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    自然资源是人类社会赖以生存和发展的物质基础和空间载体。为了解决自然资源所有者不到位、空间规划重叠等问题,2018年3月,国家整合相关部门的资源管理职责组建自然资源部,“统一行使全民所有自然资源资产所有者职责,统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责”。自然资源统一管理职责的实现与履行,需要地质调查等相关业务提供智力支持、技术支撑与信息服务。自然资源统一管理制度的建立与实施,对地质调查工作提出了更高的要求和更多的需求。

    自然资源统一管理对地质调查的新要求

    实行自然资源统一管理是我国生态文明制度建设的重大举措。与过去多部门管理体制相比,自然资源管理的理念与目标发生了重大变化,地质工作需要与之相适应。

    《生态文明体制改革总体方案》提出,生态文明体制改革须树立新的理念:尊重自然、顺应自然、保护自然;发展和保护相统一;绿水青山就是金山银山;自然价值和自然资本;空间均衡;山水林田湖草是一个生命共同体等。这些理念是实行自然资源统一管理的理论基础,需要在自然资源管理的各个环节和全过程贯彻落实。新组建自然资源部的主要职责是:“对自然资源开发利用和保护进行监管,建立空间规划体系并监督实施,履行全民所有各类自然资源资产所有者职责,统一调查和确权登记,建立自然资源有偿使用制度,负责测绘和地质勘查行业管理等”。

    山水林田湖草系统与自然资源分布示意图

    基于新理念与新职责,自然资源统一管理对地质调查工作提出了新要求。地质调查应从以下几个方面提供服务支撑:一是为社会经济发展提供所需的土、水、矿、森林、草地、海洋等自然资源,促进产业发展,保障国家资源安全;二是确保自然资源开发利用过程中不损害生态系统,从源头保护、利用节约到破坏修复,保持山水林田湖草系统功能稳定,促进自然资本保值增值;三是摸清自然资源家底,掌握自然资源动态变化,为自然资源开发利用提供基础依据;四是保障自然资源资产所有者权益,健全自然资源资产产权制度,规范自然资源开发利用与保护行为;五是保持空间均衡,统筹各类资源、山上山下、地上地下、陆地海洋以及流域上下游,促使资源开发不超过其承载能力和环境容量,促进区域协调;六是提高资源利用效率,促进自然资源集约节约利用。

    地质是山水林田湖草系统的基础,为自然资源提供了物质来源和赋存空间,对自然资源分布与开发格局具有框架性的制约作用。从空间分布上看,耕地、矿产、水等自然资源在空间上呈不连续片状、块状、条带状等形式分布在地质实体中,森林、草原等自然资源在空间上呈不连续片状分布在地质实体的上界面——地表。因此,自然资源开发利用和保护需要顺应地质规律,人地和谐共生是人与自然和谐共生的基础与重要内容。

    地质调查工作以地壳表层为调查对象,是实现自然资源统一管理的重要基础和技术支撑。在以往各部门不同门类自然资源管理过程中,地质调查工作根据土地、矿产、水等自然资源与生态环境管理的需要,分别开展了相应的地质调查,为资源管理提供了大量的基础地质信息与服务。这些地质调查工作成果为服务和支撑自然资源统一管理提供了有利条件和良好基础。

    国内外地质调查服务自然资源管理的经验

    面对经济社会发展对自然资源日益增长的需求和生态环境保护的需要,各个国家或地区探索实施了各种管理政策。不管是实行不同门类自然资源分部门管理,还是实行不同门类自然资源统一管理,抑或是实行资源与环境综合管理,地质调查工作都发挥了越来越大的作用。

    1. 国外地质调查工作服务自然资源管理的做法与经验

    (1)美国地质调查局通过打破学科界限提升复杂资源问题解决能力。

    美国的自然资源由联邦政府内政部负责管理。美国地质调查局(USGS)作为内政部下设部门,负责提供水、能源、矿产以及其他自然资源科学信息,同时提供生态环境健康、土地利用与气候变化影响等科学信息。为了提高跨学科跨领域资源问题解决能力,2010年USGS对内设机构进行了调整,撤销按照传统学科设置的业务管理机构,面向重大战略问题设立新的业务管理机构:撤销原来的地质学部、生物学部、地理学部、地理空间信息部,保留水资源部,新设立生态系统部,气候与土地利用变化部,能源、矿产与环境健康部,自然灾害部,核心科学体系部等5个业务管理机构。由此看出,服务与支撑自然资源管理是USGS科学研究的基本出发点和落脚点。

