深地科學與深地工程技術探索與思考

謝和平 ， 張 茹 ， 張澤天 ， 高明忠1,2,3,4, ， 李存寶1,2,3,4, ， 何志強 ，李 聰 ， 劉 濤,7

(1.深圳大學 深地工程智能建造與健康運維全國重點實驗室, 廣東 深圳 518060；2.深圳大學 廣東省深地科學與地熱能開發利用重點實驗室, 廣東深圳 518060；3.深圳大學 土木與交通工程學院, 廣東 深圳 518060；4.深圳大學 深地科學與綠色能源研究院, 廣東 深圳 518060；5.四川大學 水利水電學院, 四川 成都 610065；6.四川大學 深地工程智能建造與健康運維全國重點實驗室, 四川 成都 610065；7.四川大學 新能源與低碳技術研究院, 四川 成都 610065)

中國中長期科技發展規劃曾提出“上天、入地、下海、登極”的科研八字方針，不僅對全世界大科學問題發展進程進行了全面概括，也為中國重大科技發展指明了方向，然而目前人類對于地球深部的認知是相當匱乏的，世界最深的庫頁島Odoptu OP-11 油井僅12 345 m[1]，中國最深的蓬深6 井深度僅9 026 m[2]，中國最深孫村煤礦僅1 510 m[3]，世界最深的中國錦屏地下實驗室垂直巖石覆蓋達2 525 m[4]，世界第1 埋深公路隧道為中國大峽谷隧道，最大埋深為1 944 m[5]。總體上，人類工程涉及的深度相對于地球而言僅僅觸及了一點表皮，面向地球深處的探測技術亟待發展[6]。

同時，隨著淺部資源的開采殆盡，千米級深部資源開采工程已成為常態，煤炭開采深度已達1 500 m，地熱開采深度超過5 000 m，金屬礦開采深度超過4 350 m，油氣資源開采深度達8 800 m[3]。而深部巖體工程活動大大超前于基礎理論研究，但深部巖體力學理論尚未建立，深地科學規律尚未探明，深部工程活動普遍存在著一定程度的盲目性、低效性和不確定性[7]，地球深部內源動力、結構演變規律、致災機理等處于“黑箱”或“灰箱”狀態。迫切需要發展適用于深部實際環境和不同工程活動方式的深部巖石力學新原理、新理論[8]，探索深地科學規律新奧秘及深地工程技術新認識，為認知地球演變規律與深地資源開發奠定理論基礎[9]。

此外，地表自然災害頻發、全球變暖、環境惡化、城市綜合癥等問題也日益突出，深地空間資源開發與利用已成為人類活動的未來趨勢，也是人類可持續發展的主要途徑。因此亟需探索科學利用地下空間、地熱、地下水資源與生態資源，構建深地自循環生態系統的深地科學理論與技術體系，建設全新的地下空間開發利用體系。

可見，深地科學規律的探測與揭示以及深地資源的開發利用的深地工程技術攻關成為深地科學領域探索的重要方向。然而，學術界尚未對深地科學這一領域形成統一認識，包括在不同學科領域、不同專業行業對地球“深部”及“深地”的表述、理解及認識各有不同；對深地科學與深地工程科學及技術也有不同的表述和認識，并對其未來發展方向還未有明確規劃，因此本文將從地球科學的視角定義深地科學的學術內涵，理清深地科學與地球科學的區別與聯系，探討深地科學、深地工程技術與深地工程的相關關系，并進一步明確深地科學的研究內容與規劃，以及深地工程技術內涵與攻關方向，以期促進深地科學領域的發展。

1 深地科學與地球科學的區別與聯系

地球科學是研究地球系統及其組成部分變化過程及相互作用的科學，以地球各圈層相互作用及其資源與環境效應為研究對象，從數學、物理學、化學、地質學、地理學、氣象學、生物學角度研究地球的科學，具有顯著的學科交叉特征[10-12]。它和人類的生活息息相關，比如礦產資源、海洋資源、氣候變化、天體運行等，因此，地球科學是一門很基礎、很重要的學科。按照中國國家自然科學基金委員會的定義，地球科學是理解和認識地球的形成演化歷史、資源環境效應、人地關系基本規律、其他天體對地球影響的科學。它以地球系統及其組成部分為研究對象，探究發生在其中的各種現象、過程及過程之間的相互作用，以提高對地球的認識水平，并利用獲取的知識為解決人類生存與可持續發展中的資源供給、環境保護、減輕災害等重大問題提供科學依據與技術支撐。因此，地球科學的范圍很廣，涵蓋地質學、海洋學、氣象學和天文學等眾多科學領域。

深地科學是研究地球本體及地表到地心更深層面已知和未知的科學，是地球科學延伸和尚未建立的知識體系，更是拓展科學視野、深化地球認知的國家戰略科技方向，進而實現透明地球、向地球深部進軍的整體目標，其中主要有3 個層次的研究需要攻關：① 結構透明是手段。以科學鉆探為主，在物理層面實現深地巖石圈可視化；② 行為規律透明是基礎。探索不同深度的行為特征規律差異、不同深度的巖石力學特征差異、不同深度的微生物變異，揭示深部與淺部的本質特征差異，為透明開采奠定基礎；③ 透明地球是目標。實現地下環境與空間資源有效利用、深地能源開發的可視化。因此，深地科學包括深地探測、深地科學、深地資源、深地地下空間、深層地下工程、深地碳中和等分領域，包含地學、物理、化學、力學、材料科學、信息科學、工程科學、能源資源等多個學科，涉及基礎科學、資源安全、能源安全、國防安全、防災減災等國家重大需求。

2 深地科學的內涵

2.1 深地科學的定義與本質

習近平總書記在2016 年兩院院士大會和全國科技大會上指出：“從理論上講，地球內部可利用的成礦空間分布在從地表到地下1 萬m，目前世界先進水平勘探開采深度已達2 500 m 至4 000 m，而我國大多小于500 m，向地球深部進軍是我們必須解決的戰略科技問題[6]”。

因此，從定義上來說，深地科學則是以地球為本體的，研究從地表巖石圈到地幔、地核的圍繞地球自身活動的科學，相對于地球淺層而言，是人類現有科學理論和認知水平不能準確描述與分析解譯的地球淺層以深的區域。是揭示地球內部運行規律，探索人類活動和生存發展需求以及拓展人類生存空間、支撐可持續發展的戰略科技領域。

