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    党的二十大报告提出,必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。近期召开的全国生态环境保护大会提出,以高品质生态环境支撑高品质发展,加快推进人与自然和谐共生的现代化。

    如何实现人与自然和谐共生的现代化?在守护绿水青山的N种方式中,科技创新的力量最不可或缺。

    为深入贯彻落实习近平生态文明思想,践行“山水林田湖草沙生命共同体”理念,近年来,国家地质实验测试中心充分发挥自身优势,立足于地学,针对矿山、农田、场地等水土污染与生态环境损毁,创建地球化学工程生态修复技术体系,建立一系列应用示范,取得了重要进展和成果。

    以地学方案解决赣南稀土矿山生态问题

    江西赣州是我国优势矿种离子吸附型稀土矿床的发源地,素有“稀土王国”之称。经历50余年的开发,赣南稀土矿山在为新中国建设立下汗马功劳的同时,对生态环境造成了破坏。

    据了解,赣南稀土开采经历了池浸、堆浸、原地浸提全过程,具有稀土矿区生态问题的典型代表性。江西赣州离子型稀土矿集区位于“南岭丘陵山地带”,有多条重要水系的源头,生态破坏可能影响周边乃至华东、华中、华南地区,生态安全战略意义重大。

    矿山生态修复是生态保护修复的重要内容。科研人员深刻地认识到,矿山生态修复绝不仅仅是复原受损地形、简单绿化,而是必须因地制宜、治标更治本。

    以形成典型生态问题的绿色解决方案为目标,2012年以来,研究团队依托“全国矿山地质环境综合调查与评价(国家地质实验测试中心)”项目以及“矿区土壤生态功能恢复技术”课题,分别在世界离子型稀土矿首发地及开采地赣南足洞废弃矿山及定南岭北矿区进行调查评价、修复技术研发与应用示范。

    针对离子型稀土矿开采后存在的典型生态问题,研究团队建立了障碍度评价模型,分析功能恢复障碍因子;研发了天然黏土矿物材料、复合生物炭材料、生物地毯材料、微生物菌剂材料等一系列土壤改良材料;提供了一套复配型保水保肥材料及三类分区植物配置模式;系统梳理总结了矿山生态修复经验技术,创新研发了稀土矿区土壤原位改良的“天然黏土矿物土壤重构-植被配置技术”“稀土矿区蓝莓修复技术”和“地球化学工程+生态袋柔性结构技术”等系列技术,形成了一套土壤改良、植被配置与土地增值开发为一体的综合修复技术;提出了适用于花岗岩发育区的废弃稀土矿山土壤-植被生态修复的地学综合解决方案。

    研究团队2014年在足洞废弃稀土矿山原地浸矿场建立了废弃稀土矿山生态修复综合示范基地,长期进行修复技术应用和科学研究。2021年,研究团队在定南县岭北废弃稀土矿山堆浸场地开展植被复绿,以及中草药和经果林种植示范,植被覆盖度达到75%以上,经果林亩均收入超过3000元。目前,足洞废弃稀土矿山生态修复综合示范基地已成为自然资源部助力赣州乡村振兴的一个“示范窗口”。定南岭北矿区把矿山综合治理和生态循环农业相结合,打造了废弃矿山治理的定南样板,为我国南方离子型稀土矿区构建绿色种养循环农业提供了经验参考。

    废弃稀土矿山修复前后对比图

    “修复后,矿区水土流失率从85%降至10%,氨氮污染程度平均下降10%,土壤有机质含量提高21%以上,植被覆盖率提高90%。与传统修复方法相比,修复成本降低了30%至50%。修复后,矿区土壤肥力由最低肥力提高至中等肥力水平,示范基地种植的高附加值的经济作物蓝莓亩产1500斤,每亩经济收入约3.5万元至5.0万元。经多年跟踪检测,蓝莓果实中有害元素含量远低于国家标准,且富含有益人体健康的多种营养元素。”科研人员用数字证明,相关成果在实现生态效益的同时,为当地生态修复产业发展和乡村振兴带来了新希望。

    对于下一步工作,科研人员表示,将开展不同类型稀土矿山生态修复技术攻关,建设南方离子型稀土矿生态修复示范区的“赣州样板”,进一步加强废弃稀土矿山增值利用技术在江西、广东、广西等地的推广应用。

    以改良技术助力张北盐碱地增产增收

    盐碱化被称为土地的“顽疾”。“春天白茫茫,夏天雨汪汪,十年九不收,糠菜半年粮”,一首民谣道出了盐碱地上种粮之难。我国盐碱地多,开发潜力大。破解盐碱地综合利用这个战略问题必须发挥科技创新的关键作用。

    2020年至2022年,国家地质实验测试中心在北京市西城区政府对口帮扶县——张北县组织开展了700平方千米的生态地质调查,取得明显成效。调查发现,张北地处北方干旱半干旱气候区,区内年均降水量300毫米,年均蒸发量1850毫米,蒸发量是降水量的6倍左右,加之季节性河流的多次丰枯,快速交替,表层土壤的水盐迁移运动以上运行为主,使得浅层土壤中盐碱离子无法随水淋滤进入深层土壤而富集于地表,是区域土壤盐渍化形成的重要诱因。

    针对张北地区土壤盐碱化特点,科研团队研究提出“根系微障-生物质炭”生态保护修复方案,在保水保肥、提高地力、“以肥代药”等方面效果显著。

    改良耕地与周边盐渍化耕地对比

    改良后作物

    所谓“根系微障-生物质炭”生态保护修复方案,是研究团队运用2018年自主研发的在重金属污染稻田改善土壤微环境取得显著效果的“根系微地球化学障”技术理念,针对张北盐碱地高盐、高碱、有机质与养分含量较低、质地疏松等问题,研发具有高有机质含量、高比表面积等特征的生物炭-天然矿物复合材料,在播种时期随种子和种肥施入作物根系土壤,通过构建“微型屏障”有效降低土壤pH值、提升土壤肥力、限制盐分在土壤-作物系统中的迁移转化、为微生物扩展生存空间,实现盐碱地“重茬”问题低成本、高效治理。

    据介绍,通过调查、研究和应用,实验测试中心与北京市西城区政府、河北省张北县人民政府和张北厚道养生盐碱地种植公司联合建立了张北盐碱地改良应用示范基地——生态修复示范基地,示范面积1100余亩,成功实现了盐碱土地改良。通过种植藜麦、甜菜、油莎豆等高附加值作物,产量产值均有明显提升,每亩增收均超过千元。张北县人民政府认为“系列成果为该县构筑现代农业体系、打赢脱贫攻坚战、推动乡村振兴战略实施等提供了强大助力。”2023年5月27日,河北省委书记、省人大常委会主任倪岳峰在该基地视察调研时强调,要进一步扩大盐碱地改造规模,提高盐碱地综合利用效率,把开展盐碱地综合利用摆上重要位置,充分发挥科技创新的关键作用,加大盐碱地改造提升力度。据了解,下一步,研究团队将在扩大张北地区盐碱地改造提升规模的同时,加大不同类型盐碱地改良和综合利用科技攻关力度,提出“品种-农艺-工程-产业”一体化盐碱地综合利用解决方案,为我国开展大面积盐碱地改造提供可借鉴的示范样板,服务国家粮食安全战略。

    以初心和使命做美丽中国建设者

    除了上述两处亮点,国家地质实验测试中心从20世纪90年代初即开始环境地球化学与生态保护修复研究,主持相关项目20余项,积累了丰富的经验。特别是在我国全面推进生态文明建设以来,国家地质实验测试中心承担了一系列有关生态环境修复的项目,开展生态修复技术研发与示范,并获得了令人瞩目的成绩:

    ——在江西德兴铜矿源头开展工作,将微生物技术应用到酸性矿山废水治理工作中,在保证处理效果的同时,考虑修复治理成本为企业增加收入,改善修复工艺,研发修复装置,取得了良好的效果;

    ——在江西赣州市,开展在产农田重金属污染修复工作,首创性提出“根系地球化学障”修复模式和技术,使稻米中镉去除率超过80%,显著降低修复参与人员的劳动强度和修复成本;

    ——在湖南湘潭,针对化工场地多重金属-有机污染物的复合污染土壤问题,提出了电动化-稳定化修复技术,为复合污染场地修复和复垦提供了经济高效的新型技术方法;

    ——在云南安宁,采用多层次植被搭配技术建立生态恢复示范区,实现矿山采空区植被快速恢复,实时监测生态参数,调整植被养护方案……

    纤纤不绝林薄成,涓涓不止江河生。

    随着一个个项目的实施、一项项新技术和材料的研发和应用,越来越多的成果从实验变成示范,把“白茫茫”变成“绿油油”,把满目疮痍变成绿意融融,把寸草不生变成姹紫嫣红。

    “其实,除了我们的技术支撑,这些成绩的取得也来自各方的支持和配合。”研究团队成员举例说,2020年“全国矿山地质环境综合调查评价”项目野外工作任务重、时间紧,项目组临时党支部积极与当地党支部对接,通过党建活动建立了良好的互助合作关系。赣南地质调查大队(现更名为:江西省地质局第七地质大队)第一时间派出10余名专业技术人员支援项目开展野外调查、取样等工作,并提供样品存放和加工场地。在赣州红色热土工作期间,项目组成员在不断提升业务水平的同时,收获了更多的精神财富,秉持理想信念、坚守初心使命、敢于担当作为。

