“人生七十古來稀”，在我從事地學(xué)研究五十年之際，《科技日報》記者約我撰文談一下我的研究體會。在要退居“幕后”時我梳理了一下思緒，借此機(jī)會對后來者說幾句自認(rèn)為很要緊的話。以下的討論分為四個方面。

如何看待人類對地球資源開發(fā)的依賴

近年來，關(guān)于“第六次科技革命”在媒體上已經(jīng)說得很多了。“信息時代”、“納米時代”、“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，“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，社會進(jìn)步才能走入新時期。

在原始社會，人類不懂得利用能源，后來進(jìn)入了農(nóng)牧社會，人們學(xué)會了利用太陽能和流水的重力勢能，并且學(xué)會了用銅、鐵等礦物資源制作工具。當(dāng)西歐大規(guī)模開采煤炭并用于蒸汽機(jī)動力時，揭開了工業(yè)文明嶄新的一頁。19世紀(jì)末，石油的開發(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汽油。

我們國家能源結(jié)構(gòu)的情況是，90％以上來自煤炭、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年的時間。我國的煤礦儲量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)的水資源本來就匱乏，生態(tài)環(huán)境很脆弱，如果加大煤礦開發(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、天然氣儲量也許還可能再用50年；但是，中國當(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，在我國西北幾個盆地中已發(fā)現(xiàn)多個大型、特大型砂巖鈾礦，它鼓舞了不少核專家發(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，核電對能源工業(yè)的貢獻(xiàn)也不可能超過煤電；何況今年日本東海岸大地震所導(dǎo)致的核電站泄漏事件，以及核廢料處理問題的復(fù)雜性，總使人們對核電安全產(chǎn)生疑慮。另外，地球資源開發(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）深惡痛絕。

