近期，中国地质科学院地质研究所尹继元研究员、中国科学院新疆分院肖文交院士、中国地质科学院地质研究所王涛研究员、黄河研究员和陈文研究员等通过对中亚造山带西准噶尔洋内弧古生代侵入岩开展详细的锆石U-Pb年龄和Hf-O同位素研究（图1），取得了新进展。

大陆地壳的形成与演化一直是地球科学研究领域的核心问题。大陆地壳的成熟过程，尤其是如何在洋内弧环境下从初始的玄武质成分转变为安山质和英安质成分，成为理解大陆地壳生长机制的关键科学问题。尽管洋内弧通常由玄武质成分构成，但大陆地壳整体成分更偏安山质或英安质，这种差异性突显了从洋内弧玄武质地壳向成熟长英质地壳转变的复杂性。由于洋内弧背景中各岩浆源区普遍具有亏损的放射性同位素特征，通过传统的同位素方法来识别循环地壳来源的花岗岩具有一定挑战性。因此，准确识别花岗岩的源区对于揭示洋内弧的岩浆成因与地壳分异过程具有重要科学意义。

针对以上关键科学问题，中国地质科学院地质研究所取得的主要进展如下：

图1. (a) 中亚造山带的简化构造分区；(b) 西准噶尔地区的地质图。

一是识别出西准噶尔洋内弧四期岩浆活动及其时空分布。这四期岩浆活动分别为早寒武世至早奥陶世（515-486 Ma）、晚奥陶世至中泥盆世（445-392 Ma）、早石炭世（343-310 Ma）以及晚石炭世至中二叠世（309-259 Ma），在时间与空间上表现出显著的差异性。早寒武世至早奥陶世侵入岩主要集中在西准噶尔南部的巴尔雷克和玛依勒地区；晚奥陶世至中泥盆世侵入岩主要分布在西准噶尔北部成吉思火山弧；早石炭世侵入岩主要分布在西准噶尔北部的萨乌尔火山弧；晚石炭-中二叠世侵入岩遍布整个西准噶尔地区，且不受构造边界的限制。所有岩浆岩均显示出较高的锆石Hf同位素值和全岩Nd同位素值，但锆石O同位素值则存在显著变化。根据锆石δ18O值，侵入岩可以分为两类：高δ18O（大于6.5‰）和地幔类似的δ18O值（约5.5‰）（图2）。

图2. 西准噶尔洋岛弧古生代侵入岩锆石U-Pb年龄与Hf-O同位素数据相关图。

二是理清了西准噶尔古生代侵入岩δ18O特征及其时空差异。通过对西准噶尔古生代侵入岩进行锆石O同位素填图显示，高δ18O值的侵入岩主要分布在西准噶尔南部，而地幔类似δ18O值的侵入岩则主要分布于西准噶尔北部，表明它们源于不同的岩浆源区并经历了不同的形成过程（图3）。高δ18O的侵入岩形成过程涉及表壳岩与新生玄武质下地壳的参与，而地幔类似的δ18O值的侵入岩则记录了多样的岩浆源区和过程，如交代亏损地幔的部分熔融、亏损地幔与新生地壳的混合、新生洋内弧地壳或镁铁质下地壳的部分熔融等。

图3. (a) 锆石O同位素等值线图，显示西准噶尔洋岛弧古生代侵入岩的锆石δ18O ​值的时空变化；

(b) Hf同位素等值线图，显示西准噶尔洋岛弧古生代侵入岩的TDM2 的时空变化。

三是查明了西准噶尔地区三次显著地壳生长事件。锆石Hf同位素与Hf模式年龄研究结果表明，西准噶尔地区在约656-684 Ma、524-536 Ma和441-471 Ma期间经历了三次显著的地壳生长事件（图3和4）。这些事件与亏损地幔周期性重熔有关，表明西准噶尔在早古生代经历了显著的地壳生长。尽管上述事件中形成的新生物质在地壳中存留长达260 Ma，并在此期间被反复熔融，但其仍保留了与地幔类似的初始氧同位素组成。

图4. 西准噶尔洋岛弧岩浆锆石年龄直方图，与锆石δ18O值 < 6.5%的Hf模式年龄分布对比。

四是揭示了西准噶尔地区岩浆活动峰期与地壳生长期不同步，提出了洋中脊俯冲作用是洋内弧地壳成分转变的重要机制。西准噶尔地区地壳生长主要发生在早古生代，而大面积的岩浆活动期主要发生在晚志留-早泥盆世和晚石炭-早二叠世，显示两者并不同步。这两期显著的岩浆活动可能记录了洋脊俯冲事件（图5）。在这些时期，高温伸展的背景促进了镁铁质下地壳、洋壳与表壳岩等广泛熔融，推动了从洋内弧地壳从玄武质向长英质大陆地壳成分的转变。

图5. 西准噶尔古生代多岛弧俯冲–增生系统的构造演化图。

本项研究通过对中亚造山带西准噶尔洋内弧古生代侵入岩系统的Hf-O同位素填图，识别出洋内弧背景下花岗岩质岩石的岩浆源区及其与年轻表壳岩的物质循环的关系，为重建洋内弧地壳从玄武质向长英质的成熟转变过程提供了新见解，也为探讨大陆地壳生长与演化提供了新视角。

该研究成果获得国家自然科学基金项目（41830216）、国家重点研发计划项目课题（2019YFA0708601）和国际地学计划IGCP664联合资助，近期发表在国际权威的地学期刊Earth- Science Reviews上。

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。

地球是一个直径为6000多千米的实心球体，从地面到地球中心的距离比从北京到海南岛2倍的距离还要远。地球由地壳、地幔、地核三部分构成，整个结构就犹如一颗半熟的鸡蛋：蛋壳好比地球的地壳，其物质状态为固态；蛋白好比地球的地幔；蛋黄好比地球的地核，物质状态为液态。地表以下平均每100米温度升高约3℃。科学家研究显示：地核与地幔边界的温度大约为3700℃，而地核内部温度可能高达5000℃，几乎与太阳表面一样炽热。因此，地球内部蕴藏着惊人的热量，其中一部分地热资源便以干热岩的形式埋藏于其中。

一、干热岩是什么？

早期，干热岩通常是指温度高于200℃，埋藏于距地面2000米以下的无裂隙的岩体，主要是各种变质岩或结晶岩类岩体。伴随着干热岩勘测和开发的深入，干热岩的概念有了更为广泛的外延。只要岩体温度高，埋藏深度合理，内含流体较少（或不含流体），能用各种技术手段提取其中的热量，均可称为干热岩。

干热岩属于地热资源的一种，被誉为“来自地球母亲的温暖”。地热资源是一种来自地球内部的热能资源，温泉便是我们日常生活中最熟悉的地热资源。关于地热的来源，有多种假说。一种假说认为，地热主要来源于地球内部放射性元素衰变释放出的热能。还有一种假说认为，地热来源于地球自转产生的旋转能以及化学反应、岩矿结晶释放的热能。而在地球的发展演化过程中，产生的热能总量超过地球散逸的热能，巨大的地热能便储存于地球内部，等待人们去开发。

相比当前已开发利用的各类能源，干热岩具有无可比拟的优势。与煤炭、石油和天然气等传统化石能源相比，干热岩是一种清洁的可再生能源，不会产生污染环境的有害物质。与太阳能、风能、核能等新能源相比，干热岩的稳定性好，不受季节气候昼夜条件的限制。此外，干热岩的成本低，干热岩发电的成本仅为风力发电的一半，只有太阳能发电的十分之一，和煤炭发电的成本相当。

干热岩是无处不在的资源，分布几乎遍及全球，从理论上说，随着地球向深部的地热增温，任何地区达到一定深度都可以开发出干热岩，因此干热岩又被称为是无处不在的资源。但就现阶段来看，由于技术和手段等限制，干热岩资源专指埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体。因此，当前的干热岩开发更多地着眼于这些地区，它们位于全球板块或构造地体的边缘，构造活动剧烈，是地球释放内部能量的主要区域，地热资源十分丰富。

我国干热岩分布广泛，特别是东北地区、华北平原、东南沿海地区、西北地区均具有丰富的干热岩资源，具有很大的开发潜力。以高温干热岩体的发现地青海共和盆地为例，其干热岩理论资源量折合标准煤6303.05亿吨，以其2%作为可开采资源量计算，折合的标准煤是中国2016年能源消耗的3倍。

