[地质勘查导报]地球物理，见证中国创业辉煌

　　勘查地球物理在矿床地质、石油地质、煤炭地质、环境地质、水文地质、工程地质、构造地质、岩石地质、非金属地质、考古及军事等领域有着广泛的应用。几乎每一个油气田、煤田的发现都离不开它，最近几十年世界上大的隐伏矿床的发现与勘探，勘查地球物理也都起到了举足轻重的作用。日前，我国地球物理学家、中国科学院院士刘光鼎，向记者讲述了60年来我国地球物理学科不平凡的发展历程。
   
　　新中国成立前后，“三剑客”开创了我国地球物理事业
   
　　刘光鼎告诉记者，三位元老级先生开拓了我国地球物理事业，他们分别是从事金属矿产勘探的顾功叙、因地震波理论闻名遐迩的傅承义和石油勘探专家翁文波。刘光鼎称他们是中国地球物理界的“三剑客”。
   
　　顾功叙，1934年留学于美国科罗拉多州矿业学院，学习地球物理勘探专业，1936年获硕士学位。同年，赴加利福尼亚州理工学院从事科研工作。抗日战争爆发不久，毅然中断在美国的研究，返回祖国，为开创我国的地球物理勘探事业和推进我国地震预报研究作出了突出贡献。
　　
　　傅承义，一生潜心于地球物理学，特别是有关地震波理论、地震成因及地震预报的研究，早期系统地研究了地震波反射与折射、地震面波和盲波的传播等问题，成为国际地震波理论研究的先驱者。1953年，他在北京地质学院创建了中国第一个地球物理教研室。
　　
　　翁文波，1939年获英国伦敦帝国大学哲学博士学位。他建立了一套适用于我国石油地球物理勘探的理论和方法，并亲自指导了石油勘探工作，创建了我国第一个重力勘探队，开创了我国磁法、电法勘探、使用测井技术勘探石油天然气的先河。在我国第一个开办了地球物理课程，培养了中国第一代地球物理人才。
　　
　　从此，中国开始有了自己的地球物理事业。刘光鼎有幸接受了“三剑客”中两位“剑客”的亲自指导。
   
　　1948年，刘光鼎进入北京大学物理系学习。1951年，他被任命为队长，带领10个同学去陕北延长实习，实习的地震队是我国第一支地震队，其组建者正是“三剑客”之一的翁文波。这个地震队的任务主要是找石油。在这位“剑客”身边，刘光鼎受益多多，从测量到钻探，由重力而地震，刘光鼎一下子走出了“象牙塔”，对地震勘探技术有了从理论到实践的完整认识。
　　
　　1952年，成立了北京地质学院和长春地质学院。北京地质学院邀请傅承义当教研室主任，刘光鼎担任主任助理。当时，教师们连教材都没有。通常是晚上傅承义亲自讲课，第二天老师就上讲台，给学生讲授刚学习来的内容。当时的地球物理课程有磁法、重力、电法、地震，刘光鼎承担地震部分的讲课。长春地质学院的老师，被派到北京学习，然后回去讲课。我国第一批地球物理勘探专业的年轻教师和本专科学生培养起来。
　　
　　接受两位地球物理学界大师的耳提面命，刘光鼎受益匪浅，直至今天，仍难以忘怀。
　　
　　在中国油气勘探、固体矿产找矿和地震预测预报等领域，地球物理学科建立了不朽的功勋
　　
　　新中国成立后，地球物理的“三剑客”不但创立了我国的地球物理勘探、地震波理论，而且积极参加我国石油天然气的勘探实践，为我国大庆油田的发现以及石油工业的人才培养等作出了突出贡献。
　　
　　从20世纪50年代中期至60年代中期，顾功叙亲自领导和指导了地质部系统在全国范围内石油的地质调查和钻探工作，进行了大规模的地球物理勘探普查。20世纪50年代末，他和翁文波一同参加并指导了大庆油田的会战，亲自并指导大庆地区的地球物理勘探部署，为大庆油田的发现作出了巨大贡献。
　　
　　刘光鼎说，地球物理学科在中国油气第一次创业史上建立了不朽功勋。1959年发现大庆油田，1963年发现了胜利油田，1965年发现辽河油田……20世纪80年代以来，中国的原油年产量已经达到了年产1.67亿吨，居世界第五位。应该说，中国油气的几次大突破，地球物理学科发挥了最基础的作用。
　　
　　同时，地球物理学科还在金属矿找矿和地震预测等方面发挥了巨大的作用。
　　
　　20世纪50年代中期至60年代中期，顾功叙还亲自领导和指导了地质部系统在全国范围内进行的金属、煤田的地质调查和钻探工作，同时进行了大规模的地球物理勘探普查，从而发现了不少国家急需的矿产，其中包括鞍山、包头、大冶等地黑色金属矿山以及白银厂、铜官山等有色金属矿山的发现。
　　
　　1966年，河北邢台发生地震后，傅承义、顾功叙和翁文波又义不容辞地走上用地球物理来抗击地震灾害的前线，分别致力于地震的预测、预报研究。傅承义提出地震发生的“红肿成因理论”。顾功叙发展的“以震报震、以磁报震”等监测预报地震的方法，使中国的地震预测预报和科研水平跻身世界前列。翁文波则致力于天然地震的预测研究，后来又将其扩展到洪涝、干旱等灾害远期预测，在预测理论和实践上取得了重大突破。
   
