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。

根据贵阳市建设全国生态文明示范城市对地质工作的需求，2019年1月17日，自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所赴贵阳与贵州省地质矿产勘查局、贵阳市国土资源局、中国地质大学（武汉）等单位开展贵阳市岩溶地质综合调查工作需求对接。与会各方一致同意尽快推进贵阳市岩溶基础地质、水文地质（地热）、石漠化、城市地质、景观资源调查和大数据平台建设工作。

据悉，贵阳市70%以上的国土面积为岩溶分布区，岩溶资源禀赋优越，但生态环境脆弱。近年来，随着城镇化进程的加速，水污染、地质灾害、石漠化等环境问题日益突出。推进贵阳市岩溶地质综合调查工作，充分体现了岩溶地质工作的特色和优势，是岩溶所推进新时代地质调查工作转型升级，主动服务国家战略和经济社会发展重大需求的新举措。                           

地质文化村是由外在的地质文化体验与内在的宜居宜业共同构成的乡村发展模式，是地质遗迹调查工作成果转化应用形式的创新，是一种集地质遗迹资源、特色农业资源、文化资源、旅游资源于一体的新型乡村。2018年11月7至8日，“全国重要地质遗迹调查”项目组前往浙江省台州市横溪镇金村开展地质遗迹与保护科普示范项目指导工作。项目组会同浙江省自然资源厅、台州市国土局、仙居县国土局有关负责同志共同研讨了《地质文化村建设技术要求（初稿）》，并就金村地质文化村建设的现状和下一步发展方向等有关问题进行了座谈。 

金村位于横溪南部六都坑溪沿线，北邻横岩南接新碧，整体呈带状分布，行政区域面积为1.5平方公里，共有71户235人。全村人多地少、山多田少，受距离和地势所限，青壮年劳动力基本外出打工，村内房屋破旧，“穷山恶水弱村”正是昔日金村的写照。但与“弱村”相对的却是金村所蕴含的丰富的旅游资源。这里自然环境优美，拥有典型的流纹岩火山地貌，岩嶂、一线天、象形石等景观相映成趣，两期火山活动重新塑造了金村的原始地貌，成就了这里丰富的地质遗迹资源；人文历史悠久，最早先民可追溯到明朝成化年间；天然矿泉水自山脚缓缓流出，四季不断；土壤清洁无污染，春采枇杷、夏摘杨梅、秋收柑橘、冬挖山笋，绿色农产品四季皆有；野生动植物丰富，铁皮石斛、石仙桃、娃娃鱼有迹可循。伴随着新农村建设与地质文化村建设，金村百姓期待着把家乡建设的漂漂亮亮，发展文化村旅游，走上致富路。

目前，金村地质文化村建设已初见成效，在村口设计的地学科普长廊与地质年代旅游步道已经建成，村民们还将原来破旧的特色古民居与现代建筑风格结合打造了游客接待中心，初步实现了地质文化与乡村文化融合、地球故事与村民故事融合、农业地质与农耕文化融合、环境地质与村民生活融合。在地质文化村建设过程中，村民全程参与全部建设、经营过程，达到了以丰富的地质遗迹为载体，以特色农产品、民风民俗为依托，通过地学科普、休闲度假、文化传承等形式吸引旅游消费，引导村民参与家乡建设与环境改善，发挥资源保护与利用的主观能动性，并从中受益，形成良性循环的目的。下一步，当地政府将大力加强对金村地质文化村的宣传，增加旅游知名度，提升当地村民收入。

通过此次调研，项目组将结合浙江省通源乡白雁坑地质文化村的建设经验，参考地质遗迹调查规范、美丽乡村建设指南和国家地质公园建设标准等相关技术规范和标准，进一步修改完善《地质文化村建设技术要求（初稿）》，为未来的地质文化村建设提供技术标准和参考依据。

金村村口标识

金村四绝

游客中心

金村旧貌

地学科普长廊

地质年代步道 

中外专家一起查看天津地热勘探井岩芯 。 关晓琳 摄

9月20日~21日，自然资源部中国地质调查局水文地质环境地质调查中心、吉林大学、中国地质大学（武汉）主办的地热国际研讨会在“中国温泉之都”天津召开。来自中国、美国、法国、新西兰等国家的200多位地热专家，分享了地热资源勘查开发利用的典型案例和最新科研成果，共同探讨了地热开发利用现状与趋势，为正在崛起的地热产业注入新活力。

多样化、高效梯级利用：世界地热能开发利用水平逐年提高

地热能是蕴藏在地球内部的热能，通常分为浅层地热能、水热型地热能、干热岩型地热能。国际能源署（IEA）、中国科学院和中国工程院等机构的研究报告显示，世界地热能基础资源总量为1.25×1027焦耳（折合4.27×108亿吨标准煤）。其中，埋深在5000米以浅的地热能基础资源量为1.45×1026焦耳（折合4.95×107亿吨标准煤）。地热能以其清洁、高效、可再生的优势，在未来清洁能源发展中占有重要地位，有望成为能源结构转型的新方向。目前，全球有效开发利用地热资源的国家已达80多个。地热能开发利用方式呈现多样化、高效梯级利用的特点——直接利用（供暖、康养、旅游、种养殖等）和发电。

在直接利用方面，截至2015年底，世界开发利用浅层地热能的地源热泵总装机容量约为5万兆瓦，占世界地热能直接利用总装机容量的71%左右；水热型地热能供暖装机容量为7556兆瓦，占世界地热能直接利用总装机容量的10.7%。

地热能发电是地热能利用的重要方式。2015年，世界水热型地热能发电装机容量为1.26万兆瓦。冰岛地热发电量占到全国总发电总量的30%，而且全国90%的房屋采用地热供暖。美国地热发电装机容量已达3500多兆瓦，正在实施的地热能前沿瞭望台工作计划到2050年将实现为1亿家庭提供绿色用电。

目前，干热岩型地热能的开发利用正处于试验研究阶段，它是未来地热能发展的重要领域。美国、法国等国家经过近40年的探索，在干热岩勘查评价、热储改造和发电试验等方面取得了重要进展，积累了一定经验。相比而言我国起步较晚，2012年，科技部设立国家高新技术研究发展计划( 863计划），开启了中国干热岩的专项研究；中国地质调查局和青海省地勘局在青海共和盆地组织开展了干热岩调查评价。

中低温地热供暖为主、发电为辅：中国地热能产业体系已现雏形

在政策引导和市场需求推动下，中国地热资源利用已经形成了以中低温地热供暖等为主、发电为辅的格局。尤其是在水热型地热能利用方面，以年均10%的速度增长，已连续多年位居世界首位。截至2017年底，水热型地热资源供暖建筑面积超过1.5亿平方米，浅层地热能实现供暖（制冷）建筑面积超过5亿平方米。

中国地质调查局水文地质环境地质部副主任吴爱民系统阐释了中国地调局联合国家能源局、中国科学院和国务院发展研究中心等机构发布的《中国地热能发展报告（2018）》白皮书。他介绍说， “十二五”期间，中国地质调查局组织全国60多个单位3000多名技术人员，完成了全国地热资源调查，对浅层地热能、水热型地热能和干热岩型地热能资源分别进行评价。结果显示，我国大陆336个主要城市浅层地热能年可采资源量折合7亿吨标准煤，可实现供暖（制冷）建筑面积320亿平方米；水热型地热能年可采资源量折合18.65亿吨标准煤；初步估算中国大陆埋深3~10千米干热岩型地热能基础资源量折合856万亿吨标准煤,其中埋深在5500米以浅的基础资源量折合106万亿吨标准煤。鉴于干热岩型地热能勘查开发难度和技术发展趋势，埋深在5500米以浅的干热岩型地热能将是未来15~30年中国地热能勘查开发研究的重点领域。

在上世纪70年代我国著名地质学家李四光倡议开展“地热会战”的京津冀区域，正凭借地热资源禀赋和开发基础，成为中国最大的地热城市群。截至2015年底，京津冀年利用浅层地热能建筑物供暖制冷面积为8500万平方米，约占全国的20%。天津市是中国中低温地热资源利用最好的城市之一，现有地热开采井466眼，地热供暖面积3500万平方米，占全市集中供暖面积的8％，主要用于供暖、生活用水和特殊用途等。河北省雄县供暖建筑面积达460万平方米，满足县城95%以上的冬季供暖需求，创建了中国首个供暖“无烟城”，形成了水热型地热能规模化开发利用“雄县模式”。

