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      鲁迅、顾琅编著的《中国矿产志》 

      中国的地质调查之所以在辛亥革命后起程,有几个具体的背景不能忽视。换句话说,中国的地质调查是应“运”而生的,有其逻辑自恰的合理性:一方面,鸦片战争之后,看到西方列强在自己的国土上疯狂地掠夺矿产资源,一部分先知先觉的爱国之士,通过深邃地思考后,认为必须通过开发矿业、强国富民,才能拯救民族于水火,维护矿权、实业救国的呼声日益高涨;另一方面,大量西方人涌进中国进行地质调查、近代地质学传入、地质教育的兴起以及科学与民主思潮的出现等,使得建立中国自己的地质机构、开展地质调查成为必然。

      下面,我们就从这几个方面进行阐述——

      (一)大量外国人在中国进行地质调查 

      鸦片战争后,西方列强用炮舰打开了中国沉封已久的国门,强迫清政府签订一系列不平等条约,从此,中国沦入半殖民地半封建社会的深渊。

      从那时起,在中国尚没有自己的地质调查队伍的情况下,大量外国传教士、商人、旅行家及地质学家蜂拥而来,强行到中国境内进行地质调查。他们搜集资料、测绘图件、采集标本,带回其国内研究,写成著作并正式发表。

      据中国地质调查局发展研究中心副主任施俊法等专家研究,并综合其他学者的有关研究成果,这个时期来中国开展过考察与地质研究的外国地质学家及其出版的著作主要有——

      19世纪中叶,英国人斯特拉克里曾到西藏喜马拉雅山地区进行地质考察,1848年,发表《论西藏地质》一文,1851年又发表《论喜马拉雅山山脉和西藏地质》一文。

      1861年,英国人金斯米尔来华,在我国东部、南部从事地质考察,做过大运河北段的测量工作,调查研究过我国黄土。著有《中国东南省份的边区煤田》、《中国地质重点在扬子江下游各省》等文章。回国后还在伦敦地质学会作过《中国之地质》的专题演讲。

      1863年,美国地质学家拉斐尔·庞培里应邀来华工作了两年多,走遍了华东、华中、华北很多地区。回国后, 1867年出版了《1862-1865年期间在中国、蒙古和日本的地质研究》,全书共10章,其中9章内容都是关于中国的。他是以近代地质科学方法对中国广大地域进行系统全面研究的第一位学者。他详列了“中国有用矿产产地目录”,共列出矿产地276处,其中铁矿112处,有色金属116处,非金属杂类矿48处,可以认为,他也是编撰《中国矿产志》的先驱。

      1865年,法国工程师罗歇到我国云南省考察,于1879~1880年出版了《中国云南省》(两卷)。其中第二卷论及该省各类矿产分布,并记述了铁、铜、锡、银矿等之冶炼方法。

      1868年,德国地质学家李希霍芬获得美国加州银行和上海西商会提供的资助,藉此机会他在4年间对中国作了7次旅行考察,考察时间累计约20个月,行程数万公里,走遍了大半个中国。1872年未回国后,出版了最少300万字以上的五卷大部头的巨著—《中国:亲身旅行及据此所作研究的成果》,另有地理和地质图册两集,堪称“中国近代地质科学启蒙时期之经典”。传入我国后,成为我国地质学家工作的重要参考书。

      1892~1894年,俄罗斯地质学家奥勃鲁乔夫参加波塔宁领导的蒙古和中国考察队,穿越了整个中国“三北”(东北、华北和西北),1894年发表了《祁连山山脉概要》一书。在1905~1906年及1909年,奥勃鲁乔夫又两次进入中国西北地区,提出了黄土成因的“风成学说”。他还论证准噶尔地区有石油、沥青、煤及金矿富集,并提出通过准噶尔修建从莫斯科到北京的铁路线。

      1895年,法国矿业工程师杜克洛参加里昂商会组织的“中国经济考查团”,由越南进入我国云南省昆明,对沿途矿产资源,尤其是东川铜矿做了考察。

      1897年,英国地质学家毕克姆、法国地质学家勒库黎到我国广西进行地质矿产调查,并测有地质图,他们的工作开创了广西矿产地质调查的先例。

      1905年,清政府聘任日本地质学家阿部正治郎到陕西延长县考察,经试凿发现石油,1907年设延长石油厂,聘日本人佐藤弥市郎为技师,同年凿成我国大陆第一口油井——延长一号井,开创了我国大陆石油生产史。

