中国科学院改革开放四十年标志性重大科技成果 | 面向国家重大需求

本文转载自微信号：中国科学院院刊。原文刊载于《中国科学院院刊》2018年第12期

40项标志性重大科技成果，是《改革开放先锋 创新发展引擎——中国科学院改革开放四十年》编委会以“三个面向”为线索，组织中科院机关有关部门在系统梳理改革开放40年来中科院广大科研人员取得的众多重要科技成果的基础上，经综合凝练归纳提出的具有代表性的重大科技成果。院学术委员会委员对此进行了审核把关，同时通过网络向院属单位和社会进行了公示，超过15万人次的社会各界人士参与了遴选和评议。

面向国家重大需求

（15项，不含专用领域）

载人航天与探月工程的科学与应用

中科院是中国载人航天与探月工程的发起者、组织者之一，是科学与应用目标的提出者和实施者，50余家院属单位承担了大量重要工程任务和多项协作配套任务，突破了大批关键核心技术，为工程实施提供了强有力科技支撑。

“天宫二号”空间实验室应用任务

在载人航天工程中，由空间应用中心（原“空间科学与应用总体部”）牵头负责空间应用系统，在“神舟”系列飞船、“天宫一号”“天宫二号”“天舟一号”上共完成70余项空间科学与应用任务、560项有效载荷研制任务。

空间冷原子钟功能结构与工作原理

持续创新发展了可见光、红外、高光谱成像和微波遥感技术，推动了我国空间对地观测技术的跨越发展；开创了我国系列化的生命科学、微重力流体和材料科学、基础物理、天文学等空间研究。

伴随卫星拍摄的“神舟十一号”与“天宫二号”交会对接

2008年，首次实现了在轨二次释放卫星和对非合作目标的远距离逼近和精确绕飞。2016年，在“天宫二号”空间实验室任务中，完成三大科学领域的14项科学实验，其中空间冷原子钟将目前人类在太空的时间计量精度提高1—2个数量级，是空间量子科技领域发展的一个重要里程碑。“中国载人航天工程”“航天员出舱”“交会对接”（均含空间应用系统）分获2003年度、2009年度、2013年度国家科学技术进步奖特等奖、一等奖、特等奖。

“嫦娥三号”着陆区浅层结构特性面

在探月工程中，国家天文台等负责科学目标制定、地面应用系统、探测有效载荷、测控系统甚长基线干涉测量（VLBI）、工程配套载荷和关重件研制、科学数据研究等六大任务。

2004年至今，圆满完成“嫦娥一号”“嫦娥二号”“嫦娥三号”工程研制和科学探测任务，突破地月数传链路、地月VLBI测定轨、有效载荷、科学探测数据处理方法等关键技术，取得了在国际上首次获取全月面亮温及其分布规律、发现“嫦娥三号”着陆区一种新的岩石类型并重构了月球雨海区地质演化历史等一系列重大原创成果，为探月工程作出了突出贡献。

“绕月探测工程”“嫦娥二号工程”分别获得2009年度、2012年度国家科学技术进步奖特等奖。

在载人航天与探月工程中，中科院攻克了一系列技术难关，取得了一大批具有重大科学与应用价值的成果，为推动我国空间科学和空间应用发展、保障国家空间安全和战略利益作出了重要贡献。

北斗卫星导航系统系列卫星研制

北斗卫星导航系统示意图

北斗卫星导航系统是中国航天史上规模最大、系统建设周期最长、技术难度最复杂的航天系统工程，是我国自主建设、独立运行、与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统。

中科院作为主要建设单位之一，微小卫星创新研究院、上海天文台、国家授时中心、武汉物数所和光电院等14个单位承担了北斗二号、全球系统试验卫星、北斗三号MEO全球组网卫星，引领我国先进卫星技术跨越发展，为北斗卫星导航系统全球组网作出了重要贡献。

北斗三号第3、4 颗组网卫星发射

在全球系统试验卫星任务中，中科院自主研制并成功发射了2颗新一代全球系统试验卫星，其中2015年3月30日发射了首发星。该成果获2017年度中国科学院杰出科技成就奖。

