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    能源资源安全保障事关国计民生。今年全国两会上,多位代表委员重点关注这一话题,从探、产、供、储、运、销、贸等多个角度为能源资源安全保障献计献策。

    关于推进增储上产、促进矿业转型发展,来自地矿行业、企业和地方的代表委员们操碎了心,从勘查开发利用全流程寻找矿产增量。许波代表建议,加大找矿的支持力度,建立经济主体平等勘探的风险机制、风险承担和利益共享机制。吴城委员建议,加快构建国家地质大数据平台,整合遥感、物探、化探、钻探等多元信息,打造多模态地质数据库;支持勘探算法研发,建立人工智能找矿模型库,深度挖掘区域成矿规律,推进地质勘探新范式的创新发展。黄水波代表建议,对锑等出口管制的国家战略材料予以饱和性价格收储,建立战略储备资源库,并加大找矿力度,加强补链延链。陈伟俊代表建议,推动新疆油气增储上产、矿产资源勘探等规划落地实施;在战略找矿等方面给予特殊支持。薛斌代表建议,从国家层面,对新疆生产建设兵团参与油气矿产资源开发、提升煤制天然气产能等方面加大政策支持力度。张定超代表建议,加大力度支持贵州找矿、采矿关键技术攻关,推动优质矿产资源配给优强企业,提升资源就地转化率、延长产业链条,构建具有贵州特色的现代化产业体系,将资源优势转化为产业优势、经济优势。邱江代表建议,在云南布局建设国家战略性稀贵金属产业基地和稀贵金属材料产业创新中心,推动相关高校、科研机构与云南共同开展技术攻关,更好推动我国战略性稀贵金属产业创新发展。吴万华代表建议,国家发展改革委将金昌市作为国家重点镍铜战略腹地延伸区,支持金昌和金川公司建设全国重要战略性资源开发地。吴群刚代表建议,将攀枝花红格南矿开发项目列入国家重大项目清单。孟繁英代表建议,在分配全国稀土总量控制指标时向白云鄂博矿倾斜。范付中代表建议,支持三门峡建设国家超纯石英新质原材料产业基地。汪霞代表建议,支持个旧建设锡资源战略物资储备基地、再生有色金属资源跨境交易基地。王忠昆代表建议,支持鞍山推进矿产业高质量发展,将鞍山确定为矿产业高质量发展示范基地。刘会英代表建议,提升锂电产业循环利用水平,出台专项支持政策,对锂电池再生利用给予补贴和扶持。

    煤炭是保障能源安全的压舱石,在能源安全保障体系中占据基础性地位。武强委员建议,加大对大型煤炭矿区新资源勘探的资金和技术投入,鼓励企业开展技术创新,提高煤炭开采效率,同时呼吁政府出台相关优惠政策,引导社会资本参与产能接续项目。童明全代表建议,国家成立煤炭产业转型发展基金,优先考虑煤炭资源型地区及煤炭转型企业可持续发展,促进煤企转型。杨会军代表建议,对开采煤矿给予政策补贴,对环保治理给予政策支持,控制煤炭进口总量。游弋代表建议,完善煤炭进口动态调节机制,适度控制煤炭进口节奏。

    非常规油气是增储上产的后备力量,有很大潜力,需要给予政策支持,持续用力加强研究、做好示范。金之钧代表建议,请自然资源部等在矿业权审批等方面给予内蒙古深层煤层气示范区建设更多支持。

    关于矿业的产业划分,再次被提起。王运敏代表建议,把勘探、开采统一为矿业,列为国民经济第一产业;在国家发展改革委下设国家矿产资源局;加大对矿产资源开发利用的科技投入。

    关于矿业用地政策,自然资源主管部门近年来出台了系列举措,仍需不断完善。奇飞云代表建议,对于保障发展新质生产力的必要矿种,建议参照国家战略性矿种管理,并按照矿产资源法有关规定,拓宽用地来源,保障合理采矿用地需求。

    运输畅通是能源资源安全保障的中间环节,同样不可忽视。巩学峰代表建议,鼓励引导地方先行建立省级天然气管网平台,在条件成熟后融入国家管网;请国家发展改革委加快推动天然气国家管网与省网协同发展。关东代表建议,进一步加大能源基础设施投资,提升能源安全保障能力;推动智能化管道建设,提升行业技术水平。马洪海代表建议,鉴于中卫作为国家“东进西出”主要通道、天然气枢纽以及疆煤东运中转站等特殊区位重要性,将中卫列入国家综合货运枢纽补链强链城市。

    聚焦两会|全国两会代表委员热议能源资源安全保障

    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。

     
     
    岩浆-热液型铅锌矿床多期流体脉冲与成矿取得新认识

    2022年12月18日,“海洋地质二号”科考船在广州市南沙区龙穴岛科考码头入列中国地质调查局广州海洋地质调查局。入列现场,自然资源部党组成员,中国地质调查局党组书记、局长李金发宣布“海洋地质二号”加入海洋地质科考船队。

    “海洋地质二号”总长85米,型宽22米,型深8米,排水量7224吨,航速12.5节,可载员150人,自持力35天,续航力12000海里,DP-2动力定位系统。配备了150吨主动深沉补偿海工吊、A型架、万米光纤绞车和地质绞车、海上水文环境测量等调查设备。

    “海洋地质二号”原为水下支持维护船,经过改造升级后,已成为一艘具备伴随大洋钻探船进行全球航行作业能力的多功能保障船,可提供物资补给、人员轮换、海上消防及救援等保障服务,还可完成环境评价、地质取样、物探调查、锚系作业、近海底地形调查等海洋科考调查作业。同时,具备承担海底电缆敷设、深水打捞、饱和潜水、风电工程勘察等海工作业的能力,是对我国现有科考船系列的补充,将大幅提升深海重装备探测能力。

    “海洋地质二号”隶属于中国地质调查局广州海洋地质调查局,由中交四航局江门航通船业有限公司实施改造工程,中船708所负责改造设计,中国船级社实业公司承担监理工作。2020年9月交付改造目标船,2021年6月入厂启动改造,2022年5月完成综合航行试验。

    在移交船舶证书后,与会人员参观了“海洋地质二号”,并听取了有关船舶情况汇报。自然资源部,广东省政府,广州市政府等有关单位,涉海科研机构,中国地质调查局及所属广州海洋地质调查局、青岛海洋地质研究所、武汉地质调查中心、勘探技术研究所,以及项目参建单位等有关人员参加了入列活动。

     
    多功能新型科考船“海洋地质二号”入列

    自然资源部中国地质调查局西安地质调查中心同位素实验室成立于2014年,从锆石U-Pb定年业务慢慢拓展到独居石、斜锆石、榍石、磷灰石等其他含铀副矿物的U-Pb定年,以及原位微区微量元素和Sr-Nd-Hf同位素测定。

    2023年,实验室迁往长宁新区新基地,建立千级前处理超净实验室,在原位微区分析测试业务基础上,开发全岩Sr-Nd-Hf同位素比值测定方法,并于2024年5月正式对外开放,接收样品。

    本实验室Sr-Nd-Hf同位素溶液的纯化采用DGA树脂,上样介质为饱和硼酸溶液,一柱分离Sr、Nd、Hf同位素溶液(图1),淋洗体积88mL,时长8小时。Sr、Nd、Hf的淋洗酸分别为5N HNO3、3.5N HNO3+0.2N HF、1.85N HCl。上机测试采用浓度匹配、标样间插校正法。实测国际标样AGV-2,RGM-2,BCR-2的Sr、Nd、Hf同位素比值,均与推荐值一致。

    如有测试需求,请联系:魏老师(13772546295,同微信)、汪老师(13324517306,同微信)。

    全岩Sr-Nd-Hf同位素比值测定方法的建立

    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

    一、背景

    (一)国际发展动向

    基于20世纪科学技术的迅猛发展,人类活动已经扩展到世界各个角落,实现全球合作、促进全球发展逐步成为各国的共识。全球范围内的发展中国家和发达国家在享受全球发展带来巨大收益的同时,也付出了资源、环境以及社会方面的高昂代价。人类生产活动不仅在全球范围内破坏着自身赖以生存的生态环境,同时由于过度开发,人类赖以发展的自然资源也正以惊人的速度减少。联合国给出的《千年生态系统评估》(2005年)报告指出:“由于人类活动的干预,2/3支持地球生命系统运转的自然资源已被严重破坏,几近耗光。人类赖以生存的生态系统有60%处于不断退化状态,支持能力正在减弱。未来50年内,这种退化也许还将继续。”随后,世界自然基金会(WWF)的《地球生命力报告(2008年)》针对人类对自然资源需求的生态足迹,指出“人类对自然资源的需求超出了地球承载力的近1/3。美国和中国的国家生态足迹最大,各消耗约21%的全球生物承载力。美国人均生态足迹量9.4全球公顷,可覆盖4.5个地球;中国人均生态足迹量2.1全球公顷,覆盖1个地球。”而据《中国生态足迹报告(2008)》,2003年中国人均生态足迹量1.6全球公顷,低于2.2全球公顷的全球平均生态足迹。有关度量指标除生态足迹(人类需求)、生命地球指数(自然状况)外,还有碳足迹、水足迹。一些发达国家已形成“经济(Economy)-能源(Energy)-环境(Environment)”协调发展的“3E”模式,而2009年的达沃斯论坛传出了“水资源破产”的预警。

