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    一、河北沧州平原区地下水与地面沉降国家野外科学观测研究站

    河北沧州平原区地下水与地面沉降国家野外科学观测研究站(简称沧州国家站)依托单位为中国地质环境监测院和中国地质科学院水文地质环境地质研究所,属于“一站多点”形式,包括沧州主站、正定副站和通州、大兴、滨海新区、雄安新区、衡水、正定等5个观测点,总占地约10万平方米。

    以获取长期连续稳定的高精度、高质量地下水与地面沉降科学观测数据为核心,分别考虑了影响地下水降落漏斗与地面沉降的活动断裂、软土、重大工程建设、地下空间开发利用等因素,重点开展地下水与地面沉降观测技术方法研究、地下水降落漏斗与水平衡响应关系研究、地面沉降演化机制及防控对策研究、重点区域地面沉降风险评价等4方面研究。

    沧州国家站主要观测地下水动态、水分通量、沉降量、孔隙水压力等4大类指标7项具体观测内容,最早自2008年开始数据观测,累计接收数据154万条。目标是建成世界一流的科学观测研究设施和具有重要国际影响的人才培养与交流合作平台,大幅提升我国地下水保护利用与地面沉降防控科学研究水平,为京津冀地区水安全、粮食安全、生态安全、城镇安全和重大工程安全提供可靠的科技基础支撑。

    二、自然资源部地下水科学与工程重点实验室

    自然资源部地下水科学与工程重点实验室,始建于1990年3月,依托单位为中国地质科学院水文地质环境地质研究所,是自然资源部系统首个以地下水环境同位素示踪与测年技术为核心的权威实验室,是国际原子能机构的长期合作单位。

    重点实验室聚焦国家重大战略需求和地下水科学与工程前沿基础,依托拥有的加速器质谱仪、多接收电感耦合等离子体质谱仪、大型MAT 253稳定同位素比质谱仪、液相色谱—质谱联用仪、超低本底闪烁谱仪、惰性体质质谱计等大型设备,以地下水循环演化基础研究、地下水可持续性应用基础研究和重大关键技术研发为主要研究方向,构建完整的(年龄从数百万年至今)地下水测年技术方法体系与应用示范。

    重点实验室自主研发了地下水同位素测试及其他测试前处理装置的技术开发和改造工作15项,其中痕量惰性气体核素激光冷却技术、水中低水平氚测试技术、地下水14C年代测定真空脱气鼓气法采样技术达到国际同类实验室水平,并研制了一系列地下水同位素国家一级标准物质,通过技术研发促进了水文地质环境地质相关学科发展。

    三、自然资源部岩溶动力学重点实验室

    自然资源部岩溶动力学重点实验室依托单位为中国地质科学院岩溶地质研究所,成立于1997年,是自然资源部成立最早的实验室之一,建有丫吉试验场、毛村地下河观测站、官村地下河观测站等野外研究场地。

    重点实验室坚持以地球系统科学为指导,以岩溶动力学与资源环境为研究核心方向,具体包括:岩溶动力学与水文水资源、岩溶沉积记录与全球变化、岩溶作用与碳循环规律及源汇效应评价、岩溶生态系统演变与可持续利用,实现岩溶探测方法、岩溶水野外观测技术、岩溶水数值模拟等研究方向的创新。

    重点实验室围绕我国南方具有代表性的峰丛山区岩溶泉系统,进行岩溶含水介质结构和水动力场研究,建立岩溶含水系统物理模式及其相应的数学模型。自1986年持续开展表层岩溶带、岩溶泉、地下水水位的数据积累,评价了石漠化恢复的水文效应。建立了反映南方岩溶水运动规律和调蓄机制的空间分布式数学模型。今后将继续促进岩溶含水层的研究与水资源可持续管理的结合,为实现岩溶地区“绿水青山”和“低碳发展”提供更多具有推广应用前景的科技成果。

    四、自然资源部陕西榆林地下水与生态野外科学观测研究站

    自然资源部陕西榆林地下水与生态野外科学观测研究站,始建于2010年,依托单位为中国地质调查局西安地质调查中心,属于“一站多点”形式,包括红石峡主站、红石桥副站和植物园观测点、林场观测点、小壕兔观测点等。

    观测研究站以解决水与生态的关键科学问题为目标,开发植被生态与水的动态监测技术,研究大尺度的植被生态和地下水关系,提出流域尺度植被指标与地下水位变化的耦合方法,揭示场地尺度植被利用地下水规律,建立识别优势植被对地下水依赖程度的方法体系,为基于生态环境保护的地下水开发利用提供科学依据。

    采用分析根系耗水来源的氢氧同位素技术,揭示了旱柳、杨树等乔木生长受水分胁迫机理以及水分恢复期植被根系吸收水分来源与分配机制,计算出毛乌素沙地与黄土高原过渡地带旱柳、杨树等乔木人工栽植间距应大于6.4米,为毛乌素沙地等干旱区植被生态环境防治提供了科学依据。

    (作者系中国地质调查局科技外事部科研处四级调研员)

     
    地下水相关科技创新平台简介

    由自然资源部中国地质调查局国家地质实验测试中心举办的为期一周的液相色谱-串联质谱地下水有机指标检测培训班于2018年12月7日圆满结束。为保证学习效果,本次培训班采用限额培训,自然资源部中国地质调查局河北地质实验测试中心、自然资源部中国地质调查局中国地质环境监测院、自然资源部中国地质调查局青海岩矿测试实验中心及自然资源部中国地质调查局湖北岩矿实验室等4家实验室参加了培训。培训以实际操作为主,理论讲解为辅的方式进行。实验测试中心副主任罗立强参加了开班仪式,并对学员表示热烈欢迎、希望学员学有所获。实验测试中心饶竹研究员、黄毅副研究员、路国慧助理研究员分别从质谱理论、应用,GB/T 14848-2017地下水质量有机指标配套分析方法,克百威、涕灭威、草甘膦等有机污染物液相色谱-三重四极杆串联质谱测定方法以及实验操作分别进行了培训。学员纷纷表示,本次学习班注重理论与实际操作,收获比较大,为未来尽快开展相关污染指标分析打下了很好基础。

     

     

