科技创新结硕果，赋力发展新动能——有色金属矿产地质调查中心2011—2020年重要科技创新成果简介

李艳艳，王寿成，杨自安，张宝琛

（有色金属矿产地质调查中心，北京 100012）

0 引言

有色金属矿产地质调查中心（以下简称中心）自2001年成立以来，一直把科技创新作为中心高质量发展的基础。20年来，承担了国家973项目、国家863项目、国家305项目、国家科技支撑项目、国家自然科学基金、自然资源部中国地质调查局等部委下达的各类重大项目，在成矿理论、成矿规律、成矿预测研究及勘查技术方法研发等方面取得了一系列成果。2011—2020年期间，出版专著4部，发表核心期刊以上第一作者论文238篇，获得中国有色金属科技一等奖10项、二等奖22项、三等奖9项，中国地质科学院十大科技进展1项、中国地质学会十大地质找矿成果奖2项，获得发明专利2项、实用新型技术专利4项，制订和修订行业技术标准规范2项，荣获国土资源部“全国危机矿山接替资源找矿专项特别贡献奖”、“青藏高原地质理论创新与找矿重大突破先进单位”、中国地质调查局“先进单位”等称号，2项新技术入选自然资源部《矿产资源节约和综合利用先进适用技术目录（2019版）》。

特别是在历经矿业“黄金十年”之后，中心坚持创新发展理念，以关键技术研究为突破口，不断强化地质工作方法和应用创新，在基础研究、地球物理、地球化学、遥感、智能地质、生态修复等方面不断开拓、潜心打磨，先后涌现了一批理论和技术创新类成果，逐渐形成了自己的特色，增强了中心高质量发展的内生动力，近十年以来科技创新亮点纷呈。

1 基础研究取得“新突破”

中心通过多年的研究和积累提出了构造岩相学创新理论、陆相次级盆地生烃卤水成矿、塔西砂砾岩型铜铅锌矿床的区域构造与成矿演化、中亚型造山带后碰撞大规模成矿、南岭钨锡花岗岩液态分异成矿、危机矿山矿床成矿谱系等成矿理论及地质新认识。以下简要介绍构造岩相学理论创新和塔西盆山原镶嵌区“多源同向超常富集”成矿与预测研究技术。

1.1 创建了大比例尺构造岩相学填图理论与找矿预测技术

在东天山、陕西秦岭、云南个旧锡铜钨铯铷多金属矿集区、贵州晴隆大厂锑萤石硫铁矿-金矿和云南东川铁铜矿、智利科皮亚波月亮山-GV地区IOCG矿床等多个矿区的实践应用，建立了大比例尺构造岩相学填图理论创新和找矿预测新技术。该技术包括大地构造岩相学研究和编图与战略性勘查选区、区域构造岩相学与勘查选区、矿田构造岩相学与找矿预测、矿床构造岩相学填图和找矿预测、矿体构造岩相学填图5个不同层次，以及在矿床外围和矿山深部立体构造岩相学填图技术两大系列（方维萱等，2018）。

图5 河北省张家口市流平寺示范区治理前后对比图

实践证明，该方法能够有效地将理论研究、找矿预测技术研发和矿产勘查实践紧密结合起来，运用于找矿预测和各个勘查阶段中，从战略选区及目标靶区的研究，到预查—普查—详查—矿山勘探生产等，采用合适的不同比例尺进行系统研究，提高找矿预测效果。2018年，以该研究成果为基础，出版的专著《大比例尺构造岩相学填图技术与找矿预测》得到业界的广泛好评。

1.2 开辟了盆山原镶嵌区“多源同向超常富集”成矿与预测研究的新领域

以盆山镶嵌构造理论和成矿系统理论为指导，在深入解剖萨热克砂砾岩型铜矿床、乌拉根砂砾岩型铅锌矿床成矿规律的基础上，从构造-流体-岩相多重耦合与金属大规模成矿角度，对塔西地区十个不同含矿层位，萨热克巴依、乌拉根、拜城和托云4个含铜铅锌次级盆地，萨热克和乌拉根等8个典型砂砾岩型铜铅锌矿床进行系统研究和对比，探索了塔西盆山原镶嵌构造区砂砾岩型成矿系统，总结了塔西砂砾岩型铜铅锌矿床的区域构造—成矿演化规律，研发了塔西中高山区砂砾岩型铜铅锌矿床的勘查评价与找矿预测技术集成体系，提交了3处具有大中型找矿潜力的示范区（方维萱等，2019）。专著《塔西砂砾岩型铜铅锌矿床成矿规律与找矿预测》于2019年出版，对同类型矿床的勘查与研究具有重要借鉴意义。2020年“塔西砂砾岩型天青石-铜铅锌矿床成矿系统与技术创新”获得中国有色金属工业科学技术奖一等奖。

