中国第一井入地5158米 曾捕获印尼地震信息

　　昨天（4月18日）,中国大陆科学钻探工程在江苏省连云港市东海县举行竣工典礼。经过近4年努力,中国大陆科学钻探工程“科钻一井”在东海县毛北村成功深入地下5158米,并在此基础上取得了一系列科研成果,这标志着我国“入地”计划获得重大突破。

　　上天、入地、下海,是人类自古以来的三大梦想。经过数千年的不懈努力,特别是随着现代科技的飞速发展, “上九天揽月,下五洋捉鳖”已经成为现实。然而比起上天下海,人类 却对自己生活的地球内部所知甚少。

　　中国大陆科学钻探工程首席科学家许志琴说,地球为人类提供了丰富的资源,也给人类带来了深重的灾害。每年,地震、火山喷发、泥石流,都造成了巨大的财产损失和人员伤亡。人类迫切希望了解地球、预测灾害。

　　2001年6月25日,中国大陆科学钻探工程开钻,经过近4年的奋斗,科钻一井的钻井终孔深度达到5158米,超额完成了既定的钻进目标。这不仅是我国有史以来最深的科学钻井,也是当前正在实施的国际大陆科学钻探计划20多个项目中最深的科学钻井。

　　“伸入地球内部的望远镜”

　　我们脚下的地球内部结构到底是什么样子?是液态还是固态?是热还是冷?地下岩石中是否有生命存在?如果有,是什么种类?生命的极限深度到底有多深?地震、火山等发生的真正原因是什么?千百年来,人们根据地表及近地表的地质研究成果以及地球物理等间接方法提出了一系列学说,也一直幻想着各种可以直接入地进行观察观测的方案。但是由于坚硬岩石的阻隔,人类对地球内部的直接观察困难重重。到目前为止,人们对地球内部的认识大多是通过地球物理等间接的方法获得的,这种地表地球物理遥测只能获得近地表的构造影像,对地球深部的推测则存在许多不确定性与“多解性”。

　　人们要对地球奥秘进行探索,就必须深入到地球内部,获取深部的样品及各种信息,科学钻探是人类目前获得地球内部信息最直接有效的途径。通过数千米甚至上万米的大陆科学钻探,科学家可以揭示大陆地壳的物质组成与结构构造,校正地球物理方法对地球深部的遥测结果,探索地球深部流体系统、地热结构,监测地震活动,揭示地震发生规律,研究全球气候变化及环境变迁,探索地下微生物的分布及潜育条件,预防环境及地下水污染,有效处理核废料,长期观察地球变化等等,可以解决一系列重大基础科学问题。因此,大陆科学钻探工程被形象地誉为“伸入地球内部的望远镜”,是“入地”之门的钥匙。

　　早在上世纪80年代,我国地学界的科学家和工程技术专家就提出,应采用科学钻探的方法进行地学研究,并开始进行前期的资料搜集和信息研究工作。

　　1991年,原地质矿产部正式开始进行中国大陆科学钻探的前期研究,包括通过地质和地球物理调查进行钻孔地点选择以及进行工程技术方面的准备。

　　1995年初原地质矿产部以 “中国第一口大陆科学钻井的实施与科学研究”(后改名为“中国大陆科学钻探工程”)申报国家重大科学工程项目。最初由国家科委,后来由国家计委组织了反复论证。1999年9月27日,原国家计委批准了中国大陆科学钻探工程立项建议书,项目正式确立。2001年8月4日,中国大陆科学钻探工程的开工典礼在江苏省东海县正式举行。

　　为何选址江苏东海县?

　　中国大陆科学钻探工程科钻一井为什么要选在江苏省的东海县?

　　进行大陆科学钻探首先要确定好钻井位置。确定钻井位置的因素有多种:它必须位于具有重大、关键的科学意义的地区;它必须服务于人类社会面临的资源、环境及灾害等重大问题;有比较详尽的地质及地球物理研究基础;孔区地层尽可能平缓,能穿越尽量多的层位,无花岗岩干扰;要充分考虑当前的钻探技术水平;位于交通便利,地势相对平坦,通讯方便,利于环境保护,有服务基地的地区。

　　中国大陆科学钻探工程的钻孔位置是经过中外地球科学家对地质、地球物理等资料进行十余年的广泛调查和论证后确定的。原来,江苏省的东海县位于一条世界地学界公认的最大超高压变质带上。经过地质学家们的研究,这一地区的岩石是大陆板块俯冲-碰撞作用的产物,曾经到过地下100公里以上的深度,后来又折返到地表。这些超高压岩石是怎样下插到地下几百公里深处,然后又返回到地球表面? 这对地质学家来说是一个谜,因而引起了国际地学界的高度兴趣及关注,并很快成为地学研究的前沿与热点。在这里可以通过最短距离的钻探获得最深部的地学信息。

　　科学钻探现场西侧附近有著名的郯城庐江断裂,这个断裂附近曾发生过8级以上的地震,科学家们希望通过科学钻探研究地震的发生机制,并且计划在井中安放长期地震观测仪,捕捉地壳深处地震发生的动力学信息,对地震预报做出贡献。此外,东海县及附近地区的经济比较发达,交通与通讯便利,水电供应充足,是大陆钻探的理想场所。

　　在坚硬的结晶岩中钻进5000多米,进行全孔定向连续取心,不仅在我国没有先例,在世界上也属于高难度钻井工程,目前世界上只有极少数国家完成了这样的工程。我国的钻探技术人员在施工科钻一井过程中,克服了重重困难,解决了各种各样的钻探技术难题,完全采用我国自己开发、研制的钻探技术,实现了高难度的钻进目标,取心率达89%,最长岩心达4.25米。

　　生命的形成起源于地下?