尽管我国地热能产业体系初步形成，但我国地热能发展也存在不充分、不协调的深层次问题，亟待解决。

一是对地热能资源勘查评价和科学研究不充分。我国进行过两次全国性地热能资源评价，仅对少数地热田进行了系统勘查，研究基础薄弱，分省、分盆地资源评价结果精度较低，与发达国家相比存在明显差距。二是对地热能产业发展初期扶持的政策不充分。目前，中央和地方政府出台了一些财政和价格鼓励政策，对加快浅层地热能开发利用及促进北方地区清洁供暖具有积极的引导作用，但政策不完善，执行不到位、不充分。三是地热能产业发展不协调问题依然突出。四是地热能资源管理制度不协调，缺乏具体可落地的管理手段和措施。

增强型地热系统：国际干热岩勘探开发的前沿成果令人耳目一新

增强型地热系统（EGS），即通过水力压裂等储层改造手段从低渗透率、低孔隙度的高温岩体中提取热量的工程，是从地球深部抽取地热能量的一个复杂过程。从1973年美国芬顿山EGS项目至今，已有8个国家形成了31项EGS示范工程，累计发电装机容量约为12.2兆瓦。

深部地热探测与干热岩资源开发正成为全球地热资源开发的热点和制高点，也成为这次研讨会广泛热议的话题。

本次地热国际研讨会吸引了美国地质调查局地质矿产能源与地球物理科学中心主任科林·威廉姆斯、美国地热能前沿瞭望台（FORGE）计划干热岩项目首席科学家约瑟夫·摩尔、法国苏尔茨干热岩商业化发电项目首席科学家阿尔伯特·金特尔等国际知名专家，他们结合干热岩勘探开发工程案例，介绍了地热（干热岩）EGS场地勘查选址、钻完井、高温测井、压裂造储、大地热流数据收集、地热田三维建模、注采开发诱发微震等技术问题以及研究新成果和新认识。

中国地质调查局水文地质环境地质调查中心张森琦分享的干热岩勘查成果令人振奋。2013年以来，中国地质调查局与青海省联合推进青海重点地区干热岩型地热能勘查，在共和盆地圈定出14处隐伏干热岩体，在盆地外围圈定出4处干热岩体，总面积3092平方公里。在其中一处干热岩体——恰卜恰干热岩体实施的勘探孔，3705米孔底深处的温度达到236℃。

与会各国专家表示，干热岩勘查与开发需要攻克许多难题，以美国地热能前沿瞭望台“FORGE”计划为例，主要有：高温结晶岩中的水平井钻进技术、低成本钻进技术、硬岩钻探新型完井方法和裂隙网络压裂技术、利用原生裂隙的应力场调整方法、诱发地震的预测和管控、热—力学—化学模型、微震事件与有效储层改造的平衡等。

在高温钻井方面，国外已形成了可满足260℃的完整的高温钻完井技术体系；美国等国家在探索试验激光钻井、热熔钻井、脉冲放电钻井等技术，其中任何一种技术开发成功，都将引起干热岩钻井的革命性变化，明显降低钻井成本。

在高温固井和高温测井方面，国外形成了适用温度高达350℃的固井核心技术，而且主要掌握在斯伦贝谢等几大国际油服公司手中。据悉，相关仪器设备如高温测井仪器售价高昂，外国公司不对外销售仪器，仅提供技术服务，而且服务价格很高。

在地热监测方面，实验性项目主要集中在地热井流体监测、热储改造诱发微地震监测、地热开采环境影响监测等方面。法国公司在莱茵地堑地区实施的苏尔茨增强型地热系统采用光纤传感技术进行了持续多年的温度监测，取得许多新认识。

政策激励科技创新：典型国家地热发展的有益经验值得借鉴

会议报告显示，世界主要资源国促进地热能产业可持续发展的许多激励政策和具体做法，对我国推进地热能产业加快发展具有重要的借鉴意义。

一是立法先行，理顺地热能管理体制机制。为了支持地热能产业发展，发达国家普遍通过立法来确立地热能法律属性，明确管理权责主体，理顺政府管理体制机制。

二是政策激励，推进地热能规模化开发利用。发达国家地热能产业发展具有鲜明的政府引导与政策引领特征。美国、德国等国家均出台了包括税收抵免在内的多项税收优惠政策，对地热能开发利用项目给予一定比例的财政补贴。

三是科技创新，推动地热能高效勘探开发利用。世界地热能发展典型国家均重视科技创新，通过加大科研经费投入、设立重大科技研发计划、组织联合研发团队等方式，持续推动地热能勘探开发利用颠覆性技术攻关，助力地热能产业提质增效。

四是国际合作，助力发展中国家地热能较快发展。发展中国家也高度重视地热能产业发展，通过吸引国外资金和先进技术开发利用本国地热能。

产学研用协同攻关：打造中国地热能全产业链

我国地热能资源雄厚，市场空间广阔，发展趋势良好，是极具发展潜力的朝阳产业。如何用好地热能这一“充电宝”，构建地热能全产业链，为我国高质量绿色发展和生态文明建设高质量发展注入“能量”，是行业内外一直关注且迫切需要解决的问题。专家们在演讲中纷纷对此提出建议。

中国科学院院士汪集旸在报告中抛出了“地球充电/热宝”新概念，引起与会者极大兴趣。他认为，可以将弃风弃光所产生的能量，以及分散在城市中的发电厂、污水处理厂余热等各种“废热”能量集中起来储存于地下并按需求取出加以利用。这种地热与其他可再生能源互补综合利用、实现较高能源使用效率的“地热+”模式，为我国北方地区可再生能源综合利用提供了新思路。

吉林大学许天福教授特别对我国干热岩地热产业发展提出建议。他说，干热岩资源潜力大，研发周期长，政府要加大投入，以高校与科研院所为依托，与企业紧密合作，实现“产学研用”联合攻关。在我国西部青海、西藏地区，加强高温花岗岩型干热岩EGS工程示范基地建设，使我国在该技术领域尽快达到国际同等水平。在我国东部华北平原、松辽盆地等地区，推进沉积盆地型干热岩示范基地建设。依托EGS示范基地，实现干热岩开发利用关键技术的集成及验证，研发单井封闭性干热岩高效换热开发技术等。

自然资源部中国地质调查局副局长王昆在讲话中提出的三项重点工作可谓及时回应了人们的关切。他表示，中国地调局将重点对目前还不具备商业开发条件、技术尚不成熟的深部地热能和干热岩组织科技攻关，近期重点开展3个方面工作：

一是加快推进深部地热资源勘查。中国地调局将深部地热勘查开发摆在与天然气水合物勘查开发同等重要的战略位置，加大资金投入和工作力度，部署开展全国深部地热资源勘查。根据北方地区冬季清洁供暖的需要，优先启动北方主要城市深部热储探测，推进地热资源高效开发利用。

二是实施干热岩资源勘查与试验性开发科技攻坚战。以青海共和盆地为试验区，联合地方政府、企业和科研院所，多方协作，研究热源机制，突破干热岩探测、高温硬岩钻探、储层建造、发电等关键技术，力争实现试验性发电，建成中国首个干热岩勘查开发示范工程和研究基地，为中国干热岩商业化、产业化开发积累经验。

三是搭建地热勘查开发科技创新平台，深化国际合作交流。组织实施地球深部探测计划，打造雄安新区和青海共和地热资源勘查开发国际交流合作平台，建立地热勘查开发国家级重点实验室，联合发起国际地热大科学计划。

中国地热勘探开发利用的第二个春天已经到来。

古元古代是地史上重大地质构造转变时期之一，也是第一个重要成矿期

瓦尔巴拉超大陆是一个理论上曾经存在的超大陆，自38亿年前开始形成，31亿年前成形，28亿年前分裂。

前寒武纪地质年表

今年世界地球日的主题是“珍惜自然资源呵护美丽国土——讲好我们的地球故事”。那么，对于“生物大爆发”之前远古时代的地球，你又知道多少？今天，就让我们请来一位研究前寒武纪50多年的地质专家——来自中国地质调查局天津地质调查中心的沈保丰研究员，请他讲讲从46亿年前地球诞生到距今5.41亿年寒武纪开始近40亿年的漫长时光中，地球经历了哪些重大地质事件。

1 前寒武纪涵盖40亿年的地球时光，分为冥古宙、太古宙、元古宙三个地质时代

记者：说起寒武纪，人们会想到地球历史上第一次生物大爆发，大量且门类众多的海生无脊椎动物在几百万年的很短时间内“突然”地出现了。从此，地球逐渐成了一个生机勃勃、丰富多彩的“生命家园”。那么在之前的前寒武纪时期，地球又经历了怎样的演化过程？

