實(shí)施地殼探測工程

1、前 言實(shí)施地殼探測工程，提高地球認(rèn)知、資源勘查和災(zāi)害預(yù)警水平。-國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)地質(zhì)工作的決定（2006）地殼探測工程：揭示中國大陸地殼層次和巖石圈層次的組成和結(jié)構(gòu)，探討控制大規(guī)模成礦作用和礦集區(qū)形成過程，重大地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機(jī)理和深部條件，為發(fā)現(xiàn)能源"新區(qū)"和固體礦產(chǎn)資源"新大陸"，預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害，減輕地質(zhì)災(zāi)害損失程度提供科學(xué)數(shù)據(jù)和信息。-國土資源部中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）一、為什么開展深部探測？ 實(shí)際上人類對腳下深處的認(rèn)知程度還不如對茫茫太空的了解，地球的深部一直是科學(xué)的"紫禁城"，成為科學(xué)家探索、追求的夢境

2、。然而，對地球深部的任何數(shù)據(jù)的取得都依賴于技術(shù)的支持，深部探測技術(shù)成為揭開地球"芝麻大門"的鑰匙。毫無疑問，只有掌握海量的、多時空尺度、多學(xué)科的探測、觀測數(shù)據(jù)、信息后，科學(xué)家才能有效地揭示地球的內(nèi)幕，研究地球系統(tǒng)的現(xiàn)象、規(guī)律與過程，真正點(diǎn)亮我們腳下的"黑獄"。地質(zhì)學(xué)家堅(jiān)信，解決人類面臨的日益緊迫的資源、環(huán)境問題與挑戰(zhàn)，只能立足地球，其它星球可能相當(dāng)長的時期還幫不上忙，向地球深部汲取資源，成為人類最現(xiàn)實(shí)的途徑；把握地球內(nèi)部脈博，提升自然災(zāi)害預(yù)警能力，可以減輕災(zāi)害的威脅；深化認(rèn)識巖石圈結(jié)構(gòu)與組成、將全面提升地球科學(xué)發(fā)展水平提供科技支撐。地質(zhì)過程造就了中國大陸

3、和海域豐富多彩的地理景觀和地貌特征。從38億年古老的華北克拉通，到新近崛起的世界第三極青藏高原，還有橫貫東西的秦嶺大別中央造山帶，以及由于大陸的裂解而形成的渤海灣盆地和臺灣海峽，無不受深部地質(zhì)作用過程的控制。當(dāng)我們感慨大好河山之壯麗，享受天然資源之饋贈之時，可曾想到千山萬壑起之何因？ 金銀銅鐵源之何處？下一個汶川地震將發(fā)之何時？我們比任何時候都急切地渴望了解地球表層發(fā)生的所有一切如何受深部的控制和影響。地殼探測工程是我國科學(xué)家歷時6年構(gòu)思、策劃的重大科學(xué)計(jì)劃，是我國"上天、入地、下海"挑戰(zhàn)自然的壯舉，更是解決影響我國經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的急迫的資源、災(zāi)害問題的重大舉措和推動我國從

4、地質(zhì)大國走向地質(zhì)強(qiáng)國的必由之路。地殼探測工程將極大地深化和擴(kuò)展我們認(rèn)識大陸巖石圈結(jié)構(gòu)、活動過程與動力學(xué)機(jī)制的視野，把握地殼活動脈博，開辟深層找礦新空間，為國家安全了解深部物性參數(shù)，為實(shí)現(xiàn)能源與重要礦產(chǎn)資源重大突破、提升地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警能力提供全新科學(xué)背景和基礎(chǔ)信息，全面提升地球科學(xué)發(fā)展。深部探測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)（2008-2012）是地殼探測工程的培育性研究計(jì)劃。深部探測專項(xiàng)的核心任務(wù)和總體目標(biāo)是：為地殼探測工程做好關(guān)鍵技術(shù)準(zhǔn)備，圍繞地殼探測工程的全面實(shí)施，解決關(guān)鍵探測技術(shù)難點(diǎn)與核心技術(shù)集成，形成對固體地球深部層圈立體探測的技術(shù)體系；在不同自然景觀、復(fù)雜礦集區(qū)、含油氣盆地深層、重大地質(zhì)災(zāi)害區(qū)

