编者按 

“是那山谷的风，吹动了我们的红旗……我们满怀无限的希望，为祖国寻找着富饶的矿藏。”

新一轮找矿突破战略行动启动以来，广大地质工作者大力弘扬爱国奉献、开拓创新、艰苦奋斗的优良传统，把智慧、汗水洒遍山川大地，为地质找矿事业书写崭新的时代篇章。《中国自然资源报》开设“地质足迹印山川”栏目，通过系列报道展示地质人物和团队的感人事迹，推动新一轮找矿突破战略行动取得更大成果。

“要想立足国内实现资源自给，资源勘查必须往深走。”这是第十八次李四光地质科学奖获得者吕庆田一贯的观点。

地层深处高温高压，遍布坚硬的岩石。“入地”之旅怎么走？如何才能“入地”更深？20多年来，中国地质科学院地球深部探测中心研究员吕庆田带领团队在陆内成矿理论和深部找矿预测新方法研究、深部勘探仪器设备研发等方面取得系列成果，给出了答案。

吕庆田2017年参加在美国阿拉斯加举行的 EarthScope会议。

加强地球深部探测

破解资源环境及灾害问题

1981年，17岁的吕庆田在老师建议下，顺利考入长春地质学院应用地球物理专业。1988年硕士毕业后，他被分配到中国地质科学院矿床地质研究所（现中国地质科学院矿产资源研究所），从一名实习研究员干起。之后，他一直在各个项目区通过地球物理的手段研究岩石圈结构等地球科学问题。

2000年，国土资源部“十五”专项研究计划“大型矿集区深部精细结构探测研究”启动，吕庆田参与其中。自此，他的学术方向开始了明确的变化——执着于探向地球深部。

为什么要探测深部、认识深部？“两大因素使然。”吕庆田说。

一是当时全球的矿产勘查都在向深部500米以下进军，我国起步已晚，必须加速赶上。

二是深部因素对成矿的控制作用逐渐被认识到，如幔源岩浆、新生地壳熔融、拆沉与底侵和深大断裂对成矿金属类型和矿床分布的一级控制等。

但深部地质结构、物质性质不清，控矿要素不明确等原因，让勘查深度难以突破，拓展深部资源遇到严峻挑战。为此，吕庆田带领团队先后承担了“十三五”重点研发计划项目“华南陆内成矿系统的深部过程与物质响应”、深部探测专项第3项目等20余项深部金属矿勘查技术和应用研究工作。

2016年5月30日，习近平总书记在“科技三会”上指出，“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”。同年，我国酝酿启动深地国家科技重大专项，瞄准国际地球科学前沿进行布局。吕庆田积极参与其立项和申报工作，并负责相关内容的编写。

此后近十年，吕庆田带领团队，以我国东部长江中下游成矿带和西部东准噶尔成矿带为探测对象，在成矿系统理论框架下开展了多尺度地球物理综合探测和研究，在陆内成矿系统的三维结构、深部找矿思路和找矿发现等方面取得重大进展。

选择我国东部长江中下游成矿带和南岭成矿带，以及铜陵、庐枞、于都—赣县等典型矿集区，吕庆田带领团队在成矿带岩石圈层次、矿集区地壳结构层次、矿床（田）精细探测层次，部署开展了三个层次的“入地”探测研究工作。

三个层次的探测研究工作，在揭示区域成藏成矿控制因素、开辟找矿新空间的同时，把握地壳活动脉搏，为提升区域地质灾害监测预警能力提供技术支撑。吕庆田说：“加强地球深部探测，对我国资源能源安全和减灾防灾意义重大。”

发展陆内成矿理论

解开地球深部成矿奥秘

岩石圈结构、物质和深部过程对成矿系统具有关键控制作用，但存在诸多认知“盲区”。

对此，综合20多年开展的综合探测研究，吕庆田带领团队创新性开创了以多尺度探测为特色的成矿系统研究新领域，提出陆内成矿系统受岩石圈拆沉、地壳属性和块体边界控制的新认识，发展了陆内成矿理论。相关成果在“十三五”国家重点研发计划深部探测专项中被充分吸纳。

“比如，以往认为成矿作用大都发生在板块边缘，与板块边缘造山作用密不可分，如洋—陆俯冲造山、陆—陆碰撞造山，而对于大陆板块内部的成矿作用及深部动力学机制却鲜有了解。”吕庆田说，他带领深部探测专项第3项目组在长江中下游成矿带经过4年努力，解开了大陆板块内部成矿的“深部奥秘”。

他们在长江中下游成矿带发现了岩石圈增厚、拆沉和软流圈隆起的关键证据，建立了陆内成矿的深部动力学模型。更为重要的是，他们获取了陆内下地壳和岩石圈地幔俯冲的清晰图像。

“这些发现诠释了为什么在长江中下游这个狭窄的带内，形成了数百个金属矿床。”吕庆田进一步解释说：“与板块边缘成矿类似，大陆内部在远程应力的作用下，也可以发生大陆俯冲，俯冲导致壳幔强烈相互作用，最终沿俯冲带形成大陆内部的巨型成矿带。”

前期扎实的探测研究工作，为钻探验证奠定了良好的基础。庐枞矿集区深部异常验证钻孔取得了深部重大找矿线索，发现了高强度的铀矿化，深部铀矿化为交代碱性岩复合型铀矿的新认识据此被提出。这一发现对庐枞深部找铀具有重大的理论和实际意义，并被推广到华南陆内造山等成矿系统的研究中。

创新深部探测技术

让矿集区结构“透明化”

知道深部有矿，怎么找？当时，国内外都没有多少经验可以借鉴。“

对深部矿产勘查来说，不仅需要突破精度、灵敏度更高的各种传感器技术，提升野外测量设备的稳定性，还要发展新的数据解释技术，把观测的数据转换为‘透视’地下的图像。”吕庆田说。

这一目标，在他带领深部探测专项第3项目组开展长江中下游成矿带深部探测试验时实现了。他们形成了一套针对大型成矿带岩石圈结构探测的技术解决方案，发展了多种地球物理数据处理与解释技术。

通过骨干剖面的反射地震探测和重磁数据的全三维反演，项目组揭示了庐枞、铜陵矿集区的地壳结构框架，发现了一批新的断裂，建立了该地区的三维地质模型，初步实现了矿集区的“透明化”，为认识成矿作用和助力深部找矿起到了关键作用。

“希望我们在长江中下游成矿带、矿集区到矿田的探测模式和技术思路可以推广到其他成矿带去。”吕庆田这样表示。为此，他带领团队经过长期实践探索，提出了稀疏地震剖面、地表地质约束的三维重、磁交互反演地质建模方法，并以此为物性反演初始模型，采用求取置信区间确定物性变化、通过逻辑拓扑实现岩性识别，完善了岩性填图技术，为矿集区结构“透明化”提供了技术手段。

在以上成果基础上，他带着团队经过进一步研究，形成“三维结构+成矿模式+综合信息”相融合的深部找矿“三元”预测方法——通过提取已知矿床地质属性特征，通过三维证据权方法、专家系统、机器学习算法，实现深部成矿预测的自动化和定量化。

利用该方法，他带领团队在安徽庐枞矿集区井边—巴家滩预测区深1500米～1740米之间，发现累计厚97米的高品位铀矿化体；在新疆伊吾县戈壁滩，发现拉伊克勒克大型隐伏斑岩—矽卡岩铜铁矿床，获得333+334铜资源量118.8万吨。矿集区“透明化”探测和“三元”成矿预测方法的有效性得到验证。

目前，“三元”成矿预测方法已推广应用到安徽、新疆、江西、山东等地区，取得了良好深部找矿效果。

研发系列勘探设备

推动我国勘探技术进步

多年的深部探测实践，让吕庆田越来越深刻意识到，突破“卡脖子”核心技术，降低对外依赖，对保障国家资源安全意义重大。强烈的使命感、责任感使吕庆田和他带领的研发团队担起了“十二五”国家863计划“深部矿产资源勘探技术”研发任务。

作为该计划重大项目首席专家，吕庆田带领团队先后突破了高精度微重力传感器技术、铯光泵磁力仪传感器技术、宽带感应式电磁传感器技术等10项关键核心技术。其中，微重力传感器的突破使我国成为国际上为数不多的可以自主生产高精度重力仪的国家。

在重磁、电磁、地震、井中勘探仪器和钻探设备方面，他们研制出高精度地面数字重力仪、大功率多功能电磁探测系统、4000米地质岩心钻探成套技术装备等18套急需的勘探地球物理仪器设备，形成了从地面到地下的系列仪器装备。

在地球物理方法数据处理和解释方面，他们完善了直流电阻率与极化率三维反演方法、重磁三维约束反演方法等20多项地球物理数据处理解释方法，研制出多参量地球物理数据处理与反演软件系统、金属矿地震处理解释新技术与软件系统2套大型软件系统，形成了多功能三维电磁正反演与可视化交互解释软件系统、金属矿地下物探数据处理解释系统等8个专用软件系统。

“这一轮的技术研发，使我国在地球物理勘查技术领域极大地缩小了与国外的差距，大幅度降低对国外勘查设备和解释软件系统的依赖，一定程度上打破了国外在此领域的仪器设备垄断，大幅提高了我国深部资源勘查技术自主研发能力和国际竞争力。”吕庆田说。

他带领的团队因此荣获2022年自然资源科学技术奖特等奖，获得发明专利授权66项、实用新型专利授权45项、软件著作权105项。现在，相关成果广泛应用到矿产勘查、国防、科研和工程等领域，替代国外进口，解决国家重大需求，极大促进了我国金属矿勘探技术的系统提升、整体跨越和进步。

收获“深地”成果

一路艰辛成为美好回忆

系列重大成果的取得并不是一帆风顺的。

“我带着深部探测专项第3项目组在庐枞、铜陵矿集区开展三维立体探测施工的时候困难重重。在野外，我们遇到的最大困难是各种看不见的电磁和振动干扰，这些干扰来自各种电线、工厂、高速路和居民生活区。”吕庆田苦笑着说，因为反射地震的数据采集要记录地下几十千米反射上来的信号，需要绝对的安静。

为了获得高信噪比的数据，项目组不得不在夜深人静的时候采集数据。有时，他们还需要设置警戒，或与周边的工厂协调暂时停工。这需要他们和当地相关部门和百姓反复沟通。

“技术上的难题、施工上的困难、与当地相关部门协调等，多年下来，大家都成了多面手。”吕庆田笑着说。

20多年在深地探测领域的不懈努力和学术积累，让吕庆田及其团队先后获得国家科技进步奖一等奖、二等奖各一项；国土资源科学技术奖一等奖3项，二等奖1项。他本人于2009年入选国家“新世纪百千万人才工程”国家级人选，2019年入选自然资源部高层次科技创新人才第二梯队人才和科技创新团队（负责人），2023年获得第十八次李四光地质科学奖（科研奖）。他先后为国家培养了18位硕士、20多位博士和10多位博士后，带领的深部资源探测研究团队于2018年入选自然资源部高层次科技创新团队。

“与6000多千米的地球半径相比，我们的研究还仅仅停留在地球的表皮。”吕庆田说，“我毕生奋斗的方向就是带领团队拓展深部空间，认识地球深部运行规律，发现更多的资源。为了在这个方向走得更远，我们比以往任何时候都更加需要弘扬李四光等老一辈科学家的精神，坚持真理、严谨求实、锐意创新，以李四光先生的崇高精神为标杆，主动服务国家发展战略需求，积极投身地球科技创新前沿，努力为建设科技强国贡献力量！”