干热岩不但储量丰富，还可以循环利用。开发干热岩时，加热产生水蒸气的过程会使岩石温度降低，但地心的炽热岩浆会重新加热这些岩石，从而实现干热岩的周期性循环利用。

二、“石头”也可发出电来？

目前，人们对干热岩的开发利用，主要集中在干热岩发电。干热岩开发利用的核心是建立增强型地热系统（EGS工程）。首先从地表往干热岩体中打一眼井（注水井），将井口封闭后，注入高压清水，此时井底能够产生非常高的压力，该压力足以将致密的岩石压裂形成复杂缝网，或将岩体中的天然裂隙扩张形成更大的裂缝；随着清水的不断注入，裂缝不断增加、扩大，并相互连通，最终形成一个体积庞大的人工热储（类似一个巨大的鸟窝）。在距注水井合理的位置再钻几眼采出井，通过控制井眼轨迹，使采出井能够贯穿压裂缝网。整个EGS工程，通过注水井（回灌井）将低温水注入到人工产生的、张开且连通的缝网中，低温水与高温岩体接触被加热，然后通过采出井便将岩石裂隙中的高温水、汽提取到地面，取出的水、汽温度可达150～200℃，通过热交换及地面循环装置用于发电，冷却后的水再次通过高压泵注入地下热交换系统循环使用。整个过程都是在一个封闭的系统内进行。

以法国东部阿尔萨斯地区的一座干热岩发电站为例，工作人员在这里钻了三眼深井，一直钻到地表5000米以下的基岩中。发电时，用水泵以每秒100升的速度从中间的注水井向地下灌冷水，这些冷水被干热岩加热成约200℃高温的水蒸气，从另外两眼生产井抽出地面，送入一个热交换器，并在热交换器中驱动涡轮机发电。整个转换过程消耗的总电量，只相当于发电站发电量的20%。

增强型地热系统的开发和利用主要是建造两个子系统：地下人工储层和地面发电系统，二者都需要多项技术的运用和集成。其中，创建地下人工储层是目前研究的焦点。

三、我国干热岩勘查开发现状

我国干热岩资源潜力巨大，开发前景广阔，是极具潜力的战略能源，但是我国干热岩勘查与开发起步晚，在干热岩形成机制、分布情况、热储特征、评价方法、勘查开发技术等领域仍存在较多尚未解决的问题。

为推动我国干热岩勘查开发，2013年以来，中国地质调查局先后在东南沿海地区、松辽平原地区、华北地区和青藏高原等重点地区实施了干热岩勘查。2014年，中国地质调查局与原青海省国土资源厅共同组织实施的青海共和盆地干热岩勘查钻获干热岩，填补了我国一直没有勘查发现干热岩资源的空白。2017年5月在共和县恰卜恰镇完井的GR1干热岩勘探孔再获温度新高，取得了一批重要成果，为我国进一步开展干热岩勘查开发研究打下了重要基础。在此基础上，中国地质调查局围绕国家清洁能源需求，加大力度在青海共和推进干热岩资源的试验性开发。

干热岩开发利用的技术原理虽然简单，但实际应用过程中仍存在大量的技术性难题，例如在干热岩中钻井，对钻杆、钻头的寿命以及具有“钻井血液”之称的泥浆稳定性都是极大的挑战；而地层中含有大量的矿物质，在干热岩开发中，被气化的矿物质会重新在井壁结垢，类似血管中的“血栓”，沉积时间一久很容易将开采通道堵死。面对众多的技术性难题，科研人员唯有加快技术探索的步伐，才能在这场国际能源竞赛中拔得头筹！

（作者单位：自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所）

近日，由自然资源部中国地质调查局成都地质调查中心申报的2项实用新型专利“一种模拟边坡遭受侧向高频周期性冲击荷载的动力测试装置”和“一种模拟隧道遭受高频周期性底入式侧向式冲击荷载的动力测试装置”，顺利通过国家知识产权局审核并获得授权（专利号：ZL2018 2 0709547.2和ZL2018 2 0706049.2）。

这2项专利依托“四川西昌等城镇和金沙江下游水电开发区工程地质调查”项目，通过自研的物理模型试验装置，模拟不同地震工况条件下受断裂控制的隧道围岩和边坡岩体破坏模式。该套物理模型试验装置结构简单、操作简便，测试方法经济、可重复，真实再现了地震区隧道围岩地震波动力作用响应过程和响应方式以及极震区边坡遭受侧向冲击荷载动力作用响应过程和响应方式，为高地震烈度区大型工程隧道围岩稳定性和高边坡稳定性防治提供理论基础，同时也为隧道和边坡防治工程结构设计、地质灾害预测等提供科学依据。

资源、环境与生态问题已成为事关人类发展前景的全球性问题。近几十年来，随着人口急剧增长与经济快速发展，世界工业化、城市化进程不断加快，人类活动已成为全球变化的重要驱动力。在经济全球化、区域一体化不断深化的推动下，各国经济发展对相互之间资源、环境与生态的影响不断加大，人类进入了生态全球化时代。面对前所未有的重大而紧迫的全球性环境问题，世界各国在持续努力探索解决之道。党的十八大从新的历史起点出发，做出“大力推进生态文明建设”的战略决策；习近平总书记从新时代基本方略的高度提出要树立“两个共同体”理念——“人类命运共同体”理念与“山水林田湖草生命共同体”理念，为推进全球经济社会发展指明了方向，地质调查工作迎来了新的转型发展。地质调查工作如何适应与服务全球与国内生态文明建设并推动全球与区域问题的解决，亟待深入思考。

11990～2015年不同国家矿产资源人均开采量与消费量变化

地球系统问题的全球性与区域性

20世纪50年代以来，人类活动对地球系统影响的程度和频度发生了急剧变化，人类施加于地球系统的各种压力进入“大加速”时期，地球从全新世跨入了新的地质年代——人类世。人类活动对地球系统的影响已经接近或超过自然因素引发的环境变化，并正在继续加剧，有可能产生不可逆转的后果。在第23届联合国气候大会上，来自世界各国的科学家发出警告：地球系统越来越抵近危险的“临界点”。

1. 全球自然资源开发从线性增长转变为指数增长，发展中国家增长尤为突出

过去的100多年，矿产、水、土地等自然资源开发经历了从线性增长到指数增长的转变。

（1）矿产资源：全球开采总量快速增长，发达国家主导矿产消费，发展中国家开采快速增加

1901年以来，全球矿产开采总量经历了缓慢增长、快速增长、稳定增长与急剧增长的变化。与1901年比较，2015年全球矿产开采总量增长了32.0倍，其中化石能源增长14.6倍，金属矿石增长41倍，非金属矿石增长49.3倍。根据开采量增长情况，矿产资源开发可划分为4个阶段：1945年以前，矿产开采量缓慢增长，年均增长0.59亿吨，人均开采量1.73吨；1946～1973年，矿产开采量快速增长，年均增长6.40亿吨，人均开采量增长到5.78吨，年均增长4.0%；1974～1997年，矿产开采增速减缓，年均增长6.15亿吨，人均开采量增至6.34吨，年均增长0.4%；1998～2015年，矿产开采量急剧增长，年均增长16.05亿吨，人均开采量增至9.01吨，年均增长2%。

近几十年来，全球矿产开采与消费格局发生了重大变化。从开采来看，20世纪90年代中期之前，OECD国家主导全球，开采量占全球的41.8%，之后开采量占全球比例不断降低，到2015年降至23.0%，并且自2007年开始由增长转变为下降趋势；金砖国家开采量快速增长，在1995年超过OECD，占全球比例由1995年的37.9%升至2015年的51.6%。从消费来看，直到2007年，OECD国家消费量呈不断增长趋势，1990～2007年平均占全球总量的52.1%，2007年之后消费量降中趋稳，近年来稳定在295.42亿吨左右，占全球比例降至2015年的36.4%；金砖国家消费量在2000年之后快速增长，年均增长6.3%，在2010年超过OECD国家，到2015年增至360.57亿吨，占全球总量的44.0%；其余国家矿产消费量保持稳定增长趋势，年均增长3.1%。

全球资源治理体系变革滞后于全球矿产开采消费格局的变化。1990～2015年，OECD国家人均矿产消费量大大高于其人均开采量，平均高出42.2%，且这一比例有增大的趋势。这表明，发达国家所开发的矿产根本满足不了其消费需求，通过进口越来越多的原矿石、矿产品与各种制成品来补充。金砖国家、其余国家人均开采量一直大于其消费量，说明发展中国家所开采的矿产在满足本国需求之外，有相当比例以原矿石、矿产品、各种制成品等形式出口。以金砖国家为例，2015年矿产开采量14.6吨/人，消费量11.7吨/人，在满足本国需求的同时，每人平均为其他国家贡献了2.9吨的矿产。目前的全球资源治理体系与发展中国家的贡献不相适应，亟需变革，以促进全球资源优化配置。

