7月5日《科学》杂志刊登了特约撰稿人Jane
Qiu的报道,题为中国入地精细探测赢得高度评价,介绍了作者在参加中美地质学会联合会议期间的所见所闻。报道说:在日前成都召开的中美地质学会联合学术会议上,作为首席科学家,中国地质科学院副院长董树文及其研究团队披露了一项宏大科学计划前奏的先导性实验项目深部探测技术与实验研究专项的初步成果。刚刚结束的SinoProbe专项,历时5年,投入资金2亿美元,中国科学家通过人工震源深地震反射获取了中国大陆地区部分岩石圈成像。美国地质学会主席、康奈尔大学教授Suzanne
Mahlberg
Kay赞叹道:这是一项非凡的成就,SinoProbe专项在诸多方面大大提高了我们对岩石圈的认知!有文章认为,SinoProbe专项与早期的美国地球透镜计划十分相似。但是,有所不同的是,地球透镜计划采用的是通过使用宽频地震仪接受天然地震波来探测地球内部,而SinoProbe则更倚重于使用人工震源对岩石圈进行高精度的成像。同时,SinoProbe也具备较高的社会应用特性。由于资源紧缺问题和对地震灾害更好地认识了解的需要,2006年中国政府支持实施了一项着眼于未来矿产资源开采的勘探计划SinoProbe专项。据董树文介绍:在过去十年里,矿产资源消耗以指数倍增长,国内已知储量将很快消耗殆尽,我们将越来越依赖于进口。目前,中国已有矿产勘探的深度均小于500米,而其它一些国家已经达到了5000米。中国还有很大的资源潜力等待我们去开发!董树文说。SinoProbe自实施以来,中国地质科学家已在国内完成近6000公里的深地震反射剖面;其分辨率已达250米,这远高于上世纪80年代北美国家实施的类似项目所获得的深地震反射剖面。美国俄克拉荷马大学地质学家G.
Randy
Keller说:中国的深反射数据质量是不同凡响的!SinoProbe受益于地震仪传感器的进步和计算机技术的进步。美国加州大学洛杉矶分校地质学家An
Yin说:这就好比拥有了一台性能更佳的望远镜。在未清晰聚焦之前,我们看到的东西是模糊的;而当现在我们能够清楚地聚焦后,发现这些东西并不一定是我们以前所认为的那样。举一个例子,长期以来有许多研究者认为,由于青藏高原巨大的重力势,其下的下地壳是脆弱和柔软的,就如同从冰箱中取出的黄油块。持此观点者认为,某块软化的地壳从西流向东,正好与坚硬的四川盆地相遇。几十年来,有一种现象使地质学家困惑不已:下地壳的流动造成了青藏高原东部的隆升,而地表的形变却微乎其微。美国康奈尔大学地质学家Larry
Brown说:青藏高原是解释陆陆碰撞的罗塞塔石牌。中国地质科学院地质所的地质学家高锐说,深反射数据给出的却是不同的解释。如果说隧道流动模式是正确的,那么下地壳与地幔的边界就应该是平滑的。然而,SinoProbe深反射成像结果却显示,某些沿着壳幔边界的断层插伸到了中地壳。美国宾夕法尼亚州立大学地质学家Eric
Kirby说,这些令人深思的探测结果是对隧道流理论的挑战。其他研究者则提醒大家,深反射地震取得的探测结果还需要大量的解释研究工作。美国加州大学洛杉矶分校地质学家Mark
Harrison说:如果根据仅看到一小部分的局部情况而得出结论,这样做存在风险。董树文介绍说,SinoProbe专项已经发现了一批新的稀有金属、镍、铬铁矿和钨的找矿线索。这些具有开采价值矿产的发现使外界担心SinoProbe专项的公开性。目前,SinoProbe专项的数据只有直接参与该专项的科学家以及参与合作的外国专家可以使用、获取。法国斯特拉斯堡全球物理研究所地质学家Jrme
van der
Woerd说:用不同方法去核实这些数据结果,或者去证实这些数据结果是非常困难的。他争辩说,数据结果公开是最大限度利用SinoProbe专项的唯一途径。董树文介绍说,再过两年左右的时间,部分数据将会对全球的科学家公开;其它数据将会根据双方签署的协议而彼此共享。与此同时,SinoProbe团队正在为一项更加宏伟的工程编写剧本,这个宏伟工程就是SinoProbe第2阶段。他们提出要完成2万公里的深反射剖面的探测,描绘出岩石圈三维立体结构,开展地壳物性探测和物质探测。董树文说,如果中国政府支持第2阶段项目的立项实施,那么,中国地质学家的贡献将是无可限量的。罗塞塔石牌:罗塞塔石碑,高1.14米,宽0.73米,制作于公元前196年,刻有古埃及国王托勒密五世登基的诏书。石碑上用希腊文字、古埃及文字和当时的通俗体文字刻了同样的内容,这使得近代的考古学家得以有机会对照各语言版本的内容后,解读出已经失传千余年的埃及象形文之意义与结构,而成为今日研究古埃及历史的重要里程碑。罗塞塔石碑最早是在1799年时由法军上尉皮耶-佛罕索瓦札维耶布夏贺在一个埃及港湾城市罗塞塔发现,但在英法两国的战争之中辗转到英国手中,自1802年起保存于大英博物馆中并公开展示。由于其知名度与重要性,除了石碑本身外,罗塞塔石碑或罗塞塔这名词也被引伸用来意指或暗喻一些其他的事物。其中,由于石碑上的刻文被用来作为语言翻译用途,因此有一款非常受欢迎的多国语言学习软件,也以《罗塞塔石碑》来命名。除此之外,由于是破解埃及象形文这种如谜题般的事物之起始点,罗塞塔石碑也被用来暗喻要解决一个谜题或困难事物的关键线索或工具,举例来说,欧洲航天局就将其发展的太空探测器命名为罗塞塔,因为透过此计划,将会破解太阳系生成的秘密,是天文研究上的关键突破。更多阅读深部探测启动五年
掀开入地梦新篇章科学家详解我国地球深部探测

