“SinoProbe已經實施5年了。5年來,來自國內118家科研機構的1600多名科學家和專家參與到深部探測技術與實驗研究。我們獲得了海量的全國物性數據和地球化學基準數據;完成了6160公里深反射地震剖面”
“SinoProbe5年的成績已經超過了過去的50年,深部探測能力已與國際同行,達到國際水準,局部處于國際領先地位。”
2014年10月20日下午,在北京國際會議中心舉行的“中國地球科學聯合學術年會”深部探測專項分會場上,“深部探測技術與實驗研究”專項(SinoProbe)首席科學家、中國地質科學院副院長董樹文的專項匯報,讓與會的數百名科技工作者倍感振奮。
5年超過50年
2008年,在財政部、科技部支持下,國土資源部組織實施了我國“地殼探測工程”的培育性啟動計劃——“深部探測技術與實驗研究”專項。
在短短的5年間,中國地學界戮力同心,圍繞深部探測實驗和示范,在全國部署了“兩網、兩區、四帶、多點”的深部探測技術與實驗研究工作。
成千上萬的SinoProbe科研人員不辭辛苦地奔波在青藏高原、沙漠戈壁、森林泥沼,他們不斷摸索前進,攻堅克難,在中國地學界的“集結號”上開創了深部探測領域一個又一個的“第一次”:
——第一次打破國外壟斷,自主研制了一批深部探測地震、地面電磁、無人機航磁等關鍵儀器和萬米科學鉆機;自主研發了深部探測移動數據處理系統軟件;申請專利近百項,獲批發明專利51項、實用新型專利18項,獲批軟件著作權21項。
——第一次系統建立了適應我國大陸復雜巖石圈、地殼的深部立體探測技術體系。
——第一次建立了4°×4°覆蓋全國大陸范圍的大地電磁標準網,華北和青藏高原1°×1°大地電磁觀測網達到世界密度最大,獲得一批高質量的全國物性基礎數據。
——第一次按照國際標準,建立了一個覆蓋全國大陸的地球化學基準網(160公里×160公里),分析測試水平達到世界領先,獲得一批高質量的全國地球化學基礎數據;第一次利用類似于GoogleEarth軟件技術,建立了化學地球的數字表達。
——第一次系統建立了大型礦集區立體探測技術方法體系和示范區,形成了成礦區帶深部控制因素、礦集區富集條件和礦床定位的數據采集與處理解釋的技術流程,礦集區“透明化”技術日臻完善。
——第一次系統建立了青藏高原東南緣(包括龍門山斷裂和汶川地震帶)和北京周邊首都圈現今深孔地應力監測區域網,自主研發了新型地應力監測裝備,取得了高質量的深井地應力測試數據與原地應力隨深度變化規律,探索實驗地殼現今活動性監測取得重要進展。
——第一次建立了亞洲最大規模的地球動力學數值模擬平臺,實現全球、區域、局部尺度的三維地球模擬的跨越,為我國地殼活動性監測和地震預警提供了新的技術路線。
——SinoProbe完成了6160公里“穿透地殼”的深反射地震剖面,大幅度提升了我國深部探測技術能力,我國已躋身世界深部探測大國行列。
——科學鉆探在西藏、安徽、江西和甘肅等省區打下了一個又一個的“金柱子”,創造了多個區域深度第一的記錄,實施了全國最大深度之一的金屬礦科學鉆探,實現了鉆探技術的多項原始創新。
這一系列的重大發現,引起全球對中國的關注。
美國大陸反射地震探測計劃(COCORP)首席科學家Larry Brown十分關注中國的進展,他曾在接受采訪時表示:“SinoProbe的技術和成果遠超出了過去的美國COCORP計劃的水平。”
20世紀70年代,美國、歐洲、加拿大先后發起了COCORP、歐洲地球探測計劃(EUROPROBE)和巖石圈探測計劃(LITHOPROBE)。40年后的中國,正迎頭趕上,并逐步與國際同行。
多學科聯合探測 集成效應凸顯
“其實地球深部探測大部分屬于地球物理學范疇,但是受到加拿大LITHOPROBE計劃的啟發,在專項立項之初便構建了多學科聯合探測的模式。”董樹文告訴《科學新聞》。
解決地球問題需要多學科共同參與。
因此,SinoProbe在設立之初,便以探測地殼的物性、結構及活動性為目標,設置了9大項目。每個項目都與經濟和社會發展需求,與礦產資源勘查、自然災害預警緊密結合。
SinoProbe不僅要研究地球物質的組成和結構,還要涉及到深部科學、礦產勘探、地球活動性等問題,這樣就將深部探測與礦產資源、災害環境緊密結合,對全面推動地球科學各學科共同發展至關重要。
中國科學院院士孫樞非常欣賞這種多學科聯合探測模式的應用。
