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    说起地下水

    大家都感觉并不陌生

    但下面几条关于地下水的冷知识

    你知道几个呢?

    一、西安大雁塔是倾斜的,其中一个很大的原因是由于地下水超采导致的地面塌陷,后来为了给大雁塔“改斜归正”,西安市封掉了400多口自备井,进行了一系列地下水超采综合治理,现在的大雁塔已经开始向相反的方向缓慢恢复、归正。

    二、地层深处岩浆中分离出的水蒸气上升到地壳上层,冷却凝结而成的初生水,也叫岩浆水,是岩浆作用的结果,也是地下水的一部分。

    三、在过去数十年里,墨西哥城在不断下沉。墨西哥地处内陆,水资源匮乏,其首都墨西哥城人口众多,是墨西哥政治经济中心,每年都有大量移民前来居住,这更提高了对地下水的开采利用率,使得地面建筑物大幅度下沉。

    四、人类发现地下水的历史可追溯到新石器时代,河姆渡遗址的井是我国迄今为止发现最早的井。在河姆渡遗址,考古人员发现了一眼木结构的浅水井遗迹。水井位于一个浅圆形的坑里,井深有1.35米,井口为方形,边长约2米。

    五、撒哈拉沙漠真正的沙地只占全部面积的五分之一,这里富有金属矿、石油、地下水,然而因交通不便限制了开发。

    六、地球上最古老的地下水有16亿年以上的历史,被完好地贮存在加拿大基德溪矿井2.9千米深处的铜锌矿床裂缝中,这里的矿床已有近27亿年的历史。

    七、未经处理的地下水存在着各种各样的微生物细菌、病毒和一些无害指示菌。目前地下水中躲得最深的病毒可达2000米,是莫斯科国立大学生物学家团队在2019年发现的,他们在托木斯克地区2公里深处发现了三种噬菌体病毒的DNA。

    八、听似神奇的地下暗河,其实就是地下水的另外一种形式。我国有2000多条地下暗河,主要都集中在南方岩溶地区,是一种特殊的喀斯特地貌。

     

     
    地下水冷知识你知道几个?

    从9月12日起航算起,自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局“海洋六号”科考船已经在西太平洋上持续作业一周。继海底摄像、“海马”号ROV投入作业之后,又一海底地质调查的主力军——深海浅钻设备登场亮相。在接下来近一个月的工期中,深海浅钻将承担获取海山区富钴结壳及基岩岩芯的重任。“深海浅钻作业是本航次的‘重头戏’,计划完成1.5米和6米两种共70余个测站的钻探任务,难度和压力不小。”航次首席科学家王海峰表示。

    兵马未动粮草先行

    9月17日一大早,听说深海浅钻作业即将展开,记者赶忙抓起相机奔到后甲板作业区。前几日晴空万里的好天气不见了,连绵细雨伴随着阵阵海风,涌浪让船体的摇晃更加明显。后甲板上,四五名调查人员正围着黄色的钻机,为它进行入水前最后的全面“体检”。

    “浅钻设备外表粗旷,内部精密部件众多,由于已有几个月没有使用,水下照明系统、摄像头、液压系统、阀箱、钻具等关键部件涉及的油路和电路,必须经过仔细检查,否则很容易出现设备损坏甚至安全事故。”调查人员肖锐说。

    经过一上午的排查,调查人员发现阀箱有故障,需要替换备用阀箱。所谓阀箱,是一个长相类似路由器的方盒子,连接有控制钻具转速、钻进提钻动作以及钻机姿态调整的十几根线路。“可不能小看这不起眼的阀箱,钻机的一切动作全靠它,相当于钻机的神经中枢。”调查人员姜振军说。记者看到,调查人员在连接线路时格外小心谨慎,因为一旦连接错误,必将导致钻机无法完成调查人员发出的指令。“应该把线路连接的示意图做出来,以后照着图纸就不用担心出错了,效率还高。”姜振军一边操作一边总结着经验。

    16时许,钻机准备就绪。在绞车的牵引和调查人员拉紧的止荡绳的合力下,这个庞然大物终于平稳地进入水面,慢慢消失在深蓝的海水之中。调查人员稍作喘息,快步来到位于四楼的地质取样工作室,隔着屏幕操纵钻机的一举一动。

    精准操控精确取样

    记者看到,操控钻机的电脑屏幕上密布着控制按钮,各种参数和指针令人眼花缭乱。绞车操作员将操纵杆轻轻上推,缆绳的长度不断增加,钻机也随之不断下放。过了近1个小时,钻机即将着在2500米左右深的海底。调查人员任自强熟练地打开了照明系统和摄像头,大屏幕上立即显示出海底的影像。随着钻机的成功着底,他启动了3000伏的高压供电,并轻点“低速正钻”按钮。屏幕上立即腾起了黑色的烟尘。“这里肯定有结壳!”王海峰向记者介绍着经验,“黑色烟尘表明打到了金属结壳,如果烟尘是白色的,说明打到的是沉积物。”随着钻具的高速旋转,钻进深度的刻度尺不断下移,逐渐达到了一米以上。“可以了,收上来吧!”首席助理陈宗恒一声令下,调查人员关闭了高压供电,在发出提钻指令后,钻具缓缓从海底里拔出,随着揽绳的回收,离开了海底。

    在绞车收揽的过程中,深海浅钻项目负责人陈家旺向记者介绍了今年浅钻设备的不同之处。据介绍,“海洋六号”执行大洋科考任务以来,深海浅钻作业已经持续了9年,但以往的浅钻设备故障频发,作业效率和效果都大打折扣。“我们今年对设备进行了全方位的优化升级,改造了钻进液压系统和控制程序,设备将比以往更稳定、更便于控制。陈家旺说,”此外,钻机今年还新增了防扭推进机构,可以通过屏幕实时监测并控制设备姿态,有效防止钻机扭动造成光缆受损。”

