当今中国地球物理学发展的机遇、空间和挑战第一期

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我国对资源的需求局面已是十分严峻 ,因为我 国地大 ,但物并不博 。近十年来中国石油产量增长 缓慢 ,产量从 1. 37 亿 t增至 1. 62 亿 t, 年增长率 仅为 1. 38 %。然而其同期消耗量则由 1. 18 亿 t 增为 2. 23亿 t,年增长率竟达 7. 1 %。自 1993 年 中国成为石油净进口国以来 ,进口量与日俱增 , 2000 年的进口已超过 7 000 万 t。 2000 年我国自 己仅能提供石油消耗量的 70 %。为此预计 2010 年前后石油进口量将会更大幅度的增大 ;中国的石 油对外依存度将会从 2000年的 30%左右增 加到 2010 年的 60 %和 2030 年的 80 %[ 3 ] 。随着我国经 济的迅速发展 ,对石油和金属矿产的需求量将必不 断增大 ,而能源结构问题却十分突出 ,尤其是能源 短缺 ,且日益严重依赖于进口 。
由于科学与技术的发展和广为渗透 ,工 、农业 产值不断提高 ,城市人口“无限 ”膨胀 ,而环保配套 工程却不足 ,再加上投入短缺和无序 ,环保措施和 法制又不健全 ,研究程度又差 ,爱护“绿色 ”地球还 未构成全民的意识 和全民的实际行动 。再加上急 功近利 ,故环境正在不断恶化。为此 ,地球物理学 在环境科学和全球变化的研究中 ,怎样发挥其更大 的作用 ,打造出一条新的途径 ,已成为本世纪认真 对待的重要课题之一 。 1. 3 高新技术已构成地球物理学发展的制约
科学、技术和新方法的引进与应用 ,不仅使整 个地球物理学的研究工作取得第一性资料的质量 和效率大大提高了 ,为认识和解释地球内部问题提 供了更坚实的基础 ,而且一个学科领域的科学理论 萌芽和诞生通常却直接与科学技术和新方法的应
增刊
滕吉文 : 当今中国地球物理学发展的机遇、空间和挑战
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用及新信息的取得息息相关 。一些新技术 、新方法 的产生和应用往往可以改变本学科的整个发展方 向和进程 。1912 年魏格纳提出的 大陆漂移说 , 由 于当时尚无法从科学理论上进行证明和在技术上 进行复原和获得直接 的证据 ,故 到二十世纪 三十 年代前后这一学说几乎销声匿迹 ,使地学革命整整 延缓了近半个世纪 [ 4 ] 。直到六十年 代古地磁 、重 力 、地热 、地震和海洋地球物理探测等新技术的使 用和一大批 地球物 理资 料与成 果的 涌现 才使 其 “复活 ”和发展 。随着整体科学与技术的进步 ,八十 年代在岩石圈物理与动力学领域中出现了一大批 新技术 、新方法 、新认识和新理论。它们已影响了 二十世纪末叶的科学发展 ,其中最重要的是 : 全球 定位系统 ( GPS) 、陆地卫星 、大动态 、宽频带 ,数字 化的可移动地震台网与台阵 ,高精度地震宽角反射 和折射 , 地震反射 (COCO2PR ) 技术 ,几千道乃至 万道数字地震石油勘探仪器的应用 、地震三维速度 结构及地震成像技术 (包括井间 ) 、各种 高精 度地 球物理勘探仪器、可移动式热红外谱仪 、矢量程序 设计计算机 (巨型计算机 ) 以及对数学与物理学中 所获新成就的应用等 。
随着科学与技术的发展和人类日益增长的需 求 ,当代 社会 正面 临着 一系 列难 题 ; 资源 (含 能 源 ) 、人口 、粮食和环境四大危机 ,并直接威胁着经 济的发展 、社会的进步和人类的生存 。最近一 、二 十年来 ,人类社会对能源和矿产资源的需求几乎呈
基金项目 :自然科学基 金项 目 ( 40434009) ;中国科学院知识创新工程重要方向项目 ( KZCW 32SW 2148) 收稿日期 : 2007 - 06 - 30
二十 世纪八十 年代以来 ,随着高新科技的飞 速发展 ,一个以迅速开展高科技应用和高技术产业 为特征的时代已经来临 。如今这些高新技术已经 或正在逐步渗透到地球物理学的各个分支学科 ,使 地球物理学获得了前所未有的大量新信息 ,从而正 在引起世界地球物理学与技术领域的新变革 。应 当充分认识到 ,高新科技及其产业化将是今后地球 物理学得到升华的一种制胜手段 ,是人类向海洋 , 向空间与球 外星系和 地球深部“挺进 ”的必 然保 证。
