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    近日,中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所研发的“一种天然气水合物地球化学综合异常图的绘制方法”获国家发明专利授权。

    利用地球化学方法可以有效探测深层天然气水合物,但是现有技术中的地球化学综合异常图常涉及不同指标异常组合叠加的问题,易导致图面表达过于冗杂,异常范围表达不清楚。本发明基于分形理论,对主要成藏元素进行分形模型处理,确定各主要元素的分维数和异常下限值,并计算得到各主要元素的综合异常贡献值。基于各元素的异常下限值和综合异常贡献值,绘制天然气水合物地球化学综合异常图。其中,综合异常贡献值与分维数和分形层次正相关。实现了用一根线条或一种面色即可反映异常范围的效果,解决了以往综合异常图表达过于冗杂,天然气水合物赋存范围难以确定的困难。

    该方法的有效性在祁连山天然气水合物勘查中得到验证,为天然水合物异常圈定和解释提供了有力技术支撑。

     

     
    物化探所“一种天然气水合物地球化学综合异常图的绘...

    日前,中国地质调查局青岛海洋地质研究所与厦门大学等单位合作,在西北太平洋多金属结核高分辨率地球化学研究方面取得了新进展,研究揭示了多金属结核微层多样性及元素富集过程和机制,成果发表于国际SCI期刊《Minerals》(IF=2.818,JCR二区)。

    海洋水成多金属结核通常是通过铁、锰氧化物胶体沉淀在海底逐渐积累形成的,它们不仅富集多种关键元素(包括Ni、Cu、Mn、Co、Mo、Ti、Li和稀土元素),并且记录了海底长期古海洋环境变化。研究人员使用原位电子探针分析技术结合背散射图像和高分辨率元素面扫分析,获取了西北太平洋海域三个结核的横截面中主要元素的空间分布信息,并探讨元素沉淀行为。总体上研究区结核样品以水成沉淀为主,且元素沉淀行为符合Koschinsky和Halbach(1995)所描述的胶体化学模型。通过高分辨率地球化学分析,研究人员认识到了结核微层的多样性,并且发现了水成结核中的成岩层及富硅层。成岩层类似于秘鲁海盆中的成岩结核特征,其形成可能是由于表层海洋生物生产力增加,导致沉积物中Mn氧化物的还原和溶解以及相关元素的释放引起的。靠近成岩层的水成层似乎也受到成岩作用的影响,Cu和Ni含量高于其他水成层。富硅层的特征与克拉里昂-克利普顿区域的埋藏结核特征一致,增加的海洋沉积速率导致的亚氧环境可能促使了富硅层的形成。

    近年来,该研究团队在多金属结核地球化学研究方面取得了系列成果。

     

    多金属结核三种不同层的形成模式

    青岛海洋所多金属结核高分辨率地球化学研究取得新进...

    上个世纪接近尾声的时刻,我国地球化学领域开启了一项声势浩大的全国土地质量地球化学调查。这也是跨越两个世纪实施的一项基础国情调查计划。

     

    按照规划,这项调查要在1999年~2015年期间,利用中央和地方财政资金近20亿元,以统一的技术标准和技术方法,系统查明我国土地质量的地球化学状况,对我国土地质量状况作出判断。

     

    单看成杭新的成长履历,他似乎不太可能与这次大调查有任何关系。

     

    成杭新,我国著名应用地球化学家谢学锦院士的学生,江苏启东人,博士、二级研究员。他于1983年获长春地质学院找矿地球化学专业学士学位,1994年获原地质矿产部地球物理地球化学勘查研究所应用地球化学硕士学位,2002年获吉林大学地球探测与信息技术专业博士学位,2007年北京大学应用化学方向博士后出站。

     

    事实上,在全国土地质量地球化学调查提出之初,在土地质量的地球化学状况为何物还鲜为人知的时候,成杭新就凭借超级敏感的判断,迅速将研究方向转向土地质量地球化学调查这一全新的领域。

