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    雷晓东(右)向专家介绍野外工作情况。

    “我们在延庆的工作区域有一片正好位于2022年冬奥会的场馆规划区,通过测量,如果这片区域的地热资源符合开采要求,未来有可能为冬奥会冬季供暖需求提供清洁能源,为绿色办奥运提供支撑。”雷晓东满怀期待地说。

    新年刚过,北京市地勘院物探研究室副主任雷晓东又接到了新的任务,1月17日,他所负责的延庆地区地热资源调查工作刚刚通过野外评审验收,剩下的主要是内业了。“我们在延庆的工作区域有一片正好位于2022年冬奥会的场馆规划区,通过测量,如果这片区域的地热资源符合开采要求,未来有可能为冬奥会冬季供暖需求提供清洁能源,为绿色办奥运提供支撑。”雷晓东满怀期待地说。

    2008年7月,雷晓东从中国地质大学(北京)水文学与水资源专业毕业,进入北京市地质勘探院华清地热公司工作。刚一报到,他就前往内蒙古大草原,参加刚启动的《内蒙古东乌旗海勒斯台陶勒盖地区铅锌多金属矿普查》项目,主要工作任务是开展地球物理勘探,寻找隐伏矿产资源。

    在大学里,雷晓东学的是水文地质,对地球物理勘探工作并不熟悉,因此在报到之前,他就买了许多物探专业书籍,专业上有什么不会的就学,不懂的就问,出发前他就做好了迎接挑战的准备。

    项目组工作区域位于乌珠穆沁草原,与蒙古国接壤,水草丰茂、牛羊遍野,小说《狼图腾》的故事就发生在这里,被喻为草原上最后的“天堂”。风景虽然优美,但是对地质工作者来说,困难也不少,交通不便,补给困难,夏天的烈日蚊虫、冬天的暴雪狂风,都在考验着刚参加工作的雷晓东。

    那段时间雷晓东从未有一日懈怠过,每天早晨5点多钟就起床,吃过早餐带上干粮,出野外采集高质量数据,往往要忙到天黑后才能回到驻地,晚上他还主动承担起数据处理任务。稍后空闲,他又捧起专业书籍,结合实际工作中遇到的问题一本本地啃。这样一干就是三个多月,雷晓东的辛勤努力和付出,让他有了飞跃性的进步,也得到了领导和同事们的一致认可,从一个物探新人迅速成长为项目组的技术骨干。

    单位里比雷晓东年轻的同事都喜欢叫他“东哥”,提起他,大家总是异口同声地说:“东哥爱学习。”因为不是物探专业科班出身,雷晓东特别注重这方面的知识,他读了地球物理前辈刘光鼎院士、汪集旸院士、刘士毅先生以及其他多位著名学者的书,每天坚持看两篇专业论文、每周一篇英文论文,认真翻看单位物探前辈写的报告。工作之余,他还积极与国内物探领域的专家交流,主动向他们学习,与中国地质调查局的刘士毅先生就结下了深厚的情谊,并发表了多篇学术论文。除了专业书籍外,雷晓东还爱看历史书籍和名人传记,坚持学习英语,每天睡觉前和早起后,总会先看上几页书。

    学习积累是一个长期的过程,往往一到关键时刻就能显现出作用来。2009到2010年,北京市地勘局引进了两套价值昂贵的进口勘探设备GDP-32Ⅱ型多功能电法工作站,主要用于地热资源勘探。当时大家谁都没有接触过这套设备,雷晓东勇敢站了出来,带领其他年轻的技术人员,认真研究使用方法,很快就掌握了操作方法,为后期的地质勘探与地球物理研究和实践工作提供了强有力的技术支撑。

    原来的时候,物探数据采集和处理分别由外业和室内人员完成,室内数据处理的结果经常不能及时反馈给外业工作人员,造成了工作失误。为了提高工作效率,雷晓东严格要求自己,白天采集的原始数据,晚上一定要处理完毕、形成图件、分析研究,以便更好地指导并及时调整第二天的工作。

    每次单位有新来的同事,雷晓东总不忘分享自己的工作经验:“眼过千遍,不如手过一遍,再仔细的观察也不如实地测量来得精准。”2011年,在实施《北京城市地质土壤调查与评价》项目时,为了取得合格的样品,雷晓东和同事深入密云、平谷和门头沟部分人迹罕至的深山中取样,至今手上还留有当时工作时的伤疤,“只是受了点轻伤,最可怕的是迷路,有些地方GPS会发生信号漂移,下山的时候一下子就找不到方向了,那样的情况下,就算是在北京也很危险,幸运的是,我们摸索着走了一段,又找到路了。”这些在野外遇到的危险,雷晓东很少讲,怕家人知道了担心。

    天道酬勤,2014年,雷晓东考入中科院地质与地球物理研究所攻读博士学位,2015年,他顺利通过了地球物理勘探专业高级工程师资格认证。

    “你们现在在什么位置?”2016年深秋,在前往延庆项目工作组的路上,雷晓东不停地打着电话询问,在田野间找了很久,还是没有发现工作小组的身影,过了一会儿才知道,原来当天上午的工作很顺利,原本要一天才能完成的工作只用了半天,大家决定抓紧时间转移到下一个测量点。

    北京市地勘局党委的杜钰记得大约半年前,项目小组在大兴区工作,她随着领导去探访,往往是他们刚赶到一个地点,得知项目小组已经完成工作赶往下一个地点了,“花了两三个小时,我们愣是没有找到。”最后,领导放弃了,直接到项目组的驻地等着队伍收工。很多时候就是这样,项目任务重,时间紧,地质队员在野外必须争分夺秒开展工作,为了保证质量还要反复观察,很少能停下来歇息。

    半个小时后,雷晓东赶到了新的测量点,工作组的厢式货车停在空旷的田野边,同事用铁锨铲出一个直径50厘米深5厘米的圆坑,雷晓东边用铁锤沿着坑边一根根敲入铁钎,边说:“用这种多功能电法工作站找地热资源,是目前用得最多也是最成功的方法。”而在不远处的野鸭湖附近,还有另一组地质队员,正带着仪器进行氡气测量。

    2016年,北京市地勘院开展了涉热业务整合重组,成立了物探研究室,年轻的雷晓东挑起大梁,全面主持业务工作。

    我们生活的地球是一个巨大的热库,从地表往下正常增温梯度是每1000米增加25~30摄氏度,我们熟知的温泉就是以水为介质把地球热量带到地表,现在也可以用钻探手段将地下几千米的热水引上地表,因此浅层地温能和水热型地热资源是可持续开发的重要清洁能源。2008年北京奥运会时,鸟巢国家体育场就使用了可再生地热能源,当时被认为是绿色奥运的重要部分,而目前京津冀地区采用浅层地温能供暖制冷面积占全国利用浅层地温能供暖制冷总面积的20%,是我国浅层地温能开发程度最高的地区之一。延庆地区具有丰富的浅层地热资源,地热水出水温度最高可达65摄氏度,能够达到供暖要求,在减少污染物排放上有着明显的优势。一谈起熟悉的工作,雷晓东就格外兴奋,“我们也希望通过对延庆这一区域的地热资源调查,找到最优质的开采区,不仅是为2022年的冬奥会也为整个北京提供清洁能源,为首都的蓝天贡献一份力量。”

    伟大的事业往往离不开无数平凡个体的默默奉献,进行地热资源勘测时,多功能电法工作站往往只留下一个人看守仪器,监测数据,其他的组员则四散开去,开始各种测量。深秋的野外寒风刺骨,裹着军大衣还直哆嗦,“留守的组员不能离开,虽然挨冻,唯一的好处是离车近,能喝上口热水,在外面跑线的就只能啃几口干粮对付一下了。干地质工作吃这样的苦是经常的,大家都已经习惯了,就想着尽快把工作做完做好。”雷晓东说。

    不辞风霜为地热

    近日,中国地质调查局青岛海洋地质研究所在二氧化碳水合物农业应用方面取得新进展,“二氧化碳水合物微肥制备装置与制备方法”获得国家知识产权局授权(专利号:202010276863.7)。

    在“双碳”目标的大背景下,各行业都在积极探索碳减排及碳中和路径,其中海底二氧化碳封存被认为是一种有效的碳中和路径。然而,人们不应忽视二氧化碳是植物进行光合作用制造有机物质的重要原料,是一种奇特的肥料——气肥,在农业领域扮演着关键的角色。据估算,如果现在全国30亿亩农田(含复耕)都使用二氧化碳气肥,最高可消耗20亿吨二氧化碳。因此,大田作物可能成为工业二氧化碳重要的消费市场。由农业生产承担部分碳中和是一项重大创新。

    目前,农业生产使用的二氧化碳气肥中,固体气肥的生产工艺复杂,液体气肥的运输与使用不安全,气体燃烧法易产生氮氧化物和硫化氢等有害气体。针对上述问题,该发明提出了一种二氧化碳水合物微肥制备装置及制备方法,合成原料简单,合成流程短且不涉及化学反应,安全性好;合成的二氧化碳水合物微肥含二氧化碳储气量高,自保护效应好,便于储存和运输,微肥分解后无污染、无残渣,施用后不会改变土壤的性质。

    该发明专利具有良好的应用前景,将工业排放的二氧化碳与含微量元素的水溶液制备成固态二氧化碳微肥,既能给作物通过光合作用必需的二氧化碳,又能提供作物生长必需的微量元素,同时还达到了碳中和的目的,有利于高效农业与国民经济可持续发展。

      

     
     
    二氧化碳水合物农业应用助力“双碳”工作

    从神秘的深海地质结构到珍贵的能源资源,科学家如何从几千米深的海底中获得这些信息?“梦想”号,这艘全球最先进的大洋钻探船将带领科学家探索地球深部的秘密。“梦想”号肩负多种作业需求,因此设计时便提出“小吨位、多功能、模块化”的理念。为了在同一艘船上同时实现大洋科学钻探、深海油气勘探和“可燃冰”勘查试采等多种功能,“梦想”号建造团队联合国际顶级油气钻机企业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,国际上首次集成了4种钻探模式和3种取心方式。

    4种钻探模式

    “梦想”号的4种钻探模式分别是传统隔水管模式、“可燃冰”专用测试模式、传统无隔水管模式、无隔水管闭式循环模式。

    传统隔水管模式:这种模式常用于海洋油气的开采。隔水管把海底和钻探船连接起来,可以通过钻井液的循环增加钻井的安全性和效率。简单来说,这种方式能确保钻井过程顺畅且有足够的保护措施,是海洋油气开采的“标配”。

    水合物专用测试模式:天然气水合物是一种新型能源,经实践证明其开采过程安全环保可控。如使用传统隔水管进行试采,不仅显得过于笨重,成本也高。为此,“梦想”号专门设计了一种轻型隔水管系统,能减轻设备负担,降低钻探成本。

    传统无隔水管模式:该模式下,钻杆直接暴露在海水中,并从海底往下钻探,适用于大洋钻探。在钻进海底的时候,需要加入特殊的泥浆(钻井液),起到冷却钻头、润滑钻具和带走钻出的岩屑等作用。虽然没有隔水管保护,但正是因为没有隔水管的负重,钻杆可以达到更大的深度(水深最高可达8000米),适合深海钻探任务。

    无隔水管闭式循环模式:传统无隔水管模式下加入的泥浆一般会直接排到海里,既污染环境又增加成本。“梦想”号钻采系统中配置了专门的泥浆循环管线,通过水下泵将泥浆抽回到船上,通过过滤等处理,这些泥浆就能实现循环利用。这种模式既实践应用了绿色勘查的理念,又可以有效做到保护海洋环境。

