（一）自主成功研发深海浅软地层大口径水平井技术

深海浅软地层完成水平井建井

该成果由中国地质调查局广州海洋地质调查局牵头，中国地质调查局勘探技术研究所、中国石油集团海洋工程有限公司等单位共同参与完成。牵头完成人为叶建良、秦绪文、谢文卫、刘春生。其主要进展及创新：

1.创造了深海浅软未固结地层17-1/2″井眼造斜率＞15°/30米的世界造斜新纪录。研发了专用大直径高造斜钻具，创新软弱未固结地层的水平井定向钻进工艺，经过4个试验场累积12824米试验，在水深大于1200米的试采井现场施工中实现连续8个靶点高精度中靶，确保了井身轨迹精准穿越储层地质甜点。

2.首次采用开路钻完井技术钻开储层，大幅度拓宽了钻井液安全密度窗口，有效解决了未固结浅部地层易破裂等问题。综合优化利用施工平台双井架同时作业，实现浅软地层水平井安全高效建井。

3.创新研发了动力导向下套管技术，攻克浅软地层中高造斜率大直径套管下入难题。利用动力导向工具引导套管下入，大幅度降低管柱下入摩阻，减少粘附卡钻风险，避免新井眼的产生，创造深水浅软地层套管下入纪录。

4.研发全球领先的第四代“慧磁”高精度中靶系统，拓展了姿态测量模式，并提高了仪器的探测距离和测量精度，精准控制监测井与试采井间距，为实现储层精确监测提供了技术保障。

（二）干热岩高效控缝控震压裂和高温硬岩多靶点精准定向钻井技术取得突破

青海共和 GH-01 井压裂现场

该成果由青海共和盆地干热岩勘查与试采科技攻坚战指挥部牵头，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心等单位共同参与完成。牵头完成人为叶成明。其主要进展及创新：

1.自主攻关形成干热岩裂缝定向控制压裂技术，以裂缝系统净压力控制为关键手段，调整工艺和参数，研发应用超高温、长效封堵暂堵转向剂促使裂缝向高应力方位延伸，达到有效控制裂缝走向和延展距离的目的。

2.基本掌握干热岩压裂高效控震技术，建立多场耦合三维地质模型，评价诱发地震风险。采取填砂封堵敏感结构面、无级变速压裂缓停泵、中小排量连续泵注等工艺，减缓压裂诱发地震。实时获取诱发地震信息，动态评价诱发地震风险，指导压裂参数调整。

3.创新建立微地震-时频电磁高精度裂缝联合观测系统，实时获取微震响应和裂缝延展特征，形成了适合干热岩压裂微震监测的高精度微地震监测技术，支撑压裂工艺参数调整和诱发地震风险管控。

（三）新发现和厘定鲜水河木格措南全新世活动断层与色拉哈挤压阶区并有效服务重大工程规划论证（略）

 （四）智能滑坡监测预警系统研发与地质灾害隐患遥感识别技术取得突破并成功应用

滑坡仪-GNSS位移监测设备

该成果由中国地质调查局地质环境监测院、中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心、中国地质调查局地质力学研究所等单位共同参与完成。牵头完成人为邢丽霞、殷跃平。其主要进展及创新：

1.第Ⅰ代滑坡仪定型试制。融合应用新型微机电传感、北斗高精定位、天-地窄带物联、人工智能等多学科技术，突破低耗采集、变频监测、组网定位与多模通信等关键技术瓶颈，可靠性不断提升，达到95%优秀级；集成度大幅提高，实现多测项按需集成。

2.智能预警系统多级应用成效显著。系统实现“建设-运行-维护”全流程在线管理，并构建了“人机结合”决策模式与技术流程，初步实现人机综合研判。

3.“1+4”监测预警技术标准体系初步形成。构建1总4分技术标准体系，其中《地质灾害专群结合监测预警技术指南》《地质灾害监测数据通讯技术要求》已印发执行。

4.隐患识别方法体系初步建成。提出融合多源、遥感观测，涵盖形态、形变、形势的隐患识别技术方法，形成专题信息提取、隐患特征识别、野外核查验证的业务流程。

（五）深部地热系统成因理论及模式支撑找热取得新成效

“同源共生-壳幔生热-构造控热”成因模式示意图

该成果由中国地质调查局水文地质环境地质研究所、中国地质调查局地质科学院、中国地质调查局水文地质环境地质调查中心、中国地质调查局北京探矿工程研究所等单位共同参与完成。牵头完成人为王贵玲。其主要进展及创新：

1.建立了深部水热型和干热岩型地热资源系统的成因理论，从地热系统的角度阐释了两种类型地热资源的关联和差异，统一了地热找矿新思路。提出不同构造区水热与岩热相伴生的“同源共生-壳幔生热-构造聚热”的成因理论，进一步完善了地热资源研究的基础理论。

2.将深部地热系统划分为沉积盆地古潜山复合型、沉积盆地深坳陷层控型、断陷盆地地压型、陆陆碰撞板缘型、板缘俯冲带热控构造型、隆起山地深循环型以及近代火山型七种类型，为区域地热资源勘查开发提供了理论依据。

3.基于此理论，相继在雄安新区、东南沿海、江西宁都等地区实现找热突破。在雄安新区钻获华北迄今温度最高的地热井，在广东惠州钻获东南沿海迄今温度最高、流量最大的地热井，在江西宁都小布镇钻获了当地第一口可供商业开发的地热井。

（六）航磁超导全张量梯度测量系统研发成功

低温超导（左）和高温超导（右）航磁全张量梯度测量系统试飞团队

该成果由中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心、中国科学院空天信息创新研究院、吉林大学等单位共同参与完成。牵头完成人为刘浩军、郭华、郭子祺。其主要进展及创新：

1.对无磁杜瓦进行小型化、轻量化设计，并通过电磁屏蔽技术保证杜瓦低涡流噪声性能，提高系统稳定性。设计高、低温超导系统通用的读出电路和惯导系统匹配的主测控装置，实现了多通道SQUID测控系统工作点自动调节技术，以及八通道磁测数据和姿态数据的同步采集、存储和上传；设计并研制水滴形吊舱及配套吊缆，通过空气动力学、电磁兼容性等分析测试，解决水滴形吊舱研制和飞行姿态控制等关键技术问题。

2.高温超导测量系统采用全新探头结构设计，通过增加芯片基线距离，提高磁梯度灵敏度。

3.低温超导测量系统采用六棱台绝对对称结构设计，通过多芯片设计增加磁测数据冗余度，结合磁通变换器，提高磁测数据质量和稳定性。

（七）中国东部克拉通古陆核形成与大陆演化研究取得重大进展

该成果由中国地质调查局武汉地质调查中心、中国地质调查局成都地质调查中心、中国地质调查局南京地质调查中心、中国地质调查局天津地质调查中心、中国地质调查局地质研究所共同参与完成。牵头完成人为邓新。其主要进展及创新：

1.在黄陵古陆核发现扬子克拉通已知最古老的（29.5亿年）表壳岩系、华南最古老的（33亿年）TTG岩系，发现迄今扬子克拉通最古老的冥古宙（40亿年）继承锆石，在云南元江地区查明存在扬子克拉通南部最古老的（31~28亿年）结晶基底。

2.在胶北发现27亿年富钾花岗岩，指示该区太古宙地壳在27亿年时已完成由不成熟的TTG片麻岩向成熟的壳熔花岗岩转变，限定华北克拉通吕梁群的时代为新太古代（25亿年），改写了华北古元古代BIF成矿历史。

3.重塑了华南元古宙弧盆系演化格局，为深化认识显生宙战略性矿产区域成矿规律提供了基底构造信息。

4.深化了中国东部克拉通古陆核地壳演化的认识，为探索全球早期陆壳形成及其与板块构造体制的关系提供了新资料，相关成果发布后引起了地学界广泛关注，实现了基础地质理论创新。

（八）大陆碰撞成矿理论指导成功实施青藏高原首个3000米固体矿产科学深钻并揭露巨厚铜金矿体

甲玛矿区推-滑覆构造控矿体系

该成果由以中国地质调查局矿产资源研究所唐菊兴为首的科研团队牵头完成。其主要进展及创新：

1.在青藏高原甲玛矿区成功实施了固体矿产首个3000米科学深钻，精细揭示斑岩成矿系统结构，实现地质信息“透明化”，累计揭示584.36米铜钼（金、银）矿体，建立了完备的高原科学深钻施工工艺，也为构建3000米以浅的资源勘查和预测技术方法奠定了坚实基础。

2.创建了斑岩成矿系统“多中心复合”成矿作用模型，丰富和完善了碰撞造山成矿理论，并依此新发现则古朗北矿段的巨厚斑岩和矽卡岩矿体。在矿区深部及外围取得重大找矿突破，据最新估算成果，甲玛矿区累计探获资源量铜882.5万吨（Cu 0.7%以上 392.8万吨），钼85.6万吨，铅111万吨，锌63.8万吨，伴生金244吨，伴生银13000吨，当量铜1814.8万吨。

3.通过“产、学、研、用”技术理念以及科技成果转化，项目成果直接应用于矿山深部和外围找矿，并取得重大找矿突破。

（九）望谟生物群首次发现并揭示三叠纪早期海洋生命复苏与演化

望谟生物群化石类型

该成果由以中国地质调查局成都地质调查中心的周长勇、张启跃为首的科研团队牵头完成。其主要进展及创新：

1.在南盘江盆地首次发现早三叠世海洋生物化石群落，初步鉴定包括6门14纲，命名为“望谟生物群”。其丰富的化石门类展示出从初级消费者到顶级捕食者的复杂食物链，表明在早三叠世一个复杂的海洋生态系统已经形成，海洋生态系统恢复时间小于5百万年，是研究早三叠世海洋生态快速复苏机制的窗口。

2.填补了南盘江盆地早三叠世海生爬行动物演化空白，与之后的罗平生物群、兴义动物群、关岭生物群形成了华南三叠纪海洋生态演化的完整系列，对深入研究二叠纪末生物大灭绝后海洋生态系统复苏、辐射具有重大意义。