    实验测试中心举办的液相色谱串联质谱培训班

    9月19日下午,加拿大自然资源部地质调查局局长Daniel Lebel博士与中部分地区分部主任Mike Villeneuve博士一行来到地调局实验测试中心进行交流访问,对如何在中国地质调查局与加拿大地质调查局签订的合作框架下,进一步增进双方在实验测试技术与应用领域的合作研究进行了深入交流。

    首先,Lebel博士一行参观了实验室,对扫描电镜、高效液相色谱-串联质谱、多接收-电感耦合等离子体质谱、激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱、全二维色谱-飞行时间质谱等大型仪器设备的应用领域等饶有兴趣地听取了实验测试中心年轻科技人员的详细介绍,并就测试数据采集、环境污染监测、锆石微区同位素分析等具体技术与应用问题与科技人员进行了讨论,同时对实验测试中心自主研发的油气样品分析前处理装置表现出了极大的兴趣,对实验测试中心现有青年人才储备及技术研发能力给予了充分的肯定。

    在座谈中,实验测试中心方面介绍了总体科研业务情况以及创新团队近年来取得的成果, Mike Villeneuve博士介绍了加方实验室的基本情况、业务分布及主要应用领域。汪双清研究员着重介绍了基于2013年合作备忘录的中-加地质调查局地球化学领域合作研究项目,及实验测试中心派出4人次赴卡尔加里、渥太华进行在油气能源地球化学分析测试与野外现场快速分析技术等方面取得的合作研究成果。

    通过充分、热烈的交流讨论,基于共同关注的科学问题和技术研发需求,双方商定了初步合作意向,将在生物地球化学找矿、非常规油气资源表征/评估及相关环境问题研究、原位微区分析关键技术研发及应用以及科技与管理人员交流等领域开展深入合作,结合科研项目的实施,进一步落实中加合作框架协议。

    实验测试中心将借此次交流进一步促进与加拿大地调局各分部的合作,提高实验测试中心的国际交流层次和水平,为拓展实验测试技术研发及应用领域打下坚实基础,向建设国际一流实验测试中心的目标迈出坚实一步。

    实验测试中心部分青年科技骨干参加座谈并积极提出建议。

      座谈会现场

     向Lebel博士介绍实验测试中心著作、期刊

    合影

    加拿大地质调查局局长Daniel Lebel博士一行到访国家...

    2013年1月10-11日,中国地质科学院在北京召开了2012年度科技成果汇报交流暨十大科技进展评选会。来自国土资源部、教育部、中国科学院、国家自然科学基金委员会、中国地震局、中国石油化工集团公司等部门54位院士、专家组成的评选委员会,经过认真、严谨的评审和投票,评选出中国地质科学院2012年度十大科技进展和特别进展。

    特别进展:深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe)与国际同步  

    中国地质科学院董树文研究员、李廷栋院士及深部探测专项团队在财政部、科技部支持,国土资源部组织实施下,成功实现了技术创新与重大科学发现的并举,完成了6000km深地震反射剖面,使我国进入国际深部探测大国的行列,建立了全国大地电磁参数网和地球化学基准网,实施的6口科学钻探获得重要发现,实现矿集区立体探测,关键地区地应力监测、岩石圈动力学模拟、大陆地壳结构与演化研究取得长足进展,探测仪器装备研制取得重要突破。专项被认为是我国由地质大国向地质强国转变的标志性重大地学计划,在世界地球科学领域具有很强的影响力,具有经济社会意义巨大创新价值,在大科学计划组织实施方面做了有益的探索,为实施“地壳探测工程”重大科技专项奠定了坚实基础。专项被两院院士评为 “2011年度中国科技十大进展新闻。

    大漠中的地震探测

    2012年度十大科技进展:  

    1、世界首幅数字化1:500万国际亚洲地质图编制完成  

    我国地质学家主导编制数字化1:500万国际亚洲地质图,获得高度评价。地质研究所任纪舜院士研究团队在地质调查项目资助下,按照世界地质图委员会相关决议,联合欧亚20个国家130余位科学家,历时7年,共同编制完成1:500万国际亚洲地质图,在ArcGIS平台建立地质图空间数据库。图幅范围西起阿尔卑斯,东到马里亚那海沟,北至北冰洋,南到爪哇海沟,包括亚洲大陆、欧洲大部、非洲东部、澳大利亚西北部、菲律宾海、印度洋北部及西太平洋部分地区。国际评审委员会认为,1:500万国际亚洲地质图是当代地质编图杰作,具有里程碑意义。

    1比500万国际亚洲地质图

    2Hf同位素填图揭示青藏高原南部地壳生长过程与成矿  

    应用锆石Hf同位素示踪新技术,揭示青藏高原南部岩石圈结构、地壳生长过程及控矿作用,取得重要创新研究成果。地质研究所侯增谦研究团队在国家重点基础研究发展计划(973)项目资助下,通过Hf同位素填图,发现拉萨地体中央为前寒武纪微陆块,两侧为幔源物质注入的新生地壳;特提斯俯冲造山和印度—亚洲大陆碰撞导致微陆块发生垂向增生和侧向增生,对成矿金属来源和矿床分布产生显著控制作用。斑岩铜矿床产于新生下地壳区,矽卡岩型铁铜矿床发育在陆块内部及再造边缘,铅锌矿床则发育在残存的微陆块内部及边缘,深化了对碰撞造山带区域成矿规律的认识。

    青藏高原南部Hf同位素填图及成矿系统分布

    3、柴达木盆地古环境重建与成矿作用研究卓有成效  

    柴达木盆地科学钻探工程揭示古环境变化与成矿过程。矿产资源研究所郑绵平院士研究团队在地质调查项目和国家自然科学基金联合资助下,在柴达木盆地东部获得1.17Ma以来高精度年代学数据和高分辨率古环境记录,揭示晚更新世晚期以前一百余万年处于凉温或偏暖湿的古气候环境;在柴达木盆地西部发现第四纪早期发育15期冬季风强盛的冷期沉积,在柴达木盆地中部发现冬/夏季风重要界线和柴中成盐突变带。合理厘定察尔汗含钾盐矿层,提出高山深盆多级盐盆地迁聚成钾模式,分析了三湖区第四纪生物气成因和控制因素,为柴达木盆地资源评价提供了重要依据。

