4月26日，维也纳自然资源与生命科学大学岩土工程研究所所长吴伟教授到地质力学研究所开展了学术访问与交流。

访问交流期间，吴伟教授作了题为“滑坡和泥石流模拟研究进展”的学术报告，展示了地质力学现象分析、实验分析、数值解释与理论公式推导的完整研究路线，分析了有限单元法、光滑粒子流体动力学方法、离散单元法及混合方法等数值计算手段的适用性和局限性，总结了滑坡和泥石流大变形数值模拟研究循序渐进进步的历程。在此基础上，吴伟教授就团队提出的一种可以统一描述颗粒材料固态和流态以及相变过程的本构模型展开了重点讲解，分别从理论推导、数值实现及试验验证等角度分享了该模型在滑坡和泥石流模拟中的前沿进展与潜在问题。

吴伟教授的报告内容与岩土、工程地质与地质灾害学科领域前沿关联紧密，激发了与会科研人员、学者的强烈兴趣和热烈讨论。在后续的提问与开发性讨论环节，吴伟教授与现场科研人员和研究生，就高速远程碎屑流的运动过程模拟、滑坡内部剪切面的形成和发育、滑动面厚度确定、黄土滑坡稳定性评价等问题进行了深入讨论。

报告结束后，吴伟教授及团队先后参观了活动构造与地质安全重点实验室的多个岩土力学实验单元，了解了岩土力学测试分析研究的重点。在ICL-2 高速环剪实验室，吴伟教授详细询问了仪器可以模拟的剪切速率与控制系统，对高速剪切过程中的力学机理进行了饶有兴趣的探讨。

本次学术活动由自然资源部陕西宝鸡地质灾害野外科学观测研究站、活动构造与地质安全重点实验室组织。来自清华大学、中国农业大学、北京工业大学、中国地质大学（北京）以及地质力学研究所的50多名从事岩土力学、地质灾害机理与风险防控的科研人员参加了学术交流活动。 

吴伟教授简介：

吴伟教授(Univ.Prof. Dr.Ing. Wei WU)，维也纳自然资源与生命科学大学终身教授、岩土工程研究所所长，奥地利4位岩土工程教授之一，欧洲华人十大科技领军人才，奥地利维也纳奥拓•普雷格尔（Otto Pregl）岩土工程研究基金委员会主席。吴教授现担任欧盟第六框架、欧盟第七框架、欧盟地平线2020项目等多个大型欧洲共同体项目的负责人，是国际岩土工程领域影响力最高的SCI学术期刊之一《Acta Geotechnica》的创始人及主编，创立了“Springer岩土力学和岩土工程系列丛书”并担任主编，同时担任《Canadian Geotechnical Journal》的副主编。吴教授是土体亚塑性本构模型理论的奠基人之一，在SCI期刊和国际会议上发表学术论文200余篇。

稀土是日本可再生能源等尖端领域不可缺少的元素。日本是世界第三大的稀土消费国，其稀土进口量的82％来自中国，占中国出口总量40％，用日本的话说是“一直以来高度依赖于中国的廉价稀土”。从2000年开始一直在探讨确保稀土稳定供应的对策。特别是2010年中国加强限制出口措施以来，日本政商各界对其稀土资源供应以及高科技发展的可持续性产生了极大的担忧。为此，日本政府高度重视稀土资源的全球战略，采取联合欧美利用WTO向中国施压，建立稀土储备，积极拓展资源外交，寻求中国以外的稀土进口来源以及合作勘探与开发稀土项目，鼓励再生回收、减少使用量，开展替代材料研发，积极开展海洋稀土资源的勘查开发，等等措施加以应对。

一、背景

近年来，日本利用其海洋资源勘查开发技术的优势，加强了对海洋稀土资源勘查开发研究和相关模拟实验，旨在为日本提供稳定的稀土供应源，保持日本制造业的国际竞争力，以及开发新用途和新产业领域等方面的优势。