     

    在全面参与这项调查计划的策划和顶层设计工作过程中,成杭新作为“土地地球化学调查工程”的首席专家,组织协调全国77家单位10万多人次,持续15年埋头苦干,主持完成土地质量调查总面积196万平方千米,首次系统查明我国土地的地球化学状况,为国家土地资源管理和土壤污染防治提供了重要的国情数据。

     

    悠悠土地情

     

    耕地质量事关国家粮食安全,一般的科研论文难以判断我国耕地地球化学的状况。

     

    有了第一手调查数据,成杭新在系统总结15年来全国土地质量地球化学调查成果的基础上,组织编写了《中国耕地地球化学调查报告(2015)》。

     

    在2015年全国土地日(6月25日)当天,中国地质调查局发布了《中国耕地地球化学调查报告(2015)》,这也是我国首次发布此类报告。其中,所涉及的地球化学调查工作是迄今为止我国系统组织完成分析元素最多、调查精度最高、执行标准最严的一次专业调查工作,获得的大量国情数据翔实系统,不仅为国家《土壤污染防治法》起草、《重金属污染综合防治“十二五”规划》实施、《全国土壤污染状况公报》编制和《农用地土壤环境质量标准》等标准体系建设提供了基础数据,而且在支撑国土资源部土地质量管理工作中发挥了重要作用。

     

    《中国耕地地球化学调查报告(2015)》对我国耕地污染问题进行了数据公开和原因分析。调查结果显示,无污染耕地12.72亿亩,占调查耕地总面积的91.8%;重金属中-重度污染或超标的点位比例占2.5%,覆盖面积3488万亩,轻微-轻度污染或超标的点位比例占5.7%,覆盖面积7899万亩。地质背景值高、成土过程次生富集和人类活动是造成耕地污染或超标的主要原因。此外,报告还指出了局部地区土壤有机质下降、北方土壤碱化趋势与南方土壤酸化趋势同时出现等实际问题。

     

    报告所形成的无污染耕地判断在土地利用规划编修、永久基本农田划定、后备耕地资源验收、土地整治规划、耕地质量等级监测评价等土地资源管理中得到广泛应用。浙江、山东、上海、天津、江苏、广西、福建、安徽等省(区、市)加强土地地球化学调查,在服务永久基本农田划定、高标准基本农田选区与建设、土地利用规划调整完善、耕地质量等级评定与监测和特色优质耕地开发等方面取得了良好效果。

     

    报告中提到的所发现的富硒耕地资源成为地方政府实施精准扶贫、帮助贫困地区农民脱贫的重要抓手。报告显示,截至2014年底,调查新发现5244万亩富硒优质耕地,主要分布在闽粤琼区、西南区、湘鄂皖赣区、苏浙沪区、晋豫区及西北区;此外,山西、辽宁、福建、天津、青海等地还发现了一批富硼、钼、锌等有益微量元素的特色耕地资源。目前,一批富含微量元素的优质耕地已经成为全国各地发展特色农业和生态农业新的增长点。在湖北、广西、青海、浙江、福建、四川、江西、海南、湖南等省(区),政府将开发富硒耕地作为实施农业强省战略的一项重要工作,通过大力开发富硒、锌等特色优质耕地,形成特色农产品产业链,取得了显著的经济效益和社会效益。例如,湖南省新田县充分利用富硒耕地,发展富硒农产品种植示范基地面积达27万亩。2014年,该县富硒产业生产总值达20多亿元,比上年增长40%,实现利润超过10亿元,比上年增长35%,从事富硒产业的人员突破10万人。

     