    为地质资料库再添宝藏

    当绞车回收至200余米,调查人员已经抑制不住激动的心情,纷纷跑到后甲板等待钻机出水。钻机平稳地落在后甲板上后,调查队员将钻具取下,并小心地将样品从钻具中取出。记者看到,样品长69厘米,顶部有6厘米左右的黑色结壳,其余部分是白色的基岩。据王海峰介绍,白色基岩为生物礁灰岩,致密坚硬,中间还夹杂着贝壳等生物痕迹,对于研究富钴结壳资源评价及早期成矿背景颇具价值。

    或许是受到了外力作用,样品断裂成了五段,负责地质描述的黄慧耐心细致地将样品拼接好,拍照、测量长度、填写样品描述表,在完成一系列标准流程后,轻轻地用保鲜膜将样品包好,装入包装筒并贴好标签。至此,一件珍贵的海底岩芯样品完成了登记入库,为海洋地质调查研究增添了新的宝藏。“从钻机入水到登记入库,一次成功的浅钻取样需要耗费4~5个小时,‘海洋六号’的调查队员们采取三班轮换制,24小时连续奋战在工作现场,确保航次调查任务顺利完成。”技术负责胡波介绍。

    浅钻作业时间紧、任务重,钻机高负荷运行,故障随时可能出现。当进行到第7个站位时,钻机出现了电机故障无法正常作业。经过钻机保障组20个小时的紧急抢修,目前故障已经排除,钻机重新入水作业。

     

     
     
    摸底“深蓝”——“海洋六号”深海浅钻作业现场见闻

    近日,中国地质调查局地质研究所朱祥坤研究员课题组在《自然—地球科学》(Nature Geoscience) 发表论文,首次报道了距今约15.7亿年前地球发生了一次氧化事件,恰好对应最早的大型多细胞真核生物出现的时间。这一重要发现将彻底推翻“18—8亿年地球表面持续低氧”的传统认识,再次肯定了氧气在早期真核生物演化中的重要作用,代表了地球早期环境与生命协同演化研究的一个重大突破。

    这一发现的研究区位于我国天津蓟县地质剖面自然保护区。该地区完好地保存了距今15亿年前后的“中元古代”沉积岩石地层,使之成为全球揭示该时期地球演化奥秘的经典研究地区之一。朱祥坤研究员及其合作者通过对蓟县剖面约16—15.5亿年前的古海洋沉积碳酸盐岩开展详细的地球化学研究工作,有效地提取了当时的古海水地球化学信息。研究发现,中元古代古海洋是一个持续氧化的动态演化过程,氧化事件起始于约15.7亿年前。而且目前已知可靠的、最早的大型多细胞真核生物化石发现于我国燕山山脉大约15.6亿年前的沉积地层中,稍晚于本研究发现的古海洋氧化事件的起始时间。

    这一新的发现具有非常重要的科学意义。距今18—8亿年的时期一直被认为是地球历史上比较沉寂的时期(Boring Billion),地球表层岩石圈、大气圈、水圈和生物圈维持在近乎不变的 “稳定”状态。有科学家认为,该时期的大气氧含量甚至可能低于现代氧气水平的0.1%。但随着越来越多该时期真核生物化石的发现,特别是15.6亿年前大型多细胞真核生物的发现,使得有关“早期真核生物演化与地表环境变化是否存在必然联系”的争论更加激烈。本次蓟县剖面16-15.5亿年前碳酸盐岩中记录的古海洋氧化事件的发现,彻底推翻了该时期“持续低氧”的传统认识,也强有力地证明了早期真核生物演化与地表环境变化存在内在联系,升高的氧气含量是真核生物演化的必要条件。这一新的发现也将刺激科学家重新从不同角度探索距今18—8亿年前地球系统演化的奥秘。

    该项研究得到国家自然科学基金,中国地质科学院科研基金和国家留学基金等项目的资助。

    地质所科研人员发现15.7亿年前的古海洋氧化事件

    鲎是地球上最为古老和最奇妙的动物之一,属于节肢动物门螯肢亚门肢口纲剑尾目,其最早的祖先可追溯四亿多年前的奥陶纪,有“活化石”的称谓。其身体主要特征是分为头胸部和腹部,具有粗壮的螯肢,没有触角,具有独特的像书页一样的鳃(“书鳃”),身体末端伸出一个长长的剑尾。现生的鲎只有3个属4个种,我国沿海产有中国鲎及圆尾鲎两种类型。虽然鲎类在地球上生存了四亿多年,但其化石记录却十分稀少。到目前为止全世界已发现和报道的鲎类化石仅30余种。附肢及软体组织的在化石上的保存更是凤毛麟角。由于外壳和躯干的特征具有趋同的现象,附肢和软体组织化石记录的缺乏阻碍了对鲎类演化,尤其是生活方式演化的研究。最近一项由中国地质调查局成都地调中心与厦门大学、美国肯特州立大学、英国布里斯托大学等共同完成的成果报道了鲎类附肢及软组织的演化,这一成果对研究鲎类两亿多年来的演化具有重要价值。

    2007年中国地质调查局成都地质调查中心在云南省罗平县发现了大量保存完好的爬行类、鱼类、节肢动物等化石,时代为三叠纪中期,命名为“罗平生物群”。在罗平生物群中发现了二十余块鲎的化石标本,经初步研究认为是一个新的鲎类化石,研究人员将其命名为“罗平云南鲎”。随着发掘工作的进一步开展,研究人员发现了更多的标本,其中一些标本上保存了完好的附肢、鳃书和刚毛等软体构造,为研究其形态功能和演化提供了独特的材料。罗平云南鲎腹部具有6对附肢,第一对螯肢小而短;第二对至第五对附肢长,称为步足,主要起行走的功能;第六对附肢最长,在倒数第二节上具有一圈花瓣状的突起,用于在海底掘穴和爬行。其中雄性云南鲎的第二对和第三对呈钩状向前弯曲,起到交配时抓住雌鲎的作用。通过对整体形态及书鳃、肌肉等软体等多方面特征详细深入的研究和对比,研究人员证实罗平云南鲎与现生的鲎类十分相似,尤其与圆尾鲎最为接近。这一发现说明现生鲎类的躯体造型及许多独特的生活方式至少在2.4亿年前的三叠纪中期就已经形成,并一直持续到现在,充分显示了该类动物在演化上的保守和停滞。

