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揭秘中国深部探测计划:入地中国梦

来源:www.timetimetime.net 时间:2019-11-12 编辑:人生

作者:袁张怡雪闻婧资料来源:《科学新闻》发布日期:2014

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揭开中国深层探索计划:中国梦

1864,科幻作家凡尔纳出版了科幻《地心游记》,描述了人类从地面探索到地面后重返地面的故事。

现在,梦想可能会到来

自20世纪70年代和80年代以来,前苏联、美国、德国和其他国家都加入了地球深部探测的行列。 2008年,中国地球物理重大科技项目深部探测技术与实验研究项目(SinoProbe)正式启动

这意味着中国终于有了自己的地球系统探测计划。

前五年过去了,与深海空和深海平行的“深海”项目已经完成了6000多公里反射剖面的探测,超过了过去50年中国深海探测剖面长度的总和。 这两个国家的总数超过10,000个,使中国这个主要地质国家能够再次站起来,以实际行动朝着成为一个主要地质国家的目标前进。

与此同时,世界各地的地质科学家都在期待中国探测器(SinoProbe)将给未来的地质研究带来什么样的冲击。

敲“地球之门”

2013年11月,中国探测器-03项目首席研究员杨静穗等人为西藏罗布莎海拔4400米的钻机更换了一台功率更大的电机。 由于高原缺氧,钻机马达的功率降低了一半。一个可以钻100 ~ 200米/[/k0/孔的钻头在这里只能钻30 ~ 50米。

即使是机器也是如此,更别说人了 研究人员忍受着高原反应造成的身体不适,咬牙坚持工作。

这种坚持的回报是巨大的

根据以前的知识,青藏高原的地壳厚度可以达到70 ~ 80公里,地幔就在地壳之下。 然而,研究人员发现地幔物质穿过板块缝合带1199米 这一发现无疑非常重要。

在青藏高原腹地羌塘草原,由中国地质科学院地质研究所研究员、中国探针02项目负责人高瑞带领的团队遇到了技术瓶颈。 为了收集最好的反射数据,高瑞和他的团队在冬天第一次在生命禁区工作。 因为只有在冬季才能不发生陷车现象,大功率钻机可以在超深井中实现大剂量激发爆破。

地震波由人工爆破激发,然后由仪器按照激发规则接收 这种方法是地震方法之一 其目的与Robsa的钻孔和取样相同,目的是使地下结构清晰。 “但是它的适用范围有限,一般只有60公里 中国探测器公司的首席科学家董树文说,“但是,我们想知道地下大约400 ~ 600公里 因为地球的大部分内部能量都来自这里。 “

因此,为了获得岩石圈的厚度,反射地震的能量是不够的,需要自然地震的方法来补充它。 在这种方法中,研究人员预先埋下接收器,然后等待自然地震发生,通过从深部传输的各种地震波形和当时记录的数据,获得岩石圈内部的各种速度结构,最终形成结构形式。 反射、折射、大地电磁等一系列测量方法的应用最终汇集了大量的数据。 现在,五年计划终于结束了。

与到处总结和报道的研究人员不同,中国十几个专业数据处理机构正忙于分析过去五年中中国探测器(SinoProbe)收集的数据,以消除人类干扰信号的“噪音”,并从地球内部留下尽可能纯净的“信号”。 “这一过程非常复杂且耗时,因为任何风和草都会影响测量过程中的信号波动。 ”董树文说 之后,地球物理学家将根据数据绘制出深度超过6100公里的反射剖面图,并逐一对地球进行“断层扫描”。

高度自动化的设备也很繁忙 在距离北京3000多公里的青藏高原上,几十块相距20公里的太阳能电池板排列整齐。 电池板下面是大地电磁接收器,它忠实地记录着地球昼夜的电磁场波动。 他们的学名叫做“三维大地电磁参数标准网”

中国地质大学魏文博教授是标准网的“创新者” 在项目开始时,项目团队遵循国际惯例,根据经度和纬度1 × 1(即每个点之间100公里)对这些接收器进行编码。 然而,研究人员很快发现大地电磁值每分每秒都在变化,不同时间测量的值不能代表这一点。 不幸的是,这些数据不能被长期测量的平均值所取代。

我该怎么办?增加接收器密度!