人類文明發(fā)展到今天，正處于能源開發(fā)上的兩難境地。擺脫困難靠的不是計(jì)謀或策劃，而是社會精英的責(zé)任感和智慧。從物理學(xué)上看，能量分為：勢能、動能、熱能、聲能、光（電磁）能、核能及化學(xué)能七大部類，對應(yīng)的能源可分為物質(zhì)能源及非物質(zhì)能源兩大類。人類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，由于人類還無法準(zhǔn)確預(yù)測這些突發(fā)事件，因此，聲能的利用目前還只能忽略不計(jì)。在自然界，動能與刮風(fēng)、潮汐、火山、地震等伴生，但由于人類還無法準(zhǔn)確預(yù)測火山、地震，目前主要可利用的動能是風(fēng)能與潮汐能量；其實(shí)，風(fēng)能來自太陽能，潮汐能來自月球引力勢能。自從水車發(fā)明之后，重力勢能就開始為人類所用，從原理上說，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，電動汽車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，太陽的能量是可以再生的；但據(jù)推測太陽能與100億年前相比，至少衰減了幾十個級次，實(shí)質(zhì)上仍然是不可再生的。對人類而言，太陽就是光明的象征，給予人類的不僅有免費(fèi)的光能、熱能和核能，還有次生的風(fēng)能和儲存在生物體內(nèi)的各種能源。從廣義上說，煤和石油也是史前地球內(nèi)儲藏的太陽能轉(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，擴(kuò)大收集太陽能的規(guī)模，提高采集、轉(zhuǎn)換、儲存和利用太陽能的效率，仍然是當(dāng)前工程科學(xué)長期奮斗的目標(biāo)之一。但是，太陽是“天”，人永遠(yuǎn)勝不了“天”。自稱“人定勝天”的人一定是個不可救藥的“自大狂”。太陽有100億年的歷史，人類只存在了幾萬年，人類有什么能力能夠戰(zhàn)勝太陽？這就是說，太陽能的利用具有規(guī)律性，但也具有不可控制性。農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)都是利用太陽能的典范，人類根據(jù)太陽能的規(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)展的社會制度和運(yùn)作模式。現(xiàn)代人當(dāng)然不會滿足于已有的成就，總是想通過發(fā)明一個機(jī)器100％地利用太陽能，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)社會的可持續(xù)發(fā)展。不過，對此我們還要等待相當(dāng)長的時間，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，就與太陽能等非物質(zhì)能源無關(guān)。免費(fèi)的再生能源會有什么危機(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可燃冰）等。“鉆木取火”中用的木，是人類利用物質(zhì)能源的第一種原料。400年前的工業(yè)化始于人類大規(guī)模利用地球礦物能源，后來又以利用油氣資源而達(dá)到工業(yè)文明的頂峰；但是，人類一直沒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)的自然過程，讓自然吸收和消化這些不再具能量價值的廢棄物質(zhì)。于是，只好放任它去惡化人類的生存環(huán)境，破壞生命依屬的生態(tài)。所謂的“能源危機(jī)”，要害在人類要把地球幾億年來逐漸積存的物質(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)可以簡述如下：現(xiàn)在媒體呼吁的所謂“新能源”，只是一個時髦而模糊的概念，常常被一些頭腦過分“機(jī)靈”的外國政客拿來“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，并在社會進(jìn)步中發(fā)揮主導(dǎo)作用。但是，目前人類對物質(zhì)能源無限制、無序的開發(fā)利用，破壞了人類社會進(jìn)步的可持續(xù)發(fā)展，也是有識之士所不能容忍的。在繼續(xù)提高太陽源釆集、轉(zhuǎn)換、儲存的使用效率以減緩不可再生物質(zhì)能源開發(fā)速度的同時，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)和有限度開發(fā)的規(guī)劃，促使人類社會可持續(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)的太陽能的同時，也要重視免費(fèi)的地球能。在地球內(nèi)部，巨大的能量庫被厚達(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，證實(shí)了這一能量庫的存在。地球發(fā)生的驚天動地的地質(zhì)作用，其動力都來源于這個地核中的能量庫。這個能量透過地幔流體滲入地殼，亦可以為人類使用。人類要是能夠安全地開發(fā)封鎖在地球內(nèi)部的能量，至少還可以利用25億年。開發(fā)地?zé)嵩础⒏蔁釒r能源只不過是利用它的九牛一毛，微不足道。長白山、騰沖等休眠火山下方5公里處都有巖漿房。儲存的熱能和動能不亞于長江三峽的水力勢能，如能用來發(fā)電，既環(huán)保又可降低火山爆發(fā)的危險性。地球內(nèi)部還含有大量的甲烷等天然氣體，它們源源不斷地升入地殼，我們的研究對此還關(guān)注很少。我們期待人類今后能更加啟迪智慧，高效地開發(fā)利用這些源源不斷的地下能源資源。

怎樣看待中國地質(zhì)構(gòu)造的特殊性

1904年，中了舉人的青年李四光從湖北來到京城，興沖沖地準(zhǔn)備考進(jìn)士，沒想到，光緒皇帝取消了科舉，他被送到日本學(xué)習(xí)造船專業(yè)。四年之后，他學(xué)成回國，卻又發(fā)現(xiàn)中國當(dāng)時還沒有工廠制造巡海大輪船，無法學(xué)以致用。失望之余，李四光想到中國地大山多，不如改學(xué)地質(zhì)學(xué)，回國后總會有用場，于是，他又前往英國學(xué)習(xí)地質(zhì)學(xué)。學(xué)成回國后，他當(dāng)了北京大學(xué)地質(zhì)系教授，通過到全國各地進(jìn)行地質(zhì)考察，他總覺得西方地質(zhì)學(xué)不能完全解釋中國大地上出現(xiàn)的一些地質(zhì)現(xiàn)象。因此，在廬山舉辦的一次學(xué)術(shù)會議上，李四光與美國的地質(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，而反對盲從。新中國成立前的中國地質(zhì)學(xué)家無一不是外國老師的“徒子徒孫”，他們中有不少人努力用西方地質(zhì)學(xué)理論去解釋中國發(fā)生的地質(zhì)演化作用，也發(fā)現(xiàn)過一些疑點(diǎn)。但是，只有李四光敢站出來公開與老外質(zhì)疑和辯論，而不被某些老外所“忽悠”。但是，中國地質(zhì)構(gòu)造特殊性的問題，一直浮現(xiàn)在許多中國地質(zhì)學(xué)家的腦海中。李四光、黃汲清、陳國達(dá)等老一輩科學(xué)家都曾提出過自己獨(dú)特的學(xué)說，試圖對這一問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)注板塊理論沒有說明或說明不了的特殊地質(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)造理論的也是外國老師，以后也覺得源于海洋探測成果的板塊構(gòu)造理論并不能完全解釋中國地質(zhì)構(gòu)造的問題。但是，我沒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）一書中，證明了認(rèn)識“古大陸邊緣”這一構(gòu)造單元的重要性。