3.地方政府和相关部门高度重视望谟生物群化石保护和研究，已协调黄百铁路等基础建设改线避让以促进妥善保护化石产地。

（十）水平衡理论与北方生态水文演变研究取得新认识

坝上高原及察汗淖尔流域盐尘空间分布

该成果由中国地质调查局水文地质环境地质研究所、中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心、中国地质调查局地质环境监测院、中国地质调查局水文地质环境地质调查中心等单位共同参与完成。牵头完成人为石建省、吴爱民、聂振龙、张光辉。其主要进展及创新：

1.构建水平衡理论体系，提出水平衡区域控制、水平衡问题响应、水平衡危机预警等水平衡“红线”指标。从技术逻辑出发，对多尺度自然单元进行水平衡分析研究，提出水平衡关键要素发生重大变化的指标界限，再以行政逻辑为着眼点，按多级行政单元对技术型结论进行管控分配，形成在生态系统合理维持前提下，水平衡状态满足经济社会发展需求的可调节指标、范围和途径。

2. 提出了内蒙古高原萎缩型湖泊与青藏高原扩张型湖泊的水平衡模式，揭示内蒙古高原察汗淖尔、达里诺尔、岱海等湖泊萎缩的主要原因是干旱气候背景下地表水过度开发和地下水超采；查明了盐湖流域四湖水源构成，定量识别了冰川冻土融水及地下水补给量，精准预测了盐湖水位的溢出时间，实现了高寒湖泊水平衡分析理论方法创新。

3. 创建了西北干旱区地下水生态功能渐变-质变-灾变识别理论方法，揭示了西北干旱区地下水生态危机形成机制。

在数据驱动的背景下，我们已经进入了数字经济时代。据统计，2016年中国数字经济总量已占全国GDP总量的30.6%，数据之于本世纪就像石油之于20世纪，它是发展和改变的动力。如果将数据比作土壤，再加上标准管理、元数据管理、主数据管理等各种营养成分，可以培养滋润出丰富多彩的上层数据应用。地质大数据作为国家空间基础信息重要的部分，为满足不断扩展的应用需求，将数据资源管理模式提升为数据资产管理模式势在必行。

一、大数据与数据资产管理 

数据资产管理（DAM）是指规划、控制和提供数据及信息资产的一组业务职能，包括开发、执行和监督有关数据的计划、政策、方案、项目、流程、方法和程序，从而控制、保护、交付和提高数据资产的价值。数据资产管理是需要充分融合业务、技术和管理，确保数据资产的增值。

2013年，英国商务、创新和技能部发布《英国数据能力发展战略规划》，旨在使英国成为大数据分析的世界领跑者，并使公民和消费者、企业界和学术界、公共部门和私营部门均从中获益。该规划中数据能力主要包含三方面：人力资本、基础设施和数据资产。其中，数据资产主要体现在数据本身的丰富性、可用性和开放性等方面。同《美国大数据白皮书》一样，《英国数据能力发展战略规划》中也使用了data assets一词。

2014年，美国发布了《大数据：抓住机遇，保存价值》，即《美国大数据白皮书》。白皮书指出：“政府机构根据开放程度已将数据资产划分为三个种类：开放性、半开放性、非开放性，并且只能出版发行开放性密级的信息。”

美国联邦地理数据委员会（FGDC）地理空间数据生命周期管理架构

2015年7月，国务院出台了《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，鼓励企业利用电子商务平台的大数据资源，提升企业精准营销能力，激发市场消费需求。9月，国务院发布的《促进大数据发展行动纲要》指出，在全球信息化快速发展的大背景下，大数据已成为国家重要的基础性战略资源，正引领新一轮科技创新。数据资源一词出现在纲要正文中。

党的十九大报告提出要“推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”，进一步突出了大数据作为国家基础性战略性资源的重要地位，掌握丰富的高价值数据资源日益成为抢占未来发展主动权的前提和保障。

数据资产管理是一种新型的数据管理理念，其改变了“数据只是企业经营活动的副产品”的旧有观念，将数据作为“一种同货币或黄金一样的新型经济资产类别”来进行管理。

数据资产管理的核心是数据资产化，即将数据作为与实物资产、知识资产、人才资产一样的能为企业不断创造价值的核心资产，构建完善、统一的管控架构对其进行 管理，更好的应对大数据发展对企业运营带来的挑战。

大数据背景下，数据资产管理呈现出五大新特征：数据对象转为多源数据，形成了“数据湖”的概念；数据处理的底层架构快速向分布式系统迁移；组织过程扩展为业务部门为主角，IT部门执行，并衍生出兼具业务与技术能力的首席数据官即CDO岗位；管理手段趋于自动化和智能化；数据使用群体扩大，不仅包括企业决策人员、运维用户、业务管理人员、数据分析人员等内部用户，还包括数据科学家、数据应用专业企业等外部用户。

国外的组织和机构在数据管理方面有着丰富的经验。在地学领域，美国2014年发布了国家空间数据基础设施战略计划（2014-2016年）。

二、国内外数据资产管理与实践现状

国外的组织和机构在数据管理方面有着丰富的经验，形成了以国际数据管理协会（DAMA）、能力成熟度模型集成（CMMI）为首的几大流派；提出了数据资产管理的理论方法、技术思路以及相关软件系统，在金融、电信、商业领域较早开始数据资产管理的实践应用。在地学领域，美国2014年发布了国家空间数据基础设施战略计划（2014-2016年），截至目前通过4年实施，取得了显著成效。

我国的金融和电信等行业，较早开展了信息化和大数据工作，积累了一定的数据管理、治理乃至资产运营的经验，对促进国内数据资产管理的发展有着重要意义。中国信息通信研究院2017年、2018年分别发布了《数据资产管理实践白皮书》1.0和2.0，为中国地质调查局开展地质大数据资产管理工作提供基础参考框架与思路。

截至目前，中国电信、中国移动、建设银行、中国电网企业、中石化等行业大型企业开展了不同程度的大数据资产管理实践，形成了数据资产目录，搭建能力平台，研发数据资产管理工具及系列产品体系。中国建设银行于2013年全面启动数据资产管理，将原有的120多个系统，以及九大业务领域1700多个标准中的14000多张数据表、20多万数据字段，对照模型进行了梳理和规范，建成数据资产的统一管理和权威发布平台，目前已形成了包含4000多个实体、2万个属性的数据体系，基本上覆盖了各种基准数据，在全行系统内建立了统一的数据管控流程，实现了数据单点采集、多方共享，明确了数据不同节点的责任方，用元数据贯穿整个数据周期进行管理，同时也加强了数据安全和隐私的管理等。

三、美国地理空间数据资产管理方案

1. 目标

2010年美国管理和预算办公室（OMB）发布了OMB通告A的A-16号文补充指南。A-16号文（地学信息与相关空间活动的协调）是联邦政府促进地理空间数据协调使用、共享、传播和国家空间数据基础设施（NSDI）建设的基本政策文件。A-16号文明确了美国联邦地理数据委员会（FGDC）在实施地学信息与相关空间活动协调的角色和责任，A-16号文补充指南首次提出联邦政府在国家空间数据基础设施战略计划（NSDI）框架下，为协调联邦地理空间数据资产和投资更有效地支持国家优先事务和政府任务，启动组合管理，纳入国家空间数据资产组合管理体系进行跟踪、维护、扩展和调整数据资产和资源，在国家层面，通过统一的政策与标准、组织体系、管理体和公众参与等措施，消除数据鸿沟。

为完成A-16号文规定的任务，FGDC于2014年发布了国家空间数据基础设施战略计划（2014-2016）。该战略计划以全美国家级地学数据共享的角度，提出了三大战略目标，具体分解为9项任务、29个项目活动。三大战略目标分别为提升国家地学数据共享服务能力、确保联邦地理空间信息资源的责任明确和有效开发与管理、实现对全美地理空间信息界的领导。编制与实施国家地理空间数据资产管理计划任务，纳入确保联邦地理空间信息资源的责任明确和有效开发与管理的第二战略目标中，对地理空间投资的有效管理可以使得联邦机构及其合作伙伴控制成本、优化服务、减少重复投资、节省纳税人的钱，并推动联邦政府提高效率。OMB的A-16通告补充条款提出了对联邦地理空间投资和对国家地理空间数据资产（NGDA）管理实施组合管理的指导方针。组合管理方法将允许对数据专题和数据集的识别，满足政府和利益相关者的需求。FGDC也将提出政府开放数据政策的框架来将整个生命周期的信息作为资产来管理，以促进数据的互联互通与开放，保证系统和信息的安全。这一战略目标描述了联邦地理空间信息界将采取的用以落实组合管理的措施，以便更有效地规划地理空间数据收集工作，评估数据资产的状态，并尽量减少重复投资。推进国家地理空间数据资产NGDA的组合管理带来的好处如下：

——使得使用高级、可信和标准的国家地理空间数据集和服务更加方便，以及联邦行动和提供管理、访问地理空间资源更加透明；

——基础数据资产、高级的数据主题和数据集应该被列入NSDI组合管理；

——明确联邦在国家数据管理方面的角色和责任，包括数据与元数据的发布、研究OMB A-16通告补充条款中的组合管理、开放数据政策、地理空间平台、Data.gov和其他相关要求；

——落实和实施A-16通告中的组合实施计划，包括申报投资和确定投资要求；

——制定对A-16通告中数据主题和地理空间信息平台管理过程的监测和报告制度，包括对内容和技术标准的使用与扩散的推广和报告。

2. 联邦地理空间数据组合资产数据体系

FGDC提出了联邦地理空间组合资源（Federal Geospatial Portfolio）和联邦地理空间数据组合资产（Federal portfolio of geospatial assets）两个全新的概念。

联邦地理空间组合资源包括许多类别的多种资产，包括：非A-16号文规定的空间数据组合资产、基础设施、硬件、软件、人员、应用、服务和产品。联邦地理空间数据组合资产是登记在册的、可靠的、可访问的国家级数据集的体系。联邦地理空间数据组合资产包括不同层级的数据体系：

（1）国家地理空间数据资产组合（NGDA Portfolio）

国家地理空间数据资产组合是由多个国家级地理空间数据专题数据库（集）构成，每个专题数据库（集）由相关的国家地理空间数据集组成，能够入选国家级地理空间数据集多是数据量大且持续更新的国家级数据库。不是所有的数据集均可作为国家级地理空间数据资产进行管理，对于符合作为数据资产管理的数据集，须由国家级地学空间数据专题组提出建议，由FGDC协调小组同意并由FGDC指导委员会指定方可纳入。

