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    中国可燃冰勘查利器——海马号无人潜水器

    新华社发

    勘查团队在祁连山南缘钻探发现“可燃冰”。

    冀 业摄(资料图片)

    近日,俗称“可燃冰”的天然气水合物成功获批为中国第173个矿种。这虽然是业界和公众意料之中的事,但还是引起了广泛关注和热烈讨论,人们由此预见,可燃冰作为一种战略性绿色能源,在中国获得了相应的法律地位,必将在勘查和开发利用方面迎来新的发展机遇。

    可燃冰被誉为“未来能源、洁净能源和21世纪能源”,这一方面在于其有能量密度极高、非常洁净等特质,另一方面在于其分布范围广、资源量巨大,可以为人类提供持久能源支持。对于环境资源压力巨大的中国来说,可燃冰更是承载着变革能源结构、实现绿色可持续发展的梦想。20多年来,中国科技工作者不懈努力、忘我奋斗,不仅系统提出了被实践证明正确的可燃冰成藏理论,而且形成了具有国际先进水平的可燃冰资源综合勘查高新技术体系,为可燃冰的开发和利用奠定了坚实基础。

    中国储量家底知多少

    在标准状况下,1立方米可燃冰可释放出164立方米天然气和0.8立方米的水,能量密度是天然气的2-5倍、是煤的10倍。这是人们对神奇的“冰火”津津乐道的主要原因之一。这样一种能量密度极高的物质,在地球上储量非常丰富。国土资源部天然气水合物重点实验室总工程师刘昌岭研究员介绍说,如果把全球可燃冰的储量折算为有机碳资源,其有机碳占总量的比例超过53%,而煤、石油、天然气三者有机碳之和仅占26.6%,也就是说,前者是后三者之和的约2倍。国际上广泛引用的可燃冰储量数据来自美国科学家科温沃登,他预测全球储量为21万亿吨油当量,与美国能源部2011年发布的数据大致相当。

    具体到中国,可燃冰的储量如何呢?中国地质调查局副局长王昆给出了一个数字:约800亿吨油当量。他强调,这是根据天然气水合物资源类型及赋存状态,结合地质条件对中国海域可燃冰源量的初步预测量。冻土区是陆域可燃冰的可能成矿区,而中国是世界上第三冻土大国,冻土区总面积达215万平方公里,具备良好的可燃冰赋存条件和资源前景。据科学家初略估算,陆域可燃冰远景资源量至少有350亿吨油当量。王昆介绍,总体上看,中国可燃冰分布广、类型多、储量非常丰富。目前,已在南海发现两个超千亿立方米的矿藏,圈定11个成矿远景区、25个有利区块。

    四个勘查阶段迎头赶上

    与一些国家从上世纪70年代就投入可燃冰勘查研究相比,中国在可燃冰资源调查研究方面起步无疑是较晚的。据刘昌岭介绍,如果从1995年原地质矿产部设立可燃冰调研项目开始算起,不过20多年,而这20多年又可以分为四个阶段。

    一是预研阶段。主要开展对国外调查研究情况的调研跟踪、文献整理等工作。这个阶段有两个标志性年份。1995年,“西太平洋水合物找矿前景与方法的调研”“中国海域水合物勘测研究调研”等项目设立,中国地质科学院矿产资源研究所和广州海洋地质调查局等机构参与其中,对水合物在世界各大洋中的形成、分布等方面进行了初步研究,明确指出了中国近海海域具有水合物成藏条件和资源远景。1998年,在国家“863”计划支持下,“海底水合物资源探查的关键技术”前沿性课题研究顺利启动。此外,中科院兰州冻土研究所开展了实验室合成天然气水合物研究,并通过书籍翻译将外国可燃冰领域研究进展系统介绍进来。

    二是前期调查阶段。1999年,国土资源部启动了“西沙海槽区天然气水合物调查与评价”项目,首次在该区域发现了可燃冰存在的重要标志。在东沙群岛南部和台湾西南等海域,调查团队也发现了蕴藏可燃冰的证据和标志,并综合利用多种海底调查手段,包括海底取样和摄像等,对这些证据和标志进行了研究分析,初步确认了可燃冰的存在。

    三是专项调查阶段。此阶段从2002年持续到2010年,参与调查的众多科研院所和大学与中石油、中石化等历时8年,实施了与可燃冰相关的4个专项,优选了南海的数个海域,开展了可燃冰调查与评价,并获得了可燃冰实物样品,取得了重大突破。与此同时,中国陆域可燃冰调查也在大力推进,初步结果显示,祁连山和漠河盆地等冻土地区具备较好可燃冰成矿条件和找矿前景。

    四是“127”工程国家专项阶段。2011年,“127”工程天然气水合物专项设立,按照“海路并举,先易后难”的思路,加强对南海、东海等海域和陆域冻土区的调查研究,查明中国海陆可燃冰家底,并为进一步开展资源评价和开发做好准备。上述专项实施的目标之一是实施赶超战略,使中国可燃冰勘查等技术与国际先进国家同步,为商业开发打好基础。

    推进理论和技术装备创新

    四个阶段,22年努力,中国不仅摸清了可燃冰家底,而且实现了一系列勘查理论和勘查技术、装备的创新。实际上,注重创新的引领作用,把地质调查过程变成科技创新的过程,全面提升科技创新解决资源环境基础地质问题的能力,也是中国地质领域工作的指导思想。

    中国地质调查局基础调查部副主任邱海峻指出,根据国际上的研究,可燃冰在全球主要分布有两类地区:一类是水深300米—3000米的海底,在海底以下0米—1500米的沉积物中产出;另一类是陆上冻土区。成功进行可燃冰勘查,光靠上述大体模糊的判断显然是不够的,必须摸索出适合中国海域和陆域地质特征的探测理论和方式。

    刘昌岭指出,中国科学家根据可燃冰成矿原因,创新性提出“渗漏型可燃冰”概念,并将可燃冰划分为“扩散型”和“渗漏型”等几种,总结出各自的特点,指出它们在南海北部具有密切的成藏关系,具备形成的地质条件,并揭示出该地区形成了南北成带状的可燃冰富集规律。

    工欲善其事,必先利其器。可燃冰勘查离不开先进的装备,而4500米级深海遥控潜水器海马号就是中国可燃冰勘查的一大利器。它历时6年研发而成,实现了一批关键技术突破,包括本体结构、浮力材料、液压动力和推进、作业机械手和工具、观通导航、控制软硬件、升沉补偿装置等,是中国迄今为止自主研发的下潜深度最大、国产化率最高的无人遥控潜水器系统。该潜水器研发成功后迅速转化为应用,在南海北部陆坡发现了海底活动性“冷泉”,实现了南海天然气水合物资源调查领域的突破性进展。

    在可燃冰勘查过程中,中国科学家摸索出一套成熟的调查技术和特效探测技术。刘昌岭举例说,针对可燃冰赋存的相关地貌、沉积矿物等,勘查人员集成了一套可燃冰综合探测系统,综合“地质、地球物理、地球化学”等调查手段,该技术已成为服务海域可燃冰常规勘探的主打技术。

    《 人民日报海外版 》( 2017年11月25日 第 08 版)

     

    人民日报:“冰火”勘查诠释中国地质速度(“瞄准世...

    2017年1月28日,Aquiles的飞机送我们到O’Higgins站所在的小岛。小岛很小,应该不到1平方公里。我们没用多长时间就完成了穿越这个岛的考察路线。整个岛上主要是一套灰色–深灰色砂岩、粉砂岩夹深灰–灰黑色薄–中厚层粉砂质泥岩,总体倾向北西。来前查资料显示,这些地层的时代可能是晚古生代到早三叠世。偶尔见有北西–近东西向辉绿岩脉侵入。有意思的是在O’Higgins站旁边,砂岩被强烈片理化,顺片理方向贯入密集的石英细脉,但岩石只是很弱的变质。

    午饭后站上的工作人员用小艇把我们送到附近的另外两个小岛,地质情况基本类似,只是没再见到那套强变形砂岩。

      

      

      

      

    O'Higgins站的美丽从我们一下飞机就感受到了。距简陋的停机坪很近的山包上,企鹅们悠然自得地聚集在那里,丝毫没感觉直升飞机对它们有什么威胁。一个个只是稍微挪了一下位置,以躲一躲螺旋桨刮起的大风。太过分了,尽管我们那架飞机只能坐5个人(我们俩、INACH的陪同Pablo,2个飞行员),但对企鹅来说怎么着也算是庞然大物了吧?

    然而在站区走走后就发现是我们少见多怪。在O'Higgins站附近,几乎到处都是企鹅。一家一家,年幼的小企鹅依偎在父母的身下,取暖、啄食,撒娇、嬉戏。一些看上去没有孩子的年轻企鹅,成双成对,打情骂俏。那些明显的单身汉们,走到哪一家都不受待见。企鹅们不怕冷,喜欢占山为王,迎风而立,这正好给我们拍摄它们创造了很好的角度。

    企鹅与考察站、考察站工作人员,以及来来往往的考察队员、游人等已经完全融为一体。大家在这个小岛和平相处,是相依为命的伙伴。企鹅憨态可掬的动作、充满情感的爱抚,没有人忍心去打搅它们的生活。站上工作人员习惯的告诉每一个新到来的人,不要动这里的小碎石,留着供企鹅衔来磊窝,以便孵化、培育小企鹅。

    不只是企鹅,小岛上飞来飞去的雪白的燕鸥、凶猛的贼鸥们,也与人们相处甚欢,时不时飞到头顶绕两圈走人。海狮、海狗们喜欢三三两两地聚在一起,我们从它们身边走过时,懒懒地抬头看一眼,顶多直起身子缓慢地往前走几步,不会进行攻击。那些企鹅、燕鸥、贼鸥们在海狗面前走来走去,也是相安无事。

      

      

      

      

      

      

      

      

    这真是一个人与动物自然和谐的美丽小岛,创造这个奇迹的自然是常年驻扎在O'Higgins站的工作人员,以及来到这里的一批批考察人员和游人。

    站长带我们参观了考察站宿舍、实验室、健身房、室内篮球场,以及地下一层现代化污水处理设施和化粪装置。我在二楼的一间办公室为朋友盖了一些纪念封,工作人员热情地告诉我们,他会为我们专门制作登站荣誉纪念证。下午当我们从另一个小岛考察回来后,站长郑重地为我们每个人颁发证书,这真是一个不错的创意,相信每个得到这份证书的人都会珍藏它。当然,每年到达长城站的人太多,如果都发的话,我们长城站的陈站长非得累得改行。

      

      

      

    在站上吃了两顿饭,午餐是必须的,走前又犒劳我们一顿。让人没想到的是,居然很像中餐,非常可口,让我完全改变了前两天在Aquiles船上对智利西餐的印象。我到现在还在后悔,为了吃那一盘蔬菜,放弃了鸡腿土豆泥,不知道它是什么味道。O'Higgins站上的两顿美食,美得不得了。

    到了晚上,天气有点变化,飞机有可能来不了。我和小裴竟然偷着乐,窃喜。能在这么美丽舒适的考察站住上一晚,冰山雪地,美食WiFi,加上极养眼的企鹅们,我们俩今晚不得美死了?

