方法研究现状

A. TEM方法应用研究现状

瞬变电磁场法（Transient Electromagnetic Field，简称TEM）对低阻异常体有更高的 灵敏度，对施工场地有着极强的适应能力，因此回线装置的TEM方法得到了广泛应用（朴 化荣，1990；蒋邦远，1998；李貅，2002）。实际应用中，大回线装置发射线框边长一般 200～800m，对于几百米长的发射线框，只观测发射线框中心一个点就移动位置势必会 大大降低TEM法的工作效率。这样，在后来的实际生产中，回线内瞬变电磁测量装置（俗 称大回线源瞬变电磁法）逐步代替了中心回线和重叠回线装置（薛国强等，2007；石显新 等，2009），即只在回线中间三分之一到三分之二范围内进行观测。这样，理论上，需要 解决的问题就变成了非共中心点响应计算问题。在非共中心点情况下，由于观测点位置偏 离中心点，需要解决形双贝塞尔函数积分的计算问题（Raiche，1987；Xue，2010）。由 于不容易求解含有多重贝塞尔函数的积分方程式，没有形成专门的适用于大回线内各场点 的视电阻率计算公式，所以实际应用中的视电阻率计算等数据处理和解释仍然以中心回线 公式作为依据。

随着物探方法向精确勘探方向的发展，发现线框内观测区的边缘与中心点相比，感应 电动势数值偏离达15％～25％，这与某些地质目标体，如埋深几百米的陷落柱、导水 小断层，埋深上千米的金属矿床等引起的异常相比，已经不可忽略（石显新等，2009）。对于非中心点情况下，积分比较复杂，不能直接化成多项式形式，更不能直接进行傅氏变 换，这也是大回线源瞬变电磁法解释技术迟迟不能进步的主要原因之一。因此，将大定源 回线理论公式引入中心回线装置中，把两者统一起来形成了趋势；在此基础上研究视电阻 率算法成了当前研究的热点。

对大回线源瞬变电磁非中心点场和中心点场响应进行对比讨论，认为核函数具有相似 的函数形态和函数性质，因此对于非中心点各分量也可以表示成与中心点垂直分量类似的 多项式形式，采用待定系数法，完成视电阻率定义，通过模型检验认为方法可行，结果可 靠，使用这一技术对西藏山南地区的帕南、努日等两个矿进行探测（薛国强等，2011），取得较好的效果。

B. 采用方法及研究现状

1.采用方法技术

成矿区带构造叠加晕预测法。

2.技术发展现状

中国地质大学(北京)赵伦山、吴悦斌、沈镛立教授在1990年对牟乳金矿带的牟平段（304km²）进行了基岩地球化学测量研究^[1]，取得了中国第一个成矿区带基岩地球化学研究成果，找矿效果显着，出版专着《基岩地球化学测量方法》^[1]。主要成果：以解决基础地质和找矿问题为目标，提出了以目标追踪采样为主体的基岩地球化学成矿预测新思路新方法；研究方法是:按1∶2.5万比例尺，将研究区划成1km²网格，每个单元格内采4～7件样品，其中采背景场1～2件，构造蚀变带3～5件，多元素分析后，形成两种图，即区域地球化学背景场图和基岩地球化学异常成矿信息图，前者研究区域成矿地球化学背景与成矿关系，后者主要是构造地球化学研究与成矿预测；区域成矿地球化学背景研究，总结出区内反映区域上不同岩石类型元素组合特征，根据区域上元素异常分布可划分不同岩石类型的分布范围；构造成矿信息图反映了区域上的成矿规律，区域异常沿主构造分布，反映了金矿成矿信息，提出了控矿构造，圈定了金的成矿远景区和预测靶区，为找矿提供了重要依据，并取得显着找矿效果，获地质矿产部科技进步三等奖。

到2010年，经过近20年，还未见有更系统的区域构造地球化学研究成果专着或论文，《基岩地球化学测量方法》成果仍处于领先地位。

该方法需进一步研究有三点：①逐一追踪区内主成矿断裂构造及对各构造系统采样，对区内各主要断裂构造进行地球化学研究；②确定同一断裂构造成矿相对较好的地段；③对各矿点进行评价预测。

3.构造叠加晕方法^[2]

构造叠加晕方法是20世纪90年代以来李惠教授等在研究和发展原生晕找盲矿理论基础上开创的找盲矿新方法新技术。该方法是根据金受构造控制，金矿成矿成晕具有多期多阶段叠加的特点及金矿每一次成矿都有明显的轴向分带（即每次成矿形成的矿体都有自己的前缘晕、近矿晕和尾晕）的特点，提出了原生晕叠加理论，研究不同成矿阶段形成矿体（晕）的轴向分带及其在空间上的叠加结构，建立矿床的叠加晕模式，确定盲矿预测标志，用模式和标志进行深部盲矿预测，提出预测靶位。

20世纪90年代以来，先后采用构造叠加晕法对50多个矿山研究-预测-跟踪，经统计，部分矿山对构造叠加晕预测靶位验证见矿，已累计找到金金属量278.6吨，取得了显着找矿效果。

成矿区带构造叠加晕研究为首次示范性研究。构造叠加晕法过去主要用于矿山深部找矿，还未见过成矿区带利用构造叠加晕方法进行成矿预测研究。

C. 研究现状分析

一、趋势预测研究工作得到重视

20世纪50年代以来，国际能源组织、各国的能源机构、跨国石油公司以及专家学者进行了大量的油气储产量发展趋势预测研究工作。其中，USGS及美国能源情报署多年来对全球油气资源状况和未来发展趋势开展了系统的研究，一方面是由于美国是当今世界能源消耗最多的国家，对全球油气资源评价和供需形势研究非常重视;另一方面也说明美国等西方发达在世界油气储量、产量未来增长趋势的研究走在世界前列，该领域缺乏发展中国家的声音。

二、偏乐观的预测与实际更为相符

对石油资源的认识是一个逐步深入的过程，对石油资源量的评价结果越来越大，USGS2000年所做的评价结果从1000×10⁸t增大到4000×10⁸t。在20世纪中叶就有人预测石油资源即将耗尽，石油资源衰竭论持续了半个多世纪，然而事实证明往往最乐观的预测与实际情况比较接近，悲观论者的预测结果与实际情况大相径庭。

在世界石油工业的历史上，很多着名的石油专家提出了悲观的论断。早在1919年USGS的总地质师DaveWhite认为石油生产的高峰将在3年内结束;1989年Campbell认为“石油生产将在1989年达到高峰”，1994年又认为“2000年前达到生产最高峰”，1997又认为2004是产量高峰，2000年他又提出2010年是油气生产高峰;1997年Dun-can也认为2000年是产量高峰。

2001年，Campbell估测的常规石油最终可采储量只有2808×10⁸t，常规天然气283×10¹²m³。而近10年来世界石油每年生产30×10⁸t以上，但是石油的可采储量并没有减少，反而从1994年的1369×10⁸t增长到2002年的1662×10⁸t，储采比从45∶1上升到目前的50∶1以上。天然气可采储量迅猛增长，从1990年的118×10¹²m³到目前的156×10¹²m³，每年产量都在2×10¹²m³以上，储采比从50.6∶1上升到目前的62.4∶1。可见，随着资料的增多与勘探向新区、新领域的发展，预测结果总的趋势是在增加的。同时，随着技术进步和勘探开发成本的降低，现今难以开采的油气资源将转化为可采储量。

国内对油气储量、产量的增长预测也存在这种现象。从我国对石油地质资源量的认识看，近期约765×10⁸t的评价结果与20世纪60年代115×10⁸t相比，增加了近7倍。油气勘探历程表明，地质家对资源量的认识常常是偏保守的，我国有很多含油气盆地的累计探明储量，已经超过或接近以前计算的资源量。例如，南襄盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地等。

三、天然气的趋势预测处于起步阶段

对石油储产量的预测工作做得较多，而天然气的预测处于起步阶段，认识还不够深入。由于目前世界各国对天然气资源状况的认识上还不甚明朗，在天然气产量峰值的预测上尚未有一个明确的判断。