2012年，分布于水深5000～6000m的海底，稀土含量达到数千ppm以上的海底沉积物，被认为有望成为新型资源的含稀土沉积物，已被确认在日本南鸟礁周边的海底存在。

在此背景下，在2013年4月日本内阁会议修订的《海洋基本计划》中，明确提出要加强“对含稀土的海底沉积物进行基础科学调查和研究，探讨其作为未来稀土资源的潜力”。据此，经济产业省于2013年12月制定的《海洋能源矿产资源开发计划》中决定，“为探讨未来的稀土资源潜力，利用3年左右的时间对海底稀土沉积物的赋存状况进行调查，确定有前景的稀土富集海域，探明远景资源量，同时，对具高粘度等特性的稀土沉积物的采泥技术和从深海底的扬泥技术，开展以开发和开采为目标的广泛的技术领域的调查和研究”。

日本石油天然气金属矿物资源机构（JOGMEC）牵头，历时3年于 2015年末完成了上述工作任务，并提交《稀土沉积物的资源潜力评价报告》（以下简称《报告》）。《报告》主要成果如下。

二、南鸟礁周边海域高品位稀土沉积物资源评价

利用活塞取样器，JOGMEC在日本南鸟礁周边43km2海域内采集了70个样品。分析表明，在南鸟礁拓洋第5海山的东部海域，发现了海洋稀土沉积物的高品位分布区（图1），该区共取了13个样品，采样点间距12.5km，稀土品位（50cm区间的平均品位）最高5366ppm，平均品位1221ppm。稀土沉积物中重稀土类的含量较高，为45.8%，尤其钇含量特别高，占重稀土总含量的65.2%。稀土资源评价结果：以湿态、平均品位2652ppm计，现阶段估算的稀土氧化物远景资源量约为77万吨。

 　　图1 南鸟礁周边海域的样品采集地点和稀土高品位度分布区

三、采泥、扬泥及冶炼实验

该项目使用模拟泥进行采泥试验，据此选定最理想的采泥刀头，通过陆上气动升降（Airlift）试验确认实施扬泥作业的可能性，取得了与采泥、扬泥相关的基础性技术数据与应用前景的评估。

在选矿技术研究中，进行了包括选择性回收稀土精矿的海底选矿研究，实施了粒度分选和浮选法等方面的基础实验。实验结果证实，稀土元素富集在粗粒（20μm以上）磷灰石中，浮选分离效果显著。

在冶炼方法研究中，确认了碳酸钠是从选矿后提取液中回收稀土的最佳沉淀剂。同时还发现，通过使用能够选择性吸附重稀土的吸附剂，可以高效回收稀土元素。

设置海底停锚系和沉降粒子捕集器的同时，对海底沉积物样品进行了生物含量分析。根据分析结果，确定该区域在现阶段并不属于异常海域。

四、开采系统的研究和经济性评价

根据基础性开采技术研究结果，提出了扬泥量为3500吨/日的开采系统及其作业流程方案，同时对该开采系统提进行了成本估算。为了确保经济可行性，选择高品位海域进行采泥和扬泥，并以提高品位为目标进行了相应的技术研发，得出的结论是：如果稀土价格能以过去的最高价保持20年的话，开采具有经济效益（图2）。

图2 稀土沉积物开采系统流程

五、JOGMEC对下一步工作的建议 

1.为了搞清楚未来开发可行性，在资源量评价方面，有必要在高品位地区进一步缩小取样间距，以便更加准确地把握稀土资源量。并且，为了查明稀土沉积物富集层和发现新的富集区，JOGMEC期待通过SIP（战略创新创造计划）和民间的共同努力，在成因分析等科学技术领域取得新的成果。

2.通过3年技术方面的调查与研究，特别是通过扬泥试验，尽管取得了技术上的前景，但是，为了在水深超过5000m以上的实际海域中应用，还应该研究大规模扬泥试验和最佳模拟方法的构建问题，进一步厘清其技术前景。

