趙 平

(中國(guó)煤炭地質(zhì)總局，北京 100038)

近年來(lái)，全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇緩慢，礦業(yè)市場(chǎng)低迷，地質(zhì)勘查市場(chǎng)萎縮，國(guó)內(nèi)地勘行業(yè)處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期。黨的十九大把生態(tài)文明建設(shè)納入新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義建設(shè)的“五位一體”總體布局，國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對(duì)我國(guó)地質(zhì)勘查工作提出了新要求，一是要為實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)百年”目標(biāo)，提供安全、可靠、持續(xù)、穩(wěn)定的能源資源保障；二是要打造美麗中國(guó)，為綠色發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)提供基礎(chǔ)支撐和全方位服務(wù)。為此中國(guó)煤炭地質(zhì)總局提出了“透明地球”、“數(shù)字地球”和 “美麗地球”(以下簡(jiǎn)稱“三個(gè)地球”)的發(fā)展理念和戰(zhàn)略愿景，將 “三個(gè)地球”建設(shè)的戰(zhàn)略愿景融入企業(yè)深入供給側(cè)改革及地勘企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，藉此拓展服務(wù)領(lǐng)域，完善產(chǎn)業(yè)布局，為社會(huì)提供高質(zhì)量、高水平的地質(zhì)工作服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)走綠色發(fā)展之路。

1 “三個(gè)地球”戰(zhàn)略愿景提出的背景

新中國(guó)成立70年來(lái),地勘隊(duì)伍形成了“百局千隊(duì)”的龐大規(guī)模，涵蓋了黑色冶金、有色礦山、化工和非金屬等行業(yè)，為我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)體系奠定了基礎(chǔ)。但隨著全球經(jīng)濟(jì)速度放慢，中國(guó)經(jīng)濟(jì)也由高速增長(zhǎng)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，除了國(guó)家大宗型礦產(chǎn)及戰(zhàn)略資源地勘投入相對(duì)穩(wěn)定外，整體地質(zhì)勘查市場(chǎng)處于萎縮狀態(tài)，地質(zhì)勘查競(jìng)爭(zhēng)加劇，地質(zhì)勘查企業(yè)面臨以下幾個(gè)方面挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

①地勘市場(chǎng)的需求發(fā)生轉(zhuǎn)變。相比于2009年的探礦權(quán)出讓收益與勘查活動(dòng)指數(shù)及2012年的勘查投入，表征地勘形勢(shì)的統(tǒng)計(jì)指數(shù)均出現(xiàn)斷崖式下降(圖1)。

圖1 我國(guó)地質(zhì)勘查活動(dòng)指數(shù)Figure 1 National geological exploration activity indices

②地勘企業(yè)的發(fā)展方向發(fā)生轉(zhuǎn)變。在能源和礦產(chǎn)資源領(lǐng)域，大宗礦產(chǎn)需求依舊旺盛，總量仍然很大，戰(zhàn)略性新興礦產(chǎn)需求方興未艾，處于快速增長(zhǎng)階段。同時(shí)民生地質(zhì)、工程地質(zhì)、礦山地質(zhì)、土地修復(fù)、地災(zāi)治理、地理信息、地質(zhì)數(shù)據(jù)服務(wù)等領(lǐng)域，以及城市污水處理、廢物綜合利用、節(jié)能減排等“地質(zhì)+”市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)[1]，是地勘企業(yè)做強(qiáng)做優(yōu)做大的重大機(jī)遇。

③地勘行業(yè)的資金投向發(fā)生轉(zhuǎn)變。從自然資源部發(fā)布的《2018年全國(guó)地質(zhì)勘查成果通報(bào)》可以看出，在資金投向上，傳統(tǒng)的以找礦為主的地質(zhì)勘查投入持續(xù)下滑，服務(wù)支撐生態(tài)文明建設(shè)的地質(zhì)勘查投入不斷上升，如水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)與地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、城市地質(zhì)調(diào)查、農(nóng)業(yè)地質(zhì)等進(jìn)一步得到加強(qiáng)[2]，地質(zhì)勘查行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐加快。

④地勘企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。我國(guó)大部分國(guó)有地勘單位產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，主要為傳統(tǒng)地質(zhì)勘查、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查防治、工程勘察施工、測(cè)繪及土地調(diào)查等，同質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)較為嚴(yán)重。而十九大報(bào)告中提出的“加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國(guó)”目標(biāo)，則為新時(shí)代地勘企業(yè)提供了新的方向——著力推進(jìn)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展，為國(guó)家生態(tài)安全建設(shè)提供地質(zhì)技術(shù)支撐(圖2)。

圖2 地勘企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變Figure 2 Geological exploration enterprise industrial structure transformations

