謝和平，張 茹，鄧建輝，高明忠，李怡航，何治良，張澤天，任 利

(1.四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開(kāi)發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065；2.四川大學(xué) 水利水電學(xué)院，四川 成都 610065；3.深圳大學(xué) 深地科學(xué)與綠色能源研究院 土木與交通工程學(xué)院，廣東 深圳 518060；4.四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065)

人類目前對(duì)于地球深部的認(rèn)知仍然比較匱乏[1]，近百年的地球科學(xué)研究與實(shí)踐表明，地表的現(xiàn)狀與地球表層出現(xiàn)的各種地質(zhì)現(xiàn)象，其根源在于地球深部，大范圍、長(zhǎng)尺度的地質(zhì)現(xiàn)象更是如此[2]。地球深部物質(zhì)與能量交換的整個(gè)地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程，是研究大陸成山、成盆、成巖、成礦和成災(zāi)等過(guò)程的核心內(nèi)容[3]，是引起地球表面地貌變化、剝蝕和沉積作用的根本原因，也導(dǎo)致了地震、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害[4-6]。因此，深入認(rèn)識(shí)地球深部作用機(jī)理與動(dòng)力學(xué)過(guò)程，及其與地質(zhì)災(zāi)害形成之間的聯(lián)系，對(duì)解決地球深部科學(xué)問(wèn)題、提升地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警防控能力具有重要意義。制定科學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略能夠?yàn)榻鉀Q相關(guān)科學(xué)問(wèn)題提供合理的規(guī)劃與有效的指導(dǎo)，是各類研究的前提。所以，開(kāi)展深地科學(xué)探索與地質(zhì)災(zāi)害防控聯(lián)動(dòng)技術(shù)體系研究對(duì)解決資源保障、生命演化與可持續(xù)發(fā)展等重大科學(xué)問(wèn)題具有重要意義。

自20世紀(jì)70年代起，世界各國(guó)紛紛圍繞“深部地球科學(xué)”開(kāi)展了一系列地球深部探測(cè)計(jì)劃。美國(guó)、歐洲、德國(guó)、意大利、加拿大先后發(fā)起了美國(guó)大陸探測(cè)計(jì)劃（COCORP）、歐洲地球探測(cè)計(jì)劃（EUROPROBE）、德國(guó)大陸反射地震計(jì)劃（DEKORP）、意大利深部地殼探測(cè)計(jì)劃（CROP）和加拿大巖石圈探測(cè)計(jì)劃（LITHOPROBE）[7-11]。2003年，美國(guó)又啟動(dòng)了為期15年、投入超過(guò)200億美元的新深部探測(cè)計(jì)劃——“地球透鏡計(jì)劃（Earth Scope）”[12-13]。英國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（BGS）提出了科技戰(zhàn)略“Gateway to the Earth（2019—2023）”，構(gòu)建世界級(jí)地質(zhì)信息庫(kù)。2000年，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究院（CSIRO） 在4維地球動(dòng)力學(xué)計(jì)劃（AGCRC）的基礎(chǔ)上提出了玻璃地球計(jì)劃（Glass Earth）[14]；2006年，又啟動(dòng)了澳大利亞大陸結(jié)構(gòu)與演化計(jì)劃（AuScope）。在國(guó)內(nèi)，深地科學(xué)研究也已經(jīng)提升到中國(guó)國(guó)家戰(zhàn)略層面。2016年，習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)上提出“向地球深部進(jìn)軍是我們必須解決的戰(zhàn)略科技問(wèn)題”這一重要指示[1]。《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要（2016—2020）》中提出要“加強(qiáng)深海、深地、深空、深藍(lán)等領(lǐng)域的戰(zhàn)略高技術(shù)部署”[15]?！丁笆濉眹?guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中，將地球深部探測(cè)列入科技創(chuàng)新2030-重大項(xiàng)目規(guī)劃[16]，并實(shí)施了國(guó)家深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)（SinoProbe 2008—2012），這是中國(guó)歷史上實(shí)施的規(guī)模最大的地球深部探測(cè)計(jì)劃[17]。

近年來(lái)，地質(zhì)災(zāi)害防控一直是受到廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。2020年，全國(guó)共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害7 840起，造成139人死亡（失蹤），直接經(jīng)濟(jì)損失50.2億元[18]。與2019年相比，直接經(jīng)濟(jì)損失增加了81.23%。但通過(guò)中國(guó)近年來(lái)在地質(zhì)災(zāi)害防控方面的努力，每年成功預(yù)報(bào)地質(zhì)災(zāi)害次數(shù)與地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)之比，從2001年的3.99%提高到了2019年的15.34%；每年避免的直接經(jīng)濟(jì)損失與直接經(jīng)濟(jì)損失之比，從2001年的2.46%提高到了2019年的29.96%[19]。地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)工作已取得了一定的成果。

目前，深地科學(xué)研究與地質(zhì)災(zāi)害防控領(lǐng)域已經(jīng)取得不俗的成績(jī)，但當(dāng)前對(duì)于深部地球科學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)尚不清晰；面臨頻發(fā)的地震與地質(zhì)災(zāi)害，仍缺乏相應(yīng)的智能災(zāi)害預(yù)警、評(píng)估及防控體系。同時(shí)，地球活動(dòng)是地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的核心誘因和重大工程安全的主要威脅，防控地質(zhì)災(zāi)害的核心科學(xué)問(wèn)題是準(zhǔn)確認(rèn)知地球科學(xué)基礎(chǔ)規(guī)律及地球深部過(guò)程與淺表層過(guò)程的耦合關(guān)系。因此，亟需探索直接決定災(zāi)害孕育發(fā)生的地球內(nèi)外結(jié)構(gòu)特征及環(huán)境演化規(guī)律。然而，地球淺表層探測(cè)數(shù)據(jù)噪聲大、信息少、精度低，尚缺乏低干擾、多信息與高質(zhì)量的深部觀測(cè)數(shù)據(jù)以供研究；傳統(tǒng)的淺表現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)通常重點(diǎn)關(guān)注地球外部結(jié)構(gòu)演變和信息獲取，地表臺(tái)站廣布，雖結(jié)合空間探測(cè)技術(shù)，但實(shí)際測(cè)深通常在200 m以淺，存在信號(hào)衰減變異、科學(xué)采集受限等短板，導(dǎo)致深地科學(xué)基礎(chǔ)規(guī)律不明晰、重大地質(zhì)災(zāi)害孕育機(jī)理不清楚及預(yù)警防控措施不及時(shí)。鑒于此，需要從“深地-地表”聯(lián)動(dòng)探索視角開(kāi)展多尺度、多維度的深地與地表觀測(cè)聯(lián)動(dòng)研究；規(guī)劃布局“深地-地表”聯(lián)動(dòng)探索戰(zhàn)略，踐行原創(chuàng)性、突破性、戰(zhàn)略性的頂層規(guī)劃與設(shè)計(jì)布局。