吕庆田作学术报告

“地球物理”四个字对于吕庆田来说，有一种特别的意义。

1981年，在老师的建议下，懵懵懂懂的他来到了长春地质学院，开始了应用地球物理专业的学习。1988年硕士毕业后，他被分配到中国地质科学院矿床地质研究所，从一名实习研究员干起。从此，便是大半生无怨无悔地付出。

寻找深部资源宝藏

深入地球内部是人类一直以来的梦想。然而，想要了解地球深部，却是异常艰难。厚厚的固体地球介质、复杂的地质条件，挑战着人类的认识的极限。了解地球深部如此艰难，我们为什么还要进行深地探测？

在吕庆田看来，两大因素促使我们必须探测深部。

其一，国家资源保障的现实需求。地表或浅层矿产发现的机会越来越小，立足国内，实现资源自给，资源勘查必须要往深走。向深部要资源能源，提高资源储备、缓解资源能源紧缺，是保障国家安全和可持续发展的战略选择。

其二，认识地球深部运行规律。“金属的富集及矿床的形成、地震的发生、山脉的隆升等，最终还是受地球深部各种物理、化学和动力学过程的控制。目前我们对这一复杂的过程尚不十分清楚。只有通过对重要成矿带、地震多发区进行精细探测，就像‘CT’扫描一样，才能逐渐揭示地球深部的‘庐山真面目’。”吕庆田说。

在国家重大需求和科学探索双重背景下，近20年来，吕庆田和他的团队以我国东部长江中下游成矿带和西部东准噶尔成矿带为探测对象，在成矿系统理论框架下开展了多尺度地球物理综合探测和研究，在陆内成矿系统的三维结构、深部找矿思路和找矿发现等方面取得重大进展。

“以往认为，成矿作用大都发生在板块边缘，与板块边缘造山密不可分，如洋—陆俯冲造山、陆—陆碰撞造山，而对于大陆板块内部的成矿作用及深部动力学机制却鲜有了解。”吕庆田和他的团队经过不懈努力，在长江中下游成矿带发现了独特的地壳和上地幔结构特征，发现了大陆内部块体边界控制岩浆—流体活动的反射地震证据，建立了陆内成矿的深部动力学模型。

在矿集区深部结构和成矿过程方面，他们发现了壳/幔边界基性岩浆底侵的反射地震证据，提出了“多级岩浆系统”结构模型；发现了隐伏在庐枞火山岩之下的两个侏罗纪盆地；精细刻画了庐枞、铜陵等多个矿集区的精细结构和断裂系统空间展布，对认识成矿过程意义重大。

“我们认为，这些发现可以诠释为什么在长江中下游这个狭窄的带内，形成近百个大中型金属矿床。与板块边缘成矿类似，大陆内部在远程应力的作用下，在组成块体之间也可以发生大陆俯冲，俯冲导致壳幔强烈相互作用，最终沿块体边界形成大陆内部的巨型成矿带。”吕庆田说。

如何开展深部找矿，这是吕庆田及团队面临的另外一个重大现实问题，目前国内外尚没有现成的经验可以借鉴。他们认为，与地表找矿类似，深部找矿必须先搞清楚地下三维结构，即了解地层、岩浆岩和构造的空间分布。经过反复探索，他和他的团队提出了地质信息约束下的重、磁三维地质建模技术，初步实现矿集区的“透明化”。

通过研究和探索，吕庆田和项目组提出了基于三维结构、区域成矿模式和示矿信息的“三元”深部找矿方法，并利用这一思路在新疆、长江中下游多处取得深部找矿突破。比如，在新疆伊吾县拉伊克勒克戈壁滩发现了隐伏大型斑岩—矽卡岩矿床，获得333﹢334铜资源量101.5万吨，预测该矿床具有超大型铜矿远景。

长江中下游成矿带多尺度深部探测试验，形成了一套解剖大型成矿带成矿系统结构的技术解决方案，发展了多种地球物理数据处理与解释技术，为国家“创新2030—地球深部探测”重大项目的实施提供了技术储备。

创新深部资源探测技术

如何“看透”地球内部，精准发现深部资源，技术创新最为关键。

“对深部矿产勘查来说，不仅需要突破精度、灵敏度更高的各种传感器技术，提升野外测量设备的稳定性，还要发展新的数据解释技术，把观测的数据转换为‘透视’地下的图像。”吕庆田说。

面对我国矿产勘查技术在探测深度、精度和分辨能力等方面与国外差距较大的现状，强烈的使命感、责任感使吕庆田和他带领的研发团队担起了“十二五”国家863计划“深部矿产勘探技术”重大研发任务。

研发团队克服重重困难，先后突破了高精度微重力传感器技术、铯光泵磁力仪传感器技术、宽带感应式电磁传感器技术等10项关键核心技术，技术指标总体接近或局部超过目前国际先进水平。微重力传感器的突破使我国成为国际上为数不多的可以自主生产高精度重力仪的国家。

在重磁、电磁、地震、井中勘探仪器和钻探设备方面，他们研制出高精度地面数字重力仪、大功率多功能电磁探测系统、4000米地质岩心钻探成套技术装备等18套急需的勘探地球物理仪器设备，形成了从地面到地下的系列仪器装备。

在地球物理方法数据处理和解释方面，他们完善了直流电阻率与极化率三维反演方法、重磁三维约束反演方法等20多项地球物理数据处理解释方法，研制出了多参量地球物理数据处理与反演软件系统、金属矿地震处理解释新技术与软件系统2套大型软件系统，形成了多功能三维电磁正反演与可视化交互解释软件系统，金属矿地下物探数据处理解释系统等8个专用软件系统。

“这一轮的勘查技术研发，使我国在地球物理勘查技术领域极大缩小与国外的差距，大幅度降低对国外勘查设备和解释软件系统的依赖，一定程度上打破了国外在此领域的仪器设备垄断，大幅提高了我国深部资源勘查技术自主研发能力和国际竞争力。”吕庆田说。

向地球深部进军

几十年的不懈努力和学术积累，吕庆田及其团队取得了丰硕成果，收获了不少荣誉。先后获得国家科技进步一等奖、二等奖各一项；国土资源科学技术奖一等奖3项，二等奖1项；入选新世纪百千万人才工程国家级人选。他带领的深部资源探测研究团队入选自然资源部高层次科技创新团队。此外，他还为国家培养了一批深部资源探测人才，为深部资源领域的研究和调查作出了突出贡献。

“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”，这是习近平总书记在2016年5月30号“科技三会”上发出的号召。

“相比于西方国家，我国的深部探测工作起步较晚，在探测技术和实际探测覆盖面积方面与西方国家差距较大，加强地球深部探测，对我国资源能源安全和减灾防灾意义重大。”吕庆田说。

当前，我国正在酝酿启动“创新2030—地球深部探测”重大项目。未来，我国的地球深部探测将紧密围绕国家资源能源重大需求，瞄准国际地球科学前沿进行布局。

“入地中国梦”的大幕刚刚拉开，向地球深部进军即将全面启动。吕庆田及团队正在积极准备，迎接未来更大的挑战。

虽然人类直接钻探深度在不断加深，但与6000多公里的地球半径相比，我们还仅仅只停留在地球的表皮。如何拓展深部空间，认识地球深部运行规律，发现更多的资源，是吕庆田毕生的奋斗方向。

蔡家品，教授级高工，自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所（以下简称探矿工程所）海洋地质调查钻探室（金刚石钻头技术研发中心）主任。

他不认为自己有什么“远大抱负”，“碰到问题就解决问题，这就是工作的最大意义。”然而，就是这样一个自认为“没有抱负”的人，却被评为中国地质调查局杰出人才。

在中国的油气钻探领域，蔡家品的名字几乎就是一张名片，不认识他的人很少。地质人长期在野外工作，身上难免会有些江湖习气。在油气钻探这个江湖中，大家都直呼他“老蔡”，钻探过程中遇到难以解决的问题，想到的总是“赶紧把老蔡喊来”。

蔡家品一直致力于钻具的研究，他带领团队研制的海洋地质调查取样工具及天然气水合物保温保压取样钻具，解决了我国在深水及超深水取样难的问题，均为国内首创，具有自主知识产权，填补了国内空白，打破了国外在该领域的技术垄断，为我国在海洋地质调查、资源勘查（含天然气水合物勘查）及工程勘察提供了技术支撑。

此外，团队研制的孕镶金刚石钻头，有效解决了在地质及油气勘探开发中，钻头寿命短和机械钻速低的难题。特别是大直径的孕镶金刚石钻头，已成功替代国外同类产品，成为国内施工方的首选。

在项目实施技术创新研发中，蔡家品始终重视青年技术人员的成长，强调团队意识，已初步建设一个在碎岩工具和海洋取样技术方面（特别是海洋天然气水合物取心技术方面）技术一流、凝聚力和战斗力强的优秀团队。

最初的追求是跳出农门

约访蔡家品，是一件并不容易的事。记者从约访到采访成功，经历了40多天的时间，因为他实在太忙，总在野外帮地勘单位处理一些钻探上的难题。可以说，在钻探领域，他已经“玩”得风生水起，很难有时间歇息。

那天，记者好不容易“逮”着他了，见面时的蔡家品，不免显得有些疲惫。但即使是这样，记者也不可能放过这难得的机会。

老蔡也乐于奔跑，手机一响，立刻就打包走人往机场赶，一年到头在办公室也待不了几天。这样的生活状态，他早已经习惯了。就像他说的，在北京待上几天没有电话接，心里反而空空的，有点儿无所事事的焦虑。

这就是蔡家品，一个忙碌得坐不住的人，一个把忙碌当乐趣的科技工作者。

实际上，就像许许多多农村长大的孩子一样，要说那时有什么崇高的理想和追求，未免有些虚伪，发奋念书的目的就是为了跳出农门。蔡家品来自湖北农村，之所以认为自己没有远大的抱负，也是基于同样的目的。“只要是拿工资吃饭，在农村人看来就是有出息了，再说农村长大的十几岁的孩子，没有什么见识，谁会去计划将来会干什么呀。”

海上作业中的蔡家品

就是因为没有什么崇高的理想和抱负，1984年，蔡家品高考结束，加之分数不算太高，高中的授课老师让他填报个地质类的专业，说这样容易录取，将来也好找工作。于是，他就听了老师的，填报了成都地质学院探矿工程专业。从此，他便与探矿工程结下了不解之缘。

在大学学习期间，蔡家品越来越觉得这个专业很有意思，因为年轻人都有一种放浪的心理，将来毕业了，可以一天到晚泡在野外，纵情于山水，诗意而又浪漫，多美的差事呀。于是，他发奋学习。1988年，蔡家品以优异的成绩毕业，被分配到了原地质矿产部探矿工程研究所。

蔡家品很感激高中时的授课老师，他确实没有骗他，学地质类专业不但好找工作，而且还被分配到了一个在北京的国家部委所属科研机构，在成都上学，能进北京，已经很了不起了，他觉得自己简直太幸运了。

进了国家部委的科研机构，担任超硬材料研究室助理工程师，同届毕业的同学们的羡慕是可以想象的，蔡家品也觉得自己不是一般的牛，有点平步青云的眩晕，一股为国奉献青春的豪情油然而生，这种感觉真是爽极了。

跟探工所三十年的不了情

到今年为止，蔡家品在探矿工程研究所已经摸爬滚打了整整30年。弹指一挥间，蔡家品从一个意气风发的青年长成了一个成熟稳重的中年，从小蔡混成了老蔡。

实际上，蔡家品也并不认为自己有多么高尚，多么有热爱事业的情操，在探矿工程所改制的时候，他也一度想过逃离。要知道，一个被财政拨款养着的科研机构，突然要改成到市场上找饭吃，这种心理的撞击是难以形容的。

