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    2024年11月17日,由我国自主设计建造的首艘大洋钻探船“梦想”号在广州正式入列,标志着我国深海探测关键技术装备取得重大突破。

    “梦想”号船长179.8米,宽32.8米,排水量42600吨,续航力15000海里,自持力120天,载员180人,全球海域无限航区,可在6级海况下正常作业、16级超强台风下安全生存,满足全球主要海域桥梁通行及码头停靠条件。该船采用“模块化”设计理念,攻克多项世界级技术难题,以“小吨位”实现“多功能”,国际首次创新集成大洋科学钻探、深海油气勘探和天然气水合物勘查试采等多种功能。经两轮海试验证,“梦想”号主要性能指标均优于设计要求,构建起我国自主的超深水钻探装备设计建造技术体系。

    “梦想”号钻采系统国际领先,联合研制了全球首台兼具油气勘探和岩心钻取功能的液压举升钻机,具备4种钻探模式和3种取心方式,可满足大洋钻探取心和深海资源勘探等不同作业需求,综合钻探效率、硬岩钻进能力大幅提升,最大钻深可达11000米,有望助力全球科学家实现“打穿地壳、进入地球深部”的科学梦想。

    “梦想”号科考实验功能和信息化水平国际领先,堪称海上移动的“国家实验室”。该船建有基础地质、古地磁、无机地化、有机地化、微生物、海洋科学、天然气水合物、地球物理、钻探技术等九大功能实验室,总面积超3000平方米,配置全球首套船载岩心自动传输存储系统,可满足海洋领域全学科研究需求。建成“船舶智慧大脑”,可实时汇聚分析2万余个监测点数据,实现作业智能监测、实验智能协同、健康智能保障、船岸智能融合。

    “梦想”号的入列,将为我国深海资源勘探、关键技术装备研发,以及全球科学家开展大洋科学钻探研究提供重大平台支撑,对加快建设海洋强国和科技强国,推动构建人类命运共同体具有重要意义。

    “梦想”号由国家发展改革委、自然资源部申报立项,自然资源部中国地质调查局负责具体组织实施,联合中国船舶集团等多家单位完成设计建造任务。该船于2020年5月完成初步设计,2021年11月启动建造,2024年10月完成综合海试。此外,还配套建设了全球储存能力最大的大洋钻探岩心库1处、高标准深水科考码头2处、多功能保障船1艘,将为“梦想”号运营提供有力保障。

    光明日报:“梦想”号!深海探测又添“国之重器”

    2024年11月17日,由我国自主设计建造的首艘大洋钻探船“梦想”号在广州正式入列,标志着我国深海探测关键技术装备取得重大突破。

    “梦想”号船长179.8米,宽32.8米,总吨33000,排水量42600吨,续航力15000海里,自持力120天,载员180人,全球海域无限航区,可在6级海况下正常作业、16级超强台风下安全生存,满足全球主要海域桥梁通行及码头停靠条件。该船采用“模块化”设计理念,攻克多项世界级技术难题,以“小吨位”实现“多功能”,国际首次创新集成大洋科学钻探、深海油气勘探和天然气水合物勘查试采等多种功能。经两轮海试验证,“梦想”号主要性能指标均优于设计要求,构建起我国自主的超深水钻探装备设计建造技术体系。

    “梦想”号钻采系统国际领先,联合研制了全球首台兼具油气勘探和岩心钻取功能的液压举升钻机,具备4种钻探模式和3种取心方式,可满足大洋钻探取心和深海资源勘探等不同作业需求,综合钻探效率、硬岩钻进能力大幅提升,最大钻深可达11000米,有望助力全球科学家实现“打穿地壳、进入地球深部”的科学梦想。

    “梦想”号科考实验功能和信息化水平国际领先,堪称海上移动的“国家实验室”。该船建有基础地质、古地磁、无机地化、有机地化、微生物、海洋科学、天然气水合物、地球物理、钻探技术等九大功能实验室,总面积超3000平方米,配置全球首套船载岩心自动传输存储系统,可满足海洋领域全学科研究需求。建成“船舶智慧大脑”,可实时汇聚分析2万余个监测点数据,实现作业智能监测、实验智能协同、健康智能保障、船岸智能融合。

    “梦想”号的入列,将为我国深海资源勘探、关键技术装备研发,以及全球科学家开展大洋科学钻探研究提供重大平台支撑,对加快建设海洋强国和科技强国,推动构建人类命运共同体具有重要意义。

    “梦想”号由国家发展改革委、自然资源部申报立项,自然资源部中国地质调查局负责具体组织实施,联合中国船舶集团等多家单位完成设计建造任务。该船于2020年5月完成初步设计,2021年11月启动建造,2024年10月完成综合试航。此外,还配套建设了全球储存能力最大的大洋钻探岩心库1处,高标准深水科考码头2处,多功能保障船1艘,将为“梦想”号运营提供有力保障。

    我国首艘大洋钻探船“梦想”号正式入列

    在喜迎党的97岁生日之际,李四光纪念馆与地调局地质力学所“京津冀协同发展区活动构造与区域地壳稳定性调查”项目组前往河北保定顺平县梁洁华希望学校,共同举办 “弘扬李四光精神与传播地学知识”科普巡展活动。顺平县是国家级贫困县,梁洁华中学是该县常庄村的一所希望学校。

    此次巡展活动是以习近平总书记的“精准扶贫”重要思想为指导,以办实事、重实效为原则,开展的一次弘扬爱国主义精神、传播科学技术知识的教育扶贫活动。李四光纪念馆为学校带去了李四光生平事迹展板共计62块,分别为:家境清贫、少年立志、学成归来、艰辛坎坷、烽火岁月、肩负重任、砥砺前行、鞠躬尽瘁、为人师表、美满家庭、精神永存。通过将“移动的博物馆”与中小学研学实践教育基地相结合,向学生们展示李四光的成长足迹和光辉一生。

    李四光纪念馆向学校赠送了地质科普图书《走进李四光纪念馆》和《珍惜能源资源》等科普宣传读物,鼓励同学们认真学习科学文化知识,培养自主创新意识,不断开拓视野,为祖国在新时代立于世界民族之林书写新的篇章。

    李四光纪念馆和项目组还为同学们举办了精彩的科普讲座。邹宗平女士以“李四光的故事”为题,讲述了青少年时期的李四光虽然家境贫寒,但他以矢志不渝的爱国热情,刻苦学习,在艰辛的科学道路上坚持真理、开拓创新,为报效祖国作出了卓越贡献。邹宗平女士引用孙中山在同盟会宣誓结束后对李四光说的话,鼓励同学们“努力向学,蔚为国用”。孙明乾博士结合项目组在学校内开展的地应力测量与监测情况,以“用力把握地球脉搏”为题,为师生们作了精彩的地学科普讲座,详细讲解了地震逃生常识。60余名中学生参与科普宣讲活动,在互动环节,同学们积极提问。学校对整个活动进行了录像,并在全校范围内进行宣传。

    活动结束后,李四光纪念馆、地质力学所“京津冀协同发展区活动构造与区域地壳稳定性调查”项目组与校方共同商议,计划与梁洁华希望中学建立起长期教育扶贫关系,将学校建设成为弘扬李四光纪精神的重要科普宣传基地之一。

    “弘扬李四光精神与传播地学知识”科普巡展活动顺利...

