最深處的秘密——

“中國的深部探測技術與實驗專項，某些方面已超過了美國。”中國深部探測技術與實驗合作伙伴、美國斯坦福大學教授Simon Kelemberer此語一出，便震驚了許多美國科學記者，甚至有記者一再追問：“中國深部探測技術與實驗在哪些方面、哪些技術超過了美國？”

作為中國深部探測技術與實驗研究專項首席科學家，董樹文曾告訴記者：“深部探測技術與實驗研究專項的實施，使我國真正進入到世界深部探測大國行列。”

冷戰時期的上世紀60年代，隨著美蘇太空競賽不斷升溫，另一競賽也慢慢展開，這就是“地心爭奪戰”。

與世界其他大國相比，中國深部探測起步較晚。縱觀世界各國，無論上世紀的美蘇兩國，還是英國、德國、意大利、瑞士、加拿大和澳大利亞，無一不陸續實施對地球深部探測重大計劃，并取得豐碩成果。直到今天，這場“地心爭奪戰”還從未停止過。

張文靜

超深鉆井的較量

位于俄羅斯西北端、瀕臨巴倫支海和白海的科拉半島，大部分地區處于北極圈內。

除終年不凍港摩爾曼斯克和豐富的礦藏資源，這里還與前蘇聯一項重大工程有關。

這項至今看來仍有些神秘的工程，位于摩爾曼斯克州扎波利亞爾內市10公里外的貝辰加地區。由于地處科拉半島，人們將其稱為“科拉超深鉆井”。

科拉超深鉆井被普遍認為是冷戰時期美蘇在深部探測領域相互競爭的結果，而競爭目標是先于對方抵達地殼與地幔之間的界面——莫霍洛維奇不連續面，簡稱莫霍面。

1961年，美國開始實施“莫霍面計劃”，在加利福尼亞灣附近地區鉆井。一年后，前蘇聯地質部和前蘇聯科學院也提出本國“莫霍鉆探計劃”，目的是研究莫霍面和地下貴重礦石的形成過程。

該計劃交由“地球內部與超深鉆井研究跨部門科學委員會”負責，由前蘇聯地質部長艾弗杰尼·柯茲洛夫斯基直接領導，只有少數科學家能夠參與進來。

據悉，前蘇聯之所以制定出自己的“莫霍面計劃”，是“1960年到1962年間太空競賽期間經濟利益與國家自信心相結合”的結果。

科拉超深鉆井作為該計劃的重要一環，一直處于密不透風狀態。雖然艾弗杰尼·柯茲洛夫斯基在上世紀80年代編著了《科拉超深鉆井》一書，披露了該鉆井的一些情況，但人們始終認為這里還隱藏了許多重要信息。直到美國《連線》雜志2008年公布了科拉超深鉆井的10張照片，才讓人們對這個“世界上最深的鉆孔”有了更為直觀的認識。

照片中，一座淺灰色高塔矗立在雪跡斑駁的廣袤荒原上，周圍還有幾片低矮廠房。廠房內部充滿大型號的金屬管道，戴著頭盔的工人在對鉆頭進行操作。而另一間科技控制室里，一名科研人員正將從幾公里的地下傳來的數據收集在一起。

1966年，美國“莫霍面計劃”由于經費和技術等方面的原因宣告終止，而科拉半島的鉆探工作卻一直在進行。當1994年停止繼續鉆進時，科拉超深鉆井深度已達12262米，這個記錄至今未能被打破。

雖然在陸地超深鉆井方面美國較前蘇聯略遜一籌，但此期間，美國的海洋深部探測還是引起世界關注。1968年，美國實施“深海鉆探計劃”中的核心裝備“格洛瑪·挑戰者”號探測船揚帆起航。1975年，由于聯邦德國、日本、英國、前蘇聯和法國加入，該計劃變成一個國際范圍項目。

資源探測是推手

美蘇兩國對地球深部探索常被認為“意氣之爭”。

從留存史料看，兩國的地心探索同樣基于現實利益推動。

艾弗杰尼·柯茲洛夫斯基上世紀80年代編著的《科拉超深鉆井》序論中寫道：“近年來查明的絕大多數礦物原料資源都與未出露地表礦床有關。因此，研究地殼深部結構具有越來越大的現實意義。”

可見，對礦產資源的探索是前蘇聯進行深部鉆探項目的內在驅動力，而前蘇聯也確實從中得到豐厚回報。

科拉超深鉆井鉆進到4024米時提取了巖心。鉆探深度達到9500米時，鉆頭沖進一個含有黃金和鉆石的地層。科研人員對取出的巖心進行檢測，發現該巖層金含量高達80克/噸。而一般來說，金礦層只要含金量達到4克/噸，就已具備商業開采價值。

也許是科拉超深鉆井的發現讓前蘇聯人備受鼓舞。在《科拉超深鉆井》中，作者繼續寫道：“已規定要大大擴大深井鉆進和超深鉆進工作量，科拉和薩特雷鉆井將繼續鉆進。安排了秋明、阿納斯塔斯耶夫·特羅伊茨克和烏拉爾超深鉆井鉆進。同時，在第十一個五年計劃期間開始打六個深鉆井，其中三個位于含油區，三個位于礦區。”