1 深地科學(xué)探索與地災(zāi)防控研究現(xiàn)狀

1.1 深地科學(xué)探索研究現(xiàn)狀

1.1.1 地球深部行為規(guī)律的認(rèn)識(shí)歷程

18世紀(jì)晚期以前，人類對(duì)于地震、火山、海岸線變動(dòng)等地球內(nèi)部活動(dòng)的外在表現(xiàn)只有一些粗淺的認(rèn)識(shí)，如：將構(gòu)造活動(dòng)解釋為地下洞穴的坍塌；18世紀(jì)晚期到20世紀(jì)中葉，眾多大地構(gòu)造假說(shuō)相繼經(jīng)歷了“提出—淘汰—完善”這一動(dòng)態(tài)更新過(guò)程；20世紀(jì)初，Alfred Wegener提出了大陸漂移學(xué)說(shuō)，轟動(dòng)了國(guó)際地學(xué)界。這些假說(shuō)多為定性、抽象的，其普適性也較為局限。直到海底擴(kuò)張學(xué)說(shuō)和板塊構(gòu)造理論相繼被提出，人類才具備了深入研究地球深部行為規(guī)律并初步識(shí)別、解釋和預(yù)測(cè)地球重大地質(zhì)活動(dòng)的能力。然而，這些先期成果仍舊無(wú)法完全明晰地球內(nèi)部構(gòu)造，解釋地球深部行為規(guī)律。因此，深地科學(xué)作為一門(mén)前沿的綜合性學(xué)科，涉及領(lǐng)域廣泛，旨在解決地球深部重大科學(xué)問(wèn)題；開(kāi)展深地科學(xué)研究將從根本上改變?nèi)祟悓?duì)地球深部的認(rèn)識(shí)與利用。

1.1.2 借助深地科學(xué)鉆探，地表觀測(cè)向地下深井發(fā)展

20世紀(jì)70年代起，前蘇聯(lián)、美國(guó)等相繼進(jìn)行了不同深度的大陸科學(xué)鉆探。在此基礎(chǔ)上，地球物理學(xué)界的研究手段開(kāi)始從地面觀測(cè)向地下深井發(fā)展，近年來(lái)已發(fā)展成深井地球科學(xué)、深井板塊構(gòu)造學(xué)及地球物理學(xué)等深地前沿學(xué)科[20]。其中：前蘇聯(lián)開(kāi)展的科拉超深鉆探（最大深度12 262 m），建立了世界首個(gè)地球深部觀測(cè)站[21]；美國(guó)在圣安德烈斯斷層實(shí)施了深部觀測(cè)SAFOD項(xiàng)目（2 000～2 500 m）[22]；德國(guó)實(shí)施了KTB大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃（主井深度9 100 m），開(kāi)展地震、地質(zhì)信息深井觀測(cè)[23]；日本在屏風(fēng)山活斷層鉆取科學(xué)鉆井，進(jìn)行地球物理信息的長(zhǎng)期綜合觀測(cè)[24]；中國(guó)在江蘇省東海縣建設(shè)了國(guó)內(nèi)第一口大陸科學(xué)5 000 m深鉆，并于2011年實(shí)施深井地震觀測(cè)[25]。

可見(jiàn)，開(kāi)展地球物理信息的深井觀測(cè)已成為一種國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)踐證明，深井長(zhǎng)期觀測(cè)相較于淺表監(jiān)測(cè)，能夠有效降低噪聲水平，顯著提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。借助科學(xué)鉆探加強(qiáng)深地觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)，開(kāi)展深部地球信息的長(zhǎng)周期、高精度、大規(guī)模、立體化觀測(cè)與解譯分析，可為實(shí)現(xiàn)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)及行為規(guī)律透明化研究提供科學(xué)指導(dǎo)。

1.1.3 國(guó)內(nèi)外加強(qiáng)深地實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，搶占深地領(lǐng)域戰(zhàn)略研究先機(jī)

深地實(shí)驗(yàn)室可為一個(gè)國(guó)家提供重大基礎(chǔ)科學(xué)綜合研究平臺(tái)，建設(shè)和發(fā)展深地實(shí)驗(yàn)室對(duì)于提升國(guó)家的基礎(chǔ)科學(xué)研究水平具有重要意義。針對(duì)深地科學(xué)基礎(chǔ)規(guī)律、地質(zhì)信息深地監(jiān)測(cè)、深地工程安全及深地科學(xué)前沿等領(lǐng)域，美國(guó)、加拿大、中國(guó)等11個(gè)國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)構(gòu)建地下實(shí)驗(yàn)室并開(kāi)展相關(guān)研究，主要涉及巖石力學(xué)、地球物理科學(xué)、地震監(jiān)測(cè)、暗物質(zhì)探測(cè)等（圖1）。其中，以美國(guó)的Dusel[26]、加拿大的Sno[27]、英國(guó)的Boulby[28]、意大利的Gran Sasso[29]、日本的Kamioka[30]等為典型代表。圖1顯示了國(guó)際典型深地實(shí)驗(yàn)室的埋深及相關(guān)研究方向，可見(jiàn)全世界發(fā)達(dá)國(guó)家均依托深地實(shí)驗(yàn)室在深地領(lǐng)域進(jìn)行戰(zhàn)略布局，搶占制高點(diǎn)。中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室（CJPL）作為世界上埋深最深的深地實(shí)驗(yàn)室，其極深的上覆巖石厚度與超低的宇宙通量環(huán)境可為中國(guó)的深地科學(xué)研究提供得天獨(dú)厚的實(shí)驗(yàn)條件。

圖1 國(guó)際深地實(shí)驗(yàn)室建設(shè)現(xiàn)狀[31-33]Fig.1 Status of international deep laboratory construction[31-33]

1.2 地質(zhì)災(zāi)害防控研究現(xiàn)狀

1.2.1 地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別技術(shù)日新月異，大量數(shù)據(jù)亟待智能識(shí)別