2 航磁勘查实现“新跃升”

航空磁测是最早发展起来、应用最广泛的航空物探方法（熊盛青，2020）。中国于1953 年开展了首次航空磁测试验（杨光庆，1959）。自2010年以来，中心在中国地质调查局项目的支持下，经过十年的实践和努力，研发了针对大比例尺勘查的多种航磁测量勘查技术。目前已研发拥有CNAM-110 型动力滑翔机航磁系统、CNAM-230型多旋翼无人机近地航磁测量系统，CNAM-330型轻型固定翼无人机低空航磁系统三种航磁测量系统（图1）。无人机具有沿地形起伏飞行能力，真正实现了低空航磁测量，解决了高山和丛林等特殊景观区人力难以开展磁法测量的问题，可在不同地形区开展多种比例尺的地质调查工作（李飞等，2018）。

图1 中心自主研发的三种航磁系统

该项技术已应用于国内新疆、内蒙古、黑龙江、云南、河南、海南、山西、辽宁及南美洲等不同景观地区的多个国家地质调查项目和市场找矿项目，取得了良好的应用效果，极大地提升了技术服务的质量和效率，主要承担项目见表1：

表1 航磁测量系统承担部分项目列表

2.1 航磁测量系统性能及特点

航磁测量技术是国内航空物探传统的优势技术（杨光庆和朱英，1955；杨光庆，1959；程信尧，1958）。该技术较传统大型固定翼飞机及直升机具有低飞分辨率高、机动性强、性能稳定、效率较高、成本低等特点。中心研发的三种航磁测量系统主要性能和特点如下：

2.1.1 CNAM-110 型动力滑翔机航磁测量系统

该航磁系统是由中心和北京矿产地质研究院有限责任公司以及下属单位多位专家联合研发（王庆乙等，2010），具有轻便、高效、适应性强的特点，适用于1∶1万至1∶5万比例尺的区调和普查航磁测量（杨生等，2017），可在地形切割不严重的沙漠、戈壁、水域、森林等地面磁测工作难度较大的区域进行航磁测量。

该系统由动力滑翔飞行器、导航控制器、磁测系统、补偿系统、定位系统和数字化采集系统6部分组成，采用氦光泵磁测仪，取样点距约2 m，磁测成果分辨率较高。系统总重量约300 kg，飞机轻便，无需正规机场和跑道，只需200 m长、净空、地面可通行汽车的地方就可以起飞和降落，飞行安全性良好。在-10°C以上气温即可飞行，正常气象条件下，日飞行作业2次，一次可完成200 km测线，工作效率较高。

2.1.2 CNAM-230型多旋翼无人机近地航磁测量系统

CNAM-230型多旋翼超低空无人机航磁测量系统是在CNAM-110 型动力滑翔机航磁测量系统的基础上开发的，适用于1∶2万比例尺以上精细航磁测量，尤其适用高海拔、复杂地形条件，可用于矿山测量、工程环境测量、军事探测探雷。

该系统选用具有沿地形起伏飞行能力的多旋翼无人机，搭载光泵磁力仪和磁补偿系统构成的航磁测量系统，系统总重量约15 kg，移动方便，可在4级风气候条件下工作，多旋翼无人机飞行速度慢，取样点距可控制在1 m以内，分辨率高,由于具有沿地形飞行能力，真正实现了低空近地测量，可取代地面磁测。

2.1.3 CNAM-330型轻型固定翼无人机航磁测量系统

CNAM-330型轻型固定翼无人机航磁测量系统，采用垂直起降起固定翼无人机搭载光泵磁力仪和磁补偿系统构成的航磁测量系统。适用于1∶1万至1∶5万比例尺航磁测量，轻便、高效，几乎可以全天候飞行，代替了人工驾驶固定翼，避免了有人驾驶的安全风险，弥补了传统航磁调机费用高、不适应小面积大比例尺测量的不足。

2.2 勘查实例

2019年中心在云南个旧锡矿矿集区开展CNAM-230型多旋翼无人机近地航磁测量示范项目，完成1∶1万航磁测量50 km2，探寻矿区隐伏岩体。工作区植被发育，地形陡峭，切割深，极高差600 m。区内大部分岩浆岩均隐伏于地下，地表以灰岩、泥质岩、白云岩以及千枚岩等弱磁性岩石地层为主，区内强磁岩性主要有矽卡岩、部分花岗岩、玄武岩以及磁黄铁矿。

