方法研究現狀

A. TEM方法應用研究現狀

瞬變電磁場法（Transient Electromagnetic Field，簡稱TEM）對低阻異常體有更高的 靈敏度，對施工場地有著極強的適應能力，因此回線裝置的TEM方法得到了廣泛應用（朴 化榮，1990；蔣邦遠，1998；李貅，2002）。實際應用中，大回線裝置發射線框邊長一般 200～800m，對於幾百米長的發射線框，只觀測發射線框中心一個點就移動位置勢必會 大大降低TEM法的工作效率。這樣，在後來的實際生產中，回線內瞬變電磁測量裝置（俗 稱大回線源瞬變電磁法）逐步代替了中心回線和重疊回線裝置（薛國強等，2007；石顯新 等，2009），即只在回線中間三分之一到三分之二范圍內進行觀測。這樣，理論上，需要 解決的問題就變成了非共中心點響應計算問題。在非共中心點情況下，由於觀測點位置偏 離中心點，需要解決形雙貝塞爾函數積分的計算問題（Raiche，1987；Xue，2010）。由 於不容易求解含有多重貝塞爾函數的積分方程式，沒有形成專門的適用於大回線內各場點 的視電阻率計算公式，所以實際應用中的視電阻率計算等數據處理和解釋仍然以中心回線 公式作為依據。

隨著物探方法向精確勘探方向的發展，發現線框內觀測區的邊緣與中心點相比，感應 電動勢數值偏離達15％～25％，這與某些地質目標體，如埋深幾百米的陷落柱、導水 小斷層，埋深上千米的金屬礦床等引起的異常相比，已經不可忽略（石顯新等，2009）。對於非中心點情況下，積分比較復雜，不能直接化成多項式形式，更不能直接進行傅氏變 換，這也是大回線源瞬變電磁法解釋技術遲遲不能進步的主要原因之一。因此，將大定源 回線理論公式引入中心回線裝置中，把兩者統一起來形成了趨勢；在此基礎上研究視電阻 率演算法成了當前研究的熱點。

對大回線源瞬變電磁非中心點場和中心點場響應進行對比討論，認為核函數具有相似 的函數形態和函數性質，因此對於非中心點各分量也可以表示成與中心點垂直分量類似的 多項式形式，採用待定系數法，完成視電阻率定義，通過模型檢驗認為方法可行，結果可 靠，使用這一技術對西藏山南地區的帕南、努日等兩個礦進行探測（薛國強等，2011），取得較好的效果。

B. 採用方法及研究現狀

1.採用方法技術

成礦區帶構造疊加暈預測法。

2.技術發展現狀

中國地質大學(北京)趙倫山、吳悅斌、沈鏞立教授在1990年對牟乳金礦帶的牟平段（304km²）進行了基岩地球化學測量研究^[1]，取得了中國第一個成礦區帶基岩地球化學研究成果，找礦效果顯著，出版專著《基岩地球化學測量方法》^[1]。主要成果：以解決基礎地質和找礦問題為目標，提出了以目標追蹤采樣為主體的基岩地球化學成礦預測新思路新方法；研究方法是:按1∶2.5萬比例尺，將研究區劃成1km²網格，每個單元格內采4～7件樣品，其中采背景場1～2件，構造蝕變帶3～5件，多元素分析後，形成兩種圖，即區域地球化學背景場圖和基岩地球化學異常成礦信息圖，前者研究區域成礦地球化學背景與成礦關系，後者主要是構造地球化學研究與成礦預測；區域成礦地球化學背景研究，總結出區內反映區域上不同岩石類型元素組合特徵，根據區域上元素異常分布可劃分不同岩石類型的分布范圍；構造成礦信息圖反映了區域上的成礦規律，區域異常沿主構造分布，反映了金礦成礦信息，提出了控礦構造，圈定了金的成礦遠景區和預測靶區，為找礦提供了重要依據，並取得顯著找礦效果，獲地質礦產部科技進步三等獎。

到2010年，經過近20年，還未見有更系統的區域構造地球化學研究成果專著或論文，《基岩地球化學測量方法》成果仍處於領先地位。

該方法需進一步研究有三點：①逐一追蹤區內主成礦斷裂構造及對各構造系統采樣，對區內各主要斷裂構造進行地球化學研究；②確定同一斷裂構造成礦相對較好的地段；③對各礦點進行評價預測。

3.構造疊加暈方法^[2]

構造疊加暈方法是20世紀90年代以來李惠教授等在研究和發展原生暈找盲礦理論基礎上開創的找盲礦新方法新技術。該方法是根據金受構造控制，金礦成礦成暈具有多期多階段疊加的特點及金礦每一次成礦都有明顯的軸向分帶（即每次成礦形成的礦體都有自己的前緣暈、近礦暈和尾暈）的特點，提出了原生暈疊加理論，研究不同成礦階段形成礦體（暈）的軸向分帶及其在空間上的疊加結構，建立礦床的疊加暈模式，確定盲礦預測標志，用模式和標志進行深部盲礦預測，提出預測靶位。

20世紀90年代以來，先後採用構造疊加暈法對50多個礦山研究-預測-跟蹤，經統計，部分礦山對構造疊加暈預測靶位驗證見礦，已累計找到金金屬量278.6噸，取得了顯著找礦效果。

成礦區帶構造疊加暈研究為首次示範性研究。構造疊加暈法過去主要用於礦山深部找礦，還未見過成礦區帶利用構造疊加暈方法進行成礦預測研究。

C. 研究現狀分析

一、趨勢預測研究工作得到重視

20世紀50年代以來，國際能源組織、各國的能源機構、跨國石油公司以及專家學者進行了大量的油氣儲產量發展趨勢預測研究工作。其中，USGS及美國能源情報署多年來對全球油氣資源狀況和未來發展趨勢開展了系統的研究，一方面是由於美國是當今世界能源消耗最多的國家，對全球油氣資源評價和供需形勢研究非常重視;另一方面也說明美國等西方發達在世界油氣儲量、產量未來增長趨勢的研究走在世界前列，該領域缺乏發展中國家的聲音。

二、偏樂觀的預測與實際更為相符

對石油資源的認識是一個逐步深入的過程，對石油資源量的評價結果越來越大，USGS2000年所做的評價結果從1000×10⁸t增大到4000×10⁸t。在20世紀中葉就有人預測石油資源即將耗盡，石油資源衰竭論持續了半個多世紀，然而事實證明往往最樂觀的預測與實際情況比較接近，悲觀論者的預測結果與實際情況大相徑庭。

在世界石油工業的歷史上，很多著名的石油專家提出了悲觀的論斷。早在1919年USGS的總地質師DaveWhite認為石油生產的高峰將在3年內結束;1989年Campbell認為「石油生產將在1989年達到高峰」，1994年又認為「2000年前達到生產最高峰」，1997又認為2004是產量高峰，2000年他又提出2010年是油氣生產高峰;1997年Dun-can也認為2000年是產量高峰。

2001年，Campbell估測的常規石油最終可采儲量只有2808×10⁸t，常規天然氣283×10¹²m³。而近10年來世界石油每年生產30×10⁸t以上，但是石油的可采儲量並沒有減少，反而從1994年的1369×10⁸t增長到2002年的1662×10⁸t，儲采比從45∶1上升到目前的50∶1以上。天然氣可采儲量迅猛增長，從1990年的118×10¹²m³到目前的156×10¹²m³，每年產量都在2×10¹²m³以上，儲采比從50.6∶1上升到目前的62.4∶1。可見，隨著資料的增多與勘探向新區、新領域的發展，預測結果總的趨勢是在增加的。同時，隨著技術進步和勘探開發成本的降低，現今難以開採的油氣資源將轉化為可采儲量。

國內對油氣儲量、產量的增長預測也存在這種現象。從我國對石油地質資源量的認識看，近期約765×10⁸t的評價結果與20世紀60年代115×10⁸t相比，增加了近7倍。油氣勘探歷程表明，地質家對資源量的認識常常是偏保守的，我國有很多含油氣盆地的累計探明儲量，已經超過或接近以前計算的資源量。例如，南襄盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地等。

三、天然氣的趨勢預測處於起步階段

對石油儲產量的預測工作做得較多，而天然氣的預測處於起步階段，認識還不夠深入。由於目前世界各國對天然氣資源狀況的認識上還不甚明朗，在天然氣產量峰值的預測上尚未有一個明確的判斷。