    (二)我国中长期经济、社会发展的趋势预测

    在发展的大潮席卷全球的同时,我国经济社会发展遭遇了前所未有的契机与巨大的挑战。1970年以来,世界人口增长近60%,耕地、草地面积相对稳定,基于灌溉、化肥的农业增产,与人口增长相对平衡。与此同时,中国耕地数量历经20世纪80年代缓慢减少和1999~2003年迅速减少两个阶段后,进入基本受控状态。据相关数据统计,21世纪上半叶世界人口将增长70%,而人均耕地、草地面积将会减少;日益增长的人口与持续减少的耕地、草地之间的矛盾依靠先进的农业科学技术可得到缓解,人地关系预计不会到达崩溃的程度。虽然中国对改善目前形势、确保更好的发展有充分的信心,但形势依然严峻。世界银行公布的一份《解决中国的水稀缺》(2009年)的报告中列举中国“每年有约250亿立方米的水因受污染而不能使用,有240亿立方米的地下水被超采,水危机导致的经济损失占GDP的2.3%,不容忽视”(我国水利部公布的地下水超采数据为120亿立方米/年),由此可见我国保证资源可持续利用的任重道远。

    (三)国家当前和近期需要

    国家发改委2008年做出的关于《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》实施中期情况的报告中,提出“十一五”后两年难以有效解决的全局性、战略性重大问题:①能源资源利用问题。②生态环境保护问题。③空间开发结构优化问题。④粮食安全保障问题。⑤城镇化健康发展问题。⑥人力资源开发问题等。并要求及早谋划好与之相关的“十二五”时期发展战略。这6个问题同时也是6个前瞻性研究题目,而前5项均与国土资源和国土空间的调控有关。

    从长远看,国土资源和空间战略目标将以可持续性、生态化、低碳化、信息化、全球化为依归。

    (四)经济与矿产资源全球化、区域化

    随着世界经济或结束剧烈震荡进入缓慢复苏期,包括矿产资源全球化在内的经济全球化已成为当今世界不可逆转的发展趋势,各国的市场化改革与经济结构调整此起彼应,各国展开抢占下一轮发展经济制高点的竞争愈益激烈。在2009年全球经济复苏的曙光出现时,“后危机时代”世界经济的新格局正在形成。作为全球经济复苏的“主推手”——中国在世界经济舞台上的角色也在悄然发生变化。APEC作为亚太区域经济合作论坛起着对话和交流的作用,中国-东盟自由贸易区(CAFTA)即将面世,同时与南盟(SAARC)的区域合作开始提上日程,东北亚的中日韩自由贸易区的进程要慢一些,上海合作组织(SCO)则以地区安全为重心,并进一步深化区域经济合作。

    (五)国土安全隐患

    在经受全球发展冲击而引发资源、环境的国际纠纷不断的同时,我国的国土资源和空间由于历史、自然等原因也面临重大安全隐患。中印边界问题由来已久,印度除侵占我国藏南部分领土并设立所谓“阿鲁纳恰尔邦”外,还觊觎南疆阿克赛钦地区;国外和新疆的“东土耳其斯坦”分裂势力和恐怖组织妄图将新疆从中国分离出去;我国管辖海域近一半与邻国有争议,南海“九段线”虚多实少,主权深受侵蚀;钓鱼岛的主权争议,与那国岛、冲之鸟礁的军事开发问题都对我国东海海疆构成挑战。此外,自然灾害频发、生态环境破坏、资源衰退和骤减、国际金融抢滩我国资源开发等也成为国土资源安全的胁迫因素。

    二、起点

    (一)我国快速工业化、城镇化

    改革开放以来,随着我国工业化的快速发展,城镇化水平也逐年提高。2008年我国的GDP总值达到30万亿元(相当于4.3万亿美元),成为世界第三大经济体,而人均GDP 仅3266美元,只及世界中等偏下收入水平,国土经济密度以倍数增长;工业化率达48.6%,正处在工业化中期、以传统工业为主的产业结构,遭遇资源“瓶颈”;城镇化率只及45.7%,低于世界平均水平,城市群规划建设开始提上议事日程;市场化程度达60%,已超过市场经济临界水平;国际化程度,我国已全方位对外开放,深度融入全球经济一体化;科技创新能力居发展中国家前列,总的仍处于世界中等水平。据世界经济论坛2009年9月公布《2009~2010全球竞争力报告》,中国(大陆)列全球第29位(比2008年晋级1位),继续领跑“金砖四国”。作为人口、经济总量“双庞大”、结构复杂、非均衡性突出的发展中大国,中国积极参与国际竞争,如应对得当,有可能继续保持上升势头。

    (二)对国土开发程度与资源、环境承载力的不同估计

    1.综合评估:总体上尚未超载,西北和北方部分地区超载

    据中国21世纪议程管理中心编著的《发展的基础——中国可持续发展的资源、生态基础评价》(2003年),中国“水资源和水环境的人口承载力在15亿~18亿人之间,但将从南到北大规模转移;而土地对食物的承载能力略有盈余,在未来50年内都不会超出其边界;能源与矿产资源供需失衡的形势将更加严峻,10亿吨燃煤造成的污染已接近环境的承受极限,6种大宗矿产(铁、锰、铬铁矿、铜、铝、钾盐)现已供不应求。”而《中国工业发展报告——资源与环境约束下的中国工业发展》(2005年)认为:“中国经济增长越来越接近于资源和环境条件的约束边界。”《中国至2050年区域科技发展路线图》(2009年)把“资源环境承载力已接近饱和”列为4个基本国情之一。

    就人口发展与资源承载能力而言,《国家人口发展战略研究报告》(2008年)指出,中国人口发展总体上没有超越自然资源承载能力,但是局部地区和部分资源已出现资源紧张和供需失衡现象。现有的经济发展规模和人口数量均在水土资源承载力范围之内,但区域之间极不平衡,西北部和北方部分地区超载严重。

    2.分区域评估

    1)海岸带开发不足。海岸带是连接陆地与海洋的纽带,是开发海洋资源、发展海洋经济的依托。我国拥有1.8万多千米的大陆海岸线,海岸带面积达38万平方千米,约相当于沿海省(区、市)面积的1/4。专家指出,我国沿海诸省(区、市)每1000平方千米陆域的海岸线资源量,基本上与欧洲主要国家和美国处于同一水平上,但开发程度却远比那些经济发达国家为低。

    2)沿海地区局部已过度开发。在自然条件较好的东部沿海地区过度开发严重,珠三角9市土地开发强度15.9%,超过了日本三大都市圈,也超过国土面积相当的荷兰;包括安徽在内的环长三角地区,国土面积(约34万~35万平方千米)与德国、日本相当或相近,开发强度(约15%~16%)超过德国(12.8%)、日本(15.0%)。海洋资源过度开发造成开发利用密度高、生态环境退化严重的局面,需要实行绿色保护的海洋政策,解决可持续开发利用问题。(《2010~2020 中国海洋战略研究》,2009)

    3.分资源门类评估

    由于长期森林过伐、草地过牧、坡地滥垦、矿产乱采,超过限度,使我国的自然资源遭到不同程度的破坏,虽然近年施行了禁止乱砍滥伐、退耕还林、限制矿产开采等措施,我国的资源破坏现象有不同程度好转,总体上仍不乐观。

    我国超限开发的典型例子还包括近海水产过度捕捞,年产量峰值可达1400万吨,超限额75%,导致海洋生态系统和水产资源严重退化,产量减少,水产品个体变小。

    在水环境方面,水与环境超载,形势严峻。根据水利部2009年发布的最新数据,我国水资源总体上已经过度开发,其中黄河水资源利用率>60%,海河>98%,内陆河流域>40%。过度的开发,不仅威胁或损害河流健康,还使某些主要功能丧失。不少地方水环境开始退化,出现了水质恶化、地下水位下降、河湖干涸、湿地消失的现象,所有这些都是出现水危机的先兆。

    4.国土的粗放开发和资源、环境承载力评价

    中国当前正经历新一轮重化工业化及与其相克相生的“资源瓶颈”,资源除总量大、人均少外,在国土开发利用中的矛盾也很突出,总的资源开发强度与国土经济密度不对称,开发过程中的粗放、分散、重复、低效、退化等问题(表1)日久年深,有的积重难返。

    表1我国国土资源开发利用中的倾向性问题一览表

    人口基数大和粗放式强度开发加重了国土的负担,对人口、经济密集区的资源、环境承载力有必要做出科学评价。国家部署主体功能区规划,根据自然条件适宜性开发,控制开发强度,调整空间结构,也以资源环境承载能力为基本依据。关于环境承载力,“十五”后期由清华大学承担的宁波市环境承载力研究,从资源供给能力、环境纳污能力、人类支持能力3个角度来量化环境承载力,建立了评价指标体系。厦门大学对厦门海岸带也做了生态安全压力分析。资源、环境承载力评价的综合度更高,相应的难度也更大。对此,中国地质调查局在汶川地震灾后重建规划工作中有实战性演练,正组织“环渤海湾重点地区环境地质调查及脆弱性评价”项目,将扩及全国海岸带资源、环境承载力调查监测和风险评估,其重要性不言而喻。