本次工作共圈定航磁异常28处，推断出断裂构造28条，隐伏岩体2处。航磁测量综合成果（图2a,b）显示，M7异常对应于测区第四系中的尾矿库；M6异常面积约3 km²，对应地表地层岩性为灰岩、灰质白云岩等，均为微弱磁性物质，不能解释M6异常的形成。根据进一步的磁化率切片剖面（图2c）分析，并结合构造、重力特征研究，推断M6应为三叠系个旧组地层之下隐伏的玄武岩引起。由于该区铜锡多金属成矿与变质玄武岩关系密切，因此M6隐伏玄武岩体是本次无人机航磁的重要成果。

图2 CNAM-230多旋翼无人机航磁测量成果综合图

3 智能地质加码“新业态”

中心积极接轨“ 互联网+”地质时代，经过多年的探索应用和实践积累，在地质找矿成矿理论应用研究、计算机数据处理及数据模型研发、大数据挖掘及并行运算开发等多学科领域取得突破，形成了基于高光谱波段序结构分析的蚀变矿物检测技术、多目标遥感地质信息的智能化提取技术、分类信息的图谱一体化识别技术、地球化学元素的最佳排序与基因谱曲线生成技术、基于元素基因谱曲线的最优集群动态分类技术、序列相关数据的元素序结构分析技术、综合式的地球化学数据预处理方法、地球化学序结构填图与成图技术等10多项核心技术；实现了高光谱全岩精细化地质填图、全岩地球化学元素序结构填图、多源地学大数据成矿预测等实践应用；拓展了智能化地质调查的新技术。智能地质将改变地质产业的生存业态，实现真正的绿色勘查，有助于我国实现“一路一带”战略，实现快速精准资源勘查。

以下重点介绍高光谱全岩精细化智能识别地质填图和全岩地球化学元素序结构填图技术，这两项技术入选了自然资源部《矿产资源节约和综合利用先进适用技术目录（2019版）》。

3.1 高光谱全岩精细化地质填图

2015年以来，中心利用HyMap和CASI/SASI航空高光谱数据，通过自主研发的蚀变矿物光谱检测、光谱波段序结构分析、最优动态聚类和图谱一体化识别等高光谱数据处理和分析方法，获取工作区全岩地质信息（包括岩性信息、蚀变矿物信息等），开展新型的高光谱全岩精细化专项填图示范研究。

2017年，中心在东疆实施了《东天山成矿带1∶5万航空高光谱岩相、矿物专项填图》项目，填制了白干湖幅、沙泉子幅、南湖戈壁幅和景峡站幅4幅1∶5万航空高光谱地质图，取得了良好的填图成果，积累了应用航空高光谱数据智能填图的宝贵经验。

3.1.1 自主核心技术

高光谱全岩精细化地质填图自主核心技术概况为：（1）基于波段序结构分析的蚀变矿物检测技术；（2）多目标遥感地质信息的智能化提取技术；（3）分类信息的图谱一体化识别技术；（4）自主开发的“高光谱蚀变信息提取软件系统（otPlatForm）”。

3.1.2 工作流程和技术优势

（1）工作流程：多种尺度的资料收集→高光谱数据处理、分析和地质信息提取（包括高光谱数据预处理、基于波段序列直方图的基本统计特征分析、基于波段序结构分析的蚀变矿物检测、基于最优动态聚类分析技术的全岩信息提取、地质信息的图谱一体化识别和解译，填（编）制岩相-岩性、蚀变矿物分布图）→野外遥感地质调查→根据野外地质调查结果，按照遥感解译和编图原则，完善成果图件编制。

（2）技术优势：应用高光谱岩相、矿物填图新技术优势包括①填图内容更丰富、细密、边界更准确。②工作更高效，从数据处理到地质成图只需2～3个月时间，野外验证只需几条典型剖面，约100 km/幅。③工作条件更灵活，可以克服地域、季节、气候等艰险困难条件的限制。

3.1.3 应用成果

中心通过成功实施东疆高光谱岩相矿物填图试点项目，初步构建了一套具有实用性、可操作性的技术方法组合和工作流程，为同类地质矿产调查工作提供了示范。白干湖幅原区调成果图（图3a）与高光谱全岩填图成果图（图3b）对比（图3）效果表明，高光谱地质填图相比于原有同尺度的区域地质图，信息量更加丰富，对地质体、构造线的勾绘更加精细、客观、全面，且更加快速、经济、有效，不仅能够极大减少野外人工调查，还提高了结果的准确性和客观性。