沈保丰：地球的年龄是45.68亿岁，以5.41 亿年的寒武纪为界，之前约40 亿年的地质时代称为前寒武纪。

前寒武纪又分为冥古宙、太古宙与元古宙三个地质时代，是陆壳形成、生长、壳幔圈层分异耦合并形成稳定陆块的重要阶段。应该说，在这个漫长的时间尺度上，地球发生了一系列决定地球命运的地质大事件。揭示这些事件的性质和过程，对于理解行星演化、大陆的聚合与漂移、矿产资源的形成、生命的演变，以及地球未来的发展都具有重要意义。

记者：但以往人们了解得并不多。

沈保丰：的确。尽管它占据了地球生长期近87.7%的时间，但人们对这段时期的了解相当少。这是因为前寒武纪少有化石记录，且岩石已严重变质，不是已经破坏侵蚀，就是埋藏在显生宙地层之下。

目前，已知地球上地壳的最古老物质记录，是澳大利亚杰克山太古宙沉积砾岩中的碎屑锆石，它的年龄大约是44亿多年。

2 冥古宙的“黑暗地球”，经历了由天文行星演化到地质演化的质变

记者：地球形成的初始阶段是没有地壳的？

沈保丰：早期地球经历了由天文行星演化到地质演化的质变。

在冥古宙，即距今45.68亿年到40.3亿年，早期地球经历了一段“黑暗时代”，那是一段没有岩石记录的时期。

冥古宙又可分为混沌代和杰克山代或锆石代两个代，其分界线为44.04亿年。混沌代主要是太阳系及其早期地球等行星形成及演化时期，其间包括太阳系的形成、早期地球的增生、金属地核和硅酸盐地幔形成、月球的形成、一颗“火星大小”的行星撞击等天文行星演化事件。

距今44.04亿年左右，地球就进入到地质发展时期。在这一时期内，有原始地壳和原始地核起源，初始地幔、水、大气圈和海洋的形成，陆壳、洋壳及生命起源等重大地质发展问题，都需要人类进一步去认识和研究。

早期地球的研究是当今地球科学研究的热点和难点，因为有关近似火星大小的天体大撞击、全球岩浆海、地幔翻转、陆壳起源、生命出现等大事件都发生在这一时期。但因为在这时期保存的记录极少，又很难得出较完整的结论。因而人类对早期地球的认识程度极低。

从地质角度对早期地球的研究、获取相关信息的途径，其中对冥古宙碎屑锆石包含信息的研究尤为重要。

记者：人类都在哪里发现过冥古宙碎屑锆石？

沈保丰：保存较好的地点是西澳的Mt. Narryer、Jack Hills和Maynard。Mt. Narryer的碎屑锆石年龄为41.5亿年及42亿年；Jack Hills为44.04±0.08亿年，是全球最老的碎屑锆石年龄。

在中国大陆的西藏三江造山系中的喜马拉雅地块、北羌塘地块、北秦岭西端、北祁连走廊带、天山的东准噶尔和华夏造山系等7个地点，也发现了早于40亿年的碎屑锆石，其中有4个大于40.3亿年，3个接近4亿年。

3 太古宙是陆核形成、陆壳巨量堆积、许多矿产形成的重要时期

沈保丰：太古宙是陆核形成、陆壳巨量堆积、高度还原性水圈、大气圈和铁、金、铜、锌矿产形成的重要时期。

太古宙是陆核和陆壳巨量堆积时期。根据已有的地质资料，地球陆壳的80%～90%是在早前寒武纪形成的，绝大多数形成于太古宙中的中—新太古代。全球陆壳的巨量增生在29亿～27亿年，主要的岩石类型是高钠的长英质片麻岩，其次是镁铁质—超镁铁质火山岩。据推测，陆壳增生与超级地幔柱事件有关。

太古宙地幔热对流循环剧烈，构造活跃，火山活动速率较大，这有利于早期大陆物质大量产生，并漂浮于紊流状态的地幔之上。随着地球冷却，原始大陆固结为一些小陆块。依据南非卡普瓦尔和澳大利亚皮尔巴拉克拉通的年代学和古地磁研究，在33亿年左右，甚至可早到36亿年，可能有一些陆块增生并形成地球上第一个构造上更稳定的瓦尔巴拉超大陆。有专家提出，在太古宙末期，27亿年左右或25亿年，可能存在一个肯洛兰超大陆。约24亿年左右，肯洛兰超大陆开始裂解，形成了一系列的大规模放射状基性岩墙群，在23亿年左右形成了古元古代冰川事件。

记者：太古宙已经开始形成矿产资源？

沈保丰：太古宙形成的大量绿岩带中有着明显的成矿作用。

根据其规模、形态、形成时代、岩石组合、变质程度以及成矿作用等方面的差别，全球的绿岩带可分为4种类型：巴伯顿型（35亿～33亿年），形成时代较老，主要矿产有金、铁、铬和少量镍；苏必利尔型（27亿～26亿年），主要矿产有铜、锌、金、铁和少量镍；伊尔岗型（27亿～26亿年），产出的矿产有铜、镍、金、铁等；达瓦尔型（26亿～23亿年），与之有关的矿产有金、铁、锰等。

4 距今26亿～25亿年间，华北陆块发生了一次大氧化事件

记者：现在的中国大陆在太古宙时期经历了怎样的变迁？

沈保丰：太古宙地层在中国大陆出露面积为7.4万平方公里。中国大陆主要有三个陆块区，分别是华北、塔里木和扬子。其中，以华北陆块面积最大，变质基底分布范围最广，时代跨度最长——从略大于38亿年到18亿年。

作为中国最大的陆块，华北陆块的面积约30万平方千米。尽管与世界上其他陆块（克拉通）相比，它的面积不算大，但它不仅具有超过38亿年的漫长地质历史，而且经历了复杂的构造岩浆热事件叠加和改造，记录了几乎所有地球早期的发展的重大地质构造事件。

在26亿～25亿年，华北陆块是陆壳巨量堆积的高峰期。由于陆壳巨量堆积引起由缺氧到富氧的地球环境的剧变，构造体制重大转折，同时导致了元素的巨量迁移、重新分配和成矿。

一个有趣的现象是：华北陆块大约30万平方千米面积上，在26亿～25亿年间忽然大规模地形成了几千个规模大小不等的氧化物相条带状铁建造（BIF）型铁矿床，累计查明资源储量已达335.36亿吨，占全国铁矿总资源储量46%。这种在一个不是很大的地区集中产出几千个矿床和矿点，并呈氧化物相条带状铁建造的铁矿床产出，在全球很少见，华北陆块可能是唯一的地区。这也说明在新太古代26亿～25亿年时，华北陆块发生了一次大氧化事件。

记者：铁矿床的形成与氧化有什么关系？

沈保丰：铁是变价元素，在自然界有Fe2+和Fe3+两种离子存在。氧化环境中铁呈Fe3+状态存在，Fe3+的迁移能力极小。还原环境中铁以Fe2+状态存在，形成Fe(OH)2、FeCO3、FeCl2等化合物。因而氧化环境有利于铁的沉淀，还原环境有利于铁的迁移。即：在酸性环境下，铁的还原作用增强，促使二价铁被溶解到溶液中去；在碱性环境下，铁的氧化作用增强，促使三价铁从溶液中沉淀下来。

在华北陆块在26亿年之前，由于强烈的火山和洋底的喷流作用，大气圈和海盆基本是处于强酸性和强还原的环境，在盆地中大量的铁呈二价离子、氢氧化铁或其他络合物形式存在海盆中。在26亿~25亿年由于处于氧化环境，Fe2+便从溶液中沉淀下来，形成了大量的铁矿。

5 古元古代是地史上重大地质构造转变时期之一，也是第一个重要成矿期

沈保丰：古元古代是地史上重大地质构造转变时期之一。在此期间，发生了古元古代初超大陆裂解、大量基性岩墙（席）侵位、大量巨厚被动陆缘型沉积建造、大陆壳的快速生长、俯冲—碰撞造山作用的首次出现等。同时，这一时期构造体制发生了本质的变化，由太古宙全活动体制转换为活动带和稳定地块并存的构造格局。出现不同规模、不同构造性质的活动带、裂陷槽、岛弧带、活动大陆边缘、被动大陆边缘等。

记者：全球古元古代大致发生了哪些重大地质事件？

沈保丰：24.2亿～22.5亿年在古元古代初期，发育有广泛的冰川活动，产生了全球性的地幔慢速下沉和大气圈的氧化。

这个时期的古老冰川活动被称为休伦冰川活动。它紧随在肯洛兰超大陆破裂、大氧化事件在全球广布条带状铁建造之后。在24.2亿～22.5亿年全球岩浆活动寂静期之后，从22.5亿～20.6亿年岩浆活动重新活跃，出现以玄武质岩浆活动为代表的全球事件。古元古代中期，也是磷矿产生的重要时期。

