“嫦娥”奔月見證中國航天科技自主創(chuàng)新重大突破；“蛟龍”入海見證海洋科技深度下潛；隨著國力增強，中國“入地”計劃也于兩年前拉開序幕。曾經(jīng)追蹤歐美國家深部探測計劃的中國地質學家，開始自主主持大陸深部探測專項計劃，已有多項科學成果開始吸引世界的目光。
站在深部探測技術與實驗研究專項（簡稱專項）2010年會的會場入口處，一幅一人多高的中國地質圖格外惹眼。
大地電磁標準網(wǎng)和地球化學基準網(wǎng)“兩網(wǎng)”覆蓋，華北實驗區(qū)和華南實驗區(qū)“兩區(qū)”相望，青藏高原等“四帶”縱橫，羅布莎鉻鐵礦鉆探、金川鎳礦鉆探等“多點”密布……這幅被喻為給中國地殼做“CT”的深部探測部署圖氣象非凡。
“這是國際上又一個宏大的地球探測計劃?！泵绹厍蛭锢韺W家Walter Mooney教授十分關注中國的進展。上世紀80年代，美國、歐洲、加拿大先后發(fā)起了地殼探測計劃（COCORP）、歐洲探測計劃（EUROPROBE）和巖石圈探測計劃（LITHOPROBE）。30年后，中國科學家正在迎頭趕上。
深部探測專項集中了國內(nèi)118個機構、1000多位科學家和技術專家，可以說是中國地學界的“集結號”。記者在1月22日舉行的年會上了解到，在短短的兩年間，中國地學界戮力同心，目前已經(jīng)基本建成深部探測技術體系，同時取得了一系列重大發(fā)現(xiàn)，為下一步地殼探測工程的實施奠定了基礎。
深部探測技術體系基本成熟
已故著名地球物理學家趙九章曾用“上窮碧落下黃泉”生動概括地球和空間科學的研究對象，用“兩處茫茫皆不見”形象比喻這一研究面臨的艱難險阻。
“‘嫦娥’兩次奔月，中國科學家在‘上窮碧落’上已經(jīng)有了重大進展，但是‘下黃泉’的難度更大，人們知之甚少?！敝袊茖W院院士石耀霖告訴記者，了解固體地球的深部是各國都非常重視的一個重要課題。
中國地形上的三個臺階是如何形成的，礦產(chǎn)資源的分布規(guī)律如何，地震災害頻發(fā)的原因何在……現(xiàn)今中國人生存的地質環(huán)境中大量科學問題都需要從大陸的深部尋找答案。
石耀霖說，地下深處人們看不見、摸不著，研究起來難度很大。目前最直接的手段是往深部鉆探，但世界上最深的一口鉆井僅僅打入地下12千米的深處，相對于地球6400千米的半徑，顯得微不足道。地球的造山運動也會把深部物質帶到地表上，但這類證據(jù)畢竟非常稀少。隨著技術的發(fā)展，人們已經(jīng)可以利用地震、重力、電磁等現(xiàn)代地球物理的探測方法，了解地球深部的物理性質。
深部探測技術與實驗研究專項首席科學家、中國地質科學院副院長董樹文研究員在接受《科學時報》記者采訪時，詳細解讀了專項實施的技術邏輯。
地球的基本物理性質包括磁性、導電性、密度、熱導率等，探測天然大地電磁可以獲知地下深部的電導率和磁性參數(shù)，人工地震技術探測巖石彈性波參數(shù)，高精度近垂直深反射地震技術可獲取深部結構信息，深穿透地殼全元素探測技術則可進一步識別深部物質的成分，地應力測量技術則有助于了解現(xiàn)今地殼活動性規(guī)律。
董樹文說，專項計劃實現(xiàn)覆蓋大陸的大地電磁探測陣列網(wǎng)，目前中國大陸電磁標準網(wǎng)已經(jīng)完成了全國4°×4°（經(jīng)度×緯度）控制格架，華北實驗區(qū)1°×1°觀測網(wǎng)格，相關地球深部物性探測技術已經(jīng)漸趨成熟。由于工作量巨大，實驗項目中只做了基準化的工作。其具體思路是從4°×4°的密度逐步加密到2°×2°、1°×1°甚至0.5°×0.5°和0.2°×0.2°，探索不同的網(wǎng)格密度能解決什么樣物質探測分辨率問題，根據(jù)實驗結果來建設國家一級標準網(wǎng)、二級標準網(wǎng)，進行長期監(jiān)測。
