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深海{科学钻探}常识
2010/9/26
     凡尔纳曾写过一本名为《地心游记》的小说,他极尽想象之能事描述了人们至今无法企及的大地核心景象。承载我们人类和万物的大地深处到底是什么?它是虚是实、是寒冷的冰窟还是沸腾的熔岩?还隐藏着什么至今不为人知的东西?这是普通人的好奇,也是科学家孜孜以求的科学问题。

    地球为人类提供了丰富资源的同时带来了深重的灾害,地震、火山喷发、泥石流,都造成了巨大的财产损失和人员伤亡。人类迫切希望了解地球、预测灾害。对于如何探索地球奥秘,千百年来人们提出了一系列方法学说和设想,如科幻小说家凡尔纳在小说《地心游记》中描写找到一条通往地心的秘密通道,其实,现代科技还很难做到这点。科学钻探是人类目前获得地球内部信息最直接有效的途径。通过深入地下数千米甚至上万米大陆科学钻探,等于在地球深处放置了一架“望远镜”,可以直接获取样品、观察地球内部的重要信息,如了解和认识大洋及大陆的板块运动、地壳应力和地震、火山过程、深部资源、生命起源、全球变化及气候多样性等一系列重大基础科学问题。在本世纪,大陆科学钻探将在人类正确认识、合理开发和珍爱保护地球中起到至关重要的作用,是“入地”的钥匙。

    科学钻探不仅是高科技工程,而且是综合性、系统的科学课题;不仅研究地球固体圈层的组成与结构,还研究地下生物圈与水圈;不仅涉及地球科学,还涉及生物学、物理学和化学;不仅可以重塑地球演化的过去,还可以观测现在,探索未来;不仅能解决科学理论问题,还具有重要实际应用价值。因此,这项科研工作不同于以往进行的任何一个地学研究项目,在中国地球科学研究史上是具有开创意义的科研项目。

    科学钻探始于20世纪60年代,美国提出了“深海钻探计划”(DS鄄DP)。它与“人类登月计划”被誉为人类在20世纪60年代的两大壮举。上世纪70年代开始苏联实施了庞大的大陆科学深钻工程,其科拉超深钻孔深达12262米,为当今世界最深的超深孔,并已成为世界第一个深部实验室。德国于1987年至1994年实施了举世闻名的KTB计划,此外日本、墨西哥等多个国家分别实施或准备实施大陆科学钻探。上个世纪的最后二三十年,在全球各大洋和大陆实施的科学钻井上千口,其中大陆深钻井近百口,而4000米以上的深孔有20口,获取了几十万米岩心和大量的观察数据。

    不“钻”不知道,一“钻”真奇妙。苏联科拉半岛超深钻井钻至9000米附近时发现了富含金的岩石;德国KTB井发现8000米以下存在大量的含矿热卤水,有着很强的现代地质作用;格陵兰冰心钻探取样竟意外发现了20万-25万年以前气候变化的信息,包括公元79年意大利火山爆发造成的酸雨痕迹,1815年印度尼西亚坦博拉火山爆发的火山灰,1952年美国第一次氢弹爆炸试验遗留下来的放射性离子尘,1986年苏联切尔诺贝利核电站泄漏事故飘散的放射性离子尘。乌克兰大陆科学钻探在前寒武纪结晶岩中意外地发现了5个大型储油层。为协调世界范围内的大陆科学钻探活动,减轻各国在实施该项活动时的成本和风险,实现成果共享,1996年2月由德国、美国和中国发起成立了“国际大陆科学钻探计划(ICDP)”,至今已有近20个国家和团体加入或准备加入该计划。我国大陆科学钻探工程是当前实施的全球大陆科学钻探计划(ICDP)20个项目中最大也是最深的科钻井,是中国和亚洲的第一科钻井,受到国际地学界高度瞩目。

    2004年12月26日8时许,正在“科钻一井”进行观测的科研人员发现,地下4900米处的流体中氩和氦含量突然发生变化,1小时后,4700公里外的苏门答腊发生9.3级地震。由此我们发现来自深部的甲烷、氦气、二氧化碳和氩气等特殊流体异常与重大地质事件的对应关系,这证明利用大陆科学钻探深井完全可以检测地震的远程和近程效应,从而为地震预报提供准确的数据,也将为长期观测提供必要的科学依据。此外,捕获到地震信息还有昆仑山口西8.1级地震。2004年12月26日,印度洋发生海啸前,与印度洋数千公里之隔的大陆钻探钻井检测仪器,两次检测到地下5000米液态、气态等有强烈异常。