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吹响向地球深部进军的号角,南京大学董树文教

应安芷生院士邀请,南京大学地球与行星科学系教授、地球深部探测中心首席科学家董树文教授来我所访问并作精彩报告——“我国深地探测战略思考与行动”。

吹响向地球深部进军的号角 ——地球深部探测中心首席科学家董树文解读我国地球深部探测愿景

董教授系统介绍了国际地球深部探测的前沿和我国地球深部探测计划的关键问题与任务。深部物质与能量交换的地球动力学过程,是理解成山、成盆、成岩、成矿、成藏和成灾等过程的核心,深部探测揭开地球深部结构与物质组成的奥秘、深浅联合的地质过程与演化,为解决资源可持续供应、提升灾害预警能力提供数据基础。地球深部探测计划将主要围绕“透视地球”、“深探资源”、“拓展空间”和“绿色利用”等方面,开展基础理论、探测与监测技术方法、仪器装备研发等领域开展前瞻性基础研究,为国家重大资源环境问题提供地下深部解决方案。我国地球深部探测重大科技项目和工程的稳步推进,体现了广大地质工作者牢记 “向地球深部进军”,再创地质事业辉煌,为人类可持续发展服务的历史使命。

2017-06-18 中国石油大学报

董树文教授现为南京大学地球与行星科学系教授,我国深地探测首席科学家。曾任中国地质科学院副院长、国际地质科学联合会执委会委员、联合国教科文组织地球科学计划执委,为德国埃尔福特科学院院士、美国地质学会荣誉会士;曾获中国十大杰出科技创新人物和国家科学技术进步二等奖。

随着深地探测被正式列入我国“十三五”科技创新的总体布局,“深空”“深地”“深海”三大战略科技大布局已经形成,深地探测的意义何在?在高端技术方面我国有哪些成果,与国外存在多大差距?我国将怎样迎接“入地难”的科研难题?

安芷生院士、周卫健院士、孙有斌副所长以及研究所中青年学术骨干和研究生40多人参加了学术报告会并进行了热烈讨论。

6月8日,中国地质调查局、中国地质科学院地球深部探测中心首席科学家,南京大学董树文教授做客第六期“黄岛讲坛”,为大家解读我国目前的地球深部探测愿景

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(董树文教授)

“深地”探测研究迫在眉睫

“向地球深处进军是我们必须解决的战略科技问题。”董树文引用习近平总书记在2016年5月30日全国创新大会上的讲话,详细阐述了向地球深处进军的重要性。“‘必须解决’意味着迫不及待,比以往任何时期都迫切,‘战略科技’涉及国家生存发展的核心,具有全局性的引领作用。”地球深部是人类绝大部分资源能源供应的基础,而中国大陆深部是13亿人口最可靠的能源、资源供应和最安全的避险空间。

地下空间的开发和安全利用是城镇化发展的必然要求。当今中国高速发展,对地下空间基础探测的要求越来越高。“地下空间基础探测远远满足不了需求,规划赶不上地下空间发展速度。”董树文说道。我国特大城市、中心城市甚至中等发达城市的地下空间开发已经进入快车道,其速度和规模超出想象。

我国的地下含水层结构探测仍然没有完成,国家级的应急水源地缺乏含水层分布支撑,至今尚未规划。我国水资源短缺,河流和浅层地下水污染严重,急需应急水源地的救急与安全供水。

向地球深部进军是提高资源储备、缓解资源能源紧缺、保障国家资源安全和可持续发展的战略选择。中国高速的发展需要强大的资源做后盾,但我国资源紧缺、战略资源对外依存程度普遍超过50%,开采2000米深部资源已迫在眉睫。我国能源现状同样不容乐观,油气供应不足,亟待拓展油气勘探新空间、新领域,而深地巨大的地热能源为缓解能源短缺提供了新的方向。

“如果我们能够提取我国陆地3-10公里深度范围内百分之二的地热能源,就可以足够我们使用6000到10000年。”董树文风趣地说道,“如果地热能源能够有效利用,那我们还找什么油啊!当然,这条路还很长。”雄安新区的选址和雄安地区丰富的地热能源密切相关,新区所在的雄县,作为我国的地热示范点,其地热能源已经普遍应用。董树文说道:“中国的地热技术与全世界在同一起跑线,我们的目标就是像美国的页岩油气研究一样,真正造福全球。”

和谐社会发展对自然灾害预警和防治有了更高的要求。我国青藏高原周缘是全球最活跃的地震带,同时,2011年日本福岛特大地震后,西太平洋板块也进入了活跃期,这使得我国大陆东、西部均处于新一轮的活动期。

提高地球认知,是探索自然奥秘和解决资源环境重大问题的必然选择。“地球深部曾被列为地学的‘最后的前沿’,深部变化与能量交换的动力学过程是引起地球表面升降、剥蚀与地貌变化、环境与气候变迁的主控因素。”董树文说道。我们应该做的,是了解大陆深部的结构与组成、揭示各圈层相互作用及其资源环境效应,从而解决人类面临的资源、环境、安全等生存的重大问题。

动力与差距共存

“我国地球深部领域相对国际先进水平存在大约30年的代差。”董树文首先在总体上对我国深地探测现状做出判断,并指出,我国深地探测起步晚,在探测技术、利用深度以及探测分辨率上与国外均存在明显的差距。但是,我国正在奋起直追,有望通过地球深部探测计划重大科研项目,发挥后发优势,到2030年达到国际先进水平,甚至领先水平。

