地下奧秘何其多？！這些你知道嗎？

《地心歷險記》描述的場景，在現實生活中實現了嗎？

我們知道，我們生活的土地下面埋藏著豐富的能源和礦產。因此，人類迫不及待地想要弄清地下巖石的結構，尋找能源及礦產，並加以開採利用。

然而，對於自然，我們理應心懷敬畏。必須承認的是，即便在科技日新月異的今天，我們對於大地母親的內部結構依然所知不多。人類並沒有「透視眼」，地下巖石及礦產資源的分布就像一個黑箱，充滿了未知。

不過，人們從未停止過一窺地底真容的幻想，著名電影《地心歷險記》正是這種幻想的完美呈現。雖然電影中的瑰麗場景或許並不真實，卻代表了人類對地下未知世界的一種美好願景。也許正是在這種願景的驅動下，人類對探索地底世界的渴望愈發強烈。幸運的是，隨著科技的進步，人們對地下結構的認知已愈發清晰。甚至已經可以做到某種程度上的「透視」，下面我們就來看看地質學家們「透視」地層最常用的三大法寶。

《地心歷險記》海報（圖自豆瓣網）

大寶露頭：地下黑箱的冰山一角

我們知道，地球誕生距今已經有45.5億年的歷史了。在這麼漫長的歲月裡，地球經歷了十分強烈的構造運動。很多古老的巖石都在這些強烈的構造運動中受到抬升，暴露在地表之上，經歷風吹雨打。現在，我們在山脈裡看到的很多出露地表的巖石，都形成於幾千萬甚至幾億年前。它們形象地被稱為「露頭」（lù tóu），因為看得見摸得著，甚至可以用錘子敲下來帶回實驗室分析，因此它們成為了科學家們研究古老巖石的重要工具。

那麼問題來了，這些暴露在地面上的露頭和地下幾千米的巖石有什麼關係嗎？地下幾千米的巖石會不會和這些露頭形成於同一時期，屬於同一類巖石？只是由於構造運動的差異，有的地方抬升到了地表被我們看到，有的地方卻被深埋到了地下幾千米的地方？

為了解答這樣的問題，科學家不得不取出位於地下幾千米的巖石來一看究竟，畢竟眼見為實，看得見摸得著的東西研究起來才有底氣。而取出地下巖石的秘密武器便是我們的二寶了。

出露地表的野外露頭（圖自University of Kentucky）

二寶鑽井：解開黑箱之秘的一孔之見

取出地下巖石的方法其實相當的簡單粗暴，那就是——往下挖。當然，資訊時代不可能是人工用鏟子去挖。通常採用的方法是用鑽頭向地下打鑽，稱為鑽井。通過鑽井，科學家們可以取出埋藏在地下的巖石樣本，稱為巖心，從而可以和地表出露的巖石樣本進行對比。

當然，由於鑽井的高昂成本，取出的巖心數量往往十分有限。況且鑽井取出的巖心直徑通常僅有十釐米左右，相比於大地的廣袤，人類耗盡移山心力取出的這點巖心終不過是滄海一粟。顯然，僅僅依靠有限的巖心和零星出露的露頭，是無法準確判斷巖石在地下的分布情況的。那麼在既沒有巖心，又沒有露頭的地方，科學家們又是如何確定巖石分布的呢？這時候就需要三寶登場了。

鑽井示意圖（圖自iStock）

鑽井平臺照片（圖自wiseGEEK）

利用鑽井從地下約2000m深處取出的巖心（圖自參考文獻2）

三寶物探：勾勒地下山脈的制勝法寶

地球物理勘探簡稱物探，是一類通過探測地下地球物理場分布來推測地質結構的勘探手段。由於組成地殼的巖層在密度、彈性、導電性、磁性、導熱性等物理性質上往往存在差異，因此，通過探測和研究這些地球物理場的分布和變化，可以推斷出地下的地質構造和巖石分布情況。主要的物探方法包括：重力勘探、磁法勘探、電法勘探和地震勘探等。

以常用的地震勘探為例，說起來，這種物探方法的原理和蝙蝠的「回聲定位」有些類似。

蝙蝠在飛行的時候，喉內發射超聲波，當超聲波遇到障礙物反射回來時，蝙蝠能用耳朵接收聲信號，並以此判斷障礙物的方位和距離。類似地，人們在地表人為地向地底激發地震波。地震波在地下巖層中發生反射，返回地表，並被接收器接收。由於地下巖層在彈性和密度上存在差異，地震波在不同巖層中的傳播速度也不盡相同。利用接收到的地震波信息，就可以推斷出巖層的分布情況了。相比於鑽井巖心的一孔之見和野外露頭的零星分布，地震勘探能夠在很大面積的區域內進行，並描繪出地下巖層的分布情況。因此，受到了各大石油公司的青睞。目前，幾乎所有的石油公司都利用地震勘探來預測地下巖層和石油的分布情況。

當然，上帝在打開一道門的同時，往往要關上一扇窗。地震勘探雖然具有極盡開闊的「視野」，卻沒有足夠的探測精度，因此，通常需要結合已有的巖心和露頭觀測，才能精確地推測出地下巖層的性質和分布情況。

在這「三寶」合力的情況下，科學家們能輕鬆地繪製出地下巖層的分布情況，下面這張酷炫的彩色三維圖就是「三寶」齊出的偉大成果，通過它，我們能夠清楚的看到地下幾千米的巖層分布情況。

利用地下巖層彈性和密度的差異繪製的地下巖層分布圖（圖自Petroleum Experts）

然而，地心究竟長什麼樣子？人類早已成功登月，但何時才能抵達地心？這似乎依舊懸而未決。

上世紀90年代，前蘇聯開展了雄心勃勃的「科拉超級鑽井計劃」，蘇聯人的目標是打穿地殼。然而，隨著鑽井深度的加大，鑽頭所需要承受的溫度和壓力也不斷增加，耗費的時間和經費也越來越多。直到1993年，這個計劃因經費不足而被迫停止，鑽井的深度也定格在最終的12262米，遺憾的是，這個深度僅達到了地殼平均深度的1/3。如今，快30年過去了，科拉鑽井仍是世界上最深的鑽井，人類的鑽頭也並未再前進一步，鑽穿地殼的夢想似乎依舊遙不可及。

參考資料：

吳勝和，蔡正旗，施尚明. 油礦地質學(第四版) [M]. 石油工業出版社, 2011.

劉芬, 朱筱敏, 李洋,等. 鄂爾多斯盆地西南部延長組重力流沉積特徵及相模式[J]. 石油勘探與開發, 2015, 42(5):577-588.

作者：石巖