1.   引言

随着浅表层资源勘探和开发利用程度的提高, 全球矿业界已经开始把勘查目标转向深部(刘光鼎, 2015; 翟明国和肖文交, 2015), 矿产资源的深部开采也相应步入常态(李夕兵等, 2017)。中国当前能源资源供需矛盾仍然突出, 保障大宗紧缺资源的稳定供给, 满足战略新兴产业的资源消费需求, 对加强资源储备和开发能力提出了更高的要求(杨建锋等, 2017), “向地球深部进军”已上升为中国资源领域必须解决的战略科技问题。

2016年, 国家重点研发计划启动了“深地资源勘查开采”重点专项(以下简称“深地专项”), 这是继深部探测技术与试验研究专项(SinoProbe)之后(董树文等, 2014), 中国启动的又一深地领域重大科技攻关任务。“深地专项”旨在破解中国深部资源成矿成藏与预测评价关键科学瓶颈, 构建深部资源开采理论技术体系, 发展航空−地面−地下立体勘查技术体系, 突破深部资源勘查开采的关键技术, 建设深地资源勘查实践平台, 为推进找矿突破战略行动, 保障国家能源资源安全提供强有力科技支撑(樊俊等, 2018)。专项共包含7项重点任务, 各任务目标通过若干相互关联、有机衔接的项目具体落实。目前, “深地专项”立项工作已经基本完成。全面梳理专项研究任务部署情况, 剖析专项研究工作重点、难点和预期目标, 将为专项各相关方准确把握工作方向, 推动行业之间、行业与区域之间、上下游任务之间、优秀科研团队之间、产学研用之间的协同创新提供重要参考。

2.   专项的具体目标

按照“深化规律认知→突破技术方法→支撑深部找矿和开采”的思路, 从创新链角度分解, “深地专项”的具体目标可以概括为三方面:

(1) 破解深部资源三大科学问题。发展成矿与深部矿产资源评价预测理论, 构建三维矿产预测评价方法体系; 拓展深部矿产资源开采理论, 支撑大深度规模开采; 创新深层油气评价理论, 指导超深油气勘查。

(2) 突破多深度共性关键技术。形成航空−地面−地下立体勘查技术体系, 完善2000 m勘查体系, 突破3000 m勘查技术, 储备5000 m勘查能力; 拓展金属矿1500 m开采技术支撑能力; 扩展油气勘查深度到6500~10000 m。

(3) 建立两个资源勘查工程实践平台。针对矿产资源(紧缺矿产、战略新兴矿产和“粮食”矿产等)与能源(深层油气、铀矿等), 建立覆盖区、3000 m深度矿产资源勘查实践平台, 深层油气和铀矿资源勘查实践平台, 实现资源增储。

3.   专项任务部署总体情况

瞄准专项具体目标, “深地专项”共设置7项重点任务, 即成矿系统的三维结构与控制要素、深部矿产资源评价理论与预测、移动平台地球物理探测技术装备与覆盖区找矿示范、大深度立体探测技术装备与深部找矿示范、深部矿产资源勘查增储应用示范、深部矿产资源开采理论与技术研究、超深层新层系油气资源形成理论与评价技术, 七项任务能够进一步合并为矿产勘查(前五项任务)、资源开采(第六任务)和油气勘探(第七任务) 3个板块, 具体任务布局见图 1 (樊俊等, 2018)。

图  1  “深地专项”任务布局（樊俊等，2018）

Figure  1.  Task layout of DREAM (after Fan et al., 2018)

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“深地专项”在7个任务方向共设立48个项目, 涉及中央财政专项经费约18.90亿元, 专项经费布局见图 2。总体来看, 勘查板块项目专项经费约占已部署经费的81.3%, 开采板块和油气板块在专项中所占体例不大, 分别占11.8%和6.9%左右。专项在基础理论研究、共性技术研发和示范应用研究方面资助力度最大的任务分别是成矿系统的三维结构与控制要素研究、移动平台地球物理探测技术装备研制和深部矿产资源勘查增储示范。

