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    杨经绥在国际会议上作报告

    杨经绥在智利开展现代洋壳调查野外工作

    2015年春节期间,杨经绥率团队在智利开展野外工作

    杨经绥与白文吉研究员在俄罗斯乌拉尔野外

    对杨经绥来说,科学研究也如同攀登,心中怀有信念和热爱,付出更多的汗水,才能登上一座座山峰,看到常人无法看到的独特风景。

    2017年11月28日,中国科学院公布2017年院士增选结果,中国地质科学院地质研究所研究员杨经绥光荣当选。

    杨经绥发现和厘定了我国柴北缘、东秦岭和西藏松多等3条高压/超高压变质带;厘定了东昆仑阿尼马卿和西昆仑库地蛇绿岩组合,为建立高原北部古板块体制的演化作出重要贡献。他建立的“蛇绿岩型(罗布莎型)金刚石”,为世界开启了研究深地幔物质的重要新窗口。

    杨经绥从事地质科学研究已经整整40年。40年里,他大部分时间和精力都投入在青藏高原的崇山峻岭中,爬上了数不清的山峰。对他来说,科学研究也如同攀登,心中怀有信念和热爱,付出更多的汗水,才能登上一座座山峰,看到常人无法看到的独特风景。

    从书本到野外

    青藏高原给了他最好的淬炼

    1977年,杨经绥从长春地质学院地质勘探系毕业,分配到中国地质科学院地质研究所工作。那时的他血气方刚,大学期间系统而刻苦的学习,让他装了满脑子地质学知识。可对地质学研究来说,野外实践尤其重要。刚刚走出校门的杨经绥,最需要的就是到野外一线去历练,把从书本上学到的知识投射到岩石上,真正走进大自然的地质王国。

    这时,青藏高原的群山发来了遥远的呼唤。1978年正是全国铬铁矿会战的尾声,杨经绥参加了西藏藏北东巧铬铁矿和蛇绿岩填图及雅鲁藏布江蛇绿岩和罗布莎铬铁矿调研项目,他第一次来到青藏高原,就与这片大山结下了一生的不解之缘。

    杨经绥无疑是幸运的,青藏高原虽然气候严酷,工作条件艰苦,但其地质的独特性、复杂性,作为野外地质工作的历练场,是再好不过的了。杨经绥满腔热血地投入野外工作中,跑路线、看剖面、填图、写报告,高寒缺氧的环境并没有难住他。这在一定程度上得益于他的知青经历。入学长春地质学院之前,杨经绥曾在北大荒从事了5年生产劳动。茫茫荒原,天寒地冻,练就了他健壮的体质,馈赠给他勇气和毅力。杨经绥曾说,经历过北大荒岁月,他对任何恶劣的自然条件不再有畏惧感。

    项目负责人白文吉特别器重这个工作勤奋、踏实的小伙子,经常鼓励他,指导他。这让杨经绥很快成长起来,熟练掌握了一项项专业技能。短短几年的时间,他已经从初出茅庐的书生变成能够在野外独当一面的青年地质科技工作者。

    项目结束后,杨经绥从西藏回到北京,但他很快就等来了再上高原的机会。1980年,中国与法国合作开展青藏高原地学研究项目同时,来自全国的地质精英组成了18个青藏高原地质调查分队,准备全面开展高原地质研究。得知这一消息后,杨经绥马上跑去找刚刚被任命为第一分队队长的姜春发。“姜老师,我在西藏东巧铬铁矿区填过图,很喜欢和向往高原工作,也不怕吃苦,让我加入您的团队吧。”杨经绥诚恳而充满期待地说。姜春发对杨经绥的人品和工作态度已有耳闻,痛快地答应了这个主动请缨的年轻人。

    这一去就是5年。杨经绥在人烟稀少的高原,从事东、西昆仑蛇绿岩研究,探索曾经浩瀚的大洋,如今成为莽莽昆仑山的地质构造背景。在旁人看来艰苦而寂寥的工作,杨经绥却说“干得很过瘾”。是啊,昆仑山口、帕米尔、红其拉甫、阿里……光是这些名字,就有种天高海阔的豪迈。几辆车,几个人,带上帐篷、汽油、日用品,一跑就是几个月。最长的一次,他们在野外连续工作8个月。

    在神奇美丽的边疆,杨经绥找到了施展才华的宽广舞台。“搞地质研究,看再多教科书,都不如去野外现场看一看。但光在野外跑,也不行。必须带着思考,带着科学问题跑。”随着对东、西昆仑上这一带了解的加深,杨经绥脑子里产生了一个个地质科学问题,他一边在野外工作,一边寻找问题的答案。

    项目结束时,项目组合作的专著《昆仑开合构造》获得了当年原地矿部科技进步三等奖。姜春发把杨经绥的名字放在了作者中的第二位。“姜老师,我们7个人,我年龄最小,排在第二个不合适吧?”杨经绥一度谦让。姜春发说:“这个排名顺序是按照对项目贡献的大小,而不是年龄大小。”

    走出校园后,杨经绥一脚踏入的野外,就是青藏高原,一晃就是8年。这段时期,杨经绥谦虚地称之为实习阶段。通过“实习”,他加深了对岩石、构造的认识,熟悉了青藏高原的地质环境,增长了见识,为之后的地学研究打下了坚实的基础。披荆斩棘的地学研究利剑,经过淬炼,锋芒初露。

    解密特提斯

    海外留学给了他全球的视野

    1986年,杨经绥被公派留学加拿大,在达霍西大学吉姆霍尔教授的指导下,攻读博士学位。

    早在两年前,霍尔教授就认识了这个来自中国的年轻人。1984年,杨经绥到塞浦路斯参加国际科学钻探培训班。他和来自印度和埃塞俄比亚的两名学生一组进行地质填图、写地质报告,吉姆正是指导老师。杨经绥过硬的基本功和严谨的科学作风让吉姆印象深刻。

    再次见到杨经绥,吉姆问他:“你的论文打算做中国的青藏高原还是塞浦路斯呢?”杨经绥并没有马上回答。他用3个月的时间查阅各种英文文献,了解国际地学界岩石和构造领域的研究情况。当时,关于青藏高原的研究很少,文献多数来自国内。而关于塞浦路斯的研究,前人已经做了很多工作,已经有大量的论文发表,研究比较深入。塞浦路斯拥有全球最经典的古特提斯洋地质遗迹,记录了完整的地质层序和特提斯洋的历史。研究古特提斯洋形成和关闭的过程,有望对地球上大陆和海洋的形成产生新的认识。青藏高原,也是古特提斯洋的一部分。选择塞浦路斯,便于与国际同行之间的交流,也便于导师的指导。而选择塞浦路斯,也意味着必须要在前人研究的基础上取得新的发现,挑战性很强。吉姆认可了他的选择。

    1987年,杨经绥再次来到塞浦路斯。吉姆帮他联系了当地一户人家,让他住在家里面。每天一大早,杨经绥就骑着山地车上山去,一个接着一个地看地质剖面,详细记录地质特征。有一天下山时,山地车速度很快,不小心撞到一道坎,连人带车都飞了出去。杨经绥的膝盖摔破了,山地车也摔坏了。那里距离他住的地方还很远,正发愁怎么回去时,幸好一辆卡车路过,停了车。车上下来一个当地人,在了解了杨经绥的困难之后,答应帮他修车。好心人把杨经绥带到家里,在车库里帮他修好了山地车。“真没想到一个中国年轻人会骑着自行车,在我们国家的大山里辛苦地研究地质,太了不起了。”

    回到住处时,天色已晚。杨经绥远远地望见他借宿那户人家的老妈妈正在门口焦急地眺望。看到杨经绥,她眼泪流了出来,“到了时间还没回来,我担心你出了什么事。”“我没事,就是摔了一跤,车子已经修好了。”杨经绥一边安慰老妈妈,心中一股暖意涌了上来。

    过了段时间,吉姆来检查杨经绥的工作,在看了他的各种记录和成果后,对他野外工作的扎实大加赞扬。反过来,导师严谨的治学态度、科学的培养方式、和善正派的为人,也给杨经绥很多有益的影响。

    杨经绥的博士论文《塞浦路斯古海底构造重建》,在前人研究的基础上,提出了自己新的认识,得到了学术界的肯定。海外留学生涯,给了他地学研究的全球视野,使他把握到研究领域最前沿的脉动。他的剑,磨得更锋利了。

    毅然返高原

    在我国发现两条超高压变质带

    1994年春节,杨经绥在大洋对岸收到时任中国地科院地质所所长许志琴发给国外留学人员的新春贺信。许志琴在信里说,所里正在与法国合作开展青藏高原研究项目,祖国需要人才,欢迎他们回来参加。

    看到信后,杨经绥思绪万千,激动不已。青藏高原,那是他魂牵梦萦的地方,是他熟悉而热爱的地方。当年,自己还有一些问题没搞清楚,如今增长了知识,回去一定要解开谜题。

    4个月后,杨经绥就坐上了回国的飞机,又从北京直奔东昆仑。那又是一段过瘾的时光,故地重游,杨经绥的眼里却看到了比过去更丰富的东西。同时,他也感受到了团队良好的科研氛围,每个人都很努力、很敬业。“我一直认为,搞科研,一方面要找到兴趣点,另一方面要有良好的团队。许志琴院士带领的青藏高原研究团队,正符合我的期待。更重要的是,我的事业在中国。”于是杨经绥对许志琴说:“我想回来,正式参加你们的项目。”许志琴听了非常高兴。

    杨经绥的选择是正确的。1995年,地质研究所破格评杨经绥为研究员,1996年他开始带研究生,1998年被聘为地质研究所副所长,1999年成为博士生导师。2003年,杨经绥获得中央组织部、人事部、宣传部、教育部、统战部、科学技术部六部委颁发的“留学回国人员成就奖”。2007年,他荣获“何梁何利科学与技术进步奖”。

    每一年,杨经绥和同事们都有很长一段时间奔波在青藏高原的野外。他们去的都是人迹罕至的地方,甚至无人区。危险时刻躲藏在他们身边。1997年在可可西里,科研团队突遇暴风雪,温度极低,气压下降,几乎所有人都被强烈的高原反应击倒。到了夜里,一位同事突然昏迷,情况危急,急需输液,可蜷缩在车里,液体怎么也输不进体内。为了挽救同事的生命,杨经绥二话不说,爬到车顶,高举起吊瓶,在凛冽的风雪中站了一个小时,直至同事病情好转。2004年秋天,杨经绥和他的科研小组在野外作业时,不幸遭遇车祸。他受了重伤,断了五根肋骨和一根锁骨。在危难之时,他首先想的是别人,让医生先抢救别的伤员。在敦煌医院重症病房里,他还念念不忘工作。

