“陶士先同志是钻探行业知名专家，在国内探矿界具有较高影响力。近年来，该同志作为项目负责人承担了多项地质调查项目和国家地勘基金项目，在冲洗液领域新材料、新技术、新工艺研究方面取得了丰硕的成果。这些成果的转化和应用，在国家地质找矿钻探、新能源和重要矿产资源勘探及科学钻探等工程施工中发挥了重要作用，为解决国家能源、资源、环境、灾害或基础地质问题提供了技术支撑。该同志还组织和参加了大量的野外钻探技术推广、培训和服务工作，对提高地质钻探行业队伍技术水平发挥了重要作用。该同志在主持项目实施过程中，注重年轻科技人员培养，在其带领下已经形成一个理论基础扎实、科研能力强、现场实践经验丰富的专业团队，该团队活跃在国内地质钻探领域，为国家地质找矿钻探、新能源和重要矿产资源勘探及科学钻探等工程施工提供支撑和服务。”这是中国地质调查局北京探矿工程研究所（以下简称“探矿工程所”）对钻井化学研发中心主任、教授级高工陶士先同志作出的评价。

陶士先（中）在泥浆大赛现场

当记者拿到有关陶士先的资料时，看到的是一系列的专业术语和一些生硬的数字，不禁有些懵——这么枯燥的工作，“泥浆、钻探、孔壁失稳、破碎地层”，这是一位女同志从事的工作吗？而且一干就是30多年？是什么信念让她如此执著？而且取得了如此辉煌的成绩？带着一系列问题，记者日前走进了探矿工程所。

错失梦想

1983年，陶士先捧着长春地质学院的录取通知书，来到了这所中国地质人才培养的摇篮。“一不小心掉进了一个陷阱”，按照陶士先的话说，她走进长春地质学院开始大学生活的时候，便错失了这一生要当老师或者医生的梦想。况且，她从报考的“仪器系”被调剂到了“钻探工程专业”，一个班里只有两名女孩子，让这个年轻的女孩子有些傻眼。钻探？难道是每天摸爬滚打在工地打钻吗？这让一个豆蔻芳心的女孩情何以堪？

陶士先（左）现场考察

然而，生活没有回头路，既然踏上了这条路，那就踏踏实实地走吧。没想到，这一走，就走了35年。今天，当陶士先谈到所从事的工作时，却充满了骄傲和幸福：“这个工作很适合女孩子干，做泥浆（钻井液）有很多试验室的工作，女孩子心比较细。而且，我在工作过程中总结了很多经验，给很多地质队讲过课，为地勘单位培养了大批人才，也算是圆了我当老师的梦想吧。”

大学毕业后，她被分配到探矿工程所从事钻井液研究工作。上世纪90年代，地勘经济不景气，地质钻探工作量急剧萎缩，传统服务对象“难觅踪影”。于是，探矿工程所将“船头”转向了石油石化行业。1994年起，陶士先跟随所里步伐，开始做市场，卖泥浆材料，因为有过硬的技术，该所在市场上闯出了一片天地。

解决关键技术难题

“我正儿八经地做地质钻探是2003年以后，当时中国地质调查局给探矿工程所列了一些科研项目。2008年以后，得益于地质找矿的快速发展，地质钻探呈现井喷式增长，我们的科研经费也逐年增多。我们结合地质钻探施工过程中遇到的一些问题开展研究；针对复杂地层，研究一些材料和技术体系，与现场紧密结合起来，为钻探工程提供解决问题的方法和途径。”也就是在这几年，陶士先和她的团队取得了不斐的业绩：

陶士先组织或参与研发的成果已应用于多种金属矿钻探、页岩气钻探、钾盐等盐矿钻探、干热岩钻探及大陆科学钻探等，使用单位达166家，仅项目组参与的在复杂地层中的试验与示范钻孔就达到181个，累计工作量为10余万米，解决了多项关键技术难题；组织实施系列钻探科研项目，研制了多种新型泥浆材料和针对不同勘查区或矿区的冲洗液护壁堵漏技术，开展了大量野外现场技术推广、培训和服务工作。同时，他们的成果也为地学研究及科学研究提供了良好的钻探验证手段。

陶士先授课

——他们研制的成膜护壁冲洗液在河北、甘肃、四川及云南等地的金属矿、页岩气及煤炭孔钻探中应用，解决了炭泥质千枚岩、绿泥石化岩石等行业难点地层的孔壁失稳难题，提高了成孔率、施工效率和取心质量，在多个矿区创造了孔深、成孔率及施工效率的纪录。

——他们研制的饱和盐水、新型镁基及二盐冲洗液，在云南、青海及境外老挝、泰国等钾盐勘探施工中应用，解决了钾盐勘探过程中氯化钠、氯化钾、光卤石、溢晶石等高溶蚀性地层孔壁失稳、取心率低及采用油基钻井液的高成本难题；研制的用现场卤水、海水配制的冲洗液，解决了现场卤水、海水配浆胶体稳定性差、蚀变和破碎地层孔壁失稳、绳索取心钻杆内壁结泥皮等技术难题，在新疆、青海、山东地质找矿钻探及南黄海大陆架科学钻探施工中发挥了重要作用。

——他们研制的耐240℃高温冲洗液解决了高温下冲洗液流变性、护壁性等性能显著恶化等难题，为青海共和高温干热岩钻探提供了良好的技术支撑，其中GR1井井底温度达到236℃，是目前国内温度最高的干热岩井，也是国内少有的温度超过230℃的高温井之一。该科研成果获原国土资源部科技二等奖、中国地质调查局科技一等奖。

