杨经绥在国际会议上作报告

杨经绥在智利开展现代洋壳调查野外工作

2015年春节期间，杨经绥率团队在智利开展野外工作

杨经绥与白文吉研究员在俄罗斯乌拉尔野外

对杨经绥来说，科学研究也如同攀登，心中怀有信念和热爱，付出更多的汗水，才能登上一座座山峰，看到常人无法看到的独特风景。

2017年11月28日，中国科学院公布2017年院士增选结果，中国地质科学院地质研究所研究员杨经绥光荣当选。

杨经绥发现和厘定了我国柴北缘、东秦岭和西藏松多等3条高压/超高压变质带；厘定了东昆仑阿尼马卿和西昆仑库地蛇绿岩组合，为建立高原北部古板块体制的演化作出重要贡献。他建立的“蛇绿岩型（罗布莎型）金刚石”，为世界开启了研究深地幔物质的重要新窗口。

杨经绥从事地质科学研究已经整整40年。40年里，他大部分时间和精力都投入在青藏高原的崇山峻岭中，爬上了数不清的山峰。对他来说，科学研究也如同攀登，心中怀有信念和热爱，付出更多的汗水，才能登上一座座山峰，看到常人无法看到的独特风景。

从书本到野外

青藏高原给了他最好的淬炼

1977年，杨经绥从长春地质学院地质勘探系毕业，分配到中国地质科学院地质研究所工作。那时的他血气方刚，大学期间系统而刻苦的学习，让他装了满脑子地质学知识。可对地质学研究来说，野外实践尤其重要。刚刚走出校门的杨经绥，最需要的就是到野外一线去历练，把从书本上学到的知识投射到岩石上，真正走进大自然的地质王国。

这时，青藏高原的群山发来了遥远的呼唤。1978年正是全国铬铁矿会战的尾声，杨经绥参加了西藏藏北东巧铬铁矿和蛇绿岩填图及雅鲁藏布江蛇绿岩和罗布莎铬铁矿调研项目，他第一次来到青藏高原，就与这片大山结下了一生的不解之缘。

杨经绥无疑是幸运的，青藏高原虽然气候严酷，工作条件艰苦，但其地质的独特性、复杂性，作为野外地质工作的历练场，是再好不过的了。杨经绥满腔热血地投入野外工作中，跑路线、看剖面、填图、写报告，高寒缺氧的环境并没有难住他。这在一定程度上得益于他的知青经历。入学长春地质学院之前，杨经绥曾在北大荒从事了5年生产劳动。茫茫荒原，天寒地冻，练就了他健壮的体质，馈赠给他勇气和毅力。杨经绥曾说，经历过北大荒岁月，他对任何恶劣的自然条件不再有畏惧感。

项目负责人白文吉特别器重这个工作勤奋、踏实的小伙子，经常鼓励他，指导他。这让杨经绥很快成长起来，熟练掌握了一项项专业技能。短短几年的时间，他已经从初出茅庐的书生变成能够在野外独当一面的青年地质科技工作者。

项目结束后，杨经绥从西藏回到北京，但他很快就等来了再上高原的机会。1980年，中国与法国合作开展青藏高原地学研究项目同时，来自全国的地质精英组成了18个青藏高原地质调查分队，准备全面开展高原地质研究。得知这一消息后，杨经绥马上跑去找刚刚被任命为第一分队队长的姜春发。“姜老师，我在西藏东巧铬铁矿区填过图，很喜欢和向往高原工作，也不怕吃苦，让我加入您的团队吧。”杨经绥诚恳而充满期待地说。姜春发对杨经绥的人品和工作态度已有耳闻，痛快地答应了这个主动请缨的年轻人。

