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    受全球气候变化影响,近年来极端暴雨引发的突发性、群发性地质灾害,给当前防灾减灾工作带来巨大挑战。4月25日,自然资源部召开了2025年全国汛期地质灾害防治工作视频会议,指出今年全国气候年景总体偏差,极端天气气候事件总体呈多发强发态势,地质灾害防治形势依然严峻复杂。

    极端气候条件下,我国地质灾害形成分布与成灾模式将呈现哪些新的特点?地质灾害防灾减灾工作面临哪些新的挑战?对此,记者近日采访了中国工程院院士、自然资源部地质灾害技术指导中心首席科学家殷跃平。

    殷跃平在乌蒙山区指导地质灾害调查

    极端气候下,地质灾害防范应综合施策

    记者:

    地质灾害隐患点是如何调查识别的?

    殷跃平:

    防范地质灾害,首先要调查识别出隐患点在哪里,这是防灾减灾最重要的基础工作。我国自20世纪90年代以来系统开展了全国地质灾害的面上调查和详细调查,目前正在地质灾害高风险地区开展精细调查。这些调查工作动用了全国水工环地质勘查队伍力量。

    随着科学技术的进步,地质灾害调查手段也越来越先进,以卫星遥感、无人机和地面勘查相结合的“空-天-地”一体化技术成为标配。同时,经费投入也成倍激增。例如,早期的面上调查阶段,每个县投入平均10万元,详细调查阶段每个县投入平均在百万元,而现在的精细调查阶段,每个县投入大约要千万元。由于地质作用过程在不断变化中,每年汛期或强震发生后,还要专门开展应急排查工作。

    地灾隐患点的调查识别具有动态性。目前,在册纳入全国防灾减灾具自然属性的地质灾害隐患点大约有28.4万处。此外,还有记录在册的180多万处因开挖切脚等导致稳定性降低的风险斜坡,构成了每年的人为性地质灾害隐患点。

    以滑坡为例,从防治和减灾救灾角度,传统上把地质灾害体分为三种类型。一种是不稳定斜坡,开裂变形等现象显著,稍遇降雨等就会失稳滑动,我们定义其安全系数小于1.0,由于滑动成灾特征明显,相对来说防范难度不大。另一种是稳定斜坡,即使在暴雨、地震等外力作用下,也不易发生整体滑动,安全系数大于1.2,通常不作为防灾减灾的重点。第三种是欠稳定斜坡,安全系数介于1.0~1.2之间,在非汛期等正常条件下,发生整体滑动的可能性较低,但在久雨、暴雨、地震等因素作用下,安全系数极易低于1.0,也会失稳滑动形成灾害,实际上是具有高隐蔽性的不稳定斜坡,这就是我们通常说的“地质灾害隐患点”,成为每年我们防灾减灾要重点关注的对象。

    记者:

    极端气候下,地灾隐患点识别面临哪些新问题?

    殷跃平:

    我们目前面临三个方面的新问题。

    第一是小体积成大灾。早期的隐患点识别对象主要为体积达十万立方米至百万立方米级的大中型灾害体,其变形特征较为明显,易于识别。但是,目前每年发生的地质灾害绝大多数体积在10万立方米之下,为小型、微型灾害体。我们对最近5年的地质灾害做了统计,在西南山区、东南山区和北方山区95%以上都是小微型灾害体。灾害体体积量级变小,发生地质灾害的隐蔽性、随机性就更强,准确识别难度在量级上也就加大了。

    第二是远程成灾模式。我们目前对隐患点的识别评估,基本上偏重于稳定和不稳定极限平衡的静力学范畴,而对于滑动后的远程成灾风险的动力学评价明显不足。例如,今年在四川筠连发生的高位滑坡灾害,实际上滑动后转化为碎屑流,成灾范围达1800米,超出了滑源区距离的数倍,导致距离滑坡体较远的村庄被摧毁。最近几年,发生了多起高位远程地质灾害,例如2017年在四川茂县,滑坡转化为碎屑流,滑动2800米后掩埋了新磨村,导致70余人遇难。

    第三是未知风险源识别。极端暴雨常态化导致了原本属于稳定的斜坡转化为欠稳定或不稳定斜坡,尤其对小微型灾害体的扰动非常明显。2023年汛期,北京西郊遭受了百年罕遇暴雨的袭击,在北京市房山区记录到4天之内降了1025.5毫米,远超过北京多年平均降雨约600毫米的量值,导致了房山、门头沟地区发生了1200多处群发性的小微型流滑地质灾害。2024年,广东、福建、湖南、广西等南方地区因极端降雨也发生了群发性小微型流滑地质灾害,特别是湖南资兴县,6月单日降雨量达643毫米,引发了19300多处群发性小微型地质灾害。

    记者:

    面对这些新问题,如何提高地灾隐患点精准识别与科学评价能力?

    殷跃平:

    针对这三个新问题的防灾减灾,我们逐渐探索出了一些新办法。

    首先,对小微型地质灾害隐患点,应从易灾地质结构角度进行识别,实行“点+面”双控。例如,从地质结构上,华南地区花岗岩全强风化斜坡、西南地区岩溶煤系复合地层斜坡、华北地区推覆构造斜坡、西北地区黄土-红层二元结构斜坡等都是地质灾害的易发易灾区。

    其次,从成灾地貌上,上陡下缓的靴状地貌、滑坡下部的沟谷地貌、高陡危岩带等都易于形成远程灾害。

    再次,应开展不同降雨工况下,甚至地震工况下的,中型、小型和微型地质灾害隐患点评估厘定和风险分级评价。对近年来的多起特大灾害的复盘分析表明,即使是安全系数大于1.2的稳定斜坡,在罕遇暴雨的作用下,也会形成新的灾害,这也就是每年汛期大量地质灾害发生在隐患点之外的重要原因。

    我们对2024年汛期福建、广东、湖南的群发性小微型地质灾害进行复盘,发现即使是安全系数大于1.8的超稳定全强风化花岗岩斜坡,在罕遇暴雨作用下,也会失稳滑动,特别是切坡建房未支护的斜坡更易失稳成灾。

    记者:

    我国地质灾害监测预警方面取得了哪些成效?

    殷跃平:

    在调查识别隐患点的基础上,需要对灾害发生的时间做出及时的判断。目前,在全国地质灾害隐患调查识别的基础上,主要采用“群测群防”的方式进行监测预警。

    “十四五”以来,我国地质灾害科技减灾的能力显著提升,并对6.6万处地质灾害隐患点安装了监测预警仪器。但是,由于地质灾害隐患点主要散布于运行环境复杂的广大农村山区,受技术精度的限制,这种监测预警仪器主要适用于大变形的短临预警。同时,这些隐患点威胁对象一般仅为数户人家,受经费的限制,监测点主要采用主剖面的方式布设,对灾害体面上的控制精度仍然有限,因此称之为普适型监测预警仪。近三年来,普适型监测预警仪已成功预报灾情约150起,涉及可能伤亡人数3000余人,并有效预警险情近600起,紧急撤离约1.1万人,成效非常显著,推动了我国地质灾害从群测群防体系向“人防+技防”相结合的监测预警体系提升。

    记者:

    极端气候下,地质灾害监测预警面临哪些挑战?如何提高复杂山区重特大地灾隐患的专业监测预警能力?

