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    大比例尺土地质量地球化学调查样品采集

     

    土地质量地球化学调查表层土壤样品采集

     

    化工污染场地土壤修复治理样品采集

     

    地调院技术人员在福州多目标地球化学调查与土地规划示范野外取样现场

     

    地质队员在开展土地地球化学野外调查

     

    工作人员在稻田采样

    当前,自然资源系统正全面启动国土空间规划编制审批和实施管理工作。就农业农村而言,需要结合县和乡镇级国土空间规划编制,通盘考虑农村土地利用、产业发展、居民点布局、人居环境整治、生态保护等,落实乡村振兴战略,优化村庄布局,编制“多规合一”的实用性村庄规划。这些需要科学精准的调查数据作为支撑,而土地质量地球化学调查就是获取数据的重要途径。

    地勘单位凭借专业技术,在土地质量调查及成果转化中承担着重要角色。随着调查比例尺的增大、覆盖面的拓展、内容的丰富化,地质科技将在村庄规划甚至整个国土空间规划中起到更加重要的支撑推动作用。

    解密土地质量 助力乡村振兴

    景利年 王大伟

    开展土地质量地球化学调查,可以为土壤环境的保护、治理及土地资源的节约集约利用提供数据基础。近年来,山东省地矿局充分发挥地质专业技术优势,服务特色农业发展和精准扶贫,在省内实施了土地质量地球化学调查项目数十项,为全省经济社会发展提供了高质量地质技术支撑和服务保障。

    在美丽泉城济南,局属物化探勘查院主持完成了全省首个大比例尺土地质量地球化学调查示范项目,实施了全省地质系统首个污染场地修复治理工程,开展了全省地质系统首个污染场地修复治理药剂、农业生物有机肥配方的研制工作。该院《面向土地质量评价的农业地球化学监测应用》荣获首届全国地质资料数据创新应用大赛一等奖。通过系列项目的实施和相关研发,可以获取耕地土壤中的有益元素、有害元素含量数据,作为耕地分等定级的评价依据,用于指导建设用地布局和基本农田划定,也为土地剥离、耕地占补平衡等工作提供了依据。

    在革命老区临沂,局属地矿七院发挥地质工作专业优势,高标准、高质量开展了沂南县双堠镇1:5万土地质量地球化学调查与评价项目。该院通过对双堠镇156.18平方千米的土地质量调查评价,基本摸清了双堠镇土地质量的家底,获得了表层土壤中有毒、有害、重金属及有益元素的地球化学分析数据,圈定了富锌、富硒和富锗等特色土地,查明了双堠镇富硒、富锌和富锗等特色土壤资源分布范围,对当地农业农村部门调整农业结构,优化产业布局,提高农产品附加值,提升优质绿色农产品质量提供了依据。局属物化探勘查院在临沂市郯城县归昌乡通过土地质量地球化学调查,发现锗丰富和较丰富土壤面积15.60平方千米,锌丰富和较丰富土壤面积10.89平方千米,硒适量土壤面积37.18平方千米,极大促进了地方生态和特色农产品的开发,为精准脱贫打下良好的基础。

    在风筝之都潍坊,局属地矿四院开展了“潍坊市土地质量地球化学调查与评价”项目。项目第一期对潍坊市所辖寿光、青州和昌乐三市(县)进行了取样调查,调查面积达4657.8平方千米。成果显示,区内硒元素平均含量大于0.40毫克/千克的富硒土壤面积为181平方千米。另外,根据此次调查,富锗土壤和富锌土壤也被大量发现。区内平均含量大于1.5毫克/千克的富锗土壤面积为183.5平方千米;平均含量大于84毫克/千克的富锌土壤面积达370平方千米。目前,该项目第二期正在紧锣密鼓地开展,现已完成对高密市和诸城市1.2万余件样品的野外采集和试验检测工作,项目报告编写和评价工作将随即展开。该院还积极推进项目成果应用转化,到国内该领域先行单位开展学习调研,积极探寻有益元素在土壤中富集与农作物生长之间的关联,为项目成果推广积累经验。

    下一步,山东省地矿局将充分发挥地质工作的先行性、基础性、公益性、战略性作用,精准对接需求、主动服务地方,高质量开展好土地质量地球化学调查工作,在助力打造乡村振兴齐鲁样板中干在实处、走在前列。

    地球化学调查助力新福建建设

    张瑞利

    地球化学调查目的是绘制土壤“基因”图谱,为资源开发和环境保护提供科学依据。福建省地矿局负责实施的1:25万多目标区域地球化学调查,到2016年12月基本实现覆盖全省陆域的目标。从2016年起,福建省开展1:5万、1:1万县域农业地质调查工作。目前由福建省地矿局所属单位完成或正在实施的县域农业地质调查已经涉及34个县(市、区)。近20年来,福建省地矿局还实施了福建省典型市县级土地质量地球化学等一批相关项目。在省自然资源厅、省财政厅的支持下,福建省地矿局一直推进土地质量地球化学调查项目成果的应用,并取得较好成效。

    海量高精度调查数据助推“生态美”

    早在2008年福建省沿海生态地球化学调查成果“出炉”之时,这项中国地质调查局和福建省人民政府合作开展项目的调查成果就引起了省领导及有关部门高度注意:调查结果表明福建沿海经济带约94%的表层土壤限量未超标。2017年,全国首个省级1:25万土地质量地球化学调查整装性成果《福建省土地质量地球化学调查报告》通过专家组评审。其调查结果表明:全省土地质量总体良好,清洁土壤比例87.38%,其中清洁耕地、园地均在90%以上。这是对福建省陆域土地进行得一次前所未有的全面“基因”普查,全面查清福建省土地质量地球化学现状,如土壤养分元素丰缺、土壤环境质量、土地沙化风险区分布、土壤放射性元素分布、水源重点保护区土壤环境质量和富硒土地资源分布等。福建省地矿局积极推进调查成果应用,服务于各级政府及自然资源、生态环保、农业农村等部门,为福建省生态文明建设、各类规划编制、自然资源管理、土壤污染防治等方面工作提供地质支撑服务。

    农业地质调查引领现代农业发展

    为了使调查成果得到推广应用,在省国土资源厅、财政厅支持下,福建地矿局相继实施了重点富硒区调查评价等工作,帮助相关县(市、区)开发利用富硒土壤资源。福建省农业厅公布的寿宁、诏安、云霄、大田、明溪、三元、宁化、连城、新罗、永定等10个首批省级富硒产业开发重点县(区),大多是在福建省地矿局支持下成功发展富硒特色现代农业的。2016年以来开展的县域1:5万、1:1万农业地质调查评价大多是为了服务特色现代农业发展。福建地矿局在实施多目标生态地球化学调查中,在有关部门支持下,选择11个典型县市开展名特优农产品产地,武夷岩茶、浦城薏米、永泰芙蓉李等12种名特优农产品,作为研究对象开展产地地质背景评价,有力促进特色现代农业发展。

    地质技术助力精准扶贫

    今年6月20日,中共福建省委办公厅、福建省人民政府办公厅发布公告称,云霄、诏安、浦城、寿宁等12个省级扶贫开发工作重点县均达到脱贫退出条件。其中福建省地矿局在诏安、寿宁等多个省级扶贫开发重点县实施过地质扶贫开发工作。诏安县原是福建省漳州市贫困人口最多的县,在福建省地矿局支持下利用发现76.2万亩的富硒土壤发展富硒农业产业,打造“中国海峡硒都”,2016年~2018年连续三年进入“福建省县域经济发展十佳县”,获评“2018年度中国十佳脱贫攻坚与精准扶贫示范县市”称号;福建省地矿局自2012年起参与由省委组织部牵头的寿宁县帮扶工作,优先实施土地质量地球化学调查,圈定出58.2万亩富硒土壤和68.8万亩富锌土壤,帮助其打造“中国硒锌绿谷”,成为“中国富硒富锌农业示范县”。富硒富锌等土壤资源成为脱贫攻坚新引擎。

