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俠客島:一則沒太引起關注的新聞 很值得解讀

文章來源:邯鄲新聞在線 作者:新聞小編
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發布時間:2018-06-07 23:47:00

 

  前天,《人民日報》上有一則消息:“地殼一號”萬米鉆機成功首秀,完鉆井深創出新紀錄。

  這個消息的加長版就是,5月末,在中國東北部黑龍江松遼盆地的黑土地上,“地殼一號”鉆機歷時4年多艱苦鉆探,終于完成了松遼盆地資源與環境深部鉆探工程(簡稱“松科二井”)最后環節。

  聽上去,這似乎是個很專業又冷僻的新聞。但在島叔看來,這是對中國乃至世界都意味深遠的一件事。

  意義

  簡單來說,這次的新聞,就是中國在松遼盆地上鉆了一個非常非常深的井。

  有多深?7018米,7公里多。這是亞洲國家大陸科學鉆井的新紀錄。用新聞里的話說,這標志著我國在“向地球深部進軍”的路上取得了新的重大突破。

  說實話,跟地球的厚度比起來,這個深度并不算什么。地球半徑6300多公里,地殼平均厚度也有38千米。但就是這7000多米,足足鉆了4年多,歷盡千辛萬苦。

  聽起來7018米好像不太多?但其實已經是非常厲害了——在目前人類的水平里,往地底下這種科學鉆井,目前比中國更深的只有兩個國家:一個是已經解體的前蘇聯,一個是德國。

  我們的島友可以想象一下,你拿一個特別長的竹竿,往水里鉆,是一個什么效果呢?肯定是越往下越難。在地底的高溫高壓條件下,僅僅從工程學的角度講,鉆深井也是一個相當高難度的工作,需要材料、機械性能、整體科技條件都配套才可能實現。

  那么,為什么要打這個深鉆呢?研究地球物理的島友Virelay給島叔打了一個生動的比方。

  普通人生病了,要去醫院檢查身體,現在最精密的差不多就是核磁共振了。人躺到儀器上,核磁共振儀就會把身體各個層面的剖面顯示到屏幕上,醫生得以觀察人體內的變化信息,很準確。

  但是到目前為止,人類對地球的探測掃描還有大量的未知領域。中國之所以投入大量的資金,作深部精確的探測,就是要知道哪個深度哪個部位,有哪些東西。

  用中國地質科學院地球深部探測中心首席科學家董樹文的話來說,越來越多的證據表明,地球表層看到的現象,根子在深部,不了解深部,就無法理解地球系統。

  鉆了深井,之后可以展開的科研和實際意義就多了。

  科研

  此次深井的鉆探地選在了松遼盆地。為什么呢?

  我們知道,松遼盆地是中國最主要的含油氣盆地。從地學上講,這里是當今世界最大的典型陸相沉積盆地之一,保存著白堊紀最完整最連續的陸相地層。

  地球誕生到現在46億多年,每一個地史階段都是周期性的。白堊紀距今6500萬年到1.45億年,就是恐龍生活和滅絕的時代。作為中生代的一個典型,當時是典型的溫室氣候,對于面臨溫室氣體排放逐年增高、不斷擔心氣候變化的現代人來說,研究白堊紀的地學、氣候狀態,其實是非常有現實意義的。

  同樣,這樣的科研成果還可以用在能源探測、防災減災等許多領域。

  董樹文舉例說,深部物質與能量交換的過程,引起了地球表面的地貌變化、剝蝕和沉積作用,以及地震、滑坡等自然災害;對地球深部的探索,就有助于我們了解化石能源或地熱資源等如何分布,理解成山、成盆、成巖、成礦和成災等過程是如何形成的。

  知其然知其所以然,揭開地球深部結構與物質組成的奧秘,就會為解決能源礦產資源可持續供應、提升災害預警能力提供深部數據基礎。

  原理

  那么,研究的原理是什么呢?