    该研究由中国地质调查局成都地调中心胡世学研究员等于2017年10月26日在线发表于Nature出版集团综合性、开放性期刊科学报告《Scientific reports》。

    保存附肢和鳃书的罗平云南鲎

    罗平云南鲎复原图

    现生的中国鲎

    罗平生物群鲎类节肢动物研究取得重要进展

    近日,为进一步提高页岩气地质调查与勘探施工人员应对井喷的处理能力,强化火灾防控技能,地调局武汉地调中心在鄂宜页3井施工现场,分别组织了防喷演习与消防演习。

    9月8日,防喷演习内容为针对突发溢流,鄂宜页3井井场施工人员的处理应变与各岗位之间的协同配合情况。上午8点许,泥浆工模拟发现液体密度突然上涨1立方米,立即通知司钻,司钻立即发出长鸣警报,听到长鸣警报后无关人员迅速跑位至紧急集合点处待命。其它操作岗位人员立即就位,司钻上提钻具至关井位置后座卡,打开4号液动平板阀后发手势,场地工确认后回手势给内钳工。随后,司钻关防喷器后发手势,副司钻检查液控管线状态,并由场地工确认关闭完成。在完成一系列动作后,所有操作人员迅速撤离现场并跑位至紧急集合处。最后,各岗位向技术员汇报,由技术员进行点评。本次钻进工况防喷演习用时共计2分30秒。演习中主要存在两个问题:听到长鸣信号后各岗位跑位较慢,外钳工未检查压井管汇状态。

    9月10日,消防演习内容为杂物火灾灭火,相关人员学会正确使用灭火器和各类消防设备设施。首先,由安全监督给参加人员讲解了消防演习的意义及重要性,灭火器的使用方法及注意事项。然后参加人员对灭火器的压力、喷嘴管、阀门等进行检查,确定灭火器完好,并用铁盆模拟一个火源。鄂宜页3井现场人员发现火情后迅速呼救,通知其他当值人员,并从就近灭火器存放点提取灭火器灭火。最后,由安全监督对本次演练进行点评。

    本次防喷演习、消防演习提高了施工人员及项目组成员的安全意识与防范技能,对演习过程中存在的不足进行了及时整改,取得了预期效果,为鄂宜页3井二开后安全生产奠定了良好的基础。

    参加两次演习的人员包括武汉地调中心项目组成员和渤海钻探公司项目经理、安全监督及全体钻井工人。

     

    模拟井喷现场施工人员跑位

    场地工与司钻手势交流 

    钻井工人处理模拟火灾源

    武汉地调中心组织页岩气钻探安全演习

    GR1干热岩勘探井

    专家组查看岩芯库

    中低温地热能发电试验电站

     

    【阅读提示】

    8月26日~27日,青海省共和—贵德地区干热岩勘查和开发利用研讨会在西宁召开,院士专家对共和盆地干热岩勘查成果进行了评审。专家评审认为,该项目首次在共和盆地钻获高温优质干热岩体,实现了我国干热岩勘查重大突破。就在不久前,记者来到青海省水文地质工程地质环境地质调查院位于共和县恰卜恰镇的干热岩勘查项目部,了解了该院地热资源勘查的“前世今生”。

    干热岩勘查获系列重大突破,高原小镇再次刷新纪录

    8月25日,青海省共和县恰卜恰镇上塔迈村北台草场人头攒动,这里有青海省水文地质工程地质环境地质调查院实施的干热岩GR1号孔钻机。由青海省国土资源厅和中国地质调查局水环部组织的专家组正在这里查看岩芯、实地考察,并听取项目汇报。经质询讨论,专家组认为,该项目首次在共和盆地钻获高温优质干热岩体,实现了我国干热岩勘查重大突破。又一项新的纪录,在这个高原小镇被刷新。

    据了解,该项目在深入研究已有地质资料基础上,采用红外遥感、地球物理、地球化学等多种勘查技术手段,经详细论证确定了干热岩勘探井位。青海省水文地质工程地质环境地质调查院施工的4眼干热岩勘探井,井深3000~3705米,孔底温度达180~236摄氏度,钻获的干热岩具有埋藏浅、温度高、规模大的特点。而刷新本次纪录的GR1井,在地下3705米处探获温度达236摄氏度的干热岩。这是自2014年该院在共和盆地钻获153摄氏度干热岩之后,我国首次发现的温度达到200摄氏度以上的大规模可利用干热岩资源。

    专家组认为,共和盆地干热岩体规模巨大,资源丰富。项目基本查明了重点勘查区共和县恰卜恰干热岩体的空间分布、地质结构和热源机制,提出了以共和盆地为代表的青藏高原东北缘干热岩形成的地质成因模式。青海省水文地质工程地质环境地质调查院相关项目负责人介绍,由该院实施的4眼干热岩勘探井控制的恰卜恰干热岩体东西长21.2千米、南北宽14.3千米,面积约303平方千米,评价结果表明,干热岩体资源总量为1640艾焦,折合标准煤560亿吨。

    而利用1∶5万高精度航磁测量数据,结合地热地质、地球化学与放射性γ能谱调查、综合地球物理勘查、钻探,项目在共和盆地圈定18处干热岩远景区,总面积达3092平方千米。采用体积法、比拟法等国际通用方法,预测共和盆地干热岩资源总量为1.85万艾焦,折合标准煤6300亿吨。

    同时,项目在干热岩勘查技术方法方面实现了重要创新。在高温、高硬度、高研磨性钻进及成井工艺等方面,初步形成了干热岩钻探的技术体系;初步建立了综合运用天然地震背景噪声成像技术、大地电磁测深技术和高精度航磁测量技术等地球物理勘查技术体系;研发了具有自主知识产权的干热岩深孔分布式光纤测温仪器,首次实现了干热岩深孔测温技术的突破;建立了不同尺度干热岩勘查开发选区评价指标体系及资源评价方法。

