“人生七十古來(lái)稀”，在我從事地學(xué)研究五十年之際，《科技日?qǐng)?bào)》記者約我撰文談一下我的研究體會(huì)。在要退居“幕后”時(shí)我梳理了一下思緒，借此機(jī)會(huì)對(duì)后來(lái)者說(shuō)幾句自認(rèn)為很要緊的話。以下的討論分為四個(gè)方面。

如何看待人類(lèi)對(duì)地球資源開(kāi)發(fā)的依賴(lài)

近年來(lái)，關(guān)于“第六次科技革命”在媒體上已經(jīng)說(shuō)得很多了。“信息時(shí)代”、“納米時(shí)代”、“生物工程”、“海洋工程”等新的科技名詞已經(jīng)家喻戶曉。雖然地球科學(xué)在“第六次科技革命”中很少有人提及，不過(guò)，“新能源”卻是當(dāng)今備受關(guān)注的科技革命議題。有了新能源，社會(huì)進(jìn)步才能走入新時(shí)期。

在原始社會(huì)，人類(lèi)不懂得利用能源，后來(lái)進(jìn)入了農(nóng)牧社會(huì)，人們學(xué)會(huì)了利用太陽(yáng)能和流水的重力勢(shì)能，并且學(xué)會(huì)了用銅、鐵等礦物資源制作工具。當(dāng)西歐大規(guī)模開(kāi)采煤炭并用于蒸汽機(jī)動(dòng)力時(shí)，揭開(kāi)了工業(yè)文明嶄新的一頁(yè)。19世紀(jì)末，石油的開(kāi)發(fā)使工業(yè)文明進(jìn)入高峰期，以至于現(xiàn)今的城市一天也離不開(kāi)汽油。

我們國(guó)家能源結(jié)構(gòu)的情況是，90％以上來(lái)自煤炭、石油、鈾礦等不可再生的地球資源，這種格局的根本改變，至少需要50年的時(shí)間。我國(guó)的煤礦儲(chǔ)量90％以上集中在北方，在50年內(nèi)可以保證供應(yīng)，但是目前地下煤礦的現(xiàn)代化開(kāi)采不僅成本高，而且耗費(fèi)大量水資源。北方地區(qū)的水資源本來(lái)就匱乏，生態(tài)環(huán)境很脆弱，如果加大煤礦開(kāi)發(fā)的力度，就很可能導(dǎo)致該地區(qū)荒漠化加劇，結(jié)果得不償失。

全世界的石油、天然氣儲(chǔ)量也許還可能再用50年；但是，中國(guó)當(dāng)前一半的油氣已經(jīng)靠進(jìn)口，一旦世界發(fā)生戰(zhàn)亂，或者全球性的石油危機(jī)，后果則不堪設(shè)想。近年來(lái)，在我國(guó)西北幾個(gè)盆地中已發(fā)現(xiàn)多個(gè)大型、特大型砂巖鈾礦，它鼓舞了不少核專(zhuān)家發(fā)展核電的熱情。但是，即使大力推廣核電以代替煤電，50年后，核電對(duì)能源工業(yè)的貢獻(xiàn)也不可能超過(guò)煤電；何況今年日本東海岸大地震所導(dǎo)致的核電站泄漏事件，以及核廢料處理問(wèn)題的復(fù)雜性，總使人們對(duì)核電安全產(chǎn)生疑慮。另外，地球資源開(kāi)發(fā)及其產(chǎn)品的利用在不同程度上所造成的環(huán)境污染，亦為民眾（尤其是城市居民）深?lèi)和唇^。