    目前,覆盖全省的多目标生态地球化学调查已接近尾声,1:5万、1:1万县域农业地质调查持续推进中。在建设“机制活、产业优、百姓富、生态美”新福建中,还需要多方共同发力才能走得更远,农业地质不能缺席。

    地质科技,支撑铜鼓现代农业

    江 燕

    今年,江西铜鼓又发现了11万亩富硒土壤。“我们将坚定不移实施‘生态立县’发展战略,以‘生态+大健康’为方向,整体推进全域旅游、全域有机农业、全域生态工业、全域秀美城乡‘四个全域’发展,努力探索一条山区县践行‘两山’理论、实现乡村振兴的新路子。”铜鼓县委书记罗光荣在谈到该县未来发展时这样说。

    时间倒退回一年前。莽莽大山深处的铜鼓县该如何建立新的经济支撑点,成为摆在县领导案头最为迫切的难题。铜鼓县隶属于宜春市,而宜春市是我国三大著名富硒地之一,硒资源赋存条件好,生态环境优良,富硒产业发展潜力大。铜鼓的土地是否也富硒?铜鼓县委把探寻“硒”望的目光投向了200千米外的江西省地调院。

    2018年8月,铜鼓县政府与江西省地调院正式签订铜鼓县富硒土壤普查工作服务采购项目合同书,开展铜鼓县富硒土壤普查。范围涵盖全县9个乡镇,目标是大致查明区内土地质量状况及其环境特征,初步划分区内富硒土地资源区、优质土地资源区,为区内永久基本农田规划、特色农业产业基地建设、土地管理与保护等提供依据。

    江西省地调院成立23人铜鼓县富硒土壤普查项目组,项目负责人及技术专业组组长均由具有中高级技术职称的人员担任,主要技术人员均从事过多轮江西省多目标区域地球化学调查以及土地质量评估工作。在项目实施过程中,项目组按照规范及有关规定要求,严格执行项目设计的技术路线和技术标准,野外调查采样工作扎实推进,分析数据精确、可靠,为项目成果的开发研究及成果的推广应用奠定了坚实的地球化学信息数据基础。

    半年后,铜鼓县富硒土壤普查工作圆满结束。该院共完成区域环境调查面积97.5万亩,采集表层土壤样品665件,分析测试土壤样品242件。硒元素分析结果显示,铜鼓县富硒土壤面积初步统计为11万亩,另有潜在富硒土壤36万亩。该院根据富硒土壤的空间分布,结合土壤环境质量特征,剔除风险管控点和高风险污染点后,初步圈定富硒优选区面积28万亩,占全区总面积的24.06%,为富硒土壤开发利用提供了参考资料。根据这次1:25万土地质量地球化学调查成果,该院筛选出富硒土壤资源建议区4处,为土地质量地球化学调查成果转化应用起到指导作用。

    铜鼓县多年来因地制宜发展特色种养,形成了水稻、茶叶、果蔬、竹笋、中药材五大产业。这次富硒土地调查评价工作是对铜鼓县农业经济新发展的地质科技支撑,也是积极开发地方自然资源优势,培养特色产业,增强贫困地区“造血”功能的深入实践,将加快推动铜鼓县土地资源优势转化为产业优势和经济优势。

    如今,该县加快了富硒功能农产品基地建设与产业开发,提高农产品附加值,助力乡村振兴和地方经济社会发展,向富硒土壤要效益,把富硒作为“金字招牌”,在做大做强做精做亮农业特色产业的同时,统筹推进美丽乡村建设,激活旅游业,为农民致富打开新通道。

    据悉,目前铜鼓县在三都镇理溪村成立了铜鼓福寿黄桃产业有限公司。该公司富硒农产品基地面积为200亩,丰产预计为530吨。该产业每年可为理溪村集体经济至少增收2万元,并有望突破5万元。

    位于温泉镇凤山村的铜鼓县春韵茶业专业合作社,是一家国家示范合作社,其富硒农产品基地面积为300亩,产量预计1.8万斤。

    由于破译深藏地下的“土壤密码”而发展起来的富硒产业,将成为铜鼓发展现代农业的新引擎。

    为“中国硒港”提供地质力量

    黄 强

    在《贵港市富硒产业发展规划(2018~2022年)》发布实施一年之际,谈起贵港市打造“富硒之港”,因“硒”而富,推动富硒农业产业全面开花的新变化时,参与过贵港地区多目标区域地球化学调查的广西地球物理勘察院项目综合组组长李忠武感到由衷的自豪。

    贵港市委书记李新元表示:“贵港发展优势特色农业产业,必须立足本土资源做大富硒产业,做强富硒农业品牌;要举全市之力,将贵港打造成在广西乃至全国具有影响力的‘中国硒港’,加快农业供给侧结构性改革,助推乡村振兴。”

    目前,贵港市有富硒农产品生产基地88个,面积5.8万亩;有32个农产品获得广西富硒农产品认证,占广西总数的25.4%,认证数位列广西第一;有3个农产品荣获第一批“广西名优富硒产品”荣誉称号;在第四届世界硒都硒产品博览交易会上,贵港市有6个农产品获“中国名优(特色)硒产品”称号,其中“东津细米”牌富硒香米考评位居第一名;2015~2017年,贵港市连续3年获得“中国名优(特色)硒产品”达18个。

    成果的背后,是地质人的智慧和汗水。

    广西地球物理勘察院院长石科说:“我院作为农业地质项目的承担单位,负责在贵港市所属桂平市、平南县、港南区一带开展农业地质工作。”

    地矿人的工作场景历历在目。

    技术员吴特赟是个爱动脑的小伙子。遇到地形图与实际不一致的情况,他采用在设计点附近仔细观察,放宽视野查看地貌的方法,以实际情况结合规范重新确认采样点,保证了样品的有效性和质量。

    在稻谷样品采集点,女队员韦雪姬和周伟清忙得不亦乐乎。她们必须赶在稻谷收割前完成该样品采集,时间非常紧迫。

    在甘蔗地里,叶子交错疯长,锋利无比,组长何克团手臂上布满了划痕。

    每采集一个样品,除了要按规定的方式取样,还要完成定点、编写点号、样品采取、填写记录、标记位置、相片采集等一系列的程序,工作非常繁琐。每天,他们肩背装满工具的地质包、手拿GPS和地质图,在田间、竹林里穿行,样品越来越多,负担越来越重。

    大气干湿沉降物样品意义深远:采样器经过一段时间的风吹日晒雨淋,收集到空气中的沉淀物和雨水,通过分析样品中的物质含量研究探讨空气质量,为环境保护提供有力证据。这种样品采集的周期较长,需将采样器安装在当地居民楼四面无遮挡物、远离污染源的楼房顶部,放置一年时间,期间分两次采集样品。所以对大气干湿采样器的安装质量要求非常高。组长李忠武带领组员细心地配备内部结构:滤膜、滤网、纱布、胶管等,耐心地组装外部装置和用大块的水泥砖稳定支架,最后,还贴心地给采样器穿上防护罩、戴上“透气网帽”,确保采样器放置期间的稳固性、安全性、原生性。

    广西贵港市港南区、桂平市和平南县土地质量地球化学评价3个项目共采集29780件样品,通过野外验收,全部评定为优秀级。

    在实验室,广西地矿测试研究中心的科研团队逐步向农业发展领域延伸,为富硒资源调查成果提供技术支撑。该中心高级工程师阳国运介绍,为了扩大农业地质领域的检测能力,广西地矿测试研究中心建立了《ICP-MS法测定土壤中硼、碘、锗、锡》的方法,并且将氟的熔矿方式合并,达到了预期目标。通过使用该方法,该中心在近4年里完成了广西近20万份样品的分析与检测,使样品的检测质量达到了国内领先水平。

