4000米永磁电动钻机

受全球气候变化影响，近年来极端暴雨引发的突发性、群发性地质灾害，给当前防灾减灾工作带来巨大挑战。4月25日，自然资源部召开了2025年全国汛期地质灾害防治工作视频会议，指出今年全国气候年景总体偏差，极端天气气候事件总体呈多发强发态势，地质灾害防治形势依然严峻复杂。

极端气候条件下，我国地质灾害形成分布与成灾模式将呈现哪些新的特点？地质灾害防灾减灾工作面临哪些新的挑战？对此，记者近日采访了中国工程院院士、自然资源部地质灾害技术指导中心首席科学家殷跃平。

殷跃平在乌蒙山区指导地质灾害调查

极端气候下，地质灾害防范应综合施策

记者：

地质灾害隐患点是如何调查识别的？

殷跃平：

防范地质灾害，首先要调查识别出隐患点在哪里，这是防灾减灾最重要的基础工作。我国自20世纪90年代以来系统开展了全国地质灾害的面上调查和详细调查，目前正在地质灾害高风险地区开展精细调查。这些调查工作动用了全国水工环地质勘查队伍力量。

随着科学技术的进步，地质灾害调查手段也越来越先进，以卫星遥感、无人机和地面勘查相结合的“空-天-地”一体化技术成为标配。同时，经费投入也成倍激增。例如，早期的面上调查阶段，每个县投入平均10万元，详细调查阶段每个县投入平均在百万元，而现在的精细调查阶段，每个县投入大约要千万元。由于地质作用过程在不断变化中，每年汛期或强震发生后，还要专门开展应急排查工作。

地灾隐患点的调查识别具有动态性。目前，在册纳入全国防灾减灾具自然属性的地质灾害隐患点大约有28.4万处。此外，还有记录在册的180多万处因开挖切脚等导致稳定性降低的风险斜坡，构成了每年的人为性地质灾害隐患点。

以滑坡为例，从防治和减灾救灾角度，传统上把地质灾害体分为三种类型。一种是不稳定斜坡，开裂变形等现象显著，稍遇降雨等就会失稳滑动，我们定义其安全系数小于1.0，由于滑动成灾特征明显，相对来说防范难度不大。另一种是稳定斜坡，即使在暴雨、地震等外力作用下，也不易发生整体滑动，安全系数大于1.2，通常不作为防灾减灾的重点。第三种是欠稳定斜坡，安全系数介于1.0～1.2之间，在非汛期等正常条件下，发生整体滑动的可能性较低，但在久雨、暴雨、地震等因素作用下，安全系数极易低于1.0，也会失稳滑动形成灾害，实际上是具有高隐蔽性的不稳定斜坡，这就是我们通常说的“地质灾害隐患点”，成为每年我们防灾减灾要重点关注的对象。

记者：

极端气候下，地灾隐患点识别面临哪些新问题？

殷跃平：

我们目前面临三个方面的新问题。

第一是小体积成大灾。早期的隐患点识别对象主要为体积达十万立方米至百万立方米级的大中型灾害体，其变形特征较为明显，易于识别。但是，目前每年发生的地质灾害绝大多数体积在10万立方米之下，为小型、微型灾害体。我们对最近5年的地质灾害做了统计，在西南山区、东南山区和北方山区95%以上都是小微型灾害体。灾害体体积量级变小，发生地质灾害的隐蔽性、随机性就更强，准确识别难度在量级上也就加大了。

第二是远程成灾模式。我们目前对隐患点的识别评估，基本上偏重于稳定和不稳定极限平衡的静力学范畴，而对于滑动后的远程成灾风险的动力学评价明显不足。例如，今年在四川筠连发生的高位滑坡灾害，实际上滑动后转化为碎屑流，成灾范围达1800米，超出了滑源区距离的数倍，导致距离滑坡体较远的村庄被摧毁。最近几年，发生了多起高位远程地质灾害，例如2017年在四川茂县，滑坡转化为碎屑流，滑动2800米后掩埋了新磨村，导致70余人遇难。

第三是未知风险源识别。极端暴雨常态化导致了原本属于稳定的斜坡转化为欠稳定或不稳定斜坡，尤其对小微型灾害体的扰动非常明显。2023年汛期，北京西郊遭受了百年罕遇暴雨的袭击，在北京市房山区记录到4天之内降了1025.5毫米，远超过北京多年平均降雨约600毫米的量值，导致了房山、门头沟地区发生了1200多处群发性的小微型流滑地质灾害。2024年，广东、福建、湖南、广西等南方地区因极端降雨也发生了群发性小微型流滑地质灾害，特别是湖南资兴县，6月单日降雨量达643毫米，引发了19300多处群发性小微型地质灾害。

记者：

面对这些新问题，如何提高地灾隐患点精准识别与科学评价能力？

殷跃平：

针对这三个新问题的防灾减灾，我们逐渐探索出了一些新办法。

首先，对小微型地质灾害隐患点，应从易灾地质结构角度进行识别，实行“点+面”双控。例如，从地质结构上，华南地区花岗岩全强风化斜坡、西南地区岩溶煤系复合地层斜坡、华北地区推覆构造斜坡、西北地区黄土-红层二元结构斜坡等都是地质灾害的易发易灾区。

其次，从成灾地貌上，上陡下缓的靴状地貌、滑坡下部的沟谷地貌、高陡危岩带等都易于形成远程灾害。

再次，应开展不同降雨工况下，甚至地震工况下的，中型、小型和微型地质灾害隐患点评估厘定和风险分级评价。对近年来的多起特大灾害的复盘分析表明，即使是安全系数大于1.2的稳定斜坡，在罕遇暴雨的作用下，也会形成新的灾害，这也就是每年汛期大量地质灾害发生在隐患点之外的重要原因。

我们对2024年汛期福建、广东、湖南的群发性小微型地质灾害进行复盘，发现即使是安全系数大于1.8的超稳定全强风化花岗岩斜坡，在罕遇暴雨作用下，也会失稳滑动，特别是切坡建房未支护的斜坡更易失稳成灾。