5、等關(guān)鍵地帶進(jìn)行試驗(yàn)、示范，形成若干深部探測實(shí)驗(yàn)基地；解決急迫的重大地質(zhì)科學(xué)難題熱點(diǎn)，部署實(shí)驗(yàn)任務(wù)；實(shí)現(xiàn)深部數(shù)據(jù)融合與共享，建立深部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；積聚、培養(yǎng)優(yōu)秀人才，形成若干技術(shù)體系的研究團(tuán)隊(duì)；完善地殼探測工程設(shè)計(jì)方案，推動國家立項(xiàng)。深部探測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)的啟動標(biāo)志著我國入地計(jì)劃拉開序幕，具有重大、深遠(yuǎn)的科學(xué)意義。 二、科學(xué)原理人類生存的巖石圈是地球外層固體部分，漂浮在地幔軟流層之上，并因物質(zhì)的比重大小而分成若干次級圈層。由于板塊構(gòu)造的俯沖、碰撞，物質(zhì)循環(huán)，地幔物質(zhì)上涌，火山噴發(fā)等造成十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。深部探測關(guān)鍵技術(shù)在于建立穿透不同深度，精確萃取巖石物理性質(zhì)的技術(shù)組合與集成，以及探測數(shù)據(jù)的處

6、理和有效信息提取。當(dāng)今地球科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步對地球深部數(shù)據(jù)和認(rèn)識程度的依賴越來越高，可以說沒有對地球深部的探測就沒有地球科學(xué)理論的進(jìn)步。我國深部探測和巖石圈研究，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后先進(jìn)國家，這是造成我國地學(xué)研究水平、資源探測技術(shù)、災(zāi)害預(yù)報能力落后的重要原因。實(shí)施"地殼探測工程"將大大地縮小與國際先進(jìn)水平的差距。大陸是如何形成和演化的？大陸是地球上最復(fù)雜和多樣化的組成部分。大陸內(nèi)部有最古老的巖石，記錄著地球的早期形成和演化。板塊構(gòu)造理論只是解釋了大陸年齡和復(fù)雜性的極小部分，特別是上億年來陸殼物質(zhì)的側(cè)向生長。然而，為了厘清地幔是如何驅(qū)動板塊運(yùn)動的，以及不同的地貌特征與地球深部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系

7、，要求我們超越單一的板塊理論、使用新一代的數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)模型。人工深地震反射、天然地震層析成像、大陸電磁參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)驗(yàn)等，結(jié)合其它多種地質(zhì)實(shí)驗(yàn)，我們將獲得解剖大陸地殼及巖石圈地幔結(jié)構(gòu)的最佳技術(shù)途徑。大陸地殼及巖石圈地幔的觀測結(jié)果，將使我們得以將地表地質(zhì)和地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)與地幔內(nèi)部的驅(qū)動力和熱力過程聯(lián)系起來，也使我們得以將早期大陸的形成與后繼板塊的運(yùn)動所形成的板塊構(gòu)造與已知的和潛在的地質(zhì)災(zāi)害聯(lián)系起來。為什么會產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害？科學(xué)家們對地震、火山等地質(zhì)災(zāi)害的認(rèn)識已經(jīng)有了長足進(jìn)步，如對數(shù)秒鐘至數(shù)分鐘內(nèi)的斷層破裂與擴(kuò)展、地震引發(fā)地殼形變以及地質(zhì)災(zāi)害鏈的成因的認(rèn)識等等。我們知道，斷層是幾百公里以外的應(yīng)力傳導(dǎo)

8、所致。但是，為了提高我們對地震起因和震級影響因素的認(rèn)識，還需要我們在更大的地表范圍內(nèi)監(jiān)測地應(yīng)力和應(yīng)變，了解斷層系統(tǒng)的深部聯(lián)系，測量震源帶上活動斷層的物理特性。因此，為了更好地了解地震周期變化和成因，還需要持續(xù)數(shù)十年、甚至更長期的地應(yīng)力監(jiān)測與研究工作。 人類對火山活動的內(nèi)在規(guī)律和對火山噴發(fā)的誘因的認(rèn)識尚不完整。目前，我們只是對一些引起火山噴發(fā)的短期形變進(jìn)行了有限觀測，但是對火山、板塊構(gòu)造運(yùn)動、區(qū)域應(yīng)力場內(nèi)巖漿活動的長期耦合關(guān)系知之甚少。新的綜合研究手段將使我們更明確地區(qū)分什么是火山的正常"呼吸"、什么是火山噴發(fā)前的"脹氣"。通過火山科學(xué)鉆探，并輔以高精度應(yīng)