20世纪90年代，是地勘行业的低谷，尤其是地勘单位属地化，钻探任务锐减，很多打钻找矿的专业技术人员，受生活所迫，靠副业养家糊口，养鸡的养鸡，养猪的养猪，彼时的状况，让一直致力于钻具研究的蔡家品，心里油然而生出一种“英雄无用武之地”的没落感。

此时，科技体制改革，原地质矿产部探矿工程研究所更名为北京探矿工程研究所，看似改变不大，干的活也还是原来的活，但这样的改变，却将一个铁饭碗变成了一个泥饭碗，随时可以摔破的。能不能在市场上找到饭吃？这样的恐慌与疑惑，一时压得人喘不过气来。

是去？是留？对于还是踌躇满志的蔡家品来说同样是种折磨。而此时的蔡家品，已经是超硬材料研究室主任助理、工程师，到外面不可能找不到待遇更好的工作。当时，探矿工程研究所正在搞金刚石钻头技术的研发，作为所里钻头技术研发的中坚力量，一旦离开，于单位于个人，都不是一个好的选择。

所里的领导早就看穿了蔡家品的心事，当面找他聊了很长时间，并语重心长地跟他说：“小蔡呀，留下来吧，拨开云雾见天明，这里才是你施展才能的地方。”

人在彷徨的时候，是需要一个长者赋予精神力量的。加上对一起共事多年的同事们的不舍，蔡家品于是也就留了下来，这一留就留到了现在，风风雨雨中走过了30年。

有幸觅获一得力助手

搞科研工作，能获得一名得力助手，是可遇而不可求的事。阮海龙的到来，如同激活一池春水，让蔡家品的团队一下子更加活跃了起来。

阮海龙，高级工程师，探矿工程所海洋地质调查钻探室（金刚石钻头技术研发中心）副主任，中国地质调查局优秀人才。

阮海龙并不觉得自己干的事有什么高大上，他认为，研发出来的东西，能解决实际问题，能拿到市场上利用，能为单位赚钱，说得漂亮一点，就是成果转化能生出效益来，这事就算妥了。

蔡家品深知，搞科研要有一个多专业技术人员组成的、互相密切配合的创新团队，并付诸持之以恒、坚持不懈的努力。个体的力量是有限的，但由多个个体组成一个知识结构合理、团结的战斗力强的团队，就可以发挥巨大的能量。

阮海龙在海洋地质十号钻探船上

阮海龙是个80后，2006年毕业于中国地质大学钻探专业，在随后读研的几年中，一直跟随在蔡家品左右。阮海龙出生于浙江农村，之所以爱上钻探专业，很多的想法与当初蔡家品大学时代的想法几乎不谋而合。后来参加工作后，才知道一切并非想象中的那么浪漫，那么有纵情于山水之间的诗情画意。

研究生毕业后，阮海龙留了下来。对于自己专业的发挥，他觉得这是个再好不过的平台，加上蔡家品像老大哥一样对他的关爱，工作配合起来的那种“心有灵犀”的感觉，让人特别爽。很快，阮海龙就成了蔡家品团队的得力干将，并挑起了副主任的重担。

从某种意义上讲，蔡家品和阮海龙的组合，几乎是天撮之合，这也为后来这个团队攻克一个又一个难题积累了创新的能量。这个科研团队一共15个人，大多都是80后，最小的1992年出生。

年轻人的思想总是活跃的，科学有时就需要年轻人的浮想联翩，灵光一闪中激发出新的解决方案。每逢技术讨论会，蔡家品和阮海龙最喜欢干的事，就是让年轻人争吵起来，因为人在激烈的争论中脑子会飞速旋转，激发出隐藏于大脑中最潜在的智慧。

决不能让外国人牵着鼻子走

探矿工程所一直以服务国家重大战略需求为科研方向，近些年来，特别在服务油气钻探领域发挥了积极作为。研制的孕镶金刚石钻头有效解决了在地质及油气勘探开发中钻头寿命短和机械钻速低的难题，特别是大直径的孕镶金刚石钻头，已成功替代国外同类产品成为国内钻探队伍的首选。

1999年～2001年，中国地质调查局科技人员首次在南海西沙海槽发现了显示天然气水合物存在的地震异常信息（似海底地震发射波“BSR”）。2002年，国务院批准设立我国海域天然气水合物资源调查专项。

尽管随后我国在海域天然气水合物钻探上获得一系列突破，但令人尴尬的是，我国海底钻探取样却一直依赖于国外技术，国内几乎没有哪一家机构在此项技术上有所进展。因此，不得不让外国人随意开价。

团队合影

眼睁睁地瞅着外国人收取那么高的价钱，而中国人又毫无办法，这是一种什么样的感觉？作为从事钻具研究近二十几年的科研团队的带头人，蔡家品心里很不是滋味。其实当时的想法很简单，就是一定要打破外国人在该领域的技术垄断，把国外同类技术挤出去，这钱应该由中国人自己挣。

实际上，对海洋钻探取样技术的了解,蔡家品最早是通过参阅了DSDP、ODP、IODP及IODP-china等网站与书面文献的大量资料，了解了国外在深海钻探技术所取得的成就以及今后发展的方向。当时他还在想，他的团队一直在陆地搞钻头和取心工具，什么时候也拓展到海上去发挥探矿工程研究所应有的作用。

谈及被外国人卡脖子的事，作为蔡家品团队副手的阮海龙，脑子里多次泛起那个场景。那是一次随船出海的钻探作业中，几个帮忙取样的外国人，突然停下手中的活，将项目组的负责人叫过来，咕噜了一阵后，微笑着把旁边的其他人都驱赶开，然后才实施取样作业。

阮海龙打听到，刚刚的一阵咕噜，是外国专家在关键的时候故意捏你一把，要求项目组提高取样价钱。事情都到了这个份上，不答应的话，之前的作业等于是废了，项目组只好答应了外国技术人员的要求。之所以把其他人都驱离，就是为了对中国人严格保密，不想让中国人看到他们的作业程序。作为一个钻探专业的毕业生，阮海龙内心被深深地刺痛，同时也滋生出深深的责任感，“这活应该由我们来干。”

机会终于来了，2010年8月，中海油服承担的国家科技重大专项——“大型油气田及煤层气开发”子课题“深水随钻取样器设计和制造技术研究”负责人找到了北京探矿工程研究所，经过多次深入交流，最终同意由蔡家品的团队来承担这个课题。

不久后，又从中国地质调查局传来好消息，为解决海洋钻探取样难题，中国地质调查局设立专项资金，将《海洋地质调查钻探取样器具及工艺研究》列为科技攻关项目，起止时间为2011年1月到2012年12月，蔡家品作为项目负责人，负责整个项目的实施。

这真乃好事成双。蔡家品和阮海龙以及他们的团队尽管异常兴奋，但这样的科研项目，能否在短期内取得突破，心里实在没底。

此时，从接手中海油服“深水随钻取样器设计和制造技术研究”课题，距项目结题时间不到一年（这个项目计划是3年），而且研制的随钻取样器要通过海试应用。时间紧、任务重、压力大，团队经过慎重考虑，最终接下这项任务，因为这是他们下海非常难得的机遇，也是拓宽他们技术领域绝佳的机会。

经过团队的共同努力，2012年4月，从海洋石油708号深水工程勘察船传来好消息，北京探矿工程研究所研制的TK系列深水随钻取样器搭载海洋石油708号深水工程勘察船，在中国南海番禺区块水深约200米、6级风、涌浪3米的条件下，高效率、高质量地完成了孔深10米（PY34-1-PL10-BH）全孔取样作业和孔深300米（PY34-1-CEP-BH）分段取样作业，一举打破我国海洋钻探船钻孔深度、取样深度两项纪录。

本次试验还检验了北京探矿工程研究所为海洋钻探取样专门研制的抗涡动金刚石复合片钻头。结果表明，该钻头在作业过程中钻进效率高、成孔质量好、地层适应性强，完全满足海洋钻探各种复杂工况的要求。

这意味着，这项由国外垄断的深海钻探取样技术，已被中国地质调查局北京探矿工程研究所的科研团队彻底打破，取样成本只接近外国专家取样的一半。

保温保压取样钻具破题

天然气水合物是甲烷气与水在高压低温条件下类冰状结晶物，大家形象地把它叫做“可燃冰”，一旦温度升高或压力降低至一定程度，甲烷气则会逸出，固体水合物便趋于崩解。如利用常规取心（非保压取心）设备将含天然气水合物沉积物从海底取至海面时，压力或温度的变化会导致天然气水合物分解，这会扰动沉积物，有时会使岩心遭到完全的破坏，分解成一堆泥浆。

由于天然气水合物存在环境和性质的特殊性,使用保温保压取样技术成为获得原位天然气水合物最有效的方法之一。保温保压取样钻具是获得天然气水合物真正物化特性的主要器具。而当时，这项技术也一直被一些西方少数几个发达国家所掌控。

在突破深海钻探取样技术后，蔡家品和他的团队就开始讨论研制保温保压取样钻具的可行性，由于想取到大直径岩心，当时初步设计按照翻板密封来进行，很有挑战性，但是在翻板密封的方式上有不同的意见，最后蔡家品决定两种方式同步进行，根据室内试验的结果再来选定，整个工作有条不紊。

实际上，保温保压取样钻具的研制难度是非常大的，当时，有关单位依托863项目也在试制研发，项目进程采取了严格的保密措施，他们具体进展到什么程度，外界一无所知。但在2014年3月初，国内一家海洋油气勘查单位突然通知蔡家品，他们计划在4月初出海给相关单位搞保压工具的实验，问蔡家品团队的进展如何，可以免费搭载试验。蔡家品觉得这是一个难得的试验机会，在他和阮海龙的带动下，团队成员加班加点赶进度。

在室内实验过程中，团队成员充分发挥智慧，对在海试中可能遇到的复杂情况做了充分的预判。比如，海底的泥沙对管子的摩擦，提起钻管过程中的卡管等，一切可以预判的状况，都在实验室中模拟完成。这段时间，团队成员深夜加班加点是家常便饭。为了给这帮年轻的队员鼓劲打气，常常干到晚上十一二点的时候，蔡家品和阮海龙便带着所有的加班人员上街烤羊肉串，喝个啤酒，然后又接着干。

由于这样的钻具是自我研发的，所有的部件不可能在市场上轻易买得到，团队成员大都学会了车工，所有的零部件几乎都是他们自己一点一点地车出来的。阮海龙跟大家自嘲，将来失业了，大家都是一个优秀的车床工人，工作随便找，饿是饿不死的。

在团队所有成员的共同努力下，终于按照海洋油气勘查单位的要求时间把钻具运到船上参加海试，这次试验的结果初步保温保压成功，对方未成功。之后，团队又回来在室内做了大量的技术改进及试验工作，于2014年7月由蔡家品亲自带队参加海试，也是与对方PK，结果是探矿工程所完胜。

2014年9月，海洋油气勘查单位专门安排一个航次到天然气水合物靶区取样，蔡家品团队再次很好地完成了任务，这是我国首次采用国产装备成功提取到保压天然气水合物样品，为我国“十三五”开展天然气水合物勘探及试开采提供了有力的技术支撑。

地质文化村是由外在的地质文化体验与内在的宜居宜业共同构成的乡村发展模式，是地质遗迹调查工作成果转化应用形式的创新，是一种集地质遗迹资源、特色农业资源、文化资源、旅游资源于一体的新型乡村。2018年11月7至8日，“全国重要地质遗迹调查”项目组前往浙江省台州市横溪镇金村开展地质遗迹与保护科普示范项目指导工作。项目组会同浙江省自然资源厅、台州市国土局、仙居县国土局有关负责同志共同研讨了《地质文化村建设技术要求（初稿）》，并就金村地质文化村建设的现状和下一步发展方向等有关问题进行了座谈。 