    殷跃平:

    经过多年努力,威胁百人以上的滑坡基本得到控制。但是,泥石流成为对人民生命财产威胁最大的地质灾害灾种。

    我统计了一下,目前威胁人数大于100人的泥石流隐患点约有4800处,其中威胁人数大于1000人的泥石流沟有240多处。受极端气候变化的影响,对泥石流的监测预警难度也更大,造成的重特大地质灾害风险更高,特别是在西部高寒山区,无法利用现有的普适型监测仪器作出及时预警。

    2024年8月3日,四川康定姑咱镇发生山洪泥石流灾害,从海拔5000米高山启动后形成山洪泥石流灾害,致使雅康高速康定至泸定段日地1号隧道至2号隧道间桥梁垮塌和姑咱镇日地村房屋冲毁,27人死亡。据了解,当时,姑咱镇日地沟沟口的降雨量仅25 毫米左右,并未达到泥石流发生阈值。

    这是由于西部高山区易形成地形雨,降雨量从沟口到半山腰再到沟顶差别很大,沟口降雨量虽然仅几十毫米,但后山可能已达到特大暴雨等级。

    实际上,针对这些地区高位泥石流的专业化监测预警设备的研发已经较为成熟,关键是认识上的问题。泥石流大多发生在高陡偏远山区,通常对其调查勘查精度不够、成灾动力学机理研究不深、监测预警技术适配性较差、工程防治等级偏低,这也是每年汛期重特大泥石流灾害易发高发的原因。因此,对于威胁百人、数百人,甚至千人以上的西部高山或极高山区的泥石流灾害点,必须走更加专业化的监测预警之路,即“技防”为先、“人防”辅助。就像疑难杂症仅靠社区医院是不行的,必须依靠三甲医院的力量。

    记者:

    极端气候下,如何提高地质灾害综合防灾减灾能力?

    殷跃平:

    除了极端气候的影响,人类工程活动范围的扩大,也加大了地质灾害发生的潜在风险。尤其是复杂山区的城市、乡镇和居民点建设的扩张,切坡建房和切坡修路的范围扩大,令原本稳定的坡体变得不再稳定,遇极端气候更易诱发地质灾害,在某些地区甚至出现“切坡就滑”的现象。

    在防灾减灾体系中,调查评价和监测预警仅是防灾减灾救灾体系中的一环,要与避让搬迁和工程治理相结合。针对当前灾害“中心”向乡村转移的现状,要加强农村国土空间规划中地质安全风险评估,特别是农民切坡盖房,要指导进行简易治理,可以采取修建矮挡墙等降险措施,屋后还要留出一定的避让距离,以降低灾害潜在风险。

    在一些矿区,人口迅速增加,地质灾害风险明显增高。要针对村庄、居民点,开展“以人为本”的精准调查,加强易灾地层的隐患点与崩塌滑坡易发区带双管控,应运用新理论新技术,科学划定地质灾害红线,该搬迁避让就搬迁,该监测预警就安装设备,该治理就做好工程治理。只有用科学的态度和方法,才能正确处理好国家能源安全与人居环境安全的关系。

    殷跃平院士谈极端气候下地质灾害防灾减灾策略

    7月底至8月初,重庆市遭遇新一轮强降雨天气过程。根据自然资源部和中国地质调查局的安排部署,中国地质调查局探矿工艺研究所(以下简称“探矿工艺所”)再次派出5名专家前往万州区、梁平区、云阳县、奉节县、黔江区、忠县等地进行地质灾害巡查,在重庆市常态驻守的3名专家也根据相关要求,前往九龙坡区对地质灾害点进行威胁范围复核。

    这样的地质灾害巡查,自重庆市进入汛期以来,已经持续了一个多月。白天顶风冒雨进行现场勘查,夜晚集中分析数据、撰写应急调查报告,这是地质灾害防御专家们在“七下八上”主汛期期间的工作常态。

    协力配合,筑牢汛期地灾安全防线

    7月上旬,重庆市遭遇了有记录以来最为猛烈的暴雨侵袭,局部地区的累计降雨量甚至刷新了历史纪录。以垫江县和忠县为例,在7月10日20时至11日8时之间,多个乡镇的气象站记录到了超过200毫米的降水量。在地质灾害防范工作的关键时期,自然资源部迅速启动重庆市地质灾害防御Ⅳ级响应,重庆市也随即启动了气象和地质灾害风险预警,多措并举全面做好重点区域地质灾害防治工作。

    探矿工艺所承担了重庆市汛期常态化的驻守任务以及机动防御工作。面对重庆地区雨势紧急且地质灾害频发的局面,探矿工艺所在第一时间组织召开2024年度汛期驻守与机动防御动员大会,制定详细的汛期防御工作方案,同时主动与重庆市规划和自然资源局对接,会商工作举措,按照重庆市统一部署成立联合专家指导组,共同开展重庆市特大型突发地质灾害隐患点的复核工作。

    深入排查,助力地灾隐患识别处置

    专家指导组一经成立即刻奔赴重庆市内10个受灾严重的区县,对地质灾害点进行现场应急处置。专家们白天冒着倾盆大雨进行实地勘查,夜晚则在各区县规划和自然资源局召开研讨会,对地质灾害的情况、现状稳定性、未来发展趋势及应对措施进行细致分析。时间紧、任务重,他们常常持续工作到凌晨。

    7月10日,在奉节县大树镇太阳丫口泥石流,专家指导组观察到泥石流形成区新发两处滑坡,泥石流拦挡坝已经淤满,建议及时疏散地质灾害危险区的9户13名居民,并开展专项治理,降低对附近居民的威胁。

    7月12日,在任家坡滑坡现场,专家指导组发现滑坡后缘出现拉张裂缝并明显加剧,建议当地政府及时撤离受影响的8户15人,并在监测设备发出警报后,迅速启动了紧急避险程序。

    7月17日,在忠县黄金镇黄金村1组的吴基坪1号滑坡现场,滑坡前缘出现整体变形,最大位移达到21厘米,专家指导组经过仔细勘查,判断该滑坡处于初始变形阶段,科学划定滑坡威胁范围,建议范围外转移的居民回家居住,区域内省道可有序恢复交通,达到即有效防控灾害风险又不过度防御的效果,得到当地政府和居民肯定。

    ……

    截至目前,专家指导组已完成了50多处地质灾害点的调查,指导完成了31处地质灾害的应急处置,针对重大地质灾害隐患提出应急处置建议30余份。

    创新赋能,着力提升科技防灾水平

    重庆市地质灾害“点多、线长、面广”。在此背景下,探矿工艺所的专家们在一线勘查,掌握一手资料的同时,积极利用人才队伍、技术理论优势,为当地地质灾害风险防控提供坚实的技术支持。

    聚焦三峡库区安全运行需求,探矿工艺所组建了云阳、奉节地质灾害专业监测预警团队,协助重庆市和云阳、奉节地质灾害防治主管部门先后建立专业监测与应急监测点120余处,构建了地质灾害监测预警综合信息平台,实现24小时自动监测。

    聚焦重庆市地质灾害防治难点,强化科学研究与技术创新。该所针对重大滑坡隐患,启动“空—天—地—深”一体化的专业监测流程,建立融合多源数据的三维地质模型,为深入研究滑坡成因机制、动态演化和防御措施奠定了基础。比如,针对库区劣化带地质演化与灾害隐患,该所研发了“岩体结构面信息智能识别技术”;针对高位崩塌等监测预警难题,研发了“一种非接触式表面变形定量监测预警方法及监测系统”。新技术充分利用无人机、人工智能深度学习等,提升了当地高位高陡地质灾害隐患识别、监测预警的智能化水平。

    为了提升地质灾害预警科学性与准确性,探矿工艺所专家团队还不断强化监测数据研究,通过大数据分析逐步探索建立数据滤噪的方法,解决数据“误差”问题,基于机器学习不断优化建立地质灾害预警模型,为科学预警探索阈值设定。

    当下,仍然是“七下八上”地质灾害汛期防治关键时期,探矿工艺所驻守专家团队将继续保持高度的责任心和紧迫感,紧密协同重庆市地质灾害防治主管部门,为安全度汛全力做好技术支撑。