（2）国家地理空间专题

一个NGDA专题（与“A-16主题”同义）是一个组织结构，在这个组织结构下多个相关的NGDA数据集在逻辑上作为一个单元进行分组和管理。国家地理空间数据专题确定的原则如下：

——原则1，专题是相关国家地理空间数据资产按应用专题的逻辑分组，用于满足普通公众的，容易被发现并且任何人都可以访问；

——原则2，专题的数据覆盖范围原则上需覆盖全国，数据的生产与管理能满足跨联邦机构或组织的应用需求；

——原则3，专题确立需有明确的立法授权、规定的法令或是核心空间参考数据集；

——原则4，专题的确立可促进多个相关数据集在联邦、州、市和地方政府、私营或非营利部门机构之间的凝聚力和协作开发、维护和深化；

——原则5，专题应侧重于选取对国家很重要的自然和人造数据资产数据集，例如境界线等。

（3）国家地理空间数据集

空间数据集将进行定期清点，如果符合要求则纳入并建议纳入国家地理空间数据资产组合管理（NGDA Portfolio）。NGDA专题领导和专题委员会负责空间数据集的清点。要获得FGDC指导委员会批准作为NGDA空间数据集，必须至少符合以下标准之一：

——数据集被多个机构或与州、市和地方政府等机构合作伙伴使用；

——应用于实现OMB所规定的总统优先事项；

——需要满足多个联邦机构的共享目标；

——法定授权明确要求；

为了确保NGDA数据集的质量和能被机构组织广泛应用的可用性，数据一定是：

——可发现，已发布和可获取；

——可靠性，由公认的国家管理机构维护；

——一致性，统一的代码、标准和相关定义，确保其完整性（包括符合适用的FGDC标准）；

——现势性和适用性，定期维护并满足当前需求；

——资源化，作为企业资产。

3. 联邦地理空间数据组合资产管理方案

NGDA管理计划支持建立A-16 NGDA组合资源管理流程（MP）的两个主要阶段——

（1）准备管理和报告框架

建立数据资产管理委员会、专题领导协调组、数据集管理团队；明确数据组合资产管理的目标任务，优选核心国家级地理空间数据集目录清单并在GeoPlatform共享平台发布元数据；建立在线的工作协调平台、数据集成熟度评估模板、年度专题报告模板、数据服务应用投资报告模板、组合资产管理报告模板等及相关软件工具；建立对地理空间投资定义与预算报告的代码。预计全面实施A-16 NGDA数据资产组合管理流程可能需要3到5个预算周期。

（2）执行数据资产组合管理

共分为评估、规划、报告和预算设置4个阶段实施：

评估包括对国家地理空间数据集的成熟度评估和国家地理空间专题的成熟度评估；

规划阶段包括创建国家地理空间战略专题规划、执行和维护数据集管理方、专题委员会等多方协调机制、管理与维护GeoPlatform共享平台中专题内容等；

报告阶段，分阶段分别提交国家地理空间数据集、主题和组合资产的年度进展与评估报告；

预算设置阶段，建立地理空间数据资产组合管理的预算安排流程。

（3）按NGDA数据集生命周期成熟度评估

FGDC制定了5个成熟度指标评估地理空间数据生命周期中的7个阶段。

根据用户需求将数据的生命周期划分为定义、清理与评估、获取、访问、维护、使用与评估、归档7个阶段。

每个阶段使用6个等级来评价，分别是：

0级：没有任何措施

数据集未开发或不能满足主要用户的项目或业务需求。没有考虑次要用户、其他的或合作伙伴（利益相关者）的应用需求。数据集目前不是权威数据，或者是权威数据集的一部分。没有采用数据生命周期管理的任何一个阶段进行管理。

1级：计划或建设初期

数据集在初始计划中且可部分满足主要用户的项目或业务需求。初步采用数据生命周期对数据进行管理。准备考虑次要用户、其他的或合作伙伴（利益相关者）的应用需求。数据集的开发建设还处于初期阶段。采用生命周期部分或有限阶段进行管理。

2级：过渡或转型阶段

数据集满足主要用户的业务需求，并可被次要用户适度使用。至少采用3个阶段的数据生命周期管理。可获得阶段性的资金、合作伙伴以及数据获取等相关的支持。采用生命周期有限的阶段进行管理实践。

3级：管理或可预测的阶段

数据集满足主要用户的大量业务需求，并被次要用户广泛使用。至少采用4个阶段的数据生命周期管理。采用恰当且一致性的数据生命周期进行管理实践。数据集在生命周期的不同阶段与业务需求变化紧密结合，整体成熟度随之变化。

4级：成熟或一致性阶段

数据集满足主要用户和大多数次要用户的所有业务需求。该数据集是主要用户和次要用户的权威数据资源。对未来的数据应用需求有着明确的规划和实施方案。数据集在生命周期所有阶段进行循环的支撑和审查。数据集完全按照生命周期全过程进行管理。

5级：优化或公认阶段

数据集几乎满足所有用户的所有业务需求。该数据集是主要用户和次要用户的权威数据资源。数据集完全按照生命周期全过程进行管理。主要用户和次要用户对数据资料未来的应用需求有着明确的规划和实施方案。

地质大数据资产管理实施策略

考虑到不断变化的业务需求，数据集生命周期成熟度评估是反复进行的过程，定期重新评估可反应出数据集成熟度的变化趋势。成熟度水平不会固定在一个等级水平，而是一个持续的变化过程，同时也表征了NGDA数据集如何满足不断变化的业务需求。

从2015年底完成的177个数据集的初始成熟度评估结果来看，大多数NGDAs已经取得了很高的成熟度，并且满足了为数据集建设时设定的业务需求。此外，大部分NGDA数据集正在积极更新和维护，并且正在进行定期补充、审核和更新。

数据集的成熟度评估提供了从数据生产到即时在线服务全流程数据内容的透明度和健康状况，并且通过评估可以明确需要生产哪些新的数据或者对哪些现有数据进行维护更新，从而进行有效的投资。

（4）目前的阶段性成果

截至目前，FGDC完成联邦地理空间数据组合资产管理计划（2014-2016）的任务，共确定了17个专题类别和176个NGDA数据集构成了国家地理空间数据资产组合（2017年度有1个被删除）；FGDC NGDA数据集网页提供完整列表（www.

fgdc.gov /ngda-reports/NGDA_Datasets.html），这些数据也共享在了GeoPlatform上。

2017年成立了一个跨机构团队，重新对2015年177个纳入NGDAs数据集成熟度评估结果进行分析。在GeoPlatform.gov共享平台上，提供了NGDA400余个正在进行数据集成熟度评估可视化展示列表与相关统计结果。无论是数据管理方、数据审核方还是用户，可以及时的掌握国家级地理空间数据集的相关进展。

四、地质大数据资产管理方案建议

1. 需求与目的

通过多年的数字化及数据库建设，自然资源部中国地质调查局积累了海量的多门类地学数据，包括水、土地、矿产、能源、森林、湿地、草地、海洋等资源，以及环境与基础地质等十余类专题数据库（数据集）。2017～2018年实施的地质云建设工程，将全局29个直属单位的200余个地质数据库（数据集）在地质云进行互联互通与共享服务。2016～2018年十大工程300多个项目又积累了海量的调查数据，数据涉及的专业多、类型复杂，除了支持地质调查业务流程运转之外，越来越多地应用于提升管理决策效率、实现价值挖掘和科研技术创新。如果不能构建形成核心数据库体系，对核心地质数据库进行有效梳理及精细化管理，建立动态更新及实时共享机制，其价值就得不到很好体现，严重影响数据价值发挥和高效服务。

大数据综合应用对数据管理和应用提出了更高要求：

一是需要创建地质大数据核心数据库体系。明确国家级地质大数据核心数据库的内容、更新维护责任、周期、技术流程，建立更新维护机制，保障数据更新维护工作的持续性、有效性、完整性和权威性。

二是需要创建统一的数据按生命周期进行管理的标准。数据采集、传输、存储、应用、共享、维护更新与归档统一标准，将有效避免数据混乱冲突、一数多源、多样多类等问题。统一标准是解决数据的关联能力，保障信息交互、数据流通、系统访问功能顺畅的必要前提。

三是明确数据更新周期。明确不同级别数据库中数据的采集、传输、存储、应用、共享、维护更新与归档等全生命周期及流程。

四是建立统筹数据管理。建立分布式数据中心数据管理协调机制和统一的数据管理渠道，将分散在不同单位、不同业务部门的数据需求、数据质量、数据应用等问题的统筹管理和解决，支撑数据服务对科研与管理动态需求的即时响应。

五是建立规范的数据治理流程和数据质量监控与评估措施，解决数据质量参差不齐、数据冗余、数据缺值、数据冲突等数据质量问题。

六是建立有效的数据安全管理机制，对内部数据、敏感信息、隐私信息、保密信息的访问建立有效控制，使其脱敏脱密合规。

七是建立数据价值或成熟度评估体系。评估数据生产、传输、管理维护、更新等投入的成本，与数据应用产生的社会效益与经济效益，及时剔除冗余数据，支撑相关数据库建设、管理与应用系统研发以及共享应用的相关投资决策。

2.地质大数据资产管理的定位与内容

（1）定位与实施策略

数据资产管理在大数据技术体系中，位于应用和底层平台中间。数据资产管理包括两个重要方面，一是数据资产管理的核心业务职能，二是确保这些业务职能落地实施的保障措施，包括组织架构、制度体系。数据资产管理在大数据应用体系中，处于承上启下的重要地位。对上支持以价值挖掘为导向的数据应用开发，对下依托大数据平台实现数据全生命周期的管理。

实施地质大数据资产管理，主要包括4个阶段：一是建立地质大数据资产管理的框架。二是开展数据审计，对数据资产进行识别和分级，形成地质大数据资产目录，并对现有的数据管理与共享应用现状进行评估，形成改进报告与投资建议；三是数据资产管理方案的实施，梳理优选形成国家级地质大数据核心数据资产目录，通过标准管理、元数据管理、数据质量管理等措施对数据进行治理，提升数据综合管理的整理能力。四是数据资产运营。数据资产管理是这四个阶段不断优化的循环过程。