20.6亿～17.8亿年是地球历史上重要的地壳生长期，世界上最大镁铁—超铁镁质层状侵入体以及南非含大量矿产的大规模基性布什维尔德岩浆岩省，就产生于这一时间。这一全球的构造事件还导致了哥伦比亚超大陆在距今18亿年时的形成。

此时的华北陆块也发生了与超大陆形成有关的造山事件。大量丰富的地质记录证实，在古元古代末18.5亿年完成了最后一次前寒武纪聚合造山和变质作用，完全固结成为一个整体的刚性克拉通。在古元古代末，经吕梁运动，华北、塔里木、华南等古大陆相联，组成一个统一的中国古大陆的结晶基底。

全球哥伦比亚超大陆形成后，从17. 8亿年开始陆续进入裂解期，形成裂谷盆地和被动陆缘盆地。

古元古代也是地史上第一次十分重要的成矿期。它以矿种多、成矿规模大、矿床类型复杂著称。比如中国就有大量这一阶段因古大陆裂解离散-造山而产生的矿产，构成了铁、铜、铅锌、金、硼、菱镁矿、滑石、金红石等矿床成矿带和成矿系列。

6 “雪球地球事件”之后，温室效应导致地球变暖，元古宙进入尾声，显生宙拉开序幕

记者：从您的讲述来看，早期地球虽然没有大量生物出现，但故事也是惊心动魄。

沈保丰：的确非常精彩。

17.8亿～8.5亿年是地球演化过程中相对稳定期，以硫化物发育的深海洋、疑源类的缓慢演化、哥伦比亚超大陆的解体和距今11亿～9 亿年罗迪尼亚超大陆的汇聚为主要特色。

8.5亿～5.41亿年是地史中由隐生宙向显生宙过渡的重要阶段，也是生命演化最关键的时期。在这时期的开始阶段，即从7.7亿年开始，地球进入了元古宙第二次环境剧变阶段，广泛发生低纬度冰川，整个地球覆盖着冰雪，形成一个雪球，称为“雪球地球事件”。

记者：“雪球地球”？连赤道也被冰雪覆盖吗？

沈保丰：当然。全球年平均气温低达-50C°，海洋表面冰层达到1000米厚。整个地球成为一个雪球。

这也是元古宙休伦冰期后的第二次全球冰雪时期。

在新元古代中期，罗迪尼亚超大陆裂解。在这一时期，地球构造运动加强，广泛形成陆内裂谷，同时引起大规模风化剥蚀和沉积作用，使大气中CO2的消耗量大大超过火山喷发释放的CO2量，并出现“冰室效应”：全球气温迅速降低，首先在地球两极的海洋上形成冰盖，随着冰盖面积的扩大，冰面对阳光反射增大，加速了地球表面的气温下降，直至全球冰冻，形成“雪球地球”景观。

不过，有一句话叫物极必反。由于温度极低，水文循环基本停滞，几乎没有降水作用，消耗CO2的化学循环基本停止。但同时，地球上的岩浆作用依然活跃，火山喷发释放出大量的CO2，且不断增加。经过上千万年的日积月累，大气中的CO2终于达到了一个足够高的浓度，便又产生了强大的温室效应。之后，地球迅速变暖，冰雪大片消融，最终出现了另一极端——解冻加速，一场酷热随之而来。

随之而来的还有生物界的蓬勃孕育。6.35 亿年，埃迪卡拉纪开始，埃迪卡拉动物群首现，至5.41亿年寒武纪生物大爆发，元古宙结束，显生宙拉开序幕。

7 元古宙是多种矿种大型、超大型矿床形成的高峰期，中国至少有该时期形成的超大型矿床40余处

记者：看来，中—新元古代是地球演化历史上最重大的变革时期之一，为之后地球成为丰富多彩的生物家园奠定了地质基础和气候基础。

沈保丰：我今年83岁，是从1964年开始研究前寒武纪矿床。我想要告诉大家的是，地球演化和环境变化也与成矿作用息息相关。如，“雪球地球事件”为我国的华南地区留下了大量的铁矿、锰矿和磷矿，特别是锰和磷，规模很大，品位很高。

记者：那么，我国前寒武纪矿床主要有哪些矿种？

沈保丰：中国前寒武纪超大陆旋回与成矿作用关系十分密切，我们曾提出，中国前寒武纪大规模成矿作用的主要控制因素是大地构造背景和大型地质构造环境。我国前寒武纪有包括铁、铜、镍、锌、稀土、金、磷等矿种在内的14个矿种产出超大型和特大型矿床，其中超大型矿床40多处、特大型30多处。

记者：有哪些是我们现在熟知的大矿？能举个例子吗？

沈保丰：比如白云鄂博。

记者：我们知道位于内蒙古的白云鄂博矿赋存着大量稀土，在我国乃至世界稀土工业占据举足轻重的地位。它也是在前寒武纪哪个阶段形成的？

沈保丰：白云鄂博稀土、铌、铁矿床是我国中元古代一个世界级的巨型矿床。初期，我国开发白云鄂博是开采铁矿石，后来才发现并应用其中的稀土、铌等重要矿产资源。

如果说中国稀土的资源储量约为世界稀土资源储量一半，其中白云鄂博稀土资源储量就能占到全国稀土资源储量的近九成。如今，人们已在矿区内已发现73种元素，构成160种矿物，有综合利用价值的矿产达26种，除稀土之外，铌、钍资源储量都占世界第二位。

白云鄂博矿床有着复杂的形成历史。

据研究，白云鄂博矿床有两次成矿期，是早期中元古代以铁-铌-稀土矿为主的岩浆型和晚期加里东期为铌—稀土矿热液叠加而形成的多成因、复合型的叠生矿床。

在中元古代早期，大约17.5亿年左右，随着全球哥伦比亚超大陆的裂解，太古宙的华北陆块也开始裂解，形成白云鄂博裂谷，并在裂谷中沉积了白云鄂博地层及有关岩浆岩。在14亿～12亿年，这里火成碳酸岩呈岩床或似层状体和岩墙侵位。就在火成碳酸岩岩浆熔离过程中，形成了岩浆期的稀土—铌—铁矿床。这也是白云鄂博的主矿化期。

在5亿年～4亿年加里东期，这里又叠加了一期构造热事件，形成了第二期稀土、铌热液矿脉。它们也是地壳深部物质部分熔融的产物。

沈保丰：总的来说，前寒武纪中的元古宙是多种矿种大型、超大型矿床形成的高峰期。除了白云鄂博超大型稀土—铌—铁矿床外，中国此时形成的知名矿床还有：内蒙古东升庙超大型硫铁—铅—锌矿床、甘肃金川超大型铜镍矿床、海南石碌超大型铁矿床、贵州松桃西溪堡（普觉）超大型锰矿床、贵州松桃道坨超大型锰矿床、贵州开阳超大型磷矿床、贵州瓮安超大型磷矿床、黑龙江柳毛超大型石墨矿床、黑龙江云山超大型石墨矿床等。

记者：大自然的奥秘真是太多了。谢谢您为我们分享了一段有关早期地球的精彩故事。

专家出镜

沈保丰，研究员、博士生导师。1959年毕业于前苏联乌克兰顿涅茨克工业大学地质系，曾任原地矿部天津地质矿产研究所所长（现为天津地质调查中心）。50多年来，主要从事矿床、前寒武纪地质、区城成矿规律和成矿预测研究，专长前寒武纪成矿作用；先后发表论文100多篇，出版专著14部；曾获国家科技进步奖、省部级科技或果奖等多项，1992年起享受国务院特殊津贴等。

近些年，深海矿产资源勘查开发引起了世界各国的高度重视，海底技术进步、原材料价格上涨和价格大幅波动造成的原材料供应风险，已成为推动各国开展海洋矿产资源商业化开发的三大驱动力。近日，《地质调查动态》撰文对深海采矿现状、面临的主要挑战进行了深入探讨，并对深海采矿的前景进行展望，本期摘编其精华内容。

●海底矿床勘查目前正在加速进行，不断有国家或公司要求签订新的合同，其中在公海地区进行的勘查项目需经国际海底管理局批准。

●虽然开采海底矿产的技术取得重大进展，但还远远不够，亟待开展技术创新，采用降低成本的绿色技术是未来深海采矿的必由之路。

●深海采矿将成为本世纪人类满足自身发展需求的战略之举，但其前景受到技术、经济、地缘政治、国际法律法规等多重因素制约。

动因

唤醒沉睡海底的矿产宝藏

传统意义上的“深海”，是指大陆架以外的海洋部分，通常水深在200米以上。深海资源一般指公海以及国家专属经济区（EEZ）以外的海洋资源部分。深海资源可分为矿产资源和生物资源两类。矿产资源主要分为多金属结核、富钴铁锰结壳和海底块状硫化物（SMS）三种类型。