    好事只能想想,偷着乐也只是偷着乐。天边刚有点泛亮,飞机就来了。我们不舍的背着刚采的样品,穿带好安全气囊,系紧安全带,随着飞机离开了这个美丽的小岛,告别美丽的O'Higgins和那群美丽的企鹅,飞向蓝天,飞跃大海,去Aquiles船。俯身看去,呵,原来在大海里,那个小站,那片小岛更美。

    2017年1月29日。Aquiles不停地急驶了整整一天。我们俩呆在房间里工作,窗外马达声一直平稳地响着,没有节奏变化。到了下午,船逐渐平稳。我和小裴偶尔到甲板上,看见一些考察队员或者游客或者海军士兵拿着相机拍远处不时漂来的大大小小的冰山。我们当然也忍不住拍几张,糟糕的是阴天,照片效果很差。船上的一个摄影记者也无奈地摇摇头,嘴上西班牙语咕哝着什么回房间。海面总是那么宽,不论风浪有多大。

    一整天,我们边干活边等待,一直到现在,船还在往前急速地航行。我们用GPS确定了船的位置,它确实正在往南极群岛西南方向的Yelcho岛驶去。

    我们是昨天晚上接到通知,今天早晨5点15上小艇,去COPPER MINE岛上。要上岛的10几个人都早早来到餐厅,我简单的吃了2块饼,没敢多吃。

    走到甲板的第一反应是风不小,但可以出海。很敬佩智利海军的士兵们,非常认真地把我们一一从软梯放下小艇上,确保每个人不出任何问题。海面上的风越来越大,掀起的海浪也越来越大。士兵们努力控制着小艇,将三个小艇并排链接在一起后,让我们从最里面的艇上转移到最外面的艇。小艇互相撕扯着,随着海浪剧烈地上下颠簸。海水顺着浪尖,一拨一拨地泼向小艇。每个人的衣服都被完全打湿,好在背包正好在几个人的腿下遮挡着。我暗自庆幸,也许包里的东西没事。

    待最后几个人刚从船上下来,还没坐稳就被招呼着往上爬。听不懂他们说什么,但从船员们的手势可以读懂,今天的COPPER MINE登陆计划可能要被迫放弃。

      

    海面上的风几乎狂吼起来,掀起的涌浪将小艇忽而抬高1-2米,忽而又猛猛地撂在低谷。坐在我边上的一位女士一直一脸惊恐,好在船员很快就让她先上。可能是由于紧张的缘故,她上得很难,强烈晃动的软梯加剧着她的惶恐。上到船上后,立马觉得安全了,再回头看看海面和昏暗的天色,今天确实不能出海。Cristian通知我们铜矿半岛登陆计划暂时取消,Aquiles将直接去南极半岛的Yelcho。

    2017年1月30日。到南极大陆已经半个多月,我们一直在南纬62°、西经59°附近工作,按照天文学家的划分,还远远不到南极圈的范围。以南纬66°34′为界,以南属于南极圈。南极圈和北极圈的自然标志是一年中至少有一天极昼和一天极夜。

    Aquiles离开O'Higgins沿着南极半岛和南设得兰群岛之间的海峡直奔Yelcho。今天早饭后INACH的Cristian通知我们上小艇,今天他全程陪同我们。到达Yelcho站后我们定了今天的第一个地质点,这也是我们这次南极考察到达的最南端的一个点位,GPS显示为:南纬64°52′42″,西经63°35′33″,非常接近南极圈。

    Yelcho是一个很小的度夏站,站内的房间设施都最大程度地利用着空间。一层的实验室、厨房、休息室,二层的宿舍等,几乎都小到只能有一个用途。尤其那几个利用各种空间切割出来的宿舍,拥挤的架子床之间只剩下侧身过人的地方了。Cristian说这个站是他建的,让人立马对他肃然起敬。这是一个看上去有点像蒙古大叔的男人,熟悉各种户外技巧,有一次小艇出点故障,他上去鼓捣几下就好了。有人在休息室盖纪念戳,我庆幸今天出门时带上了那些明信片和我29次队时做的纪念封。两枚纪念章设计的非常精美,按计划接下来的考察点再没有别的考察站,我只需回到长城站后盖上长城站纪念戳,这任务就算完成了。

    Yelcho所在的小岛是一个近东西向延伸的长条状岛,大半被冰雪覆盖。我们从西往东一路穿过,岛上只有一种岩石,灰白色–灰色块状黑云母花岗闪长岩。企鹅很多,真正的占山为王,每个小山包都被它们占领,山包与山包之间的小山梁上,齐刷刷一排迎风而立,好不威武。

    也许是季节的缘故,很多成年企鹅身下都护着1-2只小企鹅。一家三口依偎在碎石垒好的窝里,很少走出来。有时边上会有另外一只成年企鹅,看上去也是这个家的成员。幼年的小企鹅们时不时抬头索要食物,不知道大企鹅嘴里到底有多少东西,每当此时总会张大嘴让小企鹅从嘴里掏吃什么。

    在Yelcho的工作是短暂的,但印象极其深刻。除了这些可爱的企鹅外,一个重要的原因是在返回且马上走到Yelcho站边的小艇登陆点时,我重重的滑倒在地,摔在一块大石头上,实际上也是摔在我刚刚采集的最后一块样品——花岗闪长岩上,仰面朝天。走在我前面的西班牙人转身回来将我拉起,并帮我捡起摔在一边的照相机。一时间,尾椎骨那个痛啊,左臂也来凑热闹。稍稍活动了一下,还好,只是那两个部位疼痛,没有大问题。这得多谢背上的地质包垫了一下,要不然可能会更严重。哎,顺便说一下,不是我无能啊,就在几分钟前,比我块头更大的Cristian摔倒在我跟前,我正在装样品,顺势护了他一下,算他运气好。这里的石头如此之滑,完全是因为企鹅太多的缘故,它们的生活区,石头不滑才怪。

    不管怎么着,今天也是我们这次考察最接近南极圈的地方,滑一跤也值,要不然回去怎么交代,一个月南极考察连南极圈的边都没沾,还不让人笑话?

    2017年1月31日至2月1日期间,我们对欺骗岛进行地质考察。不知道什么原因,这个美丽的火山口形成的环状岛被称作欺骗岛。

    很巧,今天还真有点那种感觉。大好的天气,飞机、小艇来往穿梭,送货送人,不停地忙碌。只有5个小组,但我们这一组从上午开始等待,一直是不确定的时间,先是说午饭后,后来又说下午5点,一直到最后上小艇已经晚上9点多了。

    看着Cristian无助的眼神,是不是INACH和Aquiles的沟通出了问题?也许Aquiles这段时间太忙?他们之间用西班牙语交流,我们俩跟傻子一样,只好傻等。

    Deception Island的景色名不虚传,不知道天底下哪里还会有这等地方?差不多15公里直径的环形岛,通过唯一一个只有一百多米宽的豁口与大海相通。岛内风平浪静,水面有如明镜,加之上午的明媚阳光,如果从空中俯视的话,那震撼力一定赶超咱的长白山天池。

    岸边的海滩散落着一些巨大的鲸鱼骸骨、破烂的旧木船,以及一堆一堆的朽旧木板,看上去像很多年前木屋残迹。这是100多年前的一个屠鲸场,当时鲸鱼油是不错的能源之一。

    环岛的西段坐落着西班牙和阿根廷两个考察站,各国来的考察队员和游人很多选择在那里登陆, 我们选择了基岩出露较好的东段登陆,在一起工作的有INACH陪我们的Cristian还有几个不知道是游人还是植物学家?他们采集岛上的一种花,那是我在南极见到的最美的花儿。

    由于出来太晚,留给我们工作的时间变得很短。登陆时光线已经很差,观察岩石有点难。我们一口气爬到出海豁口东侧的另一个没有打通的豁口悬崖,山坡上堆积的都是大大小小的土黄色砾岩,砾石由深灰色为主的火山岩棱角状角砾为主,胶结物为米黄色砂质、泥砂质。砾石没有分选,没有定向,基质支撑。站在山口往外看,几十米深的陡崖笔直笔直,直到近海面时被海水向里掏出巨大的凹坑。

    顺着山坡向东前行,沿途看见在米黄色的厚层砾岩之上覆盖着一层砖红色火山岩,气孔构造极其发育,岩石很轻。

    天色已经完全不容我们继续工作,只好与Cristian商量撤。很快,小艇过来将我们送回船上。整理完标本已经凌晨1点多,我来到船尾的会议大厅,发现居然有人在看中文电影,张艺谋的金陵十三钗。顺势坐下来看了一会儿,实在有点累了,只好回屋睡觉。

    第二天上午小艇又送我们去欺骗岛西海岸,岸边很多海狮。走进它们时,会爬起来1-2个攻击一下。但海狮们的胆子还是太小,我们稍作动作,它回头就跑,再走近一点,它们就钻进水里游走。西海岸的山坡主要是风化下来的转石。不过可以判断,这些转石应该以原地风化为主。我选择不同类型的火山岩、砾岩装进样品袋。

    自然界的力量很神奇,坚硬块状的火山岩居然全被风化崩解为不足1厘米厚的薄片。小裴在Cristian的帮助下找到基岩露头,也采集了必要的古地磁样。

    考察完毕回到船上换好衣服稍事歇息,小裴说出去看看船是否已开。没几时回来则报,外面大雪纷飞。我的天哪,这南极的天气真是说变就变。

    2017年2月7日,海洋六号平稳地行驶在合恩角到蓬塔的内水道,这是一个世界旅游的黄金通道。沿途美景不停地变换着,角度,色彩,山势和水域,美不胜收。船距蓬塔越来越近,我们很快就要结束这次航行,在蓬塔改乘飞机回国。

    南极越来越远,我的第三次南极之旅也将结束。南极是极美的,也充满了挑战。每次来都有不同的经历,每次来都有不同的感受。考察结束了,但南极故事仍将继续。

    地质力学所参加中国第33次南极科考系列之九——美丽...