——他们研制的MBM使膨润土的使用量降低50%以上，有效避免了膨润土资源的浪费；研制的新型镁基冲洗液、二盐冲洗液替代了油基冲洗液，以及为海上科学钻探设计的环保冲洗液等，预防了油基钻井液等对环境的污染；研制的快速凝胶堵漏技术，提高了恶性漏失的堵漏成功率，大幅度降低了钻探施工过程中水资源和泥浆材料的浪费。

“在钻探过程中会遇到各种各样的地层。比如找钾盐，地层成分以氯化钠为主，我们研制了二盐冲洗液，克服了普通盐水浆抑制不住的难题；再比如打金矿矿井，破碎地层要多一些，地层一块一块的，我们就要往钻井液里面添加东西，把破碎地层的缝隙给填上。做之前我感觉挺困难，但是一个又一个困难被我们克服了，做完之后就觉得没什么了。室内的研究工作也是必不可少的，地质队把岩心给我们，我们要分析它含有什么成分。”

“钻探这个行业，大部分人觉得是男人干的活，其实我觉得泥浆这个工种挺适合女孩子的。因为这里有大量的室内研究工作，很像是中医配药方。现场配泥浆就是根据不同的地质情况作出不同的判断，配出不同的泥浆。这个过程非常有意思，让人不会感到枯燥。”

也许，正是因着对这份事业的热爱，让岁月的年轮没有在她身上留下多少印迹。年逾50的陶士先，依然玉貌花容，明眸皓齿，声音清丽。

推动行业技术进步

多年来，陶士先和她的团队在科技理论创新和技术方法方面做出了突出贡献：针对复杂地层钻进面临的孔壁失稳、冲洗液漏失、低取心率以及复杂地层绳索取心钻探的局限性等难题，组织实施了与冲洗液有关的关键技术攻关，形成了一套适应地质钻探小井眼特点的复杂地层护壁堵漏技术。该技术引领国内地质钻探冲洗液技术的发展，推动了地质钻探冲洗液技术的进步。陶士先出版专著2部（第一作者），获得国家发明专利7项（第一发明人6项）、实用新型专利2项（第一发明人）及国家重点新产品1项，发表论文31篇（第一作者13篇）。

陶士先（前排左）参加项目汇报

近年来，陶士先和她的团队研制了8种新型泥浆材料，如多功能材料（MBM）、防塌减阻剂（GFT）、抗盐增粘剂（GTQ）、成膜A剂、成膜堵漏剂及有机凝胶等。其中，他们研制的具有“方便面”特点的多功能材料（MBM），解决了现场卤水配浆、复杂地层绳索取心钻进、配浆过程复杂等相关技术难题，填补了国内空白，获国家发明专利和2013年度国家级新产品；研制了适应地质钻探，具有较低软化点、较强粘接与封堵特性的防塌减阻剂（GFT），获国家发明专利。上述材料的研究，为推动地质钻探冲洗液技术进步打下了坚实的基础。

他们在分析不同复杂地层孔壁失稳原理的基础上，结合地质钻探小井眼特点，设计了用于不同复杂地层的系列冲洗液体系，如研发了具有高效能水基冲洗液特性的成膜护壁冲洗液，实现了水基冲洗液性能的突破；研发了用于强溶蚀性地层、具有强抑溶作用的镁基及二盐冲洗液，可替代国内外普遍使用的油基冲洗液，是水基冲洗液应用于强溶蚀性地层钻探的一大突破；研发了用于干热岩等高温钻探、耐温200℃～260℃的系列高温冲洗液，获国家授权发明专利4项。

在快速堵漏方面，他们更是做出了突出贡献：研制了适应地质钻探小井眼特点的快速凝胶堵漏技术，首次提出并设计了用于地质钻探的孔口装置，有利于提高堵漏成功率；在国内外首次提交与温度相对应、适应不同深度的快速凝胶堵漏配方表，采用该配方配制的无机凝胶堵漏浆液节省候凝时间30%～70%，有效提高了堵漏作业效率；采用有机凝胶与无机凝胶相结合的方式，大幅度提高了恶性漏失和含水层漏失的堵漏成功率；研制的无机凝胶材料与传统水泥相比，固结后的固结体韧性显著增强，体积无收缩。该成果获国家授权发明专利1项，实用新型专利2项。该项技术为地质钻探提供了新的快速有效的堵漏方法，推动了地质钻探堵漏技术的进步。

拥有广阔市场前景

新技术已为探矿工程所创造了良好的经济效益：自2011年至2015年，他们研制的成果带动的泥浆材料开发及技术服务共创产值5831万元；2016年至2017年，共创造产值2800多万元。同时，施工单位采用成果技术后，钻进速度、成孔率明显提高，事故率显著降低，泥浆排放量、泥浆漏失量大幅度减少，为施工单位节省了大量劳务费用、电力、油料消耗费用及泥浆处理剂费用等，因此也得到了施工单位的高度肯定。

在谈到产业前景及后续人才培养方面的问题，陶士先信心满满。她认为，泥浆产业前景广阔，应用范围非常宽广。现在不仅应用于地质钻，像一些地热、干热岩，矿山治理、矿山救援等方面，也离不开钻井液的应用。

陶士先（左一）在野外现场指导工作

“比如矿山治理工程，我们从2016年开始涉入这个领域。矿山企业在采矿之前对采矿区域进行堵水或加固，通过打羽状井并注浆来实现，前景很好。比如，我们与施工单位合作在河北省邢台市邢东矿做的一个项目，已经打了33个分枝井。邢东矿在开采区下面有一层高压水，可以淹没采矿区，采矿过程中万一发生透水事故，后果不堪设想，损失亦不可估量。于是，在采矿区底部和高压水层之间打了系列水平井，用注水泥浆把裂隙和孔隙都给堵上。这一工程已为探矿工程所增加产值400多万元。”