    就在他们经历艰险的时候,新的发现也悄悄到来了。1996年,杨经绥和同事在柴达木盆地北缘鱼卡发现了榴辉岩,在柴达木盆地北缘都兰发现榴辉岩和含柯石英片麻岩,建立了中国西部一条长350千米的早古生代超高压变质带,开辟了西部超高压变质岩研究的新热点。

    “榴辉岩和柯石英是板块碰撞时在超高压条件下形成的。温度不能太高,压力却要很高。基于当时的发现,我推测我国大陆沿着中央造山带发生过两次碰撞,一次发生在5亿年前,一次在2亿年前。但是推测需要证据来支撑。”杨经绥说。

    2002年,支撑他推测的证据终于被找到了。那年春节期间,杨经绥和同事采用激光拉曼谱方法,对从秦岭取回来的几千个样本进行研究,从中发现典型的超高压矿物——金刚石。秦岭金刚石的发现,为中国西部的超高压变质带延至东秦岭提供了关键性的科学证据。杨经绥等人据此提出了沿中央造山带存在4000千米的早古生代和印支两期超高压变质作用事件的巨型超高压变质带的大思路,在国内外引起了很大反响。柴北缘和东秦岭两条超高压变质带,已被国际超高压权威标注在新的全球超高压变质带分布图上,为推进超高压变质带研究和中国关键构造问题的解决做出重要贡献。

    罗布莎突破

    深地幔研究领跑世界

    杨经绥心里,还有一个谜没有解开。1980年,西藏罗布莎铬铁矿,选矿时选出了金刚石。此事曾轰动一时,多数人不相信,认为地质背景完全不对,不可能出现金刚石。还有几名外国专家专程来考察,认为选出的金刚石是混染的。

    当年,杨经绥和老师白文吉就在罗布莎,亲身经历了这件事。明明就是金刚石!杨经绥意识到,把这件事情研究清楚,将真相大白于天下,有可能会带动重大理论突破。他在心中暗下决心,一定要弥补自己和白老师当年留下的遗憾,重回罗布莎。

    2006年,杨经绥如愿承担了罗布莎铬铁矿研究项目。这一次,他们很快就又发现了金刚石,而且是在原矿石里发现的。可消息传出去,国际地学界依然是一片质疑声。澳大利亚的科学家来了,日本的科学家也来了,要取回样品自己验证。当他们也选出金刚石,在自己的实验室里做微量元素分析后,终于相信了中国科学家的发现。他们就像发现新大陆般惊喜万分,回国后,在各种会议上为罗布莎的金刚石正名。铬铁矿里金刚石等超高压矿物的发现,把过去认识中浅部的地质运动,一下延伸到400公里深。

    过去研究地球深部的运动,都是在实验室里模拟,找不到样品来研究、来证实。如今终于有了看得见摸得着的岩石,来讲述地球演变的故事。美国一位院士撰写文章指出,杨经绥团队发现的罗布莎型金刚石,或者说蛇绿岩型金刚石,为世界地学界打开了一扇研究深地幔矿物和作用的窗口。2015年,国际地科联批准了国际地球科学研究计划“金刚石与地幔再循环”项目(IGCP-649)。

    杨经绥的全球视野,让他提出全球化的研究思路,即从全球尺度选择不同时代和地区的代表性蛇绿岩,查明金刚石等强还原超高压矿物群在古今大洋岩石圈中的空间展布、赋存状态及其形成和保留机制,探讨和揭示全球不同构造背景的地幔物质组成和深部地质作用。在这一思路指导下,他们的团队得到中国地质调查局和国家基金委支持,分别开展了塞浦路斯特罗多斯、阿尔巴尼亚、缅甸、土耳其和俄罗斯等地的蛇绿岩和铬铁矿调查取样。

    中国地质调查局地质研究所地幔研究中心团队通过蛇绿岩型铬铁矿这个窗口,研究地幔过渡带深度的矿物群,探讨铬铁矿的深部成因,为蛇绿岩铬铁矿的研究提供了新的思路。目前,我国的研究在国际上处于领先和领跑地位,带动了多国科研人员参与合作。杨经绥说:“例如,我们目前与美国、德国、法国和英国科研人员开展广泛和深入合作,每年我们都有研究人员去国外开展地质调查,取回不少样品,进行实验室合作研究,以我为主发表了合作论文。有些国家的科研人员已经用我们提出的研究思路,申请到了科研项目,并且邀请我们为项目指导。”

    2017年,杨经绥带领各国科学家在古巴采集了近3吨蛇绿岩和铬铁矿样品。运用现代高科技分析测试手段,它们可能揭开古加勒比大洋的裂解和关闭历史,同时可以探讨铬铁矿的成因,探讨深地幔矿物和深部物质的循环和侵位。明年,“金刚石与地幔再循环”项目计划去澳大利亚和新加里多尼亚举办研讨会并进行野外调查取样,将首次取得南太平洋小岛上的铬铁矿。杨经绥说:“我们十分期待,来自地球南半球的样品会带来什么样的惊喜和奥秘。”

    40年的科研生涯,杨经绥在自己的专业领域里,向着心中坚定的方向一步步攀登。如今,他已经带着一个中国科学家的自豪,登上了深地幔研究的世界高度。但他依然没有松懈,因为更美的风景在更高更远处。

    打开探索深地幔物质的新窗口

    引言 

    习近平总书记在2016年全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会明确指出“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”。李克强总理最近多次批示“推动开展地球深部探测研究”,“可以列为重大专项”,“两个方面,一是地下资源能源问题,二是城市地下基础情况问题。”《“十三五”国家科技创新规划》对地球深部(深地)探测研究也有明确的表述。这表明党和国家对地球深部探测研究高度重视,并指明了方向。

    2012年10月~2014年3月,在科技部原部长徐冠华和科技部基础司的倡导和支持下,以“地球深部过程与成矿作用”为主题的调查研究开始进行。这项研究耗时一年半,参与人员达150余人,含院士8人、教授和研究员30人。为保证调研工作的顺利开展,成立了专家组,组长为莫宣学院士,副组长为马福臣研究员、赵振华研究员,成员包括李曙光院士、金振民院士、张国伟院士、朱日祥院士、华仁民教授、邓晋福教授。秘书为朱弟成、杨立强、王银宏教授。研究完成并提交了《地球深部过程与成矿作用》战略调研总报告及5份分报告(造山带、克拉通、花岗岩省、地幔柱、实验)。在此基础上,于2014年3月召开了以“地球深部过程与成矿作用”为主题的483次香山会议,由孙鸿烈院士、翟裕生院士、滕吉文院士、莫宣学院士、马福臣研究员担任执行主席,来自各方面的40多位专家参加了会议。会后发表了会议简报,向国家有关主管部门提出尽快对“地球深部过程和成矿作用”立项,并列入优先资助领域,给予长时间、大强度的支持。2015年4月瞄准国科发资〔2015〕52号文件中第7个重点方向(面向国家战略需求的基础研究)中的“深地”战略性研究,提出“地球深部过程与成矿作用”的立项建议。

    本文仅对地球深部探测研究与地下资源的关系作一些探讨。

     

    莫宣学院士简介:莫宣学,岩石学家,中国地质大学(北京)教授,中国科学院院士,1938年12月出生,1960年毕业于北京地质学院。1981年~1983年美国伯克利加利福尼亚大学及劳伦斯伯克利国家实验室访问学者。曾任中国地质大学(北京)副校长、中国地质大学研究生院院长、国家自然科学基金委员会第六、七、十、十一届学科评审专家组成员、第30届国际地质大会学术委员会副主席、经济地质学会(Society of Economic Geologists)Fellow及负责亚洲区域的副主席。现任《 地质学报》主编及《Geoscience Frontiers》主编。曾获国家科技进步奖一等奖。

    莫宣学首次提出任意压力下岩浆氧逸度计算公式及含Fe2O3硅酸盐熔体密度预测模型,为建立岩浆演化综合热力学理论模型发挥了关键作用。他几十年长期研究青藏高原构造-岩浆作用,在揭示印度-亚洲大陆碰撞时间、青藏高原巨厚陆壳成因与增厚机制、深部壳幔物质运移等方面,取得了系统成果。他长期坚持“岩浆-构造-成矿”方向,研究青藏高原及金沙江-澜沧江-怒江成矿带的成矿规律与具体找矿方向,为开拓西南“三江”和西藏冈底斯国家级矿产资源新基地做出了贡献。

    “地球深部过程与成矿作用”研究的必要性与紧迫性 

    确保矿产资源供应是实现我国“两个一百年”发展目标不可缺少的关键要素。目前,我国经济发展进入新常态,对矿产资源的需求总量保持高位态势。据统计,2013年我国21种矿产消费量居世界首位,占全球消费总量的1/3。未来10年~15年,我国矿产资源刚性需求仍将持续,大宗金属矿产需求峰值将陆续来临,对外依存度将大幅攀升,严重超越国家资源安全警戒线。如果未来10年探明资源储量不能大幅度增加,几乎所有的大宗金属矿产将面临消耗殆尽的危险局面,形势危急,前景堪忧。立足国内,开辟新的找矿空间和深度,寻找找矿战略新区,实现找矿重大突破,提高资源保障程度,已成为我国一项紧迫、艰巨而又长期的重大战略任务。

    为了完成这项重大战略任务,必须揭示中国地质结构和演化的复杂性与特殊性,及其导致的中国成矿作用的复杂性和特殊性。中国地处世界三大构造域的复合部位,经历众多离散陆块多期聚合拼贴过程,在中生代、新生代遭受改造与活化,岩石圈结构异常复杂、不同深部过程多期叠加复合,导致成矿金属选择性地巨量堆积,形成金属成矿省和巨型成矿带,造成我国矿种繁多、类型多样,多源复成、破坏再生的禀赋。

    科学家们认识到,虽然资源、环境、灾害问题主要表现在地球的浅表层,然而其推动力却来源于地球深部,地球深部过程控制了浅部运动与变化。例如,青藏高原是地球上最高、最大的高原,蕴含着丰富的自然资源,又对亚洲乃至全球的气候、生态、环境有重大的影响。然而,造成这一切的根本原因却是印度-欧亚碰撞以来青藏高原壳幔各圈层物质和能量的调整和再分配,即印度-欧亚大陆碰撞所引起的青藏高原下面地球各圈层内部及圈层之间(重点是中下地壳、岩石圈地幔、软流圈地幔)的物质与能量的调整和再平衡。正是这个物质与能量的调整和再平衡过程,从根本上控制着青藏高原的隆升、形成演化和资源环境效应。由此可见,只有阐明了地球深部过程,即地球内部的物质组成、性质、运动演化过程及动力学,才能抓住资源环境问题的关键。