從學術內涵角度來看，深地科學以地球淺層以深的深層和超深層為研究對象，旨在探索地球不同層圈和不同賦存深度(深層和超深層)的科學奧秘和基本規律、分析內在機理，從而揭示人類現有科學理論和認知水平尚未涉及、無法解譯的地球淺層以深的深層物理力學差異性行為，以及超深層的深地內部結構、物質行為、內外動力響應等定性定量基本規律，直接服務于人類生存發展所必需的戰略性資源能源、空間利用與工程安全等重大科學與技術問題。

同時，深地科學的研究方法和理論認識可延伸拓展并應用于類地行星等地外天體的深空物質顆粒基本作用、星壤星巖物理力學行為、深空資源能源與空間開發利用等重大科學問題的探索。

2.2 深部/深地工程科學的定義與本質

深部工程科學在地球科學與深地科學的研究基礎上，為開發利用地球資源和地下空間而進行工程實施所需要探索的原理、理論與技術方法的科學。其中，深部不是物理尺度的絕對深度，而是一個力學狀態概念，應綜合反映應力水平、應力狀態和圍巖屬性，它與復雜的地質條件和力學狀態等因素相關，并區別于淺部工程定義和范疇[13]。

統計概念而言，不同工程領域對于深部的界定也有所不同，土木工程、礦業工程等深部工程領域往往在1 000 m 以深，某些特殊環境下50 m 或80 m 已是深部[14]，而油氣工程達到4 500 m 進入深層領域，6 000 m則屬于超深層范疇。國內還有按鉆井深度劃分的，垂直深度4 500～6 000 m 為深井，垂直深度超過6 000 m為超深井，超過9 000 m 為特深井[15]。從整體上看，對于礦業工程、土木工程及地下工程等領域涉及到2 000～3 000 m 以深的深度范圍，人類正處于探索階段，難度更高、情況更復雜，人類要超前思考和探索對目前淺部和深部的層位更深的能源資源及空間利用的開發獲取能力和技術的科學，則稱為深地工程科學。

因此，深地工程科學是針對現有淺部與深部工程的科學規律與技術無法適用于深地工程的難點、技術瓶頸，探索深地工程相關科學規律，突破深地工程關鍵基礎科學問題，匹配人類在深地工程活動中的地災防控需求，進而指導深地資源安全高效綠色開發、深地工程空間有效利用的科學。

2.3 深地科學與深部工程科學的區別與聯系

基于上述深地科學與深部工程科學的定義，深地科學是旨在探測、探索現有科學理論與規律不能解譯的，還處于“黑箱”或者“灰箱”狀態的深部科學規律，解決地球深部重大科學問題，揭示地球內部運行的科學奧秘，是更普適、更廣泛的科學。而深部工程科學則是旨在服務于深部資源、空間的開發與利用，為更好利用深部地下能源資源提供科學理論與技術，從而支撐人類活動向地球深部進軍，是更聚焦、更工程化的科學。因此，深地科學是包含深部工程科學的，深部工程科學是深地科學的重要組成部分。

同時，針對深地科學與深部工程科學的現有探索與研究手段和方式，應改變人們現有的實驗和理論研究的方式和思維定勢，充分考慮不同深度原位賦存環境(壓力、溫度、孔隙壓力、含水率、物質組分、構造等)對巖石本征物理力學行為及深部工程穩定與災變規律的影響，來實現理論研究考慮深部特征、室內實驗還原深部特征、工程技術適應深部特征，進而探索和建立真正適用于深地科學規律研究、深部資源開發的理論與技術體系[8]。

3 深地科學研究內容與思考

地球淺部資源已趨于枯竭，深部資源開發成為常態。向深部要能源資源已是我國當前最緊迫的現實問題，也是我國重大戰略科技問題，更是我國重大的能源安全問題。向地球深部進軍，需要從深地探測、深地工程科學規律、深地資源開發利用3 個層次深入開展研究(圖1)。

圖1 深地科學研究內容與思考Fig.1 Deep earth science research content and strategic reflections

3.1 深地探測技術領域研究現狀與思考

深地探測包含3 方面思考：深地鉆探、深地探測和深地觀測。

3.1.1 深地鉆探

深地鉆探包含4 方面思考：深鉆技術、深鉆高溫鉆井液、深地智能鉆探、深地隨鉆隨測。深鉆技術是指鉆進深度超過1 000 m 的鉆探技術與裝備。國外深鉆領域發展比較成熟，如鉆井結構設計及高效破巖技術裝備、科學鉆探、油氣鉆井等。超深鉆探原理技術與裝備是我國未來重點研究方向[16]。其次，深鉆高溫鉆井液研究方面，據國際高溫高壓井合作促進協會，鉆井過程中深部鉆井液溫度達到 149 ℃及以上屬于高溫鉆井液(超高溫為205～260 ℃、極高溫為260 ℃以上)范疇。深鉆高溫鉆井液重點攻關近萬米及以深(300 ℃左右及以上)的高溫鉆井液原理與技術(圖2)[17]。

圖2 鉆井液體系適應的溫度與密度范圍的界定[17]Fig.2 Definition of the temperature and density range to which the drilling fluid system is adapted [17]

再次，深地智能鉆探是基于大數據、人工智能、信息工程等理論與技術發展起來的一項變革性深地鉆井技術。國外深地智能鉆探技術相對較為成熟，但國內智能化水平相對較低，缺乏智能化鉆井的總體規劃設計理論與技術。未來仍需重點布局深地智能鉆探一體化技術、深地智慧(大數據)自適應鉆探技術和裝備等方向[18]。

最后，深地隨鉆隨測是指深地鉆井過程中實時測量并記錄地層物性參數的原理、技術與裝備，測量參數通常包括地層壓力、溫度、成分、鉆井軌跡等[19]。實時數據高效傳輸、耐高溫高壓傳感器、深地隨鉆隨測技術及實時高效采集是未來重點研究方向。

3.1.2 深地探測

深地物理探測包含深地震–電磁–重力梯度探測、空天地聯合探測、深地探測數據反演、AI 地球物理反演。其中，深地震–電磁–重力梯度探測是指通過監測天然或人工激發的場源(地震場、電磁場、重力場等)在不同深部巖層中的傳播規律，來探測地質體構造形態、巖層物性特征以及地球內部物質密度分布等。探測手段包括深地震探測、深地電磁探測以及深地重力梯度探測[20]。未來應重點研究深地震四維探測及信息精細化采集技術與裝備(如百萬道地震數據采集技術與裝備)、超深電磁探測技術與數據解譯、量子重力梯度探測技術與裝備等方向。

