把論文寫在祖國大地上

郭友釗

王學求博士是自然資源部地球化學探測重點實驗室主任、聯合國教科文組織全球尺度地球化學國際中心常務副主任兼首席科學家、全球地球化學基準委員會主席、九三學社中央委員會委員。最近，王博士率領他的團隊就工業4.0、關鍵資源、關鍵元素提出了許多新見解，涉及我國經濟社會的可持續發展。為此，我專門拜訪了王博士，圍繞工業4.0時代的關鍵資源、關鍵元素進行訪談。

問：今年春節前拜讀了您主編的《地球學報》“關鍵資源地球化學勘查”專輯，見到化學元素周期表上多種元素在中國的分布成為“封面故事”，新穎別致，也令人浮想聯翩。現就有些我關心也是許多讀者關心的問題，向您請教。首先，我感動于“把論文寫在祖國大地上”，您與您率領的學術團隊是如何響應國家號召的？

王學求：對于“把論文寫在祖國大地上”，我認為有三層含義：一是科學是無國界的，但科學家是有祖國的，所以研究成果首先應該服務于祖國;二是我們所做的研究成果是基于全國范圍的野外采樣調查工作，獲得的第一手數據，繪制出元素周期表上76種化學元素的全國地球化學圖，從這個意義上說是把76種元素空間分布繪制在中國大地上;三是這個專輯是針對關鍵元素與關鍵資源勘查，本專輯大部分成果都是基于高質量數據產生的高水平成果，作者放棄在國外雜志發表，而在中文雜志上首發，這樣中文讀者不但可以第一時間讀到論文，也更便于理解，可能就會第一時間產生效益。

問：這批寫在祖國大地上的論文，關鍵詞為“工業4.0”“關鍵資源”“關鍵元素”“超常富集”“地球化學勘查”“深部探測”等，都是讀者感興趣的問題。人類社會從石器、銅器、鐵器時代走來，足見社會發展依賴自然資源。可否稍詳細一些，談談工業3.0、2.0、1.0以及農業所對應的關鍵資源和關鍵元素？

王學求：關鍵資源在不同的人類歷史階段是不同的。今天以人工智能、清潔能源、信息技術、基因技術等為主的第四次工業革命，即“工業4.0”時代，低碳或無碳能源的稀土、鋰、鈾、鈷、石墨等，先進制造需要的鈹、鎂、鋁、鈦、釩、錳、鉻、鋅、鋯、鉿、鉬、稀土、鉑族元素、金、銀、銅、鐵等，電子產品使用的硅、鎵、鍺、砷、碳等成為必不可少的關鍵資源。回溯到以蒸汽機為代表的第一次工業革命時代，煤炭和鐵是關鍵資源;以電氣為代表的第二次工業革命，石油、天然氣以及用于鋼鐵生產的鉻、鎳、錳等是關鍵資源;以計算機為代表的第三次工業革命，除了使用傳統的石油、天然氣等化石能源以外，核能源的鈾，計算機材料的硅、鎵、鍺、鉑族元素、金等是關鍵資源。再向前回溯到公元前8000年左右開始的新石器時代，陶土就是關鍵資源;公元前4000年開啟的銅器時代，銅、錫是關鍵資源;公元前1000年左右開啟的鐵器時代，鐵是關鍵資源。資源是由化學元素構成的，構成工業4.0時代的關鍵資源的物質成分由56種元素組成，這56種化學元素被稱為關鍵元素，是現代制造、低碳能源、電子產品、國防安全必需的物質基礎。我們地球化學工作者，就是要把這56種關鍵元素，通過系統的采樣和實驗室測試，繪制出地球化學圖，按圖溯源去發現這些礦產資源。就像人們每天用地圖導航一樣，去找到目的地。

問：您在該專輯的主編寄語中對比了于2016年前后的中國與美國、歐盟在關鍵資源與關鍵元素方面的異同，是否暗示三者之間工業版本的不同？或者發展的水平有差異？

王學求：美國、歐盟和中國代表了目前工業4.0時代的三個最大經濟體和科技前沿，總體上對關鍵資源的需求是一致的，比如低碳能源所需要的金屬鈾、鋰、鈷、稀土等。差異主要體現在兩個方面：一是關鍵資源的供應能力或緊缺狀態，即是否存在供應風險或被卡脖子;二是關鍵資源勘查開采利用的技術水平，實際上這與工業制造能力、產業鏈分工和發展水平有關。歐美發達國家經歷了200多年的三次工業革命的完整過程，把制造業產業鏈最前端的礦產資源開發轉移到發展中國家，供應與需求分工明確，沒有卡脖子的問題。中國從新中國成立才開始工業革命，改革開放后加速追趕，是第一次、第二次、第三次工業革命的疊加發展，構筑了相對完整的從資源開發直到工業制造的產業鏈。在第四次工業革命到來之際，中國與歐美發達國家并駕齊驅進入第四次工業革命先進行列，對關鍵資源的需求具有共性，因此，產業鏈的完整和安全就顯得尤為重要。而關鍵元素的調查、關鍵資源的勘探與開發，則是建立完整產業鏈的先行者。

