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《瞭望东方周刊》2014第45期刊文“董树文:大地探索者”
时间:2014-11-27  作者: 山旭 葛江涛  来源:瞭望东方周刊              【复制地址】【打印】【关闭】

“地壳一号”万米大陆科学钻机承担着服务“百年大庆”的目标


    几乎每个家庭都会有不锈钢制品。加之工业和其他应用,每年中国需要至少800万吨铬。

  铬可以与碳发生化学反应,从而产生高强度、高硬度、防腐蚀的金属化合物,这就是不锈钢生产的关键。

  中国的铬矿年产量只有约20万吨。在董树文和他的项目启动前,中国的铬远景储量刚刚超过1000万吨。

  站在位于中国地质科学院大院的“深部探测技术与实验研究”专项(以下简称“深部专项”)办公室里,这位略显疲惫的中国地科院副院长指向巨幅中国地图的下沿:沿雅鲁藏布江,也就是印度次大陆和东亚大陆碰撞的区域上,有一道漫长的紫色弧带。

  “通过‘深部专项’发现,在这里有一个长2000多公里的地带,铬储量丰富。”专项首席科学家董树文说,这个铬铁矿带有金刚石包体,与俄罗斯乌拉尔地区的同类矿石十分相似,那里有6亿吨铬矿远景储量。

  不过,“超级铬矿”并非“深部专项”的主要任务。所谓深部,是指地下几公里到几十公里范围内的岩石层。

  作为中国地学界有史以来最大的科学项目,董树文希望能从深部的视角重新解释中国大地的形成和现时运动。

  如此,矿产、能源、地震等一系列当今中国急需回答的问题,都有望获得更加深入的解释。

  耗资超过12亿元人民币的“深部专项”,正在总结它过去五年的工作成果。而能否对中国大地的最根本问题作出全面回答,恐怕还有赖于国家对于“地壳探测工程”的决心。


服务“百年大庆”

  可能存在“超级铬矿”的这个区域,在地质术语中叫做雅鲁藏布江缝合带。中国唯一的大型铬矿罗布莎就位于这个海拔超过4000米的区域,其储量一直被认为只有500万吨。这个结论自改革开放以来就没有改变过。

  “深部专项”在罗布莎实施科学钻,探测深度1800多米,创造了西藏最深钻探的纪录。后来因为新发现,拓展为四个井位。

  惊人的新发现是,这里的铬矿石中存在金刚石,“过去认为洋壳很浅,表层压力小,不应该生成金刚石。铬矿的包体里发现金刚石,说明这个铬矿形成于高温高压的地幔深层。”董树文解释说。

  “深部专项”科学钻探项目的首席科学家杨经绥不由想到:世界上最有名的乌拉尔铬矿,就是与金刚石共生的。

  所以后来杨经绥团队的研究,为雅鲁藏布江缝合带西段寻找大型、特大型铬铁矿提供了依据。可能存有这种矿藏的罗布莎超镁铁质岩带仅有30多平方公里,而同在雅鲁藏布江缝合带上的普兰,有700多平方公里。

  “超级铬矿”并非“深部专项”在青藏高原南部的唯一发现。通过科学钻取得的地下深处的岩芯柱中,竟然有纯金属物质。这种近乎纯质的金属球团,只能形成于数百千米深度的地幔过渡带,极为罕见。

  上世纪80年代初,两位地质学家方青松、白文吉就在罗布莎的岩体中发现了金刚石。

  “全世界都不相信,因为洋壳不可能形成那么大压力,压力很低,温度很低,怎么形成金刚石?这个文章发表以后,大家都认为实验分析可能存在污染,也许是筛选时容器里有过去留下的残余。”董树文说。

  现在已经完成的第一种新矿物,被命名为“青松矿”,纪念已于2010年去世的方青松,“他为在西藏罗布莎铬铁矿石中找到第一粒金刚石作出了杰出贡献”。

  如罗布莎一般的科学钻共有六个,大多位于中国重要的矿产区。如南岭成矿带——中国最大的稀土和钨锡金属产地,经过数十年高速开发已经进入枯竭阶段。

  “稀有的钨矿存在于石英脉,过去一般认为它有五层,但底下是否有岩浆供应,不然从哪来呢?可谁也证实不了。”科学钻打入地下3000米,中国地质科学院矿床资源研究所研究员王登红的团队证实了“五层楼”之下确实有这样一个“地下室”。

  “也就是说,不是这‘五层楼’采完了就没有了,在深部把‘地下室’找到,很可能开辟一个非常大的资源空间。”董树文说。

  如南岭成矿带发生的情况,在地下500米至2000米的深部第二找矿空间,可能是人类未来矿藏开发的集中地区。“深部专项集成多种探测技术,可以初步实现3000米至5000米的‘透明化’。”董树文解释说。

  “深部专项”中最大的科学装置是创纪录的“地壳一号”万米大陆科学钻机。目前,它已经开始在拥有大庆油田的松辽盆地实施大陆科学钻探工程。

  中国地质调查局局长、党组书记钟自然曾谈到,万米科学钻的目标之一是穿过白垩系地层探寻新的盆地,服务“百年大庆”新目标,建立基础地质研究的“金柱子”,为松辽盆地及其类似盆地的地球物理勘探提供科学“标尺”。

  白垩系地层一直被认为是大庆油田的主要成油区域。

  “我们要知道,这些物质到底是如何形成的,哪些运动造就了矿藏和能源,现在下面是什么情况。这样到哪里去找、找什么,都很清楚。”董树文说,这就是“深部专项”的现实意义之一。


 