人類(lèi)文明發(fā)展到今天，正處于能源開(kāi)發(fā)上的兩難境地。擺脫困難靠的不是計(jì)謀或策劃，而是社會(huì)精英的責(zé)任感和智慧。從物理學(xué)上看，能量分為：勢(shì)能、動(dòng)能、熱能、聲能、光（電磁）能、核能及化學(xué)能七大部類(lèi)，對(duì)應(yīng)的能源可分為物質(zhì)能源及非物質(zhì)能源兩大類(lèi)。人類(lèi)可利用的能源最終取自自然界。在自然界，聲能與打雷、閃電、暴風(fēng)驟雨、潮汐、火山、地震等伴生。但是，由于人類(lèi)還無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)這些突發(fā)事件，因此，聲能的利用目前還只能忽略不計(jì)。在自然界，動(dòng)能與刮風(fēng)、潮汐、火山、地震等伴生，但由于人類(lèi)還無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)火山、地震，目前主要可利用的動(dòng)能是風(fēng)能與潮汐能量；其實(shí)，風(fēng)能來(lái)自太陽(yáng)能，潮汐能來(lái)自月球引力勢(shì)能。自從水車(chē)發(fā)明之后，重力勢(shì)能就開(kāi)始為人類(lèi)所用，從原理上說(shuō)，水力發(fā)電并不是能源的創(chuàng)新，而只是能源轉(zhuǎn)換的創(chuàng)新；因此，電動(dòng)汽車(chē)使用的也不是真正的 “新能源”，因?yàn)殡娏κ褂玫亩嘣茉矗渲兄饕煞譃榕f能源。日出日落，周而復(fù)始，古人認(rèn)為，太陽(yáng)的能量是可以再生的；但據(jù)推測(cè)太陽(yáng)能與100億年前相比，至少衰減了幾十個(gè)級(jí)次，實(shí)質(zhì)上仍然是不可再生的。對(duì)人類(lèi)而言，太陽(yáng)就是光明的象征，給予人類(lèi)的不僅有免費(fèi)的光能、熱能和核能，還有次生的風(fēng)能和儲(chǔ)存在生物體內(nèi)的各種能源。從廣義上說(shuō)，煤和石油也是史前地球內(nèi)儲(chǔ)藏的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為物質(zhì)能源的副產(chǎn)品。在沙漠中鋪設(shè)硅板，到海邊建設(shè)大風(fēng)車(chē)，擴(kuò)大收集太陽(yáng)能的規(guī)模，提高采集、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存和利用太陽(yáng)能的效率，仍然是當(dāng)前工程科學(xué)長(zhǎng)期奮斗的目標(biāo)之一。但是，太陽(yáng)是“天”，人永遠(yuǎn)勝不了“天”。自稱(chēng)“人定勝天”的人一定是個(gè)不可救藥的“自大狂”。太陽(yáng)有100億年的歷史，人類(lèi)只存在了幾萬(wàn)年，人類(lèi)有什么能力能夠戰(zhàn)勝太陽(yáng)？這就是說(shuō)，太陽(yáng)能的利用具有規(guī)律性，但也具有不可控制性。農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)都是利用太陽(yáng)能的典范，人類(lèi)根據(jù)太陽(yáng)能的規(guī)律性，創(chuàng)造出循環(huán)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)模型，也根據(jù)其不可控制性建立了消災(zāi)減災(zāi)、持續(xù)發(fā)展的社會(huì)制度和運(yùn)作模式。現(xiàn)代人當(dāng)然不會(huì)滿足于已有的成就，總是想通過(guò)發(fā)明一個(gè)機(jī)器100％地利用太陽(yáng)能，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。不過(guò)，對(duì)此我們還要等待相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，至少在21世紀(jì)物質(zhì)能源仍然不可取代。

“能源資源”這個(gè)詞，講的主要是物質(zhì)能源。例如，“能源危機(jī)”一詞中的能源，就與太陽(yáng)能等非物質(zhì)能源無(wú)關(guān)。免費(fèi)的再生能源會(huì)有什么危機(jī)？危機(jī)的只是用作燃料的物質(zhì)能源，包括：固體的動(dòng)植物材料、礦物資源（如煤、鈾礦），和流體形式的各種碳?xì)浠衔铮缡汀⑻烊粴猓託夂退衔铮ㄓ址Q(chēng)可燃冰）等。“鉆木取火”中用的木，是人類(lèi)利用物質(zhì)能源的第一種原料。400年前的工業(yè)化始于人類(lèi)大規(guī)模利用地球礦物能源，后來(lái)又以利用油氣資源而達(dá)到工業(yè)文明的頂峰；但是，人類(lèi)一直沒(méi)有找到一種完善的循環(huán)利用這些地球資源的方法，使這些被利用后的物質(zhì)進(jìn)入地球循環(huán)的自然過(guò)程，讓自然吸收和消化這些不再具能量?jī)r(jià)值的廢棄物質(zhì)。于是，只好放任它去惡化人類(lèi)的生存環(huán)境，破壞生命依屬的生態(tài)。所謂的“能源危機(jī)”，要害在人類(lèi)要把地球幾億年來(lái)逐漸積存的物質(zhì)能源在 500年內(nèi)濫用殆盡，而又放棄使地球物質(zhì)循環(huán)并得到新生的義務(wù)。如果按照這條思路繼續(xù)去掠奪地球，例如找月球上的氘和氚，或者去燒海中的水合物，這樣做，只能加速地球上所有生命的老化和滅亡。

我要表達(dá)的觀點(diǎn)可以簡(jiǎn)述如下：現(xiàn)在媒體呼吁的所謂“新能源”，只是一個(gè)時(shí)髦而模糊的概念，常常被一些頭腦過(guò)分“機(jī)靈”的外國(guó)政客拿來(lái)“忽悠”民眾。即使很快發(fā)明出“新能源”也不可能在21世紀(jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的物質(zhì)能源，并在社會(huì)進(jìn)步中發(fā)揮主導(dǎo)作用。但是，目前人類(lèi)對(duì)物質(zhì)能源無(wú)限制、無(wú)序的開(kāi)發(fā)利用，破壞了人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的可持續(xù)發(fā)展，也是有識(shí)之士所不能容忍的。在繼續(xù)提高太陽(yáng)源釆集、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存的使用效率以減緩不可再生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)速度的同時(shí)，應(yīng)致力于綠色礦業(yè)建設(shè)，研發(fā)物質(zhì)能源綜合利用和循環(huán)利用的方法，加強(qiáng)物質(zhì)能源保護(hù)和有限度開(kāi)發(fā)的規(guī)劃，促使人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和文明進(jìn)步。