    在垫江县规划和自然资源局会议室召开的会商会

    丰都县组现场调查和应急处置现场

    专家在万州现场调查

    探矿工艺所助力重庆市强降雨期地灾防御

    日前,受台风“潭美”残涡云系和冷空气共同影响,海南岛中东部遭遇连续强降雨天气,其中琼中雨量自动监测站过程最大降雨量高达832毫米、24小时最大降雨555.5毫米,地区多地出现山体滑坡、道路坍塌等灾险情。接到自然资源部地质勘查管理司及海南省自然资源和规划厅紧急通知后,中国地质调查局海口海洋地质调查中心(以下简称“海口中心”)迅速组织精锐技术人员,与中国地质调查局武汉地质调查中心组成联合调查组前往琼中地区展开地灾调查防御支撑工作,开启了一场重要的地质灾害应急调查特别行动。

    灾情就是命令,海口中心带好调查装备,驾车冒着狂风暴雨紧急驰援琼中。在极端强降雨冲击下,琼中县道、省道公路及在建公路道路两侧边坡及高切边坡等多处发生小型滑坡及塌方。奔赴灾情事发地途中,一路险情不断,山体滑坡造成堵路、道路积水塌陷不能通行情况时有发生。调查组最终在当地村民的指引和琼中县地质灾害主管部门工作人员的电话指导下到达现场,与地方地灾技术支撑专家会合,及时了解沟通灾情险情信息,对险情初步会商后旋即到达现场,紧锣密鼓地开展相关调查工作。

     

    技术队员在建公路边坡塌方现场调查

    有的队员手持地质罗盘,仔细测量崩塌体的坡度、坡向和产状等,记录下每一个关键数据;有的队员则使用无人机,从高空俯瞰整个区域,获取全面的三维地形地貌信息。

    调查组会同琼中局工作人员开展地质灾害险情隐患排查

    组员们还走访了当地群众,了解此次降雨时对受灾驻地的影响和雨情变化情况,收集宝贵的一线资料;同时为了更准确地查清地质灾害发生的各类因素。调查组还联系了中国航空物探遥感中心,获取前期的航遥影像,结合现场无人机航拍影像,通过多期影像数据,开展解译对比分析。

    此次地质灾害应急调查工作得到了各级政府部门的高度重视和大力支持。今后,海口中心将继续全力以赴,运用先进的技术手段、精良的装备,结合自身的专业技术知识,以高度的责任感和使命感,扎实做好地灾调查防御支撑工作,为人民群众的生命财产安全保驾护航。

     

     
     
     
    风雨淬练,本色担当

    近日,中国地质调查局海口海洋地质调查中心(以下简称“海口中心”)生态修复综合调查团队在爱斯维尔期刊《Heliyon》上发表研究成果。该成果揭示了海南岛昌化江流域土壤侵蚀强度及时空分布特征,预测了未来水土流失发展趋势,为昌化江流域实施环境管理和水土保持工作提供了科学依据,同时促进了热带-亚热带地区和其他强降水地区土壤侵蚀的研究。 

    研究区域概览图

    昌化江流域位于海南岛西北部,是海南岛第二大河流。流域内地貌复杂多样,以山地丘陵为主,平原细小而分散,地形起伏变化明显,总体呈“东南高西北低”的倾斜趋势,从海拔30m的西北平原到海拔1654m的东南山区,形成了地形起伏较大的地理环境。此外,流域平均年降水量为1353.7毫米,其中90%以上的降水集中在夏季。

    总的来说,昌化江流域具有更复杂的地貌特征(山地、丘陵和平原)、更集中的降水分布模式和更多样化的土地利用类型,这些地理和气象因素对土壤侵蚀过程有显著影响。此外,昌化江流域各市县具有不同的社会发展背景,水土保持政策和水土保持管理措施参差不齐,同时由于城市建设的不合理扩张和土地的不科学利用,流域的土壤保持能力下降,进而引发了水土流失及一系列相关的生态问题。因此,开展昌化江流域土壤侵蚀研究,不仅有助于研究华南地区水土流失的空间分布特征,还可以根据不同地理特征的属性,进一步深入分析水土流失灾害的形成机制和导致灾害发生的主要因素。

    研究结果表明,在空间维度上,土壤侵蚀较严重的区域主要分布在昌化江流域上游南部和东北地区、中游西南地区和下游北部地区。其中,位于昌化江流域上游东南部的五指山市,水土流失面积最大,水土流失程度最严重。在时间维度上,昌化江流域侵蚀总面积呈逐年减少趋势,2021—2022年减少幅度大于2020—2021年。

    2020 年至 2022 年海南省昌化江流域的水土流失等级

    另外,在基于土地利用类型、坡度和土壤类型建立特征模型的基础上,通过叠加分析发现:一是轻度水土流失主要集中在林区,林地具有较好的水土保持能力;二是轻度、中度和强度侵蚀主要发生在耕地和坡度为0–5°的区域;三是建筑用地区域和坡度为8°-15°的区域更容易受到强烈侵蚀,尽管它们覆盖的面积较小;四是当坡度大于15°时,与林区的重叠范围较大,坡度不再是导致水土流失的主要因素。由此可见,林地显著减轻了水土流失的影响,应继续采取退耕还林、退牧还草的政策。同时,应特别关注施工区和坡度为8°–15°的区域,采取科学的水土保持措施和生态修复措施,降低水土流失强度,全面保护昌化江流域生态环境。此研究结果为增强土壤保持水土能力、提高不同土壤的抗侵蚀性提供了理论依据和数据支撑;作为一种有效的水土流失监测方法,也较大程度提高了昌化江流域的水土保持工作效率。

    该研究由海口中心生态修复综合调查团队李习文等人合作完成,得到中国地质调查项目(海南岛昌化江流域生态修复支撑调查:DD20220956)的资助。

     
    海口中心在热带流域土壤侵蚀评价及发展趋势研究方面...

    9月12日,受极端暴雨影响,云南省河口县曼章社区第一居民小组曼章三队小区发生山体滑坡,因预警及时,危险区内117名群众成功避险,此次事件未造成人员伤亡。

    受台风“摩羯”的影响,云南东南部多地普降暴雨局部大暴雨、特大暴雨。接到上级部门安排部署通知后,中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心(以下简称“昆明中心”)迅速启动地灾防御应急响应,第一时间派出机动专家4人,作为部、地方政府联合工作组成员进驻河口县开展地质灾害防御指导工作。

    9月7日至12日,河口县强降雨天气持续,累计降雨量达400余毫米,当地水位暴涨超过警戒水位。11日早晨,曼章社区巡查工作人员报告称社区三队后山道路的裂缝有变宽的趋势,联合工作组立即赶往现场展开应急调查。经联合工作组分析研判,滑坡变形迹象明显,有失稳破坏的趋势,工作组建议立即采取应对措施,封控滑坡周边区域,封堵裂缝,对坡顶采取截排水,组织危险区居民转移避让。9月12日11时30分,滑坡发生,因研判精准、决策果断,避险及时,危险区内117名群众均安全转移,无一人伤亡。

    下一步,昆明中心工作组将继续驻扎河口县,贯彻地灾防御重在基层的理念,紧盯境内地质灾害风险,会商研判,梳理薄弱环节,守好防范化解灾害风险的“最初一公里”,为地方政府决策和群众避险提供强有力的地质技术支撑。

    昆明中心地灾防御专家精准预判 助力河口县百余名群众...