四、缺乏國家層面的預測研究

雖然我國從20世紀80年代就開展了有關油氣資源趨勢預測的探討與研究，但這種研究多以學者和公司為主，反映的是學術觀點，缺乏國家層面權威的分析與研究。在研究過程中還存在以下幾方面的問題:一是以往的研究主要集中在數學模型的推導和討論，地質分析不夠深入，對全國油氣儲量、產量增長的預測缺乏由小到大、逐級匯總的系統分析;二是預測模型都是單旋迴的，而我國含油氣盆地普遍具有多套勘探層系和多個構造單元，大中型油氣田的發現往往呈多個階段，油氣儲量增長具有「多峰」的特徵，單一預測模型和單旋迴的預測難以反映油氣儲量發現規律;三是已知的預測模型只能對未來可能發現的儲量數值進行預測，對待發現的油氣藏類型難以作出合理的推測，每一個盆地或地區的預測都是一個「特例」，缺乏規律性的總結和認識。

五、預測方法以統計法為主

目前，國內外油氣資源趨勢預測主要依靠統計法，這種以統計模型進行油氣資源趨勢預測的方法存在的問題或不足主要表現在:

第一，現有數學模型僅能預測儲量增長的宏觀趨勢，難以預測因勘探新領域突破而帶來的儲量增長突變。儲量增長預測模型是一種非線性擬合器，盡管它對參與建模的數據具有很高的吻合程度，但它對奇異樣本的表現能力顯然不如對規則樣本的表現，所以在預測過程中，它往往僅能較好地反映近期的、趨勢性的預測結果。具體到儲量發現過程而言，如果某一年或某一段時間探明發現保持基本一致，則其累積探明儲量保持穩定，這種樣本是最平穩的，也是最容易預測的;如果某一年的探明儲量增長很大，遠遠偏離正常的增長水平，則在建模過程中這種樣本的擬合程度就較差，往往擬合結果達不到實際的增長水平，這就造成基於數學模型的預測結果是一種平穩甚至保守的估計，難以測儲量增長突變的准確年份，而儲量突變往往代表著新的勘探領域被拓展，儲量增長趨勢也會隨之而變。

第二，現有方法都企圖以單一的模式來解決各類復雜的油氣儲量增長規律問題。各個油區由於地質條件和勘探方法(含認識和部署)上的不同，儲量增長的規律也迥然不同，有些油區勘探一開始就發現了大油田，甚至特大油田(如大慶油區);另一些油區，勘探初期階段沒有什麼重大發現，而在勘探一段時間後才找到大規模的儲量(如遼河油區)。實際上各個油區的儲量增長曲線類型遠比這兩種類型復雜。一個油氣區，往往勘探工作有一個或幾個高潮，年勘探工作量時高時低，甚至勘探工作幾上幾下，開展儲量增長預測必須考慮其增長類型。

第三，由於中國含油氣盆地普遍具有多套勘探層系和多個構造單元，一方面油氣資源比較豐富，另一方面油氣分布相對不集中，認識過程和勘探過程呈階段性發展，大多數油氣田受地質條件及勘探開發水平的影響，石油地質儲量的發現和產量的增長往往呈現「多峰」的特點，而單旋迴預測模型難以有效地體現此類特點，須用多旋迴的模型進行石油地質儲量和產量預測。

第四，尚未形成統一的預測方法或模型體系，對於其應用效果也無統一的衡量標准。每種方法受其本身特點的限制，在理論思想、數學表達式、求解方法和最優預測階段上都有一定的差別，表現為三點:一是同一種方法或模型在不同油區的應用效果不同;二是不同方法或模型在同一個油區的預測結果和效果也不相同，但每一個油區都有應用效果最好的方法或模型;三是對於同一個油氣田或油區的多個預測結果，只有結合對油區的地質認識，才可確定最佳預測結果。

D. 研究現狀與技術思路

一、研究現狀與挑戰

地表水與地下水之間相互轉化是自然界普遍存在的陸地水文過程，它是水循環演化的基本特徵之一。在地表水與地下水之間相互作用中，以河流-含水層系統相互作用的研究意義最重要。在20世紀60年代以前，對河流-含水層系統之間相互作用研究主要放在推導一維地下水流受「完整河」補給的解析解及其應用方面，這種方法被用來估計河流對地下水的補給量，一般利用河流退水曲線來確定基流量（「基流分割」）的方法，盡管水文分析法仍在繼續使用，但是最近大部分研究使用的是其他解析法和數值法。

Morel-Segtous等（1975）將線性系統原理引入河流-含水層系統相互作用的研究（Nield et al.，1994），提出了計算河流或含水層子系統提取水量引起另一個子系統水量和水位變化的連續的和離散的核函數公式。這些公式可作為河流-含水層系統的模擬和管理工具。但是，這些公式的基本假定是河流和含水層間的水量交換是連續的，因此不適合於非連續水流的條件。Sophocleous等（2002）以數值模擬為標准比較了河流-含水層解析解的預測准確性，他們分別檢驗了解析法概化忽略的若干因素對系統響應所產生的影響程度，重要性位於前三位的因素分別是河床底部低滲層的水力傳導性、河流的完整程度和含水層的各向異性，這些因素直接與含水層水流的多維性特點有關。Zlotnic等在1999年推導了同時考慮河流「非完整性」和河床底低滲阻水層影響的含水層水頭計算公式，並將該公式的計算與不考慮上述兩因素的其他解析解進行了比較（Sophocleous，2002）。結果發現，河流-含水層系統的響應對河床下含水層的儲存性並不敏感，因此可以簡化計算。這個結論與Sophocleous（2002）的結論是一致的。但是，公式中一個無量綱的反映河寬與河床底低滲層導水性及其厚度的參數對河流-含水層相互作用的影響較大，該參數越大，說明河流與含水層的水力聯系越好，河床越寬，對含水層的響應越大，近似等價於河流完整性好。

總之，解析解的最大優點是方便快速。當河流-含水層系統的真實條件與解析解的假定條件接近的時候，解析解仍可用來分析河流-含水層系統在各種激勵下的響應。但是完全符合與解析解的假定的水循環系統少見，解析解容易失真，應用起來必須謹慎。

應用計算機和數值模擬技術研究水循環演化問題是國內外近些年來普遍採用的有效手段，其共同的特點是所建立的數學模型都只考慮主要研究對象的水流運動規律，而不直接考慮與主要研究對象存在水力聯系的其他水源運動規律，而且把這些具有水力聯系的水源作為主要評價對象的一個源（匯）項加以間接考慮，這些方法實際上就是把地表水和地下水兩大子系統分開來評價，未能達到真正意義上的聯合評價。例如美國的Young 和Bredehoeft（1972）在研究美國東部科羅拉多的南Platte河谷的地下水與地表水聯系時，盡管把河網對地下水的補給處理為隨機輸入，但這個量仍作為人工補給的一個源項。美國的Y.Y.Halmes和以色列的Y.C.Dreizin（1977）合作在研究地下水與地表水聯合管理方法時，也把地表水作為人工補給的一個源項疊加到地下水模型中。我國的翁文斌等（1992）在研究大石河流域的地表水和地下水聯合運行的模擬計算和（陳志輝等，2002）在研究山前平原區地下水資源評價中處理上游地表水的管理問題時，都把地表水與地下水的交換量體現在地下水運動方程的源匯項中，這些影響了河流中、上游取水對下游地下水水位干擾狀況的准確評價。

目前，國外常採用矩形網格差分法建立的河流-含水層系統數值模型（MODFLOW），在逼近河流的不規則幾何形態方面缺乏靈活性，特別是在處理多河流匯流系統時更顯得「簡單有餘，靈活不足」。而國內的研究多把地表水流近似處理為恆定流，不能真實反映地表水流的狀況和地表水-地下水的相互作用。

二、建模背景與技術思路

在降水稀少的乾旱荒漠區，天然植被生長繁衍所需的水分主要依靠植物根系帶內土壤水分而供給，而河水和地下水則是包氣帶水分的主要補給來源。在西北黑河流域，山區是平原地下水的補給源區，出山口河川徑流量基本相當全流域平原區水資源總量。地表水和地下水之間相互轉化是不可分割的統一水循環系統，每條河流對平原區地下水動態變化都產生影響，以至影響中、下游區生態環境。因此，應該將地表水、地下水、土壤、植物和大氣作為一個物理上的連續體系統，應用運籌學、水文地質學、水文學、環境地質和環境科學等多學科的知識，通過野外地質和水文地質調查、現場試驗、野外觀測、室內測試和資料分析整理等工作，研究整個黑河流域地表水、地下水之間相互轉化過程和基本規律，建立符合實際的地表水流和地下水流耦合模擬模型，模擬地下水變化狀況和未來趨勢。