星载铷原子钟

在北斗三号工程中，自主研制的4组8颗全球组网卫星分别于2018年1月12日、3月30日、8月25日和10月15日成功发射。星载原子钟等关键单机及器部件实现了国产化应用，并在高精度导航、定位、授时服务等方面提供可靠保障。该工程建设标志着北斗导航系统从区域走向全球，具有里程碑意义。

氢原子钟

北斗卫星导航系统于2000年年底开始向中国及周边地区提供服务，2012年年底向亚太大部分地区提供服务，计划于2018年底服务“一带一路”沿线国家和地区，2020年完成全球组网，在交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、大地测量、智能驾考、救灾减灾、手机导航、车载导航等诸多领域产生广泛经济社会效益，并为国家安全提供有力保障。

空间科学实验系列卫星

暗物质粒子探测卫星“悟空号”示意图

自2011年开始，空间中心牵头、院内外众多单位协同参与实施中科院空间科学战略性先导科技专项，通过自主和国际合作科学卫星计划，在相关科学前沿领域实现一系列重大突破，并带动相关高技术发展。

“悟空号”获得最高精度高能电子宇宙射线能谱

2015年12月17日，暗物质粒子探测卫星“悟空号”成功发射。这是迄今世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的空间探测器，已成功获取国际上最高精度的电子宇宙射线能谱，并首次发现宇宙高能电子TeV拐点及其TeV以上的精细结构。

利用中国碳卫星观测全球陆地二氧化碳浓度的季节变化

2016年4月6日，我国首颗微重力科学实验卫星“实践十号”成功发射，科学目标是研究揭示微重力和空间辐射条件下物质运动及生命活动规律，促进生命科学等基础研究和地面生物工程、新材料等高技术发展。该卫星返回舱于4月18日成功返回，完成的19项科学实验中15项为国际首次，取得一批重要研究成果。

量子科学实验卫星与国家天文台兴隆站星地对准实验

2016年8月16日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射，在国际上率先实现了千公里级星地双向量子纠缠分发、星地高速量子密钥分发、地星量子隐形传态等三大科学目标，标志着我国在量子通信领域跻身国际领先地位。

“墨子号”登上《科学》封面

2017年6月15日，我国首颗硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”成功发射。该卫星是研究黑洞、中子星等致密天体前沿问题的重大空间科学项目，在2017年10月16日美国国家科学基金会宣布的首次发现双中子星并合产生引力波联合观测成果中发挥了不可或缺的作用。

“实践十号”回收现场

此外，2016年12月22日，中科院还成功发射了我国首颗、世界第三颗全球二氧化碳监测科学实验卫星，该卫星可以每季度获取全球大气二氧化碳分布图和全球植被叶绿素荧光分布图，其获得的卫星数据向全球开放共享。

该卫星为温室气体排放、碳核查等领域研究提供基础数据，为节能减排等宏观决策提供数据支撑，增加我国在国际碳排放方面的话语权。

深海科考和载人深潜器技术

“蛟龙号”载人深潜器

“蛟龙号”载人深潜器是我国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器，也是目前全球下潜能力最深的作业型载人潜水器。声学所、沈阳自动化所分别完成了“蛟龙号”三大国际领先技术中的两项攻关任务（声学系统、控制系统），获2013年度中国科学院杰出科技成就奖。

“蛟龙号”控制系统仿真平台

“蛟龙号”于2012年6月27日创造了最大下潜7062米的中国载人深潜纪录，标志着我国载人深潜技术跻身世界先进行列，其研发与应用获2017年度国家科学技术进步奖一等奖。

2012年9月，海洋所建成“科学号”海洋科学综合考察船，具有全球航行能力及全天候观测能力，是我国综合性能最先进的科考船。以此为核心，构建了国际一流的深远海综合探测体系，显著提高我国深远海探测与研究能力，获2015年度中国科学院杰出科技成就奖。