    针对我国耕地特点和复杂成因,报告建议,应利用全国耕地地球化学调查获得的成果信息,加大成果转化利用,充分发挥地质调查成果在土地资源管理、现代农业发展和生态环境改善中的基础作用。对目前无污染耕地要实施严格保护政策,积极预防和控制工农业生产活动对耕地可能造成的污染影响;对富硒耕地要严格保护、科学利用,强化数量和质量动态监控管理;对重金属中-重度污染或超标耕地,建议区别情况进行修复治理,调整种植结构或土地用途,开展成因分析和生态风险评估,实行分区、分类、分级管理;对土地有机质及酸碱度变化问题,应采取积极措施减少北方耕地地下水开采利用,加大水土流失调查与整治力度,管控有可能形成污染源的工农业生产活动并降低人类活动影响。遏制耕地质量下降趋势,促使区域耕地现状显著好转具有重要指导意义。

     

    成杭新组织全国同行持续15年开展土地质量地球化学调查工作,在大地上留下了一长串坚实的脚印,对我国耕地地球化学状况提出了重大判断,有力促进了我国勘查地球化学的原始创新,显著提升了勘查地球化学解决国家重大问题的能力,实现了勘查地球化学服务领域的全面转型。

     

    然而,土地质量地球化学调查开展之初却是困难重重。当时,土地质量地球化学调查与评价是一项全新的地质调查工作,没有技术,没有规范,没有方向,一切都要从零开始。

     

    成杭新与全国专家学者一起集成创新土地质量地球化学调查、评价,监测、预警等方法技术,并形成系列技术规范,全面支撑了全国土地质量地球化学调查评价方法技术的统一和工作的有序推进。他与中国地质大学(北京)教授杨忠芳等人共同构建了土地质量地球化学评价的框架、思路和方法,突破了土地质量评价的传统指标体系,为全面判断土地质量现状提供了方法学。

     

    漫漫生态路

     

    生态地球化学是一门新兴的边缘学科,是用地球化学的原理和方法研究地球化学元素在生态系统各生态因子中及其之间的分布、分配、迁移、转化规律及生态效应。它着重在全球、区域和局部尺度上进行生态地球化学研究,探索地球化学问题中主要元素的成因来源、迁移转化、生态效应、变化趋势全过程。其调查方法是多目标区域地球化学填图,研究对象是地球系统或生态系统中的地球化学问题,理论基础是元素地球化学循环原理,技术路线是以土壤圈为中心评价地球系统,应用领域是土地利用规划及农业、环境等。

     

    这一学科的开创,源于成杭新与中国地调局教授级高级工程师奚小环、杨忠芳等共同开展的不同介质间元素迁移循环的基础研究。这项研究形成了以生态系统为研究单元、以物质在生态系统各环境要素中的循环和生态系统间的迁移为主线、以化学元素和有害物质对生物体的影响为中心的生态地球化学研究领域,突破了传统勘查地球化学的研究思路,实现了元素循环迁移的理论创新,开创并推动了生态地球化学学科的建立和快速发展。

     

    也正是借助全国土地质量地球化学调查,成杭新被业界称为我国土地质量地球化学调查事业、生态地球化学的创始人之一。

     

    他先后主持国家“973计划”课题、国家自然科学基金、国家土壤专项、国土资源部重大基础研究项目、国土资源行业基金科研专项、中国地质调查局国土资源大调查项目等40余个项目,入选中国地质调查局首批杰出地质人才,荣获国土资源部科技进步一等奖、二等奖,中国地质调查成果奖二等奖等奖项。此外,他还作为特邀主编,组织出版了在国际取得巨大反响的《勘查中国:环境与资源》专刊;领导和组织出版了各省多目标地球化学系列图集近20册。

     

    拳拳师者心

     

    在取得多项杰出成果的同时,他建立了一支勇于探索创新的地球化学调查研究团队,共联合培养勘查地球化学博士、硕士13人,开展土地质量地球化学调查培训10余次,培训学员200余人,为全国土地质量地球化学调查的顺利开展奠定了良好的人才基础,有力支撑了全国区域化探和土地质量地球化学调查工作的实施。同时,以团队为基础组建的中国地质调查局土地质量地球化学调查评价研究中心、中国地质科学院/中国地质调查局地球表层碳-汞地球化学循环重点实验室,已成为我国土地质量地球化学调查评价的基础理论与方法技术研究中心、成果技术集散中心和交流合作研究中心。