记者：

我国地质灾害监测预警方面取得了哪些成效？

殷跃平：

在调查识别隐患点的基础上，需要对灾害发生的时间做出及时的判断。目前，在全国地质灾害隐患调查识别的基础上，主要采用“群测群防”的方式进行监测预警。

“十四五”以来，我国地质灾害科技减灾的能力显著提升，并对6.6万处地质灾害隐患点安装了监测预警仪器。但是，由于地质灾害隐患点主要散布于运行环境复杂的广大农村山区，受技术精度的限制，这种监测预警仪器主要适用于大变形的短临预警。同时，这些隐患点威胁对象一般仅为数户人家，受经费的限制，监测点主要采用主剖面的方式布设，对灾害体面上的控制精度仍然有限，因此称之为普适型监测预警仪。近三年来，普适型监测预警仪已成功预报灾情约150起，涉及可能伤亡人数3000余人，并有效预警险情近600起，紧急撤离约1.1万人，成效非常显著，推动了我国地质灾害从群测群防体系向“人防+技防”相结合的监测预警体系提升。

记者：

极端气候下，地质灾害监测预警面临哪些挑战？如何提高复杂山区重特大地灾隐患的专业监测预警能力？

殷跃平：

经过多年努力，威胁百人以上的滑坡基本得到控制。但是，泥石流成为对人民生命财产威胁最大的地质灾害灾种。

我统计了一下，目前威胁人数大于100人的泥石流隐患点约有4800处，其中威胁人数大于1000人的泥石流沟有240多处。受极端气候变化的影响，对泥石流的监测预警难度也更大，造成的重特大地质灾害风险更高，特别是在西部高寒山区，无法利用现有的普适型监测仪器作出及时预警。

2024年8月3日，四川康定姑咱镇发生山洪泥石流灾害，从海拔5000米高山启动后形成山洪泥石流灾害，致使雅康高速康定至泸定段日地1号隧道至2号隧道间桥梁垮塌和姑咱镇日地村房屋冲毁，27人死亡。据了解，当时，姑咱镇日地沟沟口的降雨量仅25 毫米左右，并未达到泥石流发生阈值。

这是由于西部高山区易形成地形雨，降雨量从沟口到半山腰再到沟顶差别很大，沟口降雨量虽然仅几十毫米，但后山可能已达到特大暴雨等级。

实际上，针对这些地区高位泥石流的专业化监测预警设备的研发已经较为成熟，关键是认识上的问题。泥石流大多发生在高陡偏远山区，通常对其调查勘查精度不够、成灾动力学机理研究不深、监测预警技术适配性较差、工程防治等级偏低，这也是每年汛期重特大泥石流灾害易发高发的原因。因此，对于威胁百人、数百人，甚至千人以上的西部高山或极高山区的泥石流灾害点，必须走更加专业化的监测预警之路，即“技防”为先、“人防”辅助。就像疑难杂症仅靠社区医院是不行的，必须依靠三甲医院的力量。

记者：

极端气候下，如何提高地质灾害综合防灾减灾能力？

殷跃平：

除了极端气候的影响，人类工程活动范围的扩大，也加大了地质灾害发生的潜在风险。尤其是复杂山区的城市、乡镇和居民点建设的扩张，切坡建房和切坡修路的范围扩大，令原本稳定的坡体变得不再稳定，遇极端气候更易诱发地质灾害，在某些地区甚至出现“切坡就滑”的现象。

在防灾减灾体系中，调查评价和监测预警仅是防灾减灾救灾体系中的一环，要与避让搬迁和工程治理相结合。针对当前灾害“中心”向乡村转移的现状，要加强农村国土空间规划中地质安全风险评估，特别是农民切坡盖房，要指导进行简易治理，可以采取修建矮挡墙等降险措施，屋后还要留出一定的避让距离，以降低灾害潜在风险。

在一些矿区，人口迅速增加，地质灾害风险明显增高。要针对村庄、居民点，开展“以人为本”的精准调查，加强易灾地层的隐患点与崩塌滑坡易发区带双管控，应运用新理论新技术，科学划定地质灾害红线，该搬迁避让就搬迁，该监测预警就安装设备，该治理就做好工程治理。只有用科学的态度和方法，才能正确处理好国家能源安全与人居环境安全的关系。

殷跃平院士谈极端气候下地质灾害防灾减灾策略

大海上的“蓝鲸1号”平台

2017年5月18日，我国海域天然气水合物试采宣布成功，这标志我国取得了天然气水合物勘查开发理论、技术、工程、装备的自主创新。本次试采中，“蓝鲸1号”深水钻井平台功不可没。

“蓝鲸1号”是什么？

“蓝鲸1号”钻井平台诞生于山东烟台，是由中集来福士海洋工程有限公司（以下简称“中集来福士”）自主设计建造的超深水半潜式钻井平台，是目前世界上最先进的钻井平台。

此次南海天然气水合物试采作业，是“蓝鲸1号”平台承担的首次钻采作业任务。试采工区在水深1200～1300米处，设计井深300～400米。对于这种程度的钻采作业而言， “蓝鲸1号”完全可以胜任。

那么，“蓝鲸1号”的优势在哪里？

一是体型大。“蓝鲸1号”平台排水量可达7万吨，与“辽宁”号航母满载排水量相当；长117米，宽92.7米，面积相当于一个标准足球场大小；高度达118米，相当于40层楼的高度。

二是性能强。“蓝鲸1号”平台最大作业水深可达3658米，最大钻井深度更是达到15240米，其中大钩钩载1250短吨，可变载荷1万吨。这是目前全球作业水深、钻井深度最深的半潜式钻井平台，适用于全球深海钻探作业。

三是效率高。“蓝鲸1号”装配了全球最先进的液压双钻塔和2个井口，两台钻机可在2个井口同时实现钻井、连接套管、下放防喷器等主副线作业，有效减少了钻井辅助时间，使深水钻井作业效率比传统的单井口作业平台提高30%。同时配备了全球领先的闭环动力系统，可比同类作业平台燃油消耗降低10%。

四是安全系数高。“蓝鲸1号”配备了主副两套15000psi压力级别的水下防喷器，每套防喷器配备三组剪切闸板，而剪切闸板是井喷控制的最后一道屏障。如此配置，大大提升了常规井下压力控制设备的能力，保证了试采作业安全。同时，该平台配备了世界上最先进的DP3动力定位系统，最精确的定位测量误差达到0.1米，通过8台全回转式6034马力的推进器实时定位，保证了作业期间平台在台风“苗柏”11级风力里保持“纹丝不动”。