图3 原区调成果图（a）与高光谱全岩填图成果图（b）对比（白干湖幅）

3.2 地球化学序结构填图

2004年起，中心将高光谱遥感研究中研制的波段序结构分析方法，拓展到地球化学数据的分析和信息挖掘中，基于地球化学元素序列与高光谱波段序列的可比性，结合系统论原理，提出了地球化学数据元素序结构分析的技术思想（张远飞等，2016），后在湖南的湘南、云南的三江等地开展预研究，取得了较好的效果。2014年，中心承担实施中国地质调查局的“典型金属矿地球化学元素序结构研究与应用示范”项目，以内蒙古赤峰北部地区为研究区，基于1∶20万、1∶5万地球化学水系沉积物测量数据，以及3个典型金属矿床的1∶1万土壤（岩屑）剖面测量数据，全面系统地开展了地球化学序结构分析的方法技术与地质找矿应用研究，逐步构建起这一完整的技术框架和技术方法组合。地球化学元素序结构分析技术，就是对已有地球化学数据通过计算机智能识别产生地球化学地质（成矿）单元分区，这些地球化学单元区与地质（成矿）单元具有很好的对应关系，在元素足够多的条件下所产生的地球化学单元完全能很好地区分出不同的地层岩性或成矿单元，并由相应的元素基因谱曲线予以表达或标识。

2017年中心在东疆沙泉子幅开展了地球化学填图示范项目，通过人工智能技术识别划分地球化学地质（成矿）单元和提取地球化学元素（组合）异常，基于元素基因谱曲线推断和解释不同地质（成矿）单元的地质演化、成矿作用和找矿意义，并可进一步分析成矿区（带）的多期成矿作用、成矿物质来源及成矿元素富集分带等，这一技术开拓了地质大数据智能分析的新方向。2018年，地球化学数据元素序结构分析方法及装置获得国家发明专利。2019年，《地球化学数据元素序结构分析技术》获中国有色金属工业科技发明二等奖。

3.2.1 核心技术

地球化学序结构填图核心技术包括：（1）地球化学元素的最佳排序与基因谱曲线生成技术；（2）基于元素基因谱曲线的最优集群动态分类技术；（3）序列相关数据的元素序结构分析技术；（4）综合式的地球化学数据预处理方法；（5）地球化学序结构填图与成图技术；（6）自主研发的“多元地学信息综合处理与分析系统（RSIE）”。

3.2.2 工作流程与技术优势

（1）工作流程：多种尺度的地球化学测量数据收集→地球化学数据预处理与分析→地球化学数据分类与元素最佳排序→地球化学元素基因谱曲线生成与分析→地球化学元素序结构分析→地球化学异常提取与筛选→地球化学异常野外检查与验证→地质意义综合解释与找矿预测→地球化学系列成果图件编制。

（2）技术优势：地球化学元素序结构思想与分析技术是地球化学、岩石学、矿床学与复杂系统论等多学科的交叉综合，智能地球化学填图不是单纯的元素异常图，而是智能识别的不同地球化学元素（组合）异常单元分布图；不仅可应用于地质找矿，而且在矿床地球化学研究、成矿机理研究和成矿岩体地球化学元素基因谱研究等多方面均具有很好的应用空间。

3.2.3 应用成果

2017年在东疆沙泉子幅开展了1∶5万地球化学填图示范，对预处理后的1∶5万化探数据（全元素）进行智能化最优模式识别分类，以不同颜色标示各点位的类别，同一类别的点集分布区构成类单元。该应用示范保留5类单元（5种颜色），结果显示，各类单元与相应的地质-构造单元具有很好的吻合度（图4）。

图4 沙泉子幅地球化学地质（成矿）单元分区图

4 生态地质拓展“新领域”

在生态文明思想、绿色发展理念的引领和智能制造技术的支撑下，中国的产业体系转型升级迈向更高质量发展阶段（张志强和陈云伟，2020）。在“大地质、大生态、大服务”的理念指引下，中心主动跻身矿山生态环境保护，打造绿色治理技术体系，服务绿色发展。2018年，中心携手江苏绿岩生态技术股份有限公司共同组建了“生态环境绿色治理研究中心”，秉承“以自然的方式恢复自然”的新理念，推广基于“类壤土”基质的矿山生态环境综合治理、高陡边坡生物防护、矿山环境遥感调查与动态监测等技术，在河北张家口市、三河市和新疆乌鲁木齐等地开展了矿山环境治理和土壤修复治理示范工程等一批绿色治理示范项目，取得了较好的科研示范成果。

