入地，我們能走多遠(yuǎn)

1864年，法國(guó)作家儒勒·凡爾納在其所著的幻小說(shuō)《地心游記》中，描寫(xiě)了一個(gè)有著大海、蘑菇森林和遠(yuǎn)古巨獸的地下世界，表露了人類(lèi)對(duì)地球深部奧秘的揣測(cè)想象與強(qiáng)烈好奇。根據(jù)學(xué)探測(cè)，地球深部蘊(yùn)藏著豐富的油氣和礦產(chǎn)，是支撐人類(lèi)發(fā)展的重要資源庫(kù)。20世紀(jì)70年代起，發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始對(duì)地球深部展開(kāi)探測(cè)，并將其視為前沿技競(jìng)爭(zhēng)的重要陣地。但是，地層深處遍布堅(jiān)硬的巖石，還有高溫高壓的極端環(huán)境，讓入地比登天、下海更難。2008年，我國(guó)啟動(dòng)“地球深部探測(cè)專(zhuān)項(xiàng)”，拉開(kāi)了中國(guó)“入地計(jì)劃”的序幕。歷時(shí)十余年，相關(guān)研究已經(jīng)取得了一系列重大突破。未來(lái)，向地球深部進(jìn)軍將成為我國(guó)保障國(guó)家安全和可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)戰(zhàn)略選擇。那么，地球深部到底蘊(yùn)藏著什么奧秘？

地球深處有“寶藏”

地球有著獨(dú)特的構(gòu)造和物質(zhì)分布，然而人類(lèi)對(duì)它還知之甚少。一直以來(lái)，我們都試圖與地球“對(duì)話(huà)”，希望徹底解開(kāi)這個(gè)有46億年歷史的藍(lán)色星球的奧秘。事實(shí)上，迄今為止，人類(lèi)發(fā)展所需的資源都來(lái)自于地球?，F(xiàn)有的學(xué)研究成果顯示，地下深度2公里以?xún)?nèi)是地下水資源和人類(lèi)可利用的空間;深度5000米到1萬(wàn)米左右則是能源和資源空間，這里有豐富的油氣、礦產(chǎn)和地?zé)豳Y源，而1萬(wàn)米左右也是目前人類(lèi)技可以抵達(dá)的最深處;1萬(wàn)米再往下則是地震、火山爆發(fā)等自然災(zāi)害發(fā)生的空間。對(duì)地球深部的探索，有益于進(jìn)一步解決人類(lèi)發(fā)展的資源和能源需求，且從更長(zhǎng)遠(yuǎn)看，如何預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害、應(yīng)對(duì)全球氣候變暖危機(jī)，也需要從塵封在地下的巖石中去尋找答案。

人類(lèi)的發(fā)展強(qiáng)烈地依賴(lài)于我們對(duì)礦產(chǎn)資源和能源的利用。中華人民共和國(guó)成立初期，我國(guó)要快速地從一個(gè)農(nóng)業(yè)國(guó)家向一個(gè)工業(yè)化國(guó)家邁進(jìn)。可是那時(shí)候我們基本沒(méi)有石油，怎么辦？當(dāng)時(shí)在北京大街小巷，汽車(chē)頭頂上都帶一個(gè)大氣囊，燒的是煤氣。缺油成了當(dāng)時(shí)中國(guó)的“卡脖子”問(wèn)題。但是中國(guó)學(xué)家通過(guò)長(zhǎng)期的研究，提出了陸相生油理論，成功地發(fā)現(xiàn)了大慶油田等一系列油田。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)我國(guó)的工業(yè)化建設(shè)起到了關(guān)鍵作用。

今天，信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、航天航空、軌道交通、新材料，都需要眾多的元素來(lái)支撐才能完成。從這個(gè)意義上來(lái)講，人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入元素周期表的全元素利用時(shí)代。到21世紀(jì)中葉，我國(guó)要進(jìn)入中等發(fā)達(dá)國(guó)家行列，這就意味著需要更多的礦產(chǎn)資源來(lái)支撐我們的需求，而且會(huì)發(fā)生相當(dāng)大的變化。以新能源汽車(chē)為例，以前傳統(tǒng)汽車(chē)不需要的鋰、鈷、鎳、石墨等，恰是新能源汽車(chē)需要的關(guān)鍵礦產(chǎn)。5年前全球只有50多萬(wàn)輛新能源汽車(chē)，可是今天數(shù)量已達(dá)幾百萬(wàn)輛，10年之后有可能是幾千萬(wàn)輛。這就意味著我們對(duì)這些新的礦產(chǎn)資源（有時(shí)候把它們稱(chēng)為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源或者關(guān)鍵性元素）的需求會(huì)呈幾倍、幾十倍的增長(zhǎng)。我們的能源和資源利用對(duì)外依存度太高，就處于一種危險(xiǎn)狀態(tài)。但是有一個(gè)辦法，就是向地球深部要資源，因?yàn)槲覀兯枰馁Y源可能在地下深部1萬(wàn)米以?xún)?nèi)都有分布。中國(guó)過(guò)去只是在500米以?xún)?nèi)開(kāi)采資源，國(guó)內(nèi)有一部分礦山到了1000米，但是國(guó)際上先進(jìn)水平已經(jīng)到了2000米到4000米。

