“中國的深部探測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)專項(xiàng)，某些方面已超過了美國?！敝袊畈刻綔y技術(shù)與實(shí)驗(yàn)合作伙伴、美國斯坦福大學(xué)教授Simon Kelemberer此語一出，便震驚了許多美國科學(xué)記者，甚至有記者一再追問：“中國深部探測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)在哪些方面、哪些技術(shù)超過了美國？”

作為中國深部探測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)首席科學(xué)家，董樹文曾告訴記者：“深部探測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)的實(shí)施，使我國真正進(jìn)入到世界深部探測大國行列?！?/p>

冷戰(zhàn)時(shí)期的上世紀(jì)60年代，隨著美蘇太空競賽不斷升溫，另一競賽也慢慢展開，這就是“地心爭奪戰(zhàn)”。

與世界其他大國相比，中國深部探測起步較晚?？v觀世界各國，無論上世紀(jì)的美蘇兩國，還是英國、德國、意大利、瑞士、加拿大和澳大利亞，無一不陸續(xù)實(shí)施對地球深部探測重大計(jì)劃，并取得豐碩成果。直到今天，這場“地心爭奪戰(zhàn)”還從未停止過。

張文靜

超深鉆井的較量

位于俄羅斯西北端、瀕臨巴倫支海和白海的科拉半島，大部分地區(qū)處于北極圈內(nèi)。

除終年不凍港摩爾曼斯克和豐富的礦藏資源，這里還與前蘇聯(lián)一項(xiàng)重大工程有關(guān)。

這項(xiàng)至今看來仍有些神秘的工程，位于摩爾曼斯克州扎波利亞爾內(nèi)市10公里外的貝辰加地區(qū)。由于地處科拉半島，人們將其稱為“科拉超深鉆井”。

科拉超深鉆井被普遍認(rèn)為是冷戰(zhàn)時(shí)期美蘇在深部探測領(lǐng)域相互競爭的結(jié)果，而競爭目標(biāo)是先于對方抵達(dá)地殼與地幔之間的界面——莫霍洛維奇不連續(xù)面，簡稱莫霍面。

1961年，美國開始實(shí)施“莫霍面計(jì)劃”，在加利福尼亞灣附近地區(qū)鉆井。一年后，前蘇聯(lián)地質(zhì)部和前蘇聯(lián)科學(xué)院也提出本國“莫霍鉆探計(jì)劃”，目的是研究莫霍面和地下貴重礦石的形成過程。

該計(jì)劃交由“地球內(nèi)部與超深鉆井研究跨部門科學(xué)委員會(huì)”負(fù)責(zé)，由前蘇聯(lián)地質(zhì)部長艾弗杰尼·柯茲洛夫斯基直接領(lǐng)導(dǎo)，只有少數(shù)科學(xué)家能夠參與進(jìn)來。

據(jù)悉，前蘇聯(lián)之所以制定出自己的“莫霍面計(jì)劃”，是“1960年到1962年間太空競賽期間經(jīng)濟(jì)利益與國家自信心相結(jié)合”的結(jié)果。

科拉超深鉆井作為該計(jì)劃的重要一環(huán)，一直處于密不透風(fēng)狀態(tài)。雖然艾弗杰尼·柯茲洛夫斯基在上世紀(jì)80年代編著了《科拉超深鉆井》一書，披露了該鉆井的一些情況，但人們始終認(rèn)為這里還隱藏了許多重要信息。直到美國《連線》雜志2008年公布了科拉超深鉆井的10張照片，才讓人們對這個(gè)“世界上最深的鉆孔”有了更為直觀的認(rèn)識(shí)。

照片中，一座淺灰色高塔矗立在雪跡斑駁的廣袤荒原上，周圍還有幾片低矮廠房。廠房內(nèi)部充滿大型號(hào)的金屬管道，戴著頭盔的工人在對鉆頭進(jìn)行操作。而另一間科技控制室里，一名科研人員正將從幾公里的地下傳來的數(shù)據(jù)收集在一起。

1966年，美國“莫霍面計(jì)劃”由于經(jīng)費(fèi)和技術(shù)等方面的原因宣告終止，而科拉半島的鉆探工作卻一直在進(jìn)行。當(dāng)1994年停止繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)，科拉超深鉆井深度已達(dá)12262米，這個(gè)記錄至今未能被打破。

雖然在陸地超深鉆井方面美國較前蘇聯(lián)略遜一籌，但此期間，美國的海洋深部探測還是引起世界關(guān)注。1968年，美國實(shí)施“深海鉆探計(jì)劃”中的核心裝備“格洛瑪·挑戰(zhàn)者”號(hào)探測船揚(yáng)帆起航。1975年，由于聯(lián)邦德國、日本、英國、前蘇聯(lián)和法國加入，該計(jì)劃變成一個(gè)國際范圍項(xiàng)目。

