郭友钊

王学求博士是自然资源部地球化学探测重点实验室主任、联合国教科文组织全球尺度地球化学国际中心常务副主任兼首席科学家、全球地球化学基准委员会主席、九三学社中央委员会委员。最近，王博士率领他的团队就工业4.0、关键资源、关键元素提出了许多新见解，涉及我国经济社会的可持续发展。为此，我专门拜访了王博士，围绕工业4.0时代的关键资源、关键元素进行访谈。

问：今年春节前拜读了您主编的《地球学报》“关键资源地球化学勘查”专辑，见到化学元素周期表上多种元素在中国的分布成为“封面故事”，新颖别致，也令人浮想联翩。现就有些我关心也是许多读者关心的问题，向您请教。首先，我感动于“把论文写在祖国大地上”，您与您率领的学术团队是如何响应国家号召的？

王学求：对于“把论文写在祖国大地上”，我认为有三层含义：一是科学是无国界的，但科学家是有祖国的，所以研究成果首先应该服务于祖国;二是我们所做的研究成果是基于全国范围的野外采样调查工作，获得的第一手数据，绘制出元素周期表上76种化学元素的全国地球化学图，从这个意义上说是把76种元素空间分布绘制在中国大地上;三是这个专辑是针对关键元素与关键资源勘查，本专辑大部分成果都是基于高质量数据产生的高水平成果，作者放弃在国外杂志发表，而在中文杂志上首发，这样中文读者不但可以第一时间读到论文，也更便于理解，可能就会第一时间产生效益。

问：这批写在祖国大地上的论文，关键词为“工业4.0”“关键资源”“关键元素”“超常富集”“地球化学勘查”“深部探测”等，都是读者感兴趣的问题。人类社会从石器、铜器、铁器时代走来，足见社会发展依赖自然资源。可否稍详细一些，谈谈工业3.0、2.0、1.0以及农业所对应的关键资源和关键元素？

王学求：关键资源在不同的人类历史阶段是不同的。今天以人工智能、清洁能源、信息技术、基因技术等为主的第四次工业革命，即“工业4.0”时代，低碳或无碳能源的稀土、锂、铀、钴、石墨等，先进制造需要的铍、镁、铝、钛、钒、锰、铬、锌、锆、铪、钼、稀土、铂族元素、金、银、铜、铁等，电子产品使用的硅、镓、锗、砷、碳等成为必不可少的关键资源。回溯到以蒸汽机为代表的第一次工业革命时代，煤炭和铁是关键资源;以电气为代表的第二次工业革命，石油、天然气以及用于钢铁生产的铬、镍、锰等是关键资源;以计算机为代表的第三次工业革命，除了使用传统的石油、天然气等化石能源以外，核能源的铀，计算机材料的硅、镓、锗、铂族元素、金等是关键资源。再向前回溯到公元前8000年左右开始的新石器时代，陶土就是关键资源;公元前4000年开启的铜器时代，铜、锡是关键资源;公元前1000年左右开启的铁器时代，铁是关键资源。资源是由化学元素构成的，构成工业4.0时代的关键资源的物质成分由56种元素组成，这56种化学元素被称为关键元素，是现代制造、低碳能源、电子产品、国防安全必需的物质基础。我们地球化学工作者，就是要把这56种关键元素，通过系统的采样和实验室测试，绘制出地球化学图，按图溯源去发现这些矿产资源。就像人们每天用地图导航一样，去找到目的地。

问：您在该专辑的主编寄语中对比了于2016年前后的中国与美国、欧盟在关键资源与关键元素方面的异同，是否暗示三者之间工业版本的不同？或者发展的水平有差异？

王学求：美国、欧盟和中国代表了目前工业4.0时代的三个最大经济体和科技前沿，总体上对关键资源的需求是一致的，比如低碳能源所需要的金属铀、锂、钴、稀土等。差异主要体现在两个方面：一是关键资源的供应能力或紧缺状态，即是否存在供应风险或被卡脖子;二是关键资源勘查开采利用的技术水平，实际上这与工业制造能力、产业链分工和发展水平有关。欧美发达国家经历了200多年的三次工业革命的完整过程，把制造业产业链最前端的矿产资源开发转移到发展中国家，供应与需求分工明确，没有卡脖子的问题。中国从新中国成立才开始工业革命，改革开放后加速追赶，是第一次、第二次、第三次工业革命的叠加发展，构筑了相对完整的从资源开发直到工业制造的产业链。在第四次工业革命到来之际，中国与欧美发达国家并驾齐驱进入第四次工业革命先进行列，对关键资源的需求具有共性，因此，产业链的完整和安全就显得尤为重要。而关键元素的调查、关键资源的勘探与开发，则是建立完整产业链的先行者。

