紧盯世界前沿 致力科技创新

全面贯彻实施“三深一土”科技创新战略，运用科技创新成果破解我国经济社会发展过程中的国土资源及其利用难题，不仅需要国土资源科技工作者在技术创新领域有所突破，还需要及时总结提炼出科学理论。本期邀请“三深一土”领域的四位专家，结合深地、深海、深空和土地工作实践谈谈对国土资源科技创新的体会、思考和建议。

 

资源勘查必须走向地球深部

 

用“深度”换资源。我国资源勘探向地球深部进军是必须解决的战略科技问题。

深部找矿要依靠成矿理论创新，这是开展深部找矿的前提，而探测技术是实现深部找矿的关键。

认识大型矿集区和巨型矿床形成的深部控制因素，是我国大陆成矿研究的新领域。

 

吕庆田

 

随着近地表矿床的发现率快速下降，向地球深部寻找更多的资源已成为全球矿业发展的趋势。西方矿业大国和学术组织在本世纪初已经行动起来，从科学研究、技术研发和人才培养等方面采取措施，应对深部资源勘查面临的挑战。加拿大成立“加拿大矿业创新委员会”，旨在通过理论和技术创新实现深部找矿突破；通过高素质人才培养、合作研究和文化创新提高矿业界的持续创新能力。澳大利亚政府2012年正式发布了“国家矿产勘查战略”，同时成立了“深部勘探技术合作研究中心”，主要目的是发展深部勘探技术，通过技术的进步实现矿业的持续发展。

我国矿产资源勘查经历了几十年发展,目前也在向深部拓展，以长江中下游成矿带为例，近年发现的10多个大型矿床中绝大多数位于500米以下。用“深度”换资源，资源勘查必须走向深部，已经成为我国矿产勘查面临的重大问题。

深部找矿有赖于成矿理论创新和深部探测技术

如何开展深部找矿？无外乎两个方面，一是创新成矿理论，二是发展深部探测技术。

深部过程诱发成矿系统的形成，并对成矿系统进行控制和改造。岩浆活动、深大断裂和剪切带网络构成成矿系统的载体，控制成矿作用的发生和发展，地壳浅层（10公里）合适的构造部位构成了成矿的空间。提高对成矿全过程的认知，是开展深部找矿的前提。要通过对成矿带、矿集区和大型矿田多尺度的探测，加上区域地球化学、矿物学等的综合填图和研究，强化对成矿系统形成、演化和时空分布的认知。

探测技术是实现深部成矿认知的关键。最近10多年，两个领域的探测技术发展引人注目。

一个领域是以航空重力梯度、大深度航空电磁技术为代表的航空综合地球物理探测技术，对全球深部矿产勘查带来了“革命”性的变化。航空重力及梯度、航空磁场测量及梯度测量、直升机吊舱式和固定翼时间域航空电磁探测技术和航空伽马能谱测量技术等已成为现代资源勘查的主导技术，正在改变以地面为主的传统资源勘查模式，向以航空地球物理勘探为主的现代资源勘探模式转变。不仅实现了探测深度上的突破，还实现了对“难进入”地区矿产勘查的覆盖。

另一个领域是以三维分布式电磁探测技术和金属矿地震技术为代表的大深度矿产勘查技术，成为深部（2000米）矿床直接探测的主要技术，其广泛应用极大提高了探测效率。在数据处理和解释技术方面，全三维重磁电反演解释、岩性填图和综合建模技术等极大提高了深部资源探测的准确性，已经实现了2000米甚至更大深度的探测能力。

吹响“向地球深部进军”号令

与国外相比，我国在深部成矿理论和探测技术方面还有较大差距，必须“立足国内、保障资源安全”，加强以下几方面的研究：

加强巨型成矿区带成矿背景的探测研究。目标是探测地壳或岩石圈尺度的结构等，阐明成矿系统三维结构、形成与演化机制。将深部结构探测、地壳演化动力学过程与成矿系统结合进行研究，从宏观尺度认识大型矿集区和巨型矿床形成的深部控制因素，这是我国大陆成矿研究的新领域。

