加拿大岩石圈勘探计划

前不久，我国启动了地震科技创新工程，就是要通过& ldquo透明外壳& rdquo& ldquo解剖地震& rdquo未来10年，四大地球深部探测计划的实施，将大大提高地震科研水平和防震减灾能力，达到国际先进水平。那么，与世界发达国家相比，我们在地球深部探测方面有哪些经验可以借鉴？大数据时代地质学家探索地球内部面临的重点和难点是什么？20世纪60年代以来，随着人类对海洋认识的深入，发展出了划时代的板块构造理论，几乎完美地解释了与海洋有关的地质问题。于是，人们开始将板块构造理论应用于陆地，即板块构造理论& ldquo登录& rdquo。

在研究海洋地质的过程中，科学家们广泛采用地球物理方法，结合钻探，取得了丰硕的成果。自然，大陆地质学的研究也可以按照这个思路进行。因此，自20世纪70年代以来，各国相继启动了各种大陆勘探计划，极大地完善了大陆地质学理论，取得了良好的经济效益。

美国:大陆反射地震勘探计划和地球透镜计划可视为深部勘探的典范。

20世纪70年代末，美国率先实施了大陆反射地震勘探计划。本计划的研究方法来源于石油勘探技术。通过布设一系列的测线，采集人工地震产生的地震波，经过处理，可以获得地下地质构造的大量信息。这个项目取得了很多优秀的成果，比如揭示了美国东海岸阿帕拉山的构造，西部山脉的地下构造，特别是在落基山断层下发现了一系列油田。一系列的科学和社会效益使这个项目成为了一个深度探索的典范。此外，这一探索计划的成果也引发了其他国家相关计划的发布。

2001年，美国国家科学基金会、美国地质调查局和美国国家航空航天局空联合启动了一项新的开拓性地球探测计划& mdash& mdash地球透镜项目。本计划是一项全新的高风险地质勘探工作，主要分为四个部分:

第一个是建立由2000个地震观测点组成的常规流动调查网，轮流进行地震观测，实时采集数据，用于研究地幔，甚至是深度近3000公里的地核和地幔边界。此外，它还可用于监测火山和地震活动，预测灾害。

二是建立圣安德烈亚斯断层深部观测站。圣安地列斯断层是地球上最活跃的断层之一，它穿过经济发达、人口稠密的美国西海岸。这是高度研究和危险的。该项目将从断裂带中取出40米的岩芯进行科学研究，并在深部设立观测站进行长期观测研究。

第三个是板块边界观测站，利用GPS和应变仪连续观测太平洋板块和北美板块之间的相互运动，从而研究地震和火山引起的地壳缓慢形变，增强预测的准确性。

四是合成孔径干涉雷达，可用于研究火山和地震灾害，也可提供开采地下水和石油引起的地面沉降信息。美国的地球透镜计划于2003年获得国会批准，历时15年(从2003年到2022年)，预计投资超过200亿美元。

英国:反射地震项目揭示地球霸主恐龙灭绝猜想

英国的反射地震计划始于1981年，覆盖了英伦三岛和附近的大陆架，揭示了这一地区地壳和地幔的结构特征。在反射地震项目的帮助下，成功发现了储量约47亿吨的北海油田。

令人惊讶的是，该计划开发的新地球探测技术在寻找恐龙灭绝原因方面发挥了巨大作用。我们知道在6500万年前的白垩纪末期，地球上的霸主恐龙突然灭绝了。一种猜测是，一颗直径至少10公里的陨石与地球相撞，导致全球气候大变，恐龙灭绝。

但是这么大的陨石和地球相撞，一定会留下一个巨大的陨石坑，那么它在哪里呢？早期科学家通过对岩石学的研究发现墨西哥湾可能存在一个巨大的陨石坑，但它是什么形状，有多大，一直是个谜。因为这里大部分地区都在海底，很难观察到。因此，1996年1月至5月，该计划的科学家与美国和墨西哥的地质学家一起，对墨西哥湾进行了详细的勘探，并最终确定存在一个直径约100公里的巨大陨石坑，这为恐龙灭绝这一科学问题的研究弥补了重要的一环。

加拿大:岩石圈勘探计划为矿业勘探和开发提供详细信息。

加拿大岩石圈探测计划(1984-2003)是加拿大国家多学科地球科学研究项目，旨在全面了解北美大陆北半部的大陆演化。加拿大本身的地质演化有超过40亿年的悠久历史，这使得加拿大成为研究地球大陆早期历史和后续演化最理想的国家。

在漫长的历史中，大陆经历了什么变化，有什么地质作用，大陆的组成是什么，这些问题不仅对加拿大，对全球地质研究都有重要意义。此外，加拿大矿产资源丰富，采矿业是该国的支柱产业之一。查明地下矿产的分布和储量对国家的经济发展具有重要意义。因此，加拿大岩石圈探测计划从一开始就具有科学和社会的双重目标。

自1984年以来，参与这项研究的750多位作者发表了近2000篇著作，详细阐述了加拿大大陆的演化特征，绘制了详细的岩石圈剖面图，特别重视矿业开发区的勘探，为矿业勘探和开采提供了更详细的资料。