“科学号”海洋科学综合考察船

2016年6—8月，深海所组织中科院深渊科考队在马里亚纳海沟挑战者深渊开展了我国首次综合性万米深渊科考活动，多型设备突破万米深度，获取大量万米深渊生物和环境样品，标志着中国深渊科考挺进万米时代。沈阳自动化所自主研发了万米级自主遥控水下机器人“海斗号”（2017年2月实现最大深度10888米），成为继日本、美国之后第三个具备研制万米级无人潜水器能力的国家。

2017年，沈阳自动化所自主研发的“海翼号”水下滑翔机3次突破水下滑翔机的世界下潜深度纪录，最大下潜深度达6329米，海上连续工作时间超过3个月，使我国成为继美国之后第二个具有跨季度自主移动海洋观测能力的国家。

“海翼号”水下滑翔机

声学所、沈阳自动化所和理化所参与研制、深海所牵头负责海试的“深海勇士号”是我国第二台拥有自主知识产权的深海载人潜水器，水下工作深度达4500米，国产化率高达95%。2017年8—10月在南海成功进行了载人深潜工程试验。

“深海勇士号”深海载人潜水器

2018年3—6月，“深海勇士号”在我国南海围绕深海科学、深海考古、深海救援等多个应用场景开展了高频次、高强度及复杂海况条件下的下潜作业，取得了丰硕成果。

“海斗号”水下机器人

此外，从20世纪80年代开始，南海海洋所牵头，会同全国32个单位开展南沙群岛及其邻近海区的综合科学考察，获得水文、地质、生物及油气资源等大量数据和资料，在丰富发展我国热带海洋科学基础理论的同时，为维护我国南沙群岛主权与海洋权益提供了重要科学依据，对南海资源开发、环境保护和综合管理等具有重要应用价值。

1985 年第一次南沙登礁考察

深海科考和载人深潜器的关键技术突破，带动了我国海洋科学与技术的全面提升，实现了我国深海装备由集成创新向自主创新的跨越，为我国经略海洋和建设海洋强国提供了重要科技支撑。

量子通信与量子计算研究

光量子计算机概念框架图

在量子通信研究方面，中国科大在发展远距离量子通信网络技术上处于国际领先水平。2012年2月，建成国际上首个规模化的城域量子通信网络。

2017年8月，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在国际上首次实现千公里星地双向量子纠缠分发、星地高速量子密钥分发、地星量子隐形传态；“天宫二号”成功实现了基于小型化终端的星地量子密钥分发。

2017年9月，世界首条连接多个城市的量子通信“京沪干线”正式开通；同时，结合“京沪干线”和“墨子号”的天地链路，实现了世界首次洲际量子视频通信，标志着我国已构建天地一体化广域量子通信网络雏形。

在量子计算研究方面，中国科大在多粒子量子纠缠的制备与操纵上处于国际领先地位，从2004年开始始终保持着纠缠光子数目的世界纪录。

2015年，在国际上首次成功实现多自由度量子体系的隐形传态，被英国物理学会评为当年度国际物理学十项重大突破榜首。多光子纠缠及干涉度量学研究成果获2015年度国家自然科学奖一等奖。

量子通信“京沪干线”

2016年12月，在国际上首次实现十光子纠缠，再次刷新了光子纠缠态制备的世界纪录。

2017年5月，自主研制成功世界首台基于单光子的量子计算机原型，实现了10个超导量子比特的纠缠，入选第四届世界互联网大会领先科技成果。

2018年2月，联合阿里云开发的量子计算云平台上线，成为继IBM后全球第二家向公众提供10比特以上量子计算云服务的系统。

2018年7月，在国际上首次实现18个光量子比特的纠缠，刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。

极大规模集成电路关键技术

大规模体硅FinFET 器件阵列

上海微系统所历经30余年的努力，分别突破绝缘体上硅（SOI）和12英寸大硅片技术，先后成功研发出拥有核心自主知识产权的4—8英寸SOI和12英寸大硅片并实现产业化，制定了我国首部SOI技术企业标准，打破了国外技术封锁，跻身国际高端硅基材料市场，是我国硅集成电路技术和微电子材料的重大突破。

