新時代煤炭地質勘查工作的發(fā)展方向
——“三個地球”建設

王 佟，趙 欣，林中月，孫 杰

(1.中國煤炭地質總局，北京 100038；2.中國煤炭地質總局勘查研究總院，北京 100039)

黨的十九大把生態(tài)文明建設提升到前所未有的高度，納入新時代中國特色社會主義建設的“五位一體”總體布局和“四個全面”戰(zhàn)略布局，對地質工作提出了新的更高要求。今后地質工作要統(tǒng)籌考慮地上與地下、國土陸域與海域、多門類自然資源數(shù)量和質量的綜合調查評價；樹立人與山水林田湖草是生命共同體的整體系統(tǒng)觀；依靠科技創(chuàng)新，積極驅動地質工作向綠色發(fā)展、向智能化信息化方向發(fā)展。對照新時代國家對地質工作的要求，煤炭地質工作需要進一步加大創(chuàng)新驅動，推動地質勘查產業(yè)技術升級，以保障國家對能源與礦產資源的新需求，助力美麗中國環(huán)境和生態(tài)建設發(fā)展。為此，中國煤炭地質總局從煤炭地質勘查工作高質量發(fā)展的角度，提出“三個地球”建設的戰(zhàn)略愿景，以推動地質工作指導理論和工作理念的大變革、大調整、大轉變，推進煤炭地質勘查工作向精準、綠色、信息化方向發(fā)展，以保障我國能源和糧食礦產資源供給安全、促進生態(tài)文明建設、提升地質勘查技術信息智能化，為打造具有核心競爭力的世界一流地質與生態(tài)文明建設勘查隊伍而奮斗。

1 煤炭地質勘查工作“三個地球”建設理念提出的背景和意義

2018年12月中國煤炭地質總局趙平在參加第十六屆中國企業(yè)家發(fā)展論壇會議上提出了共建“透明、美麗、數(shù)字地球”的暢想。2019年初中國煤炭地質總局將“三個地球”明確為今后煤炭地質勘查工作的發(fā)展方向，即以地質勘查技術為依托，全面加強地下空間探測，投身“透明地球”建設；以地災治理、環(huán)境修復技術為依托，做生態(tài)文明建設的先行者，奉獻“美麗地球”建設；以地理信息技術為依托，全面打造地質信息化產業(yè)平臺，參與“數(shù)字地球”建設。

近年來針對煤炭資源勘查工作量逐年減少和生態(tài)文明建設對地質勘查工作提出的新要求，煤炭地質勘查隊伍未來發(fā)展走向何處，既是當前需要討論的熱點話題，更是今后需要解決的關鍵問題。“三個地球”建設的提出，對破解煤炭地質工作和煤炭地質隊伍發(fā)展的難題，指明了今后發(fā)展的重點方向，如果說我們以往從資源勘查為主的地質勘查工作是打開了探索地球奧妙的一扇大門，那么投身“三個地球”建設是為煤炭地質勘查工作打開了探索地球奧妙的另一扇門，意義重大，同時也明確了組建一支具有國際影響力的煤炭地質勘查隊伍是我們今后的發(fā)展目標。煤炭地質勘查工作與“三個地球”建設聯(lián)系十分緊密，當前和今后地質工作的開展都是透明地球、數(shù)字地球和美麗地球建設的具體體現(xiàn)和貫徹，只有通過局部勘查的透明認知和生態(tài)環(huán)境的美麗建設，以及和地理信息技術的有機融合，逐步實現(xiàn)將局部擴大到全國乃至走向世界，才能形成橫縱聯(lián)合貫穿礦產資源勘查、開發(fā)全過程的“地質+”產業(yè)鏈。

2 煤炭地質勘查行業(yè)“三個地球”建設的內涵

2.1 “透明地球”、“數(shù)字地球”和“美麗地球”的由來

“美麗地球”是2019年4月28日國家主席習近平在北京出席世界園藝博覽會開幕式，發(fā)表題為《共謀綠色生活，共建美麗家園》的重要講話，首次提出了“美麗地球”的理念，立足美麗地球家園闡釋的五個“追求”——追求人與自然和諧、追求綠色繁榮發(fā)展、追求熱愛自然情懷、追求科學治理精神、追求攜手合作應對。