    生态修复工作常常要面对恶劣的环境、艰苦的条件、棘手的问题,但当被问及如何面对与克服这些困难时,团队成员用朴素的话语道出了他们十足的信心和决心——“乐在其中,我们就是想把生态修复的文章写在祖国大地上。”

    生态修复,非一日之功。期待,在新时代新征程上,他们继续以科技创新为笔,为建设美丽中国书写高质量发展的“绿色答卷”。

    把生态修复文章写在祖国大地上

    近日,由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所(以下简称“物化探所”)研发的“一种断层发育区地震高精度成像的数据处理方法及系统”获国家发明专利授权。

    地震勘探原始记录数据中,一般断点位置的反射绕射波比连续地层反射波组在能量上弱几个数量级。这种情况使常规处理技术难以识别,且在处理过程中会逐步对断点位置的反射波和绕射波进行衰减,严重影响了地震剖面上断层、断点位置的精确成像,降低了地震分辨率和勘探精度。本发明针对复杂构造区(尤其是断层发育区)共反射点道集开展高保真、高分辨率精细处理,有效提高了地震剖面的成像精度,丰富了地震波场特征,同时能够获得与高分辨率剖面相匹配、可用于叠前反演及AVO处理的共反射点成果道集,提升了地震数据精细处理和高精度解释一体化的应用成效。

    该发明已在公益性基础地质调查、能源资源调查等多个地震勘探领域得到应用和验证,在新一轮找矿突破战略行动中,可为南方复杂构造区页岩气、柴达木盆地钾盐、深部金属矿等战略性矿产资源调查评价提供有效的技术支撑。

     

     

    物化探所“一种断层发育区地震高精度成像的数据处理方法及...

    2018年11月27-28日,由自然资源部中国地质调查局地质力学研究所主办的“特殊地区地质填图方法及成果交流会”在京召开,来自全国各地100多位代表参加了会议。此次会议旨在更好地贯彻自然资源部中国地质调查局党组关于区域地质调查改革的精神,贯彻新修订的区域地质调查标准,推动区调改革转型。同时,总结交流特殊地区地质填图方法、成果,充分发挥区域地质调查的区域优势,探索研究地表过程与圈层相互作用等重大科学问题,促进地球系统科学的发展;充分发挥区域地质调查对城市发展建设及人与自然关系等重大应用中的作用,更好地组织实施“地表作用与系统演变基础地质调查”工程。

    地质力学所主要负责人指出,地球系统科学是当今重要的地球科学理论,李四光教授早在上个世纪20~30年代就已经开始研究大陆变形、中国东部第四纪冰川作用,专门建立古地磁实验室研究古大陆再造。李四光教授的“天文地质古生物”及“地质力学概论”正是当时地球系统科学理论研究的总结。

    会议特邀国家自然科学基金委员会副主任侯增谦院士、中国科学院地质与地球物理研究所翟明国院士、南京大学董树文教授、中国科学院地质与地球物理研究所孟庆任研究员、中山大学张珂教授、地质力学所赵越与张拴宏研究员、云南大学冯卓教授、国家地震局地质研究所张会平研究员及自然资源部中国地质调查局成都地质调查中心李建星研究员等专家出席。专家们针对地球系统科学前沿问题与研究方向、大陆演化与成矿演化、中国岩石圈结构与浅部构造变形、我国大江大河地貌发展过程、青藏高原东北缘生长过程、岩石圈-水圈-大气圈-生物圈相互作用和演化、地球中年期大火成岩省与黑色页岩的成因联系及其古环境意义、滇东黔西二叠纪三叠纪陆地生态系统研究以及中国西部始新世古气候演化等做了大会主题报告。

    特殊地区地质填图工程所属二级项目、子项目负责人共18人分别就戈壁荒漠覆盖区、长三角平原区、高山峡谷区、岩溶区、活动构造发育区等地质地貌区填图方法及试点填图过程中发现、解决的重大问题进行了交流。会议结束前陈虹副研究员代表工程所作的“大数据地质填图方法探索”引起了与会代表的极大兴趣,并就相关问题展开了热烈讨论。

    会议期间同时展览了不同特殊地区地质填图成果。会议展出的这些地质图突破传统地质图表达方式,充分显示了多目标成果服务特征,也是当前覆盖区地质图成果表达方式的创新。

    与会代表对会议给与了高度评价。大家一致认为,这次会议上特邀专家的报告体现了地球系统科学的前缘和趋势,对于帮助大家理解地表过程、地球圈层相互关系的理论、方法具有重要的意义,为今后在覆盖区开展区域地质调查工作提供了广阔的思维空间。

     

     
     
    特殊地区地质填图方法及成果交流会在京召开

    煤层气是重要的非常规清洁能源。有观点认为,“十三五”期间,煤层气有望成为非常规天然气资源开发的主战场。然而,目前制约我国煤层气产业化发展的关键问题是基础研究薄弱、平均单井产量低、生产周期短、投资效益低。

    2014年,自然资源部中国地质调查局油气资源调查中心(以下简称“油气调查中心”)工程首席专家张家强开始筹划全国公益性煤层气基础地质调查项目,并明确了四个工作方向,针对南方复杂区、中高煤阶、多煤层发育区,开展贵州六盘水地区和四川南部地区煤层气地质调查;针对新疆低煤阶、高陡构造带,开展新疆准南乌鲁木齐河以西地区煤层气地质调查;针对东北三江-穆棱河盆地群煤炭资源枯竭矿区,开展鸡西、鹤岗等盆地“原位区”、“采动区”、“采空区”煤层气地质调查。为加强煤层气的基础研究工作,2015年,油气调查中心设立了目前惟一的全国性、公益性煤层气基础地质调查项目——黔西川南及东北三江地区煤层气基础地质调查项目,主要开展全国煤层气资源潜力动态评价以及重点地区典型类型煤层气资源潜力调查与评价,在煤层气矿权空白区部署少量工作,以点上突破带动面上评价,以期发挥公益性地质调查的示范与引领作用。

    2017年,项目组在负责人毕彩芹、单衍胜的带领下,在黔西六盘水、四川南部、新疆准南以及东北三江4个地区取得不同类型煤层气地质调查重大突破或重要进展,在行业内引起了强烈反响,极大地提振了煤层气产业发展信心,带动了当地煤层气产业发展。

    如今看来,项目组开展4个重点地区典型类型煤层气地质调查,具有前瞻性、探索性,为基础性、公益性调查项目取得重大突破与重大进展打下了良好的基础。

    南征北战出实效

    在贵州省,项目组在黔西六盘水地区实施的杨煤参1井项目获得高产稳产工业气流。据初步估算,所获地质资源量为365.97亿立方米,为2012年评价资源量的7倍,取得贵州地区煤层气地质调查重大突破。成果鉴定专家组一致认为,六盘水地区杨煤参1井煤系气调查取得了阶段性的重大突破,成果具有战略性、先导性和创新性,对西南地区煤系气综合勘查开发具有重要的引领作用。该成果也被业内评价为贵州煤层气勘探开发历程中里程碑式的成果,不仅为管理、开发、利用贵州煤层气提供了新的认识和思路,而且极大地提振了政府与企业发展煤层气产业的信心,彰显了公益性地质成果的引领和推动作用。

    在四川省,项目组对川南部分地区进行了系统调查和全面评价,在目标区珙长背斜南翼西段实施的川高参1井(直井)项目,在上二叠统宣威组发现了高含气量、超压地层的煤层和泥页岩层;优选煤层压裂、排采试验十几个月,累计产气量132万立方米,连续71天日产气6000立方米以上,最高日产气量8307立方米,创我国西南地区煤层气单井直井最高日产气量和最高稳定产气量新高。根据3年来的地质调查数据,首次估算了川南地区煤层气及煤系泥页岩气资源量约为7129.05亿立方米,为1996年统计资源量的2倍多。相关专家认为,川高参1井成果为新区煤层气地质调查重大突破,成果具有开创性和引领性,对推动南方地区煤层气勘查评价与开发利用具有重要意义。

    川高参1井领导与项目组成员

    新疆准南煤田低煤阶煤层气是我国煤层气勘查开发的重要领域。项目组在乌鲁木齐河西区新乌参1井排采14个多月,累计产气88.2万立方米,最高日产气量达到4012立方米,取得我国低煤阶煤层气地质调查的重大进展。该项目取得的突破与发现拓展了新疆准南煤层气勘查开发领域,有力地支撑了新疆油气体制改革,极大地提振了新疆煤层气勘查开发信心,带动了油气企业及煤层气中标企业加大投入,实现由点到面的突破。2017年,新疆维吾尔自治区科学技术协会批复授予新乌参1井和WXS-1井共建“乌鲁木齐河西区骑马山井场科普教育基地”,交由油气调查中心、新疆维吾尔自治区国土资源厅、新疆维吾尔自治区煤田地质局三方共建。

