”，COMAC是C919的主制造商中国商飞公司的英文名称简写，“C”既是“COMAC”的第一个字母，也是中国的英文名称“CHINA”的第一个字母，体现了大型客机是国家的意志、人民的期望。第一个9寓意“天长地久”，19寓意C919大型客机最大载客量190人。C919拥有完全自主知识产权，是建设创新型国家的标志性工程，凝聚了国内最优秀的设计人才和工程人才，针对先进的气动布局、结构材料和机载系统，研制人员共规划了102项关键技术攻关，包括飞机发动机一体化设计、电传飞控系统控制律设计、主动控制技术等。  

5.我国首次海域天然气水合物试开采

2017年5月18日，我国首次实现海域可燃冰试采成功，南海神狐海域天然气水合物（又称可燃冰）试采实现连续187个小时的稳定产气。这是“中国理论”“中国技术”“中国装备”所凝结而成的突出成就，中国人民又攀登上了世界科技的新高峰。源源不断的天然气从1200多米的深海底之下200多米的底层中开采上来，点燃了全球最大海上钻探平台“蓝鲸一号”的喷火装置。这是我国首次，也是全球首次对资源量占比90％以上、开发难度最大的泥质粉砂型储层可燃冰成功实现试采。从“蓝鲸一号”起步的可燃冰试采，不仅对我国未来的能源安全保障、优化能源结构具有重要意义，甚至可能给世界能源接替研发格局带来改变。  

6.我国“人造太阳”装置创造世界新纪录

国家大科学装置——全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环（EAST）实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行，创造了新的世界纪录。这一重要突破标志着，我国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面将继续引领国际前沿。东方超环是世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置，对国际热核聚变试验堆（ITER）计划具有重大科学意义。由于核聚变的反应原理与太阳类似，因此，东方超环也被称作“人造太阳”。该成果将为未来ITER长脉冲高约束运行提供重要的科学和实验支持，也为我国下一代聚变装置——中国聚变工程实验堆的预研、建设、运行和人才培养奠定了基础。  

7.中国科学家首次发现突破传统分类新型费米子

中国科学院物理研究所科研团队首次发现了突破传统分类的新型费米子——三重简并费米子，为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新的方向。这一研究成果于2017年6月19日由《自然》杂志在线发表。寻找新型费米子是近年来拓扑物态领域一个挑战性的前沿科学问题，也是该领域国际竞争的焦点之一。此次新型费米子的发现从理论预言、样品制备到实验观测的全过程，都是由我国科学家独立完成的，它是凝聚态物理中固体理论的一个重要突破。这一研究成果对促进人们认识电子拓扑物态、发现新奇物理现象、开发新型电子器件以及深入理解基本粒子性质都具有重要的意义。  

8.量子通信“从理想王国走到现实王国”

2017年1月18日，我国研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在圆满完成４个月的在轨测试后，正式交付使用。2017年6月16日，中国科学技术大学潘建伟、彭承志等带领的团队宣布，利用“墨子号”在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发，并于此基础上实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”于9月29日正式开通。结合“墨子号”卫星，我国科学家成功与奥地利实现了世界首次洲际量子保密通信。“墨子号”圆满实现了三大既定科学目标，用潘建伟的话说，千公里级的星地双向量子通信，终于“从理想王国走到了现实王国”。  

9.中科院推出高产水稻新种质

由中科院亚热带农业生态研究所夏新界研究员领衔的水稻育种团队于2017年10月16日宣布，历经十余年研究，团队日前培育出超高产优质“巨型稻”：株高可达2.2米、亩产可达800千克以上、具有高产、抗倒伏、抗病虫害、耐淹涝等特点。经农业部植物新品种测试中心DNA指纹检测，以及华智水稻生物技术有限公司56k水稻SNP基因芯片指纹图谱检测，确认“巨型稻”是一种水稻新种质材料。这种“巨型稻”光合效率高，单位面积生物量比现有水稻品种高出50%，平均有效分蘖40个，单穂最高实粒数达500多粒，单季产量可超过800千克/亩。它是运用突变体诱导、野生稻远缘杂交、分子标记定向选育等一系列育种新技术，获得的水稻新种质材料。  

10.“悟空”发现疑似暗物质踪迹

2017年11月30日，中国暗物质粒子探测卫星“悟空”的首批探测成果在《自然》杂志上刊发。“悟空”测量到电子宇宙射线能谱在1.4万亿电子伏特（TeV）能量处的异常波动。这一神秘讯号首次为人类所观测，意味着中国科学家取得了一项开创性发现。如果后续研究证实这一发现与暗物质相关，将是一项具有划时代意义的科学成果，人类就可以跟随着“悟空”的脚步去找寻宇宙中５％以外的广袤未知，这将是一个超出想象的成就。即便与暗物质无关，也可能带来对现有科学理论的突破。“悟空”投入相对小，在“高能电子、伽马射线的能量测量准确度”和“区分不同种类粒子的本领”两项关键技术指标方面世界领先。 