針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)區(qū)域，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)早期識(shí)別是有效的災(zāi)害防控手段。傳統(tǒng)早期識(shí)別方法主要有遙感解譯、地表形變分析、地下位移分析、地下間接因素分析、誘發(fā)因素分析和綜合分析6種[34]。然而，山區(qū)環(huán)境惡劣，地形復(fù)雜，傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別技術(shù)容易受到交通、氣象和人力條件的限制，識(shí)別能力有限。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)利用高精度衛(wèi)星遙感技術(shù)、無(wú)人機(jī)航測(cè)和3維激光雷達(dá)等新興手段使早期識(shí)別技術(shù)得到迅速發(fā)展，為開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別研究提供了重要支撐[35-36]。同時(shí)，這些手段為直觀地查明地質(zhì)災(zāi)害早期變形、物源分析和變化特征分析提供了高清的照片、精細(xì)的地形。尤其是無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量和3維激光雷達(dá)技術(shù)，無(wú)周期時(shí)間、空間限制，能夠滿足不同作業(yè)需求，在復(fù)雜條件下地質(zhì)災(zāi)害的早期識(shí)別領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)。伴隨著高精度監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，將會(huì)產(chǎn)生海量光學(xué)、SAR影像和內(nèi)觀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，涉及2維、3維多種數(shù)據(jù)格式。如何對(duì)這些遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行智能識(shí)別和處理，是當(dāng)前研究的一個(gè)重要方向。同時(shí)，將早期識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能方法結(jié)合，基于地質(zhì)災(zāi)害大數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的圖像、變形等進(jìn)行智能識(shí)別，可以提高早期識(shí)別的速度和精度。

1.2.2 地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)缺乏智慧分析，制約了地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究

在地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別的基礎(chǔ)上，需要對(duì)潛在的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，具體內(nèi)容包括易發(fā)性[37-40]、危險(xiǎn)性[41-43]和易損性[44-45]，既有定性評(píng)價(jià)，也有定量評(píng)價(jià)[46]。定量評(píng)價(jià)具有精度高和應(yīng)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，適用于單體重大地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[47-49]。可靠的定量評(píng)價(jià)結(jié)果依賴詳實(shí)的調(diào)查資料和堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)。伴隨著監(jiān)測(cè)的持續(xù)進(jìn)行和研究資料的積累，多源地質(zhì)災(zāi)害信息十分龐大，空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和類型復(fù)雜，嚴(yán)重制約了地質(zhì)災(zāi)害信息的定量分析處理和空間綜合風(fēng)險(xiǎn)模型的建立。已有的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存形式和管理方式已經(jīng)不能滿足高效實(shí)時(shí)獲取風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)所需參數(shù)的需要。

因此，如何高效、智能地對(duì)海量地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和管理，對(duì)已獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度、多層次分析，已經(jīng)成為重大地質(zhì)災(zāi)害研究的難點(diǎn)。

1.2.3 極端氣候、地震等突發(fā)事件所導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警仍是難題

監(jiān)測(cè)預(yù)警是地質(zhì)災(zāi)害防控的重要手段，其目的是及時(shí)獲取地質(zhì)災(zāi)害臨近爆發(fā)前的特征信息，提前預(yù)報(bào)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展趨勢(shì)，準(zhǔn)確發(fā)出預(yù)警信息，以便采取有效防災(zāi)避險(xiǎn)措施。崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害常與極端氣候諸如降雨、地球活動(dòng)，以及地震等突發(fā)事件緊密聯(lián)系。相較于地震預(yù)報(bào)，降雨預(yù)報(bào)具有更強(qiáng)的可操作性。美國(guó)[50]、日本[51]、波多黎各[52]、意大利[53]等國(guó)很早就已陸續(xù)開(kāi)展對(duì)降雨型滑坡的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。在國(guó)內(nèi)，四川雅安[54]、浙江省[55]、三峽庫(kù)區(qū)[56]也都建立了各種形式的降雨滑坡預(yù)報(bào)系統(tǒng)。針對(duì)地震滑坡，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者也初步建立了一些預(yù)測(cè)模型，大部分是利用地震參數(shù)的位移判別法[57]。

對(duì)極端氣候、地震等突發(fā)事件誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)，是未來(lái)的研究重點(diǎn)與難點(diǎn)。但由于尚缺乏對(duì)氣象數(shù)據(jù)與地災(zāi)信息進(jìn)行綜合處理的手段，使得對(duì)于極端氣候?qū)е碌牡刭|(zhì)災(zāi)害規(guī)律尚缺乏深入的研究。同時(shí)，對(duì)深地科學(xué)問(wèn)題與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生之間的諸多規(guī)律尚不明晰，地球活動(dòng)導(dǎo)致的諸如地震滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生機(jī)理還存在許多未知之處，使得對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)地球活動(dòng)導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警十分困難。

1.3 深地科學(xué)探索與地災(zāi)防控發(fā)展態(tài)勢(shì)

縱觀國(guó)際深地科學(xué)探索的發(fā)展歷程，以地球內(nèi)部構(gòu)造與行為規(guī)律研究為核心貫穿始終。從早期大陸漂移假說(shuō)的提出，到國(guó)際海洋科學(xué)鉆探的興起進(jìn)而驗(yàn)證海底擴(kuò)展、建立板塊構(gòu)造理論，到后來(lái)實(shí)施大陸科學(xué)鉆探開(kāi)展深地信息觀測(cè)，再到建設(shè)深地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行深地前沿科學(xué)問(wèn)題探索，對(duì)于地球結(jié)構(gòu)及演變機(jī)制研究從假說(shuō)已發(fā)展成理論乃至一門(mén)科學(xué)。近年來(lái)，隨著人類在地質(zhì)災(zāi)害防控、深部工程安全及深地前沿科學(xué)等領(lǐng)域的需求日益增強(qiáng)，可預(yù)見(jiàn)深地科學(xué)探索在未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍會(huì)圍繞“地球結(jié)構(gòu)及行為規(guī)律透明化”這一核心主題深入發(fā)展，全面建設(shè)深地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行深地科學(xué)基礎(chǔ)規(guī)律探索將成為世界各國(guó)深地科學(xué)研究的必然趨勢(shì)，而深部地球信息的長(zhǎng)周期、高精度、大規(guī)模、立體化觀測(cè)與解譯分析將會(huì)是解決這些深部地球重大科學(xué)問(wèn)題的重要手段。