具體技術路線如下：

1）收集分析近年來國內外關於乾旱區地表水與地下水之間轉化和水循環演化等方面的文獻和資料，把握學科前沿動態和研究現狀。

2）通過野外調查、試驗和資料的收集，掌握黑河流域的氣候、水文、地貌等自然地理條件和地層、構造、含水層組特徵及地下水的埋藏、分布規律等水文地質條件。

3）通過野外調查、試驗測試和資料的收集、分析和整理等工作，研究黑河流域地表水與地下水之間相互轉化規律，研製一套黑河流域水循環演化動態可視系統，演示黑河流域地表水與地下水之間相互轉化的水循環演化過程。

4）以連接地表河流與地下水流兩個子系統之間水力聯系作為橋梁，建立地表水一維非恆定流與多層結構含水系統的擬三維地下水流耦合模擬模型，並研究其數值解法。

5）建立黑河流域中游區多層結構含水系統地下水流數值模擬模型和黑河流域下游地表河流-多層結構含水系統地下水流耦合模擬模型，根據實際觀測資料進行擬合求解，並模擬未來地下水變化趨勢。

6）進行研究成果的區域代表性分析，探討未來繼續研究的課題和科學問題。

E. 資源評價方法研究現狀與問題

（一）成礦遠景區劃現狀

1995年元月，西藏地礦局執行原地質礦產部部署的第二輪成礦遠景區劃工作，提交 了《西藏自治區一江兩河中部流域鉻、金、銅礦成礦遠景區劃及「九五」至2010年找礦 地質工作部署建議》，採用地質綜合法、找礦標志類比預測法在一江兩河地區劃分了26 個Ⅴ級成礦遠景區帶，其中包括7個Ⅴ級銅礦成礦區帶，在岡底斯東段有「宗嘎-廳宮斑 岩型銅礦帶」（V₉NWW向），「達布-曲水熱液-斑岩型銅礦帶」（Ⅴ₁₅NE向）、「甲瑪-拉康俄火山-熱液型銅多金屬成礦帶」（Ⅴ₁₆NE向），「克魯-沖木達矽卡岩型銅成礦帶（Ⅴ₂₁NWW向）」等4個區帶。

2002-2007年，西藏地質勘查局地調院在執行中國地質調查局「西藏雅魯藏布江成 礦區東段銅多金屬礦勘查」項目過程中，以尋找和評價近期可開發利用的大型-超大型礦 床為目標，以Cu為主攻礦種，在全面收集、綜合分析工作區地、物、化、遙資料和前期 礦產勘查成果，以及科研成果的基礎上，在岡底斯地區探求「332＋333＋334」Cu資源量 1611.13萬t，Pb資源量243萬t，Au資源量125 t，伴生Mo資源量50.10萬t，伴生Ag 資源量5931.80 t。根據地、物、化、遙綜合地質異常及礦化體特徵，預測評價岡底斯地區 潛在資源量：Cu 1200萬t，Pb 400萬t，Mo 100萬t。與此同時，運用「協優」成礦預測 思想，對岡底斯地區控礦構造信息、遙感蝕變（礦化）信息、地球化學弱信息等進行信息 提取和綜合分析，優化找礦靶區。在岡底成礦帶內圈定了5個Ⅳ級成礦亞帶：

1）朱諾-吉如Cu-Ag-Au成礦亞帶；

2）那露果-新嘎果Pb-Zn-Ag-Fe成礦亞帶；

3）沖江（廳宮）-達布Cu-Mo-Au-Ag成礦亞帶；

4）驅龍-甲瑪Cu-Mo-Au-Ag-Pb-Zn成礦亞帶；

5）勝列-里龍Cu-Ni-Au成礦亞帶（大致包括了努日、明則等礦床）。

（二）找礦方法研究現狀

模式類比預測法：含礦斑岩體一般面積為1～2km²；藉助斑岩銅礦地表「火燒皮」特徵標志及斑岩銅礦的蝕變分帶模式，運用模式類比法找銅，行之有效。

地球化學勘查法：特定的地球化學組合是指示礦化存在的有效找礦標志。一般性質中 水系沉積物Cu異常＞200×10^-6可以作為工作區良好的斑岩型Cu礦直接找礦標志。

地球物理勘查法：據林品榮等（2007）研究，比較適宜於西藏岡底斯成礦帶勘查的物 探電磁法技術有：自然電場測量（SP），天然場音頻大地電磁測深（AMT）、頻率域激 電測量，以及相對輕便的時間域激電測量，將這些勘查技術成功應用於礦產勘查，將加速 我國西部復雜困難條件下的隱伏金屬礦資源探測，並提升找礦成功率。

據西藏地調院研究實踐認為：礦區激電異常可以作為探測深部找礦信息的重要標志。斑岩銅礦極化率一般大於3％，最高可大於11％，特徵為「低阻高極化」。

問題是：如何在岡底斯高原缺氧地帶，特別是風成沙覆蓋區進一步選擇既輕便、又行 之有效的地球物理勘查方法，是亟待研究解決的重要問題。

F. 現狀研究可以用什麼方法

選擇合適的調研方法直接關繫到調研工作開展。筆者結合調研工作實際，將常用的九大調研方法進行介紹分析，供大家調研時參考。

1.實地觀察法。調查者在實地通過觀察獲得直接的、生動的感性認識和真實可靠的第一手資料。但因該法所觀察到的往往是事物的表面現象或外部聯系，帶有一定的偶然性，且受調查者主觀因素影響較大，因此，不能進行大樣本觀察，需結合其他調查方法共同使用。通常適用於對那些不能夠、不需要或不願意進行語言交流的情況進行調查。

2.訪談調查法。該法是比實地觀察法更深一層次的調查方法，它能獲得更多、更有價值的信息，適用於調查的問題比較深入，調查的對象差別較大，調查的樣本較小，或者調查的場所不易接近等情況。包括個別訪談法、集體訪談法、電話訪談法等。但由於訪談標准不一，其結果難以進行定量研究，且訪談過程耗時長、成本較高、隱秘性差、受周圍環境影響大，故難以大規模進行。

3.會議調查法。這種方法是訪談調查法的擴展和延伸，因其簡便易行故在調查研究工作中比較常用。通過邀請若干調查對象以座談會形式來搜集資料、分析和研究社會問題。最突出的優點是工作效率高，可以較快地了解到比較詳細、可靠的社會信息，節省人力和時間。但由於這種做法不能完全排除被調查者之間的社會心理因素影響，調查結論往往難以全面反映真實的客觀情況。且受時間條件的限制，很難做深入細致地交談，調查的結論和質量在很大程度上受調查者自身因素影響等。

8.統計調查法。通過分析固定統計報表的形式，把下邊的情況反映上來的一種調查方法。由於統計報表的內容是比較固定的，因此適用於分析某項事物的發展軌跡和未來走勢。如通過黨員統計年報表，可以分析出某地全年黨員的發展、轉接、流動等情況，並能分析出比上年同期增減情況，還可對下一步趨勢作出預測。運用統計調查法，特別應注意統計口徑要統一，以統計部門的數字為准，報表分析和實際調查相結合，不能就報表進行單純分析。如對某一個數據大幅度上升或下降的原因，報表中難以反映出來，只有通過實際調查才能形成完整概念。

9.文獻調查法。通過對文獻的搜集和摘取，以獲得關於調查對象信息的方法。適用於研究調查對象在一段時期內的發展變化，研究角度往往是探尋一種趨勢，或弄清一個演變過程。這種方法能突破時空的限制，進行大范圍地調查，調查資料便於匯總整理和分析。同時，還具有資料可靠、用較小的人力物力收到較大效果等優點。但它往往是一種先行的調查方法，一般只能作為調查的先導，而不能作為調查結論的現實依據。

G. 國外選址方法研究現狀

近十年來，美國、澳大利亞、英國、德國、挪威和日本等發達國家相繼發布了CO₂地質封存選址指南，並在全球范圍內產生了一定數量的成功封存案例，標志著CO₂地質封存選址方法研究不斷趨於成熟。最近，美加兩國的科學家正在聯合制定CO₂地質封存的國家標准。

一般而言，CO₂地質封存場地選址通常包括2～3個階段，即場地初步篩選、場地選擇和場地初步描述。各國的選址研究在階段劃分上雖略有不同，但實質內容極其相似。不管劃分為幾個選址階段，其實質問題主要是解決封存量、儲蓋層屬性、安全評估、成本，以及場地地質特徵、地球化學和岩土力學評價、風險評估、監測、運輸等相關問題。在場地屬性表徵與評價方法方面，多是根據選定的指標按權重賦值評價。

在CO₂封存選址評價因子研究方面，通常認為最重要的因子包括4個方面：封存容量、可灌注性、長期運行的安全風險和經濟性。

CO₂地質封存目標儲層主要定向於3種類型目標儲層，即已經枯竭和正在枯竭的油氣藏、深部鹹水層和因技術或經濟原因而棄採的深部煤層。其中，油氣藏封存CO₂的研究，旨在實現CO₂封存與石油增採的雙贏（Metz et al.，2005）。