12 英寸大硅片

获2006年度国家科学技术进步奖一等奖、2007年度中国科学院杰出科技成就奖。

微电子所牵头组织全国性产学研用联盟，通过7年攻关，先后突破22纳米高K介质/金属栅工程、14纳米FinFET器件、新型闪存器件、可制造性设计等关键技术，在关键工艺模块上形成较为系统的知识产权布局（专利2406项，其中国际专利483项），并于2013年首次实现向大型制造企业的许可转让，进入产业化开发阶段，为我国纳米级极大规模集成电路产业技术升级提供了技术支撑。

获2014年度中国科学院杰出科技成就奖。

高性能计算

“七五七”大型向量计算机

1983年，计算所和院内外80多个单位共同研制的“七五七”工程千万次计算机通过鉴定，这是我国自行研究设计和试制的第一台大型向量计算机系统，获1985年度国家科学技术进步奖一等奖。

曙光5000A

1995年，计算所突破了大规模并行处理的一些关键技术，研制成功曙光1000大规模并行机系统，获1997年度国家科学技术进步奖一等奖。

曙光“星云”高效能计算机系统

2004年研制成功的曙光4000系列高性能计算机具有十万亿次浮点运算能力，使中国高性能计算技术和产业跻身世界前十，获2005年度中国科学院杰出科技成就奖。

世界首个千万核规模下全隐式求解器的主要设计思想

2008年研制成功的曙光5000A在第32届全球高性能计算机TOP500排行榜上继续位列第十。2010年研制成功的曙光“星云”是我国首台实测性能超千万亿次的超级计算机，排名世界第二。

2009—2016年，曙光系列超级计算机连续8年蝉联中国高性能计算机市场份额第一。

软件所长期致力于曙光、联想、神威、天河等一系列国产高性能计算机的软件研发，研制出新一代高性能共性基础算法库，发展了适用于大型异构环境的区域分解算法；突破了千万核规模下全隐式求解器设计关键技术，获2016年度国际高性能计算应用最高奖——戈登·贝尔奖和2017年度中国科学院杰出科技成就奖。

国产芯片与系统软件研发

“龙芯1号”处理器芯片

2002年，计算所成功研制出我国首款自主研发的通用处理器芯片“龙芯1号”，标志着我国初步掌握了当代通用处理器芯片的关键设计技术。

“龙芯2B”处理器芯片

“龙芯3A”处理器芯片

2003年，成功研制出我国首款64位通用处理器芯片“龙芯2B”；2009年，成功研制出我国首款多核通用处理器芯片“龙芯3A”。获2003年度中国科学院杰出科技成就奖。经过10余年的研发，“龙芯”已经形成了嵌入式应用、桌面应用、服务器等3个产品系列，应用于北斗导航卫星、党政办公、数字电视、教育、工业控制、网络安全和国防等重要领域。

“寒武纪”处理器芯片

“寒武纪”处理器芯片

近年来，该所研制出国际上首个深度学习处理器芯片——“寒武纪”，相对通用处理器等传统芯片可提升智能处理能效100倍以上，应用于华为Mate10、荣耀V10和P20等数千万部手机上。2016年11月，入选第三届世界互联网大会领先科技成果。2016年，孵化出世界首个人工智能芯片独角兽公司。

《时序逻辑程序设计与软件工程》

1983年，软件所基于时序逻辑的软件工程环境的理论与设计研究，提出了世界上第一个可执行时序逻辑语言XYZ/E，可支持软件开发的全过程，获1989年度国家自然科学奖一等奖。

联想式汉字微型机系统

1985年，计算所孵化的联想集团成功研制联想式汉字微型机系统LX-PC，获1988年度国家科学技术进步奖一等奖；1990年，成功开发出联想ELSA486/50微机及测试系统，获1992年度国家科学技术进步奖一等奖。

联想ELSA486/50 微机及测试系统

机器人与人工智能技术

“潜龙一号”和“潜龙二号”无人无缆潜器

1995年，沈阳自动化所牵头研制出6000米级无缆自治水下机器人（CR-01），1995年、1997年两次赴太平洋开展调查工作，使我国具有了对除海沟以外绝大部分海域进行详细探测的能力，相关技术与能力跻身世界前列，获1998年度国家科学技术进步奖一等奖。

