開局“十四五” 地球物理學的科技創(chuàng)新
——訪中國科學院院士滕吉文

◎網(wǎng)信軍民融合編輯部 王躋霖 孫 璞

滕吉文院士是我國地球物理學家，長期從事巖石圈物理學研究，曾主持青藏高原、攀西構(gòu)造帶、華北及陸緣、華南地區(qū)、西北造山帶與沉積盆地等多項國家和省部級重大與重點研究項目及國際合作項目，并均取得一批高水平的研究成果，他與同仁們攜手合作為我國巖石圈物理與動力學研究領(lǐng)域的開辟和發(fā)展作出了杰出貢獻?！毒W(wǎng)信軍民融合》雜志對滕吉文院士進行了專訪，請他就地球物理學研究與實踐、技術(shù)與創(chuàng)新、人才與涌現(xiàn)等問題分享他的深刻見解和系列成果。

問：您是首批對青藏高原進行地球物理系統(tǒng)觀測和研究的科學家，首次獲得了第一手科研數(shù)據(jù)，您曾說這是您科研歷程中最艱苦與艱難的一段，可以給我們講講其中印象比較深刻的故事嗎，以及是怎樣克服種種困難，使這項探測工程取得成功的？

滕吉文：青藏高原是構(gòu)造最復雜的高原，也是各個國家都非常重視的科考探索園地，但對于地球物理來講，青藏高原地區(qū)是沒有任何先前的研究經(jīng)驗的，是一片未被開墾的“處女地”。1975年，我被任命為地球物理學的首席，其實很擔心自己是否能勝任。在做了大量功課后，我設(shè)想了我們需要解決的幾個科學問題。

中國科學院院士滕吉文

第一個問題就是青藏高原為什么這么高？當時美國科學家Holmes認為青藏高原之所以這么高，是由兩個地殼疊加而成。為了驗證這一問題，我們利用人工爆炸的方法進行研究，打算利用60噸TNT炸藥在青藏高原進行水下爆炸實驗。為了安全運輸這些炸藥，成都軍區(qū)給了我們一個汽車連，由指導員和連長進行押車，將60噸TNT運到青藏高原并安全存放。由于大批量炸藥在湖中進行爆炸是非常危險的，西藏軍區(qū)作戰(zhàn)部還特意安排了一個舟橋連、一個工兵排、一個通訊班，為我們提供支持。

我們的第一次實驗是選擇在羊卓雍措湖進行3噸TNT炸藥的爆炸，當時現(xiàn)場一共18個部門參與，共有228人。當舟橋部隊將炸藥投入湖心時，卻發(fā)現(xiàn)炸藥受到了湖中巨石的阻礙導致無法下沉。為了排除這一障礙，當時在場的年輕工作人員、工兵、舟橋部隊的戰(zhàn)士等一起跳下湖中進行排障。因為羊卓雍措湖是雪山上流下的冰水，非常刺骨，在水下兩三分鐘就會覺得喘不過氣，需要跳上來喝兩口酒運動一下再下水，就這樣反反復復折騰了好多次，終于將巨石清開，成功爆炸。當時這次實驗成功的消息傳到了北京，時任國務院副總理方毅同志親自給我們打電話進行了表揚。

通過這些實驗所獲得的第一手數(shù)據(jù)，我們否定了Holmes所提出的兩個地殼疊加的結(jié)論，認為青藏高原是一個有序的成層地殼，首次發(fā)現(xiàn)并建立了高原地域的殼、幔速度結(jié)構(gòu)模型，發(fā)現(xiàn)其為一巨厚的地殼與相對薄的巖石圈，并提出了殼幔邊界第一個P波速度為8.1±0.1km/s的證據(jù)。這是印度次大陸板塊與歐亞大陸板塊，即兩陸-陸板塊碰撞的結(jié)果。

美國曾有兩位物理學家，即艾瑞和普拉特以喜馬拉雅山系為典型提出了“地殼重力均衡學說”，認為喜馬拉雅山脈隆起時重力已達均衡，通俗來講就是山有多高，山在下面的根就有多深。但通過我們多次觀測和反演，證實了喜馬拉雅地區(qū)并沒有深根，從加德滿都開始，它的重力均衡異常是+120毫伽；一路向北直到雅魯藏布江，均衡重力異常才趨近于零，達到均衡，我們也證明了：認為喜馬拉雅山系地帶地殼已達均衡的認識是不對的。

第二個問題是喜馬拉雅這么高，地球內(nèi)部物質(zhì)是如何運動的？我們通過人工爆炸、天然地震波來研究地球內(nèi)部，利用物理場中的重力場、磁力場、電磁波感應場等來研究高原地球內(nèi)部物質(zhì)運動和動力學響應；發(fā)現(xiàn)雅魯藏布江為一條強磁場均分布帶，布格異常為高值區(qū)，證實了大陸的漂移，提出了兩陸—陸板塊碰撞的時序。又比如喜馬拉雅地區(qū)地表有很多奇特的噴泉，溫度非常高，但對于我們研究物理的人來講，地表高溫只是一個派生現(xiàn)象，而不是本質(zhì)，因此，我們開始展開研究，在湖中進行大地熱流值測量。根據(jù)我們的測量，喜馬拉雅地區(qū)的熱流值遠遠超過世界上的平均值60mw/m2，且在羊卓雍湖竟高達146mw/m2。