      1909年,英国地质学家戴维斯考察山西太原西山煤系,于1922年发表了有关该区石炭二叠纪煤系划分对比的文章。

      这个时期来中国且后来与中国的地质调查发生关联的,还有一位取了一个地道中文名字的瑞典年轻地质学家“新常富”。他刚从大学毕业就来到中国山西太原定居,参加了山西大学的筹建,后长期担任该校地质系教授,还帮助该校建立了博物馆。他还向北洋政府建议聘请瑞典地质学家来华工作。北洋政府农商部矿政司采纳了他的建议,在1914年以高薪聘请了两位著名的瑞典地质学家安特生和丁格兰任顾问。他们来中国后和新常富一起着重调查了北京附近及华北的矿产资源,并对宣化龙烟地区发现的铁矿进行了深入研究。安特生还参加了北京农商部地质研究所的教学工作,多次带领该所学员去北京西山和华北地区进行野外实习及考察,搜集了华北地区的资料。

      ……

      应该说,这些外国“客卿”早期在中国从事地质研究显然是“越俎代庖”,但他们毕竟是在中国土地上进行地质学研究,获得的成果载入了世界科学的典籍,对世界地质科学事业的发展做出了贡献,也为以后中国人自己从事地质调查和研究工作积累了资料,创造了必要的条件,因此应当实事求是的评价。

      事实上,中国地质学的先驱们对他们给予了“极端公正、恰如其分的评价”。比如,1933年即德国人李希霍芬诞辰百周年时翁文灏曾在《中国地质学会志》(英文刊)上发文,肯定了这位德国地质学家为中国地质学所做的贡献:“中国地质学的巩固基础,实在是由德国人李希霍芬最早奠定的……李氏之前,关于中国地质学所知极少……”

      但也要看到,因为他们掌握了情况,使中国的地质特别是矿产分布情况也暴露在世界的目光之下。比如,李希霍芬《中国》一书中所称“中国矿产资源异常丰富,尤其是煤的蕴藏量为世界之冠,山西一省之煤可供金球使用千年有余”等,一时在海外引起震动,引起了西方列强对我国矿产宝藏的垂涎觊觎。

      (二)日本等西方列强疯狂掠夺我国的矿产资源 

      鸦片战争后,西方列强开始对中国的矿产资源进行勘探与开发,并肆无忌惮地掠夺中国的矿产资源。

      日本觊觎中国的矿产资源由来已久。

      1895年,清朝北洋海军在中日甲午海战中失败,清政府被迫签订《马关条约》,条约明文规定允许日本在我国通商口岸任意从事工业制造,实际上更扩大到矿产开发,这被其他西方列强援用。

      1904年,日本和俄国在我国东北地区开战,俄国战败后,两国在美国朴茨茅斯签订了和约:东北大部分地域由原来俄国的势力范围变成了日本的势力范围。日本获取特权最多的是辽宁省,因其处于整个满洲之南,所以称为“南满”。

      1907年,由日本建立的“南满洲铁道株式会社”(简称“满铁”)开始营业。这实际上是日本帝国主义经营我国东北的“国策会社”。营业之初,就在矿业部下设地质课(科)和煤田地质调查事务所,1909年地质课改为地质研究所,下设庶务科、地质科、矿产地质科、物理探矿科和研究科,共5个科,专门在东北进行地质矿产调查与研究。

      根据资料统计,从甲午战争后到“九一八事变”36年中,为了掠夺中国东北的矿产,日本人在东北开展了大规模的地质工作,并撰写了大量的地质工作报告。如果按省份分类,辽宁省的达215份,吉林省的46份,黑龙江省的5份,分别占在中国开展地质工作的15个省份中的第一、二、九位。另外还有涉及东北两个省以上的达8份。

      日本人在华开展地质工作较多的另一个地区是台湾省。1895年,清政府被迫与日本签订《马关条约》,将台湾割让予日本。

      根据资料,从甲午战争后到“九一八事变”36年中,日本人撰写的有关台湾省的地质工作报告达10份之多,居15个省份中的第5位(仅次于辽宁、吉林、山东、河北,而台湾的面积仅是以上4省的1/6到1/4)。

      日本侵略者除了进行地质矿产调查外,还以武力直接占领现成的矿区,掠夺开采矿产资源,最典型的便是抢劫辽宁的抚顺煤矿和鞍山铁矿。

      1904年,日本帝国主义以战胜国的身份取得原沙俄在东北的特权。他们凭借武力,在一个月内将抚顺煤矿全部侵占,把华兴利公司开采存储的4000多吨炭运回日本国内。

      1905年5月1日,日本侵略者在抚顺成立隶属于日军大本营的“采炭社”,对该煤矿进行掠夺式开采。1907年,该社交“满铁”经营,他们用武力强占土地,扩大开采区域,掠夺煤炭资源。当年抚顺煤炭产量为23.3万吨。后来年年直线上升,1910年产量达到131.1万吨,3年之内几乎增大了6倍。

