近日，由自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局天然气水合物工程技术中心申报的2项发明专利“一种海域天然气水合物海底甲烷监测系统及方法”和“一种光纤传感系统”，顺利通过国家知识产权局审核并获得授权（专利号：ZL 2017 1 0757658.0和 ZL 2017 1 0758452.X）。

在对天然气水合物海底甲烷的动态监测过程中，锚系潜标系统仅可以获取不同深度的海洋环境参数，而坐底式潜标可实现对海底层位进行原位监测。该系统通过在监测圈上设置多组海底潜标，监测海底甲烷浓度，组成海底甲烷数据矩阵。利用水下控制技术将可测量多个参量的物理和化学传感器集成在一起，对海底天然气水合物成藏区海底边界环境进行长周期原位观测，并可通过水声通信技术将海底环境参数传输回海面监测平台，对水合物开发海底甲烷泄漏进行长周期原位实时监测。该系统可以用于评估天然气水合物开采可能引发的环境影响，为安全有效地使用天然气水合物资源提供科学依据。

光纤传感器作为一类新型传感器，具备抗电磁干扰、灵敏度高、可大规模复用等优势，如水声探测领域所使用的海底阵缆、石油勘探领域的垂直地震剖面检波器阵列等。一般使用差分延时外差（DDH）的信号解调方法将传感器中所包含的外界信息解调出来，但传统的DDH方法所存在的系统价格昂贵，易受环境干扰。该专利通过采用声光调制器，取消前端的MZ干涉仪，不仅降低了成本, 而且能有效消除环境噪声的干扰，显著提高系统的噪声性能，对提升监测精度、稳定信号质量有重要意义。

加拿大岩石圈探测计划

地球内部剖面示意图

前不久，我国启动了地震科技创新工程，拟通过“透明地壳”“解剖地震”等4个地球深部探测计划的实施，在未来10年，大幅提升地震科学研究水平以及防震减灾能力，达到国际先进水平。那么，和世界发达国家相比，在地球深部探测方面我们可以借鉴哪些经验成果？大数据时代地质学家探测地球内部所面临的焦点和难点有哪些？从上个世纪60年代起，随着人类对海洋认识的加深，发展出了划时代的板块构造理论，几乎完美地解释了与海洋有关的地质学问题。所以，人们开始把板块构造理论运用于陆地，也就是板块构造理论的“登陆”。

在研究海洋地质的过程中，科学家广泛采用地球物理学的方法，结合钻井，取得丰硕成果。自然而然地，研究大陆地质学也可以按照这个思路进行。所以，从上个世纪70年代开始，各国相继展开了各式大陆探测计划，极大地完善了大陆地质学理论并取得了良好的经济效益。

美国：大陆反射地震探测计划和地球透镜计划堪称深部探测典范

在上个世纪70年代末，美国率先开始实施了大陆反射地震探测计划。这项计划的研究手段来源于石油勘探技术，通过布设一系列测线，收集人工地震产生的地震波，处理之后就可以得到很多地下地质结构的信息。这个计划取得了很多优良的成果，比如：揭示了美国东海岸阿帕拉契亚山的构造，西部山地的地下结构，尤其在落基山断层之下发现一系列油田。一连串的科学与社会效益，使该计划堪称深部探测的典范。此外，这次探测计划的成果，还引发了其他国家相关计划的出炉。

2001年，美国国家科学基金会、美国地质调查局和美国国家航空航天局，联合发起了一项新的开创性地球探测计划——地球透镜计划。该计划是一项全新的具有风险性的地学探索工作，主要分为四项内容：

第一项是建立一个由2000个地震观测点构成规则的流动测网，轮流进行地震观测，实时采集数据，用来研究地幔乃至深达近3000公里的地核和地幔边界的情况。另外，还可以用来监测火山和地震活动，进行灾害预测。

第二项是建立圣安德列斯断裂深部观测站。圣安德列斯断裂是地球上最活跃的断层之一，穿过美国经济发达、人口密集的西海岸，研究程度很高，危险性也很大。项目将在断层带上取出了40米的岩芯供科学研究，并在深部建立了一个观测站，进行长期的观测研究。

第三项是板块边界观测站，利用GPS和应变测量仪，对太平洋板块和北美板块的相互运动进行连续观测，以研究地震和火山造成的地壳缓慢变形，增强预报的准确性。

第四项是合成孔径干涉雷达，可以用于火山和地震灾害的研究，还可以提供因地下水和石油的开采造成的地面沉降信息等。美国的地球透镜计划在2003年由国会批准实施，为期15年（2003年~2018年），预计投资超过200亿美元。