    三种取心方式

    “梦想”号的3种取心模式分别是提钻取心、绳索取心、气举反循环取心,可实现不同地层和岩体持续钻进取心。

    提钻取心:这是一种很直接的取心方法,把整根钻杆从钻孔中提出来,从而取出暂存在钻杆最底端的岩心。

    绳索取心:通过一根钢丝绳从钻杆内取出岩心,不需要将整个钻杆拉出钻孔。它就像是一种“取巧”的方式,不但省力,还节省时间。虽然绳索取心有很多限制条件,操作稍显繁琐,但依然是较为适合较深钻深的取心操作。

    气举反循环取心:在常规的钻探中,钻井液从钻杆内壁注入并从孔隙间返回海底,这叫正循环。而反循环则是,钻井液从孔隙进入并从钻杆返回。气举反循环是一种特殊的取心方式,通过往上部钻杆内注入空气,上部钻杆的液体混入空气后的密度变小,而下部液体密度不变,因为上部和下部液体存在的密度差,上部的液体会往上“举”,从而带动下部的钻井液和岩心被“吸”到地面。

    “梦想”号的4种作业模式3种取心方式,就像打开通往地心秘密大门的钥匙,将为我们探索地球深部奥秘问题,寻找深海深地资源提供强大助力。

    神奇钥匙:“梦想”号的钻探模式与取心技巧

    由中国科学院、中国工程院主办,中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅、中国科学报社承办,中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2017年中国十大科技进展新闻、世界十大科技进展新闻,2017年12月31日在京揭晓。

    此项年度评选活动至今已举办了24次。评选结果经新闻媒体广泛报道后,在社会上产生了强烈反响,使公众进一步了解国内外科技发展的动态,对宣传、普及科学技术起到了积极作用。

     

    2017年中国十大科技进展新闻  

    1.我国科学家利用化学物质合成完整活性染色体

    我国科学家利用化学物质合成了4条人工设计的酿酒酵母染色体,标志着人类向“再造生命”又迈进一大步。该研究利用小分子核苷酸精准合成了活体真核染色体,首次实现人工基因组合成序列与设计序列的完全匹配,得到的酵母基因组具备完整的生命活性。该研究结果2017310日在《科学》发表,我国也成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。自2012年开始,天津大学、清华大学和深圳华大基因研究院与美国等国家的科研机构共同推动了酵母基因组合成国际计划(Sc2.0),旨在对酿酒酵母基因组进行人工重新设计和化学再造。我国科学家此次成功合成的4条酿酒酵母染色体,占Sc2.0计划已经合成染色体的2/3 

    2.国产水下滑翔机下潜6329米刷新世界纪录

    我国自主研发的“海翼”号水下滑翔机于20173月在马里亚纳海沟挑战者深渊,完成大深度下潜观测任务并安全回收,最大下潜深度达到6329米,刷新了水下滑翔机最大下潜深度的世界纪录。“海翼”号水下滑翔机是根据中科院B类战略先导专项的部署,由中科院沈阳自动化所研制的、具有完全自主知识产权的新型水下观测平台。从原理样机的研发到深渊观测任务的圆满完成经历了13个年头,包含浅海、深海、深渊等不同型号的水下滑翔机20余台。此次“海翼”号在马里亚纳海沟共完成了12次下潜工作,总航程超过134.6公里,收集了大量高分辨率的深渊区域水体信息,为海洋科学家研究该区域的水文特性提供宝贵资料。  

    3.世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生
      

    201753日中国科技大学潘建伟院士科研团队宣布光量子计算机成功构建。潘建伟团队在多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平,团队利用自主发展的综合性能国际最优的量子点单光子源,通过电控可编程的光量子线路,构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机。实验测试表明,该原型机的取样速度比国际同行类似的实验加快至少24000倍,通过和经典算法比较,也比人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机运行速度快10倍至100倍。这台光量子计算机标志着我国在基于光子的量子计算机研究方面取得突破性进展,为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定了坚实基础。 

    4.国产大型客机C919首飞

     

    我国首款国际主流水准的国产大型客机C91920175514时许在上海浦东国际机场首飞。C919的全称是“COMAC919”,COMACC919的主制造商中国商飞公司的英文名称简写,“C”既是“COMAC”的第一个字母,也是中国的英文名称“CHINA”的第一个字母,体现了大型客机是国家的意志、人民的期望。第一个9寓意“天长地久”,19寓意C919大型客机最大载客量190人。C919拥有完全自主知识产权,是建设创新型国家的标志性工程,凝聚了国内最优秀的设计人才和工程人才,针对先进的气动布局、结构材料和机载系统,研制人员共规划了102项关键技术攻关,包括飞机发动机一体化设计、电传飞控系统控制律设计、主动控制技术等。  

    5.我国首次海域天然气水合物试开采

     

    2017518日,我国首次实现海域可燃冰试采成功,南海神狐海域天然气水合物(又称可燃冰)试采实现连续187个小时的稳定产气。这是“中国理论”“中国技术”“中国装备”所凝结而成的突出成就,中国人民又攀登上了世界科技的新高峰。源源不断的天然气从1200多米的深海底之下200多米的底层中开采上来,点燃了全球最大海上钻探平台“蓝鲸一号”的喷火装置。这是我国首次,也是全球首次对资源量占比90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型储层可燃冰成功实现试采。从“蓝鲸一号”起步的可燃冰试采,不仅对我国未来的能源安全保障、优化能源结构具有重要意义,甚至可能给世界能源接替研发格局带来改变。  

    6.我国“人造太阳”装置创造世界新纪录

     

    国家大科学装置——全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环(EAST)实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。这一重要突破标志着,我国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面将继续引领国际前沿。东方超环是世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置,对国际热核聚变试验堆(ITER)计划具有重大科学意义。由于核聚变的反应原理与太阳类似,因此,东方超环也被称作“人造太阳”。该成果将为未来ITER长脉冲高约束运行提供重要的科学和实验支持,也为我国下一代聚变装置——中国聚变工程实验堆的预研、建设、运行和人才培养奠定了基础。  

    7.中国科学家首次发现突破传统分类新型费米子

     

    中国科学院物理研究所科研团队首次发现了突破传统分类的新型费米子——三重简并费米子,为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新的方向。这一研究成果于2017619日由《自然》杂志在线发表。寻找新型费米子是近年来拓扑物态领域一个挑战性的前沿科学问题,也是该领域国际竞争的焦点之一。此次新型费米子的发现从理论预言、样品制备到实验观测的全过程,都是由我国科学家独立完成的,它是凝聚态物理中固体理论的一个重要突破。这一研究成果对促进人们认识电子拓扑物态、发现新奇物理现象、开发新型电子器件以及深入理解基本粒子性质都具有重要的意义。  

    8.量子通信“从理想王国走到现实王国”

     

    2017118日,我国研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在圆满完成4个月的在轨测试后,正式交付使用。2017616日,中国科学技术大学潘建伟、彭承志等带领的团队宣布,利用“墨子号”在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发,并于此基础上实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”于929日正式开通。结合“墨子号”卫星,我国科学家成功与奥地利实现了世界首次洲际量子保密通信。“墨子号”圆满实现了三大既定科学目标,用潘建伟的话说,千公里级的星地双向量子通信,终于“从理想王国走到了现实王国”。  

    9.中科院推出高产水稻新种质

     

    由中科院亚热带农业生态研究所夏新界研究员领衔的水稻育种团队于20171016日宣布,历经十余年研究,团队日前培育出超高产优质“巨型稻”:株高可达2.2米、亩产可达800千克以上、具有高产、抗倒伏、抗病虫害、耐淹涝等特点。经农业部植物新品种测试中心DNA指纹检测,以及华智水稻生物技术有限公司56k水稻SNP基因芯片指纹图谱检测,确认“巨型稻”是一种水稻新种质材料。这种“巨型稻”光合效率高,单位面积生物量比现有水稻品种高出50%,平均有效分蘖40个,单穂最高实粒数达500多粒,单季产量可超过800千克/亩。它是运用突变体诱导、野生稻远缘杂交、分子标记定向选育等一系列育种新技术,获得的水稻新种质材料。  

    10.“悟空”发现疑似暗物质踪迹

     

    20171130日,中国暗物质粒子探测卫星“悟空”的首批探测成果在《自然》杂志上刊发。“悟空”测量到电子宇宙射线能谱在1.4万亿电子伏特(TeV)能量处的异常波动。这一神秘讯号首次为人类所观测,意味着中国科学家取得了一项开创性发现。如果后续研究证实这一发现与暗物质相关,将是一项具有划时代意义的科学成果,人类就可以跟随着“悟空”的脚步去找寻宇宙中5%以外的广袤未知,这将是一个超出想象的成就。即便与暗物质无关,也可能带来对现有科学理论的突破。“悟空”投入相对小,在“高能电子、伽马射线的能量测量准确度”和“区分不同种类粒子的本领”两项关键技术指标方面世界领先。 

     

    2017年世界十大科技进展新闻 

    1.新传感器技术可实现意念操控机械假肢

     

    一个国际团队在《自然—生物医学工程》上发表论文表示,在他们研发的传感器技术助力下,机械假肢能探测到使用者脊髓运动神经元发出的电信号,使假肢的控制更加灵活,这相当于用意念控制假肢。有关技术有望帮助截肢人士恢复更多活动功能。这种新传感器能让机械假肢直接探测到来自脊髓运动神经元发出的电信号,比起单纯依靠肌肉抽动来控制的方式,这样的操控可做到更精确,可完成的动作也更复杂,机械假肢的实用性随之提高。团队下一步将对这一新型机械假肢进行更大范围的临床测试,经过不断改进后,这类产品有望在未来三年进入市场。  

    2.DNA数据存储新法问世

     

    美国科学家在201732日出版的《科学》杂志上报告说,他们想出了一种新的方式将数据编码进脱氧核糖核酸(DNA),从而创造出迄今最高密度大规模数据存储方案。在这套系统中,1DNA具有存储215拍字节(2.15亿千兆字节)的能力。原则上,它可以将人类有史以来的所有数据存储在一个大小和重量相当于两辆小货车的容器中。然而这项技术能否起飞主要取决于成本。用DNA存储数据有很多优势。它是超级压缩的,并且在寒冷干燥的地方可以保存数十万年。同时只要人类社会还在读取和书写DNA,他们就能够解码这些信息。科学家还可以为这些文件制作几乎不受数量限制的无差错文件副本。  

    3.“二手”火箭,成功发射回收

     

    美国太空探索技术公司于2017330日利用翻新的“二手”火箭把一颗商业通信卫星发射上天,这是人类太空史上的第一次。此次发射的主要任务是把欧洲卫星公司的SES-10卫星送至地球同步静止轨道,但特殊之处在于这枚“猎鹰9”火箭的第一级曾于20164月为国际空间站运送过货物,此后降落在太平洋的一艘无人船上,是人类从海上成功回收的第一个火箭第一级。经翻新并加上第二级后,火箭第一级被运回肯尼迪航天中心再次承担轨道级发射任务。火箭第一级回收的目的是研制可重复使用的运载火箭。传统火箭都是一次性使用,一旦能够回收重复使用,将有望降低发射成本。  

    4.3D打印卵巢具有生育能力

     

    2017516日出版的《自然—通讯》杂志报道称,美国科学家通过3D打印技术,由凝胶制成的人工卵巢能够使老鼠受孕并产下健康的后代。在这项研究中,科学家使用了一个具有发射凝胶喷嘴的3D打印机,而其所使用的凝胶来源于动物卵巢中天然存在的胶原蛋白。研究人员通过在载玻片上打印各种重叠的凝胶纤维图案来构建卵巢。随后,他们利用外科手术摘除了7只小鼠的卵巢,并在其位置上缝合了人工卵巢。小鼠交配后,其中3只雌鼠分别产下了健康幼崽。这些产崽的雌鼠同时还能自然泌乳,这表明嵌入支架的卵泡产生了正常水平的激素。该成果或能帮助因放疗或化疗导致不育的癌症幸存者恢复生育能力。  

