在中華民族實現偉大復興的徵程上,科技創新始終是座不滅的燈塔。
新中國幾代科學家都在夢想著中國能夠重放「四大發明」的榮光。
4月16日,在北京舉行的深部探測技術與實驗研究專項成果匯報交流會,即將完美收官的專項碩果纍纍,讓我們自豪地看到:地球深部探測,中國與世界同行。
在地質春天裡,開啟中國深部探測新時代
中國的深部探測項目,啟動於地質事業春風浩蕩的季節。
2008年,為落實《國務院關於加強地質工作的決定》中「實施地殼探測工程,提高地球認知、資源勘查和災害預警水平」的戰略部署,在財政部、科技部支持下,國土資源部啟動了深部探測技術與實驗研究(SinoProbe)專項這個歷時5年,下設9個項目、49個課題、118個專題,總經費超過12億元的專項,是國際上規模最大、多學科聯合的地球深部探測計劃。
事實上,深探專項的啟動,不過是中國「入地」計劃的「小荷才露尖尖角」。作為一項培育性啟動計劃,其最終目的,是要為未來更為恢弘的中國「地殼探測工程」儲備有關技術、裝備與人才。
因此,專項啟動之初,即設定了明確的目標和任務:為「地殼探測工程」做好關鍵技術準備,研製深部探測關鍵儀器裝備,解決關鍵探測技術難點與核心技術集成,形成對固體地球深部層圈立體探測的技術體系;在不同景觀、複雜礦集區、含油氣盆地深層、重大地質災害區等關鍵地帶進行實驗、示範,形成若干深部探測實驗基地;解決急迫的重大地質科學難題熱點,部署實驗任務;實現深部數據融合與共享,建立深部數據管理系統;積聚優秀人才,形成若干技術體系的研究團隊;完善「地殼探測工程」設計方案,推動國家立項。
一切工作,都圍繞上述核心任務展開。
5年間,來自118個科研機構的近萬名研究人員、技術人員、施工人員,在青藏高原,在沙漠戈壁,在森林泥沼……歷盡艱難,百折不回。
隨之而來的,是一連串的收穫:研究、實驗了地殼與地幔深部探測的一系列技術方法,積累了豐富經驗,大大加快了我國深部探測的進度,深反射地震剖面5年完成了比過去50年還要多的工作量,開創了深部探測領域的一個又一個第一。
「第一」接踵而至,中國地學國際地位悄然變化
「第一」,是個讓人心動的字眼;然而「第一」曾缺席中國地學科技界很久。今天,深部探測專項,讓中國地學科學家重新領略了一把世界「第一」的無限風光。
深探專項使我國躋身世界深部探測大國行列。專項僅耗時5年就完成了6000公裡「穿透地殼」的深反射地震剖面,使我國深反射地震剖面總長達到1.1萬公裡。放眼全球,只有美、俄、英、意、德、加、澳等國,完成剖面總長超過1萬公裡,屈指可數。隨剖面而來的,是資源發現、環境監測、災害預警、地球認知等領域的一系列開創性成果。
通過引進、消化、吸收、再創新,深探專項探索出了一條自主研發裝備技術的成功路徑,打破了國外技術壟斷。如深部探測地震、地面電磁、無人機航磁等關鍵儀器和萬米科學鑽機,性能指標與國外同類產品相當,甚至更勝一籌。5年間,專項獲得發明專利51項、實用新型專利18項、軟體著作權21項。
深探專項第一次系統建立了適應我國大陸複雜地球結構的立體探測體系,探測能力與國際同步。對應我國大陸不同深度、不同結構、不同地質條件,專項成功實驗了不同物性參數和方法的探測技術流程,建立了陣列式、大陸電磁參數標準網高精度觀測方法和精細、規範化的數據處理及反演技術,實現了共震源深地震反射和寬角反射與折射地震同時接收的聯合採集,並得到了國際同行認同。
專項第一次建立了4°×4°覆蓋全國大陸範圍的大地電磁標準網,獲得了海量全國物性基礎數據。不僅如此,專項還建成了目前世界上密度最大、精度最高的大地電磁陣列華北和青藏高原1°×1°大地電磁觀測網。
專項第一次按照國際標準,建立了覆蓋全國大陸的地球化學基準網,分析測試水平世界領先,獲得一批高質量的全國地球化學基礎數據。專項還首次建立了化學地球的數字表達。
專項第一次系統建立了大型礦集區立體探測技術方法體系和示範區,使礦集區「透明化」技術日臻完善;建立了南嶺於都—贛縣、廬江—樅陽、銅陵礦集區立體探測示範區,揭示了大型礦集區三維精細結構和成礦動力學過程。這些得到了鑽探驗證的成果,為開闢「第二找礦空間」、實現地質找礦突破提供了有力技術支撐。
