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    江西赣州是一片壮怀激烈、神奇光荣的红土地,这里的每一寸土地都闪耀着历史与传统的光辉。

    时代翻到了2020年这一页。此前,由于经济底子薄、基础条件差、贫困人口多、贫困范围广、贫困程度深,赣州成为全国较大的集中连片特殊困难地区、江西省脱贫攻坚主战场。今年4月26日,江西省政府举行新闻发布会,宣布于都等7个县(区)退出贫困县序列。至此,赣州市11个贫困县全部退出,赣南革命老区实现整体脱贫摘帽。

    在这场史无前例的脱贫攻坚战中,一支奇兵——自然资源部中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所出现在深壕坚堡前,从专业入手,从技术切入,干起了别人不善干的大事来:脱贫要治贫,治贫要助贫,穷根不除,还要返贫。

    发展实体经济,把赣州建设成为全国稀有金属产业基地和先进制造业基地,是脱贫治穷的关键一招。但是,赣州又不能走传统的老路子,村村办矿,家家炼石,把资源优势折腾成生态劣势。经过深入地县情、乡情、村情调查,郑州综合利用所决定用创新思维从六方面持续发力:

    ——将钨、稀土、萤石等特色优势矿产资源进行深度研发利用;

    ——将矿山固体废弃物进行广泛综合利用;

    ——推动金属矿、非金属矿新技术研发;

    ——对矿山环境进行综合调查,经过治理后形成“绿色产出”;

    ——进行固废资源综合调查评价,力争变废为宝,产生效益;

    ——编制矿业产业规划和绿色矿山标准,使区域经济健康、绿色地向前发展,不走弯路。

    由此可见,郑州综合利用所对扶贫工作就像经营自己的“责任田”那样充满深情,“谋矿已非从前样,春风化雨焕容光”。

    于都润鹏矿业经改造后的生产现场图

    科技薪火燃一片

    赣州于都润鹏铅锌矿是一复杂共伴生的多金属矿。长期以来,由于矿床共伴生组分多、分离难度大,导致主要有价组分回收率偏低,精矿产品也因品位低,经济效益大打折扣。

    找到症结后,郑州综合利用所决定利用技术研发优势帮助矿山解决“心头之患”。他们夜以继日地进行技术攻关,先后研发了铅锌优化分离技术、尾矿重选收硫技术、铅锌混合浮选技术、铅锌混浮精矿压力浸出短流程技术等多项技术。其中,铅锌优化分离技术通过药剂配制创新和工艺条件优化,可使铅回收率提高6.72个百分点,达83.45%,银回收率提高10个百分点以上,达64.84%,增加年直接经济效益523.74万元。

    在尾矿重选收硫技术方面,该所提出采用重选回收替代浮选回收硫系统,使硫精矿品位保持在45%以上,硫的回收率增加20个百分点,年直接经济效益达90万元;运用铅锌多金属矿混合浮选工艺技术,使混合精矿各主要组分回收率大幅提高,铜达到93.69%,铅达93.55%,锌达91.94%,金达91.81%,银达97.66%,硫达93.19%,整体技术经济效果明显提升;运用浮铅尾矿锌硫混合浮选-分离技术,将流程改为先选铜铅,再锌硫混选,再进行锌硫分离,使锌回收率提高了0.63个百分点,电机功率下降150千瓦,吨原矿节约成本4.43元,实施后每天多产生效益1万余元,年增经济效益近330万元。经过多项技术改造,润鹏铅锌矿终于“滋羽鹏飞”。

    接着,郑州综合利用所又把目光瞄向了宁都县河源锂辉石矿。该矿生产的是电动汽车电池的原料,市场前景广阔,但由于矿山锂元素回收率不高,经济效益并不理想。

    通过研究,郑州综合利用所的专家们发现,造成锂回收率不高的原因是矿泥影响了药剂功能的发挥。为此,他们开展攻关,反复对比药剂,试图找到对锂辉石更为敏感的“高效捕收剂”。终于,功夫不负有心人,他们成功研发了一种名为“EL”的高效捕收剂,使浮选精矿氧化锂回收率提高11.3%。经测算,矿山通过选矿工艺的革新,不仅节约了资源,还可年增利润1200万元,抱上了一个大金娃娃。

    江西铁山垅钨矿细泥中钨的回收一直是矿山亟待解决的技术难题。一般情况下,钨选厂细泥产率约为7%~9%,钨在矿泥中的损失率达20%。郑州综合利用所根据钨细泥尾矿矿物特性,结合离心机选矿机、悬振锥面选矿机等设备优缺点,开发出了“筛分-离心机预选-悬振锥面选矿机精选”的全重选工艺流程。该工艺可再次回收废弃矿泥中的残矿,最后得到WO3品位为23.43%、回收率达到41.62%的黑钨精矿。

    在扶贫过程中,又一个难题横亘在郑州综合利用所面前:赣州会昌锡矿储量即将消耗完毕,需要尽快研发技术从锡尾矿中回收锡等有价组分。该所知难而进,通过设备组合优化、工艺条件控制和药剂创新,开发出了“锡石尾矿尼尔森重选抛尾——粗精矿浮选富集工艺技术”。这组工艺技术设计新颖,连接顺畅,要件闭环,最终抛尾量达到76.67%,大幅减少了进入浮选作业矿石量,重选抛尾也降低了细泥对浮选的影响,减少了浮选药剂用量,获得锡石精矿品位达9.73%,作业回收率47.88%,相当于提高现场锡石回收率的9%~10%。

    赣州兴国县高岭土矿是当地一宝,但由于产品含铁高,销售价格低,花了力气但不挣钱。郑州综合利用所通过分析发现,该矿的铁赋存在云母中,采用传统磁选工艺很难分离出来。于是,他们结合现有工艺,引入超导磁选技术,大幅提高了磁场强度,实现了含铁云母的分离,铁含量由1.25%降低到0.52%,白度由74.5提高至93.4,产品价格由240元/吨提升至1400元/吨,为矿产品升级换代带来希望。