    同样,矿产资源虽然主要就位于地球的浅表层,但其驱动力也来源于地球深部。地球深部过程是大规模成矿作用的“发动机”(提供能量和动力)、“供应源”(提供金属和流体)和“开拓者”(提供矿质输运通道和汇聚空间)。在不同动力学体系作用下,地球深部过程(包括地球深部发生的物质-能量交换以及成矿物质活化、调整和再分配)促使深部含矿岩浆和地壳流体运移、聚集,卸载,在地壳的适宜部位形成巨型成矿带和大型-超大型矿床。因此,要从根本上回答我国矿产的分布格局与资源潜力,从深层次上揭示区域成矿规律和金属巨量堆积过程,开辟新的找矿空间和深度,预测找矿战略新区,就必须深入理解地球深部过程,深刻揭示地球深部物质、结构和层圈相互作用,特别是深部物质-能量交换-传输的地球动力学过程,创建全新的成矿理论体系。

    地球深部过程是指地球内部(从地壳到地核)壳-幔物质与能量交换、物质运动行为、轨迹及其动力学响应。地球深部过程与成矿,是指在不同力系作用下,深部物质重新分异、调整,并在特定壳-幔结构空间驱动含矿热液流体运移、富集并在地壳介质的适宜部位,特别是在深部空间(500米~3000米)形成大型、超大型矿床或矿集区的作用过程。主要包括岩石圈尺度(背景场)、Moho界面(壳-幔物质与能量交换的界面)、小于5千米 的“透明”上地壳(理解导矿控矿构造与层序和矿化分带)、500米~3000米深度(本世纪固体矿产勘查开发的主要深度)。地球深部过程及其对成山、成盆、成岩、成矿(包括能源)、成灾的制约和影响,是本世纪地球科学深化认识地球本体的核心科学问题。迄今,我国对矿产资源的利用和勘查工作主要还在500米以上的地球浅部,对地球深部的成矿规律了解得很不够。然而,如果只懂浅部不懂深部,不研究地球深部过程对矿产形成和保存的控制,就不能回答诸如我国急需矿种的成矿潜力究竟如何,在哪里能够找到大型-超大型矿床这样的重大资源战略问题,不能从根本上解决国家的矿产资源保障。

    关键科学问题 

    根据中国大陆所具备的独特地质条件,针对国内外研究现状和存在问题,提出下述三大关键科学问题:

    (一)深部物质组成、结构的不均一性和演变及差异成矿作用

    地球深部物质组成和结构的不均一性及深部壳幔作用过程,从根本上控制着矿产的区域性分布、区域优势矿种和成矿潜力的差异,也从根本上控制着矿产资源的形成。但迄今仍然不很清楚中国大陆重要成矿区带的深部结构、物质组成以及深部物质结构的不均一性与成矿元素离散与聚集的关系。因此,需要精细解剖中国大陆重要成矿区带不同尺度(从表层到壳幔过渡带)岩石圈的组成、结构与时空变化特点,深入研究岩浆作用的成因,有效识别幔源物质、壳源物质的贡献,将岩浆作用与成矿作用紧密地联系起来,围绕大矿、富矿形成的源、运、储,开展深入研究,查明成矿物质超常堆积的控制因素(如壳幔不均一性、岩石圈类型与厚度、地壳类型与厚度、软流圈的上隆及侧向运动、壳内和幔内或壳/幔相互作用的程度和方式)和差异成矿的根本原因。

    (二)深部流体过程与物质能量交换

    成矿作用与岩浆过程、岩浆-热液过程或热液过程引起的物质和能量交换密切相关,矿床的形成(成矿物质来源、成矿物质迁移和成矿元素的沉淀)离不开成矿流体,可以说没有成矿流体就没有矿床。深部巨量熔/流体在岩石圈内部的系统循环是金属元素活化、迁移的必要条件,也是大型超大型矿床形成的诱因。但迄今对岩浆和热液体系氧逸度变化的控制因素及其对成矿作用的影响、对金属元素在深部熔/流体中迁移、演化与富集机理的认识还存在很大争议。因此,还需要采用多学科交叉结合的手段,充分考虑流体作用对软流圈地幔的改造和对成矿岩浆的贡献,查明流体的来源、迁移和聚集过程,查明金属元素富集机理和物质能量交换过程。

    (三)成矿系统的深部过程驱动机制

    深部过程应包括构造过程、岩浆过程、流体过程、热化学过程和地球物理过程。如前所述,地球深部过程控制着浅部构造运动与矿产资源的形成和保存,查明地球深部的物质组成、结构和性质,阐明地球深部过程(物质运移-聚集规律、运动-演化过程和动力学机制),是正确理解地球浅表层矿产资源形成、变化与保存等问题的关键。但迄今为止,对岩石圈及壳-幔圈层物质和能量交换的深部动力学过程仍然还停留在概念层次上,对金属元素超常堆积的控制因素和深部驱动机制也缺乏很好约束。因此,需要更新现有的技术和方法,补充新的分析手段(如铁、铜、镁和钙等非传统同位素示踪手段),重视高温高压实验研究,加强同位素示踪和数值模拟,通过地质学、地球化学和地球物理学的综合探测研究,利用合适的地质学和岩石学概念模型、边界条件和物性参数,探讨不同构造体制下的壳幔物质交换、矿源供给、流体迁移、成矿元素堆积和矿床定位等一系列不同层次深部过程的驱动机制,阐明由深部地质过程引发的构造-岩浆-流体-化学作用与元素富集成矿机理。

    长远目标与近期目标 

    应当紧紧围绕上述三个关键科学问题开展“地球深部过程与成矿作用”研究,努力达到建立地球深部过程与成矿作用相统一的理论的长期目标,提高矿产资源保障工作的预见性与目的性。

    “地球深部过程与成矿作用”研究的近期目标是:揭示造山带、克拉通、大花岗岩省、地幔柱的深部物质组成、结构、演变及与成矿作用的内在联系,开展相应的实验模拟和方法研究,解剖代表性大型矿集区,查明其深部流体作用与物质能量交换,成矿作用的深部驱动机制,控制大规模成矿的主要因素,提升大型矿床预测效率。在时间上,以中-新生代为重点,兼顾晚古生代;圈层上,以地壳-上地幔为重点,适当探索核幔边界。□

    (标题为编者所加) 

    寻找战略新区须深入理解地球深部过程

    4月17日,中国地质调查局青岛海洋地质研究所聘请国际知名专家美国地质调查局Walter D. Mooney教授为客座研究员,共同推进太平洋两岸构造对比研究,也是青岛海洋所贯彻落实中美地质调查局长会谈成果,开展中美地质调查局在海洋地学领域的科技合作的重要举措。

    聘任仪式上,青岛海洋所为Mooney教授颁发了聘书。聘任仪式结束后,双方进行了合作研究讨论。青岛海洋所青年科学家介绍了中-新生代中国东部海域构造特征及海陆相互作用的动力学过程,苏鲁造山带(包括UHP岩石的研究)及其海上延伸的后碰撞构造演化,灵山岛软沉积变形及同沉积变形触发机制的研究进展。

    Mooney教授认真听取了报告,他表示青岛海洋所在东部海域构造地质研究方面获取了大量、高质量的数据,可以期待将来产出一大批创新性研究成果。他介绍了向顶级期刊投稿撰写论文需要注意的几个关键问题,帮助OBS数据处理及解释、海陆构造对比研究方向的青年科学家梳理了研究思路,制定了文章提纲。双方还详细讨论了合作研究工作安排,拟订了初步合作交流计划。

    据悉,Mooney教授是美国地质调查局研究员,国际著名深部地球物理专家,现为美国地调局印度洋海啸系统的负责人,中美地震科技合作计划首席协调员。长期从事美国重大深部探测计划——COCORP、EarthScope的研究与组织工作,积累了大量实践经验。主要研究领域为全球地壳结构与板块构造研究,特别是大陆岩石圈结构的研究。于1994-1997年间作为美国地质调查局在北美、南美及全球的首席地震地质学家和项目协调员,带领多个研究团队从事全球地球物理研究项目。Mooney教授发表了170余篇有关深部岩石圈结构、组成和演化的科技论文。作为共同作者,出版了《Exploring the Earth’s Crust: History and Results of Controlled-Source Seismology》等专著。

     

     

    青岛海洋所聘任美国地质调查局Mooney教授为客座教授

    春天是东北最好的季节,一场透彻心扉的春风吹过,吹醒了大兴安岭皑皑白雪下沉睡的大地,吹绿了广阔平坦的松辽盆地,吹化了蜿蜒千里的辽河。伴随着新一轮找矿突破战略行动的全面铺开,中国地质调查局沈阳地质调查中心(以下简称“沈阳地调中心”)基础地质调查团队聚焦找矿突破需求,积极统筹谋划,主动担当作为,服务东北地区13个大型资源基地建设,为东北地区新一轮找矿突破战略行动提供基础地质支撑。基础团队长期从事野外一线的基础地质工作,为了探寻地学奥秘,他们不畏丛林沼泽、不惧严寒酷暑,调查一个个露头、分析一组组数据、绘制一张张图件。他们以孜孜不倦、坚持真理、以苦为乐的地质调查精神,取得了一系列的丰硕成果,向人们展现了白山黑水的地质史卷,让人们领略了沧海桑田的地壳变迁。

     图1沈阳地调中心基础团队合影

    近年,基础团队聚焦找矿突破需求,积极统筹谋划,主动担当作为,在前寒武纪变质基底、中亚造山带与古生物调查研究、数据更新与综合编图等传统优势学科方面成效显著,为服务东北地区新一轮找矿突破战略行动提供了强有力的基础地质支撑。

    变质基底调查崭露头角,创新性成果明显

    该项工作带头人主要由沈阳地调中心基础地质室陈井胜副主任、赵辰和张超三位博士组成,近年主要致力于地球古老克拉通岩石圈早期构造演化样式及变形特征(以华北克拉通东部陆块冀东地区、鞍-本地区等为研究重点)、华北克拉通古元古代辽-吉造山带构造演化等。通过地质填图和基金项目工作的开展,近年取得系列创新性成果。