3.JOGMEC认为，切合实际的做法是：当这些研究成果和国内外技术开发的动向已被掌控、且富集区的确定、稀土价格的上涨以及开采成本的降低等前景明了的时候，再开展资源量和经济效益评价，并着手进一步研究商业性开采系统和法律制度及环境影响评价。

六、结论与认识

稀土消费量巨大的日本，其稀土需求高度依赖于中国的廉价稀土，这是他们最大的忧虑，也是一个经济巨人和资源侏儒的悲哀。

近年来，日本加强了海洋稀土研究，如能在海里解决稀土的资源问题，对日本摆脱对中国的资源依赖无疑是意义深远的。但深海稀土的开采成本很高，技术难度甚大，经济上是否可行，目前还有相当多的难题。根据JOGMEC的此项研究成果，如果利用现行技术开采南鸟礁的稀土矿床，在高品位区、采矿、杨矿、冶炼、价格等诸多假设条件均成立的条件下，商界仍处于利润边界附近，几近无利可图，市场价格稍有波动，开采企业就可能面临灭顶之灾。《报告》虽然进一步肯定了海洋稀土发现的价值，肯定了深海稀土的商业意义，但是字里行间还是透露出来重重的忧虑。因此,日本对发现深海稀土所进行的宣传，实际上带有一定的资源政治的色彩。

1.从资源评价看，目前的富集带取样间距约为12.5～25km，由于海底表面的起伏性较大，需要进一步确认含矿层横向的连续性和品位分布情况，以便计算出更加准确的资源量。因此其评估的77万吨稀土远景资源量尚有许多疑问；

2.从采泥和扬泥实验看，进行的是陆上空气升降系统模拟实验，与稀土泥高粘度性、5000～6000m深海底情况尚有巨大的差距，且实验的规模也小，与实际复杂的海底情况差距巨大，尚存在许多不确定性；

3.陆上冶炼分离系统，只是提出了一个建设性的方案，尚未进行研究及开发；

4.从经济性评估看，海洋稀土的开发，需要有高品位海域稀土矿区的保障前提条件下，且稀土价格在历史最高2011年水平保持20年才能有经济效益。稀土价格自2011年开始一直呈下跌趋势，未来还面临陆上稀土新资源的发现、替代品等因素影响，要保持20年的2011年稀土最高价的可能性尚是疑问；

5.从现在的储量调查和技术调查的程度、经济性、采泥、扬泥以及冶炼分离技术等综合考虑，我们认为现阶段把稀土作为资源，对其综合潜力的评价下结论是不合适的。日本深海稀土开发，路尚遥远！中国稀土资源仍在世界稀土资源和市场上占绝对主导地位。

详细内容，见中国地质调查局地学文献中心内部刊物《海洋地质信息》“周边国家海洋地质调查及资源开发专刊”中关于“日本对南鸟礁周边海域稀土沉积物的资源潜力评价”。

钻探工作具有环境复杂性与多变性的特点。

一直以来，我国存在钻探设备陈旧、技术方法落后、钻探效率低下等诸多问题。因此，大力推进钻探技术与钻探装备的现代化，研究开发先进的钻探技术与钻探装备，创新、应用、推广新技术和新设备，培养高素质的技术人员，成为当务之急。

随着我国社会经济的快速发展，工业化与城镇化建设的步伐也不断加快，使得对地下矿产资源的需求量与消耗量也随之上升，矿产资源逐渐成为了制约我国经济发展的重要因素。作为发现和获取地下矿产资源的主要手段，地质勘查钻探设备的重要性不断上升，其设备的先进性与技术创新已经成为了我国经济发展的重点。

中国矿业报记者从国土资源部获得的信息表明，经过地质科技工作者的努力，我国在一些关键的钻探技术研究及钻探设备的研发上，已经赶超世界水平，逐步建立起了拥有自主知识产权并具有国际先进水平的现代化深部钻探技术体系、同位素热年代学技术体系，同位素地质研究专用仪器的研发也取得重大进展，进一步拓宽了找矿空间。