還要補(bǔ)充的一點(diǎn)是，地球表面雖然不像太陽(yáng)那樣燃燒發(fā)光，但也是主要的能源載體，在重視免費(fèi)的太陽(yáng)能的同時(shí)，也要重視免費(fèi)的地球能。在地球內(nèi)部，巨大的能量庫(kù)被厚達(dá)2900公里的地幔巖石封存在地球外核之中，那里為溫度高達(dá)3000℃的翻騰巖漿所占據(jù)，巖漿渦流產(chǎn)生了地球磁場(chǎng)，證實(shí)了這一能量庫(kù)的存在。地球發(fā)生的驚天動(dòng)地的地質(zhì)作用，其動(dòng)力都來(lái)源于這個(gè)地核中的能量庫(kù)。這個(gè)能量透過(guò)地幔流體滲入地殼，亦可以為人類(lèi)使用。人類(lèi)要是能夠安全地開(kāi)發(fā)封鎖在地球內(nèi)部的能量，至少還可以利用25億年。開(kāi)發(fā)地?zé)嵩础⒏蔁釒r能源只不過(guò)是利用它的九牛一毛，微不足道。長(zhǎng)白山、騰沖等休眠火山下方5公里處都有巖漿房。儲(chǔ)存的熱能和動(dòng)能不亞于長(zhǎng)江三峽的水力勢(shì)能，如能用來(lái)發(fā)電，既環(huán)保又可降低火山爆發(fā)的危險(xiǎn)性。地球內(nèi)部還含有大量的甲烷等天然氣體，它們?cè)丛床粩嗟厣氲貧ぃ覀兊难芯繉?duì)此還關(guān)注很少。我們期待人類(lèi)今后能更加啟迪智慧，高效地開(kāi)發(fā)利用這些源源不斷的地下能源資源。

怎樣看待中國(guó)地質(zhì)構(gòu)造的特殊性

1904年，中了舉人的青年李四光從湖北來(lái)到京城，興沖沖地準(zhǔn)備考進(jìn)士，沒(méi)想到，光緒皇帝取消了科舉，他被送到日本學(xué)習(xí)造船專(zhuān)業(yè)。四年之后，他學(xué)成回國(guó)，卻又發(fā)現(xiàn)中國(guó)當(dāng)時(shí)還沒(méi)有工廠制造巡海大輪船，無(wú)法學(xué)以致用。失望之余，李四光想到中國(guó)地大山多，不如改學(xué)地質(zhì)學(xué)，回國(guó)后總會(huì)有用場(chǎng)，于是，他又前往英國(guó)學(xué)習(xí)地質(zhì)學(xué)。學(xué)成回國(guó)后，他當(dāng)了北京大學(xué)地質(zhì)系教授，通過(guò)到全國(guó)各地進(jìn)行地質(zhì)考察，他總覺(jué)得西方地質(zhì)學(xué)不能完全解釋中國(guó)大地上出現(xiàn)的一些地質(zhì)現(xiàn)象。因此，在廬山舉辦的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上，李四光與美國(guó)的地質(zhì)學(xué)權(quán)威人士葛利普教授大吵了一架。

科學(xué)的精神在于理性的證明，而反對(duì)盲從。新中國(guó)成立前的中國(guó)地質(zhì)學(xué)家無(wú)一不是外國(guó)老師的“徒子徒孫”，他們中有不少人努力用西方地質(zhì)學(xué)理論去解釋中國(guó)發(fā)生的地質(zhì)演化作用，也發(fā)現(xiàn)過(guò)一些疑點(diǎn)。但是，只有李四光敢站出來(lái)公開(kāi)與老外質(zhì)疑和辯論，而不被某些老外所“忽悠”。但是，中國(guó)地質(zhì)構(gòu)造特殊性的問(wèn)題，一直浮現(xiàn)在許多中國(guó)地質(zhì)學(xué)家的腦海中。李四光、黃汲清、陳國(guó)達(dá)等老一輩科學(xué)家都曾提出過(guò)自己獨(dú)特的學(xué)說(shuō)，試圖對(duì)這一問(wèn)題給出令人信服的答案。在20世紀(jì)60年代，作為物理學(xué)革命最后一波的“板塊構(gòu)造理論”，把傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)提升到一個(gè)新的高度，不少地質(zhì)學(xué)家又努力套用新的理論去解釋中國(guó)的地質(zhì)現(xiàn)象，發(fā)表了大量的論文。但只有少數(shù)人在關(guān)注板塊理論沒(méi)有說(shuō)明或說(shuō)明不了的特殊地質(zhì)現(xiàn)象，他們的默默思考，才是理論上創(chuàng)新的胚胎。