    这一系列干热岩勘查重大突破,是青海省水文地质工程地质环境地质调查院,以及中国地质调查局水环地调中心、水环所,青海省环勘局等近20家项目承担单位的230多名地质技术人员,历时5年所创造和成就的。毫无疑问,这次干热岩勘查评价成果对我国干热岩勘查开发利用工作具有重要示范引领作用,对青海能源结构的调整具有重要战略意义,对藏区未来的经济社会发展和生态文明建设具重要意义。

    摸清地热资源家底,巍巍高原蕴藏丰富绿色能源

    青藏高原在隆升过程中形成了一系列地热资源,从干热岩地热资源区域分布看,青藏高原南部占我国大陆地区干热岩总资源量的20.5%,资源量巨大且温度较高。

    我国从什么时候开始干热岩勘查的?青海的地热资源勘查是如何进行的?在恰卜恰镇中深层地热能勘查项目部,青海省水文地质工程地质环境地质调查院项目负责人为记者进行了详细介绍。

    为摸清我国地热资源家底,“十二五”期间,国土资源部、中国地质调查局安排开展了全国地热资源调查评价工作,同时启动了我国干热岩资源的研究寻找工作。2012年6月,中国地质调查局安排中国地质科学院水文地质环境地质研究所实施了“青海省地热资源调查评价与区划”项目,对青海省地热及干热岩资源进行研究。调查表明,青海贵德—共和一带地下热水露头点多,且温度较高。

    其中,青海省水工环调查院主要承担共和地区的地热资源调查任务。通过DR1~DR4这4口井的施工验证,技术人员发现该区地热梯度明显异常,地热地质条件优越,地热流体性状良好。其中,DR2井于1440米处揭露到花岗岩,通过加深探测,发现盆地地热梯度明显异常;DR4井井口水温可达91摄氏度,单井日涌水量达2080立方米,具有一定的发电潜力,且可以梯级利用。2012年底,针对项目组在共和盆地发现地热异常,在中国工程院院士多吉、中国地质大学(武汉)校长王焰新等专家及中国地调局水环部指导下,经多次论证,决定在共和盆地开展干热岩勘查研究工作。2013~2017年,青海省国土资源厅分两次安排了4个勘探孔和“青海省东北部地区地热资源勘查开发利用与找矿靶区优选”科研项目;青海省科技厅于2014~2015年安排了“地热资源勘查与综合利用技术研究与应用示范”项目;中国地质调查局水环中心安排了“青藏高原北缘重点地区1:5万水文地质调查”等项目,对共和盆地干热岩开展了综合分析研究。

    在项目实施过程中,中国地质调查局、科技部、青海省国土资源厅组织院士、专家多次开展了专题研讨、现场论证及指导等,并对项目工作细节及时调整,使干热岩勘查研究工作取得进展。2014年10月,中国科学院地质与地球物理研究所对DR3、DR4孔地热温度做了测试,显示2880米时花岗岩体温度达181摄氏度。2016年10月,GR2井孔在3085米终孔时,初步测定花岗岩体温度达178摄氏度;2016年11月,GR1井孔在3705米终孔时,初步测定花岗岩体温度达236摄氏度。通过两孔施工,判定勘查区底部花岗岩分布稳定,深度大、面积广。

    这些项目的实施,为共和地区干热岩资源勘查提供了翔实的依据,也为该地区干热岩勘查取得的一系列成果和突破奠定了坚实的基础。

    建成省内首个中低温地热发电试验电站,树立地热资源综合开发应用示范

    事实上,除了地热资源的勘查,青海省水文地质工程地质环境地质调查院还对开发利用共和盆地地热资源进行了成功的尝试。

    2013年3月,在基本查明共和盆地地热资源赋存情况的基础上,该院将“青海省地热资源与综合利用技术研究应用示范项目”向青海省科技厅申请立项并获成功,成为青海省2013年第一批基本科技(企业技术创新资金)项目,总经费1300万元,科技资助经费100万元。同年8月,该院与中国地质大学(武汉)联合成立了共和县地下热水开发利用示范科研基地,开展地热资源勘查与综合利用技术研究与应用示范项目,并利用DR4井在城北新区建成青海省首个中低温地热能发电试验电站。

    不久前,记者来到这个中低温地热发电试验电站。站在这个面积不大却意义重大的院子里,项目负责人向记者介绍:“试验电站装机功率160千瓦、额定净发电功率99.4千瓦。经过两个月的发电试验,这所电站年净发电量约为87万千瓦时;给共和县供热站输送热能,保证了1.5万平方米楼房3个冬季的供暖。其示范效应,必将成为共和县地热资源开发利用发展史上的一个里程碑。”

    该负责人还介绍,试验电站所使用的ORC型膨胀机基于有机介质,在一个封闭循环内部实现朗肯循环,从高温热源吸热,向低温热源放热,输出轴功率。该型号膨胀机需要利用循环系统才能起作用,不能单独使用,虽然机组结构复杂,但所需条件低,更适合中、低热焓值地热流体发电。

    目前,项目组查明恰卜恰中南部地区39平方千米范围内中温热水日可开采量约1.18万立方米,地热资源勘查达到可行性勘查阶段。下一步,他们将结合共和县地热规划,在共和县北部地区和恰卜恰东部阿乙亥地区进一步查明地热资源量。

    在干热岩方面,共和盆地干热岩资源存在激活天然裂隙的优势,未来共和盆地干热岩开发利用前景可观。这次研讨会上,专家们建议国家加强共和盆地干热岩勘查及开发利用研究;并采用多方合作机制,尽快推进共和盆地干热岩勘查开发国家示范基地建设,促进共和盆地干热岩资源勘查及开发进程。

    更令人欣喜的是,根据航磁资料及近3年干热岩勘查情况,技术人员推测共和盆地下部普遍存在干热岩。航磁资料显示的干热岩异常区,还有恰卜恰西部达连海湖一带和南部哆滩哇尔玛一带,项目组将进一步扩大干热岩资源勘查面积,为以后规模化开发利用干热岩资源提供依据。

    把脉高原“温度”