　　60年来，我国的地球物理学科取得长足进步
   
　　刘光鼎介绍，我国勘查地球物理方法技术的快速发展是在20世纪50~80年代，不仅研究开发和引进了很多物探方法技术，还研制了系列方法技术和仪器设备，有很多方法在国际上具有一定地位。
   
　　目前，我国的航空磁场测量技术几乎与世界同步，在数据处理和解释方面，重磁数据处理与反演解释方法方面达到世界先进水平。在航空物探技术、深部找矿技术、深部地球物理探测技术、环境物探技术、工程物探技术、海洋地球物理探测技术等方面形成了从空中到地面，从地表到深部、从一维到三维、从定性到定量的地球物理的理论和勘查技术体系。
   
　　例如，集成了一套实用的航空重力勘查系统，获得了高精度的实测航空重力测量资料；研制了用于吊舱式时间域航空电磁探测发射的地面实验电源系统和发射系统；研制了新一代航空氦光泵磁力仪，其灵敏度达到0.0025nT，居同类仪器国际先进水平；研制、开发和引进了新一代航空物探/航空遥感测量系统和多种解释处理软件系统，大大提高了国土资源调查中航空物探与遥感数据采集和处理解释水平；针对西部中高山地区，研制了轻便快速电法，包括阵列MT、瞬变电磁法、激电中梯、自然电场法、磁法等；研制成功大深度多功能电法仪、三分量高温超导磁强计、高精度重力仪、井中X射线测量系统；研制了DSP-1型32道自然电位阵列数据采集系统和RCW-1型快速浅层测温系统；我国技术人员研究开发出的瞬态多道面波勘探技术是我国自主创新的物探新技术。这些物探技术在我国地学研究和地质找矿上发挥了重要作用。
   
　　在海洋地质和深水油气，地球物理勘探技术领域，我国先后研制和生产了重力仪、结构核子旋进式磁力仪、质子磁力梯度仪及多种底质取样设备，在国际海洋地质调查和地球物理勘探中发挥了重要作用，尤其是海洋石油地球物理勘探技术和资源综合评价方面已基本达到国际先进水平，并在地震勘探作业方面具备了国际市场的竞争能力。长排列大容量震源采集技术、复杂构造与中深层地震处理技术、无井约束储层物性预测技术，叠前反演建立虚拟井核心技术的研究成为国家“863计划”项目，并取得重要进展。
   
　　在工程物探技术领域，相继开发出一批集硬件软件功能于一体的多功能仪器和专用仪器，工程物理探测仪器正在形成自己的探测仪器体系。国产仪器中除了多功能电磁法仪器、高性能地震仪和高精度重力仪外，声波检测仪、管线探测仪和声波反射法基桩完整性检测仪均可与国外仪器媲美，而多波工程勘查与工程检测仪已在功能和技术综合指标方面居世界前列。
   