    “梦想”号行驶在海面上。

    奚晓谦摄(人民视觉)

    广东广州市南沙区珠江口,一艘巨轮静靠在码头边,上半白色、下半橙红色,船上的钻井架高高耸立,整艘船在晴空下分外耀眼。

    这是我国自主设计建造的首艘大洋钻探船“梦想”号。这艘国内最大吨位的科考船去年底试航成功,现已进入调试和内装阶段,预计今年内全面建成。

    登上“梦想”号,走进实验室内装现场,一块块泛着银光的坡莫合金正铺设到墙上。“梦想”号监造组业务分组实验室工程技术主管何清音,忙着用磁强计对屏蔽层仔细检查。3000多块共1200平方米的坡莫合金,相当于3个篮球场大小,何清音要确保坡莫合金板之间的空隙不超过1毫米,且每一片坡莫合金板要完全贴合墙面,以免影响磁屏蔽效果。

    “安装好磁屏蔽室很关键。大洋钻探取得样品后,要在屏蔽磁场干扰的实验室环境中进行磁学实验,从而确定地质矿产储层的年代、探究地球动力学及地质演化过程等。”何清音介绍,“实验室创新使用了全国产、达到国际领先水平的坡莫合金屏蔽层,对外部磁信号的屏蔽率达到99.8%,能够保证科研实验环境。”

    作为全球面积最大的海上移动实验室,“梦想”号的船载实验室装配各种精密实验仪器超过150台(套),目前已完成水、电、气、风等十二大系统的安装工作,即将进行实验仪器的安装。

    “钻探,是‘梦想’号最重要的能力。”中国地质调查局“梦想”号指挥部主要负责人周昶介绍,“钻探的目的是钻获地球内部的岩心,并获取其中蕴含的地质信息,进而解开地球深部的奥秘。”

    钻探科学领域有这样一句话:“一万米钻深的难度堪比登月。”在技术创新和设备集成的支撑下,“梦想”号具备海域1.1万米的钻探能力。“这艘船致力于实现钻透地壳、进入地幔层的目标,这也是命名为‘梦想’号的原因。”周昶说。

    “1.1万米的压力,对设备、水、电、液、材料都是一个挑战。”“梦想”号监造组组长殷宪峰介绍,全船涉及主要设备303项、生产图纸8300份、建造工序上万道,共集结了150多家科研单位参与建设,突破10余项关键技术。

    行走船上,创新之处让人应接不暇。依托自主研发的船载岩心智能储运系统,岩心在船上就能实现自动转运和存储,如同“虾从海里捞起后马上放到冰柜里”,保证了样品的“新鲜”程度;应用蓄能技术和闭环电网,满载180名船员的情况下,可连续在海上工作120天,续航里程达1.5万海里;120万米的电缆铺设,全面覆盖信息化技术,实现了船岸智能协同。

    距离船只建造现场不远处,与“梦想”号配套的钻探保障船、全球最大的海洋地质岩心库、我国首座深水科考码头等均已建成,将为“梦想”号运营提供强大岸基支持。

    向海图强,需要科考利器。我国深海探测将以“梦想”号为重要平台,构建深海地质地球物理探测和钻探技术装备体系,为人类认识、保护、开发海洋作出新的更大贡献。

    人民日报头版聚焦“梦想”号锚定深海探地壳

    党的二十大报告提出,必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。近期召开的全国生态环境保护大会提出,以高品质生态环境支撑高品质发展,加快推进人与自然和谐共生的现代化。

    如何实现人与自然和谐共生的现代化?在守护绿水青山的N种方式中,科技创新的力量最不可或缺。

    为深入贯彻落实习近平生态文明思想,践行“山水林田湖草沙生命共同体”理念,近年来,国家地质实验测试中心充分发挥自身优势,立足于地学,针对矿山、农田、场地等水土污染与生态环境损毁,创建地球化学工程生态修复技术体系,建立一系列应用示范,取得了重要进展和成果。

    以地学方案解决赣南稀土矿山生态问题

    江西赣州是我国优势矿种离子吸附型稀土矿床的发源地,素有“稀土王国”之称。经历50余年的开发,赣南稀土矿山在为新中国建设立下汗马功劳的同时,对生态环境造成了破坏。

    据了解,赣南稀土开采经历了池浸、堆浸、原地浸提全过程,具有稀土矿区生态问题的典型代表性。江西赣州离子型稀土矿集区位于“南岭丘陵山地带”,有多条重要水系的源头,生态破坏可能影响周边乃至华东、华中、华南地区,生态安全战略意义重大。

    矿山生态修复是生态保护修复的重要内容。科研人员深刻地认识到,矿山生态修复绝不仅仅是复原受损地形、简单绿化,而是必须因地制宜、治标更治本。

    以形成典型生态问题的绿色解决方案为目标,2012年以来,研究团队依托“全国矿山地质环境综合调查与评价(国家地质实验测试中心)”项目以及“矿区土壤生态功能恢复技术”课题,分别在世界离子型稀土矿首发地及开采地赣南足洞废弃矿山及定南岭北矿区进行调查评价、修复技术研发与应用示范。

    针对离子型稀土矿开采后存在的典型生态问题,研究团队建立了障碍度评价模型,分析功能恢复障碍因子;研发了天然黏土矿物材料、复合生物炭材料、生物地毯材料、微生物菌剂材料等一系列土壤改良材料;提供了一套复配型保水保肥材料及三类分区植物配置模式;系统梳理总结了矿山生态修复经验技术,创新研发了稀土矿区土壤原位改良的“天然黏土矿物土壤重构-植被配置技术”“稀土矿区蓝莓修复技术”和“地球化学工程+生态袋柔性结构技术”等系列技术,形成了一套土壤改良、植被配置与土地增值开发为一体的综合修复技术;提出了适用于花岗岩发育区的废弃稀土矿山土壤-植被生态修复的地学综合解决方案。

    研究团队2014年在足洞废弃稀土矿山原地浸矿场建立了废弃稀土矿山生态修复综合示范基地,长期进行修复技术应用和科学研究。2021年,研究团队在定南县岭北废弃稀土矿山堆浸场地开展植被复绿,以及中草药和经果林种植示范,植被覆盖度达到75%以上,经果林亩均收入超过3000元。目前,足洞废弃稀土矿山生态修复综合示范基地已成为自然资源部助力赣州乡村振兴的一个“示范窗口”。定南岭北矿区把矿山综合治理和生态循环农业相结合,打造了废弃矿山治理的定南样板,为我国南方离子型稀土矿区构建绿色种养循环农业提供了经验参考。

    废弃稀土矿山修复前后对比图

    “修复后,矿区水土流失率从85%降至10%,氨氮污染程度平均下降10%,土壤有机质含量提高21%以上,植被覆盖率提高90%。与传统修复方法相比,修复成本降低了30%至50%。修复后,矿区土壤肥力由最低肥力提高至中等肥力水平,示范基地种植的高附加值的经济作物蓝莓亩产1500斤,每亩经济收入约3.5万元至5.0万元。经多年跟踪检测,蓝莓果实中有害元素含量远低于国家标准,且富含有益人体健康的多种营养元素。”科研人员用数字证明,相关成果在实现生态效益的同时,为当地生态修复产业发展和乡村振兴带来了新希望。

    对于下一步工作,科研人员表示,将开展不同类型稀土矿山生态修复技术攻关,建设南方离子型稀土矿生态修复示范区的“赣州样板”,进一步加强废弃稀土矿山增值利用技术在江西、广东、广西等地的推广应用。

    以改良技术助力张北盐碱地增产增收

    盐碱化被称为土地的“顽疾”。“春天白茫茫,夏天雨汪汪,十年九不收,糠菜半年粮”,一首民谣道出了盐碱地上种粮之难。我国盐碱地多,开发潜力大。破解盐碱地综合利用这个战略问题必须发挥科技创新的关键作用。