深部钻探技术取得长足发展

钻探技术是获取地下实物地质资料信息、建立地下观测与开采通道、验证深部地质推断与解释的唯一技术方法，广泛应用于基础地质、水文地质、能源矿产、地质环境等的调查以及地球科学研究、灾害防治和资源开发利用等领域。

记者手头掌握的资料显示，在“十一五”初步建立2000米地质钻探体系基础上，“十二五”期间，在国土资源部科技与国际合作司和中国地质调查局的统筹组织下，中国地质科学院勘探技术研究所等单位的科技工作者，充分利用国家“863”计划项目、国土资源公益性行业科研专项、地质矿产调查评价专项等项目的实施，系统地组织开展了钻探装备、技术及工艺方法的研究，全面提升了钻探工程技术与装备的能力、质量和效率，降低施工成本，使得我国的钻探技术与装备取得长足发展，整体技术水平与国际达到同步，部分达到了国际领先水平，对我国的深部地质调查和矿产资源勘探开发起到了有力的支撑。

一是深化了新一代地质钻探装备体系的研发与应用。完成了3500米地质岩心钻机及 2500米车载水井钻机、3000米电动直驱顶驱钻机、400米轻便钻机、浅层取样钻机和600米反循环钻机等的研发；开展了永磁电机驱动、自动化检测与控制技术在钻探设备中的应用探索，新型泥浆固控离心设备在地质钻探中逐步得到推广应用，对国内钻探设备的现代化发展起到了积极的引导作用，加快了我国地质钻探装备的更新换代。

二是结合科学钻探施工开发了钻探装备。围绕汶川地震断裂带科学钻探工程和松辽盆地资源与环境科学钻探工程的实施，随钻开展了新技术与装备的研究与应用，开发了KZ3000型深孔取心钻探设备、科学钻探复杂地层高效取心钻具、复杂地层钻进技术、大直径薄壁取心技术、海洋钻探取样技术、铝合金钻杆技术等，推动了我国深部科技钻探技术体系的发展。

三是地质岩心钻探深孔钻探技术取得了长足的进步。先后开发了XJY-850、XJY-950高钢级钻探管材及绳索取心钻杆，薄壁绳索取心钻杆最大应用深度超过2700米，绳索取心液动潜孔锤技术得以普遍应用（最大深度达到了 4006.17米），深孔钻进用小直径涡轮钻具等研究取得了突破，深孔钻进用金刚石钻头的工作寿命和效率明显提高，深孔用高温磁中靶技术在近 3000 米深孔成功应用，新型孔内事故处理工具的推广应用提升了地质岩心钻探事故处理的能力和水平，极大地推动了我国深孔地质钻探的水平。

四是复杂地层钻进能力明显提高。通过深入的理论研究和试验应用，开发多种地质钻探用新型泥浆体系，大大降低了复杂地质条件下的孔壁坍塌、漏失、缩径问题，提高了复杂条件下的钻探施工能力；同时开展的小直径膨胀套管技术（实体、波纹及有缝管）在国内深孔复杂地层中成功应用，提供了一种新的复杂体层护壁手段，在国内外处于领先地位。

五是钻探工程信息化水平不断提升。随着现代化信息技术和网络技术的迅速发展，为钻探工程的信息化提供了良好的基础。“十二五”期间建立了探矿工程（岩土钻掘工程）技术网络服务平台，建成的数据库包括从业机构、装备制造、行业词汇、行业论文等数据库，为开展更深层次的探矿工程信息化和社会化服务提供了基础条件。开展了钻探参数采集与传输技术的研究，初步实现了将钻探施工的各类信息实时记录在统一规范的数据库中，为管理、统计分析及生产和科研工作提供数据服务，对提高钻探工程的管理水平和施工技术优化、促进钻探技术学科进步等具有重要意义。