    东北地区是煤炭资源枯竭矿区分布集中区。项目组在鸡西盆地煤炭资源枯竭矿区的鸡煤参1井钻获高含气量煤层,含气量约为8立方米~12立方米/吨,并发现深部潜力储层,二维地震剖面显示其发育稳定、厚度大。通过分层压裂、合层排采试验,探索了东北地区深部单煤层最大规模的水力压裂改造工艺和深部煤系泥页岩、致密砂岩储层压裂改造技术,合层排采试验346天,累计产气33.37万立方米,最高日产气量2239立方米/吨,连续8个月以上达到1100立方米/吨以上的工业气流,取得煤层气地质调查的重大发现与重大进展。此外,鹤岗盆地煤炭资源枯竭矿区“采空区”黑鹤参1井负压抽采试验取得成功,该井抽采19天,累计采出混合气64.84万立方米。这是项目组首次在黑龙江省实现采空区煤层气试采重大突破,开辟了枯竭煤矿采空区煤层气领域。

    鸡西、鹤岗等盆地原位区煤系气、采空区煤层气地质调查成果,拉动了黑龙江省龙煤集团的煤层气勘探开发工作,助推了龙煤集团通过煤系气资源勘探开发技术突破,解决煤炭资源枯竭城市产业转型,带动东北老工业基地再次振兴。

    成果转化有奇招

    为保障国家财产的合理有效利用,项目组在完成杨煤参1井、川高参1井、新乌参1井公益性地质调查任务后,尽最大努力积极推进地质调查成果的转化利用,保证煤层气地质调查成果具有旺盛的生命力,能在行业内继续发挥示范与引领作用。

    首口井杨煤参1井在完成成果鉴定后,项目组负责人毕彩芹和单衍胜就如何推进公益性地质调查成果转化利用进行广泛调研,与多方沟通。在政策法规方面,他们查阅了《矿业权出让制度改革方案》、国土资源部[国土资规]14号文等文件;在对接移交方面,与贵州省国土资源厅、贵州省能源局、贵州盘江投资控股(集团)有限责任公司单位进行多次沟通。历经6个月,他们最终将杨煤参1井移交给煤炭探矿权相关方、贵州省属国有企业贵州盘江投资控股(集团)有限责任公司继续进行排采试验,支持当地扶贫。

    油气调查中心煤层气基础地质调查项目组创新性提出了不同区位条件下煤层气调查成果的转化模式,初步形成“公益基础先行-国有企业跟进-服务地方脱贫”的工作模式,并拟定了成果移交遵循的5个基本原则:一是移交过程必须公开透明,符合相关制度和规定,避免廉政风险;二是接收方必须是国有企业单位或地方政府,防止国有资产流失;三是接收方为企业的必须为矿权紧密关联方,即拥有煤层气矿权或者拥有该区域相关矿权;四是接收方必须具备保障钻井现场安全的技术条件;五是接收方必须能对当地的脱贫攻坚做出贡献。这些为今后推进类似煤层气钻井成果移交事宜积累了宝贵的经验。

    以杨煤参1井的移交经验为基础,充分考虑区位特点,项目组又成功完成了川高参1井和新乌参1井的成果转化利用。他们将川高参1井最终移交给中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司,继续进行排采试验,支持当地精准扶贫;新乌参1井最终移交给新疆煤田地质局继续开展排采试验和科普教育基地管理。

    精诚合作成风尚

    煤层气地质调查是油气调查中心非常规业务领域中重要的一部分。2017年,煤层气基础地质调查项目取得令行业瞩目的调查成果。然而,一路走来,几多艰辛,几多喜悦,只有同行者最有感悟。

    在开展项目过程中,项目组一直面临目标任务重、工作量大、人员紧张、专业配制不齐全等问题。但无论艰难几多,保障项目顺利进行是全组的第一要务,不可撼动。

    为了解决人才问题,煤层气基础地质调查项目组想办法利用油气调查中心提供的平台,充分调动外协单位的技术力量,广纳社会上热心于公益性煤层气调查事业的专家及各方人士,取得多方的理解与支持,形成了一个以油气调查中心煤层气调查项目组为核心,不怕吃苦、忘我工作、勇于创新、精诚合作的调查团队。据介绍,项目组先后与中煤地质工程总公司黔西六盘水项目组、四川省煤田地质工程勘察设计研究院川南项目组、东北煤田地质局勘察设计研究总院东北三江项目组、新疆煤田地质局新疆准南项目组以及中国地质大学(北京)煤层气项目组开展多次合作。煤层气基础地质调查项目组负责人说:“以公益性煤层气地质调查为首要任务,从确定合作关系的那一刻起,我们只有一个团队,只有共同的目标和不同的分工,他们全力以赴,不遗余力地克服一切困难,配合完成各项工作,为获取最大化地质成果,不计得失。”

    最初组队的时候,号称“黄金搭档、梦幻组合”项目负责人毕彩芹和单衍胜,一个是有在中国石化胜利油田石油勘探开发研究院从事油气勘探部署与评价16年工作经历的“石油人”,另一个是有着野外带队工作5年以上经历的页岩气博士毕业的高材生,却都是煤层气“门外汉”。为了尽快掌握项目所需的专业知识,两个人都抓住一切机会恶补煤层气方面的专业知识,同时发挥各自优势特长,分工明确,密切合作,无缝衔接,高度默契,配合完成各项重要工作任务。

    3年来,项目组坚持提前谋划实施方案、工作部署、井位论证、地质设计等,决不实施任何没有经过严谨工作和严格论证的钻探工程。在施工过程中,他们严格控制工程质量,工程质量尽可能达到优秀标准,以最大可能保证实现地质调查成果。

    与其他油气类地质调查项目相比,煤层气地质调查项目单井工作周期需要2年~3年。除了完成钻探任务之外,还需要进行含气性地层测试来完成资源可采性评价,其中排采周期至少在1年以上。设计论证、施工方案、动态跟踪分析等工作量非常大。在任务最为繁重的2016年~2017年,项目组共完成了黔西六盘水、四川宜宾地区、新疆准南地区、东北三江地区共10口井总进尺10000多米的钻探及6口井13层的压裂排采。

    为了保质保量完成工作任务,项目组成员开启全天候工作状态,废寝忘食。大家开玩笑说:“那段时间,不是在加班,就是奔赴在加班的路上。”

    3年来,项目组成员每年在野外工作4个月以上。

    冒黔西洪流、战川南酷暑、忍新疆暴晒、迎东北寒雪……大家开玩笑说,所有人认真体验了一次“南征北战”。

    “我们流过眼泪,擦干眼泪继续前行;我们累并快乐着,更满怀信心期待着。”尽管南北漂泊,但每到一处,项目组成员都即刻投入工作。他们说,无论是谁,都像对待自己的孩子一样,对待每一口井、每一个工作区。在工作过的每一处,都有他们付出的深情和汗水。“当专家组对黔西六盘水、川南宜宾地区煤层气地质调查成果给予肯定,当业内给予高度认可与评价,当成果被录入自然资源部2017年度全国石油天然气资源勘查开采情况通报时,我们深感欣慰并心存感激。我们终于不负使命,让油气调查中心在煤层气行业有了立足之地和发言权。”

    工作在继续,前行的路道仍艰难。但他们说,他们依旧会努力,依旧会探索,历经了3年多的磨练,他们自信已渐入佳境。对于未来,他们更有信心在煤层气领域开创更广阔的前景。

     

    南北寻“气”千百度

    日前,由中国地质调查局岩溶地质研究所碳酸盐岩油气储层研究团队承担的中石化西北油田分公司科研项目“塔河奥陶系古暗河储层发育特征及控因分析与测试”在新疆乌鲁木齐顺利通过结题验收。 

    岩溶所研究团队完成了前石炭纪古地貌恢复、微地貌划分,技术有进步,精度有提升;完成塔河剥蚀区古水系分级刻画,明确了主体区地表水补给地下水为主的特征,揭示了古暗河管道具有形态平面分段、空间规模悬殊、控因主次不同的特点;确定了4种古暗河充填结构类型,结合岩溶作用条件建立了4种充填模式,明确了充填机理,圈定了有利储层发育区段;揭示了古暗河垮塌机制,明确了古暗河垮塌与充填序列的耦合关系,建立了3种古暗河垮塌充填模式,完成了储集性能等级评价。项目研究成果对塔河剥蚀区古暗河缝洞储层精准高效勘探开发具有指导意义。西北油田分公司科学技术委员会综合评定认为,项目研究内容齐全,完成了合同要求的研究任务,成果突出,达到了预期目标。

    近年来,岩溶所碳酸盐岩油气储层研究团队主动靠前服务,充分发挥古岩溶储层研究特色技术,与中石化西北油田分公司、中石油塔里木油田分公司、中石化胜利油田分公司、中石化勘探分公司、中石油西南油气田分公司、中国石油勘探开发研究院等油田企业科研机构开展项目合作10余项,取得丰硕成果,在支撑服务国家能源安全保障发挥积极作用,为油田增储上产提供岩溶解决方案与理论方法支撑。