与天然气水合物试采之约

中国地质调查局和中石油集团到国内运营深水钻井平台的企业进行了多次调研，最终“蓝鲸1号”凭借优越的装备性能、完全自主设计建造而入选为天然气水合物试采施工作业平台。

2016年8月，“蓝鲸1号”平台技术服务合同签订。此时，距天然气水合物试采预定开工时间不到7个月，而平台的建造进度刚刚达到90%左右。中集来福士将平台建造与水合物试采适应性改造同时进行，大大缩短了建造和改造工期，增加了平台调试时间，为平台的如期交付奠定了基础。

天然气水合物试采施工作业面临着新平台、新设备、新队伍和平台作业准备时间紧的几大挑战。试采指挥部高度重视，多次派技术人员驻厂调研、跟踪平台作业准备进度，参与工程总承包中国石油集团海洋工程有限公司与中集来福士“蓝鲸1号”平台项目推进会。试采指挥部在平台调试、海试测试、人员培训、第三方设备安装等关键阶段出谋划策，协调解决遇到的问题，共同推动平台于2017年2月13日如期交付。

台风中保障产气平稳

试采工程光荣而艰巨，工期极为紧张，挑战巨大。

3月6日，“蓝鲸1号”平台从烟台启航，自航奔赴南海工区。平台航行总行程约2263公里，共航行7.1天，平均航速达8.27节，动力功率仅占平台功率的70%左右，可见其动力能力强大，远超越同类的平台。

对南海海域来说，海上钻采作业最大挑战就是遇到台风。6月12日，“蓝鲸1号”平台正面迎来第一次台风——“苗柏”。试采现场指挥部与“蓝鲸1号”操船团队根据南海前期台风的特点，以及对当前平台动力系统和定位系统的能力评价，最终作出保持生产测试、原地抗击台风的决定，同时制定了详细的、可操作性强的应急解脱躲避台风的应急预案。

当日凌晨4点，“苗柏”转向风力突然由预测的9级加剧至11级，海况异常恶劣。但平台凭借强大的动力定位系统和经验丰富的操船队伍，保持在安全区域与暴风对抗，实测最大漂移距离不超过6.5米。在试采各参战单位的坚守下，南海天然气水合物试采的火焰在狂风暴雨中依旧燃烧。

7月9日，我国首次南海天然气水合物试采安全生产满60天后主动关井。此次试采，获得了持续产气时间最长、产气总量最大、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果，并创造了产气时长和总量的世界纪录，全面完成了试采预期目标。这也充分证实， “蓝鲸1号”平台凭借自身强大的功能，为我国首次海域天然气水合物试采工程的成功实施提供了坚实保障。

（作者系中国地质调查局水合物试采现场指挥部办公室工程组成员，《南海天然气水合物试采工程实施及关键技术》项目主要成员，主要从事钻井技术研究工作。）

“蓝鲸1号”：助力可燃冰试采的超深水钻井平台

2023年度自然资源科学技术奖评审结果近日揭晓，中国地质科学院矿产资源研究所（以下简称“资源所”）以第一完成单位的《深部矿产资源智能预测理论方法创新与找矿突破》和《我国锂等稀有金属成矿理论创新与找矿突破》项目获自然资源科技进步奖一等奖，《新生地壳再造过程中的陆内成矿作用与找矿突破》项目获自然资源科技进步奖（找矿奖）一等奖,王春连研究员和赵正研究员获青年科技奖。

《深部矿产资源智能预测理论方法创新与找矿突破》项目围绕“深部成矿空间三维结构重建机制”和“深部矿化定位机制及深部预测途径”等关键科学问题的深度剖析和刻苦攻关，取得了理论、技术、系统平台及找矿突破成果。一是首次提出了找矿模型-三维建模-定量预测的三元大数据深部矿产资源预测理论体系，为我国矿集区3000米以浅大深度矿产预测工作提供理论支撑。二是创新研发了地质文本大数据找矿模型挖掘、多尺度分层立体三维建模、大深度成矿构造与物化探响应特征智能提取等新技术，突破了深部成矿空间三维结构重建以及矿化空间定位等关键技术瓶颈。三是研制了一套具有完全自主知识产权的软件平台系统，填补了我国深部矿产预测信息化、智能化领域的空白，打破了我国矿产资源预测评价软件卡脖子技术壁垒。通过上述理论、技术、平台等创新，在山东焦家、甘肃早子沟等6个示范区分别预测金潜在资源4960余吨、铜潜在资源4972万吨、锰潜在资源4.17亿吨，拉动社会投资数亿元，取得了显著的社会经济效益，也为全国深部“第二成矿空间”找矿提供思路与技术支持。2022年以来，该成果已在全国范围推广使用，在内蒙古、河南、山东等地区重要矿山取得了新的找矿成果，潜在经济效益千亿元。

图1 《深部矿产资源智能预测理论方法创新与找矿突破》获奖证书

《我国锂等稀有金属成矿理论创新与找矿突破》是国家重点研发计划与基础性公益性地调项目紧密结合的典范，是我国21世纪以来锂等稀有金属成矿理论、勘查技术与找矿成果的集中体现。一是首次将锂作为能源金属矿产并提出了大型锂能源金属矿产基地综合调查评价的技术要求、工作指南、关键技术和指标体系，为战略性矿产基地调查评价树立样板。二是系统总结了我国锂、铍成矿规律，全国划分12个锂矿带和7个铍矿带，首次提出松潘-甘孜与西昆仑组成一巨型锂成矿带；在四川、新疆、湘鄂赣等地提交一批新区新类型新层系的锂等稀有金属远景区靶区，奠定新一轮找矿突破战略行动的基础。三是创建“多旋回深循环内外生一体化”成矿理论，构建“五层楼+地下室层脉组合”勘查模型，指导找矿成效显著；四是研发出“空天地一体化”锂矿找矿勘查技术方法体系，包括高光谱遥感找锂矿、三定两参填图、高原绿色钻探、生物找矿、含锂地质体多参数识别标志及“以锂找锂”等，破解厚覆盖、露头差及深切割地区找矿瓶颈。在四川甲基卡等地实现找矿持续突破，带钻验证氧化锂资源量149.46万吨(10万吨为大型)，潜在价值巨大，部分成果已通过招拍挂出让探矿权实现成果转化。

