实际上人类对脚下深处的认知程度还不如对茫茫太空的了解。2006年,国务院出台关于加强地质工作的决定中有一个地壳探测工程,是我国实施"上天、入地、下海"伟大壮举的重要组成部分。它的实施是揭示地球深部结构与组成,减轻资源、灾害和环境多重压力,响应国际地球科学发展趋势,参与全球地学竞争,以缩小与国际先进水平的差距。该工程设立8个项目。目前,已有12位院士,120多位教授和研究员参加该专项研究。
人类生存的岩石圈是地球外层固体部分,漂浮在地幔软流层之上,并因物质的比重大小而分成若干次级圈层。由于板块构造的俯冲、碰撞,物质循环,地幔物质上涌,火山喷发等造成十分复杂的结构。深部探测关键技术在于建立穿透不同深度,精确萃取岩石物理性质的技术组合与集成,以及探测数据的处理和有效信息提取。当今地球科学的发展和进步对地球深部数据和认识程度的依赖越来越高,可以说没有对地球深部的探测就没有地球科学理论的进步。
地质过程造就了中国大陆和海域丰富多彩的地理景观和地貌特征。从38亿年古老的华北克拉通,到新近崛起的世界第三极青藏高原,还有横贯东西的秦岭-大别中央造山带,以及由于大陆的裂解而形成的渤海湾盆地和台湾海峡,无不受深部地质作用过程的控制。当我们感慨大好河山之壮丽,享受天然资源之馈赠之时,可曾想到千山万壑起之何因? 金银铜铁源之何处?下一个汶川地震将发之何时?我们比任何时候都急切地渴望了解地球表层发生的所有一切如何受深部的控制和影响。
中国"入地"计划即地壳探测工程,旨在揭示中国大陆地壳层次和岩石圈层次的组成和结构,探讨控制大规模成矿作用和矿集区形成过程,重大地质灾害发生的机理和深部条件,为发现能源"新区"和固体矿产资源"新大陆",预防地质灾害,减轻地质灾害损失程度提供科学数据和信息。
这是我国科学家历时6年构思、策划的重大科学计划,是我国"上天、入地、下海"挑战自然的壮举,更是解决影响我国经济、社会发展的急迫的资源、灾害问题的重大举措和推动我国从地质大国走向地质强国的必由之路。
地质学家坚信,解决人类面临的日益紧迫的资源、环境问题与挑战,只能立足地球,其它星球可能相当长的时期还帮不上忙,向地球深部汲取资源,成为人类最现实的途径;把握地球内部脉博,提升自然灾害预警能力,可以减轻灾害的威胁;深化认识岩石圈结构与组成、将全面提升地球科学发展水平提供科技支撑。
几个基本问题:
大陆是如何形成和演化的?
大陆是地球上最复杂和多样化的组成部分。大陆内部有最古老的岩石,记录着地球的早期形成和演化。板块构造理论只是解释了大陆年龄和复杂性的极小部分,特别是上亿年来陆壳物质的侧向生长。然而,为了厘清地幔是如何驱动板块运动的,以及不同的地貌特征与地球深部结构之间的关系,要求我们超越单一的板块理论、使用新一代的数据和结构模型。
人工深地震反射、天然地震层析成像、大陆电磁参数标准网等技术实验等,结合其它多种地质实验,我们将获得解剖大陆地壳及岩石圈地幔结构的最佳技术途径。大陆地壳及岩石圈地幔的观测结果,将使我们得以将地表地质和地壳精细结构与地幔内部的驱动力和热力过程联系起来,也使我们得以将早期大陆的形成与后继板块的运动所形成的板块构造与已知的和潜在的地质灾害联系起来。
为什么会产生地质灾害?
科学家们对地震、火山等地质灾害的认识已经有了长足进步,如对数秒钟至数分钟内的断层破裂与扩展、地震引发地壳形变以及地质灾害链的成因的认识等等。我们知道,断层是几百公里以外的应力传导所致。但是,为了提高我们对地震起因和震级影响因素的认识,还需要我们在更大的地表范围内监测地应力和应变,了解断层系统的深部联系,测量震源带上活动断层的物理特性。因此,为了更好地了解地震周期变化和成因,还需要持续数十年、甚至更长期的地应力监测与研究工作。
人类对火山活动的内在规律和对火山喷发的诱因的认识尚不完整。目前,我们只是对一些引起火山喷发的短期形变进行了有限观测,但是对火山、板块构造运动、区域应力场内岩浆活动的长期耦合关系知之甚少。新的综合研究手段将使我们更明确地区分什么是火山的正常"呼吸"、什么是火山喷发前的"胀气"。通过火山科学钻探,并辅以高精度应变测量、地震监测和卫星雷达成像分析,将会大大提高对火山灾害的科学评估和对火山喷发的预测。
油气与矿产资源是如何形成和分布的?
石油、天然气,被称为工业的血液,是国家战略资源;金、银、铜、铁、锡等金属矿产,被称为工业粮食,也是国家战略资源,在任何国家都如此,具有极为重要的价值和地位。油气是低等植物和动物(浮游生物)在隔绝空气并在细菌(生物化学)作用下,先形成"腐泥",然后在高温(200 °C)和高压作用下先生成原沥青,最后形成石油和天然气。油气的生成、演化、运移、聚集、保存和破坏,都是以盆地为基础的,含油气盆地的类型、构造、沉积和发展演化对油气分布具有控制作用。油气绝大多数被覆盖在数千米深的盆地之下,需要深部精细探测和发现。
黑色、有色、稀有和贵金属,以及工业化工矿物原料是由地质作用形成的呈固态、液态或气态的具有现实或潜在经济价值的天然富集物,绝大部分矿产形成于深部、赋存于地下。随着我国工业化、城镇化速度加快对其需求急速增长,地表或浅层矿产发现的机会越来越小,资源勘查走向深不成为必然。
——国土资源部《深部探测网》
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