四、缺乏国家层面的预测研究

虽然我国从20世纪80年代就开展了有关油气资源趋势预测的探讨与研究，但这种研究多以学者和公司为主，反映的是学术观点，缺乏国家层面权威的分析与研究。在研究过程中还存在以下几方面的问题:一是以往的研究主要集中在数学模型的推导和讨论，地质分析不够深入，对全国油气储量、产量增长的预测缺乏由小到大、逐级汇总的系统分析;二是预测模型都是单旋回的，而我国含油气盆地普遍具有多套勘探层系和多个构造单元，大中型油气田的发现往往呈多个阶段，油气储量增长具有“多峰”的特征，单一预测模型和单旋回的预测难以反映油气储量发现规律;三是已知的预测模型只能对未来可能发现的储量数值进行预测，对待发现的油气藏类型难以作出合理的推测，每一个盆地或地区的预测都是一个“特例”，缺乏规律性的总结和认识。

五、预测方法以统计法为主

目前，国内外油气资源趋势预测主要依靠统计法，这种以统计模型进行油气资源趋势预测的方法存在的问题或不足主要表现在:

第一，现有数学模型仅能预测储量增长的宏观趋势，难以预测因勘探新领域突破而带来的储量增长突变。储量增长预测模型是一种非线性拟合器，尽管它对参与建模的数据具有很高的吻合程度，但它对奇异样本的表现能力显然不如对规则样本的表现，所以在预测过程中，它往往仅能较好地反映近期的、趋势性的预测结果。具体到储量发现过程而言，如果某一年或某一段时间探明发现保持基本一致，则其累积探明储量保持稳定，这种样本是最平稳的，也是最容易预测的;如果某一年的探明储量增长很大，远远偏离正常的增长水平，则在建模过程中这种样本的拟合程度就较差，往往拟合结果达不到实际的增长水平，这就造成基于数学模型的预测结果是一种平稳甚至保守的估计，难以测储量增长突变的准确年份，而储量突变往往代表着新的勘探领域被拓展，储量增长趋势也会随之而变。

第二，现有方法都企图以单一的模式来解决各类复杂的油气储量增长规律问题。各个油区由于地质条件和勘探方法(含认识和部署)上的不同，储量增长的规律也迥然不同，有些油区勘探一开始就发现了大油田，甚至特大油田(如大庆油区);另一些油区，勘探初期阶段没有什么重大发现，而在勘探一段时间后才找到大规模的储量(如辽河油区)。实际上各个油区的储量增长曲线类型远比这两种类型复杂。一个油气区，往往勘探工作有一个或几个高潮，年勘探工作量时高时低，甚至勘探工作几上几下，开展储量增长预测必须考虑其增长类型。

第三，由于中国含油气盆地普遍具有多套勘探层系和多个构造单元，一方面油气资源比较丰富，另一方面油气分布相对不集中，认识过程和勘探过程呈阶段性发展，大多数油气田受地质条件及勘探开发水平的影响，石油地质储量的发现和产量的增长往往呈现“多峰”的特点，而单旋回预测模型难以有效地体现此类特点，须用多旋回的模型进行石油地质储量和产量预测。

第四，尚未形成统一的预测方法或模型体系，对于其应用效果也无统一的衡量标准。每种方法受其本身特点的限制，在理论思想、数学表达式、求解方法和最优预测阶段上都有一定的差别，表现为三点:一是同一种方法或模型在不同油区的应用效果不同;二是不同方法或模型在同一个油区的预测结果和效果也不相同，但每一个油区都有应用效果最好的方法或模型;三是对于同一个油气田或油区的多个预测结果，只有结合对油区的地质认识，才可确定最佳预测结果。

D. 研究现状与技术思路

一、研究现状与挑战

地表水与地下水之间相互转化是自然界普遍存在的陆地水文过程，它是水循环演化的基本特征之一。在地表水与地下水之间相互作用中，以河流-含水层系统相互作用的研究意义最重要。在20世纪60年代以前，对河流-含水层系统之间相互作用研究主要放在推导一维地下水流受“完整河”补给的解析解及其应用方面，这种方法被用来估计河流对地下水的补给量，一般利用河流退水曲线来确定基流量（“基流分割”）的方法，尽管水文分析法仍在继续使用，但是最近大部分研究使用的是其他解析法和数值法。

Morel-Segtous等（1975）将线性系统原理引入河流-含水层系统相互作用的研究（Nield et al.，1994），提出了计算河流或含水层子系统提取水量引起另一个子系统水量和水位变化的连续的和离散的核函数公式。这些公式可作为河流-含水层系统的模拟和管理工具。但是，这些公式的基本假定是河流和含水层间的水量交换是连续的，因此不适合于非连续水流的条件。Sophocleous等（2002）以数值模拟为标准比较了河流-含水层解析解的预测准确性，他们分别检验了解析法概化忽略的若干因素对系统响应所产生的影响程度，重要性位于前三位的因素分别是河床底部低渗层的水力传导性、河流的完整程度和含水层的各向异性，这些因素直接与含水层水流的多维性特点有关。Zlotnic等在1999年推导了同时考虑河流“非完整性”和河床底低渗阻水层影响的含水层水头计算公式，并将该公式的计算与不考虑上述两因素的其他解析解进行了比较（Sophocleous，2002）。结果发现，河流-含水层系统的响应对河床下含水层的储存性并不敏感，因此可以简化计算。这个结论与Sophocleous（2002）的结论是一致的。但是，公式中一个无量纲的反映河宽与河床底低渗层导水性及其厚度的参数对河流-含水层相互作用的影响较大，该参数越大，说明河流与含水层的水力联系越好，河床越宽，对含水层的响应越大，近似等价于河流完整性好。

总之，解析解的最大优点是方便快速。当河流-含水层系统的真实条件与解析解的假定条件接近的时候，解析解仍可用来分析河流-含水层系统在各种激励下的响应。但是完全符合与解析解的假定的水循环系统少见，解析解容易失真，应用起来必须谨慎。

应用计算机和数值模拟技术研究水循环演化问题是国内外近些年来普遍采用的有效手段，其共同的特点是所建立的数学模型都只考虑主要研究对象的水流运动规律，而不直接考虑与主要研究对象存在水力联系的其他水源运动规律，而且把这些具有水力联系的水源作为主要评价对象的一个源（汇）项加以间接考虑，这些方法实际上就是把地表水和地下水两大子系统分开来评价，未能达到真正意义上的联合评价。例如美国的Young 和Bredehoeft（1972）在研究美国东部科罗拉多的南Platte河谷的地下水与地表水联系时，尽管把河网对地下水的补给处理为随机输入，但这个量仍作为人工补给的一个源项。美国的Y.Y.Halmes和以色列的Y.C.Dreizin（1977）合作在研究地下水与地表水联合管理方法时，也把地表水作为人工补给的一个源项叠加到地下水模型中。我国的翁文斌等（1992）在研究大石河流域的地表水和地下水联合运行的模拟计算和（陈志辉等，2002）在研究山前平原区地下水资源评价中处理上游地表水的管理问题时，都把地表水与地下水的交换量体现在地下水运动方程的源汇项中，这些影响了河流中、上游取水对下游地下水水位干扰状况的准确评价。

目前，国外常采用矩形网格差分法建立的河流-含水层系统数值模型（MODFLOW），在逼近河流的不规则几何形态方面缺乏灵活性，特别是在处理多河流汇流系统时更显得“简单有余，灵活不足”。而国内的研究多把地表水流近似处理为恒定流，不能真实反映地表水流的状况和地表水-地下水的相互作用。

二、建模背景与技术思路

在降水稀少的干旱荒漠区，天然植被生长繁衍所需的水分主要依靠植物根系带内土壤水分而供给，而河水和地下水则是包气带水分的主要补给来源。在西北黑河流域，山区是平原地下水的补给源区，出山口河川径流量基本相当全流域平原区水资源总量。地表水和地下水之间相互转化是不可分割的统一水循环系统，每条河流对平原区地下水动态变化都产生影响，以至影响中、下游区生态环境。因此，应该将地表水、地下水、土壤、植物和大气作为一个物理上的连续体系统，应用运筹学、水文地质学、水文学、环境地质和环境科学等多学科的知识，通过野外地质和水文地质调查、现场试验、野外观测、室内测试和资料分析整理等工作，研究整个黑河流域地表水、地下水之间相互转化过程和基本规律，建立符合实际的地表水流和地下水流耦合模拟模型，模拟地下水变化状况和未来趋势。