    团队赵辰博士毕业于中山大学,置身于华北克拉通太古宙构造体制研究中。面对常年和爱人两地分居的状况,并没有影响他坚定的地调科研脚步。通过他主持的国家自然科学基金青年基金和1:5万区调项目,在华北冀东地区取得了多项创新成果。厘定出冀东安子岭花岗绿岩带为典型的穹脊构造样式,冀东太平寨高级变质区为卵形构造域,为古板块重建以及探索板块构造在地球上的启动与演化机制提供新的构造地质学证据。

    在张立东研究员和邢德和正高级工程师都曾是基础地质室的“老主任”,通过他们主持的“辽东-吉南地区区域地质调查”二级项目,创新提出了“辽-吉古元古代造山带”是我国保存最好的古元古代洋板块地层系统,重新厘定了硼矿等矿产资源产出的建造构造特征,为新一轮找矿突破战略行动提供了新资料。目前,两位先生虽已退休,却还在为沈阳地调中心的发展奉献着余热和提供技术上的指导。

    陈井胜博士毕业于吉林大学,通过主持“华北克拉通北部燕辽大规模辉绿岩床群侵位机制及古环境与古地貌响应”联合基金项目,发现华北克拉通北部燕辽地区存在多期次基性岩浆活动,这些岩浆活动总体与全球13-14亿年哥伦比亚超大陆裂解事件有关,使得我国元古代构造岩浆活动与全球构造事件接轨迈出了坚实的一步。而这一成果背后,也是他强忍着岳父岳母常年卧病在床、自己父母身体也不乐观的情况下的艰辛付出。

    沈阳地调中心基础地质室主任汪岩正高级工程师,同时任基础地质室党支部书记,平日大部分时间需要处理基础地质室的全面工作,而这并没有影响他地调科研的步伐。通过主持的“松辽盆地西缘扎赉特-巴林左旗区域地质调查”二级项目,在内蒙古东南部阿鲁科尔沁旗双胜镇一带新发现古元古代一套变质杂岩,为中亚造山带南部的微地块的成因和演化历史研究提供了新证据。

    团队钱程硕士和张超博士,家里孩子小,没人帮忙照顾。但是通过主持的“大兴安岭成矿带突泉-翁牛特地区地质矿产调查”二级项目的开展,取得了系列创新性地质成果,如新厘定出了“龙江-乌兰浩特微地块(27-14亿年)”,为兴蒙造山带前寒武纪结晶基底构造格局的厘定提供了新资料。而这些成果的取得都是和他们的爱人和家庭默默奉献和坚定支持密不可分的。

    另外,沙特阿拉伯地盾精细填图项目是沈阳地调中心基础团队首次走出国门,与世界先进的地质填图方法技术接轨迈出的重要一步。陈井胜博士与团队成员李斌、尤洪喜、孙巍和江斌等人员克服了全新的填图理念、地质条件和恶劣气候带来的不便,他们舍小家为大家,在异国他乡传递着中国基础地质人的精神。目前已完成了3幅1:10万地质图的野外数据采集和地质图说明书的编写工作。这不仅是基础团队个人业务能力的展示,更是团队协作的胜利,为沈阳地调中心建立国际化区域地质调查队伍、培育国际化地学人才、打开国际化区域地质矿产调查市场奠定了坚实基础。

    精细解剖中亚造山带构造格架,造山带团队接力再奋进

    中亚造山带精细解剖工作是一项长期的、艰巨的、繁重的事业,伴随着沈阳地调中心的不断发展,一代又一代地质人在探索中不断前进。在上世纪80-90年代,以唐克东研究员为代表的沈阳地调中心老一代专家,组织我国北方有关科研、教学和生产单位联合进行基础地质研究,为东北地区构造格架的建立和古亚洲洋的演化历史研究做出了突出贡献,《1∶100万东北地区构造体系图及其说明》、《中国北方板块构造文集》(第一集-第五集)等大量论著的出版与发表,建立了西拉木伦加里东弧-陆碰撞褶皱带和东乌珠穆沁加里东陆缘活动带,将锡林浩特杂岩解体为俯冲-增生杂岩和陆缘火山-碎屑岩南北两带,当前许多重要地质问题的主体认识依然遵从这一时期的综合研究成果。

    到了二十世纪初,面积性地质调查工作逐渐加快,1∶5万区域地质调查和1∶25万区域地质调查修测工作的开展,为解剖中亚造山带构造格架奠定了基础,以张立东、付俊彧、刑德和、汪岩、杨晓平正高级工程师等为代表大区专家,在林西-巴林左旗-法库新发现晚二叠世-早三叠世蛇绿构造混杂岩,提出了“双向俯冲”模式,确定了古亚洲洋的最终闭合位置及时限;解体了华北板块北缘构造带和扎兰屯岛弧带的物质组分,复原了洋壳的俯冲过程;完成了东北亚地区主要构造单元划分,提出了古亚洲洋构造域是古生代造山带镶嵌一系列微陆块的基本格局。

    随着区域地质调查工作的持续开展与综合研究工作的不断深入,中亚造山带研究团队的年轻一代接过前辈手中的火把继续在探索之路奋进。如,张超、钱程、秦涛、杜继宇、李斌、那福超、马永非、时溢、张丽等技术骨干,他们以精细解剖中亚造山带构造格架为目标,联合国内外科研单位青年学者,从图幅尺度区域地质调查工作扎进露头尺度的精细研究工作,先后申请国家自然科学基金项目,辽宁省自然科学基金项目和东北区创基金项目等多项科研项目,并取得了一列原创性研究成果:解剖了法库-昌图-公主岭-双河镇地区的构造混杂岩,明确了古亚洲洋南部大陆边缘系统组成和结构;将原划“扎兰屯地块”重新厘定为早古生代弧盆系;新识别出一系列古老微地块等。他们以年轻人最具有的创造能力和创新潜力,持续推进精细解剖中亚造山带构造格架工作;他们以火热的热情和坚毅的信念,接过前辈手中的大旗,用自己的青春书写新时代的地质印记。

    发挥传统优势学科作用,古生物团队持续发力

    地层古生物是沈阳地调中心的优势学科,研究团队具有优良的传承和深厚的积淀。自1962年建所以来,特别是上世纪60-90年代,老一代专家们为东北地区区域地层系统的建立和各门类生物化石的研究做出了突出贡献,《东北地区古生物图册》等大量地层古生物论著的出版与发表,在古生代腕足类动物群、安加拉植物群,中生代林家植物群、羊草沟植物群、热河生物群、黑龙江鸡西—龙爪沟生物群以及木化石等研究领域取得了突出成绩,展现了沈阳地调中心在该领域曾处于国内一流水平、部分研究居国际领先地位。该时期是沈阳地调中心地层古生物团队的辉煌四十年,团队人才济济,生物门类齐全,涌现出多个分支学科的专家。如:黄本宏、郑少林、张武三位研究员是古植物学界顶级专家;张立君研究员不仅是介形类专家,而且掌握东北地区大量区域地质资料,被称为“活地图”;王五力研究员既是是叶肢介类等无脊椎动物专家,又是大地构造专家;谷峰老所长擅长双壳类,苏养正研究员擅长腕足类,郭胜哲擅长珊瑚、蜓类等。他们足迹遍布东北,为东北地区基础地质研究以及能源矿产寻找发挥了重要作用,有力支撑了东北老工业基地和国家的现代化建设。

    上世纪末至本世纪初,沈阳地调中心地层古生物研究持续取得了一些新成果,有关早期被子植物及银杏类化石的研究曾合作在美国《Science》及英国《Nature》杂志共发表了3篇论文,木化石研究成果也受到国内外学术界的广泛重视。以上成果曾多次获得国家及省部级奖励。

    二十一世纪早期,沈阳地调中心地层古生物研究团队张立东、邢德和、陈树旺、丁秋红、郑月娟等研究员成为中流砥柱。他们在辽西地区开展了1:5万北票等4幅区调,取得了一系列的原创性成果,出版了《辽西义县组-冀北大店子组火山-沉积地层对比》、《辽西中生代珍稀化石及其生物群地质图集》等专著,发表了一系列地层古生物论文,将地层古生物研究推向另一个高潮。然而,即便如此,受上世纪末期地质行业大萧条的影响,地质人才断层、流失严重,导致沈阳地调中心的地层古生物学科逐渐没落。

    可喜的是,随着新一轮的地质调查工作的开展,大量古生物化石点的新发现和一系列新进展新认识的取得,促进了新一代地层古生物研究团队的成长,如:张渝金、张德军、公繁浩、黄欣等。他们不忘初心,坚持专业,长期工作在野外第一线,为与国内、国际学科研究前沿接轨而努力。基础地质室副主任张渝金正高级工程师,作为沈阳地调中心新一代古生物人的代表,联合沈阳地调中心古生物学者和沈阳师范大学古生物学院、中科院南京地质古生物研究所青年老师们,针对国家需要导向,积极申请项目,开展东北地区的地层和古生物工作。先后申请国家自然科学基金项目、科技部国家创新平台项目、辽宁省自然科学基金项目和中心区创基金项目等多项科研项目,并取得了一系列原创性成果:新发现大量古生物化石新材料,建立了8个新属种化石,建立3个孢粉植物组合序列,首次证实了我国东北地区中侏罗世末曾存在寒冷期等,建立了晚中生代温室气候期古大气二氧化碳浓度变化等方面取得一批原创性重要成果,为我国东北地区侏罗纪植物群演化、地层划分和对比研究做出了重要贡献。

    未来沈阳地调中心地层古生物团队将以“部辽西中生代地层系统野外科学观测研究站”和“古生物陈列馆”为主要平台,合作建立沈阳地调中心的地层古生物工作基地,在人才培养、学术研讨,科普宣传等方面,积极与各大地质院校、研究院所、地方或国家地质博物馆等单位交流合作,以提升沈阳地调中心地层古生物学科的影响力。

