向地心进军——探索地球深部奥秘的科学钻探.PDF

向地心进军 ——探索地球深部奥秘的科学钻探 曾几何时，“上九天揽月，下五洋捉鳖”一直是人类自古以来的梦想。如今， 人类的航天探测器已在太空留下足迹，深潜器也一次次突破洋底极限深度。然而， 比起“上天下海”，人类的“入地”之旅却由于地壳岩石阻隔而困难重重。地球 深处到底什么样？一直吸引着科学家们孜孜不倦地探索。 一、伸向地球内部的“望远镜” 若想对地球内部结构和物质成分进行探测，最直接、最有效和最可靠的方法 是向地球纵深打一口科学钻探井，将人类的“视距”向地球内部延伸数千米甚至 上万米，进而一探究竟。通过科学钻探，在地质学方面，可以研究球深部构造及 演化、地球深部流体及其作用，校验地球物理探测结果；在资源能源开发利用方 面，可以研究成矿理论、油气成因，调查和开发深部热能；在环境科学方面，可 1 以研究地震成因、火山喷发机理、地质灾害预警、地球气候演变、生命演化历史。 因此，科学钻探被形象地誉为了解地球内部信息的“望远镜”。 科学钻探始于 20 世纪 60 年代，分为大洋钻探和大陆钻探，已有许多国家在 洋底和大陆打了近百口深浅不一的科学钻孔。根据钻孔的深度，分为浅钻（小于 2000米），中深钻（2000~5000米），深钻（5000~8000米）和超深钻（大于8000米） 四级。 二、大洋钻探 美国是世界上第一个提出并实施大洋钻探计划的国家。1968 年 8 月，“挑战 者”号深海钻探船驶入墨西哥湾，开始展开地学革命 “大陆漂移学说”的最重 要验证环节—深海钻探计划（DSDP，1968~1983 年）。在 DSDP 实施的 15 年间， “挑战者号”完成了96个钻探航次，总里程超过60×104公里，在624个钻位上， 钻探了 1092 个深海钻孔，采集深海岩心总长超过 97 公里，采集范围覆盖了除北 冰洋之外的全球各大洋，所收集大量的钻孔数据完美地验证了南大西洋海底扩张 理论和板块构造学说，并创立了古海洋学，为地球科学带来了一场革命。 1985 年，随着新一代钻探船“决心号”的建成，DSDP 的继任者—大洋钻探 计划（ODP，1985~2003 年）正式开始运作。在 ODP 实施期间，共开展了 111 个 航次的调查，行程 355781 海里，足迹遍布全球各大洋，共钻井近 3000 口，钻芯 累计长达 215 公里。ODP 揭示了洋壳结构和海底高原的形成，证实了气候演变的 轨道周期和地球环境的突变事件，分析了汇聚大陆边缘深部流体的作用，发现了 海底深部生物圈和天然气水合物，导致地球科学一次又一次重大突破。 我国于1998年正式加入ODP，成为ODP历史上第一个“参与成员”。与此同时， 由中国科学家提出科学钻探建议书并主导，作为 ODP 第 184 航次计划，于 1999 年春天首次在中国南海顺利实施，标志着我国在这一领域的研究已跻身国际先进 行列。 2003 年 10 月，ODP 结束，一个规模更加宏大、科学目标更具挑战性的综合 大洋钻探计划（IODP，2003~2013年）立即开始实施。该计划由美国和日本牵头， 欧洲作为联合体加入，中国和韩国分别于 2004 年和 2006 年加入。IODP 以多个 钻探平台为主，除了“决心号”钻探船以外，还包括日本的“地球号”钻探船和 一些能在海冰区和浅海区钻探的钻探平台。其钻探范围扩大到全球所有海区，进 2 入过去 ODP 计划所无法进入的地区，如大陆架浅海及极地海冰覆盖区。它的钻探 深度也随主管钻探技术的采用而大大提高，深达上千米。其研究领域从地球科学 扩大到生命科学，手段从钻探扩大到海底深部观测网和井下实验。IODP 以“地 球系统科学”思想为指导，为国际学术界构筑起新世纪地球科学研究的平台，同 时为深海新资源勘探开发、理解极端气候和快速气候变化过程、环境预测和防震 减灾等开辟了新的途径。 20