    5.对国土面貌演变方向的两种预计

    基于当前国土资源的利用现状,对未来国土面貌演变方向有以下两种预计。

    1)从低收入转为中等收入国家的提升期是包括公共服务在内的现代服务业加速发展期、国土面貌向良性转变期,人均GDP 3000美元是对资源环境的边际压力的转折点。中国发展高层论坛2004年年会的总结讲话指出这一时期的6个基本特点:“消费结构升级,工业化进程加快,城市化速度上升,人口大量转移,国土面貌日新月异,社会财富迅速增加。”其中,“国土面貌日新月异”是良性预期。2005年,我国荒漠化和沙化土地面积实现中华人民共和国成立以来首次“双缩小”,“破坏大于治理”转为“破坏与治理相持”;2008年,电力弹性系数首次小于1(低于GDP增速),都顺应和促进这样的转变。

    2)《新一轮全国国土规划前期研究(中国地域空间、功能及发展)》综合报告(2006年),“第一章背景——剧烈变化的‘国土’”指出了我国国土开发和建设布局无序及空间失控态势的严重,包括:地域(空间)开发利用严重无序,建设用地过度扩张;许多地区资源环境压力过大,而支撑体系太弱;不少城市盲目攀比,贪大求洋,超前定位;一些快速发展地区环境状况令人担忧;生态退化问题依然严重,由此招致“国土安全和资源保障的危机”。这里所说的“剧烈变化”非“良性”一词所能道破。2009年9月《科技日报》关于“建设低碳城市”的对话栏目中有专家指出:“我们75%的地面水已经被污染,国土变得枯黄”,就是相应的写照。

    国土面貌是广域性土地利用/覆被变化(LUCC,全球变化的中枢和核心主题之一)的反映,尤以人口增长胁迫下的LUCC为甚。我们终需这样的系统观测和研究成果为基础给出说明。

    三、基点

    (一)大国土

    1.活动半径

    日本前首相田中角荣1972年为中日邦交正常化访华,在与毛泽东主席会谈时曾说:“一个民族的能力水平与活动半径成正比。”其着眼点在于国家的对外开放和国际化程度。

    一个国家的国土资源和空间管理及于领土、领空、领海和管辖海域(“准国土”或“国土化海域”),我们要上天、入地、下海,所要求的技术、工程和管理能力水平也与活动半径相关。

    “大国土”指现有国土全方位的内涵深化(包括系统化、整体化、聚合化、空间化)和管理(包括监督管理)到位:在国家层面上加强统筹协调,但不因“大国土”而扩张国土空间;在部门层面上加强内融外联,也不借以扩大职能范围。

    2.内涵假设

    “大国土”即广义的国土:一是国土资源与国土空间(或地域空间)的统一;二是自然国土与人文国土的统一;三是覆盖陆海、充斥立体空间的“三维国土”;四是统筹国内地球表里诸圈层的“多圈层国土”;五是宏观和中观层面上的“和合国土”。

    (1)国土资源与国土空间

    国土资源指土地、水、矿产、生物、海洋、大气等实体性资源,它们又占有各自的区位或地域,即空间性国土。而国土资源管理现状,既有重实体资源、轻空间的倾向,如把国土(空间)规划视同“国土资源规划”;也有重空间、轻实体资源的倾向,表现为土地管理的重数量、轻质量,区域地质调查的重陆轻海。

    在适当的地形地貌条件下,农业用地的耕作层、建设用地的工程持力层都是实体,农业、建筑业等活动先选址、后丈量,基本程序是由实体到空间;探矿权首先是带有虚拟性的“空间试用权”,而采矿权是资源的用益物权,矿业过程是由空间到实体。由此可见国土资源的实体性和空间性同等重要,不可分割。

    中国社会科学院黄皮书《2006年:全球政治与安全报告》认为,国家强弱更多取决于综合国力,其构成中科技力、人才力和信息力各占25%,自然资源和资本各占12.5%。自然资源的权重只占1/8,在当前阶段可能估低了,如果加上国土空间(区位)要素更要考虑提高。

    (2)自然国土与人文国土

    中国作为人口众多的文明古国,对国土垦殖和开发的历史悠久,但空间上极不均衡。开发强度,是指一个区域建设空间占该区域总面积的比例。作为发展中国家的中国,2008年全国平均开发强度达到3.48%,超出一度预计2010年达到3.23%的强度值很多,特别是东部沿海的一批城市已进入强度开发或超强开发,上海、无锡达到29%~30%,而东莞、深圳高达38%~40%,已臻于极限值,人工生态系统置换了自然生态系统。按照这样的发展速度,2020年全国开发强度达到3.91%的预计值也有可能被突破,国土人工化的趋势难以逆转。资源、资产、资本“三资合一”也是人文超过自然的国土。

    另据吴霁虹指出,在全球化背景下的信息社会中,不同于土地、劳动力和资本要素的知识、商业生态网络、组织流程等已成为创新活动的“新生产要素”,实现全球联系和思想交流的商业生态网络正成为新的“虚拟地产”。IBM 2008年的企业价值超过1577亿美元,然而其土地、建筑物、实验室等有形资产只占9.1%,基于空间和时间动态地创造价值的组织流程相当于“创新工厂”。由此可见,“人文国土”的未来发展具有很大的空间。

    (3)“三维”国土

    科技部2008年推出基础科学研究和前沿技术探索的“三深战略”,包括“深空(宇宙空间)”“深海(公海大洋基底)”“深蓝(信息安全)”三大纵深领域,“三深”没有“深陆”。在国土资源战略的“三维国土”构架中,“深”含“深陆”“深海”,它们同属岩石圈、水圈富于探索价值的人类未知领域;“空”首先是地面以上100~110千米的“领空”或“近空”,其次是外层的“深空”或“公空”(图1),概称“陆、海、空、深”。2009年9月,我国第一个集数据、软件于一体的三维地理空间信息系统——数字地球(中国)问世。

    图1“三维”国土示意图

    国土、资源、地质各有其自然演变和随人类社会农业、工业、科技革命的变异过程,并谋求可持续发展——时间维的过去、现在和未来。以46亿年计的地球历史可谓“深时”。这是“三深”向“四深”的发展。

    《浙江省信息化测绘体系建设发展战略》(2008年)首次提出了基于“时间维-对象维-方法维”的测绘体系概念模型,是对信息化测绘体系的基本构成与内涵的创新性探索,这也是“国土资源战略研究”吸收地方成果的一个范例。

    (4)“多圈层”国土

    大国的“陆、海、空、深”是互相影响的“多圈层”国土。1760年英国工业革命以来,世界各国累计开采、消费了3万多亿吨(以标煤计)化石能源,近250年间从地球岩石圈向大气圈释放出数以万亿吨计的CO2(土地利用/覆盖变化也贡献了>30%的份额),扰乱了地球各圈层之间的平衡,导致全球气候变暖。同时,还要看到海洋-大气相互作用的重要影响,还有生物圈中土壤碳库(可抵消全球5%~15%的碳排放量)的储碳潜力。就碳排放大国而言,也可以看作“大国土”结构问题。

    钱正英在《我国的江河整治问题》(1981年)中曾经建议:“对国土整治进行统一规划,水利建设纳入国土整治的统一规划。”

    第33届国际地质大会中国代表团建议探索“外层空间”新领域,测绘瞄着“地-空-天一体化”目标,都是超出地球圈层范围的深空探索。

    (5)宏、中观层面的“和合”国土

    以城镇化进程中的土地资源管理为例,在城乡分割体制下的土地二元配置和使用,造成城镇和农村“两栖”人口的“双重占地”,导致“两不经济”的结果,加剧了城乡用地和人地关系的紧张局面,必须实行以城乡一体化为目标统筹城乡用地的战略转变。这既有利于人际和谐、人地和谐,也促进城乡融合,以臻于“和合(和谐+聚合)”境界。统筹陆海、区域(行政区、经济区、气候区等)、城乡、“三生(生活、生产、生态)”空间等,都是形成疏密有序的“和合”国土之路。

    而国家所提倡的保护耕地的实质是保住耕作层的综合生产能力平衡,节约集约利用土地,以土地总和效益最大化为目标,都寓意于提高多元一体化程度的综合或集合,“和”“合”并用,相辅相成。

    3.陆、海、空关系

    (1)“滨海之国”与“滨、近海之国”

    大国土涉及陆海关系,美国区域规划协会称美国为“滨海之国”,是离海岸线80千米的范围,在这个占国土面积13%的区间集中了美国51%的人口、57%的国民收入。实际上这只限于美国本土,美国又是多海洋国家,除了滨海的阿拉斯加州、夏威夷州,还有5片海外属地(岛域或群岛),其管辖海域散布在大西洋、太平洋和北冰洋,比上述区域要大得多。就美国本土而言,我们把它看作“半环形的滨海(湖)之国”(东北角是五大湖区)。中国的陆海情况与它迵然不同,总体上是东南向临海的“滨、近海之国”。从大国土着眼,我们在看重沿海省(区、市)的同时还要看到近海省。近海省按区位可分3类:①中部近海省,涵盖中部地区6省;②西部近海省,有贵州、云南;③3个近海边疆省,即吉林(临海最近距离15千米)、黑龙江(临海最近距离<100千米)和云南(临海最近距离<500千米)。按此设想,现有沿海省(区、市)加3类近海省(区、市)共有24个,占全部省级单位的77%,这就能让更多的内陆省共享海洋资源,既有利于海洋共同开发和国土均衡,也有利于扩大内需和(海)港-腹(地)一体化,沿海省(区、市)和近海省(区、市)依托地缘关系共筑“和合国土”。

