入地，我們能走多遠

1864年，法國作家儒勒·凡爾納在其所著的科幻小說《地心游記》中，描寫了一個有著大海、蘑菇森林和遠古巨獸的地下世界，表露了人類對地球深部奧秘的揣測想象與強烈好奇。根據(jù)科學探測，地球深部蘊藏著豐富的油氣和礦產，是支撐人類發(fā)展的重要資源庫。20世紀70年代起，發(fā)達國家開始對地球深部展開探測，并將其視為前沿科技競爭的重要陣地。但是，地層深處遍布堅硬的巖石，還有高溫高壓的極端環(huán)境，讓入地比登天、下海更難。2008年，我國啟動“地球深部探測專項”，拉開了中國“入地計劃”的序幕。歷時十余年，相關研究已經取得了一系列重大突破。未來，向地球深部進軍將成為我國保障國家安全和可持續(xù)發(fā)展的一項戰(zhàn)略選擇。那么，地球深部到底蘊藏著什么奧秘？

地球深處有“寶藏”

地球有著獨特的構造和物質分布，然而人類對它還知之甚少。一直以來，我們都試圖與地球“對話”，希望徹底解開這個有46億年歷史的藍色星球的奧秘。事實上，迄今為止，人類發(fā)展所需的資源都來自于地球。現(xiàn)有的科學研究成果顯示，地下深度2公里以內是地下水資源和人類可利用的空間;深度5000米到1萬米左右則是能源和資源空間，這里有豐富的油氣、礦產和地熱資源，而1萬米左右也是目前人類科技可以抵達的最深處;1萬米再往下則是地震、火山爆發(fā)等自然災害發(fā)生的空間。對地球深部的探索，有益于進一步解決人類發(fā)展的資源和能源需求，且從更長遠看，如何預測地質災害、應對全球氣候變暖危機，也需要從塵封在地下的巖石中去尋找答案。

人類的發(fā)展強烈地依賴于我們對礦產資源和能源的利用。中華人民共和國成立初期，我國要快速地從一個農業(yè)國家向一個工業(yè)化國家邁進。可是那時候我們基本沒有石油，怎么辦？當時在北京大街小巷，汽車頭頂上都帶一個大氣囊，燒的是煤氣。缺油成了當時中國的“卡脖子”問題。但是中國科學家通過長期的研究，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)對我國的工業(yè)化建設起到了關鍵作用。

今天，信息技術產業(yè)、航天航空、軌道交通、新材料，都需要眾多的元素來支撐才能完成。從這個意義上來講，人類已經進入元素周期表的全元素利用時代。到21世紀中葉，我國要進入中等發(fā)達國家行列，這就意味著需要更多的礦產資源來支撐我們的需求，而且會發(fā)生相當大的變化。以新能源汽車為例，以前傳統(tǒng)汽車不需要的鋰、鈷、鎳、石墨等，恰是新能源汽車需要的關鍵礦產。5年前全球只有50多萬輛新能源汽車，可是今天數(shù)量已達幾百萬輛，10年之后有可能是幾千萬輛。這就意味著我們對這些新的礦產資源（有時候把它們稱為戰(zhàn)略性礦產資源或者關鍵性元素）的需求會呈幾倍、幾十倍的增長。我們的能源和資源利用對外依存度太高，就處于一種危險狀態(tài)。但是有一個辦法，就是向地球深部要資源，因為我們所需要的資源可能在地下深部1萬米以內都有分布。中國過去只是在500米以內開采資源，國內有一部分礦山到了1000米，但是國際上先進水平已經到了2000米到4000米。

向地球深部要資源，如果我們開采深度能夠達到地下2000米，那么我國的固體資源供給將能夠在現(xiàn)存基礎上再翻一番。最近我們在塔里木不斷地發(fā)現(xiàn)一些超深的大氣田，都是在地下9000米到1萬米之間發(fā)現(xiàn)的。這里面更重要的就是對于地熱的利用，如果把熱能置換出來用于發(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)在世界各國都在研發(fā)如何在地下開采熱能轉化成電能。

對地球深部的利用和使用，不僅僅包括我們剛才講的礦產資源和能源資源，也包括地下空間的利用。1991年，東京召開了一次地下空間利用大會，會后發(fā)表了《東京宣言》。這個《東京宣言》指出，19世紀是人類的橋梁世紀，20世紀是高層建筑世紀，21世紀人類將進入到地下空間利用世紀。西方發(fā)達國家在大城市建設過程中，對地下空間利用已經發(fā)展得非常快。比如日本、新加坡已經達到了200米，而我國一些主要城市的地下空間利用還不足50米。所以說，向深部要空間是我國城市發(fā)展和深地應用的重要方向之一。

依靠前沿科技與地球對話

“可上九天攬月，可下五洋捉鱉”一直是人類自古以來的夢想。然而，比起“上天”“下海”，“入地”之旅卻困難重重。地球深處堅硬的巖石和高溫高壓的極端環(huán)境，成為我們的巨大障礙。目前人類直接鉆探深度只有12公里，而地球半徑長達6000多公里，如果把地球比作一個雞蛋，我們的探測目前還僅僅停留在雞蛋殼上。為了了解地球深處的奧秘，許多國家的科學家進行了各種嘗試，并獲得了不少意想不到的發(fā)現(xiàn)。經過10余年的艱苦努力和探索，我國深部探測在地質科學研究、深部資源勘察、自然災害預測等方面也取得了重大進展，技術水平進入國際前列。