“透明地球”是早先由澳大利亞地質學家Carr等提出“玻璃地球”的概念發(fā)展而來，其含義是利用地質信息技術建立一個橫向分區(qū)或連片的、多尺度的、數(shù)字化的、透明的地殼淺層模型，其中凝聚了所能采集的全部地質空間信息和屬性信息[1-3]。

“數(shù)字地球”是1998年美國副總統(tǒng)戈爾在一次演說中，首次提出了“數(shù)字地球”的概念[4]。2009年9月，國際數(shù)字地球學會和中國科學院聯(lián)合主辦的第六屆國際數(shù)字地球會議，建議加快“數(shù)字地球”從理論研討到實際應用的進程，特別是在全球變化研究、自然災害防治、新能源探測等方面發(fā)揮重要作用。

2.2 “三個地球”建設的內涵和基本要求

“透明地球”建設：是指通過綜合運用多種先進地質勘查技術手段，借助地球大數(shù)據(jù)和地質信息技術，建立一個多尺度的、數(shù)字化的、透明的地質框架模型，凝聚所能采集的全部地質空間信息和屬性信息，全面掌握地質體及內部蘊含各類資源的分布情況，充分反映地質框架的成藏條件、成礦條件、水文條件等多種屬性，實現(xiàn)對地質體特征的全解析。

“透明地球”的實質是基于地球大數(shù)據(jù)，將同一地質體的海量多源、異構、異質勘查數(shù)據(jù)，通過多學科深度交叉深度融合、建立起遙感、物探、鉆探、化探等各種地球空間數(shù)據(jù)間的有效聯(lián)系，更加詳細的展示研究對象的地質、地球物理屬性、地下結構等信息，提高對地質現(xiàn)象、地質資源和地質環(huán)境的認知能力，實現(xiàn)地質結構分析三維可視化、地質過程模擬三維可視化，最終達到三維可視化虛擬地殼。

“美麗地球”建設：核心就是要開展生態(tài)地質勘查工作。根據(jù)自然資源勘查開發(fā)的源頭保護、利用節(jié)約與破壞修復全過程需要，在進行地質勘查的同時，使用多種勘查技術手段，有目的地開展生態(tài)環(huán)境地質的評估、調查、監(jiān)測、治理、利用、修復，提出生態(tài)保護修復地質解決方案并參與修復治理，服務于人類主動改造、修復、重塑生態(tài)地質環(huán)境，將礦山勘查開發(fā)階段和后礦山時代對環(huán)境的影響和破壞降到最低，實現(xiàn)資源與生態(tài)環(huán)境的科學合理利用。

在國家倡導生態(tài)文明建設和生態(tài)保護修復的新要求背景下，提出“美麗地球”建設，就是要在地質勘查過程中實現(xiàn)人類活動、地質效應與生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡。將“美麗地球”建設作為地質工作的一項重要任務，轉型升級為地質勘查工作的一個重要階段，開展生態(tài)地質勘查，減輕人類活動對環(huán)境的破壞和環(huán)境污染，服務于國土空間用途管制和生態(tài)保護修復的新要求。做生態(tài)文明建設的先行者，奉獻“美麗地球”建設。

“數(shù)字地球”建設：就是數(shù)字化的地球，是一個地球的數(shù)字模型，利用地理信息系統(tǒng)、遙感、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、互聯(lián)網、基礎測繪等各項技術綜合起來的信息化手段，將地質資料及地球上一切地質活動和環(huán)境的時空變化數(shù)據(jù)，按地球的坐標加以整理，構成一個全球的地球信息系統(tǒng)，通過定期采集全球與區(qū)域資源環(huán)境要素數(shù)據(jù)，開展自然資源調查、地質災害、生態(tài)環(huán)境等的綜合監(jiān)測，直觀完整地了解地球的變化。