具体技术路线如下：

1）收集分析近年来国内外关于干旱区地表水与地下水之间转化和水循环演化等方面的文献和资料，把握学科前沿动态和研究现状。

2）通过野外调查、试验和资料的收集，掌握黑河流域的气候、水文、地貌等自然地理条件和地层、构造、含水层组特征及地下水的埋藏、分布规律等水文地质条件。

3）通过野外调查、试验测试和资料的收集、分析和整理等工作，研究黑河流域地表水与地下水之间相互转化规律，研制一套黑河流域水循环演化动态可视系统，演示黑河流域地表水与地下水之间相互转化的水循环演化过程。

4）以连接地表河流与地下水流两个子系统之间水力联系作为桥梁，建立地表水一维非恒定流与多层结构含水系统的拟三维地下水流耦合模拟模型，并研究其数值解法。

5）建立黑河流域中游区多层结构含水系统地下水流数值模拟模型和黑河流域下游地表河流-多层结构含水系统地下水流耦合模拟模型，根据实际观测资料进行拟合求解，并模拟未来地下水变化趋势。

6）进行研究成果的区域代表性分析，探讨未来继续研究的课题和科学问题。

E. 资源评价方法研究现状与问题

（一）成矿远景区划现状

1995年元月，西藏地矿局执行原地质矿产部部署的第二轮成矿远景区划工作，提交 了《西藏自治区一江两河中部流域铬、金、铜矿成矿远景区划及“九五”至2010年找矿 地质工作部署建议》，采用地质综合法、找矿标志类比预测法在一江两河地区划分了26 个Ⅴ级成矿远景区带，其中包括7个Ⅴ级铜矿成矿区带，在冈底斯东段有“宗嘎-厅宫斑 岩型铜矿带”（V₉NWW向），“达布-曲水热液-斑岩型铜矿带”（Ⅴ₁₅NE向）、“甲玛-拉康俄火山-热液型铜多金属成矿带”（Ⅴ₁₆NE向），“克鲁-冲木达矽卡岩型铜成矿带（Ⅴ₂₁NWW向）”等4个区带。

2002-2007年，西藏地质勘查局地调院在执行中国地质调查局“西藏雅鲁藏布江成 矿区东段铜多金属矿勘查”项目过程中，以寻找和评价近期可开发利用的大型-超大型矿 床为目标，以Cu为主攻矿种，在全面收集、综合分析工作区地、物、化、遥资料和前期 矿产勘查成果，以及科研成果的基础上，在冈底斯地区探求“332＋333＋334”Cu资源量 1611.13万t，Pb资源量243万t，Au资源量125 t，伴生Mo资源量50.10万t，伴生Ag 资源量5931.80 t。根据地、物、化、遥综合地质异常及矿化体特征，预测评价冈底斯地区 潜在资源量：Cu 1200万t，Pb 400万t，Mo 100万t。与此同时，运用“协优”成矿预测 思想，对冈底斯地区控矿构造信息、遥感蚀变（矿化）信息、地球化学弱信息等进行信息 提取和综合分析，优化找矿靶区。在冈底成矿带内圈定了5个Ⅳ级成矿亚带：

1）朱诺-吉如Cu-Ag-Au成矿亚带；

2）那露果-新嘎果Pb-Zn-Ag-Fe成矿亚带；

3）冲江（厅宫）-达布Cu-Mo-Au-Ag成矿亚带；

4）驱龙-甲玛Cu-Mo-Au-Ag-Pb-Zn成矿亚带；

5）胜列-里龙Cu-Ni-Au成矿亚带（大致包括了努日、明则等矿床）。

（二）找矿方法研究现状

模式类比预测法：含矿斑岩体一般面积为1～2km²；借助斑岩铜矿地表“火烧皮”特征标志及斑岩铜矿的蚀变分带模式，运用模式类比法找铜，行之有效。

地球化学勘查法：特定的地球化学组合是指示矿化存在的有效找矿标志。一般性质中 水系沉积物Cu异常＞200×10^-6可以作为工作区良好的斑岩型Cu矿直接找矿标志。

地球物理勘查法：据林品荣等（2007）研究，比较适宜于西藏冈底斯成矿带勘查的物 探电磁法技术有：自然电场测量（SP），天然场音频大地电磁测深（AMT）、频率域激 电测量，以及相对轻便的时间域激电测量，将这些勘查技术成功应用于矿产勘查，将加速 我国西部复杂困难条件下的隐伏金属矿资源探测，并提升找矿成功率。

据西藏地调院研究实践认为：矿区激电异常可以作为探测深部找矿信息的重要标志。斑岩铜矿极化率一般大于3％，最高可大于11％，特征为“低阻高极化”。

问题是：如何在冈底斯高原缺氧地带，特别是风成沙覆盖区进一步选择既轻便、又行 之有效的地球物理勘查方法，是亟待研究解决的重要问题。

F. 现状研究可以用什么方法

选择合适的调研方法直接关系到调研工作开展。笔者结合调研工作实际，将常用的九大调研方法进行介绍分析，供大家调研时参考。

1.实地观察法。调查者在实地通过观察获得直接的、生动的感性认识和真实可靠的第一手资料。但因该法所观察到的往往是事物的表面现象或外部联系，带有一定的偶然性，且受调查者主观因素影响较大，因此，不能进行大样本观察，需结合其他调查方法共同使用。通常适用于对那些不能够、不需要或不愿意进行语言交流的情况进行调查。

2.访谈调查法。该法是比实地观察法更深一层次的调查方法，它能获得更多、更有价值的信息，适用于调查的问题比较深入，调查的对象差别较大，调查的样本较小，或者调查的场所不易接近等情况。包括个别访谈法、集体访谈法、电话访谈法等。但由于访谈标准不一，其结果难以进行定量研究，且访谈过程耗时长、成本较高、隐秘性差、受周围环境影响大，故难以大规模进行。

3.会议调查法。这种方法是访谈调查法的扩展和延伸，因其简便易行故在调查研究工作中比较常用。通过邀请若干调查对象以座谈会形式来搜集资料、分析和研究社会问题。最突出的优点是工作效率高，可以较快地了解到比较详细、可靠的社会信息，节省人力和时间。但由于这种做法不能完全排除被调查者之间的社会心理因素影响，调查结论往往难以全面反映真实的客观情况。且受时间条件的限制，很难做深入细致地交谈，调查的结论和质量在很大程度上受调查者自身因素影响等。

8.统计调查法。通过分析固定统计报表的形式，把下边的情况反映上来的一种调查方法。由于统计报表的内容是比较固定的，因此适用于分析某项事物的发展轨迹和未来走势。如通过党员统计年报表，可以分析出某地全年党员的发展、转接、流动等情况，并能分析出比上年同期增减情况，还可对下一步趋势作出预测。运用统计调查法，特别应注意统计口径要统一，以统计部门的数字为准，报表分析和实际调查相结合，不能就报表进行单纯分析。如对某一个数据大幅度上升或下降的原因，报表中难以反映出来，只有通过实际调查才能形成完整概念。

9.文献调查法。通过对文献的搜集和摘取，以获得关于调查对象信息的方法。适用于研究调查对象在一段时期内的发展变化，研究角度往往是探寻一种趋势，或弄清一个演变过程。这种方法能突破时空的限制，进行大范围地调查，调查资料便于汇总整理和分析。同时，还具有资料可靠、用较小的人力物力收到较大效果等优点。但它往往是一种先行的调查方法，一般只能作为调查的先导，而不能作为调查结论的现实依据。

G. 国外选址方法研究现状

近十年来，美国、澳大利亚、英国、德国、挪威和日本等发达国家相继发布了CO₂地质封存选址指南，并在全球范围内产生了一定数量的成功封存案例，标志着CO₂地质封存选址方法研究不断趋于成熟。最近，美加两国的科学家正在联合制定CO₂地质封存的国家标准。

一般而言，CO₂地质封存场地选址通常包括2～3个阶段，即场地初步筛选、场地选择和场地初步描述。各国的选址研究在阶段划分上虽略有不同，但实质内容极其相似。不管划分为几个选址阶段，其实质问题主要是解决封存量、储盖层属性、安全评估、成本，以及场地地质特征、地球化学和岩土力学评价、风险评估、监测、运输等相关问题。在场地属性表征与评价方法方面，多是根据选定的指标按权重赋值评价。

