科學(xué)鉆探的發(fā)展歷程

  上天、入地、下海洋,是人類(lèi)自古以來(lái)的三大夢(mèng)想。自1957年前蘇聯(lián)成功發(fā)射了第一顆人造地球衛星以來(lái),人類(lèi)已對太空進(jìn)行了無(wú)數次成功探索。 人類(lèi)已經(jīng)不止一次在月球上留下了腳印,未來(lái)若干年,登上火星的夢(mèng)想也即將實(shí)現。/上九天攬月,下五洋捉鱉0已經(jīng)成為現實(shí)。然而比起上天下海,人們對自己生活的地球內部所知甚少。

 

  人們根據地表及近地表的地質(zhì)研究成果以及地球物理等間接方法提出了一系列學(xué)說(shuō),也一直幻想著(zhù)各種可以直接入地進(jìn)行觀(guān)察觀(guān)測的方法。由于堅硬巖石的阻隔,人類(lèi)對地球內部直接觀(guān)察困難重重。到目前為止,人們對地球內部的認識大多是通過(guò)地球物理等間接方法獲得的,這種地表的地球物理遙測只能獲得構造影像,對地球深部的推測則存在許多不確定性與/多解性0。 對地球奧秘最直接的探索和對地球物理及實(shí)驗室取得的數據進(jìn)行驗證,必須深入到地球內部,獲取樣品及各種信息?？茖W(xué)鉆探是獲取地球深部物質(zhì)、了解地球內部信息的最直接、最有效、最可靠的方 法,是地球科學(xué)發(fā)展的不可缺少的重要基礎,對21世紀地球科學(xué)和相關(guān)科學(xué)技術(shù)發(fā)展具有重要的推動(dòng)和帶動(dòng)作用,同時(shí)也是解決人類(lèi)社會(huì )發(fā)展面臨的資源、災害、環(huán)境等重大問(wèn)題的重要途徑之一。通過(guò)數千米甚至上萬(wàn)米的大陸科學(xué)鉆探,科學(xué)家可以揭示大陸地殼的物質(zhì)組成與結構構造,校正地球物理方法對地球深部的遙測結果,探索地球深部流體系統、地熱結構,監測地震活動(dòng),揭示地震發(fā)生規律,研究全球氣候變化及環(huán)境變遷,探索地下微生物的分布及潛育條件,預防環(huán)境及地下水污染,有效處理核廢料,長(cháng)期觀(guān)察地球變化等等,可以解決一系列重大基礎科學(xué)問(wèn)題。因此,大陸科學(xué)鉆探工程被形象地譽(yù)為/伸入地球內部的望遠鏡0。對解決人類(lèi)社會(huì )發(fā)展所面臨的資源、災害和環(huán)境三大問(wèn)題都有十分重要的意義,同時(shí)也是帶動(dòng)21世紀地球科學(xué)和相關(guān)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的大科學(xué)工程。

 

  科學(xué)鉆探的興起,始于20世紀中葉(劉廣志,2005)。1957年3月,美國國家基金地球科學(xué)部的成員WalterMunk提出倡議,利用深海鉆探在地殼最薄的地方打穿莫霍面,以研究地球的年齡、地幔的物質(zhì)組成和內部作用,這就是著(zhù)名的/莫霍計劃0(MoholeProject)。該計劃首先于1961年3~4月在墨西哥西岸瓜達盧佩海灣(Guadalupe,Mexico)實(shí)施5口鉆井,最深的一口從水深3566m的洋底向下鉆井183m,其中前170m為中新世的沉積物,向下則為玄武巖,這是人類(lèi)首次從洋底用鉆探方法獲取的玄武巖樣品。盡管第一期工作取得了史無(wú)前例的成果,但由于技術(shù)、經(jīng)費及管理問(wèn)題,整個(gè)計劃于1966年終止(汪品先,1994)。

 

  1968年,美國科學(xué)基金等機構資助實(shí)施了一項意義深遠的深海鉆探計劃(DeepSeaDrillingProject,簡(jiǎn)稱(chēng)DSDP)。1968年8月,/格洛瑪#挑戰者0號首航墨西哥,標志著(zhù)DSDP正式開(kāi)始。從1968年8月11日開(kāi)始至1983年11月計劃結束,/格洛瑪#挑戰者0號船共完成了96個(gè)航次,鉆探站位624個(gè),實(shí)際鉆井逾千口,累計在海底之下鉆進(jìn)320km,最深海底鉆井1741m,共獲取巖芯97056m。DSDP是地球科學(xué)史上最大規模的國際合作,其結果證實(shí)了海底擴張,建立了板塊學(xué)說(shuō),同時(shí)導致古海洋學(xué)新學(xué)科的建立,為地球科學(xué)帶來(lái)了一場(chǎng)革命(汪品先,1994)。 1983年,DSDP計劃之后,又開(kāi)始新一輪的大洋鉆探計劃(OceanDrillingProgram,簡(jiǎn)稱(chēng)ODP)。ODP主要由美國科學(xué)基金資助,參加國家有澳大利亞、加拿大、中國、中國臺灣、韓國、比利時(shí)、丹麥、芬蘭、希臘、冰島、愛(ài)爾蘭、意大利、挪威、葡萄牙、西班牙、瑞典、瑞士、荷蘭、土耳其、法國、德國、日本、英國和俄羅斯等(ODPFinaltechnicalReport,2007)。 歷經(jīng)20年的大洋科學(xué)鉆探(ODP)在地球環(huán)境動(dòng)力學(xué)和地球內部動(dòng)力學(xué)等方面取得了一系列重要成果,例如:將深海沉積物中記錄的氣候變化與理論計算的地球軌道參數的變化聯(lián)系起來(lái),論證了軌道參數變化在驅動(dòng)氣候變化中的作用;以地球軌道周期為基礎的高分辨率地質(zhì)年代表,開(kāi)創(chuàng )了地質(zhì)年代學(xué)的新階段;證實(shí)了10年至千年際的洋流循環(huán)變化;建立并量化了100Ma來(lái)的全球環(huán)境變化,發(fā)現了全球性瞬時(shí)氣候事件、全球大洋缺氧事件;發(fā)現了氣候周期演變中熱帶碳循環(huán)的作用;對夏威夷皇帝海嶺的鉆探所鉆取的沉積物和玄武巖樣品的測年研究表明,這些年齡沿著(zhù)海底火山鏈或火山脊出現系統的變化,驗證了板塊構造關(guān)于火山鏈/熱點(diǎn)0成因的假說(shuō)等等(柴育成等,2003)。1998年4月,我國作為/參與成員0正式加入大洋鉆探計劃。

 

  2003年,建立在DSDP和ODP基礎之上、規模更大、參與更加廣泛的綜合大洋鉆探計劃(IntegratedOceanDrillingProgram,簡(jiǎn)稱(chēng)IODP)正 式開(kāi)始。IODP成立之初,即將目標定在地球系統(地球、海洋與生命)的綜合研究。