30年前，教授我板塊構(gòu)造理論的也是外國(guó)老師，以后也覺(jué)得源于海洋探測(cè)成果的板塊構(gòu)造理論并不能完全解釋中國(guó)地質(zhì)構(gòu)造的問(wèn)題。但是，我沒(méi)有像李四光先生那樣向老外“叫板”的勇氣。我曾用7年的功夫搜集證據(jù)，證明原先認(rèn)為“在拉張區(qū)最上地幔地震反射透明，即最上地幔組構(gòu)相對(duì)均勻”的觀點(diǎn)有誤，論文最終得到西方學(xué)者的普遍認(rèn)可。那么中國(guó)及鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的特殊性體現(xiàn)在哪里？我在《東亞古特提斯域大地構(gòu)造物理學(xué)》（石油工業(yè)出版社，2008年出版）一書(shū)中，證明了認(rèn)識(shí)“古大陸邊緣”這一構(gòu)造單元的重要性。

3億年以前，現(xiàn)今中國(guó)地域還是一片茫茫大海，只有塔里木、柴達(dá)木上方有幾個(gè)孤島。到了2.5億年以前，華北和華南兩個(gè)古老大陸碎塊（即克拉通）從南半球漂移到中國(guó)的地域。2億年以前，塔里木、柴達(dá)木、華北、華南四個(gè)陸塊開(kāi)始連接在一起，逐漸形成中國(guó)大陸的骨架。1.5億年以前，羌塘和拉薩兩個(gè)陸塊離開(kāi)了澳洲和非洲，向北漂移，逐漸加入到中國(guó)大陸的版圖之內(nèi)。在3-1億年前這2億年內(nèi)，中國(guó)由海變陸，完全處于大陸邊緣的環(huán)境之中，和今天西南太平洋—印度洋所處的地質(zhì)環(huán)境類(lèi)似。中國(guó)的一多半地域原處在古代的大陸邊緣，經(jīng)壓縮抬升為陸地之后的構(gòu)造單元，我稱(chēng)為“古大陸邊緣”，這便是對(duì)板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)的補(bǔ)正和完善。在板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)之前，黃汲清先生把這種特殊的地質(zhì)構(gòu)造單元稱(chēng)為“活化地臺(tái)”，陳國(guó)達(dá)先生把它稱(chēng)為“地洼區(qū)”。

在板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)之中，早已把“大陸邊緣”作為一種特殊的大地構(gòu)造單元提了出來(lái)，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這種構(gòu)造單元的重要性。我從青海、甘肅、四川的實(shí)際考察和資料分析中，看到這里的部分地層經(jīng)歷了后期地質(zhì)作用的變形，并且從海底上升到地面，甚至拱成為高山。但是，大陸邊緣海（如現(xiàn)今南海、日本海）的沉積環(huán)境清晰可辨，從海洋到陸地的地質(zhì)作用一層層展現(xiàn)在我的面前。在藏北、內(nèi)蒙、東北及東南沿海，也到處可見(jiàn)類(lèi)似的地層，和近2億年來(lái)在大陸邊緣沉積作用、火山作用、巖漿運(yùn)動(dòng)留下的“指紋”。在這里還可以見(jiàn)到新奇的礦產(chǎn)類(lèi)型，大都與古大陸邊緣特殊的地質(zhì)作用密切相關(guān)。因此，我形成了一個(gè)學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，即，中國(guó)地質(zhì)構(gòu)造的特殊性在于古大陸邊緣分布面積廣大，這些古大陸邊緣不歸屬于傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)中的造山帶，而是與“克拉通”和“造山帶”并列的大地構(gòu)造單元。認(rèn)識(shí)古大陸邊緣的發(fā)育、形成、變形、演化與礦產(chǎn)形成，乃是了解中國(guó)地質(zhì)構(gòu)造的“鑰匙”。而且，只有通過(guò)全球地質(zhì)構(gòu)造的對(duì)比分析，才能把握中國(guó)地質(zhì)構(gòu)造的特殊性。

21世紀(jì)如何探測(cè)地球

關(guān)于地殼下深處地質(zhì)構(gòu)造的知識(shí)，最早來(lái)自地質(zhì)學(xué)家對(duì)巖石露頭及鉆孔巖心的觀察和顯微鏡下的礦物分析。后來(lái)，意識(shí)到火山中涌出的巖漿中夾帶了地下深處一些未曾融熔的巖塊（稱(chēng)為“包裹體”）一起來(lái)到地表，分析火山巖中的包裹體的礦物和化學(xué)成分，人們便可以獲得關(guān)于埋深達(dá)上百千米下的巖石組構(gòu)的知識(shí)。然而，出露在地球表面的火山（包括古火山）總是零零星星的，而且，大部分的火山巖也只是地殼淺部巖石融熔的產(chǎn)物，依靠這種地球化學(xué)的方法，還難以建立起全球或區(qū)域地殼上地幔結(jié)構(gòu)的輪廓，而這一點(diǎn)正是固體地球科學(xué)多年來(lái)追求的一個(gè)終極目標(biāo)。自從20世紀(jì)初地球物理學(xué)創(chuàng)立以來(lái)，這門(mén)新的地球科學(xué)分支便一直把刻畫(huà)固體地球結(jié)構(gòu)作為它的重要使命。

