新时代生态地质勘查工作的基本内涵与架构

赵 平

(中国煤炭地质总局，北京 100038)

改革开放40年的快速发展，地质勘查工作为我国经济社会发展提供了能源和矿产资源保障，但在不同的发展时期社会发展对地质勘查工作的需求强度和服务类别有着显著的差异。进入新时代以来，我国对生态文明建设的要求纳入了我国经济社会发展“五位一体”总体布局，上升到了国家战略高度。地质勘查工作在新时代显现的一些新趋势、新特点、新动能，一方面是地质找矿工作要加大创新，向深部、稀有、共伴生矿产方向发展[1]；另一方面，新时代新发展对地质勘查工作提出了新任务。生态地质研究已越来越引起人们的重视，矿产资源等勘查工作中实施绿色精细勘查逐渐成为勘查工作的基本要求，同时矿山环境的监测治理以及后矿山时代生态环境修复改造逐渐上升为与资源勘查、矿山地质保障并行的重要地质工作，即生态地质阶段。另外，国家“山水林田湖草”资源统一管理后，国土空间用途管制和生态保护修复亦提出了许多新任务，所以地质勘查工作必须进行改革以主动适应新时代的新变化。

1 生态地质勘查问题的提出

气候、地形特别是人类采矿、工程建设等活动对生态地质环境具有显著影响，对自然环境的改造和破坏的实例在我们周围随处可见。生态环境的恶化问题已经严重影响了人们的生活质量，需要专门对其研究和监测治理。以往传统的地质勘查工作对象、理论方法、技术手段、评价标准主要服务于地质找矿和资源保障，对生态环境改变引发的地质环境问题的关注度显得不够，无法适应国家生态文明建设的战略新需求、无法满足国土空间用途管制和生态保护修复的新要求，无法克服矿山开发阶段和后矿山时代环境治理的新问题。为此，地质勘查工作要积极拓展对生态环境地质的研究，主动支撑国家生态文明建设的战略，在技术理论、工作模式，工作手段、服务对象等方面主动转型升级，构建生态地质勘查工作理论与技术。

2 生态地质勘查的内涵

生态地质学是研究各种生态问题或生态过程产生的地质学机理、地质作用过程及其背景的一门学科，目前尚处于探索阶段，生态地质要求地质工作与生态保护的融合。本文提出的生态地质勘查主要是指以“地球科学系统”为理论指导，使用多种勘查技术手段，有目的地开展生态环境地质的评估、调查、监测、治理、利用、修复，服务于人类主动改造、修复、重塑生态地质环境，进而实现资源与生态环境的科学合理利用。生态地质勘查的核心是实现人类活动、地质效应与生态系统的动态平衡。其主要研究包括两个重点：一是生态地质学理论研究，研究生态地质环境的组成、结构与各要素功能，查明“山水林田湖草”生态环境基本地质特征，建立评价理论体系；二是生态地质环境保护、治理、调节控制的技术措施，重点是治理与修复改造技术。具体为：

2.1 “山水林田湖草”一体化评价

“山水林田湖草”是一个生命共同体，生态地质勘查工作要统筹矿产、森林、草原、湿地、农田、湖泊的地质环境勘查与保护工作，系统性、整体性实施勘查、评价与修复。以往的地质勘查大多针对一种主体进行工作部署，未能从地质和生态环境两个维度进行协同勘查与评价。山东省地矿局等单位开展的山东省泰山山水林田湖生态保护修复工程，为我国北方地区实施山水林田湖生态保护修复提供可借鉴的“泰山经验”。针对国家对“山水林田湖草”自然资源的管理形势，生态地质勘查工作要以“地球科学系统”为核心，通过实施协同勘查与评价，查明多个主体的赋存状态、分布规律、耦合效应等，主动减少采矿等人类活动对生态地质环境的影响效应，建立生态地质环境优劣评价体系，对区域环境开展协同评价，实现既要达到服务国土空间用途管制的精细地质保障新要求，也要满足生态优先、环境友好的可持续发展的需求。