“我们还参与了山西、陕西等地的矿山救援及煤层顶板加固项目，都取得了显著成效。我们最大的成就感来自于给大家解决问题，问题解决了我们就非常高兴，解决不了也很沮丧。”

在人才培养方面，陶士先说：“地质队的人才还是很缺的。我觉得自己除了搞科研之外，最大的贡献是对地质队的人才培养。我每年大概讲课10几次，有地质队办的培训，有各省地勘局办的培训，也有中国地质大学的课程。泥浆这块内容，基本上都是我讲的，也圆了我当老师的梦想吧。”

“研究所和学校的区别在于，学校注重理论知识的培训，而研究所更注重应用价值，要解决实际问题。所以我们讲课尽可能做到把理论和实践相结合。到地质队讲课，我面对的是钻工，有的人文化水平相对低一些。所以，讲课的内容让他们听懂最重要。记得第一次去现场的时候，我们跟人家说，解决他们现场的问题需要提高密度。结果我走了之后，人家说我们忽悠他。当时我很疑惑，理论上说我讲的内容是对的，为什么说我们忽悠他呢？原来是因为我们讲得太专业。所以，我们也在不断总结，如何提高讲课效果。后来遇到这种情况，我就举例子，比如1个瓶子，装密度是1的500毫升白水，重量是500克；如果装密度是1.3的泥浆的话，重量就是650克。泥浆重了，泥浆对孔壁的压力（或称支撑力）就大了，就压瓷实了。”

交流中，记者感受了陶士先对工作的无限热爱。谈到产业发展前景，陶士先信心心满满：“是呀，这个产业前景非常光明。钻井液应用非常广，不仅应用于打钻，还有基础施工、地热、干热岩、矿山救援等。为什么在地勘经济、矿业经济形势下滑时期，我们依然有饭吃？我和年轻人说，因为这项工作的技术含量比较高。泥浆关系孔内安全、施工效率等方方面面，在整个打钻的过程中，孔内的地质情况以及从孔里返出的泥浆性能会时刻发生变化，影响因素很多，你需要根据实际情况进行判断，拿出科学合理的方法，切切实实地为对方解决问题。所以我说搞这项工作感觉不枯燥，我们有很大的发挥空间。但是这需要扎实的理论基础和实践经验，观察要仔细，还要有准确的判断。”

“一个工作做一生，而且做得如此风生水起、有声有色，是要有坚定的人生信仰吧？”

听到记者的提问，陶士先平静地说：“踏实做事就是我的人生信仰，搞应用技术，哪怕解决一个很小的问题，也是一个进步。”

多年来，陶士先为本单位培养6名专业技术骨干，形成了在国内地勘行业领先的钻探冲洗液科研团队。在组织项目实施过程中，她带领6名年轻科技人员参与项目新材料研制、新型冲洗液体系设计、堵漏技术研究、专著编写及现场试验与示范等，提高了他们的科研工作能力、现场解决问题的能力、科研管理水平及各类报告、专利、论文的编写水平。其中，有两人作为项目组长成功申报了国家青年科学基金项目，两人分别担任地调项目和国家地勘基金项目的副组长，四人活跃在野外施工现场，能够独立提供技术服务。

同时，她为一线施工单位培养了大批冲洗液技术人才，组织项目组人员到现场指导施工人员配制、使用冲洗液和实施堵漏作业100余次，现场培训近2000人次；为中国地质调查局、地质大学、各省地勘局及地质队等举办的钻探技术培训班授课112次，培训1000余人次。通过现场指导及技术交流与培训，她为一线施工单位培养了人才，提高了现场施工人员的专业技术水平。

谈到生活，陶士先更是充满了幸福感。“孩子小的时候都是自己带，虽然工作忙，但是没对家庭造成什么影响。后来出差多了，孩子也大些了。2000年以前，大家都在房山周口店上班。那个时候很艰苦，生活用品都没地方购买。记得当时发了工资，第一个周末单位就开动班车，载上大家进城购物。当时没有高速公路，进城要两个多小时，虽然路途遥远，但是大家都非常快乐。”2000年以后，她搬到城里工作和生活，幸福指数更是成倍增加。

看着她写满幸福的脸，让我想起了上世纪80年代流行的一首歌：甜蜜的工作甜蜜的工作无限好啰喂，甜蜜的歌儿甜蜜的歌儿飞满天啰喂……

 

 

二○一六年，苏德辰在广东丹霞山世界地质公园进行科普宣传

地球已经有46亿年的历史了，在漫长的演化过程中，大自然鬼斧神工般创造了无数奇美的风景，而地质科学正是探索地球之美的最佳途径。一砂一世界，一石一天堂，苏德辰想用自己的努力，剥开地质科学看似深奥枯燥的坚硬外壳，展现动人心魄的内在之美。

近日，国土资源首席科学传播专家聘任仪式举行，中国地质科学院地质研究所研究员苏德辰正是首批受聘的12名专家之一。

4月14日一大早，苏德辰就和同事赶往房山地质博物馆，在4月22日地球日这一天，他将在这里为200名中小学生做一场地质科普讲座，之后，他还要带领孩子们到房山世界地质公园进行野外科普训练，帮助孩子们认识沿途的各种地质现象。因此，他提前一个星期去现场“踩点”，并搜集一些资料补充到自己的讲座中。

“你们打那口5000米的科学钻井会不会把地球打穿？”