    美国地质调查局内设机构与整合科学示意图

    2017年,面对复合性资源、环境与社会问题,USGS提出了发展“整合科学”的设想,将数据、方法、模型组织到相应的时空框架之中,形成一个模块式整体,为自然资源管理、环境保护和防灾减灾提供全方位支撑。基于此,在2019财年预算方案中,USGS提出了调整组织架构的方案,拟设立负责各领域整合与协调的副局长职位,促进不同领域的交叉融合。

    (2)俄罗斯地质调查服务自然资源开发与生态环境保护规划编制。

    俄罗斯联邦政府自然资源与生态部负责地下资源、水资源、林业资源与生态环境的统一管理。俄罗斯《底土法》规定,地下矿产、水、岩石土壤、地质结构、地下能源、地下空间实行综合管理。全俄矿物原料经济研究所、全俄地质研究所是自然资源与生态部下属的两大支撑机构,前者主要负责地下资源的规划和经济研究,负责对矿产地进行经济开发可行性评价;后者主要负责地质调查的科学研究。这两个单位提供地下资源开发方向等方面的决策咨询服务,自然资源与生态部在此基础上,开展自然资源开发和环境保护的战略分析,组织实施地下资源勘查,评价地下资源的经济开发潜力,编制资源开发规划。

    (3)英国地质调查局利用新技术获取并分析自然资源与环境信息。

    英国的自然资源由环境、食品和农村事务部负责管理。英国地质调查局(BGS)作为国家环境研究委员会的研究机构和地质科学信息主要提供者,为政府相关部门和公众提供自然资源、环境与灾害科学信息服务。2014年BGS发布其战略规划《通往地球之门》,提出利用新技术探测地球,从3个方面为社会服务:负责任地利用自然资源;管控环境变化;提高对环境灾害的适应性。BGS通过观测和监测、环境模拟、知识库及交流等手段来获取自然资源、环境与地质过程相互作用的科学信息,着力加强人类活动与环境相互影响的研究,通过整合与合作,将地学与其他科学联合在一起,建立可靠的预测模型,支持自然资源与环境管理决策。

    (4)欧盟致力于资源环境一体化监测站网建设为成员国资源环境管理提供统一的监测信息。

    欧盟于2013年发布第七环境行动计划,提出保持自然资本存量的稳定和生态服务的持续供给;保持自然资本存量的稳定,既要加强环境保护与管治,涵养和增强自然资本,又要提高资源利用效率,减少自然资本消耗。近年来,欧盟致力于资源环境一体化监测站网建设,统一监测技术标准,统筹部署监测资源,统一为欧盟、各成员国、科研机构和公众提供监测信息。经过多年努力,目前欧盟形成了基于卫星遥感的全球环境与安全监测系统和基于地面监测的水、自然灾害、海洋、土壤等监测站点组成的监测体系。

    2. 国内地质调查工作服务自然资源管理的探索

    随着资源开发、城市发展、生态环境保护等对地质工作需求的增长,中国地质调查局不断探索新领域,传统的地质工作不断拓展和延伸,城市地质、农业地质、生态地质等“地质+”先后出现并逐渐发展,为地质工作服务自然资源管理积累了宝贵的经验。

    根据国土开发与保护需要,探索推进了自然资源遥感调查与综合编图工作。近年来,利用先进的遥感技术,开展了国土遥感综合调查,对土地、矿产、地表水、河流湖泊、冰川雪线、湿地、荒漠化、海岸带等进行了遥感调查。根据区域发展需要,编制了《京津冀地区国土资源与环境地质图集》、《粤港澳大湾区海岸带自然资源与环境图集》等。

    根据城镇化与城市群发展需要,探索推进了多要素城市地质调查。在先期完成北京、天津等6个特大型城市地质调查试点基础上,陆续推动完成了福州、石家庄等28个城市三维地质调查。根据雄安新区规划需要,完善了多要素、多专业、多技术综合地质调查评价方法体系,首次提出多要素城市地质调查工作理念,针对城市规划建设布局、地下空间开发利用、地热资源开发、土地规划和污染土地修复等方面提出了建议。

