2011年年初，在江蘇省政協(xié)十屆四次會(huì)議期間，有位委員提出了一個(gè)讓人耳目一新的提案：在江蘇實(shí)施“透視地球工程”。該提案是要使江蘇省地表以下100米數(shù)字化，動(dòng)態(tài)化，三維可視，透明可見。
試想，如果這一工程真的實(shí)現(xiàn)了，那將會(huì)為以后的工程建設(shè)提供多大的方便！只要我們能清楚地了解地下的實(shí)際情況，無(wú)論是礦產(chǎn)資源的勘探，還是地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)，都將不再是難題。
但是，如何才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)呢？
數(shù)字地球與透明地球
喜歡上網(wǎng)的朋友們，應(yīng)該都熟悉一個(gè)常用的軟件：谷歌地球（Google Earth），這款由谷歌公司2005年向全球推出的虛擬地球儀軟件將大量的衛(wèi)星照片和航空照片布置在一個(gè)地球的三維模型上，用戶可以從高空鳥瞰世界，很方便地免費(fèi)瀏覽全球各地。
這雖然只是一個(gè)軟件而已，但它所包含的數(shù)據(jù)量卻大得驚人，融合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶都可以查詢地球上的衛(wèi)星圖片和三維效果，真正實(shí)現(xiàn)了地球的“數(shù)字化”。
透明地球也和數(shù)字地球脫不了關(guān)系。
1998年，美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栐诿绹?guó)加利福尼亞科學(xué)中心發(fā)表了題為《數(shù)字地球——新世紀(jì)人類星球之認(rèn)識(shí)》的演說(shuō)，首次提出了“數(shù)字地球”的新概念，為未來(lái)地球科學(xué)的發(fā)展提供了嶄新的思路。簡(jiǎn)單地說(shuō)，數(shù)字地球就是按照地理坐標(biāo)將有關(guān)地球的海量的、三維的、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)集成起來(lái)的虛擬地球，實(shí)現(xiàn)了地球科學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)的高度綜合。而谷歌地球軟件經(jīng)過短短五六年的時(shí)間，已經(jīng)成為當(dāng)前世界上最成熟的“數(shù)字地球”。
2009年9 月9 日，由國(guó)際數(shù)字地球?qū)W會(huì)和中國(guó)科學(xué)院主辦的第六屆國(guó)際數(shù)字地球會(huì)議在北京國(guó)際會(huì)議中心開幕，來(lái)自全球40 多個(gè)國(guó)家的1000 余位專家、學(xué)者參加了會(huì)議。此次會(huì)議發(fā)布了《2009 年數(shù)字地球北京宣言》，《宣言》建議：加快“數(shù)字地球”從理論研討到實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)程，特別是在全球變化研究、自然災(zāi)害防治、新能源探測(cè)等方面發(fā)揮重要作用。
隨著研究的不斷深入，越來(lái)越多的研究開始將目光集中于地面以下，三維地質(zhì)的發(fā)展便是最重要的成果。
三維地質(zhì)，顧名思義，也就是指我們采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)資料的三維可視化，就如同時(shí)我們能夠“透視”地下情況一樣，這將為地質(zhì)資料的查詢提供極大方便。以首都北京為例，如果您有機(jī)會(huì)前往北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局（簡(jiǎn)稱北京市地勘局）的信息大廳，只要按要求在電腦上輸入相應(yīng)的指令，北京市的主要地層、地下構(gòu)造、地?zé)?、地下水等三維仿真模型即可直觀地展現(xiàn)在眼前。這就是北京市地勘局自2002年開始?xì)v經(jīng)7年時(shí)間建立的三維可視化地質(zhì)信息與服務(wù)系統(tǒng)，這在全國(guó)乃至世界上都屬于首開先河。如果您想知道哪里有斷裂、哪里有地?zé)岷蜏厝?，哪里賦存著豐富的地下水資源，只需一步步地查詢便可以一清二楚，在以后的不斷發(fā)展中，隨著信息的進(jìn)一步完善，將對(duì)規(guī)劃、國(guó)土、環(huán)保、水務(wù)、市政、建設(shè)、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域的管理和決策工作產(chǎn)生重要作用。
當(dāng)然，說(shuō)三維地質(zhì)往往只是對(duì)于某一個(gè)區(qū)域而言，若從全球角度來(lái)說(shuō)，建立了三維地質(zhì)模型也就是真正實(shí)現(xiàn)了“透明地球”。