    5.科学家成功用引力为星球测重

     

    《科学》杂志于201767日发文称,爱因斯坦的广义相对论提出100年后,科学家成功地运用该理论确定了一颗白矮星的质量,使当初在爱因斯坦看来“不可能的希望”成为现实。科学家在5000多颗恒星中寻找具有这种直线排列形式的星球,发现白矮星STEIN 2051 B恰好有着这种完美的定位——它在20143月正好位于一颗背景星球之前。他们利用哈勃望远镜对此现象进行观察,测量背景星球表观位置的微移动,这一作用被称作天体测量的微引力透镜效应。根据所测得的数据,他们估计,该星球的质量约为太阳质量的0.675倍。直接测量STEIN 2051 B的质量对理解白矮星的进化具有重要意义。  

    6.全球首次发现双粲重子

     

    欧洲核子研究中心于201776日宣布,经多国科学家共同努力,在世界上首次发现了一种被称为双粲重子的新粒子,这将有助于人类深入理解物质的构成和强相互作用的本质。中国团队对这一发现功不可没。这一最新发现来自欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)上的底夸克探测器(LHCb)合作组。据介绍,这种双粲重子含有两个质量较大的粲夸克和一个上夸克,质量约3621兆电子伏,几乎是质子质量的4倍,理论预期其内部结构迥异于普通重子。底夸克探测器是欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的粒子物理实验装置之一,专门研究重夸克粒子的产生和衰变。  

    7.华人科学家宣布发现“天使粒子”

     

    美国斯坦福大学华人科学家张首晟等人于2017720日在《科学》杂志上报告说,他们首次发现了马约拉纳费米子存在的证据。这一重大发现解决了困扰量子物理学80年的难题,对量子计算也具有重要意义。张首晟领导的理论团队预言了通过怎样的实验平台能够找到马约拉纳费米子,哪些实验信号能够作为证据;加利福尼亚大学洛杉矶分校的何庆林、王康隆以及欧文分校的夏晶领导的实验团队与理论团队密切合作,在实验中发现了被称为手性马约拉纳费米子的一类最基本马约拉纳费米子。意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言,自然界中可能存在一类特殊的粒子,它们的反粒子就是自身,这种粒子被称为马约拉纳费米子。  

    8.科学家用基因剪刀修复人类早期胚胎致病基因

     

    201782日出版的《自然》杂志报告,一个国际团队利用CRISPR基因编辑技术,成功修复了人类早期胚胎中一种与遗传性心脏病相关的基因突变。这是美国国内首次进行人类胚胎基因编辑。研究人员以肥厚型心肌病为研究对象。这是一种常见的单基因遗传病,由MYBPC3基因突变引起,是青壮年运动员猝死的主要原因之一。研究人员利用CRISPR基因编辑技术修复了人类早期胚胎中的这种突变,且定向非常精确,没有在非靶点位置产生突变。研究人员介绍,精确的基因编辑技术还有助获得更多健康胚胎,提高体外受精成功率。但研究团队谨慎表示,相关基因编辑方法仍需进一步优化。  

    9.世界首个分子机器人诞生

     

    《自然》杂志于2017920日报道,英国曼彻斯特大学科学家研制出世界上首个“分子机器人”,其能接收化学指令并完成组装分子等基本任务,未来可用于研发药物、设计先进制造工艺以及搭建分子组装线和分子工厂。组成分子机器人的碳、氢、氧和氮等原子总共只有150个,大小只有百万分之一毫米,将几百亿个这种机器人堆起来,也只有一粒盐那么大。但如此微小的分子机器人,却拥有机器手臂,能够根据指令操控单个分子,用机器手臂搭建分子产品。由于非常微小,这些分子机器人具有很多优势,能降低材料需求、加速药物研发、大幅减少能源消耗及推进产品微型化等。  

    10.引力波研究获重要进展

     

    全球多国科学家于20171016日宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)捕捉到这个引力波信号。此后2秒,美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴。这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件,标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代。61日,科学家就称,第三次探测到了引力波。此次结果不仅再次验证了广义相对论,也为了解双黑洞系统的成因提供了线索。927日,宣布第四次探测到引力波,这是欧洲和美国的探测器首次共同发现引力波。 

    我国首次海域天然气水合物试开采入选中国十大科技进...

    地球是人类唯一的家园。人类生存在地球上,受惠于大自然的馈赠,无时无刻不依赖于自然生态系统。而对自然资源的过度索取,终将导致环境的破坏和生态的失衡。

    人类属于大自然。实现人与自然和谐共生,要尊重自然、善待自然、循自然之道。今天,我们邀请地质专家解读滨海湿地、黄土高原、青藏高原、东北黑土地、岩溶地区等不同生态系统中的“人与自然和谐共生”之道。

    青藏高原 

    敬畏高原 和谐共生 

    张璋 任淑珍

    青藏高原被誉为“世界屋脊”,是全球海拔最高的地区,是我国西南地区的重要自然屏障,拥有得天独厚的生态资源环境系统。

    高原上有海拔7000米以上的山峰50多座,其中以珠穆朗玛峰和乔戈里峰这两座世界第一、二高峰最为出名。除了巍峨的群山,还有气势磅礴、一望无垠的高原平原,配以广布的冰川、深邃的峡谷,以及丘陵和宽谷盆地,使得青藏高原地貌景象万千,繁而不杂。它们共同勾勒出了世界第三极的轮廓。

    较高的平均海拔,使得青藏高原大部分地区年平均温度低于5℃,相较地球同纬度其他平原地区低15℃左右。北部的羌塘地区更是有明显的冰封期。同样由于海拔较高的缘故,高原上空气稀薄,因而日照充裕,紫外线强烈,同时也导致了最高可达30℃的日温差,因此只有较少动植物能够适应。但是这些极端的气候环境特征,随着地势由西向东下降而逐渐缓和,到藏东南部地区气候已经较为适宜,因而这里的居民数量也相对较多。

    青藏高原经历了复杂的地质演化过程,又具独特的气候环境,因此孕育了丰富的矿产、能源资源。全球重要的东西向特提斯构造域贯穿整个青藏高原,复杂的原—古—新特提斯洋演化历程使其具有十分优越的成矿地质背景,涵盖了冈底斯—喜马拉雅、羌塘—三江和秦岭—祁连山—昆仑山三大国内成矿域,是我国矿产资源集中蕴藏区。同时,青藏高原的地热蕴量居全国第一位,水能、风能、太阳能等也具有丰富的储量和良好的发展前景。

    位于西藏拉萨市区以北90千米的羊八井地热发电站,在被系统开发以前,由于不断涌出高温的泉水,使其周围动植物稀少,偶有路过的牧民也会多一份小心以免被烫伤。而在地热发电站建成之后, 曾经被认为是“麻烦”的地热水变成了清洁能源,随着发电量的逐步提升,惠及的用电居民范围也持续扩展。

    除了对地热资源的利用,青藏高原西北部地区发展游牧经济、中部地区种植农业、东南部地区开发利用自然资源等,都是高原人民尊重自然、合理利用资源的真实写照。

    请善待自然,为子孙后代留住这片高原净土!

    (作者单位:中国地质调查局成都地质调查中心)

    黄土高原

    山沟里打坝 山坡上种田

    徐永

    在黄土高原水土流失地区,为拦泥、淤地、蓄水、建设农田等,往往在各级沟道中修建坝工建筑物——淤地坝。

    规模较大的淤地坝,淤积范围大,设施齐全,尤其是具备完备的排水设施。这种淤地坝造价较大,修建需要一定的技术含量。但在黄土高原,更多是广大农民自发修建的比较小的淤地坝。有些地方还有微型坝,因为形似燕子窝,俗称“燕窝”。上世纪六七十年代,响应国家号召,村村修梯田打坝。山顶上或者半坡上修梯田,保证水不下山;山沟里打坝,保证泥不出沟,治理水土流失效果显著。可以说,在遏制黄土高原水土流失和减少入黄泥沙方面,淤地坝发挥了巨大作用。

    淤地坝在保障生态效应的同时,经济效益也非常可观。因为坝地中水分和养分条件较好,农作物产量较高。一般在坝地中种植玉米等相对高产的作物,同等条件下淤地坝产生的经济效益是梯田的3倍、坡耕地的6倍。

    其实,淤地坝在很久以前就有,最早的淤地坝可以追溯到明清时期。但当时的淤地坝不是人为有意修建的,而是滑坡和崩塌形成的堰塞湖,水逐渐排干后形成的坝地。当时,人们将这种地稍加改造后进行耕种,发现这种地不仅产量大,而且方便耕种,于是就充分利用。后来慢慢由被动改为主动,在黄土高原普遍推广。现代最早人为修建的淤地坝是1945年在白鹿原鲸鱼沟中修建的。黄土高原广大地区20世纪五六十年代开始逐渐发展淤地坝,到20世纪七八十年代达到高潮。目前黄土高原存留的大部分淤地坝都是在这个时期修的。

    当然,淤地坝也面临一定的生态环境问题。如遇到大暴雨时可能会发生连续溃坝。此外,淤地坝还有一个比较明显的问题,就是两侧边坡崩塌滑坡频发。近年来,修建淤地坝或者治沟造地时,为了扩大坝地面积多利用机械开挖两侧边坡的坡脚,无疑增加了地质灾害的发生几率。

    当前,黄土高原淤地坝面临的一个困局是,最初修建淤地坝多为了耕种,但现在随着社会经济和城镇化的发展,对淤地的需求明显衰减。新时期,淤地坝的作用到底是什么?淤地坝的社会经济效益如何?什么地方适合新建淤地坝?这将是迫切需要科学家解决的问题。最近几年在调查中发现,部分地区将淤地坝和旅游、生态农业、养殖等结合起来,不仅有生态效应,而且经济效益可观,应当是一个不错的发展模式。

    (作者单位:中国地质调查局西安地质调查中心)

    岩溶地区

    治理石漠化 石窝里生“金”

    喻崎雯

    我国西南地区是我国碳酸盐岩层分布最为集中的地区,也是世界三大岩溶集中连片区中面积最大、岩溶作用发育最强烈的典型地区。这里,山岩裸露,土层浅薄,地表水严重缺乏,生态环境十分脆弱。在人类不合理的社会经济活动的作用下,脆弱的生态系统更是不堪一击:植被破坏、土壤退化、岩石裸露,土地生产力严重退化。

    在自然因素和人为因素的双重作用下,石漠化成为我国西南地区最为严重的生态问题之一。

    造成石漠化的自然因素包括岩性、土壤、气候、坡度等。岩性方面,纯质碳酸盐岩地质背景条件下,石漠化更容易发生。由于碳酸盐岩坚硬、持水性低、孔隙度小,加之岩溶裂隙、溶洞等岩溶通道发育,普遍具有地下地表双层空间结构,不利于水土资源保存,导致岩石裸露率高。而碳酸盐岩自然成土速度慢,缺土、少水的生态环境下植被生长速度较慢,也加快了石漠化的进程。

    导致石漠化的人为因素有:过度开垦、过度放牧、矿山开采等。过去迫于人口压力,人类在原本贫瘠的土地上将林地、草地辟为耕地,种植玉米、土豆等粮食作物,且牛、羊以放养为主,毁坏林草植被,导致土壤易被冲蚀。而矿山开采活动,由于强烈的人为扰动造成局部的水土流失和植被破坏,造成大量的山体剥离,形成岩石裸露。

    人为因素是造成缓坡地段石漠化的主要原因。单一的农业结构致使石漠化地区土地生产力低下,农民增收困难,于是形成“越穷越垦、越垦越穷”的恶性循环。据统计,石漠化引起的水土漏失、植被退化、岩石裸露以及耕地流失,导致了4200万缺水人口和5000万贫困人口。

