杨文采院士：人类能上天下海，却难以入地13公里

出品｜网易科技《科学大师》栏目

13公里，这个数字目前还没有哪个国家能实现。这指的是对于地球深部钻孔探测的直线纵深距离。

天上，人类的飞行器已经能在距地球38万公里外的月球和5500万公里外的火星着陆，马斯克私人公司 SpaceX 研发的载人飞船不久前刚刚成功将两位宇航员送达400公里外的国际空间站。海底，世界上最深的马里亚纳海沟超过11000米，中国、英国、美国和日本等国家的深潜器在这里纷纷实现了超过一万米的深潜探测试验，中国自主研制的11000米级载人潜水器计划今年正式下潜。

而在深地钻探方面，目前世界上最深的科学钻探纪录还没有达到13000米，中国的钻探深度先后两次实现了亚洲第一，分别是2005年位于江苏东海县的中国大陆科学钻探工程CCSD—l井，深入地下5158米；2018年位于黑龙江安达市的松科二井，钻探深度达到7018米。

“对于固体地球我们了解得太少了。我们讲上天、入地、下海三大科研目标，上天现在太空技术不断进步，下海也相对比较容易。入地很难，难在哪里？”中国科学院院士杨文采对网易科技《科学大师》记者说，“现在钻探达到12300米，为什么不能达到30000米啊？很简单，到了12000米的时候，地层的温度很高，想继续钻下去，面临很大的挑战。”

杨文采是著名地球物理学家，浙江大学教授，他曾担任中国大陆科学钻探第一钻——2005年江苏东海县中国大陆钻探工程中心的副总指挥。因为科研工作关系，杨文采曾面对面见过四任国家总理，大陆科学钻探工程也受到国家高层的直接重视和支持，当年的一位总理曾在东海工程开钻前作出批示，称这一工程是中国地质科技工作的一件大事①。

深地探测（又叫大陆科学钻探），被称为“深入地球的望远镜”，它既有助于科学家验证地壳物质运动和地球演化规律，在全球灾害频发、能源紧张等各种人类社会发展面临的矛盾背景下，又是发现解决此类严重问题的重要手段，有人将其科研意义称作是人类登月后又一划时代的工程。

1997年，国际大陆科学钻探计划（ICDP）正式成立，中国于当年加入该计划。杨文采代表中国出任 ICDP 第一届科学顾问组（SAG）成员，此后与其他七位中外科学家一道提出了中国大陆钻探项目，推动了江苏东海的科学钻探的实现。

▲深入地下5158米的中国大陆科学钻探工程CCSD—l井，位于江苏省东海县/图源：中国地质大学

▲钻探深度达到7018米的松科二井，位于黑龙江安达市/图源：中国地质大学

杨文采从事地球物理研究50余年，他是新中国最早一批委派出国的学者和新中国培养的第一批地球物理学家之一。上世纪80年代他从国门外把地球成像反演理论带回中国，作为这个学术领域的先行科学家，他曾带头在北京大学等中国高校开课。

杨文采带回来的地球物理反演和地震层析成像理论，主要应用在地壳上地幔研究、油气与矿产勘查及重大建设工程基础调查等方面。通俗来讲，除了基础性的地球动力学研究之外，找石油、找矿，也都能用上。比如黄河小浪底水利枢纽电站、大庆油田、华北油田、东海油气盆地、北京机场高速立交桥墩质量检测等重要工程，均有运用到他的技术成果。

地球物理学研究与能源利用、地球生态等多重现实议题有着密切的关系。杨文采告诉《科学大师》记者，他本人当下很关心的一个问题是，人类居住环境和矿产能源资源等需求之间的矛盾能否得到平衡改善，地球科学能为这个问题的求解做一些什么？站在科学家的研究角度，他试图寻找到自己的答案。

他提出的一个对策是：新能源作为新兴产业，虽然在能源格局中扮演着重要角色，但终究代替不了作为战略资源的化石能源。发展新型绿色矿业，尤其是在中国西部和内蒙古发展新型绿色矿业，可能是解决中国能源瓶颈的根本途径。

“新型矿业是发展新型原材料高端产业链的上游，而新型矿业必须绿色发展，必须和保障人居环境、减少土地资源的压力、科学利用空间资源的思路结合起来，唯有如此，才可以降低环境治理的成本，使开发矿业和优化环境一举两得。”

▲人类对潜藏于地球内部的信息，所知还非常有限 /图源：国际在线

Part 1地球深部热度过400度，钻杆打下去会变成“面条”

《科学大师》：大陆科学钻探目前最深的钻井还没有到13000米，往下面走特别困难，您是有过实践的科学家，这是什么原因？

杨文采：主要是因为温度升高，地下12000米以下，地球的温度可能达到300-400度，这时候钻杆就变成“面条”了，刚性就没有了，动力就没办法传下去。刚性不够，这个钻杆不光不能继续往下传递动力，到时候它钻下去还会给你拐回来，不听你指挥。

这是材料的问题。想让这个钻杆的刚性在1000度情况下还能一直保持刚性，这种材料现在还没有研究出来，这个很难。那只能等到新材料出来了以后，才有可能继续往深里打钻。

地底下的岩石层结构，不同的深度也不一样。花岗岩、片麻岩，再往下是玄武岩、橄榄岩等更硬的岩石，这一类岩石密度大，所以地球深部越往下岩石就越坚韧，钻孔的难度就越来越高。

我们原来用的钻杆，它的材料是合金钢。当然我们现在也有很多其他的材料，但是很贵，有一个成本问题。几万米的钻杆，你看得多少成本。值得吗？这涉及很多问题。你打下去以后又不赚钱，谁来投资啊？

（编辑：187手机网）

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