      1909年8月,“满铁”在鞍山地区调查温泉时,发现了铁矿。后来又发现了鞍山西南的营口大石桥(今营口县)菱镁矿,还有粘土矿等资源,经过以后10年的建设,成立了鞍山制铁所,于1919年正式投入生产。

      谈到列强掠夺中国矿产的卑劣行径,鲁迅和顾琅编著的《中国矿产志》在“导言”中专门用了一章的篇幅进行揭露,并且大声疾呼:“我国民当留意焉。”他提醒:“列强将来工业之盛衰,几一系于占领支那之得失。遂攘臂而起,惧为人先。”于是便“划分势力范围”“瓜分中国”,“于是今日山西某炭田夺于英,明日山东各炭田夺于德,而诸国犹群相要曰:采掘权!采掘权!”于是“行将见斧凿丁丁然,震惊吾民族,窟洞渊渊然,蜂房吾土地。”“及尔时,中国有矿业,中国无矿产矣!”

       

      华蘅芳与玛高温翻译的《地学浅释》内文 

      (三)开办现代矿业必须掌握地质学和采矿知识 

      面对西方列强对中国矿产的肆意掠夺,一些爱国之士及清政府内部的洋务派官僚深感问题严重,提出了“师夷之长技以制夷”的主张,疾呼“开矿致富”。比如,康有为当时提出:“美人以开金银之矿,为图强要务之一;英人以煤铁之矿,雄视五洲;其余各国,开矿均富10倍。而藏富于地,中国为最……我若不开,他人入室。”洋务派也认为“东西洋无不开矿之国”,“且以此致富强”。于是,开办新式矿业成为洋务派强国求富的主要活动之一。

      要开矿,首先要找矿,这就需要相应的地质学与采矿知识。但众所周知,由于长期的封建统治特别是清王朝后期的昏庸无能,闭关自守,中国在近代科学技术方面被西方国家远远甩在了后面。在西方国家,至19世纪中叶,便建立并完善了近代地质学的理论和方法体系,完成了学科体制化建设,比中国至少早一个世纪。这样,为了解决开办新式矿业对地质学采矿学的急需,洋务派及一些有识的爱国人士开始举办翻译机构,翻译、引进与著述相关的地质学理论。同时,开始向西方国家选派留洋学生。

      1843年,英国人麦都思创办了“墨海书馆”,随后,江南制造总局译书馆、广言文馆、京师同文馆等陆续兴办;随之,涌现了一批著名的翻译学者与译著,地质科学逐渐引入国内。如英国传教士兼地质学家慕维廉在上海写成地质地理科学普及读物《地理全志》,其中有几卷就是地质学的内容。这是最早一部用中文写作的近代地质学文献。据李鄂荣先生等考证,我国近代科学意义上的“地质”一词,最早就出现在慕维廉的《地理全志》里。

      19世纪80年代初,华蘅芳与玛高温合译了《金石识别》(现译为《系统矿物学》)与《地学浅释》(现译为《地质学纲要》)两本书,开创了中国翻译出版近代矿物学和地质学书籍的先河。后来,他们又合译了《金石表》(就是后来的《矿物学名辞典》),这套书对中国地质学、矿物学的发展影响极大。随后,潘松与英国人傅兰雅合译了《求矿指南》,王汝聃翻译了《相地探金石法》,舒高第与沈陶章合译了《矿学考质》。这几本译著,基本上属于今天的“矿床学”。

      同时,中国人自己也开始著书立说。中国人编著的地质文献最早见于1903年鲁迅写的《中国地质略论》,发表在日本东京出版的中文刊物质《浙江潮》第8期上;1906年,鲁迅和顾琅又合纂了《中国矿产志》,由上海普及书店印行。

      1910年,在直隶省矿政调查局担任知矿师的邝荣光在中国地学会主办的《地学杂志》上,发表了我国首幅彩色区域地质图和矿产图——1∶250万《直隶地质图》和《直隶矿产图》,还有我国的第一张古生物图版——《直隶石层古迹》。

      “庚子”之役以后,“洋务运动”代表人物之一曾国藩推出一项有意义的举措,就是在1870年设立“幼童赴美留学预备班”。1872年正式派遣30名10岁左右的儿童去美国留学。以后又连续3年每年都派去30名留美学生。这里面学地质矿业的有邝荣光、吴仰曾、邝炳光等。1877年,清政府又派林庆升、池贞铨、张金生、罗臻禄、林日章5人赴法巴黎矿务学堂学习矿务。1886年,李鸿章又派留美归国的吴仰曾至英国伦敦皇家矿冶学校留学,于1890年完成学业。