深化成矿环境探测与蚀变矿物填图研究。目标是矿集区尺度（5公里~10公里）的精细结构探测研究，尤其是断裂、地层、岩浆岩的空间分布及相互关系，这是控制内生矿床形成的直接因素。同时，研究成矿系统“末端”的构造控制和物理化学条件，这是理解成矿过程和深部矿体“定位”的重要技术手段。

发展大深度探测技术，追踪矿体深部延伸。加快发展航空重力梯度测量技术、直升机吊舱式和固定翼航空电磁探测技术、金属矿地震技术、三维电磁探测技术、重磁三维岩性填图等新技术及信息综合集成和靶区预测方法，尽快用于深部资源评价和找矿实践中。

习近平总书记在今年5月30日召开的全国科技创新大会上指出：“从理论上讲，地球内部可利用的成矿空间分布在从地表到地下1万米，目前世界先进水平勘探开采深度已达2500米~4000米，而我国大多小于500米，向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题。”这意味着我国资源勘探“向地球深部进军”的号令已经吹响。广大地质工作者必须抓住机遇，为我国的资源安全作出地质学家应有的贡献。

（作者单位：中国地质科学院地球深部探测中心）

 

向深海资源开发强国进军

 

深海成为研究生命起源、地球演化、气候变化等重大科学问题的前沿领域。

我国南海北部勘探天然气水合物初步形成天然气水合物综合探查、取样、成藏模拟技术体系。

建议启动深海钻探船建设，填补我国深海大型钻探能力空白。同时实施深海采矿工程。

 

何高文

 

深海蕴藏着宝藏，但要得到这些宝藏，就必须在深海进入、深海探测、深海开发方面掌握关键技术。据估计，大洋海底多金属结核总资源量约3万亿吨，有商业开采潜力的达750亿吨；海底富钴结壳中钴资源量约为10亿吨；太平洋深海沉积物中稀土资源量达880亿吨。另据预测，全球未来油气总储量40%将来自深海，未来替代能源“可燃冰”也主要来自深海。近年来，发达国家对深海进行的一系列探测研究及钻探计划，为人类认识地球开启了全新视角，深海成为研究生命起源、地球演化、气候变化等重大科学问题的前沿领域。

姜大明部长在近期召开的全国国土资源科技创新大会上强调，挺进深海是历史发展的必然，是实施海洋强国战略和“一带一路”战略的迫切需求，是时代赋予我们的重要使命。

国际深海资源探测技术突飞猛进

世界各国高度重视深海战略资源，美、英等海洋发达国家于20世纪70年代已完成多金属结核的勘查和采矿试验，近年来加拿大、英国等一些国家的深海矿业公司正在加紧采矿技术研发，迎接真正的商业开采时代的来临。截止2016年7月，经国际海底管理局核准的勘探合同区已达27个，是10年前的近4倍，申请主体既有政府，也有企业，反映出国际社会对深海资源表现出了前所未有的关注。

纵观国际趋势，深海资源探测技术向高精度、大深度、近海底和原位方向发展，勘探与识别、保真取样技术、资源范围圈定和资源量有效评价研究是深海海底矿产资源勘查技术的发展趋势和重点。大深度潜水器、深水多波束测深系统、近海底高精度地形地貌声学探测系统、多用途、轻便灵活的深海海底岩芯与沉积物取样钻机、生物、热液保压取样系统以及极端环境下运行的原位观测系统，已经成为西方国家进行海底资源勘查、评价和科学研究的必要装备和工具。

我国深海资源探测进展显著

我国自20世纪80年代中期，正式规模化开展深海国际海底多金属结核资源调查，先后在东太平洋海盆、西南印度洋中脊、西太平洋海山区分别获得了多金属结核、多金属硫化物和富钴结壳三种资源四块勘探合同区，为今后深海资源开发奠定了重要基础。

1999年首次开展海域天然气水合物资源调查，并于2007年首次钻获样品，成为国际上第四个通过钻探获得天然气水合物实物样品的国家。通过勘查与钻探，发现了两个超千亿方级天然气水合物矿藏。