    智能驱动与数据更新,综合地质编图工作持续跟进

    沈阳地调中心基础团队有这样的三位老同志,他们是付俊彧、杨晓平和汪岩三位同志,都是地质矿产正高级工程师,具有丰富的野外调查、综合研究与地质编图经验,是沈阳地调中心基础地质和综合编图的学科带头人。他们先后于80年代末-90年代初参加工作,三十多年的地质调查研究风霜雪雨,斑白了他们两鬓,常年的野外地质生活给他们留下了深深的印迹,书架上、收纳箱中保存的一本本专业著作以及工作心得,记录了几十年区域地质矿产调查工作的峥嵘岁月,特别是东北地区著名的三道湾子金矿、三合屯金矿都是他们在1∶5万区域地质调查工作中发现的找矿线索,并顺利转变为勘查目标,成就大、中型金矿床。特别是汪岩和杨晓平同志,爱人都在齐齐哈尔工作,两地分居已十年有余,但这丝毫没有影响他们前进的脚步。作为为地质奉献了青春和智慧的老兵,他们现在依然在东北大地上奋笔疾书,为了找寻地质演化的真象,跑遍了东北大地每个角落,实时跟踪实施项目的进展,形成了500余份大比例尺剖面和素描图,开展了多次野外交流会,集成了500余幅1∶5万区调成果,参考了2000余篇文献,带领包括宋维民、刘英才、张广宇、那福超、庞雪娇、陈井胜、钱程、张超、张渝金、唐振、施璐等一众年轻的地质骨干,编制出版了《中华人民共和国地质图(东北)(1:1500000)及说明书》、《东北地区1∶150万大地构造相图及说明书》、《中国东北及邻区1∶250万地质图及说明书》;完成了东北地区1∶50万无缝整合的地质图空间数据库建设;按照洋板块地质学思想编制了大兴安岭成矿带和东北地区1∶100万地质图、1∶200万洋板块地质构造图、1∶200万岩浆岩地质图、1∶200万变质岩地质图等,并在此基础上编著并出版了《大兴安岭古生代“洋板块地质”研究进展》;编著并即将出版《中国区域地质志▪大兴安岭志》、《中国区域地质志▪东北志》。这些综合编图与研究成果,对古元古代辽吉洋、古生代古亚洲洋和中-新生代滨太平洋构造演化过程及其对矿产资源、能源的控制作用研究起到了至关重要的作用,开启了大兴安岭及东北地区洋板块地质综合研究之先河,极大提高了东北地区成矿基础地质背景的认知水平。

    几十年如一日的坚守,三位老同志之间团结互助,对待工作尽心竭力,协同提高业务水平;在团队建设中一直以身作则、以踏实的工作作风为年轻人做出榜样,不忘沈阳地调中心“老带新”、“传帮带”的光荣传统,在业务上悉心指导年轻技术人员,促进年轻技术人员的成长,为形成研究室精诚团结、协作共进的学术氛围、造就研究室高凝聚力奋发向上的业务团队作出了表率。那些经过岁月锤炼的经历、镶嵌在地质图及研究报告中汗水、对青年人成长的悉心指导,一直是沈阳地调中心区调人代代传承的精神宝藏。

    在熠熠生辉的成果背后,是所有基础团队成员付出的艰辛和汗水。他们有父母,想为日益衰老的父母多锤几次背;他们有家庭,也想为日夜操劳的妻子分担家务;他们有子女,更想为可爱灵动的孩子讲故事、盖被子。在茫茫林海、在崇山峻岭、在荒茫沙地,纵然荆棘满目、浑身泥泞、满面尘土,经历了基础地质调查工作的高峰和低谷,他们的眼中始终有光,心中始终坚信,执着坚守、孜孜不倦地献身东北地区基础地质调查工作。正如古人谚语所言:“不经一番寒彻骨,怎得梅花扑鼻香”,经过多年的辛勤劳作,近年基础团队成果显著,先后完成1∶5万区域地质填图80余幅(其中全国特优图幅2幅、优秀图幅6幅)、1∶25万区域地质填图2幅,编制小比例尺综合图件与说明书5套,撰写科技论文100余篇,出版专著6部,获批国家基金8项、科技平台课题3项。这些成果系统总结了东北地区大地构造单元划分及不同断代大地构造演化与成矿作用的关系,为新一轮找矿突破战略行动提供了大量的基础地质资料。

    目前,沈阳地调中心按照中国地质调查局三性工作定位进一步梳理东北地区基础地质工作的发展方向,继续充实发展“基础团队”,在以往工作的基础上,分专业更加细致建实基础团队下设的“前寒武纪变质基底调查研究团队(带头人:陈井胜、赵辰、张超)”、“中亚造山带调查研究团队(带头人:张超、杜继宇)”、“中生代构造岩浆作用调查研究团队(带头人:张渝金、张海华)”、“地层古生物调查研究团队(带头人:张德军、张渝金)”和“数据更新与综合编图团队(带头人:付俊彧、杨晓平)”,提升不同断代、不同构造域影响下的成矿地质背景综合认知水平,进而建实“中国地质调查局东部大陆边缘研究中心”和“自然资源部辽西中生代地层系统野外科学观测研究站”。

    相信在中国地质调查局党组的坚强领导下,在沈阳地调中心党委的正确带领下,在基础团队“老带新、传帮带”精神的感染下,充分发挥党员的先锋模范带头作用,始终坚信“心有所向,行则将至”!“找矿求突破,基础在先行”,乘着“新一轮找矿突破战略行动”的东风,基础团队在今后的工作中将会大有作为,为沈阳地调中心发展和东北老工业基地全面振兴做出更大贡献。

    找矿求突破 基础在先行——沈阳地质调查中心基础地质...

    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!”

     
    中国自然资源报:“入地”之旅怎么走?他给出了答案

    近日,中国地质科学院地质研究所(以下简称“地质所”)岩石圈中心团队揭示特提斯喜马拉雅东段“双穹窿”构造S波速度结构与成矿机制。

    新生代以来,受陆-陆碰撞造山作用控制,青藏高原南部的特提斯喜马拉雅带内发育了大量的淡色花岗岩,形成了一系列穹窿构造并伴随着多种类型矿产资源的富集。错那洞穹窿和雅拉香波穹窿作为特提斯喜马拉雅带典型的南、北“双穹窿”构造,其深部结构可能控制着多种金属矿床的形成。

    为探究“双穹窿”构造与成矿间的关系,地质所岩石圈团队利用短周期密集台阵数据,采用背景噪声成像方法获得了错那洞及雅拉香波穹窿上地壳S波速度结构。发现:“双穹窿”结构深度9km处均存在低速带,但不同的是在低速带上方,雅拉香波穹窿和错那洞穹窿核部分别表现为高速特征和低速特征;研究区内低温热液型铅锌矿和钨锡铍稀有金属矿区同样存在明显速度结构差异,铅锌矿存在于横波速度高低变化较大的地堑边缘,钨锡铍矿存在于高速突起前端,二者的速度结构差异表明了成矿时期的不同构造环境;成像结果显示“双穹窿”周缘深部地热结构特征明显(图1),上地壳中部4-8km表现为低速热传导通道,上部联通盆地、地堑储热层,下部联通高温热源低速带,构成了错那洞及雅拉香波地区特殊的地热构造模式,对成矿流体的驱动可能起到了重要作用。

    本研究可为青藏高原南部特提斯喜马拉雅带穹窿构造的上地壳结构差异性,及多金属成矿、找矿提供重要参考价值。

    图1 错那洞穹窿及邻区三维横波速度及地热结构解释模式图(红色区域为高温热源区;白色虚线为热源通道)

    地质所岩石圈中心团队揭示特提斯喜马拉雅东段“双穹窿”构...

    2023年度自然资源科学技术奖评审结果近日揭晓,中国地质科学院矿产资源研究所(以下简称“资源所”)以第一完成单位的《深部矿产资源智能预测理论方法创新与找矿突破》和《我国锂等稀有金属成矿理论创新与找矿突破》项目获自然资源科技进步奖一等奖,《新生地壳再造过程中的陆内成矿作用与找矿突破》项目获自然资源科技进步奖(找矿奖)一等奖,王春连研究员和赵正研究员获青年科技奖。

    《深部矿产资源智能预测理论方法创新与找矿突破》项目围绕“深部成矿空间三维结构重建机制”和“深部矿化定位机制及深部预测途径”等关键科学问题的深度剖析和刻苦攻关,取得了理论、技术、系统平台及找矿突破成果。一是首次提出了找矿模型-三维建模-定量预测的三元大数据深部矿产资源预测理论体系,为我国矿集区3000米以浅大深度矿产预测工作提供理论支撑。二是创新研发了地质文本大数据找矿模型挖掘、多尺度分层立体三维建模、大深度成矿构造与物化探响应特征智能提取等新技术,突破了深部成矿空间三维结构重建以及矿化空间定位等关键技术瓶颈。三是研制了一套具有完全自主知识产权的软件平台系统,填补了我国深部矿产预测信息化、智能化领域的空白,打破了我国矿产资源预测评价软件卡脖子技术壁垒。通过上述理论、技术、平台等创新,在山东焦家、甘肃早子沟等6个示范区分别预测金潜在资源4960余吨、铜潜在资源4972万吨、锰潜在资源4.17亿吨,拉动社会投资数亿元,取得了显著的社会经济效益,也为全国深部“第二成矿空间”找矿提供思路与技术支持。2022年以来,该成果已在全国范围推广使用,在内蒙古、河南、山东等地区重要矿山取得了新的找矿成果,潜在经济效益千亿元。

    图1 《深部矿产资源智能预测理论方法创新与找矿突破》获奖证书

    《我国锂等稀有金属成矿理论创新与找矿突破》是国家重点研发计划与基础性公益性地调项目紧密结合的典范,是我国21世纪以来锂等稀有金属成矿理论、勘查技术与找矿成果的集中体现。一是首次将锂作为能源金属矿产并提出了大型锂能源金属矿产基地综合调查评价的技术要求、工作指南、关键技术和指标体系,为战略性矿产基地调查评价树立样板。二是系统总结了我国锂、铍成矿规律,全国划分12个锂矿带和7个铍矿带,首次提出松潘-甘孜与西昆仑组成一巨型锂成矿带;在四川、新疆、湘鄂赣等地提交一批新区新类型新层系的锂等稀有金属远景区靶区,奠定新一轮找矿突破战略行动的基础。三是创建“多旋回深循环内外生一体化”成矿理论,构建“五层楼+地下室层脉组合”勘查模型,指导找矿成效显著;四是研发出“空天地一体化”锂矿找矿勘查技术方法体系,包括高光谱遥感找锂矿、三定两参填图、高原绿色钻探、生物找矿、含锂地质体多参数识别标志及“以锂找锂”等,破解厚覆盖、露头差及深切割地区找矿瓶颈。在四川甲基卡等地实现找矿持续突破,带钻验证氧化锂资源量149.46万吨(10万吨为大型),潜在价值巨大,部分成果已通过招拍挂出让探矿权实现成果转化。