2013年7月5日,美国《科学》杂志发表了特约撰稿人Jane
Qiu的一篇报道。文章介绍了SinoProbe的科研团队,通过人工震源深地震反射获取了中国大陆地区部分岩石圈成像的成果,并对此给予了少见的正面评价。原来,引起世界最权威科技媒体之一《科学》杂志关注的,是今年6月在四川成都举行的首届中美地质学会联合学术会议。在会上,中国深部探测技术与实验研究专项首席科学家董树文和他的研究团队,就SinoProbe五年来所取得的研究成果进行了介绍。成果获肯定在这篇题为《中国入地精细探测获得高度评价》的报道中,Jane
Qiu不仅用精细二字来形容中国科学家对岩石圈高精度的成像,并且援引采访到的美国地质学会主席、康奈尔大学教授Suzanne
Mahlberg
Kay对SinoProbe的评价:SinoProbe取得了卓越的成就,它大大提升了我们对岩石圈很多方面的认知。作者认为,SinoProbe与美国的地球透镜计划既有相似之处,也有迥然不同的地方。比如,EarthScope是通过使用宽频地震仪接收天然地震波来对地球深部进行探测,但SinoProbe则是使用人工震源对岩石圈进行高精度的成像。对于这一点不同,董树文在接受《科学新闻》记者采访时称,这是因为美国在前期的深部探测计划中已经利用过人工震源做完了6万公里的反射剖面,而现在中国正在补课。在介绍SinoProbe实施五年来取得的成果时,《科学》杂志特意用到了两个数字:6000和250。6000是指自开始实施以来,SinoProbe已在国内完成近6000千米的深地震反射剖面探测,而250则指的是其地壳成像分辨率已达到了250米。作者介绍道:这个成像精度远高于上世纪80年代北美类似项目获得的深地震反射剖面成像。数据仍需解释中国取得的深反射数据的质量非常出色。美国俄克拉荷马大学地质学家G.Randy
Keller对《科学》杂志的记者如此说道。而作者认为,SinoProbe之所以能获取如此高质量的数据,离不开当前地震仪传感器和计算机技术的飞速发展。对此美国加州大学洛杉矶分校的地质学家An
Yin评论称:这就像拥有了一台更高质量的望远镜。An
Yin同时表示,正因为高质量的望远镜使我们能够更清楚地聚焦,所以有可能导致一些新的探索与原来的发现并不一致。比如,长期以来很多研究者都认为,由于青藏高原巨大的重力势,其地下的地壳是脆弱而柔软的,就像从冰箱中取出的黄油块。而软化的地壳从西流向东,正好与坚硬的四川盆地相遇。但是这种观点无法解释一种现象,即下地壳的流动造成了青藏高原东部的隆起,但地表形变却很微小。正因这个困惑,美国康奈尔大学地质学家Larry
Brown将青藏高原称之为解释陆陆碰撞谜团的关键线索。而对于这个问题,SinoProbe获得的深反射数据就给出了一种不同的解释。文章引用中国地质科学院地质所的地球物理学家高锐的话介绍道,如果说隧道流动模式是正确的,那么下地壳与地幔的边界应该是平滑的。但SinoProbe取得的深反射成像结果显示,某些沿着壳幔边界的断层延伸到了中地壳。SinoProbe的新发现引发了地质学家们的热议,美国宾夕法尼亚州立大学地质学家Eric
Kirby认为这是对国际流行的下地壳隧道流理论的挑战。而一些研究者则提醒道,SinoProbe取得的深反射地震探测结果可能还需要大量的解释性研究工作。仅仅根据看到的一小部分的局部情况就得出结论,是有风险的。美国加州大学洛杉矶分校地质学家Mark
Harrison如是说。数据共享的期待除了SinoProbe一些不同于以往的新发现,其取得数据能否公开也是国外地质学家最为关注的问题之一。SinoProbe得以立项的一个重要原因就是有助于更好地解决中国当前资源紧缺和防范地质灾害的问题。而SinoProbe已经发现了一批新的稀有金属、镍、铬铁矿和钨的找矿重大迹象。这些发现使得外界担心SinoProbe获得数据公开的可能性。据文章介绍,目前SinoProbe取得的数据只有直接参与专项的科研人员以及参与合作的外国科学家才能获取和使用。对此,法国斯特拉斯堡全球物理研究所的地质学家Jrme
van der
Woerd表示,数据的不公开使得这些数据结果很难用不同方法去核实或证实,而数据结果公开是使SinoProbe最大程度得到利用的唯一途径。对于数据公开性的争议,董树文对《科学》记者回应称,再过两年左右SinoProbe的部分数据将会对全世界范围的科学家公开,而其它数据也会用签署协议的方式进行共享。在文章的结尾,作者称在SinoProbe的第二阶段,中国的科研人员将会完成2万公里的深反射剖面,对岩石圈进行三维成像,并将开展地下导电性的大地电磁研究和地球化学探测。而对于董树文来说,如果SinoProbe第二阶段的项目能够继续开展,那么,中国地质学家的贡献将无可限量。■《科学新闻》
(科学新闻2013年第12期 封面)