记者了解到，“十二五”期间，上述钻探技术成果在地质调查及矿产资源勘探开发领域得到了广泛的应用，覆盖了地质调查、地球科学研究、深部矿产资源勘探开发等领域，解决了深部及复杂地质条件下的钻探技术难题。

此外，上述钻探成果在汶川地震断裂带科学钻探工程、松辽盆地资源与环境深部钻探工程、中国岩金勘查第一深钻、庐枞及铜陵矿集区深部矿产资源勘查及各类地质钻探工程中均发挥了关键作用。部分钻探新装备与技术与我国地勘单位走出国门，全液压地质岩心钻机由进口转向了对外出口。

专家称，这些成果对提高钻探施工能力和效率，降低工程风险，增强竞争力，提升地质勘查工程管理水平与效益发挥了重要作用，意味着已成功建立起了拥有自主知识产权并具有国际先进水平的现代化深部钻探技术体系。

据了解，相关技术成果获得国土资源科学技术奖一等奖1项、二等奖2项，河北省科技进步奖1项，通过国家科技进步奖二等奖初评1项。研发的钻探新装备与新工艺技术得到使用单位的高度评价，大幅度提升了我国深部钻探技术能力和水平，并为相关产品生产企业带来了良好的社会效益和经济效益。

同位素热年代学为找矿新技术支撑

同位素热年代学是一门集同位素年代学、构造地质学、岩石矿物学、计算机模拟技术等为一体的综合性学科。据了解，同位素热年代学方法不仅能够提供地质事件年龄值等时间信息，而且能提供所测定矿物、岩石形成的温度、经历的构造作用以及可能的形成深度等深层次的地质信息，已经成为国际地学界关注的热点之一，近年来在国际上得到了快速发展。

“十二五”期间，中国地调局中国地质科学院地质研究所同位素热年代学研究团队在中-低温热年代学技术方法研发和示范应用两方面开展工作，完善和新开发了多种同位素热年代学分析技术，初步构建了中-低温同位素热年代学实验技术体系，并在东天山成矿带、南天山造山带、库车含油气盆地等地开展示范性应用研究，取得了一系列创新性研究成果。

专家表示，这些成果不仅为我国的同位素热年代学研究提供了分析测试实验平台条件，而且揭示出同位素热年代学理论和技术在造山带造山历史研究、沉积盆地热历史研究、金属矿床成矿作用过程和抬升剥露过程研究等方面具有巨大的应用潜力，为我国的地质科研和矿产资源勘查工作提供了新的技术支撑。

一是建成了我国第一家（U-Th）/He 同位素定年实验室，为我国的低温热年代学研究提供了分析实验技术平台条件。

二是研制出新生代Ar-Ar同位素定年标准物质，解决了我国长期以来缺少新生代氩同位素定年分析标准物质的问题，为新生代地质样品精确定年分析提供了技术保障。

三是揭示了天山东段地区晚古生代以来构造热演化历史及金属矿床成矿和抬升揭顶过程。

四是精细刻画出南天山造山带中段构造热演化历史与隆升过程，重建了南天山中段晚古生代以来的构造热演化历史及隆升剥蚀历史。

五是库车盆地构造热演化及天然气成藏史研究取得重要进展。

记者了解到，以Ar-Ar法和（U-Th）/He法定年技术为主构建的中-低温同位素热年代学技术平台，已经成为我国最主要的热年代学分析测试实验基地。所研制的标准物质为国内相关实验室共享，其量可供我国所有的Ar-Ar法同位素定年实验室使用数10年。

专家称，同位素热年代学在我国是一门新兴的学科，中国地质科学院地质研究所同位素热年代学研究团队开展示范应用研究取得的一系列创新性研究成果，不仅深化了对天山乃至中亚造山带地质演化过程的认识，为了解天山地区金属矿床成矿规律、进行成矿预测及实现区域找矿突破等提供了新的科学依据，对指导库车盆地油气勘探具有重要的实用价值，同时充分显示同位素热年代学理论和技术在造山带造山历史研究、沉积盆地热历史研究、金属矿床成矿作用过程和抬升揭顶过程研究等方面具有巨大的应用潜力。