（2）建立地质大数据资产管理的框架

开展数据资产管理的顶层框架设计，明确数据资产管理的总体目标、业务框架、数据标准和数据视图、数据清洗管理规范、绩效评价体系、整体推进规划以及相关的组织、人才保障机制等。

（3）数据审计

梳理不同单位创建和现在拥有的数据，建立数据资产目录；

梳理目前数据存储、分享、管理和共享应用的方式和途径；

评估当前数据管理政策以及数据生产、数据管理、共享应用中存在的不足，发现错误的数据使用、数据丢失情况和不可恢复的数据；

定性/定量明确主要用户及其他用户对数据的需求，包括数据过去对用户需求满意程度的分析；

提出改进数据管理、共享应用的方法和维护管理的预算投资。

（4）数据资产管理实施

参考国内外相关数据资产管理的相关成果，提出地质大数据资产管理实施主要包含7项管理内容和2个保障措施。7项管理内容指的是国家级地质大数据核心数据库体系、数据标准管理（数据模型管理）、元数据管理、数据质量管理、数据安全管理、数据治理与数据价值评估；2个保障措施包括组织架构和制度体系。

——国家级地质大数据核心数据库体系

在全局地质大数据资产目录的基础上，建立地质大数据库的评价指标和标准，按重要程度、价值高低进行分级处理，优选形成国家级地质大数据核心数据库体系，并将国家级核心数据库纳入数据资产进行管理。

国家级核心数据库是地质调查、国土空间规划、地质环境评价、矿产能源资源保障等领域需求的基础数据，能够被重复、共享应用于广泛的科研工作、跨越各个单位与部门，并能够在各个系统之间共享、高价值的基础数据，覆盖范围广、数据信息全面、数据质量高、是专题领域的权威数据等特点。为满足多级用户变化的需求，国家级核心数据库需要持续稳定地更新，用以支撑相关的科学研究与政府决策。

——数据标准管理

梳理并管理现有不同专题数据的建库标准（技术要求），包括数据的定义、数据模型、数据格式、比例尺、参考及引用的标准及公共代码等。基于数据模型与当前的系统应用模型，建立全局地质数据通用的数据模型库，将数据的生产与应用模型纳入到统一的语义框架下，即明确数据的首要的创建点，且单点创建多方共享，就是避免原来同一个数据多方采集，多头管理等导致的不一致的问题；同时也保证现有与未来应用系统模型的一致性与可维护性。

通过数据模型管理可以清楚地表达不同单位、不同专题各种应用之间的数据相关性，使不同部门的业务人员、应用开发人员和系统管理人员获得关于地质大数据核心数据的统一完整视图。

——元数据管理

元数据是描述数据的数据。元数据按用途不同分为核心数据库元数据、业务元数据。

核心数据库元数据：描述核心数据库采集、空间参考、格式、内容、管理与维护责任单位信息等，也包括数据生产、数据转换的描述与质量信息等内容。

业务元数据：描述数据不同应用系统中业务领域相关概念、关系和规则的数据；包括业务术语、信息分类、指标、统计口径等。

元数据管理的主要内容包括：建立地质大数据资产管理维护元数据标准；建设元数据管理工具；创建、采集、整合元数据；管理元数据存储库；分发和使用元数据。

——数据质量管理

数据质量管理是指运用相关技术来衡量、提高和确保数据质量的规划、实施与控制等一系列活动。内容主要包括：开发和提升数据质量意识；建立数据质量监控方案及技术要求；清洗和纠正数据质量缺陷；设计并研发数据质量管理工具；监控数据质量管理操作程序和绩效；确定与评估数据质量水平等。

——数据安全管理

数据安全管理是指对数据设定安全等级，保证其被适当地使用。通过数据安全管理，规划、开发和执行安全政策与措施，提供适当的身份以确认、授权、访问与审计等功能。数据安全管理主要内容包括：明确数据安全需求及监管要求；对涉密及业务敏感数据分级分类，定义数据安全强度，划分信息等级；定义数据安全策略；定义数据安全标准，定义数据安全控制及措施；管理数据访问视图与权限；监控用户身份认证和访问行为；部署数据安全防控系统或工具；审计数据安全等。

——数据治理

根据上述5个步骤提出的要求与规则，对现有的国家级地质大数据核心数据库进行清理与整合，建立地质大数据资源池，实现各个关联系统与数据资源池的数据同步，使得不同部门可以跨系统地使用来自权威数据源的一致、高质量的核心专业数据，降低成本和复杂度，从而支撑跨部门、跨系统数据融合应用。

——数据价值评估

数据价值管理是对数据内在价值的度量，可以从数据成本和数据应用价值两方面来开展。数据成本一般包括采集获取和存储的费用（人工费用、IT设备等直接费用和间接费用等）和运维费用（业务操作费、技术操作费等）。数据应用价值主要考虑数据资产的分类、使用频次、使用对象、使用效果和共享流通等因素。根据不同单位不同数据库的集成度水平与应用场景，计算或估算数据在不同应用场景下的收益及单位数据资产的总体价值。

（5）保障措施

数据资产管理是体系化非常强的工作，需要充分考虑企业内部IT系统、数据资源以及业务应用的开展现状，同时也要考虑围绕业务开展所设立的人员和组织机构的情况，在此基础上设计一套有针对性的数据资产管理组织架构、管理流程、管理机制和考核评估办法，通过管理的手段明确“责权利”以保障数据资产管理工作有序开展。保障措施包括组织架构和制度体系。

典型的组织架构主要由数据资产管理委员会、数据资产管理中心和各业务部门构成，还需要明确组织架构中不同角色相应的职责，让工作职责融入到日常的数据资产管理和使用工作中。

为保障活动实施和组织架构正常运转，需要建立一套覆盖数据引入、使用、开放等整个生产运营过程的数据管理规范，从制度上保障数据资产管理工作有据、可行、可控。

五、结论与建议

地质大数据资产是利用数据助力自然资源部中国地质调查局为国家生态文明建设服务的有效利器。地质大数据资产管理的水平某种程度上决定着自然资源的开发利用保护、资产估价和空间规划的发展进程与水平。因此，建议以目前中国地质调查局正在开展的地质云建设为契机，提高数据资产的意识，开展数据资产管理的顶层框架设计，尽快编制并实施地质大数据的资产管理方案，构建国家级地质大数据核心数据库体系，建立全局地质数据通用的数据模型库，创建统一的数据按生命周期进行管理的标准，对现有的国家级地质大数据核心数据库进行治理，建立统一数据模型的地质大数据资源池，使得不同部门可以跨系统地使用来自权威数据源的一致、高质量的地质大数据核心专业数据，从而支撑跨专业、跨部门、跨系统数据分析挖掘与融合应用，才能更好地为资源管理与环境评价提供坚实的数据支撑和服务。

编者按：作为自然资源的重要组成部分，矿产资源与山水林田湖草资源共同构筑起一幅多彩而珍贵的大自然画卷。在这幅地球馈赠的大自然画卷里，矿产资源不仅要有内在气质，还要有外在颜值，在有力支撑经济社会发展能源资源保障的同时，更注重绿色发展高质量发展的时代担当。对于地矿行业而言，开源是一方面，依靠科技创新和技术进步的“节流”，即矿产资源综合利用，也是不可或缺的另一方面——既提高了资源的利用效率和可持续性，又减少了尾矿排放及环境影响。

“既要金山银山也要绿水青山”。珍惜自然资源，珍惜矿产资源，方可守护好我们的绿水青山、金山银山。从“三位一体”的综合地质调查，到全国重要矿山“三率”综合调查与评价，新发展理念已在地矿领域落地生根，并贯穿于地质勘查、选矿富集、冶金提取、材料加工的整个矿产开发利用过程。作为专注于矿产资源综合利用的科研单位，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所多年来致力于矿产资源综合利用技术、装备的研发、推广，厚植工艺矿物学、难选冶金属矿产高效利用、非金属矿合理利用和二次资源循环利用等优势学科，在矿产资源综合利用及技术经济评价等方面走在了全国前列。

值此第49个世界地球日之际，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所干部职工围绕“珍惜自然资源 呵护美丽国土——讲好我们的地球故事”的主题，结合自身矿产资源综合利用工作的实际，从尾矿资源化利用、智能选矿技术研发、矿山地质环境保护、固体废弃物的处置、综合地质调查等方面进行了研究梳理、总结提炼，形成了多篇实用且具有科普价值的文章，现精选一部分，以飨读者，敬请垂注！

不可或缺的矿产资源综合利用

张艳娇 刘红召

矿产资源综合利用目前已作为国策贯穿于地质勘查、选矿富集、冶金提取、材料加工整个资源开发利用过程，强调在开采利用矿床中主要矿产资源的同时关注共生、伴生矿产资源的利用效率。我国已探明的矿产储量中共、伴生矿占很大比例，全国25%的铁矿、40%的金矿、80%的有色金属矿及大多数煤矿都有共、伴生矿产。开展综合利用工作，既提高了资源的利用效率和可持续性，又减少了尾矿排放及环境影响。对部分资源而言，综合利用工作至关重要、不可或缺。

山东石榴石矿选矿厂改造

自然界中有部分元素，在地壳中含量很低，大都呈分散状态，很难形成独立的经济矿床。有独立矿物的，可以选矿富集目的矿物再冶金提取。没有独立矿物的，就只能选出其载体矿物再分离提取。这其中，如果载体矿物恰好是该矿床的主矿产，伴生组分可以随着主矿产的选矿富集而富集，其选矿回收成本最低，回收率相对也较高，在冶金提取主金属时作为副产品回收；如果载体矿物不是矿床的主矿产，但也能选矿富集，则伴生组分就可以回收，但需要论证经济可行性。还有一种情况，伴生有用组分分散在脉石矿物中，无法选矿富集，直接冶金加工成本昂贵，目前综合利用的可能性就很小。