    塔河T615井区垮塌充填模式

    岩溶所承担的中石化西北油田分公司科研项目顺利结题
      稻城县位于四川西南部,属康巴藏区的甘孜藏族自治州。地处青藏高原东南部,横断山脉东侧,属高海拔的区域,境内最高海拔6032米,最低海拔2000米,垂直高差达4032米。稻城县主要民族是藏族,占96%以上,是“三区三州”深度贫困县。稻城县复杂的高原地貌限制了其农林牧渔业和工业发展,但正是这些独特的雪山、冰川、湖泊、瀑布、峡谷等地质遗迹资源却具有丰富的科学价值和美学价值,是得天独厚的地质旅游资源,是结合当地藏族文化和特色产品打造旅游产业,发展稻城县支柱型经济的基石。
      根据《中国地质调查局支撑服务脱贫攻坚地质调查总体方案(2016-2020年)》工作部署,自然资源部中国地质调查局地质环境监测院于2017年、2018年安排了“四川藏区稻城地质遗迹详细调查示范研究项目”,全国重要地质遗迹调查项目组联合四川地质矿产勘查开发局物探队在稻城县开展了地质遗迹详细调查研究工作,取得了一系列重要成果。地质遗迹调查工作为稻城县决胜脱贫攻坚成功摘掉贫困县帽子做出了贡献,是地质调查成果助力脱贫攻坚的成功案例。
      2019年4月28日,四川省委副书记、省长尹力主持召开省政府第26次常务会议,会议批准包括稻城县在内的17个国家级贫困县退出贫困县序列。
      一是查清了地质遗迹资源,丰富了稻城县旅游资源储量,为稻城县旅游业可持续发展提供了物质基础。
      项目于2017年开始启动,经过两年的详细调查,查清了县域全境地质遗迹特征和分布情况,这里集中分布了青藏高原向云贵高原过渡带所有的典型地质遗迹——雪峰、冰川、峡谷、湖泊、河流、湿地、温泉等,地质遗迹资源高度富集且品位较高,为稻城县发展全域旅游,支撑旅游业可持续发展提供了资源储备。旅游已成为稻城县经济发展和民生进步的主引擎。
      二是研究发现了地质遗迹资源所蕴含的科学价值、美学价值,提升了稻城县旅游产业的品质。
      稻城古冰帽是世界上规模最大、最典型的古冰帽遗迹。其中古冰斗、冰蚀岩盆发育区现已成为了星罗棋布的高原海子,数量高达 1145 处,其规模密度极为罕见。综合评价为世界级。在国际、国内地学界和冰川学界均有很高的知名度,是第四纪冰川遗迹的天然博物馆。
      三是以核心景观为节点,整合其他资源,提出了精品旅游线路和特色旅游产品开发的建议。
      通过对核心景观的解剖弄清其形成机制,提出了黑海保护开发利用理念、旅游发展总体框架、景区、景点规划、精品旅游线路、旅游产品开发的建议,解决了稻城县地质遗迹资源量、品质的问题。给县委县政府提供的《四川稻城亚丁—海子山核心景观综合价值研究报告》《四川稻城县黑海地质遗迹详细调查报告》等专项研究报告,对稻城县旅游业的发展起到了支撑作用。
      四是编制科普导游手册,景区科普解说牌,提高了民众正确认识自然的意识。
      调查同时发现,稻城亚丁地质遗迹普遍缺乏科学解说,依托项目调查精心编制了科普手册、地质遗迹画册、导游图、少儿科普读本、宣传折页等系列科普材料,供游客阅览,提高了民众正确认识自然的意识。
      五是在国际会议上宣传稻城独具特色的地质遗迹,提高了稻城县亚丁景区的知名度。
      2018年9月在意大利召开的世界地质公园大会上,项目负责人董颖向来自世界各地的专家和会议代表展示了稻城地质遗迹详细调查成果,介绍了稻城独具特色的、具有重要科学价值和美学价值的地质遗迹资源,获得关注,提高了稻城县亚丁景区的知名度。
      2019年4月29日,四川省文化和旅游发展大会正式公布了四川省首批十个“天府旅游名县”名单,稻城县荣登傍上。
      
      项目组在稻城县利用无人机开展地质遗迹野外调查
         
      
      稻城黑海龙古花岗岩地貌遗迹
      
      调查地质遗迹科普手册
      
      世界地质公园大会上稻城地质遗迹宣传展板
    藏区地质遗迹调查研究助力稻城县打赢脱贫攻坚战

    广西土地质量地球化学调查获得一系列重大发现。

    记者从广西国土资源厅了解到,近年来,广西开展的土地质量地球化学调查工作,不仅在广西发现了截至目前全国最大面积的富硒土地,为广西农业转型升级和经济社会发展做出了较大贡献,还探索出了一整套科学、规范、严谨、有效的工作方法,在全国同行业中享有盛名,被誉为值得推广的“广西经验”。

    我国是个人口众多的大国,解决好吃饭问题始终是治国理政的头等大事。党的十八大以来,党和国家领导人高度重视我国粮食安全问题。习近平总书记强调:“中国人的饭碗任何时候都要牢牢地端在自己手上。我们的饭碗应该主要装中国粮”。

    只有粮食真正做到基本自足了,整个社会才会稳定。我国的粮食安全必须借助科技支撑,提高“数量”和“质量”。土地质量地球化学调查通过科学手段查明耕地的质量,服务于粮食生产,为保障国家粮食安全贡献力量。

    技术人员在野外开展土地质量地球化学调查 黄强 摄

    土地质量地球化学调查是为全面了解土地质量现状而开展的,以地球化学为手段的地质调查工作,主要调查土壤中的养分元素(例如氮、磷、钾、钙、铁、铜、锌等)、生命健康元素(例如硒、锶、氟、碘等)、重金属污染元素(例如汞、镉、铅、铬、砷)含量等54种化学指标及其生态效应,进而对土地质量级别进行评定。

    简单地说,土地质量地球化学调查就是对土地进行体检。通过对土壤多种元素进行分析,对土地的健康状况进行评价,让人们知道哪块地里的粮食和果蔬品质最好,更利于人类健康,哪块地里可能存在对人体健康和环境造成危害的安全隐患等。

    记者了解到,“十三五”期间,广西1∶25万土地质量地球化学调查、1∶5万土地质量地球化学调查评价将在全自治区范围内全面展开,至2020年,广西绝大部分面积的农用地将完成1∶25万和1∶5万尺度的土地质量地球化学调查评价工作。

    发现全国最大面积富硒土地

    广西大规模的土地质量地球化学调查评价工作分为两个层次进行。一是始于2007年的1∶25万多目标区域地球化学调查,调查面积共4.5万平方千米;二是始于2013年的1∶5万土地质量地球化学调查评价,“十二五”期间共评价了21个县(市、区)的主要农用地1.87万平方千米。

    根据“全国土壤现状调查及污染防治”、“土地质量地球化学调查评价”等国家专项工作的部署,中国地质调查局在广西南宁、北海、贵港、玉林地区共部署完成1∶25万多目标区域地球化学调查面积4.5万平方千米,其中耕地面积约1.7万平方千米,园地面积0.33万平方千米。

    项目成果报告显示,发现富硒土地约3万平方千米,其中绿色富硒耕地约6626平方千米,为目前全国之首。圈定连片富锗土地面积约2800平方千米,占调查面积的6.2%,其中优质富锗土地136平方千米。

    显然,中国地质调查局在广西开展的土地质量地球化学调查,使广西人看到了农业转型升级的希望。2012年4月5日,广西壮族自治区原党委副书记危朝安作出批示:“建议地勘部门加强与农业部门配合,加强我区地球化学调查成果的转化工作。这既是推动我区现代特色农业发展的一大举措,也是地勘单位经济增长的新的工作着力点和增长点。农业部门应进一步加强与之联系”。

    为贯彻落实广西壮族自治区党委、政府关于进一步加强农业地质服务“三农”重要指示精神,自治区国土资源厅、农业厅、地质矿产勘查开发局联合下发《广西农业地质服务“三农”工作方案》。根据安排部署,2013年~2016年,广西国土资源厅组织广西地质矿产勘查开发局,利用自治区财政资金1.2亿元,在全自治区21个县(市、区)共3个国家级基本农田保护示范区和18个旱涝保收高标准基本农田建设示范县(区)开展1∶5万土地质量地球化学调查评价,评价面积1.87万平方千米,其中耕地面积约1.35万平方千米,园地面积1530平方千米。

    评价对象主要为耕地(水田、旱地)、园地,包含耕地、园地中间杂的少量林地、草地等其他利用类型土地,样品以采集表层土壤样为主,辅以大气干湿沉降物、灌溉水、农作物及根系土、岩石、土壤垂向剖面、肥料等样品。耕地、园地平均采样密度为9样/平方千米,林地、草地等其他地类平均采样密度为4样/平方千米;主要采集耕作层0~20厘米连续土柱。在优势作物或经济作物种植区、工矿企业周边土壤易受污染区,采样密度适当加密。

    1∶5万土地质量地球化学调查评价结果显示,累计调查发现2018万亩(约1.3万平方千米)富硒土壤,21个县(市、区)均有不同程度分布,其中南宁市江南区、武鸣县,柳州市柳江县,桂林市全州县,钦州市钦北区,贵港市覃塘区和来宾市兴宾区富硒土壤分布面积分别达到评价区面积80%以上。叠加土地质量地球化学调查评价综合等级,划分优质富硒土地196.6万亩(约1311平方千米),占评价面积的7%。

    此外,调查还发现大批天然富硒农产品,且在富硒土壤上种植的农产品富硒比例明显高于非富硒土壤,其中水稻、花生、蔬菜等富硒比例达到60%以上,累计圈出130余处富硒土地开发建议区。

    根据评价结果分析报告,广西富硒土壤主要受泥盆系、石炭系、二叠系等碳酸盐岩、炭质页岩以及第四系的砂土、亚粘土层等地质体和特定土壤类型所控制,土壤中硒元素含量高,来源稳定,连片分布,十分便于长期的规模化开发。

