地球是一个直径为6000多千米的实心球体，从地面到地球中心的距离比从北京到海南岛2倍的距离还要远。地球由地壳、地幔、地核三部分构成，整个结构就犹如一颗半熟的鸡蛋：蛋壳好比地球的地壳，其物质状态为固态；蛋白好比地球的地幔；蛋黄好比地球的地核，物质状态为液态。地表以下平均每100米温度升高约3℃。科学家研究显示：地核与地幔边界的温度大约为3700℃，而地核内部温度可能高达5000℃，几乎与太阳表面一样炽热。因此，地球内部蕴藏着惊人的热量，其中一部分地热资源便以干热岩的形式埋藏于其中。

一、干热岩是什么？

早期，干热岩通常是指温度高于200℃，埋藏于距地面2000米以下的无裂隙的岩体，主要是各种变质岩或结晶岩类岩体。伴随着干热岩勘测和开发的深入，干热岩的概念有了更为广泛的外延。只要岩体温度高，埋藏深度合理，内含流体较少（或不含流体），能用各种技术手段提取其中的热量，均可称为干热岩。

干热岩属于地热资源的一种，被誉为“来自地球母亲的温暖”。地热资源是一种来自地球内部的热能资源，温泉便是我们日常生活中最熟悉的地热资源。关于地热的来源，有多种假说。一种假说认为，地热主要来源于地球内部放射性元素衰变释放出的热能。还有一种假说认为，地热来源于地球自转产生的旋转能以及化学反应、岩矿结晶释放的热能。而在地球的发展演化过程中，产生的热能总量超过地球散逸的热能，巨大的地热能便储存于地球内部，等待人们去开发。

相比当前已开发利用的各类能源，干热岩具有无可比拟的优势。与煤炭、石油和天然气等传统化石能源相比，干热岩是一种清洁的可再生能源，不会产生污染环境的有害物质。与太阳能、风能、核能等新能源相比，干热岩的稳定性好，不受季节气候昼夜条件的限制。此外，干热岩的成本低，干热岩发电的成本仅为风力发电的一半，只有太阳能发电的十分之一，和煤炭发电的成本相当。

干热岩是无处不在的资源，分布几乎遍及全球，从理论上说，随着地球向深部的地热增温，任何地区达到一定深度都可以开发出干热岩，因此干热岩又被称为是无处不在的资源。但就现阶段来看，由于技术和手段等限制，干热岩资源专指埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体。因此，当前的干热岩开发更多地着眼于这些地区，它们位于全球板块或构造地体的边缘，构造活动剧烈，是地球释放内部能量的主要区域，地热资源十分丰富。

我国干热岩分布广泛，特别是东北地区、华北平原、东南沿海地区、西北地区均具有丰富的干热岩资源，具有很大的开发潜力。以高温干热岩体的发现地青海共和盆地为例，其干热岩理论资源量折合标准煤6303.05亿吨，以其2%作为可开采资源量计算，折合的标准煤是中国2016年能源消耗的3倍。

干热岩不但储量丰富，还可以循环利用。开发干热岩时，加热产生水蒸气的过程会使岩石温度降低，但地心的炽热岩浆会重新加热这些岩石，从而实现干热岩的周期性循环利用。

二、“石头”也可发出电来？

目前，人们对干热岩的开发利用，主要集中在干热岩发电。干热岩开发利用的核心是建立增强型地热系统（EGS工程）。首先从地表往干热岩体中打一眼井（注水井），将井口封闭后，注入高压清水，此时井底能够产生非常高的压力，该压力足以将致密的岩石压裂形成复杂缝网，或将岩体中的天然裂隙扩张形成更大的裂缝；随着清水的不断注入，裂缝不断增加、扩大，并相互连通，最终形成一个体积庞大的人工热储（类似一个巨大的鸟窝）。在距注水井合理的位置再钻几眼采出井，通过控制井眼轨迹，使采出井能够贯穿压裂缝网。整个EGS工程，通过注水井（回灌井）将低温水注入到人工产生的、张开且连通的缝网中，低温水与高温岩体接触被加热，然后通过采出井便将岩石裂隙中的高温水、汽提取到地面，取出的水、汽温度可达150～200℃，通过热交换及地面循环装置用于发电，冷却后的水再次通过高压泵注入地下热交换系统循环使用。整个过程都是在一个封闭的系统内进行。

以法国东部阿尔萨斯地区的一座干热岩发电站为例，工作人员在这里钻了三眼深井，一直钻到地表5000米以下的基岩中。发电时，用水泵以每秒100升的速度从中间的注水井向地下灌冷水，这些冷水被干热岩加热成约200℃高温的水蒸气，从另外两眼生产井抽出地面，送入一个热交换器，并在热交换器中驱动涡轮机发电。整个转换过程消耗的总电量，只相当于发电站发电量的20%。