    建设中的“中国天眼”

    地质专家在FAST现场查勘溶塌崩塌堆积体

    2006年专家组初勘大窝凼

    技术人员检查桩孔

     

    9月15日,被誉为“中国天眼”的国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜(FAST)首席科学家、总工程师南仁东先生逝世,社会各界深切缅怀。就在一年前的今天,FAST在贵州省黔南州平塘县大窝凼落成启用。它是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜,其研制和建设体现了我国自主创新能力,实现了我国相关装置由跟踪模仿到集成创新的跨越。半个月前,中国科学院公布了2017年度中国科学院杰出科技成就奖授奖建议名单(通用领域),FAST工程研究集体成功入围。作为建设在地质环境复杂地区的国家重点工程,其选址、勘察、设计、施工甚至投入使用,都离不开地质工作。为什么会选址在偏远的岩溶洼地?如何解决相关环境工程地质问题?……带着这些问题,记者近日采访了曾经参与过FAST规划选址、勘查设计和施工建设的中国科学院遥感与数字地球研究所研究员聂跃平、中国地质环境监测院总工程师殷跃平、贵州正业工程技术投资有限公司董事长沈志平等几位工程地质专家。

    2016年12月16日,FAST入选由《自然》杂志评出的2016年度重大科学事件。而刚刚公布的2017年度中国科学院杰出科技成就奖授奖建议名单,认为研究集体按期建成具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜FAST,在未来10~20年将保持世界领先地位,为我国在科学前沿实现重大原创突破提供了前所未有的机遇。其研制和建设体现了我国自主创新能力,实现了我国相关装置由跟踪模仿到集成创新的跨越;拥有3项自主创新:利用贵州天然喀斯特巨型洼地作为望远镜台址,自主发明主动变形反射面,自主提出轻型索拖动馈源支撑系统和并联机器人;研发了高强度高精度大跨度索网结构,高性能动光缆,大尺度高精度实时测量系统等一系列关键核心技术,取得多项技术突破,推动了我国众多高科技领域的科技进步与产业升级,在国家重大需求方面具有重要应用价值,将促进西部经济的繁荣和社会进步。这些成绩和荣誉的背后,是中国科学家和科研工作者以及建设者的智慧结晶。这其中,地质元素和构成必不可少。

    为什么选址在大窝凼天然喀斯特巨型洼地?

    选址工作跟进十多年,最后根据野外考察、模拟计算和综合评价优选台址

    FAST工程从初步的设想、选址、勘察、设计、施工至投入使用,历经20余年。1994年,中国科学院第一轮选址;2007年7月,国家发改委正式批复立项;2008年12月,FAST工程奠基;2011年3月,FAST正式开工建设;2016年9月25日,“中国天眼”正式落成,“天眼”开眼。

    在这20多年里,有一位科学家从中青年开始就伴随FAST一直走到现在。他,就是FAST观测台址系统总工程师、中国科学院遥感与数字地球研究所研究员聂跃平博士。“利用贵州天然喀斯特巨型洼地作为望远镜台址,是整个系统工程3项自主创新之一!”在他的办公室,聂跃平自豪地告诉记者。

    作为FAST选址的主要负责人,曾在贵州省地矿局科研所工作过的聂跃平对“中国天眼”落户贵州功不可没。

    1994年夏天,中科院原北京天文台(2001年国家天文台成立)副台长南仁东和彭勃博士等到中国科学院遥感与数字地球研究所咨询在全国范围内寻找适合建造大射电望远镜洼地事宜,之后便委托聂跃平到贵州做一次针对性的野外调查。同年8月至9月,聂跃平到平塘、普定等地进行了1个多月的实地调查,为在荷兰召开的LT大会提交了《中国贵州选址调查报告》,并得到大会充分肯定。随后,便开始了漫长的FAST探寻之路。

    1994年底,中国天文界以北京天文台为核心,组成LT(SKA)中国推进委员会,推荐聂跃平为台址评价组组长。根据选址要求,选择的洼地必须符合尽可能圆、既要交通方便又要相对隔离、台址稳定、没有无线电干扰等若干要求。

    聂跃平告诉记者,贵州虽然洼地众多,分布面积广泛,但要找到符合上述条件的洼地也十分困难。因此,根据以往在贵州的工作经验和岩溶洼地的发育规律,他选择在苗岭分水岭两侧的黔南州和安顺地区,应用遥感技术手段进行先期普查,然后在地形图上逐一标注,建立了300多个能够进行各种指标查询的洼地数据库,并完成了《大型射电望远镜中国贵州选址研究报告》博士后出站论文。在此基础上,聂跃平和中国推进委员会主任南仁东、副主任彭勃、国际LT中国代表吴盛殷、荷兰天文专家理查德先后到平塘、普定对部分洼地进行考察和电波干扰情况测量。1995年10月,LT第三次国际会议在贵州省贵阳市召开,会议代表到平塘、普定对洼地进行实地考察,对中国贵州选址给予了高度评价。

    1997年,LT(SKA)中国推进委员会提出了LT(SKA)中国工程概念先导单元,即由我国独立建造一面世界最大单口径球面望远镜的创新方案的初步设想。经过不懈的努力和扎实的研究工作,FSAT最终获得国家立项。

    聂跃平介绍,FAST是一个大科学工程,对洼地的要求随着工程的不断优化而改变,对洼地的直径要求从开始的300米、350米、400米直到500米,因此选址工作一直跟进了十多年。最后根据野外考察、模拟计算和综合评价,优选出平塘大窝凼洼地作为FAST观测台址。FAST立项后,选址组围绕FAST对台址的严苛要求,应用遥感、GIS、虚拟技术等,对大窝凼进行了台址的工程稳定性、水文工程地质、岩溶地质灾害、周边环境、工程开挖量等一系列工程问题展开了工程性研究,并向国家天文台FAST项目指挥筹备组提交了相关报告,肯定了大窝凼可作为FAST观测台址的可行性。

    “从1994年到现在,20多年过去了,我从中青年开始伴随FAST走到今天,经历了漫长的时间考验,也遇到种种困难。但是一想到能利用家乡的地利优势实现FAST工程,就感到无比欣慰!”对此,聂跃平感慨万千。

    FAST观测台址遇到的环境工程地质问题如何解决?

    创新勘察方法,地下河洪涝灾害、断裂破碎带、巨石混合体、松动岩体、球冠状边坡等问题被逐一破解

    我国西南岩溶地区地质环境复杂,如何解决FAST观测台址遇到的环境工程地质问题?记者采访了中国地质环境监测院总工程师殷跃平,他也是这次杰出科技成就奖授奖建议名单中唯一一位中科院系统外的贡献者。“地表像是一口直径达500米的大锅,地下却是非常复杂的岩溶灾害体。”殷跃平开门见山地告诉记者。

    FAST观测台址选定大窝凼场洼地后,地质问题成了FAST建设成败的关键。2006年4月,殷跃平初次受国家天文台邀请,参加了FAST观测台址建设可行性论证技术组的工作。因其丰富的岩溶工程地质经验,2008年8月,受国家天文台的聘请,兼任了观测台址建设的地质总工程师。

    殷跃平告诉记者,FAST观测台址建设面临的第一个难题,就是地下河洪涝灾害。这里地处贵州高原到广西丘陵平原地区的斜坡地带,串珠状的峰丛峰林洼地非常发育。表面上看,它是一个完整的洼地,实际上大窝凼洼地底部(即锅底)50多米深发育有贵州最大的地下河——大小井岩溶地下暗河。

    “当时中国地质调查局正在组织实施的西南地区岩溶地下河地质大调查项目提供了很好的基础资料,前期调查表明,这条地下暗河一直流到了广西境内。它通过漏斗和落水洞将大窝凼与地下河建立了水力联系,这意味着地下水动态变化非常大,在极端暴雨的情况下,地下河水将上涨数十米。同时,在建设期间,土石方工程也将会改变洼地产流和径流条件,从而导致洪涝灾害。”后来,针对这一问题,可行性方案提出了新型的螺旋形加放射状截排水措施,并沿洼地底部设立了1公里长的泄洪隧洞,从根本上消除了FAST场地的洪涝风险。

    第二个问题就是断裂破碎带的地质工程问题。贵州的岩溶地下河往往与断裂带有关,技术人员现场工程地质勘察发现,长达十多公里的董当断裂带自北向南穿过,将大窝凼洼地切割成了东西两半。由此,东西二侧半球冠状的洼地工程地质条件将出现差异性,即随时间的推移,望远镜可能存在变形差异,而且断裂破碎带的软弱性也将带来地质工程问题,影响望远镜发射板的锚固安装质量。“望远镜有2400多个三角形反射块,像鱼鳞片一样。用锚杆与下面的地层固定,如果有断裂破碎带,注浆质量会下降。锚杆施工后,如果断裂带溶蚀严重的话,注浆时漏浆量会很大,导致抗拔力出现大的差异,影响工程质量。”于是技术人员专门在现场对断裂带进行了大量的锚杆拉拔实验,获得了注浆参数、锚固长度、设计锚固力等一系列参数。“比如注浆中加一些早强剂,防止它漏失,让它固定住,不会出现新的变形。”