    2016年12月28日,广西国土资源厅、农业厅、地质矿产勘查开发局在南宁举行广西土地质量地球化学评价报告(2016年)新闻发布会,向社会公布了上述成果。据了解,广西计划将优质富硒土地纳入永久基本农田保护范畴,科学编制富硒土地开发利用规划,促进富硒产业的健康发展。

    土地调查助力农业转型升级

    不可否认,土地质量地球化学调查在保障国家粮食安全、耕地保护、生态文明建设、发展特色农业,推进精准扶贫等诸多方面都发挥了重要作用。

    “十三五”期间,广西1∶25万土地质量地球化学调查、1∶5万土地质量地球化学调查评价将在全区范围内全面展开,截至2020年,广西绝大部分面积的农用地将完成1∶25万和1∶5万尺度的土地质量地球化学调查评价工作。

    据了解,1∶25万土地质量地球化学调查是国家层面、区域性、针对第四系发育区开展的基础地质调查工作,1∶5万土地质量地球化学调查评价是省级层面、以县为单位、针对连片农用地开展的土地质量普查工作。

    应广西人民政府要求,中国地质调查局增加了广西“十三五”1∶25万土地质量地球化学调查面积,由原计划的5.355万平方千米增加至12万平方千米。2016年度完成了崇左市、马山县、宾阳县、黎塘镇等区域调查工作,面积2.04万平方千米,累计完成调查面积达到6.54万平方千米,占广西土地总面积的27.6%。2017年度实施的田东、河池、来宾、藤县等区域调查工作也业已完成,面积2.15万平方千米。

    据称,广西“十二五”期间在21个县(市、区)开展1∶5万土地质量地球化学调查评价,全部由自治区财政出资,是全国同期1∶5万尺度调查范围最广、规模最大的一个省份。尽管成效卓著,但是评价的耕地、园地面积不足全区耕地、园地总面积的30%,这与自治区党委、政府全面掌握广西耕地质量的要求还有较大差距。

    经自治区人民政府同意,广西国土资源厅联合广西农业厅和广西地质矿产勘查开发局选择世界长寿之乡和中国长寿之乡、国家及自治区贫困县、西江经济带、革命老区、富硒农业发展的重点区域、有连片基本农田分布的61个县(市、区),于2017年~2019年继续开展1∶5万土地质量地球化学调查评价工作,初步计划评价耕地园地总面积约3万平方千米,项目经费预算3亿元。

    根据规划,“十三五”项目完成后,将累计覆盖广西全区70%以上的县(市、区),覆盖评价区80%以上的耕地和园地,查明广西主要农用地的土壤肥力、土壤环境、土壤综合质量情况,全面评价土地质量、潜在价值及生态风险,圈定富硒、富锗土地分布范围,摸清绝大部分农用地的质量。

    根据广西国土资源厅的规划安排,成果将服务于土地质量与生态管护、土地资源合理与永续利用、富硒农业与现代农业发展,为广西土地利用规划、农业经济区划、种植结构调整、发展现代农业及生态环境治理等工作提供科学依据。

    目前,广西国土资源厅已计划将“十二五”土地质量地球化学调查评价成果纳入国土资源“一张图”管理。为充分发挥国土资源“一张图”及地球化学调查评价数据库优势,广西国土资源厅将探索建立全区土地地球化学监测网络和预警体系,推进调查工作长效化、常态化,持续更新土地地球化学数据库,定期发布监测报告,有效防控生态风险,使成果资料更加有力地支撑国家及地方土地管理、特色农业发展及生态环境建设工作。

    广西成果应用转化取得实效

    土地质量地球化学调查为科学调整农业产业结构,全面提升特色农产品品质和经济效益等问题提供了科学依据,使耕地生产的农产品品质最佳化、效益最大化。

    实际上,如何推进土地质量地球化学调查成果的转化应用,各地的做法也不尽相同。据了解,广西国土资源厅将根据自然资源部的统一部署和要求,把土地质量调查评价成果应用到土地利用规划和调整、高标准与永久基本农田划定保护、土壤污染治理和修复、土地整治和表土剥离再利用、土地质量等级评定与监测、富硒特色农业与生态农业开发等工作中。

    国务院2016年印发《土壤污染防治行动计划》(“土十条”),提出要在全国范围内开展土壤污染调查,掌握土壤环境质量状况。目前,中国地质调查局正在着手开展富硒土地标识认证工作,初步规划在土地质量地球化学调查评价的成果基础上,为每一块富硒土地建立档案卡、设立标识牌、制作二维码,其中不仅包括土壤硒元素含量,还包含土壤重金属等污染物含量等相关信息。

    根据设想,届时自然资源、环保、农业等部门将进一步加强交流和合作,将土壤环境调查内容与目前开展的土地质量地球化学调查评价、富硒普查工作相结合,加强成果应用研究和转化,实现各部门之间资源整合、优势互补。

    记者了解到,广西在利用土地质量地球化学评价成果资料服务“三农”中已经取得初步成效。目前,广西全区累计建立富硒农产品生产基地309个(片),富硒农产品生产基地面积累计达259平方千米,富硒农产品产量累计达19.2万吨;从事富硒农产品开发的企业达186家,产值累计达27亿元;共认定富硒农产品126个,其中有21个被评为“中国名优硒产品”,9个被评为“中国特色硒产品”。

    放眼全国,广西为较早开展1∶5万土地质量地球化学的省份,培养了一批优秀的地质人才,从某种意义上讲,广西在该领域充当了先行者的角色。目前,广西已外派部分地质工作者支援贵州等省开展同类工作。

    土地质量地球化学调查解广西农业之渴

    7月6日,陈明团队在湖南湘潭进行镉铅锌铜汞污染场地修复前调查

    2014年,在福建德化做Hg污染土壤修复的盆栽实验

    2015年,与同事和研究生在湖南湘潭做重金属污染土壤电动修复技术试验

     

    6月27日,十二届全国人大常委会第二十八次会议分组审议了《中华人民共和国土壤污染防治法(草案)》。作为我国国家层面制定的第一部土壤污染防治领域的单行法,草案对农用地和建设用地土壤污染的风险管控和修复分别作出规定。面对国家针对土壤污染的高度关注,国土资源部长期从事污染土壤修复的专家怎么看?日前,记者走访了中国地质科学院矿产资源研究所陈明研究员。

    《土壤污染防治法》呼之欲出,土壤修复产业再迎利好

    经过雨水连日的洗涤,北京恢复了阳光灿烂的夏季“日常”。看上去,陈明的心情也很晴朗,他说,比起手中多个土壤修复项目进展顺利,更让他高兴的是国家对土壤污染高度关注的“大气候”。

    他告诉记者,自己曾多次参加土壤污染防治法立法讨论会。《土壤污染防治法》反映了预防为主、保护优先、分类管理、风险管控、污染担责、公众参与等土壤污染防治的原则,它的及时出台,对防治土壤污染将有巨大的推动作用。草案明确国家每10年组织一次土壤环境状况普查,并实行土壤污染状况监测制度。同时,建立土壤污染防治基金制度,设立中央和省级土壤污染防治基金,鼓励企业以市场运作方式参与土壤污染防治。“就土壤污染修复市场而言,这无疑是继‘土十条’之后,在本行业最振奋人心的国家政策。”

    被公众称为“土十条”的《土壤污染防治行动计划》要求,到2020年,初步遏制土壤污染加重趋势,保持土壤环境质量总体稳定,农用地和建设用地土壤安全得到基本保障,土壤环境风险得到基本管控;受污染耕地和污染地块安全利用率均达到90%或以上。到2030年,土壤质量要稳中向好,农用地和建设用地土壤安全有效保障,土壤环境风险得到全面管控;受污染耕地和污染地块安全利用率均达到95%以上。到本世纪2050年左右,土壤环境质量全面改善,生态系统实现良性循环。

    “目标明确,难度很大,完善立法显然是关键的一步。”陈明说,我国的土壤污染整体上分成耕地污染、场地污染和矿山污染3大类,实际工作中还会涉及到固废、淤泥和河湖底泥等。对农用地而言,可按污染程度和相关标准划为3个类别:未污染和轻微污染的划为优先保护类,轻度和中度污染的划为安全利用类,重度污染的划为严格管控类。

    《土壤污染防治法(草案)》细化了农用地分类管理制度,规定“安全利用类”耕地集中区应定期开展耕地土壤和农产品协同监测;对于“严格管控类”农用地,将依法划定特定农产品禁止生产区;对于建设用地,将建立土壤污染风险管控和修复名录制度,列入名录的污染地块,不得批准其作为住宅、公共管理与公共服务等用地。同时,草案还禁止在居民区和学校、医院、疗养院、养老院等单位周边新建或者扩建可能造成土地污染的建设项目。

    “农用地严格管控、分类利用,污染地块不得作为住宅用地,这些都大大激发了土壤修复市场的活力。土壤修复产业即将迎来一个新的快速发展期。”他告诉记者,我国约有4200万亩轻度污染和2800万亩中度污染耕地,属于安全利用类。纵观国内外耕地修复,真正见效快而且一次修复效果能够持续数年的耕地修复技术其最低成本也在3~5万元/亩,而且视土壤类型和污染物种类而差异巨大。因此,仅安全利用类耕地修复一项,预计市场空间至少有2.1万亿元人民币。“此外,还有约2000万亩属于重度污染的严格管控类耕地,同样需要不同形式的处理和修复,相关市场空间应该大于前者。”

