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科学钻探:“探”秘地震
· 时间: 2009-07-13 · 本刊记者 唐元恺

 

由于受到多次地震活动的作用,井内地层全部破碎,钻孔涌水,其上部多处垮塌,下部严重缩径,导致卡钻、埋钻等事故频繁,钻进着实费劲儿。但这些都没有难倒工程和科技人员,他们通过多种有效技术手段,解决了种种难题。“他们获取了原状性好的岩心,不仅保证了钻探施工安全顺利进行,而且为我们开展地学研究提供了良好的实物样品。”许志琴在学术报告会上说,工程钻探的取心率达到92%。

一般情况下的浅源地震,震源深度基本都大于10公里。钻井的深度若未达到震源深度,仪器就不能送达地下深部进行探源,也会限制对地震过程的监测。另外,从理论上说,地壳内的温度和压力随深度增加,每深入100米温度升高1℃。“近年的钻探结果表明,在深达3公里以上时,每深入100米温度升高2.5℃,到11公里深处温度已达200℃。在这样恶劣的条件下,现有的测量仪器根本无法工作。”四川成都市防震减灾局洪时中研究员表示,如何提高观测手段,让测量仪器达到耐高温高压,也是地震监测领域的研究方向之一。

 

地下望远镜

“我们要建立中国第二个长期地震观测站。”许志琴院士透露。此前由她担当首席科学家并负责的中国大陆科学钻探已经在江苏省东海县建成中国第一个长期地震观测台站。

2001年6月25日,在中国超高压变质带上实施的5公里深的中国科学钻探第一井于东海县开工(试钻),震动了国内外地学界。由国土资源部组建的中国大陆科学钻探中心基地的工作人员们连钻上千天,在2004年底达到既定钻进目标后,又连续突进到5158米。如果按一层楼3米算,此井的深度有1700多层楼“高”。有关权威评论,这标志着中国已成为继前苏联和德国之后第3个能够完成超过5000米科学深钻的国家。

在工程指挥部,圆柱般的岩心被科学家们按照从地下取出的顺序一一编号,哪怕其间掉落的一块碎片都要按照其原来所在的位置归位,进行计算机扫描,然后藏于岩心库。

2004年12月26日8时许,正在中国科钻一井进行观测的研究人员发现,地下4900米处的流体中氩和氦含量突然发生变化。1小时后,4700千米之外的苏门答腊发生9.3级地震。“我们捕获了此次地震信息,这证明,利用大陆科学钻探深井完全可以检测地震的远程和近程效应,从而为地震预报提供准确的数据,也将为长期观测提供必要的科学依据。”

许志琴从事地质工作40多年,长期在青藏高原及造山带进行野外作业。其腰锥动过大手术,钉了8个钉子,许多人劝“不能再出野外了”,可她不听。这位成为刚刚改革开放的中国首批赴国外进修的科研工作者(1980年到法国蒙贝利埃大学师从一位著名构造地质学家),从小就喜欢地质,热衷探索地球奥秘,梦想着“看看地下”。

许院士早已拿到了“地下望远镜”——由深部钻探技术和地球物理遥测技术构成的科学钻探被称作“伸入地球内部的望远镜”。她与同仁们历经10年的大陆科学钻探工程于2007年12月14日正式通过了国家验收。

上天、入地,曾是人类的两大梦想。而科学钻探与“登月计划”一道被誉为人类20世纪60年代的两大壮举。长期以来,居住在地球上的人类一直试图通过各种方法对地球的内部进行探测,与“航天”技术相呼应的“入地”科钻,冲破坚硬地壳岩石的阻隔,成为迄今人们获取地球深处真实信息的最有效方法。

固体地球由地壳、地幔和地核组成,在科学家们眼里,地壳和地幔的上部构成了支撑地球上生命的岩石圈,通过大陆科学钻探对岩石圈进行直接取样和观测,可以帮助人们直接、精确地了解地壳成份、结构构造和各种地质过程,对了解地球资源与环境,合理开发和珍爱保护地球起到至关重要的作用。作为带动21世纪地球科学和相关工程技术发展中的科学工程,它同时也是解决人类社会所面临的资源、灾害和环境问题的重要基础研究课题之一。而中国的钻探专家与技术人员在汲取世界各国先进技术和经验的基础上,发明创造和成功应用了一系列新技术、新工艺与新器具,形成了独具中国特色的新型科学钻探技术体系。

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