    (2)深陆和深海

    大国土包含“深陆”,现代科学技术的发展使人类向地壳深部、深海大洋和洋壳的探索成为现实。表2列举了我国实施的部分大陆深钻和超深钻。此外,山东新汶矿业集团的一处矿井深1350米,是亚洲最深矿井;清华大学与四川二滩水电开发公司合作,在锦屏山覆盖层深2500米以下的引水隧洞旁建筑极深地下暗物质探测实验室。

    表2 我国实施的大陆深钻、超深钻一览表

    海洋正逐步成为人类的第二生存空间、食品生产基地、化石能源和新能源开发基地、新的水资源开发基地、新的医药资源开发基地,又是全球交通和物流通道。美国《面向21世纪海上合作战略》(2007年)认为:在世界所有国家中,美国和中国是海洋利益最大的国家(实际上两者缺乏可比性)。大国土中涵盖的深海指的是水深超过500米的海域,我国把深海资源开发列为超前部署领域,尚处于发展的中级阶段。表3概列出海平面以下的分层化。

    表3中所列海平面200米以下的深层水,保持低温、洁净,具有多种功能,在美国、日本、韩国开发利用这类较深的优质海水,已形成产业。

    (3)近空和“地空”

    城市高层建筑林立。全国大城市中现有5000多座50层以上的高层建筑。上海环球金融中心建成世界第一高楼,在高密度的建成区中出现了不同产权单元在空间上层层叠加的现象,并愈益普遍化。这一层近地空间简称“地空”。表4列出了近空分层的高度以及各层对应的主要功能。

    表3 海平面以下分层化表

     

    表4近空分层化表

     

    我国利用低空(地表以上100米)风能发电居世界第四位,而“高空”(地表以上200米)风能尚未开发,这两层空域均在“地空”范围内。在更高空还有丰富、稳定的风能资源,其开发利用与航空飞行不兼容,待进一步研究。

    城市在向空中“长高”的同时还向地下延深。我国有10个城市已使用或正在建设地铁,另有8个城市提出或筹建地铁,到2020年建设城市轨道交通线路将达到2000~3000千米,表明城市“地铁时代”已经来临。

    “地空”和地下工程呼唤城市三维地质调查、三维地籍测绘和管理。

    4.城市“三维”地质调查和“三维”地籍测绘与管理

    地空和地下工程呼唤城市的三维地基调查和三维测绘调查,现在我国有6个城市在试点,上海、北京已经验收。

    “上海市三维城市地质调查”项目按“中心城-新城-郊区”3个规划功能区,建立“基岩地质层-第四纪地质层-工程地质层”3个层次的地质结构模型,使三维可视化地质信息系统、地面沉降防治、地下空间与地质环境容量评价、地球化学调查与农用地分等定级相对接,特别是搭建起大型、综合、动态的地理地质信息平台,可望打破多源、异构、多维数据形成的“信息孤岛”互不相通的僵局,实现全市地质信息由分散到集中管理、由平面到三维显示、由单项专业应用到多元服务的转变。另在全市地下工程普查的基础上,从黄浦区着手地下地籍调查,构建“地上地籍图-地下地籍图-地质图”系统,为地下空间管理提供有效支持。

    “北京市多参数立体地质调查”项目(2009年通过评审)推出的智能化三维地质信息管理与服务系统,为城市规划、建设和管理提供了全方位的科学依据。

    在完成6个城市试点的基础上,将考虑另33个超大城市的“三维”地质调查。

    深圳市国土与房产局正启动“三维地籍”的专项研究,这是有关城市“三维”地籍测绘和管理研究,在国内外尚处于探索阶段。而历来以二维宗地为核心、以“四至”为边界的传统地籍,都建立在宗地内产权主体同质化的基础上,而城市土地的立体化利用则以垂直方向上、产权主体的多元化为前提,即地表、地上、地下空间可以分层开发并分属不同权利人,这就形成以六面体或多面体为基本单元的“三元产权体”,在空间形态上表现为复杂的产权簇或产权层,需要有相应的“三维地籍”测绘为支撑的“三维地籍”管理。此外,《物权法》要求实行不动产统一登记制度,而任何不动产都占有一定的空间域,系统的三维地籍研究为在一个统一的技术框架下处理土地和房产的登记问题提供了可能。

    上海市地质调查研究院研究地下空间资源管理与权籍调查关键技术,也有初步成果。

    从城市空间要素立体化趋势中可引出一种新型的财产权,即空间权,它与建设用地使用权相分离,成为一项独立的物权(参见《民法》第七百七十三条、第八百三十二条),在我国台湾省已建立起比较完整的空间权制度。

    住宅产业规划到2020年基本做到“户均一套房、人均一间房、功能配套、设备齐全”。在产业层面,青岛“海尔地产”为节能省地提出“小户大家(小户型、大社区),和谐住区”的理念。即通过5个空间结构把家庭做大:家居空间紧凑化,环境空间功能化,会馆空间场所化,商业空间生活化,网络空间无域化(建设数字化网络社区,用网络服务来解决物理空间解决不了的问题,使得生活无域化——与“虚拟地产”相联系)。而微观上的空间意识将会有助于模式和设计创新。

    (二)大资源

    1.内涵假设

    “大资源”即广义的自然资源及其组合开发利用。

    一是单门类自然资源及其多形态的综合利用,多功能的优选利用(如在农业用地中, 对耕作层既是“土壤水库”又是“土壤碳库”的合理利用),非常规资源和新资源的递进或接替利用。

    二是包括土地、水、矿产、生物、海洋、大气等在内的多门类自然资源及其优化组合和综合管理(如水、土资源综合管理,海洋综合管理)。

    三是大资源以土地、能源为根本,我国的耕地和宜居建设用地都是稀缺资源,要在统筹生活、生产、生态空间的前提下节约集约和多元利用土地,新能源比传统能源的范围大大拓宽,要在尽可能清洁利用化石能源的同时研发低碳导向下的替代能源。

    四是确立、推进基于生态系统的国土资源管理和海洋综合管理,与经济、社会、生态建设相互交融,并探索资源、资本、资产“三位一体”的复合式管理方式,使资源开发利用的技术链、产业链、价值链层层相扣。

    五是融入经济全球化,积极利用包括国际海域在内的境外资源和公共资源。

    2.大资源与大能源

    中国在2012年将成为世界最大能源消费国。在21世纪上半叶,能源在我国矿产资源中仍居首位。在低碳导向下的大能源发展离不开大资源、大地质的支撑(表5)。

    3.单项管理案例

    水利部基于我国人多水少、水资源时空分布不均、与生产力布局不相匹配的突出水情和严峻的水资源形势,从2009年开始实行最严格的水资源管理制度。这比实行最严格的土地管理制度晚13年,但所规定的“三道红线”——开发利用“红线”即控制用水总量;水功能区限制纳污“红线”即控制入河排污总量;用水效率控制“红线”即遏制用水浪费——是对水量、水质和水耗的综合调控,体现了水资源和水环境管理的相对统一,起点高于只设“一道红线”的土地管理制度,也可以说把土地管理、利用的两个最严格制度“合二而一”了。

    2009年瑞典斯德哥尔摩大学和德国波茨坦气候研究所的科学家量化分析了“蓝水”和“绿水”,其中,“蓝水”是来自河流和地下含水层的水资源,占35%,“绿水”则是源于降水、存储于土壤并通过植被蒸发而消耗掉的水资源,占65%;科学家们根据分析结果提出了应该大力研发绿水资源利用技术,由此可见土壤水作为“大资源”的一个分支兼及“大土地”“大地质”领域,应予以重视。

    表5 大能源战略及其资源、地质支持一览表

    :①第33届国际地质大会中国地质代表团得到启示:“非传统能源越来越受到重视,能源多样性是今后出路所在。可再生型能源可能是未来能源的主体。”

    4.综合管理案例

    中国工程院2007年关于《东北地区有关水土资源配置、生态与环境保护和可持续发展的若干战略问题研究》指出,基于东北是我国水土资源搭配最好的地区,可以建成全国最大的优质商品粮基地,而东北地区过去的垦荒,实际上是占用了林、草、湿地。目前的生态与环境状况,已到了临界状态。因此得出一条基本结论:“东北地区土地利用的总体格局应当是:耕地总量不再增加,林、草、湿地不再减少,城市和工矿用地合理控制”;并指出东北“西部地区的农业发展方向必须是农牧结合,以牧为主;农作物……以雨养农业为主,在缺水地区不宜种植水稻”等,在宏观上都有道理。但一年后,即2008年推出的《吉林省增产百亿斤1斤商品粮能力建设总体规划》中规划投资62亿元引嫩入白、以稻治碱,用5年时间在该省西部新增255万亩基本农田。这反映出国家战略研究与地方战略行动脱节,见仁见智,有待实践检验。