    陈明说,按照最保守的估计,我国至少有污染场地50万个,修复成本为1000万元至数十亿元每个不等,估计平均修复成本约为5000万元,市场空间约为25万亿元。另外,我国有不同规模的污染矿山约6万座,绝大部分存在生态破坏和重金属污染问题,面积一般在数平方公里。由于其修复难度更甚于耕地和污染场地,如果都要进行修复的话,修复成本将是天文数字。

    土壤污染积重难返,形成缓变型地球化学灾害

    以往数十年的粗犷式经济发展,大量的污染物快速进入水土系统,使某些地方的土壤成为最肮脏、形成机理最复杂、修复难度最大的环境介质。

    陈明告诉记者,人类自青铜时代就向自然界投放各种化学物质。尤其是工业革命以来,人类在采掘自然资源、进行物质生产、创造物质文明的同时,也大量向自然界排放各种废弃物和有毒有害物质;现代化的农业使大量的农药、化肥残留在土壤中。

    尽管土壤系统也具有一定的环境容量和自净功能,即土壤可以容纳少量的重金属或有机污染物,把它们转化成活性较差的形态,如果缓慢加入可能不至于造成严重的生态危害,但环境容量是有限的,自净能力也是有限的,也需要时间去“消化”。如果外部的污染物长期不断地加入进土壤系统,或者加入的速度太快,就会使有害物质的累积量超越了土壤承受能力限度,则土壤的理化性质就会发生剧烈变化,甚至此前积累的、相对稳定形态的污染物会重新被活化、二次释放而容易被各种植物吸收,并进一步导致对生态系统乃至人体健康带来严重的和不可逆转的灾害性后果。这种情况在1978年被欧洲科学家定义为“化学定时炸弹”。

    中国科学院院士谢学锦先生首先将“化学定时炸弹”的概念引入中国,引燃了国内土壤和沉积物中污染物的非线性积累与释放的研究热潮。从2001年开始,在谢学锦等的建议下,国内将“化学定时炸弹”的研究转向更具科学内涵的“缓变型地球化学灾害”研究。

    2002年,陈明作为项目或课题负责人承担了国土资源部“十五”规划项目和国家“973”课题,开始研究缓变型地球化学灾害爆发过程和机理,认为重金属的缓变型地球化学灾害主要体现在污染物的不同存在形态之间的相互转化上,并定义了其中了两个重要概念——“污染物可释放总量”和“活动形态的总浓度”。也就是说,土壤中绝大多数污染物都存在不同的形态,有的形态可以溶于水,直接被动物、植物吸收,有的则在常温常压下是稳定的,不溶于水,也不会直接被动物植物吸收。例如:土壤中的铬可以以铬尖晶石形式存在,在常温常压下极为稳定,即使是在现代冶炼条件下也不容易释放出来。“因此土壤修复重点考虑的不是污染物的总量,而是如何遏制或消除土壤中‘可释放’的活动形态的污染物。”

    2004年,陈明在执行科技部重点国际合作项目“大型城市水土环境污染机理与综合修复技术研究”中,研究了硫化钠/硫代硫酸钠作为稳定化剂的可能性及其缺陷,并基于缓变型地球化学灾害理论提出了用炭石灰进行重金属污染土壤修复的思路,取得了较好的修复效果。

    2012年,陈明又承担了“海西经济区缓变型地球化学灾害研究”课题,带领团队探索了汞元素缓变型地球化学灾害链的组成与阻断途径,将天然矿物与纳米材料结合起来,研发了一种新型汞稳定化剂,可使汞元素超标土壤中的活动态汞下降65%以上,敏感作物空心菜中汞含量下降75~90%。

    “如今,国土资源部已形成一系列具有地学特色的理论研究成果和土壤修复技术。其中,理论研究成果主要体现在缓变型地球化学灾害和地球化学工程学两方面,在技术上则研发了以地球化学工程技术为核心的若干种土壤修复剂及重金属污染土壤的电动修复技术。”陈明介绍说。

    地球化学服务农业,揭秘农作物与土壤的关系

    国内最早的区域性土壤地球化学质量调查工作试点是上世纪80年代中期,由浙江省区域地质调查大队实施。1988年,刚从长春地院毕业后被分配到浙江物探队刚刚一年的陈明又承担了“浙江省厚层覆盖区地球化学扫面设计”。在工作中,陈明了解到土壤地球化学质量与农产品的产量和质量密切相关,一个有趣的现象深深吸引了当事仅有22岁的他:浙江黄岩地区有些地方的蜜桔外表鲜亮,而某些地方的蜜桔则外皮变皱、口感发酸?

    调查发现,优良的柑桔主要产于海拔200米以下的侏罗纪火山岩残积层发育区和滨海平原区,由于这类地区土层厚、通透性好、土壤养分丰富;而有些地方柑橘产量、品质下降,是因为土壤某些元素养分因长期种植流失严重。陈明记得很清楚,在一块柑橘种植区发现了一个奇怪的现象,在大部分柑橘树失绿、果实变差的同时,却有个别树未受影响,而这些树都被农民钉上了铁钉挂东西。这与土壤化学调查结论不谋而合:这里的土壤中缺铁,而铁钉生锈后恰恰增加了植物对铁元素的吸收。据说后来农民得知这个结论后,就在其他树根上也钉上了铁钉子,蜜桔就又恢复了之前的圆滚滚,味道也变得更甜了。

    陈明告诉记者,其实古人很早就对“农作物种类品质与土壤密切相关”有所认识。距今2500年前的《晏子春秋》中曾记载了这样一段:“橘生淮南则为橘,生于淮北则为枳,叶徒相似,其实味不同。所以然者何?水土异也。”而现代科学尤其是地质科学完全可以从地球化学的角度,更为详细地解答农业地质背景与农作物的关系。

    1989年,陈明回到长春地院读研究生。1990年,他代表长春地院参加了由原地矿部国家地质试验测试中心承担、李家熙负责的国家“八五”攻关项目——《区域地球化学在农业和生命科学上的应用研究》,通过生命元素在岩石、水、土、食物直至人体迁移循环过程中不同介质内的含量及其分布特征,将岩石圈一生物圈一水圈系列中的主要环节有机地连结起来,总结和概括出区域性环境地球化学背景,研究影响生态环境的主要因素和相关因素,揭示生态环境现实状况,对地球化学环境作出客观评价,建立合理的区划,以达到治理环境、促进工农业生产和提高人们健康水平的目的。“正是这个项目,改变了我的人生轨迹。”陈明说。后来,陈明还参与了针对吉林人参、河北水蜜桃等特色农产品的区域土壤地球化学背景研究,与同事们共同揭示了地域土壤组成的“化学秘密”,为当地农作物种植区划分、品质提升提出了一些建议,可惜的是,这些地质科研项目的成果并没有得到推广和应用。

    修复重金属土壤,国土资源行业要重拳出击

    国内外对土壤重金属污染的治理主要从两方面入手:一是活化手段,即增加重金属的溶解性和迁移性,通过土壤淋洗和植物萃取等手段把土壤固相中的重金属快速转移出土壤。二是钝化手段,即改变重金属在土壤中的存在形态,通过降低重金属的生物有效性,从而降低农作物对重金属的吸收量,降低污染风险。从农业生产的角度看,钝化手段比较符合现阶段我国农业的发展水平,经济可靠且易于农民掌握,有利于大面积推广。

    “地球化学工程学原理是应用地球化学知识,通过人工制造的某些地球化学作用或利用地球化学原理制造的产品实现环境污染治理与管理的途径、方法和技术。”陈明告诉记者,在这一思路下,地质科学工作者提出了稳定化、净化和适宜化3种土壤修复思路。稳定化就是把不稳定的有害组分固定住,使其失去生物有效性;净化就是把高含量的有害组分去除掉或充分降低;适宜化就是在某些情况下把一些有益元素加入到特定的系统中去。

    陈明告诉记者,与传统物理、化学和生物技术相比,采用地球化学工程技术治理重金属污染,具有廉价、高效、管理简单、无二次污染的特点。其中,利用黏土矿物或通过改性来生产地球化学处理剂,原料来源广泛、价格低廉,不会对环境造成二次污染,非常适用于重金属污染土壤的修复工程。

    据他介绍,近些年,国土资源部利用地球化学工程技术,在重金属污染土壤修复等方面积累了大量技术经验,形成了多个示范性工程。如:国家地质实验测试中心在安徽铜陵尾矿坝的重金属污染土壤修复示范区,选用若干种黏土矿物,结合一定的环境条件控制技术,使重金属元素超标土壤中种植的蔬菜的重金属元素含量达到《食品中污染物限量标准》。该研究成果已经成功用于德兴铅锌矿冶炼厂重金属污染山体的修复,使寸草不生的酸化和多金属污染土壤恢复种植功能,山体复绿。再比如:将含磷矿物用于土壤重金属污染原位修复,使重金属元素有效态转化为稳定的形态,降低其有效性和生物可利用性;采用地球化学工程—生物土壤修复技术,有效降低重金属高污染区人体暴露的风险。