    赣南高岭土矿分选后尾矿量较大,长期堆积在矿山周围,对环境影响很大。郑州综合利用所认为,这些都是放错地方的“垃圾”,完全可以变废为宝。工艺矿物学和综合利用技术评价结果表明,高岭土尾矿中主要含有石英、长石、云母、高岭石等矿物,其中石英含量高、资源禀赋好,晶体通透。于是,他们研发了“高温煅烧-水淬-重选-磁选-浮选-酸浸”工艺,把尾矿中有益组分进行分选,获得二氧化硅品位达99.85%,回收率达到35%;又把二次剩余尾矿用来制备轻质高强陶粒,充当建筑材料,实现了“吃干榨尽”。

    就这样,郑州综合利用所在扶贫3年中,攻克了一个个工矿企业的“老大难”问题,正所谓“科技薪火燃一片,青山远望小康家”。

    浮锌尾矿重选回收硫技改实施现场

    睿智英才盈彩笔

    人无远虑,必有近忧。

    赣州市及所辖县域矿产资源丰富,山脉纵横,历史上就是办矿要地,目前大中小矿山百余座,矿点千余处,稀土、钨等矿产在全国乃至世界具有重要地位。

    要谋划全市经济社会发展战略,既要充分发挥本地区的资源优势,又要积极推进“五位一体”总体布局,使矿业和其他产业协调发展。根据地方政府的迫切需求,郑州综合利用所集中科技力量,编制了4份市县矿业产业发展专项规划和1项产业发展专题报告。

    知宝在其一,用宝在其二,惜宝在其三。《赣州高岭土矿资源产业发展规划(2017~2021年)》总结了国内外高岭土矿资源开发利用及产业发展现状,针对赣州高岭土矿资源特点及产业发展实际,分析了赣州发展高岭土矿资源产业的优劣势,提出了规划期内高岭土矿资源产业的总体定位、发展目标及主要任务,重点发展高岭土精深加工和陶瓷产业,建议建设崇义高岭土产业园、兴国(泉州)五金卫浴产业园和寻乌陶瓷产业基地等3处高岭土矿产业聚集区。地方政府对该规划极为赞赏。

    接着,《赣州硅石矿资源产业发展规划(2017~2021年)》也问世了。该规划总结了赣州市硅石矿资源开发利用及产业发展现状,分析了赣州发展硅石矿资源产业的前景,提出了规划期内硅石矿资源产业的总体定位、发展目标及主要任务,重点发展石英砂、石英玻璃、石英板材等产业,建设石城硅石产业园、信丰粉石英产学研基地、上犹玻纤生产基地等6处硅石矿产业聚集区。此规划一旦实施,可安排数千人就业。

    《于都县矿业产业发展规划(2016~2020年)》是地域性的专项规划。郑州综合利用所在全面总结于都县优势矿产资源及开发利用现状、矿业产业发展现状和存在问题的基础上,分析了矿业产业发展的前景,提出了规划期内产业发展的目标任务、产业布局和十大重点工程,通过延伸钨、铅锌、萤石等重点矿种产业链和优化产业布局和结构,推动矿业及延伸产业快速发展。

    《兴国县非金属矿产业发展规划(2016~2020年)》具有异曲同工之妙。郑州综合利用所在全面总结兴国县优势非金属矿产资源及开发利用现状、产业发展现状和存在问题的基础上,分析了非金属矿产业发展的前景,提出了规划期内非金属矿产业的总体定位、发展目标及主要任务,明确了萤石、高岭土等优势非金属矿的产业布局、产品方向和重点项目,构建以萤石氟化工产业为龙头,高岭土陶瓷产业、水泥建材产业等为重点的非金属矿产业集群。

    接着,郑州综合利用所又完成了《兴国县矿泉水地热产业发展前景分析报告》,通过调研兴国矿泉水、地热资源现状及现有2家矿泉水企业开发利用现状,分析了产业发展的前景,提出了产业发展的主要工作和建议,为兴国县矿泉水、地热产业开发指明了发展方向。

    看起来,郑州综合利用所做的都不是“分内事”,不过他们深知,谋贫困区之发展蓝图,规划才是主轴和引领。

    红色老区竞风流

    在矿产资源丰富地区如何科学、绿色办矿,既有序开发金山银山,又留住绿水青山,是当前绕不过的大问题。

    为此,郑州综合利用所的专家团队帮助地方政府根据本区域的矿产资源特点,谋划好绿色矿业发展示范区和绿色矿山建设。首先,他们结合地域地貌特点开展了赣州优势矿产绿色矿山建设标准体系研制,研究编制了《钨矿绿色矿山建设规范》《萤石矿绿色矿山建设规范》《离子型稀土绿色矿山建设规范》《普通建筑用砂石粘土绿色矿山建设规范》等4项赣州市绿色矿山建设地方标准,并通过细化相关指标要求,有效增强了标准的适用性和可操作性。

    可喜的是,《钨矿绿色矿山建设规范》《萤石矿绿色矿山建设规范》2项标准已于2020年5月1日正式实施,为赣州市钨、萤石矿资源绿色开发提供了标准依据。它们是赣州市首批市级地方标准,也是江西省首批生态文明市级地方标准。该标准的广泛运用,使当地绿色矿山的建设、评估、认定和核查等工作有了可循之规。此外,《离子型稀土绿色矿山建设规范》和《普通建筑用砂石粘土绿色矿山建设规范》目前也已完成标准送审稿,有望在年内完成审查后发布。