在CO₂封存选址评价因子研究方面，通常认为最重要的因子包括4个方面：封存容量、可灌注性、长期运行的安全风险和经济性。

CO₂地质封存目标储层主要定向于3种类型目标储层，即已经枯竭和正在枯竭的油气藏、深部咸水层和因技术或经济原因而弃采的深部煤层。其中，油气藏封存CO₂的研究，旨在实现CO₂封存与石油增采的双赢（Metz et al.，2005）。

使用CO₂提高石油采收率（CO₂-EOR，下同）已经有近40年的研究历史。加拿大Weyburn油田是目前世界上将CO₂地质封存与提高石油采收率相结合比较成功的案例。Weyburn油田位于加拿大Saskatchewan省Williston盆地中北部，面积约180 km²，原油储量约14×10⁸t。Weyburn油田CO₂-EOR项目是加拿大能源公司的商业项目，注CO₂提高石油采收率的方案于2000年9月在19井阵中首先进行，初期注气量为每天269×10⁴m³。目前的注气量为每天339×10⁴m³。其中，每天有71×10⁴m³的CO₂通过生产井进行再循环。该项目通过把加压的CO₂气体注入油田储层中提高了石油采收率，通过综合监测，查明了CO₂注入储层后的运移规律，从而为建立长期、安全的CO₂地质封存技术提供了一个成功的范例。

尽管CO₂-EOR的初衷并不是为了封存CO₂，但是CO₂-EOR的成功实施间接证明已经枯竭和正在枯竭的油田是不错的CO₂地质封存场地，而且在技术和经济上都是可行的（Brown et al.，2001 ；IEA GHG，2006）。关于油气藏CO₂的地质封存选址问题，将在第四章详细讨论。

由英国石油公司（33％）、阿尔及利亚国家石油公司（35％）和挪威国家石油公司（32％）合资而成的In Salah Gas公司，从2004年开始在阿尔及利亚Krechba气田开展了注CO₂提高天然气采收率（CO₂-EGR）项目，这是世界上第一个大规模将CO₂封存于天然气藏中的项目。预计在设计年限内，累计CO₂地质封存量可达到0.17×10⁸t。该工程由4个生产井和3个灌注井组成，通过1.5 km的水平井将CO₂灌注至背斜构造中渗透率只有约0.5×10^-3μm²的砂岩储层内（Riddiford et al.，2004）。这一渗透率水平的砂岩储层在欧洲、北美和中国大陆都有相当广泛的分布。

假设地下深部的煤层具有良好的渗透性，且这些煤层以后不可能被开采，那么该煤层也可用于CO₂地质封存。向某些不可开采的深部煤层中灌注CO₂，利用CO₂在煤表面的被吸附能力是CH₄（甲烷，下同）的2倍的特点来驱替吸附在煤层中的煤层气，可以在实现CO₂地质封存的同时，达到提高煤层气采收率（CO₂-ECBM，下同）的目的（Wong et al.，2006）。

目前，在煤层中封存CO₂并提高CH₄生产的方案仍处在示范阶段。另外，如果把CO₂灌注到较浅的煤层里，首先驱替出浅部煤层中的CH₄，既可以充分开采利用浅部煤层中的煤层气，同时又可以有效地避免发生煤矿瓦斯爆炸的危险。但在采掘这些煤的过程中，煤层吸附的CO₂又会重新释放到大气环境中，还是无法达到减少温室气体排放的目的。关于煤层CO₂地质封存选址问题，将在第五章详细讨论。

根据国内外科学家的研究（Metz et al.，2005；Li et al.，2009），在所有可能的CO₂地质封存选项中，深部咸水层CO₂地质封存在全球具有最大的规模潜力。关于深部咸水层CO₂的地质封存选址问题，将在第六章详细讨论。本节和下一节重点对国内、外深部咸水层CO₂地质封存选址研究现状进行概括和总结，以便给读者一个整体的概念和理解。

挪威国家石油公司的北海Sleipner项目是世界上第一个商业规模的CO₂深部咸水层封存项目，而且这是一个离挪威海岸约250 km的离岸CCS项目。在咸水层中，Sleipner天然气田每年可以封存大约100×10⁴ t的CO₂。自1996年以来，该封存场地还没有发现过任何CO₂泄漏的现象，其成功的运行已证明深部咸水层CO₂地质封存在技术上是可行的（Metz et al.，2005）。

深部咸水层CO₂地质封存和沉积盆地的研究有着非常密切的关系，这在发达的工业化国家已经有很长的研究历史，可追溯到20世纪70年代，90年代以后得以迅速发展，随着以气候变化为核心的全球环境问题日益严峻，目前世界各国对CCS（CO₂的捕集和封存）或者CCUS（CO₂的捕集、利用和封存）表现出极大的关注。美国、欧盟、挪威、日本、澳大利亚和加拿大等都制订了相应的研究规划，开展CCS/CCUS技术的理论、试验、示范及应用研究（Bachu，2008；Bradshaw and Cook，2001；Holloway，2005；IEA GHG，2007；Socolow，2005；新ェネルキ一 ·A业技AA合A発AA，2002）。其中，挪威针对CCS中的封存环节，提出了一个颇为全面的关于CO₂地质封存场地选择和资格鉴定方面的指南（Det Norske Veritas，2009）。另外美国的科研规划、组织实施较为周密完善，并制订了详细的技术路线图，而日本的研究规划在考虑地震与活断层方面最为缜密（Li et al.，2003a；National Energy Technology Laboratory，2010；OECD/IEA，2010）。

加拿大科学家Bachu认为，评价一个沉积盆地的CO₂地质封存潜力时有几个标准必须考虑到，即它们所处的构造背景和地质特征、盆地地热特征、地卞水的水动力特征、盆地的油气潜力和成熟度、基础设施和交通等经济因素，以及社会政治条件。如果考虑上述条件和气候条件、交通便利性、基础设施以及CO₂捕获和灌注成本的话，适宜CO₂地质封存的沉积盆地的范围将会显着地减少。

Bachu在借鉴高放射性核废料封存评价条件的基础上，从区域构造、盆地几何形态、地质条件和油气潜力等方面，提出了一个盆地级别的CO₂地质封存适宜性系统化评估体系。该体系包括15个评价指标，每个指标在体系中赋予明确的权重，通过对每个指标赋予不同的权值（5个不同的权值选择）来为不同的盆地进行打分，从而确定评价盆地的适宜性和潜力。在15个评价指标中，只有板块构造和地质特征与盆地的力学稳地性紧密相关。这个评价方法非常灵活而且易于计算，因为它允许同时变化各指标在体系中的权重（相对重要性）和每个指标的具体赋予的权值（绝对重要性），而且所有的运算都是简单的多项式操作。Bachu根据加拿大Alberta盆地的实践应用验证了该评价体系的可行性（Bachu，2003）。关于Bachu选址方法的详细介绍参见本章第四节国外典型选址案例。

澳大利亚地球科学局（Geoscience Australia）在Bachu提出的CO₂地质封存潜力与适宜性评价指标体系的基础上，面向盆地级别的评价筛选出了20项指标，据此将澳大利亚适宜封存CO₂的盆地进行排序并编制了相关图集，但未研究过大比例尺场地级别的评价指标（Gibson-Poole et al.，2008）（Rick Causebrook's Talk at CAGS 2010）。CO₂ CRC于2008年发布的《CO₂封存项目封存容量估计、场地选择与场地表征》（Storage Capacity Estimation，Site Selection and Characterization for CO₂ Storage Pro-jects）报告中的选址方法使用了Gibson-Poole推荐的二氧化碳地质封存的场地表征工作流程的修正版和Bachu推荐的二氧化碳地质封存沉积盆地级筛选标准的修正版。Van Ruth等利用一种名为FAST的评价技巧研究了澳大利亚Gippsland盆地灌注CO₂过程中断层再激活的可能性（Van Ruth et al.，2006）；Rogers等研究了澳大利亚Otway盆地Port Campbell Embayment处断层再激活的可能性（Rogers et al.，2008）。关于澳大利亚Otway项目的基本介绍参见本章第四节国外典型选址案例。

自2003年出版以来历经多次修改，英国地质调查局出版的CO₂咸水层封存的最佳实践一书（Best Practice for the Storage of CO₂ in Saline Aquifers-Observations and Guidelines from the SACS and CO₂STORE Projects）最新一版，它关注了咸水层封存的所有方面，包括理想储-盖组合的识别、封存容量估计、注入流体模拟、地球化学和地质力学的场地表征、场地施工、成本估算、运输需求、监测计划的设计和基于监测数据的历史匹配，以及安全和风险评估程序等。最新一版通过案例展示CO₂咸水层封存研究的细节，这些案例包括挪威近海的Sleipner项目、丹麦陆上/离岸的Kalundborg项目、挪威近海的Mid Norway项目、德国陆上的Schwarze Pumpe项目和英国离岸的Valleys项目（Chadwick et al.，2008）。