他對《科學新聞》說:“與國際上的其他深部探測計劃相比,SinoProbe不僅綜合了地球物理、地球化學、地質學等多學科,還融合了深部結構探測、物質組分探測、地球活動性探測、大陸科學鉆探和地球動力學模擬等多種技術方法,多方面的結合和綜合研究,是SinoProbe的一個重要的特色。”
后發優勢 一觸即發
與世界其他國家相比,中國的深部探測起步較晚。但這絲毫不影響中國在地心爭奪戰中的力量角逐。
40年前,中國在深部探測領域還只是一個追趕者;40年后,中國已然迎頭趕上,正逐漸與國際同行并行。
談到中國在深部探測領域的角色轉變,董樹文不無感慨地說:“這與我們充分發揮后發優勢是分不開的。”
他解釋說,中國在深部探測方面與國外的差距明顯,工作空白很多,因此在SinoProbe第一階段主要是補空白。
作為一個多學科的計劃,為了加快進度,SinoProbe不能走彎路,這就要把國外先進的技術、成果等直接吸收過來,充分發揮后發的優勢。
比如在儀器研發上,中國多年以來一直在走儀器研發的道路,最后還是放棄了。
“此次,我們集中購買了一批國際領先的儀器,保證高質量探測數據獲得的同時,SinoProbe設立了自主研發關鍵設備課題,SinoProbe總經費的30%用于支持核心技術研發。”他說。
正是在這種思路的引領下,SinoProbe通過自主研發儀器設備,采用了“紅藍軍”的技術路線,形成了包括萬米大陸科學鉆探裝備、超大深度大功率電磁儀、無人機航磁探測系統和無纜地震儀、以及一大批自主知識產權的移動平臺探測數據處理軟件系統等,部分已占據國際領先地位。
“后發優勢雖然有很多的好處,但我們要時刻保持清醒,因為我們是站在別人的肩膀上起步的,需要長期艱苦的努力。”董樹文說。
大科學管理模式 且行且進
作為中國“入地”計劃的國家隊,SinoProbe集結了一支1600多人的大團隊,在專項管理上,逐漸探索出了“大科學計劃”的管理運行模式。
董樹文告訴《科學新聞》:“在大科學(Big Science)計劃中,有凝聚力的團隊是首要條件,合作是唯一的途徑。而保證共同興趣和共同利益則是大科學計劃成功運行機制的核心。”
據此,SinoProbe集中了國內深部探測領域的優勢力量,堅守國家目標為先的“頂層設計、高端綜合”部署原則,堅持“自上而下、逐層分解”的目標落實路線,將國家的需求放在首位。
同時堅持“技術先導、多學科合作”的技術途徑,堅持“國家專項、部門合作”的合作原則,實施了“目標責任、分級管理”的運行模式。這樣就可以讓每個參與項目的人都能充分發揮各自的專長,凸顯集成優勢,有效地保證國家目標的實現。
此外,SinoProbe還實施了“集中探測、數據共享”的共享原則以及“國內平臺、國際合作” 的開放模式。
“從目前實施的效果來看,這一系列的管理模式都取得了不錯的反響,是行之有效的。”董樹文表示。
走向公眾的科普
通常,在其他國家專項結題驗收時只需要提交一份科學報告即可,但是SinoProbe卻不同,它的驗收需要兩份報告:一是科學報告,二是科普報告。
“科普成果是各項目驗收的必要條件。我們堅持要在科研的同時走科普化道路。”董樹文說,“要讓公眾感受到科學行動、科學計劃的目標與每個納稅人息息相關。”
所以,SinoProbe自實施以來,十分重視科普與公眾宣傳,主動向社會宣傳、普及相關地球科學知識。
SinoProbe不僅在官網上設置科普專題、制作科普資料、與中央電視臺科普頻道合作制作了《中國度-中國深度》、《深部礦脈》等系列科普宣傳片,在國土資源總工培訓班、中科院研究生院、中國地質學會等開辦了多期專業講座,而且還將科普成果考核作為專項每個項目結題驗收時的必要標準之一。
另外,SinoProbe將最新探測成果結合國際深部探測前沿技術,在國內深部探測領域內開辦了多期國際專業短訓班;在地球日和公眾休息日接待中小學生與公眾的訪問,向他們講解深部探測工作的內容和意義。
在孫樞看來,“把SinoProbe的成果及時、經常地向社會傳播,這是科學家應該做的重要事情”。
作為“地殼探測工程”的先導研究計劃,SinoProbe的驗收意味著下一階段立項申報和全面實施的開始。隨著國家科技投入的不斷加大和SinoProbe等重要科研計劃的實施,各國地球科學家所向往的“玻璃地球”或將不再遙遠。
“通過六年來SinoProbe的實施,我們已經具備了啟動‘地殼探測工程’的基礎和條件。下一步希望通過我們的努力能夠推動科學創新與發展,實現我國從地質大國到地質強國的跨越。”董樹文對深部探測的前景充滿期冀。■