图  2  各任务方向的专项经费分布情况

Figure  2.  Distribution of allocated funds in each task

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4.   专项的研究重点

4.1   成矿系统的三维结构与控制要素研究

本任务方向共部署7个项目, 专项经费在已部署经费总额中占比高达47%, 在我国取得深部探测重要进展的基础上(董树文等, 2014), 重点开展华北克拉通、华南陆内、青藏高原碰撞造山、北方增生造山、北方复合造山等成矿系统的深部过程与成矿机理研究, 并专门支持了燕山期重大地质事件的深部过程与资源效应研究。从研究内容看, 相关项目将在深部过程、成矿机理、找矿预测三方面, 重点围绕探测深部结构、揭示深部过程、透视浅部结构、再塑成矿过程开展系统研究工作, 主要覆盖:(1)构建主要成矿系统深部密度、磁性、电阻率、放射性和地震反射与速度等结构, 建立重点矿集区三维地质结构与控矿构造体系, 聚焦重大地质事件、重塑成矿系统时空深度演化模型; (2)建立成矿系统物质组成时空框架, 追踪成矿物质演化; (3)建立典型矿集区金属元素巨量堆积和矿床富集机制, 解析成矿物质来源、驱动和沉淀控制机理, 厘定成矿末端效应和定位过程, 构建基于三维结构的成矿-找矿模型, 创新成矿理论; (4)查明典型矿集区成矿流体系统, 建立多过程和多尺度耦合的成矿过程模拟方法。研究思路和方法上强调“点”“线”“面”的有机结合与多探测方法的联用。以青藏高原项目为例, 在成矿带, 将部署深反射地震剖面, 辅以构造平衡剖面和壳幔物质结构剖面; 在矿集区, 将部署大比例尺填图、高分辨率综合地球物理剖面, 开展三维地质建模; 在矿床(田), 将采用多元同位素体系和原位直测技术, 开展成矿机理研究并构建矿床模型(表 1)。

表  1  重要成矿系统相关研究工作的目标、工作区和实物工作

Table  1.  Research objectives, target areas and physical tasks of the on−going projects concerning significant metallogenic systems

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4.2   深部矿产资源评价理论与预测

本任务方向以深部矿产资源评价理论与方法、地质建模与综合信息提取、预测信息系统与战略研究平台、资源预测评价示范为攻关重点, 共部署3个项目。在方法技术研究方面, 相关项目主要开展成矿动力学、地质异常、成矿系统理论研究, 并在地、物、化、遥信息集成基础上提出深部矿产资源定量预测评价理论与方法体系, 研发深部找矿综合信息提取和集成技术, 开发先进实用的深部三维地质建模、信息提取分析、预测评价和三维可视化的预测软件系统平台。在示范应用方面, 相关项目将以造山带、克拉通、地幔柱等成矿背景下的若干重要矿集区(中甸、个旧—都龙、金川、攀西、狼山和熊耳山等)和不同矿床类型(斑岩型、矽卡岩型、岩浆型和喷流型等)为研究基地和研究对象, 建立典型矿床深部高精度预测评价模型, 并针对铜、锰、金等国家战略紧缺矿产, 在山东莱州—招远金矿、湖南—贵州锰矿、贵州贞丰—普安金矿、甘肃玛曲—合作金矿等整装勘查区, 开展深部三维预测评价及找矿预测示范。

4.3   大深度立体探测技术装备与深部找矿示范

本任务方向以实现3000 m深度金属矿产资源探测能力, 储备一批5000 m深度探测技术为目标, 共部署6个项目。重点研发地面、地下及井中地球物理勘探关键技术与装备、穿透性地球化学勘查技术、5000 m大深度智能地质钻探技术与装备以及深部数据处理、解释软件平台, 并开展勘查技术综合示范。

“十二五”期间, 在863计划的支持下, 我国突破了高精度微重力传感器、铯光泵磁力仪传感器、宽带感应式电磁传感器等一系列关键核心器件, 技术指标总体接近或局部超过目前国际先进水平, 高精度数字重力仪、大功率伪随机广域电磁探测系统、实用化轻便分布式遥测地震勘探采集系统等勘探地球物理仪器设备已经形成批量生产能力, 多参量地球物理数据处理与反演软件系统也有效提高了深部矿产勘探的效率和地质解释的可靠性(吕庆田等, 2019)。“深地专项”基本以“十二五” 863计划相关技术成果指标作为基期指标, 结合国内实际情况, 对标国际先进水平, 确定相关项目的考核目标(表 2), 在有短板的技术方向, 力争实现“跟跑”向“并跑”的迈进, 在有优势的技术方向, 力争保持“领跑”地位。

表  2  地面−井中地球物理探测技术装备关键技术指标

Table  2.  Main technical indicators of surface and borehole geophysical prospecting technologies and equipment

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4.4   移动平台地球物理探测技术装备与覆盖区找矿示范

本任务瞄准不同类型覆盖区深部勘查对航空物探技术的需求, 以航空快速移动平台为主要载体, 旨在构建一机、多功能、模块化航空探测技术平台, 提升高效率、高精度、多参数联合探测技术能力, 力争实现航空地球物理勘查技术装备国产化, 使我国航空物探技术达到国际先进水平, 提高国际竞争力。目前共部署6个项目, 主要开展航空重力及重力梯度测量技术、吊舱式和固定翼时间域航空电磁测量技术、无人机三分量航空磁场测量技术、高分辨率航空伽玛能谱测量及机载成像光谱测量技术、典型覆盖区航空地球物理技术示范与处理解释软件平台的研发工作。

