中美地學(xué)合作研究在青藏高原結(jié)碩果

文/汪?。ㄖ袊侵迒栴}研究會）

青藏高原及其影響區(qū)約占中國國土面積的三分之一，它形成時代新，且在繼續(xù)活動，高原隆升幅度高(平均海拔4500米)，地震活動頻繁。青藏高原隆升隔斷了南邊印度洋的暖濕空氣，造成中國廣大西部地區(qū)的沙漠化。喜馬拉雅山坡的不同高度上，不同類型動植物放任天足自由活潑的成長，成為研究生態(tài)變遷與生態(tài)平衡的“自然博物館”。

要加速西藏、青海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，需要從理論上進(jìn)一步揭示中國地震發(fā)生規(guī)律、火山活動、氣候變化、地質(zhì)環(huán)境變遷，以及探討能源、礦產(chǎn)資源的形成和分布，這些都需要對青藏高原展開進(jìn)一步的地學(xué)研究。

新中國成立后，中國政府在青藏高原地學(xué)研究中先后投入了大量人力、資金，開展調(diào)查研究工作，大批的地學(xué)家對它進(jìn)行了廣泛的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、大地測量、鉆探工程等多學(xué)科結(jié)合的綜合研究，取得了一批有意義的成果。$

青藏高原以至整個中國地質(zhì)構(gòu)造多樣，有許多世界其它地方?jīng)]有的特點，研究地學(xué)必須研究中國，研究中國既是中國的需要，也是世界地學(xué)發(fā)展的需要，在改革開放的新形勢下，中國地學(xué)家與外國同行開展了一系列合作研究，合作的熱點之一就是青藏高原的大陸動力學(xué)研究。

對喜馬拉雅造山帶和青藏高原的研究，在歐洲有法國、德國、瑞士，北美有美國、加拿大，南亞有印度、尼泊爾，東亞有中國，各研究中心之間既合作又進(jìn)行著激烈的科學(xué)競爭，從而深化了人們對喜馬拉雅山和青藏高原的認(rèn)識。$

20世紀(jì)80年代初，以寬角反射為基礎(chǔ)的中法合作青藏高原地學(xué)項目啟動，中方投入了約300萬美元資金，上世紀(jì)80年代在青藏高原的中法合作地學(xué)研究，使海外地學(xué)界看到，中國政府是重視基礎(chǔ)研究、重視和國際地學(xué)界合作的，當(dāng)時美國的科學(xué)家也非常希望加強(qiáng)與中國地學(xué)家的交流與合作。1984年中法聯(lián)合在成都召開“地殼和上地幔構(gòu)造演化”國際研究討會時，美國錫拉丘茲大學(xué)地學(xué)家多爾·內(nèi)爾森與會，積極活動，探討中美合作開展青藏高原深反射地震試驗的途徑。隨后，他訪問了西藏。$

美國地質(zhì)學(xué)界十分重視喜馬拉雅山和青藏高原的研究，早在1979年曾組織國際板塊代表團(tuán)考察了西藏，并提出在西藏開展深反射地震試驗及地質(zhì)和地球化學(xué)研究的建議；進(jìn)入20世紀(jì)90年代，中美雙方積極推動關(guān)于喜馬拉雅山和青藏高原的合作研究。1991年10月18日，中美地學(xué)家雙方簽訂了“喜馬拉雅和青藏高原深地震反射剖面可行性試驗”協(xié)議，中方由中國地質(zhì)科學(xué)院科學(xué)家趙文津簽字，美方由錫拉丘茲大學(xué)多爾·內(nèi)爾森、康奈爾大學(xué)拉里·布朗教授和哥倫比亞大學(xué)教授郭宗汾3人簽字，該項目也稱“國際喜馬拉雅和青藏高原深剖面及綜合研究”，英文簡稱INDEPTH。該項目總體研究目標(biāo)是查明高原各個造山帶和地體的結(jié)構(gòu)特點，闡明發(fā)生的構(gòu)造作用，探討有關(guān)造山帶的形成和高原隆升過程以及大陸物質(zhì)的深部遷移，并進(jìn)一步探討對資源生成、環(huán)境變遷的影響。美國國家科學(xué)基金會對該項目給予了資助。中國地礦部、中國自然科學(xué)基金會均向該項目提供了資助。西藏自治區(qū)各級政府均對項目開展提供了大力支持，開放邊境地帶使該項目順利地開展起來。

1992年5月起開展了INDEPTH第一階段工作，300名工程技術(shù)人員、上百輛車，浩浩蕩蕩開入藏南特提斯喜馬拉雅地區(qū)，進(jìn)行“深反射方法探測深部結(jié)構(gòu)構(gòu)造”的可行性試驗。他們當(dāng)中有20余名美國地學(xué)工作者，他們工作熱情高，研究思路有值得中方借鑒之處。

INDEPTH第一階段野外工作共完成了100公里的剖面試驗。1993年進(jìn)入室內(nèi)研究階段。同年12月，英國《自然》雜志發(fā)表中方首席科學(xué)家趙文津、多爾·內(nèi)爾森等人的論文“深地震反射提供的印度大陸向藏南下面俯沖的證據(jù)”。$