在地下空间探测与安全利用领域,发达国家已有长足发展,国外整体呈现出“地下城市”和“特殊空间”同步发展、地下空间利用多样化的发展趋势。加拿大蒙托利尔的地下城市,深度达到了地下200米,而现阶段我国总体不足50米,并且多以地下轨道交通建设为主。董树文以上海城市地下空间的“概念空间发展规划”为例指出,我国现今重点城市的地下城建设存在问题,“统筹规划,降本增效”的基本思路正越来越显现出巨大的效益。

深地探测技术是未来地热能开发面临的主要难题,地热发电的利用效率与深地探测技术紧密相关。董树文介绍道,美国康纳尔大学完全实现电力自我供应,其中地热能发电占据了全部的百分之七十。目前,我国已经引入这一计划,在申请加入的高校中,西南交大已经成功打了第一口井,并且实现了地热能发电。

董树文指出,深部矿产资源探测与评价已经成为全球行动,许多国家纷纷成立机构、创新成矿理论。澳大利亚、新加坡等矿业大国已经完成了对重要成矿带、矿集区的综合探测和三维建模构建。我国在深部探测专项的支持下,先后开展了长江中下游和南岭等矿集区的综合探测,已经完成了庐枞矿集区3D地质模型的实验构建,但是在总体上仍与发达国家存在差距。

地球深部观测与活动性监测成为人类对地观测的新手段,全球有近百个对地观测网络,从2D/3D观测逐步发展到4D观测。“世界最深的科学钻井达到一万两千米,目前我国的松科二井已经达到6400米。”董树文讲道。虽然我国完成了东海、汶川科钻,但观测网络尚未覆盖到全国,井中观测目标单一,技术装备落后。

围绕我国与发达国家之间的差距,董树文在深部探测前沿技术与装备领域、地球深部探测与地球深部过程领域、深部能源探测与利用(万米以浅)领域等方面向大家作了简要介绍。“目前我国地球深部探测与国际先进水平的主要差距是我国重要构造单元、含油气盆地、成矿带尚未开展深部探测。未来应增加深部探测数据,发展地球系统科学。” 董树文说道,“我国一直在虚心学习,不断跟进。差距固然存在,但我们一直在努力;动力不减,奋斗不息,这才是最重要的。”

从“跟跑”到“领跑”的跨越

“进军地球深部,构筑立体国土,支撑持续发展,服务国防建设对实现地层深部发掘利用有着巨大的战略意义。”董树文强调,“我们要利用的绝不仅仅是地表,如果开发出垂下的国土,中国发展的空间将大大增强。”所以我们的当务之急是解决入地难的问题,实现“跟跑”到“领跑”的跨越。

目前,我国进军地球深部的计划根据“透视地球、深掘资源、拓展空间”的总目标,部署了“一体两翼”格局,即通过“透视地球”科技突破主线,带动“深掘资源”和“拓展空间”两翼齐飞。“我们现在发展慢,创新能力不强,很大原因是对地球深部的探测数据不够。”谈及我国的发展目标,董树文有自己的看法,“首先你要有探测的能力,就是知道地下有什么,发生了什么。”国家的目标为我们指明了大的方向,我们要对其细化,逐条解决。

“在深部能源探测方面,我国取得了很大的成就。”董树文特别指出,“我国在噪声成像方面做得很好,在国际上处于领先地位,这对于地球内部认知有很大的意义。”我国根据深度把能源探测分为五个方面,即地下空间利用、金属矿产分布、地热资源开发、地震和火山研究以及深部结构探索,董树文结合不同方面的探测目标,向大家详细解释了我们面临的困难。

开展城市地下空间探测,建立三维地质模型,整体评价城市地下空间资源,攻克技术难关,挖掘内部资源,利用地热资源,同时拓展可利用空间,我国的整体发展脉络逐渐清晰,寻找地球奥秘,提升认知程度,实现“深地科学”创新。

针对我国安排的八大示范工程和产业化基地,董树文以地下城市空间为例介绍道:“建设地下城市空间一般有特殊的价值,并且如果在某一方面获得成功,就会有辐射性,具有产业价值。”示范工程建设紧密围绕经济建设和社会发展的重大问题,对于我国民生、资源等问题的解决有很大影响。

“更深,更准,更全面”,董树文强调说:“我国应建立更加完善、先进的地下监测与探测系统。”深井群观测系统,国家地应力监测网,超深科学钻井,日夜奋斗的科研团队,不断攻克的科研难题,虽然我国还没有实现完全超越,但已经逐渐追上世界先进水平。

讲座的最后,董树文表示,在地下资源的开发中,我国的地热资源开发已经有一定的发展,中石化在雄县的地热示范点已经可以有效完成地热的生活应用,地热资源无污染、方便快捷,对于我国低碳生活的目标同样有划时代的意义。

中国进军地球深部的脚步从未停止,探测、开采、利用,不断深化的发展,不停攻克的难题,在技术上,中国已经与全世界处于同一水平线,甚至在一些关键技术方面,已经处于领先水平,“我们的目标很明确,就是在向地球内部进军的过程中,真正造福全球。”

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董树文,南京大学教授,中国地质调查局、中国地质科学院地球深部探测中心首席科学家。长期从事构造地质研究,重点研究中生代构造演化,系统提出“东亚汇聚”模式,诠释了“燕山运动”新概念。获国家科技进步二等奖、国土资源科技奖一等奖,获评国家野外优秀工作者。先后当选为德国埃尔福特科学院院士(2011)、美国地质学会荣誉会士(2013),获俄罗斯联邦友谊勋章(2016)。

记者:杨安

学生记者:孙德藩 吕俊杰 赵泽鹏

编辑:张凤

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