李四光的想法

  为什么会在某个盆地形成矿藏?这曾是年轻董树文和几代地质工作者的追问。

  时间回到1972年,曾是纺织厂学徒的董树文被合肥工业大学招为工农兵学员。他本来报名机械系,因为人满,“问我地质系上不上,我说,不上”。

  最终,学校同意先入学再换专业,结果暑假去野外实习,“我就喜欢上了搞地质,后来家里还叫我换专业,我说不换。”

  1975年董树文毕业分配到安徽327地质队,第二年就参加了庐江——枞阳铁矿会战,就是后来确定储量5亿吨的罗河铁矿。

  会战中有一大批刚从牛棚中解放出来的老地质工作者,包括原地质部总工张炳熹,后来成为院士的陈毓川、萧序常、许志琴、常印佛、翟裕生,等等。董树文就跟着他们身后,学习野外观测、显微镜鉴定,学英语。

  “过去不知道什么叫研究,跟在他们后面才知道,石头里面还有好多东西,看到金刚石还要想到碳的来源,老是激发你的兴趣。”董树文回忆起他第一次遇见这些前辈的情形。

  到1978年恢复研究生招生,老人们鼓励这个总在他们眼前“晃荡”的地方地质队员:“你去考研究生,考到大城市、大单位来。”

  其中有一位中国地科院地质力学研究所的先生,叫杨开庆,“他说,你能不能考我的研究生,1978年我就考了他的研究生。”

  这位老者那时已60多岁,满头白发,是1949年后中国自己培养的第一批地质大师。他的老师是李四光。

  董树文在中国地科院研究生毕业回到安徽,杨开庆又批下了博士点。他再次考博成功,成为中国地科院在改革开放后自己培养的第一名博士。

  董树文并没有亲身跟随李四光工作过。但他知道,“李四光视野特别宽,他是搞地球动力学的,不是简单搞一点。他的观点和思路,现在很多人超越不了,我们都超越不了。”

  在杨开庆的讲述中,李四光“从来没有简单跟人跑,什么东西他都有自己独立的想法”。

  一个例子是地震研究,李四光以地质力学的角度提出了地应力的问题,也就是从地质构造的角度“找出最可能发生地震的地点,如果我们能够准确地划分出危险区,这就给出了地震发生的空间可能性”。

  这就是一种物理预报的方法。

  李四光后来亲自领导建立了三个地应力地震监测台站,领导地震会战并成功地预报了邢台地震后的几次地震。但由于体制等原因,这方面工作被划出中国地科院的研究范围。

  在1971年春天去世前,李四光留下一句话:再给我几年,就可能解决地震预报的问题。

  此后,中国的地震预报纠缠于地震前兆的寻找、统计、总结和辩论。到2008年四川汶川地震,此类预报理论与震区一起垮塌。

  正是在四川汶川地震当年,“深部专项”立项。它的一个重要布局就是在青藏高原东南缘和北京周边地区建立地应力监测网络,即子项目“地应力测量与监测技术实验研究”。

四川汶川地震后沿龙门山断裂带进行的测量,应力集中显现。中国地科院地质力学所研究员吴满路等据此预测了地震危险区,并于2012年发表论文。

  2013年5月四川芦山地震,第一时间抵达震区的董树文告诉本刊记者,这正是地质力学预测的部位。而且,地应力监测在数月前又发现了该地区地应力的剧烈变化并上报。

  但是,2014年发生地震的云南昭通地区并没有这种监测网络。


让地质学家也学会地球物理

  “地壳探测工程”最早在2002年就提出,历经挫折,最终四川地震使相关基础研究提速。“深部专项”作为“地壳探测工程”的培育性计划,得以立项。

  在这之前,董树文就曾以地质学家的身份跻身地球物理领域。但是,“我申请不到项目,人家都不批我”。

  同属地学界,但地质学和地球物理学在传统上存有隔阂:一边是备受关注的现实研究,一边是更“体现科学色彩”的基础研究,边界清楚,都自视甚高。

  “最大的不同是评估体系,搞纯基础科学的,是看国际期刊上发多少文章;搞地质的,主要看能不能找到矿。”

  芦山地震发生后,要开一个地球物理方面的重要会议,董树文从首都机场往会场赶,路上接到催促的电话,“问我去哪了,我说刚从芦山地震前线回来,他说地震你跑去干什么?”

  不过,董树文承认,地质出身毕竟给自己带来了与地球物理学家不同的角度,“所以我们的专项现实意义比较大,矿产、资源、地震,这些都是中国最紧迫的现实问题。”

  “深部专项”实施五年,董树文的目标之一是实现地质学和地球物理学的融合,“开始有不服气的,现在应该好些了。”

  对于大科学计划的管理和运作,除了共同的科学理想,董树文清楚,合作中利益兼顾是关键,“科学资源的公平分配是合作的基础,成果的公平分配是合作持久的关键,每个人都要体现出价值,团队的价值就是所有个人成果的集成与升华。”

  包括经费,“国土资源部主持深部专项,而我们自己仅占经费的三分之一强,其余都分到各个部门负责的子项目上,这是国内很少见的。”董树文认为“钱要用在刀刃上”,“比如专项经费中,三分之一用来研发万米大陆钻机等一系列深部探测关键仪器装备,因为这是我国深部探测的软肋。”

  解决这些现实困难,“深部专项”最终可望形成合力,对中国地球科学的一些根本问题作出回答。


  “深部专项”又提出了很多问题,它们以及那些尚未解开的中国大陆之谜,恐怕只能交给“地壳探测工程”。中国人脚下这片大地,能否更加安全、稳定、丰茂,将取决于此。

 

原文地址:http://www.lwdf.cn/article_510_2.html

 


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