空天地聯合探測指集成航天系統、航空系統和地面系統，通過工業大數據、云計算、5G 通信等形成動態空天地一體化網絡，實現數據交互與整合，服務于深地結構、深地資源探測等的技術。空天地聯合探測屬于集成協同創新技術體系，國外相關報道甚少。近幾年，我國在此方面研究較多并逐漸形成規模，如空天地一體化立體地球物理探測體系，數字地球空天地一體化災害探測系統，空天地一體化能源資源立體勘查技術等。但總體來說，該技術領域在世界范圍內還處于起步階段。未來應重點研究空天地聯合探測深地結構及資源原理與技術等方向。

深地探測數據反演是為深地大數據提供常規處理、特殊處理以及數值模擬分析和反演成像等方面的工具包，是推測地球深部重要信息，獲得地球深部物體模型參數的重要方法與技術，主要理論包括深地震反演、深地電磁反演和深地重力梯度反演[21]。目前研究熱點集中于數據反演理論與非線性算法。未來應重點探索深地地震反演理論及算法、深地電磁反演理論及算法、深地重力梯度反演理論及算法等方向。

AI 地球物理反演是指基于AI 深度學習的地球物性識別理論和技術，對深地物理信息深度挖掘和綜合分析的反演方法[22]。AI 地球反演技術正在從自動化向智能化過渡，如三維磁化率分類反演的算法框架/物理方程驅動的人工神經網絡法、差分進化算法、多智能體遺傳算法等。未來應重點研究深地多源數據AI物理識別、反演及挖掘理論與技術等方向。

3.1.3 深地觀測

深地觀測包含深井井中觀測、井地聯合觀測與超高溫高壓實驗觀測3 方面內容。首先，深井井中觀測是指在超深鉆井或深部礦井、深部隧道、地穴等深地空間原位實時監測重力、溫度、壓力、震動、放射性、微生物信號等，實現對地球深部多物理場長時、連續、大深度、原位的實時觀測與分析[23]。國外技術較為成熟，如井中綜合觀測技術、EquiPoise 系統、PEM 系列深井瞬變電磁技術等[24]。我國近年也取得長足進步，如深井地球物理綜合觀測系統、多維高精度成像測井裝備CPLog、井下多參數在線連續測量技術、深井瞬變電磁技術等[25]。此外，在深井觀測項目方面，國外有日本屏風山深井長期綜合觀測臺網、美國圣安德列斯斷層深部觀測SAFOD 項目(4 000 m)等[25]；國內有江蘇東海縣5 000 m 的深井觀測站、黑龍江井深7 018 m 的松科二井、四川汶川科探深井、錦屏2 400 m深隧[26]等。未來應重點研究極端深地環境原位數據采集原理與技術、深井原位觀測瞬變電磁技術及裝備等方向。

其次，井地聯合觀測是指通過構建不同深度超深鉆井及深地空間(深部礦井、深部隧道、地穴等)多參數觀測(地震、地磁、地電、重力等)與地面綜合觀測協同互補一體化體系，形成井下地面聯合觀測以提高觀測精度的系統[27]。國外技術較為成熟，如地震觀測技術、原位應力探測技術等，井地聯合中的地震、地磁、地電、重力等觀測儀器可普遍商用。我國在井地聯合觀測領域發展慢、不均衡，如微地震井地聯合監測技術[28]、uDAS 分布式深井光線傳感監測系統[29]、超深井地球物理綜合觀測系統等。未來應重點研究深井–地面聯合觀測技術及微弱信號分析方法等。

最后，超高溫高壓實驗觀測是指基于模擬的地球深部超高溫高壓環境，開展巖石、礦物等樣品的超高溫高壓地學實驗，探索超高壓地學和地球內部奧秘，檢驗深地科學新理論、新觀點、新概念。國外在超高溫高壓實驗觀測方面具有領先地位，如美國華盛頓的卡內基研究所實驗裝置(Piston Cylinder Presses, 3 GPa、1 700 ℃)[30]，美國Depths of the earth 公司高溫高壓合成裝置(4 GPa、1 800 ℃)[31]，德國拜羅伊特大學超高壓高溫大腔體壓機(40 GPa)，廣泛應用于超高溫高壓實驗研究領域；我國的相關研究包括地震動力學國家重點實驗室研發的固體介質三軸實驗系統(3 GPa、1 200 ℃)、中科院地球物理研究所研發的固體圍壓三軸流變儀(3 GPa、1 500 ℃)[32]、中國地質調查局研發的Super HTHP Rheometer 2018 超高溫 高 壓流變儀(220 MPa、320 ℃)[33]等。未來重點應研究超高溫高壓實驗及動力學構造機制等。

3.2 深地科學規律領域研究現狀與思考

深地科學基本規律研究主要包含深地動力學、深地結構演變、深地物質循環、深地工程科學4 方面內容。

3.2.1 深地動力學

深地動力學包含深地動力過程、深地內源地質時變與深地內源地震孕生機理等內容。深地動力過程是指由地球內動力所引起的深地物質大尺度運動行為及動力機制、物質與能量交換、大陸變形與內源動力等。國外在深地動力學理論、板塊運動、地球演化、比較行星學、地球數值模型等方面均有深入研究。我國在計算地球動力學、大地構造學、大陸動力學與地幔動力學及成礦作用動力過程等方面研究有良好基礎和國際影響力[34-39]。國內外在深地力源及動力機制，大陸構造變形、變位與深部動力機制等方面均處于攻關階段。未來應重點研究深地力源驅動機制與過程分析、深地內源動力反演與驅動災變機理。

深地內源地質時變是指在地球內外地質作用下，區域構造運動產生的應力累積，使得不同尺度的地質體(大到地殼板塊，小到巖體巖石)在不同時間–空間尺度上發生穩態/非穩態的演變響應過程[9]。當前在全球深地地質信息歸集解譯、深地地質環境探測、深地多重地質災害與復原等方面國外研究機構具有理論和技術裝備優勢。我國正積極拓展基于深地原位實驗空間的深地內源地質時變微弱信號探測和解譯，率先開展深地內源地質時變前沿探索。但在深地內源地質時變高精度探測原理與方法、技術與裝備研發方面有待進一步研究。未來應重點研究深地內源地質時變規律與關鍵弱信號解譯。