（2）水资源：开采总量保持增长态势下呈现出显著的区域分化

全球水资源开采在总量持续增长态势下呈现出显著的区域性差异。1901年～1950年，全球水资源开采量缓慢增长，由6713亿立方米增至12265亿立方米，年均增长1.3%；1951年～1980年，水资源开采量快速增长，年均增长3.2%；1981年以来，水资源开采量增速趋缓，年均增长0.8%。OECD国家水资源开采量在1980年由快速增长转变为稳定波动趋势，近年来稳定在9200亿立方米，占全球总量的23%。金砖国家水资源开采量自20世纪60年代以来保持快速增长的趋势，1960年～2000年年均增长2.4%以上，2000年以后增速有所减缓，到2015年增至17500亿立方米，占全球总量的43.7%。全球水资源开采量增长的主要原因是灌溉农业的快速发展与农业经济的持续增长。中国、印度等新兴经济体农业快速发展，加上持续的工业化和城市化，用水量有较大幅度的增长；欧盟、美国等发达经济体由于越来越多地进口工业制造产品与粮食，同时技术进步促使工业与城市用水下降，用水量自以前的增长转变为稳定或下降。

地下水开采量快速增加，部分发展中国家含水层疏干问题严重。全球地下水开采量自20世纪60年代的3120亿立方米增至2010年的9820亿立方米，增长了3倍多。与水资源类似，地下水开采亦呈现出显著的区域差异。发达国家地下水开采在经历了一段时期的快速增长后已趋于稳定或缓慢下降。例如，美国地下水开采1950年～1980年保持了30年的增长，之后趋于稳定。发展中国家地下水开采自20世纪七八十年代以来处于快速增加的态势。例如，埃及1972年～2000年地下水开采量增长了6倍。地下水开采主要集中在亚洲国家，印度、中国、巴基斯坦、伊朗、孟加拉国等5个国家地下水开采量占全球总量的53.2%。地下水开采量的快速增加导致部分地区地下水位持续下降，引发了严重的生态环境问题，如泉水消失、湿地萎缩、地面沉降、海水入侵等。

（3）土地资源：城市与农业用地持续扩展，生态空间不断萎缩

1901年～2015年，全球土地利用变化的趋势是拓荒草原与森林来扩展农业用地，开发农业用地来扩展城市和基础设施建设用地，森林、草原、湿地等生态空间不断萎缩。农业用地面积扩展趋势趋于减缓。1901年～1955年，全球农业用地面积快速增长，年均增长0.88%，占全球土地面积的比例由20.6%增至33%；1955年～2015年，农业用地面积增速趋缓，年均增长0.23%，约占全球土地面积的38.0%。从区域上看，欧盟、东欧和北美的耕地面积有所下降，而南美、非洲和亚洲的耕地面积呈扩大态势。全球森林面积不断减少。1901年～1960年，森林面积平均以每年减少0.18%的速度逐年缩小，1960年以后森林面积缩小速度减缓，年均减少0.1%。

城市化以前所未有的速度在扩张。遥感图像分析表明，全球城市面积6587.6万公顷，占全球土地面积的0.51%。城市用地占土地面积比例最高的地区是西欧（2.11%），其次是东亚（0.97%）、北美（0.72%）、东南亚（0.63%）。据统计，1950年～2015年人口大于1000万的城市群数量由2个增加到29个，人口500万～1000万的城市群数量由5个增加到45个。联合国粮农组织（FAO）估计，目前城市面积以每年200万公顷的速度扩展，80%的土地来自于农业用地。虽然城市占用土地面积比例很小，但是由于城市集聚了全球一半以上的人口，城市发展对生态环境的影响是巨大而深远的。

2. 全球生态环境恶化趋势加剧，区域分化明显

在不断加快的世界工业化、城市化进程作用下，气候变暖、自然灾害、水土污染等日益成为影响全球发展的重大生态环境问题。

（1）二氧化碳等温室气体浓度不断攀升，全球气候变化加剧

根据观测数据，大气中二氧化碳等温室气体浓度上升呈加剧趋势。1901年～1960年，大气二氧化碳浓度由296ppm增至316ppm，年均增长0.11%；1960年之后，增长速度逐渐加快，1961年～1997年均增长0.36%，1997年～2015年均增长0.55%，2015年大气二氧化碳浓度增至399.57ppm。大气二氧化碳浓度升高的主要原因是化石燃料燃烧和水泥生产排放了大量的二氧化碳。2015年化石燃料燃烧与水泥生产排放了360.2亿吨二氧化碳，是1990年的1.6倍。

发展中国家开采了越来越多的化石能源，来满足发达国家的能源消费需求。在世界经济发展竞争加剧的背景下，很多发展中国家为了获得竞争优势，降低或放松了环境标准要求，推动高耗能、高污染、高碳产业发展；而发达国家对环境标准要求不断提高，以提高本国环境质量和生活舒适度。受此影响，高碳产业可能从环境标准高的发达国家向环境标准宽松的发展中国家转移，从而导致碳排放转移。全球碳计划（GCP）对1990年～2015年二氧化碳排放量估算表明：OECD国家因消费造成的碳排放大于其生产造成的碳排放，且差值越来越大；相反，金砖国家生产造成的碳排放大于其消费造成的碳排放，差值亦越来越大。这说明，发展中国家开发了本国越来越多的化石能源，加工、制造成各种产品出口到发达国家，承担了碳排放量上升与环境污染的代价。

（2）重大突发性地质灾害呈上升趋势，经济损失快速增加

全球重大地质灾害发生频次不断上升。联合国国际减灾战略机构EM-DAT灾害数据库收集了各国发生的重大自然灾害。入库灾害至少满足下列条件之一：造成10人以上死亡；100人以上受到灾害影响；政府宣布应对灾害紧急状态；政府在救灾过程中呼吁国际援助。1940年～2015年，全球发生重大崩塌、滑坡、泥石流地质灾害697次，造成6.5万人死亡，有记录的经济损失约89.4亿美元。上世纪40年代到80年代初重大地质灾害增长较慢，80年代以后发生频率快速增加，从80年代初的年均不足10次增加到近10年的年均18次。虽然发生频次增加，但是因灾死亡人数没有明显增长，单次地质灾害造成的死亡人数总体上是下降的，从1970年～1979年的136人/次下降到近5年的38人/次，说明各国地质灾害防治取得了一定成效。然而，地质灾害造成的经济损失自80年代以来快速增加，从70年代的平均每年0.14亿美元增加到近10年的平均每年1.76亿美元。

不同国家地质灾害发生与防治情况存在显著差异。美国1960年～2009年地质灾害共造成336人死亡，直接经济损失12.4亿美元（按1960年折算）。1970年以后，美国地质灾害造成的死亡人数保持在很低的水平，平均年死亡人数在4人以下；1985年以前直接经济损失呈快速增加趋势，之后直接经济损失则呈减少的趋势。墨西哥1997年以前地质灾害发生在低水平波动，平均每年发生10次左右，平均每年导致近14人死亡；1998年以来，地质灾害显著增加，平均每年发生的地质灾害增加至86次，平均每年导致50人以上死亡。尼泊尔1971年～1992年发生地质灾害频次保持稳定，多在19次上下波动；1993年以后发生频次明显增加并呈周期性波动，平均每年发生120次以上，在高发年可达380次以上。

（3）全球水土污染处于上升态势

已有数据研究表明，全球水土污染呈上升趋势，随着部分工业企业（特别是高污染企业）由发达国家向新兴市场国家转移，新兴市场国家水体和土壤面临着越来越大的污染压力。

地表水和地下水污染日趋严重。据联合国估计，全球每天大约有200万吨工农业和生活废弃物排入地表水体中，全球每年污水产生量高达1500立方千米。在发展中国家，80%的污水未经处理直接排放到河流、湖泊和海洋中。世界卫生组织统计显示，全球有8.84亿人缺乏安全饮用水，全球88%的腹泻与不安全饮用水、缺乏卫生条件有关，大部分分布在发展中国家。在快速城市化和农业种植区，地下水中的氮浓度不断上升，地下水质趋于恶化。在人类活动的作用下，孟加拉国、缅甸、阿富汗、柬埔寨、印度、中国等地区发生了地下水砷污染，影响了3500万～7500万人口的饮水安全。土壤污染问题在发达国家和发展中国家普遍存在。由于长达200年的工业化过程和现代工农业的发展，欧洲土壤污染严重。据欧盟调查，38个欧洲国家发现大约有250万个场地存在污染风险，其中有34.2万个已被确认为污染场地，需要进行修复。由于土壤污染的隐蔽性和复杂性，土壤污染问题在很多国家尚没有引起足够重视。

地球系统问题解决的理论框架 

不断加速的工业化、城市化与全球化耦合在一起对地球系统产生了前所未有的影响，促使人们必须从全球尺度去认识地球系统的变化机理；同时，不同区域或国家自然资源与生态环境变化出现了明显分化，与人类相互联系最为密切的近地表圈层资源、环境与生态问题呈现显著的区域性特征，促使人们必须从近地表圈层去认识地球系统的变化机理。在问题驱动下，随着全球观测、信息等技术进步，地球科学形成了一门新的分支——地球系统科学；在地球系统科学理论指导下，聚焦近地表圈层形成了一个新兴领域——地球关键带。