針對(duì)地勘企業(yè)現(xiàn)狀與新時(shí)代地質(zhì)勘查工作發(fā)展不適應(yīng)問(wèn)題，中國(guó)煤炭地質(zhì)總局提出了地勘企業(yè)在新時(shí)代生態(tài)文明重大發(fā)展機(jī)遇期新的發(fā)展理念，即構(gòu)建新時(shí)代“透明地球”、“數(shù)字地球”和“美麗地球”的地勘戰(zhàn)略愿景，旨在“以地質(zhì)勘查技術(shù)為依托，全面加強(qiáng)地下空間探測(cè)，投身‘透明地球’建設(shè)；以地災(zāi)治理、環(huán)境修復(fù)技術(shù)為依托，做生態(tài)文明建設(shè)的先行者，奉獻(xiàn)‘美麗地球’建設(shè)；以地理信息技術(shù)為依托，全面打造地質(zhì)信息化產(chǎn)業(yè)平臺(tái)，參與‘?dāng)?shù)字地球’建設(shè)。”[2]

2 “三個(gè)地球” 戰(zhàn)略愿景

2.1 內(nèi)涵

①“透明地球”側(cè)重于地球孕育規(guī)律性研究。直接目標(biāo)是以系統(tǒng)論、自組織理論、突變論、協(xié)同論等多理論為基礎(chǔ)，尋找地球多圈層的關(guān)系機(jī)理，了解地球系統(tǒng)形成、演化、內(nèi)在關(guān)聯(lián)的機(jī)制規(guī)律；借助重力法、電法、地震法、電磁法、放射法等先進(jìn)的勘查技術(shù)手段，以大數(shù)據(jù)和信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可視化，有利于解決由于地質(zhì)體、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地質(zhì)過(guò)程的極端復(fù)雜性、不可見性和數(shù)據(jù)采集的抽樣方式不同導(dǎo)致的“結(jié)構(gòu)信息不全、關(guān)系信息不全、參數(shù)信息不全、演化信息不全”等問(wèn)題。

②“數(shù)字地球”側(cè)重在空間數(shù)據(jù)采集、信息挖掘與虛擬表達(dá)。它的直接目標(biāo)是透過(guò)空間技術(shù)、信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等構(gòu)建虛擬地球，使地球的理論研究及勘探成果疊積為可觀的地球信息庫(kù)，通過(guò)運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù))、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、AI技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等集成地球數(shù)據(jù)系統(tǒng)，通過(guò)地理坐標(biāo)的形式表達(dá)出來(lái)，形成一個(gè)虛擬的地球信息系統(tǒng)。

③“美麗地球”側(cè)重地球的保護(hù)、防治和修復(fù)，實(shí)現(xiàn)人地關(guān)系的協(xié)調(diào)發(fā)展。它的直接任務(wù)是治理污染、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害預(yù)測(cè)防治，它的根本目標(biāo)是營(yíng)建、守護(hù)適合人類生存與可持續(xù)發(fā)展的家園；它的對(duì)象是地球本身，是地球的美、生態(tài)的平衡；它借助綠色勘探技術(shù)、生態(tài)修復(fù)技術(shù)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)與防治技術(shù)，以確保“美麗地球”成為我們共享的家園。

2.2 “三個(gè)地球”的辯證關(guān)系

地勘行業(yè)的“三個(gè)地球”思想可以說(shuō)是集成了人類對(duì)地球認(rèn)識(shí)與探索最新成果。

“三個(gè)地球”理念的對(duì)象是地球，但卻有不同的工作方向、目標(biāo)和方式方法，同時(shí)，又相互支撐與影響，形成一個(gè)相互勾連、蘊(yùn)意豐滿的指導(dǎo)思想布局(圖3)。

圖3 “三個(gè)地球”的辯證關(guān)系Figure 3 Dialectical relationships in “triple earth”

“數(shù)字地球”就地球研究與實(shí)踐而言，更多帶有工具、框架的性質(zhì)，它的信息數(shù)據(jù)依賴“透明地球”的研究、勘探才能獲得、積累與驗(yàn)證?！巴该鞯厍颉钡难芯颗c勘探工作借助“數(shù)字地球”工具，則能夠收到事半功倍的效果，巧妙運(yùn)用“數(shù)字地球”，將使地球更加“透明”?！巴该鞯厍颉迸c“數(shù)字地球”是相互支撐、相互影響的關(guān)系，“透明地球”+“數(shù)字地球”則使雙方相得益彰。

“美麗地球”的建設(shè)離不開“透明地球”、“數(shù)字地球”的科學(xué)理論、技術(shù)、數(shù)字框架，“美麗地球”建設(shè)的成效和方向甚至問(wèn)題都受到后兩者的影響；而“透明地球”、“數(shù)字地球”都以“美麗地球”為根本目標(biāo)和基本的價(jià)值判據(jù)。“透明地球”+“美麗地球”，激活了地勘行業(yè)的新方向和產(chǎn)業(yè)活力，使其擔(dān)當(dāng)了生態(tài)文明建設(shè)的歷史使命，而“美麗地球”也由此扎實(shí)其科技基礎(chǔ)，擺脫先前匍匐自然之下的奴役地位，遠(yuǎn)離狂亂破壞生態(tài)的危險(xiǎn)境地?！皵?shù)字地球”+“美麗地球”，使得虛擬地球這個(gè)現(xiàn)代工具發(fā)揮更大的作用，而“美麗地球”又規(guī)范著“數(shù)字地球”，使其能夠真正落地，“虛擬”而不假、“數(shù)字”而不空。