增强型地热系统的开发和利用主要是建造两个子系统：地下人工储层和地面发电系统，二者都需要多项技术的运用和集成。其中，创建地下人工储层是目前研究的焦点。

三、我国干热岩勘查开发现状

我国干热岩资源潜力巨大，开发前景广阔，是极具潜力的战略能源，但是我国干热岩勘查与开发起步晚，在干热岩形成机制、分布情况、热储特征、评价方法、勘查开发技术等领域仍存在较多尚未解决的问题。

为推动我国干热岩勘查开发，2013年以来，中国地质调查局先后在东南沿海地区、松辽平原地区、华北地区和青藏高原等重点地区实施了干热岩勘查。2014年，中国地质调查局与原青海省国土资源厅共同组织实施的青海共和盆地干热岩勘查钻获干热岩，填补了我国一直没有勘查发现干热岩资源的空白。2017年5月在共和县恰卜恰镇完井的GR1干热岩勘探孔再获温度新高，取得了一批重要成果，为我国进一步开展干热岩勘查开发研究打下了重要基础。在此基础上，中国地质调查局围绕国家清洁能源需求，加大力度在青海共和推进干热岩资源的试验性开发。

干热岩开发利用的技术原理虽然简单，但实际应用过程中仍存在大量的技术性难题，例如在干热岩中钻井，对钻杆、钻头的寿命以及具有“钻井血液”之称的泥浆稳定性都是极大的挑战；而地层中含有大量的矿物质，在干热岩开发中，被气化的矿物质会重新在井壁结垢，类似血管中的“血栓”，沉积时间一久很容易将开采通道堵死。面对众多的技术性难题，科研人员唯有加快技术探索的步伐，才能在这场国际能源竞赛中拔得头筹！

（作者单位：自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所）

日前，由中国地质调查局青岛海洋地质研究所自主研发的全球海洋地质信息服务系统在“地质云”业务网正式上线服务，面向用户提供全球尺度海洋地质数据资源信息，为我国科学家更高效地开展海洋地质科学研究和管理人员进行境外工作战略部署提供支撑。

全球海洋地质信息服务系统以全球海洋地质信息库为依托，在线提供了海洋基础地质、海洋地球物理、海洋地球化学、海洋油气、天然气水合物、海洋固体矿产、海洋水文、海洋灾害、大洋钻探和海洋调查工作程度等12大主题的59项数据服务，覆盖全球-区域-局部三个尺度，数据记录超过1000万条。其中还从聚焦应用角度出发，提供专题性产品，如海洋油气勘探专题提供了与油气勘探相关的工作程度、资源分布、勘探形势、研究报告、常用网站等多样化信息。通过三维球体、二维平面、空间查询、属性查询、可控动态化展示和动态模拟等功能，实现了全球尺度海洋、地质空间数据的二三维可视化表达和信息检索。

全球海洋地质信息服务系统是基于Cesium开源引擎研发的一款B/S架构的应用软件，可快速集成多源异构空间数据，实现核心地理空间服务。

图1 全球海洋地质信息服务系统集成上云服务

日前，自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所在海洋地质三维可视化系统和科研项目成果汇报服务支撑系统研发方面取得创新成果，经国家版权局受理登记，获得计算机软件著作权证书两项。证书号为软著登字第3034743号和软著登字第3033271号。 

据了解，海洋地质三维可视化系统采用三维立体展示技术，首次实现了海洋地质数据在三维地球体上的立体化表达。系统设置地层分布特征、基础地质调查、海洋灾害、海洋地质、海底地形地貌等八个模块，实现了海底地质体剖切、三维空间量算、海岸带灾害模拟、地理实体属性查询等功能，以一种新颖、直观的方式提升了人们对海洋地质数据的认识。

科研项目成果汇报服务支撑系统以服务成果汇报而设计研发。系统功能简便、易用，界面简洁、直观，能够实现对成果报告、成果图件和调查数据的快速组织和管理，同时满足对文字、图件、表格和xml文档等多种文件类型数据的快速展示，极大提升了项目成果组织和汇报的效率。 

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。

蓝色地球仪上，一条名为“赤道”的红线将球体分为南半球和北半球。然而，在无边无涯的大洋中，在闪着耀眼光斑的波浪中，这条线究竟在哪里？我们真的即将穿越赤道？中国地质调查局广州海洋地质调查局“海洋六号”船离开夏威夷港口起，每个人几乎都在好奇中等待着那一刻。

坐船在太平洋上穿越赤道，即便对很多“老大洋”来说，也不是常有的机会。以“海洋六号”为例，全船61人，仅有首席科学家邓希光和科考队员姚会强、张学华、王海峰、吕文超有此经历。