近年来，我国从生态文明建设实践出发，提出了“构建人类命运共同体”和“山水林田湖草生命共同体”的理念。“人类命运共同体”的内涵是从生态、经济、政治、合作等方面构建全球治理体系，推动形成新型国际关系和国际新秩序；在生态方面强调生态环境问题无边界，保护地球系统是全人类的共同责任。“山水林田湖草生命共同体”的内涵是按照生态系统的整体性、系统性及其内在规律，统筹考虑自然生态各要素、山上山下、地上地下、陆地海洋以及流域上下游，进行整体保护、系统修复和综合治理。由此，学术界与政界在应对人类面临的地球系统问题方面高度契合，共同构成了完整的理论框架。

1. 地球系统科学：服务构建人类命运共同体

地球系统科学把地球看成一个由相互作用的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈等圈层构成的统一系统，重点研究各组成部分之间的相互作用，了解整个地球系统的过去、现今及未来的行为，为全球生态环境问题的解决提供理论基础与对策方案。上世纪80年代以来，地球系统科学以全球气候变化研究为重点，技术方法不断发展，研究内容不断丰富，研究体系日趋完善与成熟。

地球系统问题解决的理论框架

（1）以观测、机理、建模与解决方案为重点，地球系统科学研究取得重大进展

地球系统观测网不断扩展与升级，地球系统监测能力不断增强。美国NASA于1991年建立地球观测系统（EOS），利用卫星与其他手段对全球陆地表面、生物圈、地球空间、大气以及海洋进行长期观测；EOS之后，启动了地球系统任务（ESM），加深对气候系统与气候变化的认识；2017年，启动了下一代联合极轨卫星系统，用于天气预报和环境监测。美国地质调查局自1972年起陆续发射LandSat系列卫星，用于探测地球资源与环境，包括调查地下矿藏、海洋资源和地下水资源，监视农、林、畜牧业和水利资源利用，监测自然灾害和环境污染等。法国国家空间研究中心自1986年开始研发SPOT系列卫星，进行土地利用/覆盖变化、植被监测、自然灾害评估等。欧盟与欧洲航天局自2005年资助地球观测计划——全球环境与安全监测系统（GMES），由遥感卫星与陆地、海洋、大气等监测传感器组成，2013年更名为“哥白尼计划”，以扩大地球观测计划在公众中的影响力。

地球系统变化与过程机理研究不断深化，揭示了地球系统要素不同时空尺度下的变化规律与影响。地球系统变化包括大气过程、海洋过程、陆地过程、冰冻圈过程等，这些过程相互影响、相互作用。由于碳循环是地球系统物质和能量循环的核心，全球碳循环及其对全球变化的响应研究一直是被广泛关注的前沿问题。人们对岩石圈、陆地生态系统、海洋、大气以及人类社会等碳库的储量、在全球碳循环中的地位及其作用机制有了深入的认识。人们认识到土地利用、覆盖变化是造成全球变化的重要原因，很多学者对土地利用变化引起的区域气候、土壤、水文、地质等因子变化及其对生态系统影响进行了大量研究。针对全球变化的生态系统影响，学者从植物群落、植物生理生态、地下生态、水生态系统、生物入侵、生物多样性等方面开展了深入研究。

先后建立了多个地球系统模拟模型，地球系统变化预测能力大幅度提升。上世纪80年代以来，很多研究机构陆续开展了大气模式、海洋模式、陆面模式、海冰模式等地球系统模拟模型的研发和应用。2000年美国NASA提出构建地球系统建模框架ESMF，包括核心框架、天气及气候建模、数据同化应用等，为地球系统建模提供了一个标准的开放资源的软件平台。ESMF发展至今，已经拥有40多个模型，包含大气圈模型、大气动力学/物理学相关模型、海洋模型、陆地和陆表模型、水文学/分水岭模型等。欧洲提出了欧洲地球系统模拟网络（ENES）计划，包括地球系统模拟集成和气候资料存储与分发两个计划，目标是建立一个高效的欧洲地球系统模拟和气候预测系统进行集成模拟研究。日本在上世纪90年代启动了“地球模拟器”计划，于2002年研制成功，并在国际上率先开展了超高分辨率的全球气候系统模式的发展和模拟研究。中国科学院开发了地球系统模式CAS-ESM，集成了大气、陆面、陆冰、海洋、海冰等分量模式。

应对全球变化提出了系列减缓、适应方案，服务制定政策、编制规划和措施决策。基于地球系统观测、机理研究与模型模拟预测，开展全球变化的适应与可持续发展研究是地球系统科学研究的重点之一。2015年，《联合国气候变化框架公约》近200个缔约方在巴黎气候变化大会上达成《巴黎协定》，将所有国家都纳入了呵护地球生态确保人类发展的命运共同体当中，目标是把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃之内，并为把升温控制在1.5℃之内努力。越来越多的研究强调通过人类自身行为的改变，主动适应地球系统变化；通过土地系统和景观的重新设计，协调生态系统服务和人类福祉之间的相互关系；通过社会-经济-环境可持续性的综合协同，降低地球系统变化的风险。

（2）促进自然科学与人文科学融合和推进更加平衡的多学科集成，成为地球系统科学发展的未来趋势

国际科学理事会（ICSU）于2010年提出了面向全球可持续发展地球系统科学面临的5大挑战：一是如何提高对未来环境条件及其影响预测的实用性；二是如何发展、增强和集成必要的观测系统用以管理全球和区域环境变化；三是如何预见、识别、避免与管理破坏性全球环境变化；四是采取什么样的制度、经济和行为变化以迈入全球可持续发展路径；五是如何在技术研发、政策制定与社会响应中鼓励创新来实现全球可持续性。

面临这些重大挑战，地球系统科学将会从自然科学主导的研究转变为有广泛的科学和人文领域参与的研究，从单学科主导的研究转为更加平衡的多学科集成研究。“未来地球计划”未来10年将集中在3个方面：动态行星地球——观测、解释、了解和预测地球、环境和社会系统趋势、驱动力和过程及其相互作用；全球发展——获得管理食物、水、能源、材料、生物多样性和其他生态系统功能和服务所需要的知识；可持续性转型——了解转型过程与选择，评估跨部门和跨尺度的全球环境治理与管理战略。

中国所提出的构建人类命运共同体理念，得到了国际社会的高度认可。这一理念被联合国纳入相关决议，与“未来地球计划”等一起共同引导与推进全球生态文明建设。

2. 地球关键带理论：服务构建山水林田湖草生命共同体

地球关键带是指异质的近地表环境，岩石、土壤、水、空气和生物在其中发生着复杂的相互作用，在调控着自然生境的同时，决定着维持经济社会发展所需的资源供应。地球关键带科学为近地表圈层地球系统研究提供了一个整体框架，在此框架内开展全面、系统、持续、深入的跨学科研究。可以说，地球关键带科学是地球系统科学在近地表圈层的具体实现，为地球系统科学提供区域理论基础并服务于区域与全球可持续发展。

（1）融合地质、水文、土壤、生态等学科，地球关键带科学快速发展

通过探索，地球关键带科学形成了一条整合研究的技术框架：循环上升的调查-监测-研究体系。通过调查、监测和研究的循环进行，不断深化对关键带及其过程时空变化规律的认识；在此基础上，通过对图件、数据和成果集成分析，针对管理者、科学家、社会公众等服务对象生产各种产品，将关键带研究成果最大程度地传递给社会。

调查是了解地球关键带组成与结构的基础，也是部署监测和开展建模的基础。2012年，美国地质调查局发布了其核心科学体系科学战略（2013～2023），明确将地球关键带作为其研究的核心靶区，提出针对关键带的结构和过程进行调查，建立关键带3D/4D地质框架模型。针对土壤侵蚀、盐渍化、有机质减少和滑坡等土壤环境问题，欧盟委员会发布了土壤保护主题战略，将传统的1～2m深的土壤层扩展到地表至基岩之间的未固结土层进行调查和研究。关键带调查的主要目标之一是回答“关键带如何形成与演化”这一基本科学问题。欧盟资助的欧洲流域土壤变化项目选择了代表土壤形成不同阶段的4个地区进行调查研究，分析确定关键带形成演化的影响因素和关键带生态服务的可持续性。