    2020年至2022年,国家地质实验测试中心在北京市西城区政府对口帮扶县——张北县组织开展了700平方千米的生态地质调查,取得明显成效。调查发现,张北地处北方干旱半干旱气候区,区内年均降水量300毫米,年均蒸发量1850毫米,蒸发量是降水量的6倍左右,加之季节性河流的多次丰枯,快速交替,表层土壤的水盐迁移运动以上运行为主,使得浅层土壤中盐碱离子无法随水淋滤进入深层土壤而富集于地表,是区域土壤盐渍化形成的重要诱因。

    针对张北地区土壤盐碱化特点,科研团队研究提出“根系微障-生物质炭”生态保护修复方案,在保水保肥、提高地力、“以肥代药”等方面效果显著。

    改良耕地与周边盐渍化耕地对比

    改良后作物

    所谓“根系微障-生物质炭”生态保护修复方案,是研究团队运用2018年自主研发的在重金属污染稻田改善土壤微环境取得显著效果的“根系微地球化学障”技术理念,针对张北盐碱地高盐、高碱、有机质与养分含量较低、质地疏松等问题,研发具有高有机质含量、高比表面积等特征的生物炭-天然矿物复合材料,在播种时期随种子和种肥施入作物根系土壤,通过构建“微型屏障”有效降低土壤pH值、提升土壤肥力、限制盐分在土壤-作物系统中的迁移转化、为微生物扩展生存空间,实现盐碱地“重茬”问题低成本、高效治理。

    据介绍,通过调查、研究和应用,实验测试中心与北京市西城区政府、河北省张北县人民政府和张北厚道养生盐碱地种植公司联合建立了张北盐碱地改良应用示范基地——生态修复示范基地,示范面积1100余亩,成功实现了盐碱土地改良。通过种植藜麦、甜菜、油莎豆等高附加值作物,产量产值均有明显提升,每亩增收均超过千元。张北县人民政府认为“系列成果为该县构筑现代农业体系、打赢脱贫攻坚战、推动乡村振兴战略实施等提供了强大助力。”2023年5月27日,河北省委书记、省人大常委会主任倪岳峰在该基地视察调研时强调,要进一步扩大盐碱地改造规模,提高盐碱地综合利用效率,把开展盐碱地综合利用摆上重要位置,充分发挥科技创新的关键作用,加大盐碱地改造提升力度。据了解,下一步,研究团队将在扩大张北地区盐碱地改造提升规模的同时,加大不同类型盐碱地改良和综合利用科技攻关力度,提出“品种-农艺-工程-产业”一体化盐碱地综合利用解决方案,为我国开展大面积盐碱地改造提供可借鉴的示范样板,服务国家粮食安全战略。

    以初心和使命做美丽中国建设者

    除了上述两处亮点,国家地质实验测试中心从20世纪90年代初即开始环境地球化学与生态保护修复研究,主持相关项目20余项,积累了丰富的经验。特别是在我国全面推进生态文明建设以来,国家地质实验测试中心承担了一系列有关生态环境修复的项目,开展生态修复技术研发与示范,并获得了令人瞩目的成绩:

    ——在江西德兴铜矿源头开展工作,将微生物技术应用到酸性矿山废水治理工作中,在保证处理效果的同时,考虑修复治理成本为企业增加收入,改善修复工艺,研发修复装置,取得了良好的效果;

    ——在江西赣州市,开展在产农田重金属污染修复工作,首创性提出“根系地球化学障”修复模式和技术,使稻米中镉去除率超过80%,显著降低修复参与人员的劳动强度和修复成本;

    ——在湖南湘潭,针对化工场地多重金属-有机污染物的复合污染土壤问题,提出了电动化-稳定化修复技术,为复合污染场地修复和复垦提供了经济高效的新型技术方法;

    ——在云南安宁,采用多层次植被搭配技术建立生态恢复示范区,实现矿山采空区植被快速恢复,实时监测生态参数,调整植被养护方案……

    纤纤不绝林薄成,涓涓不止江河生。

    随着一个个项目的实施、一项项新技术和材料的研发和应用,越来越多的成果从实验变成示范,把“白茫茫”变成“绿油油”,把满目疮痍变成绿意融融,把寸草不生变成姹紫嫣红。

    “其实,除了我们的技术支撑,这些成绩的取得也来自各方的支持和配合。”研究团队成员举例说,2020年“全国矿山地质环境综合调查评价”项目野外工作任务重、时间紧,项目组临时党支部积极与当地党支部对接,通过党建活动建立了良好的互助合作关系。赣南地质调查大队(现更名为:江西省地质局第七地质大队)第一时间派出10余名专业技术人员支援项目开展野外调查、取样等工作,并提供样品存放和加工场地。在赣州红色热土工作期间,项目组成员在不断提升业务水平的同时,收获了更多的精神财富,秉持理想信念、坚守初心使命、敢于担当作为。

    生态修复工作常常要面对恶劣的环境、艰苦的条件、棘手的问题,但当被问及如何面对与克服这些困难时,团队成员用朴素的话语道出了他们十足的信心和决心——“乐在其中,我们就是想把生态修复的文章写在祖国大地上。”

    生态修复,非一日之功。期待,在新时代新征程上,他们继续以科技创新为笔,为建设美丽中国书写高质量发展的“绿色答卷”。

    把生态修复文章写在祖国大地上

    针对我国当前地下水勘查和监测中存在的常规分层勘查效率低、垂向探测不精细及水文地质参数不准确等问题,中国地质调查局水文地质环境地质调查中心(以下简称“水环中心”)在借鉴和吸收国内外相关研究基础上,通过多年不断探索和改进,研发了具有完全自主知识产权的地下水分层勘查新技术。该技术结合一孔同径分层成井、含水层可控性封隔、单孔多层自动化监测等主要技术手段,形成了“分层成井—分层洗井—分层抽水—分层采样—分层监测”地下水分层精细勘查新模式,提高了水文地质勘探工作效率,达到精细刻画水文地质参数的目的,对科学评价合理开发地下水资源具有十分重要的意义,为科学研究、生产实践、行政管理等提供了重要技术支撑。

    该技术优势特点包括:一是能够实现“一孔多层”勘探孔分层采样及实时监测,可自动高效获取精确水文地质参数;二是该技术施工成本低、占地面积小、维护费用低;三是在工程施工方面,相比于传统丛式水文地质孔或一孔多次变径钻孔,可提高工程效率至少50%。基于上述特点,该技术已广泛应用于我国多个省区的水文地质勘查、煤田水害精细勘查、锂钾矿分层刻画等领域,并受到专家学者一致好评。

    创新研发历程和技术构成

    作为水文地质调查重要的技术手段,水文地质钻孔发挥着重要作用,传统的水文地质钻孔不能满足水文地质精细化勘查要求。为实现水文地质精细化勘查,准确评价地下水资源量,并根据地方需求制定地下水合理开发方案,服务地方社会经济建设,水环中心依托水文地质调查项目,组建了以水文地质、钻探、监测仪器等多学科科研工作者为核心的研发团队,针对封隔成井、分段洗井、分层抽水和监测等方向开展重点攻关和示范,通过十多年的技术积累和迭代,形成一整套成熟完整的地下水分层勘查技术,研发了满足108-325毫米井径的系列化产品,包括封隔器、特种潜水泵、变频调流设备、井下监测设备、自动传输设备及数据抗干扰设备,可应用井深1000米以内的分层成井、分段洗井、分层抽水和分层观测等工作。

     

    地下水分层勘查器具实物图

    一是分层成井。在细颗粒地层或钻孔结构不稳定地层分层成井过程中,传统的多层水文地质钻孔易出现钻孔事故率高、砾料回填高度测量不准确、施工效率低等问题,研发封隔注浆分层成井技术,将成井工艺改进为钻进→下管→全孔填砾→洗井→封隔注浆分层止水,突破性地去除了“分层填砾和止水”这一钻孔事故高发阶段,使得分层成井更加简单安全,大幅降低钻孔分层成井事故率,适用于1000米以内多层水文地质钻孔分层成井。