    根据农业种植结构调整需要,探索推进了农业地质调查。2012年以来,新完成耕地地球化学调查面积60多万平方千米,发布了《中国耕地地球化学调查报告(2015)》,调查成果广泛应用于全国及地方土地规划。在江西、海南、四川等地发现了一批富硒土地资源,有力推进了特色生态农业发展。初步建立土地地球化学质量档案,为土地资源的分级管理提供重要依据。

    在中国地质调查局的引导下,近年来一些地区加大了地质工作服务资源管理的探索力度,形成了一些成功的做法。上海市构建了地质工作服务城市规划管理的常态机制,实现了地质调查成果服务融入政府管理主流程。江苏、浙江将地质工作嵌入土地资源管理全过程,实现了地质工作与土地管理的融合。浙江省于2016年启动了全省土地质量地质调查行动计划,计划投入4个多亿财政资金对土地进行“体检”、建立土地“资料库”和“监测网”。承德市根据经济发展、资源开发、生态保护、旅游产业发展等需要,构建了地质建造+小流域综合调查+生态关键带监测的技术框架,提出了绿色崛起的地质解决方案,推动了生态旅游产业的发展。

    启示与建议

    地质调查如何满足自然资源统一管理提出的新要求,世界其他国家并没有现成的模式或做法可以照抄照搬。通过国内外地质工作服务自然资源管理的经验分析,可以得出如下启示与建议。

    1. 对地质调查服务自然资源统一管理的启示

    与过去不同门类自然资源分部门管理制度比较,自然资源统一管理制度对地质工作的要求发生了重大变化,主要体现在以下几个方面:

    一是地质调查要体现系统性。山水林田湖草同属一个生命共同体,不同门类自然资源开发利用要相互协调,山上山下、地上地下、陆地海洋以及流域上下游要互存共生。地质调查要按照各类自然资源赋存的自然单元,摸清三维地质框架、资源形成与分布、资源的数量质量与生态作用等,采用统一的分类分级标准、统一的术语和概念内涵、统一的技术要求,形成调查的基础数据与成果资料。

    二是地质调查要体现综合性。自然资源既是社会经济发展的物质基础,又是生态环境的重要组成部分,在农业、工业、城镇化等方面具有不同的功能和作用。自然资源的开发利用既有利于经济社会物质财富的积累,又可能对经济社会依托的生态环境造成损害。因此,地质调查在摸清资源数量的同时,还要摸清资源的质量与生态,了解不同资源之间的相互作用与影响,形成资源、环境、生态、空间、灾害等综合评估成果,综合评价自然资源的经济、环境、生态和社会等多重价值。

    三是地质调查要体现连续性。自然资源本身随着自然条件的变化与人类活动的进行而不断发生着动态变化,有的资源变化的速率快一些,有的资源变化的速率慢一些。地质工作应根据资源动态变化的速率,建立自然资源监测体系,周期性开展相应的调查与监测工作,形成自然资源的动态监测数据与成果资料。

    四是地质调查要体现全程性。从自然资源开发全过程来看,自然资源统一管理包括源头保护、利用节约、破坏修复三大环节。源头保护是保障资源安全和生态安全的首要之策,利用节约是提高资源利用效率、保护生态环境的基本手段,破坏修复是保护资源和促进生态恢复的重要途径。地质调查需要针对自然资源管理的三大环节,开展相应的调查评价和监测预警工作。

    五是地质调查要体现效益性。自然资源管理的主要目的之一是服务于社会经济发展和民众福祉,在不损害自然资本的前提下最大程度地发挥其经济效用。因此,地质调查在调查自然资源地质潜力的基础上,要评估其技术经济可行性和环境影响状况。为开展自然资源确权登记和保障自然资源资产所有者权益提供技术支撑,同时也为自然资源的开发利用提供基础信息。

    六是地质调查要体现社会性。地质工作的成果主要表现为地质图件、调查报告、监测数据等,要转化为管理者能够理解的语言,需要加强科学与政策之间的沟通研究。将山水林田湖草系统的地质、地理、资源、生态等自然变化规律与经济社会的经济、管理、人文规律结合在一起,为自然资源管理政策的制定与实施提供必要的知识、手段和方法。另外,部分自然资源还具有文化、休闲、美学等功能,在管理过程中也应统筹考虑。