谈起自己选择科普的缘由，苏德辰认为最早萌芽于2001年开始实施的中国大陆科学钻探项目，当时他负责将每天的项目进展、各项主要活动等信息上传到国际大陆科学钻探英文网站上，并负责更新中国大陆科学钻探中文网站的相关信息。

中国是继苏联和德国之后第三个实施大陆科学深钻的国家，因此，中国大陆科学钻探的项目在实施过程中非常轰动，每天都有很多人到江苏东海的钻探现场参观访问，现场展版的解说词就要求写得通俗易懂些。尽管科学家们觉得这些展版已经很通俗了，但还是会有人提出各种各样的疑问，苏德辰就负责回答他们的问题。当有重大进展通报时，科学家们常常用专业的术语发布他们的成果，不要说普通读者如读天书，就连专业的记者都大呼看不懂，这个时候，苏德辰往往担任“翻译”，将专业名词解释成大家能够理解的文字。

苏德辰，1981年考大学时第一志愿就填写了长春地质学院的地质系，毕业后到北京市地质调查所工作。有一年，他们在北京北部山区用化探法寻找石英脉型金矿，正常的工作流程是每隔40米采取一份土壤样品，而在采样时，白色的石英脉往往就暴露在野外，大部分人就只管取土壤样，以尽快完成任务，对出露在脚底下的石英脉看也不看。苏德辰每次见到石英脉露头或特殊的地质现象，都会对它们进行详细记录，并顺手采集一些样品。就这样，在采样的过程中，完成了填图的工作。这种习惯让他在之后的科研工作时，认真思索科普的必要性。

而真正下定决心做科普，来源于两次亲身经历。

2000年，苏德辰等6位地质学家参观德国的一个陨石撞击坑，刚一打开地质图，旁边一位女游客就凑上来看，并准确地指出陨石坑的位置和撞击构造，苏德辰非常惊讶，就问她：“你是学地质的么？”没想到女游客告诉他自己是一名医生。

另一次是2005年参加科技部“973”项目答辩会，在会间休息的时候，苏德辰和另一组搞生物的科学家聊天。他简单介绍了在江苏东海进行的大陆科学钻探的情况，有人就问：“你们打那口5000米的科学钻探会不会把地球打穿？”苏德辰解释说，5000米的深钻，对于人类来讲已经是比较难为的一件大事，但是，地球的直径有12800公里，如果把地球比喻成一个鸡蛋，地壳就相当于蛋壳，只不过这个蛋壳的平均厚度有30多公里，5000米的深钻不过是在“鸡蛋壳”上打个浅浅的小孔，连蛋壳的五分之一都没有钻透。

这两次经历让苏德辰感触颇深，国内不同领域的科学家对地学知识的了解几乎是空白，虽然这可能是个例，但是德国一位普通医生却具备相当丰富的地学知识。对他来说，身为一名地质学家，有责任将最基础的地学常识整理出来，让其他领域的科学家以及普通民众了解地学，喜爱地学。

2008年，苏德辰在科学网开通了博客，算是开始了“科普生涯”，他的科学网博客标签是“地学科普与地质灾害”，内容多是与地质相关的内容。

从开始做科普到现在，苏德辰觉得自己最成功的一次科普发生在2011年，当时他带着一个记者去北京西山参观他发现的15亿年前的古地震遗迹，回京的路上到灰峪采了一些化石，之后这位记者就喜欢上了地质，现在已经是三叶虫化石专家，专门收集和整理世界各地的三叶虫化石。

“有的时候一个定义就要花三四天的时间，阅读好几十篇相关文章”

决心投入到科普领域之后，苏德辰给自己定了一个小目标，从两个方面科普地学，一是从专业角度如地貌、矿物晶体等方面发掘地质之美，二是向公众全面系统地介绍中国的世界地质公园。

而真正投身于科普事业，苏德辰才发现科普比科研困难多了，“科研工作有模式化的东西，就拿矿物来说，采集样品后，分析它的化学成分、物理性质、形成环境和年龄等等，基本上按照固定的套路往下做就可以了。科普就完全不一样，在介绍不同的矿物时，要根据受众的兴趣点，除了介绍矿物的基本特征外，还要联系实际和受众的兴趣，变换不同的角度来介绍它的用途、功效等与日常生活相关的常识，甚至与考古和历史故事融合在一起。”

有些专业术语对于地学专业人员非常简单，但如果想让没有地学基础的人明白其含义，则要重新审视，为了用通俗易懂的语言精准描述，“有的时候一个定义就要花三四天的时间，阅读好几十篇相关文章，然后再绞尽脑汁地去组织文字。”

地球已经有46亿年的历史了，在漫长的演化过程中，大自然鬼斧神工般创造了无数奇美的风景，而地质科学正是解释地球之美的最佳途径。一砂一世界，一石一天堂，苏德辰想用自己的努力，剥开地质科学看似深奥枯燥的坚硬外壳，展现动人心魄的内在之美。

有一次苏德辰到广东丹霞山世界地质公园考察，正好遇上两个三年级的学生，趴在解说牌上抄简介，原来，老师给他们布置了一篇写丹霞地貌的作业。苏德辰上前和他们聊天，“既然叫丹霞，为什么周围的岩石看起来并不是红色的啊？”面对孩子的问题，苏德辰耐心给他们解释了砂岩和砾岩的知识，再分析为什么有的地方很红，有的地方不红。“不要低估孩子们的认知能力，和他们聊天，对我的书也很有帮助。”