“这次海洋六号首次跨越赤道来到南半球，主要是想了解深海资源的分布特征。”邓希光告诉记者，“海洋六号”已经在西太平洋开展过三个航次的深海资源调查，而这次驶进南半球，恰好可以比较不同构造环境下，深海资源的成因、特征、分布之异同。根据已经掌握的调查资料，此次南半球的深海资源调查大有可为。

当地时间11月16日晚，船离开夏威夷，便一直往东太平洋方向行驶。三四天风浪过后，大海开始展现它温婉多情的一面。“再过两天，就要越过赤道了。”船长蓝明华给大家吃了定心丸。

为了确保如期越过赤道，尽早抵达作业海区，甲板部和轮机部的小伙子们打起十二分精神24小时轮岗作战。

先尽情想象一下：来到五层驾驶台，坐在气派的大班椅上，手握罗盘，从宽阔的玻璃台面向外望去，“征服新世界”的豪情油然而生。然而，镜头下的真实画面却是——前几日，八级风浪如影相随，将船高高扬起又重重放下，“海六”跳起了华尔兹，驾驶台所在的五楼位于船的制高点，一波又一波浪袭来，那滋味简直“酸爽”了得。

机舱的每一个角落，从一层到五层，从船头到船尾，都是轮机部的工作范围。他们就像身着橙衣的“啄木鸟”，这里听听，那里查查，穿梭在船上的各个机器之间，为“海六”提供最可信赖的保障。

“预计后天下午，我们的船就要穿过赤道了！”当地时间11月21日，“海六”临时党委书记孙雁鸣在晚餐时不经意地“走漏风声”。“哇！”餐厅立即沸腾了，为更好地见证这个神奇的时刻，大伙儿你一言我一语，争相出谋划策。

23日15时，广播响起：“请不值班的全体成员到五层飞机平台集合”。大家身着黄色或蓝色T恤，每个人都抑制不住兴奋的表情，向五楼汇去。

时间定格在15:15，GPS的数据显示“00：00：000”，“海六”正在跨越赤道！虽然大伙儿看不到那根所谓的“分界线”，但无一例外都被彻底点燃了。宽阔的飞机平台上，年轻的小伙子和姑娘们笑着自拍或合影，资深的科学家或船员们也忍不住相互打趣，笑声、喊声、惊叹声，乘着海风向云朵深处飘去。

这一边，为了庆祝这个激动人心的时刻，“海六”的传统节目——飞镖大赛，再次隆重登场。“十环十环十环！”“哇！厉害！”“哦，再来！”，在不绝于耳的加油声中，大家尽情地笑闹着，享受这难得的轻松时刻。

那一边，大伙儿小心翼翼地将写着各自心愿的纸条，叠成不同形状，塞进小小的漂流瓶中。晶莹剔透的玻璃瓶中，安静地躺着绿色的小船、红色的千纸鹤、黄色的星星，还有几个90后的微信二维码……那些愿望，或有关祖国乃至全世界，或是一个小小家庭的梦想，又或者仅仅只和某个人有关。凉爽的海风拂过耳畔，一条优美的弧线划过，漂流瓶悄无声息地跳进浪花中。

南半球，我们来了！

那一刻，恍惚间我仿佛看到了一位十二、三岁的少年，站立船头，划桨入海。哗，哗，哗，穿越赤道……

海洋六号首次穿越赤道合影纪念 

海洋六号科考队员投放漂流瓶

3月25-26日，自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所负责的数字海洋地质工程，在青岛召开2019年工作部署与交流会。会议按照局党组提出的“‘地质云’、大数据和智能化”三个方面要求，着手开展“三位一体”信息化建设，部署了2019年度海洋地质信息化建设工作的主要内容。

据工程首席魏合龙研究员介绍，2019年数字海洋地质工程将紧紧围绕“‘地质云’、大数据和智能化”三个方面持续推进海洋地质信息化建设：一是强化“地质云”应用与服务，梳理2019年度“地质云”青岛海洋所节点共享数据和服务产品清单，明确数据共享和产品发布的时间节点，持续推动海洋地质信息网信息服务，着手制定“地质云”青岛海洋所节点信息化建设考评办法。二是开展大数据管理与应用探索，借助大数据技术开展全球海洋地质信息库建设，研发基于三维球体的全球海洋地质信息展示系统，扩展和完善海洋地质调查实时监测体系。三是推进地调业务管理和应用智能化，研制海洋地质调查全流程信息化支持系统和多元数据源文件索引提取入库系统，支撑海洋地质调查全流程信息化；研制海洋地质调查综合管理系统，提升地调业务管理水平；研制海岸线智能提取系统和海洋微体古生物智能识别系统，提升工作效率。

自然资源部中国地质调查局基础调查部、青岛海洋所、广州海洋地质调查局及相关单位信息化建设人员参加了会议。