    广西地矿测试研究中心还根据实验室的仪器特点改进对土壤有效态的分析技术检测方法。2016年,该中心通过完善离子发射光谱仪(ICP-AES)和电感耦合等离子发射质谱仪(ICP-MS)的检测方法,完善对硒等元素的检测工艺,给农业部门发展优质农业提供支撑,同时也减少了酸的用量及废气的排放。此外,中心制定的《一种同时测定土壤中的硼、碘、锡、锗的检测方法》获得了国家发明专利。

    地质科技让农业发展更精准高效

    9月10日,由中央广播电视总台和教育部共同主办的2018年“寻找最美教师”评选结果揭晓:中国科学院院士、中国地质大学(武汉)殷鸿福教授荣获“2018最美教师”光荣称号。

    83岁的殷鸿福教授是中国科学院院士、著名地层古生物学家、地质教育家,拥有国际影响力。他先后倡导和开创了古生物地理学等一系列分支学科,提出了中国的地球生物学学科体系和发展战略;他领导科研团队克难攻坚,使浙江煤山被确立为全球地质年代划分的一个标准——即“金钉子”。他从小就立志于中国的地质事业,曾获科技部野外科技突出贡献奖。他扎根地学教育,用初心成就生命演化之美,在中国高等教育的园地里,辛勤耕耘,默默付出,谱写了立德树人、无私奉献的美丽篇章。

    投身地学寻求真知

    1935年3月15日,殷鸿福出生于浙江舟山,在家乡读小学。1952年,在好奇心的驱使下,17岁的殷鸿福考入了北京地质学院地质学专业,开始了他的地质勘探生涯。1953年5月26日,他在《中国青年报》发表名为《正确选定志愿,使我学习得好》的文章。他写道:“我以自己终身做一个地质工作者给祖国服务,而感到幸福和自豪。”从此,他把一颗初心交给地质事业。

    1956年,殷鸿福大学毕业后,师从著名地质古生物学家杨遵仪教授攻读研究生。为了撰写论文,他在贵州山区工作时,曾发着39度的高烧,带病搜集资料。他用这些亲自收集的资料,在论文中向当时由权威定下的雷口坡组属于拉丁期的标准挑战。后来,在掌握大量第一手资料的基础上,又首先提出了华北三叠纪海侵。

    1961年,殷鸿福从北京地质学院研究生毕业后留校任教,正式开始地质教学与科研的旅程。在没有科研经费的情况下,他硬是从自己每月40元的生活费中挤出钱来搞一些力所能及的研究,一张35毫米的胶片要拍4页材料,每周数次到离学校很远的图书馆查资料,风雨无阻。在这期间他复习和初步学习了英语、德语、俄语和法语,做了几千张学术卡片,记下了几十本学习笔记,拍摄了几十卷胶卷的资料,撰写了近十篇当时无法发表的研究论文。

    1978年,43岁的殷鸿福晋升为武汉地质学院讲师。社会大环境稳定了,地质研究才可能有序开展。时间不等人,他一头扎进科学的海洋里从事古生物与地质研究。由于他专业扎实,1980年便晋升为副教授。1980年3月至1982年3月,他作为高级访问学者赴美访学。在美国期间,他先后在美国自然历史博物馆、史密斯逊研究院工作,并先后在纽约科学院、耶鲁大学等25所大学和研究所讲学。当时很多人渴望出国,他的一些科研合作者极力挽留他,他都婉言谢绝了。

    1985年,年过半百的殷鸿福带队赴秦岭山区工作。为了追索二叠-三叠系界线,一天,他带病爬海拔4000米以上的岷山,下山时因体力不支,摔倒在乱石丛中,一条腿粉碎性骨折。但是依靠顽强的毅力,两年后他又重新活跃在野外工作中。

    1993年12月,是殷鸿福人生中最为难忘的日子,他凭着多年的研究积累,当选为中国科学院院士。在巨大的荣誉面前,他从容镇定。

    将“金钉子”定址中国

    殷鸿福院士和学生在一起

    殷鸿福院士在野外考察

    从上世纪60年代初开始,殷鸿福就在贵州开始从事三叠系地层学和古生物双壳类和腹足类的研究,并取得了高水平的成果,建立了贵州省三叠系生物地层框架,并把嘉陵江组的时代定为早三叠世。

    全球界线层型剖面和点(GSSP)俗称“金钉子”,是全球确定唯一的点位,作为国际地层对比的标准。它被视为一个国家地层科研水平的反映,许多学者都以争取在其本国国土上建立界线层型为荣。距今2.5亿年前的古、中生代之交的二叠-三叠系界线研究,由于是三颗断代界线金钉子之一,并且在界线处发生了地球历史上最大规模的集群绝灭,该界线的研究备受国内外学者的重视,并成为国际地质界研究的热点。

    直到上世纪80年代中期,国际二叠-三叠系界线划分一直采用伍氏耳菊石出现作为三叠系的开始的观点。殷鸿福自上世纪70年代开始,就在华南广大地区开展了二叠-三叠系界线的研究。通过对国内外资料的分析研究,他认为耳菊石的地理分布具有局限性,不宜作为全球的对比标准,并在1986年于意大利召开的国际二叠-三叠系界线工作会议上,提出以微小欣德牙形石的首次出现作为三叠系开始的标志。1993年,殷鸿福以全票当选界线工作组主席,在加拿大卡尔加里召开的国际二叠-三叠系界线工作组会议上,确定了4个国际二叠-三叠系界线层型候选剖面,其中浙江长兴煤山位居榜首。1996年,他联合中、美、俄、德九名投票委员, 在国际刊物上联名推荐以煤山D剖面27c层之底作为全球二叠系-三叠系界线层型剖面和点。

    1996年国际上一些人抵制煤山。殷鸿福为争取煤山剖面所在地浙江长兴县正式开放,进行了大量工作,争取了多数科学家的支持。1999年9月,国务院正式批准开放长兴县。自1999年10月至2000年11月,先后对煤山剖面进行了界线工作组、三叠系分会、国际地层委员会三轮投票,均以很高赞成率获得通过。并在2001年2月由国际地质科学联合会确认,正式树为全球层型剖面和点位(GSSP)。该成果获得国家自然科学二等奖。

    多年来,殷鸿福经过对三叠系的研究,提出了中国及东亚地区拉丁期发生过大海退。从上世纪80年代中期开始,他又率队开赴条件艰苦、交通不便的秦岭山脉及其相邻的四川松潘、甘孜地区进行三叠系研究。经过近十年的努力,系统重建了秦岭地区三叠纪地层系统,并在秦岭地区首次发现了海相拉丁阶及上三叠统,重塑了秦岭晚古生代裂陷史和印支期运动史,这些成果对于正确认识秦岭山系的地质演化及指导该区三叠系中所蕴含的丰富的金矿床的勘查具有重要的理论和实际价值。几十年来,殷鸿福在中生代双壳类和腹足类等方面做了大量的系统分类和属种鉴定工作,累计发表描述逾300个化石属种,图版80幅。

    从古生物学到地球生物学的转身

    殷鸿福于1982年最早向国内介绍用古生物地理论证微板块和地体的活动,组织我国地史时期古生物地理的研究,并于1988年出版了《中国古生物地理学》专著,该项成果在收集了大量翔实的资料包括1万多个物种和21.7万个计算数据的基础上,系统地提出了地史时期热、温、寒带生物区系的区别标志;论证了中国各时代的古生物地理区划,为我国板块活动的研究提供了重要的依据。1994年《中国古生物地理学》英文版由牛津大学出版社出版后,在国际古生物学界引起了高度重视,国际著名期刊《科学》发表书评予以高度的评价,2000年该书获湖北省自然科学一等奖。

