开局“十四五”地球物理学的科技创新——访中国科学院院士滕吉文

2021年04月5
开局“十四五” 地球物理学的科技创新
——访中国科学院院士滕吉文
滕吉文院士是我国地球物理学家，长期从事岩石圈物理学研究，曾主持青藏高原、攀西构造带、华北及陆缘、华南地区、西北造山带与沉积盆地等多项国家和省部级重大与重点研究项目及国际合作项目，并均取得一批高水平的研究成果，他与同仁们携手合作为我国岩石圈物理与动力学研究领域的开辟和发展作出了杰出贡献。

《网信军民融合》杂志对滕吉文院士进行了专访，请他就地球物理学研究与实践、技术与创新、人才与涌现等问题分享他的深刻见解和系列成果。

问：您是首批对青藏高原进行地球
物理系统观测和研究的科学家，首次获得了第一手科研数据，您曾说这是您科研历程中最艰苦与艰难的一段，可以给我们讲讲其中印象比较深刻的故事吗，以及是怎样克服种种困难，使这项探测工程取得成功的？
滕吉文：青藏高原是构造最复杂
的高原，也是各个国家都非常重视的科考探索园地，但对于地球物理来讲，青藏高原地区是没有任何先前的研究经验的，是一片未被开垦的“处女地”。

1975年，我被任命为地球物理学的首席，其实很担心自己是否能胜任。

在做了大量功课后，我设想了我们需要解决的几个科学问题。

第一个问题就是青藏高原为什么
◎◎网信军民融合编辑部◎◎王跻霖◎◎孙◎璞
这么高？当时美国科学家Holmes 认为青藏高原之所以这么高，是由两个地壳
叠加而成。

为了验证这一问题，我们利
用人工爆炸的方法进行研究，打算利
中国科学院院士滕吉文
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用60吨TNT 炸药在青藏高原进行水下爆炸实验。

为了安全运输这些炸药，成都军区给了我们一个汽车连，由指导员和连长进行押车，将60吨TNT 运到青藏高原并安全存放。

由于大批量炸药在湖中进行爆炸是非常危险的，西藏军区作战部还特意安排了一个舟桥连、一个工兵排、一个通讯班，为我们提供支持。

我们的第一次实验是选择在羊卓雍措湖进行3吨TNT 炸药的爆炸，当时现场一共18个部门参与，共有228人。

当舟桥部队将炸药投入湖心时，却发现炸药受到了湖中巨石的阻碍导致无法下沉。

为了排除这一障碍，当时在场的年轻工作人员、工兵、舟桥部队的战士等一起跳下湖中进行排障。

因为羊卓雍措湖是雪山上流下的冰水，非常刺骨，在水下两三分钟就会觉得喘不过气，需要跳上来喝两口酒运动一下再下水，就这样反反复复折腾了好多次，终于将巨石清开，成功爆炸。

当时这次实验成功的消息传到了北京，时任国务院副总理方毅同志亲自给我们打电话进行了表扬。

通过这些实验所获得的第一手数据，我们否定了Holmes 所提出的两个地壳叠加的结论，认为青藏高原是一个有序的成层地壳，首次发现并建立了高原地域的壳、幔速度结构模型，发现其为一巨厚的地壳与相对薄的岩石圈，并提出了壳幔边界第一个P 波速度为8.1±0.1km/s 的证据。

这是印度次大陆板块与欧亚大陆板块，即两陆-陆板块碰撞的结果。

美国曾有两位物理学家，即艾瑞和普拉特以喜马拉雅山系为典型提出了“地壳重力均衡学说”，认为喜马拉雅山脉隆起时重力已达均衡，通俗
来讲就是山有多高，山在下面的根就有多深。

但通过我们多次观测和反演，证实了喜马拉雅地区并没有深根，从加德满都开始，它的重力均衡异常是+120毫伽；一路向北直到雅鲁藏布江，均衡重力异常才趋近于零，达到均衡，我们也证明了：认为喜马拉雅山系地带地壳已达均衡的认识是不对的。

第二个问题是喜马拉雅这么高，地球内部物质是如何运动的？我们通过人工爆炸、天然地震波来研究地球内部，利用物理场中的重力场、磁力场、电磁波感应场等来研究高原地球内部物质运动和动力学响应；发现雅鲁藏布江为一条强磁场均分布带，布格异常为高值区，证实了大陆的漂移，提出了两陆—陆板块碰撞的时序。