法国地质调查局的Grataloup等认为一个合适的二氧化碳地质封存场地的选择必须满足4个优先目标，它们分别是：(1)存储优化，也就是容量和可注性；(2)风险最小化；(3)法规、环境的制约、现有的土地利用和地下利用的考虑；(4)经济和社会方面的考虑。Grataloup等建议的选址方法中把满足四个优先目标的选址指标分为关键性指标（killer criteria）和场地限制性指标（site-qualification criteria）。这些指标的组合将帮助甄选出最合适的潜在场地。Grataloup等把这一多级评价方法用于了巴黎盆地的PICOREF研究区的深部咸水层的潜力调查（Grataloup et al.，2009）。

德国地质调查局的Meyer等2008年报告了德国东北部一个潜在深部咸水层CO₂封存场地的地质特征、区域评价和选择的实际操作过程（Meyer et al.，2008）。关于Meyer选址过程的详细介绍参见本章第四节国外典型选址案例。

李琦等借鉴日本核废物的地质处置评价思想，提出了考虑CO₂地质封存的场地评价思路，结合日本地震、火山频发的地质特征提出了CO₂地质封存的力学稳定性评价流程，并且重点研究了CO₂封存下断层的稳定性评价体系和计算方法（Li et al.，2002，2003a；Li et al.，2006）。李小春和李琦结合日本的排放源特征和CCS经济模型，提出了考虑日本地质力学特点的咸水层封存的场地选择和评价方法（Li et al.，2003b；Li et al.，2005）。二者共同把其中的部分方法引入到中国的CO₂深部咸水层封存的选址评价中，并在中国第一个全流程CCS示范项目——神华鄂尔多斯每年十万吨CO₂深部咸水层封存的选址中得到了应用。

美国科学家Friedmann认为，在美国有充分的技术储备和知识积累来选择安全的CO₂地质封存场地，并在考虑断层和钻孔等主要灾害诱发通道的基础上，提出了一个CO₂地质封存选址的决策性建议（Friedmann，2007）。

美国科学家Oldenburg提出了一个基于健康、安全、环境风险条件下的CO₂地质封存场地选择方法和计算框架。该评价方法基于CO₂泄漏风险的假设并依赖于CO₂地质封存场地的3个基本特征：(1)主力储层结构的实际封存潜力；(2)主力储层泄漏后的次级封存潜力；(3)主力储层泄漏、次级储层失效时，泄漏CO₂的稀释和驱散潜力。该评价体系从主力储层的封闭性、埋藏深度、封存潜力，次级储层的封闭性和封存潜力，以及CO₂泄漏后地表特征、水文地质条件、泄漏通道等方面出发，将相关评价因子阵列成电子表格，用户在该表格里输入代表专家观点或者已发布的带有不确定评价信息的权值即可进行评价。Oldenburg根据加利福尼亚3个场地的实践应用验证了本评价体系的可行性。同时指出通过应用更详细的场地数据或者模型结果能够改进和扩展该评价体系（Oldenburg，2008）。关于Oldenburg选址体系的详细介绍参见本章第四节国外典型选址案例。

美国国家能源技术实验室（National Energy Technology Laboratory ，NETL）根据CO₂地质封存场地选址受到的自然地理条件、气候条件、地质条件、社会经济条件、交通运输条件以及工程技术条件等约束限制，提出场地选址可以从地质条件、社会经济适宜性、调控数据分析、场地适宜度分析和模型开发技术等5个方面来建立选址的逻辑结构指标体系（图1-1）。深部咸水层地质封存的选址指南可以归纳成表1-2所示的各项指标单元（National Energy Technology Laboratory，2010）。图1-1和表1-2中的各项评价单元虽然众多，但是最重要的评价因子包括以下4个方面。

（1）封存容量：潜在的封存场地能否提供需要的封存容量？

（2）可注性：潜在的封存场地能否满足给定的灌注压力或灌注速率？

（3）长期的安全风险：被封存的CO₂能否长久安全地被圈闭在深部咸水层中？

（4）经济性：深部咸水层CO₂封存项目是否经济上可行？

图1-1 CO₂地质封存场地选择的决策流程图（据NETL，2010，略有修改）

表1-2 美国国家能源技术实验室场地选址的指导方针

续表

从图1-1和表1-2中可以看出，模型的发展和集成度是评价目标靶区的关键决策工具，通过各种场景的数值模拟和历史匹配，可以最大限度地达到数据同化的目的，从而最大限度地减少选址过程中不确定性因素的影响，在最大限度地增加灌注量的同时确保场地的安全性。

H. 方法技术研究现状

1.调查方法技术

长期以来，地质、农业、水利、环保、气象等部门从不同专业角度出发，形成了岩、土、水、气、生物等介质的调查和研究方法，制定了相应的规范规定。如地质系统的区域地质、区域地球化学、区域水工环地质等调查规范规定，为农业地质环境调查方法技术体系的形成奠定了基础。

以往调查和研究工作多从部门与学科专业角度出发，调查研究的介质要素相对单一，分析测试指标较少，不少方法技术主要适用于局部性、专题性研究目标。浙江省农业地质环境调查作为一项系统工程，覆盖范围大、涉及指标项目多、服务应用领域广，包括示范区—重点片区—全省范围的多尺度调查任务（工作比例尺变化于1：5万—1：25万—1：50万），涉及土壤、水（地表水、地下水）、生物、农产品、浅海沉积物等多种介质，迫切需要形成包括野外调查、样品采集加工、分析测试方法、数据处理和综合分析、成果表达、质量保证体系在内的一整套方法技术体系。

随着现代分析仪器、方法及测试技术水平的发展，土壤沉积物、植物、水等介质中元素全量分析测试方法已比较成熟，但有一些元素特别是痕量超痕量元素的分析测试方法及质量监控体系仍有待完善。如，土壤沉积物中元素的活动态组分对动植物具有更直接的作用，元素和有害物质的赋存形态研究可以为土壤营养分级、污染物危害评价提供更为直接的证据。然而，至今土壤元素相态提取与分析存在的问题还很多，主要表现为部门之间、实验室之间提取方法、流程不统一，不同实验室、同一实验室不同批次间分析偏差较大。因此，各种提取方法的科学性、实验条件的标准化是相态、有效态分析方法研究的重要内容。

随着当代科学技术的进步，高新技术的应用已成为现代农业地质调查和评价的重要手段，GPS、RS、GIS等新技术手段迅速在农业地质环境调查和研究中推广普及。由于这些新方法和技术的应用还只是刚刚开始，需要不断总结经验，探索并扩展其应用前景。

系统全面地将农业地质环境调查成果服务于农业生产是一项创新性工作。如何针对农业科学和生产的特点，采取生动、形象、直观的成果表达方式，满足政府决策层、基层技术管理部门、专业技术人士以及普通公民等不同层面的需要，也是当前农业地质环境调查与评价研究所面临的重要问题。

2.评价方法技术

浙江省农业地质环境调查项目，着重于开展与农业环境、农业生产、农产品安全性密切相关的区域地球化学调查工作，采取多学科合作、多部门联合的方式，广泛收集、综合集成地质、地球化学、环境、农业、生态、气候等学科专业成果资料，建设浙江省农业地质环境数据库，以弥补以往工作的不足。开展全省或重点地区的区域尺度、县（市）级尺度的多尺度多层次农业地质环境评价和规划，是充分发挥农业地质环境调查成果、实现调查资料转化利用的重要途径。

长期以来，中国农业、环保、地质、水利、气象等部门的科研单位、大专院校从部门需要出发，从各学科专业角度对中国农业生态环境进行了大量的调查和研究，积累了大量的岩、土、水、气、生物等环境要素成果资料，并开展了解释评价研究，取得了一系列成果，如全国土壤背景值、第二次全国土壤普查资料、全国区域化探扫面等。然而，总的来说，由于部门间壁垒的存在，学科专业过细分割，受研究思路、方法手段以及经费等限制，多学科综合研究、多部门协作配合差，以往相关调查与评价成果集成程度较低等多种原因的影响，使大量资料开发利率低，综合效益较差。