與此同時，專項初步建立起適應中國大陸地質地貌條件的深部精細結構探測技術體系。如深地震反射與地震折射共震源同時接收的聯(lián)合采集探測技術，巨厚地殼高分辨率地震探測技術，殼、幔物性探測技術有效組合。實驗發(fā)現(xiàn)了100千米深度的巖石圈地幔反射界面，打破了長期以來認為地幔反射透明的傳統(tǒng)認識。
在專項實施的兩年間，科學家們一口氣完成了1960千米的深反射地震剖面，這一數(shù)字相當于此前60年完成的6538千米總長度的1/3，極大地加快了我國深部探測計劃的進度。同時探測儀器裝備研發(fā)也全面展開。
中國在深部地下物質成分的探測和分析在國際上處于領先地位。專項首次按照國際標準建立了一個覆蓋全國的地球化學基準網(wǎng)。在國際上首次建立了一套81個指標（含78種元素）的地殼全元素精確分析系統(tǒng)，物質成分分析測試指標達到國際領先水平，含礦信息精確分離提取技術得到顯著提高。
此外，針對地殼活動性規(guī)律研究的應力測量技術在專項實施以來也日益得到完善，這項技術有助于了解現(xiàn)今地震、地質災害等發(fā)生的成因。
基于對深部地殼的物性、結構、物質組成以及活動性的了解，科學家們最終將實現(xiàn)對地球三維精細結構和深部過程的模擬，研究其演化歷史，揭示其動力學變化機制，開辟深部資源、能源勘察新空間，提升地震、地質災害監(jiān)測預警的能力與水平。
對于面臨緊迫的資源需求以及環(huán)境、災害巨大壓力的中國而言，深部探測技術與實驗研究專項的重要意義不言而喻。
技術實驗與重大科學研究和國家需求相結合
2010年12月，來自中國的深部探測專項計劃首次在美國地球物理年會（AGU）上亮相，即吸引了國際同行的高度關注。美國斯坦福大學的Simon Klemperer教授在中國專題報告的總結中有一大段點評：中國深部探測計劃如美國的EarthScope計劃那樣給地球物理探測新技術注入巨大的投資，這將給中國地球科學的發(fā)展注入動力，同時它吸取了加拿大LithoProbe計劃的經(jīng)驗，構建了多學科科學計劃，不只集中了研究學術的科學家，也包括了地震災害和礦產(chǎn)勘察專家，不僅將地震作為探測核心技術，也使用勢場和電磁方法，以及野外地質調查和數(shù)值模擬等技術方法。有理由期待未來中國的深部探測研究結出豐碩之果。
將技術實驗與科學發(fā)現(xiàn)、國家需求結合起來，是深部探測專項的一大特色。
在科學發(fā)現(xiàn)上，專項實施兩年來發(fā)現(xiàn)了鄂爾多斯巖石圈異常電磁結構，反映了鄂爾多斯地塊北部巖石圈厚度由北向南變薄的趨勢，這對研究巖石圈破壞過程具有特殊意義。
青藏高原“下地殼隧道流”擴散模式在國際上十分流行。專項通過深反射地震技術證實青藏高原東北緣巖石圈大幅縮短變形，對這一模式提出了挑戰(zhàn)，科學意義十分重大。
專項還首次發(fā)現(xiàn)了華北地塊東北緣的蛇綠巖帶，為認識和恢復西太平洋活動大陸邊緣演化提供了明確的巖石學和年代學證據(jù)。
在三維地球模擬技術的發(fā)展上，專項還實現(xiàn)了全球、區(qū)域和局部三種尺度的跨越，具備上千萬結構化和非結構化網(wǎng)格劃分能力，可對關鍵部位實現(xiàn)任意加密網(wǎng)格；實現(xiàn)了對汶川地震孕育動力學背景、臺灣復雜動力學環(huán)境的三維粘彈性變形和紫坪鋪水庫加載產(chǎn)生的應力變化等不同尺度三維及動力學模擬。
在與國家對能源、資源的緊迫需求目標相結合方面，專項的表現(xiàn)同樣可圈可點。
