人类将首次打穿地壳 抵达地幔了解地震火山成因

　　打超深钻井，钻穿地壳，直接“触摸”到地壳与地幔的边界，这是全世界地球科学家的理想。美国、英国、中国等12个国家的30名科学家已登上美国“决心”号钻探船，准备在西南印度洋开展打穿地球壳幔边界的第一次大洋钻探。

　　这是国际大洋发现计划的第360航次，也是名为“SloMo”计划的第一个航次。“SloMo”是“慢速扩张脊下地壳和莫霍面的性质”缩写。该计划致力于在人类历史上首次钻穿壳幔边界，以检验“在慢速、超慢速扩张脊下方的莫霍面代表了地幔的蚀变边界”的假说。中国科学院地质与地球物理研究所刘传周研究员、同济大学海洋地质国家重点实验室周怀阳教授、课题组成员马强博士等人全程参加。

　　莫霍面是以地震学家莫霍洛维奇命名的地壳与地幔的分界面。在这一界面，地震波的纵波和横波传播速度明显增加。传统的理论认为：大洋下地壳由辉长岩组成，与地幔之间被莫霍面分开。

　　但最新的假说认为：在慢速或超慢速扩张洋脊下方，地震波很难准确反映出下洋壳内部的岩性变化。因为，海水渗入到地幔后，与橄榄岩发生反应，橄榄岩在反应过程中降低了地震波速，变得和下洋壳辉长岩的地震波速相近。因此，莫霍面也可能是蚀变的橄榄岩和未蚀变的橄榄岩之间的界面，而不是壳幔边界。

　　为检验上述假说，在今后两个月，科学家将乘坐“决心”号前往南纬32度、东经57度附近的西南印度洋中脊海域，钻一个1300米深的钻孔。在后续计划中，科学家还将乘坐钻探能力比“决心”号更强的日本“地球”号，把这一钻孔加深至3000米，最终打穿壳幔边界。

　　 钻井位置示意图

　　0

　　4000

　　2000

　　南

　　三角：定向水听器

　　绿线 360航次第一阶段目标深度

　　橙线

　　红线

　　北

　　8000

　　6000

　　莫霍面

　　地壳

　　735B钻井

　　(1公里南)

　　第二阶段目标深度

　　深度(米)

　　地幔

　　AtBk6钻井

　　 解读>>> 最直观数据探寻地球深处信息

　　地幔是地球上一个比百慕大、金字塔更加神秘的地方——它集中了地球的大部分质量，还是众多地震的“发源地”。揭开地幔的“面纱”有望让我们更好地了解地震的起源、火山喷发等现象，我们甚至有可能像“地心游记”一样在地幔深处发现生命。

　　 知道>>>

　　 神秘的莫霍面

　　 钻探意义 打超深钻井获取直观参数

　　“全球主要的大地震都发生在大洋板块和陆地板块的结合处，是由大洋板块俯冲到其他板块下面造成的。”中国科学院测量与地球物理研究所、大地测量与地球动力学国家重点实验室研究员储日升认为，由此可以看出，通过在海洋地壳上钻孔的方法获取从地表到地幔的原位观测数据，对于了解地壳的结构和演化以及地震研究具有重要的意义。

　　储日升向长江日报记者举例说：“地球的地壳和地幔类似于鸡蛋的蛋壳和蛋清，所不同的是，我们对地壳和地幔的分界面以及地壳内部的岩石组成、温度结构的了解还不是很充分，尤其是对于海洋地壳。”

　　他说，以前这类领域的研究主要是通过地震波给地球做CT和野外地质考察两种方法来得到研究结果，“但这两种方法得到的结果通常不太一致”。谈及原因，储日升认为主要是由于前者的精确度不高，而后者是在构造作用以后在地表的观测，因而缺少原位数据。

　　“这次钻探与石油钻探原理大致是一回事，但钻地更深，打超深钻井。”大地测量与地球重力学应用研究院研究员刘根友认为，这次的钻探活动将会获取很多直观参数，这对于未来地质学以及地球物理学的研究产生直接推动作用。(见习记者高萌)

　　1910年，地震学家莫霍洛维奇通过观测地震波在地球内部的传播情况，率先提出地球的地壳和地幔之间存在一个不连续的分界面。人们将这一壳幔分界面称为“莫霍洛维奇不连续面”，简称“莫霍面”。