9、變測量、地震監(jiān)測和衛(wèi)星雷達(dá)成像分析，將會大大提高對火山災(zāi)害的科學(xué)評估和對火山噴發(fā)的預(yù)測。油氣與礦產(chǎn)資源是如何形成和分布的？石油、天然氣，被稱為工業(yè)的血液，是國家戰(zhàn)略資源；金、銀、銅、鐵、錫等金屬礦產(chǎn)，被稱為工業(yè)糧食，也是國家戰(zhàn)略資源，在任何國家都如此，具有極為重要的價值和地位。油氣是低等植物和動物（浮游生物）在隔絕空氣并在細(xì)菌（生物化學(xué)）作用下，先形成"腐泥"，然后在高溫（200 °C）和高壓作用下先生成原瀝青，最后形成石油和天然氣。油氣的生成、演化、運(yùn)移、聚集、保存和破壞，都是以盆地為基礎(chǔ)的，含油氣盆地的類型、構(gòu)造、沉積和發(fā)展演化對油氣分布具有控制作用。油氣絕大

10、多數(shù)被覆蓋在數(shù)千米深的盆地之下，需要深部精細(xì)探測和發(fā)現(xiàn)。黑色、有色、稀有和貴金屬，以及工業(yè)化工礦物原料是由地質(zhì)作用形成的呈固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的具有現(xiàn)實(shí)或潛在經(jīng)濟(jì)價值的天然富集物，絕大部分礦產(chǎn)形成于深部、賦存于地下。隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化速度加快對其需求急速增長，地表或淺層礦產(chǎn)發(fā)現(xiàn)的機(jī)會越來越小，資源勘查走向深不成為必然。三、深部探測專項(xiàng)研究內(nèi)容1. 大區(qū)域地下物理性質(zhì)、化學(xué)組成的背景探測（1）大陸電磁參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)研究擬建立我國大陸電磁場標(biāo)準(zhǔn)觀測網(wǎng)，創(chuàng)立大陸巖石圈地球物理參數(shù)三維結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)模型的構(gòu)建方法、技術(shù)流程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。大陸電磁場攜帶著地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、溫度、壓力，以及物質(zhì)成分的物理狀態(tài)等重

11、要信息，是研究巖石圈導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)有效方法之一。通過研究地震波在地球內(nèi)部的傳播，了解地球內(nèi)部的殼幔幾何結(jié)構(gòu)和波速結(jié)構(gòu)，深入認(rèn)識地球。（2）地殼全元素探測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)示范建立我國79種自然元素分布的地球化學(xué)基準(zhǔn)網(wǎng)和穿透性地球化學(xué)技術(shù)體系，解決我國環(huán)境地球化學(xué)本底和區(qū)域背景值，探討深部找礦的元素深穿透機(jī)理?；瘜W(xué)元素是地球物質(zhì)組成的最基本單位，被稱為地球的基因?；瘜W(xué)元素及其化合物的含量、分布和行為制約了礦產(chǎn)資源和生態(tài)環(huán)境。 系統(tǒng)采集不同地質(zhì)單元、不同時代地球化學(xué)樣品，精確測定天然元素的含量，從時間尺度上認(rèn)識大陸演化和地質(zhì)事件中化學(xué)元素響應(yīng)。建立全國大陸地球化學(xué)基準(zhǔn)網(wǎng)和地殼不同結(jié)構(gòu)層地球化學(xué)模型，揭示元素在

12、地殼中的三維空間分布，研究大規(guī)模成礦作用的物質(zhì)背景。2. 深部探測技術(shù)實(shí)驗(yàn)與集成以建立深地震反射技術(shù)為先導(dǎo)，采用主動震源和被動震源探測技術(shù)體系，聯(lián)合采集不同結(jié)構(gòu)地殼和巖石圈深部界面和速度，整合適應(yīng)不同大地構(gòu)造背景德深部探測技術(shù)組合。近垂直深地震反射探測技術(shù)具有探測深度大、分辨率高和準(zhǔn)確可靠等特點(diǎn)，是大陸動力學(xué)和深部地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)研究的主要手段。被動源天然地震層析成像技術(shù)、反射折射聯(lián)合層析成像能提供高精度高分辨率的三維定量速度成像，已成為資源勘探的得力助手。3深部礦產(chǎn)資源立體探測技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究重點(diǎn)解決重要礦集區(qū)深部立體探測關(guān)鍵技術(shù)，建立礦集區(qū)3D地質(zhì)地球物理模型，揭示深部控礦因素，追蹤控礦構(gòu)造的深