金村位于横溪南部六都坑溪沿线，北邻横岩南接新碧，整体呈带状分布，行政区域面积为1.5平方公里，共有71户235人。全村人多地少、山多田少，受距离和地势所限，青壮年劳动力基本外出打工，村内房屋破旧，“穷山恶水弱村”正是昔日金村的写照。但与“弱村”相对的却是金村所蕴含的丰富的旅游资源。这里自然环境优美，拥有典型的流纹岩火山地貌，岩嶂、一线天、象形石等景观相映成趣，两期火山活动重新塑造了金村的原始地貌，成就了这里丰富的地质遗迹资源；人文历史悠久，最早先民可追溯到明朝成化年间；天然矿泉水自山脚缓缓流出，四季不断；土壤清洁无污染，春采枇杷、夏摘杨梅、秋收柑橘、冬挖山笋，绿色农产品四季皆有；野生动植物丰富，铁皮石斛、石仙桃、娃娃鱼有迹可循。伴随着新农村建设与地质文化村建设，金村百姓期待着把家乡建设的漂漂亮亮，发展文化村旅游，走上致富路。

目前，金村地质文化村建设已初见成效，在村口设计的地学科普长廊与地质年代旅游步道已经建成，村民们还将原来破旧的特色古民居与现代建筑风格结合打造了游客接待中心，初步实现了地质文化与乡村文化融合、地球故事与村民故事融合、农业地质与农耕文化融合、环境地质与村民生活融合。在地质文化村建设过程中，村民全程参与全部建设、经营过程，达到了以丰富的地质遗迹为载体，以特色农产品、民风民俗为依托，通过地学科普、休闲度假、文化传承等形式吸引旅游消费，引导村民参与家乡建设与环境改善，发挥资源保护与利用的主观能动性，并从中受益，形成良性循环的目的。下一步，当地政府将大力加强对金村地质文化村的宣传，增加旅游知名度，提升当地村民收入。

通过此次调研，项目组将结合浙江省通源乡白雁坑地质文化村的建设经验，参考地质遗迹调查规范、美丽乡村建设指南和国家地质公园建设标准等相关技术规范和标准，进一步修改完善《地质文化村建设技术要求（初稿）》，为未来的地质文化村建设提供技术标准和参考依据。

金村村口标识

金村四绝

游客中心

金村旧貌

地学科普长廊

地质年代步道 

编者按：作为自然资源的重要组成部分，矿产资源与山水林田湖草资源共同构筑起一幅多彩而珍贵的大自然画卷。在这幅地球馈赠的大自然画卷里，矿产资源不仅要有内在气质，还要有外在颜值，在有力支撑经济社会发展能源资源保障的同时，更注重绿色发展高质量发展的时代担当。对于地矿行业而言，开源是一方面，依靠科技创新和技术进步的“节流”，即矿产资源综合利用，也是不可或缺的另一方面——既提高了资源的利用效率和可持续性，又减少了尾矿排放及环境影响。

“既要金山银山也要绿水青山”。珍惜自然资源，珍惜矿产资源，方可守护好我们的绿水青山、金山银山。从“三位一体”的综合地质调查，到全国重要矿山“三率”综合调查与评价，新发展理念已在地矿领域落地生根，并贯穿于地质勘查、选矿富集、冶金提取、材料加工的整个矿产开发利用过程。作为专注于矿产资源综合利用的科研单位，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所多年来致力于矿产资源综合利用技术、装备的研发、推广，厚植工艺矿物学、难选冶金属矿产高效利用、非金属矿合理利用和二次资源循环利用等优势学科，在矿产资源综合利用及技术经济评价等方面走在了全国前列。

值此第49个世界地球日之际，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所干部职工围绕“珍惜自然资源 呵护美丽国土——讲好我们的地球故事”的主题，结合自身矿产资源综合利用工作的实际，从尾矿资源化利用、智能选矿技术研发、矿山地质环境保护、固体废弃物的处置、综合地质调查等方面进行了研究梳理、总结提炼，形成了多篇实用且具有科普价值的文章，现精选一部分，以飨读者，敬请垂注！

不可或缺的矿产资源综合利用

张艳娇 刘红召

矿产资源综合利用目前已作为国策贯穿于地质勘查、选矿富集、冶金提取、材料加工整个资源开发利用过程，强调在开采利用矿床中主要矿产资源的同时关注共生、伴生矿产资源的利用效率。我国已探明的矿产储量中共、伴生矿占很大比例，全国25%的铁矿、40%的金矿、80%的有色金属矿及大多数煤矿都有共、伴生矿产。开展综合利用工作，既提高了资源的利用效率和可持续性，又减少了尾矿排放及环境影响。对部分资源而言，综合利用工作至关重要、不可或缺。

山东石榴石矿选矿厂改造

自然界中有部分元素，在地壳中含量很低，大都呈分散状态，很难形成独立的经济矿床。有独立矿物的，可以选矿富集目的矿物再冶金提取。没有独立矿物的，就只能选出其载体矿物再分离提取。这其中，如果载体矿物恰好是该矿床的主矿产，伴生组分可以随着主矿产的选矿富集而富集，其选矿回收成本最低，回收率相对也较高，在冶金提取主金属时作为副产品回收；如果载体矿物不是矿床的主矿产，但也能选矿富集，则伴生组分就可以回收，但需要论证经济可行性。还有一种情况，伴生有用组分分散在脉石矿物中，无法选矿富集，直接冶金加工成本昂贵，目前综合利用的可能性就很小。

以金属铼为例，它具有高熔点、高硬度、抗蠕变性、抗腐蚀性以及良好的塑性，广泛应用于热电偶、金属涂层和电子工业。用于制造航空发动机涡轮叶片和发动机喷管，是其他金属不能替代的。此外铂-铼催化剂在石油催化裂化重整过程中极为重要。铼是自然界储量最少的金属之一，在地壳中丰度大约为10－9。世界上已探明铼储量2500吨，基础储量近10000吨，我国铼的保有储量237吨。铼没有具有开采价值的独立矿物，主要以类质同象形式分布在辉钼矿和斑铜矿中。开采利用钼矿床和铜矿床时，辉钼矿和斑铜矿的选矿提纯过程也就是铼的选矿富集过程。辉钼矿选矿中钼要富集数百倍，往往在钼精矿中才会检测分析铼的含量。铼随辉钼矿或斑铜矿进入精矿产品后，由于铼氧化物极易升华，在钼精矿焙烧和铜的冶炼过程中，铼与钼或铜分离进入烟灰和废酸，再通过离子交换或者萃取的方式从烟气淋洗液和废酸中提取。我国著名的钼产业基地栾川及金堆城，其选矿产品钼精矿中每吨均含有几十克铼，但长期没有合适的回收技术而无法综合利用。2015年，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所研究成功从钼冶炼的烟气淋洗液中回收铼的工艺，在栾川钼业公司与金堆城钼业公司推广应用，从而使宝贵的铼资源能够在这两家企业回收利用，并由此给企业带来了可观的经济效益。

共伴生矿产同主矿产资源一样，都是大自然赐予人类的礼物。开展综合利用便是我们接受并珍惜这份分量虽小但极其宝贵的礼物。

合理处置被放错位置的资源

吕振福

联合国环境规划署定义自然资源为“在一定的时间、地点条件下，能够产生经济价值，以提高人类当前和未来福利的自然环境因素和条件。”自然资源通常包括矿产资源、土地资源、水资源、气候资源与生物资源等。作为自然资源的一部分，矿产资源是人类赖以生存的重要基础，是国民经济健康发展的物质保障。矿产资源产业是基础产业，对国民经济发展起到了重要支撑作用，同时不可避免地会产生矿业固体废弃物。如何正确认识和合理处理这些被放错位置的资源？

矿业固体废弃物通常包括废石和尾矿。废石主要指采矿环节采出的、低于工业品位且未能进入选矿等后续作业的固体物料。尾矿是选矿分选作业的产物之一，是入选物料富集得到精矿和中矿后的固体废弃物。尾矿包括物理选矿产生的固体废弃物，也包括堆浸工艺、全泥氰化工艺提取金、铜等金属后产生的固体废弃物。

尾矿和废石的排放水平与矿产资源共伴生矿多、品位低的特征分不开。平均入选原矿品位在一定程度上决定了废石和尾矿排放水平。原矿品位低、剥离的废石品位更低，使得矿山废石量巨大。中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所“全国重要矿山‘三率’综合调查与评价”项目对2011-2015年全国代表性矿山的废石、尾矿产生情况大数据进行了系统研究，结果表明：一方面我国经济社会发展对矿产资源的需求巨大，另一方面我国矿产资源具有富矿少、贫矿多，独立矿产少、共伴生资源多的特点；我国不仅矿产品产量居于世界第一位，在生产矿产品的同时，排出矿业固体废弃物也非常之巨量。

废石与尾矿都具有潜在的资源属性。随着技术进步、经济发展，越来越多的废石和尾矿被用于采矿采空区充填、直接用作建材或者用于生产建筑材料。采矿废石、选矿尾矿的综合利用具有越来越好的前景。根据“三率”调查统计，我国20种典型矿产矿山当年排放的废石中有17.77%被消耗利用，当年排放的尾矿中有18.97%被消耗利用。

2015~2017年，“22种重要矿产资源节约与综合利用调查”项目通过开展1300座尾矿库取样、分析测试，在其中的210座尾矿库中发现具有综合回收潜力的有价组分。如果对这些组分加以回收利用，潜在经济价值达349亿元。

上述发现的具有综合回收价值的尾矿多为上世纪五六十年代排放的有色金属尾矿，说明技术的时空特征和尾矿的二次资源特征。从二次资源的角度考虑，合理处置和保护固体废弃物更加重要。

废石与尾矿都具有环境扰动属性。废石和尾矿处置不仅占用土地，而且可能产生有机和无机污染物，并通过土壤、水体、空气和生物链传导。从技术上讲，当前技术经济发展水平条件下排放的废石和尾矿，不可能实现100%再利用。相比较而言，妥善处置可能比试图利用更加迫切。因为矿山废石和尾矿引发的环境问题必须认真面对和妥善解决，同时如果处置和保护得好，在若干年之后废石还有可能成为资源。

我国尾矿、废石要加强减量化、无害化和资源化工作，需要加强尾矿和废石的分类处置、有效保护、合理利用的标准化工作和技术创新。通过技术经济、环境效应和资源属性三位一体的综合评价方式来确定废石和尾矿是选择利用，还是选择处置和保护。通过不断加强技术创新，提高矿产资源开采回采率、选矿回收率和综合利用率，促进废石和尾矿的源头减量化。

矿石分拣机器人助推选矿技术智能化

彭团儿 郭珍旭 陈明文 张继民 贾宇航

矿石分拣机器人——智能光电拣选机是可以代替人工手选分拣矿石的智能化自动执行工作的机器装置，是集光、电、气、机为一体的具有感知、分析、推理、决策和控制功能的新型高端智能装备。它利用矿石表面特征、导电性、磁性、放射性及矿石对射线的吸收和反射能力等物理特性差异，借助各种探测仪器和执行机构实现矿石中有用矿物和废石分选。矿石分拣机器人可以拓展分拣物料的品种、粒度范围，提高分拣速度和精度，改善劳动条件。

