地质学在我国从发韧到发展已经有80多年的历史, 在李四光、谢家荣、黄汲请、刘东升、涂光帜、叶连俊等地质学家的艰苦努力和精心培育下, 地质科学及其工程技术得到了重大的发展。中华人民共和国成立后, 地质学和地质勘探工作得到了党和政府的特别关注, 在1953年国家计委提出“地质工作要大发展, 大转变”的方针指引下, 组建了地质部, 在中国科学院成立了地质学部。为了配合我国发展重工业的急切需要, 地质部建立了以地质学科为中心的地球物理、地球化学、探矿工程、地学化验等学科。在建国初期的大规模勘探工作中, 首次实现了多学科、多工种协同勘探, 探明了一大批诸如白云鄂博大铁矿及世界级的特大型稀土矿、铜官山铜矿、金川镍矿、攀枝花钒钛磁铁矿、白银厂铜矿等等大型矿山, 为建国初期发展重工业, 建设大型矿山和冶炼基地以及地质科学的进步和发展, 做出了不可磨灭的贡献。
20世纪末, 数字地球、大洋钻探、大陆科学钻探、卫星遥感及电子技术等高科技的迅猛发展, 促使地质学研究向宏观和向地球内部深层发展。从大洋深部取出大量样品, 诸如来自岩石圈与上地幔的岩心, 记录着65万年前的一次大爆炸的痕迹;2 300 m超长冰心样品, 竟然详详细细地记录着全球气候变化的历史过程, 甚至连数百年前掩埋了意大利庞贝城的威苏威火山尘埃都记录在案。所有这些都说明一个问题, 那就是地质学已成为宏观的, 逐渐深入地球内部的一门地球科学。
我国是一个地质大国, 对世界地质学做出过巨大贡献。在地球科学面前, 我们不能甘居后位, 应该不断创新, 与时俱进, 这也是长期以来萦绕在我心中的问题。借鉴赵文津院士研究青藏高原深部地球物理 (INDEPTH) 的成果及金庆焕院士领导国土资源部海洋地质局, 勘探我国南海海域天然气水合物的成果, 笔者提出了“逐步在我国开展四大地球科学工程建议”。国土资源部和中国工程院领导都对“建议”作了批示, 这是对地球科学界的巨大支持和鼓舞。
《1 大洋综合钻探计划》
1 大洋综合钻探计划
日本海洋科学技术中心 (JAMSTEC) 在2000年提出一项 “大洋综合钻探计划 (IODP, integrated ocean drilling program) ” (参见图1) , 又称OD21。此时, 恰逢美国主持的大洋钻探计划 (ODP) 即将功告垂成, 出于继续对地球深部进行研究和深入开展大洋勘探的需要, 该计划立即得到美国的支持, 并与其合作, 共同进行具体筹备工作。日本负责建造的带有动力定位系统、隔水管系统的巨型钻探船已经完工 (图2) , 并正装备有关化学、物理、生物化验的各种先进的仪器设备, 海底钻探设备及能够进行长期深部地球监测设备。该船长210 m, 配有能潜水10 000 m的深潜器, 钻探水深2 500～4 000 m, 钻孔最大深度自海底算起为4 000 m, 是世界上迄今为止功能最先进的钻探船, 2004年即可投入使用。
《图1》
图1 IODP研究目标示意图Fig.1 Schematic diagram of the study objective of IODP
IODP的研究对象是地球、大洋及与人类生存有关的问题。其主要研究目标是:
1) 研究有关地壳与上地幔液体流动深度、拓展及其物理、化学、生物过程, 弄清岩石圈和大洋之间的物质交换和热辐射交换。通过大量工作予以量化, 并等待时空的考验, 从而带动深部生物圈、天然气水合物的研究与开发。
2) 研究全球气候环境变化, 最终了解环境变化的动力学机制, 探索未来气候变化及其过程, 从而能够预测极端的气候变化。