      据有关资料,从1872年至1876年,清政府共派出留学生120人,大部分学理工;1889年又派出64人;1900至1906年派出留学生人数达到高峰,有万余人。他们不仅学到了地质学知识,而且了解了当时地质科学的最新成就,摸清了关于当代地质科学前沿的知识。他们后来都成了中国地质事业的创始人和奠基人,成为中国地质学的先驱和中坚。留学生除了上述诸位外,学习地质、矿业的还包括——

      王宠佑(1879—1958),广东东莞人, 1901年赴美国留学,1904年获哥伦比亚大学地质矿物学硕士学位。后又留学英、法、德国,1908年回国。

      章鸿钊(1877—1951),浙江湖州人,1899年22岁时考中秀才,1905年留学日本,1911年毕业于东京帝国大学理学部地质学系,获学士学位。

      丁文江(1887—1936),江苏泰兴人,1902年留学日本,1904年又留学英国,1911年毕业于苏格兰格拉斯哥大学,获地质学动物学双学士学位后回国。

      1911年,章、丁二人参加了清政府留学生文官考试,获“格致科进士”,以后他们都成为中国地质科学事业最早的创始人和奠基人。

      翁文灏(1889—1971),浙江鄞县人,1908年留学比利时鲁凡大学地质系,1912年毕业,其毕业论文《勒辛的石英玢岩》水平极高,荣获“特优”成绩而被破格授予博士学位。这样,他就成为中国地质学界第一位博士,也是最年轻的博士(23岁)。他1913年回国,参加了北洋政府的留学生文官考试,名列第一,任农商部佥事。后来,他就与章鸿钊、丁文江共同开创了中国的地质科学事业。

      李四光(1889—1971),湖北黄冈人,1904年到日本留学。1910年毕业于大阪高等工业学校舶用机械科,同年回国。1911年9月去北京参加留学生文官考试,成绩为最优等,获“工科进士”。1913年再度出国留学,去英国伯明翰大学,初学矿业,后改学地质,1918年获硕士学位。1920年回国,任北京大学地质系教授。

      ……

      尽管洋务派的一系列改良运动皆不果而终,但由维护矿权、开发矿业运动引发的翻译与留学热潮,却为地质学的本土化和中国近代地质学的产生做出了贡献。

      (四)地质学的引进为近代科学思潮在中国的兴起扫清了道路 

      杜智涛先生在他的《西学东渐与中国近代地质学的产生与发展》一文中写到,地质学所体现的辩证唯物主义精神,冲击了中国传统封建思想,它一传入中国,就与科学、民主、爱国的品质相互融合,彼此依存,为近代科学思潮的兴起扫清了道路,反过来,又推动了地质调查工作在中国的产生,为中国地质科学的发展奠定了基础。

      敬天法祖是中国封建伦理纲常思想的重要组成部分。“富贵在天”、“天不变,道亦不变”……这种观念成为中国近代变革和民族进步的巨大阻力。而地质学作为一种科学,它客观地揭示天、地、生的变化,向人们阐明了自然界的运动规律,“月日蚀地震,雷鸣星变,皆天地自然之功用,其中有一定之法,初无所谓妖异也。”这种自然科学中的唯物主义,使人们开始怀疑过去一成不变的旧礼教,尝试用一种新的唯物的自然观去审视世界,使人们久被压抑和禁锢的思想得到了启蒙。

      甲午战争以后,社会的全面变革提到了议事日程,而地质学说成为人们倡言变法的有力根据。维新运动的领袖康有为在广州长兴里创办万木草堂,向学生讲授地球及其远古动植物的演化,指出自然界的变化和人类社会的发展有一定的规律。他在给学生所列的西学必读书目中,《地学浅释》成为重要的篇目之一。同时,他在一系列给皇帝的上书中,也多次引用地质学知识,以论证变法维新的合理性和必要性。梁启超用地质学知识来说明中国进行改革的重要性和紧迫性。1896年8月9日,他发表《变法通议》,其中开宗明义的第一章就引用了地质学的知识:“大地肇起,流质炎炎,热熔冰迁,累变而成地球……藉日不变,则天地人类并时而息矣。”谭嗣同、唐才常等维新派名士的思想也深受近代地质学的影响。

      20世纪初赴日、法留洋的学生中,不少地质学子如章鸿钊、丁文江、翁文灏、李四光等不仅接受了孙中山的民主主义思想,也接受了辩证唯物主义思想,他们将地质学的精神与社会革命相结合,高举科学与民主大旗,成为以地质学精神为支撑的科学与民主运动的主力军。随着新文化运动的开展,科学与民主成为革命主题,地质学中蕴涵的科学精神成为这场思想革命的有力武器。

