为充分发挥学科馆员数据挖掘和数据分析的优势，发挥科技文献在重大研究中的战略支撑作用，近日，中国地质调查局地学文献中心（以下简称“地学文献中心”）组织编撰了《地学新书资源推介——国际天然气水合物专题》报告（以下简称“报告”）。报告运用文献计量学方法，系统分析国际天然气水合物的整体研究态势。

本期推介报告收集2014-2023年国际天然气水合物的SCI论文9490篇，运用文献计量学模型方法分析国际天然气水合物近年来的研究进展，具体包括论文增长趋势，论文数量国际对比、论文领域和期刊分布、高产机构等。

分析结果表明，国际天然气水合物研究论文增长速度很快，呈现出快速发展的态势。中国、美国和日本是论文总数排序前三的国家。从单年论文数来看，中国已经成为年发表论文数最多的国家。发表论文数最多的机构是中国科学院。分析论文的学科领域分布情况表明，论文数最多的学科领域是工程化学，不同国家的学科分布特色较为明显。报告进一步分析了国际天然气水合物论文的期刊分布情况，高产机构情况、被引频次情况和研究主题分布情况内容，以期为系统掌握国际天然气水合物研究态势、科学前沿监测提供有效支撑。

下一步，地学文献中心将继续跟踪地质调查重点工作，有效整合集成高质量地学文献资源，加强态势分析和文献推送服务，力争形成长效的文献产品，加速支撑新一轮找矿突破战略行动。

报告封面

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）

​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