不久前，河北兴隆六道河中学找到苏德辰，原来师生们在阅读《温家宝地质笔记》的过程中，普遍反映看不懂，希望苏德辰能带领学生们现场演示一下《温家宝地质笔记》中描述的测量和绘制地质剖面的过程。苏德辰提前用一天时间找到了一处地质意义很重要的位置，第二天带着19个学生和几位老师来到这个这个野外露头，教孩子体验如何使用罗盘、如何观察和描述岩石、如何测制野外地质剖面。在他的指点下，学生们发现看起来普普通通的大石头里面藏有很多很多的学问啊。

“做科普实际上对科研工作也有所促进”

作为一名科学家，地质科研仍然是苏德辰的工作重心，“做科普大多是利用空闲时间在做，没想到几年积累下来，逐渐得到了社会的认可。”最近，苏德辰成为国土资源部首批首席科学传播专家之一。“就我自己来看，虽然在做科普的过程中会占用一些时间，但并没有因此而耽误这几年的地质科研，并且，这几年的科普对科研工作还有所促进。”

2016年纪念地质百年的时候，苏德辰受邀在门头沟区做了一场科普讲座，主要介绍他们最近几年在北京西山的重要地质发现。讲座结束后，一位姓李的地理老师拿出一张照片来请教，李老师平时观察能力比较强，遇到不能解释的地质现象，就拍了张照片。而这张照片中的地质现象，正好与苏德辰正在研究的古地震有关，是他一直在寻找但还没有找到的。“如果没有这次科普讲座，最终也会有所发现，但可能会晚一些，不可能这么快就出来成果，这也算是无心插柳柳成荫吧。”

有的时候，听众会向苏德辰提出各式各样的问题，出于科学家的严谨，知道的马上回答，不知道的他会回去查找资料寻找答案，如果资料上没有，说明这就是科学上的一个疑点，值得进行研究。

每次出野外，苏德辰会随身携带两个相机，只要见到有意思的地质现象就会拍下来当成资料。这个习惯源于1997年，当时苏德辰与一位澳大利亚的专家在辽宁寻找金刚石矿，这位澳大利亚的专家是学地球物理的，但是他对野外见到的各种岩石都很熟悉。细究根源，原来国外所使用的教材大都特别精美，图片多是彩色的，而国内的教科书很多还是的黑白印刷，书中的岩石或矿物与野外实际看到的相关极大。 “在科普时，一张好的图片能让观众一目了然，每张照片背后都有一段精彩的故事。”10多年来，他已经积累了40多万张照片，今年年初，苏德辰花了一个多月的时间，从自己的照片中选出200多张，再加上网上征集的一些图片，出版了《地质之美——经典地貌》，这也是“地质之美”系列科普图书中的第一本，这本书刚一问世便荣获了2017年国土资源优秀科普图书荣誉。

 

成都地下空间建设现场。 赵 凡 摄

 

武汉地铁站。 赵 凡 摄

 

上海地铁地下空间。资料图片

 

核心提示：城市化使得城市土地资源日益紧张，有效开发和利用地下空间成为大势所趋。在5月份召开的全国科技创新大会上，习近平总书记明确提出，向地球深部进军是我们迫切需要解决的战略科技问题。而国土资源部提出的科技创新“三深一土”战略，则让“向地球深部战略”实施进入快车道。其实近年来，上海、成都、武汉等城市已经开始立体空间发展的探索和实践，取得了不少实绩。但大部分城市在地下空间利用的规划、法规、管理、技术等方面都还处在起步阶段，如何解决地下空间的安全利用问题迫在眉睫。

 

自以为熟悉成都，可我还是在它最中心位置的天府广场上迷失。令人堵心的堵车和比肩接踵的人流像是不见了。

这是11月27日的上午，成都少有的太阳出来，眼前所见，是宽阔的广场，上面喷泉、绿地、雕塑、玩闹孩子，还有晒太阳的老人。

成都市规划院的领导带着我们来到步梯口，一边往下走，一边介绍：天府广场地下工程的总体布局是四层：地面广场，用于休闲和人车集散；地下一层，是商业、文化、交通功能；地下二层，是车库和地铁站厅，地下三层，是1号线站台，地下四层，是2号线站台。

原来，地面上的广场，在地下却成为另一个立体的繁华世界。会生活的成都人依然会生活，但是换了一种方式。

这种改变，是从什么时候开始的？终将向何方？

 

一

朝向未来的国家战略，迫切性、必要性几乎被大举进军的城市化“逼”出来，一开始就显示出不可阻挡的趋势性。从政府角度看，“三深一土”是中国科技创新的新高地。中国城市未来的发展、中国地勘产业的未来转型都能在地下空间利用中找到突破口

 

当在很多人都在纠结如何利用地面空间的时候，地下空间的利用，其实早就开始，只不过没有上升到整体的、长远的理念上认识。

中国在西汉时期就出现了5到7米深的水井；

1835年，四川自贡诞生了1001.42米的人工钻凿盐井；

我国目前最深的油井在新疆塔里木盆地，深达8408米；

我国第一口用于科学研究目的的5000米深钻在江苏省东海县诞生；

1969年10月1日，北京第一条地铁线路建成通车；

20世纪初，中国地质调查局开始把城市地质调查研究作为重要的工作内容

……

无论是单孔挖凿,还是成面积的挖掘建设，亦或是摸清家底的探索研究，我们早就因为各种各样的原因打起了地下空间的主意。但是，当21世纪第一个15年过去之后，很多有识之士深刻地意识到，这件事，我们再不做，就晚了。

在国外高校执教多年的中国地质科学院教授级高工戴春森知道不少国际做法。比如美国的“地球透明计划”、芬兰的“赫尔辛基地下空间总体规划”、马来西亚的“排洪与地下公路一体化”。