这些富集在深海的金属或非金属资源的副产品，很多都是现代高科技、绿色技术或新兴技术必不可少的原材料。例如：碲用于光伏太阳能发电，钴用于混合动力汽车和电动汽车电池，铋用于核反应堆的液体铅-铋冷却剂，铌用于高科技高温合金等。

过去15年来，深海矿产资源勘查开发引起了世界各国的高度重视。有的国家以国有企业或专业科研院所为主进军深海，有的则是通过国家层面的立法为民间投资深海创造便利条件。至于全球层面的深海资源勘查开发治理平台也不断涌现，并日臻完善。从根本动因上来看，海底技术进步、原材料价格上涨和价格大幅波动造成的原材料供应风险，已成为推动各国开展海洋矿产资源商业化开发的三大驱动力。

开发深海矿产资源的意义在于，它不仅可以满足国家产业发展对战略性矿产供应安全的需求，还能促进洋底填图及相关技术的发展，促进海底采矿相关服务和装备的研发，提升对深海资源的认识，维护国家战略利益。21世纪以来，世界各国对深海矿产资源的兴趣与日俱增，竞争日趋激烈。据荷兰资源专业中心数据，2010年美国在深海采矿方面的创新力排在第一位，欧洲排名第二，中国居第三位，其后依次为日本、韩国。

此外，相较于陆地采矿，深海采矿的优势较为显著。例如：陆地采矿会在环境中留下大量“足迹”：需要修路，建造房屋和基础设施，挖掘露天采矿场矿坑，影响河道，并产生数百万吨的废石。而海底采矿不需要修路，没有海底矿石运输系统或建筑物，几乎不需要建任何海底基础设施。铁-锰结壳和结核基本上都是暴露在海床之上呈平铺状态。SMS矿床厚度可达几十米，但矿床上几乎或完全没有覆盖物。开采陆地矿床需要剥离覆盖层，挖掘出来的废石量在总挖掘量中的占比可达75%之高。而深海采矿的平台是船，可以很方便地从老矿点转移到新矿点，选择规模虽小但品位高的矿床进行开采。除矿石品位高外，海底采矿的另一个优点是可以在一处采矿场回收3种或更多种金属。3种主要类型的深海矿床（结壳、结核和SMS）都具有这样的优点。陆地采矿影响土著居民或原住民生活的问题正日益受到关注，而深海采矿不会引发这样的问题。

挑战

深海矿产开采存在法律空白

深海采矿将是本世纪人类满足自身发展需求的战略之举，其前景受到技术、经济、地缘政治、国际法律法规等多重因素的制约。

对深海矿产资源认知不够，勘查开发监管存在风险。行业内和研究学者们基本都知道深海矿床在哪里，但是对于资源的集中度、规模大小却知之甚少。这对于需要据此开展成本效益评估的单个项目来说，矿床品位及规模的不确定性成为制约其开发的主要因素。例如：加拿大鹦鹉螺矿业公司圈定的索尔瓦拉1号矿床，是当前世界上最先进的深海采矿项目，但其资源仅够开采两年。其结果是，现在还不能确定，该公司为开矿而进行的巨大投资是否具有经济效益，因为仅仅建造一艘船的费用就高达10亿欧元。

深海采矿主要的缺陷和风险在于“社会环境运营许可”。由于深海采矿通常位于国家管辖区外，关于勘查活动的国际监管框架的制定进程缓慢。这就导致企业参与无章可循，使得投资者望而却步。环境组织和科学家们也声称，当前对于深海采矿给生态系统造成的环境破坏风险知之甚少。

国际法律框架不完善，开采条款未出台。大部分深海资源都位于国家管辖区以外的国际水域，法律框架复杂。对于深海采矿引发的新问题，国际法律框架层面还存在着诸多的不确定性和空白。规制海洋活动最重要的国际法是联合国海洋法公约（UNCLOS），其在1982年通过，1994年开始实施，目前世界上有166个国家已经签约成为会员国，但也有例外，如美国。

为了管理和协调深海矿床相关事宜，1994年在UNCLOS下成立了自治国际组织——国际海底管理局（ISA）。所有公约签署成员国自动成为ISA的成员。截至目前，ISA分别于2000年、2010年和2012年通过了勘查结核、硫化物、结壳的条款，但是关于开采的条款还在制定当中。

结核和SMS勘查开发技术较为成熟，结壳挑战性大。深海采矿通常包括几项关键技术。首先是要有现代化的装备齐全的船。目前，已有好几艘勘查船在运营，它们通常属于国家研究机构和地质调查局。开展巡航研究是很昂贵的事情，一艘船的运营成本约5万～10万欧元/天。另一项关键技术是可用于深海采矿作业的遥控机器人（ROV）。SMS在输送至海面之前，要用ROV进行开采。散落于海底淤泥中的锰结核，可通过ROV真空将其从海底吸出来。锰结壳可通过在洋底作业的ROV进行剥离并磨碎。ROV可将这些混合物运送至提升系统，管运至海面的船上。通常，一套深海采矿系统包括4个子系统：采掘系统、提升系统、海面平台和处理系统。

对于深海采矿技术，行业内似乎对商业化开采很有信心，认为以当前的技术水平足以满足需求。这些技术源自油气钻探，钻进深度通常可达2000米以上。然而，开采不同类型的深海矿产，其技术要求不尽相同。现有的或目前正在建立的第一代深海勘查开采技术只适用于铁-锰结核和SMS，不适用于铁-锰结壳。勘查和开采铁锰结壳需要克服两个主要的技术难题，一个是勘查和描述矿山特征，另一个是开采。勘查工具必须是深海拖曳式或可以装载在ROV上，并且可以在现场测量结壳的厚度以计算储量。最佳途径可能是开发一种多光谱地震探测工具和伽马辐射探测器，但必须解决伽马射线信号在海水中衰减的问题。与铁锰结壳相比，结壳基岩的种类繁多，伽马射线探测器在区别结壳基岩物理性能方面效果最好。开采方面的难题是，采矿工具必须能把铁-锰结壳与结壳基岩分离开，从而做到只开采结壳，不开采基岩，因为基岩开采会大大稀释矿石的品位。困难在于，结壳是牢固地附着在基岩之上的。分离结壳与结壳基岩的工作必须在水下1500m～2500m处的不规则且往往是粗糙的海床上进行，而且结壳以下的各种结壳基岩的韧性又各不相同。攻克这一难关需要进行高水平的技术创新。

资源价格和资本成本是制约深海采矿的两个主要外在因素。深海采矿主要受到包括资源价格和资本成本在内的外部因素影响。对于采矿本身，用于造船和开发必要技术的初始投资成本是巨大的。不是所有项目都在商业上可行，但是走向深海在很多情况下却是一个战略性问题。采矿业一直是一个高成本产业，将深海采矿成本与陆域采矿进行对比很重要。对于陆域采矿，总成本包括环保成本、固定基础设施成本和劳动力成本，相较而言，深海采矿对投资者颇具吸引力。

据欧盟方面测算，深海勘查一天的成本超过10万美元，大部分勘查航次的预算在5000万～2亿美元之间。对开采而言，一天的运营成本高达好几亿欧元，这还取决于矿床及其位置。最大的成本是船、钻探及船员的费用。从经济角度来看，很多方面都取决于上述外在因素，主要包括某种资源在一定时期的市场价格以及相较于陆域采矿的成本控制。

深海采矿的环境影响可能会很大，要提前开展风险评估。所有扰动地球表面的活动，无论是陆上的还是深海的，都会扰动甚至摧毁动植物栖息地。因此，必须制定最环保的工作计划，并使所有地球表面的活动都按计划开展。与陆域采矿相比，深海采矿具有环境影响小的优势。然而，至今业界对于深海采矿会造成哪些环境问题尚知之甚少，目前全球只有一座海底矿山——索尔瓦拉1号矿，拥有此矿的加拿大鹦鹉螺矿业公司提交了一份开采此矿的环境影响报告，这是当前现实中唯一的陈述海底采矿环境影响的报告。考虑到矿床类型和开采工具等方面的因素，海底采矿的环境影响可能会很大。因此，基于不同尺度原地实验的风险评估是深海采矿实施前必不可少的工作环节。