向地球深部要資源，如果我們開(kāi)采深度能夠達(dá)到地下2000米，那么我國(guó)的固體資源供給將能夠在現(xiàn)存基礎(chǔ)上再翻一番。最近我們?cè)谒锬静粩嗟匕l(fā)現(xiàn)一些超深的大氣田，都是在地下9000米到1萬(wàn)米之間發(fā)現(xiàn)的。這里面更重要的就是對(duì)于地?zé)岬睦茫绻褵崮苤脫Q出來(lái)用于發(fā)電，這就是零碳的能源，就可以取代現(xiàn)在的化石能源?，F(xiàn)在世界各國(guó)都在研發(fā)如何在地下開(kāi)采熱能轉(zhuǎn)化成電能。

對(duì)地球深部的利用和使用，不僅僅包括我們剛才講的礦產(chǎn)資源和能源資源，也包括地下空間的利用。1991年，東京召開(kāi)了一次地下空間利用大會(huì)，會(huì)后發(fā)表了《東京宣言》。這個(gè)《東京宣言》指出，19世紀(jì)是人類(lèi)的橋梁世紀(jì)，20世紀(jì)是高層建筑世紀(jì)，21世紀(jì)人類(lèi)將進(jìn)入到地下空間利用世紀(jì)。西方發(fā)達(dá)國(guó)家在大城市建設(shè)過(guò)程中，對(duì)地下空間利用已經(jīng)發(fā)展得非?？臁１热缛毡?、新加坡已經(jīng)達(dá)到了200米，而我國(guó)一些主要城市的地下空間利用還不足50米。所以說(shuō)，向深部要空間是我國(guó)城市發(fā)展和深地應(yīng)用的重要方向之一。

依靠前沿技與地球?qū)υ?huà)

“可上九天攬?jiān)?，可下五洋捉鱉”一直是人類(lèi)自古以來(lái)的夢(mèng)想。然而，比起“上天”“下海”，“入地”之旅卻困難重重。地球深處堅(jiān)硬的巖石和高溫高壓的極端環(huán)境，成為我們的巨大障礙。目前人類(lèi)直接鉆探深度只有12公里，而地球半徑長(zhǎng)達(dá)6000多公里，如果把地球比作一個(gè)雞蛋，我們的探測(cè)目前還僅僅停留在雞蛋殼上。為了了解地球深處的奧秘，許多國(guó)家的學(xué)家進(jìn)行了各種嘗試，并獲得了不少意想不到的發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)10余年的艱苦努力和探索，我國(guó)深部探測(cè)在地質(zhì)學(xué)研究、深部資源勘察、自然災(zāi)害預(yù)測(cè)等方面也取得了重大進(jìn)展，技術(shù)水平進(jìn)入國(guó)際前列。

20世紀(jì)，美國(guó)率先發(fā)起了一個(gè)國(guó)際大學(xué)計(jì)劃，叫作大洋鉆探計(jì)劃。這個(gè)大洋鉆探計(jì)劃，為驗(yàn)證大陸漂移和板塊學(xué)說(shuō)立下了汗馬功勞，使人們意識(shí)到我們?cè)趯?shí)施大洋鉆探計(jì)劃的同時(shí)，可以實(shí)施大陸學(xué)鉆探計(jì)劃。1996年，中國(guó)與美國(guó)、德國(guó)3個(gè)國(guó)家共同發(fā)起了國(guó)際大陸學(xué)鉆探計(jì)劃。我們是大洋鉆探計(jì)劃的參與國(guó)，而到了大陸學(xué)鉆探計(jì)劃的時(shí)候，我們是發(fā)起國(guó)，這是一個(gè)很了不起的進(jìn)步。大陸學(xué)鉆探計(jì)劃實(shí)施以來(lái)，中國(guó)大陸一共實(shí)施了3個(gè)在大陸學(xué)鉆探計(jì)劃框架下的鉆探工程，一個(gè)是江蘇的東海鉆，一個(gè)是青海湖的環(huán)境深鉆，還有一個(gè)是松遼盆地的學(xué)鉆探。這些鉆探工程不僅取得了大量的學(xué)突破，也促進(jìn)了我國(guó)鉆探設(shè)備和技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。