    第三个问题是洼地西南侧分布数百万立方米的大型溶塌崩塌堆积体,正好位于望远镜圈梁附近,开挖扰动后将带来滑坡问题。“这些堆积体在大小井地下河系演化过程中,由岩溶动力侵蚀形成,具有一定的稳定性。但是,被切脚临空后,稳定性将会降低。我们通过抗剪试验和室内模拟,发现这种溶塌崩塌堆积体和传统的滑坡堆积体是不一样的。我把它称为‘巨石混合堆积体’,它与下伏基岩界面形成了点摩擦,有一定的嵌固性,抗剪强度要高,可以按照代换补强的思路,采用小口径组合桩群加注浆的措施对前缘进行加固,这样就构成了一个由巨石混合体和桩群构成的棱体,形成了拱圈效应,对巨石混合体起到了支挡作用,确保了望远镜的安全。”殷跃平展开当时的设计剖面图,向记者解释道。

    第四个问题就是古地下河的卸荷松动岩体稳定问题。殷跃平介绍,在大窝凼洼地3点钟到5点钟一带,出露有一古地下河通道,洞口岩体破碎,形成了大范围的松动岩体。如果在FAST观测台址建设和运行过程中,不对这些松动岩体进行加固的话,将会形成崩塌滚石灾害直接摧毁望远镜。因此,技术人员在对这些松动岩体进行系统防护的同时,还重点对12处稳定性很差的危岩体进行了清除或整体加固,避免了崩塌滚石灾害的发生。

    第五个问题就是开挖边坡的稳定性评价和加固问题。FAST观测台址并不是严格的球型洼地,施工建设过程中需要切凸补凹,形成均匀性很差的球冠状边坡。而这种边坡具有越向底部,应力越集中的特点,采用传统的平面分析方法就不行了,因此,他们提出了基于仓储理论等的三维评价方法,并取得了很好的效果。

    FAST观测台址的工程地质勘察评价,也探索出了一套新方法。在此之前,我国对平缓场地和山地的勘察方法较为成熟,并形成了国家标准,但对大型、特大型岩溶洼地的工程地质勘察经验很少,相应的规范标准更是空白。为此,FAST观测台址的建设形成和改进了很多勘察方法,为今后实施同类工程积累了经验。

    殷跃平还追忆了与南仁东教授一起在FAST观测台址建设现场工作的日子。他说:“南教授不仅亲自组织深入论证地质解决方案,而且多次与我们到洼地陡坡查看危岩滑坡等。他可谓惜时如命,白天与我们一起进行野外查勘、解决问题,晚上匆匆忙忙吃完饭,又伏案熬夜。南教授告诉我,他担任国际天文台主席等学术职务,每天晚上要处理数百封电子邮件。他是仰望星空的前沿科学家,亦是惟精惟一的卓越工程师。”

    如何解决开挖建设过程中遇到的岩土工程技术难题?

    4个阶段岩土工程设计不断优化,自主创新多种技术,工程设计获得多项国家专利

    在FAST之前,世界上最大单口径射电望远镜是美国Arecibo望远镜。如今,FAST台址开挖系统岩土治理规模是Arecibo的5倍,总体建设规模是Arecibo的近3倍。FAST台址岩土工程复杂程度远高于Arecibo,是世界上利用大型岩溶洼地建设的最大工程。如此复杂而庞大的工程,其岩土工程设计至关重要。FAST工程以全新的设计思路,开创了建造巨型射电望远镜的新模式。其中,贵州正业工程技术投资有限公司是FAST工程台址开挖系统的核心技术团队。

    FAST工程台址开挖系统现场设计工程师、贵州正业工程技术投资有限公司第一勘测设计院岩溶地基研究所所长吴斌告诉记者,由该公司完成的FAST工程台址开挖岩土工程设计被中国勘察设计协会评为2015年全国优秀工程勘察设计奖工程勘察一等奖。该设计还获得了国家知识产权局发明专利受理及授权4项、实用新型专利授权7项。技术成果应用于FAST工程,系统解决了大型岩溶洼地,薄壳岩溶岩体精细开挖建设过程中,遇到的各种复杂岩土工程技术难题,为项目的安全运行奠定了可靠的基础。

    据了解,FAST台址洼地内地形起伏大、坡度陡,大型岩堆、溶蚀峰林、大型溶沟、溶槽、溶蚀裂隙密布,各种岩溶不良现象发育集中,工程地质及水文地质条件极为复杂。台址开挖系统设计按照动态设计原则分为方案设计、优化设计、施工图设计及现场设计4个阶段,历时3年半。通过4个阶段岩土工程设计的不断优化,实现了最初方案开挖投资1.85亿元,优化到最终开挖投资0.97亿元的最佳开挖效果。设计中,技术人员使用了BIM技术,开挖中心选择技术,下拉索促动器基础坐标解析技术,岩土工程信息平面表达技术,馈源塔及圈梁支撑柱位置优化技术,排水、防冲刷技术,螺旋检修道路优选技术,大型构建拼装场地及安装工程临时施工场地建造技术,岩堆、危岩、边坡综合治理技术以及生态保护技术。这些技术的运用,达到了国际领先水平。其中,国家发明专利“一种岩溶洼地排水系统”技术,在历经4个水文年的考验后,证明其排水性能良好,台址区未发生任何水患问题;而开挖中心选择技术则实现了台址开挖量最小,地质灾害治理费用最低等综合优化目标。

    贵州正业工程技术投资有限公司董事长沈志平向记者介绍,他们自主创新过程中形成的大量关键技术已经汇总并将出版专著。专著全面系统地反映了FAST工程台址开挖系统建设所遇到的各种技术问题的研究成果,是迄今为止国内外大型岩溶洼地综合利用岩土工程方面集学术研究与工程应用为一体的第一本专著。

    正是有了地质人前期复杂而周密的工作,才保证了FAST系统工程的成功选址以及安全建设和运行。FAST运行1年来,正在为我国暗物质本质、宇宙进化、太空生命起源和寻找地外文明等研究提供着重要支撑,贵州正业工程技术投资有限公司也在不断对工程进行回访记录,未来他们还将关注FAST地区环境信息综合监测。相信有了地质人的“保驾护航”,FAST将会更加安全而有效地运行,为人类探索外太空提供更多的线索。

     
    解译“中国天眼”的地质密码

    “我很幸运赶上了一个需要资源的时代,是国家的大发展成就了我们这代人的矿产资源研究事业。”

    ——中国工程院院士、著名盐湖学家

    郑 绵 平

    2020年1月

    云南思茅盆地山路上

    有位86岁的老人拄着树枝艰难行走

    2020年1月云南思茅盆地野外考察

    他就是中国工程院院士

    著名盐湖学家

    郑绵平

    这只是他盐湖研究生涯中的

    又一次野外工作

    中国工程院院士、著名盐湖学家 郑绵平

    他在野外跑了一辈子

    被称为“为盐湖而生的人”

    半个多世纪

    考察过上百个盐湖

    走遍条件恶劣的高原无人区

    研究领域涉及

    钾盐、硼、锂、铯等

    盐类矿产资源

    2002年无人区科考途中观察野外露头

    上世纪50年代

    百废待兴的新中国开始了找钾征程

    郑绵平的科研事业从此开启

    1957年首次在察尔汗盐湖发现了钾盐矿物

    ——新沉积的光卤石

    1956年在大柴湖取样

    1980年

    在扎布耶盐湖发现新矿物

    ——天然原生碳酸锂

    1982年在扎布耶湖进行现场盐矿鉴定(左一 郑绵平)

    本世纪初提出

    “海陆并举,固液并举、深浅并举”

    近些年研究发现

    “新型杂卤石钾盐矿”

    在高原腹地

    建立三个长期科学观测站

    坚持30年观测

    1984年 郑绵平(中)在扎布耶北湖观察盐藻

    盐是什么?

    在普通人眼中可能只是调味品

    在科学家眼里

    则是分布广且种类多的天赐资源

    藏着地球财富和地球秘密

    2005年西藏野外考察

    他持续致力于学科创新

    探索研究成果产业化

    呼吁发展

    “盐湖农业” “盐类学” “类地行星盐类学”

    2005年郑绵平在西藏野外考察

    人在岁月中行进

    会遇到多次选择

    很多选择会因多个兴趣点的插入

    而走出复杂的生活轨迹

    但他所有的人生轨迹

    都集中在盐湖资源的

    研究发现及拓展应用上

    2018年柴达木盆地野外地质考察

    “加强基础研究和技术创新的结合

    掌握独立知识产权

    才可能不被别人卡脖子

    才可能走到世界学科前沿”

    他是中国工程院院士

    著名盐湖学家

    郑 绵 平

     

    毕生探求尽在盐湖

    ——记中国工程院院士、著名盐湖学家郑绵平

    一位老人以树枝为杖,艰难行走在思茅盆地杂草丛生的小径,郑绵平的学生张雪飞应采访邀请发来这一照片,“这是郑院士正带我们做云南钾盐科考项目”,她解释说,“时间是2020年1月,春节前夕”。只有一行人背影的模糊小照,让记者联想起27年前在西藏采访时第一次见到郑院士的场景——被高原风蚀成的经典藏民面孔和难以听懂的福建口音。86岁了,还在出野外!

    人在岁月中行进,会遇到多次选择,很多选择会因多个兴趣点的中途插入而走出复杂的生活轨迹,但郑绵平很专一,他所有的人生轨迹,都集中在盐湖资源的研究发现及拓展应用上。

    让中国告别无钾盐矿床的时代

    中国是农业大国,钾肥需求量大。然而由于自然禀赋复杂,在相当一段时间,“缺钾”成为国家发展的软肋之一。

    上世纪50年代,百废待兴的新中国开始了找钾征程。1956年,刚刚从南京大学毕业的郑绵平坐着简陋的汽车随化工部地质普查组来到柴达木盆地。一望无边的盐碱地考验着所有来人。但是,此行采集到的样本却出现了含钾高的情况,这难道意味着什么?