    图2 《我国锂等稀有金属成矿理论创新与找矿突破》获奖证书

    《新生地壳再造过程中的陆内成矿作用与找矿突破》项目以大兴安岭地区的陆内成矿作用为研究核心,围绕“新生地壳再造过程中的构造-岩浆活动与巨量金属富集机理”这一关键科学问题,在重大地质事件与陆内成矿作用关系、陆内成矿系统的形成机制与控制因素、陆内成矿系统的找矿技术方法体系与成矿预测等方面,均取得了重要进展。研究揭示:大兴安岭地区晚中生代金属爆发性巨量堆积成矿与区域性岩石圈伸展减薄有关;超大陆旋回背景下俯冲板片断离、软流圈物质上涌和岩石圈拆沉是大兴安岭地区晚中生代金属巨量堆积成矿的关键;新生地壳再造过程中的陆内成矿作用既能形成锡钨钼矿也能形成铜矿;新生地壳再造过程中的陆内成矿作用不具成矿继承性;微陆块是造成新生地壳再造过程中陆内成矿作用具有区域差异性的主要原因。相关研究成果在国内外重要学术期刊公开发表并得以推广交流。该项目建立了新生地壳再造过程中锡钨铜铅锌银成矿系统的“三位一体”找矿预测综合地质模型,以及基于不同尺度地质和物化探数据联合反演的找矿技术方法体系,找矿成果显著。

    图3《新生地壳再造过程中的陆内成矿作用与找矿突破》获奖证书

    青年科技奖获得者王春连研究员一直工作在科研找矿一线,近年来,主持包括国家重点研发计划项目、中国地质大调查项目、国家自然科学基金重点项目在内30个项目的研究工作,依托于其所负责项目的实施,该同志取得了十分重要的找矿和成矿理论研究成果,并且得到了相关同行的高度认可。他在非金属矿产、沉积学、古气候学等方面取得了突出的研究和找矿成果。先后以第一/通讯作者发表论文100余篇,大部分发表在专业领域重要杂志《Earth and Planetary Science Letters》《Journal of Hydrology》《Global and Planetary Change》《Ore Geology Reviews》《Marine and Petroleum Geology》《Sedimentary Geology》《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》《Scientific Reports》《Acta Geologica Sinica (English Edition)》《Applied Geochemistry》《地质学报》《中国地质》《岩石矿物学杂志》《地球学报》《地球科学》等刊物上。

    图4 王春连研究员获奖证书

    青年科技奖获得者赵正研究员正十余年来坚守野外和科研一线,从事华南地区钨多金属矿产的成矿规律与成矿预测研究,主要成果体现在三个阶段:第一阶段,参与国家深部探测技术与实验研究专项,负责南岭3000m科学钻探的现场精细编录和研究:建立了矿集区科学钻探精细编录方法,构建了南岭-武夷结合部W与AgAu-Pb-Zn复合成矿模式,明确了华南东部燕山期“第二找矿空间”,提出了深部找矿方向。第二阶段,负责部公益性行业科研专项-南岭九龙脑矿田成矿规律与深部找矿示范课题,厘定了多期花岗质岩浆演化与W-Sn-U-Nb-Ta-REE-Pb-Zn-Ag富集关系,建立了适用于华南花岗岩区矿田矿集区尺度的“九龙脑成矿模式”,优化了不同类型钨锡多金属矿体深部勘查技术方法,开展了深部找矿示范—增储优质黑钨矿资源量达大型规模。第三阶段,负责执行“十三五”国家重点研发计划-南岭崇义—会昌矿集区三维综合探测与深部成矿预测课题,提出了华南东部中生代矿床成矿系列叠加成矿模式及成矿动力学模型:建立了“花岗岩类相关钨多金属成矿模式”,淘锡坑式钨矿、牛形坝式银金矿和岩背式锡矿等15个矿床式,建立了相应类型矿床的勘查标识体系,实施了深部成矿预测和勘查示范,效果显著。

     

    图5 赵正研究员获奖证书

    本次自然资源科学技术奖共授奖176项,其中一等奖27项,青年科技奖39项。

    资源所获2023年度自然资源科学技术奖一等奖3项,青年...

    近日,中国地质科学院地质研究所李广旭博士后及其合作导师曾令森研究员等,对西藏南部冈底斯岩基东段朗县杂岩内出露的钠质煌斑岩开展了年代学、岩石学、全岩地球化学和同位素组成的系统分析和研究,揭示了钠质煌斑岩的成因及其动力学过程,取得重要成果。

    大陆岩石圈的持续俯冲也会导致俯冲板片的脱水和熔融。俯冲的碳酸盐物质熔融可以释放碳酸盐熔体,引发上覆岩石圈地幔的部分熔融,形成不同类型的碱性和钙碱性岩浆岩。煌斑岩是特殊的幔源岩浆岩,其成因往往与交代富集的岩石圈地幔有关,成为示踪深部物质组成和深部动力学过程的重要载体。钠质煌斑岩出露较少,研究程度低,导致其钠质属性的成因机制尚不清楚。由于不同性质和不同来源的交代介质会造成岩石圈地幔的富集特征和矿物组成的差异,需要进一步验证钠质煌斑岩的钠质属性或成因机制是否与交代介质的不同有关。

    研究取得了以下主要认识:一是朗县地区出露一套近南北向展布的基性岩脉,其矿物组成和地球化学特征表明该基性岩脉为钠质煌斑岩。该钠质煌斑岩主要由角闪石斑晶和斜长石(钠长石)基质组成(图1),具有较高的CaO和Na2O含量,但K2O含量低,因此Na2O/K2O比值异常高(>2.3,最高为68.1);具有明显的Nb–Ta–Zr–Hf–Ti负异常;强烈富集轻稀土元素和大离子亲石元素。

    二是朗县钠质煌斑岩侵位于始新世晚期(36.9 ± 0.3 Ma),是碳酸盐熔体交代作用形成的交代富集地幔部分熔融的结果。朗县煌斑岩的同位素组成(全岩Sr-Nd-Pb和锆石Hf同位素)明显不同于冈底斯岩基中-新生代的岩浆岩,尤其是更年轻(< 30 Ma)的钾质-超钾质岩石(图2),这意味朗县煌斑岩具有不同的岩浆源区。进一步的研究表明来源于交代富集的岩石圈地幔,其富集特征是由俯冲的印度大陆地壳来源的碳酸盐熔体交代作用造成的。

    三是朗县钠质煌斑岩的钠质属性与碳酸盐熔体的交代作用和源区矿物组成有关。朗县煌斑岩中大量的碳酸盐矿物(方解石)是原生的(图1)。异常低的Rb/Sr和Dy/Yb比值,同时具有较高的Ba/Rb比值,表明朗县煌斑岩是在石榴子石相二辉橄榄岩稳定域内由含角闪石的橄榄岩低程度部分熔融形成的。

    四是煌斑岩的侵位可能与印度-亚洲大陆后碰撞背景下增厚下地壳(约75 km)的局部拆沉引起的东西向伸展作用有关。

    图1朗县钠质煌斑岩的野外照片(a-c)、显微照片(d-f)和背散射照片(g-l)

    图2朗县煌斑岩的锆石Hf和全岩Sr-Nd-Pb同位素特征

    该研究在岩相学基础上,通过与钾质煌斑岩全岩元素和同位素组成的系统对比,揭示了钠质煌斑岩的钠质属性与碳酸盐熔体的交代作用有关,为理解后碰撞深部动力学过程和解译冈底斯岩基的岩石圈地幔的演化历史提供了新的启示。

    该研究得到国家自然科学基金(92055202)、第二次青藏高原科学考察与研究计划项目(2019QZKK0702)和中国地质调查项目(DD20221630和DD20221817)的联合资助。相关成果发表在国际著名地学期刊《Geological Society of America Bulletin》上。

     
    地质所李广旭、曾令森等研究员对钠质煌斑岩与碳酸盐...

    近日,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”)组织专家赴云南省大理州,对地质调查三级项目“大地电磁基础调查与成果集成”开展野外质量检查。

    专家组赴大理宾州实地检查了大地电磁基础网观测野外测站布设、数据质量情况等,在室内听取了项目负责人关于项目概况、野外工作情况、项目负责人履职情况、主要工作进展,以及下一步安排和存在的问题等方面汇报,对照项目任务书和年度设计,仔细查阅了野外记录本、野外工作总结、仪器标定图册、测点视电阻率和相位曲线图册、测点质量评定表、实际材料图等原始资料,并对项目质量管理体系控制记录进行了核查。专家组认为项目按年度设计要求推进各项工作,野外工作布置合理,进度正常,原始资料齐全,整理及时、规范,工作质量满足设计和相关规范要求,项目负责人在技术、质量管理、安全和主要进展等方面发挥了核心作用,质量管理体系运行有效,总体质量评定为优秀级。

    项目实施以来,物化探所获得了一批可靠的大地电磁基础网观测数据,取得了有关喜马拉雅造山带中部、大兴安岭东南部等地区深部结构、物质状态及成矿背景研究新发现、新认识。大地电磁基础网建设工作的推进,将持续提升我国大陆岩石圈地球物理属性和深部结构特征的认知水平,支撑地球系统科学研究高质量发展。

    大地电磁基础调查与成果集成项目通过野外质量检查

    为深入学习陆昊部长在中国地质调查局调研时的讲话和局党组十七次会议精神,贯彻落实地调局党组关于开展新时代地质工作服务自然资源管理大调研活动的部署,进一步找准基础地质调查在新时代的定位,做好公益性基础地质调查计划的顶层设计,协调11个工程的工作部署,聚焦重大问题,协同攻关,经局总工程师室、基础调查部同意,2018年6月9日,中国地质调查局地质研究所组织召开基础地质调查与地球系统科学战略研讨会。会议分二个议题。一是邀请三位国内外知名院士、专家讲课,介绍地球系统科学;二是公益性基础地质调查计划中的11个工程简要介绍2019-2022目标任务和工作部署,并开展对接研讨。

    国家自然科学基金委地学部主任、中国科学院生态环境研究中心傅伯杰院士、河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室、天津大学表层地球系统科学学院陈喜教授、深部探测中心首席、南京大学地球科学与工程学院董树文教授应邀做了学术报告,分别介绍了地球表层系统科学、地球关键带科学、我国地壳结构与深部过程的前沿进展。

    傅伯杰院士在报告中介绍了地球科学和地理学研究的新进展和新态势。他指出:当前,地球系统科学已成为地学研究的最大主题。全球变化、大陆地震等重大科学问题的解决,已大大超出了单个和传统学科的能力范围。随着研究的不断深入,要求以跨领域和多学科的视角,以更高的层次、更大的视野认识地球。

    陈喜教授在报告中介绍了地球关键带的研究背景、观测、模拟和预测,重点介绍了中欧地球关键带的研究进展以及未来的挑战和机遇。提出下一步研究重点是基岩风化带,如西南喀斯特地区岩性在石漠化进展中的作用等课题。