    2. 地质调查服务支撑自然资源统一管理工作建议

    根据自然资源统一管理对地质调查的新要求,结合国际地质工作发展趋势,对我国地质调查工作提出如下工作建议:

    (1)综合调查:以地球系统科学理论为指导,按照自然单元开展多要素综合调查,建立地球表层三维地质框架模型。

    解决土、水、矿等自然资源调查中的重大科学问题,首先需要了解水文过程、生态过程、生物地球化学过程等所依存的地球表层地质体。地球表面的地质、地理、生态信息必须与深部的地质、地球物理、地球化学等信息整合在一起,才能准确地描述完整的山水林田湖草系统。例如,对于水资源调查,应建立不同尺度的三维/四维水文地质框架模型,为水流动态变化预测与水资源管理奠定基础。以往开展的地质调查工作,往往以某一种资源为重点,难以全面反映地质框架的多种属性。围绕自然资源统一管理,地质调查应按照统一的技术规范和标准,开展不同尺度的调查评价,充分反映地质框架的成土条件、成矿条件、水文条件等多种属性。

    (2)综合监测:以自然环境承载能力评价为核心,开展自然资源数量、质量与生态综合监测,及时提出预警与对策措施。

    自然资源的开发利用不应以损害山水林田湖草系统的生态功能为代价,一种资源的开发不应影响其他种类资源的效用,一个地区的资源开发不应影响其他地区资源的效用和生态环境的稳定。实现自然资源的可持续开发利用,需要对各种资源与环境要素进行系统监测,建立资源环境承载能力评价模型,实现资源环境承载能力监测预警,从而提出自然资源开发利用和保护的对策。受地质调查程度低、监测站点缺乏等因素影响,地质工作在资源环境承载力评价方面至今还不够成熟,难以做到准确的定量评估和预报预警。为了支撑承载力监测预警,需要整合目前的各门类资源环境监测网,利用现代探测监测技术,建立统一的自然资源监测网络。

    (3)综合评价:服务自然资源所有者权益保护,开展自然资源综合评价,量化自然资源的经济、环境、生态和社会价值。

    对于经济社会,自然资源具有两种效用:一是为社会经济发展提供所需的土、矿、水等有形的物质材料;二是为生态系统提供涵养水源、保持水土、调控水分等无形的生态资本。长期以来,我国是以牺牲生态资本和大规模的资源开发来支撑经济的高速增长。受此影响,社会高度重视自然资源的资源效用,而忽视了其所具有的生态效用,造成了生产、生活空间的不断扩展和生态空间的日益萎缩。根据生态文明建设的新要求,应“加快自然资源及其产品价格改革,全面反映市场供求、资源稀缺程度、生态环境损害成本和修复效益”。为此,在评估自然资源的效用过程中,不仅要评估其资源价值,还要评估其生态价值,全面反映自然资源的实际价值。

    (4)综合利用:服务自然资源集约节约利用,开展自然资源综合利用调查与技术研发,推动自然资源效率的提高。

    从社会经济与自然资源的相关关系来看,社会经济对生态环境的影响程度取决于输入的自然资源数量和输出到生态环境中的废弃物数量。二者的数量越少,资源利用效率越高,经济发展的环境成本越低,社会经济可持续发展能力越强。国际上采用物质流分析方法,定量核算自然资源开发的数量,评价自然资源利用效率。地质工作应根据资源节约集约利用的需要,建立我国水、化石能源、金属矿产、建筑石材等自然资源的物质流核算与分析体系。一方面促进自然资源利用效率的提高,为我国实现经济发展与资源消耗“脱钩”提供依据;另一方面支撑我国自然资源资产负债表编制,为实现自然资本的保值增值提供依据。

    (5)综合治理:保持生态环境稳定与防治生态损害,开展生态综合治理技术研发,提出生态修复地质解决方案。

    伴随着自然资源开发利用,地质环境不断发生变化,有可能会引发一系列地质环境问题和地质灾害,包括地面沉降、崩滑流、海水入侵、地下水污染、土壤污染等。跟踪国际上在生态修复领域的研究和技术前沿,引进、消化和发展相关科学理论和高新技术,实现理论和技术的原始性创新。有预见性地积累和研发地质环境问题防治与生态修复技术,及时为自然资源开发过程中出现的各种环境问题提供地质解决方案。