    二是分层洗井。针对传统洗井方法(活塞、空压机、潜水泵)对富水性极强的大厚度含水层洗井效果不彻底,获得水文地质参数不准确的问题,研发双封隔器分段振荡洗井技术,通过封隔器将钻孔某一含水层段进行封隔,并针对该目的层进行强力振荡洗井,使勘探孔含水层出水能力无限接近其真实值,可提高含水层富水性评价精度。

    三是分层抽水。钻孔抽水试验是获取含水层水文地质参数重要的技术手段。针对传统分层抽水方法工序繁琐、成本高、分层数量有限及参数不准确等问题,开展新型分层抽水技术研究,在有效完成分层止水的钻(井)孔内,根据不同层位、不同厚度、不同深度的含水层,将上、下两个封隔器下至井内指定位置启封,从而将目的层段与两端非目的层段隔离,利用潜水泵或取样装置对目的层段进行抽水和采集水样,同时利用设置在目的层段上部、下部和中间的传感器持续测量对应层段地下水压力和温度变化,通过数据可视化装置进行观测和记录,进而获取目的层段相关水文地质参数。

    四是分层监测。混合监测不能真实反映各含水层特性。分层监测技术可根据钻孔分层数量及改建要求,将分层勘探孔改建为连续多通道多层监测井或巢式监测井,实现分层水文地质参数动态长期实时监测。

     

     

    地下水分层抽水技术示意图

     

    分层监测技术示意图

    成果转化应用

    助力高精度水文地质调查。2014-2018年,地下水分层勘查技术支撑开展“黑河流域1:5万水文地质调查”国家地质调查项目,先后在黑河流域实施多层水文地质孔达40眼以上,最大分层数量为5层,均采用地下水分层勘查技术与设备进行分段振荡洗井、分层抽水试验和分层采样,获得了高精度的水文地质参数,深化了对区域水文地质条件的认识。一是为大厚度含水层非完整井水文地质参数计算方法及计算公式的厘定提供了基础;二是佐证了大厚度强富水含水层在洗井彻底情况下,单位涌水量随含水层厚度增加而增大的水文地质认识。

    服务煤矿水害精细勘查。自2016年至今,地下水分层勘查技术先后应用于陕西长武亭南煤业、陕煤榆北煤业、彬长孟村矿业、黑龙江龙煤双鸭山矿业等矿区水文地质勘查,通过进行分层抽水试验和分层观测,对煤矿分层涌水量进行预测,为煤矿水害精细勘查提供了技术支持,有效保证了煤矿正常生产安全。

    支撑新疆罗布泊钾盐矿资源评估。首次使用地下水分层勘查新技术对罗布泊钾盐矿卤水地区含水层进行分层抽水、取样和测试,在新疆罗布泊卤水地区实现区域盐矿精细调查,查明各个含水层的涌水量和盐量,为新疆罗布泊钾盐矿储量精确评估提供了强有力的技术支撑。

     
    地下水分层精细勘查新模式助力高精度水文地质调查

    2018年5月26日,自然资源部中国地质调查局在黑龙江省安达市松科二井工程现场召开大陆科学钻探工程(松科二井)完井暨学术研讨现场会。中国地质调查局副局长、松科二井工程领导小组组长李金发宣布松辽盆地大陆深部科学钻探工程即松科二井超额完成预定目标,胜利完井。中国地质调查局党组成员、总工程师严光生发布松科二井工程成果。

    松科二井工程是自然资源部中国地质调查局组织实施的科技创新重大工程,也是国际大陆科学钻探计划的重要组成部分。松科二井于2014年4月13日开钻,历时4年多时间,完钻井深7018米,成为亚洲国家实施的最深大陆科学钻井和国际大陆科学钻探计划(ICDP)成立22年来实施的最深钻井,也是全球首个钻穿白垩系陆相地层的科学钻探井。工程攻克了超高温钻探和大口径取心等关键技术难题,获取了415万组24TB的深部实验数据,超额完成了预定目标任务,取得了地质科技四项重大突破与进展。

    现场会气氛热烈

    一是创造了深部钻探技术四项世界纪录,实现了两项重大突破。创造了311毫米大口径连续取心最长、三种不同口径单回次取心最长四项世界纪录。在世界上首次研发并成功应用大口径一次取心成井等技术,将钻进速度提高了2倍。成功研发了抗高温钻探技术,创造了国内最高温度(241℃)条件下钻进的新纪录。二是发现了松辽盆地深部页岩气和地热能两种清洁低碳能源具有良好的勘探开发前景。在盆地深部断陷沙河子组和火石岭组(3350米以深)地层中发现页岩气气测异常43层,累计厚度102米,甲烷占全烃组分平均含量的86%。在井深4400米~7018米发现150℃~240℃高温干热岩体和2层含高放射性元素铀异常地层。三是获得了白垩纪陆地古气候演变规律的三项重要证据。首次在全球实现了对白垩纪(距今1.45亿~0.65亿年)最完整、最连续陆相地层厘米级高分辨率的精细刻画,首次重建了白垩纪陆相百万年至十万年尺度气候演化历史,发现了大规模火山爆发排放二氧化碳引发陆相气候剧烈波动的重要信息。四是取得了基础地质研究三项重大进展。建立了松辽盆地陆相地层标准剖面——“金柱子”,构建了盆地早期基底双向汇聚、后期伸展反转的陆内盆地演化新机制,提出了多期海侵事件造成盆地有机质更加富集的新认识。

    松科二井工程的胜利实施,为地球深部探测提供了关键技术和装备,拓展了松辽盆地深部页岩气、地热能等清洁能源勘查开发的新空间,引领了全球白垩纪陆相古气候研究,显著提升了我国在地质历史古气候研究领域的国际影响力。

     

    中国矿业报:入地7018米,亚洲大陆科学钻井之最!

    近日,由中国地质调查局西宁自然资源综合调查中心实施的柴达木盆地东部马海-南八仙盐湖钾盐资源调查评价项目(简称“马海钾盐项目”)MZK-8828钻孔顺利开钻,标志着项目组2024年度野外施工正式拉开帷幕,成功打响新年度钾盐增储保供“第一枪”。

    据了解,MZK-8828设计孔深300米、孔径122毫米。为保证项目施工顺利推进,项目组克服气候条件恶劣、地理环境复杂等重重困难,将人员合理分配为钻探施工、岩心编录、测井、后勤保障和技术攻关等5个小组,重点对该地区开展钾盐资源调查评价,实施工程验证、物探测井,提交勘查区块建议,提交氯化钾(KCI)资源量。

    目前,项目组人员力量充盈、设备技术成熟,将严格按照项目设计和规范要求推进施工进度,统筹项目安全和施工质量,高标准完成勘探任务,全力支撑新一轮找矿突破战略行动。

     
    西宁中心打响新年度钾盐增储保供“第一枪”

    松辽盆地大陆深部科学钻探工程——松科二井  谷兰丁 摄

    “我宣布,松辽盆地大陆深部科学钻探工程即松科二井超额完成预定目标,胜利完井!”