    从达尔文、莱伊尔时代开始,地质学界和生物学界一直以渐变论占主导地位。上世纪70年代末,美国学者提出了持生物演化突变观的间断平衡论,殷鸿福于1982年撰文向国内同行介绍这一演化理论。他认为这一观点符合科学研究的量变到质变规律,并结合自己多年来在华南二叠系、三叠系研究中获得的大量实际材料和证据,于1988年作为第一作者出版了《地质演化突变观》一书,从地质事件及古生物演化角度论证了地质历史中的突变性。著名科学家钱学森曾两次来信与他探讨问题,并指出:“地质演化突变观说明了马克思主义哲学的正确性。”

    殷鸿福主编的《扬子及其周缘东吴-印支期生态地层学》,是我国第一部生态地层学专著。该书提出了为盆地分析服务的一整套生态地层学理论和方法,并成功地应用于扬子区二叠-三叠系的实践。他系统地提出了应用古地磁、构造、沉积、地球化学、古生物地理和古气候进行古海盆的活动论复原方法,并以秦岭和华南为对象探索活动论的古海洋恢复和盆地演化。

    古生物学不能光盯着大型古生物,而忽略肉眼难以分辨的微生物。大规模的微生物活动会对环境产生重大影响。事实上,地球刚开始形成的时候没有氧气,正是因为微生物的活动,才使空气中的氧气逐渐增多,使高级生命的形成成为可能。煤、油、气资源,碳循环,海洋赤潮和湖泊污染都与微生物有关。上世纪80年代末,殷鸿福首先将地质微生物活动与矿床学结合起来,主持了微生物成矿的研究。经过多年来的实践,提出了生物-有机质-流体成矿系统的理论体系。

    实干彰显“美丽”风范

    殷鸿福在教学和科研中,不管山有多高,路有多远,都要亲自到野外考察。他常对学生们说:“科学是实事求是的,我不亲自去野外考察,怎能拿出充分的证据让别人相信我的论证呢?”他到过世界屋脊、茫茫戈壁、云贵高原、西南边陲、秦岭山区、南海之滨,他住过帐篷,也住过条件极差的小客栈,他吃过许多常人难以想象的苦,他的足迹踏遍了祖国的山山水水,这一切都是为了收集宝贵的第一手资料。

    创新是科学研究的源泉。渊博的知识、开放的思想、勤奋地工作,使殷鸿福具有不断创新的动力。上世纪80年代,殷鸿福刚从美国访学回国时,在没有科研经费的情况下,仅靠科技处拨付的5000元资助,组织十几位专家白手起家,团结奋斗,进行古生物地理学研究工作,最后出版了《中国古生物地理学》这一在国内外具有重要影响的研究成果。

    殷鸿福深信:十年树木,百年树人,教书育人是教师的天职。在地质教育方面,早在1964年初他就与人合作出版了我国第一部《古生态学教程》。他曾先后担任了原地矿部古生物学课程指导委员会主任和教育部地球科学教学指导委员会主任等职,积极倡导古生物学及地质学的教育改革。

    殷鸿福作为院士,多年来坚持给本科生授课。除指导了一批又一批的大学生外,他还培养了约50名博士和硕士。殷鸿福在培养研究生时,总是身体力行、言传身教,并十分注意选题的前沿性,使学生一开始就站在较高的起点。在研究过程中,他一方面要求学生重视野外地质实践以掌握扎实的第一手资料,另外又能放手让学生自己去“闯”,以培养学生的创新精神,最后他严格把关,对于一些细小的学术问题都从不马虎,以培养研究生严谨的科学作风。

    目前,殷鸿福已先后培养了5名长江学者和国家杰出青年科学基金获得者,有的先后担任了国际地球生物学会主任委员会委员、国际牙形石协会主席、国际三叠系分会副主席,3个国际IGCP项目的主席等职务。2人获得全国五一劳动奖章,2人是全国优秀科技工作者,1人入选了万人计划科技创新领军人才,5人获得了国家自然科学二等奖,1人获得全国首届创新争先奖。2人成为全国政协委员。

    殷鸿福一直关心学生的学习和生活,他经常助学,彰显名师爱心。这些年来,他向学校捐助的奖学金共计42万多元。此外,他还多次向不同学生和组织进行了捐助,他还向学校图书馆捐献了一大批极具学术价值的外文书刊。

    殷鸿福不仅努力从事地质教学与科研工作,还投身到科学普及工作中。他是武汉自然博物馆名誉馆长,多次担任各种科普活动和竞赛的顾问、评委会主席等,每年都会到大中小学从事科普讲座,累计达数十次,广受欢迎。他出版的《寻找恐龙的伙伴》《生物演化与人类未来》等科普书,曾二次获奖,有的还再版。在他看来,科学普及与科学教育、科学研究同等重要,参与科普工作,也是院士肩负的责任和义务。

    回首六十年的治学之路,2018年度全国最美教师殷鸿福有太多的感悟。他经常说道:“问道争朝夕,治学忌功利。”这一方面是对学生们的勉励,另一方面也是自勉。在教学与研究的道路上,他是意志坚定的攀登者,他总是把登上的山顶作为开辟新路的起点,一步步从宇宙洪荒的地球深处走来,使自己由沙粒逐渐演化成民族的脊梁。

     

    中国地学教育的“金钉子”

    2020年9月19日,以“决胜全面小康、践行科技为民”为主题的全国科普日活动在全国范围内同步启动。9月26日,自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所与青岛市科学技术协会、青岛市教育局、青岛水族馆联合举办了一场“走进可燃冰实验室”大型实景科普直播活动,活动通过青岛海洋科普联盟科普直播室、中国矿业报社Bilibili平台“矿世奇谈”直播间面向全网直播。

     

    活动当天,以自然资源部天然气水合物重点实验室主任、海洋试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室主任、自然资源部首席科学传播专家吴能友研究员为首的科研团队14名科研人员,带领观众走入9个天然气水合物子实验室,介绍前沿科学知识,带大家领略了科技的魅力。

     

    在两位主持人的引领下,观众们从“海洋地学之光”雕塑开始开启了认识可燃冰之旅。吴能友研究员首先介绍了自然资源部天然气水合物重点实验室的定位、研究方向,以及“多学科结合、多尺度融合、直接面向应用”的特色,目前实验室已经发展成为国际上重要的天然气水合物勘探开发研究核心基地之一。吴能友研究员向观众们预告了科技人员将通过声光电等高科技手段揭秘可燃冰、展示来自我国海域真实的可燃冰样品、进行可燃冰点燃实验等参观内容,让观众对接下来的旅程充满期待。

    观众们跟随镜头最先进入的是水合物XRD(X射线粉晶衍射)和CT实验室,孟庆国老师首先通过形象的图片介绍了可燃冰微观晶体5种主要的笼形结构,这5种笼子按照一定的组合方式就形成了可燃冰I型、II型和H型三种典型的晶体结构类型。孟老师用科学小装置展示了光的衍射现象,每种晶体在X射线的照射下,都有形成专属于自己的衍射谱图,就像每个人的指纹一样。科学家就是用XRD仪器作为眼睛,去“观察”可燃冰的微观世界。接下来,李承峰老师用一张人手部的X射线透射光片介绍了医用CT探测人体内部构造的功能,实验室的X-CT也是一样的原理,它利用不同密度物质对X射线吸收能力的差异来探测可燃冰物质内部信息。李老师向观众展示了可燃冰在有孔虫腔体中、沉积物空隙中以及裂缝中分布的CT影像。

     

     

    纯有孔虫壳体介质中甲烷水合物生成前(a)和生成后(b)的微观分布图

     

    甲烷水合物在南海沉积物中生长过程微观分布的CT图像

    在NMR核磁共振实验室,孟庆国老师同样从医用核磁共振检测入手,介绍实验室利用核磁共振成像原理观察可燃冰分解过程。在声学和电学实验室,陈杰老师敲击岩心激发声波展示接收的波信号,赵金环博士用不同浓度的盐水点亮灯泡,这些简单而有趣的小实验帮助观众理解科学家应用超声波和电学成像法探测水合物的技术手段。