我所學(xué)的專(zhuān)業(yè)稱(chēng)之為“應(yīng)用地球物理”或“地球探測(cè)”，前者被劃為“理科”，后者被劃為“工科”，令人哭笑不得。這個(gè)專(zhuān)業(yè)的理論基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)物理，研究對(duì)象為地質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要工作為數(shù)據(jù)采集處理分析，最終產(chǎn)品是關(guān)于地下目標(biāo)定位的信息。因此與我聯(lián)系審稿、約稿的學(xué)術(shù)期刊有：中國(guó)的《地球科學(xué)》，美國(guó)的《計(jì)算物理》，歐洲的《測(cè)量定位》和日本的《區(qū)域大地構(gòu)造》，真是五花八門(mén)。以我五十年科研工作的體會(huì)，這個(gè)專(zhuān)業(yè)不僅介于數(shù)理科學(xué)、地球科學(xué)和應(yīng)用信息學(xué)之間的一門(mén)邊緣科學(xué)，而且立足于地球內(nèi)部目標(biāo)定位的一門(mén)工程學(xué)分支，因?yàn)槠渌魏慰茖W(xué)技術(shù)的分支都不可能實(shí)現(xiàn)對(duì)固體地球內(nèi)部的目標(biāo)定位。即使1000 年后鉆孔可以達(dá)到5萬(wàn)米的深度，對(duì)地下目標(biāo)的尺寸、形狀和走向定位還要依靠地球物理探測(cè)。

地球科學(xué)的每次跳躍或進(jìn)步，都依靠地球物理探測(cè)。在上世紀(jì)30年代，德國(guó)科學(xué)家魏格納先生提出了“大陸漂移說(shuō)”，轟動(dòng)了整個(gè)地學(xué)界。當(dāng)時(shí)所有的地學(xué)界頭面人物都認(rèn)為這是不可能的。固體的地殼生根于固體巖石的地幔之中，怎么可能從非洲漂移到美洲？他們認(rèn)為，這一理論簡(jiǎn)直是連常識(shí)都不懂！只有氣象學(xué)出身魏格納才會(huì)提出這一理論。而只知道流體力學(xué)的人，才會(huì)說(shuō)這種不懂行的蠢話。然而，這時(shí)，地球物理探測(cè)“開(kāi)張”了，已經(jīng)擁有了折射地震和大地電磁探測(cè)兩張“王牌”。經(jīng)過(guò)二十多年的探測(cè)，發(fā)現(xiàn)上地幔中普遍存在有一個(gè)低地震波速和低電阻率的巖層，厚度幾十或百公里不等。巖石物理測(cè)定表明，處于這個(gè)層位的巖石在相應(yīng)溫度壓力之下粘滯系數(shù)降低2到3個(gè)各級(jí)次，可以緩慢地蠕動(dòng)。于是，魏格納的“大陸漂移說(shuō)”“復(fù)活”了。科學(xué)家們?cè)凇按箨懫普f(shuō)”的基礎(chǔ)上很快創(chuàng)立了“板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)”，并由此誕生了“地球流變學(xué)”等一系列新的科學(xué)分支。

20世紀(jì)50年代地球物理探測(cè)一炮打響，令所有地質(zhì)學(xué)家刮目相看，于是，研究經(jīng)費(fèi)源源不斷，很快又研發(fā)了深反射地震和地震層析成像這兩張 “王牌”，這就是我在北美和英國(guó)留學(xué)的年代。深反射地震猶如一把手術(shù)刀切開(kāi)地球表面，雖然成本很高，但可提供地下目標(biāo)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。而地震層析成像雖然分辨力差，卻可以迅速提交全球地幔或大區(qū)域地殼上地幔的波速結(jié)構(gòu)圖像，二者相輔相成，取長(zhǎng)補(bǔ)短。加上原有的折射地震，大地電磁和衛(wèi)星重力磁力測(cè)量，地球的物理探測(cè)成為一支兵強(qiáng)馬壯、多兵種相互配合的研究隊(duì)伍。在聯(lián)合國(guó)教科文組織的倡議下，組建了全球巖石圈探測(cè)隊(duì)伍，浩浩蕩蕩地開(kāi)展地球內(nèi)部全面探測(cè)的科學(xué)活動(dòng)，形成了一次固體地球科學(xué)研究的新高潮。