3億年以前，現(xiàn)今中國地域還是一片茫茫大海，只有塔里木、柴達(dá)木上方有幾個孤島。到了2.5億年以前，華北和華南兩個古老大陸碎塊（即克拉通）從南半球漂移到中國的地域。2億年以前，塔里木、柴達(dá)木、華北、華南四個陸塊開始連接在一起，逐漸形成中國大陸的骨架。1.5億年以前，羌塘和拉薩兩個陸塊離開了澳洲和非洲，向北漂移，逐漸加入到中國大陸的版圖之內(nèi)。在3-1億年前這2億年內(nèi)，中國由海變陸，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)境類似。中國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，我稱為“古大陸邊緣”，這便是對板塊構(gòu)造學(xué)說的補(bǔ)正和完善。在板塊構(gòu)造學(xué)說之前，黃汲清先生把這種特殊的地質(zhì)構(gòu)造單元稱為“活化地臺”，陳國達(dá)先生把它稱為“地洼區(qū)”。

在板塊構(gòu)造學(xué)說之中，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，已經(jīng)認(rèn)識到這種構(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，也到處可見類似的地層，和近2億年來在大陸邊緣沉積作用、火山作用、巖漿運(yùn)動留下的“指紋”。在這里還可以見到新奇的礦產(chǎn)類型，大都與古大陸邊緣特殊的地質(zhì)作用密切相關(guān)。因此，我形成了一個學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，即，中國地質(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，乃是了解中國地質(zhì)構(gòu)造的“鑰匙”。而且，只有通過全球地質(zhì)構(gòu)造的對比分析，才能把握中國地質(zhì)構(gòu)造的特殊性。

21世紀(jì)如何探測地球

關(guān)于地殼下深處地質(zhì)構(gòu)造的知識，最早來自地質(zhì)學(xué)家對巖石露頭及鉆孔巖心的觀察和顯微鏡下的礦物分析。后來，意識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（稱為“包裹體”）一起來到地表，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。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)多年來追求的一個終極目標(biāo)。自從20世紀(jì)初地球物理學(xué)創(chuàng)立以來，這門新的地球科學(xué)分支便一直把刻畫固體地球結(jié)構(gòu)作為它的重要使命。

我所學(xué)的專業(yè)稱之為“應(yīng)用地球物理”或“地球探測”，前者被劃為“理科”，后者被劃為“工科”，令人哭笑不得。這個專業(yè)的理論基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)物理，研究對象為地質(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：中國的《地球科學(xué)》，美國的《計(jì)算物理》，歐洲的《測量定位》和日本的《區(qū)域大地構(gòu)造》，真是五花八門。以我五十年科研工作的體會，這個專業(yè)不僅介于數(shù)理科學(xué)、地球科學(xué)和應(yīng)用信息學(xué)之間的一門邊緣科學(xué)，而且立足于地球內(nèi)部目標(biāo)定位的一門工程學(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5萬米的深度，對地下目標(biāo)的尺寸、形狀和走向定位還要依靠地球物理探測。