使用CO₂提高石油採收率（CO₂-EOR，下同）已經有近40年的研究歷史。加拿大Weyburn油田是目前世界上將CO₂地質封存與提高石油採收率相結合比較成功的案例。Weyburn油田位於加拿大Saskatchewan省Williston盆地中北部，面積約180 km²，原油儲量約14×10⁸t。Weyburn油田CO₂-EOR項目是加拿大能源公司的商業項目，注CO₂提高石油採收率的方案於2000年9月在19井陣中首先進行，初期注氣量為每天269×10⁴m³。目前的注氣量為每天339×10⁴m³。其中，每天有71×10⁴m³的CO₂通過生產井進行再循環。該項目通過把加壓的CO₂氣體注入油田儲層中提高了石油採收率，通過綜合監測，查明了CO₂注入儲層後的運移規律，從而為建立長期、安全的CO₂地質封存技術提供了一個成功的範例。

盡管CO₂-EOR的初衷並不是為了封存CO₂，但是CO₂-EOR的成功實施間接證明已經枯竭和正在枯竭的油田是不錯的CO₂地質封存場地，而且在技術和經濟上都是可行的（Brown et al.，2001 ；IEA GHG，2006）。關於油氣藏CO₂的地質封存選址問題，將在第四章詳細討論。

由英國石油公司（33％）、阿爾及利亞國家石油公司（35％）和挪威國家石油公司（32％）合資而成的In Salah Gas公司，從2004年開始在阿爾及利亞Krechba氣田開展了注CO₂提高天然氣採收率（CO₂-EGR）項目，這是世界上第一個大規模將CO₂封存於天然氣藏中的項目。預計在設計年限內，累計CO₂地質封存量可達到0.17×10⁸t。該工程由4個生產井和3個灌注井組成，通過1.5 km的水平井將CO₂灌注至背斜構造中滲透率只有約0.5×10^-3μm²的砂岩儲層內（Riddiford et al.，2004）。這一滲透率水平的砂岩儲層在歐洲、北美和中國大陸都有相當廣泛的分布。

假設地下深部的煤層具有良好的滲透性，且這些煤層以後不可能被開采，那麼該煤層也可用於CO₂地質封存。向某些不可開採的深部煤層中灌注CO₂，利用CO₂在煤表面的被吸附能力是CH₄（甲烷，下同）的2倍的特點來驅替吸附在煤層中的煤層氣，可以在實現CO₂地質封存的同時，達到提高煤層氣採收率（CO₂-ECBM，下同）的目的（Wong et al.，2006）。

目前，在煤層中封存CO₂並提高CH₄生產的方案仍處在示範階段。另外，如果把CO₂灌注到較淺的煤層里，首先驅替出淺部煤層中的CH₄，既可以充分開采利用淺部煤層中的煤層氣，同時又可以有效地避免發生煤礦瓦斯爆炸的危險。但在採掘這些煤的過程中，煤層吸附的CO₂又會重新釋放到大氣環境中，還是無法達到減少溫室氣體排放的目的。關於煤層CO₂地質封存選址問題，將在第五章詳細討論。

根據國內外科學家的研究（Metz et al.，2005；Li et al.，2009），在所有可能的CO₂地質封存選項中，深部鹹水層CO₂地質封存在全球具有最大的規模潛力。關於深部鹹水層CO₂的地質封存選址問題，將在第六章詳細討論。本節和下一節重點對國內、外深部鹹水層CO₂地質封存選址研究現狀進行概括和總結，以便給讀者一個整體的概念和理解。

挪威國家石油公司的北海Sleipner項目是世界上第一個商業規模的CO₂深部鹹水層封存項目，而且這是一個離挪威海岸約250 km的離岸CCS項目。在鹹水層中，Sleipner天然氣田每年可以封存大約100×10⁴ t的CO₂。自1996年以來，該封存場地還沒有發現過任何CO₂泄漏的現象，其成功的運行已證明深部鹹水層CO₂地質封存在技術上是可行的（Metz et al.，2005）。

深部鹹水層CO₂地質封存和沉積盆地的研究有著非常密切的關系，這在發達的工業化國家已經有很長的研究歷史，可追溯到20世紀70年代，90年代以後得以迅速發展，隨著以氣候變化為核心的全球環境問題日益嚴峻，目前世界各國對CCS（CO₂的捕集和封存）或者CCUS（CO₂的捕集、利用和封存）表現出極大的關注。美國、歐盟、挪威、日本、澳大利亞和加拿大等都制訂了相應的研究規劃，開展CCS/CCUS技術的理論、試驗、示範及應用研究（Bachu，2008；Bradshaw and Cook，2001；Holloway，2005；IEA GHG，2007；Socolow，2005；新ェネルキ一 ·A業技AA合A発AA，2002）。其中，挪威針對CCS中的封存環節，提出了一個頗為全面的關於CO₂地質封存場地選擇和資格鑒定方面的指南（Det Norske Veritas，2009）。另外美國的科研規劃、組織實施較為周密完善，並制訂了詳細的技術路線圖，而日本的研究規劃在考慮地震與活斷層方面最為縝密（Li et al.，2003a；National Energy Technology Laboratory，2010；OECD/IEA，2010）。

加拿大科學家Bachu認為，評價一個沉積盆地的CO₂地質封存潛力時有幾個標准必須考慮到，即它們所處的構造背景和地質特徵、盆地地熱特徵、地卞水的水動力特徵、盆地的油氣潛力和成熟度、基礎設施和交通等經濟因素，以及社會政治條件。如果考慮上述條件和氣候條件、交通便利性、基礎設施以及CO₂捕獲和灌注成本的話，適宜CO₂地質封存的沉積盆地的范圍將會顯著地減少。

Bachu在借鑒高放射性核廢料封存評價條件的基礎上，從區域構造、盆地幾何形態、地質條件和油氣潛力等方面，提出了一個盆地級別的CO₂地質封存適宜性系統化評估體系。該體系包括15個評價指標，每個指標在體系中賦予明確的權重，通過對每個指標賦予不同的權值（5個不同的權值選擇）來為不同的盆地進行打分，從而確定評價盆地的適宜性和潛力。在15個評價指標中，只有板塊構造和地質特徵與盆地的力學穩地性緊密相關。這個評價方法非常靈活而且易於計算，因為它允許同時變化各指標在體系中的權重（相對重要性）和每個指標的具體賦予的權值（絕對重要性），而且所有的運算都是簡單的多項式操作。Bachu根據加拿大Alberta盆地的實踐應用驗證了該評價體系的可行性（Bachu，2003）。關於Bachu選址方法的詳細介紹參見本章第四節國外典型選址案例。

澳大利亞地球科學局（Geoscience Australia）在Bachu提出的CO₂地質封存潛力與適宜性評價指標體系的基礎上，面向盆地級別的評價篩選出了20項指標，據此將澳大利亞適宜封存CO₂的盆地進行排序並編制了相關圖集，但未研究過大比例尺場地級別的評價指標（Gibson-Poole et al.，2008）（Rick Causebrook's Talk at CAGS 2010）。CO₂ CRC於2008年發布的《CO₂封存項目封存容量估計、場地選擇與場地表徵》（Storage Capacity Estimation，Site Selection and Characterization for CO₂ Storage Pro-jects）報告中的選址方法使用了Gibson-Poole推薦的二氧化碳地質封存的場地表徵工作流程的修正版和Bachu推薦的二氧化碳地質封存沉積盆地級篩選標準的修正版。Van Ruth等利用一種名為FAST的評價技巧研究了澳大利亞Gippsland盆地灌注CO₂過程中斷層再激活的可能性（Van Ruth et al.，2006）；Rogers等研究了澳大利亞Otway盆地Port Campbell Embayment處斷層再激活的可能性（Rogers et al.，2008）。關於澳大利亞Otway項目的基本介紹參見本章第四節國外典型選址案例。

自2003年出版以來歷經多次修改，英國地質調查局出版的CO₂鹹水層封存的最佳實踐一書（Best Practice for the Storage of CO₂ in Saline Aquifers-Observations and Guidelines from the SACS and CO₂STORE Projects）最新一版，它關注了鹹水層封存的所有方面，包括理想儲-蓋組合的識別、封存容量估計、注入流體模擬、地球化學和地質力學的場地表徵、場地施工、成本估算、運輸需求、監測計劃的設計和基於監測數據的歷史匹配，以及安全和風險評估程序等。最新一版通過案例展示CO₂鹹水層封存研究的細節，這些案例包括挪威近海的Sleipner項目、丹麥陸上/離岸的Kalundborg項目、挪威近海的Mid Norway項目、德國陸上的Schwarze Pumpe項目和英國離岸的Valleys項目（Chadwick et al.，2008）。