    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”

    近年来,科技创新已经成为推动区域经济转型升级的核心支撑要素。“十二五”期间,国土资源部把强化科技创新平台建设摆在实施创新驱动发展战略、建设创新型国土资源的突出位置,围绕节约集约利用资源和找矿突破战略行动需求,在矿产资源综合利用先进适用技术和数字地质调查理论技术方法研究与推广平台建设上,取得了较大的进展。

     

    技术推广平台让资源利用效率更高

     

    低品位、共伴生、难利用矿多是我国矿产资源的基本特点。新中国成立以来,我国在石油、天然气、煤炭、金属、化工等重要矿产采、选和综合利用方面,取得了一系列先进适用技术,但技术的转化率和普及率低。如何提高矿产资源的利用效率,增强保障能力,是近年来矿产资源管理的重大问题之一。

    因此,建立健全先进适用技术推广发布制度,分批发布矿产资源节约与综合利用先进适用技术,发挥其导向和示范作用尤为重要。据中国国土资源经济研究院相关人士介绍,先进适用技术不仅包含矿山开发利用的采、选、废弃物处置全流程的技术和装备,而且还涵盖矿山信息化建设等领域,汇集了当前适合我国矿产资源开发利用的先进技术。专家表示,先进适用技术推广平台建设,以企业和科研院所为基础,以提高矿产资源利用“三率”为核心,以网络为媒介,打通了矿山企业对先进适用技术信息获取的渠道,实现了“两个找到”,即让有需求的矿山找到先进技术,让先进技术找到适用矿山。

    ——建立先进适用技术推广发布制度。推广先进适用技术是提高矿产资源开采回采率、选矿回收率和综合利用率的关键环节。2012年,国土资源部印发了《关于推广先进适用技术提高矿产资源节约与综合利用水平的通知》(国土资发〔2012〕154号),明确了重点领域先进适用技术的推广工作,建立了先进适用技术推广发布制度,搭建宣传、交流和推广平台,并强化了推广先进技术的监督管理。

    ——建立科学规范的遴选机制。为确保能够评选出具有时代特色、符合形势需求,真正代表行业先进水平、具有影响力的先进技术,首先明确重点推荐范围,科学设定推荐条件,规范推荐评选程序,然后在各省(自治区、直辖市)国土资源主管部门和有关中央企业组织推荐基础上,组织国内各行业资深专家从创新性、先进性、适用性、成效显著性和推广可行性五方面进行评选。最后,对专家优选出的先进技术,在国土资源部门户网站公示,公开征求各省级国土资源主管部门和社会的意见,经部领导审定后公告发布。

    ——构建了分领域和环节的先进适用技术体系。2012~2015年,共发布四批210项矿产资源节约与综合利用先进适用技术,涵盖了能源、金属和非金属等各个领域的采矿、选矿及综合利用等开发利用环节。其中,油气类30项,包括特超稠油藏、致密砂岩气、低渗透油藏等高效开发技术;煤炭类45项,包含以矸换煤充填开采、煤层气抽采利用、保水开采、干法选煤等煤炭资源高效开采和清洁利用技术;金属类94项,包含低品位资源利用、尾砂充填、共伴生资源高效复选、高压辊磨机超细碎、尾液处理等技术;非金属矿产41项,包含低品位磷矿、固体钾盐、含铀硼铁矿等高效利用技术等。

    ——搭建先进适用技术推广信息共享平台。先进技术发布后,搭建推广信息平台,采取多种形式的宣传,力求推广效能达到最大。一是举办多场现场推广会或经验交流会,并利用国际矿业大会的平台,加强管理部门、科研院所、行业组织、矿山企业之间的交流,促进产、学、研平台建设。二是在媒体开设先进技术推广专栏,对先进技术进行全面介绍,扩大宣传面。三是在国土资源部门户网站开设先进技术信息共享平台,设立综合利用最新动态、通知公告、综合利用知识普及、政策法规、标准规范和先进技术介绍6个专栏,将先进技术信息及综合利用最新进展及时向社会发布。集中展现先进适用技术的推广政策、工作进展和先进典型,完整介绍推广技术的适用范围、技术参数和典型案例,实现矿山企业快速查询。

    ——建立先进适用技术激励约束机制。进一步明确政策支持措施,将先进技术作为先进技术推广应用示范矿山和国土资源节约集约模范县(市)创建的考核内容,并通过经济手段支持先进适用技术的应用。同时,强化监督管理,将先进适用技术推广工作与矿产资源开发利用监管、“三率”考核、矿山地质环境保护等工作紧密结合,鼓励和引导先进适用技术的应用,逐步淘汰落后技术和产能。

    专家表示,先进适用技术推广普及后,将极大提升我国资源利用效率和保障能力。国土资源部提供的资料显示,油气资源推广应用特超稠油藏、高含水油藏及低渗透油藏高效开采技术,预计可新增可采储量近27亿吨;煤炭资源推广应用充填开采、薄煤层机械化开采等技术后,预计可盘活我国煤炭资源140亿吨;金属矿产推广应用充填开采、矿石超细碎、低品位资源高效选矿及废弃物综合利用等技术,预计60亿吨难利用铁矿资源将得到有效利用;化工矿产推广应用低品位磷矿浮选和固体钾矿高效利用技术,预计将盘活我国低品位胶磷矿近17亿吨,盘活固体钾盐1.7亿吨。

     

    数字平台让地质调查工作更加便捷

     

    数字地质调查理论技术方法研究与推广应用是《中国地质调查局中长期发展规划纲要(2011~2015年)》和国土资源部《国土资源信息化“十二五” 规划》的重要内容之一。地质调查主流程信息化团队经过近8年的持续集成研发和推广应用,逐步形成了比较完整的地质矿产调查全流程数字化理论、技术方法和自主软件平台。

    据了解,自2008年开始,数字填图系统全面升级与扩展到数字地质调查系统,使数字地质调查系统贯穿整个地质矿产资源调查全过程,涵盖地质调查、地质填图与三维建模、矿产资源勘查、矿体模拟、品位估计、资源量估算、矿体三维建模、矿山开采系统优化等内容,并出版了《数字地质调查技术理论研究与应用实践》等5本专著。中国地质调查局发展研究中心提供的资料显示,2010年,我国数字地质调查系统开始进入新的发展阶段,形成了具有自主知识产权的数字地质调查GIS基础平台和智能数字地质调查系统,逐步实现了从数字化转向智能化、从2D走向3D的地质调查。初步形成了天地一体的野外地质调查工作、管理、安全保障和泛在服务模式。主要取得了以下九大突破性成果:

    ——创建了中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查到成果发布全过程无缝数字过程及理论方法。基于“3S”技术,创建了PRB粒度理论与技术方法、地质路线(PRB)双重三维建模技术、第三代地质图数据模型技术、不同阶段数据继承与数据流池技术、三级野外与室内数据综合一致性约束技术、不同阶段数据业务流程耦合三维模型技术、野外地质编录图件同步增量覆盖技术、地质调查DGSGIS中间件等综合技术方法和理论,开发了数字填图系统、探矿工程编录系统、数字地质调查综合平台、资源量估算与矿体三维建模系统。在中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查到成果发布全过程,实现了从野外数据采集到最终成果的数字化、信息化和部分智能化;并在保持全过程数据模型的一致性和继承性等体系方面,从体系架构上支持了地质矿产调查勘查全过程无缝数字过程,并在国内外同类软件系统保持领先水平。

    ——建立了覆盖基础地质调查和矿产调查过程的《固体矿产勘查数据库内容和结构》标准,把数据库建设流程与具体地质矿产勘查业务工作充分地融合在一起,形成新的工作模式。数据库基本内容涉及矿产地质填图、探矿工程、地球化学勘查、地球物理勘查、重砂测量、遥感地质调查、矿产检查、资源量估算、区域地质图与地质矿产图、成矿规律与矿产预测等综合研究等,涉及数据模型表格339个,约3499个数据项。首次对涉及的要素类、表、实体进行了统一表述,规范标准数据模型的统一描述,充分体现了数据库、数据字库、要素类、数据表的层次关系与结构。

    ——对PRB理论从二维向三维进行扩展和完善,创建了地质填图PRB双重三维构模技术,建立了浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术。通过对地质填图PRB核心技术从二维到三维的扩展研究,提出了地质填图PRB双重三维构模技术,实现了地质填图过程从二维到三维的提升。同时,通过地表地质调查数据,能够快速构建工作区初始三维地质模型,集成地表地质、地球物理、钻孔等数据,形成了“地质路线+ 轮廓线重构与变异函数+晶胞模型+块体模型”的浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术体系,并开发形成地质、地球物理、钻探多专业数据约束的三维地质建模工具。