“數(shù)字地球”的實現(xiàn)是基于區(qū)域性或全球性的數(shù)字地圖及各種各樣的地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等，通過虛擬技術、定位技術、遙感技術、GIS(地理信息系統(tǒng))技術等對地觀測新技術及其他相關技術有機集成，運用海量地球信息對地球進行多分辨率、多時空和多種類的三維描述。有了地球大數(shù)據(jù)平臺，就可實現(xiàn)對地殼運動、地質現(xiàn)象、資源調查、地震預報、生態(tài)與環(huán)境變化、土地利用變化的動態(tài)監(jiān)測，自然災害預測和防治、環(huán)境保護等，最大限度地為人類的可持續(xù)發(fā)展和社會進步以及國民經濟建設提供高質量的服務。

“三個地球”建設的關鍵是數(shù)據(jù)與信息技術，通過實施“透明地球”“美麗地球”工程，進而實現(xiàn)“數(shù)字地球”目標，三者互為支撐、相互促進，可實現(xiàn)地質數(shù)據(jù)的采集、歸納、匯總、集成，大數(shù)據(jù)的一體化存儲、組織、管理。不僅為后期的數(shù)據(jù)挖掘和分析能力的提升，支撐更大區(qū)域精細化、定量化的地球三維模型構建，而且為后續(xù)開展地質、資源和環(huán)境提供決策分析。

“三個地球”建設是對新時代煤炭地質勘查工作的愿景構想，我們從事的各項資源地質勘查、基礎地質勘查、生態(tài)地質勘查與環(huán)境治理等都是“三個地球”建設的一部分。如果將地球比作一個西瓜，切開西瓜能夠看到瓜皮、瓜瓤和瓜子的清晰結構。同樣我們也能夠通過各種探測技術和手段對地球內部結構、各類地質特征和資源達到透明清晰認知的程度，指導我們有目的地開展資源勘查、生態(tài)地質勘查、環(huán)境監(jiān)測與修復。

3 煤炭地質勘查工作投身“三個地球”建設的重點發(fā)展方向

新時代煤炭地質工作面臨的嚴峻形勢，倒逼傳統(tǒng)煤炭地質工作重心需要由以資源保障為主向資源保障和安全生產保障并重轉變，由以煤為主向煤、水、氣、工、環(huán)并重轉變，由地面地質向地面地質和井下地質并重轉變，同時，構建“地質+”平臺服務生態(tài)文明建設的地質保障體系[5]。提出“三個地球”建設的理念，是傳統(tǒng)煤炭地質工作的一場革命，研究內容將得到進一步延伸和擴展，研究方向更加明確。目前，煤炭地質單位投身“三個地球”建設的重點研究內容應包括：煤與煤系共伴生礦產勘探開發(fā)、水資源勘查與保護治理、糧食化工礦產與非金屬固體礦產勘查與資源開發(fā)、新能源勘探與開發(fā)、生態(tài)地質勘查、民生地質、地下空間探測與基礎工程建設、“一帶一路”地質勘查服務，并與地理信息技術充分融合，從9個方面共同構成和實現(xiàn)“三個地球”建設的目標，見圖1。

圖1 煤炭地質勘查工作“三個地球”建設的重點發(fā)展方向Figure 1 Key development orientation of coal geological exploration “triple earth” construction

煤與煤系共伴生礦產勘探開發(fā)：目前煤系多能源礦產與共伴生礦產勘探開發(fā)由一個或多個勘探單位多次完成。一方面是多單位多次進場勘查，對環(huán)境造成多次破壞和傷害，另一方面由于任務和目標不同，無法實現(xiàn)多礦產綜合勘查、綜合開發(fā)利用。對煤與煤系共伴生礦產勘探開發(fā)工作，應根據(jù)煤系礦產時空分布、成藏(礦)類型、環(huán)境約束條件，開展煤系多資源的多目標協(xié)同勘查評價，實現(xiàn)綜合勘查開發(fā)。主要研究工作包括開展綠色煤炭資源勘查評價[6-8]、煤和煤系氣資源協(xié)同勘查、煤與共伴生固體礦產的協(xié)同勘查、煤與金屬元素礦產資源的協(xié)同勘查、煤與水資源的協(xié)同勘查與利用、煤盆地多能源多礦產資源綜合評價與協(xié)同勘查技術等。