2.3 “三個(gè)地球”的戰(zhàn)略意義

建設(shè)“透明地球”、“數(shù)字地球”和“美麗地球”是新時(shí)代地勘企業(yè)踐行“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”新發(fā)展理念、貫徹落實(shí)中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)“五位一體”總體布局、主動(dòng)適應(yīng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)由高速增長(zhǎng)轉(zhuǎn)為高質(zhì)量發(fā)展和適應(yīng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的必然要求；是新時(shí)代地勘企業(yè)積極投身建設(shè)新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)的歷史使命與責(zé)任擔(dān)當(dāng)、是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重大戰(zhàn)略機(jī)遇，是參與“為世界謀大同”中國(guó)方案的實(shí)際踐行，意義重大，使命光榮。

①踐行“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放和共享”新發(fā)展理念的必然要求。新時(shí)代地勘企業(yè)通過(guò)踐行新發(fā)展理念，從而找到了全新的發(fā)展方向與發(fā)展路徑。踐行創(chuàng)新發(fā)展理念解決企業(yè)自身發(fā)展動(dòng)力問(wèn)題；踐行協(xié)調(diào)發(fā)展理念解決企業(yè)發(fā)展不平衡問(wèn)題；踐行綠色發(fā)展解決人與自然和諧共生問(wèn)題；踐行開放發(fā)展解決發(fā)展內(nèi)外聯(lián)動(dòng)問(wèn)題；踐行共享理念解決職工共享企業(yè)改革發(fā)展成果問(wèn)題。

②貫徹落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)的必然要求。在新時(shí)代，地勘單位精準(zhǔn)對(duì)接經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)對(duì)行業(yè)的需求，由單一礦產(chǎn)資源型勘查向地、礦、海、水、林、草多門類自然資源的綜合型勘查轉(zhuǎn)變，以地災(zāi)治理、環(huán)境修復(fù)技術(shù)為依托，研究解決重大生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題，做生態(tài)文明建設(shè)的先行者[2]，建設(shè)“美麗地球”，也是貫徹落實(shí)“五位一體”總體布局的必然要求。

③適應(yīng)供給側(cè)改革實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然要求。中國(guó)煤炭地質(zhì)總局成立60多年來(lái)，先后完成了四次全國(guó)煤炭資源預(yù)測(cè)；兩次全國(guó)化工礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)；勘探了我國(guó)急需的煤炭、磷、硫、硼、鉀、鐵等20多種礦產(chǎn)資源，為國(guó)家能源和糧食安全等提供了地質(zhì)保障，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)騰飛做出了重要貢獻(xiàn)。十八大以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，作為供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革“三去一降一補(bǔ)”高能耗高污染的煤炭，其上游傳統(tǒng)地勘行業(yè)受到嚴(yán)重沖擊，傳統(tǒng)地勘市場(chǎng)規(guī)模急劇萎縮，但高質(zhì)量發(fā)展也使地勘工作發(fā)生了新的變化，催生了諸如新能源資源勘查、民生地質(zhì)、工程地質(zhì)、礦山地質(zhì)、土地修復(fù)、地災(zāi)治理、地理信息、地質(zhì)數(shù)據(jù)服務(wù)、城市污水處理、廢物綜合利用、節(jié)能減排、“地質(zhì)+”市場(chǎng)等新的地勘工作。構(gòu)建“透明地球”、“數(shù)字地球”和“美麗地球”體系，可以滿足地勘市場(chǎng)新需求，是新時(shí)代地勘企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展、做優(yōu)做強(qiáng)做大的重大機(jī)遇。

④是參與“為世界謀大同”的中國(guó)方案的實(shí)際踐行。習(xí)近平總書記共建“一帶一路”倡議正在成為中國(guó)參與全球開放合作、改善全球經(jīng)濟(jì)治理體系、促進(jìn)全球共同發(fā)展繁榮、推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的中國(guó)方案。積極參與“一帶一路”，建設(shè)“透明地球”、“數(shù)字地球”和“美麗地球”，服務(wù)沿線國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)文明建設(shè)，是新時(shí)代地勘企業(yè)參與“為世界謀大同”的中國(guó)方案的實(shí)際踐行。

3 “三個(gè)地球”的研究現(xiàn)狀及主要技術(shù)

3.1 “透明地球”

3.1.1 現(xiàn)狀

1999年澳大利亞的Carr博士在“悉尼礦產(chǎn)勘查研究組覆蓋層之下勘查討論會(huì)”上，第一次提出了“玻璃地球”的概念[3]，澳大利亞政府隨之于2001年正式啟動(dòng)了“玻璃地球”計(jì)劃，目標(biāo)是使澳大利亞大陸地表以下、深度1000m以內(nèi)的地質(zhì)狀況變得透明。其他國(guó)家也紛紛對(duì)此做出響應(yīng)。加拿大制定了詳細(xì)的巖石圈探測(cè)計(jì)劃，通過(guò)地震發(fā)射技術(shù)，深入探測(cè)了地球內(nèi)部的地質(zhì)情況。該計(jì)劃不僅在基礎(chǔ)地質(zhì)研究上有了重大的突破，解釋了北美大陸巖石圈的演化過(guò)程，還在紐芬蘭省西部海岸發(fā)現(xiàn)了石油資源[4]。