    进入新世纪以来,中国地质调查局会同省级人民政府及相关部门,组织岩溶地质研究所等单位,向西南岩溶地区石漠化“宣战”,形成了以岩溶流域为单元—地质调查为基础—岩溶水开发为龙头—选择适生植物发展生态产业为突破口—人与自然协调发展的石漠化综合治理科学思路,以及试验先行—示范带动—辐射推广的行动方略,在广西建立了果化、弄拉等石漠化综合治理示范区。

    通过开发表层岩溶泉、配套修建水柜等方式,1000多万人喝上了“自来水”,同时也解决了当地部分耕地灌溉用水问题;通过土壤种子库植物调查和特色植物引进培育试验,筛选出火龙果、金银花、苦丁茶、赤苍藤等多种适生特色植物,最终形成具有代表性的特色生态产业,带动周边县市百姓脱贫致富。如今,示范区内曾经的石山已被葱茏的树木覆盖,弄拉示范区基于优美的峰丛地质景观还发展了新型岩溶景观生态旅游业,人民收入大幅增加,成为我国乡村振兴和生态文明示范村建设的样板。

    尊重自然、顺应自然,是实现人与自然和谐共处、协调发展应遵循的基本原则。岩溶地质工作在石漠化综合治理区取得的显著成效,正是推进人与自然和谐共生的生动实践。相信随着科学研究的不断深入和科技水平的不断提升,岩溶地区的山水景观将更加秀丽,人民生活也将越来越幸福。

    (作者单位:中国地质调查局岩溶地质研究所)

    滨海湿地

    抢救性保护 合理化利用

    杨士雄 叶思源

    湿地,被誉为“地球之肾”,仅覆盖地球表面的6%,却为地球上20%的物种提供了生存环境。

    我国湿地面积占世界湿地面积的10%,位居世界第四、亚洲第一。其中,滨海湿地是连接海洋和陆地的重要过渡地带,兼有水、陆两者的生态功能。滨海湿地拥有着盐沼、滩涂、红树林、珊瑚礁、海草床和浅海水域等多种类型,被认为是地球上生物多样性最高的生态系统。

    滨海湿地不仅蕴藏着丰富的水资源、土地资源和生物资源,还具有保护生物多样性、为生物提供栖息地、涵养水源、控制海岸侵蚀、降解污染物、调节气候等重要作用。

    我国滨海湿地总面积为579.59万公顷,占全国湿地面积的10.85%,分布于我国东部沿海11个省(市)和港澳台地区。但在过去的半个世纪里,受人类经济活动的影响,在海平面上升、海岸侵蚀、近岸环境污染、滩涂围垦等自然与人为因素的共同作用下,大面积的滨海湿地资源遭受破坏,并逐渐退化,甚至消亡。截至目前,中国已经损失了53%的温带滨海湿地、73%的红树林和80%的珊瑚礁。仅有24%的滨海湿地被列为保护地,远低于全国湿地平均43.5%保护水平。

    要抢救性地保护滨海湿地,必须科学制定滨海湿地利用政策,合理布局滨海区域生产、生活、生态空间,加强沿海区域水污染治理,建立滨海湿地保护网络体系,加强对敏感物种的针对性保护。近年来,我国对湿地保护工作非常重视,湿地保护工作不断得到加强。在湿地调查和研究、立法和规划、自然保护区建设、湿地恢复重建、国际合作和宣传教育等方面都取得了显著成就,但是湿地保护工作依然任重而道远。

    古往今来,受惠于大自然的馈赠,滨海湿地充当人类宜居环境的天然“空调”,维持了海岸带的生物多样性。绿水青山就是金山银山,实现人与自然的和谐共生,是新时代赋予我们的新使命。朝霞与鹭鸟齐飞,碧水共蓝天一色。保护湿地,建设湿地,就是在保护和建设我们赖以生存的家园。

    (作者单位:中国地质调查局青岛海洋地质研究所)

    东北黑土地

    破解生态密码 保障粮食安全

    戴慧敏

    黑土地是大自然给予人类的得天独厚的宝藏。全球仅有四大黑土区,分布在我国东北地区、美国密西西比河流域、乌克兰大平原和阿根廷潘帕斯草原,总面积约9.16亿公顷,仅占地球陆地总面积的6%左右。

    我国东北黑土区总面积约100多万平方千米,其中典型黑土地以弯月状分布于黑龙江、吉林两省,面积约17万平方千米,目前已开垦出耕地700多万公顷,粮食产量占两省的60%以上,是中国最大的商品粮生产基地。

    由于黑土土壤生境湿润寒冷,微生物活动较弱,有机物分解慢,腐殖质含量高,人们常用“一两土二两油”来形容黑土地的肥沃。但人们在黑土地开垦初期错误地认为,肥沃的黑土地可以在没有任何投入的情况下可持续利用,进而以掠夺性生产方式开垦黑土地,导致黑土地质量下降。

    有调查研究显示,黑土区平均每年流失0.3~1厘米厚的黑土表层,土壤有机质每年以1/1000的速度递减。由于多年水土流失,黑土区原本30~100厘米厚的黑土层有的只剩下20~30厘米,有的地方甚至已经露出黄土母质,基本丧失了生产能力。按这一流失速度测算,黑土地现有的部分耕地再经过40~50年的流失,黑土层将全部消失。

    中国地质调查局沈阳地质调查中心实施的黑土地质量地球化学调查,截至2019年完成东北黑土地耕地覆盖区50万平方千米。调查结果显示,黑土地土壤基本无重金属污染,黑土地环境质量依然优越,土壤质量以良好和优质为主。而且,还在黑土地分布区发现了大量的连片富硒土壤。

    黑土地关乎国家粮食安全与生态安全,黑土保护刻不容缓。但如何实现对黑土地保护性开发,以及如何对退化的黑土地进行修复,都是亟待解决的问题。

    所幸,有关致力于破解黑土地生态密码的地质科学研究项目正在进行。中国地质调查局沈阳地质调查中心已获取了东北黑土区不同时期(1985年、2000年、2017年)土地利用变化、水土流失影响因子、生态问题专题因子等,开展了土地利用类型相关转换的研究,初步构建了数量与质量相结合的黑土退化动态监测体系。这些成果详细介绍了当前黑土区土壤的厚度、剖面构型等特征,以及土壤中有机质、氮、磷、钾、微量元素和稀土元素等化学元素的含量,反映了黑土地的最新状况。

    摸清资源家底,明确保护方法,并做好土地可持续利用规划,方能实现黑土地的保护性利用,夯实国家粮食安全的“压舱石”。

    (作者单位:中国地质调查局沈阳地质调查中心)

    循自然之道 享地球之美

    自然资源部中国地质调查局成都矿产综合利用研究所(以下简称成都矿产综合利用所)始建于1964年,有着50多年的光辉历史,有着功勋研究所的殊荣。成都矿产综合利用所长期坚持以稀土资源为核心,以“三稀”资源为重点,兼顾其他能源矿产资源,开展资源潜力、开发条件和环境承载力“三位一体”综合调查评价。

    三稀资源(即稀土、稀有和稀散矿产资源)是该所的研究重点。该所拥有50余年的找矿-选矿-冶金-新材料方面的技术积累,特别是在稀土采选、冶炼、分离等领域开发了多项具有国际先进水平的技术,独有的采选工艺和先进的分离技术为稀土资源的开发利用奠定了坚实基础。

    稀土——国之瑰宝

    龚大兴 赖杨

    稀土的概略介绍

    稀土是镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu),钪(Sc)和钇(Y)共17种元素的统称。

    主要稀土元素

    稀土的类型和分布

    稀土元素可以分为轻稀土、重稀土两大类,主要是以稀土氧化物的形式存在。中国、巴西、俄罗斯、美国、澳大利亚等国稀土资源储量位居世界前列。

    中国是世界稀土资源储量最大的国家,主要稀土矿有白云鄂博稀土矿、山东微山稀土矿、冕宁稀土矿等。中国是唯一能够提供全部17种稀土金属的国家,稀土储量曾一度占世界总储量的近80%,是名副其实的“稀土大国”。但是经过多年的无序开采,现在只剩42%(USGS,2017)。

    稀土的广泛用途

    稀土的用途

    稀土是一种不可再生资源,虽然总体用量很少,但因为具有其他材料难以比拟的光电磁性能,被广泛应用于电子、新能源、环境保护等新兴领域。常用的稀土材料有稀土发光材料、抛光材料、永磁材料、储氢材料等,其中新材料领域对稀土的需求量达70%左右。

    稀土在军事方面的应用更加广泛,其具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。比如,大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。稀土科技一旦用于军事,必然带来军事科技的跃升。

    以稀土元素为主体的三稀资源在新材料、新能源和信息技术等新兴产业方面具有不可替代的重大用途。未来几十年,世界主要国家将会为这些资源的持续安全供给进行不懈努力。

    全球稀土储量占比

    抓住核心优势,成都综合所蓄势待发

    成都矿产综合利用所,作为自然资源部中国地质调查局重要的科技支撑单位,在新形势下,将继续坚持以稀土资源为核心,以“三稀”资源为重点,加快中国地质调查局稀土资源应用技术研发中心建设,创新稀土无尾化利用技术,构建我国西南典型稀土资源的“无尾化”利用技术体系。同步开展川西、黔西、滇东等资源远景区稀土、锂、“三稀”等战略性矿产资源“三位一体”综合调查评价,发现和评价一批可供进一步绿色勘查开发的“三稀”资源基地,支撑经济社会高质量发展,保障国家战略性矿产资源安全。

    2018年-2019年,成都矿产综合利用所在乌蒙山扶贫开发区实施二级项目《贵州毕节-六盘水地区能源资源综合地质调查》(编号:DD20189507),在毕节威宁县哲觉镇一带新发现1处超大型、 2处大 型新类型沉积型稀土矿床,原矿中稀土氧化物(REO)品位最高可达1.6%,平均品位0.15%左右,初步预估资源量达 100万吨以上。该稀土赋存于以高岭石(83%以上)为主的粘土岩中,通过自主研发的 “预处理-选择性浸出”技术, 使 稀土综合回收率达90%以上。此次稀土矿找矿的突破,为我国打造又一个新的稀土勘查开发基地奠定了坚实基础。

    成都综合所

    稀土——“超级工业维生素”

    曾小波 李超

    稀土素有“工业维生素”的美誉,按资源类型大致可以分为轻稀土和重稀土两类,在国防等尖端领域所必需的重稀土元素更是被誉为“超级工业维生素”。离子型稀土矿便是“超级工业维生素”的主要来源。全球已知的重稀土储量几乎都集中在我国南方地区,特别是我国南方的离子型重稀土矿十分珍稀宝贵,是许多西方国家都想得到的稀土资源。离子型稀土主要分布在江西、广东、福建、湖南等南方省份,其中江西赣州更有“稀土王国”的美誉。

    1.离子型稀土矿是什么

    离子型稀土矿学名风化壳淋积型稀土矿,是由含稀土的花岗岩或火山岩经过多年风化形成的黏土矿物。

    离子型稀土矿床于1969年在江西首次发现,随后在广东、福建、广西、湖南及云南等地相继发现。根据离子型稀土矿的成矿条件,国内学者曾预测越南、老挝等国也有离子型稀土矿,近些年确实有得到相关证实,在越南、老挝、泰国及美国均有发现。离子型稀土矿外观为松散的沙黏土,颜色有白色、灰色、红色、黄色等。

    2.“超级工业维生素”的应用

    稀土在冶金、军事、石油化工、玻璃陶瓷、农业和新材料等领域具有广泛应用,是国家关键的战略性资源。

    冶金

    铸铁中使用石墨球化剂、形核剂、有害元素控制剂来提高铸铁质量。

    玻璃陶瓷

    玻璃方面,主要用于着色剂、脱色剂、抛光剂等。陶瓷方面,主要用于减轻釉的碎裂性。

    农业

    生长、生理调节剂,可增强农作物的抗旱、抗涝能力。

    军事

    稀土具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,其最显著的功能就是提高武器的战术性能,也可作为核工业等高科技的润滑剂。