以金属铼为例，它具有高熔点、高硬度、抗蠕变性、抗腐蚀性以及良好的塑性，广泛应用于热电偶、金属涂层和电子工业。用于制造航空发动机涡轮叶片和发动机喷管，是其他金属不能替代的。此外铂-铼催化剂在石油催化裂化重整过程中极为重要。铼是自然界储量最少的金属之一，在地壳中丰度大约为10－9。世界上已探明铼储量2500吨，基础储量近10000吨，我国铼的保有储量237吨。铼没有具有开采价值的独立矿物，主要以类质同象形式分布在辉钼矿和斑铜矿中。开采利用钼矿床和铜矿床时，辉钼矿和斑铜矿的选矿提纯过程也就是铼的选矿富集过程。辉钼矿选矿中钼要富集数百倍，往往在钼精矿中才会检测分析铼的含量。铼随辉钼矿或斑铜矿进入精矿产品后，由于铼氧化物极易升华，在钼精矿焙烧和铜的冶炼过程中，铼与钼或铜分离进入烟灰和废酸，再通过离子交换或者萃取的方式从烟气淋洗液和废酸中提取。我国著名的钼产业基地栾川及金堆城，其选矿产品钼精矿中每吨均含有几十克铼，但长期没有合适的回收技术而无法综合利用。2015年，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所研究成功从钼冶炼的烟气淋洗液中回收铼的工艺，在栾川钼业公司与金堆城钼业公司推广应用，从而使宝贵的铼资源能够在这两家企业回收利用，并由此给企业带来了可观的经济效益。

共伴生矿产同主矿产资源一样，都是大自然赐予人类的礼物。开展综合利用便是我们接受并珍惜这份分量虽小但极其宝贵的礼物。

合理处置被放错位置的资源

吕振福

联合国环境规划署定义自然资源为“在一定的时间、地点条件下，能够产生经济价值，以提高人类当前和未来福利的自然环境因素和条件。”自然资源通常包括矿产资源、土地资源、水资源、气候资源与生物资源等。作为自然资源的一部分，矿产资源是人类赖以生存的重要基础，是国民经济健康发展的物质保障。矿产资源产业是基础产业，对国民经济发展起到了重要支撑作用，同时不可避免地会产生矿业固体废弃物。如何正确认识和合理处理这些被放错位置的资源？

矿业固体废弃物通常包括废石和尾矿。废石主要指采矿环节采出的、低于工业品位且未能进入选矿等后续作业的固体物料。尾矿是选矿分选作业的产物之一，是入选物料富集得到精矿和中矿后的固体废弃物。尾矿包括物理选矿产生的固体废弃物，也包括堆浸工艺、全泥氰化工艺提取金、铜等金属后产生的固体废弃物。

尾矿和废石的排放水平与矿产资源共伴生矿多、品位低的特征分不开。平均入选原矿品位在一定程度上决定了废石和尾矿排放水平。原矿品位低、剥离的废石品位更低，使得矿山废石量巨大。中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所“全国重要矿山‘三率’综合调查与评价”项目对2011-2015年全国代表性矿山的废石、尾矿产生情况大数据进行了系统研究，结果表明：一方面我国经济社会发展对矿产资源的需求巨大，另一方面我国矿产资源具有富矿少、贫矿多，独立矿产少、共伴生资源多的特点；我国不仅矿产品产量居于世界第一位，在生产矿产品的同时，排出矿业固体废弃物也非常之巨量。

废石与尾矿都具有潜在的资源属性。随着技术进步、经济发展，越来越多的废石和尾矿被用于采矿采空区充填、直接用作建材或者用于生产建筑材料。采矿废石、选矿尾矿的综合利用具有越来越好的前景。根据“三率”调查统计，我国20种典型矿产矿山当年排放的废石中有17.77%被消耗利用，当年排放的尾矿中有18.97%被消耗利用。

2015~2017年，“22种重要矿产资源节约与综合利用调查”项目通过开展1300座尾矿库取样、分析测试，在其中的210座尾矿库中发现具有综合回收潜力的有价组分。如果对这些组分加以回收利用，潜在经济价值达349亿元。

上述发现的具有综合回收价值的尾矿多为上世纪五六十年代排放的有色金属尾矿，说明技术的时空特征和尾矿的二次资源特征。从二次资源的角度考虑，合理处置和保护固体废弃物更加重要。

废石与尾矿都具有环境扰动属性。废石和尾矿处置不仅占用土地，而且可能产生有机和无机污染物，并通过土壤、水体、空气和生物链传导。从技术上讲，当前技术经济发展水平条件下排放的废石和尾矿，不可能实现100%再利用。相比较而言，妥善处置可能比试图利用更加迫切。因为矿山废石和尾矿引发的环境问题必须认真面对和妥善解决，同时如果处置和保护得好，在若干年之后废石还有可能成为资源。

我国尾矿、废石要加强减量化、无害化和资源化工作，需要加强尾矿和废石的分类处置、有效保护、合理利用的标准化工作和技术创新。通过技术经济、环境效应和资源属性三位一体的综合评价方式来确定废石和尾矿是选择利用，还是选择处置和保护。通过不断加强技术创新，提高矿产资源开采回采率、选矿回收率和综合利用率，促进废石和尾矿的源头减量化。

矿石分拣机器人助推选矿技术智能化

彭团儿 郭珍旭 陈明文 张继民 贾宇航

矿石分拣机器人——智能光电拣选机是可以代替人工手选分拣矿石的智能化自动执行工作的机器装置，是集光、电、气、机为一体的具有感知、分析、推理、决策和控制功能的新型高端智能装备。它利用矿石表面特征、导电性、磁性、放射性及矿石对射线的吸收和反射能力等物理特性差异，借助各种探测仪器和执行机构实现矿石中有用矿物和废石分选。矿石分拣机器人可以拓展分拣物料的品种、粒度范围，提高分拣速度和精度，改善劳动条件。

我国从上世纪60年代开始研制矿石拣选设备，70年代到80年代有了较大进展，但拣选理论和装备技术的发展远远落后于重磁电浮等传统选别技术，只停留在小试和工业试验阶段；90年代后期，光电选别装备——色选机在大米、杂粮等粮食加工领域快速发展，国内制造企业开始半学习模仿半自主开发色选机；从2000年开始，进口设备的市场份额大幅减少，国产光电色选机技术快速发展，色选机的规格、功能越来越丰富，多通道选别、二次复选、双面镜头检出、特殊波长光源等技术逐渐成熟；2012年后，随着矿石拣选预处理技术、高精度快速分拣、大颗粒拣选、规模化处理等行业瓶颈技术的突破，智能光电色选机逐步在非金属矿领域逐步推广应用。

滑道式智能光电拣选试验机

履带式智能光电拣选试验机

智能拣选机工作原理及结构组成

各种智能拣选机的组成都基本相同，主要由给料系统、照射及探测系统、信息处理系统和拣选执行系统四大功能部件组成。智能光电拣选机工作时，被选物料从顶部的料斗进入机器，通过振动器装置的振动，被选物料沿通道下滑，加速下落进入分选室内的检测识别区域，并从传感器和背景板间穿过。传感器将获得图像及数据信息经信息系统处理得出矿块品位或特征量化数据，做出决策输出信号，驱动机械打板或电磁阀工作分拣出目标颗粒至接料斗的废料腔内，而好的被选物料继续下落至接料斗成品腔内，从而达到选别的目的。

给矿系统由料槽、给料机、滑槽、输送带等组成，使矿块呈单层、单列、多列均匀地给到机器的照射和探测系统。一般采用多级给矿，第一级控制给料量，第二、三级使矿石排队，矿块呈单层稳定离散状态，且矿块间拉开一定的距离。探测系统则通过敏感元件测定不同矿物的光学、磁学、电学或放射性环境下吸收、散射或反射特征参数作为选别依据。信息处理系统主要任务是对来自检测系统的矿块射线活度和光电信号经放大、降噪、整形、分析、转换后得出矿块品位或特征量化数据，与预定值比较后进入主控单元，做出决策，确定是否给执行机构发出命令。执行机构主要有机械挡板或高压气流两种，根据信息处理系统的命令通过使目标矿粒偏离正常运动轨迹，实现拣选分离。

智能拣选机分类

根据检测系统中矿物与不同波长电磁波作用吸收、散射或反射特征差异，拣选方法可以分为放射性分选法、中子吸收法、荧光法、X射线吸收法、紫外荧光法、光电法、红外法等。在各种拣选方法中，应用较多的主要是光电分选和X射线分选。根据X射线照射矿石后的不同特征反应，X射线分选法分为X射线荧光法、X射线激光法、X射线反射法、X射线吸收法等。光电法主要通过高分辨率传感器，在可见光条件下对原料进行颜色识别并剔除，从而实现分选。目前国内成熟的光电拣选机主要包括滑道式和履带式两种。

滑道式拣选机利用斜槽滑道导矿，矿石在沿滑板平面下落完成检测和分离过程，适用于形状规则性的物料，不易翻转、干燥的块矿，具有结构简单、紧凑实用的特点。履带色选机使用皮带对矿石进行加速，使其稳定通过照射检测区域，具有给料平稳、输送物料种类多、色选精度高、破损小、产量高、带出比小、对物料的损伤相对轻微、破损小等特点，并且速度可控，产量可调整，可以具体根据客户的生产实际进行设计，但造价相对比较高。

智能光电拣选实验室

中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所依托原国土资源部公益性行业科研专项——《基于CCD技术智能光电拣选装备及矿石分选工艺研究》项目，建立了0.5吨/小时~2吨/小时规模智能光电拣选实验室，分拣矿石适宜粒度范围为2~25毫米，适用于钾长石、石英、滑石、硅灰石、方解石、蛭石等非金属矿分拣。项目采用智能光电拣选工艺与传统选矿工艺相结合，研发出光电拣选原矿预处理技术、中粗粒预选抛尾与湿法磨矿磁选精选联合选矿、花岗伟晶岩分质分类差异化分选、光电拣选与干法磨矿联合制粉等绿色节能选矿技术，对河南嵩县、方城、栾川，山西运城，内蒙古察右后旗、乌兰察布市等地钾长石矿进行拣选试验。

根据项目研究成果，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所在所属原国土资源部矿产综合利用野外试验基地建设5~8吨/小时规模工业试验生产线，目前已投入使用。核心设备LS1200双层智能光电拣选机具备二次复选功能，单台机器即可完成尾矿扫选或精矿精选，实现预选抛尾或直接获得合格颗粒精矿。工业化智能光电拣选机检测识别系统采用云技术相机，深度识别微小而精细的杂质，实现高清扫描、精准识别及高速运算，高速动态捕捉并实时分析显示物料，真正实现分拣目标实时可视化。执行机构采用专用新型高频电磁阀，超低耗气量，实现最优带出比，超高打击精度，拥有完美的自修复系统，维护成本低，使用寿命100亿次以上。光源系统采用高性能LED光学系统设计、光控技术，免维护，降低能耗35%。

