国际入地项目简介【2013】.doc

地核温度堪比太阳表面温度地球内部的地核非常炽热，但其温度究竟有多高？欧洲研究人员用新方法测算，地核内部温度约为6000摄氏度，堪比太阳表面温度。此前研究表明，地核由固态的内核和液态的外核两部分组成，主要成分为铁。地核半径为3480千米。地表至内核外核交界处约5150千米，压强为330吉帕（1吉帕为1万个标准大气压）。1993年和2007年，德国和美国研究人员曾分别测算地核内部温度约为5000摄氏度。为了更精确测量地核内部温度，需要精确测量铁在不同压强下的熔点。欧洲同步加速器辐射研究所、法国原子能委员会和法国国家科研中心等机构研究人员将几微米大小的铁微粒置于两块金刚石的尖端，模拟高压环境，通过激光来加热铁。最终，借助欧洲同步加速器辐射研究所的高速X射线衍射技术，研究人员测出压强为220吉帕时铁的熔点为4800摄氏度。由此估算，在压强为330吉帕时铁的熔点约为6000摄氏度，误差在500摄氏度以内，相当于地核内部温度约为6000摄氏度。新成果发表在新一期科学杂志上，这对研究地球磁场等有重要意义。（来源：新华社 黄涵）更多阅读科学发表论文摘要（英文）Science 26 April 2013: Vol. 340 no. 6131 pp. 464-466 DOI: 10.1126/science.1233514REPORTMelting of Iron at Earths Inner Core Boundary Based on Fast X-ray DiffractionS. Anzellini1,*, A. Dewaele1, M. Mezouar2, P. Loubeyre1, G. Morard3+ Author Affiliations1Commissariat lnergie Atomique, Direction des Applications Militaires le de France 91297 Arpajon Cedex, France.2European Synchrotron Radiation Facility, BP 220, F-38043 Grenoble Cedex, France.3Institut de Minralogie et de Physique des Milieux Condenss UMR CNRS 7590, Universit Pierre et Marie Curie, 75005 Paris, France.*Corresponding author. E-mail: simone.anzellinicea.frABSTRACTEDITORS SUMMARYEarths core is structured in a solid inner core, mainly composed of iron, and a liquid outer core. The temperature at the inner core boundary is expected to be close to the melting point of iron at 330 gigapascal (GPa). Despite intensive experimental and theoretical efforts, there is little consensus on the melting behavior of iron at these extreme pressures and temperatures. We present static laser-heated diamond anvil cell experiments up to 200 GPa using synchrotron-based fast x-ray diffraction as a primary melting diagnostic. When extrapolating to higher pressures, we conclude that the melting temperature of iron at the inner core boundary is 6230 500 kelvin. This estimation favors a high heat flux at the core-mantle boundary with a possible partial melting of the mantle.