深地內源地震孕生機理主要研究在地球內動力作用下深地區域地質體發生能量快速釋放并引起振動破壞的現象及規律，揭示地震孕育、發生和發展過程的物理機制，解析地震災害效應。國外在深地內源地震監測、預測領域處于世界領先水平[40-44]。我國地震科技在地震預警、電磁監測試驗衛星探測、地震孕育發生規律等研究領域處于國際先進水平[45-46]。然而，我國地震科技在基礎研究領域前沿原創少，對地震發生和成災機理的認識有待深化；在應用研究領域涉及地震監測預測預警、風險防范和應急處置的一些關鍵技術尚待突破，觀測技術裝備產業化水平較低[47]。未來應重點研究深地內源地震孕育機理與模型、深地內源地震災害識別方法與技術等。

3.2.2 深地結構演變

深地結構演變包含深地結構演化與形成機理、深地結構及模型、深地界面行為及表層響應3 方面內容。

深地結構演化與形成機理主要研究地球淺部以深(深層、超深層)的不同尺度地球深地結構的時間屬性及其在內動力作用下時空演化規律和形成機理。國外在深地結構探測深度、精度方面均具有明顯優勢，通過開展深地結構重大探測計劃，刷新了對地球結構的認知。我國成功研發了地殼與地幔深部探測系列技術方法，達到國際先進水平[48-51]。但存在地殼結構及地球內部精細結構探測精度不足、深地結構的時間屬性和形成機理及結構演變規律研究尚不深入等問題。下一步應重點研究深地結構相互作用機理及演變規律、深地結構時間屬性與形成機理等。

深地結構及模型主要研究基于各類地質觀測數據的深地結構反演分析計算方法，構建描述深地內部結構、性質和特征的物理及數值模型，形成深地結構透明推演理論與技術，實現深地結構的三維可視化。國外研究機構在區域精細結構反演理論與方法、非線性地球物理反演理論與非確定性反演算法[52]等方面具有明顯優勢。國內研究機構在深地結構地球物理反演理論與方法、深地結構信息大數據挖掘及智能精細化反演理論與方法等[53]方面取得了一系列進展，但核心反演算法和系統軟件與世界先進水平尚有差距，仍需進一步攻關。未來仍需繼續攻關深地結構反演理論與算法、深地結構空間拓撲建模及透明推演理論等。

深地界面行為及表層響應主要研究地球不同層圈分界面的形態、運動和影響，揭示深部地幔動力和巖石圈構造動力塑造地表地形演變、驅動地表過程的機理及表層響應。近年，美國國家科學院提出“地形演變的成因和結果”是地球科學研究領域的前沿和重要挑戰[54]，國外在深地界面運動行為、運動軌跡及動力學機理[55]、界面運動的物理–力學–化學過程、深地物質的受力作用后造成深地界面的變異行為、地表過程與深部地幔動力[56]、巖石圈變形相互作用[57]方面處于領先水平。我國在深部地幔動力與地形耦合、古地形演變及其環境氣候效應方面達到國際先進水平。深地界面動力行為及深地過程的表層響應等方面仍需進一步攻關。

3.2.3 深地物質循環

深地物質循環包含深地物質組構與相態、深地物質運移與循環、深地生物圈、深地成礦機制4 個方面內容。

深地物質組構與相態主要研究地球內部物質組構及賦存狀態，加深對深地物質的物理化學及礦物、巖石組構與相態等方面的理解，推動深地超臨界態物質賦存規律等科學問題的解決。我國在地球內部物質組成與相態研究領域取得了較多重要進展與科學成果，在深地物質組構、相態演變及臨界行為的特征與規律等方面仍需進一步攻關。

深地物質運移與循環旨在系統研究深地內動力作用下的深地物質循環、運移、交互及富集過程，以及研究地球內部碳庫與通量，加深對深地碳及其他物質的賦存狀態、運動方式、與地表碳循環的耦合關系等方面的理解，為正確理解全球碳循環、實現國家雙碳計劃提供理論依據。歐美發達國家及中國陸續開展了十余項地球深部研究計劃，系統探索了大陸各層圈的物質組成、結構變異、運動行為、動態演化和驅動力系、深地碳循環的理論及實驗技術(以美國華盛頓卡耐基研究所為首)等深地物質循環與運移交互規律等諸多領域[50]。國內相關研究受到高精度探測核心技術裝備限制，極端條件下深地物質運移和循環的實驗與通量計算研究大多在國外實驗室完成。通過與國際深碳觀察計劃的合作，我國在深地物質循環研究領域取得了較多重要進展，加深了人們對地球深部物質的賦存形式、運移規律、通量以及在地表的表現形式等的了解，但對深部物質循環仍缺乏系統性的認識[51]。未來應重點研究深地物質運移富集原理及循環運移規律等。

深地生物圈是指不以陽光為能量來源的深部地下生物圈，主要由微生物組成，深地生物圈代表著地球早期極端環境下的生命，對于生命起源及火星等外星體的生命探索有重大意義。其旨在探索深地微生物的特點與分布規律，探究深地微生物差異性演化對深地物質循環的影響，揭示深地微生物活性及對地質過程(物質循環)的作用，包含深地微生物多樣性構成、群落結構與功能以及與地表生物關系等研究[58-61]。深地微生物研究主要依托深地實驗室、陸地深鉆等深地原位空間環境，開展了深地微生物的分布、生存邊界條件及其對深部物質循環的影響等研究。依托中國大陸科學深鉆項目(CCSD)及錦屏地下實驗室，我國學者開展了深地微生物分布、群落結構與多樣性及其深地原位生存環境的初步研究，然而深地微生物活性的地質效應及變異和能量溯源[62-65]、深地微生物多樣性演化與生態圈構建相關研究尚處于起步階段，亟待深入探索攻關[66-67]。