监测是了解地球关键带随时间变化的基础，为建模提供所需的输入数据和校正数据。美国国家科学基金会于2007年启动了关键带观测计划，先后建立了10个关键带观测站，以流域为单元，对关键带各种要素进行长期观测。德国亥姆霍兹联合会于2008年启动了陆地环境观测建设项目，先后建成了4个陆地环境观测站，为区域尺度气候变化研究提供地下水、包气带水、地表水、生物和大气的基础观测数据。法国则通过提升现有的“河流盆地网络”所属的观测站，建设关键带观测设施，以流域为单元对关键带要素进行观测。欧盟委员会于2009年启动了“欧洲流域土壤变化”项目，选择4个典型地点建立了地球关键带观测站，将土壤监测作为长期观测的重点。

建模对于深化对关键带形成、运行与演化的科学认识具有重要的作用，始终是关键带科学研究的重要领域之一。例如，美国关键带观测计划的重要目标之一是建立能够描述关键带生态过程、生物地球化学过程和水文过程的系统模型，定量预测气候变化、地质作用和人类活动下关键带结构和功能的响应。关键带过程模型大致可分为两类：一类是描述单个过程的数学模型，一类是描述多个过程叠加的耦合过程的数学模型。对于前者，目前已建立了较为成熟的模拟模型；而对于后者，是关键带建模的重点和难点，尽管近年来做了很多探索工作，耦合模型还远不成熟，仍在不断发展中。

（2）随着地球关键带科学的形成与发展，或将促使地球表层研究发生科学变革

地球关键带将与经济社会最密切的近地表环境作为独立的开放系统，为区域资源、环境和生态问题研究提供一个完整的系统框架。地球关键带科学研究尚处于探索阶段，近年的进展表明地球关键带科学有潜力促使地球表层研究发生科学变革，为经济社会面临的气候变化、生态系统管护、水资源安全、自然灾害防治等重大问题的解决展示了一种新的图景。未来地球关键带科学研究发展方向包括4个方面：开发一个统一的地球关键带演化理论框架；开发耦合的系统模型来探究地球关键带服务；开发一个集成的数据和测量框架并进行验证；建立多学科集成的地球关键带观测站。

从国内生态文明建设的实践中，我国提出了“山水林田湖草是一个生命共同体”的理念。在内涵上，地球关键带与山水林田湖草异曲同工，前者侧重理论，后者侧重实践，目标均是推进区域生态环境治理。地球关键带科学是山水林田湖草系统治理的理论基础，后者则是前者与实践相结合的应用体现。地球关键带科学与山水林田湖草生命共同体理念共同构成了区域生态环境治理的理论框架，共同推进区域可持续发展。

对地质调查工作的思考

地球系统问题得到了政府与学术界的高度关注。在社会治理层面，围绕人类社会持续发展需求形成了“两个共同体”理念——人类命运共同体与山水林田湖草生命共同体。在学术层面，随着全球观测、信息等技术的进步，以问题为导向，地球科学形成了新的分支——地球系统科学，聚焦近地表圈层衍生了“地球关键带”新领域。由此，政府与学界在应对地球系统问题方面高度契合，共同构成了完整的理论框架。地质调查工作应树立人类命运共同体与山水林田湖草生命共同体理念，以地球系统科学理论为指导，以地球关键带为重点，加强调查、监测与机理研究，加强综合评价，服务和支撑生态文明建设。

一是以地球关键带为重点加强综合调查评价。将地球关键带作为地质调查工作的重点靶区。按照统一的技术规范和标准，开展不同尺度的专业性基础性地质调查，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，建立地球表层三维地质框架模型。充分利用现代信息、网络、大数据等技术，加强区域问题综合评价，形成基础扎实、数据可靠、形式多样的综合评价产品，服务区域生态治理与自然资源综合管理。

二是以服务生态保护修复为目标加强生态地质调查。根据自然资源管理与生态保护修复需要，选择典型地区探索开展生态地质调查，形成生态地质调查技术规范。根据自然资源勘查开发的源头保护、利用节约与破坏修复全过程需要，推进不同尺度生态地质调查，提出生态保护修复地质解决方案。

三是以服务全球资源治理为重点加强全球问题合作研究。以“一带一路”倡议为抓手，加快推进矿产资源勘查开发国际合作，加强产能合作，促进全球资源优化配置。立足我国优势，在前沿与关键领域，策划实施地学大科学计划，以全球岩溶动力系统资源环境、地球化学调查、青藏高原特提斯演化与资源-环境效应等为重点，推进国际地学大计划合作。

四是以资源环境要素为重点加强地球系统探测与监测。采用卫星遥感、航空遥感等对地观测技术，定期采集全球与区域资源环境要素数据。协调、整合、新建观测站点，形成地球关键带综合监测网。开展区域自然资源数量、质量与生态综合监测，及时提出预警。围绕深部资源勘查开发与灾害防治需要，加强地壳深部探测。

五是以提升自然资源管理决策支撑能力为重点加强地质大数据建设。整合现有地质、资源、环境、生态等调查数据，构建地质大数据核心数据库体系。建立资源环境要素数据动态更新机制，实现地质大数据与自然资源管理需求在时空上的契合。与经济、管理、社会等相关基础数据无缝链接，为自然资源管理与资源环境治理提供全方位支撑。

地球关键带研究的调查-监测-研究循环体系框架

六是以过程机理研究为基础加强综合评价。基于三维地质框架模型，加强地球系统物理过程、化学过程、生物过程的机理研究，建立地球系统或地球关键带模拟模型。基于机理模型，考虑不同社会经济发展情景，对所面临的问题进行综合评价，有针对性地提出地质解决方案。

（作者单位：自然资源部中国地质调查局发展研究中心）

大洋磁条带是什么？它是如何产生的？它的存在与发现又有什么意义？那就让我们来共同探索一下吧。

大洋磁条带存在于大洋底部，看不见摸不着，20世纪50年代，人们通过磁测资料发现，在广阔的大洋底部存在着一条条带状磁异常，这些磁异常的走向与大洋底部称为“洋脊”的巨大山脉平行，以洋脊为中心，磁异常条带对称排列，呈周期性正负交替变化，每一条磁条带宽度不超过数十千米，长度可达数千千米，这些带状磁异常就是我们所谓的大洋磁条带。

大洋磁条带又是如何产生的呢？说起大洋磁条带的成因，我们不得不提到另一个有名的假说——海底扩张说。20世纪60年代罗伯特•迪茨（Robert Dietz）和哈雷•赫斯（Harry Hess）提出了海底扩张说，即高热流的地幔岩浆沿洋中脊的裂谷上涌冷却形成新的洋壳，以洋中脊为界，新生洋壳扩张，把两边老的洋壳向两旁推挤，然后在海沟处洋壳潜入地幔消亡。但假说毕竟还是假说，得到广泛的认可，还需要确凿的证据。而大洋磁条带的发现为这一假说提供了最为有力的证据。

1963年1月，加拿大地球物理学家劳伦斯•莫里（Lawrence Morley）提出：洋中脊处不断喷涌出来新岩浆，在冷却形成新洋壳的过程中，当其温度下降到居里点（500—450℃）以下，玄武岩、橄榄岩等洋壳岩石内的磁铁矿被磁化，记录下当时的地磁场。随着洋中脊处不断形成新洋壳把两边老的洋壳向两侧挤，于是地磁场就在洋中脊两侧被岩石对称记录了下来。在过去亿万年的地球发展过程中，地球磁场南北极曾多次发生倒转，新生洋壳岩石会按新的方向被磁化,从而形成了我们现在所看到的磁条带正负交替变化的现象，记载了沧海桑田变化的奥秘(图1)。这一经典理论现在被写入每本地质教材，但当时却遭到Nature及Journal of Geophysical Research的拒绝，直到1967年才被刊登在文学杂志Saturday Review上。同年，英国地质学家弗雷德里克•范恩(Frederick Vine)、德拉蒙德•马修斯(Drummond Matthews)根据海底扩张学说也提出相似的简单解释。三位科学家的研究成果，最终为人们广泛认同。

大洋磁条带的存在与发现又有什么意义？现代磁测研究表明，垂直于洋中脊对称式分布的各磁异常条带的宽度和地磁场倒转事件的持续时间长短成正比关系：将磁异常条带宽度所代表的距离除以该条带的时间跨度就能够计算出海底扩张的速度，大约每年数厘米。因此，大洋磁条带不仅证明了海底扩张的存在，而且根据海底扩张的速度和海底的宽度就可以计算出整个洋底不同部分的年龄，最老的海底为侏罗纪，大约2.2亿年左右，它和实测的年龄数据十分吻合。

大洋磁条带为研究大洋构造演化历史提供了依据。通过对大洋磁条带的探测，可以对大洋构造等进行深入研究。其中，洋底构造对解决地壳起源、演化等地质学根本问题关系极大。

大洋磁条带

“矿产品市场——大宗矿产”分论坛现场

在享受了10年的贸易盛宴之后，矿产品供应商如今已经是蔫头耷脑了。

受世界经济缓慢增长的影响，全球矿业发展势头放缓，矿产品价格、贸易等指标出现了震荡收缩，矿产品贸易高利润时代宣告终结，但矿业持续增长的总态势难以改变。

中国已经成为世界上最大矿产品生产国、消费国和贸易国。研究表明，近10年来出口和投资的快速扩张，刺激了矿业类大宗商品的巨大需求，其他矿产品需求占全球市场的份额也快速上升。