    622日以来,大范围的暴雨袭击湖南地区,水环中心雪峰山区北部地质灾害调查项目开展所在地辰溪县累积降雨量达到了710.2毫米,创下了湖南省6月最高记录,成为湖南省受灾最为严重的县之一。受持续降雨影响,辰溪县地质灾害呈现高发态势,多地出现了不同程度的地质灾害险情和灾情,地质灾害防治形势异常严峻。 

    水环中心技术人员结合项目工作部署,积极与辰溪县国土局沟通、对接,根据防灾减灾需求,派出了3个工作组协助地方政府开展地质灾害应急排查工作,排查人员每到一处,详细调查了解灾害体发育特征,有无变形迹象、坡脚渗水等情况,并对受威胁群众开展宣传培训,指导开展群测群防监测及应急处置等工作。通过10余天的持续工作,共排查潭湾镇等5个乡镇共40余处灾害点,统计受威胁群众300余名。此次调查发现了9处新增灾害点,但全部为小型灾害点。通过排查,水环中心技术人员发现,灾害点多由于切坡建房引起。结合当地政府需求和建议,水环中心已经着手开展居民建房选址、切坡设计等前期规划方面的研究工作。

    近期,水环中心项目组每天向当地政府上报应急排查情况及排查中存在的问题,协助辰溪县科学高效开展应急排查工作。 

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    水环中心积极支援辰溪县地灾应急排查工作

    重庆市奉节县曾家棚滑坡全貌

    专家开展滑坡专业监测建设点现场验收

    湖北省秭归县树坪滑坡自动化监测设施

    编者按

    我国由于地形地貌、地质条件、气候类型复杂多样,地质灾害易发、高发、频发。“隐患在哪里?”“什么时间可能发生?”是防范突发性地质灾害亟待解决的两个核心问题。

    为提高地灾隐患点发现、监测、预警、治理的专业水平,自然资源部中国地质调查局持续推进高精度地质灾害调查、地质灾害隐患遥感智能识别、普适性地质灾害监测预警设备集成研发、地质灾害防治信息系统建设,不断提升地质灾害防治技术支撑能力。

    5月9日~15日为防灾减灾宣传周,今年的主题是 “提升基层应急能力,筑牢防灾减灾救灾的人民防线”。灾害面前,加强监测预警,是提升应急能力的有力保障。今天,让我们聚焦地质灾害监测预警。

    截断巫山云雨,高峡出平湖。三峡工程带来的福祉惠及亿万百姓,但其建设和安全运行一直面临着地质灾害的严峻考验。

    自然资源部中国地质调查局武汉地调中心三峡库区地质灾害监测预警指导中心(原三峡库区地质灾害防治工作指挥部)通过实施三峡库区地质灾害监测预警工程,携手湖北省、重庆市以及三峡库区各区县自然资源部门,构建了集专业监测、群测群防和信息系统为一体的地质灾害监测预警网络体系,形成了水库型地质灾害监测预警理论与技术方法体系,库区地质灾害防治实现连续17年“零伤亡”,为三峡库区筑牢地质安全防线。

    试验示范为区域性监测预警预报奠定基础

    三峡库区地质条件复杂,暴雨洪水频发,自古以来是地质灾害高发区、频发区。三峡工程建设以来,库区移民迁建,以及蓄水后每年30米水库水位的降变,一定程度上改变了三峡水库岸坡地质环境条件,加剧了库区地质灾害发生。国家高度重视三峡库区地质灾害防治工作,先后完成了前期重大地质灾害防治工程和二期、三期地质灾害规模性集中防治。目前,正在实施三峡后续工作库区地质灾害防治工程。这些防治工程的实施,对三峡库区数以千计的地质灾害点分类采取了工程治理、搬迁避让以及监测预警等措施,开创了我国区域性地质灾害规模性集中防治的先河。

    三峡库区的地质灾害监测预警工作始于上世纪70年代。1977年,湖北省西陵峡岩崩工作处开始在湖北省秭归县境内的新滩滑坡上进行专业监测。1985年6月12日,滑坡监测设备发出预警信息。在专业人员的建议下,当地政府在滑坡大规模滑动之前转移了居住在滑坡体上的群众,避免了1300余人伤亡,10余艘客货轮也得到通知及时避险。新滩滑坡的成功预报,是我国首个地质灾害专业监测成功预报案例,同时在三峡库区播种下一颗地质灾害是可以监测预报的“信心种子”。

    随后,三峡库区地质灾害监测预警试验示范工作开始着手实施。1998年~2000年,原国土资源部先后启动了《三峡库区地质灾害监测工程试验示范区研究》和《长江三峡地质灾害监测与预报》2个专项计划。这些工作以三峡库区常见的降雨型滑坡、水库型滑坡为主要研究对象,开展新技术新方法的试验与应用,并在链子崖、黄腊石、黄土坡等重大地质灾害点进行了综合监测示范,攻克解决了一系列地质灾害监测预警难题,研制出多种地质灾害专业监测仪器,并成功将GPS应用于地质灾害监测,实现了崩塌滑坡位移时间预报的突破,为后续三峡库区地质灾害区域性大规模监测建设和预警预报奠定了基础。

    实现专业监测、群测群防和信息系统“三位”一体

    在国家专项资金投入下,2001年三峡库区地质灾害规模性集中防治拉开序幕。原国土资源部在2003年初步建立了三峡库区地质灾害监测预警网络体系并投入运行,2006年和2016年分别对监测预警网络进行了补充完善和升级改造,完成了三峡库区二期、三期地质灾害监测预警工程建设和运行。自此,由全球定位系统(GPS)、综合立体监测(CS)和遥感动态监测(RS)的3S专业监测系统,以及“区县—乡镇—村组”三级群测群防组成的监测预警体系正式建成,实现了三峡库区地质灾害隐患点监测预警全覆盖。