深地成礦機制主要研究特定殼–幔結構空間驅動含礦熱液流體運移、富集，并在地殼介質的適宜部位(特別是在深部空間) 形成大型、超大型礦床或礦集區的作用機理，探索戰略性礦產成礦系統與關鍵礦產資源成礦機制[68]。國外礦業大國在成礦機制和找礦預測理論等方面研究較為成熟，促進了深地礦產資源勘查。目前世界先進水平勘探開采深度已達2 500～4 000 m，而我國大多小于500 m[69]。我國戰略性礦產的需求仍將持續維持在高位態勢，約2/3 的戰略性礦產還需要進口，其中，石油、鐵礦石、鉻鐵礦，以及銅、鋁、鎳、鈷、鋯等，對外依存度已經超過70%[70]。我國礦產資源約束趨緊的態勢沒有改變，資源保障正在經受資源家底薄弱、全球市場控制力不足、話語權不強、中美貿易摩擦等挑戰，加之在本次疫情中暴露出供應鏈安全和運輸安全等問題，使得我國礦產資源形勢更為嚴峻[71]。我國誕生了多個原創性礦床學和找礦預測理論方法，但目前對深地成礦規律和機制、戰略性礦產及關鍵礦產的深地成礦潛力等關鍵問題的研究有待深入[72]。

3.2.4 深地工程科學

深地工程科學包含深部工程科學范疇，重點旨在為開發利用地球資源和地下空間過程中，人類處于探索階段尚無系統原理、理論與技術方法解決的難度更高、情況更復雜的工程領域。包含深層與淺層地質響應互饋機制、深地原位物性規律、深地原位力學理論、深地工程韌性與透明解析4 個方面內容。

深層與淺層地質響應關聯互饋主要探索長期內外動力地質相互作用過程與地災形成機理，揭示深層–淺層地質災害的內在聯系，構建深層–淺層重大地質災害孕災機制研究體系。國外較早認識到地球深層環境正在發生深刻變化并對淺層行為產生重要影響。美國斯坦福大學MARK D Zoback 院士等[73]較早運用深層–淺層測量數據，分析深層結構臨界狀態及其淺層影響。相關研究在地球內外動力作用下的深地行為規律、地表形貌、地質災害孕生及預警、災害數據智能識別等領域取得長足進步，在海量地質災害數據多維度–多層次分析、極端地質災害監測預警等領域尚有不足。我國陳宗基院士[74]早在20 世紀80年代就指出深層運動決定地應力場，影響淺層工程巖體時效響應。然而，深層內源時變與淺層地質響應關聯模型；深層–淺層重大地質災害孕育機制與預警防控仍需進一步研究。

深地原位物性規律主要探索攻關深地物質原位物性、成份信息及本真行為性質的獲取(利用深地賦存環境原位保真取心原理技術等)，來系統研究深地原位賦存環境的物性參數差異性特征規律，為深地資源能源的探測評估與開采以及深地空間開發利用提供理論研究基礎。國內外在深地原位物質獲取及物性規律研究方面全部依托傳統理論和技術手段，難以獲取考慮深地原位環境影響的本真行為性質，必須發展獲取深地原位環境本真物性參數的技術手段，獲取新數據，建立新模型，形成新技術。國外組織和機構探索了深地物質“密閉型保真” 獲取原理與技術。我國借鑒國外技術也發展了 “密閉型保真”獲取方法，但兩者均無法準確反映原位賦存環境的深地物質本真屬性[75]。亟待進一步攻關真正考慮深地原位賦存環境的物質保真獲取理論、方法與技術，以系統探索研究深地物質原位物性參數和本真行為性質的差異性規律。但總體上，深地原位賦存環境下物性本真行為特征及差異性規律，深地原位物質保真獲取原理技術與裝備仍需進一步研究。

深地原位力學理論[3，6，8]主要研究深地原位賦存環境與深地工程擾動下的原位力學行為及穩定性規律，重點研究深部原位真實賦存環境下巖石力學、環境力學、災害力學等原位力學理論，為深地資源能源開發、深地空間利用及深地科學規律探索提供新的先導性基礎科學理論。國外較早關注并重視深部原位環境對深部工程科學與技術的影響，開展原位環境現場測試的技術與方法及物理實驗模擬研究，但是到目前為止，仍停留在傳統測試手段和經典理論上，所獲得的參數、模型、理論等與深地賦存深度無關，與深地原位環境無關，與深地工程擾動無關，亟待發展考慮深地真實賦存環境影響的原位力學理論。我國在國際上首次提出“深部原位巖石力學”創新構想與學術內涵[8]，旨在考慮深地賦存環境的原位力學行為及穩定性規律，為探索深地工程科學規律、提升深部資源能源獲取能力提供理論支撐。但深地原位力學行為及穩定性規律、深地極端環境原位力學理論與技術仍需繼續攻關探索。

深地工程韌性與透明解析是指在深地資源能源開發與空間利用施工運營中的安全穩定以及抗災害和快速應對恢復的能力，需系統研究深地工程韌性的理論、技術以及深地工程的可視化、透明解析方法和技術。自20 世紀中葉，美國、日本等發達國家開始致力于重大工程災害風險防控等減災理論和技術的研究；21 世紀初，倡導地區可持續發展國際理事會(ICLEI)在聯合國可持續發展全球峰會上提出“韌性”概念[76]。國際科研機構(澳大利亞聯邦科學與工業研究院、美國國家標準與技術研究院等)綜合運用地球物理探測、計算機模擬等技術實現了千米量級的地層及其地質控制過程“透明化”，進一步發展了深地工程韌性的理論與技術。我國倡導全息感知智能工程韌性體系，率先提出了基于分形重構模型的深地工程透明解析可視化方法[77]。國內外在深地工程尺度增韌原理與方法、相場耦合作用下透明解析等方面仍需進一步攻關。

3.3 深地資源利用領域研究現狀與思考

深地資源利用領域包含深地固態資源、深地流態資源、深地空間資源、深地碳中和4 方面內容。

3.3.1 深地固態資源

深地固態資源包含深地固態資源智能流態開采、深地戰略礦產資源集約開采、深地動力災害防控3 個方面。深地固態資源智能流態開采主要通過深地開采環境智能感知、開采過程智能作業、開采系統智能管控，將深地固體礦產資源原位轉化為氣態、液態或氣液混態物質，構建深地固態資源原位采選充、熱電氣等流態化智能開采技術體系[78]。國內外在煤炭地下氣化，以及鹽礦、鈾礦、油頁巖流態開采等領域已有較多研究[79-80]，當前處于技術攻關期。國外固態資源智能開采設備、技術已較為成熟，并應用多年。我國已初步開展了現場智能化開采應用，技術還較為薄弱，處于攻關和推廣應用階段。煤炭智能原位流態開采為中國原創的理論和技術[76]，國內高校、企業進行了初步探索，還處于起步階段。深地固體資源原位流態化智能開采原理和技術、深地固態資源原位采選充與電熱氣一體化智能流態開采原理和技術仍需繼續研究。