我国还开展了一系列深海探查和取样装备的关键技术研发。针对深海矿产资源探查，我国已成功研制“蛟龙”号7000米载人潜水器、6000米级“潜龙一号”无人无缆潜水器（AUV）、深海底中深孔岩芯取样钻机等一系列深海探查和取样装备。我国863计划自2001年起支持研发了一批天然气水合物勘探技术和取样装备，为南海北部钻获天然气水合物样品、取得勘探突破性进展提供了技术支撑，初步形成天然气水合物综合探查、取样、成藏模拟技术体系。

我国深海探测面临四大难题

我国在深海资源探测方面取得了一定的进展，但仍面临四大主要困难：

深海探测技术起步晚，核心技术差距很大。如多波束测深系统、浅地层剖面测量系统、多道地震系统等大型深海探测设备主要依赖进口，国产深海探测装备产业化程度低。

深海钻探能力缺乏。目前天然气水合物保压取芯钻探主要依托国外技术；国内尚无大型钻探船实施深海钻探。

深海采矿能力停滞不前。目前仅完成135米湖试和深海扬矿泵输送系统海上试验，而美国海洋矿物公司在上世纪70年代已完成5200米级整体采矿试验。

深海基础研究缺乏引领性、全球性大科学计划。2011年启动的“南海深部计划”，成为我国深海科学第一个大规模基础研究计划，但该计划局限于南海，我国还没有在大洋区域领导自己的大科学计划。

我国深海探测的发展方向

实施深海探测战略，重点是围绕进入深海—认知深海—探查深海—开发深海这一主线，突破制约深海探测能力的核心关键技术。建议重点开展以下工作：一是坚持科技创新引领深海探测技术发展，在探测装备制造方面重点突破，逐步实现大型常用设备国产化；二是大力发展近海底探测作业系统，形成适应不同作业水深、不同作业环境的谱系化有缆/无缆、载人/非载人遥控高精度潜水器及其配套设备系列；三是开展海底观测网建设，形成覆盖我国管辖海域的监测体系；四是启动深海钻探船建设，填补我国这方面的空白；五是实施深海采矿工程，发展深海固体矿产、天然气水合物开采技术；六是引领国际深海大科学计划，推动地球系统科学的重大发展。

（作者单位：中国地质调查局广州海洋地质调查局）

 

共筑“深空对地观测”科技梦

 

深空对地观测科技创新必将助力地球科学进步，实现科技创新引领国土资源事业发展。

深空对地观测要建成面向全球任务的时间无缝、空间无缝与信息无缝的自然资源环境技术体系。

构建国际合作与共享机制，建立“一带一路”沿线国家地观测技术联盟。

 

熊盛青

 

深空探测是未来国际科技竞争的主战场之一，深空对地观测作为其重要组成部分，纳入了国土资源部“三深一土”科技创新战略。

世界各国竞相发展深空对地观测技术

深空对地观测技术是创新型国家综合科技实力与创新能力的集中体现，对满足国家重大战略与能源资源环境需求、提升国际影响力、促进地球科学研究进步具有重要意义。大力推进新型对地观测技术创新发展，可以促进国土空间有效监管，拓展新型能源资源调查，助力重要经济区与城市群地质环境安全与防灾减灾，支撑海洋强国战略与维护海洋权益。

目前，世界各国都在竞相发展深空对地观测技术。例如，由欧盟主导的哥白尼计划是全球环境与安全监测的大型对地观测计划；美国对地观测计划综合利用航天、航空、无人机、极地、船载、地面等多平台对地观测手段，对美国及全球地形、自然资源和自然灾害等进行综合观测；应用领域涵盖整个地球层圈，包括气候、土地利用变化、生态系统、能源与矿产资源、环境、自然灾害和水资源等。

科技创新加快我国深空对地观测发展

“十二五”期间，国土资源系统在深空对地观测领域取得了一系列科技创新成果。主要体现在：

空间对地观测技术取得重大进展。初步建成国产卫星国土资源数据保障系统；研发了卫星影像并行与协同处理技术，比较有效地支撑了自然资源综合调查、国土空间用途管制以及应急监测等主体业务。

遥感应用关键技术取得新突破。在地表变形监测、矿山遥感调查与监测、全球资源环境卫星遥感地质解译以及星空地一体化灾害应急监测等领域研发了一系列应用技术体系，有效支撑了国土资源与地质调查工作。