又比如喜马拉雅地区地表有很多奇特的喷泉，温度非常高，但对于我们研究物理的人来讲，地表高温只是一个派生现象，而不是本质，因此，我们开始展开研究，在湖中进行大地热流值测量。

根据我们的测量，喜马拉雅地区的热流值远远超过世界上的平均值60mw/m 2，且在羊卓雍湖竟高达146mw/m 2。

总的来讲，我们研究工作能够顺利开展其实是与部队大力支持分不开的，部队是不收一分钱的，但却对我们的科学研究、工作和生活给予了相当大的支持。

比如，我刚才提到的运输炸药，还有吃饭也都是靠部队提供给油、盐、菜和粮食；在我们没有地形图时也是靠部队提供。

可以说科学本身不是轻而易举的，科学研究既要有党和国家支持的环境，同时也要有为事业献身的精神。

问：近年来，中美之间的贸易战引
发了科技战，那么在地球物理这一领域，是否存在卡脖子的现象？
滕吉文：在刚解放时，外国对我们
进行封锁，各行各业都要自力更生，因此我们开始便是仿造和自主研发。

改革开放后，因为国家经济条件变好，开始大量引进和购买外国设备，但也因此忽略了自己仪器制造业的发展，可以说所使用的仪器设备90%以上的仪器都需要依靠国外进口。

比如重力仪，当前重力仪用途非常广泛，可以应用于地震灾害、矿产、军事等各个领域，但地面的重力仪已难以满足要求，航空重力梯度仪开始进入人们的视野。

重力梯度仪精度很高，用途也更加广泛，比如当前潜水艇隐身技术的发展，使得我们很难再使用声纳来探测其运动情况，而可以利用航空重力梯度仪，通过反演重力场的异常变化程度大小来探测，以发现它的存在及运动。

可是这种仪器只有美国和澳大利亚有产品，美国在高精度仪器上对我们进行严格封锁。

我曾与澳大利亚有关方面联系，得到的答复是：滕教授，在这个问题上，我们不可能进行合作，如果你们需要的话，我们可以派人和仪器到你们国家进行测量，通过反演计算后把结果给你们。

这也就是说：我们连过程都无法得知。

对地球物理学我可借用白居易长恨歌诗词中的两句词来形象描述，就是“上穷碧落下黄泉，两处茫茫皆不见”。

因为地球物理研究的对象在地球深处是看不见的，只能靠仪器观测，数据采集和大型计算机计算来进一步认识和理解地球内部，刻画介质物理属性和精细结构。

因此高精度仪器问题对我们的工作影响是非常大的。

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还有当前自然资源的问题。

大家普遍对汽油的价格很敏感，但其实我国矿产资源面临的问题比这还紧张。

先前我们进口澳大利亚铁矿石的价格是50美元一吨，贸易战后价格已涨到了230美元一吨，但我们没有其他选择。

再比如我国铝矿进口量是55%、铜进口量是70%、钾盐进口量是80%、石油进口量已达71%，我们国家是世界上第三产金大国，但我们的进口量却是53%，可以看出我们国家在发展的进程中矿产资源是非常紧张的。

解放后的早期我们的找矿勘探的指南是在由地表到500米深度之内发现矿产资源，可是这一深度空间的矿产资源已很少了，可以找到的基本上已被发现，我基于基础研究与理解，为
了解决资源问题，2006年，在地科院的一次会议上我提出要在第二深度空间寻找金属矿产资源，因为矿产资源的形成、演化和存储、运动是在地球深处进行的。

这便要求探测深度要达到5000米，在3000米内取得高分辨率信息，以保证在500-2000米之内发现大型和超大型金属矿层。

2007年，我在中石化的一次学术年会上提出石油，天然气要向地球深部空间发展，必须突破5000米，到1万米的深度空间去寻找油气资源。

但想要在第二深度空间寻找资源和能源也并非易事，我们目前仪器的分辨率尚难满足，难以实现我们向第二深度空间要资源的理念。

因此这便要求我们必须尽快研发新一代高精度的仪器
设备，以保证国家的战略要求。

问：在您看来，我们可以从哪几个
方面突破这些卡脖子技术呢？
滕吉文：例如重力梯度仪，从原
理上讲，其实大学的物理课本就已讲到，大家普遍也都可以掌握，甚至很多高中生也都懂得。