深地戰略礦產資源集約開采指對深地固態資源中維系國民經濟正常運行的戰略性、關鍵性礦種、支撐高新技術和戰略性新興產業發展的小礦種，在開采中利用控制手段，優化系統資源組合，形成開采過程中的產量集中、工序集中、服務系統集中的集約化開采。我國多數戰略性稀有礦產為伴生礦床，品位低，開采難度大，開采貧化率、選礦回收率低；如錸、鋰、鈷、鎳等儲量低。但中國的石墨、螢石、銻、釩、鍺、鎵等儲量豐富。總體上深地戰略礦產資源精準集約開采技術仍需進一步研究。

深地動力災害防控主要研究在深地固態資源開發中發生的巖爆、礦震、沖擊地壓、煤與瓦斯突出、冒頂、突水、邊幫等動力災害發生機理、超前預警和防控理論與技術。目前國內外根據各自的地質條件和開采方式形成了相應的災害發生機理及預警理論。加拿大、南非、澳大利亞等國的災害監測技術裝備等發展較早，被世界各國廣泛采用。國內相關科研單位在礦山災害監測裝備和技術等方面已打破國外壟斷。然而，我國固態資源賦存地質條件更復雜，現有的災害理論和防控技術往往難以滿足深地固態資源開采的災害防控需求。深地動力災害孕育機制和防控理論與技術仍需攻關探索。

3.3.2 深地流態資源

深地流態資源包含深地流態資源勘探評價、深地流態資源高效開采、深地干熱巖低擾動開采技術3 個方面。

深地流態資源勘探評價指精準勘探和計算分析深地某一特定區域(小到圈閉，大及全球)的流態資源(石油、天然氣、非常規油氣、地熱、煤層氣等)富集和資源儲量的技術和方法，以及評估深地該區域流態資源稟賦特征和開采策略。國內在常規油氣資源的評價理論上與國外同步，美國地調局、加拿大地調局、中國地調局等政府機構以及美孚、殼牌、中石化等大型油氣公司均形成各自的評價理論[81]。然而我國核心裝備落后較大，導致勘探評價技術和數據解讀方面還落后于國外，特別是我國在非常規、深地、超深地等關鍵領域的深地流態資源勘探開發技術上還大幅度落后于發達國家。總體上，深地(深地/超深地)儲層流態資源勘探評價理論和方法仍需進一步研究。

深地流態資源高效開采主要研究將埋藏在深地(深地/超深地)儲層中流態資源(石油、天然氣、非常規油氣、地熱、煤層氣等)及其伴生物高效開采的理論、技術與裝備。國外鉆完井技術、儲層壓裂改造技術成熟，在不同深度、不同地質條件下的流態資源儲層中均已應用成功。我國亟需自主研發新型的深地及超深地鉆采技術和裝備。深地流態資源儲層改造理論和方法、深地流態資源高效開采技術裝備仍需繼續攻關探索[82]。

深地干熱巖低擾動開采技術主要破解目前干熱巖開采誘發地震的技術瓶頸，發展和探索深層低擾動(不誘發礦震、地震)干熱巖開采新原理、新方法和新技術。歐美發達國家對干熱巖開采已進行了將近50 a 的研究[83]，在美國Fenton Hill[84]，法國Forge[85]等進行了數十處干熱巖現場開采測試。德國、韓國為了減輕干熱巖開采誘發地震的重大社會問題[86]，探索了區別于水力壓裂的新型開采技術方法，進行了干熱巖儲層疲勞壓裂改造，獲得大量寶貴的數據和經驗。我國干熱巖開采基礎薄弱，目前僅在青海共和等進行實驗性研究，理論和實踐均遠落后于國外研究[87-94]。然而，國內外干熱巖開采都受到誘發地震等強烈擾動的困擾，引起了一系列社會問題，導致多處干熱巖工程停工。目前全球尚無成熟的低擾動干熱巖地熱資源開發實例。深地干熱巖儲層改造理論和方法、深地干熱巖低擾動開采原理和技術仍需繼續研究[95-98]。

3.3.3 深地空間資源

深地空間資源的開發利用的重點在深地空間生態重構，旨在開發探索在深地空間人類生存所需要的生態環境(陽光、空氣、水、濕地、植被等)的重構原理和技術，以滿足人類開發深地資源能源以及生存發展的需要和保障[99]。目前世界范圍內尚未有以深地生態重構為目的科學研究，但是國外較早發展的地下農業可為未來研究提供路徑。有代表性的為日本的Pasona O2，法國巴黎地下花園，美國紐約曼哈頓的Lowline Lab 實現了地下100 余種植被為期兩年的實驗[100-102]；加拿大利用礦道建設了位于地下500 m 的地下花園，美國亞利桑那大學、美國航空航天局建設了以小尺寸密封艙，系統研究了密閉空間內碳、水循環以及生物量產出與能源輸入關系[103-104]。我國在地下農業方面具有一定基礎，其中具有代表性的中科三安，已形成了相當的企業規模[105-106]。但我國目前尚未有以地下空間生態重構為目標的研究。深地空間生態環境重構理論和技術仍待進一步研究。

深地戰略能源儲備指利用深地空間進行石油、天然氣等能源戰略儲備，以及對高壓風、氫氣、化學品、熱能等新型能源進行存儲。世界主要的發達國家均利用人造深地空間、廢棄油氣田、地下含水層或鹽巖井等進行大量石油、天然氣等戰略能源儲備，并進行了利用深地空間進行儲氫、核廢料、高壓風儲存的前沿探索[107-109]。我國能源地下儲庫主要集中在利用鹽巖等特殊地層建設天然氣地下儲庫[110-111]；石油地下儲庫發展相對較慢，我國國家石油儲備二期工程中有4 處采用地下水封洞形式建設。但是我國石油、天然氣的儲備規模與國際能源署建議的90 d 安全戰略儲備量差距較大，并且我國在新型能源的地下儲備方面研究幾乎處于空白[112]。深地能源儲庫長期穩定性理論和技術、深地新型能源儲備理論和技術仍待進一步研究。