智能光电技术在典型矿种分选中的应用

河南方城某风化花岗岩钾长石矿主要类型为斑状二长花岗岩和中粗粒花岗岩；主要矿物为斜长石、微斜长石、石英；杂质矿物主要为磁铁矿、黑云母。其中，高品位长石呈肉红色，致密块状，部分白色石英呈大颗粒分布在钾长石矿石中，造成矿石总体长石含量低，产品附加值低。为获得高附加值钾长石，传统选矿方法采用磨矿后在酸性或中性环境下浮选分离长石石英，磨矿能耗高，浮选废水造成一定环境污染。根据长石石英颜色差异及解离粒度，采用智能光电拣选对5~15毫米粒级原矿进行分拣，原矿K2O含量6.3%，Na2O含量3.1%，分拣后获得颗粒长石精矿K2O含量9.7%，Na2O含量3.7%，精矿产率53.6%，回收率82.7%。通过拣选工艺实现粗颗粒长石石英分离，提高湿法制备钾长石粉原矿品质，降低废石入磨量，实现中低品位钾长石高值化利用。

5~8 t/h智能光电拣选工业试验生产线

河南嵩县某低品位石英脉型金矿属脉幅窄、贫化率高的矿脉，由于金与黄铁矿呈密切伴生关系，根据判定矿石黄铁矿与脉石矿物颜色和晶体形态差异，采用光电分选技术对不均匀成矿矿脉、均匀成矿矿脉的边界与围岩进行处理，使低于工业品位的低品位金矿通过预选抛废可以经济利用，预选抛尾产率37.37%，尾矿金属量损失率10.18%。该技术可部分取代效率低而成本高的选择性开采方法，提高采矿效率，提高资源利用率。

自20世纪70年代以来，计算机技术、信息技术、自动化技术与传统制造技术迅猛发展，形成了先进制造技术，促进拣选装备技术向精密化、自动化、智能化、图形化、可视化、集成化快速发展，智能拣选逐渐成为科研院所关注和研究的焦点。以人工智能为代表的智能拣选装备技术作为一种低成本、环保高效的分选工艺，有望成为继重选、浮选、电选、磁选之后又一重要的工业化选矿方法，并在有色、黑色、稀有、放射性、贵金属元素的矿石以及非金属矿领域得到广泛应用。建立和发展完善的低品位矿石拣选资源化利用知识体系已经成为选矿行业发展的主要攻关方向之一。

(该研究为原国土资源部公益性行业科研专项——《基于CCD技术智能拣选装备及矿石分选技术研究》)

综合地质调查谱地质新篇

马亚梦 谭秀民 赵恒勤

当前，我国矿产资源供需矛盾日益突出。因此，要加大勘查力度，实施找矿突破战略行动。随着矿产资源全球化配置，需要统筹协调的问题逐渐增多，单一传统的资源调查方式已不能适应当今的新时代、大格局。在此大背景下，助推单一资源调查向地质资源潜力、技术经济条件、地质环境影响“三位一体”综合地质调查转变，形成资源环境综合评价及勘查开发布局对策建议显得尤为重要。

何为“三位一体”

“三位一体”的综合地质调查是秉承“绿色矿业”的理念，以问题和需求为导向，按照“综合部署、科技引领”的原则，进行的逐层深入研究。其基本研究内容是以资源基地为研究对象，全面梳理资源基地资源、环境、技术经济相关数据及研究成果，在资源条件调查与潜力评价、地质环境条件调查与影响评价、技术经济调查评价的基础上开展的综合评价。

相较于以往着重于地质找矿的单一传统的资源调查方式，“三位一体”的综合地质调查更加突出成果的集成，在推进实施过程中需要遵循自然规律与经济规律，统筹部署好相关工作，完成新发现大型资源潜力基地从资源基地到适应经济新常态的产业基地的转变，其主要包括：

地质资源潜力——注重矿集区各类地质勘查资料的收集整理、二次开发和综合分析，注重矿集区找矿预测研究，总结成矿地质背景、成矿规律和控矿因素，开展重点区域靶区优选、野外查证、成矿预测工作。

地质环境影响——调查评价矿山地质环境现状，着重分析评价地质环境容量，预测矿产资源开发对环境造成的影响及危害；探索矿产资源开发地质环境影响变化机制及防控技术创新，提出矿产资源绿色开发地质环境防治的对策建议。

技术经济条件——注重资源的综合开发技术研究，提高矿产资源综合利用水平；评估矿集区资源开发利用的前景，对资源开发的经济效益、社会效益、环境效益等做出科学评价和预测，推进当地资源开发的资源-经济-环境的协调发展。

怎样“勘查开发”

党的十九大报告中指出，“人与自然是生命共同体，人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然”，“为把我国建设成为富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国而奋斗”，这为我们矿产资源勘查开发工作指明了方向。

现阶段，制约我国矿业经济发展的因素主要有以下几个方面：自然条件严酷，基础设施落后；矿产资源勘查投入不足，勘查程度普遍较低；矿产选冶加工技术研究滞后。因此，在资源环境综合评价的基础上，提出科学的资源勘查开发布局对策建议，不断提高地质工作服务经济社会发展的主动性和能动性，有助于将找到的矿产资源合理、有序、高效、集约、生态地开发出来。其主要内容是：依据矿集区成矿规律与成矿预测，结合国家和区域相关产业政策，划分矿集区勘查、开发基本区块；理论与实际相结合，构建资源勘查开发布局评价指标体系；建立评价标准，评价勘查、开发各区块的优劣度，提出适宜、科学的勘查开发布局对策建议。

划分勘查开发区块——根据勘查区和开发区划分的依据，划分矿集区勘查、开发基本区块。勘查区的划分依据包括：不存在法律和其他禁止勘查的情况；矿集区成矿规律与成矿预测最新成果，包括矿床、矿点、矿化点及异常分布，找矿靶区分布等；整装勘查区勘查规划划定的预查普查区；矿产资源规划划定的重点勘查区。开发布局划分的依据包括：不存在法律和其他禁止开发的情况；区内存在已探明并具有一定资源储量规模的矿床；区内有一定的基础设施条件，区域范围有一定的工业基础；矿产资源规划划定的矿产资源开采区域。

构建评价指标体系——评价的基本框架和指标体系的主体构成具有共同性和通用性，主要依据《矿产资源基地综合地质调查技术要求》中的矿产资源基地综合地质调查评价指标。此外，评价指标体系也应遵循因地制宜的原则，有关评价内容需要根据评价对象所处的经济地理和社会环境的不同而有所区别。也就是说，我国东、中部的矿产资源基地和西部矿产资源基地，在布局评价的指标设计上应该有所不同。

勘查开发布局评价——主要包括评价指标的权重确定，评价指标的评分标准，评价指标的计算等。评价指标权重一般采用层次分析法来确定，把复杂事情分成若干有序层次，确定每一层次中各元素的相对重要性次序的权重；通过对各层次的分析，进而导出对整个问题的分析，即总排序权重。评价标准是指各级评价指标评价值的判别标准，起着一把尺子的作用，一个评价指标处于什么状态，用这把“尺子”去衡量，就可以清楚这个指标的状态是好还是坏。

规划布局对策建议——根据区块评价的结果，借鉴国内外已有大型矿产资源基地的开发经验和管理措施，提出适宜的矿产资源基地勘查开发工作布局、资源规划、资源管理的政策建议。唤起全社会资源忧患意识，加强地质矿产勘查工作，实行开源与节流并重、开发与保护并重的方针，依靠科技进步，提高矿产资源勘查、开发利用水平，加强矿业规划管理，促进矿业经济可持续发展，为社会主义现代化强国建设提供安全、稳定、经济、可靠的资源保障。

蕴藏在尾矿中的宝藏

王威

尾矿具有环境危害性和资源性的双重属性。近年来，尾矿的资源属性受到我国各级政府和生产企业的高度重视，尾矿资源化的发展趋势日益清晰，尾矿综合利用将是21世纪矿产综合利用范围最广、潜力最大的领域。因此，从国内尾矿资源的实际出发，开展系统调查评价，厘清尾矿利用、保护和处置的边界和先后次序，提出规模化消纳、资源化利用、无害化处置总体解决方案，实现尾矿资源化利用的同时，最大限度地消除其对周边环境的威胁，有着十分重要的经济效益和社会意义。

尾矿是矿石经粉碎、选冶形成精矿后的剩余部分。我国尾矿来源按行业划分主要包括黑色金属尾矿、有色金属尾矿、稀贵金属尾矿和非金属矿尾矿。

根据《中国矿产资源节约与综合利用报告（2016）》，截至2015年度11月底，我国在用或者未治理尾矿库有9565处，尾矿累计量超过200亿吨，占地约100万亩。矿石空场填充是尾矿利用的重要方式，占尾矿利用总量的53%，金矿石、铜矿山的尾矿及其他有色和稀贵金属矿山、铁矿山是尾矿充填利用的主要方向，分别占尾矿利用总量的18%、23.6%和11.4%。

虽然我国尾矿综合利用起步较晚，但由于各级政府和生产企业的高度重视，我国矿产资源综合利用及矿山环境治理已经快速起步并取得了很大成绩，但还需进一步加强尾矿资源化利用领域研究，提高有价组分综合利用水平，丰富尾矿资源化利用的方法途径，实现尾矿利用由“削足适履”到“量体裁衣”的转变。

中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所在地质调查项目支持下，开展铜、铅、锌、钼、金和萤石矿山尾矿调查评价，完成了1300个尾矿库的调查，形成了尾矿综合利用特征大数据，同时，发现了一批稀有稀散组分高的尾矿。栾川地区尾矿库中赋存高于工业品位的钨金属量>5万吨（估算），达到大型规模；在其他尾矿库中还发现了高于或接近工业品位的金1.1316吨，银114.3604吨，钴3581.4吨，铅36.152万吨，锌21.294万吨，萤石26.685吨（估算）。筛选其中42个尾矿库尾矿进行综合利用技术研发和评价，发现有38个尾矿库尾矿综合利用技术经济合理，这说明尾矿资源化具有广阔的前景。