    柴达木察尔汗盐湖第一个全取芯深孔QC-1岩芯略图

    4、青藏高原南部变质作用和构造演化取得创新性进展  

    地质研究所大陆构造与动力学国家重点实验室张泽明研究员、董昕助理研究员团队在地质调查项目资助下,对拉萨地体的变质作用和构造演化取得了多项重要进展:在该地块北部发现约650 Ma的高压麻粒岩;在中部鉴别出曾被认为是前寒武纪基底实为三叠纪变质岩;发现地体东南部发育有高温、高压、高氧化度的埃达克质晚白垩纪紫苏花岗岩;确定了南部与冈底斯岩基共生的中、新生代高级变质岩与侵入体共同构成该岩浆弧的中、下地壳;厘定了地体北部安多地块自新元古代至侏罗纪的变质演化历史;揭示出南迦巴瓦变质岩系的古元古代和早古生代两期新岩浆变质事件。上述成果为全方位厘定拉萨地体的变质演化历史和成矿地质背景做出重要贡献,成果已在国际主流地学期刊发表,获得较高引用。

    青藏高原拉萨地体变质地质图

    5、发现一种新的金刚石富集类型——蛇绿岩型金刚石  

    地质研究所大陆构造与动力学国家重点实验室杨经绥研究员为首的地幔岩研究团队在科技部、国家自然科学基金和地质调查项目联合资助下,在雅鲁藏布江的西段和缅甸的密支那地幔橄榄岩、丁青地幔橄榄岩和新疆萨尔托海铬铁矿中新发现金刚石等超高压矿物。项目组已在全球5条板块缝合带的10个蛇绿岩块中发现了金刚石等深部矿物,并在铬铁矿中发现原位产出的金刚石,其金刚石的C同位素值和矿物包裹体不同于金伯利岩型金刚石和超高压变质型金刚石。由此认为,确定了一种产在蛇绿岩地幔橄榄岩中新的金刚石产出类型,并命名为蛇绿岩型金刚石,从而开辟了金刚石勘查的新方向。

    蛇绿岩型金刚石的产地分布图

    6、井间跨度500米的电磁波探测与层析成像系统研制成功  

    自主研发大透距地下电磁波探测与层析成像系统达到国际先进水平。地球物理地球化学勘查研究所高文利研究员团队在国家高技术研究发展计划(863)项目资助下,相继突破低频—大功率发射、高灵敏度接收、井中天线技术等关键技术,成功研制适用于钻孔间和坑道间工作的地下数据采集系统,同时研发科研样机及配套数据处理解释系统,形成了具有自主知识产权的大透距地下电磁波层析成像系统。测试检验表明,系统稳定可靠,井间探测距离可达500多米,能够精细探测盲矿及溶洞,为地质勘查提供了高分辨率技术设备。

    地下电磁波数据采集系统

    7、多元素形态分析技术突破展示出生态环境地球化学应用新前景  

    发展溴、碘、砷、镉等有益有害元素形态分析技术,开创了元素分析地球化学新领域。国家地质实验测试中心李冰研究员团队在国家自然科学基金、公益性行业专项、地质调查项目联合资助下,采用高效液相色谱—电感耦合等离子体质谱联用技术,建立了元素价态、金属有机化合物、生物有效形态分析技术方法体系,包括高品矿泉水溴酸盐检测技术、碘地球化学调查方法、生物样品砷形态分析技术、植物样品镉形态分析方法,灵敏度高、检出限低,为生态地球化学调查和环境评价提供了重要的实验检测技术支撑,具有重要应用前景。

    镉胁迫对印度芥菜细胞超微结构的影响

    8西藏阿里铜金矿科技找矿重大突破  

    发挥科技优势精心部署找矿勘探,在西藏阿里尕尔穷探获大型铜金矿。矿产资源研究所唐菊兴研究员团队在公益性行业科研专项和商业性勘查项目联合资助下,查明西藏阿里尕尔穷铜金矿床地质特征,研究成矿规律,新发现含锇自然铋、硫硒铋化物、碲硒铋化物、自然铁、锌铜互化物、铁铬镍互化物等特殊金属矿物,确定了矿床类型,建立了矿床模型。探获332+333类别铜资源量8.7万吨、共生金资源量27吨、伴生银资源量52吨,成为班公—怒江缝合带西段第一个达到详查程度的大型铜金矿床,实现科技找矿重大突破。

    尕尔穷矿区照片

    9、中国侏罗—白垩系界线及海陆相地层对比研究新进展  

    地质研究所季强、柳永淸研究员团队在地质调查项目资助下,通过对藏南地区9条海相侏罗—白垩系界线和辽西地区7条陆相界线地层剖面的研究,在藏南地区桑秀组底部获得了142Ma的年龄,表明国际侏罗—白垩系界线年龄值不会小于142Ma ,支持了国际地层委员会提出的145Ma的界线年龄;在冀北—辽西地区土城子组底部获得154Ma的年龄,在其顶部获得137Ma的年龄,表明侏罗—白垩系界线应置于土城子组内部。首次提出藏南地区海相侏罗—白垩系界线应置于柔扎组与桑秀组或甲不拉组之间,辽西地区陆相侏罗—白垩系界线应置于土城子组二段与三段之间,即置于真叶肢介—三尾拟蜉蝣间隔带之底,基本解决我国几十年来争论不休的侏罗—白垩系界线问题和海陆相界线地层对比问题。

    西藏浪卡子地区卡东桥侏罗—白垩系界线剖面

    10、深地震探测揭示长江中下游深部过程及构造岩浆成因系统  

    矿产资源研究所吕庆田研究员团队在国家深部探测专项(Sinoprobe-3)和国家自然科学基金重点项目联合资助下,使用主动源和被动源地震探测技术,捕获到长江中下游成矿带深部动力学过程的关键信息。发现上地幔存在异常速度和各向异性结构;成矿带边界断裂附近地壳出现“鳄鱼嘴”构造,即上地壳逆冲,下地壳俯冲并穿过Moho直到上地幔顶部;发现下地壳反射同相轴密度与火山活动强度成正比,且在庐枞火山岩盆地之下发现反射各向异性和多级岩浆活动留下的地震学痕迹;发现地壳变形的不均匀性和地壳变形与岩浆活动相互作用的新证据。提出了陆内巨型成矿带形成的深部过程与构造岩浆系统新模型,即陆内俯冲增厚、岩石圈拆沉、基性岩浆底侵、新生地壳熔融并发生MASH过程,诠释了陆内巨型成矿带的成因。