    石油化工

    目前,世界上90%的炼油裂化装置都使用含稀土的催化裂解剂。用稀土制成的分子筛催化剂,具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强等优点。

    新材料

    在新材料领域,稀土功能材料主要应用在永磁材料、储氢材料、催化材料、发光材料。目前,永磁材料是稀土最大的消费领域,占稀土功能材料领域消费量的28%,发光材料7%。

    离子型稀土矿成矿三大要素

     南方离子型稀土矿山

    3.“超级工业维生素”的开采

    “超级工业维生素”的主要来源是离子型稀土矿,根据离子型稀土矿的特点,我国科技工作者进行了长期的研究和实践,开发出采用电解质水溶液进行离子交换浸出稀土的方法。目前,离子型稀土矿开采主要采用原地浸矿工艺技术。原地浸矿不开挖矿体,将浸取剂溶液经浅井直接注入,浸取剂与粘土矿物中的稀土离子进行离子交换,交换下来的稀土离子随浸取液流入积液沟,经沉淀富集稀土,最后分离提纯制得稀土产品。

     

    离子型稀土原地浸矿示意图

    4.“超级工业维生素”面临的危机与前景

    重稀土作为不可再生资源,由于资源流失严重,加上储量少、品位低等因素,离子型稀土可采储量面临即将枯竭的危险。此外,由于早期离子吸附型稀土矿监管力度不够,因此存在越界开采、非法开采、环境污染等问题。

    近年来,国家相关部门加大了监管力度。2012年,我国稀土行业开始整合,原国土资源部于2012年9月13日发布了整合后的《稀土探矿权名单》和《稀土采矿权名单》。2015年1月,工信部在会议中提出将重点整合六家稀土企业,形成“1+5”格局(北方稀土、南方稀土、中铝集团、五矿集团、广东稀土和厦门钨业),组建成南北阵营两家大型稀土集团。六大稀土集团重组是我国政府保护国内稀土资源的重要举措之一。2017年,根据原国土资源部办公厅“关于印发《矿产资源开发利用水平调查评估试点工作办法》的通知”(国土资厅发[2017]33号)要求,成都矿产综合利用所负责江西省稀土矿产资源开发利用水平调查评估试点工作。2019年,成都矿产综合利用所与厦门钨业股份有限公司达成一致协议,计划将离子型稀土绿色安全开采示范项目落户厦门钨业控股公司龙岩市稀土开发有限公司,将从根本上保障国家战略资源的安全开采,有望改变目前离子型稀土矿大面积停产的状况,打造成为重稀土绿色高效开发的典范。通过国家政策的宏观调控及相关部门机构的积极配合,目前稀土行业“零、散、乱”的现状正逐步改变,行业逐步走向规范化运行。

     

    稀土,你了解吗?

    青藏高原被誉为“世界屋脊”,是全球海拔最高的地区。她地处我国西南边陲,与印度、尼泊尔、不丹接壤,西邻克什米尔地区,拥有2500公里国境线长度,是我国西南边疆的重要门户和自然屏障。青藏高原具有得天独厚的生态环境系统,可以概括为“险”、“难”、“富”、“谐”四个字:

    “险”指的是高原险峻的地貌格局。高原上有海拔7000米以上的山峰50多座,其中以珠穆朗玛峰和乔戈里峰这两座世界第一、二高峰最为出名。而冈仁波齐峰因其独特的地质特征被无数虔诚的藏族同胞所敬畏,他们远道而来祈福平安。除了巍峨的群山,还有气势磅礴、一望无垠的高原平原,配以广布的冰川、深邃的峡谷以及丘陵和宽谷盆地,使得高原地貌景象万千,繁而不杂。它们共同勾勒出了世界第三极的轮廓。

    “难”指的是高原难以征服的气候环境。高原气候以高寒缺氧为主要特征。较高的平均海拔,使得青藏高原大部分地区年平均温度低于5℃,相较地球同纬度其它平原地区低15℃左右。北部的羌塘地区更是有明显的冰封期,常年大部分时间是“千里冰封,万里雪飘”的景色。同样由于海拔较高的缘故,致使空气稀薄,因而日照充裕,紫外线强烈,同时也导致了最高可达30℃的日温差,因此只有较少动植物适应。但是这些极端的气候环境特征,随着地势由西向东下降而逐渐缓和,藏东南部地区气候已经较为适宜,这些地区的居民数量也相对较多。

    “富”指的是高原富饶的自然资源。青藏高原经历了复杂的地质演化过程,又具独特的气候环境,因此孕育了丰富的矿产、能源和动植物资源。全球重要的东西向特提斯构造域贯穿整个青藏高原,复杂的原-古-新特提斯洋演化历程使得其具有十分优越的成矿地质背景,涵盖了冈底斯-喜马拉雅、羌塘-三江和秦-祁-昆三大国内成矿域,是我国矿产资源集中蕴藏区。同时,青藏高原的地热蕴量居全国第一位,水能、风能、太阳能等也具有丰富的储量和良好的发展前景。

    “谐”指的是高原人民与大自然的和谐共生。青藏高原的民族主体是藏族,他们在该地区有着悠久的生活历史,逐步发展出适应高原生态环境的独特文化特征。其中最直观的就是藏族服饰。相信对藏袍不了解的人总会奇怪为什么常常见到很多人只穿一只袖子或者干脆系在腰间呢?其实看了我们前文的讲解您就能知道:青藏高原的日温差巨大,天气变化迅速,人们正是通过调整藏袍的穿戴形式来适应这样恶劣的气候环境。当然这只是高原人民在适应生态环境的一个缩影,更大范围的比如西北部地区以游牧为主,中部地区种植青稞等农作物,东南部地区利用丰富的森林资源等,都是顺应自然的最好实践。

    人类与青藏高原和谐共生了数以千年,这都离不开我们对自然的敬畏和保护,所以请善待自然,为我们和后代留下这一片高原净土!

    (作者单位:中国地质调查局成都地质调查中心)

    敬畏高原 和谐共生

    2017年,一个新奇的名字——"天然气水合物"闯入人们眼中。它还有个更通俗易懂的名字,可燃冰。就在这一年的5月18日,自然资源部(原国土资源部)宣布,我国海域天然气水合物首次试采成功。这次试采是我国首次、也是世界首次成功实现资源量占全球90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采。

    时隔近三年,捷报再次传来!

    2020年3月26日,由自然资源部中国地质调查局组织实施的我国海域天然气水合物第二轮试采日前取得成功。

    我国可燃冰再突破:Level 1到Level 2需要多少加成?

    第二轮试采平台"蓝鲸II号"喷出的火焰(图片来源:广州海洋地质调查局供图,新华社发)

    在水深1225米的南海神狐海域,第二轮试采创造了"产气总量86.14万立方米,日均产气量2.87万立方米"两项新的世界纪录,攻克了深海浅软地层水平井钻采核心技术,实现了从"探索性试采"向"试验性试采"的重大跨越,向产业化迈出了极为关键的一步。

    为什么我们要勘查、开采可燃冰?

    前面提到过,可燃冰只是俗称,它的学名是天然气水合物,是由天然气与水在高压和低温条件下形成的一种固态结晶物质,分解为气体后,甲烷含量一般在80%以上,最高可达99.9%,所以也有人叫天然气水合物为甲烷水合物。又因为天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体外貌类似冰雪,可以像酒精块一样被点燃,所以也有人叫它"可燃冰"。

    根据理论计算,标准状态下,1立方米的可燃冰可释放出160-180立方米的甲烷气和0.8立方米的水,可以说可燃冰就像一个天然气的"压缩包",燃烧后生成二氧化碳和水,不会释放出粉尘、硫氧化物、氮氧化物等环境污染物,所以被誉为21世纪理想的清洁能源之一。而且,据专家预测,可燃冰资源量巨大,被国际公认为未来重要的战略性接替能源。

    能源对于经济发展和国家安全的重要性不言而喻。1999年,我国开始天然气水合物调查;2002年,开始设立天然气水合物勘查专项,正式踏上了多学科、多手段开展天然气水合物资源调查的艰辛历程。如今在地质人的共同努力下,这一领域屡结硕果。

    第二次试采取得了什么样的成果?

    在自然资源部于3月26日召开的我国海域天然气水合物第二轮试采成果汇报视频会上,我们了解到,中国地质调查局联合中国石油天然气集团、北京大学等国内外70余家单位近千名业务骨干,经过两年多的集中攻关,2019年10月正式启动第二轮试采海上作业。试采团队克服了无先例可循、恶劣海况等困难,尤其是施工关键期正值新冠疫情防控最吃劲阶段,试采现场指挥部全面精准落实各项防控措施,保障正常生产作业,于2020年2月17日试采点火,持续至3月18日完成预定目标任务。

    我国可燃冰再突破:Level 1到Level 2需要多少加成?

    第二轮试采平台"蓝鲸II号"(图片来源:广州海洋地质调查局供图,新华社发)

    据介绍,此次试采取得一系列重大突破。

    一是创造了"产气总量、日均产气量"两项世界纪录,实现了从"探索性试采"向"试验性试采"的重大跨越。本轮试采1个月产气总量86.14万立方米、日均产气量2.87万立方米,是第一轮60天产气总量的2.8倍。试采攻克了深海浅软地层水平井钻采关键核心技术,实现产气规模大幅提升,为生产性试采、商业开采奠定了技术基础,也让我国成为了全球首个采用水平井钻采技术试采海域天然气水合物的国家。

    二是自主研发了一套实现天然气水合物勘查开采产业化的关键技术装备体系,大大提高了深海探测与开发能力。试采形成了六大类32项关键技术,其中6项领先优势明显;研发了12项核心装备,其中控制井口稳定的装置吸力锚打破了国外垄断。这些技术装备不仅为推进天然气水合物产业化提供了有力保障,而且在海洋资源开发、涉海工程等领域具有广阔应用前景。

    三是创建了独具特色的环境保护和监测体系,进一步证实了天然气水合物绿色开发的可行性。自主创新形成了环境风险防控技术体系,构建了大气、水体、海底、井下"四位一体"环境监测体系。监测结果表明,试采过程中,甲烷无泄漏,也未发生地质灾害。

    为什么第一次试采成功后,还要进行第二轮试采?

    这就要说到天然气水合物产业化的问题。再好的能源,如果不能产业化,也将是镜中月、水中花。为了实现天然气水合物的产业化,大致需要经过理论研究与模拟试验、探索性试采、试验性试采、生产性试采、商业开采5个阶段。

    2017年,我国海域天然气水合物第一轮试采完成了"探索性试采",解决的是"能否安全、连续开采出来"的问题。2020年的第二轮试采完成了"试验性试采",解决的是"如何提高产气规模"的问题,这是天然气水合物产业化进程中极为关键的一步。

    第一次试采后,中国地质调查局为第二次试采做了哪些事?