与传统的单学科研究、实验室试验、小范围局部调查评价有所不同，浙江省农业地质环境调查是一项包括区域和局部多尺度、水土生物多介质、调查研究相结合、基础性和应用性兼顾的复杂系统工程。不同层次的农业地质环境评价需要强有力的基础理论支持，同时需兼顾农业地质环境调查成果资料特点，充分考虑农业地质背景条件，形成一套具有科学性、可操作性、实用性的评价方法技术体系。这样的部门联系广、学科跨度大、技术层次高的高度综合性评价工作是前所未有的，很难有现成的方法技术特别是综合性评价方法供直接借鉴。尽管如此，长期以来环境地球化学、农业地质、环境质量评价、农业规划、环境卫生学等领域的研究方法、评价模型与标准具有十分重要的参考价值和借鉴意义。

土壤元素主要来自于成土母质，部分来自人为污染的叠加。元素三维分布模式，表层与深层土壤元素含量比值及其分散富集系数，成土母岩或母质、沉积环境（相）、土壤理化特性、污染源空间分布关系的分析，元素组合特征研究，元素存在形态、同位素组成测定、同位素定年技术等，污染元素分布的时空变化，以及典型污染源组分特征等，为污染源追踪、污染程度评价、异常成因分析提供了基本方法技术。

研究表明，岩土地质背景、气候、地形条件、植被生物等自然资源和环境条件及其质量状况是影响农业生产的基本要素；岩、土、水、气环境与作物的生长、产量、品质，以及家禽畜牧健康间的关系是农业地质环境综合评价的科学理论依据。众多农作物尤其是一些名优特产往往依存于特定的地质地球化学环境条件。根据农业地质环境区域分异规律及农作物适生地质地球化学模型，科学规划、合理种植，因地制宜地发展特色农业，有利于提高农产品产量、改善农产品品质，合理利用农业资源，发挥地区优势，提高农业生产效益。这是农业地质环境综合评价的理论基础和方法技术依据，其中的内在问题，就是调查研究地质地球化学环境同农产品生长之间的联系。

污染生态学研究认为，污染生态效应研究应综合考虑污染物产生和释放机理、不同环境条件下存在形态与转化规律、不同环境介质中的迁移规律及作用于生物体的毒害机理。同样，这也是农业地质环境评价的基本指导原则。

土壤、水、农产品等现有的农业地质环境单介质评价方法、标准依据及其评价成果，是综合评价规划的重要基础依据。在数十年的环境毒理学、土壤环境容量、水质基准、人体安全摄入量等研究基础上，已建立了土壤环境质量标准、水环境质量及饮用水质标准、农产品食品卫生标准等一系列国家和行业标准，形成了环境质量分级、污染指数评价等比较成熟的评价方法模型。多要素综合评价、生态系统层面的综合评价框架思路、指标体系、标准依据、方法模型是当今生态环境科学的热点研究课题，诸如层次分析法、主成分分析法、灰色评价系统、专家信息系统、神经网络系统等方法模型均具有一定的试验应用前景。

近十年来，全球定位系统（GPS）和遥感技术（RS）等高新技术的快速发展，为野外调查、快速高效地采集三维动态数据资料提供了技术条件。现代分析测试技术使多介质样品的定量分析成为可能。计算机技术、数据库技术、地理信息系统（GIS）的发展和成熟，为海量数据资料的管理、统计处理、空间分析和解释评价提供了技术平台。现代技术的突飞猛进，为多要素、多指标因子的农业地质环境综合评价和研究提供了方法手段与技术平台。

3.评价研究存在的问题

农业地质环境综合评价是一项研究内容丰富、跨越多学科、多部门的技术性系统工程，迄今为止难以找到类似先例，综合评价的理论基础、方法思路、指标标准还有待研究探索，其中还面临诸多问题：

（1）理论依据与方法思路有待进一步理清

传统的农业、地质、环境调查、研究与评价，多考虑部门自身需要，从学科专业优势出发，针对单一环境介质或某些要素进行，从而获取生态系统的部分信息，不可避免地带有学科专业性质，影响到评价研究的综合程度和生产规划的实用性。农业地质环境综合评价是以地学为主线，以地球化学资料为基础，系统考虑与农业生产密切相关的各种自然和社会因素，包括地形地貌、地质背景、地球化学环境、作物适宜性、气候条件、农业发展趋势、社会经济及市场导向等，综合程度更高，以求评价规划成果更加切合农业生产发展的实际需要。

显然，这样的多因素综合评价面临着一系列方法技术问题。如果说，相对单一的土壤、水、沉积物环境质量评价，农产品安全性评价，作物适生地质地球化学模型，农业地质环境的预测预警等评价思路和方法还存在这样或那样的问题，那么综合评价在概念理论、方法模型、指标体系、标准依据等多方面存在更多不确定因素。如何发挥地质、地球化学、环境、生态、农业等多学科理论的指导作用，充分利用农业地质环境调查资料成果，建立多学科、多信息、系统全面的评价方法和规划，兼顾开发、利用、保护，促进区域农业、生态环境、社会经济可持续发展，仍然是一个需要深入研究的课题，也是需要在本项目实践的基础上不断探索、研究解决的重要问题。

科学合理的评价工作要求有专业理论的指导，建立符合实际、操作性强的数学模型。例如，目前多以单因子污染指数为基础，进行机械的叠加处理以计算综合污染指数，进而评价总体环境质量及总体污染程度，而忽视了更为重要的污染物毒性差异、存在形态及生物有效性、污染物之间相互作用，很难反映真实的环境质量和污染生态效应。

科研部门对持久性有机污染物（POPs）的环境行为、生物毒性及在各种环境介质含量水平进行了大量的研究。但是，如何表征、判定自然环境条件下低浓度有机污染物如PCBs的长远生态效态，还存在相当大的技术难度。再如，由于土壤重金属的生态效应受到土壤环境、生物属性、元素间相互作用等影响，并且具有延滞效应，单一地根据调查取得的土壤元素含量资料评价其生态效应，本身就是一件有难度的事情。

（2）基础数据资料的局限性

农业地质环境是与农业生产密切相关的地质环境及其相关自然要素，包括基岩、土壤沉积物、水、气以及地形、生物、气候等地球表层多介质环境要素构成的自然环境体系，是生态系统的基本组成部分。农业地质环境评价需要根据不同评价目标，以地质、地球化学、农学、环境、生态等多学科理论为指导，以土壤、水、农产品、岩石、滩涂、浅海沉积物等多介质采样分析、非点源污染状况、名特优特色农产品立地背景、农业经济和农业发展调查资料为依据，综合集成农业地质环境资料信息，取得符合客观实际的农业地质环境评价成果。

受部门分割的影响，已有的农业地质环境评价规划所依托的基础数据资料在系统性（介质、测试指标）、覆盖范围、数据质量（采样和分析质量）等方面存在不少问题，影响到整体评价规划成果的水平。由于综合研究深度有限，多信息综合程度低，评价规划结果往往带有一定的片面性。如在环境污染调查评价方面，已有工作一般是根据调查资料评价环境质量现状，受资料的限制对于异常成因、污染源追踪、污染物活化迁移、富集累积及其生态效应的预测研究比较薄弱。

（3）方法技术须进一步完善

污染源追踪、存在形态测定、迁移转化规律等方法还缺乏系统全面性。例如，形态分析方法，或对采集的样品保存条件要求极高，或提取分析流程过于复杂，或分析测试成本过于昂贵，分析测试重现性差，而处于实验室研究阶段，难以适应批量样品生产研究的需要。再如，不同景观条件下土壤元素存在形态的提取与测定方法，不同学者有不同的看法，需要进行标准化、规范化，同时有必要建立系统健全的质量监控与保证体系。可喜的是，近年来在中国地质调查局的组织领导下，元素存在形态的提取、测定、质量监控的标准化、规范化水平得到显着改善。又如，单源或双源影响下的污染，利用典型污染源元素组合或同位素组成特征，就可比较有效地判别污染来源及其贡献大小。但多源污染的识别难度则显着增加，各种方法有效性大大下降。

