揭秘中国深部探测计划：入地中国梦

1864年，科幻作家凡尔纳出版了一部科幻小说《地心之旅》，描述了人类从地面到地面探索后返回地面的故事。

今天，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、德国和世界上其他国家都加入了地球深部探测的行列。2008年，中国一项重大地球物理科技项目——深部勘探技术与实验研究项目正式启动。

这意味着中国终于有了自己系统的地球探索计划。

头五年过去了，这个与深空和深海平行的“地球深部”项目已经完成了6000多公里的反射剖面探测，超过了中国过去50年的深度探测剖面的总和。两者之和超过10，000，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着中国探针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项目的首席研究员杨景穗等人在*罗布莎更换了一台功率更大的钻机发动机，海拔4400米。由于高原缺氧，钻机马达的功率降低了一半。一个可以钻一个100-200米的洞的钻头在这里只能钻30-50米。

即使是机器也是如此，更不用说人了。研究人员忍受了高原反应造成的身体不适，坚持工作。

这种坚持的回报是巨大的。

根据以往的知识，青藏高原的地壳厚度可达70-80公里，地幔就在地壳之下。然而，研究人员在板块缝合带1199米处发现了地幔物质。这一发现无疑非常重要。

然而，在青藏高原腹地——羌塘草原，中国地质科学院地质研究所研究员、深部勘探技术实验与集成项目“中国探空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。因为只有在冬天才能不发生卡车，大功率钻机可以实现超深井大剂量激发爆破。

地震波由人工爆破激发，然后由仪器按照激发规则接收。这种方法属于地震方法之一。它的目的与Robsa的钻探和取样相同，即弄清楚地下结构。"但它的适用范围有限，一般只有60公里."中国探测器的首席科学家董树文说:“然而，我们想知道地下400 ~ 600公里的情况。因为地球内部的大部分能量都来自这里。”

因此，为了获得岩石圈的厚度，反射地震能量是不够的，需要用自然地震的方法来补充。在这种方法中，研究人员事先埋好接收器，然后等待自然地震发生，通过从深部传来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，最终形成构造形态。

舞台胜利

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中国探测器在过去五年中收集的数据，以消除人类干扰信号的“噪音”，并尽可能从地球内部留下纯粹的“信号”。"这个过程非常复杂，而且非常耗时，因为在测量过程中，任何风和草都会影响信号的波动."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，并对地球进行“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。在电池板下面是大地电磁接收器，它忠实地记录了地球日夜的电磁场波动。他们的学名叫做“三维大地电磁参数标准网”。

中国地质大学魏教授是标准网的“创新者”。在项目开始时，项目组遵循国际惯例，按照经度和纬度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，不同时间测得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！

研究人员将另外八个接收器以十字形排列在每个接收器周围，每一个相距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，最终形成三维图后，不仅误差小，而且“体积数据列”的标准也更加准确，由此得到的电磁网数的分辨率超过了世界其他国家。

对此，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！您在数据收集、处理、分析和建模方面走在世界的前列。”

这项技术是中国探针的众多自主创新技术之一。

另一个受到好评的是由中国地质科学院地球物理与地球化学勘探研究所研究员、地壳全元素探测技术与实验示范项目“中国探针04”项目负责人王学秋领导的团队实施的“地球化学基准网”。这张国家稀土元素地球化学基线图在圈定盆地砂岩型铀矿和警告人类放射性污染方面发挥了重要作用。不仅如此，王学秋还获得了地球表面全部76种元素在全国的分布情况，并首次利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，研究人员看到并扣动了扳机，继续向前摸索。因此，出现了更多的“首次”和“自主创新”:

首次系统地建立了适合*复杂岩石圈和地壳的深部三维勘探技术体系。

首次提出了同缆共源辐射地震和折射地震同时接收技术，实现了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。

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

第一次打破了国外垄断，自主开发了一批地震深度探测、地面电磁、无人机航磁等关键仪器。和一万米的科学钻机。

好事多磨

凭借大量的数据收集和多学科的参与，中国探针在人们眼中充满了活力。然而，在中国地质勘探专家委员会主任、中国科学院院士李廷东看来，中国还远远不是一个地质强国。这些差距源于理论和技术的滞后，这与历史是分不开的。

让我们把指针转回1958年。新中国刚刚建立，一切都需要废弃。中科院曾荣盛院士领导的地质队在柴达木盆地首次开展了低频地震探测实验工作，旨在探测埋藏较深(超过10公里)的盆地结晶基底与沉积建造的界面。