图2 《我国锂等稀有金属成矿理论创新与找矿突破》获奖证书

《新生地壳再造过程中的陆内成矿作用与找矿突破》项目以大兴安岭地区的陆内成矿作用为研究核心，围绕“新生地壳再造过程中的构造-岩浆活动与巨量金属富集机理”这一关键科学问题，在重大地质事件与陆内成矿作用关系、陆内成矿系统的形成机制与控制因素、陆内成矿系统的找矿技术方法体系与成矿预测等方面，均取得了重要进展。研究揭示：大兴安岭地区晚中生代金属爆发性巨量堆积成矿与区域性岩石圈伸展减薄有关；超大陆旋回背景下俯冲板片断离、软流圈物质上涌和岩石圈拆沉是大兴安岭地区晚中生代金属巨量堆积成矿的关键；新生地壳再造过程中的陆内成矿作用既能形成锡钨钼矿也能形成铜矿；新生地壳再造过程中的陆内成矿作用不具成矿继承性；微陆块是造成新生地壳再造过程中陆内成矿作用具有区域差异性的主要原因。相关研究成果在国内外重要学术期刊公开发表并得以推广交流。该项目建立了新生地壳再造过程中锡钨铜铅锌银成矿系统的“三位一体”找矿预测综合地质模型，以及基于不同尺度地质和物化探数据联合反演的找矿技术方法体系，找矿成果显著。

图3《新生地壳再造过程中的陆内成矿作用与找矿突破》获奖证书

青年科技奖获得者王春连研究员一直工作在科研找矿一线，近年来，主持包括国家重点研发计划项目、中国地质大调查项目、国家自然科学基金重点项目在内30个项目的研究工作，依托于其所负责项目的实施，该同志取得了十分重要的找矿和成矿理论研究成果，并且得到了相关同行的高度认可。他在非金属矿产、沉积学、古气候学等方面取得了突出的研究和找矿成果。先后以第一/通讯作者发表论文100余篇，大部分发表在专业领域重要杂志《Earth and Planetary Science Letters》《Journal of Hydrology》《Global and Planetary Change》《Ore Geology Reviews》《Marine and Petroleum Geology》《Sedimentary Geology》《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》《Scientific Reports》《Acta Geologica Sinica (English Edition)》《Applied Geochemistry》《地质学报》《中国地质》《岩石矿物学杂志》《地球学报》《地球科学》等刊物上。

图4 王春连研究员获奖证书

青年科技奖获得者赵正研究员正十余年来坚守野外和科研一线，从事华南地区钨多金属矿产的成矿规律与成矿预测研究，主要成果体现在三个阶段：第一阶段，参与国家深部探测技术与实验研究专项，负责南岭3000m科学钻探的现场精细编录和研究：建立了矿集区科学钻探精细编录方法，构建了南岭-武夷结合部W与AgAu-Pb-Zn复合成矿模式，明确了华南东部燕山期“第二找矿空间”，提出了深部找矿方向。第二阶段，负责部公益性行业科研专项-南岭九龙脑矿田成矿规律与深部找矿示范课题，厘定了多期花岗质岩浆演化与W-Sn-U-Nb-Ta-REE-Pb-Zn-Ag富集关系，建立了适用于华南花岗岩区矿田矿集区尺度的“九龙脑成矿模式”，优化了不同类型钨锡多金属矿体深部勘查技术方法，开展了深部找矿示范—增储优质黑钨矿资源量达大型规模。第三阶段，负责执行“十三五”国家重点研发计划-南岭崇义—会昌矿集区三维综合探测与深部成矿预测课题，提出了华南东部中生代矿床成矿系列叠加成矿模式及成矿动力学模型：建立了“花岗岩类相关钨多金属成矿模式”，淘锡坑式钨矿、牛形坝式银金矿和岩背式锡矿等15个矿床式，建立了相应类型矿床的勘查标识体系，实施了深部成矿预测和勘查示范，效果显著。

 

图5 赵正研究员获奖证书

本次自然资源科学技术奖共授奖176项，其中一等奖27项，青年科技奖39项。

资源所获2023年度自然资源科学技术奖一等奖3项，青年...

从神秘的深海地质结构到珍贵的能源资源，科学家如何从几千米深的海底中获得这些信息？“梦想”号，这艘全球最先进的大洋钻探船将带领科学家探索地球深部的秘密。“梦想”号肩负多种作业需求，因此设计时便提出“小吨位、多功能、模块化”的理念。为了在同一艘船上同时实现大洋科学钻探、深海油气勘探和“可燃冰”勘查试采等多种功能，“梦想”号建造团队联合国际顶级油气钻机企业研制了全球首台兼具油气勘探和岩心钻取功能的液压举升钻机，国际上首次集成了4种钻探模式和3种取心方式。

4种钻探模式

“梦想”号的4种钻探模式分别是传统隔水管模式、“可燃冰”专用测试模式、传统无隔水管模式、无隔水管闭式循环模式。

传统隔水管模式：这种模式常用于海洋油气的开采。隔水管把海底和钻探船连接起来，可以通过钻井液的循环增加钻井的安全性和效率。简单来说，这种方式能确保钻井过程顺畅且有足够的保护措施，是海洋油气开采的“标配”。

水合物专用测试模式：天然气水合物是一种新型能源，经实践证明其开采过程安全环保可控。如使用传统隔水管进行试采，不仅显得过于笨重，成本也高。为此，“梦想”号专门设计了一种轻型隔水管系统，能减轻设备负担，降低钻探成本。

传统无隔水管模式：该模式下，钻杆直接暴露在海水中，并从海底往下钻探，适用于大洋钻探。在钻进海底的时候，需要加入特殊的泥浆（钻井液），起到冷却钻头、润滑钻具和带走钻出的岩屑等作用。虽然没有隔水管保护，但正是因为没有隔水管的负重，钻杆可以达到更大的深度（水深最高可达8000米），适合深海钻探任务。

无隔水管闭式循环模式：传统无隔水管模式下加入的泥浆一般会直接排到海里，既污染环境又增加成本。“梦想”号钻采系统中配置了专门的泥浆循环管线，通过水下泵将泥浆抽回到船上，通过过滤等处理，这些泥浆就能实现循环利用。这种模式既实践应用了绿色勘查的理念，又可以有效做到保护海洋环境。