这一去就是5年。杨经绥在人烟稀少的高原，从事东、西昆仑蛇绿岩研究，探索曾经浩瀚的大洋，如今成为莽莽昆仑山的地质构造背景。在旁人看来艰苦而寂寥的工作，杨经绥却说“干得很过瘾”。是啊，昆仑山口、帕米尔、红其拉甫、阿里……光是这些名字，就有种天高海阔的豪迈。几辆车，几个人，带上帐篷、汽油、日用品，一跑就是几个月。最长的一次，他们在野外连续工作8个月。

在神奇美丽的边疆，杨经绥找到了施展才华的宽广舞台。“搞地质研究，看再多教科书，都不如去野外现场看一看。但光在野外跑，也不行。必须带着思考，带着科学问题跑。”随着对东、西昆仑上这一带了解的加深，杨经绥脑子里产生了一个个地质科学问题，他一边在野外工作，一边寻找问题的答案。

项目结束时，项目组合作的专著《昆仑开合构造》获得了当年原地矿部科技进步三等奖。姜春发把杨经绥的名字放在了作者中的第二位。“姜老师，我们7个人，我年龄最小，排在第二个不合适吧？”杨经绥一度谦让。姜春发说：“这个排名顺序是按照对项目贡献的大小，而不是年龄大小。”

走出校园后，杨经绥一脚踏入的野外，就是青藏高原，一晃就是8年。这段时期，杨经绥谦虚地称之为实习阶段。通过“实习”，他加深了对岩石、构造的认识，熟悉了青藏高原的地质环境，增长了见识，为之后的地学研究打下了坚实的基础。披荆斩棘的地学研究利剑，经过淬炼，锋芒初露。

解密特提斯

海外留学给了他全球的视野

1986年，杨经绥被公派留学加拿大，在达霍西大学吉姆霍尔教授的指导下，攻读博士学位。

早在两年前，霍尔教授就认识了这个来自中国的年轻人。1984年，杨经绥到塞浦路斯参加国际科学钻探培训班。他和来自印度和埃塞俄比亚的两名学生一组进行地质填图、写地质报告，吉姆正是指导老师。杨经绥过硬的基本功和严谨的科学作风让吉姆印象深刻。

再次见到杨经绥，吉姆问他：“你的论文打算做中国的青藏高原还是塞浦路斯呢？”杨经绥并没有马上回答。他用3个月的时间查阅各种英文文献，了解国际地学界岩石和构造领域的研究情况。当时，关于青藏高原的研究很少，文献多数来自国内。而关于塞浦路斯的研究，前人已经做了很多工作，已经有大量的论文发表，研究比较深入。塞浦路斯拥有全球最经典的古特提斯洋地质遗迹，记录了完整的地质层序和特提斯洋的历史。研究古特提斯洋形成和关闭的过程，有望对地球上大陆和海洋的形成产生新的认识。青藏高原，也是古特提斯洋的一部分。选择塞浦路斯，便于与国际同行之间的交流，也便于导师的指导。而选择塞浦路斯，也意味着必须要在前人研究的基础上取得新的发现，挑战性很强。吉姆认可了他的选择。

1987年，杨经绥再次来到塞浦路斯。吉姆帮他联系了当地一户人家，让他住在家里面。每天一大早，杨经绥就骑着山地车上山去，一个接着一个地看地质剖面，详细记录地质特征。有一天下山时，山地车速度很快，不小心撞到一道坎，连人带车都飞了出去。杨经绥的膝盖摔破了，山地车也摔坏了。那里距离他住的地方还很远，正发愁怎么回去时，幸好一辆卡车路过，停了车。车上下来一个当地人，在了解了杨经绥的困难之后，答应帮他修车。好心人把杨经绥带到家里，在车库里帮他修好了山地车。“真没想到一个中国年轻人会骑着自行车，在我们国家的大山里辛苦地研究地质，太了不起了。”

回到住处时，天色已晚。杨经绥远远地望见他借宿那户人家的老妈妈正在门口焦急地眺望。看到杨经绥，她眼泪流了出来，“到了时间还没回来，我担心你出了什么事。”“我没事，就是摔了一跤，车子已经修好了。”杨经绥一边安慰老妈妈，心中一股暖意涌了上来。