但为什么我们还是没有成功制造出高精度的重力梯度仪器呢？主要原因就在于这种高精尖技术的工艺和材料，这些细节是我们尚难完全实现的，即尚缺少的是大工匠和对基础理论的深刻理解。

在中，低档仪器中，中国不但可以生产，而且可以实现全球领先。

但在高精度仪器上，我们相差甚远。

想要达到国际先进水平
，仍然需要脚踏实地的奋
滕吉文院士接受本刊专访
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进，靠的是长期积累，而不是熬几个通宵的临时突击。

问：可以说地球物理学的很多研究
成果，既可以应用于军事领域又可用于国民经济建设，那么您认为这一领域有什么可以影响军事格局和未来发展方向呢？
滕吉文：比如刚才所说的能源的问
题，氦-3被科学家们称为“完美能源”，既环保又安全。

按照目前的能源需求，美国每年只需要9吨氦-3，我们国家需要2吨，但月球表面却存在着大量，估计储量有500万吨。

至少在短期内我们还不能获很难实现这样的技术，即在月球上获取氦-3并运到地球上来供地球人实现应用，但太空仍然是我们重要的后备基地。

在世界上，地球物理学与军事方面的共融情况是很多的。

因此，是否可以实现地球物理在军事方面应用的问题，仍然有待军地共同努力深化研究和共融。

问： 《中共中央关于制定国民经
济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》把坚持系统观念列为“十四五”时期经济社会发展必须遵循的原则，可见国家对系统观念的重视，那么在地球物理领域，系统观念主要体现在哪些方面呢？
滕吉文：其实人类对于世界的了解
还是非常少的，目前为止我们了解到的自然界和地球信息可能不超过5%，绝大部分依然是未知的。

因此我们存在一个客观问题：任何事物的本体其实是包罗万象的，但由于我们把问题都拆解的过细，因此对事务的思考和认识都具有局限性。

比如自然矿产的成因、高精度仪器
的研制，其实都是系统问题，需要我们从多元要素综合思考问题，去认识、理解更多自然现象。

而系统工程的优势就在于从立体、全面的角度去认识现象，通过战略性布局进行整体推进，因此我们需要坚持系统观念来推进党和国家的各项事业发展。

在地球物理这一学科中，我们也专门设立了一个领域或者说是一门课程，即《综合地球物理学》，这就是从系统论的角度出发，通过多元学科交叉，集成地球物理场的信息，去综合研究探索地球物理学中的科学难题以达逼近的解译。

问：科技竞争说到底就是人才的
竞争，人才可以说成为了科技发展的最重要因素之一，您对于人才培养方面有哪些看法呢？
滕吉文：世界上第一个科学技术中
心源于十四五世纪的意大利，因为意大利那时具有的宽松的环境，使之出现了一大批科学家、音乐家和画家等。

随后在中世纪第一次文艺复兴时期，欧洲出
现了一批卓有成就的人才，比如居里夫人、牛顿、爱因斯坦，他们使得中世纪欧洲的工业和科学界非常发达。

在第二次世界大战前后，科学优势转移到了美国，并一直保持到了今天，由于美国开放的文化，使得全世界各国很多精英仍集聚在美国。

人才和仪器这两个因素，可以说是我们地球物理学科发展的灵魂。

我在国科大给研究生讲了27年的课，主要的目的就是培养一批人才。

我们无法要求每个人都成为科学家，但不可否认，在这些年轻人中一定会有杰出的优秀人才涌现，他们的出现可能就意味着一个新仪器的诞生、一个新物理量参数的测量、一个物理量精度的提高，更为重要的则是意味着这门学科领域的发展以及新兴学科领域的开辟。

因此人才培养是非常重要的。

当今在高，新科技方面，我国受到影响，卡脖子的事是不少的，为此要建成一个世界科技强国，国家的战略需要有更多的将才，帅才，即勇于担当，奋力创造未来的人才。

滕吉文院士。