    5月26日,在黑龙江省安达市松科二井工程现场,自然资源部中国地质调查局副局长李金发的话音刚落,雷鸣般的掌声在高耸的井架下响起。

    在“向地球深部进军”的号召下,松科二井这一亚洲国家组织实施的最深大陆科学钻井,也是国际大陆科学钻探计划(ICDP)实施的最深钻井,在地球探索领域树起了一座新的国际地标。

    国际同行竖起大拇指

    “值此松辽盆地大陆深部科学钻探工程——松科二井完井仪式召开之际,我谨代表国际地质科学联合会,向自然资源部中国地质调查局全体同仁表示衷心的祝贺!向本次工程的参与实施单位及全体工作人员表示诚挚的敬意!”在完井仪式上,国际地科联主席成秋明深情地说。

    成秋明指出,大陆深钻是地球科学里非常前沿和核心的、代表国家水平的工程。这次的项目取得了很多世界第一,从工程设计到施工完全是由中国科学家和工程技术人员自主设计,拥有自主知识产权,很了不起。松科二井工程的成功实施,为地球深部探测和科学实验研究提供了关键技术和装备,拓展了松辽盆地深部页岩气、地热能等清洁能源勘查开发的新空间,同时还引领了全球白垩纪陆相古气候研究,显著提升了中国在地质历史古气候研究领域的国际影响力。

    也正是因此,成秋明还代表国际地质科学联合会表态:国际地质科学联合会将会继续支持中国地球深部探测研究,并积极开展更多合作。

    与成秋明同样表示祝贺与期待的,还有国际大陆科学钻探计划。在仪式现场,国际大陆科学钻探计划运行支持部主任乌利希·哈尔姆宣读了来自总部的贺信。

    贺信将该项目誉为“灯塔”,盛赞其“不仅对中国大陆科学钻探,而且也对世界大陆科学钻探工作具有‘引领’作用”,并将项目的“灯塔”作用上升到“对中国和国际上所有的科学家,在科学上、技术上和国际合作上都是‘灯塔型’样板工程。”

    对项目在钻探工程和科学研究上的成就,贺信称:“松辽钻探项目在多方面取得杰出成就。如:钻探深度7018米,单个岩芯长度达40米,岩芯采取率超过95%。该项目取得的技术成就将长期影响中国和世界钻探工作,并将影响到参与该工作的科学家。”“有关松辽科钻的成果已经在国际重要期刊上发表,达到了科钻预期目标,体现了松科二井对社会的重要贡献,更让中国在国际科学界的作用举足轻重。”

    对项目成就的认可、赞誉,还体现在国际大陆科学钻探计划委员会今后的计划中。贺信表示,“在松科二井执行期间,国际大陆科学钻探计划委员会计划成立松辽深地实验室,这是我们首次长期利用ICDP资助并计划的。”

    更让国际大陆科学钻探计划兴奋的是,透过这一项目,他们看到了科学与工业结合的途径,相信松辽科钻将成为工业和科学成功结合的典范”。

    一个灯塔、一个样板、一个典范,中国地质人以松科二井为依托,在地学领域树起了一座新的国际地标。

    这座新的国际地标有多高呢?请看以三个之最:亚洲国家实施的最深的大陆科学钻井,国际大陆科学钻探计划(ICDP)成立22年来实施的最深钻井,全球最早钻穿距今约6500万年至1.45亿年的白垩纪陆相地层的科学井。

    其实,在此之前,松科二井就引起了国际地学界的关注,松科二井也多次占据国际大陆科学钻探计划(ICDP)组织网站首页中心位置。

    通往白垩纪的时间隧道

    白垩纪,是地球上海陆分布和生物界急剧变化、大西洋迅速开裂和火山活动频繁的时代,植物、动物界许多重大变革的影响,一直持续到现在,而国际地学界对相关问题的激烈争论,也一直持续到现在。

    解决争论的唯一办法,就是穿越到白垩纪,了解当时到底发生了什么。

    穿越显然是不可能,唯一的办法就是在地球上进行科学钻探,打一深孔然后再对岩心进行分析,一步一步去还原当时的真相。因此,松科二井也被国际科学界称为恐龙时代的旅行。

    在5月21日进行的成果鉴定会上,李廷栋、康玉柱、武强、侯增谦、杨经绥等院士及有关专家在深入研究松科二井的成果后认为,松科二井获得了全球最完整最连续白垩纪陆相地层记录、气候变化主要控制因素和气候波动重大事件等三项重要证据,首次实现了对白垩纪最完整最连续陆相地层厘米级高分辨率的精细刻画,重建了白垩纪陆相百万年至十万年尺度气候演化历史,建立了白垩纪陆地古气候演变规律。

    通俗说,通过松科二井这一时间隧道,中国地质科学者基本还原了白垩纪的场景。

    “小行星撞击只是压死骆驼的最后一根稻草。”针对国际科学界目前争论最为激烈的白垩纪物种灭绝事件,中国地质大学(北京)的张来明用在松科二井的最新发现进行了说明:

    这次重建的白垩纪—古近纪界线附近的陆相气候记录表明,在小行星撞击地球之前约30万年,地球上的温度和大气中的二氧化碳浓度都明显升高,而这与德干高原火山喷发的时间高度一致。而根据陆相记录的研究还发现,在德干火山喷发之后、小行星撞击之前,松辽盆地约2/3的物种已经发生了绝灭。

    “这说明,德干火山喷发与小行星撞击的连续二次打击是造成恐龙等物种绝灭的原因。”张来明解释说,德干火山喷发导致剧烈的升温和二氧化碳浓度上升,破坏了生态系统的稳定性,造成了部分物种的绝灭;之后,短时间内小行星的撞击使原本不稳定的生态系统发生崩溃,形成了压垮骆驼的最后一根稻草。

    在为全球宏观气候变化研究提供实验室的同时,松科二井对松辽盆地深部宝藏的开发,同样提供了众多宝贵信息。以能源资源潜力为例,松科二井证实在盆地下存在有利的页岩气层系,发现页岩气气测异常层达43层、累计厚度102米,甲烷占全烃组分平均含量的86%,异常幅度与背景值的平均比值为14.77。同时,还首次发现了具备开发条件的盆地型干热岩地层,在井深4400米~7018米发现温度150℃~240℃高温干热岩体。

    今后,随着后续研究的逐步深入,相信振奋人心的新发现会越来越多。通过松科二井这个时间隧道,中国地质科学工作者为人类还原一个完整的白垩纪,将不再是梦。

    向地球深部进军不停歇

    松科二井虽然完井,但中国地质人探索地球深部奥秘的步伐仍在继续。

    对此,中国地质调查局已作好了规划:深化地球深部探测理论技术研究和成果转化,组织实施好松辽盆地页岩油(气)、深层油气、砂岩型铀矿、干热岩等清洁低碳能源地质科技攻坚战,带动大庆油田接替资源的勘查开发;加快推进《地球深部探测重大项目》的申报,以及“地球深部探测与能源资源安全”国家实验室与“深部地下观测与实验”国家重大基础科学设施的建设工作;研发15000米国产超深钻探装备系列,做好我国超万米大陆科学钻探工程以及大型含油气盆地科学钻探工程的选址和实施工作。

    而这,与中国地质调查局始终站在人类命运共同体的高度,充分发挥中国的体制优势和自身的人才技术优势,积极开展地学领域前沿探索的传统,一脉相承。

    人类只有一个地球。人类要与自然和谐共处,就必须了解地球。而了解地球最有效的、最直接的办法之一,就是实施深部钻探、在典型地区建通往地球深部的时间隧道,去研究地震成因、火山喷发机理、地质灾害预警、地球气候演变、生命演化历史、深部地质结构和能源资源潜力等,为人类更加和谐地与自然相处提供科学的解决方案。

    于是,1968年,美国率先提出并实施了深海钻探计划(DSDP)。1985年,大洋钻探计划(ODP)开始运作。1998年,我国正式加入ODP,成为ODP历史上第一个“参与成员”。2004年,中国加入规模更加宏大、科学目标更具挑战性的综合大洋钻探计划(IODP),成为人类深入认识深海地质演化俱乐部中的一个重要成员。