    怀着疑问,第二年郑绵平随中国科学院的科考队再赴柴达木。有天散步,他在路边坑壁上发现了光卤石结晶矿体,这不是钾盐矿物吗?他和同事们一阵惊喜。随即,他们进行了涵盖全湖的坑探和钻探,最终圈定了120平方千米范围内断续分布的老光卤石,以及遍及察尔汗盐湖的富钾卤水。1958年,已经调到地质部矿物原料研究所的郑绵平主笔对此次考察做了详实的调查报告。在报告中,他首次估算该盐湖卤水氯化钾资源量为1.508亿吨。这一估算结果,被之后地质队的勘查报告所证实。第二年,察尔汗盐湖固体钾盐矿床依靠土法上马成功生产出了氯化钾,当年就产出几十吨的钾盐。中国从此告别了无钾盐矿床的时代。

    收获了找矿的第一次喜悦,郑绵平信心大增。此后,他像着了魔一样不停地往西部盆地跑,从青海察尔汗盐湖,到西藏扎布耶盐湖,到新疆罗布泊,到四川和云南……在半个多世纪的盐湖研究生涯中,他考察过上百个盐湖,走遍青海、西藏、新疆等地的条件恶劣的高原无人区,研究领域涉及钾盐、硼、锂、铯等盐类矿产资源。

    创新海陆并举成钾思路

    钾盐的溶解度大,需要稳定环境才能得到沉积,而中国地质构造的特征是活动性大、陆块小。相对不稳定的地质背景,使得我国盐盆地具有破碎、埋深和变形的特点。

    在不断的找钾实践中,郑绵平对中国钾盐有了越来越清晰的认识:“中国地质条件复杂,不能完全套用传统教科书,要从地质实际出发解决我们自己的找矿问题。”

    本着这样的思考,他主张要“海陆并举、固液并举、深浅并举”。一方面探索创新发展陆相成钾理论,提出了柴西第四系新层系承袭“砂砾型”成钾新思路;另一方面,在海相找钾上也取得了一系列突破。

    在新一轮地质调查工作中,郑绵平团队在川东北发现“新型杂卤石钾盐矿”。他认为,这种杂卤石散布于岩盐层中,在深部较易溶于水,这个观点已经被企业采用水溶法溶采钾盐的生产实践所证实。

    基于特提斯侏罗纪大规模成钾理论认识,他提出滇西南“二层楼”成钾模式,以此指导钻探验证,取得了侏罗系海相固体钾石盐矿重要发现。

    他主持的地调项目通过研究组“油钾兼探”大量岩屑调查,终于在库车盆地发现厚层钾石盐矿层,指明了该区古近纪海相固体石盐的良好资源前景。

    探索硼、锂产业化发展之路

    盐是什么?在普通人眼中可能只是调味品的盐,在科学家眼里,则是分布广且种类多的天赐资源,藏着地球财富和地球秘密。郑绵平告诉记者,广义“盐湖”涵盖古今盐类资源,既包括深浅部、固液态的盐碱硝普通盐类,也包括钾、镁、硼和锂、铯、铷、溴、碘及盐生物等综合资源。对这种资源的价值认知和开发利用,是随着发展需求和科技进步逐步展开的。

    上世纪50年代末到70年代,郑绵平盐湖研究的主战场从青海转至西藏。他先是在班戈湖研究硼酸盐,进而深入到阿里地区,发现了一批硼、钾、锂矿产及新类型的镁硼矿床。

    与许多人不同的是,郑绵平不仅着力于勘查资源,而且还探索找矿成果转化和产业化道路。

    上世纪70年代初,为解决西藏阿里地区经济发展问题,他曾向阿里地区行署提交阿里地区硼矿资源与开发咨询报告。这份报告当即被地方政府采纳,成为该区硼矿山建设的依据,并很快取得社会经济效益。

    说起来,早在上世纪50年代察尔汗盐湖科考报告中,郑绵平就在估算卤水氯化钾资源量的同时,估算出该湖还有氯化锂资源量300万吨。

    1980年,他主持盐湖队在扎布耶盐湖打钻取样,发现扎布耶盐湖的沉积物中锂的含量很高,显微镜下观察,能看到许多细小、针状的东西。这种天然的碳酸锂矿石,他起名叫“扎布耶石”。“扎布耶石”后经国际矿物学会新矿物命名委员会确认为新矿物。

    4年后,郑绵平带队开展扎布耶盐湖资源野外调查,从地质勘查、长期观察,到盐湖扩试,到太阳池积热析锂,再到碳化法加工提纯,研发出了扎布耶盐湖锂资源开发利用成套新技术,并实现了产业示范。2006年11月,国家西部大开发示范工程项目“西藏扎布耶锂资源产业化示范工程”通过竣工验收,该工程以郑绵平团队的核心技术为支撑,建成了我国首条盐湖提锂工业化生产线。

    对于郑绵平,盐湖是实现产、学、研的结合的重要平台。从1990年起,他和团队相继在高原腹地高海拔的扎布耶、当雄错和班戈错建立了3个长期科学观测站。高海拔地区,缺氧、风寒、日烈、交通不便,他们克服种种困难,坚持30年观测,为高原盐湖开发和环境保护积累了珍贵的基础数据。

    在全球需求盐类新资源时代呼吁拓展盐类学

    盐湖研究让郑绵平获得了很多荣誉,这些荣誉包括国家科技进步一等奖、二等奖,李四光地质科学奖地质科技研究者奖和何梁何利科技进步奖等。2014年和2017年,他两次当选国际盐湖学会主席。所有荣誉的背后都是艰苦付出。因为干得太拼,郑绵平曾被人称“为盐湖而生的人”。

    一个地道的南方人,却迷恋西部,甘愿将一生抛洒在青藏高原,郑绵平的理解是——“我很幸运赶上了一个需要资源的时代,是国家的发展成就了我们这代人的矿产资源研究事业。”

    1934年,郑绵平出生在福建漳州贫穷家庭,经历过战乱逃难。新中国成立后,在国家的救助下,他顺利完成学业并开启科研生涯。满怀赤子之心,他希望用自己的方式为祖国建设作贡献。

    耕耘盐湖事业一辈子,现任自然资源部盐湖资源与环境重点实验室主任的郑绵平有几点体会:一是要坚持不懈注重野外工作,“要多到野外调查,领悟大自然奥秘,才能取到科学真经”。二是要立足解决实际问题,“科学家不能只满足发论文,科学研究和产业化结合起来才能有更大的价值”。三是要不断开拓思路,延伸新的学科生长点。

    一直以来,郑绵平都在呼吁发展“盐湖农业”“盐类学”和“类地行星盐类学”等。自然资源部成立后,他的这种意识更加强烈。“盐湖不仅能为人类提供资源,而且是我们研究古今生态变化的天然实验室”。郑绵平认为,新时代的盐类学要适应盐资源的全球新需求,在自然资源科技领域发展中,要充分利用信息技术环境开展跨学科协同创新,构筑盐类大科学、大产业。“加强基础研究和技术创新的结合,掌握独立知识产权,才可能不被别人卡脖子,才可能走到世界学科前沿。”他说。

    院士郑绵平:毕生探求尽在盐湖

    日前,自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所建立了包括设备、方法、标准在内的以钻代槽绿色勘查技术方法体系。

    为解决槽探、浅井等传统地表揭露手段自身局限性问题(不可能开挖很深、很大范围、灵活性差)及减少对生态环境的扰动和破坏。早在2005年,探矿工程所就对浅钻技术应用于地质找矿方面作了拓展,在内蒙古开展了浅钻与槽探揭露地质现象的效果对比研究。2014年,在海南、云南两省进行了以钻代槽勘查技术方法研究和示范,解决了以钻代槽关键技术问题,使其成为绿色勘查关键技术之一。其间,编制了《浅层取样钻探技术规程》。

    以钻代槽勘查方法的关键技术是组合钻孔布设方法。常用的钻孔布设方法有“探索孔-追索孔-验证孔”三步布孔法、十字布孔法等。以海南省东方市风塘岭金矿区矿产勘查为例。在地质分析基础上,依次进行浅钻施工——样品分析——确定品位——后续槽探施工,确定了矿脉走向,对矿区金矿异常高值区进行矿脉追索,通过对该区域槽探所发现的硅化带、破碎带(碎裂岩)上布置浅钻进行验证。结果表明:(1)试验性钻探所揭露的岩性组合与传统槽探结果一致;(2)浅钻与槽探所对应的样品分析结果基本吻合;(3)通过探索孔与追索孔、确认孔的共同施工,可以确定地质体产状。针对脉状或条带状的矿带进行钻探,采取施工斜孔的方法布孔可以快速达到地质目的,更高程度地提高浅钻成功率,可达到或接近槽探“施工范围内近水平方向上的连续观察剖面”的效果。

    基于浅钻的优势,认为以钻代槽技术勘查方法有以下优点:(1)浅钻在施工中占地面积小、地表破坏少、操作简单,对环境扰动轻微,安全系数高,符合绿色勘查的要求;(2)基本解决了难进入地区、特殊浅覆盖区取样的难题,有望彻底改变井探、槽探和人工挖掘等破坏生态的传统地质取样方法;(3)以钻代槽勘查技术可以实现对地质体结构、构造、形态、产状及接触关系等要素进行有效勘测和控制,可以拓展勘查深度;(4)以钻代槽方法灵活,可以快速布孔,取样工作速度快及取样质量高,缩短了勘查周期;(5)相对于槽探,以钻代槽综合费用低,尤其是避免了巨额占地赔偿,节约了项目资金。目前以钻代槽方法已在黑龙江、西藏、甘肃、陕西等多个地区得到应用,产生了良好的生态效益和经济效益。

     

     
    科技创新探矿工程 精心服务绿色勘查

    位于黑龙江省安达市境内的全球第一口钻穿白垩纪的全球最大陆相地层的大陆科学钻探井——松科2井获得了一批珍贵的“战利品”,那就是累计4400余米的岩心样品。

    松科2井岩心特别珍贵又很娇气

    在地质科学家看来,松科2井的岩心比黄金还值钱。因为,松科2井是目前亚洲最深的科学钻探井,而岩心,作为地下岩石的剖面截取物,来自深深的地下,可以最直接地为人们提供丰富的地质信息。它们就像是一本本厚实详尽的地球历史书,记录了松辽盆地白垩纪时期陆相沉积的历史。