    穿过宁芜矿集区的反射地震偏移剖面

        中国地质科学院2012年十大科技进展是从1025项执行项目中,经过院属各单位筛选、推荐的22个优秀项目中评选产生,代表了院最新研究水平,受到院士专家的重视和好评。李廷栋院士认为,成果丰硕,创新良多,效益显著,贡献突出;具体表现包括:(1)涉及学科多,几乎覆盖院所有学科领域;(2)项目来源广,有国家科技专项、973和863项目、国家自然基金项目、公益性行业科研专项、地质调查项目及横向项目;(3)涉及地区广,包括国内不同地区、亚洲大陆及毗邻海域,立足国内,面向全球;(4)成果水平高,取得不少重要的新发现和新认识;(5)社会经济效益好,有助于建设美丽中国。

                               中国地质科学院

                                2013年1月11日

    中国地质科学院2012年度十大科技进展

    近日,中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所(国土资源部地球化学勘查监督检测中心)圆满完成了对安哥拉地质研究所地质分析人员的技术培训工作。

    地科院物化探所于2015年9月与中信建设有限责任公司签订了《安哥拉IGEO基础设施项目实验室人员培训及运营技术服务合同》,根据合同要求,经过教材编制、授课、操作实习等环节对25名安哥拉学员进行了针对性培训,并于2015年12月在安哥拉地矿部长德凯罗斯的见证下举行了毕业典礼,标志着培训工作圆满完成。

    本次技术培训由地科院物化探所中心实验室负责完成,培训工作主要从理论学习和实践操作两个阶段开展。理论培训实际授课28天,累计224课时。理论培训内容主要包括地质分析基础、波长色散X射线荧光光谱仪、能量色散X射线荧光光谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、电感耦合等离子体质谱仪、紫外可见分光光度计、离子色谱仪、离子计、原子吸收光谱仪、一米光栅交流电弧直读发射光谱仪、气体发生-原子荧光光谱仪等10种常用仪器的基本原理与操作方法以及地球化学调查样品多元素分析配套方法与质量监控系统。

    操作实习采用随岗培训方式进行,共计35个工作日。25名学员分为10个组,3周轮换一次,培训内容主要包括实验室统筹和质量体系管理、分析质量管理、样品加工、X射线荧光光谱法分析(XRF)、电感耦合等离子体发射光谱法分析(ICP-OES)、电感耦合等离子体质谱法分析(ICP-MS)、原子吸收光谱法分析(AAS)、气体发生-原子荧光光谱法分析(AFS)、一米光栅交流电弧发射光谱法分析(AES)、离子选择性电极法(ISE)、离子色谱法(IC)、紫外可见分光光度法(COL)分析等技术操作实践。培训完成后对学员进行了实际样品分析操作考试。

    25名学员结业考试的顺利通过,标志着地科院物化探所成功地为安哥拉地质调查事业培训了合格的实验分析人才,为其在本国建立国家实验室、开展地球化学样品分析工作奠定了基础,为两国的进一步合作搭建了平台。  

    进行分析测试方法技术理论培训

    学员进行分析仪器实际操作随岗培训

    学习分析数据处理

    学习地质样品管理

    地科院物化探所完成对安哥拉地矿部地质分析人员的培...

    由中国地质科学院地质力学研究所承担的青海柴达木盆地油气地质调查项目,在大量野外地质调查、重磁电震处理解释、钻井、分析测试等工作的基础上,针对复杂的海相石油地质条件与极低的勘探程度,克服高原高寒的艰苦自然调查环境,近年来取得如下重要进展:

    一、奥陶系发现碳沥青,下古生界首获非常规油气

    在柴达木盆地滩间山、茫崖石棉矿等地区的奥陶系滩间山群、纳赤台群和铁石达斯群发育碳沥青。滩间山地区滩间山群碳沥青呈北西-南东向分布在滩间山群a段灰岩和砂岩中。油源对比表明,滩间山群碳沥青与滩间山群a段黑色泥质烃源岩有较好的可对比性。初步评价滩间山地区碳沥青资源量为2.25亿吨(图1)。


    图1 滩间山地区滩间山群碳沥青分布

    二、石炭系钻遇天然气,上古生界首获天然气

        由地科院力学所设计、中国地质调查局与中国石油青海油田合作钻探的柴页2井在上石炭统克鲁克组发现天然气。录井见45层、106m厚的气测异常,全烃最高3.02%;测录井综合解释2层、20.3m厚的可能气层。色谱分析结果为以甲烷为主的有机烃类气体,包括生物成因天然气,混合成因天然气与热成因天然气。

    三、古生界发现多套海相烃源岩,具有良好的生烃潜力

     柴达木盆地震旦系-石炭系发育多套海相烃源岩。在柴北缘欧龙布鲁克地区稳定型沉积地层中,发育震旦系全吉群上部、下古生界两套烃源岩。活动型下古生界发育滩间山群a段、铁石达斯群a段烃源岩。石炭系发育厚度较大,分布范围广的烃源岩,包括下石炭统广阔台地相的深灰色碳酸盐岩和上石炭统滨海相、海陆交互相、沼泽相的黑色泥页岩、碳质页岩和煤层。

    四、石炭系发现生物礁与古岩溶,可提供充足的油气储集空间

    在柴达木盆地东部发现多层段、多类型的生物礁和古岩溶。古岩溶主要发育在石炭系,呈多层段、多类型特征,可划分为同生期岩溶与早成岩期岩溶。上石炭统怀头他拉组发育珊瑚、海百合两种生物礁,以笛管珊瑚、海百合为主要造礁生物,伴生蜂巢珊瑚、柱珊瑚群体以及扭心珊瑚单体等,为典型的台内点礁。在礁前、礁底常伴有生屑滩、鲕粒滩及风暴沉积等储层(图2)。


    图2 柴达木盆地东部石炭系生物礁与古岩溶特征与分布

    五、构造、沉积与油气地质条件有效配置,柴达木盆地海相油气资源前景广阔

    柴达木盆地海相地层经历了海西-印支、燕山-喜山多期构造演化,喜山晚期构造定型,使油气具有晚期成藏的特点。盆地地温在地史过程中逐渐降低,现今总体属于温盆,有利于烃源岩热演化。以古生界为烃源,推测可形成震旦生-寒武系储、奥陶系自生自储、石炭系自生自储、石炭系与侏罗系生-侏罗系与古近系储等四套生储组合。评价柴达木盆地石炭系油气地质资源量为6-7亿吨。