    多门类资源的综合管理,如作为复合式资源和空间的海洋综合管理,已成为国际趋势。其核心思想是从分散的行业管理转向跨行业、跨学科和跨部门的、基于生态系统的海洋综合管理。20世纪90年代中期,厦门市率先建立了海洋综合管理体制,成为有关国际组织部署的东亚海洋防污和管理的示范区,但推广不易。国家海洋局受权“综合管理中国海域”已10多年,尚难到位。对此,《2010~2020中国海洋战略研究》第五章中有具体建议。

    (三)大地质

    1.内涵假设

    大地质基于经济、社会与时俱进和地质工作功能最大化,不断扩大服务领域、贯穿于生产和生态建设的全过程。

    一是为经济、社会发展打好三个(应用)基础,即资源基础(开源、节流)、环境基础(保护、修复和防灾减灾)和工程基础(岩土工程),都有旺盛需求,为夯实资源和工程基础服务的地勘、工勘已商业化, 作为环境基础前期工作的“全国土壤现状调查与污染防治大计划”(2006年)正在实施中。

    二是大地质工作即大地质产业,它跨三次产业,即为“一产”服务的农业地球化学调查和供水水文地质勘察,融入矿业(现属“二产”)的矿产勘查和融入工程业的工勘作业,隶属“三产”的地质科学研究和信息服务,分别拉长产业链,不自成独立体系,大地质≠大地矿(对1991年提出的“地矿产业”要反思),按这个产业定位,现行地勘行业管理的覆盖范围还要加宽。

    三是基于国家财政支持、走在商业性地质工作的前面的公益性地质工作要做大,其信息供全社会共享,基于市场和地勘基金的商业性地质工作规模更大。

    四是地学研究多元化,地球科学正从传统的分散的单学科研究向地球系统科学研究转变,地质科学也要向地球系统科学即“大地学”拓展。

    五是适应“矿产资源全球化”的发展趋势,在立足国内的同时,“走出去”开拓境外地质工作,为利用“两个市场、两种资源”不失时机地做好前期服务。

    2.大地质与大地学

    基于地质科学的大地质和基于地球科学的大地学,其研究对象相同而研究领域不同。大地学的包容面广于大地质,但有交融态势(表6)。

    表6 大地学与大地质研究方向的概略比较表

    由表6可见,两者的共同点比较多,有向地球系统科学合流趋势,但在学科上仍显示出整体和局部相包含关系的脉络。“大地质”栏中未列举的海洋、陆地地表过程恰是“大国土”关注的热点领域。

    3.大地学——科技和信息服务

    公益性地质工作以地质图件为窗口面向全社会服务。英国地调局2006年发起的《全球1∶100万数字地质图计划》,产生于矿产资源全球化催生地质调查全球化的背景,旨在推进各国既有地质图数据网络化和国际共享。为保护市民避免遭受地震、海啸、滑坡和火山爆发等地质灾害的威胁,由联合国发起在日本神户通过的《2005~2025兵库行动框架》,有关信息和知识都要及时传输到全社会。

    2008年我国地理信息产业已形成测绘服务、遥感服务、地理信息系统、卫星导航4大支柱产业,总产值>600亿元;2009年增速20%,从业人员达40万人,机构>1万家;预计到2010年达到800亿~1000亿元,带动相关产业增长5000亿元。目前,全国唯一、初具规模的黑龙江省地理信息产业园2007年在哈尔滨开园,已建起国际地理空间数据加工基地和高新技术企业孵化器,前景看好。《北京空间信息产业调研白皮书》披露,该产业应用领域扩大到数字奥运、政府共享平台、数据库、防灾减灾等方面,国际合作领先于全国。

    四、浅释

    “三大”之间是有内在联系的,以“四面体”(图2)示意:A代表“大土地”,B代表“大海洋”,它们是“大国土”的两个主要载体,C代表“大资源”,D代表“大地质”作为基础置于底面。

    图2“三大”内在联系示意图

    (一)“四面体”扫描

    “大国土”与“大资源”有交叉重叠,宜各有侧重:“大国土”重在空间,以地表面、海平面为通用界面;“大资源”重在物质和能量,以水土、生物、能源和矿产为载体;“大地质”连同“大测绘”提供科学支撑和信息服务。三者构成一个统一、聚合的“四面体”。我国陆地空间虽大、资源品种虽多,但受结构性矛盾的深度制约,难题不少。

    定格国土空间区位的“大土地(A)”和“大海洋(B)”,其中“大土地”“七山二水一分田”,又派生出:A 高原和山地型土地结构(平原少,后备耕地少,开发成本高),A-C中低产型耕地、草地结构(优质耕地、草地少,又是少林国家)和大江河与中小湖泊型的陆地水域结构(淡水少);“大海洋”“三海两链半纷争”,源于A-B单面陆缘海与陆中海型海洋结构,而中国是世界上拥有邻国最多的国家(共29个,其中15个直接相邻),于本国资源禀赋弊多利少;“大资源(C)”“门类多、总量大、人均少、时空分布不均衡、相互匹配不理想”,又派生出煤基型化石能源结构(高碳、高硫空间)和低品位型非煤大宗矿产结构(富矿少)等。

    (二)“三大”的必然性和价值取向

    “三大”既是科学理念,又是顺应必然趋势的战略定位(表7)。作为人口过量的资源大国和经济大国,必须从大处着眼,针对国土开发中长期存在的几个倾向性问题(表1),集中多方面智慧谋划与经济、社会发展相适应的“大格局”(表8),使“三大”的组合优势得以充分发挥。

    表7“三大”的必然性一览表

    表8营造国土、资源的“和合”大格局一览表

    以上大格局,有的正在形成,有的受体制和机制束缚,施展不开。现行体制、机制问题如表9所列,要有序、分期研究解决。

    提出“三大”,旨在落实科学发展观,融合部门职能,加强统筹协调。经济、社会发展对资源环境的需求与时俱进、因人而异(表10),要瞻前顾后、留有余地。

    表9 “三大”的体制、机制问题一览表

    表10 人对“三大”的阶梯式需求一览表

    资源“瓶颈”有两重性,要以“三大”为杠杆,与经济发展互动,形成供、需“双向制约”,同时,还受生态、社会、政治等“多重制约”(表11)。

    表11 供需双向和多向制约一览表

    下一步,“三大”的研究领域再向“五维”拓宽,“五维”除时间维、空间维外还包括市场维、环境维、文化维。

    (三)推进“三大”的路径选择

    对于推进“三大”的路径可从以下几方面着手:

    1)把“国家可持续发展国土资源战略研究”项目持久化、常态化,提高研究内容的战略含量,从国家层面加强对重大问题的协调力度。

    2)编制部门战略规划,或加强部门发展规划的战略引导,向“三大”提升。

    3)有条件地实施部内整合,发挥基础地质调查、测绘、国土信息和经济研究工作对土地、矿产资源和海洋管理的全面支撑作用。

    4)基于“智能地球”(中国),搭建国土资源管理信息化的综合平台,从小到大,分步实现多门类资源的信息交流和共享。

    5)加强跨部门协调,在政企分开、所有权与行政权分离的前提下,逐步推进“非全能”、服务型的大部门制。

    6)在现行法规基础上适时启动国土资源和空间的综合立法。

    (四)几点困惑

    1)国土、资源管理和地质工作中积累下来的矛盾比较多,化解矛盾要有一个过程,现在是不是推出“三大”的合适时机?

    2)“三大”是从国家层面立意的,眼下设想“三大”的高度还不完全上得去。

    3)“三大”的容量放大了,没有现成的抓手,有待于实践中探索。

    (该文原载《国土资源战略与构建保障和促进科学发展新机制(2009年度)》、国土资源部信息中心《国际动态与参考》2010年第1期(总第439期)。本文为国土资源管理改革与战略高层论坛上的演讲。演讲于2009年11月19日。郭文华、刘丽、陈静、李政制作图表,王凌云整理。)

     
     
    国土资源战略研究的起点和基点

    页岩油(shale oil)传统意义上指的是通过油页岩(oil shale)的热解、加氢或热液溶解作用提炼得到的一种非常规石油资源,与天然石油类似,但含有较多的不饱和烃类及氮、硫、氧等非烃有机化合物,它的组成和性质因油页岩中有机质的性质、干馏方法、热解条件、回收系统等不同而有很大的差别。

    与其他能源资源相比,全球的油页岩资源非常丰富,比煤炭多40%。全球油页岩资源折合成页岩油资源量约4750亿吨,比传统石油资源量高出2倍多。此外,油页岩埋深浅、分布广且稳定,探明成本低,资源易于落实。若开采技术攻关突破,国家能源急需时可随时发挥作用,所提取的页岩油可以作为常规石油的补充能源。2016年美国的页岩油产量超过2亿吨,占到石油总产量的50%以上,对常规石油形成了有效补充,发挥了替代作用。这也对美国经济产生了深远的影响,使美国的能源独立性更强并降低了贸易逆差。从能源角度说,页岩油可以对常规石油形成有效的补充,可以看作是一种战备资源。

    近日,地学文献中心完成了情报专辑《页岩油手册——理论、技术与挑战》,该专辑全面阐述了页岩油的来源、特征及分布,页岩油的性质,介绍和探讨了油页岩的开采方法、页岩油加工提取的关键技术,最后分析了页岩油的勘探开发现状及未来前景和挑战。希冀本专辑能为相关领导及部门了解世界油页岩勘探开发的相关进展及关键技术等提供信息支撑,为我国油页岩勘探开发及部署提供参考和借鉴。

    yw213页岩油手册要闻图片

    地调局地学文献中心完成情报专辑《页岩油手册——理...