總的來講，我們研究工作能夠順利開展其實是與部隊大力支持分不開的，部隊是不收一分錢的，但卻對我們的科學研究、工作和生活給予了相當大的支持。比如，我剛才提到的運輸炸藥，還有吃飯也都是靠部隊提供給油、鹽、菜和糧食；在我們沒有地形圖時也是靠部隊提供。可以說科學本身不是輕而易舉的，科學研究既要有黨和國家支持的環(huán)境，同時也要有為事業(yè)獻身的精神。

問：近年來，中美之間的貿(mào)易戰(zhàn)引發(fā)了科技戰(zhàn)，那么在地球物理這一領(lǐng)域，是否存在卡脖子的現(xiàn)象？

滕吉文：在剛解放時，外國對我們進行封鎖，各行各業(yè)都要自力更生，因此我們開始便是仿造和自主研發(fā)。改革開放后，因為國家經(jīng)濟條件變好，開始大量引進和購買外國設(shè)備，但也因此忽略了自己儀器制造業(yè)的發(fā)展，可以說所使用的儀器設(shè)備90%以上的儀器都需要依靠國外進口。

比如重力儀，當前重力儀用途非常廣泛，可以應用于地震災害、礦產(chǎn)、軍事等各個領(lǐng)域，但地面的重力儀已難以滿足要求，航空重力梯度儀開始進入人們的視野。重力梯度儀精度很高，用途也更加廣泛，比如當前潛水艇隱身技術(shù)的發(fā)展，使得我們很難再使用聲納來探測其運動情況，而可以利用航空重力梯度儀，通過反演重力場的異常變化程度大小來探測，以發(fā)現(xiàn)它的存在及運動。

可是這種儀器只有美國和澳大利亞有產(chǎn)品，美國在高精度儀器上對我們進行嚴格封鎖。我曾與澳大利亞有關(guān)方面聯(lián)系，得到的答復是：滕教授，在這個問題上，我們不可能進行合作，如果你們需要的話，我們可以派人和儀器到你們國家進行測量，通過反演計算后把結(jié)果給你們。這也就是說：我們連過程都無法得知。

對地球物理學我可借用白居易長恨歌詩詞中的兩句詞來形象描述，就是“上窮碧落下黃泉，兩處茫茫皆不見”。因為地球物理研究的對象在地球深處是看不見的，只能靠儀器觀測，數(shù)據(jù)采集和大型計算機計算來進一步認識和理解地球內(nèi)部，刻畫介質(zhì)物理屬性和精細結(jié)構(gòu)。因此高精度儀器問題對我們的工作影響是非常大的。

滕吉文院士接受本刊專訪

還有當前自然資源的問題。大家普遍對汽油的價格很敏感，但其實我國礦產(chǎn)資源面臨的問題比這還緊張。先前我們進口澳大利亞鐵礦石的價格是50美元一噸，貿(mào)易戰(zhàn)后價格已漲到了230美元一噸，但我們沒有其他選擇。再比如我國鋁礦進口量是55%、銅進口量是70%、鉀鹽進口量是80%、石油進口量已達71%，我們國家是世界上第三產(chǎn)金大國，但我們的進口量卻是53%，可以看出我們國家在發(fā)展的進程中礦產(chǎn)資源是非常緊張的。

解放后的早期我們的找礦勘探的指南是在由地表到500米深度之內(nèi)發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)資源，可是這一深度空間的礦產(chǎn)資源已很少了，可以找到的基本上已被發(fā)現(xiàn)，我基于基礎(chǔ)研究與理解，為了解決資源問題，2006年，在地科院的一次會議上我提出要在第二深度空間尋找金屬礦產(chǎn)資源，因為礦產(chǎn)資源的形成、演化和存儲、運動是在地球深處進行的。這便要求探測深度要達到5000米，在3000米內(nèi)取得高分辨率信息，以保證在500-2000米之內(nèi)發(fā)現(xiàn)大型和超大型金屬礦層。2007年，我在中石化的一次學術(shù)年會上提出石油，天然氣要向地球深部空間發(fā)展，必須突破5000米，到1萬米的深度空間去尋找油氣資源。

但想要在第二深度空間尋找資源和能源也并非易事，我們目前儀器的分辨率尚難滿足，難以實現(xiàn)我們向第二深度空間要資源的理念。因此這便要求我們必須盡快研發(fā)新一代高精度的儀器設(shè)備，以保證國家的戰(zhàn)略要求。