     

    一言以蔽之,成杭新引领了勘查地球化学学科的发展方向,为繁荣我国勘查地球化学的原始创新、实现勘查地球化学传统研究领域的全面转型做出了重要贡献。

     

    尽管头顶闪烁如此耀眼的光环,成杭新却始终不忘初心。他说:“我更愿意站在实实在在的地面上,静下心来,在平淡中坚守‘勘查中国’,努力更有效地解决公众、社会关切的土地质量问题。”

     

    成杭新(右三)到湖南省新田县调研富硒土地资源支撑精准扶贫效果和模式

    把研究深深嵌入大地

    自然资源部近期发布了《自然资源部关于2019年度国土资源、测绘、海洋科学技术奖获奖成果的公告》(2020年第6号),自然资源部中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所作为第二完成单位参与的“深层卤水高效钻采输提关键技术及产业化综合利用”荣获2019年度国土资源科学技术奖二等奖。

    《深层卤水高效钻采输提关键技术及产业化综合利用》由山东省地勘局第二水文地质工程地质大队、中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所、山东大学、山东省鲁南地质工程勘察院等4家单位共同参与完成,项目依托“十二五”国家高技术研究发展计划(863计划)课题“黄河三角洲深层卤水高效开采关键技术”、“江陵凹陷深井卤水主微量元素提取与综合利用技术”,通过基础理论创新、关键技术突破和系统优化集成,实现了深层卤水的产业化应用和示范性推广,有效支撑了深层卤水的高效开采与高值利用。郑州矿产综合利用研究所的科技创新贡献在于建立了江陵凹陷深层卤水主微量元素的高效全面分离提取方法及综合利用技术体系,实现了在提取钾和硼主要元素的基础上同时综合回收碘、溴、锂、铷、铯等稀散元素,取得了多项国家发明专利,为深层地下卤水的综合利用提供了技术支撑和参考依据。

     

    郑州综合利用所获2019年度国土资源科学技术奖1项
      近日,由中国地质科学院地质研究所、中国科学院国家天文台与中国地质大学(北京)等编制完成的1:250万《月球地质图》(虹湾幅)中、英文版由地质出版社公开出版发行。该图是应用我国自主探月科学数据编制的首幅月球地质图,在编图过程中探索制定了月球数字地质图编制技术规范、流程和方法,为我国下一步月球探测工程的深入开展,以及应用嫦娥一号、嫦娥二号数据资料开展“全月球地质图”编制工作提供了基础地质资料和技术保障,为我国未来开展月球科学考察、地外行星探测和区域地质综合研究与编图奠定了基础。

      1:250万《月球地质图》(虹湾幅)主要应用我国首次月球探测工程所获得的嫦娥一号(CE-1)卫星CCD影像数据、干涉成像光谱仪(IIM)数据、数字高程模型(DEM)数据、伽马射线谱仪(GRS)数据以及各种数据分析处理结果等资料,并充分利用国外其它探月数据反演多波段反射率特征分布图、月壤成熟度分布图、主要元素含量分布图、主要矿物类型分布图等数据,通过对月球撞击坑及溅射堆积物分析,以及地层单元划分、构造单元划分、岩石类型划分、年代学研究和月球演化历史的综合分析,应用ArcGIS地理信息系统编制完成,并编写了地质图说明书,建立了空间数据库,探索了月球的起源和演化。

      1:250万《月球地质图》(虹湾幅)依托于国家高技术研究发展计划“绕月探测工程科学数据应用与研究”项目“月球数字地质图编制与月球演化模型综合研究”课题(2010AA122201),历时3年完成。


    1:250万《月球地质图》(虹湾幅)出版发行