3) 研究固体地球旋回与地质力学, 通过对从地心到地幔的动力学、卷流活动、板块活动对环境与生物圈影响的研究, 来重建地球系统的历史。为此, 要取得迄今从未取得的深部上地幔和地幔卷流样品, 这可用隔水管系统钻井船来完成, 附带还能对寻找深海震源带, 即所谓“动力带“ (dynamic zone) , 对于大陆断裂与沉积盆地形成, 洋底大量火山岩聚集等问题, 将会有重要发现。日本是个地震多发的国家, 期望通过对上地幔附近的地震动力带的发现与研究, 导致有可能准确预报大地震的发生, 这对我国也十分重要。
目前已有12个国家参加了这一计划, 参加国家将有权分享获得的资料。笔者认为这是一次为我国培养地质、航海、海上超深钻探、地球物理、现场化验、测试等高科技专门人才的好机会, 也可为开发可燃冰培养人才。
《2 筹划开发海底固体结核矿产资源》
2 筹划开发海底固体结核矿产资源
处于西北太平洋水深6 000 m 的固体结核矿产资源, 矿物丰度极高。由国土资源部广州海洋地质局勘探的15×104 km2 面积的矿产储量, 我国已按合同将其中一半的储量交还给联合国。 余下的7.5×104 km2 是属于我国的专署经济区, 由我国自行开发, 估计可开采11年, 经济效益极高。我国已有全套海上采矿技术, 如中国科学院已研制了适应水深6 000 m的无缆自治机器人, 海洋地质局还测绘了该地区的海底地形图和矿产分布图。我国应尽快进行试采与开采, 以维护我国海上权益。
《图2》
图2 带隔水管系统的深海钻探船Fig.2 Deep ocean drilling vessel with water-resisting pipe system
射流反循环法和泵吸反循环法用于采矿与钻井, 在我国已有多年, 但用于水深6 000 m, 还要事先做些基础研究, 在求得深水射流和泵吸参数规律后即可应用。我国已经掌握十多种海底耙矿设备的图纸, 可以自行生产应用 (见图3) 。
《3 加速制订开发我国天然气水合物》
3 加速制订开发我国天然气水合物
经广州海洋地质调查局在我国南海、东海海域用海上BSR法 (海床模拟反射法) 勘探查明面积巨大、储量非常丰富的天然气水合物资源 (见封面) , 这是一种宝贵的清洁能源。中国科学院汪集阳院士为首的科学家们已开展了一些基础研究。海洋天然气水合物 (以下简称水合物) 资源的勘探开发不能贸然进行, 否则可能造成水合物气体大量泄漏, 使海水汽化, 造成海啸、海底滑坡、钻船翻倾等恶性事故。因此, 要根据我国实际情况, 制订勘探、开发战略方针:第一步, 借助修青藏铁路之机, 快速勘探开发铁路沿线永冻层里的可燃冰, 这既可以解决铁路沿线的能源需求, 又可积累开发经验, 再则陆地资源勘探开发也比较容易;第二步, 可在海边钻大位移水平定向井, 从海滨开发水合物;第三步, 积累了陆地开发经验后, 才能试采海洋中的水合物。分3步走的循序渐进的勘探开发方针, 既安全又可靠。目前, 应该积极研制有关陆地勘探与开发的钻探设备、工艺以及安全设施等。
《4 积极筹划青藏高原的国际大陆科学钻探工程》
4 积极筹划青藏高原的国际大陆科学钻探工程
建议在赵文津院士与美国地质界合作完成的“青藏高原深部地震地球物理勘探研究成果” (INDEPTH) 的基础上, 由中国工程院、中国科学院、国土资源部等单位牵头, 组成筹备组织, 与国外有关地球科学研研部门共同筹划、实施青藏高原国际大陆科学钻探计划。
青藏高原隆起, 印度板块与珠穆朗玛峰生成机制等, 是世界地球科学界十分关注的重大地学问题, 我国应出面组织一次重大地球科学领域的大会战。
青藏高原科学钻探, 即国内外所说的“地球科学的奥林匹克”。可由我国牵头组织, 吸引国内外投资, 甚至也可委托ICDP (国际大陆科学钻探计划组织, 设在德国波斯坦) 来组织。我国目前在江苏施工的CCSD大陆科学钻探工程, 就是该组织在选址、部份设备、管材等方面支持下进行的。
作为一名在地质部门工作了近56年的普通探矿工作者, 愿在耄耋之年再为党和祖国奉献些许拙见, 是笔者魂萦梦牵的思想, 供地学界同志参考。
京公网安备 11010502051620号