在地質(zhì)災(zāi)害防控發(fā)展方面，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)研，中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害的總體分布與發(fā)育規(guī)律現(xiàn)已逐漸明晰，相應(yīng)的管理信息系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)初步建立，以應(yīng)急管理部為主的應(yīng)急管理領(lǐng)導(dǎo)體系正在逐步完善中。通過(guò)大量研究工作，已積累了海量的地災(zāi)監(jiān)測(cè)信息，發(fā)展了一系列風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析方法與理論模型，形成了一些地質(zhì)災(zāi)害防控預(yù)警技術(shù)體系，為深入研究地質(zhì)災(zāi)害及災(zāi)害鏈的形成、發(fā)展與防治奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但目前對(duì)于許多地質(zhì)災(zāi)害孕育機(jī)制的認(rèn)識(shí)仍不夠全面，地質(zhì)災(zāi)害的深源誘發(fā)機(jī)制尚不明確，多源異質(zhì)地質(zhì)災(zāi)害信息的精準(zhǔn)獲取、高效處理與綜合分析仍存在較大困難。致使地質(zhì)災(zāi)害的早期識(shí)別、監(jiān)測(cè)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、全過(guò)程防治工作存在許多困難?；凇吧畹?地表”多源信息的立體化監(jiān)測(cè)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害的智能管理、分析、預(yù)警、防控、應(yīng)急響應(yīng)體系將會(huì)是未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間的發(fā)展趨勢(shì)與研究方向。

地質(zhì)災(zāi)害本質(zhì)上是地球內(nèi)部動(dòng)力作用的結(jié)果，而深地科學(xué)是實(shí)現(xiàn)地球內(nèi)部構(gòu)造與演變規(guī)律透明化的關(guān)鍵手段，二者關(guān)系密切。因此，面向全球重大戰(zhàn)略科技需求，聚焦深地科學(xué)探索與地質(zhì)災(zāi)害防控的發(fā)展及態(tài)勢(shì)，從地表現(xiàn)象溯源到地球深部再橫向擴(kuò)展到區(qū)域開(kāi)展深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害“深地-地表”立體化聯(lián)動(dòng)探索將會(huì)是解決深地科學(xué)、地災(zāi)防控領(lǐng)域重大科學(xué)難題的有效途徑。

2 深地科學(xué)與地災(zāi)防控“深地-地表”聯(lián)動(dòng)內(nèi)涵與科學(xué)問(wèn)題

國(guó)內(nèi)外研究綜述表明，當(dāng)前深地科學(xué)基礎(chǔ)規(guī)律的研究尚不明晰，對(duì)重大地質(zhì)災(zāi)害孕育機(jī)理的認(rèn)識(shí)尚不清楚，根源在于傳統(tǒng)的淺表監(jiān)測(cè)測(cè)深通常在200 m以淺，存在信號(hào)衰減變異、科學(xué)采集受限等短板，只能獲取地球外部結(jié)構(gòu)演變信息。其核心關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題是如何準(zhǔn)確認(rèn)知地球科學(xué)基礎(chǔ)規(guī)律及地球深部過(guò)程與淺表層過(guò)程的耦合關(guān)系。然而，深地科學(xué)探索與地質(zhì)災(zāi)害防控廣泛涉及巖石力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、大氣科學(xué)、海洋科學(xué)、地球化學(xué)、地球物理學(xué)等大量科學(xué)領(lǐng)域，既有廣布的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之間仍缺乏充分聯(lián)動(dòng)，所獲取的地球科學(xué)與地質(zhì)參數(shù)種類龐大，單純的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式參數(shù)互聯(lián)方式已難以滿足地球復(fù)雜的系統(tǒng)分析。因此，研究團(tuán)隊(duì)首次提出深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害“深地-地表”聯(lián)動(dòng)探索學(xué)術(shù)思想，深入理解深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)行深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域的超前戰(zhàn)略謀劃；以“平臺(tái)區(qū)塊-空間縱深-時(shí)間歷程-數(shù)據(jù)挖掘”四大模塊聯(lián)動(dòng)為核心，突破深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害研究不明晰、認(rèn)識(shí)不清楚的難題，該聯(lián)動(dòng)探索技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害“深地-地表”聯(lián)動(dòng)技術(shù)路線圖Fig.2 “Deep earth-surface” linkage technology roadmap of deep earth science and geo disaster prevention and control

1）“深地-地表”平臺(tái)區(qū)塊聯(lián)動(dòng)體系。針對(duì)現(xiàn)有深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)臺(tái)站相互獨(dú)立運(yùn)行的現(xiàn)狀，創(chuàng)新引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，實(shí)現(xiàn)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室、川藏鐵路等四川獨(dú)有的深地觀測(cè)平臺(tái)及大量現(xiàn)有地表監(jiān)測(cè)臺(tái)站聯(lián)動(dòng)，組建跨學(xué)科、多區(qū)域的“深地-地表”立體智聯(lián)區(qū)塊鏈監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享、有機(jī)交互及多元聯(lián)動(dòng)，為后續(xù)時(shí)空互聯(lián)及數(shù)據(jù)挖掘提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2）“深地-地表”空間縱深聯(lián)動(dòng)體系。針對(duì)傳統(tǒng)地球科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)難以考慮深度效應(yīng)的難題，創(chuàng)新考慮不同深度“原位賦存環(huán)境→原位巖石特性→工程耐久性→地質(zhì)災(zāi)害行為”差異性聯(lián)動(dòng)規(guī)律，科學(xué)解譯不同深度地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)、力學(xué)機(jī)理與演化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)不同深度區(qū)域的“點(diǎn)→面→體”地球信息與重大地質(zhì)災(zāi)害立體聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)。

3）“深地-地表時(shí)間歷程聯(lián)動(dòng)體系。面向深部環(huán)境及地災(zāi)演化規(guī)律預(yù)測(cè)及深部工程長(zhǎng)期安全評(píng)估的重大科技需求，構(gòu)建深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害“歷史—當(dāng)前—未來(lái)”時(shí)間聯(lián)動(dòng)分析主軸，采用深地長(zhǎng)時(shí)觀測(cè)的方法探索長(zhǎng)期內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)相互作用過(guò)程與地災(zāi)形成機(jī)理，創(chuàng)新關(guān)聯(lián)地球“板塊歷史運(yùn)動(dòng)-古地質(zhì)-古氣候”、深地工程災(zāi)害“歷史演變-實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)”、地質(zhì)災(zāi)害“活躍歷程-實(shí)時(shí)監(jiān)控”，實(shí)現(xiàn)深部科學(xué)規(guī)律及重大地質(zhì)災(zāi)害的長(zhǎng)時(shí)域科學(xué)認(rèn)知與準(zhǔn)確評(píng)估。