    ——面向数字地质调查特点和需求,形成了智能化地质调查DGSGIS底层自主平台。针对数字地质调查应用的需求,强化地质调查业务流程数字无缝性,形成了桌面和移动的智能地质调查 DGSGIS平台。通过底层框架的独立性构建,使数字地质调查软件平台可以跨平台保持无缝连接。该软件平台开始对其他专业系统提供基础平台支撑,在地下水、地球物理、地球化学等领域以公益形式推广应用。

    ——建立了集成国内外主流资源储量估算方法与业务流程的地质矿产勘查从野外到矿产资源评价(靶区圈定)、资源储量估算及矿体三维建模一体化的软件体系。该成果创建了野外数据采集、成果综合、资源储量估算和矿体三维建模与表现的全过程信息化和数字流程,为资源量估算和矿体三维显示提供了有效工具和平台,与目前国内外市场同类软件相比,其最大的特点是计算机数字化流程与业务流程完全一致,从槽井坑钻野外数据采集到资源量计算和矿体三维显示无缝连接、零数据交换,使得在具体应用中,充分体现了提高效率和成果精度、节省大量人力和物力所带来的优势。

    ——建成了以北京、大区、省级三级体系组成的中国地质调查信息网格结点体系(分布全国 20个结点群),成为国内最大的行业网格之一。基于本体理论,按照资源聚合器标准规范,进行统一的数据描述与组织,提供统一的发现、集成整合与发布,数据量已达TB级。在整合公开地理信息资源基础上,通过地质调查信息空间和物理空间智能叠加,构建从地理空间向知识空间的地质调查智能空间平台,以多比例尺地质图数据、地质工作程度等200余种地质专题数据服务为中心,以“天地图”等地理信息为衬托,面向专业和非专业人士提供了主要由13个功能模块构成的 “5+1”服务模式工作流。通过各专业结点的特色服务,体现出具有高效性、及时性、易得性和多元化等时代特征的新一代地学信息服务模式。

    ——提出与发展了基于网格环境下海量数据空间分析与处理服务、多源空间数据集成应用、空间信息分布式协同计算等多项关键技术,为我国网格技术的应用实践提供了开创性示范实例。

    ——面向以大数据、云计算、智能感知服务、第四范式与泛在服务为特点的地质调查智能空间平台改造与升级。开展以智能感知、非结构化数据的挖掘和知识发现为核心的技术方法研究,初步构建地质调查智能空间平台原型系统,形成天地一体化地质调查、管理和智能服务体系雏形;以大数据技术为依托,初步形成智能地质调查非结构化数据发现与挖掘服务雏形,实现了地质大数据的一键式存储、组织、管理、快速检索与智能挖掘等。推进野外地质调查工作向智能流程的再造,为地质调查信息化流程提供后台支撑平台服务,创新地质调查方式和服务方式。

    ——与时俱进,把新一代信息技术融入数字地质调查体系,构建了智能地质调查体系,提供现代地质调查工作、管理与服务的新模式。基于大数据和云计算等新一代信息技术,把智能设备、北斗系统充分融入数字地质调查系统,集成开发了基于大数据技术和北斗卫星技术的应用数字地质调查系统,为构建“野外地质调查工作+管理+安全保障服务”的天地空一体化服务体系架构和模式奠定基础。

    ——创建了天地空野外地质调查工作现场管理调度、野外现场技术指导与专家会诊、艰苦地区安全保障服务一体化新模式,建立了多通信技术与网格技术的协同集成技术、适合“野外地质工作+管理+安全保障服务”的静动态北斗4级组网技术、野外地质调查安全保障主动服务技术。

    数字地质调查理论、技术方法与软件平台的应用为现代化野外地质工作各个环节提供了全方位技术支撑;创新了野外地质工作、管理和服务模式,推动了我国地质调查从数字化走向智能化和智慧化的快速发展,培养了一批跨学科的技术人才,取得了显著的社会效益。据了解,“数字地质调查系统”已在地质调查实际生产和许多矿业公司中全面应用。从2006年开始,成果已广泛应用于全国区域地质调查、矿产远景调查、矿产资源调查评价及危机矿山接替资源调查等专项及矿区勘探等领域。目前,成果推广应用单位超过1000家、人员超过15000人,涉及全国地质、冶金、有色、核工业、建材、化工、煤炭等行业部门、高校科研部门和国内大型矿业公司。创立的数字填图技术与方法已被多个大学列入本科生教学课程。

     

    数字地质调查理论技术方法与软件平台

    科技创新平台建设叫好又叫座

    近年来,科技创新已经成为推动区域经济转型升级的核心支撑要素。“十二五”期间,国土资源部把强化科技创新平台建设摆在实施创新驱动发展战略、建设创新型国土资源的突出位置,围绕节约集约利用资源和找矿突破战略行动需求,在矿产资源综合利用先进适用技术和数字地质调查理论技术方法研究与推广平台建设上,取得了较大的进展。

     

    技术推广平台让资源利用效率更高

     

    低品位、共伴生、难利用矿多是我国矿产资源的基本特点。新中国成立以来,我国在石油、天然气、煤炭、金属、化工等重要矿产采、选和综合利用方面,取得了一系列先进适用技术,但技术的转化率和普及率低。如何提高矿产资源的利用效率,增强保障能力,是近年来矿产资源管理的重大问题之一。

    因此,建立健全先进适用技术推广发布制度,分批发布矿产资源节约与综合利用先进适用技术,发挥其导向和示范作用尤为重要。据中国国土资源经济研究院相关人士介绍,先进适用技术不仅包含矿山开发利用的采、选、废弃物处置全流程的技术和装备,而且还涵盖矿山信息化建设等领域,汇集了当前适合我国矿产资源开发利用的先进技术。专家表示,先进适用技术推广平台建设,以企业和科研院所为基础,以提高矿产资源利用“三率”为核心,以网络为媒介,打通了矿山企业对先进适用技术信息获取的渠道,实现了“两个找到”,即让有需求的矿山找到先进技术,让先进技术找到适用矿山。

    ——建立先进适用技术推广发布制度。推广先进适用技术是提高矿产资源开采回采率、选矿回收率和综合利用率的关键环节。2012年,国土资源部印发了《关于推广先进适用技术提高矿产资源节约与综合利用水平的通知》(国土资发〔2012〕154号),明确了重点领域先进适用技术的推广工作,建立了先进适用技术推广发布制度,搭建宣传、交流和推广平台,并强化了推广先进技术的监督管理。

    ——建立科学规范的遴选机制。为确保能够评选出具有时代特色、符合形势需求,真正代表行业先进水平、具有影响力的先进技术,首先明确重点推荐范围,科学设定推荐条件,规范推荐评选程序,然后在各省(自治区、直辖市)国土资源主管部门和有关中央企业组织推荐基础上,组织国内各行业资深专家从创新性、先进性、适用性、成效显著性和推广可行性五方面进行评选。最后,对专家优选出的先进技术,在国土资源部门户网站公示,公开征求各省级国土资源主管部门和社会的意见,经部领导审定后公告发布。

    ——构建了分领域和环节的先进适用技术体系。2012~2015年,共发布四批210项矿产资源节约与综合利用先进适用技术,涵盖了能源、金属和非金属等各个领域的采矿、选矿及综合利用等开发利用环节。其中,油气类30项,包括特超稠油藏、致密砂岩气、低渗透油藏等高效开发技术;煤炭类45项,包含以矸换煤充填开采、煤层气抽采利用、保水开采、干法选煤等煤炭资源高效开采和清洁利用技术;金属类94项,包含低品位资源利用、尾砂充填、共伴生资源高效复选、高压辊磨机超细碎、尾液处理等技术;非金属矿产41项,包含低品位磷矿、固体钾盐、含铀硼铁矿等高效利用技术等。

