洞察地球奥秘 中国架起“深地望远镜”

科拉超深钻孔工程 （资料图）

5月末，中国东北部黑龙江松辽盆地的黑土地上，“地壳一号”钻机历时4年多艰苦钻探，终于完成了松辽盆地资源与环境深部钻探工程（简称“松科二井”）最后环节。其钻探深度达到7018米，成为名副其实的亚洲最深大陆科学钻井，也是全球第一口陆上钻穿白垩纪（距今6500万年到1.45亿年）地层的科学钻井。

“松科二井”是中国实施“深地探测”战略的重要组成部分，不仅刷新了中国大陆科学钻探的深度纪录，而且钻探获得非常丰富的实物资料，标志着中国在“向地球深部进军”的道路上取得了新的重大突破。

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深探 是揭秘地球的必然选择

“我宣布，松科二井胜利完井！”5月26日，在大陆科学钻探工程（松科二井）完井暨学术研讨现场会上，中国地质调查局副局长、松科二井工程领导小组组长李金发宣布：松辽盆地大陆深部科学钻探工程即松科二井超额完成预定目标，胜利完井。

中国地质调查局、中国地质科学院地球深部探测中心首席科学家董树文指出，越来越多的证据表明，地球表层看到的现象，根子在深部，不了解深部，就无法理解地球系统。深部物质与能量交换的过程，引起了地球表面的地貌变化，以及地震、滑坡等灾害，控制了化石能源或地热等自然资源的分布，是理解成山、成盆、成岩、成矿和成灾等过程成因的核心。因此，聚焦深部探测，揭开地球深部结构与物质组成的奥秘等，是地球科学发展的前沿之一。

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记录 世界最深钻井1.2万米

上世纪70至80年代， 美国开辟了地球深部探测新技术和新方法体系，首次揭示了北美地壳精细结构，并为石油勘测和开采提供了有力指导，成为深部探测成功范例，引发了全球深探热潮。一些国际组织和苏联（俄罗斯）、加拿大等欧美国家实施了深地探测计划。2003年开始， 美国启动了新的地球深探计划，主要包括美国地震阵列、合成孔径干涉雷达等4个项目，再次成为深探领域的引领者。

在众多深探方法和手段中，“科学钻探”被认为是获取深部物质的最直接手段，被喻为在地球内部架设“望远镜”。苏联被认为是“科学钻探”的先驱和佼佼者，早在上世纪70年代，就成立了“地壳深部研究与超深井钻探部门间科学委员会”。该委员会牵头整合多部门力量，开展了众多陆地深探项目，其中位于科拉半岛邻近挪威的最深的一个钻孔深度超过1.2万米，至今，保持着世界最深钻井纪录。

在21世纪初，澳大利亚提出了“玻璃地球”计划，要使地下1000米变得“透明”。

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追赶 中国后发起步成就非凡

与国外相比，中国的地球深部探测起步比较晚。当时，中国结合矿产资源勘探、地震预防等做了一些地球深部探测研究，不仅技术比较落后，而且效率也较低。

2009年4月22日，第40个“世界地球日”当天，中国正式启动了“地球深部探测技术与实验研究专项”（简称“地球深部探测专项”），标志着中国地球深部探测的“入地”计划拉开序幕。

工欲善其事，必先利其器。地球深部探测的顺利实施和取得的成就离不开深探装备的进步。这些年来，中国在购置一批国际领先深探设备的同时，加大自主研制力度，在关键技术装备领域取得突破。而该项目的负责人就是已故的吉林大学教授黄大年。他生前与同行密切合作，带领团队研发出大功率、高效率、高精度和高性能的地震勘探系统、电磁勘探系统、无人机探测系统、超深钻探装备和深探软件平台等大型探测仪器装备，为中国地球深探事业可谓居功至伟。

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深钻 中国新深度“松科二井”

据报道，“地壳一号”万米大陆科学钻机高60米，总重量达1500多吨，占地1万多平方米，钻进能力达到1万米。其研制始于2009年，它的研制成功使中国成为继俄罗斯、德国后世界上第三个掌握地下万米钻探技术的国家。

2013年10月，“地壳一号”运抵黑龙江省安达市，中国地质调查局副局长李金发表示该地是当今世界最大的典型陆相沉积盆地之一，是中国最主要的含油气盆地，保存着白垩纪最完整最连续的陆相地层，是探索深部能源资源和寻求白垩纪陆相气候变化地质证据的绝佳位置。

利用获得的岩芯，中国科学家们可以在国际上首次实现对白垩纪最完整最连续陆相地层厘米级高分辨率的精细刻画。因此，松科二井被列入中国地质调查局地质调查十大计划之中，也是受国际大陆科学钻探计划资助的科学钻探工程。

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成果 连续钻进深度破世界纪录

“地壳一号”果然没有让人失望，经过4年努力，松科二井完钻井深达7018米，圆满完成了既定的科研钻探目标，攻克了长程取芯、大口径取芯技术和超高温钻井等重大技术难题，创造了深部钻探技术等多项世界纪录。