    高原地质调查谱写海相油气勘探新篇章

    2015年11月7日,“国土资源部沉积盆地与油气资源重点实验室”以96分的优异成绩顺利通过建设验收。

    国土资源部沉积盆地与油气资源重点实验室(简称“实验室”)是国土资源部建设的第三批46个重点实验室之一。自2012年5月获批准建设以来,依托中国地质调查局成都地质调查中心沉积学学科优势,在沉积盆地分析、岩相古地理、沉积与油气资源三大研究方向上取得大量成果,在项目承担、论文发表、培养人才、开放交流等方面,全面完成了实验室的建设任务。

    实验室定位于应用基础,是油气地质调查研究创新平台。实验室围绕3个研究方向,通过承担国家、部级等数十项科研项目开展了相关领域的研究,为西藏、四川、华南扬子等地区的油气勘探提供了的依据。研究成果获省部级奖励3项,其他奖励2项;编制的《陆地石油和天然气调查规范》作为国家地质矿产行业标准,正式发布;编制的《沉积岩工作方法》作为地质调查工作方法指导手册,正式出版;实验室研究人员公开发表学术论文253篇,其中SCI收录30篇。实验室已经成为我国沉积盆地与油气资源研究工作的重要应用基础平台之一

    实验室采取多种措施加强人才队伍建设。派遣了青年访问学者3名,分别对加拿大滑铁卢大学、美国地质调查局进行了为期半年以上的访问研究,派遣了4名青年人员到美国麻省理工学院进行短期培训。实验室优秀的青年人才逐渐成长,8人次荣获了青年人才基金资助,1人荣获了中国地质调查局杰出青年,1人荣获了四川省青年科技奖,3人入选四川省学术与技术带头人后备人选,1人入选国土资源部科技领军人才培养计划。

    实验室通过设立开放课题、合作交流、举办及参加国内外学术会议和聘请国内外知名教授作为客座人员等多种形式加强学术交流,有力地推动了沉积盆地与油气资源研究领域的学术交流工作。实验室设立开放课题多项解决中国南方、四川、西藏等地区重要沉积盆地与油气资源的科学问题提供支撑。实验室积极开展科普工作,促进了地学知识普及

    地调局成都中心作为实验室的依托单位,高度重视重点实验室的建设工作,成立了一支专门从事实验室日常工作和研究的人员队伍,并为实验室的建设提供了良好的保障条件和科研环境。落实经费2011多万元,先后购置国内外先进的快速溶剂萃取仪、吹扫捕集仪、液相色谱仪、气相色谱仪、凝胶渗透色谱净化系统、总有机碳分析仪、原子吸收分光光度计等17套专业设备,形成了4个方法技术平台,为实验室开放合作研究提供了坚实的条件保障,实验室实现了对外开放运行。

    验收专家组组长对重点实验室的发展提出更高要求,希望实验室在未来中长期发展中向国家级重点实验室迈进,并提出四点建设性意见:(1)进一步突出学科特色;(2)进一步强化学科理论指导实践的支撑作用;(3)进一步加强国内外科技合作;(4)进一步加强高层次人才培养。专家们一致认为,实验室优势特色显著,成果丰硕,并相信该实验室具有向国家重点实验室方向发展的潜力。

    国土资源部科技与国际合作司领导指出,实验室应该发挥成都中心沉积学优势和特色,成为支撑沉积盆地与油气资源学科发展的重要平台和人才高地,验收挂牌只是作为学科发展的起点,未来的路任重而道远,希望重点实验室能在今后的发展中积极进取,争取取得更好的成绩。

    地调局成都中心主要负责人在验收会上表示,实验室正式运行后,成都中心将在经费、设备、人员、后勤等方面继续给予大力支持,努力将重点实验室打造成为具有更高科研水平的创新研究平台和人才培养基地,在国家环境资源方面发挥重要作用。

    国土资源部科技与国际合作司、中国地质调查局领导为重点实验室揭牌,地调局成都中心领导班子出席、重点实验室部分人员参加验收会。

    验收会现场

    验收仪器设备

    重点实验室揭牌

    国土资源部沉积盆地与油气资源重点实验室验收挂牌

    为进一步提升服务生态文明建设的有机分析测试能力,中国地质调查局武汉地调中心实验测试室(同位素地球化学研究中心)近日联合湖北省地质实验测试中心环境与油气室,组织召开了生态环境地质有机分析技术交流会。

    会上,4名青年技术骨干分别围绕超高效液相色谱仪、气相色谱仪、气相色谱-质谱联用仪在水质、土壤和沉积物中多环芳烃、挥发性有机物、半挥发性有机物及石油烃的分析测试应用进行报告交流,详细介绍了有关仪器的工作原理、分析过程中的关键技术、典型问题的解决方案和质量控制的关键要点等内容,并与参会人员就采样要求、测试难点与注意事项等进行了深入讨论交流。

    会议促进了双方青年科技人才成长及有机分析技术能力提升,从事相关实验技术研发和地质调查研究的40余名科技人员通过现场+视频的方式参会。

    生态环境地质有机分析技术交流会现场

     
    聚焦生态文明建设需求 着力有机分析能力提升

    2019年11月19日,科技部办公厅、财政部办公厅联合发布中央级高校和科研院所等单位重大科研基础设施和大型科研仪器开放共享评价考核结果。自然资源部中国地质调查局水文地质环境地质研究所再次被考核为优秀,连续两年获此殊荣。

    按照《国务院关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》(国发〔2014〕70号,以下简称《意见》)和中央改革办督察组的要求,2019年5月至9月,科技部、财政部会同有关部门,委托国家科技基础条件平台中心,组织开展了2019年中央级高等学校和科研院所等单位科研设施与仪器开放共享评价考核工作。此次共有25个部门344家单位参加评价考核,涉及原值50万元以上科研仪器共计4.2万台(套)。与2018年相比,参评单位对开放共享更加重视,科研设施与仪器利用率进一步提升,支撑科技创新的成效更加显著。参评的科研仪器年平均有效工作机时为1440小时,平均对外服务机时为240小时。纳入国家网络平台统一管理的仪器入网比例为95%。80%的参评单位建立了在线服务平台,并实现了与国家网络管理平台互联对接。52个单位考核结果为优秀,89个单位为良好,192个单位为合格,11个单位为较差。按照《意见》有关规定,对考核结果优秀和良好的单位将予以后补助经费奖励。