2012年，沈阳自动化所自主研制出中国首台6000米无人无缆潜器（AUV）“潜龙一号”，具有自动定向、定深、定高、垂向移动、横向运动、位置和路径闭环控制、水面遥控航行等功能。

2014年，“潜龙二号”研制成功，具有高智能自主避障能力和稳定航行控制能力，标志着我国水下自主机器人技术达到国际先进水平。

沈阳自动化所工业机器人技术成功实现产业化，新松公司移动机器人市场份额持续保持全球第一。

新松移动机器人

近年来，还开发了极地科考冰雪面移动机器人、旋翼飞行机器人、纳米操作机器人、超高压线巡检机器人、反恐防爆机器人等特种机器人。

机器人“愚公”

合肥研究院2013年研制的我国首台全尺寸人形救援机器人“愚公”，具备复杂环境下自主行走和多任务作业能力，达到国际先进水平。

2017 年首届全国兵棋推演大赛总决赛人机对抗赛中，AI程序“CASIA- 先知1.0”获胜

1999年，自动化所孵化的汉王科技公司研发出国际上第一个大字符集手写汉字输入系统——汉王形变连笔的手写汉字识别方法与系统，获2001年度国家科学技术进步奖一等奖。

智能型英汉机器翻译系统IMT/EC（IMT/863）

自动化所等研发的虹膜识别技术、人脸识别技术、语音识别技术、智能视频监控技术、分子影像技术等得到广泛应用，人工智能（AI）程序“CASIA-先知1.0”、仿生机器鱼高效与高机动控制等在特定领域得到重要应用。

汉王系列手写笔产品

计算所1992年研制出智能型英汉机器翻译系统IMT/EC（IMT/863），获1995年度国家科学技术进步奖一等奖，为我国机器翻译技术进入国际市场开辟了道路。

中国科大使用科大讯飞智能语音交互技术研发的机器人佳佳

科大讯飞公司在智能语音与人工智能核心技术领域居国际领先水平，多次在国际顶级比赛和权威评测中刷新世界纪录，在美国《麻省理工科技评论》2017年“全球最聪明50家公司”榜单中位列第六。

先进核能研究

托卡马克核聚变实验装置

在核聚变领域，合肥研究院自主设计、建设、运行了世界上首台全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置（EAST，俗称“小太阳”），为世界稳态近堆芯聚变物理和工程研究搭建了重要实验平台。

百秒量级稳态高约束模等离子体

1998年7月立项，2000年10月开工，2007年3月通过验收。2017年7月3日，EAST获得超过100秒的完全非感应电流驱动（稳态）高约束模等离子体，成为世界首个实现稳态高约束模运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置，其科学研究成果为国际热核聚变实验反应堆（ITER）长脉冲高约束运行提供了实验支持，为我国下一代聚变装置——中国聚变工程实验堆（CFETR）的设计和预研奠定了基础。

EAST的建设运行使我国托卡马克研究走向世界前沿，成为该领域国际上最重要的研究中心之一。获2007年度中国科学院杰出科技成就奖、2008年度国家科学技术进步奖一等奖、2013年度国家科学技术进步奖一等奖。

在核裂变领域，2011年，近代物理所牵头开展加速器驱动系统（ADS）关键核心技术研究，2016年在国际上首次提出加速器驱动先进核能系统方案并建成样机，集安全处理核废料、增殖核燃料和产能于一体，可将铀资源利用率由目前不到1%提高到95%以上，处理后核废料量不到乏燃料的4%，放射寿命由数十万年缩短到约500年。

ADS 超导质子直线加速器离子源系统

近年来，上海应物所牵头建成钍基熔盐堆（冷）实验研究基地，实现钍铀循环、堆本体工程设计、系列高温熔盐回路、安全与许可等原型系统与一系列关键技术突破，引领国际钍基熔盐堆研发，并为建设实验堆奠定了科技基础。