（4）指标体系、依据标准不够系统

在环境标准方面，考虑自然背景、环境要素与动植物健康的关系，以及经济技术条件，确定的环境标准系列包括污染物排放标准、环境质量评价标准、农产品安全和卫生标准等，涉及的环境介质包括土壤沉积物、水（地表水、地下水）、植物、大气等，农产品则分门别类制定了极为详细复杂的安全或卫生标准。这类法规标准虽然数以千计，但总体来说，现有的农业环境质量标准、农产品安全和卫生标准涉及的环境要素、介质因子及指标定值不够系统，仍不能满足当前多信息、多指标评价的需要。如中国土壤环境质量仅对8种重金属元素作了规定，而地球化学调查元素指标一般达50多项，由于标准不完备，多数元素的数据资料难以利用。随着中国加入WTO，农业部、科技部已将农业环境标准、农产品标准的制定工作列为当前的重要任务，大量新标准正在形成，标准体系迅速完善，需及时跟踪、收集并利用。

现有的评价方法模型多采用传统的综合污染指数法评价总体环境质量及总体污染程度，即采用各种数学模型将单因子指数进行机械地叠加处理，而忽视了污染物的地球化学行为、生物有效态、生物效应间存在的巨大差异以及各种组分间的复杂相互作用，如拮抗作用与协同效应。常常导致评价结果与事实产生明显的出入。

农业地质环境调查的环境介质、指标参数复杂多样，要求以科学准确的方法、简易可行的技术加以测定、量化或描述。由于农业地质环境调查毕竟是资金、人员、技术、时间投入都受一定限制的项目性工作，在力求全面系统的同时，相对于农业环境、农业发展这一庞大复杂系统，所获取的指标参数、资料精度及其研究深度必然带有时代局限性。因此，农业地质环境评价应切合生产实际，侧重于现有数据资料的开发利用，形成实际可行的评价指标体系。

（5）信息综合集成程度低

过去的农业发展规划多从部门优势出发，侧重于农业生产的少数要素，基于有限的信息资料进行，未能将农业生态系统作为一个有机整体进行系统调查、综合评价。已有评价规划模型大致可分为：①针对不同环境介质的评价。如土壤环境质量评价，水环境质量评价，大气环境质量评价；②针对不同应用目标、单学科角度的评价。如考虑土壤立地条件、肥力条件的种植适宜性规划，考虑地质背景条件的种植适宜性规划，考虑气候环境条件的种植适宜性规划，考虑土壤污染程度的土地质量分级利用规划，考虑农村经济水平、地理条件、市场导向的农业经济发展规划，以及考虑多种因素的综合评价，等等。这些环境质量、农业评价规划模型虽然对农业发展起到重要作用，但多学科综合研究程度低。科学全面、多学科、多信息综合的评价方法和模型并不多见。这种局面显然已不能满足当前绿色农业、优势农业发展，以及建立农业生态环境长远保护体系的需要。兼顾开发、利用、保护的原则，建立综合多信息的农业发展评价规划体系是当前一项重要而紧迫的任务。

从农业生态环境系统角度进行综合研究、评价与规划还处于探索阶段。现有的评价标准还不够系统，不同学科专业对各种评价指标的权限看法不一。虽已提出了多种综合评价模型，如层次分析法、主成分分析法、模糊（灰色）评价系统、专家信息系统等，但效果好的应用实例并不多见。

（6）成果表达方式经验不足

不同于传统的学术理论研究，农业地质环境综合评价以其重要的社会应用服务性为特色。因此，评价工作不仅要以翔实准确的数据为基础，以科学先进的方法为途径，还要以标准化、社会化、大众化、科普化作为评价和规划成果表达考评原则，以满足各级政府、专业技术管理部门、科学研究人员和社会公众等不同层次的需要。

新的研究内容、研究目标、服务对象，要求放弃传统的思路和观念，加强和突出成果表达方式的研究。充分发挥计算机信息处理技术、网络传播技术，也是改善成果表达方式的重要途径。

I. 研究现状是什么意思

即文献综述，要以查阅文献为前提，所查阅的文献应与研究问题相关，但又不能过于局限。与问题无关则流散无穷；

过于局限又违背了学科交叉、渗透原则，使视野狭隘，思维窒息。所谓综述的“综”即综合，综合某一学科领域在一定时期内的研究概况；“述”更多的并不是叙述，而是评述与述评，即要有作者自己的独特见解。

在写毕业论文时，对这些主要观点进行概要阐述，并指明具有代表性的作者和其发表观点的年份。还要分别国内外研究现状评述研究的不足之处，即还有哪方面没有涉及，是否有研究空白，或者研究不深入。

(9)方法研究现状扩展阅读：

新的知识会透过三种研究过程而得到：试探性研究：发掘问题、弄清问题；建设性研究：为问题提供解决方法；经验性研究：为解决方法的可能性提供实质证据。

学者常用的研究方法有：行动研究；实验；个案研究；参与者观察；经验和直觉；面谈；调查；统计分析；数学模型及模拟；原文分析；分类；制作地图；符号论；线索分析。

虽然研究题目各异，一般研究过程如下：

确立主题；确立命题；概念上的定义；运作上的定义；搜集数据；分析数据；结论，审查命题；大众常常误解以上的过程可以证明命题成立，实际上只可以直接证明命题不成立。证明命题成立是需要反复的测试和验证。

J. 　研究现状及发展趋势

80年代中后期以来，随着人们对环境问题的重视和可持续发展思想的影响，对地下水的开发利用越来越多地综合考虑社会、经济、环境等制约因素，所建立的管理模型更多地体现了社会、经济、环境协调发展的原则。计算机以及求解管理模型的数学规划算法的进展，也促进了管理模型的发展。从模型的研究内容上，主要集中在地表水-地下水联合调度、地下水量-水质综合管理、地下水可持续利用管理模型的研究上；从模型结构上，多目标和非线性管理模型是当前及今后研究的重点和难点。

一、地下水-地表水联合调度管理模型

地下水和地表水都是水资源的重要组成部分，并具有有机的联系，从系统的观点来看，在开发利用中必须考虑两者之间的联系，寻求最优联合调度方案，可发挥地表水和地下水各自的特点，来达到充分开发水资源潜力、提高水资源利用率、降低开发成本的目的。联合调度的优点在于：①利用含水层的调节库容和两种水资源时空分布的差异，增大水资源可利用量：②发挥包气带和含水层的过滤和吸附等净化作用，提高供水质量；③利用含水层的保温功能和地表水与地下水的温度差，储存能量，节约能源。

由于两种水资源的分布、运动等特性的差异，建立真正意义上的联合调度模型并不容易。大多数研究者将河流作为源汇项来处理，如Morel-Seytoux（1975）提出了与地下水单位脉冲响应函数类似的河流-含水层响应函数，Daubert and Young（1982）运用该函数建立了地下水经济管理模型。由于地表水存在着明显的随机性，因而建立随机地表水-地下水管理模型更为实用（Maddock,1974）。Onta等（1991）建立多阶段地表水-地下水联合调度模型，利用两个系统时间分布的差异提高水资源利用率。

二、地下水量-水质综合管理模型

水资源的管理包括了水量和水质两个方面，对水质管理模型的重视，主要由于以下三个原因：①可持续发展的要求，人们对地下水环境（污染）问题更加重视；②各种途径对地下水的污染日益严重和显着；③利用包气带和含水层的自然净化能力和巨大的环境容量，研究污水排放和处理的最佳途径，如污水土地处理系统。地下水量-水质综合管理模型可用于确定最优污水排放标准、排放量、水力捕获井的最优布局和抽水量等地下水质控制问题。水质模拟模型本身十分复杂，建模要将地下水水量模拟模型和水质模拟模型一起耦合到水质管理模型之中，这样常产生高度非线性、多阶段、大型数学规划问题，目前对于复杂的地下水质管理模型求解仍十分困难。

Willis（1976a）首先建立地下水稳定水质管理模型，Willis（1976b）和Futagami（1976）用嵌入法建立非稳定地下水水质管理模型，Gorelick和Remson（1982b）使用单位浓度响应矩阵建立地下水水质管理模型，这些模型用来确定污水最优排放标准和最大污染质排放量。Gorelick和Remson（1982a）用迭代法确定最优污水灌注量。近来的遗传算法用于求解高度非线性的水质管理模型，是一种非常有益的尝试。Yoon和Shoemaker（1998）建立了生物恢复地下水水质非线性管理模型，分别用遗传算法、分解随机进化对策算法、直接搜索法和基于导数的优化方法求解同一非线性管理模型，并进行了比较。Sawyer和Lin（1998）对随机约束规划在地下水管理模型中的应用进行了综述，用响应矩阵法建立了地下水污染控制管理模型，由于考虑固定费用问题和约束矩阵及右端项的随机性，使该模型转化为求解确定型混合整数非线性规划问题。这种数学规划问题求解难度较大，该研究用遗传算法求解。