三种取心方式

“梦想”号的3种取心模式分别是提钻取心、绳索取心、气举反循环取心，可实现不同地层和岩体持续钻进取心。

提钻取心：这是一种很直接的取心方法，把整根钻杆从钻孔中提出来，从而取出暂存在钻杆最底端的岩心。

绳索取心：通过一根钢丝绳从钻杆内取出岩心，不需要将整个钻杆拉出钻孔。它就像是一种“取巧”的方式，不但省力，还节省时间。虽然绳索取心有很多限制条件，操作稍显繁琐，但依然是较为适合较深钻深的取心操作。

气举反循环取心：在常规的钻探中，钻井液从钻杆内壁注入并从孔隙间返回海底，这叫正循环。而反循环则是，钻井液从孔隙进入并从钻杆返回。气举反循环是一种特殊的取心方式，通过往上部钻杆内注入空气，上部钻杆的液体混入空气后的密度变小，而下部液体密度不变，因为上部和下部液体存在的密度差，上部的液体会往上“举”，从而带动下部的钻井液和岩心被“吸”到地面。

“梦想”号的4种作业模式3种取心方式，就像打开通往地心秘密大门的钥匙，将为我们探索地球深部奥秘问题，寻找深海深地资源提供强大助力。

神奇钥匙：“梦想”号的钻探模式与取心技巧

近日，由中国地质科学院地质研究所（以下简称“地质所”）研发的“一种大比例尺剥蚀深度专题填图方法”获得国家发明专利。

侵入岩、变质岩和金属矿床通常形成于地下几公里至几十公里处，在后期构造及侵蚀作用下逐渐剥露至地表。矿床的保存主要取决于其上覆岩石的剥蚀强度，通过定量计算成矿带内已发现矿床及其它地质体的剥蚀量，可以对成矿带内矿床形成后的改造情况给予综合评价。研究地质体构造抬升和地表剥蚀的时间、过程和性质，可以对区域地质演化给予定量约束。国际上所开展的剥蚀深度（剥蚀量）填图范围都很大，通常是一个岛屿，甚至整个国家，因而形成的都是小比例尺图件，并且不是在标准的地质底图上成图，仅供观察大区域内的大致变化趋势，不具有更多的实用价值，也没有建立区域剥蚀深度填图规范。

 

针对以上问题，在地质调查项目和国家自然科学基金项目支持下，地质所陈文研究员领衔的同位素热年代学研究团队开展1:5万等大比例尺、带标准地质底图的剥蚀深度专题试点填图探索工作。由于剥蚀深度填图的特殊性，以往的常规地质填图方法已不再适用，其填图方法和图件表达都需要重新构建。研究团队充分调研并总结国际小比例尺热年代学填图的方法和经验，同时借鉴传统区域地质填图和区域化探填图的工作规范及技术路线，研究探索区域地质体剥蚀深度调查方法以及大比例尺区域剥蚀深度专题填图方法和图面表达方式。最终，研究团队不仅顺利完成了多幅专题试点填图工作，还在此基础上总结形成了“大比例尺剥蚀深度填图方法”。该方法已于近期获得国家发明专利授权。

该方法系统建立了1:5万等大比例尺的区域地质体剥蚀深度填图规则，主要创新点包括：创建研究区域的野外工作点位和工作路线的布点布线规则；创建适用于热年代学研究的野外观察和记录规则；创建野外采样规则；制定适用于热年代学研究的选矿规则；针对岩石经历的不同热演化温度阶段，采用与之温度范围相对应的热年代学研究方法获取基础数据；对Low-T Thermo软件进行改进用于热历史模拟分析和剥蚀量计算，提高了中-高温度段热历史模拟精度；以标准图幅区域地质图作为底图，在制成的图件中，地质体分布、构造、岩性等各项地质要素与相关比例尺的区域地质图完全对应；采用等值线表示剥蚀深度，直观地表达研究区内的剥蚀程度和剥蚀深度变化情况，等。

“一种大比例尺剥蚀深度专题填图方法”的建立突破了国内外剥蚀深度填图缺乏规范指导的技术难题，填补了大比例尺剥蚀深度专题填图空白。该项专利的获得，不仅代表着地质所的技术和理论创新，还为区域地质调查填图提供了新的思路和技术支持，为深入了解地质演化过程带来了新视角。利用新研发的方法开展区域剥蚀深度填图，精细刻画区域内不同部位剥蚀深度的差异，对指导区域矿产勘查勘探及找矿突破也具有实用价值。

 

 

 

地质所研发的大比例尺剥蚀深度专题填图方法获得国家...

近日，为更好地支撑西南地区生态文明建设和生态屏障建设，探索总结一套适用于西南山区的生态地质调查评价方法，中国地质调查局成都地质调查中心（以下简称“成都地调中心”）通过“大凉山区生态地质调查”和“长江上游水土流失区生态地质调查与综合评价”两轮地调项目，形成适用于西南山区的生态地质调查评价思路和方法。

项目主要取得以下认识和进展：一是提出了省市域或完整地理单元全域综合研究与评价（1∶25万~1∶50万）、以典型小流域、县域或者标准图幅为调查对象的重点调查（1∶5万）和典型地段生态地质交互带剖析（1∶2千~1∶1万）的三层次调查思路；二是提出了“背景分析、现状调查、机理剖析、动态监测和综合评价”五步式技术路线，并明确了各阶段的工作内容和技术手段；三是提出了“土壤地质单元”“生态地质脆弱性”等概念，探索了适用于生态地质调查的地质建造单元、成土母质单元和土壤地质单元的划分方案；四是在全国三级生态地质分区基础上，探索了西南山区典型地段四级生态地质分区方案；五是提取评价指标，探索了基于生态地质条件，并运用机器学习手段的生态地质脆弱性评价方法；六是探索了一套适用于西南山区的土壤地质图、生态地质剖面、生态地质图等生态地质系列图件的编制方法；七是入选了成都市科协首批专家服务团，即西南地区生态地质评价专家服务团。

相关成果由成都地调中心生态地质调查评价团队刘洪、欧阳渊、张景华等人发表于《Geological Journal》《Environmental Science and Pollution Research》《Geochemistry: Exploration, Environment, Analysis》《中国地质》《沉积与特提斯地质》《地球科学进展》《西北地质》《自然资源遥感》等知名期刊。

西南山区生态地质调查评价技术路线图

成都地调中心探索形成西南山区生态地质调查评价技术...