航空地球物理勘查关键技术研发取得重大进展。掌握了主要核心技术，实现了关键装备的国产化，实现了从方法理论、仪器研制、系统集成及数据采集处理、解释与应用的全面发展。

科技创新成果精准服务国土资源管理领域的各种需求。但我国深空对地观测领域与美、日等国家相比仍有较大差距，需要加快科学研究和创新。

我国深空对地观测中长期发展目标

“十三五”期间，将大力推进《陆海观测卫星业务发展规划（2011-2020年）》的实施，建设国家陆海观测卫星业务体系，提升陆海观测综合业务能力。到2020年将形成21颗业务卫星、6颗科卫星对地观测能力，整装建成技术先进、功能互补、协同作业的国土资源卫星观测体系，健全国土资源卫星业务应用系统，实现卫星数据的及时推送、处理和应用。

深空对地观测中长期的科技创新目标是：构建全覆盖、全天候、全要素、全量化的国土空间观测平台，建成面向全球任务的时间无缝、空间无缝与信息无缝的自然资源环境技术体系。至2020年深空对地观测技术整体达到国际先进水平，至2030年建立完善的对地观测与应用体系，形成一批国际领先技术；至2050年创新对地观测科学技术体系，引领国际对地对空探测制高点。

关于如何推进深空对地观测技术创新，建议发展支撑全国、全球、深空3个层次空间信息数据保障体系；创新对地观测理论方法和模型，创建支撑全国、全球、深空创新应用的智慧对地观测应用系统；构建对地观测先进技术与装备研发、自然资源与环境变化监测、能源资源勘查、深空探测4大创新技术体系。

深空对地观测科技创新重点研发的任务有6个方面：构建对地观测数据长效保障体系，研制多平台/多参数地球物理与遥感技术装备；全力建设陆海观测卫星业务应用系统，发展云架构与“互联网+”支撑下的大数据决策模型与观测应用系统，建设空间信息数据在轨与地面智慧协同应用系统；创新自然资源与环境变化监测体系，发展基于多平台地球物理技术的地球结构探测与资源评价、重大自然灾害预测预警与地球关键带动态监测评价等技术；推进新型对地观测技术研发，开展月基遥感等新模式对地观测探技术索研究；研究地球系统科学综合观测前沿技术，构建天地一体化信息网络服务和共享体系；拓展地外行星地质科学探测研究，重点开展月球与火星地质特征、物质组分、深部三维结构、地质演化与资源禀赋研究，以及小行星探测与行星地质研究等。

最后，建议制定切实可行的保障措施。大力推进《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年）》和《陆海观测卫星业务发展规划（2011-2020年）》实施，加强国土资源卫星系列等平台建设，加快构建国土资源（陆海）卫星应用系统。构建国际合作与共享机制，在部对外合作框架下，建立“一带一路”沿线国家地观测技术联盟，推进我国主导的亚洲-大洋洲GEO国际对地观测科学计划。打造对地观（探）测国家工程技术中心等科技创新平台等。

（作者单位：中国国土资源航空物探遥感中心）

 

土地科技创新亟待向纵深发展

 

土地科技创新的学术轨迹应是以“生态安全”为终极目标的 “纵深”发展。

进一步丰富土地利用理论与方法知识体系，突破重大前沿问题，提升中国土地变化研究的国际地位。

强化高层次人才培养平台建设，建议创建中国土地科学与工程研究院，整合创新人才资源。

 

王 静

 

近30年来，我国土地科技从实践到认识，从沉寂到创新，为土地管理提供了有效支撑，对国家和区域社会经济发展发挥了重要作用。但从总体上看，在知识化、信息化、全球化和生态化以及资源管理的新常态下，我国土地科技研发和创新能力等尚不能满足我国当前社会经济发展的需求。

科技是第一生产力。正值国土资源系统“三深一土”科技创新战略提出之际，土地科技创新应如何发展？

由“实践导向”向 “问题导向”的纵深方向发展

一方面，应深入剖析土地科技创新研究的根基和逻辑理路。人与自然的协调成为人类认识地球的起点，土地科技创新的根基应由“改造自然”转变为“人与自然和谐”，逻辑理路应以 “土地利用”为核心内容。重点研究土地利用的科学、工程、技术和社会、法律、管理手段，以及土地资源的配置，使土地的生产、生活、生态功能不断优化，实现人与自然和谐的土地可持续利用终极目标，以此构建土地领域的理论体系和研究范式。