    地质学家拿到这些岩心后,会对它们开展地质描述、图像扫描、高分辨率照相、数据分析等工作,从而获取各个地层的基本地质信息,建立松辽盆地深部地层剖面,寻求白垩纪气候变化地质证据,推断松辽盆地深部能源资源情况。

    刚从松科2井地下提取上来的岩心

    松科2井岩心切割示意图

    拼接后的松科2井岩心

    不过,这些“宝贝”也很娇气,它们很容易碎裂,不利于保管,如果碎裂会大大降低其研究价值,所以人们对它们的照顾要格外精心。

    中国地质调查局国土资源实物地质资料中心(以下简称“实物资料中心”)是松科2井岩心野外现场管理和库藏保管的惟一机构。为了使参与松科2井岩心研究的科学家更直观地、全面地获取岩心中蕴含的地质信息,同时减少岩心因受到温度、湿度、压力等自然因素的影响而造成风化和破碎的可能性,实物资料中心专门探索研究发明了针对松科2井岩心的长久保存方法。

    野外钻探现场 岩心 “体检”马虎不得

    要想把松科2井的岩心保存好,就要先为它们进行“体检”。

    松科2井岩心从井下提取出来后,首先由钻探现场技术人员将岩心按顺序进行整理、清洗和拼装,紧接着还要对它们进行描述、扫描。

    为了确保松科2井岩心的管理万无一失,实物资料中心派出技术人员进驻钻探现场接收岩心。钻探现场录井技术人员将岩心移交实物资料中心后,实物资料中心技术人员要在现场进行岩心的清点核实,尤其是要对已经在现场完成切割、浇铸的岩心进行质量、数量核实,以确保岩心处理质量以及数量的准确。

    按照要求,无论大小,松科2井岩心每间隔10厘米或20厘米要贴上惟一的“身份证编码”,包括钻孔名称、回次号、岩心段等,装有岩心的盒子两侧还标有盒号和编录信息,这些数据都会伴随着岩心一起存入位于实物资料中心的国家实物地质资料库。

    为了保证万无一失,岩心运回实物资料中心前,松科2井现场指挥部、录井队、实物资料中心三方的技术人员会再次对这些岩心进行核查,签字确认移交后方可起运。

    松科2井岩心长期保存有妙招

    岩心运回实物资料中心,面临的就是进一步的处理和保管。

    松科2井岩心呈圆柱型。工作人员会将它们沿垂直于横截面的直径方向,按照1∶2的比例进行切割处理,分成两部分。大的部分,可用于进行多次科研取样和实验检测工作;小的部分,则在进行抛光、浇铸等处理后,永久保存。

    为了解决松科2井岩心易碎的问题,实物资料中心专门研究探索出了一种使其长久保存的“妙招”,即:对易碎岩心进行抛光、浇铸。下面,我们就来了解一下这种特殊处理的过程:

    第一步,拼接。根据破碎前的相对位置,工作人员会将破碎的岩心块放在工作台上进行整理,使各岩心块之间的断口能够拼接整齐;之后,在每个岩心块的横截面圆周内侧涂覆一圈粘合剂,将岩心块按照顺序依次进行拼接和粘合,使其恢复圆柱状的体型。

    第二步,切割。取出这些圆柱形的易碎岩心,按照岩心直径1∶2比例进行纵向切割。

    第三步,抛光。将岩心体的切割面进行抛光,得到具有光滑切割面的待浇铸岩心体。

    第四步,把抛光后的岩心体放置在透明 U型槽内。将岩心体的切割面朝下水平放置,并在其外表面的弧底两侧,选择多个点放置粘结胶胶团;之后,取透明U型槽倒扣在岩心体上,并使岩心体外表面上的粘结胶胶团与透明 U型槽的槽壁充分接触,等待粘结胶充分凝固。

    第五步,浇铸。这是最关键的一步。将盛有岩心体的透明U型槽放好,让岩心体的切割面水平朝上,之后,把浇铸材料倒入透明U型槽中,岩心体与透明U型槽之间的间隙全部被浇铸材料填满。

    钻探现场技术人员扫描松科2井岩心

    技术人员清点核实松科2井岩心

    浇铸后的松科2井岩心

    最后的步骤就是等待。等浇铸材料充分凝固后,易碎岩心就完成了它的“重生”,能够长久保存了。

    (作者单位:国土资源实物地质资料中心。材料组织:中国地质调查局科普办公室)

    松科二井岩心是如何保存的?

    鲎是地球上最为古老和最奇妙的动物之一,属于节肢动物门螯肢亚门肢口纲剑尾目,其最早的祖先可追溯四亿多年前的奥陶纪,有“活化石”的称谓。其身体主要特征是分为头胸部和腹部,具有粗壮的螯肢,没有触角,具有独特的像书页一样的鳃(“书鳃”),身体末端伸出一个长长的剑尾。现生的鲎只有3个属4个种,我国沿海产有中国鲎及圆尾鲎两种类型。虽然鲎类在地球上生存了四亿多年,但其化石记录却十分稀少。到目前为止全世界已发现和报道的鲎类化石仅30余种。附肢及软体组织的在化石上的保存更是凤毛麟角。由于外壳和躯干的特征具有趋同的现象,附肢和软体组织化石记录的缺乏阻碍了对鲎类演化,尤其是生活方式演化的研究。最近一项由中国地质调查局成都地调中心与厦门大学、美国肯特州立大学、英国布里斯托大学等共同完成的成果报道了鲎类附肢及软组织的演化,这一成果对研究鲎类两亿多年来的演化具有重要价值。

    2007年中国地质调查局成都地质调查中心在云南省罗平县发现了大量保存完好的爬行类、鱼类、节肢动物等化石,时代为三叠纪中期,命名为“罗平生物群”。在罗平生物群中发现了二十余块鲎的化石标本,经初步研究认为是一个新的鲎类化石,研究人员将其命名为“罗平云南鲎”。随着发掘工作的进一步开展,研究人员发现了更多的标本,其中一些标本上保存了完好的附肢、鳃书和刚毛等软体构造,为研究其形态功能和演化提供了独特的材料。罗平云南鲎腹部具有6对附肢,第一对螯肢小而短;第二对至第五对附肢长,称为步足,主要起行走的功能;第六对附肢最长,在倒数第二节上具有一圈花瓣状的突起,用于在海底掘穴和爬行。其中雄性云南鲎的第二对和第三对呈钩状向前弯曲,起到交配时抓住雌鲎的作用。通过对整体形态及书鳃、肌肉等软体等多方面特征详细深入的研究和对比,研究人员证实罗平云南鲎与现生的鲎类十分相似,尤其与圆尾鲎最为接近。这一发现说明现生鲎类的躯体造型及许多独特的生活方式至少在2.4亿年前的三叠纪中期就已经形成,并一直持续到现在,充分显示了该类动物在演化上的保守和停滞。

    该研究由中国地质调查局成都地调中心胡世学研究员等于2017年10月26日在线发表于Nature出版集团综合性、开放性期刊科学报告《Scientific reports》。

    保存附肢和鳃书的罗平云南鲎

    罗平云南鲎复原图

    现生的中国鲎

    罗平生物群鲎类节肢动物研究取得重要进展

    首次发现的疑似黑烟囱的块状物。  

    2015年3月,“海马”号ROV在珠江口盆地西部海域发现海底巨型活动性海底冷泉——“海马冷泉”,并通过取样证实了“海马冷泉”海底浅表层存在高纯度天然气水合物。这一发现是我国南海天然气水合物资源调查的一个重大突破。

    但是,要说到我国第一次发现海底“冷泉”现象的话,时间要追溯到2004年。

    那一年,中国地质调查局广州海洋地质调查局“海洋四号”船连续在东沙海域发现多种天然气水合物存在的间接和直接证据,包括第一次通过海底摄像发现了海底“冷泉”。

    从1999年开始,广州海洋地质调查局开展天然气水合物资源勘查,几乎每年都有新的发现。从最开始的多道地震寻找到BSR(似海底反射),紧接着发现地球化学异常,然后通过海底摄像发现疑似碳酸盐岩结壳、双壳类贝壳,其后又采集到了海底碳酸盐岩结壳、黑烟囱、双壳类贝壳等实物样品。

    回想当年发现海底“冷泉”的过程,至今记忆深刻。2004年5月19日,“海洋四号”起航,连续第三年在珠江口东部海域实施天然气水合物调查航次。航次技术负责是我和盛堰。出航前,时任广州海洋地质调查局总工程师黄永样提出要求:“这几年,水合物调查连续都有新发现,今年必须再上一个台阶。”

    5月22日,经过三个站位的平淡工作之后,在第四个站位海底摄像发现了大量疑似碳酸盐岩结壳的海底块状物,拖网采集上来的样品,发现了一些固结的泥块,形状上特别像黑烟囱,中间有管状空洞。尽管现场不能马上确定这些就是海底甲烷气上升时形成的碳酸盐岩结壳,但大家预感到我们的工作正不断地靠近水合物。接下来的几天,我们按计划网状铺开进行站位调查。

    5月30日,又有新的发现了。通过重力活塞取样采集的5.8米柱状样品,散发出很强的臭鸡蛋味。根据经验,大家意识到“这个站位肯定有戏”。果然,通过现场气态烃测试分析结果显示,柱状样从上至下,甲烷含量迅速增大,其中390~410厘米处样品甲烷浓度超过50ppm,是表层的10倍左右。

    作为技术负责,我马上跟大家商议,决定在这个点增加调查,寻找更多的证据。最直接的手段还是海底摄像。由于海底摄像拖体没有动力,随船漂移,被动地在海底拖行,在3000多米的水深下,这样的作业方式犹如在海底放风筝,很难把海底摄像准确投放到取样位置。正因如此,第一次海底摄像作业中,一个多小时过去了,什么也没有发现。