    大陆钻探计划启动后,1996年2月,德国、美国和中国作为第一批成员,发起了国际大陆科学钻探计划(ICDP)。目前,ICDP已经实施了湖泊、陨石撞击和生物灭绝事件、研究火山和地热、断层带等几十个科学钻探项目。我国已成功申请到“大别—苏鲁”大陆超深钻、中国环境科学钻探青海湖工程、科钻一井和二井工程等多项ICDP项目,在大陆科学钻探领域方面取得令人瞩目的成绩。

    “大别—苏鲁”大陆超深钻是我国首例大陆钻探工程,2001年开工建设,至2005年完成钻探施工任务,是全世界穿过造山带最深部位的科学深钻,被国际地学界誉为超高压变质带大陆动力学的研究宝地。

    2005年7月21日,青海湖环境科学钻探开钻,到9月5日结束,历时47天,分别在青海湖东盆、南盆等5个地点钻取了13支岩芯,共548米, 取得岩芯323米。通过青海湖科学钻探研究,查明了青海湖湖盆形成演化,气候构造变化和青海湖波动的历史,达到了解东亚季风气候和内陆干旱化变迁的研究目的。

    2006年8月18日,在松辽盆地北部中央坳陷区开钻的中国白玺纪大陆科学钻探工程(松科一井)分两孔进行,称为“一井双孔”。2007年10月20日,松科一井顺利完钻,总取心进尺为2577米,心长共计2485米,为白玺纪地球表层系统重大地质事件与温室气候变化的后续研究奠定了坚实基础。

    松科二井于2014年开钻,目标是打穿松辽盆地白垩系,探索松辽盆地深部能源潜力,建立松辽盆地深部地层结构,寻求白垩纪气候变化地质证据,研发深部探测技术。松科二井到目前已完成钻井深度7018米,成为亚洲国家实施的最深科学钻探井。

    这一系列成果对人类的贡献,得到了来自国际地学界的高度赞誉,也提升了我国“向地球深部进军”的能力和水平。

    中国人常说“上天容易入地难”。深部钻探过程中会遭遇很多世界级难题,其中要解决地球的“三高”(高温、高压、高地应力)问题,就必须有好的钻探装备。正是通过以上系列科学钻探工程的实施,中国地质人在为国际地学研究贡献系列成果的同时,还带动了我国万米大陆科学钻探装备和1000米、2000米、3000米、4000米等系列钻探成套装备的研发与进步。

    现在,中国已进入到科学钻探与钻探装备互相促进、互相进步的新时代。而随着科学钻探和钻探装备间的良性互动、螺旋式上升,中国地质人向地球深部进军的能力也在不断提升,为人类提供更多了解地球的信息也必将越来越丰富,对人类命运共同体构建的贡献也必将越来越大。

    中国地质调查局在松科二井完井后形成的规划,就是中国地质人站在新起点、进入新时代的宣言。

    松科二井重大突破与进展一览

    一 创造了深部钻探技术

    四项世界纪录和两项重大突破

    1. 创造了四项世界纪录。

    311毫米大口径连续取心最长——1650米。

    311毫米口径单回次取心最长——30米。

    216毫米口径单回次取心最长——41米。

    152毫米口径单回次取心最长——33米。

    大幅提高了施工效率和岩心采取率(96.6%),缩短了施工周期,降低了成本,确保了全球最完整最连续的白垩纪陆相地层记录的获取和科学目标的实现。

    2. 创新了超深井大口径取心技术体系。

    在世界上首次研发并成功应用大口径一次取心成井和中空井底动力绳索取心等技术,将钻进速度提高了2倍。

    3. 攻克了超高温钻井技术难题。

    研发成功抗高温的水基钻井液、固井等系列技术,创造了国内最高温度(241℃)条件下钻进的新纪录,为解决超万米深部钻探面临的超高温难题做好了技术储备。

    二 发现了松辽盆地深部

    两种清洁能源具有良好的勘探开发前景

    1. 完整揭示了深部页岩气资源潜力。

    在松辽盆地深部凹陷带沙河子组合火石岭组(3350米以深)地层中发现页岩气气测异常43层,累计厚度102米,甲烷占全烃组分平均含量的86%,异常幅度与背景值的平均比值为14.77,证实了松辽盆地深部存在有利的页岩气层系,为实现深部能源勘查向页岩气勘查拓展提供了重要依据。

    2. 首次发现了具备开发条件的盆地型干热岩地层。

    在井深4400米~7018米发现温度150℃~240℃的高温干热岩体和两层含高放射性元素异常地层,热流值为84毫瓦/平方米,展示了松辽盆地具有良好的地热能开发应用潜力。

    三 获得了白垩纪陆地

    古气候演变规律的三项重要证据

    1. 首次实现了对白垩纪最完整最连续陆相地层厘米级高分辨率的精细刻画。

    建立了白垩纪重要地质历史档案,为研究白垩纪古气候演变提供了重要的科学依据。

    2. 首次重建了白垩纪陆相百万年至十万年尺度气候演化历史。

    发现了各个时间尺度陆相气候变化的主要控制因素,为研究地球气候系统在温室气候条件下演变机制找到了新证据。

    3. 发现了白垩纪气候波动重大事件。

    捕捉到大规模火山爆发排放二氧化碳引发陆相气候剧烈波动的重要信息,证实了气候快速变化是导致恐龙灭绝的诱发因素,对研究和预测未来全球气候变化意义重大。

    四 取得了基础地质研究三项重大进展

    1. 建立了地层对比的“金柱子”。

    创建了完整的松辽盆地陆相地层标准剖面——“金柱子”,为开展区域性和全球地层对比研究提供给了重要的陆相“标尺”。

    2. 建立了松辽盆地演化新模式。

    揭示了松辽盆地深部地质构造特征,发现了古大洋板块俯冲、聚合的深部证据,构建了盆地早期基底双向汇聚、后期伸展反转的陆内盆地演化新机制,为松辽盆地成因再认识及深层油气勘探提供了理论指导。

    3. 丰富了白垩纪陆相生油理论。

    首次发现了松辽盆地多次、短期海侵事件的新证据,提出了白垩纪海侵事件是有机质富集和烃源岩形成的重要因素之一的新认识,对松辽盆地深部油气勘探有重要的指导意义。

    中国自然资源报:树起地学领域新地标

    2017年10月9日-13日,由中国分析测试协会主办的第十七届北京分析测试学术报告会暨展览会(BCEIA 2017)在北京国家会议中心盛大举办。地调局实验测试中心负责承担的《波谱-能谱复合型X射线荧光光谱仪的研发与产业化》(项目编号2012YQ050076)研发团队受邀参加了此次展览会设置的第二届国家重大科学仪器设备开发专项阶段成果展,并受到广泛关注。

    研发团队本次主要展出的仪器是“CNX-808WE型波谱-能谱复合型X射线荧光光谱仪”及核心关键部件“HYY-G 60/100型大功率高频高压发生器”,该套仪器是实验测试中心2012年牵头承担的国家重大科学仪器设备开发专项阶段成果,既体现了波谱和能谱的特点,又扩展了X射线荧光光谱仪的分析领域,是集波谱、能谱、元素分布分析(三项分析功能)于一身,搭建了从厘米级总体分析到毫米级分布分析的桥梁。具有制样简单、分析精度高、准确度好、成本低、相对环保、能同时对多元素快速分析等优点,能满足环境与地质调查、钢铁、建材、矿山、新材料等分析领域的需要。

    展会期间,实验测试中心展台多次受到科学院/工程院院士、国家科技部、中国分析测试协会领导以及国内外专家学者的驻足关注,并提出了很多关于创新性研究和产业化开发的相关话题,项目研发团队负责人给予了详细解答,并进行了深入交流。

     

     

     

    实验测试中心受邀参加第二届国家重大科学仪器设备开...
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