20世紀，美國率先發(fā)起了一個國際大科學計劃，叫作大洋鉆探計劃。這個大洋鉆探計劃，為驗證大陸漂移和板塊學說立下了汗馬功勞，使人們意識到我們在實施大洋鉆探計劃的同時，可以實施大陸科學鉆探計劃。1996年，中國與美國、德國3個國家共同發(fā)起了國際大陸科學鉆探計劃。我們是大洋鉆探計劃的參與國，而到了大陸科學鉆探計劃的時候，我們是發(fā)起國，這是一個很了不起的進步。大陸科學鉆探計劃實施以來，中國大陸一共實施了3個在大陸科學鉆探計劃框架下的鉆探工程，一個是江蘇的東海鉆，一個是青海湖的環(huán)境深鉆，還有一個是松遼盆地的科學鉆探。這些鉆探工程不僅取得了大量的科學突破，也促進了我國鉆探設備和技術的創(chuàng)新與發(fā)展。

松遼盆地大陸科學鉆探工程由松科一井、二井、三井共三井四孔組成，獲得連續(xù)完整的巖心8187米。其中松科二井是我國松遼盆地大陸科學鉆探工程的核心科學井，完井深度達到7018米，成為亞洲國家最深的大陸科學鉆井和國際大陸科學鉆探計劃成立以來的最深鉆井，代表了中國的“入地”能力。科學鉆探雖然表面上看是打一口井，實際卻是在考驗一個國家的綜合實力和科技發(fā)展水平。松科二井工程創(chuàng)造了深部鉆探技術4項世界紀錄，引領了全球白堊紀陸相古氣候研究，使我國在地球深部鉆探技術領域達到國際領先水平。深地探測是利用地球物理手段來間接地探測深部地下的結構、形態(tài)和物質組成。這個事情對我們特別重要，因為中國是大陸災害發(fā)生最多的國家，全球大陸地震有1/3就發(fā)生在中國，有1/2死亡人數(shù)在中國。我們正計劃創(chuàng)建中國的大陸深部四維觀測系統(tǒng)，通過長期觀察手段對地球活動現(xiàn)象進行觀測和研究，掌握災害發(fā)生的深部過程和孕育機理，提高災害監(jiān)測預警的能力，向深部要安全。

中國在2008年啟動了地球深部探測專項，后來在2016年又啟動了深地資源勘察與開采的國家重點研發(fā)專項。通過這些項目的實施，使我國與國外的差距快速地拉近，使我們深部探測的整個技術系列，無論是在國產化、系統(tǒng)化，還是在工程方面，都可以跟發(fā)達國家相媲美。我們可以驕傲地說，具有完善的深部探測技術體系的國家，只有美國、加拿大、俄羅斯和中國這4個國家。

地心可能是我們永遠想到又到不了的，那我們的地心之旅怎么完成呢？我們能不能把地心搬到實驗室來？1993年，“把地心搬到實驗室”取得重大進展，我們可以模擬實驗核幔邊界的溫度。到了2010年，我們可以實驗出相當于地心的溫壓，地心的壓力有多大？大約是363萬大氣壓，很難用數(shù)字來描述大氣壓力有多大。但是人們計算了一下，3只大象踩1個草莓，還不到1萬大氣壓。我們可以想象363萬大氣壓要能夠實現(xiàn)出來，需要什么樣的技術、什么樣的裝備。非常令人驕傲的是，2010年首先進入到地核這種溫壓條件的實驗，是由中國科學家來完成的。

60年前，我們老一代科學家對21世紀的夢想是要“上天”，要“入地”，要“下?！薄Ｏ虻厍蛏畈窟M軍是我們必須要解決的戰(zhàn)略科技問題，而“十四五”規(guī)劃又專門提出來，要在深地、深海等前沿領域實施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項目。這實際上吹響了中國科學界向深地進軍的集結號，我們要將入地夢融入到強國夢。

（本文轉載自《學習時報》。責編：楊思玄）

專家簡介

王成善，中國科學院院士，著名地質學家。他深入青藏高原30余年，從事地質科考和研究。他提出青藏高原從中部率先隆起的新論斷，受到國際地學界的廣泛關注，被列為“中國地理百年大發(fā)現(xiàn)”之一。作為較早關注全球氣候變暖的地質學家，他主持的國際大陸鉆探項目“松遼盆地大陸科學鉆探”成功獲取連續(xù)完整的8187米巖心，被譽為通往白堊紀的“金柱子”，為預測未來全球氣候變化提供了科學依據(jù)。近年來，作為中方首席科學家，他主導發(fā)起了“深時數(shù)字地球國際大科學計劃”，旨在為國際地學界構建數(shù)字化科研基礎設施，實現(xiàn)地球演化數(shù)據(jù)的全球整合和共享。9AB1C459-23F7-4248-9B6B-4705B517F9C5