    (6)综合服务:以需求为导向,面向政府、企业与社会公众提供多层次、多渠道决策支撑与信息服务。

    自然资源统一管理以政府为主导,需要企业、社会公众的共同参与才能实现自然资源的可持续利用,为社会经济的永续发展提供支撑。充分利用现代信息、网络、大数据等技术,根据政府、企业、社会公众的需求,及时形成基础扎实、数据可靠、清晰易懂、形式多样的服务信息,为政府管理提供决策支撑,为企业和社会公众提供信息资料。同时,充分利用各种现代媒介,使全社会各部门、各行业人员能方便地获取地质调查成果和数据,为最大程度地挖掘地质调查成果应用潜力提供基础。

    精准服务新理念新职责新目标

    当前,有不少人在进行居家医学观察,那么居家医学观察究竟从什么时间算起?如何居家医学观察?对此,海南省卫健委副主任李文秀表示,新型冠状病毒感染的肺炎确诊病例的密切接触者应从和病人接触的最后一天起采取医学观察14天。在家中观察期间需与医学观察人员保持联系,并需要了解病情观察和护理要点,掌握家庭预防的洗手、通风、防护和消毒措施。主要有以下几注意事项:

     

     

    居家医学观察要注意这九条
    Philipp表示,城市发展规模不断扩大,很多城市都开发了地下空间,建设空间往上走、往下走都很重要,芬兰在城市地质与土地规划结合方面积累了一些经验,我们需要了解城市规划建设的风险,地质科学家应与政府决策者、土地规划者加强对话合作,尊重地质规律,降低建设成本,保障建筑更加安全。
    芬兰地质调查局国际合作主任 Philipp Schmidt致辞

    芬兰地质调查局国际合作主任 Philipp Schmidt致辞

    Philipp表示,城市发展规模不断扩大,很多城市都开发了地下空间,建设空间往上走、往下走都很重要,芬兰在城市地质与土地规划结合方面积累了一些经验,我们需要了解城市规划建设的风险,地质科学家应与政府决策者、土地规划者加强对话合作,尊重地质规律,降低建设成本,保障建筑更加安全。

    芬兰地质调查局国际合作主任 Philipp Schmidt致辞

    英国海滩实景玻璃门

    英国滑坡事故应急

    ●英国地质调查局未来10年科学计划提出了去碳化与资源管理、适应环境变化、多重灾害与风险等三大科技挑战。

    ●通过监测与预测、地质环境压力研究、资源环境恢复力研究和环境治理等工作,为人类社会基础设施和生物系统突发变化的脆弱性提供创新解决方案。

    ●开展多重灾害系统研究、灾害数据采集和可视化、灾害风险分析和风险的传播等工作,帮助提高自然灾害发生时的生存率和恢复力。

    ●继续开展海底观测站、火山观测站和地质灾害全球信息基础设施等其他研究基础设施的建设。

    2018年10月,英国地质调查局更新并细化了2014年发布的《通往地球之门——英国地质调查局未来10年科学计划》。多年来,英国地质调查局在应用地球科学领域,在感知、认识和预测地球活动方面,为全球提供先进的研究解决方案,并在过去4年里取得了如下进展:位于柴郡和格拉斯哥的英国地球能源观测站的两个试验台使用高性能传感器系统和数据智能,实现从3D地质图和模型产品向实时地球科学数据信息转变,同时还为发展中国家处于各种复杂环境中的社区提供科学的全球化支持。

    未来10年,英国地质调查局将迎接三大科技挑战:去碳化与资源管理,将为减排和能源生产、利用、分配的合理化,探讨地球科学解决方案;适应环境变化,将在自然环境和建成环境中,探寻可帮助我们适应环境变化的地球科学;多重灾害与风险,将调查地质灾害(干旱、洪水、山体滑坡、地震和火山爆发)如何影响人类的生命及财产安全,并提供能够确保恢复力和可持续性的解决方案。英国地质调查局预计未来10年将获得超过6亿英镑的资金用于开展各项研究活动,使最新科学战略能够提供专业、公正、创新的科学解决方案,在政府、公众、行业中发挥更重要的作用。

    1 去碳化与资源管理

    在英国及其他地方,实现电力生产、供热、交通运输和工业等领域去碳化是一项重大挑战,涉及关注地下和地球科学,如碳捕获、利用与封存,地下储能,地热能,低碳关键原材料和放射性废物处理。英国地质调查局将研究不同去碳化技术的可行性,同时对矿产与能源管理的需求进行审查。本项挑战确定了5个主题和17个子主题:

    地质处置——放射性废物。高强度放射性废物(高放废物)的长期安全管理对核工业发达国家来说是一项日益严峻的挑战,并且随着核能在未来能源结构中发挥重要作用以应对能源去碳化,这一挑战将持续存在。对高放废物进行长期管理最主要的方法是深部地质处置,英国地质调查局正与合作伙伴着手解决关键的科学问题,包括应力状态、埋存历史,以及断层和裂缝的产生和行为带来的影响。其中,选址问题和地质环境息息相关,需要确定和评估可能对储库体及其周围地质、地表环境的长期完整性带来影响的地球科学因素,对论证选址安全性至关重要;需要了解近场(地质特征、水文地质动态)和远场(板块构造、气候)过程,以综合理解地下演变过程,以便对高放射性废物的长期安全性进行科学合理的评估。

    地质处置——碳捕获与封存。碳捕获与封存技术被广泛认为是英国实现去碳化目标的关键技术。主要挑战包括降低碳捕获与封存经济模型的不确定性,降低整个供应链的风险,以及调查公众对碳捕获与封存的态度。这项工作中最根本的是要选择和表征那些能够预计实现永久密闭的地质场所,英国地质调查局将继续领导二氧化碳储库的选址和表征方面的工作,以识别英国可供封存开发者使用的场址资源。预计二氧化碳封存的部署速度将在未来20年内迅速增加,同期,随着油气田停产,预计石油和天然气基础设施将可用于二氧化碳封存。在不久的将来,了解未来封存需求(时间、地点、数量)和基础设施再利用的机会,可能是重中之重。

    能量储存。包括储热、盐穴储能、地层储能、抽水储能。其中,在地层储能方面,将热量、气体或水注入多孔地层用于储热或储气,以减缓可再生能源生产的短暂波动带来的影响,并提高其供应的安全性。地质资源研究将与热量、水文地质、机械、化学和微生物研究同时进行,利用格拉斯哥和柴郡的英国地球能源观测站及其他地方的设施,评估一系列注入剂、压力、循环率的密闭性能、优化效果和发生泄漏的可能性。关于抽水储能,将开展适当的地质、岩土工程和地震学研究,以了解不同规模抽水储能的资源潜力。

    清洁能源—供热—制冷。包括浅层地热、深层地热、海上选址三大内容。其中,在浅层地热方面,英国在利用浅层地下能源方面具有相当大的潜力,如开采低位热能、制冷和跨季节蓄热、开发区域供热网络、减少国内天然气消耗、缓解燃料短缺等方面。英国地质调查局通过利用格拉斯哥的英国地球能源观测站和其他设施,将开展对地质和水文地质系统以及热能性质的研究,以准确描述相关资源,并验证系统的潜在性能以支撑管控。而在深层地热方面,英国也具有开发此类资源的潜力,英国地质调查局将通过资源调查以及对烃源岩的裂缝、地球化学、水文地质、热性能的详细理解,将对直接从岩浆中提取热量以提高转化为电能的效率进行研究,来降低该行业的风险。

    低碳世界的地球资源。一方面,英国地质调查着重研究烃类层系中的常规和非常规能源,将继续提供陆上和海上烃类层系的地质填图,并继续优化资源利用的热量、水文地质、机械、化学和微生物研究。同时,将继续开展降低未来勘探成本的大数据分析。如果政府允许开展此项活动,则柴郡的英国地球能源观测站还将进行一系列与页岩气水力压裂相关的实验和基线地下研究。另一方面,将研究低碳经济所需的关键金属,如一些金属原材料(钴、重稀土元素和铂族金属)等对低碳能源转型(电力和运输方面)发挥重要作用的主要金属的来源、迁移进行研究。同时,将利用现有的海洋钻探基础设施重点研究在岩浆热液矿床中的关键金属及其与全球构造的联系,进而实现对未来开发深海监测站点(“潜水艇”)的目标。此外,还将开展原材料库存及流动方面的课题研究,包括初级和二次资源的分布地点、产量与产地、精炼与消耗地点,以及初级(开采)资源与二次(可循环)资源如何交互,将继续全面监测全球矿产生产、贸易流量、矿产统计数据以及相关的分析和情景开发,包括循环经济、原材料供应安全和关键问题,除了国内,重点关注英国和欧洲。