    “陶士先同志是钻探行业知名专家,在国内探矿界具有较高影响力。近年来,该同志作为项目负责人承担了多项地质调查项目和国家地勘基金项目,在冲洗液领域新材料、新技术、新工艺研究方面取得了丰硕的成果。这些成果的转化和应用,在国家地质找矿钻探、新能源和重要矿产资源勘探及科学钻探等工程施工中发挥了重要作用,为解决国家能源、资源、环境、灾害或基础地质问题提供了技术支撑。该同志还组织和参加了大量的野外钻探技术推广、培训和服务工作,对提高地质钻探行业队伍技术水平发挥了重要作用。该同志在主持项目实施过程中,注重年轻科技人员培养,在其带领下已经形成一个理论基础扎实、科研能力强、现场实践经验丰富的专业团队,该团队活跃在国内地质钻探领域,为国家地质找矿钻探、新能源和重要矿产资源勘探及科学钻探等工程施工提供支撑和服务。”这是中国地质调查局北京探矿工程研究所(以下简称“探矿工程所”)对钻井化学研发中心主任、教授级高工陶士先同志作出的评价。

    陶士先(中)在泥浆大赛现场

    当记者拿到有关陶士先的资料时,看到的是一系列的专业术语和一些生硬的数字,不禁有些懵——这么枯燥的工作,“泥浆、钻探、孔壁失稳、破碎地层”,这是一位女同志从事的工作吗?而且一干就是30多年?是什么信念让她如此执著?而且取得了如此辉煌的成绩?带着一系列问题,记者日前走进了探矿工程所。

    错失梦想

    1983年,陶士先捧着长春地质学院的录取通知书,来到了这所中国地质人才培养的摇篮。“一不小心掉进了一个陷阱”,按照陶士先的话说,她走进长春地质学院开始大学生活的时候,便错失了这一生要当老师或者医生的梦想。况且,她从报考的“仪器系”被调剂到了“钻探工程专业”,一个班里只有两名女孩子,让这个年轻的女孩子有些傻眼。钻探?难道是每天摸爬滚打在工地打钻吗?这让一个豆蔻芳心的女孩情何以堪?

    陶士先(左)现场考察

    然而,生活没有回头路,既然踏上了这条路,那就踏踏实实地走吧。没想到,这一走,就走了35年。今天,当陶士先谈到所从事的工作时,却充满了骄傲和幸福:“这个工作很适合女孩子干,做泥浆(钻井液)有很多试验室的工作,女孩子心比较细。而且,我在工作过程中总结了很多经验,给很多地质队讲过课,为地勘单位培养了大批人才,也算是圆了我当老师的梦想吧。”

    大学毕业后,她被分配到探矿工程所从事钻井液研究工作。上世纪90年代,地勘经济不景气,地质钻探工作量急剧萎缩,传统服务对象“难觅踪影”。于是,探矿工程所将“船头”转向了石油石化行业。1994年起,陶士先跟随所里步伐,开始做市场,卖泥浆材料,因为有过硬的技术,该所在市场上闯出了一片天地。

    解决关键技术难题

    “我正儿八经地做地质钻探是2003年以后,当时中国地质调查局给探矿工程所列了一些科研项目。2008年以后,得益于地质找矿的快速发展,地质钻探呈现井喷式增长,我们的科研经费也逐年增多。我们结合地质钻探施工过程中遇到的一些问题开展研究;针对复杂地层,研究一些材料和技术体系,与现场紧密结合起来,为钻探工程提供解决问题的方法和途径。”也就是在这几年,陶士先和她的团队取得了不斐的业绩:

    陶士先组织或参与研发的成果已应用于多种金属矿钻探、页岩气钻探、钾盐等盐矿钻探、干热岩钻探及大陆科学钻探等,使用单位达166家,仅项目组参与的在复杂地层中的试验与示范钻孔就达到181个,累计工作量为10余万米,解决了多项关键技术难题;组织实施系列钻探科研项目,研制了多种新型泥浆材料和针对不同勘查区或矿区的冲洗液护壁堵漏技术,开展了大量野外现场技术推广、培训和服务工作。同时,他们的成果也为地学研究及科学研究提供了良好的钻探验证手段。

    陶士先授课

    ——他们研制的成膜护壁冲洗液在河北、甘肃、四川及云南等地的金属矿、页岩气及煤炭孔钻探中应用,解决了炭泥质千枚岩、绿泥石化岩石等行业难点地层的孔壁失稳难题,提高了成孔率、施工效率和取心质量,在多个矿区创造了孔深、成孔率及施工效率的纪录。

    ——他们研制的饱和盐水、新型镁基及二盐冲洗液,在云南、青海及境外老挝、泰国等钾盐勘探施工中应用,解决了钾盐勘探过程中氯化钠、氯化钾、光卤石、溢晶石等高溶蚀性地层孔壁失稳、取心率低及采用油基钻井液的高成本难题;研制的用现场卤水、海水配制的冲洗液,解决了现场卤水、海水配浆胶体稳定性差、蚀变和破碎地层孔壁失稳、绳索取心钻杆内壁结泥皮等技术难题,在新疆、青海、山东地质找矿钻探及南黄海大陆架科学钻探施工中发挥了重要作用。

    ——他们研制的耐240℃高温冲洗液解决了高温下冲洗液流变性、护壁性等性能显著恶化等难题,为青海共和高温干热岩钻探提供了良好的技术支撑,其中GR1井井底温度达到236℃,是目前国内温度最高的干热岩井,也是国内少有的温度超过230℃的高温井之一。该科研成果获原国土资源部科技二等奖、中国地质调查局科技一等奖。

    ——他们研制的MBM使膨润土的使用量降低50%以上,有效避免了膨润土资源的浪费;研制的新型镁基冲洗液、二盐冲洗液替代了油基冲洗液,以及为海上科学钻探设计的环保冲洗液等,预防了油基钻井液等对环境的污染;研制的快速凝胶堵漏技术,提高了恶性漏失的堵漏成功率,大幅度降低了钻探施工过程中水资源和泥浆材料的浪费。

    “在钻探过程中会遇到各种各样的地层。比如找钾盐,地层成分以氯化钠为主,我们研制了二盐冲洗液,克服了普通盐水浆抑制不住的难题;再比如打金矿矿井,破碎地层要多一些,地层一块一块的,我们就要往钻井液里面添加东西,把破碎地层的缝隙给填上。做之前我感觉挺困难,但是一个又一个困难被我们克服了,做完之后就觉得没什么了。室内的研究工作也是必不可少的,地质队把岩心给我们,我们要分析它含有什么成分。”

    “钻探这个行业,大部分人觉得是男人干的活,其实我觉得泥浆这个工种挺适合女孩子的。因为这里有大量的室内研究工作,很像是中医配药方。现场配泥浆就是根据不同的地质情况作出不同的判断,配出不同的泥浆。这个过程非常有意思,让人不会感到枯燥。”

    也许,正是因着对这份事业的热爱,让岁月的年轮没有在她身上留下多少印迹。年逾50的陶士先,依然玉貌花容,明眸皓齿,声音清丽。

    推动行业技术进步

    多年来,陶士先和她的团队在科技理论创新和技术方法方面做出了突出贡献:针对复杂地层钻进面临的孔壁失稳、冲洗液漏失、低取心率以及复杂地层绳索取心钻探的局限性等难题,组织实施了与冲洗液有关的关键技术攻关,形成了一套适应地质钻探小井眼特点的复杂地层护壁堵漏技术。该技术引领国内地质钻探冲洗液技术的发展,推动了地质钻探冲洗液技术的进步。陶士先出版专著2部(第一作者),获得国家发明专利7项(第一发明人6项)、实用新型专利2项(第一发明人)及国家重点新产品1项,发表论文31篇(第一作者13篇)。

    陶士先(前排左)参加项目汇报

    近年来,陶士先和她的团队研制了8种新型泥浆材料,如多功能材料(MBM)、防塌减阻剂(GFT)、抗盐增粘剂(GTQ)、成膜A剂、成膜堵漏剂及有机凝胶等。其中,他们研制的具有“方便面”特点的多功能材料(MBM),解决了现场卤水配浆、复杂地层绳索取心钻进、配浆过程复杂等相关技术难题,填补了国内空白,获国家发明专利和2013年度国家级新产品;研制了适应地质钻探,具有较低软化点、较强粘接与封堵特性的防塌减阻剂(GFT),获国家发明专利。上述材料的研究,为推动地质钻探冲洗液技术进步打下了坚实的基础。

    他们在分析不同复杂地层孔壁失稳原理的基础上,结合地质钻探小井眼特点,设计了用于不同复杂地层的系列冲洗液体系,如研发了具有高效能水基冲洗液特性的成膜护壁冲洗液,实现了水基冲洗液性能的突破;研发了用于强溶蚀性地层、具有强抑溶作用的镁基及二盐冲洗液,可替代国内外普遍使用的油基冲洗液,是水基冲洗液应用于强溶蚀性地层钻探的一大突破;研发了用于干热岩等高温钻探、耐温200℃~260℃的系列高温冲洗液,获国家授权发明专利4项。

