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人类“地心之旅”

已有 3118 次阅读 2012-2-9 16:21 |系统分类:科普集锦


如果说奇妙的科学世界好比一顶迷人的皇冠,那么太空探索与超深钻探这两个领域则如同皇冠上的明珠。由于在任务之艰巨、意义之重大等方面两者不相上下,因而它们被形象地并称为上天入地

同太空探索一样,进行超深钻探的动机,一方面是出于对未知世界的好奇,一方面也是由于对现实利益的考量。随着社会的发展,人类所面临的资源问题、环境问题日益严峻,对地下资源分布、地壳活动规律的求知欲也日益强烈。为了掌握地下资源、减轻地质灾害,地心之旅”——超深钻探活动应运而生。


海洋钻探计划

全球首个钻探计划是美国的莫霍钻探计划。

莫霍钻探计划始于20世纪50年代,其目的是钻透地壳和地幔的界面——莫霍面。因为莫霍面在海底的深度一般不超过10公里,远小于它在大陆的20~70公里,因此该计划选择在海上实施。但最终迫于难度大且费用高,在海底钻进了315米后,该计划便于1966年宣告终止。

莫霍钻探计划夭折后,美国便立即开始着手实施一项新的钻探计划,旨在揭示洋底上部地壳。这就是深海钻探计划(DSDP)。DSDP格洛玛·挑战者号科学钻探船为依托,在全球各大洋钻孔1092个,广泛地采集深海的样本和岩心。通过该计划的研究,科学家验证了大陆漂移和海底扩张假说,并发现了深海生物圈和天然气水合物。鉴于研究的丰硕成果及广泛影响,众多国家开始相继加入计划中来,使超深钻探进入了国际合作的新时代。加之深海钻探计划意义非凡,DSDP与登月计划一起被誉为“20世纪60年代的两大壮举

伴着DSDP1983年的完美落幕,以美国为首的12个国家,又在1985年揭开大洋钻探计划(ODP)的新篇章。ODP采用了比格洛玛·挑战者号装备条件和技术能力更强的决心号科学钻探船,是一项更为长期的国际性大洋钻探计划。

2003年,ODP又进一步转为综合大洋钻探计划(IODP),其在钻探范围、研究领域、投入力度等方面都有显著的扩展和提升。

大陆超深钻探

尽管海洋相较大陆钻探难度较低,但大陆蕴含的矿产资源、引发的地质灾害与人类更为休戚相关。因此,大陆超深钻探活动也更为世人所关注。人类的大陆钻探计划始于20世纪70年代,其中最著名的要数苏联的科拉计划与德国的KTB计划。

19705月,苏联科拉半岛的科拉超深钻井正式开始钻进。由于岩层异常坚硬,且环境高温高压,科拉钻井面临着重重的困难。为了攻克难关,科拉钻井除了运用强劲且耐高温的牙轮钻头,还用铝合金代替钢,作为钻杆的材料,以减轻钻杆的自重,防止钻杆的断裂。经过多年的艰难努力,科拉超深钻井最终钻进了12262米。尽管这个结果与最初设计的15000米目标尚有差距,但这并没有妨碍科拉超深钻井成为当今世界上最深的钻井。

1985年,联邦德国大陆深钻计划(KTB)开始实施。与科拉计划不同,KTB有两个钻孔——先导孔和主孔。先导孔率先钻进4000米,为主孔积累了经验,并替主孔采集了4000米以内的岩心,减轻了主孔的负担,使得主孔最终钻进9101米。尽管在深度上KTB没有超过科拉超深钻井,但却建立了世界最先进的深井长期观测系统。

值得一提的是,迄今为止,世界上超过8000米的钻井,仍只有科拉钻井与KTB钻井。


中国超深钻探活动

中国也是积极投身超深钻探活动的国家之一。1996年,中国与美国、德国共同发起成立国际大陆科学钻探组织(ICDP)。

19984月,中国正式加入ODP,成为该计划的第一个参与成员。随后的5年里,中国共派出8人次乘船出海,10余人次参加相关国际会议,国内有十多个实验室积极投身到大洋钻探采样和资料分析中。大规模投入大大促进了中国深海基础研究及基地建设,增强了中国在国际学术界的地位。

与此同时,中国自主进行的超深钻探活动也取得了一定的进展。

截至到目前,中国大陆科学钻探已经竣工和正在启动的工程共有3个,分别是:东海大陆科学钻探、青海湖环境科学钻探和松辽盆地科学钻探,作业地点分别位于江苏省东海县、青海省的青海湖和黑龙江省大庆市。


本刊实习生 刘念/整理


青海湖大陆科学钻探。)



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