国际“入地”项目美国深海钻探计划（DSDP）1964年5月，迈阿密大学海洋科学研究所、哥伦比亚大学拉蒙特多尔蒂地球观测所、加利福尼亚大学斯克里普斯海洋研究所及伍兹霍尔海洋研究所联合组成了地球深部取样海洋研究机构联合体，不久华盛顿大学加入联合体。该计划最重要的成果就是验证了海底扩张学说和板块构造学说。此外还根据海底钻探所取得岩心，重建了大西洋的海底扩张历史，提出距今约9000万年前，南极洲与澳洲、南美洲先后脱离，逐步形成了大西洋。还证明了印度板块曾以超过10cm/a的速度向北漂移，在近6500万年移动了4500km。（来源：维基百科）国际大洋钻探计划（ODP）大洋钻探计划从1985年1月开始实施，目前由美国科学基金会和其他18个参加国共同出资。大洋钻探计划（ODP）是深海钻探计划（DSDP）的继续，中国于1998年春加入。国际大洋钻探计划及其前身深海钻探计划，是二十世纪地球科学规模最大、历时最久的国际合作研究计划。（来源：百度百科）综合大洋钻探计划（IODP）当2003年10月ODP计划结束时，一个规模更加宏大、科学目标更具挑战性的新的科学大洋钻探计划-综合大洋钻探计划 （IODP）即开始实施。该计划是以“地球系统科学”思想为指导，计划打穿大洋壳，揭示地震机理，查明深海海底的深部生物圈和天然气水合物，理解极端气候和快速气候变化的过程，为国际学术界构筑起新世纪地球系统科学研究的平台，同时为深海新资源勘探开发、环境预测和防震减灾等实际目标服务。（来源：百度百科）前苏联大陆科学钻探计划20世纪60年代初期，前苏联地质学家EH别利亚耶夫斯基等根据深部地球物理资料提供的地质构造，明确提出了前苏联科学深钻和超深钻计划，是按“全苏地球深部研究及超深钻研究规划”实施的，是前苏联地壳及上地幔综合研究计划的一个组成部分。（来源：百度百科）前苏联科拉超深钻孔是苏联于1970年在科拉半岛邻近挪威国界的地区所进行的一项科学钻探，其中最深的一个钻孔达12262米.俄罗斯出于科研目的挖掘了这口井，从中获得一些意想不到的发现。其中一项重大发现是大量氢沉积物，这些氢沉积物的量非常大，以至于从该洞挖出的泥浆都与氢沉积物一起“沸腾”起来。科拉超深钻井是继苏联空间站、深海勘探船之后的第三大科研成果，一直是俄罗斯科学家的骄傲。前苏联科拉半岛超深钻井钻至9000米附近发现了富含金的岩石。（来源：百度百科）德国大陆深钻计划项目这项计划1977年提出，经过10年考察、论证、选址，于1987年9月18日至1989年4月4日完成先导孔施工；1990年10月6日至1994年10月12日完成主孔施工。来自12个国家400多位科学家共执行了200多项地学研究项目，弄清了深部岩层中地震反射体的本质，证实地表或浅层进行地震法研究的结果不能用于深部；证明电导率测量（井）是研究深部岩层的一种重要方法；超过8000米深处，仍有大量卤水；在世界上首次实测了大于9 000米深处岩层中的应力；最令人吃惊的是地壳的渗透率，9 000米钻孔深处的岩石是有孔隙的，有水、气在其中流动；随着钻孔的加深，地温梯度的增加比预计的快，地下可利用的地热能要比目前所知道的要多。（来源：百度百科）加拿大岩石圈探测计划（LithoProbe）加拿大岩石圈探测计划是1984年开始执行的一项国家地学计划，至今已20年了。该计划选择10个典型剖面，每个都不同程度地代表了加拿大典型的地质特征或具全球意义的重要构造过程。.时间上其地质演化跨越了40多亿年漫长的地质年代。通过地震深反射技术为先锋的以及多种不同学科的综合研究，取得一系列成果，如证实3.0 Ga前即发生与板块构造有关的作用，对古老岩石圈板块碰撞和新地壳形成过程进行了重大修正，揭示了若干大型矿集区的深部控矿构造的反射影像，使加拿大的地球科学研究走到世界的前列。（来源：地质学报）国际大陆科学钻探计划（ICDP）成立于1996年2月，德国、美国和中国作为第一批成员，成为ICDP的发起国，总部设在德国波茨坦，目前已有15个成员国。在ICDP成立之前，世界各国都已经有了科学钻探的探索。各国的科学钻探比较分散，加之科学钻探是一种成本极高、风险极大、技术及其复杂的科学工程，各国在实施过程中会遇到很多困难，由此制约了钻探施工和成果获取。ICDP的成立为科学钻探降低风险和成本、装备技术的交流和共享、科学成果的交流和共享都起到了良好的促进作用。目前科学钻探已经实施了湖泊钻探项目、陨石撞击和生物灭绝事件的科学钻探项目、研究火山和地热的钻探项目、断层带科学钻探项目等22个科学钻探项目，取得了大量的科学资料，极大促进了地质学及相关技术的发展。