摘 要 : 在二十一世纪的今天 ,中国正处在快速工业化和经济腾飞的重要时刻 ,在这世界经济和 科学技术突飞猛进的大潮中 ,对地球物理学来说确是机遇 ,并展现出多维的发展空间 ,同时也面 临着严峻的挑战 。为此 ,国家战略需求和自主创新已成为中华民族能否独立于世界民族之林的 最强音 ! 在这一前提下 ,地球物理学家就必须超越已有的框架 ,穿过地平线 ,全方位的去研究 、探 索 、揭示 、发现地球内部的奥秘 。研究结果表明 ,人们必须清晰地认识到 : 在新的世纪里地球物理 学的发展导向 ,即地球物理学的前沿领域和深化研究与现代科学技术进步的制约 ; 地球物理学必 须牢牢地把握住向高层次的综合研究脉络方能有所发现与突破 ;地球物理学所面临的机遇 、发展 空间和挑战 ;地球内部圈层结构与大陆动力学研究的主体内涵和导向 。
导向所制约 。
1 地 球物 理学 的发 展和 深 化研 究与 现代科学技术进步的制约
地球物理学在固体地球科学领域里 ,在国民经 济和人类社会发展中的作用已由局部的地区性研 究 、应用性研究拓展到解决当代社会发展面临的一 系列重大问题 。任何科学与技术必须服从于社会 , 并为人类生存和发展做出贡献 ,否则便会僵化 。地 球物理学在其发展的历史长河中主要是通过对地 球本体认识的深化和基础研究 ,并用来指导找矿 、 找油、找气 、找水 、找煤和环境与灾害监测 、国防事 业及工程建设 ,以保证国民经济和国家建设对矿产 资源的需求 ,进而促进社会进步 ,科学发展 ,巩固国 防与边疆 ,并造福于人类 。 1. 1 矿产资源的形势与需求
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物探化探计算技术
29卷
指数 增 长 。二 十 世 纪 全 球 计 开 采 石 油 量 达 1 190亿 t,天然气 65 万亿 m3。铜的利用历史已近 达万年 ,二十世纪前只开采了 3 500 万 t, 而 1960 年 ~1985年的 25年间就开采了 1. 55亿 t; 到二十 一世纪初叶预计铜的年产量将达 1 000亿 t~1 200 亿 t[ 2 ] 。其它矿产资源如煤 、银 、以及稀有金 属和 非金属 ,地下水等资源的需求量亦日益大幅度的增 长 。淡水资源的贫缺已对人类生活与生存环境提 出了严峻的挑战。
第 29卷 增刊
物探化探计算技术
2007年 10月
文章编号 : 1001—1749 (2007)增刊 (1) — 0001— 11
当 今 中 国 地 球 物 理 学 发 展 的 机 遇 、空 间 和 挑 战
Βιβλιοθήκη Baidu滕吉文
( 中国科学院 地质与地球物理研究所 , 北京 100101)
显然 ,在这二十一世纪我国快速工业化和经济 腾飞的进程中 ,面对资源短缺、灾害袭击和世界科 学与技术发展大潮 ,形势是十分严峻的 。为此 ,我 们必须一方面面对这一现实 ,同时则必须依据国家 战略需求 ,开辟自主创新的道路 ! 1. 2 环境不断恶化
环境与灾害已构成二十一世纪对人类的巨大 威胁 ,也是世界各国对当代社会生活中最关注的重 大问题之一 。当前环境问题已涉及到全球范围 ,它 们并不受地域或人 种的约束 。同时却涉及到一系 列的机理问题 ,例如 ,黄金系来自核 ~幔的气液态 物质 ,当其向上运移 ,并在地壳浅部经冷凝所致。 油 、气的有机生成理论已为共识 ,而是否存在有深 部无机物质的参与 呢 ? 尽管无机生成的烃类规模 尚很有限。地震的发生 ,高原的隆起等均与深部物 质运移关系密切 。这就是说地球内部的研究是带 有本质性的探索领域 ,它不仅是认识地球 、了解地 球 ,利用地球和保护“绿色 ”地球的必须 ,而且是上 述问题的解决与为人类社会服务和发展所不可缺 少的极为重要的领域 。
关键词 : 地球物理学 ; 深层过程 ; 发展空间 ; 矿产资源 ; 机遇与挑战 中图分类号 : P 3 文献标识码 : A
0 前言
二十世纪是固体地球物理学快速发展的百年 , 并为人类创造了巨额财富 ,在科学与技术领域里取 得了飞速发展 ,同时也为二十一世纪的前进和突破 提出了众多的科学问题或难题。
还要指出 ,地球物理 学与动力学 从宏观到 微 观 ,从定性到定量 ,从浅部到深部 ,从大陆到海洋 , 从地球内部到空间发展的宏伟实践 ,也向科学技术 提出了新的要求 ,提供了新的机遇 ,已经并将继续 推动科学技术的新进步和新发展 ,并用来为人类服 务。
2 地球 物理 学必 须 向高 层次 的综 合 研究方向发展
当今人们必须清晰地认识到 ,一种新 技术 、一 种新方法 、一种新仪器和实验设备的问世均会为自 然科学的探索与发现开辟一个新的窗口 ,不仅可以 观测到和发现很多新现象 、取得新的信息 ,而且往 往会是新理念或新理论的诞生 ,乃导致一个新领域 的开辟 !