2017年世界十大科技进展新闻 

1.新传感器技术可实现意念操控机械假肢

一个国际团队在《自然—生物医学工程》上发表论文表示，在他们研发的传感器技术助力下，机械假肢能探测到使用者脊髓运动神经元发出的电信号，使假肢的控制更加灵活，这相当于用意念控制假肢。有关技术有望帮助截肢人士恢复更多活动功能。这种新传感器能让机械假肢直接探测到来自脊髓运动神经元发出的电信号，比起单纯依靠肌肉抽动来控制的方式，这样的操控可做到更精确，可完成的动作也更复杂，机械假肢的实用性随之提高。团队下一步将对这一新型机械假肢进行更大范围的临床测试，经过不断改进后，这类产品有望在未来三年进入市场。  

2.DNA数据存储新法问世

美国科学家在2017年3月2日出版的《科学》杂志上报告说，他们想出了一种新的方式将数据编码进脱氧核糖核酸（DNA），从而创造出迄今最高密度大规模数据存储方案。在这套系统中，1克DNA具有存储215拍字节（2.15亿千兆字节）的能力。原则上，它可以将人类有史以来的所有数据存储在一个大小和重量相当于两辆小货车的容器中。然而这项技术能否起飞主要取决于成本。用DNA存储数据有很多优势。它是超级压缩的，并且在寒冷干燥的地方可以保存数十万年。同时只要人类社会还在读取和书写DNA，他们就能够解码这些信息。科学家还可以为这些文件制作几乎不受数量限制的无差错文件副本。  

3.“二手”火箭,成功发射回收

美国太空探索技术公司于2017年3月30日利用翻新的“二手”火箭把一颗商业通信卫星发射上天，这是人类太空史上的第一次。此次发射的主要任务是把欧洲卫星公司的SES-10卫星送至地球同步静止轨道，但特殊之处在于这枚“猎鹰9”火箭的第一级曾于2016年4月为国际空间站运送过货物，此后降落在太平洋的一艘无人船上，是人类从海上成功回收的第一个火箭第一级。经翻新并加上第二级后，火箭第一级被运回肯尼迪航天中心再次承担轨道级发射任务。火箭第一级回收的目的是研制可重复使用的运载火箭。传统火箭都是一次性使用，一旦能够回收重复使用，将有望降低发射成本。  

4.3D打印卵巢具有生育能力

2017年5月16日出版的《自然—通讯》杂志报道称，美国科学家通过3D打印技术，由凝胶制成的人工卵巢能够使老鼠受孕并产下健康的后代。在这项研究中，科学家使用了一个具有发射凝胶喷嘴的3D打印机，而其所使用的凝胶来源于动物卵巢中天然存在的胶原蛋白。研究人员通过在载玻片上打印各种重叠的凝胶纤维图案来构建卵巢。随后，他们利用外科手术摘除了7只小鼠的卵巢，并在其位置上缝合了人工卵巢。小鼠交配后，其中3只雌鼠分别产下了健康幼崽。这些产崽的雌鼠同时还能自然泌乳，这表明嵌入支架的卵泡产生了正常水平的激素。该成果或能帮助因放疗或化疗导致不育的癌症幸存者恢复生育能力。  

5.科学家成功用引力为星球测重

《科学》杂志于2017年6月7日发文称，爱因斯坦的广义相对论提出100年后，科学家成功地运用该理论确定了一颗白矮星的质量，使当初在爱因斯坦看来“不可能的希望”成为现实。科学家在5000多颗恒星中寻找具有这种直线排列形式的星球，发现白矮星STEIN 2051 B恰好有着这种完美的定位——它在2014年3月正好位于一颗背景星球之前。他们利用哈勃望远镜对此现象进行观察，测量背景星球表观位置的微移动，这一作用被称作天体测量的微引力透镜效应。根据所测得的数据，他们估计，该星球的质量约为太阳质量的0.675倍。直接测量STEIN 2051 B的质量对理解白矮星的进化具有重要意义。  

6.全球首次发现双粲重子

欧洲核子研究中心于2017年7月6日宣布，经多国科学家共同努力，在世界上首次发现了一种被称为双粲重子的新粒子，这将有助于人类深入理解物质的构成和强相互作用的本质。中国团队对这一发现功不可没。这一最新发现来自欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）上的底夸克探测器（LHCb）合作组。据介绍，这种双粲重子含有两个质量较大的粲夸克和一个上夸克，质量约3621兆电子伏，几乎是质子质量的4倍，理论预期其内部结构迥异于普通重子。底夸克探测器是欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的粒子物理实验装置之一，专门研究重夸克粒子的产生和衰变。  