（来源：百度百科）美国地球透镜计划（EarthScope）美国国家科学基金会、美国地质调查局和美国国家航空与航天局在2001年联合发起了地球透镜计划，该计划旨在通过分布式、多用途仪器和观测台网的组合使用，来加深对北美大陆结构、演化和动力学特征的理解。通过近10年的努力，地球透镜计划形成了三大研究设施，即美国地震台阵、板块边界观测站和圣安德烈斯断层深部观测站。该计划北美大陆活动变形研究，整个地质时代的北美大陆演化研究，深部地球结构和动力学研究，地震、断层与岩石圈流变学研究，地壳与地幔中的岩浆和挥发物研究，地形学和构造学研究，地球透镜计划与水圈、冰冻圈和大气圈的关系研究7个方面取得了重大突破。（来源：甘肃日报）澳大利亚玻璃地球计划（GlassEarth）玻璃地球计划于2009年提出，目的是研制三维可视化和地质模拟等技术，使大陆表层一公里”像玻璃一样透明”。该计划以信息技术为核心，注重技术之间的综合。“玻璃地球”计划的预期成果是建立可验证的针对澳大利亚 不同地质块体的四维地质模型，并验证这些模型与实际资料的近似程度，最终这些模型将被用于对潜在的成矿区带进行客观的预测。（来源：地质与勘测）关注“入地”计划：到地球深部找答案该图为深部探测三维展示图，展示了中国深部探测的三维立体探测方法技术，从上到下依次是空中的无人机航磁探测，地面的电、磁、震探测和地下的深部钻探取样探测。（中国地质科学院供图）与儒勒凡尔纳在19世纪科幻名著地心游记中对地心熔岩、火焰等新奇想象相比，人类对地球内部的真实了解还远不够丰富。“我们现在可以上天、下海了，却还难以入地，”董树文说，目前人类的直接钻探最深只有12公里，与6000多公里的半径相比，仅仅只是地球的表皮。董树文是中国地质科学院副院长，他现在一个更引人注意的身份，是我国“深部探测技术与实验研究”（以下简称“深部探测”）专项首席科学家。深部探测，这项中国地学史上最大的科学项目，代表着当前我国地球深部研究的最高水平。给地球深层做“CT”过去5年，我国完成了6160公里“穿透地壳”的深反射地震剖面，总长度达到11000公里地球内部的构造，由外而内分别是三个同心球层，即地壳、地幔和地核。大陆地壳平均厚度约3040公里，地幔则厚达近2700公里，地壳和地幔顶部组成固体的岩石圈平均约200公里厚，这就是飘移的板块。地幔之下，才是由铁、镍等物质组成的高温内核，地心游记中的地核就在这里。至于多深才能称之为“深部”，董树文说，地质学界并没有一个统一标准。“从技术精度上讲，对地球深部的真正科学探测始于上世纪七八十年代，”董树文说，美国当年应用石油勘探的反射地震探测技术探测全地壳的结构（COCORP计划），引领了世界深部研究的方向，也使得探测深度和精度达到前所未有程度。“这就像给地球深层做一个CT”,国土资源部咨询中心专家黄宗理说，科学家在地上放人工炮，产生地震波就会沿地下传播，而当地震波碰到一个不同地质体的时候就会反射回来，仪器接收到反射信号，经过处理以后就会得到图像。“因为不同深度和岩石性质反射的波是不同的，通过分析反射地震剖面图，科学家就能大体判断深部的构造了。”黄宗理说。董树文介绍，继美国之后，加拿大、英国、德国、澳大利亚等国，也在上世纪实施了相应的大陆地壳的深地震反射探测计划。“深部专项实施之前，我国深反射地震剖面总长约4800公里，仅相当美国的1/12，英国的1/4，意大利的1/2。”董树文说，过去5年，我国完成了6160 公里“穿透地壳”的深反射地震剖面，总长度达到11000公里，超过了此前50年完成的总和。“我国现在有了11000公里深反射地震剖面，意味着我国从此进入深部探测大国行列”，深反射地震项目负责人高锐研究员说。地表发生的一切几乎都能在深部找到答案地震是地球内部应力作用的结果，了解地壳结构和地压力变化，有助于把握地震发生规律“地表上发生的一切，几乎都能在深部找到答案，”黄宗理认为，要认识地球，就不能不了解深部。“这就像一个顶层设计。”董树文说，深部探测是地球学科原始性创新的基础工作，是现代地球系统科学的基石，要实现从地质大国走向地质强国，就必须做好这一研究。董树文说，现代资源勘探是建立在地质学、地球化学和地球物理学基础上，而深部探测可以揭示地下精细的结构与组成，精确的深部勘测，不仅可以指导发现新资源，还能建立新的找矿理论。“我国资源探测的平均深度只有500米，地下还有那么厚，如果了解深部的情况，地下可开采的资源可能大幅度增加”，董树文认为，深部探测能够延伸国土资源的空间内涵，从而开辟“第二找矿空间”。