　　地球物理学科的进步带来中国油气的二次创业，8年来的找油成果超越前50年的总和
　　
　　刘光鼎说，油气领域一次创业后，在我国东部地区的构造上都打了钻，该发现的第三纪油气田大都已经发现了。中国的油气勘探何去何从？
　　
　　据他介绍，近半个世纪以来，中国油气勘探在陆相生油理论指导下，除了大庆是白垩纪储层之外，全部局限在新老第三纪地层里头，那么是不是应该向前新生代，即向中生代、古生代，甚至元古代地层来寻找石油呢？带着这些问题，刘光鼎开始了思考，提出勘探开发前新生代海相残留盆地，进行二次创业的理论。
　
　　刘光鼎从地球物理角度，对中国大地构造的格架进行了最简洁的表达，就是三横、两竖、两个三角。他认为，在三横、两竖、两个三角的结合带，都是金属矿床所在的地方。在三横、两竖、两个三角的中间儿，都是新生代沉积盆地所在的地方，也就是中国第一次创业集中工作的地方。而第二次创业，要在三横、两竖、两个三角中间的新生代沉积盆地的下面来找，就是要在前新生代，在中生代、古生代，甚至元古代地层里来找石油和天然气。
　　
　　刘光鼎告诉记者，他在地矿部石油地质海洋地质局工作时，“六五”、“七五”期间制定的南方碳酸盐岩项目，就是想在海相地层里找油，都没有获得突破。后来，两件事情给了他启迪和希望，并促使他提出前新生代海相残留盆地的新理论。
　　
　　一件事情是他在上海主持东海油气调查，在海上2800米处的花岗片麻岩里，发现了有1桶的原油。花岗片麻岩里能够生油，这是过去地质学家、地球物理学家都不敢想像的问题。这个地层是元古代地层，就是古老的前寒武纪，那个时候怎么会有油呢？
　　
　　另一件事情是，贵州麻江有个古生代的古油藏，原有10亿吨的储量。现在，古油藏抬升暴露到地表，受到剥蚀和破坏，所有油气都挥发了，这是很遗憾的事情。但是，中国有960万平方公里的陆地，近300万平方公里的海域，所有的古生代油气藏不会都被破坏掉，前新生代一定会有海相残留盆地。他称这是他10年找油的一点收获。当然，他认为，10年来，对上、中、下扬子海相地层的集中勘探也没有获得找油突破，还有一个重要原因就是地球物理的仪器设备跟方法准备不足。
　　
　　据他介绍，陆相生油理论找油，地球物理方法主要靠地震，反射地震的前提条件都是水平层状介质。但是海相地层是个复杂地质体，要考虑挤压环境，前提条件改变了，因此地球物理方法就需要创新。我们采用的是叠前深度偏移技术，这种技术迄今在世界上都是高难度的。
　　
　　例如，以往，勘探队员找油的时候碰到火山岩就回头，因为油气让火山都给烤干了。但若是火山活动在前，运移活动在后呢？这种情形下火山活动给油气提供一个很好的储藏空间。带着这一想法，勘探队伍在松辽盆地徐家围子的火山岩里找到油气，在海拉尔盆地、鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地的火山岩里都相继找到油气。火山岩找油突破的关键地球物理技术就是在航空磁测的基础上进行反射地震的叠前深度偏移。
　　
　　2001年前新生代海相残留盆地项目得到国家支持，至2009年，二次创业仅用8年时间，就取得超过前50年成果的总和。刘光鼎说，取得这些辉煌成绩，都得益于地球物理理论和技术方法的进步和突破。
　　
　　展望未来，地球物理学科任重道远
　　
　　然而，让刘光鼎感到痛心的是，如今，地球物理学科被边缘化。据他介绍，20世纪90年代的学科改革中，很多大学的地球物理学系都被取消、合并或削弱了。尽管合并交融对学科的发展很有好处，但一些研究内容却被放弃，地球物理学也被降到二级学科。而我国地球物理勘查技术在许多方面，与世界先进发达国家还有很大的差距。
   
　　刘光鼎认为，我国经济发展的很多基础工作都需要地球物理学的支撑。比如，目前，准噶尔盆地已经打钻到7200米深度，在塔里木地区，甚至已经开发到8400米深度。打钻是一项高成本的作业，那么深的地下，根据什么打钻？当然需要靠地球物理资料。
　 
　　而且，地球物理不仅可以在油气资源领域获得很大成功，在金属矿找矿也同样可以发挥重要的作用。目前，危机矿山有几百个，攻深找盲，寻找大矿、富矿，以及隐伏金属矿床的突破，地球物理的方法和理论都是至关重要的。如今，我们总是拿不出像样的金属矿，归根结底是不重视地球物理的使用。在南非，金矿开采已深达3000米，而我们仅能探测到几百米，刘光鼎表示，改变这种局面，就是要将应用地球物理方法攻深探盲应作为金属矿找矿的指导原则。
　　
　　刘光鼎介绍说，地球物理不仅仅为资源勘探服务，为环境监测服务，还可以为灾害防御服务，如三峡工程、西气东输、南水北调、西部大开发、振兴东北老工业基地，还有黄河小浪底水利枢纽工程以及堤坝的管涌、桥梁的基础等等，无不需要地球物理学提供科学依据，监测并保证工程质量。
　
　　刘光鼎表示，高科技战争也要依赖地球物理学。地球物理学可以给视距外航母和水下潜艇定位，发射导弹要掌握空间重力异常情况，潜艇航行需要了解海底地形，在这些涉及到国家安全的问题上也需要我们发展地球物理学去缩短与先进国家的差距。   
  
　　60年来，地球物理学为我国的创业建立了不朽的功勋。刘光鼎呼吁，我们不但不应该削弱地球物理学，还应该有更大的视野和气魄推动地球物理学的发展，希望国家重视发展地球物理学，把它摆到应有的位置上。