資源探測是推手

美蘇兩國對地球深部探索常被認(rèn)為“意氣之爭”。

從留存史料看，兩國的地心探索同樣基于現(xiàn)實(shí)利益推動(dòng)。

艾弗杰尼·柯茲洛夫斯基上世紀(jì)80年代編著的《科拉超深鉆井》序論中寫道：“近年來查明的絕大多數(shù)礦物原料資源都與未出露地表礦床有關(guān)。因此，研究地殼深部結(jié)構(gòu)具有越來越大的現(xiàn)實(shí)意義?！?/p>

可見，對礦產(chǎn)資源的探索是前蘇聯(lián)進(jìn)行深部鉆探項(xiàng)目的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，而前蘇聯(lián)也確實(shí)從中得到豐厚回報(bào)。

科拉超深鉆井鉆進(jìn)到4024米時(shí)提取了巖心。鉆探深度達(dá)到9500米時(shí)，鉆頭沖進(jìn)一個(gè)含有黃金和鉆石的地層。科研人員對取出的巖心進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)該巖層金含量高達(dá)80克/噸。而一般來說，金礦層只要含金量達(dá)到4克/噸，就已具備商業(yè)開采價(jià)值。

也許是科拉超深鉆井的發(fā)現(xiàn)讓前蘇聯(lián)人備受鼓舞。在《科拉超深鉆井》中，作者繼續(xù)寫道：“已規(guī)定要大大擴(kuò)大深井鉆進(jìn)和超深鉆進(jìn)工作量，科拉和薩特雷鉆井將繼續(xù)鉆進(jìn)。安排了秋明、阿納斯塔斯耶夫·特羅伊茨克和烏拉爾超深鉆井鉆進(jìn)。同時(shí)，在第十一個(gè)五年計(jì)劃期間開始打六個(gè)深鉆井，其中三個(gè)位于含油區(qū)，三個(gè)位于礦區(qū)?！?/p>

由美國首先發(fā)起的“深海鉆探計(jì)劃”也同樣不甘示弱，在計(jì)劃實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)具有重大現(xiàn)實(shí)意義的白堊紀(jì)中期黑色頁巖，而這被認(rèn)為是大西洋沿岸許多重要油田的生油層。

據(jù)悉，從上世紀(jì)70年代開始，全球進(jìn)入地球深部探測黃金時(shí)期。以美國大陸反射地震探測計(jì)劃（COCORP）為起點(diǎn)，世界主要大國陸續(xù)啟動(dòng)國家深部探測重大計(jì)劃和工程。

COCORP開始于上世紀(jì)70年代末期，開辟了使用多道地震反射剖面技術(shù)系統(tǒng)探測大陸地殼結(jié)構(gòu)的先河。

此前的60—70年代，為尋找新油氣資源，深地震反射剖面技術(shù)已廣泛應(yīng)用于世界范圍內(nèi)的石油勘探行業(yè)。在此基礎(chǔ)上，COCORP將石油勘探近垂直反射地震技術(shù)發(fā)展到穿透地殼甚至巖石圈的深地震反射技術(shù)，在深度與精度方面都達(dá)到前所未有的高度。

計(jì)劃實(shí)施過程中，COCORP在美國30個(gè)州共采集1.1萬公里長的反射剖面。除首次揭示出北美地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)外，COCORP更是取得意想不到的收獲——在落基山等造山帶下發(fā)現(xiàn)了一系列油田。而更為重要的是，COCORP的開展引發(fā)全球各個(gè)國家深部探測項(xiàng)目的計(jì)劃和實(shí)施，開啟了國際深部探測新紀(jì)元。

上世紀(jì)80年代，國際巖石圈委員會(huì)（ILP）發(fā)起全球地學(xué)斷面計(jì)劃（GGT）。該計(jì)劃在全球重要大陸和造山帶完成了對數(shù)十條幾萬公里長的斷面探測。1982年，歐洲地球探測計(jì)劃開始實(shí)施，目的是“更好地了解地殼和地幔構(gòu)造演化，以及一直以來控制整個(gè)演化動(dòng)力過程?！?