2001年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和美國(guó)國(guó)家航空與航天局聯(lián)合發(fā)起了一項(xiàng)名為 “地球透鏡” 的計(jì)劃[5]。主要目的是探索北美大陸的構(gòu)造與演化、并揭示地震及火山噴發(fā)的秘密。此外，還有瑞士地殼探測(cè)計(jì)劃、意大利地殼探測(cè)計(jì)劃、德國(guó)大陸反射地震計(jì)劃、俄羅斯深度地殼探測(cè)計(jì)劃等。

我國(guó)自2006年在“玻璃地球”建設(shè)方面開展了諸多探索性研究。包括大陸地殼、含油氣盆地等綜合研究。2009年6月10日，中國(guó)科學(xué)院發(fā)布了《創(chuàng)新2050：科學(xué)技術(shù)與中國(guó)的未來(lái)》系列報(bào)告。該報(bào)告提出了“中國(guó)地下4000m透明計(jì)劃”，力爭(zhēng)到2040年，我國(guó)主要區(qū)域的地下4000m地質(zhì)信息變的“透明”，為尋找深部礦產(chǎn)資源提供基礎(chǔ)的研究資料[5]。2014年4月16日，在香山開展了以“中國(guó)‘玻璃地球’建設(shè)和核心技術(shù)及發(fā)展戰(zhàn)略”為主題的科學(xué)會(huì)議學(xué)術(shù)討論會(huì)。該會(huì)議認(rèn)為“玻璃地球”概念雖然已經(jīng)成為目前的研究重點(diǎn)，但相關(guān)理論與方法均不成熟。

3.1.2 主要技術(shù)

世界各國(guó)的“玻璃地球”建設(shè)計(jì)劃的實(shí)施，都采取以三維區(qū)域地質(zhì)填圖為主導(dǎo)與深部探測(cè)計(jì)劃相結(jié)合的方式，建立三維地質(zhì)框架模型，并融入了多源信息，甚至建立了多尺度、多分辨率的分類或分級(jí)地層框架模型[6]。主要的技術(shù)包括地球物理勘探及其數(shù)據(jù)反演、三維地質(zhì)建模與可視化。

①地球物理勘探 ( 簡(jiǎn)稱物探)。按其信息獲取的途徑，可以分航空物探、地面物探、地下物探。如果按研究巖( 礦) 石的物性特征可分為重磁勘探方法、地震勘探方法、激發(fā)極化法、電磁感應(yīng)方法、放射性方法等[7]。

②地球物理勘探的數(shù)據(jù)反演。地球物理反演就是利用地表(或地下) 觀測(cè)到的物理數(shù)據(jù)推測(cè)地表以下介質(zhì)物性結(jié)構(gòu)特征(幾何大小、物性參數(shù)等)，為下一步地質(zhì)解釋提供依據(jù)。地質(zhì)解釋主要依據(jù)測(cè)定的巖石類型和物理性質(zhì)之間的關(guān)系或者數(shù)理統(tǒng)計(jì)規(guī)律，來(lái)推測(cè)地下不同巖石的分布區(qū)域，由此導(dǎo)出有關(guān)地質(zhì)構(gòu)造、動(dòng)力和演化的佐證，或者得出有關(guān)礦產(chǎn)生成、儲(chǔ)存和聚集的結(jié)論[7]。

③三維地質(zhì)建模與可視化。借助三維地質(zhì)建模軟件，技術(shù)人員可以將二維抽象的地質(zhì)信息以三維可視化的圖形效果直觀形象地展示出來(lái)，建立逼真的空間立體地質(zhì)模型，借助三維建模軟件強(qiáng)大的互交式空間數(shù)據(jù)處理和分析工具，對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行三維交互信息查詢和分析處理，提取各種控礦地質(zhì)因素，展示各種地質(zhì)現(xiàn)象間的拓?fù)潢P(guān)系，增強(qiáng)了地質(zhì)分析的直接性和準(zhǔn)確性[7]。

3.2 “數(shù)字地球”

3.2.1 現(xiàn)狀

數(shù)字地球這個(gè)概念最初提出是美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栐?998年的“The Digital Earth: Understanding our planet in the 21st Century”演講中首次提到將各種與地球相關(guān)的信息集成起來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地球的數(shù)字化、可視化表達(dá)，以及多尺度、多分辨率動(dòng)態(tài)交互。

在1998年到1999年兩年期間，美國(guó)國(guó)家航空航天局和地質(zhì)調(diào)查局等聯(lián)合舉辦了四次數(shù)字地球研討會(huì)。中國(guó)在這個(gè)時(shí)期也積極推進(jìn)著數(shù)字地球的相關(guān)進(jìn)程。中國(guó)科學(xué)院遙感所向中國(guó)科學(xué)院提交數(shù)字地球項(xiàng)目書面建議，中國(guó)學(xué)者提交數(shù)字地球的技術(shù)集成框架和原型研究的課題申請(qǐng)書，并在1999年在北京舉辦了首屆“數(shù)字地球國(guó)際會(huì)議”。