地球科學(xué)的每次跳躍或進(jìn)步，都依靠地球物理探測。在上世紀(jì)30年代，德國科學(xué)家魏格納先生提出了“大陸漂移說”，轟動了整個地學(xué)界。當(dāng)時所有的地學(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，這一理論簡直是連常識都不懂！只有氣象學(xué)出身魏格納才會提出這一理論。而只知道流體力學(xué)的人，才會說這種不懂行的蠢話。然而，這時，地球物理探測“開張”了，已經(jīng)擁有了折射地震和大地電磁探測兩張“王牌”。經(jīng)過二十多年的探測，發(fā)現(xiàn)上地幔中普遍存在有一個低地震波速和低電阻率的巖層，厚度幾十或百公里不等。巖石物理測定表明，處于這個層位的巖石在相應(yīng)溫度壓力之下粘滯系數(shù)降低2到3個各級次，可以緩慢地蠕動。于是，魏格納的“大陸漂移說”“復(fù)活”了。科學(xué)家們在“大陸漂移說”的基礎(chǔ)上很快創(chuàng)立了“板塊構(gòu)造學(xué)說”，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留學(xué)的年代。深反射地震猶如一把手術(shù)刀切開地球表面，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)星重力磁力測量，地球的物理探測成為一支兵強(qiáng)馬壯、多兵種相互配合的研究隊(duì)伍。在聯(lián)合國教科文組織的倡議下，組建了全球巖石圈探測隊(duì)伍，浩浩蕩蕩地開展地球內(nèi)部全面探測的科學(xué)活動，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)過去，地球探測的高潮也在歐美消退了，為什么？原因很簡單，因?yàn)樵韧度脒@么多資金去探測地球，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，包括地球動力學(xué)、大地構(gòu)造物理學(xué)、地幔物理學(xué)等。但是 30年過去了，這個體系并沒有打造出來，采集處理了大量的數(shù)據(jù)及資料，提出了上百個假說和推測，卻無法驗(yàn)證。那么，花了這么多納稅人的錢取得的這些成果，對社會進(jìn)步或經(jīng)濟(jì)發(fā)展有什么用處呢？這些錢花得值不值？市場經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展的歐美社會中的精英，自然會用他們的目光去考量這次地學(xué)界的大規(guī)模活動，適可而止無疑是理性的選擇。于是在21世紀(jì)，歐美國家?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。

中國作為一個發(fā)展中國家，科學(xué)研究活動總是比歐美國家落后一個相位的情況司空見慣。進(jìn)入21世紀(jì)，中國能源資源匱乏已成為民族復(fù)興之“瓶頸”，對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，國家專項(xiàng)撥款實(shí)施地殼探測工程，所采用的方法、技術(shù)路線與20年前歐美等國在巖石圈探測時用的幾乎一樣。但是，一個新的問題擺在了我們的面前：在21世紀(jì)，我們要怎樣去探測地球？

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，這也是地球探測的主要目標(biāo)。46億年來地球演化的過程中發(fā)生過各種各樣的地質(zhì)作用，反映了地球不同時期行為的特點(diǎn)。這些地質(zhì)作用的記錄稱為“事件”，而這些事件在地殼或地幔中巖石遺留下來的痕跡稱為“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，而中國西部新生代晚期青藏高原隆升、中國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。對于公益型的地球探測研究，主要進(jìn)行區(qū)域尺度的探測，研究對象為區(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。開展區(qū)域地殼上地幔的研究主要有兩個問題：第一個問題是，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，中國總共有大約6千公里長的深反射地震割面，與960萬平方公里的面積相比，不可能揭示中國地殼上地幔組成結(jié)構(gòu)和演化的全貌。如果要將中國深反射剖面的密度達(dá)到美國、加拿大的水平（10—20萬公里），國家需要再投入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)。第二個問題是，研究成果如何驗(yàn)證。地球探測得到的“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。驗(yàn)證的方法一是預(yù)測、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毫米級次，通過預(yù)測來驗(yàn)證假說至少也要等幾十年的時間，現(xiàn)代人沒有這個耐心去等待這些預(yù)測的結(jié)果。而且，在這幾十年中又會有幾十個更新穎的假說出現(xiàn)，到底去驗(yàn)證哪一個？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，無法打穿堅(jiān)硬的巖石。這兩個困難使歐美科學(xué)家不得不放棄以深反射地震為主導(dǎo)的區(qū)域地球探測計(jì)劃。因?yàn)椋绻麩o法驗(yàn)證，花上百億換來追加的幾個科學(xué)假說實(shí)在太不合算了。