4）“深地-地表”數(shù)據(jù)挖掘聯(lián)動(dòng)體系。針對(duì)當(dāng)前深地科學(xué)研究、深地工程安全預(yù)測(cè)及地質(zhì)災(zāi)害防治仍存在大量黑箱問(wèn)題亟待解決的現(xiàn)狀，基于“平臺(tái)區(qū)塊-空間縱深-時(shí)間歷程”三大模塊聯(lián)動(dòng)結(jié)果，創(chuàng)新引入機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)信息智慧挖掘與解譯、地球深部科學(xué)規(guī)律及工程穩(wěn)定性聯(lián)動(dòng)分析與反饋、重大地質(zhì)災(zāi)害孕育機(jī)制及鏈生災(zāi)害智能預(yù)判與防控。

據(jù)此，依托既有的深地科學(xué)和深部工程示范基地，以全國(guó)不同賦存深度地質(zhì)體為研究服務(wù)主體，以時(shí)效影響下地質(zhì)構(gòu)造的時(shí)空演化規(guī)律為核心，利用數(shù)據(jù)挖掘，從不同類型、不同參數(shù)、不同區(qū)位和不同監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)的全國(guó)各大監(jiān)測(cè)臺(tái)站實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)出發(fā)，創(chuàng)新引入機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能等技術(shù)，構(gòu)建深地科學(xué)大數(shù)據(jù)庫(kù)，分析復(fù)雜地質(zhì)條件下深地科學(xué)規(guī)律及深部工程穩(wěn)定性；基于全國(guó)各大地質(zhì)地貌監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)，構(gòu)建地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)及其鏈生災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)智能識(shí)別平臺(tái)。從而，充分關(guān)聯(lián)中國(guó)廣布的地表災(zāi)害信息監(jiān)測(cè)群及縱深的深地科學(xué)及工程示范基地，結(jié)合“平臺(tái)區(qū)塊-空間縱深-時(shí)間歷程”三大聯(lián)動(dòng)模塊基礎(chǔ)，以“數(shù)據(jù)挖掘聯(lián)動(dòng)”為智囊中樞，系統(tǒng)形成“深地-地表”4維聯(lián)動(dòng)探索平臺(tái)戰(zhàn)略框架。采用“深部工程（點(diǎn)）+重點(diǎn)區(qū)域（面）+不同賦存深度（體）+時(shí)間”的4維思路，全面構(gòu)建深地科學(xué)規(guī)律及重大地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)機(jī)制戰(zhàn)略研究體系，打造基于典型深部工程的“深地-地表”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究平臺(tái)、基于區(qū)塊鏈大數(shù)據(jù)技術(shù)的“深地-地表”智慧中心、“深地-地表”聯(lián)動(dòng)探測(cè)大科學(xué)系統(tǒng)等標(biāo)桿性研究平臺(tái)，服務(wù)全國(guó)乃至全球的深地科學(xué)前沿探索、深地工程的安全與長(zhǎng)期穩(wěn)定性、重大地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與防控。

3 深地科學(xué)與地災(zāi)防控“深地-地表”聯(lián)動(dòng)技術(shù)體系展望

當(dāng)前，全球自然災(zāi)害頻發(fā)，城市化問(wèn)題等日益突出，既有科學(xué)研究已難以滿足日益增長(zhǎng)的深地科學(xué)前沿及地質(zhì)災(zāi)害防控的重大需求。據(jù)此，面向深地科學(xué)前沿、典型頻發(fā)重大地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題及深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害防控戰(zhàn)略需求，率先提出深地科學(xué)與地質(zhì)防控“深地-地表”聯(lián)動(dòng)戰(zhàn)略體系。通過(guò)基于典型深部工程的“深地-地表”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究平臺(tái)，充分關(guān)聯(lián)中國(guó)廣布的地表災(zāi)害信息監(jiān)測(cè)群及縱深的深地科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、礦區(qū)、深地工程示范基地，借助區(qū)塊鏈大數(shù)據(jù)技術(shù)建設(shè)“深地-地表”智慧中心，統(tǒng)籌不同區(qū)域、不同類型、不同深度的研究平臺(tái)，最終在此基礎(chǔ)之上，以“深地-地表”聯(lián)動(dòng)為核心，建設(shè)“深地-地表”地災(zāi)防控聯(lián)動(dòng)探測(cè)大科學(xué)系統(tǒng)，全面構(gòu)建深地科學(xué)規(guī)律及重大地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)機(jī)制戰(zhàn)略研究體系，助力中國(guó)領(lǐng)跑世界深地科學(xué)和地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)領(lǐng)域研究。

3.1 基于典型深部工程的“深地-地表”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究平臺(tái)

基于典型深部工程的“深地-地表”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究平臺(tái)，重點(diǎn)體現(xiàn)“深地-地表”平臺(tái)區(qū)塊聯(lián)動(dòng)、“深地-地表”空間縱深聯(lián)動(dòng)的科學(xué)思維。

1）深部工程原位平臺(tái)

目前，美國(guó)、加拿大、日本等國(guó)依托已建地下實(shí)驗(yàn)室，積極開(kāi)展深地科學(xué)規(guī)律探索，取得了一系列創(chuàng)新性研究成果；中國(guó)深地科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)研究才剛剛起步。四川省擁有的世界上埋深最深（2 400 m）的極深地下實(shí)驗(yàn)室—中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室在深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害防控領(lǐng)域具有重要戰(zhàn)略地位，其具備得天獨(dú)厚的低本底、低擾動(dòng)、低噪音深地優(yōu)勢(shì)條件，可成為深地科學(xué)探索的先行點(diǎn)。其次，錦屏極深地下洞室群的不同賦存深度條件，為深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害“地表-深地”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究提供絕佳的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，可促使錦屏地下實(shí)驗(yàn)室成為“地表-深地”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究的關(guān)鍵點(diǎn)。