    三峡库区地质灾害监测预警集专业监测、群测群防和信息系统“三位”于一体。以专业监测为重点,对重点地质灾害隐患实施立体综合监测;以群测群防为基础,组织、培训和技术指导群众对所有已知隐患点开展巡查和简易监测;以信息系统为决策支持,在出现重大地质灾害灾情和险情时为应急处置提供地质灾害相关信息资料和分析计算功能,为科学决策提供支撑和依据。三峡库区地质灾害监测预警体系是一种在专业技术单位和专家队伍指导下,以广大群众为主体监测所有已知隐患的群众性防灾减灾模式,实现了“群专结合”。这种“群专结合”的地质灾害防灾减灾模式,不仅很好地做到了点与面、宏观与微观、定性与定量的结合,还普遍提升了社会和群众的防灾减灾意识和水平。

    党的十八大以来,国家实施防灾减灾救灾新战略,更加重视地质灾害防治。根据自然资源部、中国地质调查局部署,近年来一批地质灾害普适型监测仪器成功研制,应用于三峡库区地质灾害监测预警中,并在一部分群测群防监测点建立起地质灾害三级专业监测网。如今,普适型监测仪器凭借低成本、低功耗的优势,成为三峡库区地质灾害监测预警的“新生代”。这将推动地质灾害监测预警从“人防”向“技防”转变,进而构建“群专结合”监测预警新模式。

    17年监测预警实现地质灾害“零伤亡”

    三峡库区地质灾害监测预警工程的实施,建立了覆盖全库区的专业监测预警和群测群防监测预警体系,对三峡库区3098处崩塌滑坡地质灾害点开展监测预警,保护了库区57.7万人,以及长江航运和公路交通的安全。

    据统计,三峡库区二期、三期地质灾害防治期间(2003年~2015年),监测发现465处崩塌滑坡的变形迹象,并成功预警,使5.7万余人成功避险。自2003年三峡库区地质灾害监测预警体系建设运行以来,经受住了三峡水库135米、156米、175米蓄水和12次30米的大幅度水位波动,以及2014年8·31暴雨和2017年秋汛久雨等极端天气的严峻考验,实现了连续17年地质灾害“零伤亡”。

    值得一提的是,2012年6月发生在重庆市奉节县的曾家棚滑坡。6月1日,专业监测显示,重庆市奉节县鹤峰乡三坪村曾家棚滑坡出现险情,附近9户42人的生命财产安全面临直接威胁。专业监测单位中国地质调查局成都探矿工艺研究所立即将险情预警上报。奉节县人民政府及时将险区内群众全部撤离。6月2日,曾家棚滑坡东侧发生大规模滑动,滑动体积460万立方米,前缘滑入大溪河约30米,险区内房屋全部被毁。由于预警及时,滑坡未造成人员伤亡。

    2015年6月对重庆市巫山县红岩子滑坡的成功预警,则是群测群防与专业监测预警结合的典型范例。2015年6月21日,巫山龙江红岩子滑坡群测群防员巡查发现裂缝及小型滑塌,及时向巫山县国土资源与房屋管理局进行了报告。6月23日,专业监测人员发现,滑坡变形加剧。当日晚上,巫山县对受滑坡威胁区域的9户33人进行了撤离。6月24日早上,监测发现裂缝变形急剧增加,巫山县紧急撤离影响区群众56户196人,并将滑坡险情通知了海事、航道和巫山航务处等相关部门。6月24日18时25分,约23万立方米的滑坡体下滑入江,形成了约6米高的涌浪。

    2019年12月10日16时50分许,秭归县泄滩乡陈家湾村长江北岸支流泄滩河左岸卡门子湾发生滑坡,38万立方米坡体整体下滑。因预报及时,水域、陆域均未造成人员伤亡。但该滑坡仍存在再次滑动的危险。2019年12月下旬,按照自然资源部总体部署和中国地质调查局、湖北省自然资源厅要求,卡门子湾滑坡被选作普适型仪器监测试验点,安装了雨量计、含水率监测仪、GNSS、裂缝计、倾角加速度计等5类21套监测设备。今年4月17日以来,随着多期次降雨和三峡库区水位下降,安装在卡门子湾滑坡的普适型监测仪器均捕捉到了明显的滑坡变形错动信息。根据这些信息,有关部门进行了国家—省—市—县四级联合会商,综合研判滑坡的变形现状和发展趋势,确定预警等级为黄色。当地主管部门按照会商意见采取了对应的防范措施,有效保障了滑坡影响区人民群众生命财产和航道安全。

    科学创新提升地质灾害监测预警预报水平

    三峡库区地质灾害监测预警水平的提升离不开科技创新的支撑。

    在三峡库区二期、三期地质灾害防治科学研究中,针对三峡工程建设和运行中面临的重大地质灾害防治难题设立了50余个科研课题项目,涉及蓄水引发的地质灾害形成机理、监测预警技术方法、监测仪器研制、信息化建设等多个方面,取得了系列创新成果,并建立了三峡库区地质灾害监测预警技术规范体系,以及监测预警建设与运行相关制度。

    三峡库区水库型地质灾害监测预警理论与技术方法研究体系,涵盖蓄水引发的地质灾害形成机理、分析评价方法、监测预警预报技术方法、监测仪器研制、信息化建设等,解决了库区地质灾害监测预警工程中的理论及技术难题,丰富了我国地质灾害监测预警理论、技术与方法体系,极大地提升了我国地质灾害监测预警科学研究水平。

    重大危险性滑坡涌浪危害预测评价研究,研制了三峡库区滑坡涌浪预测评价系统,在秭归北泥儿湾滑坡和白水河滑坡、巫山红岩子滑坡、云阳凉水井滑坡等重大滑坡险情预警和应急处置中发挥了重要作用,为政府部门防灾减灾决策提供了科学依据。

    三峡库区地质灾害防治及预警指挥系统,在库区全面推广应用,不仅为库区地质灾害调查、勘查、专业监测、群测群防、防治工程、应急处置、综合评估提供了丰富的数据和先进的技术支撑平台,而且在凉水井、北泥儿湾、树坪、猴子石、玉皇阁、藕塘等重大滑坡险情处置中得以充分应用,为政府决策提供了有力的支持。