    近年来,水环所全面贯彻落实《意见》要求,制定《水环所大型仪器设备资源共享的管理暂行办法》,积极推进大型科研仪器开放共享工作,对在共享工作中表现突出的技术人员进行表彰,加大仪器设备共享管理系统的使用培训,全方位多途径加大对外开放力度,在提高仪器运行使用效率的同时,保证足够数量的对外共享机时,共享工作取得了显著的效果。

    3200 Q TRAP 型三重四级杆液相色谱质谱联用仪

    水环所在科技部大型科研仪器开放共享考核中再获优秀

    近期,自然资源部中国地质调查局武汉地质调查中心同位素实验室,依托元素分析仪、双路进样系统和气体同位素质谱仪,建立了碳-氮-硫同位素元素分析仪-气体质谱(EA-IRMS)同步在线分析方法,主要用于矿石、岩石、水体、湖泊沉积物及植物等样品的碳-氮-硫同位素组成分析,在矿产地质、基础地质、水文地质、生态环境等方面具有广泛的应用,可为成矿物质来源和矿床成因、岩石类型划分和沉积岩沉积环境、水体来源演化和污染源、生态因子和生态系统修复等提供证据。

    应用该方法对标准物质USGS40、USGS41、GBW04415、IAEA-2等进行了碳、氮、硫等同位素组成分析,结果与推荐值在误差范围内一致。通过不同仪器、不同方法比对,验证了该方法的精密度等指标达到同类实验室先进水平。其主要优点有:一是利用元素分析仪的色谱柱程序升温分离技术,实现同一件样品的碳-氮-硫同位素组成的同时测定,减少了样品量,缩短了样品分析时间,提高了测试效率;二是通过双路进样系统测定参考气、连续流测定样品气,提高了同位素分析精度;三是相对于以往硫化物样品需经离线处理制备成二氧化硫气体再上质谱的分析过程,避免了可能因二氧化硫回收率问题产生的硫同位素分馏效应;四是样品制备转化和质谱分析在封闭系统中进行,避免了有毒气体(如二氧化硫)对实验人员的伤害。

    该方法的建立将为广大地质科技人员提供更快更好的同位素测试服务,为地调科研提供更强有力的技术支撑和保障,推进武汉地调中心同位素地球化学学科不断发展。

     
    武汉地调中心成功建立碳-氮-硫同位素同步在线分析方...

    国家地质实验测试中心向瑞金市人民政府移交土地质量调查成果并进行科普宣传

     

    地球化学生物技术处理酸性矿山废水现场

     

    仙桃市富硒办公室等向测试中心赠送锦旗

    生态环境是人类生存最为基础的条件,是我国持续发展最为重要的基础。国家地质实验测试中心所属自然资源部生态地球化学重点实验室近年来在矿山酸性废水处理、复合性污染土壤修复、土地质量调查、大气中持久性有机污染物示踪研究等方面取得了显著进展,为改善地球环境作出了贡献。让我们一起来了解他们保护地球家园的行动。

    卡住污染的源头

    ——地球化学生物修复技术处理酸性矿山废水

    谭科艳

    金属硫化物矿山在开采、冶炼过程中,会产生含有大量金属离子及硫化物的酸性废水。若这种酸性矿山废水直接排放到地表水中,就会使其中的金属和硫元素在底泥中富集,并对周边生态环境及人体健康造成严重危害。

    目前,针对酸性矿山废水的处理技术主要有以下几种:一是中和处理技术,通过向废水中投放碱性中和剂(石灰、硫化钠、碳酸盐矿物等)来实现废水处理。中和法是传统的处理方法,虽可实现一定的废水处理目的,但存在不易控制、处理效果差的问题。二是微生物处理技术,通过具有特定功能的微生物对废水中的污染物进行富集、转化、矿化等来降低其有效性和迁移性。微生物处理技术具有成本低、效率高的特点,但存在稳定性差的问题。三是人工湿地处理技术,人工湿地由人工基质和水生植物组成,通过土壤—植物—微生物系统来对废水进行净化,但存在占地面积大、处理周期长的问题。四是渗透—渗析处理技术,具有分离效率高、无相变、节能的特点,但存在修复费用高的问题。

    为了解决上述技术瓶颈问题,国家地质实验测试中心设计了一套地球化学生物技术处理酸性矿山废水的系统,提高了酸性矿山废水处理效果,增强了系统稳定性,且不会造成二次污染。

    该中心在江西德兴铜矿酸性矿山废水排放源头建立了一个示范点,设计了铁去除、硫酸盐还原、硫回收、锰去除和末端净化单元,利用当地底泥驯化的SRB,在厌氧条件下通过代谢使能量和电子转移(氧化还原反应),进行硫酸根离子的还原和硫化铜的回收;利用曝气和氧化细菌的方法将大量的铁、锰转化为氧化物进行絮凝沉淀;利用天然矿物材料强大的阳离子交换吸附能力去除微量有毒重金属;并调节pH值到中性以达到减少污染排放和对下游生态环境的影响,达到国家污水综合排放标准。针对pH值极低,含大量铜、锰重金属,含大量铁,以及极高浓度的硫酸根离子的AMD,设计方案理论上达到重金属去除率80%以上,具有结构简单、成本低廉、控制容易、处理效率高、净化效果好、能耗低的优点,针对德兴铜矿排放废水的特点提供了技术解决方案。

    本技术不仅将污染修复工作放到铜矿AMD的源头排放点,卡住污染排放的根本,真正做到矿山修复治理的源头防控,而且形成了从上游技术研发到下游应用的完整链条,迈出了修复技术现场应用的关键一步,同时也体现了国家地质实验测试中心的技术引领地位,开创了中心与地方企业融合发展的新局面。