除深地實(shí)驗(yàn)室外，中國(guó)在不同區(qū)域、不同深度上擁有諸多可供“深地-地表”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究的礦區(qū)。夾皮溝黃金礦（最大埋深近1 500 m，為全國(guó)黃金礦山開(kāi)采深度之最）是國(guó)家黃金生產(chǎn)重要礦山之一。四川大學(xué)與中國(guó)黃金集團(tuán)夾皮溝礦業(yè)有限公司已經(jīng)達(dá)成戰(zhàn)略合作協(xié)議，依托夾皮溝黃金礦創(chuàng)新共建“深地-地表”聯(lián)合形式的世界一流深地科學(xué)研究基地。平煤集團(tuán)（最大開(kāi)采深度近1 100 m）是全國(guó)重要的能源基地之一，其深部開(kāi)采條件為不同賦存深度原位巖體力學(xué)、深部資源開(kāi)采等戰(zhàn)略探索提供了重要的工程研究平臺(tái)。

深地科學(xué)研究方面，中國(guó)成功完成大陸科學(xué)鉆井松科二井（7 018 m）的建設(shè)，該鉆井成為亞洲國(guó)家實(shí)施的最深大陸科學(xué)鉆井和國(guó)際大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃（ICDP）成立22年來(lái)實(shí)施的最深鉆井。2008年5月12日四川汶川發(fā)生里氏震級(jí)8.0級(jí)特大地震后，為進(jìn)一步探索深部地震機(jī)制成因，探索地震發(fā)生發(fā)展規(guī)律，中國(guó)陸續(xù)開(kāi)展了汶川地區(qū)科研鉆井WFSD1～4號(hào)鉆孔，并確定了汶川特大地震主滑動(dòng)面的確切位置，發(fā)現(xiàn)了流體異常與余震有關(guān)，提出了龍門(mén)山彭灌雜巖為推覆體的新觀點(diǎn)。

如今，中國(guó)仍有大量的在建工程可以被建設(shè)成為深地工程平臺(tái)，如川藏鐵路、雅江下游水電開(kāi)發(fā)等，這些深地工程可為“深地-地表”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究提供寶貴的深部原位巖芯及不同賦存深度的科學(xué)規(guī)律探索、地災(zāi)機(jī)理溯源的研究平臺(tái)。

2）“深地-地表”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究平臺(tái)

基于上述深部原位工程平臺(tái)，充分利用深地原位環(huán)境特征與不同賦存深度的現(xiàn)場(chǎng)條件，可實(shí)現(xiàn)地球信息深地觀測(cè)與深地原位巖體力學(xué)探索，結(jié)合地表觀測(cè)數(shù)據(jù)與表征變化，建設(shè)基于典型深部工程的“深地-地表”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究平臺(tái)。

地球信息觀測(cè)對(duì)于認(rèn)識(shí)和了解地球的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)都具有重要意義。然而，現(xiàn)有地球信息獲取主要是通過(guò)大地測(cè)量學(xué)的理論和手段，在地表、太空或深海開(kāi)展測(cè)試分析，相關(guān)監(jiān)測(cè)存在地表形態(tài)和環(huán)境因素干擾，對(duì)地球信息觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生了一定影響。地球信息深地觀測(cè)可為高精度觀測(cè)儀器提供理想的低擾環(huán)境條件，從而長(zhǎng)時(shí)間準(zhǔn)確獲取第一手地球信息。因此，擬依托深地實(shí)驗(yàn)室、各深度礦區(qū)與科學(xué)鉆探井的低本底、低擾動(dòng)、低噪音的優(yōu)勢(shì)條件，建立地球信息深地觀測(cè)中心，聆聽(tīng)來(lái)自地球的聲音。這可為全球地球科學(xué)研究提供有價(jià)值的深部觀測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)于精確了解地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化過(guò)程，校對(duì)現(xiàn)有地球信息觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果均具有不可替代的巨大作用。同時(shí)，地球信息深地觀測(cè)中心能夠?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害研究提供獨(dú)特的監(jiān)測(cè)平臺(tái)，基于精準(zhǔn)獲取的深地地層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造活動(dòng)等信息深入探索地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)制和演化趨勢(shì)。此外，相關(guān)探索還可助力深地工程的穩(wěn)定、安全研究，保證各深地工程長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)查閱大量資料與全面系統(tǒng)調(diào)研，凝練了“深地-地表”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究平臺(tái)中地球信息深地觀測(cè)中心的四大觀測(cè)項(xiàng)目：①固體潮深地觀測(cè)；②環(huán)境振動(dòng)及噪聲深地觀測(cè)；③地球電磁場(chǎng)深地觀測(cè)；④地溫深地觀測(cè)。

深地空間利用與資源開(kāi)發(fā)所涉及的深部工程長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定性研究的共性科學(xué)基礎(chǔ)為深地巖體力學(xué)。然而，現(xiàn)有巖體力學(xué)理論已滯后于人類深部地下工程實(shí)踐活動(dòng)，導(dǎo)致實(shí)踐中普遍存在著不確定性和低效性，迫切需要從根源上深入開(kāi)展深地原位巖體力學(xué)研究，從而建立“深部原位巖體力學(xué)”新理論。由于深部賦存環(huán)境的復(fù)雜性、深部巖體原位力學(xué)行為的不確定性及深部工程擾動(dòng)效應(yīng)的顯著性，深部圍巖長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定性研究存在著諸多不清楚：深部工程全生命周期圍巖應(yīng)力變形調(diào)整機(jī)制不清楚；深部工程全生命周期圍巖力學(xué)行為監(jiān)測(cè)技術(shù)適用性與耐久性不清楚；深部工程全生命周期圍巖支護(hù)理論與技術(shù)的適用性不清楚；賦存環(huán)境及擾動(dòng)方式對(duì)深部圍巖長(zhǎng)時(shí)力學(xué)性質(zhì)的影響機(jī)制不清楚；深部工程全生命周期穩(wěn)定性信息解譯、評(píng)價(jià)與調(diào)控機(jī)理不清楚。因此，為解決上述不清楚，以“原位監(jiān)測(cè)”和“不同深度”為突破口，構(gòu)建深地原位巖體力學(xué)研究戰(zhàn)略體系，重點(diǎn)探索“深部原位巖體力學(xué)”新理論，提出深部工程長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定性三大重要方向：①深部巖體長(zhǎng)期力學(xué)行為探索；②深部巖體多場(chǎng)耦合力學(xué)行為及可視化；③深部巖體穩(wěn)定性信息智能化解譯、評(píng)價(jià)與調(diào)控研究。