20世紀(jì)已經(jīng)過(guò)去，地球探測(cè)的高潮也在歐美消退了，為什么？原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)樵韧度脒@么多資金去探測(cè)地球，是想趁熱打鐵在板塊構(gòu)造的基礎(chǔ)上建立起全新的和系統(tǒng)的固體地球理論體系，包括地球動(dòng)力學(xué)、大地構(gòu)造物理學(xué)、地幔物理學(xué)等。但是 30年過(guò)去了，這個(gè)體系并沒(méi)有打造出來(lái)，采集處理了大量的數(shù)據(jù)及資料，提出了上百個(gè)假說(shuō)和推測(cè)，卻無(wú)法驗(yàn)證。那么，花了這么多納稅人的錢(qián)取得的這些成果，對(duì)社會(huì)進(jìn)步或經(jīng)濟(jì)發(fā)展有什么用處呢？這些錢(qián)花得值不值？市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展的歐美社會(huì)中的精英，自然會(huì)用他們的目光去考量這次地學(xué)界的大規(guī)模活動(dòng)，適可而止無(wú)疑是理性的選擇。于是在21世紀(jì)，歐美國(guó)家?guī)缀跬Ｖ沽烁呋ㄙM(fèi)的深反射地震調(diào)查，而把地球探測(cè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)向了范圍較小的重點(diǎn)區(qū)域與立體結(jié)構(gòu)的綜合研究。

中國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，科學(xué)研究活動(dòng)總是比歐美國(guó)家落后一個(gè)相位的情況司空見(jiàn)慣。進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)能源資源匱乏已成為民族復(fù)興之“瓶頸”，對(duì)地球資源的需求更加迫切，而經(jīng)濟(jì)實(shí)力的壯大又為擴(kuò)大科學(xué)研究提供了充足的資金。于是，在“十一五”期間，國(guó)家專(zhuān)項(xiàng)撥款實(shí)施地殼探測(cè)工程，所采用的方法、技術(shù)路線與20年前歐美等國(guó)在巖石圈探測(cè)時(shí)用的幾乎一樣。但是，一個(gè)新的問(wèn)題擺在了我們的面前：在21世紀(jì)，我們要怎樣去探測(cè)地球？

地球科學(xué)的永恒主題是地球的組成、結(jié)構(gòu)和形成、演化，這也是地球探測(cè)的主要目標(biāo)。46億年來(lái)地球演化的過(guò)程中發(fā)生過(guò)各種各樣的地質(zhì)作用，反映了地球不同時(shí)期行為的特點(diǎn)。這些地質(zhì)作用的記錄稱(chēng)為“事件”，而這些事件在地殼或地幔中巖石遺留下來(lái)的痕跡稱(chēng)為“指紋”。地史上的事件可粗略地分為三種尺度：全球尺度、區(qū)域尺度和局部尺度。海平面升降、生命大暴發(fā)或者生命大滅絕都屬于全球尺度，而中國(guó)西部新生代晚期青藏高原隆升、中國(guó)東部新生代早期的裂谷事件，則屬于區(qū)域尺度。不言而喻，區(qū)域大地構(gòu)造研究是全球構(gòu)造理論的基礎(chǔ)。比區(qū)域尺度還要高的尺度叫做局部尺度，這個(gè)尺度主要與礦產(chǎn)資源勘探有關(guān)，勘探工程的投資主體應(yīng)該為油氣公司和礦業(yè)公司。對(duì)于公益型的地球探測(cè)研究，主要進(jìn)行區(qū)域尺度的探測(cè)，研究對(duì)象為區(qū)域地殼上的地幔，目的是搞清區(qū)域地殼上的地幔的組成結(jié)構(gòu)與演化。開(kāi)展區(qū)域地殼上地幔的研究主要有兩個(gè)問(wèn)題：第一個(gè)問(wèn)題是，區(qū)域的面積很大，從上百平方到上千平方公里，用幾條地震剖面只能大略地在切面上看一下沿線的地殼結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)不在線重要指紋的概率非常低。在2000年前，中國(guó)總共有大約6千公里長(zhǎng)的深反射地震割面，與960萬(wàn)平方公里的面積相比，不可能揭示中國(guó)地殼上地幔組成結(jié)構(gòu)和演化的全貌。如果要將中國(guó)深反射剖面的密度達(dá)到美國(guó)、加拿大的水平（10—20萬(wàn)公里），國(guó)家需要再投入100億元以上。即使如此，剖面的密度也還不至于達(dá)到揭示演化事件的細(xì)節(jié)的目標(biāo)。第二個(gè)問(wèn)題是，研究成果如何驗(yàn)證。地球探測(cè)得到的“成果”就是關(guān)于區(qū)域地殼上地幔組成結(jié)構(gòu)的一些科學(xué)假說(shuō)。驗(yàn)證的方法一是預(yù)測(cè)、二是鉆探。地質(zhì)作用由于其進(jìn)行十分緩慢，如一年的變形速率大約在1毫米級(jí)次，通過(guò)預(yù)測(cè)來(lái)驗(yàn)證假說(shuō)至少也要等幾十年的時(shí)間，現(xiàn)代人沒(méi)有這個(gè)耐心去等待這些預(yù)測(cè)的結(jié)果。而且，在這幾十年中又會(huì)有幾十個(gè)更新穎的假說(shuō)出現(xiàn)，到底去驗(yàn)證哪一個(gè)？科學(xué)鉆探是客觀的驗(yàn)證，但是科學(xué)鉆探不僅耗資巨大，而且目前只能鉆到1萬(wàn)米左右。在大多數(shù)陸地，這樣深度的溫度已接近300℃，作為鉆桿的鋼管已變得像面條那樣柔軟，無(wú)法打穿堅(jiān)硬的巖石。這兩個(gè)困難使歐美科學(xué)家不得不放棄以深反射地震為主導(dǎo)的區(qū)域地球探測(cè)計(jì)劃。因?yàn)椋绻麩o(wú)法驗(yàn)證，花上百億換來(lái)追加的幾個(gè)科學(xué)假說(shuō)實(shí)在太不合算了。

