深部探测使加拿大和澳大利亚在最近20年来始终保持着世界资源勘探大国的地位

　　文 | 晓徐

　　在整个美苏争霸的年代，超级大国在两个领域进行了世人瞩目的竞争：太空计划以及原子武器。不过，一直到冷战结束十几年后，有关它们在第三个领域进行争夺的情况才被模糊地披露出来。

　　在20世纪60年代，即太空竞赛渐入高潮的时候，美国人和苏联人先后启动了自己的地壳探测计划。这个竞赛的奖杯，就是谁能更早达到外地壳与内地壳之间的“莫霍面”。

　　地球内部各层物质的组成和物理性质都不相同。其中，地壳、地幔之间的分界面以其发现者的名字被命名为“莫霍面”。地幔与地核之间的分界面称为“古登堡面”。

　　太空竞赛的起因和实质，是谁能将导弹发射到更远的地方。而耗资上百亿美元的地心竞赛，给两个国家都带来了意想不到的利益：美国人创造性地在山脉之下发现了油田，而苏联人除了找到深部油气资源，还发现了深部生物和淡水。当然，还有令人骇然的传闻。

　　如今，不仅美国、俄罗斯仍然不懈地进行着地下探索，从英伦三岛到莱茵河畔，乃至澳洲大陆，全世界那些具有远大理想的国家，都在推进自己探索地壳、乃至地心的计划。

　　抵达“地狱”

　　虽然苏联解体已经有20年，且当年的参与者结集出版了相关论文，但很多人仍认为，在科拉半岛发生的这次深部探测是苏联时代最大的秘密之一。

　　面积超过10万平方公里的科拉半岛位于苏联西北部、靠近北极圈的摩尔曼斯克州。根据1984年苏联科学家出版的《科拉超深钻井》一书，他们自1960年开始用5年时间制定了198项任务，随后组织了由150多个部门参加这个历史性的钻探。

　　1970年5月，“科拉超级钻”正式开始钻进。到1980年，苏联科学界已召开了80次大型学术会议和75次现场会议专门解决超级钻面临的各种问题。

　　2008年，美国《连线》杂志公开了一组有关“科拉超级钻”的工作照片，立即引起轰动。根据照片，在白雪覆盖的荒原上，建设了浅灰色的塔式厂房。

　　当时领导这一项目的苏联地质部部长艾弗杰尼·柯兹洛夫斯基回忆说，为了配合这一工程，建设了很多生活区，包括迎合工人白天和夜生活的小卖部。

　　塔斯社在1983年夏天预告说，“科拉超级钻”将达到1.2万米，并在1985年达到1.3万米，它的设计目标则是1.5万米。苏联人计划在西西伯利亚至里海的广阔区域内，实施超过20个类似项目。

　　《科拉超深钻井》讲述了整个项目实施的过程：它在1973年就达到7263米，成为欧洲最深的钻井。1980年它达到9590米，已经成为全球最深的钻井。

　　后来，“科拉超级钻”又实施了一次钻探，在1991年再次达到1.2万米的深度。随后，由于苏联解体，“科拉超级钻”停滞。一直到后来，俄罗斯能源企业接手了这个项目，使其直接服务于俄罗斯的石油和天然气生产。

　　“科拉超级钻”带来的发现很多在20年后仍是独一无二的。比如，当深度超过9500米后，获得的地层岩芯金含量居然高达每吨80克。而当时在地球表层很少能找到超过10克的矿层。

　　《科拉超深钻井》公布一些纯粹地质学的勘探结果，但外国科学家们始终认为，苏联人隐藏了更具吸引力的发现和数据。事实上，直到今天这座钻井的情况仍然相当模糊。

　　更为惊人的说法在90年代项目停止后流传开来。一家芬兰报纸信誓旦旦地说：参与项目的苏联著名地质学家透露，从上万米深的钻洞里曾经飞出带翅膀的生物。后来，当他们将用于录制板块移动声音的录音机送下钻井后，得到了好像人类遭受极大痛苦的声音。这就是“科拉地狱”的由来。   

　　1987年，联邦德国在中部地区启动了西方世界的超级钻项目，即“大陆深钻计划”。它于1977年提出，经过10年考察、论证、选址，在1987年9月启动。

　　“大陆深钻计划”设计深度1.4万米。不过，这个工程历时15年、耗资5亿马克后，停留在9101米深度。

　　“大陆深钻计划”的负责人之一，彼得·海因里希博士曾说：“从这么深的地下采出的岩石，将像美国宇航员取回的月球上的岩石一样，成为全世界实验室的抢手货。”

　　对于德国人的深部探索行动还有一个插曲。纽伦堡审判中，德国将领表示，希特勒曾要求在地下“永久冰层”建造不可被摧毁的堡垒。这使一些人相信，纳粹曾实施了自己的深部计划。