但實(shí)際上，我們對(duì)腳下的地球了解多少呢？很早以前，科學(xué)家們就普遍認(rèn)為未來(lái)科學(xué)的發(fā)展應(yīng)該是“先入地，后上天”，然而，迄今為止人們依然對(duì)我們腳下的地球充滿敬畏和迷茫，雖然人類在高科技的支持下可以飛到月球、飛到火星甚至飛越太陽(yáng)系，但在地球母親的面前異常渺小。畢竟我們的地球面積太大了，要想全面“掃描”實(shí)在是困難重重，而且目前的地球物理勘探深度也相當(dāng)有限。即使是采用鉆探，也難以到達(dá)理想的深度。目前，世界上最深的鉆孔——俄羅斯的科拉超深鉆，深度也不過12000米，連地殼都沒有穿透，要知道整個(gè)地球的半徑可是6400多千米啊。在礦產(chǎn)資源日益枯竭、地質(zhì)災(zāi)害越來(lái)越多的雙重壓力之下，許多國(guó)家都開始實(shí)施了朝向地球縱深和大面積掃描的地球探測(cè)計(jì)劃。
向下,再向下
礦產(chǎn)大國(guó)澳大利亞，被譽(yù)為“坐在礦車上的國(guó)家”，為了解決未來(lái)的資源問題，1999年，該國(guó)提出了一個(gè)別開生面的新概念——玻璃地球，形象地理解也就是希望地球能像玻璃一樣讓我們一眼就能看穿哪里分布有礦產(chǎn)資源。該計(jì)劃的目標(biāo)是：使澳大利亞大陸地表以下1000米深度以內(nèi)的地質(zhì)狀況變得透明，以便于發(fā)現(xiàn)澳大利亞下一代巨型礦床。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要大量的地質(zhì)勘探、地球物理勘探和地球化學(xué)勘探工作，如新的鉆探技術(shù)、航空重力梯度測(cè)量、航空電磁法、航空和衛(wèi)星礦物地球化學(xué)填土、同位素跟蹤、地下水化學(xué)研究等。該計(jì)劃提出之后被正式列入澳大利亞的國(guó)家預(yù)算，并開始實(shí)施。然而遺憾的是，2003年因多種原因，計(jì)劃被迫終止。
不過，人們對(duì)地下深層的認(rèn)識(shí)之路永遠(yuǎn)不會(huì)停止。幾年之后，澳大利亞又實(shí)施了一項(xiàng)新的地球探測(cè)計(jì)劃——“澳洲大陸結(jié)構(gòu)與演化”戰(zhàn)略研究計(jì)劃，其目標(biāo)是在全球尺度上來(lái)建立澳洲大陸的結(jié)構(gòu)和演化的構(gòu)架,從而更好地了解它們對(duì)自然資源、災(zāi)害和環(huán)境的影響。
與澳大利亞的“玻璃地球”計(jì)劃類似，加拿大也提出了使其地下3000米以內(nèi)達(dá)到透明化的計(jì)劃。不僅如此，許多國(guó)家在力求透視地球的同時(shí)，還不斷追求深鉆地球。近年來(lái)一系列深部探測(cè)計(jì)劃正在實(shí)施，如美國(guó)大陸反射地震探測(cè)計(jì)劃、地球透鏡計(jì)劃、俄羅斯深部探測(cè)計(jì)劃、歐洲地球探測(cè)計(jì)劃、德國(guó)大陸反射地震計(jì)劃、英國(guó)反射地震計(jì)劃、意大利地殼探測(cè)計(jì)劃、瑞士地殼探測(cè)計(jì)劃等。
中國(guó)的“透明地球計(jì)劃”
2009 年11 月3 日，國(guó)家總理溫家寶在北京人民大會(huì)堂向首都科技界發(fā)表題為《讓科技引領(lǐng)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展》的講話，講話指出：“在地球深部資源探測(cè)方面，中國(guó)已有固體礦產(chǎn)勘探開采的深度大都小于500米，而世界一些礦業(yè)大國(guó)已達(dá)到2500 米到4000 米，南非計(jì)劃開采的深度達(dá)到6000米。中國(guó)人均資源短缺，資源勘探水平不高，開采利用率也比較低，這是制約未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突出矛盾。”
目前，我國(guó)還未全部實(shí)現(xiàn)各地的詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查。僅對(duì)金屬礦而言,我國(guó)約一半的陸地都被盆地和各種覆蓋層所掩蓋, 這些地方的找礦工作程度很低，甚至是找礦的“處女地”，而且，對(duì)地下資源勘探的深度主要還是集中在500米以內(nèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)500米深覆蓋區(qū)的面積約50萬(wàn)～80萬(wàn)平方千米, 相當(dāng)于我國(guó)已調(diào)查、勘探的陸地面積的五分之一, 是一片極具潛力的找礦新空間。因此，在我國(guó)國(guó)土上，無(wú)論是從勘探范圍還是從勘探深度來(lái)講都仍有大量的工作可做。
2004 年9月，國(guó)務(wù)院?jiǎn)?dòng)了以“就礦找礦” 為主要思路的 找礦專項(xiàng)，即在原有礦山開采深度(一般在300～500米)的基礎(chǔ)上，向更深部進(jìn)行勘探開采。截至2008年時(shí)，這項(xiàng)“深部采礦”行動(dòng)探明了大量的煤炭和多種金屬礦產(chǎn)，總價(jià)值超過1萬(wàn)億元! 我們從這項(xiàng)行動(dòng)中看到了未來(lái)資源勘探的新曙光，因此，當(dāng)2009年4月22日第40個(gè)世界地球日到來(lái)時(shí)，我國(guó)將當(dāng)年的主題定為：“認(rèn)識(shí)地球保障發(fā)展——了解我們的家園深部”。
上天、入地、下海、登極這四大科研工作領(lǐng)域是一個(gè)大國(guó)彰顯綜合國(guó)力和科技水平的標(biāo)志，我們中國(guó)在航天、極地科考方面已經(jīng)走在了世界前列，但是對(duì)于地球深部探測(cè)和海底探測(cè)領(lǐng)域卻落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家。