党的二十大报告提出，必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。近期召开的全国生态环境保护大会提出，以高品质生态环境支撑高品质发展，加快推进人与自然和谐共生的现代化。

如何实现人与自然和谐共生的现代化？在守护绿水青山的N种方式中，科技创新的力量最不可或缺。

为深入贯彻落实习近平生态文明思想，践行“山水林田湖草沙生命共同体”理念，近年来，国家地质实验测试中心充分发挥自身优势，立足于地学，针对矿山、农田、场地等水土污染与生态环境损毁，创建地球化学工程生态修复技术体系，建立一系列应用示范，取得了重要进展和成果。

以地学方案解决赣南稀土矿山生态问题

江西赣州是我国优势矿种离子吸附型稀土矿床的发源地，素有“稀土王国”之称。经历50余年的开发，赣南稀土矿山在为新中国建设立下汗马功劳的同时，对生态环境造成了破坏。

据了解，赣南稀土开采经历了池浸、堆浸、原地浸提全过程，具有稀土矿区生态问题的典型代表性。江西赣州离子型稀土矿集区位于“南岭丘陵山地带”，有多条重要水系的源头，生态破坏可能影响周边乃至华东、华中、华南地区，生态安全战略意义重大。

矿山生态修复是生态保护修复的重要内容。科研人员深刻地认识到，矿山生态修复绝不仅仅是复原受损地形、简单绿化，而是必须因地制宜、治标更治本。

以形成典型生态问题的绿色解决方案为目标，2012年以来，研究团队依托“全国矿山地质环境综合调查与评价（国家地质实验测试中心）”项目以及“矿区土壤生态功能恢复技术”课题，分别在世界离子型稀土矿首发地及开采地赣南足洞废弃矿山及定南岭北矿区进行调查评价、修复技术研发与应用示范。

针对离子型稀土矿开采后存在的典型生态问题，研究团队建立了障碍度评价模型，分析功能恢复障碍因子；研发了天然黏土矿物材料、复合生物炭材料、生物地毯材料、微生物菌剂材料等一系列土壤改良材料；提供了一套复配型保水保肥材料及三类分区植物配置模式；系统梳理总结了矿山生态修复经验技术，创新研发了稀土矿区土壤原位改良的“天然黏土矿物土壤重构-植被配置技术”“稀土矿区蓝莓修复技术”和“地球化学工程+生态袋柔性结构技术”等系列技术，形成了一套土壤改良、植被配置与土地增值开发为一体的综合修复技术；提出了适用于花岗岩发育区的废弃稀土矿山土壤-植被生态修复的地学综合解决方案。

研究团队2014年在足洞废弃稀土矿山原地浸矿场建立了废弃稀土矿山生态修复综合示范基地，长期进行修复技术应用和科学研究。2021年，研究团队在定南县岭北废弃稀土矿山堆浸场地开展植被复绿，以及中草药和经果林种植示范，植被覆盖度达到75%以上，经果林亩均收入超过3000元。目前，足洞废弃稀土矿山生态修复综合示范基地已成为自然资源部助力赣州乡村振兴的一个“示范窗口”。定南岭北矿区把矿山综合治理和生态循环农业相结合，打造了废弃矿山治理的定南样板，为我国南方离子型稀土矿区构建绿色种养循环农业提供了经验参考。

废弃稀土矿山修复前后对比图

“修复后，矿区水土流失率从85%降至10%，氨氮污染程度平均下降10%，土壤有机质含量提高21%以上，植被覆盖率提高90%。与传统修复方法相比，修复成本降低了30%至50%。修复后，矿区土壤肥力由最低肥力提高至中等肥力水平，示范基地种植的高附加值的经济作物蓝莓亩产1500斤，每亩经济收入约3.5万元至5.0万元。经多年跟踪检测，蓝莓果实中有害元素含量远低于国家标准，且富含有益人体健康的多种营养元素。”科研人员用数字证明，相关成果在实现生态效益的同时，为当地生态修复产业发展和乡村振兴带来了新希望。

对于下一步工作，科研人员表示，将开展不同类型稀土矿山生态修复技术攻关，建设南方离子型稀土矿生态修复示范区的“赣州样板”，进一步加强废弃稀土矿山增值利用技术在江西、广东、广西等地的推广应用。

以改良技术助力张北盐碱地增产增收

盐碱化被称为土地的“顽疾”。“春天白茫茫，夏天雨汪汪，十年九不收，糠菜半年粮”，一首民谣道出了盐碱地上种粮之难。我国盐碱地多，开发潜力大。破解盐碱地综合利用这个战略问题必须发挥科技创新的关键作用。

2020年至2022年，国家地质实验测试中心在北京市西城区政府对口帮扶县——张北县组织开展了700平方千米的生态地质调查，取得明显成效。调查发现，张北地处北方干旱半干旱气候区，区内年均降水量300毫米，年均蒸发量1850毫米，蒸发量是降水量的6倍左右，加之季节性河流的多次丰枯，快速交替，表层土壤的水盐迁移运动以上运行为主，使得浅层土壤中盐碱离子无法随水淋滤进入深层土壤而富集于地表，是区域土壤盐渍化形成的重要诱因。

针对张北地区土壤盐碱化特点，科研团队研究提出“根系微障-生物质炭”生态保护修复方案，在保水保肥、提高地力、“以肥代药”等方面效果显著。

改良耕地与周边盐渍化耕地对比

改良后作物

所谓“根系微障-生物质炭”生态保护修复方案，是研究团队运用2018年自主研发的在重金属污染稻田改善土壤微环境取得显著效果的“根系微地球化学障”技术理念，针对张北盐碱地高盐、高碱、有机质与养分含量较低、质地疏松等问题，研发具有高有机质含量、高比表面积等特征的生物炭-天然矿物复合材料，在播种时期随种子和种肥施入作物根系土壤，通过构建“微型屏障”有效降低土壤pH值、提升土壤肥力、限制盐分在土壤-作物系统中的迁移转化、为微生物扩展生存空间，实现盐碱地“重茬”问题低成本、高效治理。