另一方面，应深入揭示土地利用及其地球表层系统过程和动态变化的机理机制等基础理论问题。深化地球系统的科学理论研究，深入揭示土地变化与自然、人文因子和政策之间的多尺度响应机理机制，开展生态保护目标下的土地变化适应策略与政策效应、城市土地利用生态安全保障的社会人文要素调控与管理、社会经济转型下的土地冲突与土地流转等研究。基础理论问题的深入探索将进一步丰富土地利用理论与方法知识体系，通过前沿问题的重大突破，提升中国土地变化研究的国际地位。

此外，土地科技创新的学术轨迹应是以“生态安全”为终极目标的 “纵深”发展。面向国家生态文明建设战略实施中自然资源统一管理等“问题导向”，未来土地科技创新的研究对象和内容应从“单一的土地资源”深化为“以土地为载体的自然资源和国土空间”，从“地上空间”深化到“地下空间”等，研究理念应从“土地生产功能提升和建设用地节约集约利用”深化为“以土地生态功能提升和各类土地资源持续利用”。应深化国土空间开发优化理论与方法，突破基于“人与自然和谐” 的国土空间开发与绿色国土建设、三维地籍与城市空间立体化利用等关键技术与难点，深化土地综合整治与生态功能提升等工程技术，促进我国资源管理方式改变，为解决我国资源、环境、社会、经济重大问题提供支撑。

由单问题、单要素、单尺度研发向整体性、多尺度的综合集成和多学科融合发展

土地科技创新应向 “自然资源综合监管”发展。面向自然资源统一管理，未来土地资源监管将由过去的“土地利用变化监管”和目前的“土地资源数量、质量、生态综合监管”向“自然资源综合监管”方向发展。土地科技创新应注重研发对自然资源类型、结构和功能全方位进行调查监测和综合监管的关键技术，开展土地变化精细化探测，构建“星机地”一体化与“点线面”立体化的多尺度自然资源综合监管技术体系，均是未来土地科技创新的发展方向，以此促进我国资源监管模式的转变。

同时，应向大跨度学科交叉和融合发展。土地科技创新应强调多学科集成与交叉融合的综合研究，注重自然科学与社会科学和工程技术科学的交叉融合，从单问题、单要素、单学科的研究转变成整体性、综合性研究。随着对地观测技术向多层、立体、多角度、全方位和全天候对地观测方向发展，同时向网络化、智能系统和综合与协作方向发展，地球系统科学与现代高新技术融为一体，必将促使地球科学洞察力和预测能力大幅提高，资源管理方式将发生重大变革。

此外，还应向以现代信息技术为支撑的自然与人文综合、宏观与微观综合、科学方法和工程技术综合的研究范式发展。土地科技创新从传统技术向与高新技术（对地观测技术、模拟仿真、大数据、云计算等）结合发展。未来土地科技创新不仅注重土地变化多尺度环境效应的综合研究及其模型模拟，以及地理信息技术支持的多尺度土地变化的人文、自然因素综合研究等基础应用研究，而且侧重于科学方法与工程技术有机结合，应进一步突破农林水利工程与生态景观工程集成的田水路林村综合整治与生态功能提升、高标准农田建设与耕地多功能协同、污损土地生态修复与保护等关键技术；同时，更侧重于大数据、云计算等现代信息技术支撑下的智慧国土、多目标国土空间规划与政策仿真和预警调控等技术方法和平台的研发。

人才是科技创新核心竞争力。应强化土地科技创新高层次人才培养和平台建设，建议创建中国土地科学与工程研究院，整合土地科技领域创新人才资源。同时，改革和创新目前土地科技创新的管理体制机制，有计划地推进土地领域国家重点实验室和工程技术中心建设，在重大、关键、共性、基础问题研究上取得实质性突破，赶超国际土地科技前沿，支撑国家社会经济可持续发展需求，显著提升我国土地科技创新能力和水平。

（作者单位：中国土地勘测规划院）