由于中国的经济增长模式仍然依赖投资，中国对矿产品的需求仍将十分强劲。记者从2016中国国际矿业大会上获取的信息显示，过去5年，中国矿产对外贸易持续发展，矿产品进出口贸易总额近5万亿美元，增长81%。

从矿产品使用强度的历史经验与国际比较看，发达国家曾处在矿产品消费高峰平台期很长时间。新形势下，我国经济发展进入新常态，对主要矿产品仍有强大而稳定的需求。有专家表示，中国主要矿产品消费整体上仍将至少有15年的高峰平台期。

上述观点在某种程度上的确可暖一暖心窝。不过，中国需求减弱影响矿产品价格暴跌也是不争的事实，尽管最低点已经过去，部分产品正从供大于求向供需平衡转变，但由于实体经济没有好的回暖迹象，未来3年内矿产品价格难有大幅攀升的可能。

矿产品需求增速放缓

矿产品消费与一国的经济发展阶段密切相关。

“全球矿产品消费2011年达到顶点，2012年开始往下掉，到2016年初进入低谷，中国需求对全球矿产品的变化影响非常大。”中国地质科学院矿产资源研究所“一带一路”中心副主任陈其慎在2016中国国际矿业大会上表示。

2013年全球经济增速下降，矿产品价格波动以及矿业的快速增长造成成本上升，全球矿业进入发展“寒冬期”。

全球矿业经过10年黄金周期的快速增长，把整个矿产品价格和需求推到了顶峰。在这个过程中，中国需求对全球矿产品消费发挥了拉动功能。陈其慎称，中国推动城镇化建设，带动对原材料的大量需求，也带动了国际矿业走向高峰。

中国经济现在面临5年~10年转型期或去产能期，很难再现过去10年对矿产品的强劲需求。在此情况下，中国经济对未来矿产品市场拉动不会像上一个周期那么强劲，矿产品市场发展和繁荣将依赖于中国以外的其他国家。

不过，现阶段还没有办法找到哪个国家取代中国对矿产品市场的拉动。在这种情况下，全球矿业的复苏将是一个漫长的过程，尽管全球矿业最低点已经过去，但是“寒冬”可能要维持比较长时间。

今年以来，我国煤炭、铁矿石、油气、有色、非金属等矿产资源行业在政策去产能、市场去产能、企业联合冻结产能等因素推动下，大力推进供给侧改革，已显示出积极成效。

煤炭市场供需失衡局面有所改善，市场环境发生了积极变化，全国煤炭产量降幅超过消费降幅，且价格回升，但是行业资金紧张、经营困难等问题依然突出。

铁矿石价格脱离了2013年以来单边下跌行情，出现了触底反弹、合理回归、理性上涨局面。但是，全球供大于求的格局没有明显变化，国内矿山生存发展面临更大的困难。

有色金属工业总体保持稳定运行势头，但是矿山产量持续回落，矿山固定资产投资持续下滑，且不同金属品种之间分化运行特征突出。

非金属矿产在去产能、调结构的推进下，主要矿产品产量、销量、价格等指标基本保持稳定或有所回升态势，行业运行质量趋于改善，但是部分矿种，例如萤石、石墨等，产能过剩迹象依然比较突出。

全球油气供需格局多极化日益明显，供需差距减小，并且在结构上出现了“弃油求气”的征兆。

从总体上看，中国矿产资源市场供需基本面有了一定程度的调整。陈其慎表示，中国工业化进程已基本结束，进入后工业时代，矿产品需求收窄是必然的事。

中国经济发展速度跟世界上所有发达国家发展历程都一样，都会放缓，虽然经济还会不断增长，但是增长速度会放慢，全球经济周期性变化是不可逆转的大趋势，矿产资源消费也不例外。

以钢、铜、铅、锌消费为例，1950年以来，全球消费趋势明显可划分为三个周期：第一个周期（1950年~1974年），消费量快速增长，年均增长率分别为钢5.8%、铜4.8%、铅4.9%和锌4.5%；第二个周期（1974年~1994年），消费滞胀期，年均增长率仅分别为钢0.19%、铜1.8%、铅0.2%和锌0.9%；第三个周期（1994年~2014年），消费增长又一次加速，年均增长率分别为钢3.9%、铜3.4%、铅3.5%和锌3.4%。

从1995年到2012年，铁矿石、铝、煤炭、石油等资源性产品，都是中国因素在拉动。此间，中国在承接全球化产业转移中实现了经济高速增长，中国人口占世界的1/5，强大的发展动能决定了其对矿产品的旺盛需求，所以中国拉动世界消费是必然的。

美国、加拿大、日本、韩国等都经历了同样的过程。美国1935年开始的产业递进，从纺织到建筑，到黑色金属，再到有色金属，都经历了对矿产品需求的递增。日本也是这样，由产业演进转化为资源演进，在完成工业化后，铜、镍需求量持续增长，而钢铁需求却逐渐下降，原因在于钢铁用于城市化建筑的使命基本完成，而铜、镍之所以在继续增长，主要是用于将来高速发展的行业。

“每类资源对应一个产业，这个产业高速发展的时候，就会对这种资源产生大量需求。”陈其慎表示，中国经济增速放缓，对全球矿产品市场的影响是显而易见的。

不过，在本届中国国际矿业大会上，来自世界各国的矿业届代表依然对中国这个全球最大的矿产品消费市场充满期待。一位来自非洲的矿业届代表表示，“中国正在进行改革，正从以基础设施建设为主的增长模式转换成消费驱动增长模式，虽然前面可能会遇到波折，但这艘超级油轮不会停止探索的行程。”

矿产品难回价格高点

来自中国国土资源经济研究院的研究报告显示，2016年上半年，世界经济增长低于预期，传统矿产需求触及阶段性“天花板”，支撑大宗矿产品价格和矿业金融市场向好的基本面虚弱，矿业复苏动力衰竭。

首先，受美国收紧货币政策、新兴经济体债务负担加重等因素影响，主要机构普遍都在下调今年世界经济增长的预期；其中，世界银行把今年初对全球经济增长的预期从2.9%下调到2.4%，IMF把今年初对全球经济增长的预期从3.4%下调到3.2%。

其次，美国、欧洲等发达国家单位GDP资源使用强度已经进入低值平台区间，煤炭、粗钢、铜等传统矿产消费与经济发展处于脱钩状态，需求总规模呈现相对稳定状态。中国是本轮矿业“黄金十年”的主要贡献者，传统矿产单位GDP资源使用强度已经或即将进入峰值平台区间，对资源需求拉动的贡献基本到位。

此外，其他新兴经济体和发展中国家，例如巴西、印度、南非等，正面临艰巨的结构性调整和债务负担加重等因素影响，其经济下行压力继续加大，直接约束传统矿产消费规模扩张。从现在世界和主要国家经济发展状况看，全球煤炭、粗钢、铜等传统矿产需求总规模分别触及38亿~39亿吨油当量、16亿~17亿吨、2200万~2300万吨的“天花板”水平。

今年上半年，尽管全球大宗矿产品价格和矿业金融市场有所好转，但是支撑大宗矿产品价格持续回暖的基本面仍很虚弱。

2016年上半年，全球大宗商品市场出现了近几年难见的普涨行情。黄金价格从2016年1月份最低的1062美元/盎司一度上涨至5月初接近1300美元/盎司，涨幅近23%；铁矿石价格从2016年1月份最低的39美元/吨，最高涨到了4月下旬的68美元/吨，涨幅超过70%，但仍处于历史相对较低水平；铜矿价格从2016年1月份最低的4300美元/吨的水平，最高上涨至3月下旬5000美元/吨左右的价格，涨幅约为16%。

从矿产品市场的基本面来看，目前令人失望的宏观经济数据，并没有根本性改变需求不足的现实，供过于求的局面并未改变。

分析称，今年上半年大宗原材料商品价格反弹的动力主要来自周期性补库存需求、美元指数高位回落带动资产再配置、前期商品价格暴跌而有内在反弹修复要求等方面的因素驱动。从长期看，经济结构调整将使得矿产品需求增速不可能像过去那么强劲，去产能和供给侧改革也将使得大宗矿产品价格继续承压。