    彻底去除土壤中的重金属

    ——EK-PRB/SS联合技术修复复合污染土壤

    黄园英

    随着我国产业转移政策的实施和城市“三旧”改造的加快,因工业企业关停转而遗留的“棕地”不少于50万块,主要表现出多源、复合、持久、面广、量大等特征,其中,无机污染(以重金属为主)、有机污染以及二者的复合污染均较为突出。这些日益增多的污染场地将对环境和公众健康构成巨大威胁,成为影响和制约城市可持续发展的重要因素。电动修复因具有适用于低渗透性土壤和同时去除多种污染物的优势而受到广泛关注。由于土壤组成、污染物类型、性质等不同,特别是在不同污染物同时存在的复合污染情况下,单一修复技术往往难以达到修复目标,因此,不同修复技术的组合应用越来越受到重视。

    依托部公益性科研专项《电动力学与PRB技术联合修复有机氯和镉、铬(Ⅵ)污染土壤》,针对重金属—有机氯复合污染土壤,国家地质实验测试中心研发了一种新型、绿色环保的土壤修复技术——电动力学—渗透反应格栅技术(EK-PRB)。项目自主研发的EK-PRB装置及工艺,以绿色环保的太阳能供电为主,电动力装置与PRB采用原位连接方式,PRB反应介质为来源广泛、价格低廉的天然材料等组成,失效后可随时更换。阴阳极采用特殊的摆放方式,克服了以往阴阳极作用距离短,电场分布不均匀的缺点,使得EK-PRB技术应用于野外现场污染场地修复成为可能,打破了以往大部分电动修复研究仅停留在实验室阶段的局限。野外现场小试结果表明,EK-PRB技术对“活动态”重金属和有机氯能同时去除,土壤中重金属镉、铬“活动态”去除率大于50%,总六六六和总滴滴涕去除率大于90%。

    而对于多重金属复合污染土壤,采用自主研发的电动力学—稳定化(EK-SS)修复装置和修复方案,重点解决了如何使土壤中的多种重金属同时快速定向运动和如何将EK-SS的具体修复方案和修复装置实用化两个技术难点。典型示范结果表明,该技术对污染土壤中各种形态的重金属(包括铜、铅、锌、镉、汞和砷)都有去除作用。经过48小时处理,土壤中大多数重金属浓度可降低70%左右,电动修复的成本由每立方米2500元降低至565元左右。

    EK-PRB/SS技术已形成了有机—重金属或多种重金属复合污染场地的修复方案和配套修复装置等创新性成果,并通过现场小试和典型示范说明其应用效果,初步评估其快速、高效和经济实用性。另外,该技术为“永久性”修复技术,将重金属或有机物从土壤中彻底去除,消除了重金属重新活化的风险隐患,且适用范围广,经济效益高,二次污染少,因此在污染场地原位修复方面将有广阔的应用前景。

    生态环境调查的新利器

    ——精准高效绿色的环境有机分析技术

    饶竹

    环境中持久性有机污染物、药物、个人护理品、合成麝香及紫外吸收剂等新型污染物对生态环境和人体健康具有潜在威胁,其调查与评价是生态地球化学学科发展的新需求。一年来,国家地质实验测试中心先后建立了气相色谱—质谱、气相色谱—三重四极质谱法测定水、土壤中合成麝香及紫外线吸收剂,以及液相色谱三重四极质谱分析方法测定水、土壤中10种全氟化合物的新方法。这些方法高效、快速、准确,已应用于生态区地球化学样品分析,研究成果相继发表在国内外期刊上,达到国内外先进水平。

    自动绿色有机污染物分析技术既是当前分析技术发展的方向,也是生态文明建设发展的需要。2019年,中心围绕自动绿色技术,开发了自动顶空—全二维气相色谱测定短链氯化石蜡分析新方法,样品用量由1升减为10 毫升,无需有机溶剂,避免了有机试剂造成的二次污染。该方法已成功应用于北京地区地下水、湖水、河水中的短链氯化石蜡测定,为生态环境调查提供了新的科学手段。

    抗生素污染是生态地球环境研究的新课题。中心利用超高分辨率液相色谱—质谱联用仪建立了自动在线固相萃取—超高效液相色谱—高分辨质谱分析平台,实现了地下水中40种抗生素自动化识别、确证与定量分析,在无标准品情况下,对批量地下水样品中近200种目标物进行自动化识别,样品用量仅需10毫升,全部检测时间仅1小时,大幅减少了样品前处理时间、有机试剂用量和野外采样工作量,有助于提高地下水资源质量调查与监控的效率。

    此外,该实验室还完成了“DZ/T0064.72-201x 地下水质检验方法”中敌敌畏、甲拌磷、乐果、甲基对硫磷测定 气相色谱法等4个地下水标准的报批;完成了“地下水43种极性农药测定 液相色谱—质谱”“地下水 38多环芳烃衍生物测定 气相色谱—质谱法”等6个标准方法研制工作,形成了地质行业有机污染检测标准新架构,将现行有效的“DZ/T 0064-93地下水质检验方法”中13项有机污染物检测指标扩展至265项,大幅提升有机污染检测标准化水平;有力支撑了“DZ /T 0290-2015地下水水质标准”“GB/T14848-2017地下水质量标准” “DZ/T 0307-2017地下水监测网运行维护规范”标准的实施。

    这些新技术新方法已成功应用于雄安新区水土有机污染现状调查、贵州南明河抗生素赋存水平调查、污水回灌影响下的北京市地表水中药物与个人护理品分布特征与评价,以及河南洛阳、山西晋中等污染场地地下水有机污染筛查,有利支撑了生态文明建设,促进了生态地球化学学科的发展。

    发掘瑞金特色土地资源

    ——土地质量调查助力精准脱贫攻坚

    刘斯文

    2017年以来,国家地质实验测试中心承担了自然资源部中国地质调查局“支撑服务赣州六县精准脱贫攻坚地质调查”工作,瑞金市1∶5万土地质量地球化学调查是其中的一部分。为高质量完成该项任务,中心调集能兵强将、充分发挥测试分析专业优势,在标准要求基础上增加了特色农产品中钾、钙、磷、铁、锗等8种有益人体健康元素的测试分析,为最大程度地发掘瑞金市特色土地资源和名特优产品提供测试分析数据支撑。

    瑞金市1∶5万土地质量调查涉及7个乡镇,面积400平方公里,基本覆盖了瑞金盆地的农耕区。此次土地质量调查是自20世纪80年代瑞金市第二次土壤普查以来最为全面的一次体检,也是对“藏在深闺人未识”的特色土地资源、特色农产品的一次全面发现。