    董树文教授在报告中介绍了深部探测专项(Sino Probe)对中国大陆岩石圈和地壳结构的研究成果。他指出,地球表层系统就是层圈相互作用,目前整个系统建立不起来的重要原因,就是岩石圈的数据还不对等,还需要“补课”。

    李廷栋院士、肖序常院士、公益性基础地质调查计划12位工程首席、二级负责人、六大区域地质调查中心、地质所的领导专家和研究生等80余人参加了会议,并就如何发展地球系统科学、做好新一轮地调项目论证开展了热烈研讨。

    下午,12位公益性基础地质调查计划的工程首席介绍了工程项目的进展和下一步布局。大家进一步围绕地质调查业务布局调整、地质调查计划-工程-项目调整优化等开展了热烈的讨论,一致认为:本次会议取得了积极的成效。这既是公益性基础地质调查计划召开的第一次会议,又是全局基础地质调查工作的一次具有历史性意义的会议。一是各个工程开展了首次对接,为做好2019-2022工作部署提供了新的思路和依据,为进一步做好一级项目的顶层设计提供了条件;二是各工程明确了协同攻关的地区和目标,提炼了重大问题,为多学科、多手段和多方法联合攻关奠定了良好基础;三是探索和初步确立了工程-项目协调、协同和联合攻关的机制,今后将继续围绕重大问题,联合不同的工程及项目,共同研讨,联合攻关,搭建新的协同攻关和学术交流的平台和机制。

    地质所召开基础地质调查与地球系统科学战略研讨会

    7月23至7月30日,自然资源部中国地质调查局地质研究所组织野外检查组到甘肃、新疆地区对“青藏高原东北缘及其与外围克拉通盆地构造转换区岩石圈精细结构及变形的深部过程”、“全球大规模条带铁建造十八亿年前终结的关键控制因素”、“北方山系西拉木伦与贺根山基础地质调查”等共计五个项目组开展了野外安全生产综合检查,检查组深入野外项目组一线现场了解情况,开展野外调研、组织座谈。

    检查组听取野外项目组关于野外工作期间安全生产工作有关情况的汇报后,对项目组野外安全生产情况进行了检查。各野外工作组对安全生产工作很重视,严格执行安全生产制度,认真开展野外安全生产培训,坚持每天北斗终端保平安;密切关注野外地质环境和气象环境,合理安排野外工作时间和路线;车辆租用和使用规范,租车手续齐全。检查过程中发现的问题及存在的安全隐患,检查组及时与项目组交换意见。检查组传达了所党委开展“不忘初心、牢记使命”主题教育实施方案等文件精神,听取了项目组工作进展情况汇报和下一步工作安排。

    检查组与各野外项目组分别进行了座谈。项目组对野外装备、野外设备以及借款流程等提出了意见。此次调研,共广泛征集野外科研人员意见建议21条。检查组表示,野外检查后会把项目组反应的问题,形成调研报告,向所领导进行汇报,切实帮助项目组解决实际问题。

     
     
    地质所赴甘肃、新疆地区开展野外安全检查及调研

    “全力服务”做贡献,鲜花掌声送模范。

    3月28日,在自然资源部中国地质调查局成都矿产综合利用研究所(下称成都综合所)召开的第六届三次职工代表大会上,贵州毕节-六盘水大型能源资源基地技术攻关团队毫无悬念地被评为“2018年度优秀创新团队”。

    “‘贵州毕节-六盘水地区能源资源基地综合地质调查’是成都综合所在新形势下向大型能源资源基地建设转型的第一个项目,也是我所‘全力服务于国家能源资源安全和自然资源中心工作,全力服务于地方社会经济发展’的生动实践。”成都综合所所长、党委书记胡泽松说,经过近两年的努力,项目组在乌蒙山扶贫开发区黔西北毕节威宁县哲觉镇一带新发现1处超大型、1处大型新类型沉积型稀土矿床。此次找矿取得的重大突破,不仅拓宽了我国稀土矿成矿规律研究领域和找矿空间,为我国打造又一个新的稀土勘查开发基地奠定了坚实基础,对推动乌蒙山地区扶贫攻坚,以及黔西北毕节-六盘水建成我国重要的战略资源支撑基地具有重要意义。同时,该项目也是对中国地质调查局能源资源基地资源潜力-技术经济-地质环境“三位一体”调查评价的一次新实践。

    一系列成果的取得绝非偶然。对于成都综合所及其项目团队而言,这是一次全新的尝试,也是一次艰巨的考验,更是一次利用传统优势技术支撑服务新型地质调查工作的严格检验……

    强强联合 共克时艰

    黔西北毕节-六盘水地区是我国重要的能源资源基地,覆盖国家重点扶贫的乌蒙山区毕节市和六盘水市。该地区“三稀”矿产资源丰富,特别是上二叠统宣威组底部,发现有大量富含稀土的粘土岩建造。2012年,《国务院关于进一步促进贵州经济社会又好又快发展的若干意见》明确提出,要以毕节、六盘水、兴义为节点城市,充分发挥能源矿产资源优势,建设我国南方重要的战略资源支撑基地。

    事实上,毕节威宁-赫章地区开展地质调查工作由来已久,但针对“三稀”矿产的调查研究并不多。解放前,丁文江、刘之远、黄懿、罗绳武等人对区内的地层及煤、汞等矿产资源层曾做过概略调研。而该地区系统的地质调查、矿产勘查则始于1960年。自上世纪80年代以来,前人对这一地区开展过众多地质矿产研究工作,但是主要针对铜、铅锌、锰矿等。自1997年开始,地质工作者陆续在黔西北地区发现二叠系宣威组底部存在一套富稀土粘土岩,但稀土的赋存状态、成矿模式、成因类型、可利用性等问题均未查明,加之成矿规律不清,找矿迟迟未取得突破。近年来,贵州省地矿局、贵州大学、中国科学院地球化学研究所、成都理工大学等单位瞄准“三稀”资源,对含稀土的磷块岩、铝土岩矿床、磷矿床伴生的“三稀”元素进行了初步研究。然而,真正意义上深入推进该区域“三稀”资源综合地质调查工作的还要从成都综合所和贵州省地矿局的合作说起。

    俗话说:处处留心皆学问。而成都综合所之所以能后来居上,幸运地立项并取得重大突破,既与他们强烈的大局意识和服务意识有关,也与他们平日的留心积累有很大关系。当中国地质调查局党组提出“三位一体”调查评价体系、支撑服务大型能源资源基地建设时,成都综合所就开始了筹划谋局,试图在这方面闯出一条新路。经过资料综合分析,他们了解到当地的稀土矿线索,并深入分析了难以开发利用的“症结”。

    国家能源资源安全的战略需要,中国地质调查局党组的明确要求,地方脱贫攻坚战的迫切需求,加上自身转型升级的客观要求以及技术优势和信息资源优势,使成都综合所上下很快达成了共识,举全所之力,主攻贵州毕节地区稀土矿。

    说干就干,时不我待。2017年1月10日,成都综合所与贵州省地矿局开展了一次座谈。此次会议,双方达成了合作共识,即以能源资源基地综合地质调查为平台,重点开展矿产资源综合利用调查、技术经济与环境影响概略性评价等工作;通过大型能源资源基地综合调查,查明资源现状、资源潜力、矿石可利用性,摸清区域地质环境特征和承载力,共同建立资源基地技术经济与环境影响概略性评价体系,为资源开发利用、环境保护、生态文明建设和矿政管理提供服务。同年2月28日,成都综合所召开会议启动“贵州毕节-六盘水地区能源‘三稀’资源大型基地”建设工作,明确了为贵州资源开发利用、环境保护、生态文明建设和矿政管理提供基础服务的目标。紧接着,3月7日,成都综合所与贵州省地矿局在成都正式签订战略合作协议,共同打造贵州毕节-六盘水地区能源“三稀”资源大型基地。根据协议,双方将以大型能源资源基地建设为引领,围绕“区调、矿调、环调”地质调查评价、能源资源经济性评价工作、重金属污染土壤修复示范,结合精准扶贫行动,共建产学研创新平台,推动地质科技成果集成与转化。

    随后,“贵州毕节-六盘水地区能源资源基地综合地质调查”项目正式启动实施。

    为了加快推进中国地质调查局大型能源资源基地建设工作部署,成都综合所按照“协同创新、融合创新”的思路,特别成立了项目联合推进工作领导小组,同时编制了“贵州毕节-六盘水地区能源资源基地综合地质调查”项目实施方案。通过整合双方资源、技术、业务优势,共同推进基地建设,以服务地方需求实现服务国家需求的目标,有效创新地质调查工作模式。在服务国家能源资源保障战略的同时,助推乌蒙山毕节地区脱贫攻坚。

    科技创新 迎难而上

    开弓没有回头箭。

    正当项目如火如荼地开展时,技术人员却迎来了前所未有的挑战。

    威宁、赫章两县沉积型稀土矿尚处于勘查开发的起步阶段。根据沉积型稀土的赋存状态来看,矿体多出露于地表,开采地质条件较好。含矿层段在威宁及赫章地区分布广泛,资源潜力巨大。但是2018年以前,整个黔西北地区沉积型稀土矿的成矿规律、稀土赋存状态及可利用性均未查明,选冶工艺也未曾取得进展。一度有分析认为,该类型稀土矿并不具备勘查开发价值。业内权威专家对此也是质疑声不断。有人认为,在此地区根本找不到大矿;有人则认为,即便是侥幸找到了矿,也很难“拿”出来。

    成都综合所顶着巨大的压力,通过层层传导,最后落到了项目组全体人员身上。个中滋味,也只有亲历过的人体会最深刻——

    谈起该项目,项目团队成员惠博博士不无感慨地说:“这是我工作至今啃得最难的一块骨头!为了有效富集回收该地区稀土资源,项目组成员都付出了大量心血。”

    其实,从1997年开始,黔西北沉积型稀土就不断受到关注,但是至今尚未有明确的矿石赋存状态研究及选冶工艺突破。“贵州沉积型稀土原矿中稀土氧化物(REO)含量最高时可达1.6%,平均约0.15%。但是,由于无独立的稀土矿物,采用常规的物理选矿方法无法实现稀土的富集回收。”惠博解释说。为了更好地完成任务,惠博与项目组其他成员早在半年前就开始筹划准备。项目开展之初,他们主要采用常规的技术手段进行分析和处理,但是许多问题都没有说透。

    “这不是一类传统的矿石,在对这一类矿石进行研究的过程中,我们必须拿出客观的科学数据来证明它是否具备勘查开发价值。”惠博说,对于该项目的科研攻关,成都综合所领导高度重视,先后两次开动员会,要求技术人员每月向项目负责人、科技处负责人及所长汇报进展情况。