过了段时间，吉姆来检查杨经绥的工作，在看了他的各种记录和成果后，对他野外工作的扎实大加赞扬。反过来，导师严谨的治学态度、科学的培养方式、和善正派的为人，也给杨经绥很多有益的影响。

杨经绥的博士论文《塞浦路斯古海底构造重建》，在前人研究的基础上，提出了自己新的认识，得到了学术界的肯定。海外留学生涯，给了他地学研究的全球视野，使他把握到研究领域最前沿的脉动。他的剑，磨得更锋利了。

毅然返高原

在我国发现两条超高压变质带

1994年春节，杨经绥在大洋对岸收到时任中国地科院地质所所长许志琴发给国外留学人员的新春贺信。许志琴在信里说，所里正在与法国合作开展青藏高原研究项目，祖国需要人才，欢迎他们回来参加。

看到信后，杨经绥思绪万千，激动不已。青藏高原，那是他魂牵梦萦的地方，是他熟悉而热爱的地方。当年，自己还有一些问题没搞清楚，如今增长了知识，回去一定要解开谜题。

4个月后，杨经绥就坐上了回国的飞机，又从北京直奔东昆仑。那又是一段过瘾的时光，故地重游，杨经绥的眼里却看到了比过去更丰富的东西。同时，他也感受到了团队良好的科研氛围，每个人都很努力、很敬业。“我一直认为，搞科研，一方面要找到兴趣点，另一方面要有良好的团队。许志琴院士带领的青藏高原研究团队，正符合我的期待。更重要的是，我的事业在中国。”于是杨经绥对许志琴说：“我想回来，正式参加你们的项目。”许志琴听了非常高兴。

杨经绥的选择是正确的。1995年，地质研究所破格评杨经绥为研究员，1996年他开始带研究生，1998年被聘为地质研究所副所长，1999年成为博士生导师。2003年，杨经绥获得中央组织部、人事部、宣传部、教育部、统战部、科学技术部六部委颁发的“留学回国人员成就奖”。2007年，他荣获“何梁何利科学与技术进步奖”。

每一年，杨经绥和同事们都有很长一段时间奔波在青藏高原的野外。他们去的都是人迹罕至的地方，甚至无人区。危险时刻躲藏在他们身边。1997年在可可西里，科研团队突遇暴风雪，温度极低，气压下降，几乎所有人都被强烈的高原反应击倒。到了夜里，一位同事突然昏迷，情况危急，急需输液，可蜷缩在车里，液体怎么也输不进体内。为了挽救同事的生命，杨经绥二话不说，爬到车顶，高举起吊瓶，在凛冽的风雪中站了一个小时，直至同事病情好转。2004年秋天，杨经绥和他的科研小组在野外作业时，不幸遭遇车祸。他受了重伤，断了五根肋骨和一根锁骨。在危难之时，他首先想的是别人，让医生先抢救别的伤员。在敦煌医院重症病房里，他还念念不忘工作。

就在他们经历艰险的时候，新的发现也悄悄到来了。1996年，杨经绥和同事在柴达木盆地北缘鱼卡发现了榴辉岩，在柴达木盆地北缘都兰发现榴辉岩和含柯石英片麻岩，建立了中国西部一条长350千米的早古生代超高压变质带，开辟了西部超高压变质岩研究的新热点。

“榴辉岩和柯石英是板块碰撞时在超高压条件下形成的。温度不能太高，压力却要很高。基于当时的发现，我推测我国大陆沿着中央造山带发生过两次碰撞，一次发生在5亿年前，一次在2亿年前。但是推测需要证据来支撑。”杨经绥说。