水力捕获（hydraulic capture）控制地下水污染是指被污染含水层适当位置设置抽水井，截获被污染的地下水，阻止部分被污染的地下水向供水水源地流动。通过建立地下水水力管理模型，对地下水水位和流速进行控制，可达到最优控制地下水污染的目的。Misirli和Yazicigil（1997）对用水力捕获法建立管理模型进行了综述，并对一假想的有供水水源、受到污染的含水层建立了六种控制地下水污染、保证供水的地下水管理模型。所建立的模型分别用二次规划、线性规划和混合整数规划求解，并对计算结果进行了比较。

三、地下水可持续开发利用管理模型

地下水系统是一个复杂的自然-人工复合系统，它与社会、经济、环境、生态、地表水系统都有着密切的联系，因此，地下水资源的开发利用和科学管理，要综合考虑以上因素。水资源的开发利用，特别是区域水资源的开发利用是十分复杂的，水量和（或）水质不是追求的唯一目标，更多地考虑社会、经济和环境等对水资源的要求，仅仅用地下水水力或水质管理模型无法解决。从可持续发展角度考虑，建立地下水管理模型的原则可归纳为：①水均衡原则，保证地下水资源的永续利用；②双向选择原则，即水资源的规划和管理应适应地区发展，而地区发展规划应考虑水资源条件；③产业平衡原则，水资源的合理配置应使国民经济按比例协调发展；④经济-环境协调发展原则，水资源的开发利用和经济的发展，不能对环境造成严重破坏。

为了建立地下水可持续开发利用管理模型，不仅要对地下水系统的自然属性进行研究，而且要深入研究地下水的环境效应和社会属性，主要有以下四个方面：①地下水资源-经济研究，研究地下水资源的价值、开发成本及供水效益等；②地下水-环境影响评价，研究地下水开发利用对环境产生的影响，建立地下水环境指标体系；③地下水环境-经济评价，评价地下水环境影响的经济效应，建立环境经济指标体系；④根据区域发展规划和水资源条件，进行水资源供需平衡分析。管理模型的建立，实际就是将地下水、环境和经济三个系统耦合，作为一个整体考虑。

Gorelick（1983）将这类模型称为地下水政策评价与分配模型，从建模方法上又分为三种：水力-经济响应模型、模拟-优化耦合模型和谱系模型。谢新民（1991）、朱文彬等（1994）运用大系统理论建立地下水资源系统经济管理模型，邵景力等（1994）将国民经济投入产出模型与地下水管理模型耦合，所得到的管理方案不仅是地下水最优开采方案，而且还有与水有关的产业结构调整方案和地表水取水方案。这类模型涉及因素众多，管理模型通常是多目标和（或）非线性的大型数学规划问题（见下文）。

四、多目标地下水管理模型

多目标管理模型更能体现地下水系统层次性和多目标性，模型不仅能提供地下合理开发利用最优方案，而且可作为宏观经济和环境规划的决策依据，因而更具实用性和可操作性。70年代以来，多目标管理模型用于解决水资源的规划问题（Haimes和Hall,1974;Co-hon和Marks,1975），80年代以后，随着对地下水系统研究的不断深入、地下水模拟技术及其与管理模型耦合技术的发展，多目标规划才出现在地下水管理问题中。与单目标相比，多目标地下水管理模型有如下特点（邵景力等，1998）：

（1）各目标间的度量单位多是不可公度的，有些目标甚至很难给出定量指标，如供水的社会效益、环境效应等。用单目标优化方法很难处理不可公度的多目标问题。

（2）各目标间的权益通常是相互矛盾的，这是构成多目标问题存在的基本特征。多目标问题总是以牺牲一部分目标的利益来换取另一些目标的改善。单一目标的最优并不代表系统整体最优。

（3）多目标问题的优化解不是唯一的。多目标规划的任务是考虑经济、社会、环境、技术等因素，权衡各目标的利弊，从多个“有效解”中寻求各目标都能接受的“满意解”。

（4）多目标规划可以充分发挥分析者和决策者各自的作用。在现代管理中，分析者的任务是根据决策者的要求建立管理模型，提供多个各有利弊的方案，作为决策者决策的依据。决策者的任务是站在更高的层次上，兼顾各方面利益，从众多可选方案中确定决策方案。

多目标问题类型多，无统一的数学形式，故没有通用的求解方法。针对不同的管理模型和目标评价准则，应采用相应的解法。一个特例是线性层次目标规划可用于解决大型多目标规划问题，该方法是目前最常用的多目标规划方法。邵景力等（1998）运用线性目标规划求解包头市地下水-经济-环境多目标管理模型。Willis和Liu（1984）首次用响应矩阵法建立多目标地下水管理模型。Datta和Peralta（1986）将代替价值交换法用于地下水-地表水联合调度的多目标管理问题中，两个相互矛盾的目标为最小抽水费用和最大抽水量。Bogardi等（1991）采用一种交互式多目标决策方法求解地下水多目标管理问题，有三个目标函数：总抽水量最大、抽水降深最小和总抽水费用最低。El Magnouni和Treichel（1994）建立了线性多目标地下水管理模型，他们采用逐段线性规划求出最佳协调解，这种方法也可通过迭代求解类似潜水含水层管理这样的非线性多目标规划问题。Ritzel等（1994）用遗传算法求解多目标地下水污染控制问题。

五、非线性地下水管理模型

地下水管理模型的非线性问题是普遍存在的，产生非线性的原因主要由两个，其一是系统状态的非线性，由于分布参数管理模型要与地下水系统模拟模型联立形成数学规划问题，产生了非线性的管理模型。如潜水含水层模拟模型即为非线性的，地下水流场非稳定和（或）未知条件下，对流-弥散方程中有速度和浓度的乘积，为非线性项。二是管理问题的非线性，如目标函数和某些特殊约束条件的非线性。非线性管理模型能更精确地描述地下水系统及其管理问题，因而提高可模型结果的精度和可信度。但由于非线性规划问题没有统一的模式，在可行域内有可能存在多个局部最优解，因而到目前为止，没有通用的、高效的求解方法，要根据管理模型的结构特点和规模，选择合适的求解方法。

线性化是解决非线性问题最简单的方法，如Bear（1979）、Gorelick和Remson（1982b）、Ratzlaff（1992）等。通过迭代将非线性管理模型转化为求解一系列线性规划模型亦是解决非线性问题的有效方法之一，如Aguado和Remson（1974）用预测-校正法通过反复迭代求解潜水含水层地下水管理问题；Willis和Newman（1977）用求解一系列线性规划替代非线性目标函数、线性约束条件的非线性规划问题；Willis（1983）通过反复运用潜水含水层模拟模型校正单位脉冲响应矩阵，解决潜水含水层的管理问题；Gorelick和Remson（1982a）迭代求解线性规划得到最优污水灌注量。

对于目标函数往往是决策变量的二次多项式，若模拟模型和其他约束条件为线性的，则形成二次规划问题。二次规划有统一的表示形式和通用解法，是非线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）等均是用二次规划求解管理模型。

在管理模型为高度非线性条件下，上述方法均不是有效的算法，这类问题是目前地下水管理模型研究的热点和难点。人工智能算法（又称进化算法，evolutionary algorithms,EA）为求解高度非线性规划问题开拓了广阔的前景，其优点是可得到全局最优解，通用性强，缺点是这些算法均为并行计算，计算工作量巨大，规模稍大的管理模型用一般PC机无法完成计算工作。这类方法主要包括遗传算法（genetic algorithm,GA）、分解随机进化对策（derandomized evolutionary strategy,DES）、模拟退火法（simulated annealing）等，在地下水管理模型中的应用可参阅有关文献（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，常用于解非线性规划的方法还有直接搜索法（主要有修整单纯形法、Nelder-Mead单纯形法、并行方向搜索法）和基于导数的优化方法（如约束优化的隐式筛选法等）。这方面研究可参阅有关文献（Karatzas和Pinder,1993;Varljen和Shafer,1993;Minsker和shoemaker,1996;Emch和Yeh,1998）。