我国从上世纪60年代开始研制矿石拣选设备，70年代到80年代有了较大进展，但拣选理论和装备技术的发展远远落后于重磁电浮等传统选别技术，只停留在小试和工业试验阶段；90年代后期，光电选别装备——色选机在大米、杂粮等粮食加工领域快速发展，国内制造企业开始半学习模仿半自主开发色选机；从2000年开始，进口设备的市场份额大幅减少，国产光电色选机技术快速发展，色选机的规格、功能越来越丰富，多通道选别、二次复选、双面镜头检出、特殊波长光源等技术逐渐成熟；2012年后，随着矿石拣选预处理技术、高精度快速分拣、大颗粒拣选、规模化处理等行业瓶颈技术的突破，智能光电色选机逐步在非金属矿领域逐步推广应用。

滑道式智能光电拣选试验机

履带式智能光电拣选试验机

智能拣选机工作原理及结构组成

各种智能拣选机的组成都基本相同，主要由给料系统、照射及探测系统、信息处理系统和拣选执行系统四大功能部件组成。智能光电拣选机工作时，被选物料从顶部的料斗进入机器，通过振动器装置的振动，被选物料沿通道下滑，加速下落进入分选室内的检测识别区域，并从传感器和背景板间穿过。传感器将获得图像及数据信息经信息系统处理得出矿块品位或特征量化数据，做出决策输出信号，驱动机械打板或电磁阀工作分拣出目标颗粒至接料斗的废料腔内，而好的被选物料继续下落至接料斗成品腔内，从而达到选别的目的。

给矿系统由料槽、给料机、滑槽、输送带等组成，使矿块呈单层、单列、多列均匀地给到机器的照射和探测系统。一般采用多级给矿，第一级控制给料量，第二、三级使矿石排队，矿块呈单层稳定离散状态，且矿块间拉开一定的距离。探测系统则通过敏感元件测定不同矿物的光学、磁学、电学或放射性环境下吸收、散射或反射特征参数作为选别依据。信息处理系统主要任务是对来自检测系统的矿块射线活度和光电信号经放大、降噪、整形、分析、转换后得出矿块品位或特征量化数据，与预定值比较后进入主控单元，做出决策，确定是否给执行机构发出命令。执行机构主要有机械挡板或高压气流两种，根据信息处理系统的命令通过使目标矿粒偏离正常运动轨迹，实现拣选分离。

智能拣选机分类

根据检测系统中矿物与不同波长电磁波作用吸收、散射或反射特征差异，拣选方法可以分为放射性分选法、中子吸收法、荧光法、X射线吸收法、紫外荧光法、光电法、红外法等。在各种拣选方法中，应用较多的主要是光电分选和X射线分选。根据X射线照射矿石后的不同特征反应，X射线分选法分为X射线荧光法、X射线激光法、X射线反射法、X射线吸收法等。光电法主要通过高分辨率传感器，在可见光条件下对原料进行颜色识别并剔除，从而实现分选。目前国内成熟的光电拣选机主要包括滑道式和履带式两种。

滑道式拣选机利用斜槽滑道导矿，矿石在沿滑板平面下落完成检测和分离过程，适用于形状规则性的物料，不易翻转、干燥的块矿，具有结构简单、紧凑实用的特点。履带色选机使用皮带对矿石进行加速，使其稳定通过照射检测区域，具有给料平稳、输送物料种类多、色选精度高、破损小、产量高、带出比小、对物料的损伤相对轻微、破损小等特点，并且速度可控，产量可调整，可以具体根据客户的生产实际进行设计，但造价相对比较高。

智能光电拣选实验室

中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所依托原国土资源部公益性行业科研专项——《基于CCD技术智能光电拣选装备及矿石分选工艺研究》项目，建立了0.5吨/小时~2吨/小时规模智能光电拣选实验室，分拣矿石适宜粒度范围为2~25毫米，适用于钾长石、石英、滑石、硅灰石、方解石、蛭石等非金属矿分拣。项目采用智能光电拣选工艺与传统选矿工艺相结合，研发出光电拣选原矿预处理技术、中粗粒预选抛尾与湿法磨矿磁选精选联合选矿、花岗伟晶岩分质分类差异化分选、光电拣选与干法磨矿联合制粉等绿色节能选矿技术，对河南嵩县、方城、栾川，山西运城，内蒙古察右后旗、乌兰察布市等地钾长石矿进行拣选试验。

根据项目研究成果，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所在所属原国土资源部矿产综合利用野外试验基地建设5~8吨/小时规模工业试验生产线，目前已投入使用。核心设备LS1200双层智能光电拣选机具备二次复选功能，单台机器即可完成尾矿扫选或精矿精选，实现预选抛尾或直接获得合格颗粒精矿。工业化智能光电拣选机检测识别系统采用云技术相机，深度识别微小而精细的杂质，实现高清扫描、精准识别及高速运算，高速动态捕捉并实时分析显示物料，真正实现分拣目标实时可视化。执行机构采用专用新型高频电磁阀，超低耗气量，实现最优带出比，超高打击精度，拥有完美的自修复系统，维护成本低，使用寿命100亿次以上。光源系统采用高性能LED光学系统设计、光控技术，免维护，降低能耗35%。

智能光电技术在典型矿种分选中的应用

河南方城某风化花岗岩钾长石矿主要类型为斑状二长花岗岩和中粗粒花岗岩；主要矿物为斜长石、微斜长石、石英；杂质矿物主要为磁铁矿、黑云母。其中，高品位长石呈肉红色，致密块状，部分白色石英呈大颗粒分布在钾长石矿石中，造成矿石总体长石含量低，产品附加值低。为获得高附加值钾长石，传统选矿方法采用磨矿后在酸性或中性环境下浮选分离长石石英，磨矿能耗高，浮选废水造成一定环境污染。根据长石石英颜色差异及解离粒度，采用智能光电拣选对5~15毫米粒级原矿进行分拣，原矿K2O含量6.3%，Na2O含量3.1%，分拣后获得颗粒长石精矿K2O含量9.7%，Na2O含量3.7%，精矿产率53.6%，回收率82.7%。通过拣选工艺实现粗颗粒长石石英分离，提高湿法制备钾长石粉原矿品质，降低废石入磨量，实现中低品位钾长石高值化利用。

5~8 t/h智能光电拣选工业试验生产线

河南嵩县某低品位石英脉型金矿属脉幅窄、贫化率高的矿脉，由于金与黄铁矿呈密切伴生关系，根据判定矿石黄铁矿与脉石矿物颜色和晶体形态差异，采用光电分选技术对不均匀成矿矿脉、均匀成矿矿脉的边界与围岩进行处理，使低于工业品位的低品位金矿通过预选抛废可以经济利用，预选抛尾产率37.37%，尾矿金属量损失率10.18%。该技术可部分取代效率低而成本高的选择性开采方法，提高采矿效率，提高资源利用率。

自20世纪70年代以来，计算机技术、信息技术、自动化技术与传统制造技术迅猛发展，形成了先进制造技术，促进拣选装备技术向精密化、自动化、智能化、图形化、可视化、集成化快速发展，智能拣选逐渐成为科研院所关注和研究的焦点。以人工智能为代表的智能拣选装备技术作为一种低成本、环保高效的分选工艺，有望成为继重选、浮选、电选、磁选之后又一重要的工业化选矿方法，并在有色、黑色、稀有、放射性、贵金属元素的矿石以及非金属矿领域得到广泛应用。建立和发展完善的低品位矿石拣选资源化利用知识体系已经成为选矿行业发展的主要攻关方向之一。

(该研究为原国土资源部公益性行业科研专项——《基于CCD技术智能拣选装备及矿石分选技术研究》)

综合地质调查谱地质新篇

马亚梦 谭秀民 赵恒勤

当前，我国矿产资源供需矛盾日益突出。因此，要加大勘查力度，实施找矿突破战略行动。随着矿产资源全球化配置，需要统筹协调的问题逐渐增多，单一传统的资源调查方式已不能适应当今的新时代、大格局。在此大背景下，助推单一资源调查向地质资源潜力、技术经济条件、地质环境影响“三位一体”综合地质调查转变，形成资源环境综合评价及勘查开发布局对策建议显得尤为重要。

何为“三位一体”

“三位一体”的综合地质调查是秉承“绿色矿业”的理念，以问题和需求为导向，按照“综合部署、科技引领”的原则，进行的逐层深入研究。其基本研究内容是以资源基地为研究对象，全面梳理资源基地资源、环境、技术经济相关数据及研究成果，在资源条件调查与潜力评价、地质环境条件调查与影响评价、技术经济调查评价的基础上开展的综合评价。

相较于以往着重于地质找矿的单一传统的资源调查方式，“三位一体”的综合地质调查更加突出成果的集成，在推进实施过程中需要遵循自然规律与经济规律，统筹部署好相关工作，完成新发现大型资源潜力基地从资源基地到适应经济新常态的产业基地的转变，其主要包括：

地质资源潜力——注重矿集区各类地质勘查资料的收集整理、二次开发和综合分析，注重矿集区找矿预测研究，总结成矿地质背景、成矿规律和控矿因素，开展重点区域靶区优选、野外查证、成矿预测工作。

地质环境影响——调查评价矿山地质环境现状，着重分析评价地质环境容量，预测矿产资源开发对环境造成的影响及危害；探索矿产资源开发地质环境影响变化机制及防控技术创新，提出矿产资源绿色开发地质环境防治的对策建议。

技术经济条件——注重资源的综合开发技术研究，提高矿产资源综合利用水平；评估矿集区资源开发利用的前景，对资源开发的经济效益、社会效益、环境效益等做出科学评价和预测，推进当地资源开发的资源-经济-环境的协调发展。

怎样“勘查开发”

党的十九大报告中指出，“人与自然是生命共同体，人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然”，“为把我国建设成为富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国而奋斗”，这为我们矿产资源勘查开发工作指明了方向。

现阶段，制约我国矿业经济发展的因素主要有以下几个方面：自然条件严酷，基础设施落后；矿产资源勘查投入不足，勘查程度普遍较低；矿产选冶加工技术研究滞后。因此，在资源环境综合评价的基础上，提出科学的资源勘查开发布局对策建议，不断提高地质工作服务经济社会发展的主动性和能动性，有助于将找到的矿产资源合理、有序、高效、集约、生态地开发出来。其主要内容是：依据矿集区成矿规律与成矿预测，结合国家和区域相关产业政策，划分矿集区勘查、开发基本区块；理论与实际相结合，构建资源勘查开发布局评价指标体系；建立评价标准，评价勘查、开发各区块的优劣度，提出适宜、科学的勘查开发布局对策建议。

划分勘查开发区块——根据勘查区和开发区划分的依据，划分矿集区勘查、开发基本区块。勘查区的划分依据包括：不存在法律和其他禁止勘查的情况；矿集区成矿规律与成矿预测最新成果，包括矿床、矿点、矿化点及异常分布，找矿靶区分布等；整装勘查区勘查规划划定的预查普查区；矿产资源规划划定的重点勘查区。开发布局划分的依据包括：不存在法律和其他禁止开发的情况；区内存在已探明并具有一定资源储量规模的矿床；区内有一定的基础设施条件，区域范围有一定的工业基础；矿产资源规划划定的矿产资源开采区域。

构建评价指标体系——评价的基本框架和指标体系的主体构成具有共同性和通用性，主要依据《矿产资源基地综合地质调查技术要求》中的矿产资源基地综合地质调查评价指标。此外，评价指标体系也应遵循因地制宜的原则，有关评价内容需要根据评价对象所处的经济地理和社会环境的不同而有所区别。也就是说，我国东、中部的矿产资源基地和西部矿产资源基地，在布局评价的指标设计上应该有所不同。