钍基熔盐堆（冷）实验研究基地示意图

超强激光技术及装置

上海超强超短激光实验装置

超强超短激光被认为是人类已知的最亮光源，能在实验室内创造出前所未有的超强电磁场、超高能量密度和超快时间尺度综合性极端物理条件，在台式化加速器、阿秒科学、超快化学、材料科学、激光聚变、核物理与核医学、高能物理等领域有重大应用价值。

神光Ⅰ装置（激光 12号实验装置）

2002年，上海光机所突破光学参量啁啾脉冲放大超强超短激光新原理系列关键科学技术，获得峰值功率高于国际同类研究一个量级的16.7太瓦激光输出，获2004年度国家科学技术进步奖一等奖。

2011年，物理所采用高对比度啁啾脉冲放大技术，在国际上首次利用飞秒钛宝石放大激光装置获得大于1拍瓦的峰值功率。2013年和2016年，上海光机所相继研制成功创当时世界最高激光峰值功率纪录的2拍瓦和5拍瓦激光系统。2017年率先实现10拍瓦激光放大输出，引领超强激光科学国际前沿。

神光升级驱动器靶室

自20世纪60年代以来，作为我国激光惯性约束聚变（ICF）装置研究的发源地和核心团队，上海光机所先后完成了神光Ⅰ、神光Ⅱ系列高功率激光装置建设，为高能密度物理前沿研究和国家战略高技术发展提供了核心战略支撑。

1986年建成的神光Ⅰ装置（激光12号实验装置），标志着我国ICF五位一体实验研究的重大突破，获1990年度国家科学技术进步奖一等奖；2001年建成的神光Ⅱ装置和2005年成功研制国内唯一的多功能探针系统；2017年通过验收的神光驱动器升级装置成为我国ICF研究核心快点火与先进闪光照相能力综合研究平台。

高精度衍射光栅制造技术和大口径碳化硅反射镜

4 米口径高精度碳化硅非球面反射镜

衍射光栅是一种具有纳米精度周期性微结构的精密光学元件，是各类光谱仪器的“心脏”，在天文学、光通信、激光器、信息存储、惯性约束激光核聚变等众多领域中有重要应用。

大型高精度衍射光栅刻划系统

将光栅做大做精是世界性难题，而光栅刻划机作为制作光栅的母机，被誉为“精密机械之王”。

世界最大面积的中阶梯光栅（400 毫米×500 毫米）

长春光机所经过多年努力，突破一系列关键核心技术，于2016年11月自主研制成功大型高精度衍射光栅刻划系统，并成功刻划出世界最大面积的中阶梯光栅（400毫米×500毫米），解决了我国光谱仪器“有器无心”的问题，打破了国外垄断和封锁，提升了我国光谱仪器产业迈向高端和拓展国际市场的能力。

大口径光学反射镜是高分辨率空间对地观测、深空探测和天文观测系统的核心元件，碳化硅（SiC）陶瓷材料是国际公认的高性能反射镜材料，我国完全依赖进口，长期受制于人。长春光机所完成了国际公开报道中最大口径4米的碳化硅非球面反射镜制造——碳化硅镜坯制备、非球面加工检测以及改性镀膜，核心制造设备和制造工艺具有自主知识产权，并于2018年8月通过验收。

该成果标志着我国在大口径光学制造领域取得重大技术突破，形成大口径系列反射镜研制能力，对我国基础研究、防灾减灾、公共安全、国防安全等具有重要战略意义。

青藏高原科学考察研究

第一次青藏高原综合科学考察

被誉为世界屋脊、亚洲水塔、地球第三极的青藏高原，是我国重要的生态安全屏障、战略资源储备基地，是中华民族特色文化的重要保护地，对于研究地球与生命演化、全球气候变化和人类可持续发展具有重大意义。

第二次青藏高原综合科学考察研究

在20世纪60年代珠穆朗玛峰等地区综合科学考察的基础上，1973—1980年，中科院自然资源综合考察委员会联合全国近80个单位的上千名专家，开展了全面、系统的第一次青藏高原综合科学考察，积累了大量第一手科学考察资料，在青藏高原隆起及其对自然环境与人类活动影响等多个方面取得了开创性成果，填补了青藏高原研究空白，确立了我国在青藏高原综合科学研究方面的世界领先地位，也为青藏高原生态保护和经济社会发展提供了科学依据。获1987年度国家自然科学奖一等奖。