研究人员通过实施一些国际科学计划研究了开采铁-锰结核可能会造成的影响，这些国际计划以广泛的野外考察以及理论和实验室研究为基础。在采矿车辆经过的地方，动植物栖息地显然会遭到破坏，海底水层中还会产生沉积物卷流，卷流的范围有多大则不可预知。国际海底管理局2008年开展的一个项目得出这样的结论：难以预料开采海底结核会对生物多样性产生什么样的威胁，以及会带来多大的物种衰落风险，因为我们对海洋物种数量和地理分布情况的了解十分有限。存在潜在毒性的金属可能会在短时期内从孔隙水中释放出来，或在结核碎屑解吸作用下产生，特别是当采矿作业降低了表面沉积物中的氧含量时，这种情况会发生。

从深海采出的矿石将被运送到陆上的选矿厂。一旦矿石被运到现有或新建的选矿厂加工处理，也会引发与现有陆上选矿厂同样的环境问题。但新建选矿厂可能会更高效并采用先进的绿色技术。船上的选矿工作可能将仅限于矿石脱水，把水回灌到水下采矿场。如果是开采结壳，可能会在船上进行浮选，以去除结壳基岩。

现状

各国加速“淘金”探明深海富矿区

其实，科学家早在100多年前就知道深海里有矿产。然而，对深海矿床成因、分布和资源潜力的研究却始于最近几十年。20世纪70年代，科学家首次对东北太平洋克拉里昂-克利伯顿断裂带（CCZ）铁-锰结核进行了详细研究。当时有人预言，对CCZ海区铁-锰结核的开采将于20世纪70年代末至80年代初开始，但这一预言没有成为现实。1977年，科学家又在太平洋加拉帕戈斯海脊发现了热液系统。此后不久，研究人员又于1979年在东太平洋隆起发现了“黑烟囱系统”。20世纪80年代早期，对海底铁-锰结壳的研究引人注目，因为从铁-锰结壳中开采钴的前景被看好。然而，由于全球市场金属价格在20世纪90年代前后直至21世纪初持续低迷，开采海底矿产的积极性受到打击，开采计划被搁置。但针对海底矿床的研究与开发工作一直没有中断。进入21世纪以后，随着全球金属价格的上涨，深海矿产资源的勘查开发再次引起广泛关注。

结壳通常沉淀在海底山岭、山脊和高原上，水深400m～7000m，厚度最大和含金属最多的结壳位于水下800m～2500m处，采矿作业最佳水深1500m～2500m。西北太平洋底海山的年代为侏罗纪，是全球海洋中最古老的海山，其结壳最厚，稀有金属的含量通常也最高。因此，西北太平洋中部赤道海区被认为是勘查海底结壳的主要地带，即通常所称的“中太平洋主结壳带（PCZ）”。

对于结核而言，太平洋尤其是东北太平洋的克拉里昂-克利伯顿断裂带（CCZ），秘鲁盆地，以及南太平洋的彭林-萨摩亚盆地是发现结核最多的海域。印度洋盆地中部也发现了一处大型结核带，西南大西洋的阿根廷盆地和北冰洋等海域内可能也有铁-锰结核带，但这些海域的勘查程度非常低。CCZ海区最具经济吸引力，在这一海区内，已经或正在等待与国际海底管理局签署勘查合同的勘查区块有13处。矿业公司之所以对CCZ海区感兴趣，是因为此海区有大量铁-锰结核且镍和铜的富集度高。

总体来看，截至2013年，已签署海底勘查合同的占地面积约为1843350km2，其中约一半勘查项目是沿海国家在其各自的专属经济区（EEZ）内进行的，其余勘查项目是在国家管辖区外的公海地区进行的，在公海地区进行的勘查项目需经国际海底管理局（ISA）批准。SMS矿床勘查项目的面积约占海底勘查总面积的45%，大多数都位于西南太平洋国家的EEZ范围内，公海地区SMS矿床勘查项目的占地面积仅有5万km2。在占据其余55%海底勘查面积的项目中，大多数为铁-锰结核勘查项目，这部分项目全部在公海范围内进行。此外，还有两个占地面积很小的磷灰岩勘查项目，一个在新西兰海域，另一个在纳米比亚海域；还有一个面积非常小的多金属泥勘查项目，此项目在红海海域进行。这3个小项目以及一个位于西南太平洋的SMS项目已被批准签署采矿合同。2012年7月，ISA理事会和大会通过了勘查海底铁-锰结壳的法规，此后不久便收到了申请在西太平洋进行勘查并签订合同的两份工作计划，勘查合同的占地面积9000km2。

中国、法国、德国、印度、日本、韩国、俄罗斯以及一个名为“洋际金属”的多国集团（成员国有：保加利亚、古巴、捷克共和国、波兰、俄罗斯和斯洛伐克共和国）签署了勘查海底铁-锰结核的合同，每块勘查区的面积约为7.5万km2；中国、法国、德国、韩国和俄罗斯等国已经或即将签署勘查SMS矿床的合同，每块勘查区的面积约为1万km2；中国、日本和俄罗斯已经制定或预计将制定勘查海底铁-锰结壳的工作计划，每块勘查区的面积约为3000km2。此外，有4家公司已经或即将签订勘查海底铁-锰结核的合同，其中3块勘查区的面积为7.5万 km2，1块为5.862万km2。海底矿床勘查工作目前正在加速进行，不断有国家或公司要求签订新的合同。

前景

铺就“产学研用”深海采矿之路

至今我们并不十分清楚全球海洋中铁-锰结壳、结核和SMS矿床的资源潜力到底有多大。相对而言，对CCZ海区和中印度洋盆地结核矿床的特性描述最为清楚。必须用评价陆地矿床的方法评价海洋矿床，从而发现海洋矿床作为许多种稀有、战略性和紧缺性重要矿产来源的重要性。对比评估工作应包括对每一种重要矿产整个生命周期的评价，以及对矿床开采环境影响的评价。

从工程技术的角度看，必须取得几方面的重要突破才能使结壳开采具有可行性。与结壳开采相比，结核开采技术较为简单，因此已进入可开发阶段。阻碍铁-锰结壳勘查的最大难点是，需要在原地实时测量结壳的厚度，开采矿石的最大障碍则是把铁-锰结壳与结壳基岩有效地分离开。减少或消除对铁-锰结壳和结壳基岩物理性质测量结果的偏差有助于解决这一技术问题。需要对种类繁多的样品，尤其是磷酸盐化的厚层结壳进行分析。一个更困难的问题是，需要在原地测量浸透海水的样品。这些测量开展以下工作：认识从海水中捕获金属的机理；对比结壳和结壳基岩以开发勘查技术；描述结壳强度和结壳对各种采矿方法的承受程度。

虽然开采海底矿产的技术正取得重大进展，但还远远不够，亟待开展技术创新，采用降低成本的绿色技术是未来深海采矿的必由之路。使用简单的酸浸法就可以浸出结壳和结核中的全部主要和稀有金属，因此，应该研发化学和生物化学选矿工艺，比如使用特定的金属结合药剂，以便能够选择性地回收想要回收的金属。在回收了想要的金属后，剩下的矿渣可以送入另一个提取流程，回收其他种类的金属。从矿渣中回收这类金属往往不具经济可行性，因此，回收这类金属的前提是国家有经济鼓励政策或战略需要。

对于一个国家而言，要么是通过国家科学研究机构或地质调查机构加强深海矿床的勘查、开发研究及技术储备，要么是通过立法不断创造并完善有利于深海采矿的优良环境，吸引社会投资进军深海。深海矿产资源勘查开发将是一个事关民族发展、国家兴盛的重要领域，需要政府加强政策引导，强化监管与服务，铺就一条“产学研用”的深海采矿创新之路。

2021年全国科普日活动期间，中国地质调查局青岛海洋地质研究所发挥科普基地平台优势，在中国科协科普部指导下，联合青岛市市南区教育和体育局、科普中国科技前沿大师谈、新华科普、地质出版社、山东教育电视台，于9月25日共同举办了“地球之肾 湿地‘碳’究—走进自然资源部北方滨海盐沼湿地生态地质野外科学观测研究站”大型科普直播活动。活动通过科普中国、新华网、地质出版社小黑马科学、山东教育卫视、微赞等平台面向全网直播。