随着这些观测技术和测试与分析技术 、新方法 的运用 ,在本科学领域已逐渐形成了相互配套和互 补的四大科学技术体系 ; 即地球物理观测技术 、资 源探测技术 、物理模拟实验技术和计算与信息处理 技术体系 。这四大技术体系的形成和进一步发展 , 标志着地球物理的深部探测 、实验 、数据处理等研 究的技术装备和手段已进入现代化阶段 。进而表 明 ,地球物理学在矿产资源勘查和深层动力过程研 究中已进入了一个新的历史时期 。
地球物理学的发展历史表明 ,它在不同的历史
发展阶段必会呈现出新的萌芽或新的思维 ,故必有 着不同的研究重点 。研究重点的更替或转移是地 球物理学不断进步和步入创新境域的标志 。地震 走时表的创立 ,为深化认识地球内部和本体打下了 坚实的基础 。地 球物理场与 岩石圈结构 , 海洋考 察 ,地震机制与预测 ,行星际探索 ,航空与航天探测 等均已揭示了本门科学的新领域 。板块构造学说 的诞生宣告了地球物理学在地球科学发展中的重 要地位 。以活动论为内涵的全球大地构造学说仍 是当今地球科学发展的导向 。然而必须认识到 ,板 块运动的力源问题 ,即其对地球内部和动力机制的 探索尚待深入 。因此地球物理学家必须承担起这 一重任 ,深入研究地球内部各圈层的耦合 、物质与 能量交换 及其深 层动 力过 程 [ 5, 6 ] , 以及 它们 与成 山 、成盆 、成岩、成矿和成灾之 间的 制约和动力机 制。 2. 1 地球内部圈层结构与耦合
二十一世纪地球物理学必将大展宏图 ,组构地 球科学主体内涵的定量化 ,在资源 、能源、灾害和环 境研究中获得创新性贡献和取得突破性进展 。同 时必然要为固体地球科学输入新的内涵 ,并成为新 时代导向的科学领域 。
地球内部的介质与结构 ,物质运移与深层过程 是极为复杂的 、不均匀的 、非线性的和各向异性的 , 而且反演的解也是不唯一的 [1 ] 。为此 ,二十一世纪 的地球物理学 ,必然是以不同学科之间的大跨度综 合 、交叉与熔融 ;深部空间的资源 、灾害和高新技术 的广泛应用 ;地球科学中的问题必须由定性过渡到 半定量和定量化 ; 地球圈层耦合和深 、浅层物质与 能量交换 ;深层过程与动力体系 ;人类经济与社会 可持续发展及可生存空间程度为主导的科学技术
同时必须看到 ,随着今后利用能源和矿产资源 需求的越来越大 ,容易找到的矿产 ,特别是在浅表 层分布的矿产日益减少 。今后在全球范围内不可 避免地将会出现一种严重的短缺状态 ,从而不仅潜 伏着社会动荡不安的危机 ,同时必然酝酿着国际间 的冲突和对抗 。地球物理学的发展与深化不仅要 逐步满足今后经济发展的需求 ,而且涉及解决与人 类切身利益息息相关的重大社会问题 :减轻自然和 人为灾害 ,寻找和保证充足干净的水资源及防止污 染 ,安全存放 、消毁有害和放射性废物 ,长期合理开 发利用自然资源 ,为环境污染的综合治理 ,城市工 程建设 ,环境保护和提高能源使用效益及开发新能 源 。特别是当今必须强化向深部找矿 、找油 、找气 、 扩大资源勘查和开采空间等 ,在这些方面地球物理 学有着十分广阔的发展前景 。这不仅大大地拓宽 了地球物理学为社会服务的范畴 ,而且几乎涉及了 当代最重大的社会发展领域 。为此地球物理学必 须与地质学家 、地球化学家、自然科学家及社会科 学家 、政治家以及各界人士密切合作 ,协同国际有 关机构共同制定政策与法律 ,并探索新的科学的管 理自然资源的模式 ,以提高人类赖以生存和发展的 生活空间与环境的质量 。
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