    ——搭建先进适用技术推广信息共享平台。先进技术发布后,搭建推广信息平台,采取多种形式的宣传,力求推广效能达到最大。一是举办多场现场推广会或经验交流会,并利用国际矿业大会的平台,加强管理部门、科研院所、行业组织、矿山企业之间的交流,促进产、学、研平台建设。二是在媒体开设先进技术推广专栏,对先进技术进行全面介绍,扩大宣传面。三是在国土资源部门户网站开设先进技术信息共享平台,设立综合利用最新动态、通知公告、综合利用知识普及、政策法规、标准规范和先进技术介绍6个专栏,将先进技术信息及综合利用最新进展及时向社会发布。集中展现先进适用技术的推广政策、工作进展和先进典型,完整介绍推广技术的适用范围、技术参数和典型案例,实现矿山企业快速查询。

    ——建立先进适用技术激励约束机制。进一步明确政策支持措施,将先进技术作为先进技术推广应用示范矿山和国土资源节约集约模范县(市)创建的考核内容,并通过经济手段支持先进适用技术的应用。同时,强化监督管理,将先进适用技术推广工作与矿产资源开发利用监管、“三率”考核、矿山地质环境保护等工作紧密结合,鼓励和引导先进适用技术的应用,逐步淘汰落后技术和产能。

    专家表示,先进适用技术推广普及后,将极大提升我国资源利用效率和保障能力。国土资源部提供的资料显示,油气资源推广应用特超稠油藏、高含水油藏及低渗透油藏高效开采技术,预计可新增可采储量近27亿吨;煤炭资源推广应用充填开采、薄煤层机械化开采等技术后,预计可盘活我国煤炭资源140亿吨;金属矿产推广应用充填开采、矿石超细碎、低品位资源高效选矿及废弃物综合利用等技术,预计60亿吨难利用铁矿资源将得到有效利用;化工矿产推广应用低品位磷矿浮选和固体钾矿高效利用技术,预计将盘活我国低品位胶磷矿近17亿吨,盘活固体钾盐1.7亿吨。

     

    数字平台让地质调查工作更加便捷

     

    数字地质调查理论技术方法研究与推广应用是《中国地质调查局中长期发展规划纲要(2011~2015年)》和国土资源部《国土资源信息化“十二五” 规划》的重要内容之一。地质调查主流程信息化团队经过近8年的持续集成研发和推广应用,逐步形成了比较完整的地质矿产调查全流程数字化理论、技术方法和自主软件平台。

    据了解,自2008年开始,数字填图系统全面升级与扩展到数字地质调查系统,使数字地质调查系统贯穿整个地质矿产资源调查全过程,涵盖地质调查、地质填图与三维建模、矿产资源勘查、矿体模拟、品位估计、资源量估算、矿体三维建模、矿山开采系统优化等内容,并出版了《数字地质调查技术理论研究与应用实践》等5本专著。中国地质调查局发展研究中心提供的资料显示,2010年,我国数字地质调查系统开始进入新的发展阶段,形成了具有自主知识产权的数字地质调查GIS基础平台和智能数字地质调查系统,逐步实现了从数字化转向智能化、从2D走向3D的地质调查。初步形成了天地一体的野外地质调查工作、管理、安全保障和泛在服务模式。主要取得了以下九大突破性成果:

    ——创建了中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查到成果发布全过程无缝数字过程及理论方法。基于“3S”技术,创建了PRB粒度理论与技术方法、地质路线(PRB)双重三维建模技术、第三代地质图数据模型技术、不同阶段数据继承与数据流池技术、三级野外与室内数据综合一致性约束技术、不同阶段数据业务流程耦合三维模型技术、野外地质编录图件同步增量覆盖技术、地质调查DGSGIS中间件等综合技术方法和理论,开发了数字填图系统、探矿工程编录系统、数字地质调查综合平台、资源量估算与矿体三维建模系统。在中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查到成果发布全过程,实现了从野外数据采集到最终成果的数字化、信息化和部分智能化;并在保持全过程数据模型的一致性和继承性等体系方面,从体系架构上支持了地质矿产调查勘查全过程无缝数字过程,并在国内外同类软件系统保持领先水平。

    ——建立了覆盖基础地质调查和矿产调查过程的《固体矿产勘查数据库内容和结构》标准,把数据库建设流程与具体地质矿产勘查业务工作充分地融合在一起,形成新的工作模式。数据库基本内容涉及矿产地质填图、探矿工程、地球化学勘查、地球物理勘查、重砂测量、遥感地质调查、矿产检查、资源量估算、区域地质图与地质矿产图、成矿规律与矿产预测等综合研究等,涉及数据模型表格339个,约3499个数据项。首次对涉及的要素类、表、实体进行了统一表述,规范标准数据模型的统一描述,充分体现了数据库、数据字库、要素类、数据表的层次关系与结构。

    ——对PRB理论从二维向三维进行扩展和完善,创建了地质填图PRB双重三维构模技术,建立了浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术。通过对地质填图PRB核心技术从二维到三维的扩展研究,提出了地质填图PRB双重三维构模技术,实现了地质填图过程从二维到三维的提升。同时,通过地表地质调查数据,能够快速构建工作区初始三维地质模型,集成地表地质、地球物理、钻孔等数据,形成了“地质路线+ 轮廓线重构与变异函数+晶胞模型+块体模型”的浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术体系,并开发形成地质、地球物理、钻探多专业数据约束的三维地质建模工具。

    ——面向数字地质调查特点和需求,形成了智能化地质调查DGSGIS底层自主平台。针对数字地质调查应用的需求,强化地质调查业务流程数字无缝性,形成了桌面和移动的智能地质调查 DGSGIS平台。通过底层框架的独立性构建,使数字地质调查软件平台可以跨平台保持无缝连接。该软件平台开始对其他专业系统提供基础平台支撑,在地下水、地球物理、地球化学等领域以公益形式推广应用。

    ——建立了集成国内外主流资源储量估算方法与业务流程的地质矿产勘查从野外到矿产资源评价(靶区圈定)、资源储量估算及矿体三维建模一体化的软件体系。该成果创建了野外数据采集、成果综合、资源储量估算和矿体三维建模与表现的全过程信息化和数字流程,为资源量估算和矿体三维显示提供了有效工具和平台,与目前国内外市场同类软件相比,其最大的特点是计算机数字化流程与业务流程完全一致,从槽井坑钻野外数据采集到资源量计算和矿体三维显示无缝连接、零数据交换,使得在具体应用中,充分体现了提高效率和成果精度、节省大量人力和物力所带来的优势。

    ——建成了以北京、大区、省级三级体系组成的中国地质调查信息网格结点体系(分布全国 20个结点群),成为国内最大的行业网格之一。基于本体理论,按照资源聚合器标准规范,进行统一的数据描述与组织,提供统一的发现、集成整合与发布,数据量已达TB级。在整合公开地理信息资源基础上,通过地质调查信息空间和物理空间智能叠加,构建从地理空间向知识空间的地质调查智能空间平台,以多比例尺地质图数据、地质工作程度等200余种地质专题数据服务为中心,以“天地图”等地理信息为衬托,面向专业和非专业人士提供了主要由13个功能模块构成的 “5+1”服务模式工作流。通过各专业结点的特色服务,体现出具有高效性、及时性、易得性和多元化等时代特征的新一代地学信息服务模式。

    ——提出与发展了基于网格环境下海量数据空间分析与处理服务、多源空间数据集成应用、空间信息分布式协同计算等多项关键技术,为我国网格技术的应用实践提供了开创性示范实例。

    ——面向以大数据、云计算、智能感知服务、第四范式与泛在服务为特点的地质调查智能空间平台改造与升级。开展以智能感知、非结构化数据的挖掘和知识发现为核心的技术方法研究,初步构建地质调查智能空间平台原型系统,形成天地一体化地质调查、管理和智能服务体系雏形;以大数据技术为依托,初步形成智能地质调查非结构化数据发现与挖掘服务雏形,实现了地质大数据的一键式存储、组织、管理、快速检索与智能挖掘等。推进野外地质调查工作向智能流程的再造,为地质调查信息化流程提供后台支撑平台服务,创新地质调查方式和服务方式。