董树文说，我国深部探测目标之一，是建立一套大型矿集区立体三维探测体系，完成地下3公里左右的资源分布三维图，达到“透明化”。“如果我们完全清楚地下3公里的情况，资源发现的效率和数量肯定将大幅度增加。”董树文说。深部探测另一大应用是监测环境。中国地质科学院的王学求研究员介绍，5年中，我国建成了一张世界领先的数字化学网，得出了76种元素在我国的分布和浓度值的示意图。王学求解释，“因为地球本底的元素基本稳定，但地表的土壤化学含量可以被污染，这样科研人员利用现今的地表元素含量和上世纪80年代的测量数据比较，做个减法，就能得出人为因素的影响。了解这些情况，我们就可以提前做好预防工作。”地震灾害是地球内部的应力作用的结果，了解地壳结构和地应力变化，有助于把握地震发生规律。中国科学院大学石耀霖院士说，青藏高原东南缘，这个包括了汶川地震在内的范围，可谓是世界上地壳活动性最活跃的地带，深部探测专项在这个区域建立了现代地应力监测网，测量并实时监测地应力大小和变化，通过数字模拟的方式，把握地壳活动性脉络。他说，这对今后地震预报走数字化方向至关重要。自主装备可决定未来深部探测工程成败我国万米钻机近期将在大庆钻探实验，并将研制1.5万米科学钻机虽然深发射地震剖面突破万公里，步入探测大国行列，但董树文清楚，与发达国家相比，我国还有不少的差距。“由于技术和资金不足，我国对陆地的了解大多还停留在表面，仅有非常有限的探测活动，对几十公里的地下情况并不清楚。深部专项所实验的，正是美国30多年前的工作。”董树文说。“我们缺乏深部探测原创性技术。”董树文举例说，我国重力测量，测出的只是从地心到地表物质密度的总和，只了解横向的差异，几乎没有精确的垂直分辨的效果。但是，国外的重力梯度测量已经获得了高精度的垂向密度分辨能力，用于资源勘查和军事地质产生巨大的效益。这个技术对我国绝对封锁。没有重力梯度测量技术，就不能判断地球不同深度比重的差异。黄宗理说，我国当前几乎所有深部探测仪器都是进口的，而当我国要进行大规模的地球勘探工程，国外就会封锁某些技术和设备，影响了探测进展。“某种意义上讲，自主装备决定着未来地壳探测工程的成败。”黄宗理说。董树文介绍，实施深部专项，另一个目标是希望能自主研制一批深部探测设备，力图实现关键技术的重大突破。他介绍，深部探测专项已经在大功率地面电磁测量仪、无缆地震仪和无人机航磁系统等关键仪器的研发上取得突破。钻探的水平直接代表了探测地球资源深部的能力，专项成功研制了万米科学钻机。董树文透露，万米钻机准备近期在大庆进行钻探实验，而进一步的目标则是，研制1.5万米的科学钻机。“这个深度可以用于直接采集大陆震中的岩石样本，了解地震发源的机理。”董树文说，我国深部探测培育期已经完成，而完成第一轮地球探测计划还需要更多时间。2013年4月1618日，深部探测技术与实验研究专项2012年度成果汇报交流会在北京召开。五年前，为落实2006年国务院关于加强地质工作的决定“实施地壳探测工程，提高地球认知、资源勘查和灾害预警水平”的战略部署，在财政部、科技部支持下，国土资源部于2008年启动了深部探测技术与实验研究（简称“深部探测”，英文为SinoProbe）专项，作为地壳探测工程的培育性启动计划。深部探测专项的总体目标和核心任务是，为地壳探测工程做好关键技术准备，研制深部探测关键仪器装备，解决关键探测技术难点与核心技术集成，形成对固体地球深部层圈立体探测的技术体系；在不同景观、复杂矿集区、含油气盆地深层、重大地质灾害区等关键地带进行实验、示范，形成若干深部探测实验基地；解决急迫的重大地质科学难题热点，部署实验任务；实现深部数据融合与共享，建立深部数据管理系统；积聚优秀人才，形成若干技术体系的研究团队；完善地壳探测工程设计方案，推动国家立项。五年来，专项成千上万的研究人员，跋涉在青藏高原、沙漠戈壁、森林泥沼，历尽艰难，艰苦奋斗，积极探索，研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法，积累了丰富经验，大大地加快了我国深部探测的进度，开创了深部探测领域的一个又一个第一，加快了我国从地质大国向地质强国迈进的步伐。专项完成了6000 km“穿透地壳”的深反射地震剖面，大幅度提升了我国深部探测技术能力，在资源发现、环境监测、灾害预报、地球认识等领域取得一系列开创性的重要成果，我国跻身世界深部探测大国行列。