图片 1

该图为深部探测三维展示图,展示了中国深部探测的三维立体探测方法技术,从上到下依次是空中的无人机航磁探测,地面的电、磁、震探测和地下的深部钻探取样探测。
中国地质科学院供图

与儒勒·凡尔纳在19世纪科幻名著《地心游记》中对地心熔岩、火焰等新奇想象相比,人类对地球内部的真实了解还远不够丰富。

“我们现在可以上天、下海了,却还难以‘入地’,”董树文说,目前人类的直接钻探最深只有12公里,与6000多公里的半径相比,仅仅只是地球的表皮。

董树文是中国地质科学院副院长,他现在一个更引人注意的身份,是我国“深部探测技术与实验研究”专项首席科学家。深部探测,这项中国地学史上最大的科学项目,代表着当前我国地球深部研究的最高水平。

给地球深层做“CT”

过去5年,我国完成了6160公里“穿透地壳”的深反射地震剖面,总长度达到11000公里

地球内部的构造,由外而内分别是三个同心球层,即地壳、地幔和地核。大陆地壳平均厚度约30—40公里,地幔则厚达近2700公里,地壳和地幔顶部组成固体的岩石圈平均约200公里厚,这就是飘移的板块。地幔之下,才是由铁、镍等物质组成的高温内核,《地心游记》中的地核就在这里。

至于多深才能称之为“深部”,董树文说,地质学界并没有一个统一标准。

“从技术精度上讲,对地球深部的真正科学探测始于上世纪七八十年代,”董树文说,美国当年应用石油勘探的反射地震探测技术探测全地壳的结构,引领了世界深部研究的方向,也使得探测深度和精度达到前所未有程度。

“这就像给地球深层做一个CT”,国土资源部咨询中心专家黄宗理说,科学家在地上放人工炮,产生地震波就会沿地下传播,而当地震波碰到一个不同地质体的时候就会反射回来,仪器接收到反射信号,经过处理以后就会得到图像。

“因为不同深度和岩石性质反射的波是不同的,通过分析反射地震剖面图,科学家就能大体判断深部的构造了。”黄宗理说。

董树文介绍,继美国之后,加拿大、英国、德国、澳大利亚等国,也在上世纪实施了相应的大陆地壳的深地震反射探测计划。

“深部专项实施之前,我国深反射地震剖面总长约4800公里,仅相当美国的1/12,英国的1/4,意大利的1/2。”董树文说,过去5年,我国完成了6160
公里“穿透地壳”的深反射地震剖面,总长度达到11000公里,超过了此前50年完成的总和。

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