  簡單來說,就是這口深井打下去,取出完整的巖芯,再對巖芯進行研究。

  利用獲得的巖芯,中國科學家們可以在國際上,首次實現對白堊紀最完整、最連續陸相地層的“厘米級高分辨率”精細刻畫。

  這個巖芯是個龐然大物,總長有4100多米。同樣,在地下的固態巖芯可能最高達到300度左右的高溫,這就需要各種技術,讓鉆頭不過熱、不出故障。同樣,要讓讓巖芯完整、原狀出筒,也很需要技術。這方面,“松科二井”的科學團隊下了不少功夫。

  Virelay告訴島叔,在對地球深部進行這樣的直接探測之前,人類對地下的了解是間接性的,好多都是推測性的。比如,我們過去的一個主要計算方法就是地震波,根據哪個地方發生過地震,通過地震儀計算的波形,計算出地底下大概有什么東西。

  他說,以前我們總是推測地殼、上下地幔在哪兒,地下有哪些隱伏的深度斷裂,全靠推測。而這次鉆探之后,可以直接驗證和認識,不必再用間接的手段去“猜”,準確度就更高了。

“松科二井”深鉆成果,初步繪制的松遼盆地深部能源資源地層分布示意圖“松科二井”深鉆成果,初步繪制的松遼盆地深部能源資源地層分布示意圖

  技術

  工欲善其事,必先利其器。地球深部探測的順利實施和取得的成就,離不開深探裝備的進步。

  這些年來,中國在購置一批國際領先深探設備的同時,加大自主研制力度,在關鍵技術裝備領域取得突破。

  在這方面,居功至偉的是已經逝世的黃大年教授。

  生前,黃大年教授與同行密切合作,帶領團隊夙興夜寐,孜孜不倦,研發出大功率、高效率、高精度和高性能的地震勘探系統、電磁勘探系統、無人機探測系統、超深鉆探裝備和深探軟件平臺等大型探測儀器裝備,為這次中國的地球深探事業做出了卓越貢獻。

  成果也是個大家伙:這次的“地殼一號”萬米大陸科學鉆機,高60米,總重量達1500多噸,占地1萬多平方米,鉆進能力達到1萬米。光研制就花了四年,攻克了一系列技術難題,讓中國成為繼俄羅斯、德國后,世界上第三個掌握地下萬米鉆探技術的國家。

  值得一提的是,據島友Virelay了解,這次鉆機的鉆頭、鉆桿、新方法新材料的應用,有一些已經獲得了專利,證明這些關鍵設備已經國產化。他笑稱,“這東西國外就是有也不會給你,核心技術必須得靠自己”。

2014年8月8日,黃大年在松遼盆地大陸科學鉆探2號井2014年8月8日,黃大年在松遼盆地大陸科學鉆探2號井

  向地心進發

  其實,經常看新聞的島友會有一個感受:這些年,中國在深空、深海、深地探測層面都在不斷發力。

  那么,這些距離普通人可能有點“遠”的,看上去像是“黑科技”的東西,對我們普通人來說究竟意味著什么呢?

  這就像當年網上流傳的NASA寫給一位普通民眾的信:人類為什么要登月、要研究宇宙和太空呢?畢竟這些重大科研項目,資金人力物力投入都很高,周期又很長,為什么不把這些錢拿來做一些立竿見影、解決實際問題的事呢?

  風物長宜放眼量。上個世紀美國的登月工程也是耗費了大量的人財物。但事實上,今天我們生活中司空見慣的計算機、硬盤、互聯網等劃時代的技術,都是在“太空計劃”這樣的大工程中逐漸發展起來的。

  拿這次深部探測來說,我們的材料、工程、技術、理論都會有相應長足的進步,這些影響可能一時半會兒看不出,但長遠來看意義非凡。同樣,從國家戰略的角度來說,深空、深海、深地,也意味著國家戰略能力的提高。

  其實上世紀90年代,國際上曾有一個大洋深海鉆探的計劃,中國也是成員之一。前面說了,陸地的地殼厚度38千米左右,洋殼薄一些,平均厚度十幾公里。所以,當時的科學家就想,陸殼打不穿,能不能打穿洋殼?

  可惜,最后這個計劃投入的資金越來越多,遠超科學家和各國預算,后來就無疾而終了。

  但是在我們經濟實力突飛猛進的今天,中國已經有能力獨立自主地去進行這項研究。這樣,核心技術、專利成果就都掌握在自己的手上,這也標志著大國的地位。

  有一個科幻小說家大家都知道,凡爾納。生于190年前的凡爾納極其了不起,寫過許多家喻戶曉的作品,比如《海底兩萬里》《月球游記》,他也寫過《地心游記》。

  有趣的是,美國人后來真的造出了凡爾納筆下的“鸚鵡螺號”,也就是實現了當年幻想中的“潛艇”;人類也真的像他寫的一樣登上了月球。現在,我們又要像他說的那樣,向地心進發了。

  從這個意義上講,幻想,引領著人類突圍;也正是這些無窮無盡的未知,引領著一代又一代的科學家向未來進發。

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