    2 适应环境变化

    适应是对环境变化的响应,致力于降低人类社会基础设施和生物系统对突发变化的脆弱性。例如:即使温室气体排放量在相对较短的时间内稳定下来,全球变暖及其影响仍将持续很多年,必须加以适应。在发展中国家,适应气候变化尤其重要,因为它们可能首当其冲受到全球变暖的影响。在本项挑战中确定了四个主题和15个子主题,包括地质环境压力、表征资源恢复力、监测和预测、环境治理等方面:

    其中,在地质环境压力方面,英国地质调查局将启动一些研究,探究水、陆地和海洋资源以及相关生态系统之间的多种压力是如何通过地上、地下环境系统,从而交互和级联的。这将促使包括水文地质学、土壤科学和滑坡建模在内的传统科学领域结合到一起,也将促进应用新的地表和地下监测技术、传感器技术和建模方法,研究未来如何可持续地管理这些压力组合。同时,作为可持续发展的一部分,将开发一种全系统化的方法途径来利用和管理地下空间。通过与世界各地增长型城市(包括英国、印度、越南)开展合作,该方法将有助于释放城市地下空间的经济潜力并最大化地为城市地下空间提供服务,不仅关系风险管理,也关乎增长所需的资源。此外,海洋对英国至关重要,蓝色经济既为资源勘查、经济活动提供了新的机遇,也为环境可持续性与海洋生物资源研究提供了机遇。英国地质调查局将制定一项名为“潜水艇”的新提案,将应用先进的勘探和环境自主机器人技术,以提高英国在最大限度利用海底地质环境方面的能力。

    在表征资源恢复力方面,英国地质调查局将开展调查、数据收集、建模和解译,以评估变化和减缓不良情况。在整合所有海洋部门数据的基础上提供工具,为不同的应用型问题提供解决办法,为有效传播海洋空间数据提供协助,以支持海洋空间规划的制定并协助制定政策。同时,将在水质和水量、废物管理、交通和能源基础设施开发等方面对地下条件进行评估,从而为英国国内外铁路、公路、管道、隧道基础设施以及农村地区恢复力的发展提供支持。

    在监测和预测方面,英国地质调查局将开发综合环境监测和传感系统,这些系统经过优化,可以测量与环境变化相关压力的参数和性质,以及测量这些压力如何随着时间的推移影响不同的环境区划。开发的系统将能够容纳下不同类型的环境数据(物理、化学、生物、行为)并包含对这些数据各种形式的表征(定量、定性、可变频率、精度和准确性)。同时,开发必要的工具来表征环境特征,以及测量变化和对干预措施的响应。

    在环境治理方面,英国地质调查局将开发面向政策制定者和执行者的信息传播方法,为环境变化的减缓、适应、环境恢复力方面有效决策的制定提供支持。这是英国地质调查局科学研究的服务“前线”,涉及新的社会科学进展、新的伙伴关系,以及与公众、政府和机构的互动,为政策的制定和实施、经济的增长、民生福祉的增进提供支持。

    3 多重灾害与风险

    自然灾害(干旱、洪水、滑坡、地震和火山爆发)对经济增长、建成环境、生活和生计具有重大影响。世界范围内正在收集有关自然地质灾害的数据,并且在整合这些数据之后,可以进行更好地预测,而与社会科学家合作将使灾害信息转化为决策者和公众需要的风险信息。《英国地质调查局未来10年科学计划》在这方面确定4个挑战主题和10个子主题。

    在多重灾害系统方面,由于许多灾害过程,如地下水灾害、地磁感应电流或火山灰都集中在流体物理现象上,为此,英国地质调查局将推进英国和国际上对“单一”灾害过程(例如岩崩或地震)的监测、分析和特征描述方面的技术发展,同时对多重灾害表征和级联效应之间的交互作用进行多个科学家群体的整合研究,以更好地提供灾害现状报告或灾害预测,提供灾害或多重灾害的发生概率、分布和规模方面的定制信息。

    在风险分析方面,英国地质调查局启动研究灾害或多重灾害对暴露人群、社区及其资产的影响、脆弱性等,该分析用于研究在灾害事件中什么事物是可能损坏或丢失的,侧重研究处于风险中社区的社会属性和经济属性,以及他们的房屋或基础设施等实物资产。