这些成规模、成系统的地下空间利用规划，在一些国家已经完成。地下空间利用的实践也在一些国家做得有声有色，比如新加坡利用100米以下的地下空间，主要是做物流；加拿大蒙特利的城市空间建设，30%已经转到地下；东京在地下修建了巨型的排水系统。有数据表明，国际城市地下空间利用率为30%。而我国城市平均地下空间的利用率只是17%。

地下空间利用的差距是因为整体深测水平有差距。按照地球深部探测首席专家组组长董树文的观点，我国深部探测领域相对国际先进水平之间有一个30年左右的代沟，我们在探测技术、探测和利用深度、探测分辨率和探测程度上都存在明显差距。就在人家开始第二轮深地探测时，我们的第一轮才刚刚开始。

其实，对地下空间利用的必要性，地球人的认识都一样，因为横亘在所有人眼前的问题都一样——而中国，压力则更大。

人口增长、交通拥堵、日益加剧的污染、越来越频繁的自然灾害、越来越严重的地表资源的枯竭……种种问题表明，要做到可持续发展，必须要把深地探测研究上升到国家战略的高度认识。

地下空间安全利用的国家专项研究势在必行。

在今年5月召开的全国科技创新大会上，习近平总书记明确提出，向地球深部进军是我们迫切需要解决的战略科技问题。国家领导人对地下空间和能源资源的开发利用高度重视，而新近叫响的国土资源科技创新“三深一土”战略，恰好契合了国家“十三五”规划纲要中提出的“深空、深海、深地、深蓝”发展目标。

“向地球深部战略”实施进入快车道。在此背景下，国土资源部与教育部、中科院、中国地震局共商建立了深地探测研究协调机制，成立了由国土资源部部长姜大明任组长的深部研究领导小组，责成由8位院士专家组成的首席专家组领衔编制地球深部探测国家重大科技项目方案，由多位院士专家组成的专家顾问委员会咨询把关，共同推进深地探测研究重大科技项目立项。

立项建议书目前已经完成，计划年底前完成论证工作，这是深地探测的进度表。在科学家的立项书里，深地探测项目分四个层次：第一层，近地表探测（0到0.5公里）；第二层，万米资源探测（0.5到10公里）；第三层，透视地壳探测（10到30公里）；第四层，深地科学探测（大于30公里）。要完成八大任务：地下空间探测与安全利用；深部含水层结构探测；深部资源能源探测与开采；深部油气探测与开采；地热资源探测与地热利用；深部地下观测与地壳活动性监测；深部探测前沿技术与装备；深部探测与深部过程。

地下空间安全利用的课题排在八大任务的第一，不仅因为它对于中国未来发展至关重要，还因为大家对它最摸不清底。

中国地下空间起步晚发展快，存在资源浪费、生态环境破坏等诸多问题，亟须科学的理论、先进的技术和严谨的规则进行破解，迫切需要通过国家重大科技专项“创理论、攻技术、建规则”。中国地质科学院党委书记、副院长王小烈说，地下空间安全利用和立项研究对于国家发展有三个重大意义：第一是缓解城市土地供应的压力，保障城市可持续发展；第二是防范自然灾害影响；第三是引导产业转型，培育新兴产业，增加社会经济的效益和生态环境的效益。因此，“向地下要空间、要安全、要效益，是我国社会经济和城市发展的必然选择”。

调研，就是立项论证工作的重要部分。

11月25日~28日，地球深部深探研究领导小组及首席专家组成员赴上海、武汉、成都三个大都市调研。来自国土资源部、教育部、中科院、中国地震局等不同部门的有关院士、专家每到一处，即马不停蹄地召开座谈会并考察现场，了解各个城市地下空间安全利用的需求点、梳理未来在地下空间安全利用中需要攻克的科技难题、沟通各地方因地制宜的特色发展途径。

 

二

关于地下空间的种种涉及，不能再只当成文学看。科学家的畅想把一个完全不一样的世界展现出来，你还当这是异想天开吗？不，它也许就是我们看得见的未来

 

“全球变暖，环境恶化，地面城市问题突出，人类已经开始探索太空定居。那么，我们有没有可能往下看？深部空间资源丰富，人类能否实现在地球深部生存和定居？”

四川大学的谢和平院士从这个发问开始了自己的阐述。他说，与我们已经熟悉的地面空间相比较，深地空间环境清洁、隔音隔震、天然抗自然灾害，低成本无辐射而且恒温恒湿。因此，深地空间可能成为优于太空移民定居，应对未来地球灾害的人类移居方式。

移居地下生活，需要建立全链条的生态圈。谢和平构想的奇特之处正在于此。在他的构想中，地下空间要打造出三层——地下宜居城市、地下生态圈和科学探索基地。在这张构想图中，有生活和文化区域，比如可将图书馆、博物馆、会展中心、体育馆、音乐厅、养老院等地上文化、娱乐设施转入地下；有交通与通信，比如可以在深部纵向和横向设计覆盖整个地下空间网络；有生态景观，比如可以进行包括植物、动物和微生物的地下生态系统构造，以及地下瀑布等景观系统建设。

科学的构想不是科幻小说，它的内核，还是科学研究与推理。对于谢和平带来的这场头脑风暴，大家观点并不相同，但都认为，地下空间的安全利用可以通过科技攻关实现，这已经并可能为越来越多的实践案例所证实。

地球深部工程要做什么？

地质学告诉我们，地球从地表到地心，分地壳、地幔和地核三个同心球层。现在所谓的地下空间利用，主要还在地壳层。在开发的过程中，要对付的，主要是覆土层和基岩层。而这两个层面的施工，需要多种技术的支持。