同位素地质研究专用仪器成功研发

我国大型高端质谱仪器一直以引进为主，受国外技术封锁，一些用于高精度同位素分析和核科学研究的质谱仪器引进十分困难，且价格高昂。

为了推动我国高端质谱仪器的自主研发，针对目前宇宙样品及地球化学珍贵样品稳定同位素、稀土元素微区原位分析的难题，国家重大科学仪器设备开发专项设立“同位素地质学专用 TOF-SIMS（飞行时间二次离子质谱）科学仪器”项目，由中国地质科学院地质研究所国家科技基础条件平台北京离子探针中心牵头实施。

据了解，根据记者掌握的情况，项目研制的两台分别用于稳定同位素分析和稀土元素分析的TOF-SIMS-SI和TOF-SIMS-REE仪器，将为岩石成因学、矿床成因学、地球环境、气候变化、月球及行星演化等热点研究领域提供最先进的技术支撑。

专家称，用于高精度同位素丰度分析的 TOF-SIMS 是一项全新的技术，它的成功研制，将是质谱学技术划时代的里程碑，同时将进一步推动地球化学和宇宙化学向更微的空间发展。像 SHRIMP 的诞生一样，这项新技术的诞生将带来一系列重要的科学成果，特别是将直接为我国探月工程在获得月球样品后的分析研究工作奠定坚实的技术基础。

据介绍，经过近4年的技术攻关，北京离子探针中心联合中国科学院大连化学物理研究所和吉林大学等单位完成了两台 TOF-SIMS仪器的整体设计，对一次离子源等关键部件进行了设计加工和单独调试，并完成了TOF-SIMS专用系统控制软件和数据处理软件的开发和优化。

自2014年8月起，项目组开始对两台TOF-SIMS整机进行总装配和总调试工作。2015年6月，TOF-SIMS整机的质量分辨率可达 12000（m=106）。截至2015 年初，项目共取得新装置 12套、核心部件20个；新申请专利 33项，获专利授权8项（其中发明专利2项）；登记软件著作权3项；发表论文24篇，取得了重要的阶段性成果。

一是首次将飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）技术应用于精密同位素分析和元素丰度测定。近年来，随着离子接收系统在技术上取得突破性进展，北京离子探针中心和相关合作单位在国内率先尝试将 TOF技术应用于高精度同位素分析仪器的研发。

二是开发了一套适用于珍贵地质样品（如月岩、宇宙颗粒等）高灵敏度、高分辨率同位素分析的小束斑氧离子一次源和离子光学系统。

三是开发了提高地学样品分析灵敏度的二次中性粒子激光后电离技术。实验结果表明，在优化条件下，飞秒后电离技术可使信号提高60 倍。

四是研发了高分辨TOF质量分析器。有效解决了双聚焦SIMS质谱的低离子通过率、体积庞大、成本高昂的不足。

五是开发了一套满足超高真空环境下高精度同位素分析要求的创新型三维样品台及样品传送系统。

项目组专家表示，该科研项目尽管取得了一定的成效，但该仪器目前尚处于研发阶段，待目标仪器的技术指标达到任务书的设计要求后，项目组将启动以下两项应用示范研究工作：一是应用TOF-SIMS-SI仪器分析金属硫化物（黄铁矿、闪锌矿等）的硫同位素，探讨典型铜矿床铜的富集和矿床形成机理；二是应用TOF-SIMS-REE仪器对月岩和月球陨石样品中锆石的稀土含量和配分模式进行分析，以探讨月岩中锆石的成因；测定月岩样品和月球陨石中锆石的Ti 元素含量，估算其结晶时的温度，从而推算撞击事件的温度。

据中国矿业报记者了解到，2015年8月，项目组已将TOF-SIMS-REE仪器应用于纯金属样品铜和银的同位素丰度分析，分析精度可达 1%。