      (五)新式学堂的兴起,开启了中国地质教育的先河 

      19世纪后半期兴起的洋务运动,推进了当时新式学堂的兴起。中国的地质教育最早可以追溯到洋务运动中开办的路矿学堂矿冶系,其后的1903年,北洋大学也设立了矿冶系。1909年在京师大学堂设地质门,维持了两年多,学生有4人。

      我们不妨详细了解一下:

      19世纪后半叶,中国出现了首批官办新式学校,主要在传统的文、史、哲等经典课程之外,增加了外语和西方的现代科学技术,其中也包括地质矿业在内。

      1862年,中国最早的官办新式学堂——京师同文馆诞生,学制为8年。从第5学年起,加设科学馆。从第6学年起增设了地质矿务、航海测算、机器制造、经国策、万国公法等科目。高年级才修金石学(矿物学)课,由德国教师斯图曼博士讲授,在矿物学教学内容中也渗透了化石知识。

      1863年,在上海设立了广方言馆。1867年以后,该馆毕业生择优赴京师同文馆科学馆再求深造。

      1867年,闽浙总督左宗棠奏准在福州马尾设立福建船政学堂,这是中国第一所海军学堂。该校也讲授地质学课程。

      1889年,两广总督张之洞奏准在广东水师学堂内增设矿务学堂,聘请英国人为教习,最初招收了30名学生。

      1892年,湖北铁路矿务局设立了附属矿务学堂,这是中国最早的初等矿业专门学校。

      1895年,盛宣怀在天津开办了中西学堂,其中的头等学堂为大学本科,里面设有矿物科,培养地质、采矿人才。

      当年10月2日,清光绪皇帝御批将中西学堂改为北洋大学堂,其中的矿务学门开始招收采矿冶金科新生。

      1896年,两江总督张之洞奏准在南京江南陆师学堂附设矿务铁路学堂(矿路学堂),浙江绍兴青年鲁迅曾到该校求学。

      1898年,康有为、梁启超辅佐清光绪皇帝领导“戊戍维新运动”,其中一项措施就是在原京师同文馆的基础上创办“京师大学堂”。该校分为天学、地学、道学、政务、文学、武学、农学、工学、商学和医学10个科,地学科中附设有矿学。

      1909年,京师大学堂的“格致科”内设立“地质学门”,有王烈、裘杰、邬友能、陈祥翰、路晋继5名学生(都是由预科德文班毕业升入的)。这一年被称为“中国高等地质教育事业的开局之年”,无疑具有里程碑式的意义。

      地质教育的兴起,促进了一批地学教科书的编纂出版。如美国公理会女教士、北京贝满女子学校校长柳拉·迈诺尔编著出版的《普通地质学》(1903年),这应是中国最早的地质学教科书。此后,杜亚泉翻译出版了中学教科书《植物学矿物学》和《最新矿物学》(1904年),钟观浩翻译出版了《新式矿物学》(1906年),杜亚泉编译出版了《最新中学教科书·矿物学》(1906年)。1909年,张相文根据日本横山又次郎的《地质学》,并参考其他书籍编译出版了《最新地质学教科书》(共4册),此书是中国人自己编写的第一部地质学教科书。

      谈到中国地质调查工作的发端,我们不能忘记,1840年鸦片战争以后,中国是怎样一步步沦为半殖民地半封建社会的辛酸过程;我们更不能忘记,中国地质工作的先驱们、开创者们,是如何在国破山河碎的极端困难的情况下,筚路褴褛、卧薪尝胆,从无到有,建立起中国人自己的地质调查机构,并且学会独立地开展地质调查工作的。

      (笔者在撰写此文过程中,参阅了众多专家学者撰写的文献、资料,由于出处甚多,恕难一一注明,在此一并表示谢忱。)

    中国地质调查在辛亥革命后起程的几个背景

     

    地震是一种自然现象,地球上每年要发生地震500多万次。在常人眼中,地震是一种可怕的自然灾害,但是人们所不清楚的是,地震也是一种非常有效的了解地下地质构造的方法。不过,这里所说的地震并非人们所熟知的天然地震(Earthquake),而是用人工方法激发地震波的地下矿产资源勘探技术,即地震勘探(Seismic Exploration)。

     

    地震勘探方法始于19世纪中叶,经过1个多世纪的发展,地震勘探已成为最有效、最普遍的石油、天然气勘探方法。

     