    江西铁山垅钨矿有限公司黄沙矿区是一个有着近百年开采历史的老矿山,以生产优质黑钨精矿而闻名,在第二次国内革命战争时期曾为苏区作出过重大历史性贡献。郑州综合利用所充分发挥技术和人才优势,为其绿色矿山建设提供规划指导,编制了《江西铁山垅钨矿有限公司黄沙矿区绿色矿山建设方案》。经过绿色矿山建设,该公司基本实现了矿区环境生态化、开采方式科学化、资源利用高效化、企业管理规范化和矿区社区和谐化,顺利进入国家绿色矿山名录库,成为赣州矿业的一张名片。

    对历史遗留的矿山生态环境问题,郑州综合利用所应地方政府的要求,积极开展各类地质环境问题调查。于都地区历史上是办矿重点区域,专家组通过遥感图像解译,并深入矿山“梳头发”,共调查国土面积1921平方千米、各类矿山180座,基本查清了存在的各种地质环境问题,编写了《于都南部区域废弃矿山地质环境问题恢复治理建议》和《于都南部废弃钨矿山环境综合治理可行性调查报告》,受到了当地政府的高度重视。

    有道是,弃矿复绿已开头,红色老区竞风流。赣州市境内老矿区颇多,生态环境欠账绝非毕一役之功就能解决,但郑州综合利用所矢志与地方政府紧密配合,在“十四五”期间将脚踏实地,一茬一茬接着干,在这片红土地上复绿、造绿、兴绿,打造出一个新型矿区。

     

    扶贫路上深耕每一块“责任田”

    3月11日,第十八次李四光地质科学奖科研奖获得者、中国地质科学院矿产资源研究所(以下简称“资源所”)原副总地质师肖克炎研究员新申报的战略矿产项目“战略性矿产资源大数据综合信息预测与找矿勘查示范”通过评审。在过去的40年间,从数学地质到数字化矿产预测,从信息化大数据分析再到如今的智能化资源勘查,肖克炎始终围绕国家需求、紧盯科技前沿刻苦钻研,奋战在中国地质行业数字化、智能化研究的前沿,成为这一进程的缩影和地质科学工作者的榜样。

    肖克炎研究员获李四光地质科学奖科研奖

    理想:将“计算机+矿产预测”作为“一生的事业”

    1980年,16岁的肖克炎考入湘潭矿业学院地质系煤田地质与勘探专业。如果不出意外,他的人生轨迹也会像他的许多大学同学那样,毕业进入煤炭行业,一生从事煤田地质方面的研究和实践。

    不过,20世纪80年代初,改革开放的浪潮席卷中国大地,对“科学技术现代化”的渴望蓬勃生长。那时的湖南,一件大事正在发生。1983年12月22日,中国第一台每秒钟运算一亿次以上的“银河”巨型计算机,在位于长沙的国防科技大学计算机研究所问世。“银河”对青年肖克炎的影响是巨大的,从小头脑活跃、热爱数学的肖克炎看到了计算机在煤田矿产资源领域的巨大应用前景。

    1983年年底,他为自己的实习论文圈定了两个方向——矿产资源趋势分析、计算机应用。学校没有计算机怎么办?在学校的支持下,肖克炎在核工业二三〇研究所(原长沙铀矿地质研究所)借了一台进口巨型计算机,它几乎占据了整个屋子。有了这个“宝贝”,肖克炎花费一个星期时间,对湖南湘中盆地煤田沉积谷地的矿产资源进行了5次趋势分析,圆满完成了实习论文。

    这次成功尝试,点燃了他以数学研究地质的兴趣和志向。当然,那时的他,还不知道未来计算机技术将飞速发展,更不知道自己将以此为起点,与“计算机+矿产”打一辈子的交道。

    1984年,肖克炎考取长春地质学院数学地质专业硕士研究生,师从著名数学地质专家王世称教授,并继续攻读该专业的博士学位。

    数学地质是用数学分析及建模的手段,对地质问题进行规律性的研究。然而,把复杂的地质现象进行定量化研究实非易事,不仅需要把矿床成因、地球探测信息技术、计算机等多学科的知识进行交叉、融合,更需要具有宏观的科学视野和创造性的数理推算能力。在学习和实践中,肖克炎不断探索多元统计分析方法的应用、金铜异常区复合模型的建立以及综合信息矿产预测等领域,像海绵吸水一样,在课堂授课、实习项目和国内外资料中汲取知识和经验,并最终将自己的专业方向确定为矿产预测。这也是他坚定不移的选择,为他未来的研究奠定了坚实的基础。

    在长春地质学院学习期间,肖克炎展现出了非凡的勤奋和才华。他发表了数十篇论文,远超学校规定的数量。期间,他还参与了由王世称教授主持的《综合信息矿产预测理论与方法体系》项目,并获得了国家科学技术进步奖二等奖。

    1991年年底,肖克炎博士毕业后不久,中国地质大学开始招收博士后。在博士后流动站和长春地质学院之间,为了自己的梦想,他选择了前者,来到武汉,成为中国地质大学“矿产普查与勘探”博士后。师从我国著名数学地质学家、原地大总校校长赵鹏大教授,进一步深化对数学地质的研究和应用。1993年博士后出站,已晋升为副研究员的肖克炎,来到资源所成矿远景区划研究室(简称“区划室”)工作。

    直到现在,肖克炎都很庆幸自己的“运气”,不仅能师从于数学地质领域有着“南赵北王”之称的两位泰斗,还能在中国矿产资源顶级科研院所找到专业最对口的工作岗位。当然,这份幸运并不是偶然的,而是他坚守初心、不懈努力的结果。 

    肖克炎研究员野外工作

    使命:“成矿区划”→“潜力评价”→“深部预测”

    踏上工作岗位,正直20世纪90年代,全国地质工作陷入低谷期,而肖克炎的“好运”却并未离他而去。

    肖克炎刚刚来到资源所,就赶上了一个大项目——全国第二轮成矿区划工作,并在其中从事成矿远景区划计算机化及GIS应用研究。巧合的是,肖克炎本科和硕士期间,也曾参与过全国第一轮成矿远景区划的部分工作。