然而，中外地球探測(cè)的同行們并沒(méi)有放棄探測(cè)區(qū)域地殼上地幔的努力，因?yàn)檫@件事不僅涉及新全球構(gòu)造理論的開(kāi)創(chuàng)，也與現(xiàn)代社會(huì)人類(lèi)面臨的能源、資源危機(jī)密切相關(guān)。有識(shí)之士認(rèn)識(shí)到，一定要找出幾種能進(jìn)行面積性調(diào)查而且成本很低的地球探測(cè)新方法，其中最重要的就是地震層析成像。借助信息時(shí)代的技術(shù)支撐，1984年美國(guó)科學(xué)家首先發(fā)表了全地慢p波地震層析成像的結(jié)果，并研發(fā)出遠(yuǎn)距離接收的流動(dòng)地震臺(tái)站，使體波地震層析成像的研究進(jìn)入?yún)^(qū)域地殼上地幔探測(cè)的視野，在新世紀(jì)成為地球探測(cè)的主打方法和技術(shù)。依筆者最近在華北和塔里木研究的情況看，在地震頻發(fā)和數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)較密的中國(guó)大陸，這種方法不僅可以取得P波、S波與泊松比結(jié)構(gòu)圖像，而且在少量流動(dòng)站的協(xié)助下，分辨率可達(dá)5—10公里,完全可以滿足區(qū)域地殼上地幔探測(cè)的要求。當(dāng)然，光有主打的方法還是不夠的，還必須有其他方法來(lái)扶持。在不可能進(jìn)行數(shù)量足夠的鉆探驗(yàn)證的情況下，只能用多種探測(cè)方法結(jié)果的“兼容度”來(lái)評(píng)價(jià)地殼探測(cè)取得的結(jié)論（假說(shuō)），具體說(shuō)明請(qǐng)看下節(jié)塔里木盆地研究的例子。

為什么要重點(diǎn)研究塔里木盆地

2005年中國(guó)大陸科學(xué)鉆探工程勝利完工之后，筆者逐漸轉(zhuǎn)入塔里木盆地地殼結(jié)構(gòu)和油氣密集區(qū)定位的研究，并把它作為標(biāo)注個(gè)人自我價(jià)值的一個(gè)最重要符號(hào)。為什么呢？

第一，是因?yàn)榈厍蛱綔y(cè)在21世紀(jì)進(jìn)入了區(qū)域面積性調(diào)查的新階段，我們事先準(zhǔn)備了多波地震波速/泊松比層析成像、位場(chǎng)多尺度分解和密度結(jié)構(gòu)成像、反射地震微尺度波場(chǎng)奇異性分析和大地電磁三維電阻率成像四大方法技術(shù)體系。其中前三項(xiàng)從理論到實(shí)驗(yàn)都是筆者與研究生多年來(lái)的研究積累，從西方是買(mǎi)不到的。這四大體系基本上為區(qū)域低成本地球物理調(diào)整奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是，只有找一個(gè)地區(qū)進(jìn)行示范才能說(shuō)服同行并進(jìn)行全面推廣，使科研成果為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。同時(shí)，使前期研究的成果更加完善成熟。沉積盆地不僅是石油、天然氣、煤礦、鈾礦和鉀鹽礦等國(guó)家急缺礦產(chǎn)匯集的主要場(chǎng)所，而且由于表層被沙土覆蓋，難得有基巖露頭出現(xiàn)，地球物理的探測(cè)成為最主要的途徑。因此，21世紀(jì)地球探測(cè)創(chuàng)新的示范場(chǎng)地，最好選在大型沉積盆地。