2.2 人类活动对生态环境影响评价

矿业开发利用、城市建设等是国土资源高强度开发的主要表现形式，由此带来了严重的环境“负效应”，一方面引发了大气、水体、土壤等环境的污染，致使一些地区生态环境严重退化，另一方面改变了已有的“山水林田湖草”的生态格局。人类过度开发引起的土地沙漠化、河湖水体污染，采矿活动引起的地面沉降、坍陷，工程建设引起的道路边坡垮塌等已经在我们周边随处发生，直接影响着人类居住环境和质量，对其危害性的评价是主动减灾和环境修复再造不可或缺的环节。如青藏高原地区大面积露天采煤已严重破坏了当地高山草甸、冻土层和湿地，同时导致三河源头(即疏勒河、布哈河和大通河)生态环境发生剧变，原有水源补给能力遭到破坏。生态地质勘查的最终目标是系统评价人类活动与生态环境的相互作用关系，在保障生态环境安全的基础上，合理利用自然资源，实现社会经济的可持续性发展。建立基于人类活动多样性、生态环境系统性、自然资源经济性于一体的生态地质评价系统，实现生态格局的整体优化、生态功能的整体升级。

2.3 生态地质修复与重塑体系建设

生态地质修复与重塑是新时代赋予生态地质勘查工作的重要内容。生态地质特征研究和危险性评价的主要目的是为通过工程修复再造，解决因人类活动引起的负面环境问题服务。我国生态地质修复治理工作呈现扰动破坏因素多、机理复杂、问题类型多、分布面积广、修复治理难度大等特点。以目前生态地质修复开展工作较多的矿山环境修复为例，武强[2]针对该问题，将治理目标分为地质工程、土地修复及生态修复三类目标；将修复技术归纳为消灾修复技术、工程修复技术、生态修复技术、生物修复技术四类，系统搭建了矿山环境修复的理论体系。生态地质修复与重塑要以生态脆弱区和城市、矿区等人类活动密集区为重点，要围绕生态脆弱区土地沙化、土地盐碱化、水流域沿线污染等实施源头控制，涵养水源地、防控土壤污染、保护生物多样性；围绕交通沿线敏感矿山山体、裸露岩体、污染水体等加大边坡稳定性修复力度，绿化复垦和重塑生态环境，统筹实现生态环境整体保护、系统修复、综合治理。中煤地质集团公司等单位在北京市斋堂镇柏峪村、百花山地区、霞云岭乡等地区开展废弃矿山生态环境修复治理，对因采煤、采矿造成的植被破坏、土地退化、粉尘污染、地质灾害频发等一系列生态环境问题进行治理，重塑了本区生态环境体系。

3 生态地质勘查工作的基本架构

生态地质勘查主要目的是查明自然资源的生态属性、地质属性和资源属性，查明人类活动与生态环境的相互影响，服务于人类对自然资源的利用、改造和重塑。新时代，生态地质勘查工作不再仅仅局限于生态环境调查、地质灾害治理等单一环节、单一方面的勘查任务，而应融合、贯穿于地质勘查工作的始终，构建系统的生态地质勘查工作架构。

生态地质勘查工作的主体架构包含“山水林田湖草”一体化评价、人类活动对生态环境影响评价、生态地质修复与重塑体系建设三个重点方向， 以地球科学系统为理论支撑，服务于国土空间用途管制、生态环境修复，通过生态地质评价技术、绿色协同勘查技术、生态地质监测技术、生态地质修复技术、废弃资源再利用技术五大关键技术，搭建生态地质主体架构，指导生态地质勘查工作的开展，其总体任务是为建设美丽中国服务(图1)。