    可是,纵使技术人员使尽浑身解数,倔强的石头依旧不为所动。时间一点一点地过去了,无数次试验都无功而返,研究进展依旧未能达到预期。难道真如前人所说“该类型稀土矿并不具备勘查开发价值?”此时,成都综合所内上下压力倍增。

    专家组与科研人员研讨钻孔岩芯中稀土含矿层的垂向演化趋势

    “锲而舍之;朽木不折;锲而不舍;金石可镂。”

    终于,大家找到了突破口。通过反复试验和实地调查,项目组确定了两个重点攻关方向:一是在工作手段上采取多学科联合的方式,即工艺矿物学、地质学、冶金学联合攻关。二是科学的思维方式。在常规手段没有得出结果的情况下,引入一些假设性的试验。

    首先是工艺矿物学先行。惠博介绍说,这就如同我们在医院看病一般,需要先问诊(即取样),查明病因(即查明矿石成因)。在这个过程中,工艺矿物学发挥了重要作用。我们选用了关于物质和结构分析目前国内最先进的手段,例如化学分析里的荧光、XRD分析、电子探针等,并利用国际先进的矿物分析试验设备将矿石的基本性质从里到外、从粗到细进行了全面分析,同时还与其他类型矿石进行类比分析。在以往的试验中,我们主要采用10倍、20倍的显微镜,但是在该矿石的分析研究中,我们甚至采用了近千倍的显微镜,以及做材料的技术手段,终于查清了矿石中各元素的赋存状态。

    “但是,这些还远远不够。在此基础上,技术人员开始开展选矿研究,却无功而返。冶金技术随后及时跟进,开展了浸出试验,验证理论上的赋存形式。通过试验,对大家通过仪器观察的现象进行了定量化的佐证。综合比对国内外相关资料,整个研究工作中,我们团队做得更深入、科研链条也更长,基本上做到了类似产品的级别。”惠博说。

    而此次项目能够取得重要成果,主要基于两方面的经验:一是多学科联合攻关。这要归功于成都综合所的优势业务领域之一——矿产资源综合利用。成都综合所拥有一支涵盖地质找矿、资源综合利用、综合评价等专业层次布局合理的专业人才队伍。“成都综合所在一矿变多矿、贫矿变富矿等方面具有丰富的经验和技术优势,特别是一些呆滞的、我们认为可能在技术上或者经济上不过关的资源,所里也有成功的案例。所以,多学科联合攻关也成为这次试验研究能够取得成功的一个重要因素。”胡泽松说。

    二是科学的思维方式。胡泽松认为,在研究过程中,不能轻易否定研究对象,要打破传统的思维模式,只有这样才能取得成功。我国是世界稀土资源储量大国,不但储量丰富,且还具有矿种和稀土元素齐全、稀土品位高及矿点分布合理等优势,全国稀土资源总量的98%分布在内蒙古、江西、广东、四川、山东等地区,形成北、南、东、西的分布格局,并具有北轻南重的分布特点。但是,该项目发现的稀土类型完全不同于这两种状态,也区别于深海稀土,在标准上并没有可借鉴性。

    通过综合分析研究,项目组最终确定黔西北地区的稀土矿床为独特的“沉积型”稀土矿床——发生于二叠纪末的巨量岩浆活动是华南陆块演化历史上的一次重大地质事件,导致了扬子克拉通西部峨眉山大火成岩省的形成。在大火成岩省的形成和演化过程中,常伴随有区域岩石圈地壳的大规模抬升和地表岩石的去顶剥蚀。峨眉山大火成岩省的主要岩性为玄武岩和层状-似层状火山碎屑岩,且构成峨眉山大火成岩省主体的玄武岩及火山碎屑岩富含铁族、高场强元素和稀土元素。在晚二叠世温润潮湿的古地理环境和频繁的海侵、海退作用下,玄武岩及火山碎屑岩便易于发生强烈的风化、蚀变和剥蚀作用,经进一步搬运、沉积、富集便形成了黔西北地区独特的“沉积型”稀土矿床。

    同时,项目在开展过程中还形成了绿色高效的“预处理-选择性浸出”冶金新工艺。试验结果表明,稀土元素浸出率高于85%,同时铝、铁、钛和硅等主要杂质浸出率均小于5%。此工艺流程短、选择性强,绿色高效,对推动地质科技成果转化,助推黔西北毕节-六盘水建设我国重要的战略资源支撑基地具有重要意义。

    经过近8个月的科研攻关,沉睡的稀土宝藏终于揭开了她神秘的面纱。

    三大突破 意义深远

    2019年3月28日,在成都综合所召开的第六届三次职工代表大会上,贵州毕节-六盘水大型能源资源基地技术攻关团队被评为该所“2018年度优秀创新团队”。对于贵州毕节-六盘水团队来说,这项荣誉实至名归。

    首先,他们取得了沉积型稀土矿产的重大找矿突破。该团队在对稀土含矿层精细的岩相古地理、沉积微相和稀土沉积成矿要素研究基础上,锁定富稀土层的岩相类型,建立成矿模式,通过矿产检查,于毕节市威宁县麻乍镇新发现超大型稀土矿1处,于威宁县哲觉镇新发现大型稀土矿1处。

    其次,攻克了新类型稀土矿产综合利用的技术瓶颈。通过系统工艺矿物学研究,首次查明了该稀土赋存于以高岭石(83%以上)为主的粘土岩中,无独立稀土矿物,成因类型属“沉积型”,工业类型为类质同象离子吸附型。该类型稀土的粒度极细,选冶难度极大,团队中青年优秀骨干进行了四阶段的选冶试验攻坚,最终创新性研发出针对此类型稀土矿的“预焙烧处理-选择性酸浸”工艺流程,使得该类型稀土的综合回收率超过85%,攻克了选冶难题。

    第三,创新了能源资源基地技术经济评价及地质环境影响评价方法。通过对威宁重点工作区地质环境调查评价,项目组结合已有资料的二次开发和整理,对威宁、赫章地区地表水、地下水、地壳稳定性、植被覆盖率、土壤环境、空气质量、石漠化、矿山地质环境问题等进行了系统总结,编制各类环境图件15张,提出了下一步恢复治理和绿色矿山建设方案,同时建立了一套适用于以黔西北为代表的中国南方岩溶地区地质环境影响评价指标体系。

    对接需求 精准扶贫

    2018年12月12日,自然资源部中国地质调查局成都综合所与贵州省地矿局一行来到贵州省毕节市。与以往不同,他们此行的目的是将前期形成的综合地质调查成果进行移交。

    本次移交的综合地质调查成果,是依托于成都综合所与贵州省地矿局共同实施的“贵州省毕节-六盘水地区能源资源综合地质调查”项目成果,形成的《贵州省毕节-六盘水能源资源基地威宁-赫章地区勘查开发布局建议书(2018)》(以下简称《建议书》)1份,附图图册1套(包含相关附图31份)。《建议书》对毕节市威宁县、赫章县优势矿产资源的现有资源条件、潜在资源条件、技术经济条件、地质环境条件等方面进行了系统的总结和全面评价,在此基础上,划分了3处重点勘查开发区,2处次重点勘查开发区及6处不宜开发区。同时,为了更好地对接毕节市政府需求,有针对性地部署下一步工作,成都综合所还表示,将与贵州省地矿局共同协助毕节市建立“三稀资源绿色勘查开发基地”,做好技术支撑工作。

    两周后,毕节市政府发来信函,对于成都综合所移交的“贵州省毕节-六盘水地区能源资源综合地质调查”项目阶段性成果给予高度评价,对中国地质调查局在毕节开展的地质找矿工作高度认可。信函中写道:

    “《建议书》对我市威宁县、赫章县优势矿产资源的现有资源条件、潜在资源条件、技术经济条件、地质环境条件等方面进行了系统的总结和全面评价,特别针对两县广泛分布、资源潜力巨大的沉积型稀土矿产进行了论述,提供了有进一步工作价值的超大型稀土矿1处,大型稀土矿1处;研发的沉积型稀土综合利用技术原型,将浸出率从5%~20%提高到85%以上,为我市对该类型稀土矿产的采选及利用提供了有力技术支撑。《建议书》及附图图册内容丰富,涵盖了我市威宁、赫章两县优势矿产资源潜力、综合利用潜力、地质环境现状及变化趋势等方面,划分了3处重点勘查开发区,2处次重点勘查开发区及6处不宜开发区,对我市绿色矿业发展和矿产资源勘查开发规划提供了基础地质资料,为我市打造‘三稀资源绿色勘查开发试验基地’奠定了坚实的资源基础。”

    这封信函不仅是对项目成果的肯定,同时也是对技术人员夜以继日工作的鼓励与肯定。

    精准脱贫不仅是地质工作者的历史使命,更是政治担当。

    近年来,中国地质调查局在乌蒙山区等14个集中连片特困地区安排了项目,重点开展能源资源调查、重要矿产资源调查及服务生态文明建设的水工环地质调查等工作。这些项目,均瞄准了贫困地区的实际需求,解决急需问题,有的发现了新的矿产地,有的查清了地质环境情况,对当地经济社会发展和生态文明建设产生了重要的推动作用。贵州乌蒙山片区是整个乌蒙山片区中的重点贫困片区,贫困面广量大,贫困程度深,脱贫形势十分严峻。“贵州省毕节-六盘水地区能源资源综合地质调查”项目阶段性成果提出,毕节威宁地区应从煤炭等传统化石能源基地向沉积型稀土、沉积型锂矿、铅锌等战略性、新兴矿产资源基地转变的发展新思路,对于有效服务地区绿色勘查开发、助力乌蒙山扶贫攻坚具有重要的现实意义。

    尾 声

    采访中,除了科技创新,团队成员严谨求真的钻研精神也给记者留下了深刻的印象。当记者询问惠博技术攻关后的心情时,他的回答出乎意料——如释重负。回望项目整体开展过程,虽然取得了很大的突破和成果,但是团队成员却依然保持着谦虚、谨慎的工作态度。工作结束后,他们没有沉浸在成功的喜悦之中,而是第一时间总结经验和教训:一是不能草率下结论;二是研究工作需要有使命感和责任感。

    的确,成功往往都是眷顾有准备的人。地质调查工作不仅需要科技创新,更需要像他们一样锲而不舍、严谨务实。

    新时代地质调查工作有新定位,即“全力支撑能源、矿产、水和其他战略资源安全保障,精心服务生态文明建设和自然资源管理中心工作”。面对新形势、新任务、新要求,我们相信,在新的征程中成都综合所人将飞得更高、行得更远!

     

    亿万年的等待只为你召唤
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