    近几年,陈明带领的资源所土壤修复科研团队利用不同天然矿物材料对重金属的专属吸附性,研发3种高效土壤重金属稳定化剂专利技术,可将重金属禁锢在土壤微粒中,不易被氧化、分解和重溶,从而使得修复效果具有长期稳定性。测试表明,新型修复剂可降低65%以上的土壤活动态重金属,并降低70%~95%的农产品中的重金属。

    针对大城市高地价区的场地污染修复,陈明团队还研究了一种重金属提取技术——具有地学特色的“原地异位”的EK-SS电动修复技术。该技术用电动力模拟多期次脉动热液成矿作用过程,利用重金属捕获器可以将高浓度重污染土壤、重金属污染固体废弃物甚至矿石在48~72小时内将土壤中重金属去除60%~90%。

    “任何一种土壤修复技术都不是万能的,因为我国各地土壤特性不同、气候条件各异,污染物种类、浓度以及活动态、非活动态都不一样,而且土地的用途各不相同,如城市的场地修复可以下猛药,耕地修复就必须高标准严要求,以保证土壤的微生物种群、营养物质、分层结构都不破坏,而矿山修复更为复杂。所以,我认为在实际进行土壤修复时,必须做到因土而异、订制施治,这样才能像老中医一样,做到一人一方,才能做到药到病除。特别是耕地修复,由于土壤类型、自然地理条件、污染物种类及其组合、污染物含量范围等因素错综复杂的交叉,实际上不存在‘一药治百病’的‘仙方’。”陈明强调。

    值得关注的是,目前的《土壤污染防治法》主要关注了场地污染和耕地污染,而对矿山这个重金属污染的源头的关注比较少。陈明认为,过去由于中国地质科学院定位于社会公益型研究基础,主要从事基础性、公益性研究工作,很在在应用性的土壤修复技术研究方面获得国家和部门项目资助,这是非常可惜的。在当前“万众创新”的大形势下,这样的局面有望被打破,国土资源部门数十年积累的地质、地球化学基础研究成果有望在土壤修复领域发扬光大。对于矿山环境修复,国土资源部门的科技工作者应有“舍我其谁”的担当。

    记者离开时,陈明表达了自己的一个愿望:“当前党中央、国务院高度重视土壤环境保护工作。作为具有深厚基础、长期经验和技术优势的国土资源部门,理应加大对相关理论研究和技术研发的支持,针对国家对矿山土壤环境修复的迫切需求,快速形成实用性强的土壤修复创新成果,为国家解决土壤污染难题和生态文明建设作出应有的贡献。”

    保卫土壤:地球化学全力出击

    陕西传媒网讯(陕西日报记者 乔佳妮 赵晨)12月19日至20日,83岁的中国科学院院士、国内岩溶地质研究顶尖专家袁道先一行来到汉中考察天坑群。省地质调查院副院长黄建军、省地调中心主任罗乾周,以及汉中市有关领导陪同考察。

    袁道先院士是我国地质学、岩溶学学科带头人之一,国际知名水文地质学专家,为我国水文地质、工程地质、岩溶环境地质的研究做出了重大贡献,特别是在岩溶方面,拥有众多成果,不仅使我国岩溶研究处于国际学术前沿,也推动了全球的岩溶研究。

    两天来,袁道先院士一行先后来到汉中市宁强县禅家岩天坑群、南郑县小南海天坑群进洞考察、现场记录,详细了解汉中天坑群的岩溶地貌发育情况。“汉中天坑群处于我国目前发现的天坑岩溶地貌的最北界,这点的意义非常大。”袁道先认为,汉中天坑群发现有洼地等众多岩溶地貌,这也是岩溶地貌中最普遍的一种。因此研究其成因、形成机理就有着重要的科研价值。

    同时,袁道先在考察中也指出,在汉中天坑群部分岩溶地貌周边出现一些坡耕地,水土保持工作还有待提升,若要对天坑开发利用,首先就要做好这部分工作,以防水土流失进入洞穴,既不利于洞穴保护,也不利于后期的旅游开发。

    随行的中国地质调查局岩溶地质研究所研究员陈伟海在谈到汉中天坑群时说,相比南方不少天坑底部原始性被破坏,汉中天坑群的原始性保持较好,下一步若要开发,必须要做好保护性开发。“首先要把资源分布、特点、价值分类评价清楚,开发时也要注意区别对待,不能一哄而上。比如可以选一些条件好的对普通大众开放,也要留有一部分不开发的作为科研基地。毕竟这个纬度出现如此大规模、高密度的天坑群还是比较少见的。”

    据了解,今年7月起,我省地质专家运用遥感和航测等技术对汉中南部5000多平方公里的石灰岩发育区进行了调查,其中在600多平方公里的核心区域内发现天坑49个。“目前,我们正在加大对汉中天坑群的调查研究,并将组织有关动植物学家共同考察汉中天坑群,相信随着后期调查工作的逐步推进,还会有更多发现。一旦有新成果会及时向社会公布。”省地质调查院副院长黄建军说。

     

     

     

     

     

     

     

    中国科学院院士考察汉中天坑群

    摘要:采用实验模拟-数值模拟-野外实例相结合的研究手段,剖析东太平洋Cascadia边缘天然气水合物成藏过程。运用相关资料提出了南海天然气水合物成藏的概念模式,建立了南海天然气水合物饱和度估算模型,为我国天然气水合物勘探开发提供了理论基础。

    1.项目概况

    2011年至今,中国地质调查局青岛海洋地质研究所开展了天然气水合物成藏机理研究工作,充分利用国际典型水合物成藏区卡斯凯迪亚(Cascadia)边缘等地区资料和研究成果,对天然气水合物的成藏系统模式进行了总结和修正,结合我国南海天然气水合物实际调查情况,分析了南海天然气水合物成藏机理,为我国水合物勘探开发提供了依据。

    2.  成果简介

    (1)实验模拟获取了天然气水合物形成的微观细节与机理,夯实了成藏理论基础。对南海神狐钻探区含有孔虫沉积物进行了天然气水合物形成模拟实验,获取了关键细节过程和机理特征。结果表明,粘土对甲烷水合物的相平衡条件影响不大,大量水合物在有孔虫壳体内先形成微粒子,水合物难以胶结沉积物颗粒,致使饱和度为0~14%期间声波速度增长缓慢,声波信号呈减弱趋势;随水合物体量增大,胶结型水合物增多,纵横波增长速度加快,声波信号衰减减弱。验证已有速度模型表明,联合权重方程和BGTL理论(李改进的比奥特哥斯曼理论)可准确地估算南海水合物饱和度,2个模型中参数取值分别为W=3.5、N=2和 G=0.6、N=1。

    (2)数值模拟推动了水合物宏观成藏过程,揭示了成藏控制因素和相关机制。提出基于自由能来分析水合物成藏条件和成藏过程的思路,研制了“天然 气水合物成藏机理数值模拟分析系统”软件。对布莱克海台和南海神狐海域水合物成藏进行数值分析,揭示了被动大陆边缘扩散型水合物聚集速率主要取决于甲烷供给速度,阐明了不同有机质含量、不同产气速率、不同地温梯度及沉积速率条件下天然气水合物含量空间分布的差异性。以布莱克海台等典型赋存区为例,获得了应力场等因素对天然气水合物成藏控制作用的机理。

    (3)剖析Cascadia水合物成藏过程,实例解剖南海水合物成藏模式。完善了Cascadia边缘水合物成藏模式(图1),天 然气水合物的大致成藏过程为:有机质通过远洋沉积输人或浊流沉积输人,之后被沉积和埋藏,产生一部分原位甲烷,另一部分甲烷通过通道由深部运移上来。 富甲烷的孔隙流体和游离甲烷气沿着一系列丝状断裂上移,进入海底附近水合物稳定域内,大量甲烷生成天然气水合 物,过量的甲烷继续运移至海底,从而导致大量海底碳酸盐的形成。

    神狐海域水合物钻探区的高分辨率地震数据解释结果显示,该区存在3条主控断层、众多滑塌断层及气烟囱。结合天然气水合物地震相特征分析,认为神狐海域天然气水合物可能呈多层分布,稳定带底部天然气水合物层厚度较大,连续性较好。通过与邻区LW3-1-1大气田对比认为,除神狐海域除生物成因气以外,可能存在热解成因气形成天然气水合物。神狐海域天然气水合物成藏的主控制因素可能是气源和断层,其成藏模式主要有2种类型(图2):在断裂或滑塌构造发育区,天然气水合物的气源以热解成因气为主,天然气水合物呈多层分布;在构造平缓地区,天然气水合物的气源以生物成因气为主,如气烟囱等特殊地震相,天然气水合物呈单层分布,且主要分布在BSR之上一个狭窄的范围内。目前神狐海域钻遇的天然气水合物主要是以单层分布的生物成因的I型天然气水合物。

    3.成果意义

    通过实验模拟和数值模拟,在Cas-cadia边缘、南海神狐等海域取得了天然气水合物成藏模式的新认识,获得了含有孔虫沉积物中天然气水合物形成过程 及与饱和度的关系结果,分析了主要成藏要素对天然气水合物形成的控制机理,对我国天然气水合物成藏规律研究和资 源评价具有较好的理论和实用价值。(中国地质调查局青岛海洋地质研究所 胡高伟 袭建明 供稿)