此后，曾荣盛先后获得了中国不同地区的地壳速度分层和地壳厚度。正当深度探索变得越来越好的时候，一场文化灾难打乱了一切。

粉碎“*”后，时任中国地质科学院院长的李廷东作为中方联系人，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，李廷东意识到对地球进行深度探索的紧迫性。他立即着手建立岩石圈研究中心，并在20世纪80年代中期完成了对14条地学断面(GGT)的勘探。

然而，随之而来的并不是深度勘探工作的顺利开展，而是停滞再次出现。李廷东也很无奈:当时，全球地质和采矿工作非常萧条，矿产资源供大于求。

这一次，地质工作持续了十年不景气。中国地质科学院甚至陷入了需要赚钱来支持员工的境地，*停止了大部分科研工作。

千年过去了，中国工业化加速，各行各业对矿产资源的需求持续上升。以前认为进口可以解决问题的政策制定者开始意识到，在国际矿产价格每天变化三次的情况下，发展自己的矿产很重要。2006年，国务院作出了《关于加强地质工作的决定》。

深海探索再次提上日程。董树文等人制定的“地壳勘探工程”六年计划得到了李廷东、孙淑等一批学者的全力支持。李廷东四处奔走，希望尽快建立这个项目。“我的意见是，这项工作非常必要，需要开展。早点做，早点主动，晚做，被动。此外，我们已经落后于欧美国家几十年了。美国开始于20世纪70年代和80年代，紧随其后的是加拿大，澳大利亚和欧洲也在20到30年前开始这样做。如果我们不这样做，我们将更加被动。”

李廷东反复呼吁、写信、劝说，生动地描述了单纯依靠进口矿产的弊端，希望国家重视深部勘探工程，搞清“家底”，让“家有矿，放心”。

三年后，时任**政治局常委、国务院副总理的*强调，要解决一个拥有十多亿人口的发展中大国的能源问题，需要充分利用国际国内两个市场和资源，但必须坚持立足本国、增强国内能源安全能力的原则。

当时，中国探针正在申请一个项目。然而，谁应该带头的问题导致了分歧。许多人写信，要么推荐自己，要么要求仔细考虑。“当时，主管部门跟我谈过。我的意见是这对董树文是必要的。其他人没有他的能力。而且他的科技水平也不错。商业是全面的，知识是广泛的。”李廷东说。

经过几经波折，中国地质科学院领导的项目组终于成立了，这就是为什么它现在充满活力。

地质梦，中国梦

然而，过去的五年仅仅是“中国探针”正式启动前的“热身”。项目团队中的专家都知道真正的亮点将在未来15年甚至20年。

2013年4月16日，李廷东在“2012年度深部勘探技术与实验研究成果报告交流大会”上，曾这样描述自己的“中国梦”:“十八大报告提出要建设一个美丽的中国，我认为这个美丽的中国应该是这样的:它是一个强大的经济中国，需要丰富的资源来支撑；这是一个科学的中国，这要求我们不断发展科学技术。这是一个安全的中国，包括国家安全和防止地质灾害。这是一个生态中国，应该保护它免受环境污染。从这个角度来看，深入探索与建设一个美丽的中国密切相关。”

李廷东解释说，一个美丽的中国首先应该是一个繁荣的中国。中国探针希望通过检测来丰富人民和加强国家。中国地质科学院矿产资源研究所研究员、深部矿产资源三维勘探技术与实验项目——中国探针03项目负责人陆庆田总结道:“深部资源勘探进展的应用前景在于，它将大大加深对19个成矿带深部成矿过程的认识，为大陆成矿系统的建立提供重要的深部信息，促进47个综合勘探带深部找矿的突破。”

其次，美丽的中国应该是绿色和生态的。为了解决生态问题，我们不应该只看表面问题，还应该从源头上寻找地质问题。例如，当前的生活环境是如何衍生的？当有更多的二氧化碳和更少的二氧化碳时；为什么会有第四纪冰川等等，这些问题可以通过深度勘探来解决。人们可以了解地球本身的结构和发展规律，这对未来生态环境的变化大有帮助。

第三是一个安全的中国。地质灾害威胁着人们的生命和财产。通过深入探索，人类可以搞清楚地壳结构，这有利于防灾甚至解决地方病。

现在，长征的第一步才刚刚开始。“我们计划用20年时间对我国领土进行一次详细扫描，并使矿集区、地震带和地壳内部的结构对莫霍面透明，希望能有更准确的地震预警。我们在地球科学理论上进行了一些创新，真正创造了符合中国地质特点、可以利用全球的高新技术的地质科学理论。”李廷东说。

年末，中国探针向主管部门做了总结。但未来15年的项目能否申请，每个人都不确定。唯一可以肯定的是，每个人都希望中国探针能够继续前进。这个宏伟的地质梦想最终会成为一个美丽的中国梦。■

科学新闻(2013年第12期科学新闻封面)