法國地質調查局的Grataloup等認為一個合適的二氧化碳地質封存場地的選擇必須滿足4個優先目標，它們分別是：(1)存儲優化，也就是容量和可注性；(2)風險最小化；(3)法規、環境的制約、現有的土地利用和地下利用的考慮；(4)經濟和社會方面的考慮。Grataloup等建議的選址方法中把滿足四個優先目標的選址指標分為關鍵性指標（killer criteria）和場地限制性指標（site-qualification criteria）。這些指標的組合將幫助甄選出最合適的潛在場地。Grataloup等把這一多級評價方法用於了巴黎盆地的PICOREF研究區的深部鹹水層的潛力調查（Grataloup et al.，2009）。

德國地質調查局的Meyer等2008年報告了德國東北部一個潛在深部鹹水層CO₂封存場地的地質特徵、區域評價和選擇的實際操作過程（Meyer et al.，2008）。關於Meyer選址過程的詳細介紹參見本章第四節國外典型選址案例。

李琦等借鑒日本核廢物的地質處置評價思想，提出了考慮CO₂地質封存的場地評價思路，結合日本地震、火山頻發的地質特徵提出了CO₂地質封存的力學穩定性評價流程，並且重點研究了CO₂封存下斷層的穩定性評價體系和計算方法（Li et al.，2002，2003a；Li et al.，2006）。李小春和李琦結合日本的排放源特徵和CCS經濟模型，提出了考慮日本地質力學特點的鹹水層封存的場地選擇和評價方法（Li et al.，2003b；Li et al.，2005）。二者共同把其中的部分方法引入到中國的CO₂深部鹹水層封存的選址評價中，並在中國第一個全流程CCS示範項目——神華鄂爾多斯每年十萬噸CO₂深部鹹水層封存的選址中得到了應用。

美國科學家Friedmann認為，在美國有充分的技術儲備和知識積累來選擇安全的CO₂地質封存場地，並在考慮斷層和鑽孔等主要災害誘發通道的基礎上，提出了一個CO₂地質封存選址的決策性建議（Friedmann，2007）。

美國科學家Oldenburg提出了一個基於健康、安全、環境風險條件下的CO₂地質封存場地選擇方法和計算框架。該評價方法基於CO₂泄漏風險的假設並依賴於CO₂地質封存場地的3個基本特徵：(1)主力儲層結構的實際封存潛力；(2)主力儲層泄漏後的次級封存潛力；(3)主力儲層泄漏、次級儲層失效時，泄漏CO₂的稀釋和驅散潛力。該評價體系從主力儲層的封閉性、埋藏深度、封存潛力，次級儲層的封閉性和封存潛力，以及CO₂泄漏後地表特徵、水文地質條件、泄漏通道等方面出發，將相關評價因子陣列成電子表格，用戶在該表格里輸入代表專家觀點或者已發布的帶有不確定評價信息的權值即可進行評價。Oldenburg根據加利福尼亞3個場地的實踐應用驗證了本評價體系的可行性。同時指出通過應用更詳細的場地數據或者模型結果能夠改進和擴展該評價體系（Oldenburg，2008）。關於Oldenburg選址體系的詳細介紹參見本章第四節國外典型選址案例。

美國國家能源技術實驗室（National Energy Technology Laboratory ，NETL）根據CO₂地質封存場地選址受到的自然地理條件、氣候條件、地質條件、社會經濟條件、交通運輸條件以及工程技術條件等約束限制，提出場地選址可以從地質條件、社會經濟適宜性、調控數據分析、場地適宜度分析和模型開發技術等5個方面來建立選址的邏輯結構指標體系（圖1-1）。深部鹹水層地質封存的選址指南可以歸納成表1-2所示的各項指標單元（National Energy Technology Laboratory，2010）。圖1-1和表1-2中的各項評價單元雖然眾多，但是最重要的評價因子包括以下4個方面。

（1）封存容量：潛在的封存場地能否提供需要的封存容量？

（2）可注性：潛在的封存場地能否滿足給定的灌注壓力或灌注速率？

（3）長期的安全風險：被封存的CO₂能否長久安全地被圈閉在深部鹹水層中？

（4）經濟性：深部鹹水層CO₂封存項目是否經濟上可行？

圖1-1 CO₂地質封存場地選擇的決策流程圖（據NETL，2010，略有修改）

表1-2 美國國家能源技術實驗室場地選址的指導方針

續表

從圖1-1和表1-2中可以看出，模型的發展和集成度是評價目標靶區的關鍵決策工具，通過各種場景的數值模擬和歷史匹配，可以最大限度地達到數據同化的目的，從而最大限度地減少選址過程中不確定性因素的影響，在最大限度地增加灌注量的同時確保場地的安全性。

H. 方法技術研究現狀

1.調查方法技術

長期以來，地質、農業、水利、環保、氣象等部門從不同專業角度出發，形成了岩、土、水、氣、生物等介質的調查和研究方法，制定了相應的規范規定。如地質系統的區域地質、區域地球化學、區域水工環地質等調查規范規定，為農業地質環境調查方法技術體系的形成奠定了基礎。

以往調查和研究工作多從部門與學科專業角度出發，調查研究的介質要素相對單一，分析測試指標較少，不少方法技術主要適用於局部性、專題性研究目標。浙江省農業地質環境調查作為一項系統工程，覆蓋范圍大、涉及指標項目多、服務應用領域廣，包括示範區—重點片區—全省范圍的多尺度調查任務（工作比例尺變化於1：5萬—1：25萬—1：50萬），涉及土壤、水（地表水、地下水）、生物、農產品、淺海沉積物等多種介質，迫切需要形成包括野外調查、樣品採集加工、分析測試方法、數據處理和綜合分析、成果表達、質量保證體系在內的一整套方法技術體系。

隨著現代分析儀器、方法及測試技術水平的發展，土壤沉積物、植物、水等介質中元素全量分析測試方法已比較成熟，但有一些元素特別是痕量超痕量元素的分析測試方法及質量監控體系仍有待完善。如，土壤沉積物中元素的活動態組分對動植物具有更直接的作用，元素和有害物質的賦存形態研究可以為土壤營養分級、污染物危害評價提供更為直接的證據。然而，至今土壤元素相態提取與分析存在的問題還很多，主要表現為部門之間、實驗室之間提取方法、流程不統一，不同實驗室、同一實驗室不同批次間分析偏差較大。因此，各種提取方法的科學性、實驗條件的標准化是相態、有效態分析方法研究的重要內容。

隨著當代科學技術的進步，高新技術的應用已成為現代農業地質調查和評價的重要手段，GPS、RS、GIS等新技術手段迅速在農業地質環境調查和研究中推廣普及。由於這些新方法和技術的應用還只是剛剛開始，需要不斷總結經驗，探索並擴展其應用前景。

系統全面地將農業地質環境調查成果服務於農業生產是一項創新性工作。如何針對農業科學和生產的特點，採取生動、形象、直觀的成果表達方式，滿足政府決策層、基層技術管理部門、專業技術人士以及普通公民等不同層面的需要，也是當前農業地質環境調查與評價研究所面臨的重要問題。

2.評價方法技術

浙江省農業地質環境調查項目，著重於開展與農業環境、農業生產、農產品安全性密切相關的區域地球化學調查工作，採取多學科合作、多部門聯合的方式，廣泛收集、綜合集成地質、地球化學、環境、農業、生態、氣候等學科專業成果資料，建設浙江省農業地質環境資料庫，以彌補以往工作的不足。開展全省或重點地區的區域尺度、縣（市）級尺度的多尺度多層次農業地質環境評價和規劃，是充分發揮農業地質環境調查成果、實現調查資料轉化利用的重要途徑。

長期以來，中國農業、環保、地質、水利、氣象等部門的科研單位、大專院校從部門需要出發，從各學科專業角度對中國農業生態環境進行了大量的調查和研究，積累了大量的岩、土、水、氣、生物等環境要素成果資料，並開展了解釋評價研究，取得了一系列成果，如全國土壤背景值、第二次全國土壤普查資料、全國區域化探掃面等。然而，總的來說，由於部門間壁壘的存在，學科專業過細分割，受研究思路、方法手段以及經費等限制，多學科綜合研究、多部門協作配合差，以往相關調查與評價成果集成程度較低等多種原因的影響，使大量資料開發利率低，綜合效益較差。