3.2.2 主要技術(shù)

傳統(tǒng)數(shù)字地球是以遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬技術(shù)為核心的信息技術(shù)系統(tǒng)。數(shù)字地球在全球范圍內(nèi)建立一個(gè)以空間位置為主線, 將信息組織起來(lái)的復(fù)雜系統(tǒng)。其按照地理坐標(biāo)整理并構(gòu)造一個(gè)全球的信息模型，描述地球上每一點(diǎn)的全部信息, 按地理位置組織存儲(chǔ)起來(lái)，并提供有效、方便、直觀的檢索手段和顯示手段，使每一個(gè)人都可以快速、準(zhǔn)確、充分和完整地了解及利用地球各方面的信息[8]。

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等信息技術(shù)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)數(shù)字地球的不斷革新。利用海量、多分辨率、多時(shí)相、多類型對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用智能信息方法技術(shù)研究數(shù)字地球積累的地球大數(shù)據(jù)，將數(shù)字地球升級(jí)到信息地球，是未來(lái)地球科學(xué)發(fā)展的重大機(jī)遇與重要的研究領(lǐng)域。將人工智能運(yùn)用到數(shù)字地球是未來(lái)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì) 。

①遙感。利用微波遙感、可見光遙感和熱紅外遙感可以實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源和能源的探測(cè)。

②全球定位系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的近地表空間地理位置、位移速度及時(shí)間信息。

③地理信息系統(tǒng)。依靠計(jì)算技術(shù)，對(duì)整個(gè)或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)[9]。如 “數(shù)字礦山”，已通過(guò)地理信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了礦山數(shù)字化管理。

④虛擬現(xiàn)實(shí)。利用計(jì)算機(jī)生成高度逼真的虛擬環(huán)境，通過(guò)多種傳感設(shè)備使人產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)，并可實(shí)現(xiàn)人與該環(huán)境的自然交互的計(jì)算機(jī)技術(shù)[10]。以 “數(shù)字礦山” 為例，通過(guò)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn) 礦山數(shù)字化信息系統(tǒng)和礦山的虛擬表達(dá)。

⑤增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。該技術(shù)將原本在現(xiàn)實(shí)世界一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息(視覺(jué)信息、聲音、味道、觸覺(jué)等)通過(guò)計(jì)算技術(shù)，模擬仿真后再疊加，使虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)[11]。虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)數(shù)字地球技術(shù)的革新，也必將促進(jìn)“透明地球”的建設(shè)。

⑥地質(zhì)大數(shù)據(jù)。地質(zhì)大數(shù)據(jù)來(lái)源于地球物理、地球化學(xué)、鉆探測(cè)井、遙感遙測(cè)、傳感監(jiān)測(cè)等活動(dòng)中產(chǎn)生的多維海量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)集合只有通過(guò)建立大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，集成機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)方法，以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)挖掘，深化對(duì)地球系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解。

⑦物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等信息，通過(guò)各類網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過(guò)程的智能化感知、識(shí)別和管理。

⑧云計(jì)算。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)“云”將海量數(shù)據(jù)處理程序分解成無(wú)數(shù)個(gè)小程序，分配給多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行處理，然后將得到的結(jié)果返回給用戶。

⑨人工智能(AI)。用于模擬、延伸和擴(kuò)展人智能的理論、方法、技術(shù)，在地質(zhì)領(lǐng)域的人工智能主要包括專家系統(tǒng)，智能計(jì)算和智能設(shè)備等。

3.3 “美麗地球”

3.3.1 現(xiàn)狀

“美麗地球”最初就是人類在認(rèn)知和探索過(guò)程中對(duì)地球的審美認(rèn)知以及對(duì)生存環(huán)境的一種美好愿景，其作為專業(yè)概念是新近才出現(xiàn)的。上世紀(jì)中葉，西方發(fā)達(dá)國(guó)家相繼發(fā)生一系列環(huán)境事件，促使人們反思人與自然的關(guān)系，警惕工業(yè)化、城市化、現(xiàn)代化過(guò)程中地球環(huán)境破壞的危險(xiǎn)。

習(xí)近平總書記在吉安考察時(shí)首次提出“綠水青山就是金山銀山”，科學(xué)界定了環(huán)境與發(fā)展、生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系；黨的十八首次提出了“美麗中國(guó)”執(zhí)政理念；十八屆五中全會(huì)又把“美麗中國(guó)”納入“十三五”規(guī)劃。2019年4月28日，國(guó)家主席習(xí)近平在北京世界園藝博覽會(huì)開幕式首次提出了“美麗地球”的理念。中國(guó)煤炭地質(zhì)局提出在地勘領(lǐng)域開展 “美麗地球” 建設(shè)工作，這一工作思想是對(duì)習(xí)近平總書記 “美麗地球”理念的貫徹落實(shí)與行業(yè)實(shí)踐。現(xiàn)“美麗地球”的理念已融入國(guó)家發(fā)展的各個(gè)方面，在地勘領(lǐng)域“美麗地球”的理論基礎(chǔ)、評(píng)測(cè)體系等方面也都在進(jìn)一步研究中。