這個(gè)由歐洲各國聯(lián)合開展的重大項(xiàng)目取得豐碩成果，不但完成了橫穿歐洲的地學(xué)斷面，而且通過對阿爾卑斯造山帶的地震反射剖面探測完成，建立了碰撞造山理論和薄皮構(gòu)造理論，極大地推動(dòng)了地球物理理論發(fā)展。

與此同時(shí)，歐洲各國也各自實(shí)施了國家深地震反射探測計(jì)劃，包括法國、德國、英國、瑞士和意大利等。這些探測計(jì)劃在不同方面推動(dòng)了世界對地球深部的研究和探索。1984年，加拿大科學(xué)基金委，地質(zhì)調(diào)查局和一些高等院校的科學(xué)家們共同啟動(dòng)了國家級(jí)巖石圈探測計(jì)劃，而且計(jì)劃特別重視通過對礦產(chǎn)富集地區(qū)的探測，提供豐富可靠的成礦信息。這種做法增加了投資者信心，促使很多礦業(yè)公司增加深部探測投資，使加拿大一直得以保持世界礦業(yè)大國地位。

“大戰(zhàn)”從未止步

“進(jìn)入新世紀(jì)以來，人們對地球物理領(lǐng)域的研究興趣再次被激起?！闭勂甬?dāng)前全球深部探測發(fā)展，美國地質(zhì)調(diào)查局地震科學(xué)中心教授Walter Mooney如是說。

2000年，在之前實(shí)施的四維地球動(dòng)力學(xué)計(jì)劃基礎(chǔ)上，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究院提出新的玻璃地球計(jì)劃，目標(biāo)是使澳大利亞大陸1公里內(nèi)的地殼變得“透明”。

該計(jì)劃開展的成礦帶地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)探測，為研究成礦理論和資源勘測提供了技術(shù)支撐，并由此在覆蓋層下發(fā)現(xiàn)了奧林匹克壩超大型礦床。六年后，澳大利亞又宣布啟動(dòng)大陸結(jié)構(gòu)與演化計(jì)劃。2003年，美國國家科學(xué)基金會(huì)設(shè)立了地球透鏡計(jì)劃，開啟了第二輪地球探測。預(yù)算超過200億美元的資金，使美國再次站到全球深部探測領(lǐng)軍位置。

而在遙遠(yuǎn)的科拉半島，雖然更深一步的鉆探被暫時(shí)停止，但鉆井主軸依然處在合適的條件下。2007年，俄羅斯科學(xué)院地球物理研究所副主任Yevgeny Rogozhin采訪時(shí)稱，仍有一小部分研究人員留在科拉超深鉆井平臺(tái)，對從地殼深處獲取巖心等進(jìn)行著持續(xù)研究。而在俄羅斯其他地區(qū)，一些超級(jí)鉆探項(xiàng)目也在實(shí)施中，這使俄羅斯在資源勘探方面獲得巨大成就。

在東亞，日本已于2007年啟動(dòng)海洋鉆探船“地球號(hào)”，希望打穿大洋地殼，直抵巖石圈作為探尋地球深處秘密的突破口。

如今，對地球進(jìn)行深入了解的重要性越來越成為各國共識(shí)。聯(lián)合國將2008年命名為“行星地球年”，呼吁全世界重視地球科學(xué)、保障資源供應(yīng)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、支持脆弱生命系統(tǒng)。為此，國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)和聯(lián)合國教科文組織正式提出，要進(jìn)軍我們最后的前沿——地下的物質(zhì)與結(jié)構(gòu)，呼吁強(qiáng)化對地球深部探測和認(rèn)識(shí)。

面對未來，美國大陸反射地震探測計(jì)劃首席科學(xué)家Larry Brown表示，地球物理相關(guān)研究將會(huì)在資源勘探、研究地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生內(nèi)部機(jī)制，以及建立災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

如今，世界對深部探測關(guān)注的目光已經(jīng)轉(zhuǎn)移到中國。

據(jù)中國深部探測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)首席科學(xué)家董樹文介紹，在世界深部探測大國中，截至目前美國已完成6萬公里左右的深反射地震剖面，俄羅斯大概有2.48萬公里，英國是2萬公里，而意大利、德國、澳大利亞均在1萬公里左右，中國也已跨入國際深部探測的1萬公里俱樂部。

在美國地球物理學(xué)會(huì)新聞發(fā)布會(huì)上，Simon Kelemberer教授表示，如果中國深部探測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)第二階段繼續(xù)執(zhí)行，將全面超過美國和西方國家。在地殼結(jié)構(gòu)尤其復(fù)雜的中國所獲取的數(shù)據(jù)和信息，不僅對本國地殼結(jié)構(gòu)的認(rèn)知、資源開發(fā)和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測具有重要意義，更有利于加深國際學(xué)界對整個(gè)世界地殼結(jié)構(gòu)的理解?！拔磥硇乱淮厍蚩茖W(xué)家，無論中國的還是國際的，其科學(xué)發(fā)現(xiàn)都基于今天深部探測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)專項(xiàng)所獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?！?/p>

（文據(jù)《科學(xué)新聞》等）