据介绍，通过调查、研究和应用，实验测试中心与北京市西城区政府、河北省张北县人民政府和张北厚道养生盐碱地种植公司联合建立了张北盐碱地改良应用示范基地——生态修复示范基地，示范面积1100余亩，成功实现了盐碱土地改良。通过种植藜麦、甜菜、油莎豆等高附加值作物，产量产值均有明显提升，每亩增收均超过千元。张北县人民政府认为“系列成果为该县构筑现代农业体系、打赢脱贫攻坚战、推动乡村振兴战略实施等提供了强大助力。”2023年5月27日，河北省委书记、省人大常委会主任倪岳峰在该基地视察调研时强调，要进一步扩大盐碱地改造规模，提高盐碱地综合利用效率，把开展盐碱地综合利用摆上重要位置，充分发挥科技创新的关键作用，加大盐碱地改造提升力度。据了解，下一步，研究团队将在扩大张北地区盐碱地改造提升规模的同时，加大不同类型盐碱地改良和综合利用科技攻关力度，提出“品种-农艺-工程-产业”一体化盐碱地综合利用解决方案，为我国开展大面积盐碱地改造提供可借鉴的示范样板，服务国家粮食安全战略。

以初心和使命做美丽中国建设者

除了上述两处亮点，国家地质实验测试中心从20世纪90年代初即开始环境地球化学与生态保护修复研究，主持相关项目20余项，积累了丰富的经验。特别是在我国全面推进生态文明建设以来，国家地质实验测试中心承担了一系列有关生态环境修复的项目，开展生态修复技术研发与示范，并获得了令人瞩目的成绩：

——在江西德兴铜矿源头开展工作，将微生物技术应用到酸性矿山废水治理工作中，在保证处理效果的同时，考虑修复治理成本为企业增加收入，改善修复工艺，研发修复装置，取得了良好的效果；

——在江西赣州市，开展在产农田重金属污染修复工作，首创性提出“根系地球化学障”修复模式和技术，使稻米中镉去除率超过80%，显著降低修复参与人员的劳动强度和修复成本；

——在湖南湘潭，针对化工场地多重金属-有机污染物的复合污染土壤问题，提出了电动化-稳定化修复技术，为复合污染场地修复和复垦提供了经济高效的新型技术方法；

——在云南安宁，采用多层次植被搭配技术建立生态恢复示范区，实现矿山采空区植被快速恢复，实时监测生态参数，调整植被养护方案……

纤纤不绝林薄成，涓涓不止江河生。

随着一个个项目的实施、一项项新技术和材料的研发和应用，越来越多的成果从实验变成示范，把“白茫茫”变成“绿油油”，把满目疮痍变成绿意融融，把寸草不生变成姹紫嫣红。

“其实，除了我们的技术支撑，这些成绩的取得也来自各方的支持和配合。”研究团队成员举例说，2020年“全国矿山地质环境综合调查评价”项目野外工作任务重、时间紧，项目组临时党支部积极与当地党支部对接，通过党建活动建立了良好的互助合作关系。赣南地质调查大队（现更名为：江西省地质局第七地质大队）第一时间派出10余名专业技术人员支援项目开展野外调查、取样等工作，并提供样品存放和加工场地。在赣州红色热土工作期间，项目组成员在不断提升业务水平的同时，收获了更多的精神财富，秉持理想信念、坚守初心使命、敢于担当作为。

生态修复工作常常要面对恶劣的环境、艰苦的条件、棘手的问题，但当被问及如何面对与克服这些困难时，团队成员用朴素的话语道出了他们十足的信心和决心——“乐在其中，我们就是想把生态修复的文章写在祖国大地上。”

生态修复，非一日之功。期待，在新时代新征程上，他们继续以科技创新为笔，为建设美丽中国书写高质量发展的“绿色答卷”。

把生态修复文章写在祖国大地上

针对我国当前地下水勘查和监测中存在的常规分层勘查效率低、垂向探测不精细及水文地质参数不准确等问题，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心（以下简称“水环中心”）在借鉴和吸收国内外相关研究基础上，通过多年不断探索和改进，研发了具有完全自主知识产权的地下水分层勘查新技术。该技术结合一孔同径分层成井、含水层可控性封隔、单孔多层自动化监测等主要技术手段，形成了“分层成井—分层洗井—分层抽水—分层采样—分层监测”地下水分层精细勘查新模式，提高了水文地质勘探工作效率，达到精细刻画水文地质参数的目的，对科学评价合理开发地下水资源具有十分重要的意义,为科学研究、生产实践、行政管理等提供了重要技术支撑。

该技术优势特点包括：一是能够实现“一孔多层”勘探孔分层采样及实时监测，可自动高效获取精确水文地质参数；二是该技术施工成本低、占地面积小、维护费用低；三是在工程施工方面，相比于传统丛式水文地质孔或一孔多次变径钻孔，可提高工程效率至少50%。基于上述特点，该技术已广泛应用于我国多个省区的水文地质勘查、煤田水害精细勘查、锂钾矿分层刻画等领域，并受到专家学者一致好评。

创新研发历程和技术构成

作为水文地质调查重要的技术手段，水文地质钻孔发挥着重要作用，传统的水文地质钻孔不能满足水文地质精细化勘查要求。为实现水文地质精细化勘查，准确评价地下水资源量，并根据地方需求制定地下水合理开发方案，服务地方社会经济建设，水环中心依托水文地质调查项目，组建了以水文地质、钻探、监测仪器等多学科科研工作者为核心的研发团队，针对封隔成井、分段洗井、分层抽水和监测等方向开展重点攻关和示范，通过十多年的技术积累和迭代，形成一整套成熟完整的地下水分层勘查技术，研发了满足108-325毫米井径的系列化产品，包括封隔器、特种潜水泵、变频调流设备、井下监测设备、自动传输设备及数据抗干扰设备，可应用井深1000米以内的分层成井、分段洗井、分层抽水和分层观测等工作。

 