    ——与时俱进,把新一代信息技术融入数字地质调查体系,构建了智能地质调查体系,提供现代地质调查工作、管理与服务的新模式。基于大数据和云计算等新一代信息技术,把智能设备、北斗系统充分融入数字地质调查系统,集成开发了基于大数据技术和北斗卫星技术的应用数字地质调查系统,为构建“野外地质调查工作+管理+安全保障服务”的天地空一体化服务体系架构和模式奠定基础。

    ——创建了天地空野外地质调查工作现场管理调度、野外现场技术指导与专家会诊、艰苦地区安全保障服务一体化新模式,建立了多通信技术与网格技术的协同集成技术、适合“野外地质工作+管理+安全保障服务”的静动态北斗4级组网技术、野外地质调查安全保障主动服务技术。

    数字地质调查理论、技术方法与软件平台的应用为现代化野外地质工作各个环节提供了全方位技术支撑;创新了野外地质工作、管理和服务模式,推动了我国地质调查从数字化走向智能化和智慧化的快速发展,培养了一批跨学科的技术人才,取得了显著的社会效益。据了解,“数字地质调查系统”已在地质调查实际生产和许多矿业公司中全面应用。从2006年开始,成果已广泛应用于全国区域地质调查、矿产远景调查、矿产资源调查评价及危机矿山接替资源调查等专项及矿区勘探等领域。目前,成果推广应用单位超过1000家、人员超过15000人,涉及全国地质、冶金、有色、核工业、建材、化工、煤炭等行业部门、高校科研部门和国内大型矿业公司。创立的数字填图技术与方法已被多个大学列入本科生教学课程。

     

    数字地质调查理论技术方法与软件平台

    科技创新平台建设叫好又叫座

      

    野外考察合影

      

    第三届IGCP-649蛇绿岩研讨会上,古巴地质学会主席致欢迎词

      

    参观莫阿矿业大学标本博物馆

      

    加勒比地区板块构造简图

      

    古巴地质简图

     

    对中国而言,什么国家距离无比远、心却相当近?古巴!这样的答案当然是基于有段时间的文化历史记忆。可是地质学家的考虑另有角度。

    2017年4月3日~4月14日,由中国地质调查局地质研究所地幔研究中心承担的国际地球科学研究计划“金刚石与地幔再循环”项目(IGCP-649)在古巴举办了第三届蛇绿岩国际研讨会。

    来自中国、美国、德国、加拿大、俄罗斯、土耳其、埃及和古巴及其周边国家近百名科学家参会,包括中国地质调查局地质研究所、北京大学、吉林大学、中国地质大学(武汉)和香港大学的24名中国代表团参会并组织了蛇绿岩及铬铁矿的野外考察。

    不久前,记者专访了本次会议主席、IGCP-649项目首席、中国地质科学院研究员杨经绥。他说,这次的地学合作活动,如同完成了与古巴地质的约定。

    1 第三届会议选择古巴当然是从全球对比研究的考虑

    记者:为什么要选择在古巴开这个会议?

    杨经绥:IGCP-649项目《金刚石与地幔再循环》是国际地科联和联合国教科文组织批准的一项全球性的地学研究计划(2015~2019)。项目的目标是从全球范围开展不同造山带中蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中超高压—强还原伴生矿物(如金刚石等深部矿物)的研究,探讨大洋岩石圈地幔中深部地幔矿物的形成和碳的起源等新的科学问题,并由此探讨地幔的演化规律和蛇绿岩侵位期间发生在板块边缘的动力学过程。

    这项研究每年都要选择具有重要地学研究意义的地区,举办一次研讨会和野外考察,一方面是为了交流已取得的学术成果,另一方面也是为了更好地进行下一步的科学研究。第一届和第二届会议分别在中国和塞浦路斯举行,因为我国祁连山蛇绿岩非常经典,塞浦路斯有全球最发育和保留最好蛇绿岩。

    第三届会议选择古巴当然也是从全球对比研究的角度考虑。古巴位于加勒比海西北部,地质构造上属于南、北美洲大陆之间的连接。古巴的蛇绿岩和铬铁矿很发育,其蛇绿岩作为古洋壳,记录了南美洲板块和北美洲板块的汇聚和增生历史,是认识全球板块运动的重要组成部分。古巴的特殊之处还在于,同一蛇绿岩中发育高铝和高铬两类不同的铬铁矿。这在中国没有发现,全球也很少见,仅阿尔巴尼亚和菲律宾等地有过报道,前者属特提斯洋西段,后者属环太平洋带,且研究程度都很低。我们已经在开展阿尔巴尼亚的两类铬铁矿研究。古巴的样品得天独厚,我们要从中寻找金刚石等深部矿物,探讨铬铁矿的成因和深地幔作用。

    记者:古巴与我国地质情况有什么异同?

    杨经绥:古巴位于一条极其重要和十分特殊的板块缝合带。缝合带中有大量的蛇绿岩和榴辉岩等高压变质岩石,它们是古洋壳的残留,记录了洋盆的形成和闭合的复杂历史。尤其规模巨大的蛇绿岩地幔岩中产出许多不同类型的铬铁矿床,这些矿床具有重要工业价值,曾经为第二次世界大战的反法西斯胜利作出过贡献。

    中国大陆上发育多条不同地质时期的板块缝合带,从全球角度来看,也是十分丰富多彩、得天独厚。位于我国西藏的雅鲁藏布江缝合带,是印度大陆和欧亚大陆之间的界线,板块缝合带中蛇绿岩发育,地幔橄榄岩规模巨大,并产有我国最大的罗布莎铬铁矿床,与古巴的缝合带存在可比性。此前我们已经在罗布莎铬铁矿和雅鲁藏布江的多处地幔橄榄岩中找到了金刚石等深部矿物,如今我们十分期待古巴蛇绿岩的研究结果及其意义何在。

    中国中部的秦岭—大别—苏鲁造山带,记录了我国南、北两大板块的汇聚历史,与古巴蛇绿岩代表的板块缝合带有可比之处,但由于我们的造山带经历了早古生代和中生代两期板块俯冲碰撞,区别还是存在的。

    记者:这次会议的重要成果有哪些?

    杨经绥:中国多部门构成的20多位科学家来到古巴和他们交流地学,这还是首次。我觉得很成功。会议宣讲了各国科学家的最新研究成果,扩大了交流,也让国际同行认识和了解了改革开放后中国地质者的风采和水平。我们顺利完成古巴蛇绿岩和铬铁矿野外考察,取得一批珍贵的样品。这些样品将运回国进一步开展研究。与此同时,我们还与古巴地质调查局、古巴莫阿矿业大学建立了合作关系,开启了新的中古地学合作模式。

    2 尽管古巴不属于”一带一路”沿线国家,但与中国在很多方面有相似或共同之处,先天有合作基因

    记者:从古巴归来,您有什么体会?

    杨经绥:我国上世纪80年代之前,曾经是一个被封闭了30年的国家,与外界的交往十分有限。古巴也有类似的经历。记得上世纪80年代,国际上研究蛇绿岩和板块构造早已如火如荼。当法国人来到雅鲁藏布江边,指着地下石头说这就是“蛇绿岩”时,我们才恍然大悟,但为时已晚,法国人在全球最好的《自然》杂志,发表了雅鲁藏布江蛇绿岩的专辑。

    古巴的“被封闭”,也对地学研究产生了一定影响。由于条件的限制,古巴的地质研究以及铬铁矿、镍、铁、钴等金属资源的勘探和开采还有很大研究发展空间。我国政府提出的“一带一路”倡议,鼓励我国科研人员走出去,积极发展与沿线国家的经济合作伙伴关系。虽然古巴不属于”一带一路”沿线国家,但由于相同和相似性,两国的地质研究,包括地质矿产和基础地质调查等,都有广泛合作前景。目前,古巴规模巨大的蛇绿岩地幔橄榄岩中已经发现大量的铬铁矿点和矿体,具有很大的找矿空间和潜力。

    记者:我们与古巴地质人交流多吗?