    常规地震勘探方法包括折射法、反射法(如图,图为各种地震波)。折射法利用人工震源激发产生的地震波,在满足下伏地层波速大于上伏地层波速的特定条件形成滑行波再折射回地面产生的折射波来研究地下的地质构造。适合研究地表浅层或深部地壳特征,故折射法的应用范围受到限制。反射法利用人工震源激发产生的地震波,在其传播过程中遇到介质性质不同的岩层界面时(地层),一部分能量形成反射波被地面接收,另一部分能量穿过界面形成透射波继续往下传播。地震勘探就是利用记录到的反射信号来描述地下的地质构造等情况。所以,地震勘探中广泛采用的是反射法。

     

    反射波的到达时间与反射面的深度有关,据此可查明地层埋藏深度及起伏。随着检波点至震源距离(炮检距)的增大,同一界面的反射波走时按双曲线关系变化,由此可确定反射面以上介质的平均速度。反射波振幅与反射系数有关,由此可推算地下波阻抗的变化,进而对地层岩性做出预测。

     

    地震勘探包括野外数据采集、室内资料处理和解释三大环节。地震勘探方法属于交叉学科,涉及到的理论知识遍及数字信号处理、岩石力学、软件编程、算法研究等方面。由于地震信号受到地下复杂地质条件(构造复杂、地形多变、岩性多样等)的影响,同时还经常会受到环境噪声的影响,地震信号的处理往往比常规信号处理专业接触到的信号更难拾取。

     

    为了提高地震有效波的信噪比,压制干扰,地震勘探(反射法)广泛采用多次覆盖技术,其原理是连续相应改变震源与检波点在排列中所在的位置,在水平界面情形下,可使地震波总在同一反射点被反射返回地面,反射点在炮检距中心点的正下方。经过相叠加提高反射波能量,从而极大地改善地震勘探的成像质量。

     

    根据观测系统的不同,可将地震勘探分为二维地震勘探与三维地震勘探方法。二维地震勘探方法是在地面上布设一条条测线,采集地下层位反射回来的反射波信息,经过室内处理后得到反映地下构造等的地震剖面图。通俗来说,一张张地震剖面就相当于沿测线向地下剖开,在深度与地面测线方向显示地下构造情况。多条测线联合使用,便可较为精准的描述地下构造,经过地质学家的解释后便可为油气勘探、井位设计服务。三维地震勘探工作流程与二维地震勘探类似,但是由于多了一个方向的观测数据,能够得到比二维地震更为清晰准确的结果。

     

    为了寻找更多的油气,近年来地震勘探方法的发展也十分迅速,野外采集方法不断进步,新的处理方法不断涌现。同时,在计算机计算能力飞速发展的背景下,以往一些理论完善但受限于计算能力的方法(如全波形反演、逆时偏移等方法)都得以实现,这些都为地震勘探的进步提供了条件,也为寻找复杂油气藏提供了新的方法。

     

    随着人类对能源需求日趋强烈,地震勘探这种有效的油气勘探方法也在日渐发挥着越来越重要的作用,各种不同的地震勘探方法和技术不断发展革新,为人类勘探地下未知世界的奥秘做出了巨大的贡献。在过去、现在以及将来,地震勘探都会是人类了解油藏分布的一把利器。

     

    (作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

    地震勘探:油气勘查的“眼睛”

    煤炭发电站排放污染物

    1957年美国内华达州原子弹爆炸

    白垩纪恐龙时代

    国际年代地层表

    编者按 近日,一些科学家投票选出了一个新的地质年代——人类世,以此表明人类对地球做出的深刻改变。由34名成员组成的人类世工作组(AWG)做出的这一决定,标志着正式定义一个新的地质年代的工作迈出了重要一步。为什么要划分人类世?人类世始于何时?“金钉子”将选在哪里?……本版带您一起了解。

    事件

    地球进入“人类世”

    近日,人类世工作组(AWG)的科学家投票决定,地球已进入新地质时代——“人类世”,并指出20世纪中叶是“人类世”的起点。人类活动已经对地球造成了重大影响,甚至可能改变地球的演化方向。科学家们是在审阅了现有证据之后,投票赞成将我们所处的时代划分为一个新的地质时代——人类世。

    自从十多年前这个术语首次被正式提出以来,专家们一直为此进行激烈的争论。人类世工作组(AWG)确定,人类对地球产生了如此深远的影响,这一说法是有理有据的。国际地层委员会旗下的第四纪地层学小组委员会于2009年设立人类世工作组,该工作组负责考察和界定“人类世”,共有34名地质学、考古学、生物学、海洋学、气候学等多种学科专家参与,由英国莱斯特大学的简·扎拉斯维奇担任主席。