这些不仅显著提高了加拿大大陆地质学的研究水平，也极大地促进了国内矿业的发展，丰富的成矿信息增强了矿业公司投资的信心。

澳大利亚:& ldquo玻璃& rdquo该计划的目标是人类的眼睛可以看到地下结构、岩层、矿物甚至灾害。

澳大利亚，一个矿产资源大国，被称为& ldquo矿车上的国家& rdquo为了解决未来的资源问题，1999年，国家提出& ldquo玻璃& rdquo计划。所谓& ldquo玻璃& rdquo顾名思义，就是让地球像玻璃一样透明，让人们对地下的结构、岩层、矿物甚至灾害一目了然。有学者称之为& ldquo透明地球& rdquo或者& ldquo水晶地球& rdquo在一个国家，它被称为& ldquo玻璃之乡& rdquo，是指通过各种地质手段获取海量数据，建立全球、多尺度、数字化的地质模型供我们查询分析，然后据此做出正确合理的决策。澳大利亚& ldquo玻璃& rdquo这个想法一经提出，就吸引了世界各国纷纷效仿，并开始投入大量资金实施。

& ldquo玻璃& rdquo该计划的目标是使澳大利亚大陆地表以下1000米范围内的地质情况透明化。为实现这一目标，需要大量的地质勘探、地球物理勘探和地球化学勘探，如钻探新技术、航空空重力梯度测量、航空空电磁法、地球化学填图、同位素示踪和地下水化学研究等。该计划提出后，被正式纳入澳大利亚国家预算，并开始实施。不幸的是，由于种种原因，它在2003年被迫终止。

欧洲:深度探索计划促进科学研究的跨国合作。

从1981年开始，受美国深部探测计划的影响，欧洲各国也纷纷推出自己的宏大计划。

欧洲深部探测计划(1981-2001)旨在实施新一代重大项目，以更好地了解欧洲大陆地壳和地幔的构造演化以及一直控制整个演化的动力学过程。欧洲探索计划选择了9个目标区域进行重点研究，每个区域都由一个高度自治的研究团队负责。所有团队都致力于运用地质学、地球化学和地球物理学相结合的方法，了解地球表层和深层的关系，解释欧洲大陆岩石圈主要特征的形成过程。

在该计划实施以来的20年中，从俄罗斯的乌拉尔山到葡萄牙的里斯本，从土耳其到瑞典，来自30多个国家的数千名地质学家参加了该计划。地质学家对欧洲主要地质构造进行了系统研究，取得了丰硕成果，加深了人们对欧洲大陆深部构造和地质过程的认识，同时也极大地促进了科学研究的跨国合作。

◆相关链接

瑞士地壳探测计划:主要通过地球物理和地质方法的结合来探测瑞士阿尔卑斯山的深部结构。深部勘探资料主要收集于1986年至1993年。研究结果合理地解释了瑞士阿尔卑斯山的结构演变:一个相对寒冷的& ldquo山根& rdquo快速插入20km以下的下地幔，造成大陆碰撞；高密度球形& ldquo山根& rdquo导致阿尔卑斯山中部快速隆起和博贺盆地下沉的大陆动力学模型。再加上欧洲国家联合开展的欧洲探测计划，揭示了欧洲大陆与非洲大陆碰撞带的精细结构，为碰撞造山理论和薄皮构造理论的发展奠定了基础。

德国大陆反射地震项目:通过接收、处理和解释地球物理数据，获得了对欧洲深部地质结构的新认识。深地震反射揭示了不同尺度岩石圈的各向异性。下层地壳。鳄鱼& rdquo构造，一些反射节理剖面揭示了陆内盆地的演化，显示了下地壳减薄和岩浆初始阶段的证据。

意大利地壳深部反射项目:由意大利国家研究委员会资助，主要目标是通过深地震反射技术研究意大利主要造山带的地壳结构和动力学演化过程。该项目始于20世纪80年代，形成了覆盖意大利半岛及周边海域的地震剖面网。

俄罗斯的深部探测计划以折射地震技术和大地电磁技术为主，这在世界上是独一无二的，也是非常先进的。俄罗斯是世界上最早开展深部勘探的国家之一，其中科拉半岛科学钻探深度超过12000米，是世界上最深的钻探孔。科拉超深钻探改变了地球物理勘探和解释中的许多深部现象，研究成果形成了成矿地质体的适时深部地质学& mdash俄罗斯各种矿产资源多参数成矿预测和分析的地球物理和地球动力学比例尺和数据库。

◆延伸阅读

& ldquo视角& rdquo地球正在变成现实。

在上述国家的研究计划中，采用的主要方法是地震反射技术，这是一种精度很高的地球物理勘探方法。它主要是利用人工爆炸、冲击或其他震动源产生地震波，然后利用地震检波器在地面或井中接收并进行处理解释，从而分析判断地层界面、岩土性质和地质构造。

目前，美国、俄罗斯、英国、意大利等国都在积极推进& ldquo穿透地壳& rdquo深反射地震剖面工作。根据本发明的三维可视化地质信息与服务系统，可以根据需要在计算机上输入相应的指令，直接显示研究区主要地层、地下构造、地热和地下水的三维模拟模型。想知道哪里有断层，哪里有地热和温泉，哪里有丰富的地下水资源，可以在系统上查询清楚。

世界上未来的国家& ldquo玻璃& rdquo规划将从一个局部的三维地质模型发展到全国，我国的发展方向将更加实用，更多地发挥规划、国土、环保、水务、市政、建设、农业等领域的管理和决策作用。

目前，虽然全球& ldquo透明度& rdquo这需要很长时间，但随着人类探索地球奥秘的步伐不断加快，大数据时代出现& ldquo隐形& rdquo地球内部永远是未来地球科学研究的方向。