3.3.2 主要技術(shù)

“美麗地球”目前的目標(biāo)是最大限度地減少對(duì)生態(tài)的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)找礦和環(huán)保的雙贏，共同建設(shè)清潔、美麗的地球家園。主要包括如下技術(shù)。

①綠色勘查技術(shù)?？辈槲挥诘V業(yè)行業(yè)最前端，傳統(tǒng)地質(zhì)勘查會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)一系列影響，包括對(duì)植被和地表的擾動(dòng)或破壞，對(duì)地表水、地下水的影響，油污污染、廢棄物、揚(yáng)塵等。實(shí)行綠色勘查可以從源頭上保護(hù)生態(tài)環(huán)境。綠色勘查重在綠色發(fā)展理念，旨在以科學(xué)的管理方法，運(yùn)用先進(jìn)的方法、技術(shù)、設(shè)備和工藝，實(shí)施勘查全過(guò)程環(huán)境影響最小化，最大限度地減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)，并對(duì)受擾動(dòng)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)的勘查方式。

②環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)。對(duì)地質(zhì)勘查和礦山開采等造成的擾動(dòng)或污染，運(yùn)用的化學(xué)、物理、生物及生態(tài)等監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急快速監(jiān)測(cè)到自動(dòng)連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，以及生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)。

③生態(tài)修復(fù)技術(shù)。針對(duì)礦山開采、地質(zhì)災(zāi)害等造成的擾動(dòng)或產(chǎn)生的污染，在生態(tài)學(xué)原理指導(dǎo)下，以生物修復(fù)為基礎(chǔ)，結(jié)合各種物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)以及工程技術(shù)措施的一種綜合的修復(fù)污染環(huán)境的方法。

4 “三個(gè)地球” 建設(shè)的重點(diǎn)發(fā)展方向

十九大報(bào)告提出：“加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國(guó)”“中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段”等對(duì)我國(guó)地質(zhì)勘查工作提出了新的要求。為此地勘企業(yè)應(yīng)從美麗中國(guó)、鄉(xiāng)村振興、生態(tài)保護(hù)、地災(zāi)治理等方面入手，充分發(fā)揮地勘行業(yè)特色優(yōu)勢(shì)，轉(zhuǎn)型升級(jí)融入“大地質(zhì)”，大力開展環(huán)境地質(zhì)、農(nóng)業(yè)地質(zhì)、水土環(huán)境修復(fù)、礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、城市地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、基礎(chǔ)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查、土地質(zhì)量調(diào)查評(píng)價(jià)、海岸帶地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害治理等生態(tài)安全地質(zhì)保障工作，據(jù)此確定地勘行業(yè)在“三個(gè)地球”理念下的重點(diǎn)發(fā)展方向(圖4)。

圖4 “三個(gè)地球”建設(shè)的重點(diǎn)發(fā)展方向Figure 4 Key development orientation of “triple earth” construction

4.1 “透明地球”重點(diǎn)發(fā)展方向

4.1.1 資源勘查產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型

圍繞國(guó)家經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及“京津冀協(xié)同發(fā)展”“西部大開發(fā)”“一帶一路”等國(guó)家戰(zhàn)略推進(jìn)實(shí)施帶來(lái)的能源、礦產(chǎn)資源需求結(jié)構(gòu)變化，促進(jìn)了勘查產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)變；①推動(dòng)傳統(tǒng)資源勘查主業(yè)向國(guó)家急需的新能源、新材料和戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源領(lǐng)域轉(zhuǎn)變；②推動(dòng)傳統(tǒng)地質(zhì)技術(shù)服務(wù)向礦山全生命周期地質(zhì)技術(shù)服務(wù)、綠色礦山建設(shè)地質(zhì)技術(shù)服務(wù)等領(lǐng)域轉(zhuǎn)變；③在資源勘查區(qū)域格局上，重點(diǎn)向西部、深部以及海洋地質(zhì)等方向轉(zhuǎn)移。