    做完声学与电学小实验,最激动人心的时刻来了!李彦龙和孟庆国老师在低温实验室隆重地向大家展示了科学家们千辛万苦从海底采集的可燃冰样品,让大家见到了这位沉睡在海底的“神秘朋友”。除了展示自然条件形成的可燃冰样品,他们还介绍了实验室人工制备和保存可燃冰的方法,并在现场点燃了实验室特地为本次直播活动合成的可燃冰,熊熊火焰在“冰”上“跳舞”的奇观,让人叹为观止!李彦龙老师还用量筒中的沉积物做了水的渗流实验,生动直观地让观众认识到砂质沉积物和泥质沉积物不同的渗透能力,从而理解了在两种储层中开采可燃冰的难易程度。

    点火实验结束之后,主持人带大家来到激光拉曼实验室,郝锡荦博士从天空为什么是蓝色的讲起,介绍空气中的氧气和氮气分子的瑞利散射现象,以及光的另一种特殊的散射现象-拉曼效应,正如每个人的指纹是不同的,不同的物质都有属于自己特征的拉曼光谱。正是利用这个原理,科学家用激光照射水合物样品,就可以鉴定水合物的类型。郝博士展示了南海和祁连山水合物样品的拉曼光谱,观众们也可以轻松地鉴别出二者的不同。

     

     

    在低温扫描电子显微镜实验室,孙建业博士向大家展示了低温扫描电镜在水合物实验测试中的应用。同学们熟悉的光学显微镜一般最高能将样品表面放大到几百倍,而扫描电镜则可以放大到几千至上万倍,让科学家细致观察物质的微观表面形貌。我们虽然用肉眼看不到南海岩心样品中的水合物,而在低温扫描电镜下,可燃冰就清晰地呈现在我们眼前了。

    低温扫描电镜下南海水合物微观形貌特征(分散型) 

    在黑暗的深海底部,没有阳光,却繁衍着大量的微生物,孕育着另一片生命的绿洲。在微生物实验室,李晶博士讲解了她培养和研究与甲烷关系密切的微生物-产甲烷菌和嗜甲烷菌的工作,原来研究这些细菌不仅可以深化我们对水合物成藏机理的认识,对它们进行DNA解码还可以为海底生态系统研究提供信息。

    参观到这里,可燃冰的微观探测体验就告一段落了。主持人带领观众来到了冷泉研究室,徐翠玲博士介绍了海底冷泉的概念,冷泉探测标志,如声学剖面上的气泡羽状流、特征生物群落等,向观众展示了海底机器人抓取到的冷泉碳酸盐岩实物样品,冷泉周围生长的巨蛤、贻贝、管状蠕虫、盲虾、毛瓷蟹等生物,主持人代表观众和徐博士探讨了巨蛤能不能吃、为什么海底白色的生物居多等有趣的话题。

    毛瓷蟹和贻贝

    巨蛤

    最后,观众随着镜头来到了地震数据处理中心,徐华宁主任用一段“海洋地质九号”实施地震测量的动画给观众介绍了如何利用地球物理方法快速寻找海底可燃冰藏,他展示了经过处理的赋存可燃冰地层的地震剖面,漂亮的剖面展示了科技人员高超的处理水平,赢得了网上同行的称赞。徐主任用通俗易懂的语言讲解了水合物储层的反射特征,他热情地鼓励观众认真听讲,成为一名水合物地震勘探小专家。

    含水合物储层的BSR剖面

    帅气的陈强博士是从事水合物试开采技术研究的专家,他用动画的形式向大家介绍了水合物开采方面存在的技术难题和破解方法,他自信的话语让我们对未来可燃冰的开发应用充满了信心。

    水平多分支井试采工艺示意图

    本次的“云上参观可燃冰实验室”让观众们行程满满,收获多多,大家走进各种各样的实验室,见识了各种各样先进的仪器设备,跟随科学家为可燃冰做了一个全面透彻的体检,了解了可燃冰是什么物质,可燃冰的结构、性质和形成条件,到哪里寻找可燃冰,用什么样的手段寻找以及怎样安全高效地开采可燃冰等科学知识。活动展示了我国海洋地质调查研究的创新性成果,展现了科学家风采,引发了网友对海洋科学、可燃冰的兴趣,让广大科技爱好者更加了解可燃冰这种新能源,唤起了大家关心海洋,保护海洋的责任感和意识,激发了大家参与探索海洋、建设海洋强国的决心。

    本次活动中青岛海洋地质研究所首次在移动端开展移动场景大型科普直播,活动得到了青岛水族馆的大力支持,共吸引5万多观众在线收看,体现了青岛海洋科普联盟的组织力量,为联盟成员合作开拓海洋综合研学实践领域提供了优秀案例。

    青岛海洋所成功举办“走进可燃冰实验室”大型实景科...

    说起氦气,人们对它的认识大多来源于中学的化学课。殊不知,氦,作为熔点和沸点最低的已知元素,在军工、航天、核工业、深海潜水及民用高科技等领域具有广泛用途,是关系国家安全和高新技术产业发展的一种重要战略性稀有气体资源。

    据统计,全球的氦气资源长期供不应求,年需求量约为2亿立方米,但年产量仅有1.7亿立方米。我国目前氦气年需求量约为2200万立方米,但勘查开发程度极低,资源情况不明,仅四川自贡威远气田进行了小规模提氦利用。我国氦气供应长期依赖进口,资源安全形势十分严峻。

    可喜的是,自然资源部中国地质调查局在渭河盆地组织开展的氦气资源调查工作发现,渭河盆地不仅有水溶氦,还存在便于利用的游离态富氦天然气藏,有望构建我国氦气资源基地。

    我国对氦气资源的研究程度低,资源家底不清

    氦气开始进入人们的视线,始于1868年。那一年,法国天文学家彼埃尔·让桑(Pierre Janssen)和英国天文学家约瑟夫·洛基尔(Joseph Lockyer)几乎同时分别独立发现太阳光谱里有一条陌生的明亮黄线,其后,洛基尔将其命名为氦。

    氦是一种无色、无味、不燃烧也不助燃的稀有惰性气体。由于其特殊的物理、化学性质,尤其是其化学惰性和沸点极低的特征,使得氦气成为低温学领域的无价之宝。比如:氦的低溶解度、低沸点以及化学惰性,使其清洗和密封火箭和宇宙飞船的液体氢燃料系统十分有效。在电子工业中,氦气在半导体、液晶面板和光纤线制造中起着重要作用,可实现零部件的快速冷却,也可在电焊、硅晶片生产中用作保护气。在现代分析测试检测仪器中,氦气在气—液和气—固色谱分析中是最常用的载体气。在超低温冷却方面,氦广泛应用于核反应堆的冷却介质和清洗剂,在超导冷却方面,应用于核磁共振设备、超导量子干涉器、粒子加速器、磁悬浮列车、电能的存储等,其中最大的消费群体是医院的核磁共振设备。

    地球上的氦气含量极为稀少,最主要的来源不是空气而是天然气。富氦烃类天然气中最高可含7.5%的氦,是空气中的1.5万倍。可是,这种含高氦的天然气矿藏并不多,这是因为天然气中的氦气是铀之类的放射元素衰变的产物。一般而言,只有在天然气矿附近有铀富集时,氦气才能在天然气中汇集。

    根据美国地质调查局的数据,目前全球的氦气资源量估计达519×108立方米,储量仅74.25×108立方米。美国是世界上氦资源最丰富的国家,虽然已大规模开采60多年,但氦气资源量仍占世界总资源量的40%以上。根据美国地质调查局2016年的调查报告,美国、卡塔尔、阿尔及利亚和俄罗斯共计拥有世界88%的氦资源,中国的资源量仅为11×108立方米。中国西部大型叠合盆地及东部郯庐断裂带已发现广泛的含氦天然气显示,但研究程度低,资源家底不清。到目前为止,只有四川省自贡的威远气田曾提到氦利用,其中的氦含量为0.2%左右,而且现在已经基本枯竭。