技术是为目标服务的。董树文提出，首先，地下空间是资源，需要向评价其他地下矿产资源一样进行规范地调查、勘查和评价；其次，所谓地下空间并“不空”，而是充满水土、岩石物质、具有温压梯度、应力变化等多重场元的平衡系统，一旦开发利用必然产生原始平衡的扰动和破坏，需要精细的探测和实时的监测技术；再次，地下深部空间具有极端物理、化学、生物和地质环境，可以开展地表温压条件下不可实现的实验，如增重环境与上天的失重环境恰恰相反，极具探索性。所以，地下空间探测与安全利用，包括了城市地下空间、地下含水层和特殊空间三个部分。

地质勘查、工程地质和地铁建设的多年实践，已经开发和运用了不少地下工程技术。但是要想达到董树文所说的三部分的要求，还远远不够。

戴春森根据国际事例研究提出，深部工程的展开，应该走这样的流程：第一是要做探测评价。要搞清地球原始平衡状态、建立多场的3D静态模型，画出基本线。第二是做规划。规划设计要考虑多种影响因素，比如工程叠加后对地质环境的影响、地质环境变化对工程的影响，这些变化随时间的演变过程、对这些演变最终造成灾害的可行性的动态模拟及灾变预测和规划、设计中的规避。第三就是建设使用阶段。这一阶段要进行对变化参数的监测，监测结果要用于校正和更新动态模型，要工程干预消除或延缓灾变演变过程。

将地面建设放到地下，必须杜绝急功近利。

作为地球深部探测首席专家，中国地质大学（北京）教授王成善院士说，在调研中，他产生了两个基本想法。第一个想法是要保证规划第一、安全第一和环境第一。城市地下空间的利用具有不可逆性。地面上建一个建筑，觉得不合适可以炸掉，地下就不行了；地下空间的发展是高成本投入，空间利用先后次序不同，影响的不是一两亿元，而是几十亿元、几百亿元的问题；地下空间受多强制性要素的约束，所谓上天容易入地难，是因为地下是个固体空间，充满了巨大不确定性。

他的第二个想法是地下空间利用规划必须考虑全功能、全深度、全资源和全灾害。他解释道，所谓全功能，是说由于地下空间的特殊性和巨大挑战性，我们一开始做的时候，就要把所有功能都考虑清楚，这种考虑要非常超前。所谓全深度，是指要站在整个世界科技发展的前沿态势来考虑深度问题。所谓全资源，不仅指地下资源，而且指在开发过程中的水、热和废渣石等资源的综合利用。所谓全灾害，是指既要考虑在地下空间利用之前的灾害问题，也要考虑到在开发利用过程之中的灾害问题，还要考虑开发利用之后运行过程中的灾害问题。

 

三

对于中国正在崛起的一批特大乃至超大型城市，解决地下空间的安全利用问题已迫在眉睫。城镇化大举进攻下，满负荷、超载量滋生出形形色色的城市病。一些城市已经开始立体空间发展的探索和实践，也取得了不少实绩。但大部分城市在地下空间利用的规划、法规、管理、技术等方面都还处在起步阶段

 

21世纪初，中国地质调查局开始拓展了一项有重要意义的工作：城市地质。2003~2009年，环渤海、长三角和珠三角启动了上海、北京、杭州、天津、南京、广州6个城市的三维地质调查试点。

南京地调中心研究员程光华告诉记者，三维地质调查试点在多领域采用多种技术手段对城市地质进行了全面、综合、系统的调查。在多个试点城市建立了数据库、三维模型和信息系统，为城市地下空间探测奠定了很好基础。但是调查深度大都以50米以浅为主，以工程地质钻为主，以钻孔为主，没能够很好地解决不确定性和抗干扰性的问题，深度和精度都有很大的局限性。

但是城镇化的大潮完全不能等待。大城市、特大城市、超大城市的交通和各种形式的污染让城市管理者急切寻找另一个空间，在全国各地迅速兴起的地铁建设热，是这种情绪最直接的表现。

成都，一个让人充满安逸生活想象的城市，在2005年之前，它的地下空间建设主要还是在人防工程、地下人行通道、车行下穿隧道、地下停车场这个层面。2005年，地下空间利用问题进入市政府的重要议事日程，该市先后编制了地下空间总体规划纲要（2005~2020）和《成都市中心城区地下空间利用规划》，将商业空间及居民活动空间逐渐往地下拓展。从2010年起，成都市进入了地铁快速发展期。该市规划局有关负责人说，目前，成都已经开通了地铁2号线、4号线1期和地铁3号线1期工程，运营里程达108公里。明年将开通运营4号线2期、10号线1期和7号线。

让他们自豪的还有巧用地下空间建交通隧道、地下停车场、地下综合管廊，以此来舒缓地面老城区压力。比如天府广场地下工程、川大校园内运动场地下工程、川师车辆段与综合基地地下工程等。把地下通道、停车场和地铁综合在一个空间成规模设计施工，既解决了交通拥堵老大难问题，又让历史古建熠熠生辉，让老城旧貌换新颜。

针对地区特点，成都市对地震水文进行认真分析梳理，在规划中重点研究地下公共设施规划布局，在深度上按浅、中、深分层指导，平面上形成分类控制布局。

成都市的热情非常高涨。他们计划要在2020年末，全市地铁运营总里程达到650公里以上，运营达到500公里以上。计划2025年末，全市建成地下综合管廊约500公里，全域成都基本形成区域骨干地下综合管廊网线。

武汉，一个由长江和其支流分为三处、水面面积占整个区域版图面积1/4的江城，地下空间如何利用？这个问题，实在让武汉市政府焦虑。武汉市市委常委、常务副市长龙正才感慨道，武汉这地方，动不动就要修桥，动不动就要修隧道，地上建筑设计力量还算雄厚。但是要论地下，难度就大了。