7.华人科学家宣布发现“天使粒子”

美国斯坦福大学华人科学家张首晟等人于2017年7月20日在《科学》杂志上报告说，他们首次发现了马约拉纳费米子存在的证据。这一重大发现解决了困扰量子物理学80年的难题，对量子计算也具有重要意义。张首晟领导的理论团队预言了通过怎样的实验平台能够找到马约拉纳费米子，哪些实验信号能够作为证据；加利福尼亚大学洛杉矶分校的何庆林、王康隆以及欧文分校的夏晶领导的实验团队与理论团队密切合作，在实验中发现了被称为手性马约拉纳费米子的一类最基本马约拉纳费米子。意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言，自然界中可能存在一类特殊的粒子，它们的反粒子就是自身，这种粒子被称为马约拉纳费米子。  

8.科学家用基因剪刀修复人类早期胚胎致病基因

2017年8月2日出版的《自然》杂志报告，一个国际团队利用CRISPR基因编辑技术，成功修复了人类早期胚胎中一种与遗传性心脏病相关的基因突变。这是美国国内首次进行人类胚胎基因编辑。研究人员以肥厚型心肌病为研究对象。这是一种常见的单基因遗传病，由MYBPC3基因突变引起，是青壮年运动员猝死的主要原因之一。研究人员利用CRISPR基因编辑技术修复了人类早期胚胎中的这种突变，且定向非常精确，没有在非靶点位置产生突变。研究人员介绍，精确的基因编辑技术还有助获得更多健康胚胎，提高体外受精成功率。但研究团队谨慎表示，相关基因编辑方法仍需进一步优化。  

9.世界首个分子机器人诞生

《自然》杂志于2017年9月20日报道，英国曼彻斯特大学科学家研制出世界上首个“分子机器人”，其能接收化学指令并完成组装分子等基本任务，未来可用于研发药物、设计先进制造工艺以及搭建分子组装线和分子工厂。组成分子机器人的碳、氢、氧和氮等原子总共只有150个，大小只有百万分之一毫米，将几百亿个这种机器人堆起来，也只有一粒盐那么大。但如此微小的分子机器人，却拥有机器手臂，能够根据指令操控单个分子，用机器手臂搭建分子产品。由于非常微小，这些分子机器人具有很多优势，能降低材料需求、加速药物研发、大幅减少能源消耗及推进产品微型化等。  

10.引力波研究获重要进展

全球多国科学家于2017年10月16日宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。美国“激光干涉引力波天文台”（LIGO）捕捉到这个引力波信号。此后2秒，美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴。这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件，标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代。6月1日，科学家就称，第三次探测到了引力波。此次结果不仅再次验证了广义相对论，也为了解双黑洞系统的成因提供了线索。9月27日，宣布第四次探测到引力波，这是欧洲和美国的探测器首次共同发现引力波。 

建设中的“中国天眼”

地质专家在FAST现场查勘溶塌崩塌堆积体

2006年专家组初勘大窝凼

技术人员检查桩孔

9月15日，被誉为“中国天眼”的国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜（FAST）首席科学家、总工程师南仁东先生逝世，社会各界深切缅怀。就在一年前的今天，FAST在贵州省黔南州平塘县大窝凼落成启用。它是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜，其研制和建设体现了我国自主创新能力，实现了我国相关装置由跟踪模仿到集成创新的跨越。半个月前，中国科学院公布了2017年度中国科学院杰出科技成就奖授奖建议名单（通用领域），FAST工程研究集体成功入围。作为建设在地质环境复杂地区的国家重点工程，其选址、勘察、设计、施工甚至投入使用，都离不开地质工作。为什么会选址在偏远的岩溶洼地？如何解决相关环境工程地质问题？……带着这些问题，记者近日采访了曾经参与过FAST规划选址、勘查设计和施工建设的中国科学院遥感与数字地球研究所研究员聂跃平、中国地质环境监测院总工程师殷跃平、贵州正业工程技术投资有限公司董事长沈志平等几位工程地质专家。

2016年12月16日，FAST入选由《自然》杂志评出的2016年度重大科学事件。而刚刚公布的2017年度中国科学院杰出科技成就奖授奖建议名单，认为研究集体按期建成具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜FAST，在未来10~20年将保持世界领先地位，为我国在科学前沿实现重大原创突破提供了前所未有的机遇。其研制和建设体现了我国自主创新能力，实现了我国相关装置由跟踪模仿到集成创新的跨越；拥有3项自主创新：利用贵州天然喀斯特巨型洼地作为望远镜台址，自主发明主动变形反射面，自主提出轻型索拖动馈源支撑系统和并联机器人；研发了高强度高精度大跨度索网结构，高性能动光缆，大尺度高精度实时测量系统等一系列关键核心技术，取得多项技术突破，推动了我国众多高科技领域的科技进步与产业升级，在国家重大需求方面具有重要应用价值，将促进西部经济的繁荣和社会进步。这些成绩和荣誉的背后，是中国科学家和科研工作者以及建设者的智慧结晶。这其中，地质元素和构成必不可少。