基于“十二五” 863计划相关研究工作基础, “深地专项”对技术装备的研发指标提出了更接近国际水平的要求(表 3)。除了航空重力梯度测量系统仍主要处于实验室样机和工程样机研发阶段外, 我国在其他机载测量技术方向都已将攻关重点转向了实用化技术研究。因此, 专项对成果已具备应用潜力的项目特别提出了飞行测试和典型覆盖区航空地球物理技术示范要求。为推动航空物探组合勘查和系统综合集成技术的发展, 专项还特别对大深度高分辨率综合航空地球物理勘探技术、空−地−井协同地球物理探测技术、综合航空地球物理数据处理、解释和管理软件平台的研发进行了支持。相关项目的重点示范任务将包括:在内蒙古赤峰地区开展森林草原覆盖区航磁或直升机TEM/磁−地面重磁电−测井联合探测多金属矿技术方法研究, 在山东齐河地区开展平原厚覆盖区直升机重/磁测量系统−地面重磁电震-钻孔资料联合探测磁铁矿技术方法研究, 以及在新疆东天山地区开展戈壁荒漠典型覆盖区新型航空地球物理勘查仪器及数据处理解释系统和空−地−井协同快速勘查技术研究。

表  3  航空地球物理探测技术装备相关项目关键指标

Table  3.  Main technical indicators of airborne geophysical prospecting technologies and equipment

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4.5   深部矿产资源勘查增储应用示范

该任务方向共部署12个项目, 主要以大宗紧缺矿产(铜、铅锌、镍、金等)、战略新兴矿产(稀有、稀散、稀土等)、“粮食”矿产(钾、磷等)和能源矿产(铀、锂等)为重点, 在华南陆内、华北克拉通、青藏高原和中亚造山带等成矿系统及其重要成矿带, 优选若干深部潜力巨大、有望成为未来国家大型资源基地的矿集区, 建设深部3000 m资源勘查科技示范工程, 评价深部3000 m资源潜力, 力争取得深部找矿突破, 为大型深部资源基地的建设提供技术支撑(表 4)。本任务相关项目在执行过程中必须密切跟踪勘查板块内其他关联项目的执行情况, 以获得理论、数据和靶区选择方面强有力的外部支撑。

表  4  资源勘查增储示范研究重点

Table  4.  Priorities of demonstration studies of resources exploration and increasing reserves

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4.6   深部矿产资源开采理论与技术

专项在深部资源开采领域共部署10个项目, 研究工作主要是针对深部金属和煤炭开采的高应力、高水压力、高地温、大井深、强烈扰动等重大难题, 构建深地资源开采基础理论体系, 突破深井建设与提升关键技术及装备, 发展智能化无人化绿色采矿技术, 并开展技术示范, 为实现1500 m深度规模化采矿和1500 m以深矿产资源开采提供理论与技术支撑。基础理论研究将重点围绕深部岩体力学与开采理论体系、煤矿深井建设基础理论体系、特厚煤层智能化综放开采群组放煤与采放协调控制理论的构建展开。在硬件研发方面, 金属矿相关研究工作重点突出对无人化、绿色化、集约化采矿技术和装备的探索, 煤矿相关研究工作则重点攻关围岩控制、综放开采、分选和就地填充等作业环节的智能化技术和装备。

4.7   超深层新层系油气资源形成理论与评价技术

该任务方向共部署3个项目, 主要针对我国研究较少的超深层新层系油气资源, 立足我国主要克拉通盆地(塔里木、上扬子、华北)超深层及中新元古界, 重点开展盆地原型恢复、烃源岩分布以及成烃−成储−成藏机制研究, 厘清油气成藏条件, 评价油气资源潜力, 优选有利勘探区带, 提出重大勘探目标, 为拓展我国超深层及中新元古界油气资源新领域, 做好理论与技术超前储备。目前已部署的项目重点开展中新元古代古大陆重建与原型盆地分布预测研究、超深层及中新元古界油气资源形成保持机制与分布预测研究, 针对超深层(6500~10000 m)地球物理勘查的技术瓶颈, 开展重磁电与地震采集、处理解释技术研发。

5.   展望

“深地专项”是落实我国深地科技战略的重要载体。专项按照“全链条设计, 一体化组织实施”的要求, 在任务部署中坚持需求牵引和目标导向原则, 瞄准资源领域“向地球深部进军”的战略方向, 紧密围绕勘查和开采行业对于相关基础理论、共性关键技术和重大装备、科技成果示范推广的实际需求, 统筹部署研究任务。专项各项目是落实专项目标的基本单元, 加强上下游和横向布局的各项目间的有机衔接, 实现研发活动间的快速传导和相互促进, 对于提高专项的实施成效至关重要。因此, 专项执行过程中既需要各项目主动向专项目标看齐, 也需要在管理层面开展适度的协同创新引导。一方面专项管理单位可通过组织主题论坛、专题研究等促进关联项目的学术交流与研发合作, 另一方面相关部门和单位应协力推动信息公开和科学数据共享制度建设, 以信息快速流动提升研究效率。同时, 还应尽早启动专项成果的综合集成工作, 加快开发专项综合数据库, 及时总结专项创新成果, 并加快科技成果向地勘和矿业一线的转移转化, 切实发挥科技创新对我国深部找矿和资源开发实践的支撑作用。