与国内外现有的覆土种植技术、喷播复绿技术、生态袋（毯）技术、坑槽式复绿技术、孔穴式复绿技术、悬挂式复绿技术等其它矿山生境恢复与治理技术相比，类壤土基质技术在成本较低、易施工、见效速度快的同时，还具备良好的可持续性和稳定性；在完成复绿后，人工施工痕迹基本消失，与周边环境融入一体，且养护周期短，大幅节约养护成本。同时，在其它喷播技术无法实现高陡边坡持续复绿的情况下，类壤土基质技术适用的边坡角度可以达到73°，成为了当前边坡复绿技术中成本最为节约、效果最为突出的技术之一（张波等，2018）。

以河北省张家口市流平寺矿山生态恢复治理科研示范工程为例，2019年7月，矿山治理1年后，实现了永久复绿率，其水土保持率、原山貌相似率、无二次污染率、免养护周期达标率等指标已达到国际先进水平。

2019年，基于“类壤土”基质的矿山生态环境综合治理技术被评为有色金属工业科学技术二等奖；2020年3月，该技术成功列入《绿色技术推广目录（2020年）》，是唯一一项矿山生态环境恢复绿色技术。

5 结束语

当前，我国大力实施创新驱动发展战略，科技创新在对国土资源事业的支撑中发挥着引领作用（刘耀林和何建华，2020）。回望近十年发展，在地勘行业低位运行时期，中心乘着“科技创新”的东风，以创新驱动发展步伐，大力发展新技术、新方法，不断探索新模式、新业态，走出了一条自主创新的发展道路，在时代浪潮中不断换发生机，主要体现在以下几个方面。

（1）搭建科创孵化平台，释放创新突破能力。中心鼓励有创意的技术人员成立独立的创新突破团队，先后成立了“行业战略研究室、生态环境绿色治理研究中心、矿山生态环境资源创新实验室、智能地质创新实验室、地质灾害工程室、矿产勘查事业部”等六个创新平台，平台间独立运行、各有侧重、有效互补，中心通过政策倾斜、经费保障、人才补给、薪酬激励等措施，构建了一套较为成熟的“孵化器体系”，并积极组织申请行业或部委级创新研发实验室平台建设，在培育创新突破点逐步走向成熟、释放创新能力方面发挥了关键作用。

（2）推动战略协同合作，形成良性互动循环。中心注重与地方政府、企业和高校间的合作与交流，相继与江苏绿岩生态技术股份有限公司共同组建了“生态环境绿色治理研究中心”，与河南省有色金属地质矿产局联合组建了“生态修复工程技术中心”，与南京国环科技股份有限公司等高新企业签署战略合作协议，与河北省张家口市、内蒙古敖汉旗政府签署战略合作协议及项目合作协议，与昆明理工大学、长安大学等高校建立了人才培养通道，形成了“高校-地勘单位-企业-地方政府”最优组合，建立了交叉互补、相互促进的合作关系。

（3）培育科技创新体系，培养科技领军人才。人才是科技创新的第一驱动力量，中心注重培育以团队带头人为核心的科技创新体系，通过创新项目实施，进一步加大培养科技领军人才培养力度。积极鼓励年轻技术骨干参加国内外学术研讨会进行学术交流，持续加大技术集成创新和深度研发。以信任为前提，为科研人员提供激励和约束并重的人才政策体系。制定了首席专家制度、学科带头人制度等用人评价体系，放手选用优秀青年人才承担重大项目、重点岗位，打破论资排辈的用人观点，为青年人才的脱颖而出提供舞台。

（4）崇尚创新文化建设，营造浓厚创新氛围。中心崇尚创新文化建设，秉承开放赞许的精神，鼓励大家沉下心来做学问，搞研究。中心以往的研究成果和技术突破，无不经历了“板凳要坐十年冷”的阶段，沉淀下来的研究成果是不断创新的基础和实现高质量发展的源泉。中心倡导戒骄戒躁、潜心研究的科研氛围，崇尚终身学习的理念，定期开展风采（学术、观点等）展示会，学术专题研讨会，搭建交流平台。并通过加大各专业和学科间跨界研究和协同共研，构建创新生态，促进“融合创新、持续发展、协同突破”的创新文化建设，持续引领高质量发展。

致谢：感谢有色金属矿产地质调查中心方维萱教授、郭刚教授、吴德文教授、张文杰高级工程师对本文提出的宝贵修改意见和大力帮助。

本文仅对中心近年来在基础理论、航磁勘查、智能地质、生态地质等四个方面的应用成果做了简要的介绍。此外，中心在地质找矿、地质灾害调查、行业战略研究、地质钻探技术创新等方面，还有很多突破性、创新性成果，限于水平和篇幅本文未能提及。

欢迎指正，不胜感激。