为什么选址在大窝凼天然喀斯特巨型洼地？

选址工作跟进十多年，最后根据野外考察、模拟计算和综合评价优选台址

FAST工程从初步的设想、选址、勘察、设计、施工至投入使用，历经20余年。1994年，中国科学院第一轮选址；2007年7月，国家发改委正式批复立项；2008年12月，FAST工程奠基；2011年3月，FAST正式开工建设；2016年9月25日，“中国天眼”正式落成,“天眼”开眼。

在这20多年里，有一位科学家从中青年开始就伴随FAST一直走到现在。他，就是FAST观测台址系统总工程师、中国科学院遥感与数字地球研究所研究员聂跃平博士。“利用贵州天然喀斯特巨型洼地作为望远镜台址，是整个系统工程3项自主创新之一！”在他的办公室，聂跃平自豪地告诉记者。

作为FAST选址的主要负责人，曾在贵州省地矿局科研所工作过的聂跃平对“中国天眼”落户贵州功不可没。

1994年夏天，中科院原北京天文台（2001年国家天文台成立）副台长南仁东和彭勃博士等到中国科学院遥感与数字地球研究所咨询在全国范围内寻找适合建造大射电望远镜洼地事宜，之后便委托聂跃平到贵州做一次针对性的野外调查。同年8月至9月，聂跃平到平塘、普定等地进行了1个多月的实地调查，为在荷兰召开的LT大会提交了《中国贵州选址调查报告》，并得到大会充分肯定。随后，便开始了漫长的FAST探寻之路。

1994年底，中国天文界以北京天文台为核心，组成LT（SKA）中国推进委员会，推荐聂跃平为台址评价组组长。根据选址要求，选择的洼地必须符合尽可能圆、既要交通方便又要相对隔离、台址稳定、没有无线电干扰等若干要求。

聂跃平告诉记者，贵州虽然洼地众多，分布面积广泛，但要找到符合上述条件的洼地也十分困难。因此，根据以往在贵州的工作经验和岩溶洼地的发育规律，他选择在苗岭分水岭两侧的黔南州和安顺地区，应用遥感技术手段进行先期普查，然后在地形图上逐一标注，建立了300多个能够进行各种指标查询的洼地数据库，并完成了《大型射电望远镜中国贵州选址研究报告》博士后出站论文。在此基础上，聂跃平和中国推进委员会主任南仁东、副主任彭勃、国际LT中国代表吴盛殷、荷兰天文专家理查德先后到平塘、普定对部分洼地进行考察和电波干扰情况测量。1995年10月，LT第三次国际会议在贵州省贵阳市召开，会议代表到平塘、普定对洼地进行实地考察，对中国贵州选址给予了高度评价。

1997年，LT（SKA）中国推进委员会提出了LT（SKA）中国工程概念先导单元，即由我国独立建造一面世界最大单口径球面望远镜的创新方案的初步设想。经过不懈的努力和扎实的研究工作，FSAT最终获得国家立项。

聂跃平介绍，FAST是一个大科学工程，对洼地的要求随着工程的不断优化而改变，对洼地的直径要求从开始的300米、350米、400米直到500米，因此选址工作一直跟进了十多年。最后根据野外考察、模拟计算和综合评价，优选出平塘大窝凼洼地作为FAST观测台址。FAST立项后，选址组围绕FAST对台址的严苛要求，应用遥感、GIS、虚拟技术等，对大窝凼进行了台址的工程稳定性、水文工程地质、岩溶地质灾害、周边环境、工程开挖量等一系列工程问题展开了工程性研究，并向国家天文台FAST项目指挥筹备组提交了相关报告，肯定了大窝凼可作为FAST观测台址的可行性。

“从1994年到现在，20多年过去了，我从中青年开始伴随FAST走到今天，经历了漫长的时间考验，也遇到种种困难。但是一想到能利用家乡的地利优势实现FAST工程，就感到无比欣慰!”对此，聂跃平感慨万千。

FAST观测台址遇到的环境工程地质问题如何解决？

创新勘察方法，地下河洪涝灾害、断裂破碎带、巨石混合体、松动岩体、球冠状边坡等问题被逐一破解

我国西南岩溶地区地质环境复杂，如何解决FAST观测台址遇到的环境工程地质问题？记者采访了中国地质环境监测院总工程师殷跃平，他也是这次杰出科技成就奖授奖建议名单中唯一一位中科院系统外的贡献者。“地表像是一口直径达500米的大锅，地下却是非常复杂的岩溶灾害体。”殷跃平开门见山地告诉记者。