    由于摄像系统电池限制,不得不回收系统更换电池再进行第二次作业。这一次,我们总结经验,特别是对船舶漂移轨迹以及风流的方向进行了综合研究分析,重新布置了海底摄像下放点以及船舶移动的轨迹方向。刚开始,摄像画面中的海底仍然平淡单调,大约过去了半个小时,突然有人兴奋叫起来:“快看,白白的。”大家的注意力全集中到了20寸的屏幕上。过了一会儿,类似的东西又出现了。“白白的,那就是双壳类。”有人兴奋地叫了起来。摄像画面上隐隐约约可以发现贝壳的形状,而且是一窝一窝的。一会儿工夫,摄像系统负责人张锦炜提醒大家,电池耗完了,必须马上回收系统。

    由于在甲板监控室看到的图像是经过压缩的,不太清楚。大家期待系统回收后再仔细查看高清原始图像。等待海底摄像回收上来时已是5月31日凌晨1点多了,但大家都没有睡意,第一时间用录像机看回放,很快找到了“白白的贝类”那一段。大家紧盯着屏幕,“对啊,那就是双壳类,一窝一窝的”。随着摄像机在海底移动,可以看到双壳类贝壳不同形状的分布,而且还发现一窝窝贝类旁边,海底呈现出白白的斑状。“那就是菌席!”实验测试工程师陆红锋兴奋地告诉大家。真是高潮一波接着一波。

    录像回放了一遍还不够,我们继续再倒回去重看。没有想到,又有新发现。在一窝窝贝壳画面过去后,突然发现屏幕有个气泡状的东西冒出来。再倒回去,速度再慢一点,气泡越来越清楚了。“这是冷泉!冷泉!”陆红锋兴奋地叫了起来。气泡从海底泥缝隙中冒出来,在海水中运动一段距离后就“融化”了。我们反反复复回看,一个个数着,画面中总共有三个气泡冒了出来。第一次看到海底“冷泉”这个特别的标志,仿佛看到水合物一般,大家高兴得像中了彩票一样。

    受当时海底视像观察清晰度、无法定点观测等限制,在视频中捕捉到海底“冒泡”已经很不容易。在这个站点,我们调查发现了海底“冷泉”周围的菌席、双壳类贝壳,以及地球化学甲烷含量异常。在一个站位点,发现了水合物多证据并存,由此我们确定这里的海底一定有天然气水合物存在。其后,中德联合航次“太阳号”在这里进行了调查,并确定这里为水合物高富集的重点目标点,时任“太阳号”航次的德方首席科学家埃文·休斯教授把这个站位点命名为“海洋四号点”。到2013年,广州海洋地质调查局在这一区域成功钻获天然气水合物实物样品。

    (作者系中国地质调查局广州海洋地质调查局生产调度处副处长,教授级高级工程师。2003-2005年,“海洋四号”船天然气水合物资源调查航次技术负责。主要从事多波束测量技术研究)

     
    第一次发现海底“冷泉”

    经过9天在太平洋调查区的多波束测线作业,“海洋六号”船已经初步掌握了调查区海底地形。但在平均水深超过5公里的深处,阳光无法直达,又有蔚蓝海水的掩盖,海底仍旧是“犹抱琵琶半遮面”。所以,为了进一步了解海底环境资源概况,北京时间7月27日12时科考队员派遣了深海摄像系统潜入这片幽暗的水世界。

    正所谓“工欲善其事,必先利其器”,此次使用的设备为第五代海底摄像系统,支持高清视频传输及闪光照相,由铠装光纤缆提供动力和通讯,水下照明灯亮度可调等功能。大电影由首席科学家及3位助理操刀,每天分三班拍摄;每班配有两名绞车操控手,负责掌控机位;两名地质专业人员进行地质描述,前者以视频方式记录测线范围内的海底状态,后者则在关键区域进行小范围的高清照相。


    拍摄现场的“科研精神”

     

    在整个拍摄过程中,船舶沿测线缓缓前进,绞车操控手需要根据地形变化将水下拖体时刻保持在离底2-3米范围内,实现约每小时3公里向前的“贴地飞行”。但当地形变化较快或船速突变时,摄像系统免不了与海底发生亲密接触。在27日14时30分,摄像就经历了“初吻”,嘴上立马就糊满了泥。虽然经过海水的一番冲刷,海底逐渐豁然开朗,但最后还是留下了两个顽固的斑点,作为青春的记忆。当然,记忆最终没跑赢岁月,经历几次亲吻和冲刷后,海底世界再次清晰动人。“要是能给它配一个雨刷就好了”,一旁的于宗泽与张旭开始讨论道。

    到了20时17分,绞车缆长已经由开拍时的6734米放到7991米,即将到达绞车的8000米安全极限。绞车手罗旭龙这时抛出了一个问题:“往年都是收放交替,缆长变化并不大,这次怎么就必须不停地放呢?”于立分开始了推理:水深不变,船速恒定,缆长却不断变大,那只能是底流变大了。“底流怎么会一直变大呢”?罗红波对此不以为然,也抛出一个“放风筝理论”。听着虽是通俗,但却耐人寻味。于立分计穷,鬼马地扯开话题:“其实人类对大自然的奥秘了解地还很少,我们要怀有一颗敬畏之心。”这三个后甲板技工的对话令人不禁莞尔,但也让我多少嗅到了“科研精神”的意味,也许这就是“海洋六号”的气质吧!


    把海底世界捞上来

     

    摄像操控室里,我们都围着巨型屏幕,跟随高清摄像机在海底贴地飞行。

    随着镜头推进,可以看到不时有白色尘埃飘落到这深海世界,那可能是上层海洋的生物碎屑经过多级分解的产物,也可能是被大气和水流运送至此的陆地尘埃,它在此停靠片刻,随后便加入到漫长的地质演化进程。

    过了荒漠区,生物逐渐多了起来,白色小虾、栉水母、紫色怪鱼、海星等陆续出镜。当然,还有那些我们看不见的无数种细菌正从海底底部渗出来。镜头下,这些奇怪的生物大都体型小巧,如肥皂泡一样脆弱,若隐若现,幽灵一般在镜头下潇洒游过,其精致程度不亚于装在天蓝色小方盒里的蒂芙尼珠宝,极尽美丽,也极尽奇异。料想博物馆里的标本必不能告诉我们,这条怪鱼在水里有多优雅,它是怎样运动、捕食、交配以及繁殖的。拍摄过程中,还随处可见横七竖八的长条坑道以及蚊香状的生物遗迹,兴许是海底生物怕我们太过单调,特意留下的谜题呢。

    整个拍摄过程,大家似乎都在操着19世纪新大陆探险者的心,生怕错过任何关于这片海底的新发现。于是从头到尾,没有人敢离开。

    直至7月28日2时,深海摄像结束海底漫步,回归“海洋六号”。本次“海底电影”拍摄过程长达34小时,共完成90公里测量作业。

    作业完成后,眼睛累得发疼的科考队员们面露喜悦,结果令人满意。其实在很多时候,科学考察任务就如同深海摄像一样,是静态的。科学家们坐在各自的屏幕前,平心静气地观察、试验,有时偶然对大自然的奥秘发出几声赞叹和感慨。

     


    活动在5620米海底层的虾

    5500米海底的海星

    海底大电影,深海漫游——记首次海底摄像作业

     

    基本情况:甘肃敦煌雅丹国家地质公园位于甘肃西部,敦煌市境内,距敦煌市区约180千米。公园内地质遗迹类型丰富多样,共77处地质遗迹点,包括地貌景观、地质构造、水体景观、环境地质遗迹景观4大类,构造形迹、流水地貌景观、风力地貌景观、沙漠地貌景观、湖沼景观、地质灾害遗迹景观6类,中小型构造、流水侵蚀地貌景观、流水堆积地貌景观、风力侵蚀地貌景观、沙漠景观、沼泽湿地景观、山体崩塌遗迹景观7个亚类。

     

    除雅丹地貌外,敦煌雅丹国家地质公园内还有其他类型多样、造型奇特的风蚀地貌。园区南部较为多见的风蚀谷与风蚀残丘,其形成是由于暴雨把地表侵蚀成很多沟谷,然后风再沿着这些沟谷吹蚀,经过多次反复,谷地逐渐扩大加深,发展成峡谷,称为风蚀谷。部分风蚀残丘由于其砂泥层中垂直节理特别发育,又经过多次暴雨的反复切割与风蚀作用,松软的沙土石被卷走,原来块状的岩石被切割成一条条石柱,成为风蚀柱。风蚀柱受风的磨蚀作用,在靠近地表的地方磨蚀作用更强,使其下部凹进上部突出,再进一步发展成蘑菇状,成为风蚀蘑菇。进一步发展,风蚀蘑菇就变得很不稳定,当大风吹来时,使之摇动,成为摇摆石。风蚀柱的根部也常常由于风的吹蚀作用而形成凹坑,成为风蚀洼地。散布在地表的卵石或砾石,在风沙和相互间的作用下,被磨蚀成多个光面,而且边棱清晰鲜明,造型奇特,被称为风棱石。

     

    据记载,中国的雅丹地貌面积约2万多平方千米,主要分布在青海柴达木盆地西北部,疏勒河中下游和罗布泊周围。

     

    主要景点:

     

    敦煌魔鬼城。属于古罗布泊的一部分,为沙漠平原区,光照充足,降雨量少,蒸发量大,四季多风,最大风力可达12级以上。雅丹地貌的岩石形成于距今约70万年的中更新世,为一套河湖相的砂泥质沉积物,颜色呈灰色、灰绿色和土黄色。由于风长期的猛烈吹蚀,松软的沙土石被卷走,地表被侵蚀成颇具规则的沟谷,而坚硬的土石层则成为高矮不等的土岗,强风又刀刻斧凿般地把土岗雕成一个个似人非人、似禽非禽的造型,如石人、石佛、石蘑菇、石孔雀、宝塔、蒙古包等等,千姿百态,维妙维肖。当夜幕降临之后,强劲的风发出恐怖的呼啸,犹如千万只野兽在怒吼,令人毛骨悚然。