13、部延伸，闡明成礦機(jī)理，最終突破深層找礦的理論和技術(shù)瓶頸。資源、環(huán)境的瓶頸約束已成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要矛盾，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)找礦重大突破仍是我國地質(zhì)工作的重大任務(wù)。 開展深部礦產(chǎn)資源立體探測技術(shù)研究，加強(qiáng)深部找礦、拓展深部"第二找礦空間"（1000-2000m）。4. 大陸科學(xué)鉆探選址與鉆探實(shí)驗(yàn)通過科學(xué)鉆探選址與預(yù)導(dǎo)孔技術(shù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證地球物理探測結(jié)構(gòu)，建立深部探測解釋標(biāo)識；在關(guān)鍵地質(zhì)部位和礦區(qū)實(shí)施深部直接取樣，解決深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)、組成和資源潛力等問題。大陸科學(xué)鉆探揭示大陸地殼的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)構(gòu)造，校正地球物理深部探測結(jié)果，探索地球深部流體系統(tǒng)、地?zé)峤Y(jié)構(gòu)，監(jiān)測地震活動;研究全球氣候變化及環(huán)

14、境變遷，探索地下微生物分布及潛育條件，預(yù)防環(huán)境及地下水污染，處理核廢料，長期觀察地球變化。 5. 地應(yīng)力測量與監(jiān)測技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的地應(yīng)力測量和監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備，以支持我國地表應(yīng)力變化的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的建立；對中國大陸范圍內(nèi)的關(guān)鍵構(gòu)造地域?qū)嵤┫到y(tǒng)的地應(yīng)力測量與實(shí)時監(jiān)測，查明地應(yīng)力的賦存狀態(tài)及其變化規(guī)律.準(zhǔn)確探測和查明地應(yīng)力的賦存狀態(tài)和分布規(guī)律,開展區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價以及地球動力學(xué)研究；觀測地應(yīng)力變化，研究和預(yù)報地震。 6. 巖石圈三維結(jié)構(gòu)與動力學(xué)數(shù)值模擬建立覆蓋我國重點(diǎn)區(qū)域的巖石物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫；建立我國和重點(diǎn)地區(qū)的數(shù)百萬單元網(wǎng)格計(jì)算模型，開展數(shù)值模擬，對我國大陸和鄰區(qū)巖石圈動力學(xué)過

15、程的時空特征與控制機(jī)理進(jìn)行大規(guī)模模擬。印度洋板塊和太平洋板塊的共同作用造就了中國獨(dú)特的構(gòu)造形態(tài)，作為數(shù)值模擬的邊界條件，設(shè)計(jì)模擬方案；以深部探測的最新數(shù)據(jù)和已有的巖石圈物理資料，綜合模擬地殼、巖石圈層次的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造，為礦產(chǎn)資源勘查、地質(zhì)環(huán)境評價及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等分析提供科學(xué)依據(jù)。7. 深部探測綜合集成與數(shù)據(jù)管理綜合集成不同層次地殼物質(zhì)與結(jié)構(gòu)探測的多源信息和數(shù)據(jù)，從時間深度上辨別地質(zhì)歷史的烙印，恢復(fù)地質(zhì)作用的歷史過程；建立主體數(shù)據(jù)庫，解決深部探測海量數(shù)據(jù)的管理與共享問題；開展地殼探測系統(tǒng)工程研究，推動地殼探測工程的國家立項(xiàng)。 結(jié)合以往研究積累，建立中國大陸地殼結(jié)構(gòu)框架；研究我國大陸、東亞大陸中新生