勘查开发布局评价——主要包括评价指标的权重确定，评价指标的评分标准，评价指标的计算等。评价指标权重一般采用层次分析法来确定，把复杂事情分成若干有序层次，确定每一层次中各元素的相对重要性次序的权重；通过对各层次的分析，进而导出对整个问题的分析，即总排序权重。评价标准是指各级评价指标评价值的判别标准，起着一把尺子的作用，一个评价指标处于什么状态，用这把“尺子”去衡量，就可以清楚这个指标的状态是好还是坏。

规划布局对策建议——根据区块评价的结果，借鉴国内外已有大型矿产资源基地的开发经验和管理措施，提出适宜的矿产资源基地勘查开发工作布局、资源规划、资源管理的政策建议。唤起全社会资源忧患意识，加强地质矿产勘查工作，实行开源与节流并重、开发与保护并重的方针，依靠科技进步，提高矿产资源勘查、开发利用水平，加强矿业规划管理，促进矿业经济可持续发展，为社会主义现代化强国建设提供安全、稳定、经济、可靠的资源保障。

蕴藏在尾矿中的宝藏

王威

尾矿具有环境危害性和资源性的双重属性。近年来，尾矿的资源属性受到我国各级政府和生产企业的高度重视，尾矿资源化的发展趋势日益清晰，尾矿综合利用将是21世纪矿产综合利用范围最广、潜力最大的领域。因此，从国内尾矿资源的实际出发，开展系统调查评价，厘清尾矿利用、保护和处置的边界和先后次序，提出规模化消纳、资源化利用、无害化处置总体解决方案，实现尾矿资源化利用的同时，最大限度地消除其对周边环境的威胁，有着十分重要的经济效益和社会意义。

尾矿是矿石经粉碎、选冶形成精矿后的剩余部分。我国尾矿来源按行业划分主要包括黑色金属尾矿、有色金属尾矿、稀贵金属尾矿和非金属矿尾矿。

根据《中国矿产资源节约与综合利用报告（2016）》，截至2015年度11月底，我国在用或者未治理尾矿库有9565处，尾矿累计量超过200亿吨，占地约100万亩。矿石空场填充是尾矿利用的重要方式，占尾矿利用总量的53%，金矿石、铜矿山的尾矿及其他有色和稀贵金属矿山、铁矿山是尾矿充填利用的主要方向，分别占尾矿利用总量的18%、23.6%和11.4%。

虽然我国尾矿综合利用起步较晚，但由于各级政府和生产企业的高度重视，我国矿产资源综合利用及矿山环境治理已经快速起步并取得了很大成绩，但还需进一步加强尾矿资源化利用领域研究，提高有价组分综合利用水平，丰富尾矿资源化利用的方法途径，实现尾矿利用由“削足适履”到“量体裁衣”的转变。

中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所在地质调查项目支持下，开展铜、铅、锌、钼、金和萤石矿山尾矿调查评价，完成了1300个尾矿库的调查，形成了尾矿综合利用特征大数据，同时，发现了一批稀有稀散组分高的尾矿。栾川地区尾矿库中赋存高于工业品位的钨金属量>5万吨（估算），达到大型规模；在其他尾矿库中还发现了高于或接近工业品位的金1.1316吨，银114.3604吨，钴3581.4吨，铅36.152万吨，锌21.294万吨，萤石26.685吨（估算）。筛选其中42个尾矿库尾矿进行综合利用技术研发和评价，发现有38个尾矿库尾矿综合利用技术经济合理，这说明尾矿资源化具有广阔的前景。

铁尾矿、铜尾矿和黄金尾矿分别占我国尾矿的51%、19%和13%，是我国主要的尾矿类型。铁尾矿的综合利用主要体现在铁矿物的回收利用、用作建材原料、用做土壤改良剂和微量元素肥料、进行生态恢复等。铜尾矿综合利用主要有铜尾矿再选、用于矿井充填或复垦土地、用于生产建筑材料等。金尾矿的综合利用主要体现在有价元素的综合回收、生产各种建筑材料、井下充填、复垦造田等。

由于我国前期选矿技术水平的制约和“单打一、重主轻副”的思想等多种原因，我国尾矿中不仅含有可提取的金属组分，而且存有大量可用的以硅酸盐矿物、碳酸盐矿物为主甚至可直接提取的非金属组分，是我国矿产资源的新的宝藏。

开展典型尾矿资源综合利用技术研究和推广尾矿资源产业化利用技术研究与推广，不但可使原来资源枯竭或资源不足的矿山焕发青春，而且还能够重新成为新的资源基地，以开辟新的材料科技领域，推动科技进步，同时也可以解决环境污染、改善生态环境，具有巨大社会效益、经济效益和环境效益。虽然我国在尾矿综合利用领域开展了很多研究，但仍缺乏关于尾矿的系统调查评价，尾矿综合利用依然停留在单一的综合利用模式，没有形成区域性整体利用模式。因此，亟须开展系统调查评价，厘清尾矿利用、保护和处置的边界和先后次序，提出规模化消纳、资源化利用、无害化处置总体解决方案，实现尾矿资源化利用的同时，最大限度地消除其对周边环境的威胁。

揭秘日常生活中的高岭土

赵恒勤 谭琦

高岭土，俗称“瓷土”、“观音土”，是一种铝硅酸盐矿物，也是人们日常生活中必不可少的一种矿物材料，其中最广为人知的是用来制作陶瓷。

我国是世界上最早发现和利用高岭土的国家，远在3000年前的商代所出现的刻纹白陶，就是以高岭土制成。江西景德镇生产的瓷器名扬中外，国际上通用的高岭土学名-Kaolin，就是来源于景德镇东郊高岭村边的高岭山。高岭土在陶瓷中主要用来做坯胎，将高岭土用于陶瓷坯胎中在我国陶瓷史上具有划时代的意义，高岭土在釉料中的作用主要是提高釉料的熔融温度和悬浮性，使釉水不宜沉淀。

我国历史上闻名的“唐三彩”和“青花瓷”均采用高岭土来制作坯体。唐三彩的釉质，主要成分是硅酸铅，而呈色剂则是在釉料中加入各种不同的、适量的金属氧化物所形成的。青花瓷是我国陶瓷中的珍品，也是瓷器的主流品种之一。目前，陶瓷考古界和科技考古界较为认同的“青花”是指利用含钴的矿物作为着色颜料在白瓷坯上绘画，经上釉后在高温下一次烧成(非低温铅釉)而呈现蓝色装饰的釉下彩瓷器。青花瓷的制作工艺复杂，整个工艺流程主要分为瓷土加工工艺-制坯工艺-釉与料工艺-装饰工艺-烧成工艺等5个部分。其中高岭土主要用于制作瓷胎，高档青花瓷对于高岭土原料要求很高，要求Al2O3含量＞21%，Fe2O3+TiO2＜0.5%。

现代人们的日常生活中也处处可见高岭土制品，比如日用陶瓷、建筑卫生陶瓷等。我国是世界上最大的日用陶瓷和建筑卫生陶瓷生产国和消费国，且产品逐步被世界认可和接受。近年来，其生产工艺技术进步迅速，整体已接近世界先进水平，但存在过度消耗高岭土资源、中低档产品居多、污染环境等问题。随着陶瓷行业的不断发展，优质的高岭土资源日趋枯竭，对陶瓷生产质量造成很大影响，故中低品位高岭土成为陶瓷行业的接续矿物资源。

此外在人们日常生活中用到的各种纸张中也不乏有高岭土的身影。高岭土作为造纸涂布颜料的主体组分，其特性对造纸生产可操作性和涂料特性以及成纸质量有很大影响。国外发达国家高岭土主要用于造纸行业。高岭土既可用于填料，也可用于涂料，在造纸中的要求要比陶瓷用高岭土高。此外，高岭土还能用来制备化肥、农药、杀虫剂载体等。

我国高岭土资源储量丰富，总储量约30亿吨，主要分布在广东、广西、福建、江苏、江西、湖南、河南、山西和内蒙古等省区，可划分为煤系高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种类型。其中煤系高岭土储量约17亿吨，主要分布在我国北方地区。软质高岭土为热液蚀变型，主要分布在苏州。砂质高岭土属风化型或沉积型矿床，主要分布在南方亚热带多雨地区。根据不同的资源类型，采用不同的加工工艺，煤系高岭土主要采用破碎-磨剥-煅烧-超细解聚-分级，部分磁选工艺，应用方向是油漆、涂料、造纸、橡胶、电缆、陶瓷等；砂质高岭土和软质高岭土主要采用捣浆-螺旋除砂-旋流器分级-离心机分级-磁选-漂白-洗涤-压滤-干燥等工艺，陶瓷土主要采用磁选除铁增白，造纸涂料土主要靠漂白除铁增白。

现在我国多数高岭土企业的现状是：规模较小、产量不大、产品质量不高，与美国、英国、巴西等国相比，存在较大的差距，甚至全国高岭土总产量不及国外一个高岭土大公司的产量。因此，我们应在资源合理利用与保护、产品和市场开发、工艺技术和装备以及管理和政策支持等方面，共同努力，尽快使我国由高岭土资源大国变为高岭土产业强国。

高寒荒漠区金属矿产资源开发中的矿山地质环境保护

张永康 曹耀华 谭秀民

青藏高原东北部、柴达木盆地西南缘铁铜等金属矿集区，是我国西部地区重要的铜、铁、铅、锌、镍多金属成矿带，目前已发现大型、超大型铁、铅锌、铜、镍等矿产资源多处，其中夏日哈木镍矿资源丰富，镍资源量达106.24万吨，有望成为继甘肃金昌镍矿之后我国又一“镍都”。

该地区平均海拔在3000米以上，属于典型的高寒、干旱内陆高原盆地气候，区内地势陡峻，沟谷深切，地貌以戈壁滩、沙丘、高山为主，地表处有厚1米左右的土层覆盖，底下为岩石及沙石层，土壤类型主要为灰棕漠土。植被覆盖率一般小于15%，呈现典型的高寒荒漠景观。

高寒荒漠区金属矿产资源的开发历史悠久。随着国家对紧缺矿产资源需求量的增加，该区丰富的铁铜镍等金属矿产资源的进一步开发将对国民经济发展起到重要作用，可为国家经济安全提供有力保证，带动交通、通信等基础设施发展，提供一定数量的就业岗位，促进工业化和城镇化建设，为更好地实现西部地区脱贫攻坚提供经济支撑。

金属矿产资源的开发一般包括采矿、选矿、冶炼三个过程。以往粗放式的采、选、冶过程对生态环境的影响主要有矿山地质灾害、地形地貌景观破坏、土地资源破坏、含水层破坏和水土环境污染等。

那么，高寒荒漠区矿山地质环境灾害如何防治？

建设绿色矿山

我国历来重视环境保护。习近平总书记指出：“既要绿水青山，也要金山银山；宁要绿水青山，不要金山银山；而且绿水青山就是金山银山。”这为矿业开发环境保护指明了方向。2017年，原国土资源部、原环境保护部等六部委联合出台了“关于加快建设绿色矿山的实施意见”，详细阐述了绿色矿山的建设。

绿色矿山是指在矿产资源开发全过程，既要严格实施科学有序的开采，又要将对矿区及周边环境的扰动控制在环境可控制的范围内；对于必须破坏扰动的部分，应当通过科学设计、先进合理的有效措施，确保矿山的存在、发展直至终结，始终与周边环境相协调，是融合于社会可持续发展轨道中的一种崭新的矿业形象。绿色矿山建设是一项复杂的系统工程，代表了一个矿业开发利用总体水平和可持续发展潜力，以及维护生态环境平衡的能力。它着力于在科学、有序、合理开发利用矿山资源的过程中，最大限度保护和恢复治理矿山环境。