铁尾矿、铜尾矿和黄金尾矿分别占我国尾矿的51%、19%和13%，是我国主要的尾矿类型。铁尾矿的综合利用主要体现在铁矿物的回收利用、用作建材原料、用做土壤改良剂和微量元素肥料、进行生态恢复等。铜尾矿综合利用主要有铜尾矿再选、用于矿井充填或复垦土地、用于生产建筑材料等。金尾矿的综合利用主要体现在有价元素的综合回收、生产各种建筑材料、井下充填、复垦造田等。

由于我国前期选矿技术水平的制约和“单打一、重主轻副”的思想等多种原因，我国尾矿中不仅含有可提取的金属组分，而且存有大量可用的以硅酸盐矿物、碳酸盐矿物为主甚至可直接提取的非金属组分，是我国矿产资源的新的宝藏。

开展典型尾矿资源综合利用技术研究和推广尾矿资源产业化利用技术研究与推广，不但可使原来资源枯竭或资源不足的矿山焕发青春，而且还能够重新成为新的资源基地，以开辟新的材料科技领域，推动科技进步，同时也可以解决环境污染、改善生态环境，具有巨大社会效益、经济效益和环境效益。虽然我国在尾矿综合利用领域开展了很多研究，但仍缺乏关于尾矿的系统调查评价，尾矿综合利用依然停留在单一的综合利用模式，没有形成区域性整体利用模式。因此，亟须开展系统调查评价，厘清尾矿利用、保护和处置的边界和先后次序，提出规模化消纳、资源化利用、无害化处置总体解决方案，实现尾矿资源化利用的同时，最大限度地消除其对周边环境的威胁。

揭秘日常生活中的高岭土

赵恒勤 谭琦

高岭土，俗称“瓷土”、“观音土”，是一种铝硅酸盐矿物，也是人们日常生活中必不可少的一种矿物材料，其中最广为人知的是用来制作陶瓷。

我国是世界上最早发现和利用高岭土的国家，远在3000年前的商代所出现的刻纹白陶，就是以高岭土制成。江西景德镇生产的瓷器名扬中外，国际上通用的高岭土学名-Kaolin，就是来源于景德镇东郊高岭村边的高岭山。高岭土在陶瓷中主要用来做坯胎，将高岭土用于陶瓷坯胎中在我国陶瓷史上具有划时代的意义，高岭土在釉料中的作用主要是提高釉料的熔融温度和悬浮性，使釉水不宜沉淀。

我国历史上闻名的“唐三彩”和“青花瓷”均采用高岭土来制作坯体。唐三彩的釉质，主要成分是硅酸铅，而呈色剂则是在釉料中加入各种不同的、适量的金属氧化物所形成的。青花瓷是我国陶瓷中的珍品，也是瓷器的主流品种之一。目前，陶瓷考古界和科技考古界较为认同的“青花”是指利用含钴的矿物作为着色颜料在白瓷坯上绘画，经上釉后在高温下一次烧成(非低温铅釉)而呈现蓝色装饰的釉下彩瓷器。青花瓷的制作工艺复杂，整个工艺流程主要分为瓷土加工工艺-制坯工艺-釉与料工艺-装饰工艺-烧成工艺等5个部分。其中高岭土主要用于制作瓷胎，高档青花瓷对于高岭土原料要求很高，要求Al2O3含量＞21%，Fe2O3+TiO2＜0.5%。

现代人们的日常生活中也处处可见高岭土制品，比如日用陶瓷、建筑卫生陶瓷等。我国是世界上最大的日用陶瓷和建筑卫生陶瓷生产国和消费国，且产品逐步被世界认可和接受。近年来，其生产工艺技术进步迅速，整体已接近世界先进水平，但存在过度消耗高岭土资源、中低档产品居多、污染环境等问题。随着陶瓷行业的不断发展，优质的高岭土资源日趋枯竭，对陶瓷生产质量造成很大影响，故中低品位高岭土成为陶瓷行业的接续矿物资源。

此外在人们日常生活中用到的各种纸张中也不乏有高岭土的身影。高岭土作为造纸涂布颜料的主体组分，其特性对造纸生产可操作性和涂料特性以及成纸质量有很大影响。国外发达国家高岭土主要用于造纸行业。高岭土既可用于填料，也可用于涂料，在造纸中的要求要比陶瓷用高岭土高。此外，高岭土还能用来制备化肥、农药、杀虫剂载体等。

我国高岭土资源储量丰富，总储量约30亿吨，主要分布在广东、广西、福建、江苏、江西、湖南、河南、山西和内蒙古等省区，可划分为煤系高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种类型。其中煤系高岭土储量约17亿吨，主要分布在我国北方地区。软质高岭土为热液蚀变型，主要分布在苏州。砂质高岭土属风化型或沉积型矿床，主要分布在南方亚热带多雨地区。根据不同的资源类型，采用不同的加工工艺，煤系高岭土主要采用破碎-磨剥-煅烧-超细解聚-分级，部分磁选工艺，应用方向是油漆、涂料、造纸、橡胶、电缆、陶瓷等；砂质高岭土和软质高岭土主要采用捣浆-螺旋除砂-旋流器分级-离心机分级-磁选-漂白-洗涤-压滤-干燥等工艺，陶瓷土主要采用磁选除铁增白，造纸涂料土主要靠漂白除铁增白。

现在我国多数高岭土企业的现状是：规模较小、产量不大、产品质量不高，与美国、英国、巴西等国相比，存在较大的差距，甚至全国高岭土总产量不及国外一个高岭土大公司的产量。因此，我们应在资源合理利用与保护、产品和市场开发、工艺技术和装备以及管理和政策支持等方面，共同努力，尽快使我国由高岭土资源大国变为高岭土产业强国。

高寒荒漠区金属矿产资源开发中的矿山地质环境保护

张永康 曹耀华 谭秀民

青藏高原东北部、柴达木盆地西南缘铁铜等金属矿集区，是我国西部地区重要的铜、铁、铅、锌、镍多金属成矿带，目前已发现大型、超大型铁、铅锌、铜、镍等矿产资源多处，其中夏日哈木镍矿资源丰富，镍资源量达106.24万吨，有望成为继甘肃金昌镍矿之后我国又一“镍都”。

该地区平均海拔在3000米以上，属于典型的高寒、干旱内陆高原盆地气候，区内地势陡峻，沟谷深切，地貌以戈壁滩、沙丘、高山为主，地表处有厚1米左右的土层覆盖，底下为岩石及沙石层，土壤类型主要为灰棕漠土。植被覆盖率一般小于15%，呈现典型的高寒荒漠景观。

高寒荒漠区金属矿产资源的开发历史悠久。随着国家对紧缺矿产资源需求量的增加，该区丰富的铁铜镍等金属矿产资源的进一步开发将对国民经济发展起到重要作用，可为国家经济安全提供有力保证，带动交通、通信等基础设施发展，提供一定数量的就业岗位，促进工业化和城镇化建设，为更好地实现西部地区脱贫攻坚提供经济支撑。

金属矿产资源的开发一般包括采矿、选矿、冶炼三个过程。以往粗放式的采、选、冶过程对生态环境的影响主要有矿山地质灾害、地形地貌景观破坏、土地资源破坏、含水层破坏和水土环境污染等。

那么，高寒荒漠区矿山地质环境灾害如何防治？

建设绿色矿山

我国历来重视环境保护。习近平总书记指出：“既要绿水青山，也要金山银山；宁要绿水青山，不要金山银山；而且绿水青山就是金山银山。”这为矿业开发环境保护指明了方向。2017年，原国土资源部、原环境保护部等六部委联合出台了“关于加快建设绿色矿山的实施意见”，详细阐述了绿色矿山的建设。

绿色矿山是指在矿产资源开发全过程，既要严格实施科学有序的开采，又要将对矿区及周边环境的扰动控制在环境可控制的范围内；对于必须破坏扰动的部分，应当通过科学设计、先进合理的有效措施，确保矿山的存在、发展直至终结，始终与周边环境相协调，是融合于社会可持续发展轨道中的一种崭新的矿业形象。绿色矿山建设是一项复杂的系统工程，代表了一个矿业开发利用总体水平和可持续发展潜力，以及维护生态环境平衡的能力。它着力于在科学、有序、合理开发利用矿山资源的过程中，最大限度保护和恢复治理矿山环境。

加强矿山地质环境防治

在高寒荒漠区，这样一个矿产资源丰富、动植物资源丰富、环境又极为恶劣的区域，结合矿山开发对地质环境造成的影响，建议从以下几方面进行矿山地质环境防治及保护：

针对新建矿山，应按照“加快建设绿色矿山的实施意见”精神，建设绿色矿山，从源头保护矿山地质环境，实行过程控制的保护性开发措施。

针对已发现的矿山地质灾害，应加强治理与监测工作，加强对不稳定边坡监测和移动规律认识，消除和减小不稳定边坡崩塌滑坡灾害可能对过往行人和车辆的威胁。

针对高寒荒漠区矿山开发过程中主要造成的影响是土地资源破坏和地形地貌景观破坏这一现状，加强土地资源的保护，尽量减少对原生态土地的占用与破坏，特别是尽量减少对表层土壤的破坏，以地下开采为主，采取以钻代槽、浅钻的绿色勘查技术，对于必须破坏部分土地时，必须对表层土采取保护措施以防止表层土散失和退化。

锡铁山铅锌矿废石堆上的人工林

采取封育、地表植被重建，在草皮的种属选择、工艺的采选上要与矿区所处的地理位置、气候条件、土石环境相匹配，以确保植被重建的成效；废石、废矿渣堆覆土绿化；废石、废矿渣堆积台面整治，压实台面，加固边坡、衬砌护坡，在有效部位建设拦挡工程，设计相应的排水、防水工程；地质探槽治理，采取土方回填。