研究人员将另外8个接收器以十字形排列在每个接收器周围,每个相距20公里,形成一个“小阵列” 这样,9个台站同时测量体积电阻率,最终的三维地图形成后,不仅误差小,而且“体积数据栏”的标准也将更加准确,这样获得的电磁网号分辨率超过世界其他国家。

作为回应,国际知名电磁专家艾伦琼斯教授曾在一次采访中说:“这是一个惊人的计划!在数据收集、处理、分析和建模方面,您处于世界的最前沿。 “

而这项技术只是中国探针公司众多自主创新技术之一。

另一个广受好评的是由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所地壳全元素探测技术和实验示范项目负责人、研究员王学秋领导的团队实施的“地球化学基准网” 该国家稀土元素地球化学基线图在划分盆地砂岩型铀矿和人为放射性污染预警方面发挥了重要作用。 不仅如此,汪学秋还获得了地球表面所有76种元素在全国的分布情况,并首次使用类似谷歌地球的软件技术建立了化学地球的数字表达。

这显示了中国地质结构的复杂性 然而,研究人员发现了该做什么和该做什么。因此,出现了更多的“第一次”和“自主创新”:首次系统建立了适合中国大陆复杂岩石圈和地壳的深部立体探测技术体系。

首次创建了同缆同焦点辐射地震和折射地震同步接收技术,实现速度结构和辐射结构的同步检测。

中国首次建立了拥有数千万有限元的最大地球动力学数值模拟平台。

青藏高原东南缘深孔地应力监测区域网络首次建立,为我国地壳活动监测和地震预警提供了新的技术路线。

首次打破国外垄断,自主研发了深地震探测、地面电磁、无人机航磁等多种关键仪器。和一个10,000米的科学钻机

大量的数据搜集、多学科的参与,人们眼中的SinoProbe朝气蓬勃。但在SinoProbe专家委员会主任、中国科学院院士李廷栋眼中,中国距离地质强国还差得很远。这些差距源于理论和技术的滞后,而这与历史密不可分。

让我们将指针回拨,回到1958年。新中国刚刚成立,百废待兴。以中国科学院院士曾融生为首的地质工作队,首先在柴达木盆地进行了低频地震探测的试验工作,目的在于探测该盆地埋藏很深(大于10公里)结晶基底和沉积建造的界面。

之后,曾融生又陆续得出了地壳速度分层和中国不同地区的地壳厚度。正当深部探测工作渐入佳境时,一场文化浩劫打乱了一切。

粉碎“四人帮”后,时任中国地质科学院院长的李廷栋以中方联系人的身份,参与了中法喜马拉雅地质构造合作研究项目的组织协调和领导工作。在参与合作的三年中,李廷栋意识到地球深部探测工作的开展刻不容缓,随即着手成立了岩石圈研究中心,并在上世纪80年代中期,完成了对14条地学断面(GGT)的探测。

但随之而来的不是深部探测工作地顺利发展,而是再一次陷入停滞状态。李廷栋也很无奈:“当时,全球的地矿工作都很萧条,矿产资源供大于求。”

这一次,地质工作持续低迷了十年,中国地质科学院甚至陷入了需要自己赚钱养活员工的境地,被迫停止了大部分科研工作。

当时间迈过了千禧年,中国工业化加速发展,各行各业对于矿产资源需求持续上升,之前认为靠进口就能解决问题的决策者们,在国际矿产价格一天三变的情况下,开始意识到开发本国矿产的重要性。2006年,国务院做出了 《加强地质工作的决定》 。