    第一次试采成功后,中国地质调查局贯彻落实中共中央、国务院2017年5月18日贺电精神,积极做好第二轮试采理论技术攻关和工程准备。成立第二轮试采现场指挥部,统一指挥,集智攻关,形成了以中国地质调查局广州海洋地质调查局为核心层,勘探技术研究所、油气资源调查中心等局直属单位为紧密层,北京大学等科研单位为协作层的科技攻关团队。

    在试采思路方面,创新提出利用水平井开采天然气水合物的思路。因为水平井穿越储层的长度更长,与储层的接触面积更大,从而能够有效提高产气规模。但是,水平井对技术、工艺和装备的要求更高,施工难度更大,尤其是在深海浅软地层中实现水平井钻采,面临井口稳定、井壁稳定、储层改造等一系列世界性难题。围绕这些难题,开展了有针对性的理论技术研究。

    在理论研究方面,深入总结分析了第一轮试采获取的647万数据,完善丰富了"系统成藏"和"三相控制"理论,为本轮试采提供了全方位的理论支撑。

    在技术攻关方面,充分发挥中国地质调查局整体业务优势,建立了陆地、海上5个试验场,自主创新,联合攻关,优化完善水平井钻井工艺,锤炼工艺技术细节,遵循认识、实践、再认识、再实践的科学探索规律,经过不懈攻关和努力,最终形成了以水平井为核心的32项关键技术,自主研发了以吸力锚为代表的12项核心装备。

    在工程准备方面,为做好工程准备,试采科研团队经过反复研究、推演和模拟演练,细化了施工细节。优选"蓝鲸Ⅱ号"钻井平台作为试采平台,并设立前方基地,完成长线和大宗物资采购,落实海上作业保障条件。

    在工程施工方面,试采科研团队克服了无先例可循、恶劣海况等困难,特别是施工关键期正值新冠疫情防控最吃劲阶段,现场指挥部全面精准落实各项防控措施,保障了海上工程施工安全顺利实施,完成了水平井钻完井、监测井等作业。

    在试采实施方面,利用自主研发的关键技术,精心开展试采测试作业和环境监测。通过不懈努力,试采持续产气30天,创造了产气总量86.14万立方米、日均产气量2.87万立方米两项新的世界纪录,圆满完成目标任务。

    未完待续的故事

    我国海域天然气水合物第二轮试采取得成功,进一步增强了我国天然气水合物科技创新能力的国际"领跑"优势地位。

    目前,第二轮试采仍在进行中,科技人员将围绕加快推进天然气水合物勘查开采产业化和实施生产性试采进行必要的试验工作。同时,我们还应该认识到,推进天然气水合物勘查开采产业化后续任务依然艰巨繁重,下一步还要进行生产性试采攻关,力争尽早实现天然气水合物商业开采。让我们共同期待!

     

    出品:科普中国

    制作:自然资源部中国地质调查局科普办公室

    监制:中国科学院计算机网络信息中心

    我国可燃冰再突破:Level 1到Level 2需要多少加成?

    2017年,一个新奇的名字——"天然气水合物"闯入人们眼中。它还有个更通俗易懂的名字,可燃冰。就在这一年的5月18日,自然资源部(原国土资源部)宣布,我国海域天然气水合物首次试采成功。这次试采是我国首次、也是世界首次成功实现资源量占全球90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采。 

    时隔近三年,捷报再次传来! 

    2020年3月26日,由自然资源部中国地质调查局组织实施的我国海域天然气水合物第二轮试采日前取得成功。 

     

    在水深1225米的南海神狐海域,第二轮试采创造了"产气总量86.14万立方米,日均产气量2.87万立方米"两项新的世界纪录,攻克了深海浅软地层水平井钻采核心技术,实现了从"探索性试采"向"试验性试采"的重大跨越,向产业化迈出了极为关键的一步。 

    为什么我们要勘查、开采可燃冰? 

    前面提到过,可燃冰只是俗称,它的学名是天然气水合物,是由天然气与水在高压和低温条件下形成的一种固态结晶物质,分解为气体后,甲烷含量一般在80%以上,最高可达99.9%,所以也有人叫天然气水合物为甲烷水合物。又因为天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体外貌类似冰雪,可以像酒精块一样被点燃,所以也有人叫它"可燃冰"。 

    根据理论计算,标准状态下,1立方米的可燃冰可释放出160-180立方米的甲烷气和0.8立方米的水,可以说可燃冰就像一个天然气的"压缩包",燃烧后生成二氧化碳和水,不会释放出粉尘、硫氧化物、氮氧化物等环境污染物,所以被誉为21世纪理想的清洁能源之一。而且,据专家预测,可燃冰资源量巨大,被国际公认为未来重要的战略性接替能源。 

    能源对于经济发展和国家安全的重要性不言而喻。1999年,我国开始天然气水合物调查;2002年,开始设立天然气水合物勘查专项,正式踏上了多学科、多手段开展天然气水合物资源调查的艰辛历程。如今在地质人的共同努力下,这一领域屡结硕果。 

    第二次试采取得了什么样的成果? 

    在自然资源部于3月26日召开的我国海域天然气水合物第二轮试采成果汇报视频会上,我们了解到,中国地质调查局联合中国石油天然气集团、北京大学等国内外70余家单位近千名业务骨干,经过两年多的集中攻关,2019年10月正式启动第二轮试采海上作业。试采团队克服了无先例可循、恶劣海况等困难,尤其是施工关键期正值新冠疫情防控最吃劲阶段,试采现场指挥部全面精准落实各项防控措施,保障正常生产作业,于2020年2月17日试采点火,持续至3月18日完成预定目标任务。 

     

    据介绍,此次试采取得一系列重大突破。 

    一是创造了"产气总量、日均产气量"两项世界纪录,实现了从"探索性试采"向"试验性试采"的重大跨越。本轮试采1个月产气总量86.14万立方米、日均产气量2.87万立方米,是第一轮60天产气总量的2.8倍。试采攻克了深海浅软地层水平井钻采关键核心技术,实现产气规模大幅提升,为生产性试采、商业开采奠定了技术基础,也让我国成为了全球首个采用水平井钻采技术试采海域天然气水合物的国家。 

    二是自主研发了一套实现天然气水合物勘查开采产业化的关键技术装备体系,大大提高了深海探测与开发能力。试采形成了六大类32项关键技术,其中6项领先优势明显;研发了12项核心装备,其中控制井口稳定的装置吸力锚打破了国外垄断。这些技术装备不仅为推进天然气水合物产业化提供了有力保障,而且在海洋资源开发、涉海工程等领域具有广阔应用前景。 

    三是创建了独具特色的环境保护和监测体系,进一步证实了天然气水合物绿色开发的可行性。自主创新形成了环境风险防控技术体系,构建了大气、水体、海底、井下"四位一体"环境监测体系。监测结果表明,试采过程中,甲烷无泄漏,也未发生地质灾害。 

    为什么第一次试采成功后,还要进行第二轮试采? 

    这就要说到天然气水合物产业化的问题。再好的能源,如果不能产业化,也将是镜中月、水中花。为了实现天然气水合物的产业化,大致需要经过理论研究与模拟试验、探索性试采、试验性试采、生产性试采、商业开采5个阶段。 

    2017年,我国海域天然气水合物第一轮试采完成了"探索性试采",解决的是"能否安全、连续开采出来"的问题。2020年的第二轮试采完成了"试验性试采",解决的是"如何提高产气规模"的问题,这是天然气水合物产业化进程中极为关键的一步。 

    第一次试采后,中国地质调查局为第二次试采做了哪些事? 

    第一次试采成功后,中国地质调查局贯彻落实中共中央、国务院2017年5月18日贺电精神,积极做好第二轮试采理论技术攻关和工程准备。成立第二轮试采现场指挥部,统一指挥,集智攻关,形成了以中国地质调查局广州海洋地质调查局为核心层,勘探技术研究所、油气资源调查中心等局直属单位为紧密层,北京大学等科研单位为协作层的科技攻关团队。 

    在试采思路方面,创新提出利用水平井开采天然气水合物的思路。因为水平井穿越储层的长度更长,与储层的接触面积更大,从而能够有效提高产气规模。但是,水平井对技术、工艺和装备的要求更高,施工难度更大,尤其是在深海浅软地层中实现水平井钻采,面临井口稳定、井壁稳定、储层改造等一系列世界性难题。围绕这些难题,开展了有针对性的理论技术研究。 

    在理论研究方面,深入总结分析了第一轮试采获取的647万数据,完善丰富了"系统成藏"和"三相控制"理论,为本轮试采提供了全方位的理论支撑。 

    在技术攻关方面,充分发挥中国地质调查局整体业务优势,建立了陆地、海上5个试验场,自主创新,联合攻关,优化完善水平井钻井工艺,锤炼工艺技术细节,遵循认识、实践、再认识、再实践的科学探索规律,经过不懈攻关和努力,最终形成了以水平井为核心的32项关键技术,自主研发了以吸力锚为代表的12项核心装备。 

    在工程准备方面,为做好工程准备,试采科研团队经过反复研究、推演和模拟演练,细化了施工细节。优选"蓝鲸Ⅱ号"钻井平台作为试采平台,并设立前方基地,完成长线和大宗物资采购,落实海上作业保障条件。 

    在工程施工方面,试采科研团队克服了无先例可循、恶劣海况等困难,特别是施工关键期正值新冠疫情防控最吃劲阶段,现场指挥部全面精准落实各项防控措施,保障了海上工程施工安全顺利实施,完成了水平井钻完井、监测井等作业。 

    在试采实施方面,利用自主研发的关键技术,精心开展试采测试作业和环境监测。通过不懈努力,试采持续产气30天,创造了产气总量86.14万立方米、日均产气量2.87万立方米两项新的世界纪录,圆满完成目标任务。 

    未完待续的故事 

    我国海域天然气水合物第二轮试采取得成功,进一步增强了我国天然气水合物科技创新能力的国际"领跑"优势地位。 

    目前,第二轮试采仍在进行中,科技人员将围绕加快推进天然气水合物勘查开采产业化和实施生产性试采进行必要的试验工作。同时,我们还应该认识到,推进天然气水合物勘查开采产业化后续任务依然艰巨繁重,下一步还要进行生产性试采攻关,力争尽早实现天然气水合物商业开采。让我们共同期待! 

     

    出品:科普中国
    制作:自然资源部中国地质调查局科普办公室
    监制:中国科学院计算机网络信息中心

    我国海域可燃冰试采再传捷报!第二次试采为什么要准...

    “感谢共产党!感谢共产党!”两位古稀老人突然举起双臂一阵高呼。

    这不是电视剧中时空穿越的历史故事情节,这是2016年7月发生在新疆南疆地区克孜勒苏柯尔克孜族自治州乌恰县波斯坦铁列克乡依买克村一个真实的故事。

    依买克村是一个坐落在昆仑山北坡山脚下海拔约2000米的柯尔克孜族(下称“克族”)聚居的古老村落。2016年夏季一场突如其来的暴雨,让这个村的村民措手不及,洪水裹夹着泥沙,漫过防洪渠,直接灌入了村民的院子,瞬间院子就变得杂乱不堪。

    雨停过后,一对柯尔克孜族夫妇眼巴巴地盯着自家的院里满地湿漉漉的泥浆,六神无主,一副无助的神情令人心痛。就在老人急得团团转时,一群穿着雨靴、衣服沾满泥浆的年轻人,带着工具冲了过来,在院子里一阵清理打扫过后,一切又恢复了原先清洁干净的模样。

    看见自家院子被收拾得如此整洁,两位不太会讲国语的柯尔克孜族老人,一时不知怎么感谢这些年轻的后生,于是就举起了双臂,喊出了开头的这句话。

    项目组进行地质剖面测量

    这只是自然资源部中国地质调查局西安地质调查中心“南疆大型资源基地调查团队”项目驻地的小伙子们,在这里开展工作期间,与当地群众心手相牵一个很平常的故事。

    实际上,进驻南疆以来,调查团队就承载了“造福南疆,造富南疆”的历史使命,矿调成果不断显现,“地质调查+”扶贫模式得到不断深化,为南疆地区的经济建设和社会发展奠定了资源基础,促进了少数民族地区的融合发展。

    2019年9月27日,“南疆大型资源基地调查团队”被国务院授予全国民族团结进步模范集体称号,这是自然资源部唯一被授予这项荣誉称号的模范集体。

    助力脱贫攻坚

    党中央、国务院一直非常重视新疆特别是南疆地区的发展。习近平总书记在第二次中央新疆工作座谈会上明确指出:对南疆发展,要从国家层面进行顶层设计,实行特殊政策,打破常规,特事特办。