    在快速堵漏方面,他们更是做出了突出贡献:研制了适应地质钻探小井眼特点的快速凝胶堵漏技术,首次提出并设计了用于地质钻探的孔口装置,有利于提高堵漏成功率;在国内外首次提交与温度相对应、适应不同深度的快速凝胶堵漏配方表,采用该配方配制的无机凝胶堵漏浆液节省候凝时间30%~70%,有效提高了堵漏作业效率;采用有机凝胶与无机凝胶相结合的方式,大幅度提高了恶性漏失和含水层漏失的堵漏成功率;研制的无机凝胶材料与传统水泥相比,固结后的固结体韧性显著增强,体积无收缩。该成果获国家授权发明专利1项,实用新型专利2项。该项技术为地质钻探提供了新的快速有效的堵漏方法,推动了地质钻探堵漏技术的进步。

    拥有广阔市场前景

    新技术已为探矿工程所创造了良好的经济效益:自2011年至2015年,他们研制的成果带动的泥浆材料开发及技术服务共创产值5831万元;2016年至2017年,共创造产值2800多万元。同时,施工单位采用成果技术后,钻进速度、成孔率明显提高,事故率显著降低,泥浆排放量、泥浆漏失量大幅度减少,为施工单位节省了大量劳务费用、电力、油料消耗费用及泥浆处理剂费用等,因此也得到了施工单位的高度肯定。

    在谈到产业前景及后续人才培养方面的问题,陶士先信心满满。她认为,泥浆产业前景广阔,应用范围非常宽广。现在不仅应用于地质钻,像一些地热、干热岩,矿山治理、矿山救援等方面,也离不开钻井液的应用。

    陶士先(左一)在野外现场指导工作

    “比如矿山治理工程,我们从2016年开始涉入这个领域。矿山企业在采矿之前对采矿区域进行堵水或加固,通过打羽状井并注浆来实现,前景很好。比如,我们与施工单位合作在河北省邢台市邢东矿做的一个项目,已经打了33个分枝井。邢东矿在开采区下面有一层高压水,可以淹没采矿区,采矿过程中万一发生透水事故,后果不堪设想,损失亦不可估量。于是,在采矿区底部和高压水层之间打了系列水平井,用注水泥浆把裂隙和孔隙都给堵上。这一工程已为探矿工程所增加产值400多万元。”

    “我们还参与了山西、陕西等地的矿山救援及煤层顶板加固项目,都取得了显著成效。我们最大的成就感来自于给大家解决问题,问题解决了我们就非常高兴,解决不了也很沮丧。”

    在人才培养方面,陶士先说:“地质队的人才还是很缺的。我觉得自己除了搞科研之外,最大的贡献是对地质队的人才培养。我每年大概讲课10几次,有地质队办的培训,有各省地勘局办的培训,也有中国地质大学的课程。泥浆这块内容,基本上都是我讲的,也圆了我当老师的梦想吧。”

    “研究所和学校的区别在于,学校注重理论知识的培训,而研究所更注重应用价值,要解决实际问题。所以我们讲课尽可能做到把理论和实践相结合。到地质队讲课,我面对的是钻工,有的人文化水平相对低一些。所以,讲课的内容让他们听懂最重要。记得第一次去现场的时候,我们跟人家说,解决他们现场的问题需要提高密度。结果我走了之后,人家说我们忽悠他。当时我很疑惑,理论上说我讲的内容是对的,为什么说我们忽悠他呢?原来是因为我们讲得太专业。所以,我们也在不断总结,如何提高讲课效果。后来遇到这种情况,我就举例子,比如1个瓶子,装密度是1的500毫升白水,重量是500克;如果装密度是1.3的泥浆的话,重量就是650克。泥浆重了,泥浆对孔壁的压力(或称支撑力)就大了,就压瓷实了。”

    交流中,记者感受了陶士先对工作的无限热爱。谈到产业发展前景,陶士先信心心满满:“是呀,这个产业前景非常光明。钻井液应用非常广,不仅应用于打钻,还有基础施工、地热、干热岩、矿山救援等。为什么在地勘经济、矿业经济形势下滑时期,我们依然有饭吃?我和年轻人说,因为这项工作的技术含量比较高。泥浆关系孔内安全、施工效率等方方面面,在整个打钻的过程中,孔内的地质情况以及从孔里返出的泥浆性能会时刻发生变化,影响因素很多,你需要根据实际情况进行判断,拿出科学合理的方法,切切实实地为对方解决问题。所以我说搞这项工作感觉不枯燥,我们有很大的发挥空间。但是这需要扎实的理论基础和实践经验,观察要仔细,还要有准确的判断。”

    “一个工作做一生,而且做得如此风生水起、有声有色,是要有坚定的人生信仰吧?”

    听到记者的提问,陶士先平静地说:“踏实做事就是我的人生信仰,搞应用技术,哪怕解决一个很小的问题,也是一个进步。”

    多年来,陶士先为本单位培养6名专业技术骨干,形成了在国内地勘行业领先的钻探冲洗液科研团队。在组织项目实施过程中,她带领6名年轻科技人员参与项目新材料研制、新型冲洗液体系设计、堵漏技术研究、专著编写及现场试验与示范等,提高了他们的科研工作能力、现场解决问题的能力、科研管理水平及各类报告、专利、论文的编写水平。其中,有两人作为项目组长成功申报了国家青年科学基金项目,两人分别担任地调项目和国家地勘基金项目的副组长,四人活跃在野外施工现场,能够独立提供技术服务。

    同时,她为一线施工单位培养了大批冲洗液技术人才,组织项目组人员到现场指导施工人员配制、使用冲洗液和实施堵漏作业100余次,现场培训近2000人次;为中国地质调查局、地质大学、各省地勘局及地质队等举办的钻探技术培训班授课112次,培训1000余人次。通过现场指导及技术交流与培训,她为一线施工单位培养了人才,提高了现场施工人员的专业技术水平。

    谈到生活,陶士先更是充满了幸福感。“孩子小的时候都是自己带,虽然工作忙,但是没对家庭造成什么影响。后来出差多了,孩子也大些了。2000年以前,大家都在房山周口店上班。那个时候很艰苦,生活用品都没地方购买。记得当时发了工资,第一个周末单位就开动班车,载上大家进城购物。当时没有高速公路,进城要两个多小时,虽然路途遥远,但是大家都非常快乐。”2000年以后,她搬到城里工作和生活,幸福指数更是成倍增加。

    看着她写满幸福的脸,让我想起了上世纪80年代流行的一首歌:甜蜜的工作甜蜜的工作无限好啰喂,甜蜜的歌儿甜蜜的歌儿飞满天啰喂……

     

    灼灼其华 勇为人先

    2018年4月28日,中国-捷克陕西省汉中天坑群联合科学考察团进驻陕西省汉中市南郑区小南海镇。本次科考活动是中国地质调查局岩溶地质研究所、陕西省地质调查院与捷克洞穴学会、英国洞穴协会共同组织的国际天坑——洞穴科考活动,其中外方团队由国际洞穴联合会副主席、捷克洞穴学会主席兹德内克.莫提契卡先生带领;中方团队由亚洲洞穴联盟副主席、岩溶所张远海教授级高级工程师带领。

    本次科学考察采取野外小组分组的形式对小南海台原地区的洞穴系统、天坑、地下河排泄情况进行了调查摸底。自4月28日至今,科学考察活动已经进入工作区6日,取得了阶段性调查成果。

    捷克团队11人共分3组,分别利用地下潜水、皮筏艇漂流、洞穴SRT技术对观音洞地下河系统、天星洞洞穴系统、伯牛坑洞穴系统进行了洞穴测量。其中,洞穴测量新发现伯牛坑上游洞道400米,下游洞道300米;天星洞新发现洞道长度300米、观音洞新发现洞道300米,合计新发现洞穴长度1300米。同时,针对小南海台原地区地下河排泄的水动力条件,于伯牛坑地下河投放了荧光素钠的示踪剂,以揭示小南海地区洞穴水系的关系。同时,捷克团队的小组人员进行了实时的采样监测以分析地下水排泄的途径。

    中方团队承担了大佛洞洞穴系统、西沟洞洞穴系统的补充测量工作,并就小南海台原地区的洞穴沉积物进行了系统的采样工作。此次共新探测大佛洞上层洞道长约900米,并在大佛洞末端发现沉积于早期洞道的钙华瀑布沉积,体量长150米,宽12米,高8米,是目前发现的洞内最大分布面积的洞顶钙华沉积,这反应了早期洞道的流水中碳酸钙过饱和的状态,与现在发现的洞穴滴水环境具有很大的差异。目前,大佛洞洞道末端洞穴石笋几乎全部中空,代表了地质历史某个阶段洞穴水溶蚀强度增大。洞穴发育早期与晚期不同的水化学特征与洞穴发育阶段密不可分,是进行洞穴沉积环境对比的良好素材。同时,岩溶所团队调查发现大佛洞不同层位洞道内沉积有大量古地下河砾石层,根据砾石成分统计,黄绿色粉砂岩占比45%,粘土及砂土占比30%,含燧石和石英的粗砾岩占15%,花岗岩砾石占比7%,石英砾石占2%,灰岩砾石占比1%。这说明小南海台原地区大佛洞洞穴系统与外围地区元古代岩体的水动力联系,外源物质进入洞穴的埋藏年龄是揭示洞穴发育和台原地貌解体的时间钥匙。