問：在您看來，我們可以從哪幾個方面突破這些卡脖子技術(shù)呢？

滕吉文：例如重力梯度儀，從原理上講，其實大學的物理課本就已講到，大家普遍也都可以掌握，甚至很多高中生也都懂得。但為什么我們還是沒有成功制造出高精度的重力梯度儀器呢？主要原因就在于這種高精尖技術(shù)的工藝和材料，這些細節(jié)是我們尚難完全實現(xiàn)的，即尚缺少的是大工匠和對基礎(chǔ)理論的深刻理解。

在中，低檔儀器中，中國不但可以生產(chǎn)，而且可以實現(xiàn)全球領(lǐng)先。但在高精度儀器上，我們相差甚遠。想要達到國際先進水平，仍然需要腳踏實地的奮進，靠的是長期積累，而不是熬幾個通宵的臨時突擊。

問：可以說地球物理學的很多研究成果，既可以應用于軍事領(lǐng)域又可用于國民經(jīng)濟建設(shè)，那么您認為這一領(lǐng)域有什么可以影響軍事格局和未來發(fā)展方向呢？

滕吉文：比如剛才所說的能源的問題，氦-3被科學家們稱為“完美能源”，既環(huán)保又安全。按照目前的能源需求，美國每年只需要9噸氦-3，我們國家需要2噸，但月球表面卻存在著大量，估計儲量有500萬噸。至少在短期內(nèi)我們還不能獲很難實現(xiàn)這樣的技術(shù)，即在月球上獲取氦-3并運到地球上來供地球人實現(xiàn)應用，但太空仍然是我們重要的后備基地。在世界上，地球物理學與軍事方面的共融情況是很多的。因此，是否可以實現(xiàn)地球物理在軍事方面應用的問題，仍然有待軍地共同努力深化研究和共融。

問：《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標的建議》把堅持系統(tǒng)觀念列為“十四五”時期經(jīng)濟社會發(fā)展必須遵循的原則，可見國家對系統(tǒng)觀念的重視，那么在地球物理領(lǐng)域，系統(tǒng)觀念主要體現(xiàn)在哪些方面呢？

滕吉文：其實人類對于世界的了解還是非常少的，目前為止我們了解到的自然界和地球信息可能不超過5%，絕大部分依然是未知的。因此我們存在一個客觀問題：任何事物的本體其實是包羅萬象的，但由于我們把問題都拆解的過細，因此對事務的思考和認識都具有局限性。

滕吉文院士

比如自然礦產(chǎn)的成因、高精度儀器的研制，其實都是系統(tǒng)問題，需要我們從多元要素綜合思考問題，去認識、理解更多自然現(xiàn)象。而系統(tǒng)工程的優(yōu)勢就在于從立體、全面的角度去認識現(xiàn)象，通過戰(zhàn)略性布局進行整體推進，因此我們需要堅持系統(tǒng)觀念來推進黨和國家的各項事業(yè)發(fā)展。

在地球物理這一學科中，我們也專門設(shè)立了一個領(lǐng)域或者說是一門課程，即《綜合地球物理學》，這就是從系統(tǒng)論的角度出發(fā)，通過多元學科交叉，集成地球物理場的信息，去綜合研究探索地球物理學中的科學難題以達逼近的解譯。

問：科技競爭說到底就是人才的競爭，人才可以說成為了科技發(fā)展的最重要因素之一，您對于人才培養(yǎng)方面有哪些看法呢？

滕吉文：世界上第一個科學技術(shù)中心源于十四五世紀的意大利，因為意大利那時具有的寬松的環(huán)境，使之出現(xiàn)了一大批科學家、音樂家和畫家等。隨后在中世紀第一次文藝復興時期，歐洲出現(xiàn)了一批卓有成就的人才，比如居里夫人、牛頓、愛因斯坦，他們使得中世紀歐洲的工業(yè)和科學界非常發(fā)達。在第二次世界大戰(zhàn)前后，科學優(yōu)勢轉(zhuǎn)移到了美國，并一直保持到了今天，由于美國開放的文化，使得全世界各國很多精英仍集聚在美國。

人才和儀器這兩個因素，可以說是我們地球物理學科發(fā)展的靈魂。我在國科大給研究生講了27年的課，主要的目的就是培養(yǎng)一批人才。我們無法要求每個人都成為科學家，但不可否認，在這些年輕人中一定會有杰出的優(yōu)秀人才涌現(xiàn)，他們的出現(xiàn)可能就意味著一個新儀器的誕生、一個新物理量參數(shù)的測量、一個物理量精度的提高，更為重要的則是意味著這門學科領(lǐng)域的發(fā)展以及新興學科領(lǐng)域的開辟。因此人才培養(yǎng)是非常重要的。當今在高，新科技方面，我國受到影響，卡脖子的事是不少的，為此要建成一個世界科技強國，國家的戰(zhàn)略需要有更多的將才，帥才，即勇于擔當，奮力創(chuàng)造未來的人才。