然而，中外地球探測的同行們并沒有放棄探測區(qū)域地殼上地幔的努力，因?yàn)檫@件事不僅涉及新全球構(gòu)造理論的開創(chuàng)，也與現(xiàn)代社會人類面臨的能源、資源危機(jī)密切相關(guān)。有識之士認(rèn)識到，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新方法，其中最重要的就是地震層析成像。借助信息時代的技術(shù)支撐，1984年美國科學(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)距離接收的流動地震臺站，使體波地震層析成像的研究進(jìn)入?yún)^(qū)域地殼上地幔探測的視野，在新世紀(jì)成為地球探測的主打方法和技術(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)字地震臺網(wǎng)較密的中國大陸，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，只能用多種探測方法結(jié)果的“兼容度”來評價地殼探測取得的結(jié)論（假說），具體說明請看下節(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)注個人自我價值的一個最重要符號。為什么呢？

第一，是因?yàn)榈厍蛱綔y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、位場多尺度分解和密度結(jié)構(gòu)成像、反射地震微尺度波場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的研究積累，從西方是買不到的。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，只有找一個地區(qū)進(jìn)行示范才能說服同行并進(jìn)行全面推廣，使科研成果為社會可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。同時，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、鈾礦和鉀鹽礦等國家急缺礦產(chǎn)匯集的主要場所，而且由于表層被沙土覆蓋，難得有基巖露頭出現(xiàn)，地球物理的探測成為最主要的途徑。因此，21世紀(jì)地球探測創(chuàng)新的示范場地，最好選在大型沉積盆地。

第二，對21世紀(jì)人類社會可持續(xù)發(fā)展，最嚴(yán)重的三個問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)副總理來我們實(shí)驗(yàn)室時，曾當(dāng)面詢問塔里木盆地的油氣前景情況。可見，油氣資源儲備問題不僅關(guān)系著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且還涉及國家安全。鑒于我國沒有特大型克拉通盆地發(fā)育，因此，至今還沒有找到像中東、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50億噸級特大油氣田。第三個特大油氣田在哪里？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)景儲量可達(dá)220億噸，超過了雙遼和環(huán)渤海。不僅如此，該盆地生油期很長，起到保存油氣床的蓋層（如膏鹽層）也普遍發(fā)育，生油儲油和保存油氣的條件比中國其他盆地都好，把塔里木盆地作為尋找中國“第三個大慶”的遠(yuǎn)景區(qū)的首選，以及21世紀(jì)地球探測科技創(chuàng)新示范的首選，便順理成章了。

第三，塔里木盆地有56萬平方公里的面積，在哪兒能找到“第三個大慶”的難度和風(fēng)險巨大，在這里對油氣藏定位便成為最新科技水平較量的場所。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石油公司。30年后，中國人是否有能力進(jìn)行全盆地石油資源的勘探，也是對中國人自信心和勇氣的檢驗(yàn)。另一個新情況是，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)塊中的油氣開發(fā)，全盆區(qū)域地質(zhì)調(diào)查已經(jīng)不再是任何一個公司的業(yè)務(wù)。因此，中國大盆地研究在21世紀(jì)便失去了主體，沒有了責(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，面積從全盆56萬平方公里縮小為16萬平方公里左右。從今年開始，由中國地質(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100萬比例尺的塔里木地殼結(jié)構(gòu)研究，希望通過3年的工作，將特大型油氣藏的靶區(qū)進(jìn)一步定位在5—6萬平方公里以內(nèi)。

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

作者簡介

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