    天然气水合物成藏机理新认识

    摘要:自20世纪50年代以来,由于过量抽取地下水,西安城区先后出现了14条地裂缝,其规模 之大和危害之重在世界上独一无二。通过野外调查、室内大型物理模型试验和数值模拟研究,提出 了西安地铁地裂缝综合减灾技术,为我国地裂缝发育区城市轨道交通建设提供地质依据。

    1.项目概况

    西安市位于汾渭盆地西部,新构造活动强烈,地裂缝地面沉降灾害十分严重。自20世纪50年代以来,在西安城区发现的地裂缝已达14条之多,延伸长度超过100km,覆盖面积约150km2,其活动时间之长和规模之大,在国内尚属罕见。地裂缝严重影响着西安城市建设与人居安全,给城乡建设带来了重大经济损失,成为举世闻名的城市地质灾害,尤其是对目前西安地铁工程建设带来了巨大挑战(图1)。2008—2014年,长安大学开展了“汾渭盆地地裂缝成因与减灾综合研究”、“地裂缝地面沉降工程致灾机理与防治对策的物理模拟试验研究”等多项地质调查项目,对汾渭盆地地裂缝地面沉降成因及减灾进行了连续系统研究,尤其是地裂缝对重大工程一西安地铁工程建设的危害及防治研究取得了一系列原创性重要成果,成功解决了城市轨道交通建设中的地裂缝难题。

    2.成果简介

    (1 )合理地确定了西安地铁设计使用期100年内地裂缝最大位错量。同时,根据空间活动特征建立了地裂缝三维位移运动模式,提出了地铁与地裂缝交会处的隧道抗裂预留位移量计算公式。通过现场调查,结合西安地裂缝长期监测、观测资料,在现今活动速率和最大历史位错量的基础上,确定了100年使用期内地铁工程穿越地裂缝地段的最大垂直位移量设计值(H)分为2个等级:①地裂缝活动微弱或不活动且呈隐伏状态的按照H=300mm设防;②地裂缝活动明显且具有地表变形迹象的地段按照H=500mm设防。提出了地裂缝活动性参数及隧道抗裂预留位移量计算公式,为西安地铁隧道穿越地裂缝带的结构设计和预留净空提供了重要设计依据。

    (2)科学地确定了地裂缝地段地 铁隧道结构纵向设防长度。地铁隧道穿 越地裂缝带的纵向设防长度,实际上是隧道穿越地裂缝活动影响区时结构上需要采取特殊措施处理的纵向长度。针对《西安地裂缝场地勘察与工程设计规程XDBJ61-6—2006 )中缺乏地裂缝地 段地铁隧道设防问题,通过大型地裂缝活动物理模型试验和数值计算,确定了地裂缝上、下盘影响范围分别为17.5m和12.5m,提出了地铁隧道穿越地裂缝带的 结构纵向设防长度。

    (3 )开发了地裂缝减灾大型物理模 拟技术,模拟再现了地裂缝危害地铁隧道的力学机制。通过明挖隧道、暗挖隧道、盾构隧道正交和不同角度斜交穿越地裂缝带等多种工况的大型物理模型试验(图2)和数值仿真模拟,再现了地裂 缝活动时地铁隧道的变形破坏过程,发现了地铁隧道的4种变形破坏模式,即拉裂破坏、拉张一扭剪破坏、剪切变形破坏和扭转剪切变形破坏,首次揭示了地裂缝危害地铁隧道的力学机制。

    (4)提出了地铁隧道平行地裂缝带穿越上、下盘时的安全避让距离及其判断标准。针对西安轨道交通多条线路近距离平行地裂缝带从其上、下盘穿越的情况,建立了地铁隧道近距离平行活动地裂缝带的安全避让距离的判断标准为:

    ①隧道结构侧向水平位移不超过2cm;

    ②隧道结构内力在允许的安全范围内,即不出现塑性变形或脆性开裂。根据上述标准认为,西安地铁隧道近距离平行地裂缝带进行结构设计时上盘安全避让距离可按照30m考虑。

    (5)解决了地铁隧道结构适应地裂缝的变形的结构防治措施问题,建立了地铁工程防治地裂缝病害的技术体系。大型物理模型试验和数值仿真模拟研究表明地裂缝作用下地铁整体式和盾构隧道变形破坏是必然的。针对地裂缝对地铁隧道的危害,提出了隧道结构“分段设变形缝、柔性接头连接、局部扩大断面和封闭的防水结构”等适应地裂缝变形的隧道结构形式(图3),并实施了分段设缝的明挖箱形隧道、浅埋暗挖马蹄形隧道穿越地裂缝带等多种工况的大型物理模型试验和数值仿真模拟。结果证明,分段设缝柔性接头的分段隧道具有很好的适应地裂缝大变形的能力,从而验证了所提结构措施方案的适宜性与安全性,并已应用于西安地铁工程设计和施工中,解决了国际上首例地铁工程的地裂缝减灾技术难题。

    上述成果已被应用至西安地铁穿越地裂缝带的结构设计中,首创性地解决了地裂缝环境下地铁隧道结构措施防治的重大工程技术难题。

    3.成果意义

    地裂缝研究成果直接应用于西安地铁工程建设中,成功地解决了西安地铁隧道防治地裂缝灾害的系列重大技术难题,实现了国土资源大调查项目服务国家重大工程建设和国民经济建设的目的,为国家和西安市经济建设做出了重要贡献,推动了我国缓变型地质灾害的研究发展,取得良好的社会经济效益。(长安大学彭建兵 黄强 兵卢全 中供稿)

    地裂缝研究为城市轨道交通建设保驾护航

    摘要:苏锡常地区是长三角乃至全国地面沉降典型地区之一。随着环境地质调查、地面沉降监测、风险与控制管理研究、深层地下水禁采等防控工作的开展,地面沉降形势不断演变,地面沉降防控进入新阶段,防控工作重点也在不断转移。

    1.项目概况

    经过十余年的地面沉降防治工作, 苏锡常地区(指江苏省南部的苏州、无锡、常州三市)地面沉降取得了良好效果。在不断演变的地面沉降形势下,关于地下水禁采的环境地质效应、地面沉降与地裂缝的成生关系与约束、地面沉降监测网优化完善与监测方法体系建设、地面沉降防控的深入落实与效果评价、政府行政管理对地面沉降防控技术研究的需求等面临的实际问题迫切需要解决或提出解决方案。“苏锡常地区地面沉降监测与控制管理”项目(现名“苏锡常地区地面沉降调查”)即是在当前背景下提出的项目部署,开启了地面沉降控制管理的新阶段,旨在实时跟进地面沉降动态变化规律,为预警信息发布提供准确、详实的基础资料,深入总结分析研究地面沉降防控对策,实现科技工作与政府管理需求的对接,为政府防控地面沉降灾害提供决策依据。

    2.成果简介

    (1)地面沉降监测网进一步完善,地面沉降监测方法体系逐渐形成。目前苏锡常地区已经建成了包括基岩标、分层标、水准点、GPS监测点、连续运行GPS参考站、地面沉降自动化监测站、地裂缝三维自动化监测站、地裂缝光纤监测示范站等一系列设施在内的地面沉降监测网络,并且随着项目实施的不断推进,针对重点沉降区进行了补充完善,实现了监测网全覆盖、重点地区全监控、重要地段精细化监控的监测网络。运用了精密水准测量、GPS监测、自动化监测、InSAR监测、光纤监测等多种技术手段开展区域地面沉降监测,形成了“空 地一体化”的地面沉降监测方法体系 (图1)。

    (2 )地面沉降发育及分布规律已查明。苏锡常地区历史最大沉降速率一度 达到120mm/a,随着地下水禁采的实施,苏锡常地区地面沉降得到有效遏制,原来全区普遍沉降的形势得以控制,逐渐演变为“全区基本稳定、局部沉降依然 突出”的局面。目前,全区平均沉降速率小于5mm/a,但仍存在常州武进南部、无锡江阴南部、苏州吴江南部三大重点沉降区,其中以苏州吴江南部沉降速率最大,核心区沉降速率可达50mm/a,而且无锡江阴南部地裂缝发育区仍表现出明显的地裂缝活动迹象,并且由于浅部地下水开采、城市基础设施建设基坑排水、轨道交通运行保障排水等因素导致的浅 部地面沉降日益突出。

    (2) 实现了地面沉降风险的实时跟踪评价。通过对地面沉降诱发有关因素的时空动态特征分析,建立动态的地面沉降、地下水与地质环境条件的地面沉降风险评价模型,实时跟踪评价地面沉降风险(图2),并结合各行政区实际,开展针对性的地面沉降控制管理策略,为实现地面沉降全面有效防控奠定基础。

    3.成果意义

    通过一系列工作,新的工作方向逐渐明确。当前形势下,地面沉降研究与防治工作的重点应转向地下水禁采的地面沉降效应评价、地面沉降实时跟踪监控预警、浅部地面沉降的发育机理研究及防控、采水型地裂缝成因机制及预警研究等方面,以求进一步揭示禁采后新的地面沉降及地裂缝发育分布规律,为地面沉降全方位防控奠定基础。地下水禁限采等行之有效的地面沉降防控思路,推进了整个江苏范围层面的地面沉降防控工作,同时也为全国其他地区地面沉降防控积累了经验。(江苏省地质调查研究院 伟供稿)

    苏锡常地区地面沉降防控进入新阶段