3.2 基于區(qū)塊鏈大數(shù)據(jù)技術(shù)的“深地-地表”智慧中心

隨著信息時(shí)代的到來(lái)，當(dāng)前世界正在經(jīng)歷一場(chǎng)革命性的變化，正在全球展開(kāi)的信息技術(shù)革命，正以前所未有的方式對(duì)社會(huì)變革的方向起著決定作用。深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害防控科學(xué)作為新興學(xué)科與傳統(tǒng)學(xué)科的結(jié)合戰(zhàn)略領(lǐng)域，如何將學(xué)科特色與信息技術(shù)相融合，將成為學(xué)科發(fā)展道路上不可避免的難題。面對(duì)深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害中所涉及的龐大數(shù)據(jù)群，區(qū)塊鏈與大數(shù)據(jù)作為信息處理前沿技術(shù)，能夠?yàn)閷W(xué)科建立系統(tǒng)、完整的數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)。研究團(tuán)隊(duì)提出構(gòu)建深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害區(qū)塊鏈大數(shù)據(jù)智慧平臺(tái)，以期實(shí)現(xiàn)深地科學(xué)信息化、深地規(guī)律科普化與地災(zāi)防控大眾化。基于區(qū)塊鏈大數(shù)據(jù)技術(shù)的“深地-地表”智慧中心，重點(diǎn)體現(xiàn)“深地-地表”平臺(tái)區(qū)塊聯(lián)動(dòng)、“深地-地表”數(shù)據(jù)挖掘聯(lián)動(dòng)的科學(xué)思維。

采用知識(shí)圖譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域知識(shí)地圖，提出“深地-地表”智慧中心建設(shè)基本框架—“一平臺(tái)五庫(kù)一應(yīng)用”，形成深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害“大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)”和“大數(shù)據(jù)高地”建設(shè)戰(zhàn)略架構(gòu)?！拔鍘?kù)”指深部原位保真取芯與保真測(cè)試分析區(qū)塊鏈系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)庫(kù)、深部巖石信息區(qū)塊鏈系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)庫(kù)、深地工程區(qū)塊鏈系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)庫(kù)、深地交叉科學(xué)區(qū)塊鏈系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)庫(kù)、地質(zhì)災(zāi)害區(qū)塊鏈系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)庫(kù)；“一應(yīng)用”指深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害區(qū)塊鏈大數(shù)據(jù)智能分析應(yīng)用?！拔鍘?kù)”與“一應(yīng)用”協(xié)同工作、各司其職，共同構(gòu)成“深地-地表”智慧中心（圖3）。

圖3 “深地-地表”智慧中心系統(tǒng)構(gòu)成Fig.3 Composition of “deep earth-surface” intelligence center system

該智慧中心擬創(chuàng)新引入“區(qū)塊鏈+大數(shù)據(jù)”技術(shù)，在國(guó)際上率先建設(shè)可實(shí)現(xiàn)跨深度、跨區(qū)域、長(zhǎng)時(shí)域、集群式的“深地-地表”智慧中心，形成一套基于區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)技術(shù)且具備高精度、智能化水平的深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害防控智能分析系統(tǒng)。利用區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)技術(shù)及其可溯源性、不可篡改性，以實(shí)現(xiàn)多層級(jí)部門(mén)或單位的深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害多源信息的實(shí)時(shí)上傳與共享，使各深地相關(guān)單位均存儲(chǔ)所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)保證“鏈上”數(shù)據(jù)客觀可靠；可聯(lián)合應(yīng)急管理廳、地調(diào)局、氣象局、地震局、水務(wù)局、水土保持局、測(cè)繪局及各高?？蒲袉挝?，同時(shí)將重點(diǎn)深地工程研究平臺(tái)作為區(qū)塊鏈關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，共享所有“深地-地表”數(shù)據(jù)（圖4）。

圖4 分布式存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)纳畹乜茖W(xué)與地質(zhì)災(zāi)害區(qū)塊鏈信息網(wǎng)絡(luò)Fig.4 Distributed storage，point-to-point transmission of deep earth science and geo disaster block chain information network

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)“深地-地表”中海量巖石、工程、災(zāi)害信息數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析、數(shù)據(jù)挖掘及智能分析，可以為深地科學(xué)規(guī)律探索、深地實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、深地-地表聯(lián)動(dòng)戰(zhàn)略探索、地質(zhì)信息更新發(fā)布、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與防控等提供支撐并相互反饋，使智慧中心從多角度、多方面地為深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域服務(wù)。

3.3 “深地-地表”地災(zāi)防控聯(lián)動(dòng)探測(cè)大科學(xué)系統(tǒng)

依托第3.1與3.2節(jié)的基于典型深部工程的“深地-地表”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究平臺(tái)與基于區(qū)塊鏈大數(shù)據(jù)技術(shù)的“深地-地表”智慧中心，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目前人類可觸及到的最大深度進(jìn)行多層次、多區(qū)位的深地科學(xué)與地災(zāi)防控聯(lián)動(dòng)研究。一方面，推動(dòng)國(guó)家深地科學(xué)領(lǐng)域前沿性、開(kāi)創(chuàng)性探索，取得在深地領(lǐng)域的國(guó)際話語(yǔ)權(quán)；另一方面，服務(wù)于地震、地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)制及演化趨勢(shì)的研究，助力全國(guó)范圍的地震、地質(zhì)災(zāi)害防控。但面向未來(lái)，當(dāng)人類再往深部走時(shí)，在目前無(wú)法企及的深度下，以現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法獲得原位巖芯，無(wú)法進(jìn)行原位實(shí)驗(yàn)，缺乏實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬原位實(shí)驗(yàn)條件。因此，研究團(tuán)隊(duì)提出“深地-地表”地災(zāi)防控聯(lián)動(dòng)探測(cè)大科學(xué)系統(tǒng)的創(chuàng)新構(gòu)思與戰(zhàn)略規(guī)劃（圖5），旨在結(jié)合第3.1與3.2節(jié)中的深部工程原位平臺(tái)與智慧中心，同時(shí)加以深部原位環(huán)境模擬設(shè)施，實(shí)現(xiàn)在地球深部人類可以涉及的深度下進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)、原位取芯及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)人類無(wú)法涉及的深度（如萬(wàn)米以深）進(jìn)行原位環(huán)境模擬，進(jìn)行先導(dǎo)性、創(chuàng)新性研究，指導(dǎo)深地科學(xué)前沿探索、地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理深部溯源與深地工程建設(shè)?！吧畹?地表”地災(zāi)防控聯(lián)動(dòng)探測(cè)大科學(xué)系統(tǒng)重點(diǎn)體現(xiàn)“深地-地表”空間縱深聯(lián)動(dòng)、“深地-地表”數(shù)據(jù)挖掘聯(lián)動(dòng)的科學(xué)思維。