水資源勘查與保護治理：在合理開發(fā)利用煤炭及煤系資源的同時，對生態(tài)水位、生態(tài)關鍵巖層實施協(xié)同勘查、系統(tǒng)評價和有效保護。同時還要做好礦區(qū)和更大范圍水文地質、地下水資源評價，開展礦山防治水、水環(huán)境改造與治理修復、污水處理等技術研究[9-10]。

糧食化工礦產與非金屬固體礦產勘查與資源開發(fā)：化工礦產資源與國家糧食安全和戰(zhàn)略性新興產業(yè)密切相關，圍繞新能源和新材料對化工礦產的需求和發(fā)展趨勢，重點做好化工地質找礦、化工礦產資源開發(fā)、礦肥礦化結合、糧食化工礦產以及研究新材料的礦物特征等[11]。

新能源勘探與開發(fā)：我國的新能源勘查開發(fā)還處于起步和快速發(fā)展階段，與煤炭地質工作或煤盆地地質研究較為密切的包括深、淺層地熱能、煤系氣、煤系油頁巖、煤系砂巖型鈾礦等。目前，地熱資源被用于發(fā)電、療養(yǎng)-洗浴和取暖等方面，但與豐富的地熱能資源總量相比，其開發(fā)利用尚未達到規(guī)模[12]；在煤系氣勘探開發(fā)方面，我國已在沁水、鄂爾多斯盆地東緣建成了多個大型煤層氣生產基地，在天然氣供給中發(fā)揮了重要作用。同時，對礦井瓦斯通過抽采等改造技術也實現(xiàn)了煤礦減災與安全生產提高了瓦斯(煤層氣)資源的利用[13]。在陸域天然氣水合物勘探開發(fā)方面，我國成為了全球第三個成功鉆獲陸域可燃冰的國家，對其大規(guī)模開采技術也在不斷探索之中[14-15]。今后，對新能源勘探與開發(fā)應重點開展地熱、干熱巖、淺層地溫能資源勘查評價、開發(fā)利用技術與示范工程；煤層氣、煤系頁巖氣、煤系砂巖氣資源評價、勘查與開發(fā)技術；陸域天然氣水合物評價、勘查與開發(fā)技術等研究工作。

生態(tài)地質勘查：重點開展環(huán)境地質、礦山環(huán)境保護與恢復治理、采煤沉陷區(qū)綜合治理、煤矸石處理、煤電固廢處理、關閉礦山資源綜合利用、廢物綜合利用、西部生態(tài)脆弱區(qū)、缺水地區(qū)的生態(tài)保護和資源開發(fā)利用等。生態(tài)地質勘查工作主要通過生態(tài)地質評價技術與綠色協(xié)同勘查技術、生態(tài)地質監(jiān)測技術、生態(tài)地質修復技術、廢棄資源再利用技術等關鍵技術，實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境影響評價、生態(tài)地質修復與重塑體系建設[16-19]。

民生地質：重點開展與人類活動緊密的城市地質、農業(yè)地質、地震地質、地質災害評估、礦山應急救援、土地整治、土壤污染調查、地質公園、旅游地質等各門類的綜合性地質工作。如京津冀、粵港澳大灣區(qū)建設等都需要地質勘查作為基礎工作。