受经营业绩影响，今年一季度五大国际石油公司上游投资平均下降25.9%，力拓2016年削减投资至50亿美元。伴随投资缩水，主要矿业公司不断宣布减产计划，例如必和必拓宣布削减2016财年铁矿石产量1000万吨，使得本财年预期产量降为2.6亿吨；淡水河谷将2016年铁矿石产量预期削减约10%，至3.4亿~3.5亿吨。智利作为全球最大的矿山铜生产国，1月~5月铜产量约230万吨，同比减少5.3%。

研究表明，大宗矿产品需求在经历多年高速增长后已经开始集体下滑。实际上，在上世纪70年代，大宗矿产品就已经经历过这样的周期性需求下降。1973年的石油危机打击了全球经济，当时美国和欧洲等发达国家的矿产品需求出现扎堆式集体下滑；特别是美国，危机后的10年，其一次能源、钢铁、铜、铝、铅、锌等大宗矿产消费均呈现停滞增长状态。

当前，中国基础设施高速建设时代已经基本结束，经济“三驾马车”对资源需求的拉动作用正在减弱，并导致2015年中国大宗矿产消费出现史无前例的集体下滑。其中，2015年中国一次能源消费量约28.7亿吨油当量，比2014年下降了3.4%；钢铁消费量于2013年到达顶峰，2014年和2015年合计下降幅度接近韩国2014年粗钢消费总量（5783万吨），降幅之大远超预期；2015年，精炼铜、精炼铅、精炼锌消费量分别约为1080万吨、380万吨、630万吨，比2014年分别下降4.3%、9.0%、1.2%。

陈其慎表示，中国的城市化率已经接近60%，对大宗产品需求增长进入尾声，从2013年开始，中国矿产品需求从过去10年快速上升将转到未来平移，再转到下滑。当然，中国不同的产业发展形势，将决定相应的矿产资源需求形势，但价格不可能达到原来高位猛涨的程度。可以预测，未来中国矿业产值将往下走，届时矿业将开始进入夕阳产业。

不过，从全球形势来看，发展中国家，比如印度和东盟大宗矿产品的需求正在上升，但短期内很难抵消中国的趋势。因此，全球矿产品消费量不可能下降，只有价格下降，没有绝对量的下降。据分析，中国铜、铝消费量基本达到了顶点，而印度和东盟钢、铜、铝的需求在2020年以前不会大规模、大幅度上升，钢需求量也仅在1亿吨的水平，而中国钢消费量达到8亿吨，所以，印度和东盟对矿产品需求根本起不到拉动作用。

陈其慎认为，矿产品消费总量没有往下跌的过程，只会往上走，只是不同矿产价格波动非常大，从近期全球的需求来看，矿产品供应量基本上持平，但是价格下来了，这就说明一个问题，矿产品价格主要受供需的形势转变影响，而不是由绝对量的多少来决定。

“本轮全球经济危机可能还将持续3年~5年，中国经济转型不可能3年~5年完成，即使矿业复苏，矿产品价格也难以回到上一个周期高点。”陈其慎表示，因为世界上没有第二个经济体会在这么短的时间内有像中国这样的发展力度和发展速度。

​技术人员在四川省宜宾市筠连县安装中深层地下水多参数分层原位在线监测仪器。

技术人员在甘肃武都GNSS地表位移监测站调试设备。

进入7月，大雨一轮接着一轮，地灾防治形势严峻。在重庆云阳、甘肃武都和文县、湖南溆浦等地的地质灾害监测预警实验点，地质灾害监测预警设备就像一双双“眼睛”，时刻盯着这里降雨、裂缝、山体的动向。而远在千里之外的河北保定，自然资源部地质环境监测工程技术创新中心的技术人员也在时时关注着这些设备远程发来的监测数据。

这些地灾监测预警设备，是地质环境监测工程技术创新中心面向国家防灾减灾救灾新战略，按照自然资源部普适型地质灾害监测预警技术装备研发的要求，聚焦地质灾害隐患在哪里、什么时间可能发生等关键问题，集成运用多种高科技手段，重点攻关滑坡崩塌智能监测预警难题研制而成。

而地质灾害监测预警设备，仅是该中心的研发方向之一。由原国土资源部地质环境监测技术重点实验室转型而来的自然资源部地质环境监测工程技术创新中心，自2019年进入自然资源部科技创新平台序列，依托中国地质调查局水文地质环境地质调查中心近40年的技术积累和雄厚的研发实力，设立地质安全监测技术与装备、资源开发环境影响监测技术与装备、生态地质环境监测技术与装备3个研发方向，目前已形成地质灾害监测、地热监测、生态地质环境监测、仪器质量检测检验4个技术团队，致力于打造地质环境监测装备工程化研发和成果推广应用的高地。

地质安全监测：实现多传感器多要素信息获取，形成功能齐全、智能联动的地质灾害监测预警装备体系

地质灾害隐患在哪里、什么时间可能发生，是地质灾害防治需要首要解决的两个关键问题。2019年，自然资源部启动了普适型地质灾害监测预警设备研发工作。地质环境监测工程技术创新中心紧密围绕降雨与地表变形监测技术难题，综合运用微机电系统、光电/压电、北斗定位、窄带物联网等智能传感与传输技术，实现位移、倾角、土压力、雨量、含水率、泥水位、地声等多传感器多要素信息获取，形成全面覆盖、多源融合、功能齐全、智能联动的监测预警装备体系，系统解决地质灾害监测预警的“感、传、知、控”难题，创新性地提出了普适型地质灾害监测预警设备一体化、轻便化及快速安装部署的解决方案。

2019年～2020年，该中心先后研制推出智能雨量监测仪、倾角/加速度监测仪、智能裂缝位移监测仪、GNSS地表位移监测仪、土壤含水率监测仪和无线声光报警器等仪器设备。这些设备具备集成化、低功耗、低成本、安装便捷、维护方便等特点，不仅较以往的监测设备在可靠性和集成度上有了很大提升，而且还降低了设备功耗和综合运行成本，先后在三峡库区、甘肃陇南、江西赣州及西藏昌都金沙江上游等地进行了安装试用。

2020年7月16日，重庆地区普降暴雨，云阳县域迎来强降雨，在团包滑坡安装部署的普适型监测设备及时捕捉到滑坡变形迹象。至2020年7月17日8时，设备监测数据显示，滑坡后缘裂缝变形量呈明显增长趋势。该中心技术团队研判滑坡受降雨影响变形将会加剧，随即向云阳县规划和自然资源局报告了险情。在该局启动应急预案后，技术团队与地方政府双方主要负责人建立联络通道。而后，裂缝变形持续增大，7月17日15时56分后缘裂缝变形量达64.2毫米。技术人员立即通过联络通道通知临时避让。当16时44分监测预警平台报警装置被触发时，当地政府工作人员已冒雨赶到现场，组织受威胁群众紧急避险撤离。由于及时预警并采取了临时避险措施，有效避免了人员伤亡。

今年，该中心持续优化完善地质灾害监测预警设备性能，继续在甘肃、湖南、新疆、西藏等地开展监测预警实验，并派出专家组指导甘肃、湖南两地开展地质灾害监测预警实验工作。

资源开发环境影响监测：满足高中低温地热资源勘查广泛需求，自主研发地热水位水温一体化监测设备

地球内部像一个大热炉，可以给人类提供清洁的能源——地热能。而保障地热资源长期、可持续开发利用的一个前提，是掌握地热储层及其周边地质环境的动态变化。这就需要通过长期对开发利用动态数据进行采集、分析、模拟和解译，获取地热资源的真实性质和参数。

为此，地质环境监测工程技术创新中心研发了深井分布式光纤温度监测仪，充分利用光纤传感设备耐高温、耐腐蚀和抗电磁干扰、可分布式测量等特点，实现了一次下井即可完全掌握全井筒温度特征，避免了测量过程的温度扰动。

依托地质调查项目，应用该监测设备，该中心对天津市东丽湖及其周边的13口地热深井开展全井段测温工作，获取了丰富的地热井温度数据，为本地区地温场温度特征分析及大地热流数据库的完善提供了基础数据。相关资料已经依托项目提交到天津市东丽湖相关管理部门。

同时，基于深井分布式光纤温度测量技术，该中心设计开发了井壁光纤监测配套装置，将光纤紧密耦合在套管上，避免了光缆下井过程中的滑动、磕碰与挤压损坏等工程技术难题，实现了深井地层温度的分布式长期在线监测，为更好地评估地热资源及了解储层结构提供了技术支持。

面对地热资源管理新形势，在地热大规模开发区建立地热专用监测网络，了解和掌握地热资源动态迫在眉睫。基于此，2019年，该中心针对国内中低温地热监测广泛需求，自主研发了地热监测专用设备，具有耐高温和抗腐蚀等特点，可实现地热井水位、水温实时自动化采集和监测数据的远程传输。