    中国地质调查局历来高度重视新疆的基础性、公益性地质矿产调查工作,尤其是南疆地区的矿调工作。2008年,自然资源部和新疆维吾尔自治区人民政府开展部省合作实施新疆358项目,2016年实施新一轮新疆358计划,构建了中央与地方地质工作“统一规划、统一部署、统一实施”新机制。

    天山以南,昆仑山系以北,谓之南疆。南疆接壤六国,是我国重要的战略屏障和向西开放的重要门户。

    从地理位置看,南疆四地州位于祖国西北边陲,周边与吉尔吉斯斯坦、巴基斯坦、塔吉克斯坦等6国接壤,边境线长,处于国防第一线,其形势动向,事关全国大局。

    从历史发展进程看,它自古就是历代中央王朝治理西域的核心区域。我国历朝历代均高度重视南疆的战略地位,南疆对守卫边防维护国家统一和对外开放、促进全疆经济社会发展具有重要的战略意义。

    借助“一带一路”的时代机遇,如今的新疆,正按照习近平总书记的指示,把自身的区域性对外开放战略,融入到国家丝绸之路经济带建设、向西开放的总体布局中去。原来边远封闭的地缘局势,正在向沿边依桥、外引内联、东进西出、全方位开放的新型地缘格局发展。

    因水得名的阿克苏,是南北疆交通要冲和东西贯通的关节点,也是新疆向西开放的前沿地区和丝绸之路经济带核心区南线中段重要关节点。

    位于新疆最南端的和田,是古丝绸之路南道,是新疆进入西藏、青海及邻国印度的重要门户和战略通道,也是建设丝绸之路经济带、中巴经济走廊的重要支撑地区。

    号称“万山之州”的克孜勒苏柯尔克孜自治州境内及周边,有喀什经济开发区伊尔克什坦口岸园区,以及吐尔尕特、伊尔克什坦、红其拉甫、卡拉苏、喀什国际航空港等5个国家一类口岸,发展对外贸易、境外资源加工业、跨境旅游优势十分突出,是南疆向西开放的重要通道。

    喀什是我国向西开放,通往中亚、南亚、西亚乃至欧洲的国际大通道,作为丝绸之路经济带核心区重要节点和中巴经济走廊起点的作用日益凸显。“一带一路”伟大构想,如今正把“五口通八国,一路连欧亚”的喀什从历史引向未来。

    然而,由于历史、地理、人口结构、经济发展水平等多方面因素的影响,南疆四地州区域经济社会发展一直相对落后,成为一个集边境地区、民族地区、贫困地区于一体的地区,是新疆工作的重点和难点地区,也是我国集中连片特殊困难地区之一、脱贫攻坚的主战场。

    2015年,为进一步贯彻落实党中央关于南疆地区社会稳定和经济发展的指示精神,服务南疆地区产业经济发展和脱贫攻坚,推动大型资源基地的找矿突破与理论创新,自然资源部中国地质调查局部署了南疆地区大型资源基地调查工程及西昆仑铁铅锌大型资源基地调查等二级项目,由中国地质调查局西安地质调查中心组织实施。

    这是一项极其艰险的任务。西安地质调查中心副总工程师、教授级高工滕家欣被委任“南疆地区大型资源基地调查工程”首席专家和团队带头人,与西安地质调查中心矿产地质室主任、南疆工程副首席专家高永宝一起,带领贺永康、李侃、燕洲泉、陈登辉、荆德龙、赵晓健、隋清霖、赵辛敏、赵民、金谋顺等一行30余人的队伍,进发南疆,“南疆大型资源基地调查团队”由此成行,开启了本次昆仑山高海拔地区矿调的序幕。

    这支队伍大多是一帮身上依然散发着孩子气的小伙子,对于昆仑山并没有什么概念,只是在武侠小说或电视剧中了解到一些传奇。也正是因为这些传奇,他们对昆仑山充满了向往,于是踊跃报名参与了进来。

    “横空出世,莽昆仑,阅尽人间春色。飞起玉龙三百万,搅得周天寒彻……”一代伟人毛泽东这样描述昆仑山的雄峻。

    昆仑山是名副其实的万山之祖,众山之王,是中华大地真正的脊梁。昆仑山的大跨度高海拔,昆仑山的雪山冰川,昆仑山的险境魔幻,昆仑山的峥嵘万状,足以让每一个造访者跃跃欲试却又谈虎色变。

    敬畏扩大了距离,而猜测更造成了神秘。

    自古以来,昆仑山也是探宝者向往之地。只是,一些恐怖的传说,阻却了探宝者的脚步,其中最为著名的就是昆仑山的地狱之门。毫无疑问,这个横亘于中国西部版图的昆仑山脉,是地球上平均海拔最高,且延伸面积极大的山系。

    尽管现代人已经对那些恐怖的传说做出了科学的解释,但毕竟在这个高海拔层峦叠嶂的幽深峡谷里,究竟隐藏着多少不确定的风险,谁也无法预测。

    参加此次矿调的大多是二三十岁的年轻人,野外经验不足,何况在这种自然条件极其恶劣的艰苦环境中工作,既要保证大家的人身安全,又要保证顺利完成本轮矿调项目,这对于团队领头人滕家欣来说,是极大的挑战。

    民族团结一家亲

    远离城市的喧嚣,真正到了昆仑山,并不如想象的那么浪漫。高海拔,六月飞雪,这是昆仑山的常态。这帮小伙子能否支撑下去,的确是个问号。

    南疆地区地域辽阔,不论是地级市还是县城,抑或是乡镇所在地,到调查目的地都是动辄百十公里或几百公里的路程,“西昆仑铁铅锌资源基地调查与勘查示范”二级项目组不得不往最偏远、条件最艰苦的村庄里驻扎。

    在当地政府的支持与协调下,项目组在克孜勒苏柯尔克孜族自治州乌恰县波斯坦铁列克乡的依买克村旧村委会院内安顿下来。实际上,基于对他们人身安全考虑,当地边防派出所和当地村委会并不同意项目组驻扎在这个与外面没有阻隔、毫无安全设施的简易环境中。

    由于房屋年久失修,房顶漏雨,院内也淤积了十几厘米的泥水,杂草丛生,而生活用水要到位于高处的沟口去挑,水源常受到牲畜污染,既不卫生也不方便。

    这就是我们要住的地方?项目组成员大多是80后,研究生学历占一半出头,即使出生在农村,几乎也是娇惯着长大的,尽管大学时期老师一再描述过地质工作在野外的艰苦,心里多少有些准备,但见到眼前这般场景,一下子有点懵了,这已经远远超出了他们的想象。十几年寒窗苦读,学成毕业,在这种恶劣环境中生活工作,心理的撞击与纠结可想而知。

    面对简陋的驻地条件,作为这支队伍的老大哥、子项目负责人贺永康和临时党支部书记燕洲泉,一边安抚大家,一边给大家信心。他们说:“这是项目组今后几年生活和工作的地方,我们要自力更生,建设家园,创造一个舒适优美的生活和工作环境,展现出新一代地质人的精神风貌。”

    项目组成员迎着风雪进行剖面测量

    于是,党员干部带头,小伙子们丢掉身上依然保留的学生风范,卷起裤腿,撸起衣袖,自觉行动起来,积极投入到驻地建设工作中。

    项目组购买了水泥、砂子、砖头、防水材料、塑料管材和水管,自己动手修缮房顶,做防水处理,清理院内杂草、淤泥,挖沟埋管,从山上引水,一切工作都有条不紊地开展起来。

    在挖沟埋管过程中,引来了附近村民的围观。由于语言不通,村民们好不容易才知道这帮小伙子在干什么,纷纷拿起工具加入进来。项目组就近安装了公用接水口,顺带把驻地周边几户村民的院内都安装了水管线和水龙头,当水龙头打开,一股清澈的水流涌出来时,第一次用上“自来水”的村民们纷纷冲小伙子们竖起了大拇指,用最简单的肢体语言表达对这帮小伙子的感激之情。

    为了解决房屋不足的问题,小伙子们顶着烈日搭建伙房,人工拌混凝土、砌砖墙,一个个又俨然成了泥瓦匠,上梁、铺房顶、做防水顶棚、安装门窗、刷墙、垒灶台,尽管大伙儿都是第一次干这活儿,但一切看起来都很像那么回事,很专业,很认真。

    经过多日的努力,院内已被收拾得干干净净。篮球场有了,住房、会议室兼办公室亮了,墙上左侧挂着“中国地质调查局西安地质调查中心”、右侧挂着“南疆工程西昆仑二级项目部”的牌匾,正中央挂着“认真开展‘两学一做’,大力促进科技创新,全力支撑找矿突破”的标牌,醒目而气派。院内围起了花坛,空地已经被收拾成一块块菜地,这是准备种菜的。院子中央还设有一个1米见方的升旗台,鲜艳的五星红旗迎风招展。整齐停放的越野车在五星红旗的映衬下,分外悦目。

    看着一个废弃的村址,被自己亲手收拾成一个宽敞整洁的院落,这帮小伙子们不禁相互祝贺。隋清霖拿出手机把院子都拍了一遍,并且自言自语地说:“我得把这个发给我老丈人看看。”

    每当这个时候,都会招致小伙子们“哈哈”一阵哄笑,八字还没一撇,女朋友还不知是何方神圣,老丈人还是个未知数呢。这样的冷幽默,在昆仑山下这个偏僻宁静的村落中,时常会逗得大家前仰后合,热闹非凡。

    接下来的任务就是每天早上带着干粮进入深山,寻找矿化线索,填图。海拔三四千米的高山,因为高原反应,一双腿沉重得似乎绑上了沙袋,呼吸也不顺畅了,一个个嘴唇呈现出乌紫色,上山背着锤子,下山背回一堆石头,一天下来,人累得快散了架。几天下来,有的人甚至想退出队伍,回到大都市的喧嚣之中。

    昆仑山并没有武侠小说中描述的仙境般的浪漫,一切想象与现实相去甚远。不过,这毕竟是一帮被“三光荣”精神熏陶过的年轻人,现在身处中华“龙脉之祖”,一种武侠般的豪情油然而生,所有人心中都有一个这样的信念,早日为祖国找到大矿,为南疆的发展尽一份力量。

    他们如“野人”般地在这常年天寒地冻的雪山间穿梭,深一脚浅一脚地匍匐在雪山上、峭壁间,喝着凉水,吹着冷风,啃着冻硬的馒头,最好的伙伴就是石头,最爱干的事情就是摸着石头,看着石头,让石头的粉尘摩挲脸庞,雪山的冰水浸润眉间。他们以积极乐观的态度面对艰苦的矿调工作,围绕南疆工程和项目成果目标,以西昆仑锰矿找矿和调查研究为重中之重开展工作,以满腔的热忱,用地质锤在昆仑山敲响了最动听的声音。

    在驻地,由于周边居住的都是信奉伊斯兰教的柯尔克孜族村民,尽管团队中有的小伙子不吃羊肉,但为了尊重当地的民族生活习俗,食堂就改成了清真饮食,大家也毫无怨言。懂得入乡随俗、识大局,如何与村民和谐相处的道理,不计个人得失,体现了新一代地质人朴素的品德和包容的胸怀。

    这是一个充满活力、有战斗力的团队,作为南疆团队的带头人,一名老地质工作者,看到眼前的一切,滕家欣一下子放下心来。实际上,带领这帮年轻人来南疆之前,滕家欣是有些担心的,这帮年轻人能不能吃下这个苦,能不能顺利完成这次矿调工作,他一直心存疑虑。眼前的事实,让他原先的种种不安与担心顿时烟消云散。