FAST观测台址选定大窝凼场洼地后，地质问题成了FAST建设成败的关键。2006年4月，殷跃平初次受国家天文台邀请，参加了FAST观测台址建设可行性论证技术组的工作。因其丰富的岩溶工程地质经验，2008年8月，受国家天文台的聘请，兼任了观测台址建设的地质总工程师。

殷跃平告诉记者，FAST观测台址建设面临的第一个难题，就是地下河洪涝灾害。这里地处贵州高原到广西丘陵平原地区的斜坡地带，串珠状的峰丛峰林洼地非常发育。表面上看，它是一个完整的洼地，实际上大窝凼洼地底部（即锅底）50多米深发育有贵州最大的地下河——大小井岩溶地下暗河。

“当时中国地质调查局正在组织实施的西南地区岩溶地下河地质大调查项目提供了很好的基础资料，前期调查表明，这条地下暗河一直流到了广西境内。它通过漏斗和落水洞将大窝凼与地下河建立了水力联系，这意味着地下水动态变化非常大，在极端暴雨的情况下，地下河水将上涨数十米。同时，在建设期间，土石方工程也将会改变洼地产流和径流条件，从而导致洪涝灾害。”后来，针对这一问题，可行性方案提出了新型的螺旋形加放射状截排水措施，并沿洼地底部设立了1公里长的泄洪隧洞，从根本上消除了FAST场地的洪涝风险。

第二个问题就是断裂破碎带的地质工程问题。贵州的岩溶地下河往往与断裂带有关，技术人员现场工程地质勘察发现，长达十多公里的董当断裂带自北向南穿过，将大窝凼洼地切割成了东西两半。由此，东西二侧半球冠状的洼地工程地质条件将出现差异性，即随时间的推移，望远镜可能存在变形差异，而且断裂破碎带的软弱性也将带来地质工程问题，影响望远镜发射板的锚固安装质量。“望远镜有2400多个三角形反射块，像鱼鳞片一样。用锚杆与下面的地层固定，如果有断裂破碎带，注浆质量会下降。锚杆施工后，如果断裂带溶蚀严重的话，注浆时漏浆量会很大，导致抗拔力出现大的差异，影响工程质量。”于是技术人员专门在现场对断裂带进行了大量的锚杆拉拔实验，获得了注浆参数、锚固长度、设计锚固力等一系列参数。“比如注浆中加一些早强剂，防止它漏失，让它固定住，不会出现新的变形。”

第三个问题是洼地西南侧分布数百万立方米的大型溶塌崩塌堆积体，正好位于望远镜圈梁附近，开挖扰动后将带来滑坡问题。“这些堆积体在大小井地下河系演化过程中，由岩溶动力侵蚀形成，具有一定的稳定性。但是，被切脚临空后，稳定性将会降低。我们通过抗剪试验和室内模拟，发现这种溶塌崩塌堆积体和传统的滑坡堆积体是不一样的。我把它称为‘巨石混合堆积体’，它与下伏基岩界面形成了点摩擦，有一定的嵌固性，抗剪强度要高，可以按照代换补强的思路，采用小口径组合桩群加注浆的措施对前缘进行加固，这样就构成了一个由巨石混合体和桩群构成的棱体，形成了拱圈效应，对巨石混合体起到了支挡作用，确保了望远镜的安全。”殷跃平展开当时的设计剖面图，向记者解释道。

第四个问题就是古地下河的卸荷松动岩体稳定问题。殷跃平介绍，在大窝凼洼地3点钟到5点钟一带，出露有一古地下河通道，洞口岩体破碎，形成了大范围的松动岩体。如果在FAST观测台址建设和运行过程中，不对这些松动岩体进行加固的话，将会形成崩塌滚石灾害直接摧毁望远镜。因此，技术人员在对这些松动岩体进行系统防护的同时，还重点对12处稳定性很差的危岩体进行了清除或整体加固，避免了崩塌滚石灾害的发生。

第五个问题就是开挖边坡的稳定性评价和加固问题。FAST观测台址并不是严格的球型洼地，施工建设过程中需要切凸补凹，形成均匀性很差的球冠状边坡。而这种边坡具有越向底部，应力越集中的特点，采用传统的平面分析方法就不行了，因此，他们提出了基于仓储理论等的三维评价方法，并取得了很好的效果。

FAST观测台址的工程地质勘察评价，也探索出了一套新方法。在此之前，我国对平缓场地和山地的勘察方法较为成熟，并形成了国家标准，但对大型、特大型岩溶洼地的工程地质勘察经验很少，相应的规范标准更是空白。为此，FAST观测台址的建设形成和改进了很多勘察方法，为今后实施同类工程积累了经验。