    提出氦气弱源成藏理念,论证了渭河盆地富氦天然气成藏条件

    近年来,中国地质调查局组织开展了《渭河盆地氦气资源远景调查》项目,由中国地质调查局西安地调中心牵头,渭河能源公司(陕西金奥能源公司)、陕西省地质调查院、陕西地矿总公司第二综合物探大队、西北大学、长安大学、西安石油大学、中石油东方地球物理公司等单位参加完成。项目组在广泛调研国内外氦气资源研究进展的基础上,系统研究了渭河盆地基础地质、氦气成藏机理、成藏条件及资源前景,取得了一系列新进展、新成果。

    渭河盆地位于秦岭造山带与鄂尔多斯盆地之间。在渭河地区广泛分布燕山期富铀花岗岩,其分布面积达近万平方千米。在现今渭河盆地基底的深部10千米~20千米,沿深大断裂带分布有10个隐伏(花岗岩)岩体。这些富铀花岗岩是盆地壳源氦气的主要源岩,通过铀、钍衰变源源不断地向盆地输送壳源氦气。

    地壳中铀、钍元素的丰度低、半衰期长,因此壳源氦生气强度极低,为典型的弱源气。按照油气地质理论,壳源氦不存在集中的生气高峰,生气速率极低,难以发生突破“压力封存箱”的大规模集中排气。但现实是,确有富氦天然气藏存在,并被工业利用。而常规的油气理论难以解释氦气成藏机制。项目组通过在渭河盆地开展氦气调查工作,认为“有效氦源岩、高效运移通道(断裂、不整合)、载体气藏(适度,“载体气”又是“稀释气”)是氦气成藏的基本条件”;提出了“成岩温压与变质温压下氦行为差异与氦气成藏及古老克拉通基底蕴藏的巨量氦因克拉通破坏的构造作用而释放、运移到浅层聚集成藏”的理念”;初步建立了氦气成藏模式。

    项目组认为,壳源氦气相对于常规油气为典型的弱源气,但由于地质体的巨大和地质时间的漫长,壳源氦气生成总量是巨大的。氦气常以甲烷或二氧化碳气藏中的伴生气产出,因其稀有性,工业品位0.1%即可成为矿藏,且成藏与地下水关系密切。综合分析认为,氦气在深部氦源岩处能溶解于水而运出,运移至浅部遇到天然气藏时脱溶成藏,并在气藏附近水体形成溶解氦低浓度漏斗,使水溶氦不断向气藏附近迁移而进入气藏,大大提高了氦气的运聚系数。而气藏在盖层处又因低分压难溶于水、不易扩散,而有利于保存。这一分析,从理论上认识了氦气弱源成藏机理,明确了氦气在氦源岩处“运得出”、遇到气藏“脱得出”,在气藏中“保得住”的高运聚系数富集机制,解答了氦气为何能克服溶解与消耗、提高运聚系数形成富氦天然气藏的疑惑,为氦气资源勘查提供了理论依据。

    渭河盆地是否具有天然气前景一直是众多学者关注的问题之一,核心是是否存在烃源岩。前人认为,盆地深部不存在晚古生代煤系地层。但项目组根据区域地质背景、地热井气样分析及地球物质测量成果,特别是地震测量成果,论证了渭河盆地前新生代基底局部残留晚古生代煤系地层,为渭河盆地天然气勘探带来了希望。由于氦气不能单独成藏,只有在甲烷等载体气藏中聚集、积累,才能形成富氦天然气藏,从而为氦载体气成藏提供物质基础。

    渭河盆地不仅存在水溶气资源,也存在富氦天然气藏

    自然界气体赋存状态有游离态、溶解态、吸附态及水合态,不同赋存状态氦气资源的工业利用前景和经济性具有天壤之别。项目组对已有资料进行分析研究发现,渭河盆地不仅存在水溶气资源,也存在游离态氦及伴生气资源,即富氦天然气藏。

    资料显示,渭河盆地地下水资源丰富,有渭北岩溶溶隙裂隙水、秦岭山前构造裂隙水和盆地中部新生界孔隙裂隙水。其中,渭北岩溶溶隙裂隙水中未见氦气显示,秦岭山前构造裂隙水和盆地中部新生界孔隙裂隙水均有氦气显示。除渭北岩溶溶隙裂隙水外,盆地4000米以浅地热水总静储量达14781.2×108立方米。剔除固市断凹(渭南生物气区)张家坡组的储量数据后的总静储量达14200.57×108立方米。根据气水比1∶10和氦气含量1.5%计算,盆地内4000米以浅的水溶氦气资源量达21.3×108立方米。若按供热季单井日产水1000立方米,年生产100天计,250口地热井每年就可提供2.5×104立方米伴生氦气资源综合利用,就量而言已经达到半个威远气田。但水溶气的性质决定了其处于量大却难用的处境。

    众所周知,目前还没有发现独立的氦气藏,而工业利用的氦,是与载体气(烃类或二氧化碳、氮气)一起以游离态赋存于地层圈闭中,形成富氦天然气。那么,渭河盆地是否存在富氦天然气藏或游离态氦,成为目前氦气资源前景评价的关键。可喜的是,现有调查资料初步表明,渭河盆地氦源岩和高效运移通道(断裂)发育,具有载体气成藏形成条件,特别是伴生于甲烷气中的富氦天然气,是目前勘探工作的重点。

    通过近年的研究,项目组探索提出了“地质指方向,地震、重力、电法探结构、识断裂(高效运移通道)、找圈闭,磁法识别磁性岩体(氦源岩),化探异常圈定目标区,气测录井标定富集层段”的氦气调查技术方法。应用这一调查方法,通过物探、化探工作,项目组基本查明了富氦气区地层层序和构造格架,重点刻画了隐伏花岗岩体(氦源岩)、断裂发育特征。渭河盆地(鄂尔多斯周缘盆地)与目前广受关注的坦桑尼亚富氦区具有相似的地质背景,均为古老克拉通上的新生代裂谷盆地。渭河盆地不仅有长期稳定的古老基底可作为氦源,同时具有大量富铀花岗岩作为氦源岩,较坦桑尼亚富氦区具有更好的氦源条件。同时,花岗岩即是重要的氦源岩,也可以成为储集岩。

    根据调查成果,项目组初步圈定了华州—潼关、户县—蓝田和武功—咸阳等3处远景区。

    我国具有氦气资源前景,亟需加大工作力度

    研究认为,我国(特别是西北地区含油气盆地)氦气资源成藏基本条件良好,分布广泛,层位众多,具有资源潜力,但研究程度低(作为资源研究更少),家底不清。渭河、塔里木、柴达木、银额等盆地局部地区具有资源前景。在柴达木盆地北缘检测出壳源氦气含量为0.21%~0.72%;发现马北、东坪(花岗岩基岩气藏)等气田氦气资源前景良好。认识到塔里木盆地巴麦隆起及周缘具有良好氦气前景。

    尽管渭河盆地地热井发现了氦气资源赋存的良好信息,但项目组指出,由于缺乏专门的氦气评价钻探工作,目前还无法评价其工业价值,无法对深部可能含气层进行验证和产能测试,急需在远景区开展网度地震勘探,寻找有利圈闭,为钻探提供目标;通过钻探工作发现或验证目标层段的含气性;开展地热井氦资源专项调查,探索现有地热井条件下伴生气资源的有效利用;针对氦气资源的勘查技术手段基本空白,探索有针对性的地球物理探测方法、有效的测井解释模型、钻探和气藏测试工艺等。此外,由于氦气多以伴生资源形式产出,氦气的提取、提浓、提纯工艺需要继续探索完善,急需形成多种资源综合开发利用技术,以提高多种低丰度伴生矿产的经济价值。