4.1.2 注重市場(chǎng)需求，加強(qiáng)新能源資源開發(fā)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)入工業(yè)化中后期階段，煤炭的能源占比不斷降低，能源與礦產(chǎn)資源需求結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，清潔低碳能源成為主要發(fā)展方向，油氣、頁(yè)巖氣、天然氣水合物、鈾、地?zé)岬惹鍧嵞茉纯辈槿找媸艿街匾?。隨著中央供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革持續(xù)推進(jìn)，以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命使戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)所需的鋰、鈷、稀土等礦產(chǎn)資源逐漸成為需求重點(diǎn)，新能源需求不斷擴(kuò)大。在保持國(guó)家規(guī)劃礦區(qū)、空白區(qū)優(yōu)質(zhì)煤炭資源勘查工作的同時(shí)，立足優(yōu)勢(shì)，拓展領(lǐng)域，以煤層氣、頁(yè)巖氣、非常規(guī)天然氣、地溫能、地?zé)?、干熱巖為重點(diǎn)，加大對(duì)潔凈能源的研究、勘查與開發(fā)，密切關(guān)注我國(guó)油氣開采體制改革，積極推進(jìn)油頁(yè)巖、油沙等的開發(fā)利用，適時(shí)進(jìn)入油氣勘查開采市場(chǎng)；以砂巖型鈾礦、石墨、“三稀”以及銅、鉛、鋅、錳、金、銀、鋰、鎳等為重點(diǎn)，不斷加大對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略性新興礦產(chǎn)和緊缺礦產(chǎn)的研究、勘查與開發(fā)；以鉀鹽、螢石等化工礦產(chǎn)資源為重點(diǎn)，加大對(duì)非能源領(lǐng)域礦產(chǎn)資源的勘查與開發(fā)。積極推進(jìn)國(guó)家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源的開發(fā)、加工及礦產(chǎn)品銷售，拓展多元化服務(wù)領(lǐng)域，加快傳統(tǒng)資源型地質(zhì)地勘業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

4.1.3 發(fā)展地下工程建設(shè)產(chǎn)業(yè)

跟蹤國(guó)家加大城市地下管廊建設(shè)的新機(jī)遇，開展地下空間地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)監(jiān)測(cè)、地下空間勘查施工等。加強(qiáng)城市地下管網(wǎng)的普查、探測(cè)、管線系統(tǒng)管理軟件市場(chǎng)開發(fā)力度，不斷推動(dòng)由地下管線探測(cè)向管線檢測(cè)、管線基礎(chǔ)應(yīng)用、智慧物聯(lián)應(yīng)用等的轉(zhuǎn)變。

大力發(fā)展巖土工程勘察、城市地質(zhì)；地基與基礎(chǔ)工程、地下綜合管廊、地下綜合體、海綿城市；道路病害探測(cè)與防治、城市塌陷探測(cè)與治理等業(yè)務(wù)，積極拓展交通、隧道、水利、工業(yè)與民用建筑、市政工程、特色小鎮(zhèn)建設(shè)等領(lǐng)域與地質(zhì)相關(guān)的地下工程建設(shè)業(yè)務(wù)[1]。

4.1.4 發(fā)展城市地質(zhì)，融入智慧城市建設(shè)

把城市“透明地球”建設(shè)與“智慧城市”建設(shè)結(jié)合起來(lái)，圍繞城市地質(zhì)-地下工程-城市地表一體化管理與預(yù)警，探索利用物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、超算平臺(tái)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)，開展面向“智能城市”的新型“透明地球”建設(shè)，開展面向智慧城市的地質(zhì)時(shí)空大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)體系構(gòu)建，形成城市地質(zhì)工作融入智慧城市的整體解決方案[12]。

4.2 “數(shù)字地球”重點(diǎn)發(fā)展方向

4.2.1 提升空間數(shù)據(jù)獲取及處理能力

大力發(fā)展高分辨率高空衛(wèi)星遙感、中空航空攝影測(cè)繪、低空無(wú)人機(jī)航空數(shù)據(jù)獲取能力，豐富地面及室內(nèi)光學(xué)、雷達(dá)、激光等多種影像數(shù)據(jù)獲取方式，以“3S” 加快相關(guān)專業(yè)技術(shù)設(shè)備引進(jìn)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力，強(qiáng)化測(cè)繪遙感數(shù)據(jù)在國(guó)土、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、氣象、海洋、環(huán)境、減災(zāi)、統(tǒng)計(jì)、交通等領(lǐng)域和城鄉(xiāng)區(qū)域規(guī)劃管理以及重大工程建設(shè)中的應(yīng)用，創(chuàng)新服務(wù)模式，拓展測(cè)繪遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈。

4.2.2 加快地理信息系統(tǒng)軟件研發(fā)與應(yīng)用

促進(jìn)地理信息軟件技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)格技術(shù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等通用信息技術(shù)融合，重點(diǎn)發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等，適應(yīng)云計(jì)算技術(shù)、時(shí)空技術(shù)、三維技術(shù)的地理信息系統(tǒng)軟件產(chǎn)品；重點(diǎn)研發(fā)地理信息技術(shù)在國(guó)土、農(nóng)業(yè)、規(guī)劃、公安、應(yīng)急、生態(tài)、統(tǒng)計(jì)等領(lǐng)域應(yīng)用系統(tǒng)，促進(jìn)地理信息與導(dǎo)航定位融合發(fā)展。結(jié)合國(guó)家重大戰(zhàn)略實(shí)施，創(chuàng)新地理信息技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源調(diào)查、信息化建設(shè)等方面的服務(wù)模式，形成從需求、設(shè)計(jì)、建設(shè)到運(yùn)營(yíng)全過(guò)程的地理信息應(yīng)用服務(wù)體系。

4.2.3 積極研發(fā)與地理信息相關(guān)的智能化產(chǎn)品

大力推進(jìn)地理信息在數(shù)字城市、智慧城市、智慧礦山建設(shè)中的應(yīng)用；充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體技術(shù)等，推動(dòng)數(shù)字地圖、多媒體地圖、三維立體地圖、網(wǎng)絡(luò)地圖、城市街景地圖等現(xiàn)代地圖出版，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展提供高質(zhì)量、多元化的數(shù)字產(chǎn)品。

