透視地球 各國都做了什麼

賈斌

新聞背景

前不久，啟動了地震科技創新工程，擬通過「透明地殼」「解剖地震」「韌性城鄉」和「智慧服務」4個計劃的實施，在未來10年，大幅度提升地震科學研究水平以及防震減災能力，達到國際先進水平。

那麼，在透視地球這項工作上，世界各國都做了哪些事情？

從上世紀60年代起，隨著人類對海洋認識的加深，發展出了劃時代的板塊構造理論，幾乎完美地解釋了與海洋有關的地質學問題。所以，人們開始把板塊構造理論運用於陸地，也就是板塊構造理論的「登陸」。

在研究海洋地質的過程中，科學家廣泛採用地球物理學的方法，結合鑽井，成果豐碩。自然而然地，研究大陸地質學也可以按照這個思路進行。所以，從上世紀70年代開始，各國相繼展開了各式的大陸探測計劃，極大地完善了大陸地質學理論，並取得了良好的經濟效益。

1.美國

大陸反射地震探測計劃和地球透鏡計劃

在上世紀70年代末，美國率先開始實施了大陸反射地震探測計劃。此項計劃的研究手段來源於石油勘探技術，通過布設一系列測線，收集人工地震產生的地震波，處理之後就可以得到很多地下地質結構的信息。該計劃取得了很多優良的成果，比如揭示了美國東海岸阿帕拉契亞山的構造，西部山地的地下結構，尤其是在落基山斷層之下發現一系列油田。一連串的科學與社會效益，使該計劃堪稱深部探測的典範。此外，此次探測計劃的成果，還引發了其他國家相關計劃的出爐。

2001年，美國國家科學基金會、美國地質調查局和美國國家航空航天局，聯合發起了一項新的開創性地球探測計劃——地球透鏡計劃。它採用多重技術手段，通過探索北美大陸的三維構造，以加深對北美大陸結構、演化的認識，大大提高對北美大陸地區結構與演化的實際了解。該計劃是一項全新的具有風險性的地學探索工作，分為四個方面：

第一項是建立一個由2000個地震觀測點構成規則的流動測網，輪流進行地震觀測，實時採集數據，採集範圍包含本地、區域和遙遠地區的信息，可以用來研究地幔乃至深達近3000公里的地核和地幔邊界的情況。另外，還可以用來監測火山和地震活動，進行災害預測。

第二項是建立聖安德列斯斷裂深部觀測站。聖安德列斯斷裂是北美板塊和太平洋板塊的邊界，也是地球上最活躍的斷層之一，穿過美國經濟發達、人口密集的西海岸，研究程度很高，危險性也很大。所以，為進一步研究斷層的活動規律，在這裡布設了一個4公里深的鑽孔，通過鑽斜井，可穿過垂直深度3公里的斷裂帶，達到斷裂帶另一側未受擾動的圍岩。最終，在斷層帶上取出了40米的岩芯供科學研究，並在深部建立了一個觀測站，進行長期的觀測研究。

第三項是板塊邊界觀測站，利用GPS和應變測量儀，對太平洋板塊和北美板塊的相互運動進行連續觀測，以研究地震和火山造成的地殼緩慢變形，從而加深對地震和火山爆發臨近過程的認識，增強預報的準確性。

第四項是合成孔徑干涉雷達。這是利用衛星搭載的儀器，對地面的微小變化進行研究，可以用於火山和地震災害的研究，還可以提供因地下水和石油的開採造成的地面沉降信息等。

美國的地球透鏡計劃在2003年由國會批准實施，為期15年（2003-2018年），預計投資超過200億美元。

2.歐洲 深部探測計劃

從1981年起，受美國深部探測計劃的影響，歐洲各國隨後也展開了自己宏大的計劃。

歐洲深部探測計劃（1981-2001年）旨在實施新一代的重大項目，更好地了解歐洲大陸地殼和地幔的構造演化，以及一直以來控制整個演化的動力學過程。歐洲探測計劃挑選9個目標區域進行重點研究，每個區域都由高度自治的研究團隊負責，所有的團隊都致力於運用地質學、地球化學、地球物理學相結合的方法，了解地球表層和深層的關係，解釋形成歐洲大陸岩石圈主要特徵的過程。

在本計劃實施的20年間，有30多個國家，上千名地質學家參與，從俄羅斯的烏拉爾山到葡萄牙里斯本，從土耳其到瑞典，地質學家對歐洲的主要地質結構進行了系統的研究，碩果累累，加深了人們對歐洲大陸深部構造和地質學過程的認識，同時也極大促進了科學研究的跨國界合作。

3.英國 反射地震計劃

英國反射地震計劃自1981年開始實施，探測範圍覆蓋了英倫三島及附近大陸架，揭示了這一地區地殼和地幔的結構特徵，為北海油田的發現奠定了基礎。

而讓人意想不到的是，該計劃發展的地球探測新技術，在尋求恐龍滅絕成因方面發揮了很大的作用。我們知道在6500萬年前的白堊紀末期，地球霸主恐龍突然滅絕，一種猜想是有一顆直徑至少10公里的隕石與地球相撞，導致全球氣候大變，恐龍滅絕。

但是，這麼大的一顆隕石與地球相撞，必定要留下一個巨大的隕石坑，那麼它在哪兒呢？早期的科學家通過對墨西哥灣地區岩石學的研究發現，這裡可能存在一個巨大的隕石坑，但它到底是什麼形狀，有多大，一直是個謎。因為這裡大部分地區都是在海下的，難於觀察。所以，在1996年的1月到5月間，該計劃的科學家聯合美國、墨西哥的地質學家對墨西哥灣地區進行了詳細的探測，最終確定了這裡存在一個巨大的隕石坑，直徑大約100公里，為恐龍滅絕這一科學問題的研究補上了重要的一環。

4.加拿大 岩石圈探測計劃

加拿大岩石圈探測計劃（1984-2003年）是加拿大國家級的多學科合作的地球科學研究項目，目的是綜合了解北美大陸北半部的大陸演化。加拿大地區本身地質演化歷史久遠，超過40億年，這讓加拿大成為研究地球大陸早期歷史及後續演化最理想的國家。

在漫長的歷史中，大陸經歷了怎樣的變化，都有哪些地質過程，大陸的組成是怎樣的，這些問題不僅對加拿大，更是對全球的地質學研究都有著重要的意義。另外，加拿大礦產資源豐富，礦業是本國的支柱產業之一，探明地下的礦產分佈及儲量，更是對本國的經濟發展具有重要意義。所以，加拿大岩石圈探測計劃從一開始就具有科學和社會的雙重目標。

從1984年開始，參與該研究的750多名作者發表了近2000篇著作，詳細闡述了加拿大本土大陸的演化特點，繪製詳細的岩石圈剖面，尤其注重對礦業開發區的探測，為礦業勘探和開採提供更詳細的信息。

所有這些，不僅顯著提高了加拿大大陸地質學的研究水平，而且極大的促進了本國礦業發展，豐富的成礦信息增強了礦業公司投資的信心。