开展人工现场调查、遥感监测工作，动态掌握矿产资源勘探开发活动对土地资源的破坏类型、面积及破坏程度等，同时监测监督矿山地质环境治理恢复工作情况。

建设矿山公园

在青海西部大柴旦地区，西部矿业股份有限公司锡铁山铅锌矿分公司在矿山地质环境保护方面就是一个优秀的典范。该矿山位于青海省柴达木盆地北缘戈壁滩上，常年刮风，沙尘暴天气时有发生，降水量稀少，植被稀少，难以存活。整个矿区及周围只有少许骆驼草和麻黄草生长。经过改造，该矿山在废石堆、厂区内种植了大量杨树、柳树、红柳和草皮，在厂区形成了具有防风固沙能力的人工林，绿化覆盖率达到了可绿化区域面积的80%以上，改变了矿区小环境，降雨量增加，风沙天气逐年减少，逐步形成了适宜人居住的环境。

近日，中国地质调查局岩溶地质研究所与中国地质调查局水文地质环境地质研究中心共同在国土资源部野外基地丫吉试验场地成功安装一套钻孔CMT多层监测系统。

本次安装技术由水环中心研究团队提供，安装方案由岩溶所科研人员设计。此前丫吉试验场已建成一系列开放式钻孔，用于地下水观测。传统开放式钻孔连通多层含水岩组，无法对每一层实施观测与采样。连续多通道多层监测井成井技术(CMT)属于国际上通用的钻孔分层监测技术之一，在北美地区有广泛的应用，但在国内还处于起步阶段，在岩溶地区应用的实例则更少。此次CMT技术的安装使用实现了对岩溶含水层复杂管道系统的分解，能够将管道与其他裂隙分开，从而单独观测管道流。该技术为岩溶地区的流场以及污染物分布调查提供重要手段。CMT技术具有建井数量少，占地少，建井及维护成本低的优势；并可以消除因井管接头渗漏而出现的串流风险。

经过此次试验总结，在岩溶地区实施CMT技术需要注意以下几个技术环节。首先钻孔分层需要根据测井资料准确判断活跃管道的位置，并非所有的管道都具有活跃的地下径流，通过温度和电导率测量可以确定活跃管道；其次在止水方案设计阶段需要准确掌握钻孔的井径，井径数据是确定多通道管大小和设计止水方案的根据；最后，建成多层监测孔还只是工作的第一步，以后还需要大量后续的试验来验证止水的效果。

此次多层监测孔的实施为在岩溶地区开发推广地下水监测一孔多用技术提供了参考。

安装现场

得知我国首台超高温高压钻井液流变仪通过了科技部鉴定，多家公司迅速将订货电话打到了自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所仪器研发中心。

这台流变仪有何独到之处？为何会引起市场的热烈反应？近日，记者走进该仪器研发单位——北京探矿工程研究所一探究竟。

高温地质钻探关键测试仪受制于人

青海省共和县，我国第一个干热岩勘查与试采项目已进入攻坚战的第二阶段——即将突破高温硬岩钻井和储层建造技术，实现干热岩试验性发电。彼时，共和盆地GH- 03井深已达4008.88米。保障钻探工程高效、安全钻进至关重要。

钻探是靠钻头高速旋转磨削岩石而钻进的。钻进过程中，磨削的大量岩屑若得不到及时清除，就会堵住钻杆与孔壁之间的空隙，造成埋钻、卡钻、烧钻、漏失、塌孔等事故。

目前，清除这些“飞砂走石”主要靠液体循环法，即通过钻杆向钻孔底部输送高速循环钻井液将岩屑带到地面。

“钻井液被称为钻探工程的‘血液’，其流变性（如粘度、切力等）直接影响钻探效率和质量。”北京探矿工程研究所仪器研发中心主任赵建刚介绍，由于地下地质情况千变万化，不可能有一款适应所有地质体的万能型钻井液，只能根据地下温度压力变化情况及时调整钻井液的配方。

这就需要一种专用仪器——钻井液流变仪，用来模拟井下的温度压力状态，实时测定钻井液等样品的流变性，避免误判。但超高温高压钻井液流变仪的核心技术此前一直被西方国家垄断，我国相关设备长期依赖进口。

而这种流变仪是高温地质钻探领域的关键测试仪器，在深部油气、深部矿产、高温地热、天然气水合物及大陆科学钻探等深部钻探工程中发挥着重要作用。国际油气钻探工程招标中，流变仪是必备的测试仪器之一。

“西方国家生产的一台超高温高压钻井液流变仪价格普遍在200万元以上，中石油、中石化、中国海油等每年都要从国外采购十几台。”赵建刚说。

随着油气和固体矿产勘查逐渐向深部转移，我国地热、页岩气、天然气水合物等新能源开发日渐火热，深地钻探工程研究不断展开，钻探企业国际经营力度逐年加大，在超高温高压钻井液流变性测试分析上不再受制于人的呼声越来越高。

5年攻关打破技术产品垄断

为突破“卡脖子”技术，北京探矿工程研究所于2012年向科技部申请了国家重大科学仪器设备开发专项“超高温高压钻井液流变仪的研发与产业化”项目。

经过5年多艰苦努力，研发团队攻克了耐高温高压测试腔结构、外环式强力磁耦合旋转驱动装置、高精度粘度测量和井下环境模拟等技术，自主研发了国内首台超高温高压钻井液流变仪——Super HTHP Rheometer 2018超高温高压钻井液流变仪，一举打破了国外高端钻井液流变性测试仪器的垄断，填补了国内空白。

“与现今国外最先进的产品比，我们的参数更优。”赵建刚说，目前，国外产品的超高温高压数据只能做到310摄氏度和206兆帕，北京探矿工程研究所研发的流变仪可做到320摄氏度和220兆帕，最低可做到零下20摄氏度，并且达到冷却温度所需时间仅为国外最好产品的三分之一。

据介绍，与国外同类产品相比，Super HTHP Rheometer 2018超高温高压钻井液流变仪具有以下优势：

一是降温时间更短，为连续不间断测试奠定基础。研发团队创新耐高温高压测试腔结构，攻克了高精度粘度测量技术。测试腔采用单层厚壁容器的一体化设计方法，选用耐酸碱盐腐蚀、在高温高压下不变形的特种材料加工而成。

二是使用寿命更长。团队研发了外环式强力磁耦合旋转驱动装置，实现了从高温高压测试腔外部通过磁场耦合非接触式驱动测试外筒转动。同时，采用高精度磁场传感器以非接触方式测试代表样品粘度大小的磁偏转角度。在转速驱动和粘度测试两套非接触式磁系统之间，设计了独特的磁屏蔽结构，避免了相互之间发生干扰。攻克了以上技术，就从根本上消除了以往传统设计中出现的高温高压动态密封寿命短和粘度宽范围精密测量的难题。

三是测量精度更高。采用永磁技术研制适用于高温高压钻井液流变仪的高精度电机及控制电路，实现流变性的高精度测量。电机转速实现了0～1000转/分钟范围内的无级调速全自动控制。

四是可控程度更强。自主研发的稳定可靠的测控软件可设置转速、温度、压力、时长等参数，组建复杂、专业的自动测试序列，模拟井下真实环境，实现自动、连续的流变性分析。

五是市场适应性更广。自主开发设计的软件，可实现中英文一键式简单切换，可适应国内外两个市场的需求。软件底层采用国际通用的Labview 开发平台，用户购买后还可根据具体需要进行拓展。

业内专家表示，未来该仪器大规模进入市场后，可大幅降低钻探成本，为地球深部探测、高温干热岩钻探、天然气水合物钻采、大陆科学钻探、深部油气矿产勘探开发等重大工程提供高温高压真实条件下的钻井液流变性的实时测试评价手段，确保深部高温高压钻探安全、高效。

研发和产业化工作同步走

产品研发和产业化同步——产品研发的过程就是产品迭代的过程，产品验证的过程就是市场推广的过程。这是研发团队一直坚持的思路。

2020年，Super HTHP Rheometer 2018超高温高压钻井液流变仪产业化样机经过1500多公里的跋涉，被运到了青海省共和县干热岩GH-03定向井施工现场。

共和干热岩地层温度高、裂隙发育明显，钻探过程中易出现地层坍塌掉块、卡钻、埋钻等风险，对钻井液流变性、携沙性、封堵性、护壁性等要求较高。

为及时监测现场钻井液流变性能，实现钻井现场快速决断，工作人员使用Super HTHP Rheometer 2018超高温高压钻井液流变仪及时测试现场超高温水基钻井液在200摄氏度和50兆帕环境下配方性能，根据试验结果，随时调整钻井液配方，有效满足了干热岩高温环境下钻井液性能需求，大大提升了钻进效率，保证了井下安全，确保了GH- 03定向井安全、顺利完钻。

早在2017年样机刚出来时，研发团队就在室内试验的基础上，带着样机先后走进中石油、中石化、中国海油和中国地质大学（北京）、中国石油大学（北京）等单位进行了实验验证。

2018年，研发团队带样机到长江大学进行实验。得知消息后，荆州的3家泥浆助剂生产企业，立即请求研发团队帮其进行测试。原计划一周完成的实验，延长到了一个多月。

“测试结果能作为现场井底实际情况的真实模拟。实验测试结果准确、数据可靠，完全可替代同类进口产品。”锐晖华辰能源科技（北京）有限公司在用户使用意见书中写道。

业界的反馈也让研发团队备受鼓舞。赵建刚表示，接下来，他们将围绕深部油气、高温地热和大陆科学钻探等钻探工程现场特点及需求，进一步优化超高温高压流变仪结构，增加钻井液超高温高压密度和沉降稳定性测试功能，逐步实现模块化、小型化、系列化和多功能，同时大力拓展国内外市场，加速推进科研成果产业化。

科研成果的取得，离不开植根脚下的土壤。多年来，北京探矿工程研究所坚持“聚焦行业重大需求组织科研工作”理念，培育适合科技创新的土壤、调动科研人员的积极性。一方面，该所利用科技成果转化基金设立所立科研项目，作为国家科技专项和地质调查项目的重要补充，开展钻探新技术与产品的研发，为青年科研人员搭建创新平台。另一方面，以“效率优先、兼顾公平、鼓励创新、注重实绩”为原则，优化绩效工资分配管理，向有突出贡献的人员倾斜。

截至目前，该所共完成国家级、部级各类科研项目260余项，获国家科技进步一等奖、二等奖以及部级科学技术一等奖、二等奖等50余项，获专利、软件著作权等90余项，为我国地质事业发展作出了积极贡献。