问：我国的自然资源具有特殊性，其形成于我国特定的自然环境中，其可利用性也与我国社会及文化的发展密切相关。您及您的同事，在我国的地球化学勘查领域取得诸多方面的卓著成就，例如，在科学方面，发现元素的迁移具有规律性、空间的分布具有结构性，创建了穿透性地球化学理论，并因此在应用方面发明了穿透性地球化学勘查技术。从地下深处到地表，这种可迁移的元素及其组合的地球物质状态是什么？如纳米金属颗粒是呈气态、液态、固状还是离子态？其动力学、运动学的特征是什么？影响因素是什么？也就是它们从地下深处为何能够垂直或者沿断裂面迁移到地表？为何还会超常富集？

王学求：地球化学是一门相对年轻的学科，中国在20世纪50年代初期才开始从事矿产勘查地球化学研究，经历近30年的研发，80年代初期才开始大规模应用，即大家都知道的“区域化探全国扫面计划”。这个计划取得成功的最主要标志是发现了近1000处金矿，特别是河南熊耳山-小秦岭、黔西南、甘南-川西北-西秦岭、东天山-北山等一系列大型超大型金矿的发现，已经成为我国继胶东以后最重要的几个大型金矿基地，为中国80年代经济腾飞、换取外汇作出了特殊贡献。为什么金矿地球化学勘查取得成功？核心是解决了两项科技难题：一是发明了低痕量金分析技术难题，发明了活性炭预富集光谱分析和原子吸收分析技术，使金的检出限降到0.3ng/g，使得全国一批肉眼无法辨认的低含量金异常可以圈定出来;二是发现金呈超微细颗粒存在，可以从矿体到土壤再到水系沉积物中长距离迁移，打破了以往认为金是惰性的、不可能长距离迁移的传统理論，建立了全新的金地球化学异常形成机理和采样理论，并为金标准样制备提供了理论依据。2000年以后，纳米科学和观测技术的出现，进一步发现超微细金主要是呈纳米金颗粒存在，纳米金几乎不受重力影响，并可以穿透矿体上覆岩石和土壤孔隙到达地表，在地表分离和捕获纳米金用于直接寻找深部金矿，这就是穿透性地球化学诞生的基本原理。当然，对在自然界呈化合物形式存在的化学元素，如铀主要是呈络阳离子形式存在和迁移，它的垂向迁移距离也可以达到几百米，因此，分离铀酰络阳离子也可以寻找深部铀矿。我所从事的科研工作，就是从发现自然界超微细的微米和纳米金形成和迁移机理开始，扩展到对其他关键元素从纳米尺度直到全球尺度分布和循环规律的研究。

问：元素的迁移有起止？起，自地下聚集的深度;止，一定在地表？空气中物质运动的阻力远小于岩石中，元素是一种物质，它会在大气圈中的某一地方聚集？

王学求：这个问题很复杂，很难用少量文字说清楚。简单地说，元素在地球各层圈迁移和转化是普遍发生的。地球形成初期就发生了元素分异，重元素进入地核，轻元素进入地壳，气体元素进入大气圈。现在依然存在元素在地球内部与大气圈中的相互循环，比如我们肉眼能观测到的火山喷发，把地壳内部物质喷射到地表和大气圈中。有些循环是我们不能用肉眼观测到的，比如大家比较关注的有毒元素汞，可以呈气体状态从岩石分解释放进入土壤和大气圈，再经过大气环流在寒冷地区沉降下来。人类释放的汞也会加入这一过程。

问：以元素迁移理论为基础的地球化学勘查技术的应用，因地表地球化学异常与地下一定深处的矿体存在一定的对应关系，因而取得了丰硕的勘查成果，产生了重大的经济效益，为我国的工业发展提供了自然资源的保障。您有这方面的统计材料？

王学求：据原地质矿产部和中国地质调查局的数据不完全统计，自1980—2015年，根据地球化学勘查圈定的异常发现的矿床有2570处，其中有色金属矿1063处，金矿999处。地球化学方法发现的有色金属矿绝大多数都是小型矿床，但发现999处金矿，有700余处是大、中型以上矿床，大型和超大型金矿有40余处，探明总金资源储量4000余吨，约占全国截至2015年已探明的黄金资源量9000余吨的近一半，为中国成为世界第一产金大国作出了突出贡献。2015年以后，目前尚没有统计数据。