由美國首先發起的“深海鉆探計劃”也同樣不甘示弱，在計劃實施過程中發現具有重大現實意義的白堊紀中期黑色頁巖，而這被認為是大西洋沿岸許多重要油田的生油層。

據悉，從上世紀70年代開始，全球進入地球深部探測黃金時期。以美國大陸反射地震探測計劃（COCORP）為起點，世界主要大國陸續啟動國家深部探測重大計劃和工程。

COCORP開始于上世紀70年代末期，開辟了使用多道地震反射剖面技術系統探測大陸地殼結構的先河。

此前的60—70年代，為尋找新油氣資源，深地震反射剖面技術已廣泛應用于世界范圍內的石油勘探行業。在此基礎上，COCORP將石油勘探近垂直反射地震技術發展到穿透地殼甚至巖石圈的深地震反射技術，在深度與精度方面都達到前所未有的高度。

計劃實施過程中，COCORP在美國30個州共采集1.1萬公里長的反射剖面。除首次揭示出北美地殼精細結構外，COCORP更是取得意想不到的收獲——在落基山等造山帶下發現了一系列油田。而更為重要的是，COCORP的開展引發全球各個國家深部探測項目的計劃和實施，開啟了國際深部探測新紀元。

上世紀80年代，國際巖石圈委員會（ILP）發起全球地學斷面計劃（GGT）。該計劃在全球重要大陸和造山帶完成了對數十條幾萬公里長的斷面探測。1982年，歐洲地球探測計劃開始實施，目的是“更好地了解地殼和地幔構造演化，以及一直以來控制整個演化動力過程。”

這個由歐洲各國聯合開展的重大項目取得豐碩成果，不但完成了橫穿歐洲的地學斷面，而且通過對阿爾卑斯造山帶的地震反射剖面探測完成，建立了碰撞造山理論和薄皮構造理論，極大地推動了地球物理理論發展。

與此同時，歐洲各國也各自實施了國家深地震反射探測計劃，包括法國、德國、英國、瑞士和意大利等。這些探測計劃在不同方面推動了世界對地球深部的研究和探索。1984年，加拿大科學基金委，地質調查局和一些高等院校的科學家們共同啟動了國家級巖石圈探測計劃，而且計劃特別重視通過對礦產富集地區的探測，提供豐富可靠的成礦信息。這種做法增加了投資者信心，促使很多礦業公司增加深部探測投資，使加拿大一直得以保持世界礦業大國地位。

“大戰”從未止步

“進入新世紀以來，人們對地球物理領域的研究興趣再次被激起。”談起當前全球深部探測發展，美國地質調查局地震科學中心教授Walter Mooney如是說。

2000年，在之前實施的四維地球動力學計劃基礎上，澳大利亞聯邦科學與工業研究院提出新的玻璃地球計劃，目標是使澳大利亞大陸1公里內的地殼變得“透明”。

該計劃開展的成礦帶地殼精細結構探測，為研究成礦理論和資源勘測提供了技術支撐，并由此在覆蓋層下發現了奧林匹克壩超大型礦床。六年后，澳大利亞又宣布啟動大陸結構與演化計劃。2003年，美國國家科學基金會設立了地球透鏡計劃，開啟了第二輪地球探測。預算超過200億美元的資金，使美國再次站到全球深部探測領軍位置。

而在遙遠的科拉半島，雖然更深一步的鉆探被暫時停止，但鉆井主軸依然處在合適的條件下。2007年，俄羅斯科學院地球物理研究所副主任Yevgeny Rogozhin采訪時稱，仍有一小部分研究人員留在科拉超深鉆井平臺，對從地殼深處獲取巖心等進行著持續研究。而在俄羅斯其他地區，一些超級鉆探項目也在實施中，這使俄羅斯在資源勘探方面獲得巨大成就。

在東亞，日本已于2007年啟動海洋鉆探船“地球號”，希望打穿大洋地殼，直抵巖石圈作為探尋地球深處秘密的突破口。

如今，對地球進行深入了解的重要性越來越成為各國共識。聯合國將2008年命名為“行星地球年”，呼吁全世界重視地球科學、保障資源供應、保護生態環境、支持脆弱生命系統。為此，國際地質科學聯合會和聯合國教科文組織正式提出，要進軍我們最后的前沿——地下的物質與結構，呼吁強化對地球深部探測和認識。

面對未來，美國大陸反射地震探測計劃首席科學家Larry Brown表示，地球物理相關研究將會在資源勘探、研究地質災害發生內部機制，以及建立災害預警系統中發揮重要作用。

如今，世界對深部探測關注的目光已經轉移到中國。

據中國深部探測技術與實驗研究專項首席科學家董樹文介紹，在世界深部探測大國中，截至目前美國已完成6萬公里左右的深反射地震剖面，俄羅斯大概有2.48萬公里，英國是2萬公里，而意大利、德國、澳大利亞均在1萬公里左右，中國也已跨入國際深部探測的1萬公里俱樂部。

在美國地球物理學會新聞發布會上，Simon Kelemberer教授表示，如果中國深部探測技術與實驗研究專項第二階段繼續執行，將全面超過美國和西方國家。在地殼結構尤其復雜的中國所獲取的數據和信息，不僅對本國地殼結構的認知、資源開發和地質災害預測具有重要意義，更有利于加深國際學界對整個世界地殼結構的理解。“未來新一代地球科學家，無論中國的還是國際的，其科學發現都基于今天深部探測技術與實驗專項所獲得的基礎數據。”

（文據《科學新聞》等）