我國首臺萬米科學鉆探鉆機將探求地球深部奧秘

　　高達60米、重達1000噸、占地約1萬平方米的我國首臺萬米科學鉆探鉆機，計劃今年初將運抵大慶油田。中國科學家將聯合國際大陸科學鉆探計劃(ICDP)在此實施松遼盆地科學鉆探2井（簡稱松科2井）工程，計劃鉆進6600米，與已經完成的“松科1井”一起，構成全球首個近乎完整的白堊系陸相沉積記錄，以期獲得白堊紀時期亞洲東部高分辨率氣候環境變化記錄，進而為預測未來全球時間尺度氣候變化趨勢提供科學依據。

　　國家深部探測技術與實驗研究專項首席科學家董樹文表示，深部大陸科學鉆探裝備研制成功，實現了全套設備的國產化，是我國深部探測計劃自主能力建設的重要突破，為后續國家地殼探測工程的全面實施、探求地球深部奧秘提供了高技術手段。

　　我國還蘊藏著多少石油和天然氣？還有多少礦產資源未被發現？青藏高原的擴展對四川產生了什么影響？“深部探測”是回答這些關乎國計民生重要問題的關鍵詞。

　　隨著資源能源缺口日益凸顯、地質災害頻發，亟須地球科學研究跟進。2008年，我國地球“深部探測專項”啟動，計劃實施時間為2008年至2012年，耗時5年，耗資11億元。

　　“資源能源缺口是立項的第一出發點。”談到立項原因，“深部探測專項”負責人董樹文說。這個專項包含大陸科學鉆探選址與鉆探實驗、深地震反射剖面探測、大地電磁探測、地殼全元素探測等9個實驗項目，集合了12位院士、200多名研究員以及上千名科研人員，希望深層次摸清中國人腳下的每一寸土地：從中國地形三個臺階形成的原因，到地震災害發生的原因，一直到油氣蘊藏、礦產分布。

　　在礦產勘探方面，“深部探測專項”還在長江中下游成礦帶首次實現了大型礦集區三維透明化，使礦集區地下3000米甚至5000米變得“透明”。

　　以外，被稱為地球“CT”的深地震反射剖面探測項目，在野外采集了2160公里的深地震反射剖面，相當于我國之前60年累計完成的深地震反射剖面總長度(約4500公里)的48%，由此繪制的地下全貌圖將增強我國預測預報地震等地質災害的能力,為防災減災提供數據和理論支撐。

　　在深部探測計劃的基礎上，科學家正在籌劃詳細揭示中國地殼結構的“地殼探測工程”，為保障資源供應、防災減災和發展地球科學提供全面的深部數據和信息。

　　科學鉆探是獲取地球深部物質和了解地球內部信息最直接、最有效和最可靠的方法，是地球科學發展不可缺少的重要支撐，也是解決人類社會發展面臨的資源、能源、環境等重大問題不可缺少的重要技術手段，被譽為人類的“入地望遠鏡”和地球內部物質的“采樣器”。

　　中國汶川地震科學鉆探總工程師張偉接受采訪時表示，實施深部大陸科學鉆探對鉆機裝備的要求更高。目前，國內深部石油鉆機由于其轉速低，鉆進工藝簡單，取心鉆探效率低，鉆探成本高，不適合深部大陸科學鉆探連續取心鉆進施工的要求。

　　去年底研制成功的我國首臺萬米科學鉆探鉆機在深部鉆探全液壓鉆機整機設計理論、裝備制造及配套鉆具研制、數字化設計、智能化與自動化鉆進裝備等領域，實現了重大突破。

　　此前中國的科學鉆探紀錄是5158米，世界上科學鉆探超過8000米的超深孔科學鉆探只有前蘇聯的12000米科拉超深孔和德國的KTB孔。

　　2003年，美國啟動了新的深部探測計劃——地球透鏡計劃。經過美國國會批準，這個為期15年的探測項目將投入200億美元。值得注意的是，它的三個主要發起單位除了美國國家科學基金會、美國地質調查局，還有美國國家航空航天局。

　　“地球透鏡計劃”用更為廣泛和精密的儀器獲得更為深度和精確的地殼數據，探究美國是如何形成的、美國正在如何運動、美國的地下到底擁有什么等一系列問題。最終的成果，都將用詳細的圖像表達出來。