    杨经绥:外界地质学家很少能够得到许可来古巴开展工作。举办像我们这样的全球国际会议也很少见,此次20余中国地质学家的集体到访,在古巴属第一次。所以无论古巴地质学会,还是地质调查局和大学,对我们的参会都十分重视,也十分友好,不仅派人参加我们的会议和野外考察,还邀请我们作报告,访问他们的研究所和大学,洽谈合作。

    这次会议以及会后考察能够顺利完成,离不开古巴能源矿产部、古巴地质学会、古巴地质调查局和莫阿矿业大学的相关领导的大力支持和帮助。会议期间,这些机构的相关领导和我们代表团等部分代表举行了交流座谈会,双方就古巴境内的蛇绿岩铬铁矿及其他贵金属资源的勘查与研究进行深入交流并达成了合作意向。会后考察,古巴方相继派出8名懂英语、长期在这些区域做研究的地质研究者带领我们完成考察工作。期间,我们与古巴不同的人多有接触和交流,感觉他们十分友好。尤其两个主要野外向导给我们留下了难忘的印象。

    一个是50岁左右的女地质学家伊莎贝尔。除了母语西班牙语,伊莎贝尔能讲一口流利的俄语和英语。她是古巴地质调查局的研究人员,也是整个会议和野外考察的组织者和领队。话语不多,却任劳任怨为大家服务,各项安排有条不紊,细心照顾到每个人。休息时,她会翻出手机上儿子的照片与我们分享亲情。

    野外向导名字叫瓦多,年近70岁,古巴地质调查局的研究人员,也是长年野外地质的高手。每次带队他都走在前面,返回时走在最后。因为线路熟,瓦多总爱带我们走近路。道路艰难时,我们乘坐的前苏联越野炮车在芦苇荡中前行,车两侧的芦苇比车还高。有些行程需要走7~8公里山路,但他总是神采奕奕。和很多中国的老专家一样,瓦多也是在前苏联大学地质专业副博士毕业。老先生获得过许多荣誉,但他最骄傲的奖品是古巴政府奖励的一辆中国产的“永久牌”自行车,他认为那是质量最好的自行车,至今伴随他出行。

    3 中国目前在蛇绿岩铬铁矿的研究上处于国际领先地位,由于我们的工作,带动了多国科研人员参与合作研究

    记者:对于下一步的蛇绿岩研究,您有什么打算?

    杨经绥:基于这些年我们团队在西藏等地的蛇绿岩地幔橄榄岩和豆荚状铬铁矿中发现金刚石和深地幔矿物,我们提出一个新的研究思路,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,我们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,包括这次古巴。

    古巴期间,我们采集了近3吨的古巴蛇绿岩的珍贵岩石和铬铁矿样品。运用现代高科技分析测试手段,相信它们不仅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,指导铬铁矿的进一步找矿。

    我们计划明年去澳大利亚和新加里多尼亚举办研讨会并野外调查取样。该地区产出从太平洋仰冲上来的很新的地幔橄榄岩和铬铁矿,我们将首次取得南太平洋小岛上的铬铁矿,我们十分期待,来自地球南半球的样品会给我们带来什么样的惊喜和另一半地球的奥秘。

    记者:我国相关研究在这个领域处在什么位置?

    杨经绥: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,研究壳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研究,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,取回了不少样品,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的指导。

    总的来说,我们国家在这个领域的研究处于相对领先的位置。但科学总是在进步,接下来还需要国内年轻的地质研究者更加努力,争取在领先的位置上站稳脚。

    延伸阅读

    古巴是一个狭窄的岛国,国土面积只有11万平方千米,但从地理上看,它是南、北美洲大陆之间的连接,从地质上看,它处在北美洲、南美洲和加勒比三个板块的接合部,是一条极其重要和十分特殊的板块缝合带。缝合带中有大量的蛇绿岩和榴辉岩等高压变质岩石,是古洋壳的残留,记录了三个板块之间洋盆的形成和闭合的复杂历史,板块俯冲和火山弧的生长过程。

    自三叠世起,古巴经历了复杂多阶段的构造演化。晚三叠世以来,泛大陆裂解,侏罗纪时期北美板块及南美板块逐渐分离,古加勒比海槽张开。早白垩世,太平洋板块开始向美洲板块俯冲,古加勒比弧形成于太平洋板块东缘与古加勒比海槽连接处。白垩纪时期加勒比板块形成于太平洋地区,随着加勒比板块的逐渐扩张,古加勒比弧开始逐渐向东北方向移动。晚白垩世时期,中美洲火山岛弧开始发育, 加勒比板块与太平洋板块分离,成为一个独立的构造单元,并受到太平洋板块的挤压开始向东北方向移动。加勒比板块在东北向移动的过程中逐渐与北美板块和南美板块碰撞拼合, 最终形成现今的构造样式。古巴群岛作为加勒比板块北缘的重要组成部分, 于中生代晚期至新生代早期, 受到加勒比板块与北美板块碰撞作用的影响,在这个过程中进行了拼合, 逐渐形成现今的格局。

    古巴大安第列斯群岛在加勒比板块的北部边缘,为一条由洋壳蛇绿岩、洋内火山岩以及大陆沉积组成的造山带。该造山带属于北美和加勒比板块的碎片,是一系列复杂的洋壳增生、变质,连续的火山弧生长,以及洋壳残片侵位的结果。蛇绿岩主要出露于古巴北部,形成古巴北部蛇绿岩带,东西向延伸长达1000千米。

    和古巴地质有个约定

    “雪鹰601”固定翼飞机 新华社发

    “海洋六号”科考船 马强摄 光明图片/视觉中国

    2月初,来自中国的“海洋六号”科考船完成了它的南极“首秀”,离开南极附近海域。而在南极中山站,“雪鹰601”飞机也已开始了它的正式业务化运行,中国科考队的考察空间因此拓展到南极上空。正如第33次中国南极科考临时党委书记、领队孙波所言,“本次科考开启了中国南极海陆空立体化协同考察的新纪元”。

    中国南极科考结束“单船”时代

    从1984年11月我国首次开展南极考察至今,共有“向阳红10号”“J121号”“海洋四号”“极地号”“雪龙号”等科考船相继担任极地科考任务。目前正在执行任务的“雪龙号”是我国第三代极地破冰船和科学考察船,也是我国最大的、唯一能在极地破冰前行的考察船,更是我国进行极区科学考察的唯一一艘功能齐全的破冰船。多年来,单船考察一直是我国极地科考的常态。

    在本次科考中,由我国自主研发建造的综合地质地球物理调查船“海洋六号”于去年12月正式加入了科考队列,与“雪龙号”并肩作战。这是自1990年我国首次南极南大洋综合地质地球物理调查后,第二次南极海域综合地质地球物理科学考察。“海洋六号”本次创下多项第一,实现了我国首次在南极海域开展大范围、全方位、立体式的海底地形地貌“摸底”建模工作,第一次通过实测获得南极海底地热流数据,通过多波束测量方式第一次获得了南极海域海底资料。

    未来,我国南极科考单船突进的模式将为多船配合所取代——我国第一艘自主建造的极地科考破冰船已于2016年年末开建,并将于2019年投入使用。中国极地研究中心党委书记袁绍宏透露,新船将与“雪龙号”一起,初步形成我国的极地科学考察船队。今后“雪龙号”将以后勤保障支撑为主,兼顾走航综合观测调查和数据采样;新船将以极区海洋科考调查作业为主,“届时将大幅提升我国极地科考研究能力”。