加强矿山地质环境防治

在高寒荒漠区，这样一个矿产资源丰富、动植物资源丰富、环境又极为恶劣的区域，结合矿山开发对地质环境造成的影响，建议从以下几方面进行矿山地质环境防治及保护：

针对新建矿山，应按照“加快建设绿色矿山的实施意见”精神，建设绿色矿山，从源头保护矿山地质环境，实行过程控制的保护性开发措施。

针对已发现的矿山地质灾害，应加强治理与监测工作，加强对不稳定边坡监测和移动规律认识，消除和减小不稳定边坡崩塌滑坡灾害可能对过往行人和车辆的威胁。

针对高寒荒漠区矿山开发过程中主要造成的影响是土地资源破坏和地形地貌景观破坏这一现状，加强土地资源的保护，尽量减少对原生态土地的占用与破坏，特别是尽量减少对表层土壤的破坏，以地下开采为主，采取以钻代槽、浅钻的绿色勘查技术，对于必须破坏部分土地时，必须对表层土采取保护措施以防止表层土散失和退化。

锡铁山铅锌矿废石堆上的人工林

采取封育、地表植被重建，在草皮的种属选择、工艺的采选上要与矿区所处的地理位置、气候条件、土石环境相匹配，以确保植被重建的成效；废石、废矿渣堆覆土绿化；废石、废矿渣堆积台面整治，压实台面，加固边坡、衬砌护坡，在有效部位建设拦挡工程，设计相应的排水、防水工程；地质探槽治理，采取土方回填。

开展人工现场调查、遥感监测工作，动态掌握矿产资源勘探开发活动对土地资源的破坏类型、面积及破坏程度等，同时监测监督矿山地质环境治理恢复工作情况。

建设矿山公园

在青海西部大柴旦地区，西部矿业股份有限公司锡铁山铅锌矿分公司在矿山地质环境保护方面就是一个优秀的典范。该矿山位于青海省柴达木盆地北缘戈壁滩上，常年刮风，沙尘暴天气时有发生，降水量稀少，植被稀少，难以存活。整个矿区及周围只有少许骆驼草和麻黄草生长。经过改造，该矿山在废石堆、厂区内种植了大量杨树、柳树、红柳和草皮，在厂区形成了具有防风固沙能力的人工林，绿化覆盖率达到了可绿化区域面积的80%以上，改变了矿区小环境，降雨量增加，风沙天气逐年减少，逐步形成了适宜人居住的环境。

近些年，深海矿产资源勘查开发引起了世界各国的高度重视，海底技术进步、原材料价格上涨和价格大幅波动造成的原材料供应风险，已成为推动各国开展海洋矿产资源商业化开发的三大驱动力。近日，《地质调查动态》撰文对深海采矿现状、面临的主要挑战进行了深入探讨，并对深海采矿的前景进行展望，本期摘编其精华内容。

●海底矿床勘查目前正在加速进行，不断有国家或公司要求签订新的合同，其中在公海地区进行的勘查项目需经国际海底管理局批准。

●虽然开采海底矿产的技术取得重大进展，但还远远不够，亟待开展技术创新，采用降低成本的绿色技术是未来深海采矿的必由之路。

●深海采矿将成为本世纪人类满足自身发展需求的战略之举，但其前景受到技术、经济、地缘政治、国际法律法规等多重因素制约。

动因

唤醒沉睡海底的矿产宝藏

传统意义上的“深海”，是指大陆架以外的海洋部分，通常水深在200米以上。深海资源一般指公海以及国家专属经济区（EEZ）以外的海洋资源部分。深海资源可分为矿产资源和生物资源两类。矿产资源主要分为多金属结核、富钴铁锰结壳和海底块状硫化物（SMS）三种类型。

这些富集在深海的金属或非金属资源的副产品，很多都是现代高科技、绿色技术或新兴技术必不可少的原材料。例如：碲用于光伏太阳能发电，钴用于混合动力汽车和电动汽车电池，铋用于核反应堆的液体铅-铋冷却剂，铌用于高科技高温合金等。

过去15年来，深海矿产资源勘查开发引起了世界各国的高度重视。有的国家以国有企业或专业科研院所为主进军深海，有的则是通过国家层面的立法为民间投资深海创造便利条件。至于全球层面的深海资源勘查开发治理平台也不断涌现，并日臻完善。从根本动因上来看，海底技术进步、原材料价格上涨和价格大幅波动造成的原材料供应风险，已成为推动各国开展海洋矿产资源商业化开发的三大驱动力。

开发深海矿产资源的意义在于，它不仅可以满足国家产业发展对战略性矿产供应安全的需求，还能促进洋底填图及相关技术的发展，促进海底采矿相关服务和装备的研发，提升对深海资源的认识，维护国家战略利益。21世纪以来，世界各国对深海矿产资源的兴趣与日俱增，竞争日趋激烈。据荷兰资源专业中心数据，2010年美国在深海采矿方面的创新力排在第一位，欧洲排名第二，中国居第三位，其后依次为日本、韩国。

此外，相较于陆地采矿，深海采矿的优势较为显著。例如：陆地采矿会在环境中留下大量“足迹”：需要修路，建造房屋和基础设施，挖掘露天采矿场矿坑，影响河道，并产生数百万吨的废石。而海底采矿不需要修路，没有海底矿石运输系统或建筑物，几乎不需要建任何海底基础设施。铁-锰结壳和结核基本上都是暴露在海床之上呈平铺状态。SMS矿床厚度可达几十米，但矿床上几乎或完全没有覆盖物。开采陆地矿床需要剥离覆盖层，挖掘出来的废石量在总挖掘量中的占比可达75%之高。而深海采矿的平台是船，可以很方便地从老矿点转移到新矿点，选择规模虽小但品位高的矿床进行开采。除矿石品位高外，海底采矿的另一个优点是可以在一处采矿场回收3种或更多种金属。3种主要类型的深海矿床（结壳、结核和SMS）都具有这样的优点。陆地采矿影响土著居民或原住民生活的问题正日益受到关注，而深海采矿不会引发这样的问题。

挑战

深海矿产开采存在法律空白

深海采矿将是本世纪人类满足自身发展需求的战略之举，其前景受到技术、经济、地缘政治、国际法律法规等多重因素的制约。

对深海矿产资源认知不够，勘查开发监管存在风险。行业内和研究学者们基本都知道深海矿床在哪里，但是对于资源的集中度、规模大小却知之甚少。这对于需要据此开展成本效益评估的单个项目来说，矿床品位及规模的不确定性成为制约其开发的主要因素。例如：加拿大鹦鹉螺矿业公司圈定的索尔瓦拉1号矿床，是当前世界上最先进的深海采矿项目，但其资源仅够开采两年。其结果是，现在还不能确定，该公司为开矿而进行的巨大投资是否具有经济效益，因为仅仅建造一艘船的费用就高达10亿欧元。

深海采矿主要的缺陷和风险在于“社会环境运营许可”。由于深海采矿通常位于国家管辖区外，关于勘查活动的国际监管框架的制定进程缓慢。这就导致企业参与无章可循，使得投资者望而却步。环境组织和科学家们也声称，当前对于深海采矿给生态系统造成的环境破坏风险知之甚少。

国际法律框架不完善，开采条款未出台。大部分深海资源都位于国家管辖区以外的国际水域，法律框架复杂。对于深海采矿引发的新问题，国际法律框架层面还存在着诸多的不确定性和空白。规制海洋活动最重要的国际法是联合国海洋法公约（UNCLOS），其在1982年通过，1994年开始实施，目前世界上有166个国家已经签约成为会员国，但也有例外，如美国。

为了管理和协调深海矿床相关事宜，1994年在UNCLOS下成立了自治国际组织——国际海底管理局（ISA）。所有公约签署成员国自动成为ISA的成员。截至目前，ISA分别于2000年、2010年和2012年通过了勘查结核、硫化物、结壳的条款，但是关于开采的条款还在制定当中。

结核和SMS勘查开发技术较为成熟，结壳挑战性大。深海采矿通常包括几项关键技术。首先是要有现代化的装备齐全的船。目前，已有好几艘勘查船在运营，它们通常属于国家研究机构和地质调查局。开展巡航研究是很昂贵的事情，一艘船的运营成本约5万～10万欧元/天。另一项关键技术是可用于深海采矿作业的遥控机器人（ROV）。SMS在输送至海面之前，要用ROV进行开采。散落于海底淤泥中的锰结核，可通过ROV真空将其从海底吸出来。锰结壳可通过在洋底作业的ROV进行剥离并磨碎。ROV可将这些混合物运送至提升系统，管运至海面的船上。通常，一套深海采矿系统包括4个子系统：采掘系统、提升系统、海面平台和处理系统。

对于深海采矿技术，行业内似乎对商业化开采很有信心，认为以当前的技术水平足以满足需求。这些技术源自油气钻探，钻进深度通常可达2000米以上。然而，开采不同类型的深海矿产，其技术要求不尽相同。现有的或目前正在建立的第一代深海勘查开采技术只适用于铁-锰结核和SMS，不适用于铁-锰结壳。勘查和开采铁锰结壳需要克服两个主要的技术难题，一个是勘查和描述矿山特征，另一个是开采。勘查工具必须是深海拖曳式或可以装载在ROV上，并且可以在现场测量结壳的厚度以计算储量。最佳途径可能是开发一种多光谱地震探测工具和伽马辐射探测器，但必须解决伽马射线信号在海水中衰减的问题。与铁锰结壳相比，结壳基岩的种类繁多，伽马射线探测器在区别结壳基岩物理性能方面效果最好。开采方面的难题是，采矿工具必须能把铁-锰结壳与结壳基岩分离开，从而做到只开采结壳，不开采基岩，因为基岩开采会大大稀释矿石的品位。困难在于，结壳是牢固地附着在基岩之上的。分离结壳与结壳基岩的工作必须在水下1500m～2500m处的不规则且往往是粗糙的海床上进行，而且结壳以下的各种结壳基岩的韧性又各不相同。攻克这一难关需要进行高水平的技术创新。

资源价格和资本成本是制约深海采矿的两个主要外在因素。深海采矿主要受到包括资源价格和资本成本在内的外部因素影响。对于采矿本身，用于造船和开发必要技术的初始投资成本是巨大的。不是所有项目都在商业上可行，但是走向深海在很多情况下却是一个战略性问题。采矿业一直是一个高成本产业，将深海采矿成本与陆域采矿进行对比很重要。对于陆域采矿，总成本包括环保成本、固定基础设施成本和劳动力成本，相较而言，深海采矿对投资者颇具吸引力。

据欧盟方面测算，深海勘查一天的成本超过10万美元，大部分勘查航次的预算在5000万～2亿美元之间。对开采而言，一天的运营成本高达好几亿欧元，这还取决于矿床及其位置。最大的成本是船、钻探及船员的费用。从经济角度来看，很多方面都取决于上述外在因素，主要包括某种资源在一定时期的市场价格以及相较于陆域采矿的成本控制。

深海采矿的环境影响可能会很大，要提前开展风险评估。所有扰动地球表面的活动，无论是陆上的还是深海的，都会扰动甚至摧毁动植物栖息地。因此，必须制定最环保的工作计划，并使所有地球表面的活动都按计划开展。与陆域采矿相比，深海采矿具有环境影响小的优势。然而，至今业界对于深海采矿会造成哪些环境问题尚知之甚少，目前全球只有一座海底矿山——索尔瓦拉1号矿，拥有此矿的加拿大鹦鹉螺矿业公司提交了一份开采此矿的环境影响报告，这是当前现实中唯一的陈述海底采矿环境影响的报告。考虑到矿床类型和开采工具等方面的因素，海底采矿的环境影响可能会很大。因此，基于不同尺度原地实验的风险评估是深海采矿实施前必不可少的工作环节。