    这个项目由时任中国地质地科院院长和地质矿产部总工程师的陈毓川组织领导。此时,经过数十年的找矿,不少地区已转入隐伏矿床、盲矿床预测寻找和评价阶段,找矿难度大,必须筛选出具有较好成矿远景的重点区域,形成“以点带面、点面结合”的找矿突破。同时,当时的地质科技与成矿理论较之改革开放前有了明显的进步,急需使用新理论、新技术综合研究最新的资料,指导找矿。

    陈毓川找到肖克炎,阐述了中国成矿体系和第二轮成矿区划工作的目标,以及应用计算机技术对区域成矿规律进行研究的设想。他强调,一定要注重开展全国和区域性物化资料综合研究,进行矿产预测和评价;要瞄准世界先进水平加快发展勘查技术,加快现代计算机技术的数据处理和成图技术研究,实现“地矿工作信息化”。

    肖克炎始终认为,陈毓川院士是自己重要的伯乐和导师。通过陈毓川指导与项目实践,肖克炎的学术视野愈发开阔明朗,牢牢把成矿系列理论作为计算机技术应用的基础和出发点,成为他所坚守的、不同于其他矿产资源数字化、智能化研究团队的鲜明特点。

    在第二轮成矿区划工作中,肖克炎作为主要骨干,带领团队逐步建立了以成矿系列理论为指导、以GIS计算机技术为支撑的综合信息矿产预测方法体系,开展了不同比例尺矿产资源方法学比较研究,提出了预测底图编图综合解释模型,完善了综合信息找矿评价模型的研究内容方法,编制了首张中国矿产成矿系列图和跨世纪找矿工作部署图,建立了全国成矿远景区划数据库。

    时间紧、任务重。有时候,“活儿”要得急,肖克炎经常要加班到下半夜。好在,辛勤的汗水换来了扎实的成绩:第二轮成矿区划成果“中国成矿体系和区域成矿评价”,在2004年获得国家科学技术进步奖二等奖,肖克炎是主要完成人之一。

    大项目催生大人才。1996年,肖克炎被破格晋升为研究员,1997年开始担任资源所成矿远景区划室总工,2000年,被任命为区划室主任。2006年,原国土资源部部署全国矿产资源潜力评价国情调查工作。这次,作为学科带头人的肖克炎,毫无悬念地成为其中“全国重要矿产总量预测”项目的总负责。

    从2006年到2013年,肖克炎上满了“发条”,瞄准“总量预测”目标任务,创立了矿床模型综合地质信息矿产预测方法;研发出地质专家系统预测与综合信息预测的预测模型,总结了以计算机信息技术为手段,运用矿床模型地质参数法进行资源潜力估算的预测工作方法流程;首次提出区域预测综合信息编图的综合解释模型、矿产预测类型、矿产预测方法类型、最小预测区等概念,创新发展了矿床模型地质参数资源量估算方法;建立了全国矿产资源潜力预测评价成果数据库,为国家资源决策提供了权威国情数据。

    肖克炎研究员在野外与国际知名专家共同野外查证

    矿产资源潜力评价预测成果促进了地质工作顺应时代的发展:广泛应用于我国“十三五”各类矿产勘查规划部署,厘定了我国26个重要找矿部署区带,优选110余处国家重要整装勘查区和矿集区;支撑国家找矿突破战略行动和矿业企业的矿产勘查,推动新发现多处大中型矿产地,实现找矿工作重大突破。即使是现在,其成果仍在发挥着重要作用。

    近年来,矿产勘查逐渐向深部转移,肖克炎智能勘查技术的研发目标也“由浅入深”,在科技部深地资源勘查开采专项“深部资源预测系统技术研究与示范”项目的支持下,围绕深部资源预测需求,系统开展了深部矿产资源预测理论研究、关键技术、平台系统研究,突破了成矿空间三维结构重建机制、深部矿化定位机制及深部预测途径等关键技术瓶颈,首次建立了找矿模型—三维建模—定量预测三元大数据深部矿产资源预测理论方法,自主研制了一套具有自主知识产权的深部综合信息预测评价平台系统,创新研发了深部成矿构造、地球物理、地球化学和地质异常的时空结构解析方法与深层次信息提取新技术,解决了矿集区深部成矿空间三维结构重建、成矿地质异常空间重构以及矿化空间定位等技术难题,推动了我国深部找矿、三维预测领域的技术进步。 

    深部找矿勘查示范基地

    一个个走在科技创新“风口浪尖”的大项目,有效地支撑服务了国家矿产资源安全保障和资源管理,引领了我国矿产资源潜力定量评价与预测科学进步。它们不仅赢得了近十个国家和省部级奖项,也为肖克炎带来了诸多荣誉:俄罗斯科学院与工程院外籍院士、享受国务院政府特殊津贴,以及部百名跨世纪科技人才、原国土资源部先进个人、自然资源部科技创新人才、湘江学者、楚天学者、珠峰人才等称号,而2023年获得的第十八次李四光地质科学奖科研奖,更是对他在地质科研方面突出贡献的充分肯定。

    与此同时,肖克炎不仅在个人学术研究上取得了显著成就,更在团队建设方面展现出卓越的领导力。

    在全国矿产资源潜力评价和国家重点研发计划等项目的实施过程中,他建立了一支集成矿规律、潜力评价、数学建模、软件工具研发等全链条、多层次的高水平科研团队,形成了全国领先的大数据智能找矿“理论—方法—系统平台”完全自主知识产权的开创性成果。