    国际地层委员会(ICS)尚未批准这个新术语,但AWG将在2021年之前向ICS提交一份正式提案,以正式定义我们当前的时代。

    AWG是由第四纪地层小组委员会建立的,该小组委员会是国际地层委员会的一部分。在这次投票中,AWG的29名成员支持人类世的定义,并投票赞成以20世纪中期作为人类世的起点——当时迅速增长的人口加快了工业生产、农用化学品使用和其他人类活动的步伐。与此同时,第一次原子弹爆炸产生的放射性尘埃在地球上飘荡,它们随后嵌入沉积物和冰川中,成为地质记录的一部分。

    此次投票的结果并不让人感到惊讶,因为它只是巩固了2016年在南非开普敦召开的国际地质大会上的非正式投票结果。但这一结果鼓舞着科学家尽快找到代表全新世结束和一个由人类活动塑造的新地质年代开始的地质标记。

    一旦AWG提出正式建议,国际地层委员会的其他几个小组将对其进行审议。如果获得通过,那么将由国际地质科学联合会下属执行委员会作出最后的审批。

    释疑

    1 什么是“人类世”

    “人类世”这个概念最早由诺贝尔化学奖得主、荷兰大气化学家保罗·克鲁岑于2000年提出。他认为,地球已告别1.17万年前开始的地质年代“全新世”,快速增长的人口和经济发展对全球环境造成巨大影响,人类活动对地球的改变足以开创一个新的地质年代。

    2002年,《自然》杂志发表了他的文章《人类地理学》。在这篇文章中,保罗·克鲁岑正式提出“人类世”的概念,并对“人类世”一词给出了具体阐释:“自1784年瓦特发明蒸汽机以来,人类的作用越来越成为一个重要的地质营力;全新世已经结束,当今的地球已进入一个人类主导的新的地球地质时代——人类世。”

    “人类世”概念的核心在于,人类活动对地球的影响已经大大超过了自然变化的影响,尤其是自工业革命以来,人类在土地利用、建坝挖河、水资源利用等方面极大地改变了地球的面貌和环境。更为重要的是,人类活动改变了大气成分,化石燃料的巨量燃烧造成大气中温室气体浓度飙升,改变了气候变化的方式,地球的历史演变自此进入了全新的阶段。

    2008年,英国地质学家、莱斯特大学地质学教授扎拉斯维奇和他的团队发表提案,论定地球已经进入“人类世”。

    2011年5月,约20名诺贝尔奖得主向联合国提交《斯德哥尔摩备忘录》,建议将人类现在所处地质年代改为人类世。

    2016年8月29日,第35届国际地质大会在南非召开,会议正式通过“人类纪”“人类世”和“人类期”的概念。

    2 为什么要划分“人类世”

    保罗·克鲁岑认为,人类活动对地球的影响足以开创一个新的地质时代。从工业革命开始,人类活动的影响已经大大超过了自然变化的影响,并且这种影响在未来数万年依旧会持续。因此,有必要专门划分出一个地质历史时期,来看待人类对地球环境重大且持续的改变。

    在过去的300年间,地球面貌发生了翻天覆地的变化。全球人口增长了10倍以上,克鲁岑在2002年发表文章的时候,全球人口为60亿左右,而到2018年初,全球人口已经飙升到了74.4亿以上。因为化石燃料燃烧引起大气中温室气体增加,2002年,大气中的二氧化碳浓度达到370ppm(百万分之一浓度),比工业革命前高30%;到2018年中期,大气中的二氧化碳浓度达到410ppm以上,这比工业革命前高了45%以上,比过去80万年中的任何时候都高,甚至是过去300万~500万年以来的最高值。

    “‘人类’本身已经变成了一个地质过程。”英国地质调查局的地质学家科林·沃特斯说,“塑造地球的主要地质力量——它不再是河流、冰或风了,而是人类。”

    2008年,英国地质学家扎拉斯维奇认为已正式进入了人类世。第四纪地层学小组委员会网站发布的文章指出,与“人类世”相关联的现象包括,生物栖息地减少,全球气候变暖,混凝土、塑料等物质出现……这些变化将存留千年或更久,它们正在改变地球系统。

    3 “人类世”始于何时

    关于“人类世”的起始时间,科学界存在不同的观点,其中最早的日期是1万年前的农业革命。而克鲁岑把人类世的起始地质年代精确定为1784年,即从瓦特改良蒸汽机开始。

    2016年,《科学》杂志发表综述《人类世在功能上和地层上与全新世截然不同》,来自英国地质调查局的科林·沃特斯等人依据大量数据,提出人类世应该被认作是一个新的地质时间单位,其开始的时间应该为20世纪中期,即1950年左右,当时核能时代开始、人口膨胀、工业急剧发展、矿产和能源加快使用。人类活动给地球留下了无处不在而且持久的印记,与之前的全新世截然可分。