英国：反射地震计划揭示地球霸主恐龙灭绝猜想

英国反射地震计划开始于1981年，探测范围覆盖英伦三岛及附近大陆架，揭示了这一地区地壳和地幔的结构特征，并得益于反射地震计划帮助，成功发现了储量约47亿吨的北海油田。

而让人意想不到的是，该计划发展的地球探测新技术，在寻求恐龙灭绝成因方面发挥了很大的作用。我们知道在6500万年前的白垩纪末期，地球霸主恐龙突然灭绝，一种猜想是有一颗直径至少10公里的陨石与地球相撞，导致全球气候大变，恐龙灭绝。

但这么大一颗陨石与地球相撞，必定要留下一个巨大的陨石坑，那么它在哪儿呢？早期的科学家通过对墨西哥湾地区岩石学的研究发现，这里可能存在一个巨大的陨石坑，但它到底是什么形状，有多大，一直是个谜。因为这里大部分地区都是在海下的，难于观察。所以，在1996年的1月~5月间，该计划的科学家联合美国、墨西哥的地质学家对墨西哥湾地区进行了详细地探测，最终确定了这里存在一个巨大的陨石坑，直径大约100公里，为恐龙灭绝这一科学问题的研究补上了重要的一环。

加拿大：岩石圈探测计划为矿业勘探和开采提供详细信息

加拿大岩石圈探测计划(1984年~2003年）是加拿大国家级多学科合作的地球科学研究项目，目的是综合了解北美大陆北半部的大陆演化。加拿大地区本身地质演化历史久远，超过40亿年，这让加拿大成为研究地球大陆早期历史及后续演化最理想的国家。

在漫长的历史中，大陆经历了怎样的变化，都有哪些地质过程，大陆的组成是怎样的，这些问题不仅对加拿大，更是对全球的地质学研究都有着重要的意义。另外，加拿大矿产资源丰富，矿业是本国的支柱产业之一，探明地下的矿产分布及储量，更是对本国的经济发展具有重要意义。所以，加拿大岩石圈探测计划从一开始就具有科学和社会的双重目标。

从1984年开始，参与该研究的750多名作者发表了近2000篇著作，详细阐述了加拿大本土大陆的演化特点，绘制详细的岩石圈剖面，尤其注重对矿业开发区的探测，为矿业勘探和开采提供更详细的信息。

所有这些，不仅显著提高了加拿大大陆地质学的研究水平，而且极大地促进了本国矿业发展，丰富的成矿信息增强了矿业公司投资的信心。

澳大利亚：“玻璃地球”计划的目标是人眼能看到地下构造、岩层、矿产甚至灾害

矿产资源大国澳大利亚被誉为“坐在矿车上的国家”，为了解决未来的资源问题，1999年该国提出了“玻璃地球”计划。所谓的“玻璃地球”，顾名思义，就是让地球像玻璃一样透明，让人一眼就能看到地下的构造、岩层、矿产甚至灾害。有学者称之为“透明地球”或“水晶地球”，在一个国家范围内则被称为“玻璃国土”，指通过多种地质手段获取海量数据，建立全球性、多尺度、数字化的地质模型，可供我们查询和分析，然后据此作出正确合理的决策。澳大利亚“玻璃地球”的思想理念一经提出，就吸引了世界各国纷纷效仿，开始投入大量资金进行实施。

“玻璃地球”计划的目标是：使澳大利亚大陆地表以下1000米深度以内的地质状况变得透明。要实现这一目标，需要大量的地质勘探、地球物理勘探和地球化学勘探工作，如：新的钻探技术、航空重力梯度测量、航空电磁法、地球化学填图、同位素跟踪、地下水化学研究等。该计划提出之后被正式列入澳大利亚的国家预算，并开始实施。遗憾的是，2003年因多种原因而被迫终止。

欧洲：深部探测计划促进了科学研究的跨国界合作

从1981年起，受美国深部探测计划的影响，欧洲各国随后也展开了自己宏大的计划。

欧洲深部探测计划(1981年~2001年）旨在实施新一代的重大项目，更好地了解欧洲大陆地壳和地幔的构造演化，以及一直以来控制整个演化的动力学过程。欧洲探测计划挑选9个目标区域进行重点研究，每个区域都由高度自治的研究团队负责，所有的团队都致力于运用地质学、地球化学、地球物理学相结合的方法，了解地球表层和深层的关系，解释形成欧洲大陆岩石圈主要特征的过程。