    重大崩塌滑坡预报模型与预报判据研究,建立了崩塌滑坡预报模型,研发了地质灾害群测群防信息管理系统,集成应用现代先进技术等,实现了灾害点信息、监测数据采集和及时传输,监测数据分析和预警,灾险情速报,预警信息发布和移动办公等,提高了地质灾害群测群防工作效率、监测质量和管理水平。

    在此基础上,三峡库区逐步探索形成了地质灾害群测群防监测预警网格化管理模式。湖北省和重庆市结合自身特点,在三峡库区分别实现了“四位一体”和“四重网格”地质灾害群测群防监测预警管理模式,打通了地质灾害监测预警的“最后一公里”。

    在探索建立地质灾害监测与预警预报技术方法体系的过程中,科研人员解决了预警模型构建、预警级别划分、监测方法与监测曲线识别、监测仪器研发等技术难题,特别在库岸稳定判定、涌浪灾害判定、预警预报技术方法及模型判据等方面取得了系列创新成果,获得了多项国家、省部级科学技术奖励。2008年,《三峡库区重大地质灾害防治与监测关键技术》获得国家科技进步二等奖;2019年,《西部山区大型滑坡潜在隐患早期识别与监测预警关键技术》获得国家科技进步二等奖,其中三峡库区涉水滑坡机理、滑坡灾害监测预警及推广应用是其成果之一。

    三峡库区地质灾害监测预警面临新挑战

    三峡库区地质灾害监测预警取得了丰硕的科研与创新成果,不仅解决了大范围地质灾害监测预警中诸多技术难题,也为其他区域开展地质灾害监测预警提供了示范与借鉴。

    三峡库区经过10年试验性蓄退水运行,其地质灾害防治面临新的形势:一是影响地质灾害的因素以水位变动和降雨为主转变为以降雨为主,受极端天气影响明显,防治形势依然十分严峻。二是地质灾害主要分布于库区自涪陵起的长江流域下游区县,且峡谷段和顺向坡段如箭穿洞危岩和棺木岭危岩等变形增多,安全隐患增加。三是链式灾害如龚家坊崩塌和红岩子滑坡引发的涌浪风险加大,在库区通航能力显著增强情况下,涌浪预警与防范难度加大。四是30米水位周期性大幅变动对库岸稳定性影响逐渐凸显,水库消落带岩土体强度弱化明显,滑坡崩塌导致的涌浪灾害风险逐渐增加。三峡库区地质灾害监测预警和科学研究工作亟待进一步做深、做细。

    为此,武汉地调中心三峡库区地质灾害监测预警指导中心将持续开展监测预警、分析指导,以及信息系统建设和科学研究。一是按照年度开展监测成果汇总分析,现场调查交流指导,组织年度趋势会商和技术培训,以及监测预警试验示范和总结,包括探索地质灾害精细化气象风险预警、新技术新方法试验与应用、丘陵山区普适性监测预警装备试验、专业监测分析技术要点等。二是建立和完善与湖北省、重庆市的数据共享及动态更新交换机制,完善空间数据及属性数据,开展防治工程档案数字化,建设库区地质灾害大数据中心与平台,提升数据服务能力,支撑三峡工程运行安全综合监测系统、全国地质灾害防治信息平台和“地质云”建设。三是开展库区降雨与水库水位变动复杂动水条件下滑坡和塌岸规律研究,包括岩体劣化失稳机理研究、风险分析和趋势研判、涌浪预测等,以及水库滑坡监控关键技术和治理新方法新技术等研究工作,为地质灾害防治提供理论、技术和方法支撑。

    17年“零伤亡”背后的坚守

    7月19日,自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所在云南蒙自断陷盆地石漠化区土壤碳、氮和磷化学计量研究方面获得新进展。 

    断陷盆地区位于珠江、长江中上游,隶属国家“两屏三带”生态安全屏障区,是石漠化集中连片区和综合治理重要类型区。受地质-气候条件制约,断陷盆地形成盆地内土层覆盖较厚而浅丘、斜坡和高原面山区岩石裸露、石漠化严重的生态环境特征。通过测定土壤碳、氮和磷元素的化学计量比,可以用来指示区域植被生长的限制因子,有助于为断陷盆地石漠化区生态恢复重建提供科学依据。

    研究人员在云南蒙自断陷盆地区沿盆地、斜坡和高原面采集不同石漠化发生程度的土壤,研究地形和石漠化程度对土壤碳、氮和磷元素化学计量的影响。结果发现,同一地形条件下土壤碳氮比不受石漠化程度影响,处于较为稳定水平,而碳磷比和氮磷比则随石漠化程度加剧而增大,这与土壤有机碳和全氮含量随石漠化程度加剧而提高而磷相对稳定的结果一致。与全国土壤平均水平相比,断陷盆地三种地形部位碳磷比和氮磷比较小,而碳有效磷比和氮有效磷比高于全国水平3-4倍,表明断陷盆地土壤有效态含量较低,是影响植被生长的重要限制因子。此外,研究人员发现钙和pH是影响土壤碳、氮和磷化学计量的重要因子,钙影响远高于pH。断陷盆地石漠化生态恢复时,不仅要考虑海拔和垂直气候因素,还要考虑物种对钙的耐受性,因地制宜选择物种。

    相关研究成果近日以The Characteristics of Soil C, N, and P StoichiometricRatios as Affected by Geological Background in aKarst Graben Area, Southwest China为题,发表于forests (https://doi.org/10.3390/f10070601)期刊。本研究得到国家重点研发计划(2016YFC0502501)、广西自然科学基金(2017GXNSFAA198153)和广西科学研究与技术开发项目(桂科能1598023-1)资助。

     

    图1 断陷盆地不同地貌部位不同石漠化水平土壤C、N和P化学计量特征

     

    图2断陷盆地土壤地球化学背景与C、N和P化学计量偏相关分析

     
     
    断陷盆地石漠化区土壤碳、氮和磷化学计量研究获新进...