問：我國的自然資源具有特殊性，其形成于我國特定的自然環境中，其可利用性也與我國社會及文化的發展密切相關。您及您的同事，在我國的地球化學勘查領域取得諸多方面的卓著成就，例如，在科學方面，發現元素的遷移具有規律性、空間的分布具有結構性，創建了穿透性地球化學理論，并因此在應用方面發明了穿透性地球化學勘查技術。從地下深處到地表，這種可遷移的元素及其組合的地球物質狀態是什么？如納米金屬顆粒是呈氣態、液態、固狀還是離子態？其動力學、運動學的特征是什么？影響因素是什么？也就是它們從地下深處為何能夠垂直或者沿斷裂面遷移到地表？為何還會超常富集？

王學求：地球化學是一門相對年輕的學科，中國在20世紀50年代初期才開始從事礦產勘查地球化學研究，經歷近30年的研發，80年代初期才開始大規模應用，即大家都知道的“區域化探全國掃面計劃”。這個計劃取得成功的最主要標志是發現了近1000處金礦，特別是河南熊耳山-小秦嶺、黔西南、甘南-川西北-西秦嶺、東天山-北山等一系列大型超大型金礦的發現，已經成為我國繼膠東以后最重要的幾個大型金礦基地，為中國80年代經濟騰飛、換取外匯作出了特殊貢獻。為什么金礦地球化學勘查取得成功？核心是解決了兩項科技難題：一是發明了低痕量金分析技術難題，發明了活性炭預富集光譜分析和原子吸收分析技術，使金的檢出限降到0.3ng/g，使得全國一批肉眼無法辨認的低含量金異常可以圈定出來;二是發現金呈超微細顆粒存在，可以從礦體到土壤再到水系沉積物中長距離遷移，打破了以往認為金是惰性的、不可能長距離遷移的傳統理論，建立了全新的金地球化學異常形成機理和采樣理論，并為金標準樣制備提供了理論依據。2000年以后，納米科學和觀測技術的出現，進一步發現超微細金主要是呈納米金顆粒存在，納米金幾乎不受重力影響，并可以穿透礦體上覆巖石和土壤孔隙到達地表，在地表分離和捕獲納米金用于直接尋找深部金礦，這就是穿透性地球化學誕生的基本原理。當然，對在自然界呈化合物形式存在的化學元素，如鈾主要是呈絡陽離子形式存在和遷移，它的垂向遷移距離也可以達到幾百米，因此，分離鈾酰絡陽離子也可以尋找深部鈾礦。我所從事的科研工作，就是從發現自然界超微細的微米和納米金形成和遷移機理開始，擴展到對其他關鍵元素從納米尺度直到全球尺度分布和循環規律的研究。

問：元素的遷移有起止？起，自地下聚集的深度;止，一定在地表？空氣中物質運動的阻力遠小于巖石中，元素是一種物質，它會在大氣圈中的某一地方聚集？

王學求：這個問題很復雜，很難用少量文字說清楚。簡單地說，元素在地球各層圈遷移和轉化是普遍發生的。地球形成初期就發生了元素分異，重元素進入地核，輕元素進入地殼，氣體元素進入大氣圈。現在依然存在元素在地球內部與大氣圈中的相互循環，比如我們肉眼能觀測到的火山噴發，把地殼內部物質噴射到地表和大氣圈中。有些循環是我們不能用肉眼觀測到的，比如大家比較關注的有毒元素汞，可以呈氣體狀態從巖石分解釋放進入土壤和大氣圈，再經過大氣環流在寒冷地區沉降下來。人類釋放的汞也會加入這一過程。

問：以元素遷移理論為基礎的地球化學勘查技術的應用，因地表地球化學異常與地下一定深處的礦體存在一定的對應關系，因而取得了豐碩的勘查成果，產生了重大的經濟效益，為我國的工業發展提供了自然資源的保障。您有這方面的統計材料？

王學求：據原地質礦產部和中國地質調查局的數據不完全統計，自1980—2015年，根據地球化學勘查圈定的異常發現的礦床有2570處，其中有色金屬礦1063處，金礦999處。地球化學方法發現的有色金屬礦絕大多數都是小型礦床，但發現999處金礦，有700余處是大、中型以上礦床，大型和超大型金礦有40余處，探明總金資源儲量4000余噸，約占全國截至2015年已探明的黃金資源量9000余噸的近一半，為中國成為世界第一產金大國作出了突出貢獻。2015年以后，目前尚沒有統計數據。