與傳統的單學科研究、實驗室試驗、小范圍局部調查評價有所不同，浙江省農業地質環境調查是一項包括區域和局部多尺度、水土生物多介質、調查研究相結合、基礎性和應用性兼顧的復雜系統工程。不同層次的農業地質環境評價需要強有力的基礎理論支持，同時需兼顧農業地質環境調查成果資料特點，充分考慮農業地質背景條件，形成一套具有科學性、可操作性、實用性的評價方法技術體系。這樣的部門聯系廣、學科跨度大、技術層次高的高度綜合性評價工作是前所未有的，很難有現成的方法技術特別是綜合性評價方法供直接借鑒。盡管如此，長期以來環境地球化學、農業地質、環境質量評價、農業規劃、環境衛生學等領域的研究方法、評價模型與標准具有十分重要的參考價值和借鑒意義。

土壤元素主要來自於成土母質，部分來自人為污染的疊加。元素三維分布模式，表層與深層土壤元素含量比值及其分散富集系數，成土母岩或母質、沉積環境（相）、土壤理化特性、污染源空間分布關系的分析，元素組合特徵研究，元素存在形態、同位素組成測定、同位素定年技術等，污染元素分布的時空變化，以及典型污染源組分特徵等，為污染源追蹤、污染程度評價、異常成因分析提供了基本方法技術。

研究表明，岩土地質背景、氣候、地形條件、植被生物等自然資源和環境條件及其質量狀況是影響農業生產的基本要素；岩、土、水、氣環境與作物的生長、產量、品質，以及家禽畜牧健康間的關系是農業地質環境綜合評價的科學理論依據。眾多農作物尤其是一些名優特產往往依存於特定的地質地球化學環境條件。根據農業地質環境區域分異規律及農作物適生地質地球化學模型，科學規劃、合理種植，因地制宜地發展特色農業，有利於提高農產品產量、改善農產品品質，合理利用農業資源，發揮地區優勢，提高農業生產效益。這是農業地質環境綜合評價的理論基礎和方法技術依據，其中的內在問題，就是調查研究地質地球化學環境同農產品生長之間的聯系。

污染生態學研究認為，污染生態效應研究應綜合考慮污染物產生和釋放機理、不同環境條件下存在形態與轉化規律、不同環境介質中的遷移規律及作用於生物體的毒害機理。同樣，這也是農業地質環境評價的基本指導原則。

土壤、水、農產品等現有的農業地質環境單介質評價方法、標准依據及其評價成果，是綜合評價規劃的重要基礎依據。在數十年的環境毒理學、土壤環境容量、水質基準、人體安全攝入量等研究基礎上，已建立了土壤環境質量標准、水環境質量及飲用水質標准、農產品食品衛生標准等一系列國家和行業標准，形成了環境質量分級、污染指數評價等比較成熟的評價方法模型。多要素綜合評價、生態系統層面的綜合評價框架思路、指標體系、標准依據、方法模型是當今生態環境科學的熱點研究課題，諸如層次分析法、主成分分析法、灰色評價系統、專家信息系統、神經網路系統等方法模型均具有一定的試驗應用前景。

近十年來，全球定位系統（GPS）和遙感技術（RS）等高新技術的快速發展，為野外調查、快速高效地採集三維動態數據資料提供了技術條件。現代分析測試技術使多介質樣品的定量分析成為可能。計算機技術、資料庫技術、地理信息系統（GIS）的發展和成熟，為海量數據資料的管理、統計處理、空間分析和解釋評價提供了技術平台。現代技術的突飛猛進，為多要素、多指標因子的農業地質環境綜合評價和研究提供了方法手段與技術平台。

3.評價研究存在的問題

農業地質環境綜合評價是一項研究內容豐富、跨越多學科、多部門的技術性系統工程，迄今為止難以找到類似先例，綜合評價的理論基礎、方法思路、指標標准還有待研究探索，其中還面臨諸多問題：

（1）理論依據與方法思路有待進一步理清

傳統的農業、地質、環境調查、研究與評價，多考慮部門自身需要，從學科專業優勢出發，針對單一環境介質或某些要素進行，從而獲取生態系統的部分信息，不可避免地帶有學科專業性質，影響到評價研究的綜合程度和生產規劃的實用性。農業地質環境綜合評價是以地學為主線，以地球化學資料為基礎，系統考慮與農業生產密切相關的各種自然和社會因素，包括地形地貌、地質背景、地球化學環境、作物適宜性、氣候條件、農業發展趨勢、社會經濟及市場導向等，綜合程度更高，以求評價規劃成果更加切合農業生產發展的實際需要。

顯然，這樣的多因素綜合評價面臨著一系列方法技術問題。如果說，相對單一的土壤、水、沉積物環境質量評價，農產品安全性評價，作物適生地質地球化學模型，農業地質環境的預測預警等評價思路和方法還存在這樣或那樣的問題，那麼綜合評價在概念理論、方法模型、指標體系、標准依據等多方面存在更多不確定因素。如何發揮地質、地球化學、環境、生態、農業等多學科理論的指導作用，充分利用農業地質環境調查資料成果，建立多學科、多信息、系統全面的評價方法和規劃，兼顧開發、利用、保護，促進區域農業、生態環境、社會經濟可持續發展，仍然是一個需要深入研究的課題，也是需要在本項目實踐的基礎上不斷探索、研究解決的重要問題。

科學合理的評價工作要求有專業理論的指導，建立符合實際、操作性強的數學模型。例如，目前多以單因子污染指數為基礎，進行機械的疊加處理以計算綜合污染指數，進而評價總體環境質量及總體污染程度，而忽視了更為重要的污染物毒性差異、存在形態及生物有效性、污染物之間相互作用，很難反映真實的環境質量和污染生態效應。

科研部門對持久性有機污染物（POPs）的環境行為、生物毒性及在各種環境介質含量水平進行了大量的研究。但是，如何表徵、判定自然環境條件下低濃度有機污染物如PCBs的長遠生態效態，還存在相當大的技術難度。再如，由於土壤重金屬的生態效應受到土壤環境、生物屬性、元素間相互作用等影響，並且具有延滯效應，單一地根據調查取得的土壤元素含量資料評價其生態效應，本身就是一件有難度的事情。

（2）基礎數據資料的局限性

農業地質環境是與農業生產密切相關的地質環境及其相關自然要素，包括基岩、土壤沉積物、水、氣以及地形、生物、氣候等地球表層多介質環境要素構成的自然環境體系，是生態系統的基本組成部分。農業地質環境評價需要根據不同評價目標，以地質、地球化學、農學、環境、生態等多學科理論為指導，以土壤、水、農產品、岩石、灘塗、淺海沉積物等多介質采樣分析、非點源污染狀況、名特優特色農產品立地背景、農業經濟和農業發展調查資料為依據，綜合集成農業地質環境資料信息，取得符合客觀實際的農業地質環境評價成果。

受部門分割的影響，已有的農業地質環境評價規劃所依託的基礎數據資料在系統性（介質、測試指標）、覆蓋范圍、數據質量（采樣和分析質量）等方面存在不少問題，影響到整體評價規劃成果的水平。由於綜合研究深度有限，多信息綜合程度低，評價規劃結果往往帶有一定的片面性。如在環境污染調查評價方面，已有工作一般是根據調查資料評價環境質量現狀，受資料的限制對於異常成因、污染源追蹤、污染物活化遷移、富集累積及其生態效應的預測研究比較薄弱。

（3）方法技術須進一步完善

污染源追蹤、存在形態測定、遷移轉化規律等方法還缺乏系統全面性。例如，形態分析方法，或對採集的樣品保存條件要求極高，或提取分析流程過於復雜，或分析測試成本過於昂貴，分析測試重現性差，而處於實驗室研究階段，難以適應批量樣品生產研究的需要。再如，不同景觀條件下土壤元素存在形態的提取與測定方法，不同學者有不同的看法，需要進行標准化、規范化，同時有必要建立系統健全的質量監控與保證體系。可喜的是，近年來在中國地質調查局的組織領導下，元素存在形態的提取、測定、質量監控的標准化、規范化水平得到顯著改善。又如，單源或雙源影響下的污染，利用典型污染源元素組合或同位素組成特徵，就可比較有效地判別污染來源及其貢獻大小。但多源污染的識別難度則顯著增加，各種方法有效性大大下降。

（4）指標體系、依據標准不夠系統

在環境標准方面，考慮自然背景、環境要素與動植物健康的關系，以及經濟技術條件，確定的環境標准系列包括污染物排放標准、環境質量評價標准、農產品安全和衛生標准等，涉及的環境介質包括土壤沉積物、水（地表水、地下水）、植物、大氣等，農產品則分門別類制定了極為詳細復雜的安全或衛生標准。這類法規標准雖然數以千計，但總體來說，現有的農業環境質量標准、農產品安全和衛生標准涉及的環境要素、介質因子及指標定值不夠系統，仍不能滿足當前多信息、多指標評價的需要。如中國土壤環境質量僅對8種重金屬元素作了規定，而地球化學調查元素指標一般達50多項，由於標准不完備，多數元素的數據資料難以利用。隨著中國加入WTO，農業部、科技部已將農業環境標准、農產品標準的制定工作列為當前的重要任務，大量新標准正在形成，標准體系迅速完善，需及時跟蹤、收集並利用。