    为保证本次矿调的顺利推进,促进成果转化,把资源优势转化为经济优势,2016年11月,作为南疆工程的副首席专家,高永宝被派遣到克孜勒苏柯尔克孜自治州,在原克州国土资源局挂职副局长。

    地质工作开展到哪里,党建活动就开展到哪里。在做好野外矿调的同时,项目部提出与村警务室联手,共同开展“两学一做”宣传教育活动和“民族团结兄弟情、警民共建一家亲”活动,得到了热烈的响应,一下子拉近了彼此的距离,增进了相互之间的情感。

    加克库瓦力警官与项目部的小伙子们成了无话不谈的朋友。有一次在跟贺永康聊天的时候,他把家中最近的烦心事告诉了贺永康,说他妹妹从上海财经大学毕业,留在了上海工作,他妈妈听人说,上海那边很乱,吵着要他把妹妹接回来到家门口工作,想贺永康帮忙出出主意。加克库瓦力警官说自己也没出过新疆,也不清楚上海那边的情况。

    贺永康听完一下子笑了,告诉他这是个误解,上海是国际大都市,社会治安一流,经济非常发达,你妹妹能留在上海,说明妹妹很优秀。你妈妈实在担心的话,带着你妈妈去上海看看就知道了。

    不久后,加克库瓦力警官果真带着妈妈去了上海,一看到上海的繁华,他妈妈乐坏了,回到家乡后逢人就说上海的美丽与繁荣,再也不提让闺女回来工作的事了。

    推进产业发展

    几个小伙子从山谷中缓缓地走出来,手上拿着白色的石头,脸上堆着兴奋的笑容,走在最前面的就是李侃。

    这里是海拔4600米以上的大红柳滩项目所在地。看到正向自己迎过来的团队领头人滕家欣,李侃举起了手中的石头:“滕总,我们找到矿了,这是一块锂矿石。”

    滕家欣接过矿石,露出一脸的兴奋。当他回过神来,仔细端详这几个小伙子那已经晒得黝黑的脸,眼泪一下子在眼眶里打转,因为强烈的紫外线照射,尽管他们头上都带着大边沿的遮阳帽,但由于昆仑山高海拔地区常年积雪,强烈的紫外线通过雪地反射到脸上,很容易灼伤皮肤,小伙子们脸上都蜕掉了一层皮。

    由于长期在这种高海拔地区工作,这些本来白白净净的帅小伙,一个个都被晒成了古铜色。

    实际上,这种野外的艰辛,较之于路途的艰险,算是小巫见大巫了。大红柳滩一带地处西昆仑腹地,遥望喀喇昆仑。这里交通不便,抵达工区需穿越昆仑主山脉,翻越众多达坂,绝大部分地区人迹罕至,距离最近县城达500公里,物资供应不便;自然条件极端恶劣,平均海拔在5000米以上,山势陡峭,切割强烈,常年有风,最高可达8级以上。

    在中国西部有一条神奇的“天路”——219国道,也称新藏公路。它穿越举世闻名的昆仑山、喀喇昆仑山,全线多为一望无际的戈壁沙漠和常年积雪的崇山峻岭,平均海拔在4500米以上,是世界上海拔最高、道路最险、路况最差、环境极其恶劣的高原公路。而去大红柳滩就得从这条线经过。

    “行车新藏线,不亚蜀道难。库地达坂险,犹似鬼门关;麻扎达坂尖,陡升五千三;黑卡达坂旋,九十九道弯;界山达坂弯,伸手可摸天”。这段顺口溜就是新藏线艰险的真实写照。

    由于这里特殊的气候条件和地质状况,泥石流、塌方、滑坡、地基沉降等频繁发生,致使库地、麻扎、黑卡三座达坂仍是问题路段,抢修的速度赶不上自然破坏的速度,当地人都说这是一段“永远修不完的路”。

    新藏西线于1957年开通,当时还只是简易的砂砾公路,最窄处仅有2.5米宽,驾驶的难度可想而知。其中,库地达坂虽然垭口海拔只有3150米,但它的高度是垂直的,一面悬崖峭壁,另一面则是万丈深渊,走在上面心有忐忑。加之自然和地质灾害的破坏,说是柏油路其实已成了搓板路,路烂且窄。正如当地司机所说:如果没有一定的高原驾驶技术和定力,会腿发软,手发抖。

    穿过这样的路段,无疑对人的意志和胆量都是一场严峻的考验。就是在这样的环境中,承担南疆地区大型资源基地调查任务的小伙子们也没有退缩,为了完成矿调任务,频繁地在这条线上穿梭。

    每天早上天刚亮,他们就带着干粮,背着地质包匆匆出发,工作区距住宿地方有很长一段路要走,所以往往是两三个馒头,一包咸菜当作午餐。简单充饥之后,再继续他们的工作,有时候实在太累了,躺在地上小憩一会儿,任由风吹日晒。

    昆仑山矿调工作区昼夜温差很大,紫外线辐射强度高,在山上时不时会遭遇暴雪、冰雹,不一会儿地上就白茫茫一片。冰雹肆意地打在脸上、衣服上,有时候大家都不说话,但会默契地抬起头,避免雪水融化脸上汗水干涸留下的盐碱流入眼中。

    由于长期在野外这种特殊的环境工作,大部分地质工作者都是男性,加之在这样的环境下不可能把家属带在身边,想家是必然的。但是,大多时候野外没有信号,项目团队中已经成家的年轻人,有时候想给家里打个电话都很难,时间久了,连听听最爱的人的声音竟都是一种奢侈。

    对于项目组成员来说,能在这样的环境中静心找矿,搞科研,不仅是一份工作,更是一份对地质工作精神的传承,是肩负国家使命、助力南疆脱贫的责任和担当。

    锂资源是重要的新兴产业资源,在当前国家新能源战略的大背景下,锂资源的开发利用贯穿节能环保、新一代信息技术、高端装备制造、新材料和新能源汽车等产业,具有非常重要的战略意义,被称为“21世纪的能源金属”。

    帕米尔-昆仑山伟晶岩区是我国重要的伟晶岩分布区,区内伟晶岩成群成带分布集中,以康西瓦-大红柳滩一带最为发育。早在20世纪60年代便在大红柳滩一带发现了锂矿矿化线索并发现1处中型锂矿,其后外围找矿一直进展不大。

    南疆地区大型资源基地调查工程通过在西昆仑大红柳滩一带开展1∶5万矿产地质调查,总结锂矿成矿规律,运用高寒深切割地区“空地一体”勘查技术方法组合,实现了该区伟晶岩型锂矿的找矿突破。

    艰苦的环境没有吓退他们,较低的地质工作程度反而提供了更广阔的找矿空间。通过开展基础性公益性地质调查,带动新疆地勘基金重点投入和带动商业性矿产勘查,引领南疆地区取得重大找矿突破,新发现一批大型-超大型矿床,促进形成了大红柳滩百万吨级锂矿、火烧云千万吨级铅锌矿和玛尔坎苏亿吨级富锰矿3处国家级大型资源基地,奠定了南疆地区矿业开发的资源基础,重塑了我国锂、铅锌和富锰资源格局。

    为推进成果转化,西安地质调查中心精准对接克州人民政府和企业的现实需求,紧密合作,创新性地建立了“克州模式”,通过开展国家紧缺矿产和战略新兴矿产调查、召开找矿突破与理论创新研讨会、互派干部挂职交流培养等多方面的合作,使得克州的锰、铜、铅锌找矿取得了重大突破;积极促进资源优势转化,共同编制完成了《克州矿业产业发展行动计划》《克州第三轮矿产资源总体规划》,使西昆仑玛尔坎苏锰矿带的勘查开发得以快速推动,富锰矿资源量已达5000万吨,一期电解金属锰厂已建成投产,2019年1月~10月实现产值9.4亿元,上交税费1.2亿元,带动地方就业约2000人,有力地支撑了克州矿业经济发展和绿色矿业发展。

    “克州模式”是落实中央对新疆社会稳定和经济社会发展要求的很好实践,也是新一轮“新疆358计划”合作机制的进一步深化和成功开局。

    昆仑山下情意深

    一、可燃冰的概念是什么?

    可燃冰,学名“天然气水合物”,是一种气体分子和水分子在低温高压下形成的结晶物质,分解为气体后,甲烷含量一般在80%以上,最高可达99.9%。

    可燃冰外貌极像冰雪,遇火可以燃烧,又称“气冰”、“固体瓦斯”等。自然界中多呈块状、层状、透镜状、结核状、脉状、浸染状、分散状等形态。2007年起,在我国海域陆续发现了多种形态的可燃冰,2009年我国祁连山冻土区发现的可燃冰则以裂隙充填型为主(图1)。

    图1 我国可燃冰产状特征

    二、可燃冰的结构是怎么样的?

    可燃冰主要有三种结构类型。I型由甲烷、乙烷、二氧化碳、硫化氢等较小直径的气体分子和水分子结合而成;Ⅱ型由甲烷、乙烷等小分子,丙烷及异丁烷等较大分子和水分子结合而成;H型由气体组分中有异戊烷等较大气体分子和水分子结合而成(图2)。

    图2 I型、II型和H型水合物结构类型示意图

     

    在自然界,Ⅰ型可燃冰最常见,Ⅱ型次之,H型较为罕见。我国南海北部的可燃冰以I型为主,甲烷含量最高达99.5%。祁连山冻土区的可燃冰以II型为主,甲烷含量为54%~76%,除甲烷外,还有乙烷、丙烷等其他烃类气体。

    三、形成可燃冰的气体来源有哪些?

    可燃冰的形成需要大量的烃类气体,这些烃类气体有的来自于微生物的分解,也有一些来自于深部油气田的热降解,当然也有两者混合形成的。相应的可以分为三种类型,分别是微生物气型、热解气型、混合气型。

    在海域发现的可燃冰绝大多数为微生物气型,我国南海北部海域发现的主要属于这种类型。在陆域发现的可燃冰以混合气型、热解气型为主,如我国祁连山冻土区发现的可燃冰。可以利用碳同位素的比例关系,来判断可燃冰的气体来源(图3)。

    图3 可燃冰气体来源判别图

     

    (中国地质调查局油气资源调查中心,“青南藏北冻土区天然气水合物调查”项目供稿)

    可燃冰是什么?

    中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所申请的“从锂云母中提取铯和铷的方法” 近日获发明专利授权。

    铷、铯化学性质活泼,具有良好的导电性、导热性以及优异的光电效应,是制造光电池、光电管最好的原料,也是红外装置不可或缺的材料,在导航系统、电子通信和夜视装置等高科技应用方面具有不可替代的作用。锂云母是富含铷、铯的主要载体矿物,矿物中Rb2O和Cs2O含量最高可达3.5%和1.2%。锂云母矿储量丰富,主要位于华南地区,以江西宜春、湖南正冲和尖峰岭、广西栗木矿床最为典型,其中江西宜春锂云母矿是全球最大的多金属伴生锂云母矿,基础储量达110万吨,占全国锂云母矿储量的40%左右。但是目前锂云母矿的开发仅注重提锂,对于铷铯资源未能有效回收,浪费严重。

    郑州综合利用所长期致力于锂云母中锂铷铯等关键金属高效提取与分离回收研究,形成从铁锂云母中提取锂钾铷铯的工艺、锂渣的处理方法、含锂废水的处理方法等系列专利技术,实现稀缺战略矿产资源的高效回收。该发明专利在提取碳酸锂的基础上,聚焦锂云母中铷铯的高效分离与回收,通过矿相重构溶出铷铯、冷却结晶富集铷铯、分馏萃取分离纯化铷铯,最终提取纯度大于98.5%的硫酸铷和硫酸铯,具有铷铯回收率高、资源利用率高的特点,为铷铯战略资源的开发提供了技术支撑。

     

     
    郑州综合利用所“从锂云母中提取铯和铷的方法”获发...