　　让美国人更了解美洲

　　就像苏联人首先进入太空，而美国人第一个登上月球一样，两个超级大国在挺进地心的竞赛中也不相上下。虽然失去了绝对深度的奖杯，但美国科学家的深部探测计划因其系统、广泛地进行了海陆研究而赢得了关注。

　　早在1957年，美国科学家就提出在深海通过钻孔穿过“莫霍面”，即“莫霍计划”，这是人类首次尝试钻入地幔层。它于1961年在加利福尼亚湾附近开始实施，以后因为经费和技术原因夭折。

　　从海洋进入地壳有一定便利性，它可以直接从数千米深的海底开始向地幔层挺进。1966年后，美国人启动了著名的“深海钻探计划”。

　　“深海钻探计划”与阿波罗计划一起，被认为是上世纪60年代人类的两大壮举。

　　1968年8月，“深海钻探计划”的核心装备“格洛玛·挑战者”号探测船起航。到后来，随着联邦德国、英国、法国乃至苏联科学家的参与，“深海钻探计划”已经成为一个国际项目，又称“国际大洋钻探计划”

　　虽然“格洛玛·挑战者”的最大钻探水深仅为7044米，但实施的近千次钻探不仅验证了大陆漂移说、板块构造说，还取得了其他具有现实意义的重大发现。比如，它发现的白垩纪中期黑色页岩，被确认是大西洋沿岸许多重要油田的生油层。

　　与宏大的海洋钻探相比，美国的大陆地壳钻探计划一直有些犹豫。一直到1979年，美国国家科学院提出了“大陆科学钻探计划”。从1984年起，由23所大学组成了“陆壳深部观测与取样组织”在美国大陆布置了29口科学深井。

　　这个庞大的计划并没有特别超级的钻探计划。它的两个主要钻井：加利福尼亚的圣安德列斯断层科学钻3510米，夏威夷科学钻4400米。

　　虽然没有“超级钻”，但美国在大陆深部探测方面仍然取得了成就。它从20世纪70年代开始实施“大陆反射地震探测计划”。这个系统用地震反射技术探测大陆地壳的结构，以前所未有的广泛性和精确性，将美洲大陆的地下情况呈现在美国人眼前。

　　具有现实意义的是，它在许多过去被认为不存在能源蕴藏的地区，如造山带下，发现了大型油田。确切地说，除了一般地质学问题，“大陆反射地震探测计划”使美国人重新认识了自己有拥有的资源。

　　全球行动

　　2003年，美国启动了新的深部探测计划——地球透镜计划。经过美国国会批准，这个为期15年的探测项目将投入200亿美元。值得注意的是，它的三个主要发起单位除了美国国家科学基金会、美国地质调查局，还有美国国家航空航天局。

　　“地球透镜计划”看起来是“大陆反射地震探测计划”的延续，即用更为广泛和精密的仪器获得更为深度和精确的地壳数据，探究美国是如何形成的、美国正在如何运动、美国的地下到底拥有什么等一系列问题。最终的成果，都将用详细的图像表达出来。

　　欧洲国家在上世纪80年代至2002年完成了一项联合深部探测计划。几乎在同时，英国、德国、意大利、瑞士等也都实施了自己单独的深部探测工程。

　　到2005年，俄罗斯在重要的欧洲部分和盛产能源的西西伯利亚地区，实施了十多处超级钻项目。它们虽然没有“科拉超级钻”那样令人震惊，却使得俄罗斯人在资源勘测方面获得了巨大成就。目前，它已经是全球最大的资源蕴藏地和出口国。

　　日本则在2007年派出自己的海洋钻探船，希望从2500米的海底开始，再深入7000米。

　　在北美，另一个大国加拿大自80年代就启动了“岩石圈计划”。矿产企业是这个计划的重要投入者。

　　类似的模式在澳大利亚得到了复制。政府背景的科研机构与企业进行合作，先实施了“四维地球动力学探测计划”，此后又启动了“玻璃地球计划”、“澳洲大陆结构与变化探索计划”。

　　通过加强地球动力学这样常人无法了解的领域研究，澳大利亚的矿产企业具备了全球领先的勘探技术，这也是澳大利亚矿业长盛不衰的主要原因之一。总之，深部探测使加拿大和澳大利亚在最近20年来始终保持着世界资源勘探大国的地位。

　　即使墨西哥也在实施科学钻项目，从而了解数千万年前落在这个国家的陨石，是如何导致全球生物大灭绝的。

　　1992年，在经合组织的大科学论坛上，为了分享成果、减少风险和成本，进一步用科学钻来认识地球内部，各国决定联合实施类似项目。1996年，由德国、美国和中国发起成立了“国际大陆科学钻探计划”。

　　虽然目前已经有13个国家建设了100多座科学钻井，其中有超过20个超过4000米。但与冷战时期相比，今天的深部勘测已经不满足于“更深”的目标，而是期望通过更为广泛、系统性的观测和勘察，获得权威的样本和结论。

　　显然，这是一个为未来而更花钱的方向。

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