湿地专家和主持人在直播现场

本次科普直播活动围绕“滨海湿地碳循环研究支撑服务国家碳达峰碳中和目标”的主题，采用现场主持人与专家进行科普访谈，期间插播科技人员在湿地野外的科普讲解视频形式开展。自然资源部北方滨海盐沼湿地生态地质野外科学观测研究站站长叶思源研究员及其团队骨干裴绍峰研究员、丁喜桂正高级工程师、赵广明副研究员做客直播间，与正在山东黄河三角洲国家级自然保护区的东营湿地野外站开展碳循环调查工作的项目组成员一起，介绍水-土-气-生等生态环境要素的监测装置和技术方法，讲解湿地生态地质科学知识，展示国内外科学家依托湿地野外站的全球湿地增温网（CROWN）开展全球滨海湿地生态环境对比研究的大科学计划和科研成果，以及科技人员保护和修复湿地的科学实践。裴绍峰博士详细解读了双碳目标的内涵，介绍了碳在地球上各圈层的循环交换过程以及地球上的四大碳库：岩石圈碳库、大气碳库、陆地生态系统碳库和海洋碳库。他告诉大家，通常把海洋和海岸带所吸收捕获的碳称为“蓝碳”，其储碳周期可达数千年，在气候变化中发挥着不可替代的作用，尤其滨海湿地因具有远高于其他生态系统的固碳能力和潜力，已成为现在科学家们关注研究的重点。

直播开始，主持人从近年来全球频频出现的极端天气讲起。这些极端天气形成的原因主要在于碳排放加剧及其导致的全球变暖。为此，我国也积极采取措施，明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。那么滨海湿地碳循环研究是如何支撑服务国家碳达峰碳中和目标呢？

叶思源研究员对湿地先做了简单的介绍。湿地是位于陆生生态系统与水生生态系统之间的过渡地带，包括各种咸水淡水沼泽地、湿草甸、湖泊、河流以及洪泛平原、河口三角洲、泥炭地、湖海滩涂、河边洼地或漫滩、湿草原等。其中滨海湿地物种丰富，有很高的生态服务功能，在水土保持、岸线稳定、污染物质净化、固定大气中的二氧化碳以及为人类提供原材料和休息娱乐场所等方面具有很高的价值。 

滨海盐沼湿地是一个复杂又独特的生态系统，包含了植物、动物、微生物以及水、土壤、大气等生态要素，各要素相互协同，使湿地具备了较高的固碳效率和长期持续的储碳能力。青岛海洋所滨海湿地团队就是致力于滨海湿地基础地质、沉积环境演化、生态系统固碳功能评价、生态环境地质监测以及生态修复技术等综合调查和创新研究工作。团队依托青岛海洋所建设了自然资源部北方滨海盐沼湿地生态地质野外科学观测研究站，可以对碳在水-土-气-生多圈层中的循环过程进行长期监测。

直播中，观众通过观看湿地团队野外工作视频，观赏了滨海湿地美丽的景色，了解了科技人员艰苦的工作条件以及他们在野外站开展的调查监测任务和科研过程。

在滨海盐沼湿地生态系统中，首先要了解该区域生长的典型植物，它们可以通过光合作用吸收二氧化碳，这是最直观的固碳过程。科技人员展示了芦苇、碱蓬、柽柳和互花米草几种代表性植物，详细介绍了每种植物的特点。为了更好地向观众展示湿地植物的固碳过程和强大的固碳能力，江星浩同学在野外展示了植物光合作用的测量方法，周攀同学演示了如何通过植物的“样方调查”测量植被地面生物量。

湿地土壤不仅为湿地的生物生存提供场所，还可以涵养水源，净化水质、抵御洪水、干旱等自然灾害，更是湿地生态系统最大的碳汇。赵广明副研究员对此进行了详细介绍，何磊博士通过视频展示了湿地土壤样品，那黑色的物质就是土壤中富含的碳，来自植物根茎和残骸。土壤中的微生物可以分解碳，裴理鑫博士用生动形象的比喻讲解了湿地水淹环境下微生物是如何工作及其对土壤碳汇的影响。

除了植物和土壤，分布在湿地各处的水体的固碳情况也是很可观的。裴绍峰博士告诉大家，水中生长着大量肉眼看不到的浮游植物，它们与芦苇、碱蓬等宏观植物一样也可以进行光合作用，将水中的游离的碳转化为有机碳。水里的碳减少后，大气中的二氧化碳就会进入水体中进行补充，从而减少了大气中的二氧化碳含量，这就是水域光合固碳作用。段云莹同学在野外展示了测量水域初级生产力的仪器和方法。

储存在湿地生态系统的碳并不是100%稳定存在的，其中的一部分会通过植物的呼吸作用和土壤矿化分解作用，以二氧化碳或甲烷的形式返回到大气中，这就形成了水-土-气-生各圈层的碳循环。谢柳娟博士在野外介绍了使用涡度塔开展温室气体的长期监测工作，展示了芦苇通过通气组织传输气体的科学小实验。

水-土-气-生各圈层的碳循环过程在全球变暖条件下会发生变化。科技人员在野外站需要借助一些试验装置来研究湿地碳汇过程对全球变暖的响应。赵广明副研究员在野外展示了能实时监测46个环境因子的增温模拟试验装置——增温箱。该装置现已布设在辽河三角洲、黄河三角洲和盐城三个湿地，覆盖了两种植被，三个纬度带，并与欧美国家同等的增温站联网，全球科学家共享数据，开展合作研究，预测不同纬度、不同生境、不同地质演化阶段的滨海湿地在未来气候变暖情况下固碳能力的变化，为应对全球变暖提出科学建议。

滨海湿地团队在东营湿地野外站 

核心提示

水，万物之本源，其进与退牵动着整个自然生态系统。位于西北内陆干旱区的石羊河流域，是我国内陆生态环境问题最严重的流域之一，长期以来受人类开发利用活动影响，水循环平衡遭到破坏，地下水生态危机凸显，干旱区绿洲饱受威胁。地质科研人员通过长期调查研究，破解了天然绿洲退化防控关键，有力支撑了当地生态系统保护与地下水位精准调控。

2020年3月4日，青土湖畔野鸭成群，碧波荡漾。姜爱平 摄

科研人员在测定包气带饱和渗透系数。王哲 摄

科研人员在读取气象数据。刘鹏飞 摄

一场小雪过后，站在甘肃省民勤县的青土湖畔，湖面波光粼粼，成片金黄的芦苇迎风飘荡，不远处沙丘起伏，一幅“大漠边塞，长河落日”的壮美景象映入眼帘。

当你了解青土湖的前世今生，便会觉得眼前这一汪湖水弥足珍贵。

青土湖所在的石羊河位于河西走廊东端，是我国西北地区重要的内陆河。流域总面积4.16万平方公里，涉及以武威市为主的8个县区。石羊河形成的绿洲是防止北部巴丹吉林和腾格里两大沙漠汇合、拱卫河西走廊的生态屏障。

“有水一片绿，无水一片沙”，数百年来，石羊河经历了从水流泱泱到风沙茫茫、再到蒹葭苍苍的沧桑巨变。近年来，尽管绿色在这片土地上不断延展，但石羊河仍是全国内陆河流域中生态环境问题最严重的流域之一。如何彻底摆脱成为沙漠的危机，是不得不面对的严峻课题。

长期以来，自然资源部中国地质调查局水文地质环境地质研究所的科研工作者在石羊河流域开展了大量水资源与生态环境关系研究和观测。调查研究发现，灌溉农田规模过大是天然绿洲生态退变的主因。对于一个年均降水量不到200毫米、蒸发量高达2600多毫米的干旱地区来说，地下水占总供水量的八成，而灌溉农业用水量占当地总用水量的86.57%，90%以上的天然绿洲生态退化与水土资源开发利用不合理有关。

采补失衡，地下水生态危机凸显

从武威市向北60公里，就到了亚洲最大的沙漠水库红崖山水库。它见证了石羊河流域人民与干旱抗争的曲折历程。

距今七八千年前，祁连山的冰川融水，从石羊河奔涌而下，滋养着古凉州地区，其冲积形成的肥沃绿洲农田，成为河西走廊的精华地带。直至明朝洪武年间，流域下游还是一片上耕下渔、湿地遍布的景象。随着气候干旱、冰川退缩以及人类活动的加剧，石羊河下游渐渐消失在沙漠中。

20世纪50年代以来，随着人口的不断增加，石羊河流域大面积垦荒种粮，灌溉农田面积不断扩增。这被认为是流域自然生态退化的主要动因。

根据遥感监测，与1970年相比，2017年石羊河流域耕地面积增加了1200平方千米，天然绿洲面积则减少了1850平方千米。也就是说，每增加1亩耕地导致1.5亩～2.0亩天然绿洲消失。

究其原因，还是干旱气候下水资源天然性匮乏和灌溉农田规模过大，加之上游山区长期大规模拦蓄出山地表径流。

当石羊河的流水引入农田仍不能满足灌溉需求时，人们首先想到的是修建水库。于是，石羊河上游的8条支流上建起了7座水库，红崖山水库即是其中之一。据统计，石羊河2000年流入下游民勤盆地的径流量是1957年的1/5。面对地表来水的减少，中下游地区就把解决水资源短缺的出路寄托于开采地下水，由此造成采补严重失衡，区域地下水位普遍下降10米～20米，局部地区达40米。