松遼盆地大陸學(xué)鉆探工程由松一井、二井、三井共三井四孔組成，獲得連續(xù)完整的巖心8187米。其中松二井是我國(guó)松遼盆地大陸學(xué)鉆探工程的核心學(xué)井，完井深度達(dá)到7018米，成為亞洲國(guó)家最深的大陸學(xué)鉆井和國(guó)際大陸學(xué)鉆探計(jì)劃成立以來(lái)的最深鉆井，代表了中國(guó)的“入地”能力。學(xué)鉆探雖然表面上看是打一口井，實(shí)際卻是在考驗(yàn)一個(gè)國(guó)家的綜合實(shí)力和技發(fā)展水平。松二井工程創(chuàng)造了深部鉆探技術(shù)4項(xiàng)世界紀(jì)錄，引領(lǐng)了全球白堊紀(jì)陸相古氣候研究，使我國(guó)在地球深部鉆探技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。深地探測(cè)是利用地球物理手段來(lái)間接地探測(cè)深部地下的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和物質(zhì)組成。這個(gè)事情對(duì)我們特別重要，因?yàn)橹袊?guó)是大陸災(zāi)害發(fā)生最多的國(guó)家，全球大陸地震有1/3就發(fā)生在中國(guó)，有1/2死亡人數(shù)在中國(guó)。我們正計(jì)劃創(chuàng)建中國(guó)的大陸深部四維觀測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)長(zhǎng)期觀察手段對(duì)地球活動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)和研究，掌握災(zāi)害發(fā)生的深部過(guò)程和孕育機(jī)理，提高災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的能力，向深部要安全。

中國(guó)在2008年啟動(dòng)了地球深部探測(cè)專(zhuān)項(xiàng)，后來(lái)在2016年又啟動(dòng)了深地資源勘察與開(kāi)采的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專(zhuān)項(xiàng)。通過(guò)這些項(xiàng)目的實(shí)施，使我國(guó)與國(guó)外的差距快速地拉近，使我們深部探測(cè)的整個(gè)技術(shù)系列，無(wú)論是在國(guó)產(chǎn)化、系統(tǒng)化，還是在工程方面，都可以跟發(fā)達(dá)國(guó)家相媲美。我們可以驕傲地說(shuō)，具有完善的深部探測(cè)技術(shù)體系的國(guó)家，只有美國(guó)、加拿大、俄羅斯和中國(guó)這4個(gè)國(guó)家。

地心可能是我們永遠(yuǎn)想到又到不了的，那我們的地心之旅怎么完成呢？我們能不能把地心搬到實(shí)驗(yàn)室來(lái)？1993年，“把地心搬到實(shí)驗(yàn)室”取得重大進(jìn)展，我們可以模擬實(shí)驗(yàn)核幔邊界的溫度。到了2010年，我們可以實(shí)驗(yàn)出相當(dāng)于地心的溫壓，地心的壓力有多大？大約是363萬(wàn)大氣壓，很難用數(shù)字來(lái)描述大氣壓力有多大。但是人們計(jì)算了一下，3只大象踩1個(gè)草莓，還不到1萬(wàn)大氣壓。我們可以想象363萬(wàn)大氣壓要能夠?qū)崿F(xiàn)出來(lái)，需要什么樣的技術(shù)、什么樣的裝備。非常令人驕傲的是，2010年首先進(jìn)入到地核這種溫壓條件的實(shí)驗(yàn)，是由中國(guó)學(xué)家來(lái)完成的。

60年前，我們老一代學(xué)家對(duì)21世紀(jì)的夢(mèng)想是要“上天”，要“入地”，要“下?！?。向地球深部進(jìn)軍是我們必須要解決的戰(zhàn)略技問(wèn)題，而“十四五”規(guī)劃又專(zhuān)門(mén)提出來(lái)，要在深地、深海等前沿領(lǐng)域?qū)嵤┮慌哂星罢靶浴?zhàn)略性的國(guó)家重大技項(xiàng)目。這實(shí)際上吹響了中國(guó)學(xué)界向深地進(jìn)軍的集結(jié)號(hào)，我們要將入地夢(mèng)融入到強(qiáng)國(guó)夢(mèng)。

（本文轉(zhuǎn)載自《學(xué)習(xí)時(shí)報(bào)》。責(zé)編：楊思玄）

專(zhuān)家簡(jiǎn)介

王成善，中國(guó)學(xué)院院士，著名地質(zhì)學(xué)家。他深入青藏高原30余年，從事地質(zhì)考和研究。他提出青藏高原從中部率先隆起的新論斷，受到國(guó)際地學(xué)界的廣泛關(guān)注，被列為“中國(guó)地理百年大發(fā)現(xiàn)”之一。作為較早關(guān)注全球氣候變暖的地質(zhì)學(xué)家，他主持的國(guó)際大陸鉆探項(xiàng)目“松遼盆地大陸學(xué)鉆探”成功獲取連續(xù)完整的8187米巖心，被譽(yù)為通往白堊紀(jì)的“金柱子”，為預(yù)測(cè)未來(lái)全球氣候變化提供了學(xué)依據(jù)。近年來(lái)，作為中方首席學(xué)家，他主導(dǎo)發(fā)起了“深時(shí)數(shù)字地球國(guó)際大學(xué)計(jì)劃”，旨在為國(guó)際地學(xué)界構(gòu)建數(shù)字化研基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)地球演化數(shù)據(jù)的全球整合和共享。FAEE0ABE-D6A0-4930-8710-FA03742674DE