4.2.4 提高地質(zhì)大數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用能力

在基礎(chǔ)地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)的調(diào)查勘查和相應(yīng)的地質(zhì)科學(xué)研究過(guò)程中，在能源、礦產(chǎn)的開發(fā)利用和環(huán)境、地災(zāi)的監(jiān)測(cè)、防治過(guò)程中，以及航空、航天對(duì)地遙感觀測(cè)活動(dòng)中產(chǎn)生了大量海量、多維的數(shù)據(jù)。地質(zhì)大數(shù)據(jù)獲得的途徑包括地球物理、地球化學(xué)、鉆探測(cè)井、遙感遙測(cè)、傳感監(jiān)測(cè)[13]。提升地質(zhì)大數(shù)據(jù)在成礦預(yù)測(cè)、能源開發(fā)、地災(zāi)防治中的應(yīng)用能力。

4.3 “美麗地球”重點(diǎn)發(fā)展方向

4.3.1 發(fā)展生態(tài)與環(huán)境產(chǎn)業(yè)

加快構(gòu)建以礦山水文地質(zhì)勘查、礦山水害精細(xì)勘探以及區(qū)域環(huán)境地質(zhì)調(diào)查與評(píng)價(jià)、礦山環(huán)境調(diào)查評(píng)價(jià)與恢復(fù)治理、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)與治理、環(huán)境修復(fù)治理、污水處理以及固廢危廢處理、垃圾資源化處理、煤炭清潔化利用等為核心的勘查評(píng)價(jià)技術(shù)體系[1]。加大水文物探高端裝備的投入和科技研發(fā)，大力拓展地質(zhì)災(zāi)害、礦山環(huán)境恢復(fù)治理、采煤沉陷區(qū)治理、礦山防治水、礦山應(yīng)急救援、地質(zhì)公園建設(shè)；水環(huán)境修復(fù)治理、污水處理、固廢和危廢處理；垃圾資源化處理、煤炭清潔化利用；資源與環(huán)境承載力評(píng)價(jià)等業(yè)務(wù)[1]，著力推進(jìn)生態(tài)與環(huán)境產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新，以科技研發(fā)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4.3.2 加快發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)地質(zhì)技術(shù)服務(wù)產(chǎn)業(yè)

加快構(gòu)建以土地質(zhì)量地質(zhì)調(diào)查、土壤地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)、土地整治、土壤及地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)與修復(fù)治理等與土地工程相關(guān)的技術(shù)體系[1]。融合目前已有的飼料、化肥和地理信息等領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建以測(cè)土配方精準(zhǔn)施肥、生物飼料、生物肥料、智慧農(nóng)業(yè)、田園綜合體、農(nóng)業(yè)生態(tài)產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃為核心的生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，拓展延伸現(xiàn)代農(nóng)業(yè)地質(zhì)技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域，打造生態(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)提供技術(shù)支撐。

4.3.3 推進(jìn)生態(tài)修復(fù)和全域治理

以礦山修復(fù)、地災(zāi)治理為契機(jī)，秉著生態(tài)修復(fù)和利用并重的原則，按照山水林田湖草系統(tǒng)治理的理念，進(jìn)行全域規(guī)劃、全域整治，探索礦山修復(fù)、地災(zāi)治理與旅游、康養(yǎng)、地產(chǎn)、工業(yè)開發(fā)等結(jié)合的生態(tài)修復(fù)模式。

5 結(jié)語(yǔ)

引入“三個(gè)地球”的理念，是地勘行業(yè)的創(chuàng)新，地勘企業(yè)通過(guò)實(shí)施“透明地球”“美麗地球”工程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“數(shù)字地球”。三者相互支撐、相合融合，相互促進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集、歸納、匯總、集成等，這不僅包括大數(shù)據(jù)的一體化存儲(chǔ)、組織、管理，更為重要的是后期的數(shù)據(jù)挖掘和分析能力的提升，支撐更大區(qū)域精細(xì)化、定量化的地球三維模型構(gòu)建，將為后續(xù)開展地質(zhì)、資源和環(huán)境決策分析，以及科學(xué)研究提供良好的條件。

通過(guò)構(gòu)建“三個(gè)地球”建設(shè)體系，將指導(dǎo)和引領(lǐng)煤炭(田)、化工地質(zhì)行業(yè)乃至地勘行業(yè)進(jìn)一步轉(zhuǎn)型升級(jí)，拓展服務(wù)領(lǐng)域，推動(dòng)地質(zhì)勘查工作由礦產(chǎn)資源勘查向地、礦、山、水、林、田、湖、草等自然資源綜合評(píng)價(jià)與保護(hù)轉(zhuǎn)變，由單要素調(diào)查向資源、環(huán)境、空間、災(zāi)害多要素綜合調(diào)查轉(zhuǎn)變，為社會(huì)提供高質(zhì)量、高水平的地質(zhì)工作服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)走綠色發(fā)展之路。