2002年，支撑他推测的证据终于被找到了。那年春节期间，杨经绥和同事采用激光拉曼谱方法，对从秦岭取回来的几千个样本进行研究，从中发现典型的超高压矿物——金刚石。秦岭金刚石的发现，为中国西部的超高压变质带延至东秦岭提供了关键性的科学证据。杨经绥等人据此提出了沿中央造山带存在4000千米的早古生代和印支两期超高压变质作用事件的巨型超高压变质带的大思路，在国内外引起了很大反响。柴北缘和东秦岭两条超高压变质带，已被国际超高压权威标注在新的全球超高压变质带分布图上，为推进超高压变质带研究和中国关键构造问题的解决做出重要贡献。

罗布莎突破

深地幔研究领跑世界

杨经绥心里，还有一个谜没有解开。1980年，西藏罗布莎铬铁矿，选矿时选出了金刚石。此事曾轰动一时，多数人不相信，认为地质背景完全不对，不可能出现金刚石。还有几名外国专家专程来考察，认为选出的金刚石是混染的。

当年，杨经绥和老师白文吉就在罗布莎，亲身经历了这件事。明明就是金刚石！杨经绥意识到，把这件事情研究清楚，将真相大白于天下，有可能会带动重大理论突破。他在心中暗下决心，一定要弥补自己和白老师当年留下的遗憾，重回罗布莎。

2006年，杨经绥如愿承担了罗布莎铬铁矿研究项目。这一次，他们很快就又发现了金刚石，而且是在原矿石里发现的。可消息传出去，国际地学界依然是一片质疑声。澳大利亚的科学家来了，日本的科学家也来了，要取回样品自己验证。当他们也选出金刚石，在自己的实验室里做微量元素分析后，终于相信了中国科学家的发现。他们就像发现新大陆般惊喜万分，回国后，在各种会议上为罗布莎的金刚石正名。铬铁矿里金刚石等超高压矿物的发现，把过去认识中浅部的地质运动，一下延伸到400公里深。

过去研究地球深部的运动，都是在实验室里模拟，找不到样品来研究、来证实。如今终于有了看得见摸得着的岩石，来讲述地球演变的故事。美国一位院士撰写文章指出，杨经绥团队发现的罗布莎型金刚石，或者说蛇绿岩型金刚石，为世界地学界打开了一扇研究深地幔矿物和作用的窗口。2015年，国际地科联批准了国际地球科学研究计划“金刚石与地幔再循环”项目（IGCP-649）。

杨经绥的全球视野，让他提出全球化的研究思路，即从全球尺度选择不同时代和地区的代表性蛇绿岩，查明金刚石等强还原超高压矿物群在古今大洋岩石圈中的空间展布、赋存状态及其形成和保留机制，探讨和揭示全球不同构造背景的地幔物质组成和深部地质作用。在这一思路指导下，他们的团队得到中国地质调查局和国家基金委支持，分别开展了塞浦路斯特罗多斯、阿尔巴尼亚、缅甸、土耳其和俄罗斯等地的蛇绿岩和铬铁矿调查取样。

中国地质调查局地质研究所地幔研究中心团队通过蛇绿岩型铬铁矿这个窗口，研究地幔过渡带深度的矿物群，探讨铬铁矿的深部成因，为蛇绿岩铬铁矿的研究提供了新的思路。目前，我国的研究在国际上处于领先和领跑地位，带动了多国科研人员参与合作。杨经绥说：“例如，我们目前与美国、德国、法国和英国科研人员开展广泛和深入合作，每年我们都有研究人员去国外开展地质调查，取回不少样品，进行实验室合作研究，以我为主发表了合作论文。有些国家的科研人员已经用我们提出的研究思路，申请到了科研项目，并且邀请我们为项目指导。”

2017年，杨经绥带领各国科学家在古巴采集了近3吨蛇绿岩和铬铁矿样品。运用现代高科技分析测试手段，它们可能揭开古加勒比大洋的裂解和关闭历史，同时可以探讨铬铁矿的成因，探讨深地幔矿物和深部物质的循环和侵位。明年，“金刚石与地幔再循环”项目计划去澳大利亚和新加里多尼亚举办研讨会并进行野外调查取样，将首次取得南太平洋小岛上的铬铁矿。杨经绥说：“我们十分期待，来自地球南半球的样品会带来什么样的惊喜和奥秘。”