專項在松遼盆地深部與大慶油田合作完成600千米的深反射地震剖面。圍繞四川盆地所做的200千米的深反射地震數(shù)據(jù)在此次年會一亮相，中石化專家立刻表示希望馬上接過去，圍繞這些新數(shù)據(jù)部署下一步油氣勘探工作。
在中國東部長江中下游成礦帶開辟深部第二找礦空間，是實現(xiàn)國家礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略接替的重點。專項在實施過程中分別與安徽、江西兩地國土資源部門合作，在廬—樅礦集區(qū)、南嶺礦集區(qū)開展探測技術實驗研究。董樹文表示，研究隊伍與當?shù)乜辈礻犖榻Y合得非常緊密，“有了新發(fā)現(xiàn)立刻成為勘察企業(yè)下一步勘探部署的依據(jù)”。目前，廬—樅礦集區(qū)基本實現(xiàn)了3000～5000米深部的“透明化”，大型礦集區(qū)三維透明化技術日臻完善，為開辟第二找礦空間提供了有效技術支撐。
楊經(jīng)綏團隊近年來在西藏羅布莎的研究進展不僅具有重大理論意義，同時還有望為對外依存度高達95%的鉻鐵礦的勘察突破提供有價值的線索，一直是地學界十分關注的一項工作。相關研究在羅布莎蛇綠巖型鉻鐵礦中發(fā)現(xiàn)金剛石等深地幔礦物之后，沿著雅魯藏布江板塊縫合帶，相繼發(fā)現(xiàn)含金剛石等特殊礦物的超基性巖體群，為在雅魯藏布江縫合帶西段尋找大型、特大型鉻鐵礦提供了重要信息。
王學求研究團隊在河南400米蓋層覆蓋的隱伏銅鎳礦和新疆幾十米蓋層覆蓋的隱伏金礦上方，觀測到地氣中和土壤顆粒中的納米級金屬微粒。這一重大發(fā)現(xiàn)表明，成礦元素納米級微?？梢赃w移至地表，并可被地表土壤地球化學障（土壤膠體、黏土等）所捕獲。這為深穿透地球化學遷移機理和含礦信息精確分離提取提供了重要證據(jù)，對利用地表化探異常尋找深部隱伏礦產(chǎn)意義重大。
預熱地殼探測工程國家專項
深部探測專項的另外一大特色是，在財政部批復的專項經(jīng)費中拿出30%用于核心技術裝備的研發(fā)，以期打破國外長期對高端設備的壟斷格局，促使中國深部探測儀器裝備通過自主研發(fā)部分占據(jù)國際領先地位。
這些裝備包括超大深度大功率電磁儀，無人機航磁探測系統(tǒng)，深部大陸科學鉆探裝備，以及一大批自主知識產(chǎn)權的軟件系統(tǒng)，最終目標是形成一大批技術專利，“在很大程度上實現(xiàn)關鍵裝備的國產(chǎn)化”。
“中國在深部探測方面與國外的差距明顯，工作空白很多，專項為了加快進度，在購置了一大批國際領先的設備，獲取高質量探測數(shù)據(jù)的同時，我們不能放棄自主研發(fā)一些關鍵設備?！倍瓨湮恼f。為此，專項投入3億元用于設備研發(fā)，旨在為后續(xù)地殼探測工程的全面實施提供支撐。
作為先導計劃，專項將于2012年結束。董樹文表示，2011年是專項實施的決戰(zhàn)之年，進入到探測任務高峰時段，工作量極大，一大批實驗數(shù)據(jù)將得到更新，同時更多技術上的突破也有望帶來出色的科學發(fā)現(xiàn)和新的進展。
同時，圍繞中國深部探測計劃的國際學術交流和科技合作正變得日益頻繁。在上述AGU年會上，美國基金委大陸動力學計劃主任L.Johnson與董樹文約定，計劃在2011年3月訪問中國地質科學院商談合作研究事宜。美國地震聯(lián)盟（IRIS）主席也表示將專訪中國。美國許多大學的地球物理學家和地質學家表達了希望參加中國深部探測合作研究的意愿。2011年10月，世界各國的深部探測計劃將齊聚北京，一起亮相正在籌備的全球巖石圈深部探測國際研討會。
2011年下半年，專項將進入為兩年后的地殼探測工程立項申報和全面實施作前期準備階段。隨著國家科技投入加大和深部探測專項等重要科研計劃實施，一個地球科學研究的新時代即將來臨。