        中国地调局成都综合所承担的地质调查项目“工艺矿物定量分析系统(MLA)测量方法及应用研究”取得显著成果,解决了我国复杂难选冶矿石的工艺矿物定量分析难题。该方法代替了以往人工复杂和繁琐的定量分析工作,提升了矿样统计效率和检测精度。

     

        MLA矿物参数自动定量分析系统,是目前世界上最为先进的工艺矿物学定量自动检测系统之一。它基于电镜采集样品的背散射图像数据,结合能谱的成分识别功能,形成对矿物的自动识别鉴定、完成矿物从形貌到组成成分的自动测试。

     

        科研人员选用了具有复杂多金属共生特点的四川杨柳坪镍铜多金属共生复杂硫化矿石,以及产于攀西地区的钒钛磁铁矿矿石进行试验研究。通过MLA系统,快速进行了不同条件下矿样制备分析对比试验,确定了经济合理的制样结果方案。

     

        通过MLA电镜条件下不同亮度、对比度以及不同放大倍数的检测应用试验,科研人员发现对于图像放大倍数试验,其放大倍数不同所相对应的矿物分辨精度亦不同,在采用MLA检测中亦需要根据检测的目的选择适合的放大倍数。

     

        在MLA数据库建立试验中,科研人员根据丹巴镍铜矿的矿物组成特点建立了丹巴镍铜矿的MLA-std数据库和攀枝花钒钛磁铁矿的MLA-std数据库,以及适合于冶炼矿渣的攀钢熔分渣MLA-std数据库;各数据库在应用中其检测到的未知(unknow)和无效(invalid)的含量(面积比)在0.05%以内,达到了较高的检测精度。再需要建立MLA-database数据库,该数据库是将检测到的矿物转化为通用矿物的数据库,本试验对试验样品分别进行了该数据库建立,实现了从检测成分到目标矿物的转化。

     

        试验样品的MLA检测结果表明:通过MLA定量分析系统,能快速准确检测矿石中各种矿物的含量情况,是以往采用光学显微镜定量所难以办到的。同时采用MLA定量分析,可以清晰的查找出检测样品中各种矿物及颗粒的形貌、粒度、组成以及矿物间连生关系等数据,为定量研究矿石的可利用打下了基础。

     

    复杂难选冶矿石工艺矿物定量分析有了先进方法

    火星上多样的岩石

     

    一个由美国、法国、英国科学家组成的研究小组近日表示,他们在对“好奇号”火星探测器发回的数据进行分析后发现,这颗红色行星上或许曾经存在过与地球类似的大陆地壳结构。相关论文已发表在《自然=地球科学》杂志上。

     

    研究人员在论文中描述了“好奇号”火星车探测过的20个火星岩石样本,并论述了为什么他们认为这颗行星的历史和人们之前想像的不太一样。

     

    根据最新的数据,研究人员相信他们已经找到火星存在大陆地壳的证据。“好奇号”火星探测器在靠近夏普山南半球的盖尔环形山区域发现了一块浅色的长石矿样本,经测定后研究人员发现,其历史可以追溯到约36亿年前。

     

    研究人员描述称,这块岩石看起来就像是从地球黑色玄武岩上剥离下来的矿物样本。这种相似性表明,火星或许和地球一样,曾经也经历过板块构造活动。

     

    此前的研究认为,火星、金星和水星都曾被暗淡密集且富含铁的玄武岩覆盖,在它们的早期地质演化中并没有像地球一样经历过大规模的岩浆和板块构造活动。火星上的这些岩石可能是远古时期以后持续岩浆运动的产物。如果是那样的话,在大陆板块上就会覆盖上玄武岩——类似于地球海洋底部的状况。

     

    而这种浅色的长石矿被认为是复杂岩浆活动的产物,这一发现证明火星地表以及地壳的早期演化要比科学家此前的预计复杂得多。结合其它区域富含长石的岩石情况,以及火星南半球地壳较低的平均密度,研究人员得出结论:富含二氧化硅的岩浆岩可能是构成火星地壳的一种重要成分,这与地球早期大陆地壳非常类似。

     

    研究人员称,要进行深入研究后才能最终确认这一结论。

    火星曾具有与地球类似的大陆地壳
      近日,中国地调局地科院地质所吕君昌研究员领导的研究小组在辽西建昌义县组地层中发现了一个属于双孔目离龙类——朝阳喜水龙(Philydrosaurus proseilus)的化石群。该化石群由6个幼年个体围绕一个成年个体组成。研究结果显示,这是双孔类产后亲代抚育行为最古老的化石记录。研究结果发表于《地球科学杂志》 (Geosciences Journal)上。

      成年个体照顾子孙后代是现生初龙类(包括鸟类和鳄鱼类)生殖生物学的主要特征。这种产后亲代抚育行为在化石记录中的确切证据极为少见。研究小组利用朝阳喜水龙的化石,回顾了这一类群繁殖行为的化石记录。这组化石骨架中,成年个体被6个属于同一物种的幼年个体围绕着,显然属于同一个家庭小组。考虑到小个体的大小相同,这组喜水龙解释为一个成年个体与很明显出生于同一窝的、它的后代在一起(图1)。


    图1. 喜水龙(成年个体1,幼年个体2-7)的照片(a)及线条图(b). 比例尺5厘米

      后代孵出后就得到父母照顾的现象,显示这些喜水龙大概是处于与掠食者的对抗中。离龙类的个体相对小,意味着遭受被扑食的危险性更大。为了适应这一重大变化,幼年个体出生后需要得到父母的照料,这种产后亲代抚育行为可能为后代的高存活率提供了保障。这一标本代表了双孔类中最古老的产后亲代抚育行为的化石记录(图2)。该标本保存于辽宁锦州古生物博物馆。


    图2. 喜水龙的成年个体和幼年个体生活复原图(由赵闯绘制)

    参考文献:
    Junchang Lü, Yoshitsugu Kobayashi, D. Charles Deeming, Yongqing Liu: Post-natal parental care in a Cretaceous diapsid from northeastern China. Geosciences Journal DOI: 10.1007/s12303-014-0047-1

    地质所科研人员发现最古老的史前爬行动物产后亲代抚育行为化...