40年的科研生涯，杨经绥在自己的专业领域里，向着心中坚定的方向一步步攀登。如今，他已经带着一个中国科学家的自豪，登上了深地幔研究的世界高度。但他依然没有松懈，因为更美的风景在更高更远处。

46亿年前，地球诞生了，它内部有地核、地幔、地壳结构（图1），外部有水圈、大气圈和磁场。其内部蕴藏的丰富资源是人类赖以生存的物质基础。然而，地球有它自己的“怪脾气”，如地震、火山和泥石流等。这些“怪脾气”让我们人类损失巨大，也让我们人类望而生畏。从人类诞生之初到今天，科学家们都在尝试各种方法找到地球产生这些“怪脾气”的原因及应对方法，从地球表面到地球深部都在做各种探索和测量工作，特别是对地球内部的探索从来没有停止过，意图解开其中的奥秘。但是由于地球内部岩层、水层、温度、压力等的千变万化，迄今为止，我们人类对地球内部的了解仍知之甚少。2013年，我们国家实施了“松科二井”重大地调科研项目，通过向地下钻进深孔获取地壳岩石实物资料，从地壳内部“挖石”来打开探秘地球深部的通道。“松科二井”科学团队披荆斩棘，书写着我国深部探测的新篇章……

那么，靠什么探秘地球深部的秘密呢？让我们一同来看看“松科二井”科学团队的“十八般兵器”和“独门绝技”。本文从取心钻探工具、取心技术创新、“泥浆”以及取心技术探索等四方面论述“松科二井”是如何打开地球深部秘密的。

图1 地球圈层结构示意图

挖石利器——取心钻探工具

地球内部是一个极不均匀和极复杂的球体，从地壳到地核的岩层、水层、温度、压力等千差万别，想要在它上面钻眼“挖石”并非易事。而对于超过7000米的超深井——“松科二井”来说，难度更大。这是因为“松科二井”在向下钻进的过程中，一要保证钻的井眼不能坍塌和崩裂，二要保证取出的深部岩心完好无缺。要想达到这两个目标，不但需要有先进的钻进方法，而且必须有适合地下各种复杂多变地层的“挖石利器”——取心钻探工具。这种取心钻探工具和匹配的钻头是向地下钻进并抓取岩石的保障（图2）。“松科二井”在钻进过程中，其工作过程为：钻头在最底部通过高速转动不断“咬碎”周围的岩石，把中间的柱状岩石样本送入取心钻具里抓取、携带岩心的内筒，而取心钻具外筒源源不断的将钻进中需要的压力和转速传递给钻头，同时在转动过程中修整井壁，保护内筒。

图2 KT 系列大口径取心钻具

独辟蹊径——取心技术创新

传统的科学钻探中大直径井段是先取心钻进一个小井眼，再用扩孔钻头重新钻进去扩大井眼至设计井眼直径。然而，在科学超深井钻探中面临的挑战是如何在大直径井眼中高效钻进，并且完整地抓取岩心。“松科二井”在钻探过程中取得一系列技术创新，如大直径同径取心、长钻程技术和大直径岩心原状出筒技术等，都为我们国家科学超深井钻探取得了技术上的突破。

先来说说大直径同径取心技术。“松科二井”攻克了大直径取心钻头破碎岩石和粗大岩心抓取、携带出井等关键技术，并用国内首创的Φ311mm的大直径同径取心钻探工具直接钻进一个大井眼（图3），一次钻进至设计井眼直径，这样不但省去了传统的“小径取心，大径扩孔”过程中的很多工序，避免了“小井眼到大井眼”钻进中的很多风险，而且节约了大量生产物资，获取的岩心样品实物量是设计的5倍，为地学家们提供了更多极其珍贵的岩心。