研究人员通过实施一些国际科学计划研究了开采铁-锰结核可能会造成的影响，这些国际计划以广泛的野外考察以及理论和实验室研究为基础。在采矿车辆经过的地方，动植物栖息地显然会遭到破坏，海底水层中还会产生沉积物卷流，卷流的范围有多大则不可预知。国际海底管理局2008年开展的一个项目得出这样的结论：难以预料开采海底结核会对生物多样性产生什么样的威胁，以及会带来多大的物种衰落风险，因为我们对海洋物种数量和地理分布情况的了解十分有限。存在潜在毒性的金属可能会在短时期内从孔隙水中释放出来，或在结核碎屑解吸作用下产生，特别是当采矿作业降低了表面沉积物中的氧含量时，这种情况会发生。

从深海采出的矿石将被运送到陆上的选矿厂。一旦矿石被运到现有或新建的选矿厂加工处理，也会引发与现有陆上选矿厂同样的环境问题。但新建选矿厂可能会更高效并采用先进的绿色技术。船上的选矿工作可能将仅限于矿石脱水，把水回灌到水下采矿场。如果是开采结壳，可能会在船上进行浮选，以去除结壳基岩。

现状

各国加速“淘金”探明深海富矿区

其实，科学家早在100多年前就知道深海里有矿产。然而，对深海矿床成因、分布和资源潜力的研究却始于最近几十年。20世纪70年代，科学家首次对东北太平洋克拉里昂-克利伯顿断裂带（CCZ）铁-锰结核进行了详细研究。当时有人预言，对CCZ海区铁-锰结核的开采将于20世纪70年代末至80年代初开始，但这一预言没有成为现实。1977年，科学家又在太平洋加拉帕戈斯海脊发现了热液系统。此后不久，研究人员又于1979年在东太平洋隆起发现了“黑烟囱系统”。20世纪80年代早期，对海底铁-锰结壳的研究引人注目，因为从铁-锰结壳中开采钴的前景被看好。然而，由于全球市场金属价格在20世纪90年代前后直至21世纪初持续低迷，开采海底矿产的积极性受到打击，开采计划被搁置。但针对海底矿床的研究与开发工作一直没有中断。进入21世纪以后，随着全球金属价格的上涨，深海矿产资源的勘查开发再次引起广泛关注。

结壳通常沉淀在海底山岭、山脊和高原上，水深400m～7000m，厚度最大和含金属最多的结壳位于水下800m～2500m处，采矿作业最佳水深1500m～2500m。西北太平洋底海山的年代为侏罗纪，是全球海洋中最古老的海山，其结壳最厚，稀有金属的含量通常也最高。因此，西北太平洋中部赤道海区被认为是勘查海底结壳的主要地带，即通常所称的“中太平洋主结壳带（PCZ）”。

对于结核而言，太平洋尤其是东北太平洋的克拉里昂-克利伯顿断裂带（CCZ），秘鲁盆地，以及南太平洋的彭林-萨摩亚盆地是发现结核最多的海域。印度洋盆地中部也发现了一处大型结核带，西南大西洋的阿根廷盆地和北冰洋等海域内可能也有铁-锰结核带，但这些海域的勘查程度非常低。CCZ海区最具经济吸引力，在这一海区内，已经或正在等待与国际海底管理局签署勘查合同的勘查区块有13处。矿业公司之所以对CCZ海区感兴趣，是因为此海区有大量铁-锰结核且镍和铜的富集度高。

总体来看，截至2013年，已签署海底勘查合同的占地面积约为1843350km2，其中约一半勘查项目是沿海国家在其各自的专属经济区（EEZ）内进行的，其余勘查项目是在国家管辖区外的公海地区进行的，在公海地区进行的勘查项目需经国际海底管理局（ISA）批准。SMS矿床勘查项目的面积约占海底勘查总面积的45%，大多数都位于西南太平洋国家的EEZ范围内，公海地区SMS矿床勘查项目的占地面积仅有5万km2。在占据其余55%海底勘查面积的项目中，大多数为铁-锰结核勘查项目，这部分项目全部在公海范围内进行。此外，还有两个占地面积很小的磷灰岩勘查项目，一个在新西兰海域，另一个在纳米比亚海域；还有一个面积非常小的多金属泥勘查项目，此项目在红海海域进行。这3个小项目以及一个位于西南太平洋的SMS项目已被批准签署采矿合同。2012年7月，ISA理事会和大会通过了勘查海底铁-锰结壳的法规，此后不久便收到了申请在西太平洋进行勘查并签订合同的两份工作计划，勘查合同的占地面积9000km2。

中国、法国、德国、印度、日本、韩国、俄罗斯以及一个名为“洋际金属”的多国集团（成员国有：保加利亚、古巴、捷克共和国、波兰、俄罗斯和斯洛伐克共和国）签署了勘查海底铁-锰结核的合同，每块勘查区的面积约为7.5万km2；中国、法国、德国、韩国和俄罗斯等国已经或即将签署勘查SMS矿床的合同，每块勘查区的面积约为1万km2；中国、日本和俄罗斯已经制定或预计将制定勘查海底铁-锰结壳的工作计划，每块勘查区的面积约为3000km2。此外，有4家公司已经或即将签订勘查海底铁-锰结核的合同，其中3块勘查区的面积为7.5万 km2，1块为5.862万km2。海底矿床勘查工作目前正在加速进行，不断有国家或公司要求签订新的合同。

前景

铺就“产学研用”深海采矿之路

至今我们并不十分清楚全球海洋中铁-锰结壳、结核和SMS矿床的资源潜力到底有多大。相对而言，对CCZ海区和中印度洋盆地结核矿床的特性描述最为清楚。必须用评价陆地矿床的方法评价海洋矿床，从而发现海洋矿床作为许多种稀有、战略性和紧缺性重要矿产来源的重要性。对比评估工作应包括对每一种重要矿产整个生命周期的评价，以及对矿床开采环境影响的评价。

从工程技术的角度看，必须取得几方面的重要突破才能使结壳开采具有可行性。与结壳开采相比，结核开采技术较为简单，因此已进入可开发阶段。阻碍铁-锰结壳勘查的最大难点是，需要在原地实时测量结壳的厚度，开采矿石的最大障碍则是把铁-锰结壳与结壳基岩有效地分离开。减少或消除对铁-锰结壳和结壳基岩物理性质测量结果的偏差有助于解决这一技术问题。需要对种类繁多的样品，尤其是磷酸盐化的厚层结壳进行分析。一个更困难的问题是，需要在原地测量浸透海水的样品。这些测量开展以下工作：认识从海水中捕获金属的机理；对比结壳和结壳基岩以开发勘查技术；描述结壳强度和结壳对各种采矿方法的承受程度。

虽然开采海底矿产的技术正取得重大进展，但还远远不够，亟待开展技术创新，采用降低成本的绿色技术是未来深海采矿的必由之路。使用简单的酸浸法就可以浸出结壳和结核中的全部主要和稀有金属，因此，应该研发化学和生物化学选矿工艺，比如使用特定的金属结合药剂，以便能够选择性地回收想要回收的金属。在回收了想要的金属后，剩下的矿渣可以送入另一个提取流程，回收其他种类的金属。从矿渣中回收这类金属往往不具经济可行性，因此，回收这类金属的前提是国家有经济鼓励政策或战略需要。

对于一个国家而言，要么是通过国家科学研究机构或地质调查机构加强深海矿床的勘查、开发研究及技术储备，要么是通过立法不断创造并完善有利于深海采矿的优良环境，吸引社会投资进军深海。深海矿产资源勘查开发将是一个事关民族发展、国家兴盛的重要领域，需要政府加强政策引导，强化监管与服务，铺就一条“产学研用”的深海采矿创新之路。

金村新貌

3月12日，人民日报头版刊登了一条图片新闻“金村新貌”，让在外打拼的金村人沸腾了：原本破旧贫穷的小村子何时悄悄换了新颜？这还是我曾经毅然决然走出来的那个“家”吗？

家还是那个家，却也不再是那个家，是地质文化村建设为金村人重塑了一个家。

2018年，自然资源部中国地质调查局中国地质环境监测院部署了第一批试点项目，委托浙江省地质调查院在浙江省仙居县横溪镇金村开展地质文化村建设。就是这项探索性的工作彻底改变了金村。

地质文化村是由外在的地质文化体验与内在的宜居宜业共同构成的乡村发展模式。其核心在于，通过地学科普、休闲度假、文化传承等功能吸引旅游消费，引导村民参与家乡建设与环境改善，发挥资源保护与利用的主观能动性，并从中受益，形成良性循环的单元。

地质文化村主要是以“地质为魂、保护为基、生态为要、民富为本”为建设原则，结合村庄现状、特点进行整体规划和设计。建设过程中主要是做好各类资源的整合，统一为地质文化村服务。

一方面，详细调查地质资源，并对村内的水文地质、农业地质以及人文历史等都进行调查，将水资源、土地资源、农产品、动植物资源和村庄的人文风俗等融合在一起，统一规划、设计，最后以故事墙、岩石标本、科普解说牌等形式展示。

另一方面，地质文化村建设也包括了村庄环境整治等内容，需要一定的资金支撑。金村采取了“上级补助、对口帮扶、村民投工”的形式，横溪镇投入建设资金修建游步道，浙江省自然资源厅的对口帮扶资金用于地质文化村的基础设施配套建设。村民自发美化家门口、村内道路，在村内基础建设上投工投劳、积极参与。在参与过程中，村民的积极性被调动起来，更加关心家乡建设和经济发展，更加珍惜自己的劳动成果，最终达到自发自觉保护环境和资源的目的。

今年中央一号文件明确提出，“扎实推进乡村建设，加快补齐农村人居环境和公共服务短板”；2018年《乡村振兴战略规划（2018~2022年）》以习近平总书记关于“三农”工作的重要论述为指导，按照产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕的总要求，部署了一系列重大工程、重大计划、重大行动，全面推进乡村振兴。其中一个重要的任务和要求就是“生态宜居”——把乡村作为一个整体来对待，充分发挥乡村的主动性，改变过去乡村从属于城市的现实，重新建立一种全新的城乡关系。

地质文化村就是构建全新城乡关系的一次大胆尝试。

地质文化村仍然是村庄，其建设不同于风景名胜区、旅游景点、地质公园、地质遗迹保护区等的固有开发模式，而是以“自组织”形式调动当地村民的积极性，让村民根据自身条件自行设计、建设，全村整体统筹。村内每家每户的房屋、土地、道路、林木、茶园等资源均可与游人共享，村庄既是村民的“家”，同时也是游人的“景”，村民可以安居乐业、游人可以悠闲度假。

地质文化村是地质工作服务经济社会发展的探索与实践，是地质遗迹资源保护与利用的新途径。建设地质文化村不仅让人们了解地质文化，喜欢地质文化，让地质文化沁入人心；同时，地质文化村建设还带动了村庄的建设和发展，让当地村民重新认识和热爱自己的家乡，并引以为傲、形成良好的文化自信。

今天的金村已然不再是当年的“贫困村”，还成功列入“浙江省美丽宜居示范村建设工程”。2019年春节前夕，村书记方四明带领村民把山上的游步道铺好，就为了村里回家过年的人能上山看看。在外打工的村民回到家中，看到家门口的变化个个喜上眉梢，还自发开展全村大扫除，亲手打造一个干干净净、漂漂亮亮的新村庄！

（作者单位：浙江省地质调查研究院）