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追寻深地强国梦

2021-03-04 10:16:48    来源: 中国自然资源报    作者:于德福

2月9日,自然资源部深地科学与探测技术实验室在北京揭牌。这是中央经济工作会议把“强化国家战略科技力量”列为今年八项重点工作之首后,自然资源部吹响的组建国家战略科技力量集结号。

《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二○三五年远景目标的建议》提出,强化国家战略科技力量,瞄准人工智能、深地深海等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。

自然资源部如何把国家战略部署落实到具体行动?深地科学与探测技术实验室将如何聚焦科学前沿形成国家深地战略力量?日前,记者来到中国地质调查局中国地质科学院,探访了自然资源部深地科学与探测技术实验室。

瞄准学科前沿和国家需求早谋划

“早谋划、有基础。”谈到将国家重大战略部署落实在行动上,自然资源部深地科学与探测技术实验室首席科学家董树文认为,早谋划的依据就是学科前沿和国家需求,且两者的结合越紧密越好。

对此,董树文进行了详细解释。

进入21世纪,人类面临的资源与环境压力越来越大,这在进入高速发展的中国表现得更为突出。而自上世纪70年代美国开始进行地球深部探测活动以后,俄罗斯、英国、德国、意大利等国先后实施了类似的科学活动,证实地球深部动力学过程与地表—近地表地质过程相关。

“地球表层看到的现象,其根本在深部;缺了深部,地球系统就无法理解。越是大范围、长尺度,越是如此。”董树文说,地球深部物质与能量交换的地球动力学过程,引起了地球表面的地貌变化、剥蚀和沉积作用,以及地震、滑坡等自然灾害,控制了化石能源或地热以及其他矿产资源等自然资源的分布,是理解成山、成盆、成岩、成矿和成灾等过程成因的核心。

只有深部探测才能揭开地球深部结构与物质组成的奥秘、深浅耦合的地质过程与四维演化,为解决能源、矿产资源可持续供应、提升灾害预警能力提供深部数据基础,因此,联合国“国际行星地球年”将地球深部称为“地球科学的最后前沿(2007-2009)”。

基于此,在原国土资源部的支持下,2008年中国地质科学院成立了深部探测中心。同年在科技部和财政部支持下,组织实施了国家“深部探测技术与实验研究”专项(SinoProbe,2008-2014),启动了我国首个深部探测计划。经过6年的探索和努力,取得了一系列获得国际地学界高度评价的原创性成果。继而“深地”纳入国家“十三五”规划,深地中心在国内组织了400多人,精心编制了深地探测专项计划。

2016年,习近平总书记在全国科技创新大会上指出: “从理论上讲,地球内部可利用的成矿空间分布在从地表到地下1万米,目前世界先进水平勘探开采深度已达2500米至4000米,而我国大多小于500米,向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题。”

我国由后发进入世界深地大国行列

“深地震反射剖面是深地探测精度最高的技术手段,是衡量是否为深地大国的基本参数。”董树文说,到新中国成立50年,我国的深地震反射工作仅完成4600千米。“深部探测技术与实验研究”专项实施5年,这一数据提升到1.1万千米,使中国这个深地探测的“后来者”一举进入深地大国行列。

董树文强调,更能体现深地大国地位的是,这一项目形成的一系列原创性成果。

对这些成果,董树文如数家珍:构建了适应我国复杂岩石圈深部特征的探测技术体系,形成了岩石圈(>200千米)、壳/幔边界(40千米)、上地壳(10~20千米)和浅层(5千米),以及地表等不同深度、不同物性参数、不同分辨率的二维数据采集、信号提取与成像的系列探测能力,三维阵列探测在局部和区域取得实验突破,三维地球动力学数值模拟技术方法实现了全球、区域和局部尺度的跨越。

在深部探测技术方面取得突破,包括:深反射探测技术实现了超厚地壳(80 千米)分级激发、分级接收的深反射地震探测技术系统,首获青藏高原全地壳反射信息;首次实验共震源深反射、宽角反射与折射地震同时接收的联合探测。

建立了国际上首次大陆电磁参数网、阵列式多站“面元”MT标准点观测方式与数据反演技术系统;实现国际地球化学基准全元素测量技术突破,建立了世界上第一个76种自然元素、3种化合物共81个参数的地球化学基准网;建立多技术方法、多参数的金属矿立体探测技术系统,取得深部找矿的良好效果,已在全国推广;发展深井地应力测量仪器和应力标定实验场,建立一批监测台站。

在关键探测装备自主研制方面实现跨越,包括:研制了我国首台万米大陆科学钻探钻机,在“深井高转速大扭矩全液压顶驱系统”和“悬挂式自动钻杆排放装置”两大技术上实现突破。在“松科二井”科学钻探实战中,创造了钻探7018米的亚洲纪录。