     

    金狮迎宾。是雅丹地貌发育壮年期的产物。由于风吹、雨淋、水冲,大型雅丹体被侵蚀,沿裂隙不断崩塌而逐渐变小,形成了如雄狮伏卧的景观。

     

    猿人头像。雅丹体底部为圆形基座,上部呈柱状,其形态酷似猿人头像:凸起的眉骨,深凹的双眼,特征明显的嘴巴,像是一尊远古巨人的雕塑,在守望着这座“魔鬼城堡”。

     

    发展现状:2001年,敦煌市人民政府成立了敦煌市雅丹地貌风景区管理处,配备人员对景区进行全面保护与开发。由于地处罗布泊无人区,远离市区,无路、无电、无水、无通信联络,条件十分艰苦。在此情况下,雅丹地貌风景区管理处首先确定了保护区范围和游览观赏区,请地质专家普查地貌,请旅游专家制定总体规划,市政府公布了保护管理条例。2001年12月,敦煌雅丹被国土资源部批准列入全国第二批国家地质公园行列后,敦煌市政府投入资金修通了市区至雅丹景区的公路。景区建成光伏发电100千瓦的发电站及相关配套设施。近几年来,他们加大了雅丹的开发保护力度,与地质部门、沙漠科研院所联合开展了系列地质遗迹挖掘和保护研究,施工了环形道路,设立了外围防爬围栏等。

     

    2003年8月,敦煌雅丹国家地质公园正式开园揭碑,并对游人开放;2006年11月,被国家旅游局评定为AAAA级旅游景区;2005年3月,被西北风情旅游联合会确定为西北风情自驾车旅游基地;2011年8月,被国土资源部命名为“国土资源科普基地”;2012年10月,被甘肃省科学技术协会命名为“甘肃省科普教育基地”。

    敦煌雅丹国家地质公园

    在国家自然科学基金和国土资源部行业科研专项基金的资助下,中国地质科学院地质研究所杨志明副研究员及其合作者澳大利亚詹姆斯库克大学常兆山副教授等人在内蒙古识别出一种新的金矿床类型——岩浆型金矿,并提出了该类型金矿床的成因模式。该成果刊登在9月22日出版的国际矿床学权威杂志《经济地质》(Economic Geology)上。位于内蒙古的毕力赫金矿床,原被认为是一个斑岩型金矿床。通过5年的详细研究发现,矿床中的金主要呈自形晶赋存于树枝状的石英斑晶中。针对载金石英斑晶,大量的阴极发光岩相学研究发现,这些自形的金颗粒主要分布在石英晶体的a轴和b轴方向,即形成于石英的生长过程。熔融包裹体测温、钛石英温度计及晶体模拟进一步揭示,载金的石英为高温的β石英,形成温度在850℃以上。因此,本矿床为岩浆型金矿,是一种新的金矿床类型。

    岩浆型金矿床的发现,为追踪岩浆晚期阶段Au的行为提供了难得的机会。该研究结果揭示,金在相对还原的岩浆中主要以Au0的形式存在,表现为不相容元素特征,岩浆的结晶分异会导致金在残余岩浆中富集。研究还进一步揭示,金在岩浆过程中的预富集可能是许多岩浆热液金矿床形成的重要前提。

    世界范围内已知各种类型金矿床,如斑岩型、浅成低温、造山型、IOCG及卡林型等,其形成均与热液过程有关。岩浆型金矿床的发现表明,仅仅依靠岩浆过程亦可形成高品位的金矿床,这将扩大世界范围内金矿的找矿潜力。由于岩浆型金矿床的形成无需经过热液过程,因此,需要一套全新的思路来勘查此类矿床。

    详细论述见Yang, Z.M., Chang, Z.S., Paquette, J., White, N.C., Hou, Z.Q., Ge, L.S. 2015. Magmatic Au mineralization at the Bilihe Au deposit, China: Economic Geology, v. 110, p. 1661-1668。

     

    毕力赫矿床金的产状及与石英斑晶的关系

    毕力赫矿床金与石英斑晶的关系及晶体模拟结果

    地质所青年学者识别出一种新的金矿床类型——岩浆型...

     

     

    ■基本情况

     

    庐山世界地质公园位于江西省北部,北临长江,东临鄱阳湖。公园面积500平方千米, 山顶平均海拔1200米。1996年被列入世界遗产名录,是中国第一个“世界文化景观”,2004年成为首批世界地质公园网络成员之一。

     

    庐山以典型的中国大陆东部山地第四纪冰川遗迹、地垒式断块山构造和变质核杂岩构造遗迹所构成的多成因复合地貌景观著称,其地貌与植物、文化、历史紧密相连。这里风景秀丽,森林茂密,飞流、峡谷、山峰、瀑泉齐备,风格迥异的异国别墅比比皆是,不同宗教和睦共处。从未间断的历史承载和丰厚的中西文化底蕴使它被誉为“人文圣山”。

     

    庐山的砂岩形成于8亿年前的海洋环境,那时候的庐山地区还是浅海。海沙经历沉积、胶结作用,再经过数亿年的地质作用,形成了巨厚、坚硬的砂岩。距今2亿年的时候,地球变得活跃起来,在平静的海湾下面,从地壳深处涌来一股强大的热流——岩浆,这股热岩浆一心想涌出地面,想把庐山地区这片美丽的海湾变成恐怖的火山。然而,厚实而又坚硬的砂岩把热岩浆压住了,不让它钻出地面,保护了美丽的地表环境。热岩浆虽然没能钻到地表,却把厚厚的砂岩地层顶得高高的,形成了巍峨的庐山。直到2000万年前,这股热岩浆才停止了疯狂的举动,不再往上涌了,静静地停下来、冷却,变成了花岗岩。

     

    距今300万年的时候,地球变得寒冷起来,进入了第四纪冰期时代。在高高隆起的庐山上,积满了厚厚的冰雪。在重力作用下,山顶上的冰雪开始向山脚下滑动起来,形成了冰川。冰川象河流一样,慢慢流向庐山四周,巨大的冰流在运动过程中,对庐山产生了剥蚀作用,冰川流经的路径形成了冰谷——U型谷,冰川的源头形成了许多冰斗、悬谷、角峰等特殊地貌。

     

    ■特色景观

     

    芦林湖

     

    芦林湖位于海拔1040米的东谷芦林盆地,四周群山环抱,苍松翠柏,景致优美。此处原是芦草丛生、野兽出没的芦林谷地,介于玉屏、星洲两峰之间。1954年在二峰间筑坝蓄水,次年建成。大坝高32米,长120米,宽12米,全湖面积约9万平方米,蓄水120万立方米。芦林湖所蓄之水为庐山牯岭镇1.3万居民的主要水源。

     

    五老峰

     

    五老峰地处庐山东南,因山的绝顶被垭口所断,分成并列的五个山峰,仰望俨若席地而坐的五位老翁,故此,人们把这原出一山的五个山峰称为“五老峰”。它根连鄱阳湖,峰尖触天,海拔1358米。五老峰陡峭挺拔,其东南面绝壁千仞,陡不可攀,而西北坡地势较缓,游人可循小道爬坡登山。唐朝大诗人李白曾在这里留下一首千古绝唱:庐山东南五老峰,青天削出金芙蓉。九江秀色可揽结,吾将此地巢云松。

     

    西谷冰川U形谷

     

    庐山上保存较好的冰川U形谷主要有王家坡U谷、大校场U谷、东谷U谷、西谷U谷、七里冲U谷、石门涧U谷、长垅涧U谷等。王家坡U谷位于庐山南侧,长达4000多米,宽约700米,横断面呈U字形,纵断面略呈阶梯状,上段相对较窄,下段相对加宽。U形谷内发现有较为典型的冰川条痕石,冰川条痕石的漂砾直径大于5米,略成五角形,由坚硬致密的石英砂岩构成,其上共发现有5条冰川条痕。

     

    大校场U谷位于女儿城刃脊与长埂刃脊之间,末端接芦林冰窖,有冰川堆碛物,底部发现有冰川作用挤压和碾磨而成的岩粉。1986年,国际第四纪联合会秘书长施鲁克特博士在此发现有炮弹状和熨斗状的砾石及冰川条痕石,认为这里与阿尔卑斯地区的冰川沉积的特征是完全一致的。

     

    岩溶洞穴

     

    区域内已发现的主要岩溶洞穴有6处。彭泽的龙宫洞与庐山的猴洞为一类,系由5.6亿年前的寒武纪泥质条带石灰岩被溶蚀而成。已开发的龙宫洞规模巨大,钟乳石内涵丰富多彩,洞长2.7千米,是一条别具特色的地下艺术长廊。猴洞正在开发,洞长近千米,其旅游价值远不如龙宫洞。九江县已开发的狮子洞与龙洞及瑞昌新发现的横港洞为一类,系由2.5亿年前的早二叠纪厚层石灰岩被后期地下水溶蚀而成。狮子洞分三层,钟乳石较发育,构成了40多个主要景点。龙洞位于湖口大桥西端,尚未开发。横港洞规模巨大,有一定的开发远景。九江县已开发的涌泉洞,由中下三叠纪白云质石灰岩被地下水溶解而成,洞体有三层,石笋、石柱、石幔、石帘样样齐全,构成了32个主要景点。

     

    ■经验推广

     

    2005年,庐山完成了世界地质公园数据库建设,网站通过国际地质科学联合会北京地质遗产办公室官方网站进行发布。2006年,庐山世界地质公园与中国地质科学院地质力学研究所合作,开展了一系列的科学研究。2011年7月,中国地质科学院科研基地在庐山挂牌,将长期在庐山进行有关科研教学活动。

     

    自2004年以来,庐山世界地质公园每年暑期都举办一期青少年地学夏令营活动,普及地学知识。2011年,举办了“两岸三地大学生科技文化夏令营”。

     

    庐山世界地质公园是中国地质大学(武汉)的学生实习基地,每年的暑假,大量来自中国地质大学(武汉)不同专业的学生到庐山实习。

    走进庐山世界地质公园