　　神秘的莫霍面到底是由什么物质组成的？这一谜题吸引了无数地球科学家的好奇心。

　　我们知道，地球内部可划分为三个基本圈层，即地壳、地幔和地核，莫霍面就是地壳层和地幔层间的一个界面。人们通过地震波探测研究发现，莫霍面平均深度17km，在陆地区域为33km，海洋区平均6km；在莫霍面上，地震波的纵波和横波传播速度增加明显，说明其下物质的弹性和密度随深度逐渐增加，因此得到地幔的物质密度、硬度大于地壳。(综合科技日报)

　　 钻探难点 地底高温对钻头设备要求极高

　　对于这次大洋钻探打穿地球壳幔边界是否属于全球首次，储日升表示，苏联早在70年代在科拉半岛上打过12000多米的超深钻，而我国在本世纪初在江苏东海县也打了5000多米的钻井，“不过这些钻井都位于大陆上，其地壳厚度超过30公里，所以未能穿过地壳到达地幔”，因此，如果本次打超深钻井钻穿地壳，直接“触摸”到地壳与地幔的边界，应属全世界首次。

　　这种直接打通地壳的工程过程中会有哪些较大的困难？储日升表示，主要难度在于地幔的温度非常高，“那种高温环境下，对钻头和测量的各种传感器有着很高的要求。”储日升说，具体的钻探过程会非常专业，这个钻探活动需要有专业的团队分工合作才能完成，不同的人员和团队将负责不同的事情。

　　刘根友表示，钻穿地壳，直接抵达地壳与地幔的边界进行采样，将可获取到最直观的样本，有利于更精确地了解边界地质介质的密度、化学成分等参数，“但这一过程对钻机的要求很高，不仅力度要达到，更不能打弯”。(见习记者高萌)

　　 钻探选址 “亚特兰蒂斯浅滩”洋壳较薄

　　“人们对头顶的天空充满好奇，对脚踩的大地却知之甚少，研究手段也十分有限。打穿洋壳，进入莫霍面，是我们长久以来的梦想。”美国伍兹霍尔海洋研究所的亨利·迪克教授说，“在较薄的洋壳基岩钻孔非常重要，因为那里的岩芯能向我们传递地球深处的信息。”

　　科学家为此次前往钻探的地点起了一个非常浪漫的名字——“亚特兰蒂斯浅滩”。根据以往的研究，位于西南印度洋中脊、面积约25平方公里的“亚特兰蒂斯浅滩”，是一处研究地球壳幔转化的理想“构造窗口”。科学家曾在“亚特兰蒂斯浅滩”成功打过两个深钻孔，都获得了很长的辉长岩剖面。

　　在即将进行的第360航次中，“决心”号将在“亚特兰蒂斯浅滩”的北部边缘新钻一个1300米的孔。新孔将与以前的两个孔组成一个断面，以便今后开展横向的火成岩、变质岩与构造的层序对比研究，检验洋壳的磁性条带异常特征，并调查地球深部的生命活动。(据新华社)

　　 地球深处历程

　　1910年

　　克罗地亚地震学家莫霍洛维奇发现，地壳和地幔间有个不连续的分界面。故以他的名字命名为莫霍洛维奇不连续面，简称莫霍面

　　1957年

　　美国科学家提出“莫霍超深钻计划”，计划穿透地壳至莫霍不连续面，以取地幔岩石样品用于科学研究

　　1961年

　　科学家们首次利用动力定位技术打下了第一口科学钻孔，在墨西哥近海3558米水深处钻了5口深海钻井，最大井深183米

　　1964年

　　美国几个研究单位发起组成“地球深层取样联合海洋机构”，并提出了“深海钻探计划(DSDP)”

　　1968年

　　深海钻探计划开始实施，至1983年计划结束，“格洛玛·挑战者”号船完成钻探站位624个，实际钻井逾千口，回收岩心9.5万多米

　　1970年

　　苏联在科拉半岛邻近挪威国界的地区进行一项科学钻探，其中最深的一个钻孔达12262米

　　1985年

　　由于苏联、德、法、英、日等国相继加入，深海钻探计划成为国际性的大洋钻探计划(ODP)，集中世界各国深海探测的顶尖技术，探索地球深处开展科学研究

　　1998年

　　中国加入大洋钻探计划，并作为ODP第184航次主导者，于1999年在南海顺利实施中国海的首次大洋钻探

　　2003年

　　国际大洋钻探计划转入综合大洋钻探(IODP)新阶段。钻探船由一艘增加到两艘以上，钻探范围扩大到全球所有海区，研究领域从地球科学扩大到生命科学，手段从钻探扩大到了海底深部观测网和井下试验(整理/康克兢)