　　歐洲國家在上世紀80年代至2002年完成了一項聯合深部探測計劃。幾乎在同時，英國、德國、意大利、瑞士等也都實施了自己單獨的深部探測工程。

　　到2005年，俄羅斯在重要的歐洲部分和盛產能源的西西伯利亞地區，實施了十多處超級鉆項目。它們雖然沒有“科拉超級鉆”那樣令人震驚，卻使得俄羅斯人在資源勘測方面獲得了巨大成就。目前，它已經是全球最大的資源蘊藏地和出口國。

　　日本則在2007年派出自己的海洋鉆探船，希望從2500米的海底開始，再深入7000米。

　　在北美，另一個大國加拿大自上世紀80年代就啟動了“巖石圈計劃”。礦產企業是這個計劃的重要投入者。

　　類似的模式在澳大利亞得到了復制。政府背景的科研機構與企業進行合作，先實施了“四維地球動力學探測計劃”，此后又啟動了“玻璃地球計劃”“澳洲大陸結構與變化探索計劃”。

　　通過加強地球動力學這樣常人無法了解的領域研究，澳大利亞的礦產企業具備了全球領先的勘探技術，這也是澳大利亞礦業長盛不衰的主要原因之一。總之，深部探測使加拿大和澳大利亞在最近20年來始終保持著世界資源勘探大國的地位。

　　即使墨西哥也在實施科學鉆項目，從而了解數千萬年前落在這個國家的隕石，是如何導致全球生物大滅絕的。

　　1992年，在經合組織的大科學論壇上，為了分享成果、減少風險和成本，進一步用科學鉆來認識地球內部，各國決定聯合實施類似項目。1996年，由德國、美國和中國發起成立了“國際大陸科學鉆探計劃”。

　　雖然目前已經有13個國家建設了100多座科學鉆井，其中有超過20個超過4000米。但與冷戰時期相比，今天的深部勘測已經不滿足于“更深”的目標，而是期望通過更為廣泛、系統性的觀測和勘察，獲得權威的樣本和結論。

　　今天，探測器可以遨游太陽系外層空間，但對人類腳下的地球內部卻鞭長莫及。目前世界上最深的鉆孔也不過12千米，連地殼都沒有穿透。科學家只能通過研究地震波、地磁波和火山爆發來提示地球內部的秘密。

　　地殼是地球的表面層，也是人類生存和從事各種生產活動的場所。地殼實際上是由多組斷裂的，很多大小不等的塊體組成的，它的外部呈現出高低起伏的形態，因而地殼的厚度并不均勻：大陸下的地殼平均厚度約35公里，我國青藏高原的地殼厚度達65公里以上；海洋下的地殼厚度僅約5到10公里；整個地殼的平均厚度約15公里，這與地球平均半徑6371公里相比，僅是薄薄的一層。

　　地殼上層為花崗巖層，主要由硅—鋁氧化物構成；下層為玄武巖層，主要由硅—鎂氧化物構成。理論上認為過地殼內的溫度和壓力隨深度增加，每深入100米溫度升高1℃。近年的鉆探結果表明，在深達3公里以上時，每深入100米溫度升高2.5℃，到11公里深處溫度已達200℃。

　　目前所知地殼巖石的年齡絕大多數小于20多億年，即使是最古老的石頭丹麥格陵蘭的巖石也只有39億年；而天文學家考證地球大約已有46億年的歷史，這說明地球殼層的巖石并非地球的原始殼層，是以后由地球內部的物質通過火山活動和造山活動構成的。

　　地殼下面是地球的中間層，叫做“地幔”，厚度約2865公里，主要由致密的造巖物質構成，這是地球內部體積最大、質量最大的一層。地幔又可分成上地幔和下地幔兩層。一般認為上地幔頂部存在一個軟流層，推測是由于放射元素大量集中，蛻變放熱，將巖石熔融后造成的，可能是巖漿的發源地。下地幔溫度、壓力和密度均增大，物質呈可塑性固態。

　　地幔下面是地核，地核的平均厚度約3400公里。地核還可分為外地核、過渡層和內地核三層，外地核厚度約2080公里，物質大致成液態，可流動；過渡層的厚度約140公里；內地核是一個半徑為1250公里的球心，物質大概是固態的，主要由鐵、鎳等金屬元素構成。地核的溫度和壓力都很高，估計溫度在5000℃以上，壓力達1.32億千帕以上，密度為每立方厘米13克。

　　美國一些科學家用實驗方法推算出地幔與核交界處的溫度為3500℃以上，外核與內核交界處溫度為6300℃，核心溫度約6600℃。