利用该系列监测设备，该中心在雄安新区建立了雄县牛驼镇地热田地热监测网，范围覆盖雄县6个乡镇，控制面积240平方千米，一期监测网包括专用监测井10眼，持续运行近11个月，掌握了该区域的地热储层（新近系馆陶组、蓟县系雾迷山组和高于庄组）在供暖季、非供暖季水位呈周期性下降与恢复趋势；后续二期监测网作出调整，增加了开采井和回灌井。截至目前，监测网已持续运行22个月，数据真实可靠，为雄安新区地热动态监测规模化建设积累了经验。相关监测报告已提交到雄安新区地热管理部门，为雄安新区地热可持续开发管理提供科学数据。

生态地质环境监测：助力地下水资源合理开发利用，推动实现地下水多参数分层原位在线监测

地下水是看不见的水源。要了解地下水资源的变化，只有开展长期监测，才能作出全面、客观、准确的评判。

地质环境监测工程技术创新中心自主研发的地下水动态远程监测系统，构建起“传感器﹢采集器﹢管理平台”的全流程技术体系，实现了地下水水位水温全要素自动监测自动传输。首创的“一孔多层”自动监测与集中数据同步传输的工作模式，实现了由传统的混合监测向分层监测转变。这一系统在国家地下水监测工程中推广应用2000余套，实现了河南、河北、山东等7省地下水的区域监控，为工程安装、运维和监测数据安全提供了重要技术和装备支撑。目前，已推广应用到南非等“一带一路”沿线国家。

野外环境复杂多变，往往引起用于地下水水质测量的电极传感器性能不稳定，从而导致难以获取稳定、准确的水质测量结果。对此，该中心通过研判野外复杂环境对检测传感器和检测参数的影响机制，攻关环境影响多源要素自动识别与智能补偿技术，解决了易变组分碳酸根和碳酸氢根野外现场快速检测技术难题，2018年集成地下水多参数电极传感器，研发了可测量氟离子、pH值等11种参数的水质现场快速检测仪器和中深部含水层多参数分层原位在线监测设备等，推动水质检测装备由室内分析向野外测试使用的跨越，在地下水环境监测、页岩气与煤层气能源资源安全监测等领域得到较为广泛的应用，取得了显著的经济和社会效益。

针对国内传统分层抽水技术存在的成井结构复杂、钻井施工成本高、施工周期长、井内封隔止水效果差等技术缺陷，该中心成功研发了以封隔注浆分层止水技术、分段振荡洗井技术、分层抽水（采样）技术和分层观测技术为主体的地下水分层勘查新技术装备，推动形成了“封隔成井—分段洗井—分层抽水—分层长观”地下水分层勘查新模式，不仅能够实现大深度松散层水文地质孔的分层成井，大幅提高施工效率，而且能够便捷获取高精度水文地质参数，分层构建水文地质模型，对于准确评价地下水资源、合理开发和利用地下水具有重要意义。自2014年至今，这一装备先后在甘肃、黑龙江等20多个省（区、市）进行了推广应用。

2021年是“十四五”开局之年，地质环境监测工程技术创新中心在自然资源部及中国地质调查局的领导下，在中国地质调查局水文地质环境地质调查中心的大力支持下，将继续以地质环境监测装备自主研发应用为主业，克服零而散的产品模式，在系统化、智能化、工程化、市场化上发力，打造实用性强、性价比高的技术产品，提供涵盖方案设计、订单式研发、工程实施、运维服务的整体解决方案；同时形成国家CMA、CNAS认证资质的仪器质量检测检验平台，实现地质灾害监测仪器“通信接口—仪器质量—预警平台”一站式检测检验，支撑自然资源部地质灾害防治主管部门监管职责。

来源：中国自然资源报

2020年10月31日，自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所联合青岛水族馆在青岛太平湾海域举办了“走进海洋潮间带，探访海洋小精灵”研究性课题活动，青岛海信学校10余名小学生及家长在专家团队带领下参加了此次活动。  

活动前期，两个单位组织相关人员实地踏勘选择最佳研学路线，根据学生的知识水平和兴趣点，安排专家指导；并根据潮汐规律和学生的时间，选定最佳研学时间。经过与学校对接之后，制订了详细的活动方案，将研学活动设为授课、实践和总结三部分。

首先是专家授课，三位专家分别就潮汐及潮间带基本知识、潮间带地貌及资源、潮间带生态为同学们进行了讲解。青岛水族馆的韩涵老师详细介绍了潮汐形成的原因和规律，潮间带的范围、类型、研究方法及研究意义，着重介绍了青岛潮间带的特色。潮汐是在太阳和月球引力作用下形成的海水周期性涨落现象，白天为潮，夜间为汐，青岛地区是典型的半日潮，南海北部湾地区是典型的全日潮地区。在高潮和低潮之间被海水覆盖的地区就是潮间带，根据不同的底质，将潮间带生境分为岩相、砂相、泥沙相和泥相四种生态类型。沿海地区是人类活动的高度聚集区，研究潮间带可以用于水产养殖、盐田开发、旅游景点、港湾建设、海岸带保护和治理等综合利用开发的需要，对于人类的生存和发展具有重要意义。

讲解之后，潮水已慢慢退向低潮线，大家带着工具开始了“探访”潮间带的实践。同学们先在礁岩上观察了花岗岩及其岩脉，利用放大镜观察了石英、钾长石等典型矿物。然后大家纷纷拿着铲子和小桶开始“赶海”，兴奋地采集附着在礁石上的孔石莼、红藻等藻类，掀开岩石寻找和观察螃蟹、螺类等生物。采集的过程中，大家明显感觉到今年潮间带的生物数量比往年多，个头大的生物也更多。老师肯定了大家的观察，解释说是因为受疫情的影响，来海边旅游的人较少，潮间带生物量明显增加，很多生物也有了长大的机会。这说明大自然有很好的自我修复能力，希望以后大家能爱护环境，保护好潮间带，不要一味的去索取和破坏，给予大自然喘息修复的时间。

实践活动之后，大家聚拢到一起，郭老师一一介绍了各种生物的特点和生活习性，孔石莼、鹿角藻，平背蜞、沙蟹、大眼蟹、蜘蛛蟹、红线黎明蟹、日本蟳（石夹红），以及帽贝、石憋、织纹螺、疣荔枝螺、马蹄螺，潮间带的生物真丰富啊，学到了这么多地质学和生物学的知识，同学们感觉收获满满。

此次研学活动不仅让大家学习到了潮间带及地形地貌的知识，拓展了学生的视野，采集和观察到了十多种潮间带的生物，更重要的是培养了大家对海洋科学的兴趣，提升了保护海洋的意识。

2020年8月16日，自然资源部中国地质调查局地质环境监测院联合贵州理工学院、中国地质科学院岩溶地质研究所在中国南方(松桃)红色岩溶高端学术论坛研讨会上发布了中国南方岩溶地质遗迹调查研究的成果，即发现并初步命名了“红色岩溶”地质遗迹。此成果是依托2019年“古生物化石与地质遗迹调查”工程下辖 “全国地质遗迹立典调查与评价”二级项目的子课题“酉水流域碳酸盐岩典型地质遗迹详细调查及演化模式研究”开展完成的，具有重要的科学旅游价值。

“红色岩溶”是一种极具观赏性的世界级地质遗迹，广泛分布于武陵山区，其中以贵州省铜仁市松桃苗族自治县人工揭露的露头最为典型。相比于湘西古丈、重庆酉阳的人工揭露红色岩溶地质遗迹，贵州松桃揭露的面积更大，形态特征更丰富，凹凸层数更多，凹凸程度更高，尤其是具有独具特色的红白互层（或可称为叠层）。相比常见的岩溶地貌，红色岩溶具有独特的外观形态特征，总体呈现红色，局部白色为主，最大特点为红白镶嵌，形态总体呈现成层凹凸状。

经过野外考察和室内研讨鉴评，60多位岩溶地质领域的专家一致认为“红色岩溶”作为岩溶地貌的新类型，具有重要的科学和经济价值：一是“红色岩溶”的特殊凹凸形态特征，指示了特殊的形成动力及环境，可以补充完善岩溶地貌的演化模式，丰富对岩溶地貌演化规律性认识。二是“红色岩溶”的岩性为互层的泥质灰岩与灰岩，指示沉积环境的周期性变化，对认识华南板块早-中奥陶世沉积环境具有重要的意义。三是松桃苗族自治县及其周边分布的“红色岩溶”景观在世界岩溶类型中具有唯一性，其极具观赏性的形态特征可以带动武陵山区国家级连片贫困区的旅游发展。

下一步，环境监测院将依托“古生物化石与地质遗迹调查工程”，与贵州理工学院、岩溶地质研究所合作，在“红色岩溶”的定义、成因演化和保护利用等方面进行更深入研究，推动松桃县地质公园或科普基地的建设，有效助力地质遗迹的保护和地方经济发展。

松桃县“红色岩溶”地质遗迹