    调查发现,瑞金市土壤环境质量优越,清洁土壤面积约占98%。富硒土壤面积达31平方公里,呈北东—南西向,分布于瑞金盆地、河谷边缘的黄柏乡、沙洲坝镇、云石山乡等地区。富锌土壤面积达70平方公里,连片分布于瑞金盆地内的壬田镇、叶坪乡等地区。调查还发现富硒、富锌特色农产品,比如:富硒、锌、铜、钙、钾的莲子、花生,富硒杨梅、水稻,富硒、富锰茶叶。其中,瑞金莲子中的硒、钙平均含量是普通莲子含量的4倍。项目查明,瑞金市无公害土壤和绿色食品产地面积占比高达95%。其中,AA级绿色产地占48%、A级绿色产地47%,共圈定绿色富硒、富锌农业产业基地16个。

    2018年12月,国家地质实验测试中心向瑞金市人民政府移交了《赣州市瑞金市1∶5万土地质量地球化学调查成果报告》和《瑞金市绿色富硒、富锌特色农业基地档案集》。瑞金市人民政府表示,地球化学调查成果对于瑞金市脱贫攻坚,发展地方经济、脱贫致富、生态文明建设等诸多方面具有非常重要的应用价值。部分富硒、富锌农业基地已经实现成果转化应用,带动了近万人口脱贫,取得了显著的社会和经济效益。

    助力仙桃打造富硒农都

    ——土地质量调查服务地方经济发展

    刘久臣

    国家地质实验测试中心承担的《湖北典型地区1∶5万土地质量地球化学调查》项目, 2016~2018年在湖北省江汉平原仙桃市开展1∶5万土地质量地球化学调查示范。调查结果显示,仙桃市土地环境质量优良,营养元素丰富,在完成的605平方千米调查面积中,发现富硒土地资源250平方千米。依靠调查成果,项目组积极与地方政府对接,服务社会效果显著。

    土地质量地球化学调查成果应用于仙桃市自然资源局于2017年开展的永久基本农田划定工作,在国土管理与资源利用中发挥了重要作用。结合仙桃农业发展方向,国家地质实验测试中心协助仙桃市政府编制了《仙桃市富硒产业发展规划》,规划至2021年将着力打造40万亩富硒水稻、30万亩富硒油菜、20万亩富硒蔬菜、10万亩富硒瓜果和莲藕的“四三二一”工程,建成六大富硒板块、百万亩富硒产业基地,一个富硒产业园、富硒产品物流中心和交易中心。

    围绕硒元素的科普与开发,国家地质实验测试中心协助仙桃市建设了中国首家以“硒元素”为主题的科普性展览馆“中国硒馆”。该场馆将于2019年6月开馆,届时将成为仙桃市“荆楚富硒粮仓,中国富硒农都”建设上的一张新名片。此外,还协助地方进行富硒产业的宣传推介工作,为地方进行科普讲解,在地方电视台、报纸等宣传媒介推介项目成果,吸引更多富硒产业落户仙桃。截至2018年底,仙桃市已建成富硒农产品基地45万亩,富硒产业规模达14.6亿元,从事富硒产业企业总数15家,富硒产品商标数5个。

    国家地质实验测试中心还协助仙桃市组建了湖北省食用富硒农产品监督检验检测中心,为富硒产业发展技术攻关及产品质量安全提供保障。目前,该检测中心已完成100多个大宗农产品的富硒检测,开展了8个富硒农产品标准化生产科研试验示范。

    仙桃市自然资源局、仙桃市农村工作领导小组办公室、仙桃市富硒农产品开发领导小组办公室、仙桃市西流河镇人民政府对项目成果给予了高度认可,并期待与国家地质实验测试中心在富硒农产品开发与测试上继续保持合作,让富硒产业在乡村振兴事业中发挥更大的作用。

    揭开雾霾产生的自然条件之谜

    ——东亚季风区大气颗粒物7Be纬度分布规律探索

    杨永亮 盖楠

    宇宙射线成因核素7Be(半衰期53.3天 )来源于平流层底部和对流层顶部,是宇宙射线同大气中的氮和氧原子相互作用的产物, 7Be 在大气中的浓度不受人类活动影响、无地表污染源、可经大气运移,是一种有效的大气气溶胶示踪剂。

    在中国地质调查局地质调查项目及国家自然科学基金项目的支持下,国家地质实验测试中心较为系统地开展了对处于中国东亚季风区内的纬度范围为19°N~53°N的7Be的大气沉降通量、土壤中累积量、大气气溶胶中含量在不同季风条件下的纬度分布规律以及7Be对典型大气中持久性有机污染物的示踪研究。

    通过在中国五个不同纬度城市(低纬度的广州、中纬度的苏州、北京、青岛以及高纬度的黑河市)大气气溶胶中7Be和典型持久性有机污染物(有机氯农药和多氯联苯)的同步观测,发现我国东亚季风区不同纬度城市近地表大气气溶胶中7Be浓度的年平均值与纬度之间的关系服从正态分布规律。

    持久性有机污染物会吸附在大气颗粒物上随大气环流远程迁移。为此,项目组开展了我国东亚季风区不同季节大气颗粒态和蒸汽态有机氯农药六六六和多氯联苯的纬度分布研究。研究证明,以宇宙射线成因核素7Be作为大气环流的参照系,可以解释东亚季风区大气环流对持久性有机污染物纬度分布现象。7Be可作为大气污染物远程迁移研究的一个有效的地球化学示踪剂。

    此外,为了有效鉴别京津冀地区自然条件因素和人类活动因素对雾霾发生的影响,正在开展的大气气溶胶中7Be的纬度分布研究,根据风向在京津冀地区布置多个采样点,在观测7Be的同时也对一些重要污染物进行观测。该研究对大气环境地球化学研究以及对雾霾的预测、预报具有一定的科学意义和应用价值。

    项目组通过对不同地区大气沉降通量的同步研究,对7Be的地球化学行为有了更深入的了解,并对大气污染物远程输送、沉降的中、长期变化及跨境迁移规律的探明提供了重要数据;同时,对雾霾的成因、发生过程及机理进行深入分析,研究成果将对我国中纬度地区大气污染及雾霾的防控具有重要意义。

    改善生态环境,我们在行动

    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