很多發(fā)達(dá)國(guó)家的地學(xué)研究水平、資源勘查技術(shù)和災(zāi)害預(yù)報(bào)能力等方面之所以強(qiáng)于我國(guó)，其中最重要的一個(gè)原因就是：他們對(duì)地質(zhì)基礎(chǔ)資料的掌握較為豐富，在對(duì)地探測(cè)技術(shù)等領(lǐng)域走在了我們前面。
如今，我們國(guó)家已經(jīng)深刻意識(shí)到這方面的問題。2009年6月10日，中國(guó)科學(xué)院發(fā)布了《創(chuàng)新2050：科學(xué)技術(shù)與中國(guó)的未來(lái)》系列報(bào)告，為我國(guó)描繪了面向2050年的科技發(fā)展路線圖，報(bào)告提出了一項(xiàng)“中國(guó)地下4000米透明計(jì)劃”，該計(jì)劃力爭(zhēng)到2040年，使我國(guó)主要區(qū)域地下4000米以內(nèi)變得“透明”，為尋找深部礦產(chǎn)資源提供基礎(chǔ)資料。
話說(shuō)起簡(jiǎn)單，但做起來(lái)并不是那么容易，這需要分階段、分步驟逐漸實(shí)施。目前我國(guó)已經(jīng)制定了時(shí)間表，并開始運(yùn)作這項(xiàng)計(jì)劃。與此同時(shí)，我國(guó)還啟動(dòng)了旨在提高對(duì)地球深部認(rèn)知能力的“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)( 2008～2012)”，由國(guó)土資源部組織實(shí)施。這項(xiàng)計(jì)劃是在為全面開展我國(guó)地殼探測(cè)工程做好關(guān)鍵技術(shù)準(zhǔn)備,是我國(guó)入地計(jì)劃的“先鋒”，包括大陸電磁參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)研究、地殼全元素探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)示范、深部探測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)與集成、深部礦產(chǎn)資源立體探測(cè)技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究、大陸科學(xué)鉆探選址與鉆探實(shí)驗(yàn)、地應(yīng)力測(cè)量與監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究、巖石圈三維結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬以及深部探測(cè)綜合集成與數(shù)據(jù)管理等8項(xiàng)內(nèi)容。
在這些研究計(jì)劃中，所采用的一種主要方法就是地震反射技術(shù)，它是一種精度很高的地球物理勘探方法，被廣泛應(yīng)用于分析判斷地層界面、巖土性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造等。我們知道，每一種地球物理勘探方法都是依據(jù)巖石的某一種物理性質(zhì)，以某一種物理場(chǎng)為理論基礎(chǔ)的，而地震勘探所依據(jù)的就是巖石的彈性，當(dāng)?shù)卣?、火山爆發(fā)的時(shí)候，地球內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生一種彈性振動(dòng)波，由介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)依次向外圍傳播，但是，隨著介質(zhì)彈性性質(zhì)及幾何形態(tài)的變化，其傳播路徑、振動(dòng)強(qiáng)度和波形都將發(fā)生改變，如果我們?cè)诘乇砘蚓杏脵z波器將其接收，然后對(duì)其進(jìn)行處理和解釋，便可以推斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)。當(dāng)然，這種地震波也可以有人工爆炸、沖擊或其他振動(dòng)源產(chǎn)生，常用的地震 反射技術(shù) 都是用的人工震源。
自上世紀(jì)50年代以來(lái) ，我國(guó)已經(jīng) 開展的用于地殼深部探測(cè)的反射地震剖面總長(zhǎng)達(dá)到了近 5000 千米，但是，相對(duì)于我們遼闊的祖國(guó)大陸而言這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而且與歐美國(guó)家相比，也顯得十分落后，這僅僅相當(dāng)美國(guó)的 1/13，英國(guó)的 1/5，俄羅斯的 1/5。可喜的是，經(jīng)過幾年的深入研究，“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)”現(xiàn)已取得了多項(xiàng)重要進(jìn)展，逐漸縮小了我國(guó)與國(guó)際地學(xué)發(fā)展的差距。
透明地球計(jì)劃，是時(shí)代發(fā)展的迫切需求，也是未來(lái)地球科學(xué)研究的方向，我們相信，對(duì)地球了解得越深入，我們開發(fā)礦產(chǎn)資源的能力也就會(huì)越強(qiáng)，同時(shí)，防御地質(zhì)災(zāi)害的能力也越強(qiáng)。
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