专项5年工作量超过过去的50年，使我国深反射地震剖面总长达到11000 km，与美国6万km、俄罗斯2.46万km、英国2万km，以及意大利、德国、加拿大、澳大利亚等超过1万km的国家看齐，进入世界上深反射地震剖面超过万km的大国行列。专项打破国外垄断，自主研制了一批深部探测地震、地面电磁、无人机航磁等关键仪器和万米科学钻机，实现了关键技术的重大突破，性能指标与国外同类产品相当或更优。自主研发了深部探测系统软件，数据处理能力得到很大提升。探索出一条引进、消化、吸收、再创新的深部探测装备技术途径，申请专利90项，获批发明专利51项、实用新型专利18项，获批软件著作权21项。第一次系统建立适应我国大陆复杂岩石圈、地壳的深部立体探测技术体系。对应我国大陆不同深度、不同结构、不同地质条件，成功实验了不同物性参数和方法的数据采集、信号提取到处理成像的探测技术流程，建立了阵列式、大陆电磁参数标准网高精度观测方法和精细、规范化的数据处理及反演技术，实现了共震源深地震反射和宽角反射与折射地震同时接收的联合采集，获得了高质量的探测结果。第一次建立了44覆盖全国大陆范围的大地电磁标准网，华北和青藏高原11大地电磁观测网达到世界上密度最大，获得一批高质量的全国物性基础数据。第一次按照国际标准，建立了一个覆盖全国大陆的地球化学基准网（160 km160 km），分析测试水平达到世界领先，获得一批高质量的全国地球化学基础数据；第一次利用类似于GoogleEarth软件技术，建立了化学地球的数字表达。第一次系统建立了大型矿集区立体探测技术方法体系和示范区，形成了成矿区带深部控制因素、矿集区富集条件和矿床定位的数据采集与处理解释的技术流程，矿集区“透明化”技术日臻完善。建立了南岭于都赣县、庐江枞阳、铜陵矿集区立体探测示范区，揭示了大型矿集区三维精细结构和成矿动力学过程；经钻探验证效果显著，为在我国东部开辟“第二找矿空间”（500-2000 m）、实现地质找矿突破提供了有效的技术支撑。第一次系统建立了青藏高原东南缘（包括龙门山断裂和汶川地震带）和北京周边首都圈现今深孔地应力监测区域网，自主研发了新型地应力监测装备，取得了高质量深井地应力测试数据与原地应力随深度变化规律，探索实验地壳现今活动性监测取得重要进展。第一次建立了亚洲最大规模的地球动力学数值模拟平台，实现全球、区域、局部尺度的三维地球模拟的跨越，为我国地壳活动性监测和地震预警提供新的技术路线。科学钻探在西藏、安徽、江西和甘肃等省区打下了一个又一个的“金柱子”，创造了多个区域深度第一的记录，实施了全国最大深度之一的金属矿科学钻探，实现了钻探技术的多项原始创新。深部探测专项注重科学应用，发现了一批具有战略意义的找矿线索，有力支撑了我国找矿突破战略行动计划。首次确认了含铬铁矿高压蛇绿岩套新类型，为铬铁矿找矿突破提出新方向；证实南岭成矿带“五层楼地下室”的找矿模式，发现厚大矿体，具有重要的战略指导作用；在庐枞火山岩铁硫矿集区，发现深部正长岩上百米厚铀元素富集带，为深部找铀、重新认识火山岩型成矿体系和建立成矿模式提供重要线索；发现并圈出北方巨型的稀土元素地球化学异常块体，指示了超大型矿床的突破空间位置；穿透大庆盆地在含油的白垩纪盆地之下发现残存的沉积盆地，为“大庆之下找大庆”提供战略依据。专项注重原始创新，取得了一批重大科学发现和重要认识，解决了我国大陆地壳与岩石圈构造长期悬而未决的一些重大科学问题：专项首次获得青藏高原的莫霍反射界面，发现青藏高原腹地的地壳厚度为60-65 km，比原来估计的厚度为浅；揭示了东北岩石圈东部古太平洋板块向西、西部鄂霍茨克洋向东的双向相对俯冲的结构，首次为松辽盆地大地构造背景和演化提供了全新的深部科学依据；四川盆地发现了扬子克拉通内部的古俯冲带，将现今地壳结构时间记录延伸到元古代；华南雪峰山中地壳发现连续强弧形反射层，可能揭示了更古老的隐伏造山带；西秦岭造山带下地壳和莫霍面叠置的缩短结构，挑战了青藏高原东北缘物质逃逸的“下地壳隧道流”模式；华北深地震反射剖面揭露了板块汇聚、大陆地壳增生的深部过程；大地电磁观测发现鄂尔多斯岩石圈异常导电性结构，为研究正在破坏的华北克拉通演化机理提供了重要依据；首次发现我国楚雄兰坪盆地白垩纪/古新纪（K/T）界面铱异常，可能提供小行星撞击证据；大陆科学钻探发现一系列深部地幔物质，提出了金刚石成因分类的第三种类型：蛇绿岩型金刚石；流动体系高温高压流体与岩石反应动力学实验，揭示了中地壳出现高导低速层的可能成因；中国大陆地壳演化研究取得新进展。据不完全统计，专项共发表论文510多篇，其中SCI论文150多篇，EI论文30多篇。深部探测专项的成