    “雪鹰601”实现南极科考的航空突破

    2017年1月8日,中国首架极地固定翼飞机“雪鹰601”成功降落南极冰盖之巅,并从昆仑站极寒环境下起飞返航。孙波认为,这实现了三大突破:一是成功实现该类飞机首次降落冰盖最高区域冰穹A,这在国际南极航空史上具有里程碑意义。二是成功降落昆仑站,彻底告别我国南极内陆野外考察没有空中力量支撑的历史。三是“雪鹰601”作为高效科研和保障平台的作用进一步加强,为我国在南极开展空中考察积累了经验,建立了一套完整的标准体系。

    此后,“雪鹰601”搭载全套科研设备再次起飞,正式进入业务化应用阶段,我国南极科考的“航空时代”由此来临。为满足科考需求,“雪鹰601”专门进行了科研改装,搭载了探测冰雷达、航空磁力计、航空重力仪、航空摄像机、激光高度计和高精度差分GPS等设备,俨然一个移动的空中实验室,它从2015年以来为中国南极科考服务已催生多项成果。

    中国第33次南极科考队副领队张体军表示,中国的南极航空保障能力已覆盖至南极洲东部冰盖最高点,未来以昆仑站为作业基地,向更广南极内陆腹地开展航空科研调查将成为可能。

    南极内陆考察钻取深冰芯突破800米

    从1984年首次南极科考算起,我国已经迈入南极33年,在南极大陆上相继建成长城站、中山站、泰山站、昆仑站四站,跻身南极考察大国之列。其中,昆仑站位于南极内陆冰盖最高点冰穹A西南方向约7.3公里处,是南极地区海拔最高、自然条件最恶劣的科考站之一,这里也是我国南极科考内陆考察的重点区域。

    据孙波介绍,今年昆仑站科研人员开展了全面的科研工作,科考内容涵盖了历次南极考察的全部学科。其中的首要工作,就是完成了深冰芯钻探科学工程的现场实施。考察队本工作季完成深冰芯钻探66回次,钻进深度达到146.21米,并获取相应冰芯样品。目前总钻进深度突破800米,在现场工作中积累了大量的复杂冰层钻进经验,总结了更为丰富的复杂工况钻进参数优化组合。所获取的深冰芯具有高保真性,记录了气候环境演化规律的重要参考指标,这对于了解过去的气候变化、认知当前地球气候阶段并预测未来趋势,都具有重要意义。

    由此,中国南极科考迈入了立体化时代,国家海洋局极地考察办公室主任秦为稼表示,极地考察空间和范围不断扩展,有效增强了我国在极地的实质性存在,在恶劣环境下可随时抵达南极大陆任何区域开展考察和研究作业能力,将成为未来发展的目标。

    《光明日报》( 2017年02月12日 01版)

    我南极科考迈入海陆空立体化时代

    近年来,科技创新已经成为推动区域经济转型升级的核心支撑要素。“十二五”期间,国土资源部把强化科技创新平台建设摆在实施创新驱动发展战略、建设创新型国土资源的突出位置,围绕节约集约利用资源和找矿突破战略行动需求,在矿产资源综合利用先进适用技术和数字地质调查理论技术方法研究与推广平台建设上,取得了较大的进展。

     

    技术推广平台让资源利用效率更高

     

    低品位、共伴生、难利用矿多是我国矿产资源的基本特点。新中国成立以来,我国在石油、天然气、煤炭、金属、化工等重要矿产采、选和综合利用方面,取得了一系列先进适用技术,但技术的转化率和普及率低。如何提高矿产资源的利用效率,增强保障能力,是近年来矿产资源管理的重大问题之一。

    因此,建立健全先进适用技术推广发布制度,分批发布矿产资源节约与综合利用先进适用技术,发挥其导向和示范作用尤为重要。据中国国土资源经济研究院相关人士介绍,先进适用技术不仅包含矿山开发利用的采、选、废弃物处置全流程的技术和装备,而且还涵盖矿山信息化建设等领域,汇集了当前适合我国矿产资源开发利用的先进技术。专家表示,先进适用技术推广平台建设,以企业和科研院所为基础,以提高矿产资源利用“三率”为核心,以网络为媒介,打通了矿山企业对先进适用技术信息获取的渠道,实现了“两个找到”,即让有需求的矿山找到先进技术,让先进技术找到适用矿山。

    ——建立先进适用技术推广发布制度。推广先进适用技术是提高矿产资源开采回采率、选矿回收率和综合利用率的关键环节。2012年,国土资源部印发了《关于推广先进适用技术提高矿产资源节约与综合利用水平的通知》(国土资发〔2012〕154号),明确了重点领域先进适用技术的推广工作,建立了先进适用技术推广发布制度,搭建宣传、交流和推广平台,并强化了推广先进技术的监督管理。

    ——建立科学规范的遴选机制。为确保能够评选出具有时代特色、符合形势需求,真正代表行业先进水平、具有影响力的先进技术,首先明确重点推荐范围,科学设定推荐条件,规范推荐评选程序,然后在各省(自治区、直辖市)国土资源主管部门和有关中央企业组织推荐基础上,组织国内各行业资深专家从创新性、先进性、适用性、成效显著性和推广可行性五方面进行评选。最后,对专家优选出的先进技术,在国土资源部门户网站公示,公开征求各省级国土资源主管部门和社会的意见,经部领导审定后公告发布。

    ——构建了分领域和环节的先进适用技术体系。2012~2015年,共发布四批210项矿产资源节约与综合利用先进适用技术,涵盖了能源、金属和非金属等各个领域的采矿、选矿及综合利用等开发利用环节。其中,油气类30项,包括特超稠油藏、致密砂岩气、低渗透油藏等高效开发技术;煤炭类45项,包含以矸换煤充填开采、煤层气抽采利用、保水开采、干法选煤等煤炭资源高效开采和清洁利用技术;金属类94项,包含低品位资源利用、尾砂充填、共伴生资源高效复选、高压辊磨机超细碎、尾液处理等技术;非金属矿产41项,包含低品位磷矿、固体钾盐、含铀硼铁矿等高效利用技术等。

    ——搭建先进适用技术推广信息共享平台。先进技术发布后,搭建推广信息平台,采取多种形式的宣传,力求推广效能达到最大。一是举办多场现场推广会或经验交流会,并利用国际矿业大会的平台,加强管理部门、科研院所、行业组织、矿山企业之间的交流,促进产、学、研平台建设。二是在媒体开设先进技术推广专栏,对先进技术进行全面介绍,扩大宣传面。三是在国土资源部门户网站开设先进技术信息共享平台,设立综合利用最新动态、通知公告、综合利用知识普及、政策法规、标准规范和先进技术介绍6个专栏,将先进技术信息及综合利用最新进展及时向社会发布。集中展现先进适用技术的推广政策、工作进展和先进典型,完整介绍推广技术的适用范围、技术参数和典型案例,实现矿山企业快速查询。

    ——建立先进适用技术激励约束机制。进一步明确政策支持措施,将先进技术作为先进技术推广应用示范矿山和国土资源节约集约模范县(市)创建的考核内容,并通过经济手段支持先进适用技术的应用。同时,强化监督管理,将先进适用技术推广工作与矿产资源开发利用监管、“三率”考核、矿山地质环境保护等工作紧密结合,鼓励和引导先进适用技术的应用,逐步淘汰落后技术和产能。

    专家表示,先进适用技术推广普及后,将极大提升我国资源利用效率和保障能力。国土资源部提供的资料显示,油气资源推广应用特超稠油藏、高含水油藏及低渗透油藏高效开采技术,预计可新增可采储量近27亿吨;煤炭资源推广应用充填开采、薄煤层机械化开采等技术后,预计可盘活我国煤炭资源140亿吨;金属矿产推广应用充填开采、矿石超细碎、低品位资源高效选矿及废弃物综合利用等技术,预计60亿吨难利用铁矿资源将得到有效利用;化工矿产推广应用低品位磷矿浮选和固体钾矿高效利用技术,预计将盘活我国低品位胶磷矿近17亿吨,盘活固体钾盐1.7亿吨。