現有的評價方法模型多採用傳統的綜合污染指數法評價總體環境質量及總體污染程度，即採用各種數學模型將單因子指數進行機械地疊加處理，而忽視了污染物的地球化學行為、生物有效態、生物效應間存在的巨大差異以及各種組分間的復雜相互作用，如拮抗作用與協同效應。常常導致評價結果與事實產生明顯的出入。

農業地質環境調查的環境介質、指標參數復雜多樣，要求以科學准確的方法、簡易可行的技術加以測定、量化或描述。由於農業地質環境調查畢竟是資金、人員、技術、時間投入都受一定限制的項目性工作，在力求全面系統的同時，相對於農業環境、農業發展這一龐大復雜系統，所獲取的指標參數、資料精度及其研究深度必然帶有時代局限性。因此，農業地質環境評價應切合生產實際，側重於現有數據資料的開發利用，形成實際可行的評價指標體系。

（5）信息綜合集成程度低

過去的農業發展規劃多從部門優勢出發，側重於農業生產的少數要素，基於有限的信息資料進行，未能將農業生態系統作為一個有機整體進行系統調查、綜合評價。已有評價規劃模型大致可分為：①針對不同環境介質的評價。如土壤環境質量評價，水環境質量評價，大氣環境質量評價；②針對不同應用目標、單學科角度的評價。如考慮土壤立地條件、肥力條件的種植適宜性規劃，考慮地質背景條件的種植適宜性規劃，考慮氣候環境條件的種植適宜性規劃，考慮土壤污染程度的土地質量分級利用規劃，考慮農村經濟水平、地理條件、市場導向的農業經濟發展規劃，以及考慮多種因素的綜合評價，等等。這些環境質量、農業評價規劃模型雖然對農業發展起到重要作用，但多學科綜合研究程度低。科學全面、多學科、多信息綜合的評價方法和模型並不多見。這種局面顯然已不能滿足當前綠色農業、優勢農業發展，以及建立農業生態環境長遠保護體系的需要。兼顧開發、利用、保護的原則，建立綜合多信息的農業發展評價規劃體系是當前一項重要而緊迫的任務。

從農業生態環境系統角度進行綜合研究、評價與規劃還處於探索階段。現有的評價標准還不夠系統，不同學科專業對各種評價指標的許可權看法不一。雖已提出了多種綜合評價模型，如層次分析法、主成分分析法、模糊（灰色）評價系統、專家信息系統等，但效果好的應用實例並不多見。

（6）成果表達方式經驗不足

不同於傳統的學術理論研究，農業地質環境綜合評價以其重要的社會應用服務性為特色。因此，評價工作不僅要以翔實准確的數據為基礎，以科學先進的方法為途徑，還要以標准化、社會化、大眾化、科普化作為評價和規劃成果表達考評原則，以滿足各級政府、專業技術管理部門、科學研究人員和社會公眾等不同層次的需要。

新的研究內容、研究目標、服務對象，要求放棄傳統的思路和觀念，加強和突出成果表達方式的研究。充分發揮計算機信息處理技術、網路傳播技術，也是改善成果表達方式的重要途徑。

I. 研究現狀是什麼意思

即文獻綜述，要以查閱文獻為前提，所查閱的文獻應與研究問題相關，但又不能過於局限。與問題無關則流散無窮；

過於局限又違背了學科交叉、滲透原則，使視野狹隘，思維窒息。所謂綜述的「綜」即綜合，綜合某一學科領域在一定時期內的研究概況；「述」更多的並不是敘述，而是評述與述評，即要有作者自己的獨特見解。

在寫畢業論文時，對這些主要觀點進行概要闡述，並指明具有代表性的作者和其發表觀點的年份。還要分別國內外研究現狀評述研究的不足之處，即還有哪方面沒有涉及，是否有研究空白，或者研究不深入。

(9)方法研究現狀擴展閱讀：

新的知識會透過三種研究過程而得到：試探性研究：發掘問題、弄清問題；建設性研究：為問題提供解決方法；經驗性研究：為解決方法的可能性提供實質證據。

學者常用的研究方法有：行動研究；實驗；個案研究；參與者觀察；經驗和直覺；面談；調查；統計分析；數學模型及模擬；原文分析；分類；製作地圖；符號論；線索分析。

雖然研究題目各異，一般研究過程如下：

確立主題；確立命題；概念上的定義；運作上的定義；搜集數據；分析數據；結論，審查命題；大眾常常誤解以上的過程可以證明命題成立，實際上只可以直接證明命題不成立。證明命題成立是需要反覆的測試和驗證。

J. 　研究現狀及發展趨勢

80年代中後期以來，隨著人們對環境問題的重視和可持續發展思想的影響，對地下水的開發利用越來越多地綜合考慮社會、經濟、環境等制約因素，所建立的管理模型更多地體現了社會、經濟、環境協調發展的原則。計算機以及求解管理模型的數學規劃演算法的進展，也促進了管理模型的發展。從模型的研究內容上，主要集中在地表水-地下水聯合調度、地下水量-水質綜合管理、地下水可持續利用管理模型的研究上；從模型結構上，多目標和非線性管理模型是當前及今後研究的重點和難點。

一、地下水-地表水聯合調度管理模型

地下水和地表水都是水資源的重要組成部分，並具有有機的聯系，從系統的觀點來看，在開發利用中必須考慮兩者之間的聯系，尋求最優聯合調度方案，可發揮地表水和地下水各自的特點，來達到充分開發水資源潛力、提高水資源利用率、降低開發成本的目的。聯合調度的優點在於：①利用含水層的調節庫容和兩種水資源時空分布的差異，增大水資源可利用量：②發揮包氣帶和含水層的過濾和吸附等凈化作用，提高供水質量；③利用含水層的保溫功能和地表水與地下水的溫度差，儲存能量，節約能源。

由於兩種水資源的分布、運動等特性的差異，建立真正意義上的聯合調度模型並不容易。大多數研究者將河流作為源匯項來處理，如Morel-Seytoux（1975）提出了與地下水單位脈沖響應函數類似的河流-含水層響應函數，Daubert and Young（1982）運用該函數建立了地下水經濟管理模型。由於地表水存在著明顯的隨機性，因而建立隨機地表水-地下水管理模型更為實用（Maddock,1974）。Onta等（1991）建立多階段地表水-地下水聯合調度模型，利用兩個系統時間分布的差異提高水資源利用率。

二、地下水量-水質綜合管理模型

水資源的管理包括了水量和水質兩個方面，對水質管理模型的重視，主要由於以下三個原因：①可持續發展的要求，人們對地下水環境（污染）問題更加重視；②各種途徑對地下水的污染日益嚴重和顯著；③利用包氣帶和含水層的自然凈化能力和巨大的環境容量，研究污水排放和處理的最佳途徑，如污水土地處理系統。地下水量-水質綜合管理模型可用於確定最優污水排放標准、排放量、水力捕獲井的最優布局和抽水量等地下水質控制問題。水質模擬模型本身十分復雜，建模要將地下水水量模擬模型和水質模擬模型一起耦合到水質管理模型之中，這樣常產生高度非線性、多階段、大型數學規劃問題，目前對於復雜的地下水質管理模型求解仍十分困難。

Willis（1976a）首先建立地下水穩定水質管理模型，Willis（1976b）和Futagami（1976）用嵌入法建立非穩定地下水水質管理模型，Gorelick和Remson（1982b）使用單位濃度響應矩陣建立地下水水質管理模型，這些模型用來確定污水最優排放標准和最大污染質排放量。Gorelick和Remson（1982a）用迭代法確定最優污水灌注量。近來的遺傳演算法用於求解高度非線性的水質管理模型，是一種非常有益的嘗試。Yoon和Shoemaker（1998）建立了生物恢復地下水水質非線性管理模型，分別用遺傳演算法、分解隨機進化對策演算法、直接搜索法和基於導數的優化方法求解同一非線性管理模型，並進行了比較。Sawyer和Lin（1998）對隨機約束規劃在地下水管理模型中的應用進行了綜述，用響應矩陣法建立了地下水污染控制管理模型，由於考慮固定費用問題和約束矩陣及右端項的隨機性，使該模型轉化為求解確定型混合整數非線性規劃問題。這種數學規劃問題求解難度較大，該研究用遺傳演算法求解。