    同时,加强国家公益性队伍对氦气资源调查工作的组织引领,联合油气企业开展主要天然气田氦气资源调查评价,是全国氦气资源调查尽快取得突破的快捷有效途径;建议修订石油天然气储量规范,在氦气成藏远景区开展的油气勘探中进行氦气兼探工作,具有综合利用价值时,氦气需与天然气同时提交储量。

    氦的应用

    ①核潜艇气冷核反应堆与深潜呼吸气

    ②火箭及航天飞机燃料加压剂

    ③核电站气冷核反应堆

    ④航空合金弧焊保护气

    ⑤半导体硅晶片制造保护气

    ⑥光纤制造保护气

    ⑦核磁共振成像仪超导冷却剂

    ⑧潜水呼吸混合气

    点亮新希望

    矿产资源节约与综合利用调查工程进展顺利、成效突出,在支撑开发利用监管、挖掘资源利用潜力的同时,也促进了地质调查工作的转型。

    2017年,由中国地调局郑州矿产综合利用研究所牵头组织实施的矿产资源节约与综合利用调查工程进展顺利,成效突出。

    据统计,2017年度,该工程的目标任务(含科技创新目标)完成良好,实物工作量圆满完成,其中,完成1∶5万区域地质调查1338平方千米,完成率100%;完成1∶5万矿产地质调查6726平方千米,完成率100.98%;完成1∶5万地质环境调查7508平方千米,完成率100%;完成选冶试验526次,完成率116.89%。

    卡尔却卡工作区1∶5万矿山地质环境问题保护与治理区划图

    利用水平调查支撑开发利用监管

    一是实现了矿山数据及时汇聚更新,提高了矿产开发利用水平调查可靠性和时效性。

    该工程全面收集了2016年度煤炭、铁矿、锰矿、铜铅锌等20余个矿种勘查开采公示系统中数据,完善“三率”数据库。并通过数据挖掘分析,编写《重要矿产资源开发利用情况通报》,主要内容包括重要矿产资源采矿行业集中度、选矿行业集中度、产能利用率、开采回采率、选矿回收率、共伴生综合利用率、综合利用率、废石排放强度与循环利用、尾矿排放强度与循环利用等内容。

    根据调查分析,我国非能源领域19个矿种与煤炭矿山共计排放尾矿与煤泥6.51亿吨,当年利用、处置尾矿1.32亿吨,平均尾矿利用率18.97%;尾矿累计积存量109.93亿吨。我国矿山废石利用率不高,排放矿山废石总量较多的矿种如铁矿、铜矿、镍矿、钼矿、磷矿等矿种的废石利用率较低。有些硫化矿废石,来自硫化矿物开采中剥离的废石和矿物夹石层以及排土,这类矿山废弃物中,残存相当高的硫化物,露天堆置条件下,易被空气中的氧气氧化,氧化深度直达堆体内部。遇降雨形成强烈的酸性水,通常酸度在pH1-2,并挟带大量的重金属离子。

    二是“三率”指标技术要求体系得到进一步完善,大力促进矿产资源利用水平。工程相关部门在矿山调研、会议研讨、矿山试用、广泛征求意见的基础上,研究提出钽矿、铌矿、镁矿、芒硝、膨润土、硅质原料资源合理开发利用“三率”指标要求,并向国土资源部提交相关指标要求建议。截至目前,不包括新提出的6矿种“三率”指标要求,国土资源部已发布五批共33个矿种的“三率”最低指标要求,涵盖能源矿产、有色金属矿产、黑色金属矿产、非金属矿产等,基本构建形成了重要矿种的“三率”指标体系。矿产“三率”指标体系的建立,对于推动矿产资源合理开发和有效管理,提高矿产资源保障能力将产生积极影响。

    “矿产‘三率’指标要求,是矿山企业开发利用矿产的‘最低要求’和节约与综合利用的‘红线’,是矿山企业矿产开发利用方案和矿山设计的依据。新建或改扩建矿山企业‘三率’指标要达到相应指标要求,在产矿山要在指标发布之日后两年内达到规定指标要求。”该工程首席、中国地调局郑州矿产综合利用研究所所长冯安生介绍称,矿产“三率”最低指标要求的制定,是国土资源部落实节约优先战略,健全矿产资源节约集约利用机制和促进生态文明建设的重要措施,强化了矿产资源合理开发利用的监督管理;通过源头保护、过程监管、后果严惩的全流程管理,开展指标评估,加强指标考核,引导并促进矿山企业提高矿产“三率”水平,可以有效促进矿山企业节约与综合利用。

    为引导矿山创新开发利用技术,倡导绿色开发模式,2017年,该工程启动了矿产资源开发利用领跑者指标制定工作,领跑者指标在“三率”指标的基础上,涵盖效率指标、技术先进性、数字矿山、资源循环利用等方面的指标,目前已按2017年初目标任务完成了铜矿、磷矿、锰矿等矿种资源合理开发利用领跑者指标要求制定(建议)。

    三是重要矿产资源开发利用水平试点工作启动,促进我国资源利用效率进一步提高。该工程在2017年提出了13项指标反映矿产资源开发利用水平,形成了矿产资源开发利用水平评估办法规程,创新了矿产资源开发利用评价方法,研究提出矿产资源开发利用水平试点办法,并在确定了评价技术指标的基础上,编制了“矿产资源开发利用水平调查评估试点工作办法”并提交国土资源部储量司。2017年8月10日,国土资源部办公厅印发《矿产资源开发利用水平调查评估试点工作办法》(国土资发〔2017〕33号)下发试点省份及各业务支撑单位使用。该文件的印发,为国家生态文明体制改革总体方案中矿产资源开发利用水平调查评估制度建设奠定了基础,有效支撑了国土资源部工作。

    四是铜尾矿等六矿种尾矿综合利用特征调查全面完成,助推绿色矿业发展。建立形成了铜铅锌钼金萤石矿山尾矿综合利用特征数据库,通过对尾矿、废石综合利用调查评价发现了一大批具有综合利用价值的尾矿、废石、废渣。

    技术创新支撑资源利用潜力挖掘

    1.钼(铜)冶炼废酸中稀散元素铼的综合回收技术。

    铼作为一种有特殊用途的稀散金属,在航空航天发动机高温合金方面有着不可替代的作用,是重要战略新材料资源。铼在自然界中没有独立的矿床,常常伴生在辉钼矿和铜矿中,目前绝大多数钼冶炼企业没有合理的技术方法对铼进行综合回收,造成铼资源的严重流失。鉴于此,研发了一种离子交换法从钼精矿焙烧淋洗液中直接吸附铼的工艺,能够实现钼精矿焙烧淋洗液中铼的高效综合回收,可得到99.9%以上的高铼酸铵产品,铼总体收率>95%。该项技术配套申请了2项发明专利,2017年度已授权1项,目前已通过了中国有色金属协会组织的成果鉴定,鉴定结果表明该技术达到国际先进水平。

    2.晶质石墨层压粉碎-分质分选技术。

    鳞片石墨原矿固定碳含量较低,需要经过富集提纯后方可进一步加工利用,常规浮选法流程长、富集比低、生产成本高。大鳞片石墨(100目以上)原料的价格是细鳞片石墨(100目以下)的2~4倍,保护石墨大鳞片是石墨选矿相对于其它矿物选别的一个特殊要求,常规粉碎工艺有助于提高磨矿效率,但是对保护大鳞片十分不利,尤其是在粗磨阶段,导致石墨大鳞片损失率高,分选产品相对单一,无法差异化利用。鉴于此,研发了晶质石墨“层压粉碎-混目浮选-分质分级-区别再选”技术工艺,区别再选采用并联工艺,避免了传统串联工艺中流程长、分选环境复杂,产品单一的缺点。该技术目前已申请国家发明专利1项。