     

    数字平台让地质调查工作更加便捷

     

    数字地质调查理论技术方法研究与推广应用是《中国地质调查局中长期发展规划纲要(2011~2015年)》和国土资源部《国土资源信息化“十二五” 规划》的重要内容之一。地质调查主流程信息化团队经过近8年的持续集成研发和推广应用,逐步形成了比较完整的地质矿产调查全流程数字化理论、技术方法和自主软件平台。

    据了解,自2008年开始,数字填图系统全面升级与扩展到数字地质调查系统,使数字地质调查系统贯穿整个地质矿产资源调查全过程,涵盖地质调查、地质填图与三维建模、矿产资源勘查、矿体模拟、品位估计、资源量估算、矿体三维建模、矿山开采系统优化等内容,并出版了《数字地质调查技术理论研究与应用实践》等5本专著。中国地质调查局发展研究中心提供的资料显示,2010年,我国数字地质调查系统开始进入新的发展阶段,形成了具有自主知识产权的数字地质调查GIS基础平台和智能数字地质调查系统,逐步实现了从数字化转向智能化、从2D走向3D的地质调查。初步形成了天地一体的野外地质调查工作、管理、安全保障和泛在服务模式。主要取得了以下九大突破性成果:

    ——创建了中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查到成果发布全过程无缝数字过程及理论方法。基于“3S”技术,创建了PRB粒度理论与技术方法、地质路线(PRB)双重三维建模技术、第三代地质图数据模型技术、不同阶段数据继承与数据流池技术、三级野外与室内数据综合一致性约束技术、不同阶段数据业务流程耦合三维模型技术、野外地质编录图件同步增量覆盖技术、地质调查DGSGIS中间件等综合技术方法和理论,开发了数字填图系统、探矿工程编录系统、数字地质调查综合平台、资源量估算与矿体三维建模系统。在中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查到成果发布全过程,实现了从野外数据采集到最终成果的数字化、信息化和部分智能化;并在保持全过程数据模型的一致性和继承性等体系方面,从体系架构上支持了地质矿产调查勘查全过程无缝数字过程,并在国内外同类软件系统保持领先水平。

    ——建立了覆盖基础地质调查和矿产调查过程的《固体矿产勘查数据库内容和结构》标准,把数据库建设流程与具体地质矿产勘查业务工作充分地融合在一起,形成新的工作模式。数据库基本内容涉及矿产地质填图、探矿工程、地球化学勘查、地球物理勘查、重砂测量、遥感地质调查、矿产检查、资源量估算、区域地质图与地质矿产图、成矿规律与矿产预测等综合研究等,涉及数据模型表格339个,约3499个数据项。首次对涉及的要素类、表、实体进行了统一表述,规范标准数据模型的统一描述,充分体现了数据库、数据字库、要素类、数据表的层次关系与结构。

    ——对PRB理论从二维向三维进行扩展和完善,创建了地质填图PRB双重三维构模技术,建立了浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术。通过对地质填图PRB核心技术从二维到三维的扩展研究,提出了地质填图PRB双重三维构模技术,实现了地质填图过程从二维到三维的提升。同时,通过地表地质调查数据,能够快速构建工作区初始三维地质模型,集成地表地质、地球物理、钻孔等数据,形成了“地质路线+ 轮廓线重构与变异函数+晶胞模型+块体模型”的浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术体系,并开发形成地质、地球物理、钻探多专业数据约束的三维地质建模工具。

    ——面向数字地质调查特点和需求,形成了智能化地质调查DGSGIS底层自主平台。针对数字地质调查应用的需求,强化地质调查业务流程数字无缝性,形成了桌面和移动的智能地质调查 DGSGIS平台。通过底层框架的独立性构建,使数字地质调查软件平台可以跨平台保持无缝连接。该软件平台开始对其他专业系统提供基础平台支撑,在地下水、地球物理、地球化学等领域以公益形式推广应用。

    ——建立了集成国内外主流资源储量估算方法与业务流程的地质矿产勘查从野外到矿产资源评价(靶区圈定)、资源储量估算及矿体三维建模一体化的软件体系。该成果创建了野外数据采集、成果综合、资源储量估算和矿体三维建模与表现的全过程信息化和数字流程,为资源量估算和矿体三维显示提供了有效工具和平台,与目前国内外市场同类软件相比,其最大的特点是计算机数字化流程与业务流程完全一致,从槽井坑钻野外数据采集到资源量计算和矿体三维显示无缝连接、零数据交换,使得在具体应用中,充分体现了提高效率和成果精度、节省大量人力和物力所带来的优势。

    ——建成了以北京、大区、省级三级体系组成的中国地质调查信息网格结点体系(分布全国 20个结点群),成为国内最大的行业网格之一。基于本体理论,按照资源聚合器标准规范,进行统一的数据描述与组织,提供统一的发现、集成整合与发布,数据量已达TB级。在整合公开地理信息资源基础上,通过地质调查信息空间和物理空间智能叠加,构建从地理空间向知识空间的地质调查智能空间平台,以多比例尺地质图数据、地质工作程度等200余种地质专题数据服务为中心,以“天地图”等地理信息为衬托,面向专业和非专业人士提供了主要由13个功能模块构成的 “5+1”服务模式工作流。通过各专业结点的特色服务,体现出具有高效性、及时性、易得性和多元化等时代特征的新一代地学信息服务模式。

    ——提出与发展了基于网格环境下海量数据空间分析与处理服务、多源空间数据集成应用、空间信息分布式协同计算等多项关键技术,为我国网格技术的应用实践提供了开创性示范实例。

    ——面向以大数据、云计算、智能感知服务、第四范式与泛在服务为特点的地质调查智能空间平台改造与升级。开展以智能感知、非结构化数据的挖掘和知识发现为核心的技术方法研究,初步构建地质调查智能空间平台原型系统,形成天地一体化地质调查、管理和智能服务体系雏形;以大数据技术为依托,初步形成智能地质调查非结构化数据发现与挖掘服务雏形,实现了地质大数据的一键式存储、组织、管理、快速检索与智能挖掘等。推进野外地质调查工作向智能流程的再造,为地质调查信息化流程提供后台支撑平台服务,创新地质调查方式和服务方式。

    ——与时俱进,把新一代信息技术融入数字地质调查体系,构建了智能地质调查体系,提供现代地质调查工作、管理与服务的新模式。基于大数据和云计算等新一代信息技术,把智能设备、北斗系统充分融入数字地质调查系统,集成开发了基于大数据技术和北斗卫星技术的应用数字地质调查系统,为构建“野外地质调查工作+管理+安全保障服务”的天地空一体化服务体系架构和模式奠定基础。

    ——创建了天地空野外地质调查工作现场管理调度、野外现场技术指导与专家会诊、艰苦地区安全保障服务一体化新模式,建立了多通信技术与网格技术的协同集成技术、适合“野外地质工作+管理+安全保障服务”的静动态北斗4级组网技术、野外地质调查安全保障主动服务技术。

    数字地质调查理论、技术方法与软件平台的应用为现代化野外地质工作各个环节提供了全方位技术支撑;创新了野外地质工作、管理和服务模式,推动了我国地质调查从数字化走向智能化和智慧化的快速发展,培养了一批跨学科的技术人才,取得了显著的社会效益。据了解,“数字地质调查系统”已在地质调查实际生产和许多矿业公司中全面应用。从2006年开始,成果已广泛应用于全国区域地质调查、矿产远景调查、矿产资源调查评价及危机矿山接替资源调查等专项及矿区勘探等领域。目前,成果推广应用单位超过1000家、人员超过15000人,涉及全国地质、冶金、有色、核工业、建材、化工、煤炭等行业部门、高校科研部门和国内大型矿业公司。创立的数字填图技术与方法已被多个大学列入本科生教学课程。

     

    数字地质调查理论技术方法与软件平台

    科技创新平台建设叫好又叫座