殷跃平还追忆了与南仁东教授一起在FAST观测台址建设现场工作的日子。他说：“南教授不仅亲自组织深入论证地质解决方案，而且多次与我们到洼地陡坡查看危岩滑坡等。他可谓惜时如命，白天与我们一起进行野外查勘、解决问题，晚上匆匆忙忙吃完饭，又伏案熬夜。南教授告诉我，他担任国际天文台主席等学术职务，每天晚上要处理数百封电子邮件。他是仰望星空的前沿科学家，亦是惟精惟一的卓越工程师。”

如何解决开挖建设过程中遇到的岩土工程技术难题？

4个阶段岩土工程设计不断优化，自主创新多种技术，工程设计获得多项国家专利

在FAST之前，世界上最大单口径射电望远镜是美国Arecibo望远镜。如今，FAST台址开挖系统岩土治理规模是Arecibo的5倍，总体建设规模是Arecibo的近3倍。FAST台址岩土工程复杂程度远高于Arecibo，是世界上利用大型岩溶洼地建设的最大工程。如此复杂而庞大的工程，其岩土工程设计至关重要。FAST工程以全新的设计思路，开创了建造巨型射电望远镜的新模式。其中，贵州正业工程技术投资有限公司是FAST工程台址开挖系统的核心技术团队。

FAST工程台址开挖系统现场设计工程师、贵州正业工程技术投资有限公司第一勘测设计院岩溶地基研究所所长吴斌告诉记者，由该公司完成的FAST工程台址开挖岩土工程设计被中国勘察设计协会评为2015年全国优秀工程勘察设计奖工程勘察一等奖。该设计还获得了国家知识产权局发明专利受理及授权4项、实用新型专利授权7项。技术成果应用于FAST工程，系统解决了大型岩溶洼地，薄壳岩溶岩体精细开挖建设过程中，遇到的各种复杂岩土工程技术难题，为项目的安全运行奠定了可靠的基础。

据了解，FAST台址洼地内地形起伏大、坡度陡，大型岩堆、溶蚀峰林、大型溶沟、溶槽、溶蚀裂隙密布，各种岩溶不良现象发育集中，工程地质及水文地质条件极为复杂。台址开挖系统设计按照动态设计原则分为方案设计、优化设计、施工图设计及现场设计4个阶段，历时3年半。通过4个阶段岩土工程设计的不断优化，实现了最初方案开挖投资1.85亿元，优化到最终开挖投资0.97亿元的最佳开挖效果。设计中，技术人员使用了BIM技术，开挖中心选择技术，下拉索促动器基础坐标解析技术，岩土工程信息平面表达技术，馈源塔及圈梁支撑柱位置优化技术，排水、防冲刷技术，螺旋检修道路优选技术，大型构建拼装场地及安装工程临时施工场地建造技术，岩堆、危岩、边坡综合治理技术以及生态保护技术。这些技术的运用，达到了国际领先水平。其中，国家发明专利“一种岩溶洼地排水系统”技术，在历经4个水文年的考验后，证明其排水性能良好，台址区未发生任何水患问题；而开挖中心选择技术则实现了台址开挖量最小，地质灾害治理费用最低等综合优化目标。

贵州正业工程技术投资有限公司董事长沈志平向记者介绍，他们自主创新过程中形成的大量关键技术已经汇总并将出版专著。专著全面系统地反映了FAST工程台址开挖系统建设所遇到的各种技术问题的研究成果，是迄今为止国内外大型岩溶洼地综合利用岩土工程方面集学术研究与工程应用为一体的第一本专著。

正是有了地质人前期复杂而周密的工作，才保证了FAST系统工程的成功选址以及安全建设和运行。FAST运行1年来，正在为我国暗物质本质、宇宙进化、太空生命起源和寻找地外文明等研究提供着重要支撑，贵州正业工程技术投资有限公司也在不断对工程进行回访记录，未来他们还将关注FAST地区环境信息综合监测。相信有了地质人的“保驾护航”，FAST将会更加安全而有效地运行，为人类探索外太空提供更多的线索。

走过不平凡的2023年，我国科技工作者勇攀高峰，以加快实现高水平科技自立自强为己任，取得了一批世界级科技成果。他们上天、入地、探海，不断探索宇宙奥秘；他们关注基础研究、聚焦工程技术，持续更新和丰富人类知识宝库；他们心系国计民生，在环境、健康、农业等各领域成果斐然，努力让人民生活更美好。

国之重器再添大国底气

中国空间站：进入应用与发展阶段

▲神舟十六号载人飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接。新华社发

已完成建造的中国空间站，开始了常态化乘组轮换和货运补给。神舟十六号、神舟十七号、天舟六号，我们在太空越来越游刃有余；空间站双光子显微镜开展在轨验证实验任务并取得成功，中国空间站第四批空间科学实验样品交付空间应用系统进行研究，空间“实验室”正给我们带来更多惊喜；载人航天环控生保技术跻身世界先进水平、空间交会对接GNC（制导、导航与控制）技术进一步成熟……我国空间技术正不断发展并辐射到其他领域。

