中国“入地”计划拉开序幕

4月22日，国家专项“深部探测技术与实验研究”启动。以此为标志，中国的“入地”计划正式拉开序幕。

 

该国家专项是“地壳探测工程”的序曲。作为反映当代中国地质科学家勃勃雄心的“入地”计划，地壳探测工程最终的投资规模或将达到更为惊人的投入。

 

专项负责人、中国地质科学院副院长董树文研究员日前在接受《科学时报》记者采访时指出，开展地壳探测工程的目的在于揭示中国大陆岩石圈结构、活动过程与动力学机制，把握地壳活动脉搏，开辟深层找矿新空间，为国家安全了解深部物性参数，为实现能源与重要矿产资源重大突破、提升地质灾害监测预警能力提供全新科学背景和基础信息，全面提升地球科学发展。

 

 

2002年，国土资源部开始策划准备地壳探测工程的技术路线和工作方案。2008年底，作为地壳探测工程培育性计划的“深部探测技术与实验研究”国家专项通过论证被批准立项。

 

在这6年间，正在迈进工业化阶段的中国深刻体会到发展中的资源瓶颈，这个亟待起飞的大国比以往任何时候都迫切渴望新的找矿突破。

 

“绝大多数石油、天然气被覆盖在数千米深的盆地之下，需要深部精细探测才能发现；绝大部分矿产赋存于地下深部。”董树文表示，随着中国工业化、城镇化速度加快对资源需求急速增长，地表或浅层矿产发现的机会越来越小，资源勘查走向深部成为必然。

 

在此国情背景下，开展地壳探测工程的首要任务就是满足正在快速发展的经济社会对资源的迫切需求。

 

然而，迄今人类通过打钻直接了解的地下深度仅有12公里，相比6378公里地球赤道半径，科学家对地球深部的认识仍然“很肤浅”，“还不如对茫茫太空的了解”，董树文表示。

 

与国际同行相比，中国科学家对地下的了解也有很大差距。

 

欧美等国均早已开展了“入地”计划。如美国从1970年开始实施，现已进入第二轮地壳探测。通过第一轮探测，美国制作出了美洲大陆6万公里地壳的反射地震剖面。而中国现在通过该方法完成的剖面只有4500公里，是美国的1/15，英国的1/8，俄罗斯的1/5。

 

董树文指出，当今地球科学的发展对地球深部数据的依赖程度越来越高，深部探测水平的落后是中国地学研究水平、资源探测技术、灾害预报能力落后的重要原因。

 

在解决资源问题的同时，了解地壳深部结构，分析深部的动力过程，探明地震、火山爆发等自然灾害发生的动力因素，也日益成为中国实现可持续发展的必然要求。

 

“中国大陆内部的地震十分活跃，汶川大地震的发生足以警醒世人。此外，活火山结束休眠期、重新活跃的可能性也不能排除。”董树文说。

 

国际固体地球科学的研究表明，地表地形的变化和深部结构的变化呈现镜像反映的关系。在欧洲的地学整合计划中，一个叫做“从表层到深部”的项目专门研究由于地球内部变化导致的北欧沉陷、南欧上升的状况。在北欧的荷兰等地已经出现低于海平面的低地，而上升和沉陷中间的过渡地区则成为了地震、滑坡多发带。因此，对深部结构的了解有助于解释表层的一系列灾害作用。

 

董树文指出，地球科学发展到今天，地球系统科学是最前沿的方向。地球系统科学旨在联系地球各个圈层的相互作用，而地球表层是各个圈层相互作用的平台，因此建立地球系统科学必须了解地球的深部。“深部探测不仅解决资源、环境的问题，地球科学创新的动力也在于此。”董树文说。

 

 

中国拥有全球最复杂的岩石圈结构：位于东部的岩石圈厚度只有70～100公里，是全球最薄的岩石圈，但西部却达到200多公里；东部的地壳厚度仅有30公里，但喜马拉雅山地区的地壳达到70公里。

 

在这样的复杂结构下，深部探测必须做试验和示范工作。据悉，本次启动的为期5年的“深部探测技术与实验研究”专项，主要任务是为“地壳探测工程”作好关键技术准备，解决关键探测技术难点与核心技术集成；并进行一些试验、示范，形成若干深部探测实验基地；积累数据，积聚、培养优秀人才，形成若干技术体系的研究团队；完善“地壳探测工程”设计方案，推动国家立项。

 

“这是一项开放的科学计划。”董树文告诉《科学时报》记者，深部探测专项的数据采集网络将覆盖全国，为在不同地区、不同机构工作的深部探测科学家们带来合作交流机会。据悉，该专项由国土资源部组织管理，中国地质科学院组织实施。目前，已有12位院士、120多位教授和研究员参加该专项研究。“4月22日启动的首批1/3课题属于委托课题，由中科院、教育部、国土资源部、中国地震局等单位承担。其余2/3的课题都将以公开竞争的方式确定。”

 

据了解，深部探测技术与实验研究专项包括大陆电磁参数标准网实验研究、地壳全元素探测技术与实验示范、深部探测技术实验与集成、深部矿产资源立体探测技术及实验研究、大陆科学钻探选址与钻探实验、地应力测量与监测技术实验研究、岩石圈三维结构与动力学数值模拟以及深部探测综合集成与数据管理等8项内容。

 