地下水分层勘查器具实物图

一是分层成井。在细颗粒地层或钻孔结构不稳定地层分层成井过程中，传统的多层水文地质钻孔易出现钻孔事故率高、砾料回填高度测量不准确、施工效率低等问题，研发封隔注浆分层成井技术，将成井工艺改进为钻进→下管→全孔填砾→洗井→封隔注浆分层止水，突破性地去除了“分层填砾和止水”这一钻孔事故高发阶段，使得分层成井更加简单安全，大幅降低钻孔分层成井事故率，适用于1000米以内多层水文地质钻孔分层成井。

二是分层洗井。针对传统洗井方法（活塞、空压机、潜水泵）对富水性极强的大厚度含水层洗井效果不彻底，获得水文地质参数不准确的问题，研发双封隔器分段振荡洗井技术，通过封隔器将钻孔某一含水层段进行封隔，并针对该目的层进行强力振荡洗井，使勘探孔含水层出水能力无限接近其真实值，可提高含水层富水性评价精度。

三是分层抽水。钻孔抽水试验是获取含水层水文地质参数重要的技术手段。针对传统分层抽水方法工序繁琐、成本高、分层数量有限及参数不准确等问题，开展新型分层抽水技术研究，在有效完成分层止水的钻（井）孔内，根据不同层位、不同厚度、不同深度的含水层，将上、下两个封隔器下至井内指定位置启封，从而将目的层段与两端非目的层段隔离，利用潜水泵或取样装置对目的层段进行抽水和采集水样，同时利用设置在目的层段上部、下部和中间的传感器持续测量对应层段地下水压力和温度变化，通过数据可视化装置进行观测和记录，进而获取目的层段相关水文地质参数。

四是分层监测。混合监测不能真实反映各含水层特性。分层监测技术可根据钻孔分层数量及改建要求，将分层勘探孔改建为连续多通道多层监测井或巢式监测井，实现分层水文地质参数动态长期实时监测。

 

 

地下水分层抽水技术示意图

 

分层监测技术示意图

成果转化应用

助力高精度水文地质调查。2014-2018年，地下水分层勘查技术支撑开展“黑河流域1:5万水文地质调查”国家地质调查项目，先后在黑河流域实施多层水文地质孔达40眼以上，最大分层数量为5层，均采用地下水分层勘查技术与设备进行分段振荡洗井、分层抽水试验和分层采样，获得了高精度的水文地质参数，深化了对区域水文地质条件的认识。一是为大厚度含水层非完整井水文地质参数计算方法及计算公式的厘定提供了基础；二是佐证了大厚度强富水含水层在洗井彻底情况下，单位涌水量随含水层厚度增加而增大的水文地质认识。

服务煤矿水害精细勘查。自2016年至今，地下水分层勘查技术先后应用于陕西长武亭南煤业、陕煤榆北煤业、彬长孟村矿业、黑龙江龙煤双鸭山矿业等矿区水文地质勘查，通过进行分层抽水试验和分层观测，对煤矿分层涌水量进行预测，为煤矿水害精细勘查提供了技术支持，有效保证了煤矿正常生产安全。

支撑新疆罗布泊钾盐矿资源评估。首次使用地下水分层勘查新技术对罗布泊钾盐矿卤水地区含水层进行分层抽水、取样和测试，在新疆罗布泊卤水地区实现区域盐矿精细调查，查明各个含水层的涌水量和盐量，为新疆罗布泊钾盐矿储量精确评估提供了强有力的技术支撑。

 

地下水分层精细勘查新模式助力高精度水文地质调查

青岛海洋地质研究所近日在天然气水合物开采研究方面取得新进展，揭示了水合物多井开采过程中产气规律和协同效应影响机制，为实现天然气水合物商业化开发提供了新思路。该成果发表在能源领域国际权威期刊Energy上。

天然气水合物多井开采条件下产气量显著提高，但是其影响规律和增产机理目前尚不清楚，制约了多井系统在水合物开发过程中的应用。针对上述问题，研究团队建立了适用于描述多井开采水合物的多场耦合模型，研究了水合物多井开采产能变化规律和储层响应特征，揭示了多井开采条件下协同效应和影响机理；基于数值模拟结果提出了协同效应指数，实现了协同效应对产能影响程度的定量评价。同时，该研究还探讨了井眼数目和位置对协同效应的影响，指出了压降叠加能够显著提高水合物分解程度进而实现增产效果。上述结论对于促进多井系统在水合物开发中的应用以及实现增产提效的目标具有重要意义。

该项研究由青岛海洋地质研究所、崂山实验室和加拿大滑铁卢大学研究团队共同完成。此外，上述研究还得到了国家自然科学基金、中国博士后基金、国家重点研发项目、崂山实验室“十四五”重大项目的支持。

 

天然气水合物多井开采协同效应及其控制机理 

 

青岛海洋所天然气水合物开采研究取得新进展

近日，中国地质调查局青岛海洋地质研究所在天然气水合物钻井过程地质风险防控方面研究取得新进展。研究揭示了水合物储层钻井液侵入过程中井周储层变形特性和井眼失稳机理，为水合物储层钻井过程中地质风险防控提供了新思路。该成果发表在油气领域国际权威期刊Energy(一区TOP，IF=8.857)。

天然气水合物储层具有埋藏浅、未成岩和弱胶结等特点，钻采过程中易于发生地质风险，严重制约天然气水合物安全高效开发。针对水合物储层钻井侵入过程引发水合物相变分解和井壁失稳的问题，研究团队建立了适用于描述水合物储层钻井液侵入过程的多场耦合模型，该模型能够准确刻画井周储层多物理场变化规律和井壁变形特征，揭示了钻井液侵入和水合物分解对井壁稳定性的影响机理；基于数值模拟结果，指出了钻井液侵入过程中会造成井周出现应力和应变的集中，导致井眼容易出现失稳破坏；同时井眼形状对于应力集中和井眼屈服区域影响较大。此外，考虑中间主应力的影响，基于三向应力建立适用于水合物储层的破坏准则并提出了失效系数，在判断风险区域的同时还能对特定区域风险程度进行定量评价。上述结论对于准确预测水合物储层钻井过程中井眼失稳风险具有重要意义。

该项研究由青岛海洋地质研究所、崂山实验室、中国石油大学（华东）和加拿大滑铁卢大学研究团队共同完成。 

 

  

水合物储层钻井过程及其控制机理

青岛海洋所天然气水合物储层钻井风险研究取得新进展