　　在昨天的新闻发布会上,许志琴院士简要总结了中国大陆科学钻探工程目前已经取得的创新成果和重大发现。

　　中国大陆科学钻探工程在获得主孔5118.20米珍贵岩心和气流体样品的基础上,按照国际大陆科学钻探编录的科学原则及测试,完成了中国第一井的系列“金柱子”。通过研究,揭示了板块会聚边界深部连续的物质组成、三维结构、流变学、壳幔物质交换、流体组分及地球物理状态。

　　在苏鲁地区三维空间范围普遍发现变质岩锆石中的超高压变质矿物——柯石英,证实了苏鲁地区在地质历史上曾发生板块携带了巨量物质深俯冲到100公里以下地幔深处的壮观地质事件。

　　对超高压岩石原岩的构造背景模式分析,揭示了在7亿至8亿年前,苏鲁地区是一个被动大陆边缘,有重大的裂解事件发生。

　　发现多种可能来自上千公里深地幔的物质组成,开拓了地幔矿物学和动力学的研究新领域。

　　通过实时的地下流体分析,发现来自地下的流体成分变化与地震之间存在着一定的关系。

　　值得一提的是,中美科学家联合采用克隆技术和微生物培养技术,对500米-2000米的岩石和500米-3500米的泥浆进行了系统研究,发现具有特殊性能的细菌,并且已经培养出活体。研究表明,生命可以在地下深处在缺氧、缺水、缺少太阳能的极端环境中生存,并且积极地参加新陈代谢活动。这一系列的重大发现是人类对生物科学的挑战,对地球上生物圈的形成和演化以及和水圈、岩石圈的相互作用提供了第一手的丰富资料。这些研究证明,生命的形成可能起源于地下,这对其它星球上生命的探索具有直接的启示。火星上是否有生命的存在是当今全世界科学家关注的一个热点,我们对地下生命圈的探索能加速对生命的起源和早期演化提供直接的证据。此外,新发现的微生物体内还具有特殊的生物组合,如耐高温的生物酶和蛋白质,这些对生物化学的研究和开发具有实用意义。

　　/苏德辰 王鸿良

　　揭秘　深井内捕获苏门答腊大地震信息

　　2004年12月26日8时许,正在江苏省东海县毛北村中国大陆科学钻探工程“科钻一井”进行观测的科研人员发现,地下4900米处的流体中氩和氦含量突然发生变化。

　　1小时后,4700公里外的苏门答腊发生9.3级地震。

　　“我们捕获了苏门答腊9.3级地震信息!”中国大陆科学钻探工程首席科学家、中国科学院院士许志琴兴奋地告诉记者,“这证明,利用大陆科学钻探深井完全可以检测地震的远程和近程效应,从而为地震预报提供准确的数据,也将为长期观测提供必要的科学依据。”

　　据许志琴介绍,这次中国大陆科学钻探工程成效显著,除了成功捕获苏门答腊9.3级地震信息外,还发现了来自地球上千公里深处的地幔物质。这种“自然铁-方铁矿-磁铁矿”组合物质携带着神秘的深地幔信息,开拓了地幔矿物学和动力学的研究领域。

　　“生命的极限是什么?中国大陆科学钻探工程的发现,令科学界大吃一惊。我们在地下3910米的极端条件下发现了大量微生物,这里高温、高压、缺氧、贫营养,早已超越了人们常识中的生存极限。”据许志琴介绍,科研人员在65摄氏度、压氧的人工环境中,将来自地下深处的微生物活体成功培养为一株兼性厌氧菌,从而发现了新的细菌家庭DNA基因。

　　“地下深井是没有地面人类活动干扰的特殊空间,是进行现代地壳作用长期综合观测和研究的绝好实验室。可以获取来自地球内部的真实信息,为深入了解地球、预防灾害和治理环境提供极其珍贵的科学数据,是任何地表观测也无法代替的。”

　　许志琴表示,科学家将在“科钻一井”主孔处建立长期观测站,进一步获取来自地球内部的信息;同时,正在计划利用这次大陆科学钻探工程技术,在我国塔里木和环渤海湾分别实施8000米到10000米超深钻计划,穿过中新生代和古生代含油(气)沉积地层,直达古老的变质基底。

　　文/新华社记者 张晓松　

　　链接 国际大陆科学钻探

　　20世纪70年代开始,前苏联等国家相继开始进行大陆科学钻探。前苏联制定了庞大的科学深钻计划,实施了近11口深孔和超深孔,其中的科拉超深钻孔深达12262米,为当今世界最深的超深孔,并已成为世界第一个深部实验室(观测站)。德国实施了举世闻名的KTB计划,成功地在华力西缝合带的结晶地块中钻出了一口9101米的超深孔。上个世纪的最后二三十年,在全球各大洋和大陆实施的科学钻井上千口,获取了几十万米岩心和大量的观察数据。

　　前苏联科拉半岛超深钻井钻至9000米附近发现了富含金的岩石;德国KTB井中发现8000米以下存在大量的含矿热卤水,存在着很强的现代地质作用;格陵兰冰心钻探取样竟意外发现了20万~25万年以前气候变化的信息,包括公元79年意大利火山爆发造成的酸雨痕迹,1815年印度尼西亚坦博拉火山爆发的火山灰,1952年美国第一次氢弹爆炸试验遗留下来的放射性离子尘,1986年前苏联切尔诺贝利核电站泄漏事故飘散的放射性离子尘。乌克兰大陆科学钻探在前寒武纪结晶岩中意外地发现了5个大型储油层。近年超深钻对于揭示古老地壳深部岩石变形机制提供了条件。

　　(苏德辰)