    3.青海南翼山油田水老卤稀散元素可利用性研究。

    南翼山油田卤水属于氯化物型高钙高铵卤水,是青海柴达木盆地深层地下卤水的典型代表,该卤水富含锂、钾、硼、铷、铯等元素,综合利用价值较高。结合油田水老卤的化学组成特点,选择了老卤提硼-萃余液除钙-除钙液浓缩-母液除镁-净化液提锂-铷铯分离的综合路线,硼反萃率达99.03%,钾回收率72.95%,锂的总回收率62.04%,成功制备了硼酸、氯化钾、碳酸锂等产品,化验指标满足或超过国家相应产品的国家标准。同时对稀散元素锂、铷、铯的分离提取,试验指标较好,能进行有效的综合回收。

    4.黑龙江三矿沟铜浸渣综合利用技术。

    黑龙江多宝山—三矿沟铜矿铜浸渣中含铁33.24%~44.66%、储量约100 余万吨,项目组从铜堆浸尾矿工艺矿物学入手,提出了磁重联合工艺流程综合回收铁和石榴子石,采用磁选工艺获得产率7.82%、含磁性铁65.16%、回收率89.34%的磁铁矿精矿,磁选尾矿重选可得到产率53.57%、纯度95%以上的钙铁榴石精矿产品,实现了共伴生矿物的综合回收,践行了矿产资源减量化利用原则。该技术工艺的主要创新是流程结构短,成本低,简单易于实施。该项技术成果的应用,可显著提高矿石的资源利用率和综合利用水平,有力促进矿产资源化、减量化利用,极大地提升企业经济效益和社会环境效益。该技术目前已得到国内企业的认可,有望进一步工业实施。

    5.青海祁漫塔格低品位铁铜矿高效经济综合利用技术。

    青海鸿丰伟业矿产投资有限公司正在开发利用拉陵高里河下游铁铜矿属于易选矿石,目前所处理的矿石铁品位32.80%,含铜0.16%。由于铜含量较低,现场并没有进行综合回收。项目结合高寒海拔地区的特点,研制了“弱磁粗选-磁筛提铁降铜-磁选混合尾矿再浮选铜”的技术工艺,铁品位32.80%,含铜0.16%原矿,最终获得铁精矿中铁品位66.84%、回收率72.01%,铁品位较现场提高了3个百分点。铜精矿中铜品位13.59%、铜回收率71.98%,实现了低品位伴生铜资源的综合回收。

    该技术解决了传统“先磁后浮”工艺中由于铜损失到铁精矿中导致铜回收率低、铁精矿硫含量超标的技术难题,仅拉陵高里河下游地区就实现3000万吨铁铜矿石的高效利用,综合回收10万吨金属铜资源。高寒海拔地区由于常年气温较低,药剂用量为内地的2~3倍,该工艺能够显著降低药剂用量,对周围生态无明显影响,尤其适合高寒海拔地区低品位铁铜矿的推广应用。该技术目前已申请国家发明专利1项。

    6.新疆东天山铁矿中伴生钴综合利用。

    东天山中段有色金属基地中,红云滩-铁岭-百灵山-多头山一带的铁矿中伴生钴,含量0.016%~0.045%。含钴铁矿石估计有4000万吨,含钴铁尾矿有数百万吨。目前,这些铁矿均采用单一磁选流程回收磁铁矿,钴未综合利用。

    在基地开发利用现状调查中,郑州所发现了这一珍贵的共伴生资源,并对其综合回收进行了选矿试验。采集样品为多头山铁矿选铁尾矿,含钴0.038%,矿石中同时伴生有低含量的硫也未回收。将尾矿磨矿至-200目45%,经两次粗选一次精选两次扫选,可以获得含钴0.44%、含硫32.72%的钴硫精矿,钴回收率85.58%,硫回收率91.15%。伴生组分钴、硫均获得较好的回收效果。

    7.川西锂多金属矿综合利用技术。

    针对川西锂多金属矿普遍存在的品位低、复杂难选、综合利用程度低、开发利用中污染物排放量大等技术难题,通过新药剂研发与优化,开发出“锂铌钽混浮-混浮精矿弱磁除铁-强磁、重选分离铌钽”的选矿新工艺,实现了锂辉石浮选回收率由现有的65%提高至85%以上、铌钽综合利用率由现有的25%提高至50%以上的优异指标,并采用无氟工艺综合回收了尾矿中的长石。针对获得的锂辉石精矿,采用晶型转化-焙烧-浸出的优化工艺,锂浸出率可达85%以上,在此基础上,以无水磷酸铁作为前驱体,获得振实密度1克/立方米,0.1C放电比容量达到150毫安时/克的磷酸铁锂。项目形成了针对硬岩型锂辉石矿,从选矿、冶金到材料的整体资源化利用新技术,研究成果已被金川奥伊诺矿业有限公司采用,有望实现成果转化。

    地调成果支撑地调工作转型

    一是矿产资源基地综合地质调查技术方法体系初步形成。在中国地质调查局资源评价部的领导下,通过多次研讨完成了《矿产资源基地综合地质调查技术要求》编制,并通过局专题会讨论,目前已在试点项目试用。

    矿产资源基地综合地质调查以矿产资源基地资源、技术经济、环境等要素的多目标综合调查为新的工作理念,以需求为导向,以资源开发与环境保护综合效益最大化为原则,按照科技引领、整体部署、综合调查、同步实施的思路,开展矿产资源基地资源条件调查、地质环境条件调查和技术经济条件调查等调查工作,同步开展资源潜力评价、技术经济可行性评价和环境影响评价,在此基础上开展矿产资源基地资源环境综合评价,为资源基地的找矿突破、生态文明建设和矿政管理提供支撑,提出矿产资源基地勘查开发优化布局和绿色可持续发展对策建议。

    在试点工作基础上,结合技术要求,编制了大型矿产资源基地综合地质调查工作指南,该指南按照资源潜力调查与评价、技术经济条件调查与评价、环境影响调查与评价、资源环境综合评价与规划布局四个方面的内容编制,对技术要求的试用推动具有重要意义。

    本着资源、环境、技术、经济的有机统一,编制了《大型矿产资源基地综合评价方法》,涵盖数据获取和评价,对于统一评价方法体系具有指导作用。

    二是大型矿产资源基地资源潜力调查支撑基地资源保障。

    (1)开展新疆东天山中段资源条件调查,取得铜镍矿找矿进展,支撑了找矿突破行动,保障了该基地资源供给,2017年新圈定了找矿靶区4处,远景靶区2处,2016~2017年合计圈定铜镍找矿靶区7处,提交矿产地1处。首次在大南湖岛弧带内发现了岩浆铜镍矿,首次在东天山镁铁质杂岩体中发现了研究铜镍硫化物矿,引领了区域成矿理论研究和找矿工作,有望使得东天山铜镍资源储量大幅增加。

    (2)开展赤峰有色金属基地资源条件调查,取得锡矿资源的找矿突破,有望重塑我国锡矿资源格局。发现一批重要的找矿线索,圈定找矿远景区4处,提交靶区5处。通过近两年来的工作,共计圈定了成矿远景区11处,提交找矿靶区9处,其中2016年提交5处,2017年提交4处。

    (3)开展川西稀有金属矿集区资源条件调查,预计可提交矿产地2处,实现川西稀有金属资源的找矿突破。通过2017年度工作,初步圈定找矿靶区6处,预计可提交矿产地2处。

    (4)开展青海卡而却卡工作区资源条件调查,圈定找矿远景区7处。依据已知矿点、矿化点和矿化线索及重要地球物理、地球化学异常和遥感异常的分布,结合含矿建造、容矿岩石、重要控矿构造特征,圈定甲类远景区3处,乙类远景区2处,丙类远景区2处。卡尔却卡2号、4号和6号远景区为甲类,1号和5号为乙类,3号和乌兰拜兴7号远景区为丙类。

    中国地质调查局矿产资源节约与综合利用调查工程亮点...