科考队员在色林错湖泊上作业

此后，中科院相关单位陆续组织开展了横断山（1981—1986年）、喀喇昆仑山—昆仑山（1987—1992年）、可可西里（1989—1990年、2005年）、珠穆朗玛峰（2005年）、西昆仑古里雅冰帽（2015年）等多次大规模综合科学考察。

2017年8月，青藏高原所牵头发起第二次青藏高原综合科学考察研究，聚焦水、生态、人类活动，通过长期大尺度定位监测和大规模系统深入调查，创新考察研究的技术、手段和方法，对青藏高原的水、生态、人类活动等环境问题进行研究，揭示青藏高原环境变化机理及其对人类社会的影响，将对推动青藏高原可持续发展、优化生态安全屏障体系、推进国家生态文明建设、促进全球生态环境保护产生重要和深远的影响。

青藏铁路工程冻土路基筑路技术与示范工程

现场试验

举世瞩目的青藏铁路工程对促进区域经济社会发展和民族团结、保障国家战略安全具有重大意义。冻土路基融沉和有效保护多年冻土是青藏铁路建设面临的最大难题。

寒旱所通过气候变化-冻土-工程-环境的综合研究，创造性地提出了冷却路基、降低多年冻土温度的设计新思路，并开展工程技术措施集成研究和工程示范，为铁路建设提供了科学依据和设计参数；提出动态反馈设计新理念，实现了工程设计从静态向动态的转变；构建了青藏铁路多年冻土工程稳定性的长期监测平台，支撑保障青藏铁路长期运营和维护。

青藏铁路热棒路基技术

该系列研究成果全面提升了我国多年冻土区筑路技术水平，有效解决了青藏铁路工程建设的重大技术难题，对冻土地区工程建设与环境演化研究也有重要指导意义和广泛应用价值，具有显著的经济社会效益。

获2005年度中国科学院杰出科技成就奖、2017年度国家科学技术进步奖一等奖。“青藏铁路工程”获2008年度国家科学技术进步奖特等奖。

地球深部资源探测理论、技术与装备

在矿床地球化学方面，地化所先后对我国重要的 1 7 个矿种的 250 个层控矿床开展了系统研究，论证了层控矿床的概念、术语、成矿方法和成矿机理，提出了符合我国地质情况的层控成矿理论。获 1987 年度国家自然科学奖一等奖。

《中国层控矿床地球化学》

在深部资源探测理论方面，地质地球所建立了“华北克拉通破坏”理论体系，发展了板块构造理论和地磁极性转换场形态学理论，引领了大陆演化研究，提升了我国固体地球科学研究的国际地位；揭示了华北中生代大规模成矿与克拉通破坏的内在联系，提出了成矿预测新模型，为我国深部资源探测提供了科学依据。获 2014 年度中国科学院杰出科技成就奖。

华北克拉通破坏范围

在深部资源探测技术和装备方面，地质地球所研发了具有自主知识产权的高性能磁场传感器和地面电磁探测系统，提出了短偏移瞬变电磁勘探方法，解决了相关配套材料和工艺问题，使主动源电磁探测深度从几百米拓展到几公里，可大范围实现大深度、高精度、快速度、低成本探测。获 2015 年度中国科学院杰出科技成就奖。

地面电磁探测系统

近年来，地质地球所牵头研制出卫星磁测载荷、航空超导全张量磁梯度测量装置、航空瞬变电磁勘探仪、探矿重力仪、多通道大功率电法勘探仪、金属矿地震探测系统、深部矿床测井系统、组合式海底地震探测装备等 8 套装备，关键技术填补国内空白，多项技术指标达到国际水平，部分装备打破国外垄断，支撑我国“向地球深部进军”。

深部智能导钻系统示意图

来源：中国科学院院刊