地下空間探測與基礎工程建設：地下空間開發(fā)利用是緩解城市資源匱乏、改善環(huán)境狀況、提升居民生活品質的重要途徑[20]?；A工程建設是為社會生產和居民生活提供公共服務的物質工程設施。圍繞發(fā)展地下空間探測與基礎工程建設，重點開展城市地表淺層塌陷、地下空洞與空間探測、地下綜合管廊規(guī)劃與利用、工程勘察、巖土勘查、地基與基礎工程、建筑基坑支護、擋土墻、基坑工程、動力機器基礎與地基基礎抗震等工作。對于實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展、創(chuàng)造城市美好生活具有重大意義[21]。

“一帶一路”地質勘查服務：“一帶一路”沿線國家礦產資源豐富，地質工作程度低，深入研究“一帶一路”沿線國家和地區(qū)地質特征，推進我國與沿線國家進行能源和礦產勘探、開采、加工、消費，以及礦業(yè)投資、交易方面的合作，并帶動測繪、勘查等許多基礎性研究與建設項目，服務沿線國家經濟發(fā)展，共同構建人類命運共同體[22]。

地理信息技術：一方面地理信息技術隨著以大數(shù)據(jù)、云計算為代表的信息技術迅猛發(fā)展，煤炭地質工作的信息化與智能化技術研究要以提供地理信息產品服務為主要目標，在集成化、智能化、云計算和三維可視化等方面加快發(fā)展[23]，重點做好3S遙感地質、新一代測圖系統(tǒng)、多元信息的復合與融合處理技術、數(shù)據(jù)挖掘技術、虛擬現(xiàn)實、動態(tài)模擬、三維建模、基于位置服務的數(shù)據(jù)增值服務產品、智慧城市系統(tǒng)、智慧管網系統(tǒng)、互聯(lián)網服務等技術研發(fā)。另一方面地理信息技術與地質勘查技術相融合，對于提高地質勘查精度和勘查效率，系統(tǒng)刻畫局部地質構造發(fā)育和礦產資源賦存特征等勘查成果將會發(fā)揮重要作用，對于透明地球建設的意義深遠[24]。

上述一個或多個技術與地理信息技術的有機結合，若干個領域或工程的實施，實現(xiàn)對一定空間內一種或多種地質體、礦產資源不同尺度的透明化，一定范圍地表及淺層生態(tài)環(huán)境的美麗化及其與地質大數(shù)據(jù)融合的信息化構成了“三個地球”建設的基本架構與技術路徑?！叭齻€地球”建設理念和內涵必將隨著技術進步和地質認識的不斷完善和提高。

4 結論

本文根據(jù)新時代國民經濟和社會發(fā)展對地勘工作和地勘行業(yè)改革發(fā)展的新要求，通過提出“三個地球”建設的發(fā)展理念、戰(zhàn)略愿景和具體內涵，突出地質勘查工作在新時期國家經濟建設、社會安全、人民生活中的地位和基礎作用，為新時期煤炭地質勘查工作轉型發(fā)展和開拓創(chuàng)新提供方向和指導。

(1)“三個地球”即“透明地球”“美麗地球”和“數(shù)字地球”。以地質勘查技術為依托，全面加強地下空間探測，實現(xiàn)一定空間范圍內“透明化”；通過環(huán)境修復和災害治理技術，實現(xiàn)地面環(huán)境的“美麗化”；通過地理信息等技術，全面展示地面和地下的全部信息，實現(xiàn)“數(shù)字化”。

(2)針對煤炭地質行業(yè)開展“三個地球”建設，具體應從煤與煤系共伴生礦產勘探開發(fā)、水資源勘查與保護治理、糧食化工礦產與非金屬固體礦產勘查與資源開發(fā)、新能源勘探與開發(fā)、生態(tài)地質勘查、民生地質、地下空間探測與基礎工程建設、“一帶一路”地質勘查服務、并融合地理信息技術，從9個方面共同構成和實現(xiàn)“三個地球”建設的目標。

(3)“三個地球”建設是一個有機整體，當前和今后地質工作的開展都是透明地球、美麗地球、數(shù)字地球建設的具體體現(xiàn)，“三個地球”建設理念和內涵必將隨著技術進步和地質認識的不斷完善和提高。