图3 Φ311mm大直径取心钻具组装与出井

再来说说长钻程技术。“松科二井”在钻进过程中每次取心钻具装满岩心后需要把井中所有钻具提出，岩心被取出后再把所有钻具下到井里继续钻进。科学家们通过多次试验和技术攻关，实现了长钻程技术的突破，把每次可连续钻进深度（钻程）从10m、20m扩展到30m。在Φ311mm井段一次取心钻进长度（钻程）超过了30m，创造了该领域的世界纪录；而在Φ216mm井段、井深4700m以下一次连续取心钻进长度（钻程）更是达到了41.69m，在更难的Φ152mm超深井段一次连续取心钻进长度（钻程）超过33m，又连续两次刷新了世界纪录（图4）。“松科二井”科学团队所研发的这种长钻程技术大大减少了从井内提出钻杆、下入钻杆的次数，尤其是在井深超过7000m的时候，从井内提出钻杆、下入钻杆一次需要工人36个小时的长时间连续操作，实用价值巨大。因此，长钻程技术的应用不仅减小了工人的劳动强度，压缩了钻井施工周期，而且极大地节约了综合成本，更为以后更深的超深井工程开辟了新技术支撑。

图4 四筒超长取心钻具与单次钻进获取的40m岩心

最后说说大直径岩心原状出筒技术。为了保证大直径岩心出井后能够完整、原状从岩心筒取出，“松科二井”科学团队利用水力出岩心技术与工程现场的液压拆装台架辅助的机械出心技术，保证了4100多米岩心完整、原状出筒，为地学研究提供了一套优质、丰富的岩心实物资料（图5）。

图5 获取的大直径岩心实物

钻井血液——取心钻进中的泥浆

“松科二井”完钻井深达7018m，在超深井向下连续钻进过程中，既要防止上部井眼完好且不坍塌，也要让钻头“咬碎”的岩渣从井底顺利排出，还要保证高速转动的钻头不会因为发热而提前报废，这些都得依靠“泥浆”即钻井液来实现。它就像人的血液一样，在钻眼过程中从地面到井眼最底部不停地循环、净化，传递水动力、冷却并润滑钻具，携带和悬浮岩屑，维护井眼周围井壁的稳定。而且钻井越深，温度越高，钻井液技术难度越大。“松科二井”每往下钻进100米，温度升高3℃~4℃，钻到孔底的时候温度已超过240℃，科学家们通过反复的研究和实验，研发出的新型钻井液配方经受住了井底240℃以上温度的考验，刷新了我国水基钻井液应用最高温度记录（图6）。

图6 钻进过程中泥浆循环流动示意图（黄色箭头表示泥浆流向）

寻找新大陆——取心技术探索

超深井在钻到一定深度的时候会遇到各种困难，比如地球内部温度高、压力大、岩石硬度大、钻眼速度慢等，要想继续向更深的地球内部探索，就必须克服重重困难。科学家们已预想到了这些问题，如在大直径井眼取心钻进中怎么能不把钻杆全部从孔里提出来就可以把岩心全部取上来？在高温地层、坚硬的岩石中怎么能让钻头更高转速去“咬碎”岩石？怎么能在钻眼同时把井眼底下的各种数据直接输送到地面？“松科二井”在实施过程中，科学家们已对大口径绳索取心、涡轮钻取心、井底随钻数据采集与传输等技术做了大量的可行性试验，得到的技术和数据，为今后的万米超深井科学钻探储备了技术力量。

“上天入地”揭开宇宙的神秘面纱，探索地心深处的奥秘，科学钻探“路漫漫其修远兮”，尽管现在我们只钻穿了地球的“皮毛”，但我们相信在科学家们不懈的努力和探索下，通过将来实施的万米科学钻探、超万米科学钻探，定会打开探秘地球深部的通道，那时我们距离地心会越来越近。