据武汉市规划部门介绍，该市2007年启动第一轮主城区地下空间利用专题规划，2014年结合地铁城市、海绵城市建设、“三旧”改造以及“十三五”规划等，启动新一轮武汉市地下空间综合利用专项规划编制。按规划，到2020年，武汉主城区地下空间规模要达到达到450万平方米，人均地下空间建筑面积达到6个平方米。

武汉人说，目前他们的地下空间使用最多的还是停车场。自2012年首条地铁通车后，武汉市进入地铁时代。目前已建成2、3、4号线地下轨道，线网总长度达到89公里。但这距离目标还很远。他们的规划是以14条线轨道交通线路，达到60分钟穿越，30分钟达到中心城区的目标。此外，武汉完成了多条水下隧道，其中武汉长江隧道2008年建成使用，是万里长江上第一条穿江隧道。东湖隧道2015年建成，是我国最长承重湖隧道。综合管廊、大型地下商业项目、地下人防设施等都在建设中。今后，他们将进一步拓展过江隧道，谋划地下排水深邃建设。

在管理方面，武汉市出台了《地下空间开发利用管理暂行规定》《轨道交通规划管理办法》等一批地方管理法规，探索了地下土地供应和产权登记，轨道交通安全建设与运营管控途径，开展了全市及重点地区的地下空间综合利用规划。

在对三个大城市的考察中，专家们不约而同地对上海地下空间安全利用的实践和规划思路竖起了大拇指。

上海的常住人口高达2415万，对于地下空间的迫切需求，促使它较早即开始了地下空间的开发。20世纪90年代以来，随着大规模旧城改造和新区建设，特别是地铁建设的大力推进，上海的地下空间开发已经形成一定规模，近几年更是进入快速发展期。

上海市规划和国土资源管理局有关人士介绍说，截至2016年，全市已经建成地下地下工程共有3.6万个，总建筑面积8186万平方米。截至“十二五”末，上海城市轨道交通网络运行线路总数已达14条600多公里，城市轨道交通基本网络已经全面建成。形成了一批多功能、大规模的地下综合体。地下综合交通枢纽和道路为优化城市交通提供了新渠道，结合绿地、广场、公园建成的地下车库缓解了中心城区停车资源紧张的问题。地下市政管线设施已成相当规模，专业管沟和综合管廊建设正在探索和推进阶段。此外，还已建成了一批指挥工程、医疗救护工程、防空专业队工程和大型人员隐蔽部等骨干民防工程。

上海在地下空间利用的管理上也进行了多项探索。比如出台了一系列法规政策，对地下空间安全使用管理和地下空间开发引发地面沉降防治等进行规范。2014年颁布实施的《上海市地下空间规划建设条例》要求，地下空间开发应遵循统筹规划、综合开发、合理利用、安全环保、公共利益优先、地下与地上相协调的原则，并对地下空间实现分层利用。同时，上海还建立了地下空间管理联席会议制度，市住建委牵头、17个部门统筹协调涉及地下空间利用的重大事项。为加强地下地籍管理，上海市还发布了《上海市城市地下空间建设用地审批和房地产登记规定》，分别针对存量单建地下空间、存量结建地下空间和新增地下空间提出了三维宗地构建方法。2013年市政府办公厅转发了《上海市地下建设用地使用权出让规定》，规范了经营型地下建设用地使用权实行出让制度，明确了出让方式，量化了出让价款的确定方法。

早在2003年，上海就在全国率先完成地下空间概念规划，这些年，该市相继出台不少相关规划，已有的规划在不断完善中。2012年出台《上海市城市地下空间开发利用和保护十二五规划》。目前，该市已制定了《上海市城市总体规划2016~2040》并向社会公示。

规划、法律、管理、技术工艺等等方面尽可能到位，上海的探索让人感受到精致用心的国际范儿。

三个城市以自己的方式因地制宜地探索地下空间的安全利用，原因是他们都有共同迫切的需求！

但问题和困难也是显见的，比如：

——规划布局需要有更长远的眼光，需要为未来发展做预留。

——就目前开发的深度和结构而论，尽管不少城市地下交通设施建设规模不小，但开发深度与全球城市相比有差距，轨道交通承担公共交通比重有待提高，地下交通网络化需要完善，地下快速路和地下步行道尚处于起步阶段。

——就管理而言，地下市政公用设施缺乏统一监管。地下空间建设的历史信息缺乏梳理和统筹管理和分享机制。

——在复杂地形上的地下空间利用好还存在技术工艺的难点

——在地下空间利用的法规政策上还有很多问题需要探索规范

——如何在地下空间建设中防灾减灾，保障地面和地下空间的安全，技术和设施需要借鉴全球城市经验，提前做合理有序的开展规划和建设。

11月28日晚，记者在返京的飞机上采访了刚结束调研任务的深地探测协调领导小组成员、中国地质调查局总工程师、地球深部探测中心主任严光生。

“中国城市发展的迅速程度令人震惊，像上海、武汉、成都这样的特大城市对地下空间的需求之大，简直就是迫不及待，而且它们都在加快脚步发展地下设施建设。”这种状态，严光生觉得，有喜有忧。“喜的是大家都意识到了地下空间安全利用的必要性，像上海这样的城市，甚至考虑得更长远，在规划中给后人留下了发展空间，从环保的角度，编制了2030年和2040年的不同规划。忧的是，我们现在对地下空间的了解还并不十分清楚，仓促上阵，肯定不行。还有很多科技难关需要进一步攻克”。下一步，他说，要在今年底前完成总体方案的论证，明年争取将完善好的方案上报国家。