问：您及您的团队新近总结了工业4.0所需要的关键资源的关键元素的全国分布，如金、铜、钴、锂、铀、稀土等元素，并已发现它们的超常富集，预期它们将在大型、超大型矿床勘查中发挥先行作用，是这样吗？

王学求：我个人和我们团队近几年主要围绕工业4.0需要的关键资源开展研究，主要从事两方面的工作：一是开展全国和全球地球化学基准填图，研究铀、稀土、锂、钴、铬等关键元素超常富集特征，为关键资源勘查提供战略选区;二是发展深部和覆盖区矿产资源地球化学勘查技术，特别是金矿、铀矿和铜矿。这两方面都有进展，比如在北方干旱盆地圈定一批铀的异常，在中蒙边界、中缅边界发现一批稀土和锂异常等。在深部金矿勘查中，帮助地勘单位取得了胶东2800米深度、熊耳山1200米深度、黔西南400—1400米深度找矿突破。

问：在专辑中出现了老挝铜元素的信息。您是联合国教科文组织全球尺度地球化学国际中心常务副主任，兼首席科学家。自2012年11月起，中共十八大明确提出要倡导“人类命运共同体”意识。据悉，您及您的团队也把论文写在人类的家园之上，在中国地球化学基准图的基础上，推进“化学地球”建设。请您介绍下什么是地球化学基准图，什么是化学地球，以及它们建设的程度、影响及意义。

王学求：在习近平总书记倡导的“人类命运共同体”思想指导下，在自然资源部、外交部、财政部、教育部和科技部的大力支持下，在中国地质调查局的直接领导下，建立了联合国教科文组织全球尺度地球化学国际中心。中心的主要任务是建立全球地球化学基準网，服务于全球自然资源与环境可持续发展。地球化学基准是用于量化未来自然和人为引起的全球环境变化的定量标尺。地球化学基准图是通过全球网格化地球表层岩石圈和土壤圈采样，实验室高精度分析，获得元素周期表上几乎所有化学元素的含量，把元素含量绘制成空间分布图，使用网络和大数据技术，建成一个具有地球“化学属性”的平台，供自然资源管理、矿产资源勘查、环境保护、全球变化研究等使用。就像你所使用的导航地图一样，它可以告诉你哪些地方背景元素含量是多少，是否出现人为污染，污染是否持续增加，哪些地方有潜在的矿产资源等等。当然，这一“化学地球”平台建设是长期的过程，中国已经在第一轮基准网基础上，完成了第二轮观测网的建设，为环境保护提供了第一手数据，并与40余个国家合作，完成全球约三分之一地球化学基准网建设，预计到2030年可以覆盖全球陆地50%左右。

我个人做的工作是有限的，我们团队部分人员每年在野外调查采样的时间长达6个月以上，有的年份甚至达到300天以上，他们才是“把论文写在祖国大地上”的践行者。

问：您除了是科学家的身份以外，还是九三学社社员，您是如何将自己的知识用到参政议政工作中的？

王学求：作为一个民主党派成员，一项重要职责就是参政议政。参政议政要有前瞻性和可操作性，还要结合自己熟悉的工作。举一个我自己参政议政的例子。2014年习近平总书记在访问哈萨克斯坦时提出“一带一路”倡议。当时我意识到这一倡议不仅仅是一个战略构想，还具有很强的可操作性。因此，2015年，我担任全国人大代表时，结合我的研究工作，写了一份“摸清‘一带一路矿产资源状况，为基础设施建设提供本地化资源保障”的建议。我从1994年就开始与中亚的乌兹别克斯坦、哈萨克斯坦、蒙古等国家合作开展针对矿产资源勘查的地球化学填图研究工作，这些国家具有中国短缺的优势矿产资源，与中国具有高度互补性。“一带一路”互通基础设施建设，一定需要大量矿产资源保障，而这些国家资源家底并不清楚，因此我就提出了利用中国的优势技术，与沿线国家合作，摸清“一带一路”资源状况，为基础设施建设提供本地化资源保障，实现合作共赢。这一建议已经被原国土资源部采纳，现在的中国地质调查局正在实施这样一个大的国际合作计划。我们团队正在实施的“全球矿产资源地球化学与遥感调查工程”就是这个大计划的内容之一。我们正在与20余个国家合作，为摸清“一带一路”关键资源状况作出我们应有的贡献。

采访后记：人言，春华秋实。春天的地球化学勘查事业正蒸蒸日上，边播种、边收获，服务于国家建设。期待关键元素的地球化学勘查在服务工业4.0的关键资源保障方面，取得更加丰硕的成果！

（采访者为中国地质科学院教授级高工、中国国土资源作家协会副主席）

责任编辑：马莉莎

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