圖5 “深地-地表”地災(zāi)防控聯(lián)動(dòng)探測(cè)大科學(xué)系統(tǒng)示意圖Fig.5 Schematic diagram of the large-scale scientific system for the linkage detection of deep earth and surface disaster prevention and control

“深地-地表”地災(zāi)防控聯(lián)動(dòng)探測(cè)大科學(xué)系統(tǒng)的主體部分規(guī)劃由三大系統(tǒng)構(gòu)成：深地環(huán)境原位試驗(yàn)系統(tǒng)、深地-地表環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及深地-地表大數(shù)據(jù)智慧系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)深地環(huán)境的原位觀測(cè)和原位活體樣本獲取，并再現(xiàn)地表-地下萬(wàn)米不同深度耦合環(huán)境特征及演變過(guò)程，為深地環(huán)境科學(xué)規(guī)律研究提供重要平臺(tái)基礎(chǔ)，為深部能源資源開(kāi)發(fā)、深地空間利用、地震災(zāi)害防控等深部重大工程，以及深地醫(yī)學(xué)、深地農(nóng)學(xué)、深地藥學(xué)等深地交叉科學(xué)探索提供極限研究技術(shù)手段。

系統(tǒng)1“深地環(huán)境原位實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”建立在第3.1節(jié)中“深地-地表”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究平臺(tái)的研究基礎(chǔ)之上，包括3個(gè)子系統(tǒng)：原位保真取芯艙獲取萬(wàn)米級(jí)保真巖芯、移動(dòng)式原位觀測(cè)站聽(tīng)診地球萬(wàn)米深度物理災(zāi)害信息、原位空間艙為深地交叉科學(xué)研究提供原位實(shí)驗(yàn)空間。

系統(tǒng)2“深地-地表環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”創(chuàng)新探索不同深度“原位賦存環(huán)境→原位巖石特性→工程耐久性→地質(zhì)災(zāi)害行為”差異性聯(lián)動(dòng)規(guī)律，同時(shí)針對(duì)深層非常規(guī)油氣資源開(kāi)發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害深部溯源、深部工程安全等領(lǐng)域，提供萬(wàn)米深度極端環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)條件，從模擬實(shí)驗(yàn)角度，科學(xué)解譯不同深度地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)、力學(xué)機(jī)理與演化趨勢(shì)。

系統(tǒng)3“深地-地表大數(shù)據(jù)智慧系統(tǒng)”建立在第3.2節(jié)中“深地-地表”智慧中心的研究基礎(chǔ)之上，以“深地-地表”地災(zāi)防控聯(lián)動(dòng)探測(cè)大科學(xué)系統(tǒng)為中心輻射至全國(guó)多個(gè)深地工程、科學(xué)鉆探工程及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，解決現(xiàn)有深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)臺(tái)站各自獨(dú)立運(yùn)行的現(xiàn)狀，組建跨學(xué)科、多區(qū)域的“深地-地表”立體智聯(lián)區(qū)塊鏈監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享、有機(jī)交互及多元聯(lián)動(dòng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

21世紀(jì)的深地科學(xué)進(jìn)入了新的發(fā)展階段，從對(duì)各領(lǐng)域相對(duì)孤立的探索轉(zhuǎn)而強(qiáng)調(diào)地球深部與地球淺表各部分之間的內(nèi)在聯(lián)系，達(dá)成了地球運(yùn)行的源動(dòng)力來(lái)自地球內(nèi)部，地球內(nèi)部作用控制了表層系統(tǒng)演變的共識(shí)。深地科學(xué)與地災(zāi)防控“深地-地表”聯(lián)動(dòng)戰(zhàn)略體系旨在解決如何準(zhǔn)確認(rèn)知地球科學(xué)基礎(chǔ)規(guī)律及地球深部過(guò)程與淺表層過(guò)程的耦合關(guān)系這一核心科學(xué)問(wèn)題。

據(jù)此，貫徹“深地-地表”平臺(tái)區(qū)塊聯(lián)動(dòng)、“深地-地表”空間縱深聯(lián)動(dòng)、“深地-地表”時(shí)間歷程聯(lián)動(dòng)、“深地-地表”數(shù)據(jù)挖掘聯(lián)動(dòng)的科學(xué)內(nèi)涵，提出3個(gè)“從0到1”的大科學(xué)研究戰(zhàn)略：

1）依托既有的深地科學(xué)和深部工程示范基地，以全國(guó)不同賦存深度地質(zhì)體為研究服務(wù)主體，以時(shí)效影響下地質(zhì)構(gòu)造的時(shí)空演化規(guī)律為核心，建立基于典型深部工程的“深地-地表”聯(lián)動(dòng)科學(xué)研究平臺(tái)。

2）引入?yún)^(qū)塊鏈與大數(shù)據(jù)技術(shù)，從不同類型、不同參數(shù)、不同區(qū)位和不同監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)的全國(guó)各大監(jiān)測(cè)臺(tái)站實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)多層級(jí)部門(mén)或單位的深地科學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害多源信息的實(shí)時(shí)上傳與共享，使各深地相關(guān)單位均存儲(chǔ)所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，建立基于區(qū)塊鏈大數(shù)據(jù)技術(shù)的“深地-地表”智慧中心。

3）提出“深地-地表”地災(zāi)防控聯(lián)動(dòng)探測(cè)大科學(xué)系統(tǒng)的創(chuàng)新構(gòu)思與戰(zhàn)略規(guī)劃，充分關(guān)聯(lián)中國(guó)廣布的地表災(zāi)害信息監(jiān)測(cè)群及縱深的深地科學(xué)與工程示范基地，實(shí)現(xiàn)在地球深部人類可以涉及的深度下進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)、原位取芯及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)人類無(wú)法涉及的深度（如萬(wàn)米以深）進(jìn)行原位環(huán)境模擬，進(jìn)行先導(dǎo)性與創(chuàng)新性研究與探索，服務(wù)全國(guó)乃至全球的深地科學(xué)前沿探索、深地工程的安全與長(zhǎng)期穩(wěn)定性、重大地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與防控。