在本计划实施的20年间，有30多个国家，上千名地质学家参与，从俄罗斯的乌拉尔山到葡萄牙里斯本，从土耳其到瑞典，地质学家对欧洲的主要地质结构进行了系统的研究，硕果累累，加深了人们对欧洲大陆深部构造和地质学过程的认识，同时也极大促进了科学研究的跨国界合作。

◆相关链接

瑞士地壳探测计划：主要是通过地球物理和地质联合的方法探测瑞士阿尔卑斯山脉的深部结构，深部探测的数据主要采集于1986～1993年之间,研究成果合理解释了瑞士阿尔卑斯山的构造演化：一个温度相对较冷的“山根”快速插入到20公里以下的下地幔,结果导致了大陆的碰撞；高密度球状“山根”导致阿尔卑斯山中部快速隆起及波河盆地下沉的大陆动力学模型。加上欧洲各国联合开展的欧洲探测计划，共同揭示了欧洲大陆与非洲大陆碰撞带的精细结构,为发展碰撞造山理论、薄皮构造理论奠定了基础。

德国大陆反射地震计划：通过接收、处理和解释地球物理数据，取得了对欧洲深部地质结构的新认识。深地震反射揭示了岩石圈不同尺度的各向异性和下地壳的“鳄鱼嘴”构造，一些反射联合剖面揭示了陆内盆地的演化,显示了下地壳减薄和岩浆初始阶段的证据。

意大利深地壳反射计划：由意大利国家研究委员会资助，主要目标是通过深地震反射技术研究意大利主要造山带的地壳结构及动力学演化过程。项目起始于20世纪80年代,形成了覆盖意大利半岛及周边海域的地震剖面网。

俄罗斯深部探测计划：以折射地震技术和大地电磁技术为主，这在国际上是唯一的也是非常超前的。俄罗斯是世界上最早开展深部探测的国家之一，其中科拉半岛科学钻深度超过1.2万米,成为世界上最深的钻孔。科拉超深钻改变了地球物理探测解释的许多深部现象，研究成果形成了适时的成矿地质体定位的深部地质—地球物理和地球动力学标尺和俄罗斯境内各种矿产资源多参数成矿预测分析的数据库。

◆延伸阅读

“透视”地球正变为现实

在上述国家的研究计划中，所采用的主要方法是地震反射技术，它是一种精度很高的地球物理勘探方法，主要利用人工爆炸、冲击或其他振动源产生地震波，然后在地表或井中用检波器将其接收并对其进行处理和解释，便可以分析判断地层界面、岩土性质和地质构造等。

目前，美国、俄罗斯、英国、意大利等国都在积极推动“穿透地壳”深反射地震剖面的工作。根据三维可视化地质信息与服务系统，只要按要求在电脑上输入相应的指令，研究区域的主要地层、地下构造、地热、地下水等三维仿真模型即可直观地展现在眼前。如果想知道哪里有断裂，哪里有地热和温泉，哪里赋存着丰富的地下水资源，都可以在系统上清楚地查询。

未来世界各国的“玻璃地球”计划将会从局部的三维地质模型向全国范围发展，我国的发展方向将会更多地向实用化转变，在规划、国土、环保、水务、市政、建设、农业等多个领域更多地发挥管理和决策的作用。

目前，虽然实现全球范围的“透明化”尚需要很长的时间，但随着人类探索地球奥秘的步伐不停，大数据时代呈现“看不见”的地球内部将一直是未来地球科学研究的方向。

①向海里投放探测器

②深海探测

③观测数据

6月，一场台风从广西壮族自治区北海市登陆，携风带雨，直扫陆地。天一放晴，中国地质调查局武汉地质调查中心统领广西壮族自治区海洋地质调查院、广西地球物理勘察院和广西水文地质工程地质队三家单位，分别在陆上和海上联动开工，紧锣密鼓地进行“北海海岸带陆海统筹综合地质调查”项目（以下简称陆海统筹）。

该项目是中国地质调查局海岸带综合地质调查工程首次在广西部署的陆海统筹地质调查工作，由中国地质调查局武汉地质调查中心承担，以北海海岸带陆海统筹综合地质调查项目为试点，创建南方陆海统筹地质调查工作示范基地，统领广西海岸带地质调查工作。广西地矿局三家单位也是首次参与陆海统筹工作。该项目取得的新探索和新成果，将为引领下一步陆海统筹工作取得新进展、开拓新天地奠定基础。