專項第一次系統建立了青藏高原東南緣和北京周邊首都圈現今深孔地應力監測區域網,自主研發了新型地應力監測裝備,取得了高質量深井地應力測試數據與原地應力隨深度變化規律;第一次建立了亞洲最大規模的地球動力學數值模擬平臺,實現全球、區域、局部尺度的三維地球模擬的跨越,為我國地殼活動性監測和地震預警提供了新的技術路線。
在西藏、安徽、江西、甘肅,專項科學鑽探打下了一個又一個的「金柱子」,創造了多個區域深度第一的紀錄,實施了全國最大深度之一的金屬礦科學鑽探,實現了鑽探技術的多項原始創新。
……
專項的科研成果,在迅速轉化為生產力:首次確認了含鉻鐵礦高壓蛇綠巖套新類型,為鉻鐵礦找礦突破提出新方向;證實了南嶺成礦帶「五層樓+地下室」的找礦模式並發現厚大礦體,戰略指導意義重大;在廬樅火山巖鐵硫礦集區發現深部正長巖鈾元素富集帶,為深部找鈾、重新認識火山巖型成礦體系和建立成礦模式提供重要線索;發現並圈出北方巨型的稀土元素地球化學異常塊體,指示了超大型礦床的突破空間位置;穿透大慶盆地在含油的白堊紀盆地之下發現殘存的沉積盆地,為「大慶之下找大慶」提供戰略依據……
原始創新,解決懸而未決重大科學問題
原始創新是衡量科研質量的關鍵指標。
5年間,專項的許多創新,解決了我國大陸地殼與巖石圈構造長期懸而未決的一些重大科學問題讓全世界地球科學家著迷的問題。
首次獲得的青藏高原莫霍反射界面,證實青藏高原腹地的地殼厚度為60~65 公裡,比原來估計的厚度要淺;而揭示出的東北巖石圈東部古太平洋(601099,股吧)板塊向西、西部鄂霍茨克洋向東的雙向相對俯衝的結構,則首次為松遼盆地大地構造背景和演化,提供了全新的深部科學依據。
四川盆地發現的揚子克拉通內部的古俯衝帶,將現今地殼結構時間記錄延伸到元古代;而華南雪峰山中地殼發現的連續強弧形反射層,可能揭示了更古老的隱伏造山帶。
西秦嶺造山帶下地殼和莫霍面疊置的縮短結構,挑戰了青藏高原東北緣物質逃逸的「下地殼隧道流」模式;而華北深地震反射剖面,則揭露了板塊匯聚、大陸地殼增生的深部過程。
大地電磁觀測發現鄂爾多斯(600295,股吧)巖石圈異常導電性結構,為研究正在破壞的華北克拉通演化機理提供了重要依據。而首次發現我國楚雄-蘭坪盆地白堊紀/古新紀界面銥異常,則可能提供小行星撞擊證據。
根據大陸科學鑽探發現的深部地幔物質,提出了金剛石成因分類的第三種類型蛇綠巖型金剛石;而流動體系高溫高壓流體與巖石反應動力學實驗,則揭示了中地殼出現高導—低速層的可能成因……
這些地球科學的重大發現和重要認識,凝結成了500多篇見諸眾多重要期刊的論文。這其中,包括150多篇SCI論文和30多篇EI論文。
嚴管與開放並舉,地殼探測工程只待東風
如果缺乏有效的管理,很難想像專項這個容納了近萬人的「龐然大物」能夠有條不紊地運作。
毫無疑問,「大科學計劃」管理運行模式,是深探專項貢獻給中國科技界的又一筆寶貴財富。
據介紹,專項以國家目標為先,按「頂層設計、高端綜合」的原則部署分項目,目標落實自上而下、逐層分解,採取技術先導、多學科合作的技術途徑,實現了多部門合作、分級管理,做到了科學探測與科學普及並行,集中探測、數據共享。
「國內平臺、國際合作」開放的模式,推動著深探專項走向國際舞臺。
通過在美國地球物理學會年會、國際地質大會、歐洲地球科學聯盟大會等國際平臺的交流,通過與國際主要地球探測計劃和機構合作,深探專項已經成為目前世界上規模最大的地球深部多學科聯合探測的科學活動之一,多名國際頂級科學家擔任專項的科學顧問。聯合國教科文組織、國際地科聯、國際巖石圈計劃、國際地學計劃、國際大陸科學鑽探計劃、美國科學基金委、美國地震學聯合會、美國地球探測計劃、美國地質學會等國際組織的負責人先後專訪深部專項。2011年11月,深探專項發起的國際巖石圈深部探測研討會在北京成功召開,發達國家國際深部探測計劃的首席科學家悉數出席,充分展示著,在深部探測研究領域,中國「與世界同行」。
(責任編輯: HN666)