取得上述成就的背后是艰苦的付出。4年来，松科二井科学团队克服了一个又一个世界级工程技术难题。比如，在取芯技术方面，为了提高效率，团队通过多次试验和技术的攻关后，最终在长钻程技术上实现了突破，把松科二井每次可连续的钻进深度从10米、20米扩展到30米，在一次连续取芯钻进深度达到41.69米，刷新了世界纪录。创新性地应用长钻程技术，不仅减小了工人的劳动强度，压缩了钻井施工周期，而且极大地节约了综合成本，更为以后的超深井工程开辟了新技术途径。

■链接

我国深部钻探技术

创下多项世界纪录

◆松科二井深部钻探获取了415万组24TB的深部实验数据，显著提升了我国在地球深部探测领域的科技创新能力和国际影响力。

◆松科二井团队创造了311毫米大口径连续取心最长（1650米）、三种不同口径（311毫米、216毫米、152毫米）单回次取心最长（30米、41米、33米）的世界纪录，确保了全球最完整最连续的白垩纪陆相地层记录的获取和科学目标的实现。

◆松科二井在世界上首次研发并成功应用大口径一次取心成井和中空井底动力绳索取心等技术，将钻进速度提高了2倍。

科学钻探分为大洋钻探和大陆钻探，根据钻孔的深度，分为浅钻（小于2000米），中深钻（2000至5000米），深钻（5000至8000米）和超深钻（大于8000米）四级。

■资料

国际大陆科学钻探计划

国际大陆科学钻探计划（ICDP）是20世纪90年代初，由中国、美国、德国牵头的28个国家制定的研究主题覆盖了所有地学领域的广泛目标的一项科学钻探计划 。它不仅需要一系列重大工程技术的支撑，而且将带动地球科学相关学科和技术的重大发展。

在我国，经国务院批准，由地矿部代表中国参与了ICDP，成为首批成员国，除鼓励我国科学家参与ICDP研究活动外，并提出“大别超高压变质带”这一世界独一无二的、规模最大的、地壳构造运动折返地表最深的超高压变质带的折返机制的钻探项目。

■相关

全球最深井——科拉超深井

据相关报道，上世纪70年代开始苏联实施了一项庞大的大陆科学深钻工程，它与“人类登月计划”一起被誉为人类在20世纪60年代的两大壮举。其科拉超深钻孔深达12262米，为当今世界最深的超深孔。

俄罗斯科拉超深井的钻探工作终止于1994年。到1983年，该井的钻探深度已经达到了12000米，为此，决定停止进一步钻进。最后的262米是在 1983至1993年间进行的，花了整整十年。

但是，由于科拉钻探的科学目标不明确，欧美科学家更喜欢举世闻名的德国KTB深层岩芯项目（1987至1994年）产生的数据。KTB是德国在德国中部进行的大陆科学钻探，工程历时近15年，最终孔深达到9101米，重点研究大陆中、下地壳。来自12个国家400多位科学家在此执行了200多项地学研究项目。

国际大陆科学钻探计划部分项目

▲俄罗斯贝加尔湖科学钻探

目的是研究全球气候变化和贝加尔湖沉积盆地的构造演化。最深孔在湖底的深度达600m,还计划施工深度lOOOm的取心钻孔。

▲中国青海湖科学钻探

项目的目的是获取高精度的东亚古环境记录，研究区域的气候、生态和构造演变及其与其他区域和全球古气候变化的关系。

▲墨西哥尤卡坦半岛陨石坑科学钻探

研究6500万年前发生在墨西哥尤卡坦半岛的陨石撞击事件（据说这次撞击导致了恐龙灭绝），连续取心钻进，完钻深度1800m。

▲美国夏威夷科学钻探

夏威夷科学钻孔的目的是钻穿形火山的熔岩层，研究该火山形成的机制和火山深处的地下水的运动。

▲冰岛地热钻探

该项目的目的是，通过钻探开采超临界状态的地热流体，以改善地热能发电的经济性。

▲加拿大天然气水合物研究井

目的是了解天然气水合物的生存特性以及加拿大极地地区的气候对天然气水合物特性的影响。

我国的“超级钻”项目成果

★在西藏罗布莎矿集区发现铬铁矿内原位金刚石,这为今后在西藏发现更大型的铬铁矿床提供了科学依据，而目前国内80%以上的铬铁矿消费需要依靠进口。

★在长江中下游成矿带首次实现了大型矿集区三维透明化，使矿集区地下3000米甚至5000米变得“透明”。

★在野外采集了2160公里的深地震反射剖面，相当于我国之前60年累计完成的深地震反射剖面总长度（约4500公里）的48%，为防灾减灾提供数据和理论支撑。

本版文字综合新华社、中新、《人民日报》报道

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