新观念——转变以陆看海、以陆定海的旧思路

建设海洋强国，是中国特色社会主义事业的重要组成部分。1999年以来，中国地质调查局在海岸带地区累计投入资金20多亿元，开展了大量水工环地质、海洋地质、地质资源、水土环境、地质灾害等调查工作，探索形成了一套海岸带地质调查工作经验和技术方法。

据陆海统筹项目负责人、中国地质调查局武汉地质调查中心齐信博士介绍，为了深入贯彻党的十九大以来中央关于海洋强国建设的一系列重大决策部署，落实自然资源部新职能对地质调查工作新要求，中国地质调查局坚持问题导向，聚焦重大需求，提出“陆海统筹、以陆促海、以北带南”的工作方针，统一部署开展海岸带多门类自然资源综合调查评价、陆海统筹综合地质调查和地球多圈层交互作用研究。坚持“陆海统筹、以陆促海、以北带南”的工作方针，打破了原来陆域地质调查不下海，海洋地质调查不上岸的局面，统筹陆域地质调查和海洋地质调查两方面的工作。

新观念落地得有承接的载体，中国地质调查局武汉地质调查中心将目光转向北海。2017年4月19日，习近平总书记在广西壮族自治区北海市视察时指出，北海具有古代海上丝绸之路的历史底蕴，现在要发挥好区位优势，打造好向海经济，建设好海洋湿地生态功能区，保护好生物多样性，写好新世纪海上丝路新篇章。北海市位于广西北部湾畔，面向东南亚，背靠大西南，是西南出海大通道的重要出海口。而发挥好建设海上丝绸之路的先天优势，离不开地质勘查的支撑作用，特别是陆海统筹工作。

齐信说，坚持陆海统筹，关键是要转变以陆看海、以陆定海的传统观念。作为城市发展主战场的海岸带地区，由于以往陆域和海域地质调查工作的相互独立，导致陆域和海域工作的支撑服务能力不平衡，无法满足现今经济社会发展的需求。“本次调查统筹陆域和海域地质调查工作，在传统地质调查工作技术方法的基础上，利用遥感、航空物探、海域物探等多种新技术方法，完成陆海地质调查工作的无缝对接，探索南方陆海统筹地质调查工作的思路和技术方法，引领南方海岸带地质调查工作。”

新挑战——多措并举攻坚克难

海岸带即陆海统筹区域是人类活动最为频繁和最为强烈的地区，陆海统筹区域复杂环境和多源影响因素，都对地质调查工作提出新的挑战。此次陆海统筹工作区域分为陆域和海域两部分，广西地球物理勘察院、广西水文地质工程地质队分别负责陆域部分物探和陆域钻探工作，广西海洋地质调查院负责海域物探和海域钻探工作。

参与该项目海域部分的项目负责雷建平介绍，在该项目中海调院主要承担海域物探、海域浅钻、系列图集编制等任务，其中，海域物探工作主要使用的调查手段包括浅地层剖面、单波束测深、侧扫声纳以及单道地震。依靠海域浅钻及海域物探工作共同构建海域浅部地层三维地质结构模型。其中海域浅钻是点，为海域物探工作提供基础的地质信息；海域物探工作是线，根据浅钻的结果，通过技术人员的解译，将浅钻的结果扩大到每一条物探剖面上；再通过三维地质模型软件，将每条物探剖面上表示相同地质层位信息的线扩充成面，即得到了相应的地质层位在海域的展布情况；最后将这些面按其真实埋深情况组合起来，就得到了海域浅部地层的三维地质结构。“该模型将在支撑北海市城市发展建设、支撑北海市海岸带产业布局和重大工程规划建设、地质资料社会化服务等方面发挥重要作用。”

这次项目的调查区位置是以往工作鲜有涉及的。雷建平说，为了保质保量完成此次项目的海域物探工作，在施工之前，技术人员根据潮位变化及天气情况设计施工路线，争取做到有的放矢，提高施工效率；在施工过程中，针对工区的位置调整相应仪器的工作参数，提高采集数据的质量。