深地微生物與醫學指深地環境對微生物生命活動的影響規律，以及地下空間環境對生命體生理和病理,以及對人體心理的影響及機制[113-114]。國外系統展開了深地微生物學研究，著重研究地下微生物的生存方式以及非人體細胞受深地低輻射、高溫等地質環境的影響[115-116]。我國深地微生物研究主要來源于鉆探取得的深部微生物進行了細菌群落分析、菌株原位含量分析、菌株分離與鑒定。在深地醫學領域，四川大學在中國夾皮溝金礦、錦屏地下實驗室等建立了世界首個深地醫學實驗室[113-114]，系統研究深地環境對人體健康及心理狀態影響以及對生命體生理和病理的作用機制，目前還處于起步階段。深地微生物學、深地生物與醫學有待繼續研究。

3.3.4 深地碳中和

深地碳中和指深地儲碳固碳負碳、深地“地熱+”零碳負碳能源2 個方面。

深地儲碳固碳負碳指利用深地特殊地質環境(咸水層、油氣田、煤層等)和深地生物圈等將CO2封存到地下或轉化為方解石、石膏等礦物, 實現其與大氣的長期隔絕或永久性儲存。國外已形成了CO2地下封存較為完善的研究和工業應用體系，特別是在CO2強化油氣開采技術在深地儲碳的同時產生一定的經濟效益[117-119]。美國能源部、歐洲、日本已進行了多處的現場工程測試，積累了豐富的深地儲碳工程經驗[120-121]。同時，日本、冰島、美國等對深地微生物的碳匯作用及其與地表碳匯的相互聯系有較深入的研究。由中國國家能源集團、中海油、中石化、中石油等在CO2地下封存和驅替油氣方面開展了工程示范；目前，中石油、中石化和華能集團等都發布了深地CCUS 規劃[122-126]。我國對深地微生物，特別“深古菌”的代謝機制及其對碳匯的地球化學功能進行了研究。四川大學、深圳大學等在CO2礦化發電、CO2能源化資源化利用、空氣中直接捕集CO2等方面進行了前沿性探索[127]。在深地固碳負碳方面，我國的研究與國際同步，均處于起步階段。深地儲碳固碳負碳原理和技術仍待進一步研究。

深地“地熱+” 零碳負碳能源指以深部開采“中、高、低”地熱發電后的常溫地熱和CO2培養生物、深古菌等，創新集成地熱發電+微藻固碳的生物質負碳能源技術，建成與地面風光電多能互補的“地熱+”零碳負碳能源技術體系[128]。國際上地熱開發主要分為直接利用和地熱發電，美國、印尼、菲律賓、土耳其和新西蘭地熱發電裝機量位于世界前列(均超過1 GW)，但受限于常規地熱發電技術，各國地熱發電總量占比很小[129-132]；同時，美國、歐洲、日本等主要針對太陽能與其他能源結合的多能互補系統開展了大量研究[133]，比如太陽能與熱泵相結合，但尚未出現以地熱為基礎能源的多能互補智慧能源系統。近年來，受限于中低溫地熱發電效率低的技術難題，我國地熱能發電規模和體量與世界地熱大國相距甚遠、進展緩慢；“雙碳”背景下，我國深部地熱開發與多能互補綠色園區建設正處于試驗探索階段，仍需攻關“地熱+”零碳負碳能源技術[134-137]。深地“中、高、低”地熱發電變革性原理與技術、深地地熱+微藻固碳與多能互補零碳負碳技術仍待進一步研究。

4 深地工程技術的內涵與思考

我國深地開發重大戰略目標的實現亟待提高深部地下工程建設運維能力，但是深地具有更強的“高應力、高滲壓、高地溫”極復雜地質條件和極強構造活動區等極端條件，地下工程建設能力不足、服役壽命不長、智能化水平不高、環境感知與調控不精細等重大問題成為制約深地工程建造運維的瓶頸，亟待重點攻關深地工程技術。深地工程技術是指人類為利用地球、開發地球所需要的工程實施技術與裝備，為探索深地科學規律、開發深地工程必需的理論與技術手段，進而實現深地工程的安全建造與健康運維，主要包含4 個方面內容：深地工程巖土力學與災變機理、超深井智能建造與能源資源高效開采、深埋隧道與巨型洞室群智能建造、深地工程災害智能防控與健康運維。

4.1 深地工程巖土力學與災變機理

建立深地巖土體基本力學理論，特別是其深地工程響應及災變規律，是開展深地工程建設的科學基礎。面對國家深地工程向1 000 m 深厚土層、3 000 m 巖層以深挺進的重大需求，深地工程建設中高地應力、高地溫和高滲透壓等愈發嚴重，構造活動及工程擾動愈發劇烈，深地工程不可或缺的超深井、巨型洞室群和深埋隧道群等建造將面臨著難以預見的復雜嚴苛的地質環境與工程條件[138-143]。

為達到深地工程安全、低損和高效建設的要求，必須系統深入地開展深地工程巖體力學、深地工程土/凍土力學理論及深地工程重大災害災變機理方面的研究，掌握與建立極復雜地質環境中深部巖土體非線性力學行為和多場多相耦合效應、災變演化機理等方面的基礎理論。圍繞深地工程原位巖石力學理論，研究深地原位環境保真取心與測試原理技術[144]、深地工程擾動巖石力學響應規律[145-149]、深地原位環境巖石本構理論，建立深地工程原位巖石力學全新理論體系，為深地工程建設與運維以及深地災害預警防控提供理論支撐[150-154]；圍繞極復雜地質環境深地工程災變機理，研究深地工程高烈度巖爆災變機理、深地工程高壓突水災變機理、深地工程大變形災變機理，為深地工程災害預警提供理論依據[143,155-158]。

4.2 超深井智能建造與能源資源高效開采

井筒是溝通地表與深部地下空間的咽喉要道，須下穿待建地下空間之上的各種土層與巖層，其重要性位居各種深地工程之首。在深厚含水不穩定土層、微孔(裂)隙高壓富水巖層、高應力破碎巖層、強烈構造活動區巖層等極復雜地質與水文地質條件下建造井筒，是極具挑戰性的世界難題[159-162]。因凍結法適用性廣，迄今為止在深厚不穩定土層和深厚富水復雜巖層中，90%以上的井筒須采用凍結法建造，我國已具備用凍結法在750 m 深厚土層和1 000 m 深厚富水巖層中建造立井井筒的能力，居世界領先水平[163]。需針對深部極復雜工程地質與水文地質條件，建立超深井建造理論技術，同時建立并完善深部能源資源安全高效開發理論技術，提升深部能源資源獲取能力。