    在他的指导下,团队突破学科壁垒,出色完成了全国25种重要矿产资源2千米以浅资源量预测研究,圈定了各类找矿靶区4万余处、成矿远景区2000余处、重要矿集区240余处,并科学估算了不同深度预测资源量。在山东莱州—招远金矿整装勘查区、四川会理—会东矿集区、湖南—贵州锰矿整装勘查区、贵州贞丰—普安金矿整装勘查区、甘肃玛曲—合作金矿整装勘查区、西藏冈底斯成矿带等地,开展了深部(3000 米以浅)三维预测评价及找矿预测示范,取得了多项找矿突破。由此,肖克炎科研团队在国际SCI期刊上发表了论文106篇,获得发明专利24项,软件著作权27项,6人获得省部级及以上荣誉称号;培养了博士后5人、博士50余人、硕士100余人,为相关行业、企业输送了大量高素质人才。同时,举办各类培训班40余次,培训了行业、企业技术骨干近千人,他本人还在商务部举办的“一带一路”非洲预测方法培训班中多次授课,近千名国外地质专家聆听相关课程。这些工作和成果在学术界产生了广泛的影响,为矿产预测定量化发展作出了重要贡献。

    未来:发展人工智能预测技术是“创新的高地”

    所谓矿产预测,就是在现代地质成矿理论指导下,对预测区的地质、地球物理、地球化学、重砂和遥感等各种成矿信息进行提取解译,并使用先进的多元统计方法和计算机技术进行综合,从而确定成矿有利地段和靶区,并最终估算其矿床数和资源量。

    在如今的矿产预测领域,很少有人不知道MRAS(矿产资源综合信息评价系统)和MinExplorer(探矿者软件)。这套由肖克炎带领团队在全国矿产资源潜力评价项目实施期间自主开发并拥有全部核心技术与知识产权的矿产资源预测评价系统平台,打破了国外在此领域的技术壁垒,填补了我国矿产预测信息化领域的空白,已被全国32省(区、市)的上千家地质调查单位全面应用。 

    探矿者软件(MRAS3.0)赠送仪式

    科学的探索从来都是循序渐进、厚积薄发。

    早在1996年,肖克炎申请承担的“基于GIS平台矿产资源评价辅助决策系统”,在国内首次提出将传统矿产资源评价与现代地学信息技术相结合的研究思路并研制了MRAS软件系统;2002年,肖克炎承担国家863项目“地学空间信息三维可视化系统”,通过基于GIS的资源评价分布式网格计算,开始了对“探矿者”软件核心技术的研发与积累;2006年~2013年,“探矿者”在全国危机矿山找矿专项中推广应用,形成了矿床勘探3DEM储量估算系统;之后,“探矿者”升级为v3.0版本,实现了对三维数字矿床模型及深部矿产资源的立体预测评价。

    MRAS打通了矿产资源评价的GIS工作流程,实现了多源信息变量自动赋值及预测单元自动划分,彻底地改变了以往在预测单元选择、变量研究过程中进行矿产资源统计预测的费时费力的工作环境;而探矿者软件,则是一套适合地质矿产勘查、三维可视化智能分析、三维预测评价系统,其自主研发的三维矿产勘查评价智能地质制图、三维地质建模、三维可视化等底层核心技术,实现了从二维平面预测向三维空间立体预测转化,也使传统统计预测要几个月完成的工作,缩短到几天就可以完成。

    这些,都颠覆性地提升了地质工作中矿产预测的工作模式、准确度以及经济性。

    探矿者地质矿产勘查软件系统(MRAS v3.0)

    30多年对矿产预测数字技术的研发与应用,让肖克炎深深地体会到了“大数据驱动”已成为新的科学范式,而对前沿科学极为敏感的他则清晰地意识到,发展新一代人工智能预测技术是当前资源评价领域创新高地,地质找矿工作智能化已是“奔腾的江河”,必然势不可挡、必然汹涌向前。

    如今,在“人工智能+”找矿的大趋势中,肖克炎又针对战略性矿产资源开始了新的研究探索——通过战略矿产项目“战略性矿产资源大数据综合信息预测与找矿勘查示范”,针对锂、钴、镍等11个战略性关键矿产资源,创新大数据预测评价基本理论、方法流程、预测模型及成果表达等,研发智能地质预测模型和大数据精准预测技术,创新资源评价知识驱动和数据驱动双引擎,突破智能地质模型预测计算机关键技术,形成新一代智能战略性矿产评价软件系统,解决资源评价软件卡脖子难题。

    又是一场硬仗。在今后的4年中,肖克炎将带领项目团队,完成战略性矿产超常富集机理及成矿模型研究、战略性矿产大数据综合信息提取与智能预测方法技术研究、战略性矿产数字矿床模型及预测评价系统平台研发、战略性矿产重点成矿区带资源潜力定量评价、战略性矿产重点矿集区三维预测与找矿勘查示范等课题,继续推进矿产资源大数据智能预测评价水平,为国家提供更多的找矿新靶区,尽快找大矿、找好矿、找急需的矿提供重要支撑。

    熟悉肖克炎的人都知道,他有着地质人的豪迈大气,也有着数学家的精细严谨,既有身为学者的“勇攀高峰、敢为人先”,又有作为教师的“春风化雨、玉汝于成”。30多年来,被同事、学生称为“拼命三郎”的他,始终把李四光等地质先辈的科学家精神视为榜样和指引,以服务国家需求为己任,勇于创新、勤于实践,全身心地投入到了“推动矿产预测理论技术进步”的事业中,而未来,面对国家对能源矿产资源的全新需求和日新月异数字技术的不断召唤,他以科技创新驱动大数据智能预测方法研发的步伐也将更加坚定。

     

    深耕资源评价智能化——记第十八次李四光地质科学奖...