地球深部探测被再次提上日程。董树文等准备了六年的“地壳探测工程”的计划得到了李廷栋、孙枢等一批院士的鼎力支持。李廷栋四处奔走,希望尽快立项。“我的意见是,这项工作很必要,需要开展,早做早主动,晚做就被动。而且我们已经比欧美国家落后几十年了。美国七八十年代就开始了,加拿大紧随其后,澳大利亚、欧洲也在二三十年前就开始做了。我们再不做就更被动了。”

一次次的呼吁、写信、说服,李廷栋用自己总结归纳的“买不起、供不起、养不起,经不起”,形象地描述了单一依靠进口矿产的劣势,希望国家重视深部探测工程,“把家底搞清楚”,做到“家里有矿心里不慌”。

三年后,时任中共中央政治局常委、国务院副总理李克强强调,在我们这样一个有着十几亿人口的发展中大国里解决能源资源问题,需要充分利用国际国内两个市场、两种资源,但必须坚持立足国内,增强国内能源资源的保障能力。

彼时,SinoProbe正在申请立项。但到底应该由谁牵头的问题,又引发了分歧。不少人写信,或毛遂自荐,或要求慎重考虑。“当时主管部门找我谈话,我的意见就是,非董树文不可,其他人没有他的能力。而且他科学技术水平也不错。业务综合,知识面广。”李廷栋说。

几经波折,以中国地质科学院为牵头单位的项目组终于成立,这才有了如今的轰轰烈烈。

地质梦,中国梦

不过,过去的五年仅仅是SinoProbe正式开始前的“热身”。项目组的专家们都明白,真正的重头戏在下一个十五年甚至二十年。

2013年4月16日,李廷栋曾在“深部探测技术与实验研究专项2012年度成果汇报交流会”上这样描绘了他的“中国梦”:“十八大报告提出我们要建设美丽中国,我想这个美丽的中国应该是这样的:它是一个经济强盛的中国,这需要丰富的资源提供支撑;它是一个科学的中国,这需要我们不断发展科学技术;它是一个安全的中国,既包括国家安全也包括免受地质灾害等影响;它是一个生态的中国,要免受环境污染带来的困扰。从这个角度讲,深部探测与构建美丽中国紧密相连。”

李廷栋解释说,美丽的中国首先应该是富强的中国。SinoProbe要通过探测让民富国强。就像SinoProbe-03项目即深部矿产资源立体探测技术及实验项目负责人、中国地质科学院矿产资源研究所研究员吕庆田总结的那样,“深部资源探测所取得的进展的应用前景在于,将极大深化对19个成矿带深部成矿过程的认识,为建立大陆成矿体系提供重要深部信息,促进47个整装勘查区的深部找矿突破。”

其次,美丽中国应该是绿色的、生态的。要解决生态问题,不能只看到地表问题,还应该追根溯源,寻找地质本身的问题。比如现在的生存环境如何衍生的;什么时候二氧化碳多,什么时候二氧化碳少;为什么有第四纪冰川等,这些问题通过深部探测都可以解决。人们可以了解地球本身的构造和发展规律,对今后的生态环境变化有很大帮助。

第三是安全中国。地质灾害威胁着人们生命财产。通过深部探测,人类可以将地壳结构弄清楚,对预防灾害,甚至解决地方病都有好处。

而现在,万里长征才开始第一步。“我们计划用二十年的时间,将我国领土做一个详细扫描,把矿集区、地震带、地壳内部到莫霍面结构透明化,希望能够有比较准确的地震预警。在地球科学理论上有所创新,真正创造出符合中国地质特点又能使用全球的地质科学理论,把高新技术带起来。”李廷栋说。

年底,SinoProbe已经向主管部门做了总结。但是接下来十五年的项目是否能申请下来,大家心里都没底。唯一肯定的是,每一个人都希望SinoProbe可以继续前行。这个宏大的地质梦,终究能成为美丽的中国梦。■

《科学新闻》 (科学新闻2013年第12期 封面)

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