图1 生态地质的主体架构Figure 1 Principal framework of eco-geology

3.1 生态地质评价技术

生态地质评价的核心一方面是查明“山水林田湖草”的环境背景值，另一方面实施多个自然资源协同勘查与评价，查明人类活动对自然资源的影响、破坏与改造情况。传统的、单一的地质勘查与评价模式，不符合“山水林田湖草是一个生命共同体”的理念，需要在自然资源开发利用全过程中，既要研究生态地质的演变，也要主动开展源头保护、利用节约和破坏修复，保持山水林田湖草系统功能稳定。生态地质勘查技术体系包括多种主体的协同勘查和多种勘查技术方法的协同实施，实现“地球科学系统”内多种自然资源勘查与生态地质保障的协同部署，使勘查工作达到科学高效、精准精细的勘查效果，服务于自然资源安全保障与管理、生态保护与修复等地质工作。生态地质协同勘查技术手段仍然是“地质+”[3]的应用，更是借助现代勘查技术和信息化实施，包括野外现场勘测、遥感影像数据应用、地球物理信息提取、样品采集与测试、图件编制数据与处理、数据融合与数据库建设等。近两年中化矿山地质局开展的长江中游磷、硫铁矿基地矿山地质环境评价项目，采用水工环调查、遥感地质解译、土壤地球化学与水化学调查、水文地质钻探、高密度电法测量等多手段相互配合，查明了鄂西磷矿基地及安徽铜陵硫铁矿基地地质环境背景、地下水土环境污染特征及地下水补径排条件；开展铜陵硫铁矿集采区矿业活动对长江中下游水体影响的研究，建立了硫铁矿山酸性水污染恢复治理模型，为长江中游地区生态评价与环境保护提供了重要支撑。

3.2 矿产资源绿色协同勘查技术

绿色精细勘查技术是在生态环境优先的前提下，综合考虑勘查区的地质特征、资源禀赋、区位环境、市场需求，合理选择环保、高效的精细勘查技术手段，综合开展多目标多手段的地质与环境协同勘查与综合评价，最大限度降低对生态环境的扰动，最大限度的提高地质信息的精度[4]。“生态优先、绿色勘查”是实现资源保障与生态保护双赢过程中探索出的新路子。绿色勘查技术并非狭义的追求“高、精、新”技术，而是通过转变思路、改变方式以及科技创新来提升勘查技术“绿色度”[5]。同时鼓励针对前沿性勘查技术的研发与转化，综合布置勘查工程，开展多目标、多手段、多维度的空天地一体化的绿色勘查，包括对煤炭、煤系气资源的勘查[6]，实现复杂地质体的透明和可视化解译，保障资源安全和矿井生产安全[3]，为资源高效利用，降低对环境影响提供服务。如我国北方内蒙、新疆等地煤系地层中含有丰富的铀、镓等资源，以往的单目标勘查，造成共伴生资源的遗漏和浪费，此外铀和煤系气等资源若不开展协同勘查和开发，在煤炭开发过程中可能会造成新的污染。

3.3 生态地质监测技术

由于生态环境的差异，人类活动对地质环境产生的扰动强度和环境效应是不同的。通过开展生态地质监测将人类活动对地质环境影响控制在可承受的范围内，变“损害后治理”为“损害前防范”，变被动防治为主动风险管理。生态地质监测的内容一方面有人类活动引起的地面塌陷、矸石山堆积、废水废弃排放等，另一方面包括了山体滑坡、煤体自燃、泥石流、土地沙化等自然灾害。生态地质监测技术通过遥感、测量、物探、化探、钻探及测试分析等技术，主动搭建集遥感数据采集、测量系统处理、变化信息提取、应急情况处置、综合研究与分析、成果集成管理为一体的标准化监测体系，实现生态地质灾害的评估、调查、监测、治理、预警，为及时掌控重点地区地质与环境灾害风险，适时掌控区域生态地质环境变化规律提供科学依据。如华北东部新增矿山恢复治理遥感调查发现河北省铁矿多年开采引起土地的占损与挖损问题十分突出，同时也诱发了大量的地面塌陷，导致当地生态地质问题严重。

3.4 生态地质修复技术

生态环境修复与重塑是地质工作必须补齐的短板。生态地质修复主要包括矿山环境修复，边坡修复、土壤重金属污染修复、水体污染修复等。长期以来，自然资源开发在为国民经济建设提供重要支撑的同时，也造成了严重的环境负效应。由于缺少对自然资源的科学系统规划，对资源掠夺式的开采造成了极大的资源浪费和严重的生态环境问题，如矸石山和废渣等固废的堆积侵占了大量的土地资源，采矿对地下水系统的破坏使得井水干枯、河流断流，不清洁用煤引发了雾霾，采空塌陷区严重威胁着建筑物安全及地表景观。生态地质修复技术包括植被品种筛选与快速繁育、植被快速恢复、生物多样性稳定技术，水生生态群落选育、构建工艺与关键技术；塌陷积水区的生态、旅游开发模式和利用技术等立体化修复技术。近年来生态地质修复技术在福建建宁县饰面用花岗岩矿生态环境恢复、徐州市采空区综合治理与生态修复、义乌市废弃萤石矿自然生态环境综合治理等工程中得到很好的应用。