董树文介绍，这8项内容可概括为“两网”——建成覆盖全国的大地电磁标准网和地球化学基准网，不仅探测深部结构，而且补充其物质属性；“两区”——华北实验区和华南实验区，所有的方法都将集中在这两个区中互相验证；“四带”——立足青藏高原超厚地壳、秦岭复杂拼合造山带、大庆等超大型盆地等中国特殊的岩石圈结构进行试验研究；“多点”——部署6个科学钻探，分别对应地球物理标识、罗布莎铬铁矿钻探、金川镍矿钻探、庐枞矿集区立体探测、南岭矿集区钻探、腾冲火山活动性科学钻探。

 

董树文指出，深部探测专项的实施，标志着我国地球科学已经进入到深部探测时代。建立起来的有效、可行的技术组合将为“地壳探测工程”提供技术准备，推动我国深部探测和超深钻探技术发展，缩小与国际地学发展的差距，并在关键领域实现跨越式发展。

 

 

董树文表示，尽管深部探测专项最主要的科学目标是如何获取并加深我们对大陆的结构、动力学和演化的理解，但是通过专项采集的数据和集成的研究成果，将带来众多实际应用和社会效益。

 

我国西南三江地区和华北平原是地震、火山和滑坡灾害的多发地区。深部探测专项的工作将直接为减轻和评估灾害提供有力数据，从而提高我国预测地震、减小地质灾害链危害的能力。

 

另外，高精度深地震反射技术将给出大陆地壳和沉积盆地的精细构造，矿集区立体填图将给出相对“透明”的矿集区图像，为地质勘查、地下水资源评价、矿产资源、能源等更广泛的综合研究领域提供研究资源。

 

“如何把国家的这笔经费作为种子钱，用它带动更多的投入，结合国家和地方需求，结合其他专项计划，提高产出效益”，成为董树文最近时常思考的问题。

 

目前，同地方合作已经形成了初步的合作模式。董树文介绍，项目组在安徽长江中下游矿集区进行的研究已经获得了安徽省国土资源厅1∶1的经费匹配，由此相关研究成果的验证对比覆盖了更大的矿区。

 

董树文说，“这种模式最后产生的经济效果都是地方的。我们的任务就是推广技术、带动发现、带动地方经济，在这些过程中把技术集成，攻克难关。”

 

据悉，项目组还计划在江西赣南矿集区推广这一模式，此外还与中石油、中石化等大型国企合作，撬动更多的社会资源。

 

加强公众的科普教育也是该项目的重点之一。据悉，专项将建立一个三维的地球模拟器，可以让公众通过模拟器“遁地”，直观地了解地壳的内部结构、火山形成的根源、地震发生的地下变化等知识。

 

专项的另一大特色就是43个课题组在提交科学报告的同时也要交一份科普报告。董树文说，随着社会对地震、火山、资源和环境问题的关注，正在起步的、以科学探测为基础的深部探测专项计划，是全面加强地学教育的天然工具。可以鼓励和推动学生参与地质调查、使用真实的探测数据进行科学研究和理论学习。此外，由于深部探测专项将在我国不同地区建立起科学探测的设施，科普教育与推广活动将延伸至社区。

 

 

大区域地下物理性质、化学组成的背景探测。（1）大陆电磁参数标准网实验研究：拟建立我国大陆电磁场标准观测网，创立大陆岩石圈地球物理参数三维结构基准模型的构建方法、技术流程和技术标准。（2）地壳全元素探测技术与实验示范：建立我国79种自然元素分布的地球化学基准网和穿透性地球化学技术体系，解决我国环境地球化学本底和区域背景值，探讨深部找矿的元素深穿透机理。

 

深部探测技术实验与集成。以建立深地震反射技术为先导，采用主动震源和被动震源探测技术体系，联合采集不同结构地壳和岩石圈深部界面和速度，整合适应不同大地构造背景的深部探测技术组合。

 

深部矿产资源立体探测技术及实验研究。重点解决重要矿集区深部立体探测关键技术，建立矿集区3D地质—地球物理模型，揭示深部控矿因素，追踪控矿构造的深部延伸，阐明成矿机理，最终突破深层找矿的理论和技术瓶颈。

 

大陆科学钻探选址与钻探实验。通过科学钻探选址与预导孔技术实验，验证地球物理探测结构，建立深部探测解释标识；在关键地质部位和矿区实施深部直接取样，解决深部地质结构、组成和资源潜力等问题。

 

地应力测量与监测技术实验研究。发展具有自主知识产权的地应力测量及监测技术和设备，以支持我国地表应力变化的实时监测系统的建立；对中国大陆范围内的关键构造地域实施系统的地应力测量与实时监测，查明地应力的赋存状态及其变化规律。

 

岩石圈三维结构与动力学数值模拟。建立覆盖我国重点区域的岩石物性参数数据库；建立我国和重点地区的数百万单元网格计算模型，开展数值模拟，对我国大陆和邻区岩石圈动力学过程的时空特征与控制机理进行大规模模拟。

 

深部探测综合集成与数据管理。综合集成不同层次地壳物质与结构探测的多源信息和数据，从时间深度上辨别地质历史的烙印，恢复地质作用的历史过程；建立主体数据库，解决深部探测海量数据的管理与共享问题；开展地壳探测系统工程研究，推动“地壳探测工程”的国家立项。