“气候干旱、地下水与地表水频繁转化是西北内陆河流域水循环的突出特点，造就了西北内陆河流域的生态格局，石羊河流域也不例外。”水文地质环境地质研究所研究员聂振龙告诉记者，“上世纪80年代以来,人类活动对流域地下水位下降的影响占比超过90%，气候变化的影响不足10%。”

聂振龙团队将地调局部署的地质调查项目与国家重点研发计划项目课题相结合，组织地调局相关直属单位和中国地质大学（武汉）、中国地质大学（北京）、河海大学、甘肃省地质矿产勘查开发局水文地质工程地质勘察院、核工业航测遥感中心等多家单位，联合开展石羊河流域地下水合理开发利用及生态功能保护研究与示范工作。

根据项目组的研究，流域水循环平衡过程决定了地表生态的区位特征和地下水生态功能特征。人类水土资源开发利用活动极大地改变了民勤盆地水循环平衡格局：在上游，由于修建了大量水库，90%以上的出山河水被水库截留；在中游，渠系代替了天然河道，渗漏补给地下水的量显著减少，再加上地下水的大量开采，泉水溢出量减少，地下水位持续下降，地下水生态功能基本丧失。尤其是地下水位下降波及下游盆地绿洲—荒漠过渡带，导致这一带天然生态退化严重，地下水生态功能危机凸显，出现“沙进人退”的生态灾难。

遥感监测显示，巴丹吉林沙漠以1米/年～3米/年的速度向东南扩张，不断吞噬民勤绿洲，与腾格里沙漠呈现合围趋势，民勤地区成为了我国四大沙尘暴发源地之一。“每天被子和枕头上全是厚厚的沙尘，吃饭的碗底也有一层沙。”回忆起以前的日子，武威市凉州区长城镇治沙模范王银吉感慨不已。

关井压田，生态退化得到有效遏制

地下水在西北干旱区自然生态系统中发挥着不可替代的作用，水位是地下水与地表生态关系中最重要的指标。地下水位大幅下降是湿地和绿洲退化的直接原因。国内外专家研究还发现，仅靠灌溉不能改善沙漠地区植被的水需求状况。相反，维持合适的和稳定的地下水位对干旱地区植被存活非常关键。

聂振龙告诉记者，根据大量历史数据、野外调查和原位观测的结果，维持研究区生态稳定的适宜地下水埋深为2米～5米，引起自然生态系统退变和灾变的地下水埋深分别为5米和10米。

他解释，当地下水埋深大于5米后，自然生态系统开始退化，出现自然湿地萎缩、天然植被覆盖率下降或长势变弱；当地下水埋深大于10米后，自然生态系统发生灾变，出现自然湿地干涸和土地荒漠化加剧。

以石羊河流域民勤盆地为例，对比历史资料与最新地下水测量结果，1960年代地下水埋深普遍小于5米，2019年地下水埋深普遍增大到10米～30米，局部地区达到40米，处于生态灾变水位以下，这是出现生态问题的关键所在。

决不能让民勤成为第二个罗布泊！2007年，国务院批复正式启动石羊河流域重点治理，通过关井压田、节水改造、水资源配置保障、生态建设、水源涵养，生态环境有所好转。

据统计，十年间，石羊河流域关闭农业灌溉机井3318眼、压减农田灌溉配水面积66.3万亩；安装地下水智能化计量设施1.64万套；在流域南部祁连山水源涵养区、北部湖区实施易地搬迁2.4万人，流域生态恶化趋势得到遏制。

2010年以来，红崖山水库不断向青土湖下泄生态用水，使得干涸半个世纪之久的青土湖“复活”了，形成了26.7平方公里的水面及106平方公里的旱区湿地。

与此同时，民勤盆地大部分区域地下水位出现缓慢上升，2010年～2019年地下水位上升0.7米～1.0米,生态退化情势得到有效遏制。

然而，地下水生态功能仍未得到根本恢复，严重恶化区面积仍有1397.9平方公里。特别是盆地西部边缘一带，面积近500平方公里位于巴丹吉林沙漠的下风口，是民勤绿洲保护的关键区带，目前地下水埋深仍为10米～15米，自然生态系统极不稳定。

“十多年的流域综合治理效果表明，这些地带地下水生态功能具有一定的可恢复性，只是恢复过程相对缓慢。”聂振龙表示。根据测算，按目前地下水位的回升速率，恢复至自然生态的适宜水位需要50年以上。

分区分级，实施地下水预警与管控

这是一场攻坚战，也是一场持久战。重点治理工程踩下了石羊河流域无序开采地下水的急刹车，而守护荒漠绿洲、巩固提升来之不易的治理成果，更考验人们的智慧。

要想尽快恢复地下水生态功能，一味限采显然不现实，还需要科学的评估和相应的技术方案。

青土湖往东行不远，就是腾格里沙漠。汽车在荒漠与沙丘间的公路上迂回行驶，窗外不时看到一片片白花花的盐碱地，其间稀疏地生长着几片草。

为了给地下水调控提供坚实的理论基础和技术支撑，项目组在腾格里沙漠腹地的邓马营湖附近建设了一个野外试验场。试验场地处天然荒漠植被区和农田交汇处，浅层地下水含水层岩性较细，水位埋深较浅，在强烈蒸发作用下，浅层水质咸化、土壤盐化严重。

实验场占地近30亩，分为水位调控淡水灌区、水位调控混灌区、天然植被水位调控区、水量水质调控区四个主功能区。由一眼抽水井联通四眼辐射井持续抽水对地下水位进行面状调控，通过一系列设计，可以在人工调控和灌溉作用下对水和盐在大气—地表—包气带—地下水循环中的运移状况进行实时自动监测记录，并且能根据监测数据灵活调整生态水位调控方案。

经过一年多的实验，项目组研发了“农田盐渍化管控与湿地保护水位—水量智能双控”关键技术，在确保自然生态系统稳定和农田产量不减的前提下，提高地下水资源利用效率14.3%。

此外，项目组针对西北内陆干旱区自然湿地、天然绿洲对地下水位强烈依赖的特点，创建了适宜我国西北干旱区的地下水功能评价与区划方法，构建了干旱区自然湿地、天然绿洲、农田安全及城市生态安全保障的分区分级预警与管控指标体系。

他们将石羊河流域划分了四个一级功能区: 一是自然湿地保护区，位于民勤盆地北部的青土湖湿地；二是天然绿洲保护区，位于民勤盆地农田与荒漠过渡带；三是农田安全保障区，位于武威盆地和民勤盆地人工绿洲分布区；四是城市生态安全保障区，位于武威城区和民勤县城区。

项目组提出，在自然湿地保护区，以维持现状湿地面积为最低目标，确定地下水最低水位控制指标，严禁地下水开采。

在农田—荒漠过渡带为天然绿洲保护区，以土壤盐碱化临界埋深和地下水生态功能质变临界值作为水位约束指标，并由此确定水位约束下的开采量控制指标。近期以恢复地下水生态功能为主要目标，禁止开采地下水。远期要注意将地下水位控制在土壤盐碱化临界深度以下，避免盐漠化。

农田安全保障区为地下水控制利用区，需综合考虑各区地下水补给资源量、土壤盐碱化临界水位及地下水开采对周边地区天然生态的影响等因素，确定最高水位和最低水位控制指标，并由此确定水位约束下的开采量控制指标。近期以粮食安全保障为目标，合理确定农田规模，适当压减地下水开采量，通过地表水—地下水联合调度实现粮食安全保障。远期要注意将地下水位控制在土壤盐碱化临界深度以下，避免引起土壤次生盐碱化，影响农田质量和产量。

而在城市生态安全保障区，主要考虑地下建筑物的安全保障，合理确定地下水最高水位约束指标，统筹区域水位变化情况，适当开采地下水。

“‘病来如山倒，病去如抽丝’，再建水生态平衡，恢复地下水生态功能需要一个较长的过程。当然，在西北干旱区，社会经济发展必然会挤占生态用水，一味强调生态恢复到历史最好水平也不现实，关键是找到人与自然和谐的适度平衡点。”聂振龙表示。

因此，项目组建议，需要深刻反思西北干旱地区发展过程中水资源利用的教训，高度重视西北内陆干旱区天然绿洲退化防控的关键是有效管控灌溉农田规模过大，有序重建流域水生态平衡，开展水、土、生态与人类活动相适应的国土空间规划编制和精准管控，基于自然水资源承载能力，规划农用耕地开发利用规模和自然生态修复保护规模，探讨水资源和生态维持双重约束下适宜的产业结构布局，优先保护生态，适度推进城镇化，约束农业生产规模。