3.5 矿山废弃资源再利用技术

矿山废弃资源的再利用是生态地质工作面临的新课题，可为资源枯竭型城市及企业经济转型提供新领域、新能源和新的经济增长点，发达国家非常重视废弃矿井资源综合利用，英国早在1954年就开始废弃煤矿瓦斯开发利用研究，其开发利用方式有两种：一种是对没有充填的废弃矿井直接抽放瓦斯，另一种为施工地面大孔径钻孔直接抽放瓦斯。2014年英国废弃煤矿总瓦斯涌出量9 000×104m3，其中约7 000×104m3被回收利用，目前有15个正在运行或在建的废弃煤矿瓦斯发电项目，总装机容量约52MW[7]。我国对废弃矿山资源再利用技术研究尚属起步阶段，资源主要包括残余矿体、地下水、地下空间、工业建筑、矸石山等。废弃矿山资源利用应作为“矿山全生命周期”科学规划的最后一环，改变现有矿井单一的关井模式，将资源开采和采后利用放到同等重要的地位考虑，探索在保证关闭矿井安全、生态环境的基础上对废弃矿井内自然资源、地下水、地热、地下空间等资源科学合理的利用[8]，构建循环经济，回归“绿水青山”。国内相关学者开展了许多相关研究[9-10]，提出了深地实验室、矿山博物馆、地下储气库、地下农业、地下蓄能电站等战略构想。现有的废弃矿山资源利用关键技术包括地下空间再利用、矸石利用与土肥化处理、矿井水转移利用和废水中水化处理再利用、井下瓦斯回收发电等。

4 生态地质勘查工作应用实例

宁夏汝箕沟煤田是世界稀缺煤种太西煤的主产地，开采历史悠久，受早期不规范采掘破坏，煤层自燃频繁，地下煤火成为破坏当地生态环境的主要问题，一方面煤层燃烧释放大量有害气体，造成周边生态环境恶劣，土地荒漠化严重，恶化居民生存条件；另一方面造成大量资源浪费和巨大的经济损失，也严重危害周边煤矿安全生产。生态环境监测技术在汝箕沟煤田煤火监测与指导灭火中应用成果显著。中国煤炭地质总局等单位运用遥感监测技术，利用多期的多光谱、热红外遥感图像，提取煤层自燃信息，制定了煤火区环境遥感监测技术路线[11-12](图2)，建立了包括地理信息、地质构造、煤层煤质、 煤层开采、航天影像、煤炭火区数据六大数据库，通过火区数据与地质数据的有效融合，为煤火有效治理提供了支撑数据。

图2 北方煤火区环境遥感监测技术路线图Figure 2 North China underground coal fire areas environment remote sensing monitoring technology roadmap

5 结论

(1)新时代生态文明建设上升到战略高度，地质勘查工作一方面要继续加大地质找矿和资源勘查保障，另一方面要向生态地质勘查扩展，以支撑国家生态文明建设的战略新需求。生态地质勘查工作作为地质工作的一项重要任务，其地位是地质勘查工作转型升级的一个重要阶段。生态地质勘查工作要提高人类生活质量，减轻环境灾害对人类的威胁，服务于国土空间用途管制和生态保护修复的新要求。

(2)生态地质勘查主要内涵是指以“地球科学系统”为理论指导，使用多种勘查技术手段，有目的地开展生态环境地质的评估、调查、监测、治理、利用、修复，服务于人类主动改造、修复、重塑生态地质环境，进而实现资源与生态环境的科学合理利用。生态地质勘查的核心是实现人类活动、地质效应与生态系统的动态平衡。

(3)生态地质勘查工作的主体架构包含“山水林田湖草”一体化评价、人类活动对生态环境影响评价、生态地质修复与重塑体系建设三个重点方向，以地球科学系统为理论支撑，服务于国土空间用途管制、生态环境修复。煤炭与化工地质勘查单位应积极运用生态地质评价技术、绿色协同勘查技术、生态地质监测技术、生态地质修复技术、废弃资源再利用技术等五大关键技术，搭建生态地质勘查技术体系与勘查工作主体架构，指导生态地质勘查工作的开展，为建设美丽中国多做贡献。