大功率地面电磁探测系统研制取得新进展,突破极低频微弱信号检测技术、高磁导率磁芯设计和线圈设计与加工工艺等关键技术,基本可以替代国外同类装备。

无缆自定位地震探测系统进展喜人。突破了有缆地震仪采集道数和道间距限制等技术瓶颈,支持多种地震勘探的野外作业方式,主要性能指标达到或超过国际同类地震仪设计水平。

移动平台综合地球物理数据处理与集成系统填补国内空白。将多类勘探方法、海量数据、多种处理和解释技术融为一体,建立高效率的工作流程,实现深部数据融合与共享管理。

深地强国 梦圆可期

“2011年美国地球物理年会期间,国际岩石圈探测委员会主席、原美国深部探测实验计划首席科学家布朗教授看到我们的深反射地震剖面后感慨,美国的深地震反射剖面要重做了。”董树文指着墙上的《四川盆地—大巴山地震反射剖面图》说,布朗之所以有此一说,主要是我国深反射探测精度有了显著的提升,相比上世纪末,对地壳结构刻画得更精细、反映出的信息更丰富。

站在大巴山剖面图前,董树文娓娓道来:四川盆地和大巴山的地壳结构完全不同,直到大巴山前,各地层反射呈水平状,表示6亿年来非常稳定,没有构造干扰和破坏;进入高高的大巴山区,原来的水平地层翘起、隆起,一直影响到12千米深,说明地壳强烈变形了。而在盆地与山脉接触的山前弧形区域,由于卷入变形的各地层原有油气藏被改造,一部分破坏消失了,一部分迁移到山前的“三角带”,形成了油气二次富集,成为油气勘查的远景区。

“根据这一发现,现在油气公司开始关注大巴山前缘。”董树文说。

随着激光笔光点的移动,记者看到在盆地中央连续地层下部隐约出现了数个隐伏的小盆地。

“盆地是生油的原始构造,也是勘查油气资源的最主要目标区。”董树文介绍,这一成果指示了古生界之下可能保存了元古代的盆地。基于这一新的认识,科技部“十三五”重点研发专项支持了“元古代油气资源潜力与预测”任务,从战略上推动我国油气勘查进入更深层系。

他还介绍了开展金属矿地震勘查的试验进展。针对地震波在金属矿体上主要形成散射波的特点,针对性地研发了散射波采集、解译等关键技术。“一旦这一技术完善成熟,在金属矿深部找矿上就又多了一种手段。”董树文表示,随着部深地实验室的揭牌、深地探测工程的实施,中国由深地大国迈向深地强国的步伐必将越来越快。

他的这一信心主要来自以下几方面:

一是自然资源部高度重视,要求实验室彻底打破行政化管理模式,真正让科学家说了算;实验室建设要立足“一核多点”。“一核”即以中国地质科学院现有深部探测为基础,“多点”就是联合全国各部门相关优势队伍和国内外深地探测的科学家,形成国家深地战略力量。

二是中央将强化国家战略科技力量的建设。中央经济工作会议将强化国家战略科技力量作为今年八项重点工作之首。围绕战略科技布局,国家将部署重大战略科技行动,包括重大科学计划(工程)、国家重点实验室和国家实验室建设等。

三是地方政府参与的热情高涨。目前,地方主动参与深部探测行动,特别是在深部资源、深部热能、地下空间、探测装备等领域注入高度的热情。北京市长期支持深地科学基地建设,在用地、人才等多方面给予支持配合。

四是实验室自身做好准备。围绕国家深地发展需求,在深部结构探测、深部物质探测、深部资源勘查、深部热能利用、深部探测技术与装备、深地科学发展和地下空间利用等领域谋划了2030年的精细计划,为解决我国资源环境问题从“根”上提供系统解决方案。

“中国的深地强国梦值得期待。”董树文强调。

■ 记者手记

主动融入国家战略科技力量建设

《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二○三五年远景目标的建议》提出强化国家战略科技力量后。随后的中央经济工作会议将“强化国家战略科技力量”列为2021年的八项重点任务之首。这也为地质科技的创新发展和全方位应用搭建了更广阔的舞台。

首先,地质行业是科技密集型行业,在科技创新方面有着一定的优势。这从过去数十年地质科技取得的诸多重大成果中可见一斑。强化国家战略科技力量瞄准的生命健康、脑科学、生物育种、空天科技、深地深海等前沿领域,有些本就是地质科学的优势和职责所在,如对深地深海的探索,有些则需要地质科学、地质工作提供多方面的支持和服务。

仅以“生命健康”为例。新冠肺炎疫情发生后,美国矿业联合会发布《我们的医药供应链需要强大的国内矿业支持》,已引起美国政府的高度重视。中国地质大学(北京)杜高翔教授的研究表明,矿物材料在抗菌、抗病毒领域有着广阔的应用前景。这也提示人们,地质行业除了找矿为经济社会发展提供资源保障外,还应关注更广泛的基础服务,以及与其他领域科技的交叉融合,不断开拓地质科技新的应用领域。

其次,重大科技项目、战略性科学计划和科学工程,将是今后国家战略科技力量建设的主要组织形式。这也意味着,国家战略科技力量不是某几家单位、某些学科的单打独斗,而需要来自全国相关领域科研院所、高校、企业的技术力量和科技资源的全面整合。

由此可见,地质科技工作者需要更加主动地与国家重大科技项目、计划和工程对接,在积极推进学科建设、自主创新的同时,主动融入国家前沿领域的科技工作,真正成为国家战略科技力量的重要组成部分。

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