    在风险的传播方面,英国地质调查局将启动研究,增进对处于风险中的社区或社会(或其代表)的了解,从而实现行动或行为模式的改变。这些研究的一个重点是与受灾害影响的社区合作,特别是开展国际合作。这项工作的开展可能需要物理和社会科学家越来越多地联手。

    在多重灾害数据科学研究方面,英国地质调查局将在灾害或多重灾害事件及其过程和影响的相关观测或监测数据采集和管理方面进行创新,将通过欧洲板块观测系统和极限地球项目数据管理平台进行商业安排。其中,可视化将包括在面临复杂的多重灾害的发展中国家应用智能手机和众包技术。英国地质调查局强调对基础设施研究的重要性,强调大型研究基础设施有助于提高调查、监测和实验的能力,吸引全球科学和专业人才,并有助于创新、实现商业化、扩大就业和促进经济增长。通过建设和使用基础设施,将形成对基础科学的支撑,进而推进国家公益科学与研究线路的整合。这也意味着制图和建模将从静态3D到动态4D实现跃迁式变化,并将越来越多地发布实时数据。而所有以上挑战,尤其是全球性灾害和风险,需要统计、预测和预报、人工智能和创新数据存储各方面的计算机科学专家,需要更加关注社会科学并与社会科学家进行更加深入地融合交流。对此,英国地质调查局将探索招聘社会科学家的方式,以及拓展合作伙伴关系和新模式,例如外包和全民共享。

    4 迎接地质调查科技挑战

    “第四次工业革命”的特点是技术融合,包括对机器人技术、人工智能、纳米技术、量子计算、生物技术、物联网、5G移动数据、3D打印和全自动驾驶汽车的融合。为此。英国地质调查局将创建一个新的综合信息“操作系统”,以持续地为全球地球科学的云平台提供信息,彻底改变数据的提供、预测和预报模式——并支持上述三大科技挑战和其他世界级的地球科学挑战。同时,利用新的操作系统和知识将这些数据集结合起来,提供从城市到大陆边缘各种比例尺的地质系统尖端信息。英国不同地区的经济驱动力正在迅速发展,英国地质调查局将开发各种途径为特定地区的需求提供最适合的定制信息,同时确保国家的地球科学框架得到加强。在国际上,将在英国海外发展援助计划的范围内与伙伴国家展开合作。具体来讲,英国地质调查局将开展包括数据科学和数据基础设施、建模、区域地质调查、新一代英国国家地质模型、地球科学和社会等方面的战略研究工作。

    其中,在数据科学和数据基础设施方面,通过新数据和采集技术,显著提高影像的拍摄和传输能力,以更好、更详细地表征环境和地质体,并提高时间分辨率。其中一些技术将是新颖的,需要新的遥测技术或转用其他领域及行业获取的技术,从更深的地下探测信息。

    在区域地质调查方面,将在英国和国际上启动地区层面的项目,将与各地区特有的一系列工业和可持续发展挑战相关联。比如:东北走廊项目,该项目将支持矿产、基础设施(公路和铁路)、建成环境、可能的氢经济、碳捕获与封存和页岩气工业网络。这些定制项目将与英国的区域产业战略、地方增强基金以及工业利益相关者的需求密切相关。类似的以工业为重点的项目将在英国和其他国际区域开展。这类区域工作将在英国的国家层面进行协调,以确保数据集之间的一致性,保证连贯性和在国家尺度上理解一致。

    在地质模型方面,将开发新一代英国国家地质模型,重点关注英国的浅层地下模型和基岩体元模型。这些模型将建立在现有数据的基础上,并结合正在进行项目的新数据,特别是聚焦区域的地质调查数据。例如:新的英国浅层地下模型旨在开发用于模拟浅层地下结构和性质的新方法。通过使用地貌形态测量和数据分析技术,将推动地球科学的发展,形成对当前浅层地下模型的支撑,以期为未来开发增强型模型,发布新产品。此外,一个结合浅层和深层、区域和国家的地质模型,将提供可供外部利益相关者用于改进决策的3D框架;而对地面和地下传感器网络的不断改进和开发部署,将能够使所提供的数据从3D走向4D。

    (作者单位:中国地质调查局发展研究中心)

     

    迎接科技挑战 叩响地球之门