問：您及您的團隊新近總結了工業4.0所需要的關鍵資源的關鍵元素的全國分布，如金、銅、鈷、鋰、鈾、稀土等元素，并已發現它們的超常富集，預期它們將在大型、超大型礦床勘查中發揮先行作用，是這樣嗎？

王學求：我個人和我們團隊近幾年主要圍繞工業4.0需要的關鍵資源開展研究，主要從事兩方面的工作：一是開展全國和全球地球化學基準填圖，研究鈾、稀土、鋰、鈷、鉻等關鍵元素超常富集特征，為關鍵資源勘查提供戰略選區;二是發展深部和覆蓋區礦產資源地球化學勘查技術，特別是金礦、鈾礦和銅礦。這兩方面都有進展，比如在北方干旱盆地圈定一批鈾的異常，在中蒙邊界、中緬邊界發現一批稀土和鋰異常等。在深部金礦勘查中，幫助地勘單位取得了膠東2800米深度、熊耳山1200米深度、黔西南400—1400米深度找礦突破。

問：在專輯中出現了老撾銅元素的信息。您是聯合國教科文組織全球尺度地球化學國際中心常務副主任，兼首席科學家。自2012年11月起，中共十八大明確提出要倡導“人類命運共同體”意識。據悉，您及您的團隊也把論文寫在人類的家園之上，在中國地球化學基準圖的基礎上，推進“化學地球”建設。請您介紹下什么是地球化學基準圖，什么是化學地球，以及它們建設的程度、影響及意義。

王學求：在習近平總書記倡導的“人類命運共同體”思想指導下，在自然資源部、外交部、財政部、教育部和科技部的大力支持下，在中國地質調查局的直接領導下，建立了聯合國教科文組織全球尺度地球化學國際中心。中心的主要任務是建立全球地球化學基準網，服務于全球自然資源與環境可持續發展。地球化學基準是用于量化未來自然和人為引起的全球環境變化的定量標尺。地球化學基準圖是通過全球網格化地球表層巖石圈和土壤圈采樣，實驗室高精度分析，獲得元素周期表上幾乎所有化學元素的含量，把元素含量繪制成空間分布圖，使用網絡和大數據技術，建成一個具有地球“化學屬性”的平臺，供自然資源管理、礦產資源勘查、環境保護、全球變化研究等使用。就像你所使用的導航地圖一樣，它可以告訴你哪些地方背景元素含量是多少，是否出現人為污染，污染是否持續增加，哪些地方有潛在的礦產資源等等。當然，這一“化學地球”平臺建設是長期的過程，中國已經在第一輪基準網基礎上，完成了第二輪觀測網的建設，為環境保護提供了第一手數據，并與40余個國家合作，完成全球約三分之一地球化學基準網建設，預計到2030年可以覆蓋全球陸地50%左右。

我個人做的工作是有限的，我們團隊部分人員每年在野外調查采樣的時間長達6個月以上，有的年份甚至達到300天以上，他們才是“把論文寫在祖國大地上”的踐行者。

問：您除了是科學家的身份以外，還是九三學社社員，您是如何將自己的知識用到參政議政工作中的？

王學求：作為一個民主黨派成員，一項重要職責就是參政議政。參政議政要有前瞻性和可操作性，還要結合自己熟悉的工作。舉一個我自己參政議政的例子。2014年習近平總書記在訪問哈薩克斯坦時提出“一帶一路”倡議。當時我意識到這一倡議不僅僅是一個戰略構想，還具有很強的可操作性。因此，2015年，我擔任全國人大代表時，結合我的研究工作，寫了一份“摸清‘一帶一路礦產資源狀況，為基礎設施建設提供本地化資源保障”的建議。我從1994年就開始與中亞的烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦、蒙古等國家合作開展針對礦產資源勘查的地球化學填圖研究工作，這些國家具有中國短缺的優勢礦產資源，與中國具有高度互補性。“一帶一路”互通基礎設施建設，一定需要大量礦產資源保障，而這些國家資源家底并不清楚，因此我就提出了利用中國的優勢技術，與沿線國家合作，摸清“一帶一路”資源狀況，為基礎設施建設提供本地化資源保障，實現合作共贏。這一建議已經被原國土資源部采納，現在的中國地質調查局正在實施這樣一個大的國際合作計劃。我們團隊正在實施的“全球礦產資源地球化學與遙感調查工程”就是這個大計劃的內容之一。我們正在與20余個國家合作，為摸清“一帶一路”關鍵資源狀況作出我們應有的貢獻。

采訪后記：人言，春華秋實。春天的地球化學勘查事業正蒸蒸日上，邊播種、邊收獲，服務于國家建設。期待關鍵元素的地球化學勘查在服務工業4.0的關鍵資源保障方面，取得更加豐碩的成果！

（采訪者為中國地質科學院教授級高工、中國國土資源作家協會副主席）

責任編輯：馬莉莎