    上个世纪接近尾声的时刻,我国地球化学领域开启了一项声势浩大的全国土地质量地球化学调查。这也是跨越两个世纪实施的一项基础国情调查计划。

     

    按照规划,这项调查要在1999年~2015年期间,利用中央和地方财政资金近20亿元,以统一的技术标准和技术方法,系统查明我国土地质量的地球化学状况,对我国土地质量状况作出判断。

     

    单看成杭新的成长履历,他似乎不太可能与这次大调查有任何关系。

     

    成杭新,我国著名应用地球化学家谢学锦院士的学生,江苏启东人,博士、二级研究员。他于1983年获长春地质学院找矿地球化学专业学士学位,1994年获原地质矿产部地球物理地球化学勘查研究所应用地球化学硕士学位,2002年获吉林大学地球探测与信息技术专业博士学位,2007年北京大学应用化学方向博士后出站。

     

    事实上,在全国土地质量地球化学调查提出之初,在土地质量的地球化学状况为何物还鲜为人知的时候,成杭新就凭借超级敏感的判断,迅速将研究方向转向土地质量地球化学调查这一全新的领域。

     

    在全面参与这项调查计划的策划和顶层设计工作过程中,成杭新作为“土地地球化学调查工程”的首席专家,组织协调全国77家单位10万多人次,持续15年埋头苦干,主持完成土地质量调查总面积196万平方千米,首次系统查明我国土地的地球化学状况,为国家土地资源管理和土壤污染防治提供了重要的国情数据。

     

    悠悠土地情

     

    耕地质量事关国家粮食安全,一般的科研论文难以判断我国耕地地球化学的状况。

     

    有了第一手调查数据,成杭新在系统总结15年来全国土地质量地球化学调查成果的基础上,组织编写了《中国耕地地球化学调查报告(2015)》。

     

    在2015年全国土地日(6月25日)当天,中国地质调查局发布了《中国耕地地球化学调查报告(2015)》,这也是我国首次发布此类报告。其中,所涉及的地球化学调查工作是迄今为止我国系统组织完成分析元素最多、调查精度最高、执行标准最严的一次专业调查工作,获得的大量国情数据翔实系统,不仅为国家《土壤污染防治法》起草、《重金属污染综合防治“十二五”规划》实施、《全国土壤污染状况公报》编制和《农用地土壤环境质量标准》等标准体系建设提供了基础数据,而且在支撑国土资源部土地质量管理工作中发挥了重要作用。

     

    《中国耕地地球化学调查报告(2015)》对我国耕地污染问题进行了数据公开和原因分析。调查结果显示,无污染耕地12.72亿亩,占调查耕地总面积的91.8%;重金属中-重度污染或超标的点位比例占2.5%,覆盖面积3488万亩,轻微-轻度污染或超标的点位比例占5.7%,覆盖面积7899万亩。地质背景值高、成土过程次生富集和人类活动是造成耕地污染或超标的主要原因。此外,报告还指出了局部地区土壤有机质下降、北方土壤碱化趋势与南方土壤酸化趋势同时出现等实际问题。

     

    报告所形成的无污染耕地判断在土地利用规划编修、永久基本农田划定、后备耕地资源验收、土地整治规划、耕地质量等级监测评价等土地资源管理中得到广泛应用。浙江、山东、上海、天津、江苏、广西、福建、安徽等省(区、市)加强土地地球化学调查,在服务永久基本农田划定、高标准基本农田选区与建设、土地利用规划调整完善、耕地质量等级评定与监测和特色优质耕地开发等方面取得了良好效果。

     

    报告中提到的所发现的富硒耕地资源成为地方政府实施精准扶贫、帮助贫困地区农民脱贫的重要抓手。报告显示,截至2014年底,调查新发现5244万亩富硒优质耕地,主要分布在闽粤琼区、西南区、湘鄂皖赣区、苏浙沪区、晋豫区及西北区;此外,山西、辽宁、福建、天津、青海等地还发现了一批富硼、钼、锌等有益微量元素的特色耕地资源。目前,一批富含微量元素的优质耕地已经成为全国各地发展特色农业和生态农业新的增长点。在湖北、广西、青海、浙江、福建、四川、江西、海南、湖南等省(区),政府将开发富硒耕地作为实施农业强省战略的一项重要工作,通过大力开发富硒、锌等特色优质耕地,形成特色农产品产业链,取得了显著的经济效益和社会效益。例如,湖南省新田县充分利用富硒耕地,发展富硒农产品种植示范基地面积达27万亩。2014年,该县富硒产业生产总值达20多亿元,比上年增长40%,实现利润超过10亿元,比上年增长35%,从事富硒产业的人员突破10万人。

     

    针对我国耕地特点和复杂成因,报告建议,应利用全国耕地地球化学调查获得的成果信息,加大成果转化利用,充分发挥地质调查成果在土地资源管理、现代农业发展和生态环境改善中的基础作用。对目前无污染耕地要实施严格保护政策,积极预防和控制工农业生产活动对耕地可能造成的污染影响;对富硒耕地要严格保护、科学利用,强化数量和质量动态监控管理;对重金属中-重度污染或超标耕地,建议区别情况进行修复治理,调整种植结构或土地用途,开展成因分析和生态风险评估,实行分区、分类、分级管理;对土地有机质及酸碱度变化问题,应采取积极措施减少北方耕地地下水开采利用,加大水土流失调查与整治力度,管控有可能形成污染源的工农业生产活动并降低人类活动影响。遏制耕地质量下降趋势,促使区域耕地现状显著好转具有重要指导意义。

     

    成杭新组织全国同行持续15年开展土地质量地球化学调查工作,在大地上留下了一长串坚实的脚印,对我国耕地地球化学状况提出了重大判断,有力促进了我国勘查地球化学的原始创新,显著提升了勘查地球化学解决国家重大问题的能力,实现了勘查地球化学服务领域的全面转型。

     

    然而,土地质量地球化学调查开展之初却是困难重重。当时,土地质量地球化学调查与评价是一项全新的地质调查工作,没有技术,没有规范,没有方向,一切都要从零开始。

     