第二，對(duì)21世紀(jì)人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，最嚴(yán)重的三個(gè)問(wèn)題乃是全球變暖所導(dǎo)致的“溫室效應(yīng)”，石油消耗殆盡導(dǎo)致的能源危機(jī)和生物種類(lèi)和數(shù)量大幅度減少導(dǎo)致的生物鏈斷裂。2009年夏天，李克強(qiáng)副總理來(lái)我們實(shí)驗(yàn)室時(shí)，曾當(dāng)面詢問(wèn)塔里木盆地的油氣前景情況。可見(jiàn)，油氣資源儲(chǔ)備問(wèn)題不僅關(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且還涉及國(guó)家安全。鑒于我國(guó)沒(méi)有特大型克拉通盆地發(fā)育，因此，至今還沒(méi)有找到像中東、西西伯利亞那樣大的巨型油氣田，但在雙遼盆地、環(huán)渤海盆地，發(fā)現(xiàn)了50億噸級(jí)特大油氣田。第三個(gè)特大油氣田在哪里？一直是我們這一代地球科學(xué)家苦苦求索的問(wèn)題。而塔里木盆地、南海盆地、東海盆地和羌塘盆地便成為地質(zhì)學(xué)家最為關(guān)注的目標(biāo)。石油地質(zhì)學(xué)家根據(jù)生油巖體積估算，塔里木盆地的油氣遠(yuǎn)景儲(chǔ)量可達(dá)220億噸，超過(guò)了雙遼和環(huán)渤海。不僅如此，該盆地生油期很長(zhǎng)，起到保存油氣床的蓋層（如膏鹽層）也普遍發(fā)育，生油儲(chǔ)油和保存油氣的條件比中國(guó)其他盆地都好，把塔里木盆地作為尋找中國(guó)“第三個(gè)大慶”的遠(yuǎn)景區(qū)的首選，以及21世紀(jì)地球探測(cè)科技創(chuàng)新示范的首選，便順理成章了。

第三，塔里木盆地有56萬(wàn)平方公里的面積，在哪兒能找到“第三個(gè)大慶”的難度和風(fēng)險(xiǎn)巨大，在這里對(duì)油氣藏定位便成為最新科技水平較量的場(chǎng)所。1980年，第一次進(jìn)入塔里木沙漠做反射地震勘探的乃是美國(guó)石油公司。30年后，中國(guó)人是否有能力進(jìn)行全盆地石油資源的勘探，也是對(duì)中國(guó)人自信心和勇氣的檢驗(yàn)。另一個(gè)新情況是，由于石油部的取消和《礦產(chǎn)法》的頒布，目前，塔里木盆地大部分面積已被劃分成四、五十個(gè)小區(qū)塊，這些區(qū)塊的勘探權(quán)已被幾家石油公司瓜分。由于公司所關(guān)心的只是自己登記區(qū)塊中的油氣開(kāi)發(fā)，全盆區(qū)域地質(zhì)調(diào)查已經(jīng)不再是任何一個(gè)公司的業(yè)務(wù)。因此，中國(guó)大盆地研究在21世紀(jì)便失去了主體，沒(méi)有了責(zé)任歸屬的機(jī)構(gòu)，處于管理上的“死角”。

第四，即最后一個(gè)難點(diǎn)在于，塔里木盆地的主力生油期在古生代，尤其是早古生代，特大型油氣藏如果存在，埋藏大都深達(dá)5—10 千米。由于深層鉆探成本非常高（單口井在億元以上），如果沒(méi)有高度準(zhǔn)確的地球物理定位方法和技術(shù)，是不可能取得成功的。當(dāng)然，作為公益性的研究機(jī)構(gòu)不應(yīng)該代替石油公司去進(jìn)行油氣勘察，并且也缺乏石油公司那樣的財(cái)力與物力。我們所做的只是將特大型油氣藏的遠(yuǎn)景區(qū)一步一步地縮小，為降低油氣勘查的風(fēng)險(xiǎn)和快速定位做出貢獻(xiàn)。

2008—2010年，在中石化海相前瞻性項(xiàng)目的支持下，我們用上述四大方法系列進(jìn)行了250萬(wàn)比例尺的全盆特大型油氣藏遠(yuǎn)景區(qū)的定位研究，把塔里木特大型油氣田的目標(biāo)遠(yuǎn)景區(qū)縮小為3個(gè)，面積從全盆56萬(wàn)平方公里縮小為16萬(wàn)平方公里左右。從今年開(kāi)始，由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局資助，繼續(xù)用上述四大方法技術(shù)系列進(jìn)行了100萬(wàn)比例尺的塔里木地殼結(jié)構(gòu)研究，希望通過(guò)3年的工作，將特大型油氣藏的靶區(qū)進(jìn)一步定位在5—6萬(wàn)平方公里以內(nèi)。

筆者十分感謝汪民、牟書(shū)令等政企領(lǐng)導(dǎo)和劉光鼎、許志琴院士等許多地球科學(xué)家對(duì)此項(xiàng)研究的指導(dǎo)和支持，并祝愿通過(guò)地學(xué)界的不懈努力，盡快把塔里木盆地中的“第三個(gè)大慶”找出來(lái)。

作者簡(jiǎn)介

楊文采，1942年出生于廣東，現(xiàn)為中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所能源資源中心主任、大地構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)主任。1984年加拿大MCGILL大學(xué)地球物理學(xué)博士，2005年中國(guó)科學(xué)院院士，2008年11屆全國(guó)政協(xié)委員、全國(guó)政協(xié)人口、資源、環(huán)境委員會(huì)委員。