罗斯海新站将建：南极即将有“新家” 

 ▲罗斯海新站效果图。国家海洋局供图

11月1日，由自然资源部组织的中国第四十次南极考察队启程，他们此次考察的重中之重是建设我国第五个南极考察站——罗斯海新站，它将是新时代我国建立的第一个常年科考站，也将是继长城站、中山站之后第三个常年考察站，是中国首个面向太平洋扇区的考察站。它位于东南极罗斯海沿岸区域，建筑面积5244平方米，计划用于开展大气环境、海洋基础环境、生物生态等多圈层、多学科的观测监测和科学研究工作。

高海拔宇宙线观测站：探寻高能宇宙线“捕手”

▲高海拔宇宙线观测站。新华社发

5月10日，被称为“拉索”的高海拔宇宙线观测站通过国家验收。它建于海拔4410米的海子山上，占地面积1.36平方公里，是目前世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最强的宇宙线观测站。借助“拉索”，科学家们取得了精确测量高能天文学标准烛光——蟹状星云的亮度、“捕捉”到迄今最亮伽马射线暴等多项成果。

“梦想”号：我国首艘大洋钻探船

▲“梦想”号试航。新华社发

我国自主设计建造的首艘大洋钻探船——“梦想”号12月18日正式命名并在广州南沙首次试航。它总吨约33000吨，总长179.8米、型宽32.8米，续航力15000海里，自持力120天，稳性和结构强度按16级台风海况安全要求设计，具备全球海域无限航区作业能力和海域11000米的钻探能力，将为大洋能源资源勘查开采提供重要装备保障。

基础研究、应用研究百花竞放

“看”到纳赫兹引力波：打开人类探索宇宙的新窗口

6月29日，由中国科学院国家天文台等单位科研人员组成的中国脉冲星测时阵（CPTA）研究团队，利用中国天眼FAST——500米口径球面射电望远镜，独立找到了纳赫兹引力波存在的关键证据。

绘制首个马铃薯有害突变的基因二维图谱：我国马铃薯育种基础理论和技术进入世界领先水平

中国农业科学院深圳农业基因组研究所科研团队，通过追踪最长8000万年、累计12亿年的马铃薯基因组进化痕迹，绘制了首个马铃薯有害突变的基因二维图谱。这一图谱将有效帮助育种家预测马铃薯育种中可能出现的基因“踩坑”处，大大加速杂交马铃薯的育种进程。

“九章三号”光量子计算原型机：刷新光量子信息的技术水平和“量子计算优越性”的世界纪录  

▲“九章三号”光量子计算原型机（局部）。中国科学技术大学供图

中国科学技术大学与中国科学院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”。在构建“九章”系列光量子计算原型机的基础上，中国科大研究团队进一步揭示了高斯玻色取样和图论之间的数学联系，完成对稠密子图和Max-Haf两类具有实用价值的图论问题的求解，相比经典计算机精确模拟的速度快1.8亿倍。

第二次青藏高原综合科考首次登顶卓奥友峰：我国具备了开展极高海拔综合科学考察的体系化能力  

▲我国科考队首次登顶世界第六高峰开展综合科学考察。新华社发

卓奥友峰地处中国与尼泊尔边界、喜马拉雅山脉中部，海拔8201米，是世界第六高峰。这是我国科考队首次登顶珠峰以外的海拔8000米以上高峰。此次科考，开展了极高海拔自动气象站架设、峰顶冰雪测厚、冰芯钻取及雪冰样品采集等多项科考任务，围绕亚洲水塔变化、生态系统与碳循环、人类活动与生存环境安全、矿产资源与地质环境等重大科学问题开展考察研究，揭示极高海拔地区变化和极端过程变化对青藏高原生态环境变化的影响。

关键技术、工程科技捷报频传

白鹤滩水电站：中国水电行业达到世界一流水平

▲白鹤滩水电站。新华社发

2022年12月20日，白鹤滩水电站全部机组投产发电。截至2023年10月12日，累计发电量突破1000亿千瓦时，它是我国实施“西电东送”的国家重大工程，是仅次于三峡电站的世界第二大水电站，总装机容量1600万千瓦，将有力保障长三角地区经济发展和民生用电需求。

全球首个电光带宽达110GHz的纯硅调制器：硅基光电子领域取得重大突破 

▲110GHz高带宽硅调制器。北京大学供图

北京大学研制的这款纯硅调制器，同时具有超高带宽、超小尺寸、超大通带及互补金属氧化物半导体（CMOS）集成工艺兼容等优势，满足了未来超高速应用场景对超高速率、高集成度、多波长通信、高热稳定性及晶圆级生产等需求，为高速、短距离数据中心和光通信的应用提供了重要关键技术支撑，展示了硅基光电子学在下一代超高速应用领域的巨大价值，对于下一代数据中心的发展意义重大。