16、代構(gòu)造演化及其地質(zhì)相應(yīng)，重塑主要構(gòu)造單元的演化過程。建立多源信息數(shù)據(jù)庫，分布式數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲、計(jì)算、共享、集成和三維顯示數(shù)據(jù)流。通過門戶網(wǎng)站的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和共享。引進(jìn)國際先進(jìn)地球深部探測技術(shù)和關(guān)鍵儀器設(shè)備，構(gòu)建一流的深部探測研究實(shí)驗(yàn)室； 追蹤、調(diào)研國際探測技術(shù)發(fā)展成果；引進(jìn)國際頂尖技術(shù)和人才，開展專項(xiàng)的日常管理；完善地殼探測計(jì)劃實(shí)施方案，推動國家立項(xiàng)。四、預(yù)期成果地殼探測是一個系統(tǒng)工程，是對地球復(fù)雜巨系統(tǒng)的科學(xué)探測。深部探測專項(xiàng)的實(shí)施，標(biāo)志著我國地球科學(xué)已經(jīng)進(jìn)入到深部探測時代。深部探測技術(shù)的綜合集成與實(shí)驗(yàn)研究，將建立有效、可行的技術(shù)組合，為"地殼探測工程"提供

17、技術(shù)準(zhǔn)備，推動我國深部探測和超深鉆探技術(shù)發(fā)展，促進(jìn)地球科學(xué)觀測技術(shù)進(jìn)步和地球科學(xué)理論創(chuàng)新；在重大地質(zhì)科學(xué)研究、深部資源勘查、自然災(zāi)害預(yù)測等方面取得重大發(fā)現(xiàn)，有力地促進(jìn)我國地球科學(xué)全面發(fā)展，縮小與國際地學(xué)發(fā)展的差距，并在關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展。五、應(yīng)用前景盡管深部探測專項(xiàng)最主要的科學(xué)目標(biāo)是如何獲取并加深我們對大陸的結(jié)構(gòu)、動力學(xué)和演化的理解，但是通過專項(xiàng)采集的數(shù)據(jù)和集成的研究成果將帶來眾多實(shí)際應(yīng)用和社會效益。減輕地質(zhì)災(zāi)害西南三江地區(qū)和華北平原是地震、火山和滑坡災(zāi)害的多發(fā)地區(qū)。深部探測專項(xiàng)的工作將直接為減輕和評估災(zāi)害提供有力數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將提高我們對火山噴發(fā)的動力作用和對地震產(chǎn)生原因的分析與認(rèn)識，從

18、而提高我們預(yù)測地震減小地質(zhì)災(zāi)害鏈危害的能力。資源開發(fā)與管理深部探測專項(xiàng)的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國，為在不同地區(qū)、不同機(jī)構(gòu)工作的深部探測科學(xué)家們帶來了寶貴的合作與交流機(jī)會，是全國地質(zhì)、地球物理、環(huán)境、教育、公共政策和資源評價等多部門多領(lǐng)域合作的一個極好機(jī)會。高精度深地震反射技術(shù)將給出大陸地殼和沉積盆地的精細(xì)構(gòu)造，礦集區(qū)立體填圖將給出相對"透明"的礦集區(qū)圖像，為地質(zhì)勘查、地下水資源評價、礦產(chǎn)資源、能源等更廣泛的綜合研究領(lǐng)域提供難得的、寶貴的研究資源?？破铡⒔逃蜕鐣茝V隨著社會對地震、火山、資源和環(huán)境問題的關(guān)注，正在起步的、以科學(xué)探測為基礎(chǔ)的深部探測專項(xiàng)計(jì)劃，是全面加強(qiáng)地學(xué)教育的天然工具。深部探測專項(xiàng)鼓勵和推動學(xué)生參與地質(zhì)調(diào)查、使用真實(shí)的探測數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)研究和理論學(xué)習(xí)。此外，由于深部探測專項(xiàng)將在我國不同地區(qū)建立起科學(xué)探測的設(shè)施，科普教育與推廣活動將延伸至社區(qū)。通過讓公眾參與地學(xué)研究，深部探測專項(xiàng)將大大推進(jìn)他們對地學(xué)在提高人類生活環(huán)境和生活質(zhì)量方面所發(fā)揮的作用的認(rèn)識。深部探測專項(xiàng)的科普教育與社會推廣計(jì)劃將包含以下主要方面：通過媒體（包括網(wǎng)站、電視和宣傳冊）使廣大公眾了解深部探測專項(xiàng)的目標(biāo)和研究成果；為教學(xué)、科研機(jī)