该项目陆域部分物探项目负责人、广西地球物理勘察院的莫亚军说：“2018年我们的目标任务是在充分收集研究前人地、物、化、遥、钻等地质成果资料的基础上，以陆域100米、海域50米以浅为主要勘探深度，通过开展浅层地震、水上地震及微动探测等物探工作，查明北海地区陆、海域目标深度范围内的地质结构、活动构造、地质灾害、地下空间、地质资源等特征；结合同步开展的其他城市地质工作，系统开展城市地壳稳定性、城市地质资源、地下空间资源、地质环境与灾害等综合地质评价，进行城市地质调查工作方法技术总结，为北海地区地下空间资源利用、城市规划建设、城市安全性及重大工程建设等工作提供地质科学支撑，更为我国其他沿海地区开展城市地质调查工作提供示范。

据项目陆域部分物探项目组长李叶飞介绍，本次物探工作处于北海市区及铁山港区，由于在市区作业，要考虑到车流量并涉及封路的问题，为此项目组积极与有关部门沟通，在人流及车流量较大的地段，如十字路口、较难封路的地段，采取晚上进行测量；在横穿马路地段，使用减速带保护电缆及检波器。

他还介绍了一种微动探测新技术。该方法是利用拾震器在地表接收各个方向的来波，通过空间自相关法提取其瑞雷面波频散曲线，经反演获取S波速度结构的地球物理探测方法。“这个方法不受电磁及噪声干扰影响，探测深度大，在城市里进行地质调查较其他方法具有一定优势。”

新体系——致力新探索取得新成果

此次陆海统筹工作不仅观念新、工作方法和技术手段新，在系统探索上正在形成一套新成果，即“114体系”——1个创新工作机制，构建中央—地方协作推进城市地质工作机制；1个平台，建立北海市城市地质信息共享服务与决策支持平台；4项重点任务，北海市地下空间综合地质调查评价与监测、重大工程规划建设区工程地质调查评价与监测、海岸带生态环境综合地质调查评价与监测和涠洲岛资源环境承载能力调查评价与监测。

齐信说，构建中央—地方协作推进城市地质工作机制就是推动中央与地方城市地质工作的协调联动，建立中央示范引领、地方政府主导的城市地质联合工作机制，保障城市地质调查工作的顺利开展和有效服务。“我们将相继出台《北海市城市地质调查协调推进工作方案》《北海市关于规范地质信息数据共享、验收、汇交工作的指导意见》《北海市地质信息资料管理办法细则》。”

“以全面支撑服务北海城市建设发展为核心，构建北海市城市地质信息共享服务与决策支持平台，通过该平台，可整合多方优势信息资源，统一资料集成标准，融合多要素立体式内容，共享信息资源成果，服务于北海城市规划、建设、运行和管理的全过程。”齐信博士介绍，该平台的建构包括技术标准研制、构建地质信息共享服务与决策支持平台的顶层设计、城市核心区试点运行示范等。

齐信说，通过推进四个区域综合地质调查，即北海市地下空间、重大工程规划建设区、海岸带、特色海岛调查评价与监测，瞄准北海城市地下空间资源探测与安全利用，重大工程建设，海岸带生态环境保护，特色海岛可持续发展四大需求，构建城市多要素三维地质结构及综合评价体系，查明地下空间等资源和环境条件，影响重大工程安全稳定的关键地质问题，北海市重要生态功能区的地质环境条件和环境地质问题，旅游重点开发的涠洲岛资源环境承载能力状况，为北海市社会经济发展提供科技支撑。

“在‘114体系’的驱动下，项目将取得一系列成果。在调查专业成果方面，包括形成北海市多要素城市地质调查成果图件和海岸带陆海统筹地质调查成果图件；在专题成果方面，将推进北海市多要素三维地质结构模型及决策支持平台建设、北海市地下空间资源探测与评价、鲤鱼地水库—冯家江生态地质调查评价与监测等成果；在应用性成果报告方面，将提出地下空间开发利用建议、铁山港第二跨海通道比选方案建议、鲤鱼地水库—冯家江生态修复建议、大风江—高德段滨海公路规划建议等。”齐信表示，项目成果的最终意义在于创建南方陆海统筹地质调查工作示范基地和多要素城市地质调查示范城市，建立地质调查服务城市管理的技术方法体系和协作推进工作机制，支撑服务多门类自然资源资产管理体制改革，为北海市的建设和发展提供决策服务。

该项目探索海岸带地质调查物探技术方法，将为我国其他沿海地区开展城市地质调查工作提供示范。同时该项目是广西乃至南方第一座城市系统进行的城市地质调查，对整个南方滨海城市意义深远。

陆海统筹项目作为南方地区首次开展陆海统筹工作，必将引领项目参与单位向海开拓广阔天地，为我国实现向海图强的目标提供坚实的地质工作服务支撑。