300MW先进压缩空气储能系统膨胀机：我国先进压缩空气储能技术迈上新台阶

▲300MW先进压缩空气储能系统膨胀机（局部）。中国科学院供图

中国科学院工程热物理研究所和中储国能公司联合自主研发了国际首套300MW级先进压缩空气储能系统膨胀机。膨胀机是压缩空气储能系统的核心部件，具有负荷高、流量大、流动传热复杂、高效宽工况运行要求高等技术难点。集成测试中，各项测试结果均达到或超过设计指标。

全球首座第四代核电站商运投产：我国第四代核电技术达到世界领先水平

▲全球首座第四代核电站。新华社发

12月6日，我国具有完全自主知识产权的华能山东石岛湾高温气冷堆核电站示范工程完成168小时持续运行考核，成功投入商业运行，装机容量为20万千瓦。建设中，科研人员攻克了多项世界性、行业性关键技术，研制出2200余台世界首台（套）设备，世界首创型设备超过660台，设备国产化率达93.4%。

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。 

北京自然博物馆孟庆金研究员和美国芝加哥大学罗哲西教授向中国科学院院士周忠和等专家介绍这项最新研究成果。

    

据国家古生物化石专家委员会委员、北京自然博物馆馆长孟庆金介绍，新发现的滑翔哺乳动物分别被命名为似叉骨祖翼兽和双钵翔齿兽，是现代哺乳动物的祖先类群，均为哺乳动物演化树的早期分化绝灭支系——贼兽类的新属种。

“这是所有哺乳动物漫长演化历程中最为原始的滑翔动物，比远古翔兽系统位置更原始，比现代哺乳动物中最早的滑翔类型——最早的皮翼类哺乳动物和最早的飞鼠化石要早1.1亿年。它们的发现为研究早期哺乳动物的演化多样性和生态多样化提供了重要的化石证据。”孟庆金说。

这一侏罗纪哺乳动物的最新科学研究成果来自北京自然博物馆、美国芝加哥大学和河北地质大学组成的国际合作团队，并得到了北京市科学技术研究院、美国芝加哥大学以及科技部、国土资源部等的资助和支持。

他们在我国辽宁省建昌县和河北省青龙县距今约1.6亿年的晚侏罗世地层中，发现了这两种最原始的、具有皮翼的滑翔哺乳型动物化石，并对其进行了长达三年的研究。

8月9日，英国《自然》（Nature）杂志分别以《侏罗纪新的滑翔哺乳动物》和《侏罗纪生态系统中哺乳动物中耳和捕食适应进化的新证据》为题，用两篇连载文章在线发表了这项重大科学研究成果。

新发现的祖翼兽体重大约120克~170克，在中生代哺乳动物中属中等体型；而翔齿兽则为典型的中生代小哺乳动物体型，体重大约35克~55克。

祖翼兽和翔齿兽化石标本都非常精美地保存了皮膜和毛发的结构，这些皮翼连接在颈部、前后肢和尾椎之间，形成前皮翼（膜）、侧皮翼（膜）和尾皮翼（膜），与现生哺乳动物的滑翔皮翼（膜）相似。

新化石属种的另一个显著骨骼特征是其锁骨与间锁骨已经愈合，形成“Y”的形状，与飞行的鸟的叉骨的形状相似趋同。祖翼兽和翔齿兽的其他前肢骨关节显现出灵活的运动特点，其四肢骨骼的比例具有许多与滑翔功能相关的形态特征，充分表明这些新化石哺乳型动物是滑翔动物。

通过对现代哺乳动物运动模式和形态学的多变量分析，研究者推断，新发现的祖翼兽和翔齿兽是已具有飞行能力的树栖属种，这表明新的滑翔的祖翼兽和翔齿兽是树栖贼兽类群中的一部分，是从树栖生活的贼兽祖先类群演变而来的。这些推论对哺乳动物演化的理解具有更广泛的意义。

据悉，哺乳动物是当今世界上最重要也是相当繁荣多样的动物类群之一，现生物种超过5400多种，其中大多数是陆栖动物。在空中飞行或滑翔的运动方式，是哺乳动物最为特异的演化适应特征之一，这种独特的运动方式，有利于它们利用地栖动物不能企及的新的食物资源。

空中飞翔这一演化优势，在自然选择之下，在新生代的现代哺乳动物中多次出现。除了人们熟知的动力飞行动物蝙蝠外，还有能够滑翔的分布于中国的特有物种复齿鼯鼠，以及分布在北美、亚洲和非洲的啮齿类的飞鼠，澳洲的有袋飞鼠，东南亚的鼯猴等。