    大多数支持人类世命名的科学家更倾向于以1945年为起点。由于20世纪中叶人口的快速增长及工业化消耗了更多的自然资源并产生了更多的温室气体,标志着人类对地球物种的影响“大加速”。

    AWG大多数成员认为,20世纪中期是“人类世”的起点,当时迅速增长的人口加快了工业生产、农用化学品使用和其他人类活动的步伐。不过,有4名AWG成员不赞同这一观点。AWG的4名成员投票反对将人类世定为新地质年代的想法。他们反对工作组试图在全球地质记录中找到一个单一明确信号的做法,认为应该承认人类从史前农业开始便对地球产生了渐进性的影响。

    英国莱斯特大学考古学家、AWG成员埃奇沃思说:“地层证据压倒性地表明,这是一个跨越时间的人类世,它有多个起点,而不是一个单一的起点时间。”他认为,仅仅根据放射性核素信号来命名一个新的地质年代,“阻碍而不是促进了对人类参与的地球系统变化的科学理解”。

    尽管围绕着人类世的概念还有很多学术争议,但是人类世的概念深刻影响了全球各界看待世界的方式。我国“黄土学之父”、已故著名地质学家刘东生院士指出:“人类世的提出是一个值得考虑的问题,因为它不仅是一个地质学分期的问题,同时还涉及人在自然界的地位的问题和人类认识自己的问题。”

    4 “金钉子”将选在哪里

    人类世要想作为新的地质年代,它就需要具备相应的年代地层,这首先就需要确定边界。AWG的下一步工作重点是确定一个具体的地质标记或“金钉子”,这在技术上被称为全球界线层型剖面和点位(GSSP)。这是一个国际公认的岩层基准点,科学家们用它来定义地质时代之间的边界。

    根据国际地质科学联合会和国际地层委员会规定,“金钉子”是确定和识别全球两个时代地层之间界线的唯一标志。地球上的宙、代、纪、世、期都要由“金钉子”来区分,它一旦在世界某个地方“钉下”,该地点就变成一个地质年代的“国际标准”。现在这个被称为全新世的时代大约始于1.17万年前的最后一个冰河时期的末期。

    AWG列出了10个“金钉子”候选地点,它们可以用来区分全新世和人类世,包括意大利北部的一个洞穴、大堡礁的珊瑚和中国的一个湖泊。他们还在考虑是否使用来自第一次核试验的放射性碎片痕迹来支持他们的主张。目前,许多参与这项工作的科学家正在德国柏林协调未来两年的研究工作,他们希望在正式提案中包含一个单一地点。

    扎拉斯维奇表示,工作组正在考虑是否选择1945年原子弹爆炸至1963年《有限禁止核试验条约》缔结期间产生的放射性核素作为证据。

    “我们需要非常详细地分析每个地点存留的地质信号,并比较所有信号,以判断哪些能最清楚地反映与‘人类世’起始相关的全球变化。鉴于存在多种信号,例如矿物质含量、化学性质、不同种类的化石等,而且它们存在于湖底、极地冰川、热带珊瑚等不同环境中,选定‘金钉子’是一个漫长的过程。”扎拉斯维奇说。

    小知识

    地球地质年代的划分

    地球46亿年历史可分为三大阶段——天文时期:46亿~35亿年,地球上基本未保留这一时期的地质体;隐生宙时期:35亿~6亿年,地质体在部分地区有保留,已有原始生命出现;显生宙时期:6亿年至今,此期地质体遍布全球。

    也因此,地球历史年表中主要是以有地质体的时间来划分的,其中最大的时间单位是宙(eon),宙下是代(era),代下分纪(period),纪下分世(epoch),世下分期(age),期下分时(chron)。以代来划分,新生代是地球历史上最新的一个地质时代,从6400万年前开始一直持续到今天。随着恐龙的灭绝,中生代结束,新生代开始。新生代又分为古近纪、新近纪、第四纪,然后是纪下的七个世:古新世、始新世、渐新世、中新世、上新世、更新世和全新世。

    人类就是在距今约260万年的全新世之时,从灵长目中的猿逐渐完成了从猿到人的演化。过去认为,如果把地球的历史比喻成24小时,人类只存在了3秒。但是,由于发现了更早的人类化石,又把古猿转变为人类始祖的时间向前推进到700万年前。

    当然,人类的出现与进化是第四纪最重要的事件。第四纪可分为更新世(早更新世、中更新世、晚更新世)和全新世。如果现在要划分人类世,就是把第四纪从更新世、全新世延续到了人类世,也是与全新世道别。

    与地球46亿年的历史相比,人类短短300万年的历史犹如“一瞬间”,然而,就在这“一瞬间”,人类已将自己的印记深深“烙”在了这颗蓝色星球上。

    “人类世”来了