    成杭新与全国专家学者一起集成创新土地质量地球化学调查、评价,监测、预警等方法技术,并形成系列技术规范,全面支撑了全国土地质量地球化学调查评价方法技术的统一和工作的有序推进。他与中国地质大学(北京)教授杨忠芳等人共同构建了土地质量地球化学评价的框架、思路和方法,突破了土地质量评价的传统指标体系,为全面判断土地质量现状提供了方法学。

     

    漫漫生态路

     

    生态地球化学是一门新兴的边缘学科,是用地球化学的原理和方法研究地球化学元素在生态系统各生态因子中及其之间的分布、分配、迁移、转化规律及生态效应。它着重在全球、区域和局部尺度上进行生态地球化学研究,探索地球化学问题中主要元素的成因来源、迁移转化、生态效应、变化趋势全过程。其调查方法是多目标区域地球化学填图,研究对象是地球系统或生态系统中的地球化学问题,理论基础是元素地球化学循环原理,技术路线是以土壤圈为中心评价地球系统,应用领域是土地利用规划及农业、环境等。

     

    这一学科的开创,源于成杭新与中国地调局教授级高级工程师奚小环、杨忠芳等共同开展的不同介质间元素迁移循环的基础研究。这项研究形成了以生态系统为研究单元、以物质在生态系统各环境要素中的循环和生态系统间的迁移为主线、以化学元素和有害物质对生物体的影响为中心的生态地球化学研究领域,突破了传统勘查地球化学的研究思路,实现了元素循环迁移的理论创新,开创并推动了生态地球化学学科的建立和快速发展。

     

    也正是借助全国土地质量地球化学调查,成杭新被业界称为我国土地质量地球化学调查事业、生态地球化学的创始人之一。

     

    他先后主持国家“973计划”课题、国家自然科学基金、国家土壤专项、国土资源部重大基础研究项目、国土资源行业基金科研专项、中国地质调查局国土资源大调查项目等40余个项目,入选中国地质调查局首批杰出地质人才,荣获国土资源部科技进步一等奖、二等奖,中国地质调查成果奖二等奖等奖项。此外,他还作为特邀主编,组织出版了在国际取得巨大反响的《勘查中国:环境与资源》专刊;领导和组织出版了各省多目标地球化学系列图集近20册。

     

    拳拳师者心

     

    在取得多项杰出成果的同时,他建立了一支勇于探索创新的地球化学调查研究团队,共联合培养勘查地球化学博士、硕士13人,开展土地质量地球化学调查培训10余次,培训学员200余人,为全国土地质量地球化学调查的顺利开展奠定了良好的人才基础,有力支撑了全国区域化探和土地质量地球化学调查工作的实施。同时,以团队为基础组建的中国地质调查局土地质量地球化学调查评价研究中心、中国地质科学院/中国地质调查局地球表层碳-汞地球化学循环重点实验室,已成为我国土地质量地球化学调查评价的基础理论与方法技术研究中心、成果技术集散中心和交流合作研究中心。

     

    一言以蔽之,成杭新引领了勘查地球化学学科的发展方向,为繁荣我国勘查地球化学的原始创新、实现勘查地球化学传统研究领域的全面转型做出了重要贡献。

     

    尽管头顶闪烁如此耀眼的光环,成杭新却始终不忘初心。他说:“我更愿意站在实实在在的地面上,静下心来,在平淡中坚守‘勘查中国’,努力更有效地解决公众、社会关切的土地质量问题。”

     

    成杭新(右三)到湖南省新田县调研富硒土地资源支撑精准扶贫效果和模式

    把研究深深嵌入大地

    为贯彻党中央、国务院关于支持“三区三州”等深度贫困地区脱贫攻坚的部署要求,高质量打赢脱贫攻坚收官战,落实自然资源部、中国地质调查局的工作部署,2020年4月5日,在统筹推进新冠肺炎疫情防控和经济社会发展的关键时期,自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所“南方石漠化重点区综合地质调查与评价”项目组7人通过12道疫情检查关口,顺利抵达云南省怒江傈僳族自治州泸水市,助力当地石漠化生态地质调查与脱贫攻坚。

    泸水市是一个区位重要、交通不便、资源富集、生态环境脆弱敏感的“三区三州”等深度贫困(县)市,地处国家重点生态功能区,是“三江并流”世界自然遗产地的重要组成部分,是集“边疆、民族、贫困、宗教、山区、直过”为一体的最集中的典型代表,具有“高山寒冷、半山温暖、江边炎热”的独特立体气候特征。

    项目组到达怒江州,立即与怒江州自然资源与规划局、怒江州林业与草原局、泸水市人民政府、泸水市自然资源局及泸水市老窝镇、大兴地镇等相关部门开展了多次精准需求对接。在泸水市常务副市长李祖明、副市长刘伟等带领下,到野外现场调研,基本掌握了泸水市的地质地貌条件、突出生态地质问题和社会经济需求;明确了泸水市在脱贫攻坚和生态保护修复方面存在的突出问题:一是陡坡耕种、生物入侵、水土流失及石漠化严重,山上旱山下洪,生态保护修复与生态产业发展缺乏生态地质科技支撑;二是脱贫攻坚产业缺乏科技支撑,产业生态经济效益低、可持续发展难,居民易返贫;三是人地矛盾突出,陡坡地多,平地少,人口以傈僳族、白族等12个少数民族为主,占总人口89%,居民贫困,建档立卡贫困人口71320人;四是交通不便,产品外销困难,物流成本高,观念落后,缺乏发展生态产业的意识和积极性。