水力捕獲（hydraulic capture）控制地下水污染是指被污染含水層適當位置設置抽水井，截獲被污染的地下水，阻止部分被污染的地下水向供水水源地流動。通過建立地下水水力管理模型，對地下水水位和流速進行控制，可達到最優控制地下水污染的目的。Misirli和Yazicigil（1997）對用水力捕獲法建立管理模型進行了綜述，並對一假想的有供水水源、受到污染的含水層建立了六種控制地下水污染、保證供水的地下水管理模型。所建立的模型分別用二次規劃、線性規劃和混合整數規劃求解，並對計算結果進行了比較。

三、地下水可持續開發利用管理模型

地下水系統是一個復雜的自然-人工復合系統，它與社會、經濟、環境、生態、地表水系統都有著密切的聯系，因此，地下水資源的開發利用和科學管理，要綜合考慮以上因素。水資源的開發利用，特別是區域水資源的開發利用是十分復雜的，水量和（或）水質不是追求的唯一目標，更多地考慮社會、經濟和環境等對水資源的要求，僅僅用地下水水力或水質管理模型無法解決。從可持續發展角度考慮，建立地下水管理模型的原則可歸納為：①水均衡原則，保證地下水資源的永續利用；②雙向選擇原則，即水資源的規劃和管理應適應地區發展，而地區發展規劃應考慮水資源條件；③產業平衡原則，水資源的合理配置應使國民經濟按比例協調發展；④經濟-環境協調發展原則，水資源的開發利用和經濟的發展，不能對環境造成嚴重破壞。

為了建立地下水可持續開發利用管理模型，不僅要對地下水系統的自然屬性進行研究，而且要深入研究地下水的環境效應和社會屬性，主要有以下四個方面：①地下水資源-經濟研究，研究地下水資源的價值、開發成本及供水效益等；②地下水-環境影響評價，研究地下水開發利用對環境產生的影響，建立地下水環境指標體系；③地下水環境-經濟評價，評價地下水環境影響的經濟效應，建立環境經濟指標體系；④根據區域發展規劃和水資源條件，進行水資源供需平衡分析。管理模型的建立，實際就是將地下水、環境和經濟三個系統耦合，作為一個整體考慮。

Gorelick（1983）將這類模型稱為地下水政策評價與分配模型，從建模方法上又分為三種：水力-經濟響應模型、模擬-優化耦合模型和譜系模型。謝新民（1991）、朱文彬等（1994）運用大系統理論建立地下水資源系統經濟管理模型，邵景力等（1994）將國民經濟投入產出模型與地下水管理模型耦合，所得到的管理方案不僅是地下水最優開采方案，而且還有與水有關的產業結構調整方案和地表水取水方案。這類模型涉及因素眾多，管理模型通常是多目標和（或）非線性的大型數學規劃問題（見下文）。

四、多目標地下水管理模型

多目標管理模型更能體現地下水系統層次性和多目標性，模型不僅能提供地下合理開發利用最優方案，而且可作為宏觀經濟和環境規劃的決策依據，因而更具實用性和可操作性。70年代以來，多目標管理模型用於解決水資源的規劃問題（Haimes和Hall,1974;Co-hon和Marks,1975），80年代以後，隨著對地下水系統研究的不斷深入、地下水模擬技術及其與管理模型耦合技術的發展，多目標規劃才出現在地下水管理問題中。與單目標相比，多目標地下水管理模型有如下特點（邵景力等，1998）：

（1）各目標間的度量單位多是不可公度的，有些目標甚至很難給出定量指標，如供水的社會效益、環境效應等。用單目標優化方法很難處理不可公度的多目標問題。

（2）各目標間的權益通常是相互矛盾的，這是構成多目標問題存在的基本特徵。多目標問題總是以犧牲一部分目標的利益來換取另一些目標的改善。單一目標的最優並不代表系統整體最優。

（3）多目標問題的優化解不是唯一的。多目標規劃的任務是考慮經濟、社會、環境、技術等因素，權衡各目標的利弊，從多個「有效解」中尋求各目標都能接受的「滿意解」。

（4）多目標規劃可以充分發揮分析者和決策者各自的作用。在現代管理中，分析者的任務是根據決策者的要求建立管理模型，提供多個各有利弊的方案，作為決策者決策的依據。決策者的任務是站在更高的層次上，兼顧各方面利益，從眾多可選方案中確定決策方案。

多目標問題類型多，無統一的數學形式，故沒有通用的求解方法。針對不同的管理模型和目標評價准則，應採用相應的解法。一個特例是線性層次目標規劃可用於解決大型多目標規劃問題，該方法是目前最常用的多目標規劃方法。邵景力等（1998）運用線性目標規劃求解包頭市地下水-經濟-環境多目標管理模型。Willis和Liu（1984）首次用響應矩陣法建立多目標地下水管理模型。Datta和Peralta（1986）將代替價值交換法用於地下水-地表水聯合調度的多目標管理問題中，兩個相互矛盾的目標為最小抽水費用和最大抽水量。Bogardi等（1991）採用一種互動式多目標決策方法求解地下水多目標管理問題，有三個目標函數：總抽水量最大、抽水降深最小和總抽水費用最低。El Magnouni和Treichel（1994）建立了線性多目標地下水管理模型，他們採用逐段線性規劃求出最佳協調解，這種方法也可通過迭代求解類似潛水含水層管理這樣的非線性多目標規劃問題。Ritzel等（1994）用遺傳演算法求解多目標地下水污染控制問題。

五、非線性地下水管理模型

地下水管理模型的非線性問題是普遍存在的，產生非線性的原因主要由兩個，其一是系統狀態的非線性，由於分布參數管理模型要與地下水系統模擬模型聯立形成數學規劃問題，產生了非線性的管理模型。如潛水含水層模擬模型即為非線性的，地下水流場非穩定和（或）未知條件下，對流-彌散方程中有速度和濃度的乘積，為非線性項。二是管理問題的非線性，如目標函數和某些特殊約束條件的非線性。非線性管理模型能更精確地描述地下水系統及其管理問題，因而提高可模型結果的精度和可信度。但由於非線性規劃問題沒有統一的模式，在可行域內有可能存在多個局部最優解，因而到目前為止，沒有通用的、高效的求解方法，要根據管理模型的結構特點和規模，選擇合適的求解方法。

線性化是解決非線性問題最簡單的方法，如Bear（1979）、Gorelick和Remson（1982b）、Ratzlaff（1992）等。通過迭代將非線性管理模型轉化為求解一系列線性規劃模型亦是解決非線性問題的有效方法之一，如Aguado和Remson（1974）用預測-校正法通過反復迭代求解潛水含水層地下水管理問題；Willis和Newman（1977）用求解一系列線性規劃替代非線性目標函數、線性約束條件的非線性規劃問題；Willis（1983）通過反復運用潛水含水層模擬模型校正單位脈沖響應矩陣，解決潛水含水層的管理問題；Gorelick和Remson（1982a）迭代求解線性規劃得到最優污水灌注量。

對於目標函數往往是決策變數的二次多項式，若模擬模型和其他約束條件為線性的，則形成二次規劃問題。二次規劃有統一的表示形式和通用解法，是非線性管理模型中最常用的求解方法之一。如Aguada和Remson（1980）、Lefkoff和Gorelick（1986）、Misirli和Yazicigil（1997）等均是用二次規劃求解管理模型。

在管理模型為高度非線性條件下，上述方法均不是有效的演算法，這類問題是目前地下水管理模型研究的熱點和難點。人工智慧演算法（又稱進化演算法，evolutionary algorithms,EA）為求解高度非線性規劃問題開拓了廣闊的前景，其優點是可得到全局最優解，通用性強，缺點是這些演算法均為並行計算，計算工作量巨大，規模稍大的管理模型用一般PC機無法完成計算工作。這類方法主要包括遺傳演算法（genetic algorithm,GA）、分解隨機進化對策（derandomized evolutionary strategy,DES）、模擬退火法（simulated annealing）等，在地下水管理模型中的應用可參閱有關文獻（Dougherty和Marryott,1991;Ritzel和Eheart,1994;Rogers和Dowla,1994;McKinney和Lin,1994;Taghavi等，1994;Morshed和Kaluarachchi,1998；邵景力等，1999）等研究。此外，常用於解非線性規劃的方法還有直接搜索法（主要有修整單純形法、Nelder-Mead單純形法、並行方向搜索法）和基於導數的優化方法（如約束優化的隱式篩選法等）。這方面研究可參閱有關文獻（Karatzas和Pinder,1993;Varljen和Shafer,1993;Minsker和shoemaker,1996;Emch和Yeh,1998）。