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一则没太引起关注的新闻,很值得解读

(原标题:一则没太引起关注的新闻,很值得解读)

前天,《人民日报》上有一则消息:“地壳一号”万米钻机成功首秀,完钻井深创出新纪录。

这个消息的加长版就是,5月末,在中国东北部黑龙江松辽盆地的黑土地上,“地壳一号”钻机历时4年多艰苦钻探,终于完成了松辽盆地资源与环境深部钻探工程(简称“松科二井”)最后环节。

听上去,这似乎是个很专业又冷僻的新闻。但在岛叔看来,这是对中国乃至世界都意味深远的一件事。

意义

简单来说,这次的新闻,就是中国在松辽盆地上钻了一个非常非常深的井。

有多深?7018米,7公里多。这是亚洲国家大陆科学钻井的新纪录。用新闻里的话说,这标志着我国在“向地球深部进军”的路上取得了新的重大突破。

说实话,跟地球的厚度比起来,这个深度并不算什么。地球半径6300多公里,地壳平均厚度也有38千米。但就是这7000多米,足足钻了4年多,历尽千辛万苦。

听起来7018米好像不太多?但其实已经是非常厉害了——在目前人类的水平里,往地底下这种科学钻井,目前比中国更深的只有两个国家:一个是已经解体的前苏联,一个是德国。

我们的岛友可以想象一下,你拿一个特别长的竹竿,往水里钻,是一个什么效果呢?肯定是越往下越难。在地底的高温高压条件下,仅仅从工程学的角度讲,钻深井也是一个相当高难度的工作,需要材料、机械性能、整体科技条件都配套才可能实现。

那么,为什么要打这个深钻呢?研究地球物理的岛友Virelay给岛叔打了一个生动的比方。

普通人生病了,要去医院检查身体,现在最精密的差不多就是核磁共振了。人躺到仪器上,核磁共振仪就会把身体各个层面的剖面显示到屏幕上,医生得以观察人体内的变化信息,很准确。

但是到目前为止,人类对地球的探测扫描还有大量的未知领域。中国之所以投入大量的资金,作深部精确的探测,就是要知道哪个深度哪个部位,有哪些东西。

用中国地质科学院地球深部探测中心首席科学家董树文的话来说,越来越多的证据表明,地球表层看到的现象,根子在深部,不了解深部,就无法理解地球系统。

钻了深井,之后可以展开的科研和实际意义就多了。

科研

此次深井的钻探地选在了松辽盆地。为什么呢?

我们知道,松辽盆地是中国最主要的含油气盆地。从地学上讲,这里是当今世界最大的典型陆相沉积盆地之一,保存着白垩纪最完整最连续的陆相地层。

地球诞生到现在46亿多年,每一个地史阶段都是周期性的。白垩纪距今6500万年到1.45亿年,就是恐龙生活和灭绝的时代。作为中生代的一个典型,当时是典型的温室气候,对于面临温室气体排放逐年增高、不断担心气候变化的现代人来说,研究白垩纪的地学、气候状态,其实是非常有现实意义的。

同样,这样的科研成果还可以用在能源探测、防灾减灾等许多领域。

董树文举例说,深部物质与能量交换的过程,引起了地球表面的地貌变化、剥蚀和沉积作用,以及地震、滑坡等自然灾害;对地球深部的探索,就有助于我们了解化石能源或地热资源等如何分布,理解成山、成盆、成岩、成矿和成灾等过程是如何形成的。

知其然知其所以然,揭开地球深部结构与物质组成的奥秘,就会为解决能源矿产资源可持续供应、提升灾害预警能力提供深部数据基础。

原理

那么,研究的原理是什么呢?

简单来说,就是这口深井打下去,取出完整的岩芯,再对岩芯进行研究。

利用获得的岩芯,中国科学家们可以在国际上,首次实现对白垩纪最完整、最连续陆相地层的“厘米级高分辨率”精细刻画。

这个岩芯是个庞然大物,总长有4100多米。同样,在地下的固态岩芯可能最高达到300度左右的高温,这就需要各种技术,让钻头不过热、不出故障。同样,要让让岩芯完整、原状出筒,也很需要技术。这方面,“松科二井”的科学团队下了不少功夫。

Virelay告诉岛叔,在对地球深部进行这样的直接探测之前,人类对地下的了解是间接性的,好多都是推测性的。比如,我们过去的一个主要计算方法就是地震波,根据哪个地方发生过地震,通过地震仪计算的波形,计算出地底下大概有什么东西。

他说,以前我们总是推测地壳、上下地幔在哪儿,地下有哪些隐伏的深度断裂,全靠推测。而这次钻探之后,可以直接验证和认识,不必再用间接的手段去“猜”,准确度就更高了。

“松科二井”深钻成果,初步绘制的松辽盆地深部能源资源地层分布示意图

技术

工欲善其事,必先利其器。地球深部探测的顺利实施和取得的成就,离不开深探装备的进步。

这些年来,中国在购置一批国际领先深探设备的同时,加大自主研制力度,在关键技术装备领域取得突破。

在这方面,居功至伟的是已经逝世的黄大年教授。

生前,黄大年教授与同行密切合作,带领团队夙兴夜寐,孜孜不倦,研发出大功率、高效率、高精度和高性能的地震勘探系统、电磁勘探系统、无人机探测系统、超深钻探装备和深探软件平台等大型探测仪器装备,为这次中国的地球深探事业做出了卓越贡献。

成果也是个大家伙:这次的“地壳一号”万米大陆科学钻机,高60米,总重量达1500多吨,占地1万多平方米,钻进能力达到1万米。光研制就花了四年,攻克了一系列技术难题,让中国成为继俄罗斯、德国后,世界上第三个掌握地下万米钻探技术的国家。

值得一提的是,据岛友Virelay了解,这次钻机的钻头、钻杆、新方法新材料的应用,有一些已经获得了专利,证明这些关键设备已经国产化。他笑称,“这东西国外就是有也不会给你,核心技术必须得靠自己”。

2014年8月8日,黄大年在松辽盆地大陆科学钻探2号井

向地心进发

其实,经常看新闻的岛友会有一个感受:这些年,中国在深空、深海、深地探测层面都在不断发力。

那么,这些距离普通人可能有点“远”的,看上去像是“黑科技”的东西,对我们普通人来说究竟意味着什么呢?


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