    项目组围绕泸水市在脱贫攻坚、生态保护修复方面存在的突出问题和发展需求,结合干热河谷型岩溶峡谷地貌特征、自然资源与生态地质条件,对症下药、因地制宜,制定详细的生态地质调查与脱贫攻坚试验示范方案,并向云南省自然资源厅扶贫办进行了汇报。一是应泸水市人民政府和中国交通建设集团有限公司怒江扶贫项目组的要求,开展贫困户火龙果栽培管理系列技术培训,支撑服务推动贫困户快速稳定脱贫;二是开展绿色特色生态产业高效高质试验示范,合作建立火龙果品种改良与标准化种植试验示范样板,显著提升生态经济效益,推动火龙果产业快速辐射推广;三是开展怒江绿色香料产业园区1∶1万生态地质调查,服务绿色香料产业园区建设;四是在怒江河谷两岸山区,开展岩溶峡谷农林牧复合立体生态产业试验示范,助推怒江州生态文明建设和乡村振兴。云南省自然资源厅肯定了项目组的前期工作,表示将大力支持项目组工作。

    下一步,项目组将发挥生态保护修复技术优势,挖掘国土空间优化利用和生态修复脱贫的潜力,支撑服务统筹解决“三州三区”等深度贫困区脱贫攻坚和生态保护问题,做到精准策划、精准实施、精准扶贫。

     

    项目组现场调研火龙果产业

    岩溶所开展云南省泸水市石漠化生态地质调查与脱贫攻...

    中国东南沿海发育大规模的白垩纪酸性火山-侵入杂岩,其中一些火山-侵入杂岩与铜金成矿作用密切相关。揭示酸性岩浆系统的演化过程,尤其是“晶体-熔体分离”过程、机制及其动力学是深入理解中国东南沿海铜金成矿作用的关键。自然资源部中国地质调查局地质研究所颜丽丽博士、贺振宇研究员及其合作者最近所做的研究展示了锆石微量元素在相关研究中的重要作用和研究潜力,也为支撑和推动地调局在深部地质研究与找矿提供了新的研究思路和方法。

    岩浆房的“晶体-熔体”分离过程对于理解高硅流纹质火山岩的成因,以及火山-侵入杂岩中高硅酸性火山岩与低硅中央侵入体的成因联系具有重要意义。为了揭示这一过程,颜丽丽博士、贺振宇研究员及其合作者在对福建云山火山-侵入杂岩详细的岩石学、年代学和岩石地球化学解剖的基础上,进一步开展了系统的LA-ICP-MS锆石微量元素研究,利用锆石微量元素对岩浆的成分和温度等变化敏感的优势,有效制约了酸性岩浆系统的晶体-熔体分离和岩浆补给过程。

    福建云山火山-侵入杂岩由高硅的过铝质流纹岩和过碱性流纹岩、以及破火山口中央侵入体石英二长斑岩组成(图1)。石英二长斑岩中发育有少量暗色微粒包体。系统的锆石微量元素分析和研究结果显示:

    (1)云山过铝质流纹岩、过碱性流纹岩和石英二长斑岩显示明显区别的锆石微量元素特征:过铝质流纹岩、过碱性流纹岩锆石具有高的Hf,低的Ti和Zr/Hf,而石英二长斑岩锆石具有低的Hf和高的Ti和Zr/Hf(图2)。这种差异表明火山岩锆石是在熔体提取之后结晶自火山岩岩浆,反映了岩浆房的“晶体-熔体”分离过程。但是,两者少部分微量元素重叠的特征可能暗示了一小部分锆石为熔体提取过程捕获的岩浆房中的晶体。

    (2)过碱性流纹岩锆石与过铝质流纹岩锆石相比,具有更低的Eu/Eu*、Ti和Th/U,反映其结晶自相对更演化的岩浆(图2)。此外,过碱性流纹岩锆石与过铝质流纹岩锆石具有基本一致的Zr/Hf和Hf含量,反映了过碱性流纹岩的岩浆提取时,锆石未饱和,不存在锆石的分离结晶。但是,过铝质流纹岩锆石相对石英二长斑岩锆石具有低的Zr/Hf,反映了岩浆房的“晶体-熔体”分离过程中锆石饱和和分离结晶。这暗示了在过铝质流纹岩岩浆提取之后,岩浆房还发生了岩浆补给作用。

    (3)在过铝质流纹岩和石英二长斑岩的锆石中均发育了CL较亮的锆石边部或颗粒,同时,其锆石核部具有熔蚀的特征(图3)。CL较亮的锆石边部或颗粒具有相对核部较低的Hf、Th、U含量和较高的Ti含量,以及高的Zr/Hf和Eu/Eu*比值(图2)。这种结构和成分变化,表明锆石在相对高温和低演化岩浆中的进一步生长过程,记录了岩浆补给作用。这也进一步表明岩浆补给作用促进了岩浆房的“晶体-熔体”分离和岩浆的高度分异演化。

     

    图1 福建云山破火山口火山-侵入杂岩地质简图

    注:第一单元主要为过铝质流纹岩(灰色区域),第二单元主要为熔结凝灰岩(紫色区域),第三单元主要为过碱性流纹岩(蓝色区域);石英二长斑岩位于破火山口的中心(粉色区域)。

     

    图2 云山火山-侵入杂岩锆石微量元素组成

    注:云山过铝质流纹岩、过碱性流纹岩和石英二长斑岩显示明显区别和较少重叠的锆石微量元素特征(过铝质流纹岩、过碱性流纹岩锆石具有高的Hf,低的Ti和Zr/Hf,而石英二长斑岩锆石具有低的Hf和高的Ti和Zr/Hf),反映岩浆房的“晶体-熔体”分离过程;而作为对比的雁荡山火山-侵入杂岩和Turkey Creek火山-侵入杂岩则相对重叠区域较多,反映了一部分锆石随着熔体提取过程迁移

     

    图3云山火山-侵入杂岩锆石CL图像

    注:过铝质流纹岩和石英二长斑岩CL较亮的锆石边部或颗粒,表明锆石在相对高温和低演化岩浆中的进一步生长过程,记录了岩浆补给作用

    地质所相关研究为铜金成矿找矿提供新思路