    本次中-捷联合考察将进一步推进天坑与洞穴年代学研究、天坑与洞穴分布区区域生态环境演化研究、地下河洞穴系统展布特征及形成演化研究,提升汉中岩溶地质景观研究的科学价值,为汉中天坑群申报世界地质公园提供科学依据。

    同时,本次科考对推动岩溶所牵头实施的“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划中岩溶地质景观调查、对比和评价起到了促进作用,为开展全球尺度岩溶地质景观区划提供了重要科学依据,奠定了良好基础。此外,本次科考成果对推进联合国教科文组织国际岩溶研究中心建设起到了举足轻重的作用。国际岩溶研究中心的目标任务之一就有关于地质公园建设、地质景观合理开发,以帮助当地百姓减贫脱贫。而本次科考成果,一方面可用于开展全球景观对比及类比研究,另一方面为当地政府提供了可持续发展的重要依据,有助于完成了岩溶中心对教科文组织的承诺,有力支持了岩溶中心的建设与运营。

    汉中天坑群国际科考取得阶段性成果

    2017年10月23日上午,中国农业大学任理教授应邀来中国地质调查局岩溶地质研究所为广大青年职工和研究生作了题为《野外土壤饱和水力传导度测量的尺度效应评价》专题学术报告。报告会由岩溶所团委承办。

    任理教授以“文章千古事,得失寸心知”为序曲,拉开了饱和水力传导度的测定对于理解和模拟田间尺度水文过程重要性的序幕,深入探讨了双环入渗仪的尺寸对水力传导度测量的影响。利用详细的数值模拟研究,阐明了在非均质土壤中双环入渗仪的内径尺寸与水力传导度测量的关系。通过大量形象的图片展现了所用实验设备——双环入渗仪的设计技巧和测量精度,并就实验场地的选择、实验资料的处理技巧、定量化模拟土壤中饱和水力传导度的尺度效应、研究过程中的体会和收获等问题与大家进行了深入探讨。

    任理教授在详细介绍自己研究团队的从最初“筑梦”到最后 “梦想成真”的艰苦历程的同时,深入浅出地给大家讲述了做一个合格地质科研工作者的基本素质和要求,将学术报告与做人、做事、做学问有机结合起来,引导大家在实际工作中如何发现、解决科学问题,如何撰写和发表高水平论文等,使学术报告成为一场励志演讲。现场听众踊跃发言,气氛活跃。

    最后,岩溶所党委书记要求岩溶所广大青年地质工作者向任理教授学习,保持高度严谨的治学态度、实事求是的科研作风,努力进取,严格要求,为早日实现世界一流的岩溶所做出更大贡献。

    中国农业大学任理教授来岩溶所作学术报告

    受近期持续强降雨影响,湖北省丹江口市凉水河镇油坊沟村三组易地搬迁安置点出现地质灾害险情。地调局武汉地调中心“丹江口水库南阳—十堰市水源区1∶5万环境地质调查”二级项目组得知情况后,迅速抽调在丹江口库区开展地质调查工作的技术人员组成调查组并开展应急调查。

    通过低空无人机航摄、针贯入测试、调查访问等多方法、多手段相结合,给该灾害点进行了一次全面体检。现场向地方政府及国土管理部门提出切实可行的应急处理措施及后续监测治理建议,受到当地民众和政府部门的一致好评。

    油坊沟村三组易地搬迁安置点建成于2015年,系在原有斜坡居民房屋基础上统一规划重建,建设过程中尽量依山就势,因斜坡整体坡度相对较陡,局部进行了开挖与回填。2017年8月30日至9月10日,丹江口库区持续降雨,9月8日该处一户居民房屋院场前缘砌石堡坎垮塌15米,垮塌碎石土近50方,后缘形成近东西长约20m、宽2-20cm的拉张裂缝,屋场下座10-30cm。垮塌堡坎所在的陡坎高约12米,坡体上部人工回填及原地碎石土覆盖层厚约3米,中下部出露强风化片岩。堆积物堆于斜坡中部稍缓地带,尚未波及坡脚房屋。若进一步向两侧扩大或向后扩展,必将掩埋坡脚、冲击坡下房屋后墙,严重威胁坡顶1户、坡脚8户共38人的生命安全,预估经济损失120万元。

    项目组对整个斜坡进行了踏勘,采用无人机航摄获得斜坡高精度影像,对斜坡进行了宏观调查,圈定地质灾害易发区,划定高风险区范围;围绕坡体出露的基岩进行了节理统计、卸荷裂隙特征测量、强风化岩体二维度针贯入测试等,基本查明了岩体强度、风化卸荷深度及斜坡变形下限;对高风险区微地貌、坡体结构、斜坡形成史、地表变形现状、危害性、发展趋势等进一步开展调查。调查表明,2015年以前房屋数量少,总建筑占地面积小,该斜坡整体稳定性相对较好。易地搬迁安置过程中,对其进行了整体规划,扩大了建筑占地面积,局部存在开挖及回填,边坡放坡及支护欠合理,存在地质安全隐患。斜坡出露的片岩,强风化,个别地段裂隙松动卸荷宽达几厘米,历史上曾发生过崩落块石毁坏房屋,现场针贯入测试单轴抗压强度小于3兆帕,属极软岩,容易发生变形。持续降雨饱和了土体、软化了岩体,润滑了土岩接触面、降低了强度,导致斜坡变形。

    野外现场调查后,技术人员进行了会商,形成统一意见建议:一是立即设立警戒线,迅速撤离受威胁居民,尽快对坡肩部位回填土开挖移除;二是对高陡边坡在清除浮土、块石的基础上,合理放坡、分级支护;三是将整个安置点所在的斜坡划定为不稳定斜坡,开展群测群防,编制防灾预案、发放防灾明白卡;四是建议进一步开展勘查,提出完善的治理方案,进行工程治理,永久消除安全隐患。

    项目组将调查结论及时向丹江口市凉水河镇政府、国土管理部门等相关负责人作了通报、交换意见,镇政府立即安排人员设备开展应急处理。次日,项目组将连夜编制的应急调查报告提交给当地政府部门,为地方政府减灾防灾提供技术支撑。

    斜坡全貌及滑坡位置

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    与地方政府部门现场交换意见

    无人机航摄

    针贯入测试

    为丹江口库区地质灾害做体检

    地调局地质力学所张拴宏研究员等人在开展白云鄂博矿区富稀土-Nb火成碳酸岩年代学研究过程中,成功地从白云鄂博矿区东侧靠近晚古生代花岗岩接触带附近3个富稀土-Nb火成碳酸岩样品中分选出了斜锆石。

    作为硅不饱和岩浆中结晶的副矿物之一,斜锆石(ZrO2)在基性-超基性岩及碱性岩如碳酸岩、金伯利岩、辉绿岩、正长岩、辉长岩等精确定年中近十多年来发挥着越来越重要的作用。由于成因简单(一般均为岩浆结晶成因)并且普通铅含量很低,斜锆石已经成为国内外开展硅不饱和岩石U-Pb定年的首选矿物之一。

    对此次发现的斜锆石离子探针(SIMS)及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)U-Pb测年结果获得的结晶年龄为310~270 Ma,这一结晶年龄与白云鄂博火成碳酸岩侵位年龄(~1300 Ma)完全不同,而与附近花岗岩体的结晶年龄相接近。电子探针分析结果表明,在这些锆石中除包含有金云母、磷灰石、磁铁矿及铈褐钇钶矿外,还见有大量硅镁石的矿物包体。背散射及电子探针分析结果显示在部分斜锆石颗粒中还存在有与其共生的锆石。由于硅镁石是典型的接触交代矿物,这些斜锆石的测年结果及包体组成表明它们不是从火成碳酸岩岩浆中结晶出来的,而是接触交代成因的,代表了火成碳酸岩中发现的一种新的斜锆石类型。通过对富稀土-Nb火成碳酸岩中矿物组合及前人发表资料的综合分析,提出了这些斜锆石形成于晚古生代花岗岩侵位过程中已有锆石与白云石的交代反应,或者是矽卡岩化中某些阶段贫硅流体结晶的产物。对于认识受到接触交代影响的火成碳酸岩中斜锆石的成因机制及白云鄂博矿床的后期改造作用具有重要科学意义。

    该研究成果近期发表在国际SCI刊物Lithos上(Shuan-Hong Zhang, Yue Zhao, Qiu-Li Li, Zhao-Chu Hu, Zhen-Yu Chen, 2017. First identification of baddeleyite related/linked to contact metamorphism from carbonatites in the world's largest REE deposit, Bayan Obo in North China Craton. Lithos. 284–285, 654–665. DOI: 10.1016/j.lithos.2017.05.015)。

     

    白云鄂博矿区及其外围地质图 

     

    斜锆石反射光(ACE)及透射光图像(BDF 

     

    斜锆石包体组成(A-D)及共存的斜锆石及锆石(EF 

     

    斜锆石U-Pb谐和图 

    世界上首例在火成碳酸岩中发现接触交代成因的斜锆石