圍繞深厚不穩定土層凍結法建井，研究超深土層凍結井設計理論、超深土層智能凍結技術、超千米凍結深井智能掘砌技術，突破超千米土層凍結法建井重大技術瓶頸；圍繞復雜巖層超深井智能建造，研究超深井封水井壁設計理論、超深井智能掘砌技術、超深井智能探測堵水技術，攻關突破3 000 m 超深井智能高效建造重大技術瓶頸[164-168]；開展深地固態資源智能流態開采、深地戰略礦產集約開采、深地動力災害防控、深地流態資源高效開采、深地戰略能源儲備、深地儲碳固碳負碳等理論技術攻關，研究建立深地資源(深地固態資源、深地流態資源、深地空間資源及深地碳中和等)安全高效開發理論技術體系。

4.3 深地隧道與巨型洞室群智能建造

隧道、巷道和巨型洞室群是深地工程的主體，肩負著國土空間擴容、疆域縱深拓展的重任。隨著固體礦產資源開采、交通水利國防基礎建設重大地下工程向3 000 m 以深極端復雜環境，以及埋深大于35 m 巨型硐室群極大規模發展，深部地下工程面臨著高地應力硬巖掘進效率低、開挖后圍巖時效大變形穩定控制難，以及大跨巨型洞室群高效安全建造方案控制因素多等嚴峻挑戰，亟需研發變革性新技術和新材料，在重大工程中進行集成創新[169-171]。

圍繞深埋隧道智能高效掘進，研究深地復雜圍巖智能辨識技術、深地智能掘進高效破巖技術、深埋隧道掘進智能監控技術，形成深埋隧道智能高效掘進全新技術體系[172-173]；圍繞深地巨型洞室群智能建造，研究巨型洞室群圍巖穩定控制理論、巨型洞室群全域協同智能建造技術、巨型洞室群災害智能感知與防控技術，實現深地巨型洞室群機械化、智能化建造的技術集成創新[174-175]；圍繞深地圍巖大變形穩定控制，研究深地圍巖大變形理論與控制方法、深地圍巖大變形自適應支護新技術、深地圍巖原位改性新技術，形成深地圍巖大變形控制理論與技術體系。

4.4 深地工程災害智能防控與健康運維

極復雜地質環境和極強烈構造活動區的超深井、巨型洞室群、深埋隧道群等深地工程，建造過程中必然面臨著巖爆、突水等重大工程災害難題，同時面臨著動力災害演化機制與動力響應規律不清、深地工程動力災害防控基礎薄弱等科學難題[176-178]。深地工程運維過程面臨著大量的安全難題，包括通風–空調、災變控風、突發災害應急救援等難題，以及開裂、滲水、大變形或坍塌防控等重大安全風險。本方向將重點研究超深井、巨型洞室群、深埋洞室群等特殊場景可能出現的巖體破裂、災情探測、智能預警、安全管控等，研究深地工程建造與運維動力響應理論與技術，發展災害探測與智能預警新理論，研發深地工程動力災害智能預警防控、降振減振、安全管控、健康運維、應急聯動等新技術和新裝備。

圍繞深地工程動態響應理論與技術，研究深地工程動力學響應測試技術與方法、深地工程建造與運維期動態響應規律、深地工程擾動動力學理論，建立深地工程建造與運維期的巖石動力學新理論與新技術；圍繞深地工程災害智能預警與防控，研究深地工程災害源智能探測技術、深地工程災害智能辨識預警技術、深地工程災害精準防控技術，建立深地工程災害智能預警與防控全新技術體系；圍繞服役期安全智能感控與健康運維，研究深地工程安全智能感知理論與技術、深地工程多災種精準防控技術、深地工程生命線與應急技術，構建深地工程健康運維智能技術體系，保障深地工程安全與健康服役。

以期形成大深度隧道、礦井及大跨度巨型洞室群等地下工程智能建造與健康運維理論技術體系，建立健全深地工程技術理論與裝備框架，提升我國深地資源開發和深地空間利用能力，引領國際深地工程技術發展。

5 結 語

21 世紀的深地科學進入了新的發展階段，深地科學規律尚未探明，深部工程活動普遍存在著一定程度的盲目性、低效性和不確定性，地球深部內源動力、結構演變規律、致災機理等仍待進一步認知。

(1)筆者提出深地科學的定義與本質，即以地球淺層以深的深層和超深層為研究對象，旨在探索地球不同層圈和不同賦存深度(深層和超深層)的科學奧秘和基本規律、分析內在機理，從而揭示人類現有科學理論和認知水平尚未涉及、無法解譯的地球淺層以深的深層物理力學差異性行為，以及超深層的深地內部結構、物質行為、內外動力響應等定性定量基本規律，直接服務于人類生存發展所必需的戰略性資源能源、空間利用與工程安全等重大科學與技術問題。

(2)定義了深地工程科學的內涵，即人類要超前思考和探索對目前淺部和深部的層位更深的能源資源及空間利用的開發獲取能力和技術的科學。深地工程科學從深層與淺層地質響應互饋機制、深地原位物性規律、深地原位力學理論、深地工程韌性與透明解析4 個方面進行重點攻關，旨在構建深層–淺層重大地質災害孕災機制研究體系，獲取深地物質原位物性、成份信息及本真行為性質，發展考慮深地真實賦存環境影響的原位力學理論，提高深地資源能源開發與空間利用施工運營中的安全穩定性以及抗災害和快速應對恢復的能力，為探索深地工程科學規律、提升深部資源能源獲取能力提供理論支撐。

(3)定義了深地工程技術的內涵，即深地工程技術是指人類為利用地球、開發地球所需要的工程實施技術與裝備，為探索深地科學規律、開發深地工程必需的理論與技術手段。深地工程面臨更強的高應力、高地溫、高滲壓、強擾動復雜環境和巖爆、大變形等動力災害嚴峻挑戰，深地工程技術從深地工程巖土力學與災變機理、超深井智能建造與能源資源高效開采、深埋隧道與巨型洞室群智能建造、深地工程災害智能防控與健康運維4 個方面進行重點攻關，旨在解決深地工程原位環境與物性保真測試、深埋隧洞圍巖穩定控制、復雜巖土層超深立井建造、深地工程災害智能預警防控與健康運維關鍵科技問題。

致謝本文形成過程中，很多學者如中國地質大學(北京)王成善院士、南京大學董樹文教授等參與討論并提出建議，在此一并致謝。