在INDEPTH項目開展過程中，中方建立了自己的深部資料處理中心，中美雙方先分別處理資料，然后進(jìn)行交流討論，找出雙方的優(yōu)缺點，再作進(jìn)一步處理、改進(jìn)。中美雙方在野外數(shù)據(jù)采集、超深地震資料處理、在地球物理和地質(zhì)解釋方面密切合作，及時交流，雙方互相尊重，合作十分愉快、成功。1995年11月，美國《科學(xué)》雜志發(fā)表了專文，以“正確的合作可以拯救生命和移動大山”為題，介紹了中美合作的INDEPTH的成果，對中國有關(guān)當(dāng)局向美國地質(zhì)學(xué)家開放喜馬拉雅山邊界地區(qū)給予了高度的評價。

由于中美合作INDEPTH第一階段取得了成功，雙方在有關(guān)部門的支持下，于1994年1月14日簽署了開展INDEPTH項目第二階段研究協(xié)定，并于當(dāng)年初進(jìn)藏開展了野外工作，在雅魯藏布江縫合帶兩側(cè)開展深反射和多學(xué)科的合作研究，探測縫合帶兩側(cè)結(jié)構(gòu)構(gòu)造。野外數(shù)據(jù)采集的方法是，每隔200米打一口爆炸井，每個爆炸井打50米深，放入50公斤炸藥，然后爆炸產(chǎn)生地震波，用1臺240道無線電遙測地震儀接收地震信號。INDEPTH第二階段野外工作用了65噸炸藥，完成了深地震反射剖面長達(dá)240公里，利用9臺REFTEK型寬頻地震儀器，記錄觀測了半年。這一階段試驗期間，七位德國科學(xué)家也參加了合作研究，發(fā)揮了很大作用，他們帶來了30臺REFTEK型儀器負(fù)責(zé)兩線廣角反射觀測，接收深反射地震的爆炸沖擊波；加拿大地質(zhì)調(diào)查局大地電磁場專家托恩斯也帶著ZIMS型長周期儀器參加進(jìn)來，開展了西藏高原首次長周期大地電磁場觀測，這樣，中美合作發(fā)展成中、美、德、加等四國合作研究，參與的科學(xué)家來自9個國家。$

在INDEPTH項目中，中方采取了靈活的開放式管理方法，即國家開放實驗室的一套方法，即少數(shù)人員固定，多數(shù)人員流動，盡量吸收年青的碩士、博士生參加，中國的國際科技合作在改革前進(jìn)。INDEPTH第一階段中美科學(xué)家的室內(nèi)資料對比了三次，地質(zhì)解釋也對比了幾次。第二階段，中方對資料處理了四遍，反映中國科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)，研究工作扎實的特點。美國國家科學(xué)基金會對INDEPTH項目前兩階段做的評論都不錯。1996年8月在北京召開的第30屆世界地質(zhì)大會上，國際巖石圈委員會主席、美國休斯頓大學(xué)教授伯克在主旨發(fā)言中談到：INDEPTH項目的合作模式是今后解決重大地學(xué)基礎(chǔ)問題的可效仿模式。1996年12月6日出版的美國《科學(xué)》雜志274卷中，發(fā)表了關(guān)于INDEPTH項目的5篇論文，中、美科學(xué)家在這一研究工作中發(fā)揮了同等重要的作用；中國自然科學(xué)基金會學(xué)刊也發(fā)表了介紹INDEPTH項目研究的專文。$

中美雙方就INDEPTH第三階段合作研究有關(guān)問題于98年5月達(dá)成協(xié)議。第三階段使用更多的REFTEK型地震儀進(jìn)行野外工作，這是一項跨世紀(jì)工程，工作量包括完成深地震反射剖面200公里，廣角剖面長400公里。INDEPTH項目第三階段包括地球物理、地質(zhì)、地球化學(xué)等多學(xué)科的研究內(nèi)容，于2006年完成。

在青藏高原的大陸動力學(xué)研究中，中方重視同美方的合作，也希望德、法等國科學(xué)家更多地參與，并希望同印度、尼泊爾、巴基斯坦地質(zhì)學(xué)家加強(qiáng)合作研究，開展橫穿喜馬拉雅造山帶的地質(zhì)、地球物理綜合研究。

中國有很多地質(zhì)構(gòu)造獨特的地區(qū)，包括天山、昆侖山等，中方已有長期研究的成果與經(jīng)驗，也希望與包括美國在內(nèi)的海外科學(xué)家，就這些地區(qū)的地學(xué)問題開展合作研究。中方重視基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)的銜接，希望通過研究深部地質(zhì)探究深部成礦區(qū)域背景及地震預(yù)報，通過研究盆地形成演化及油氣生成關(guān)系，加快開發(fā)當(dāng)?shù)刭Y源，從而促進(jìn)青藏高原地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

INDEPTH第四階段合作研究于2007年起步，由中國、美國、德國三國科學(xué)家合作研究昆侖山深部結(jié)構(gòu)與造山機(jī)制。昆侖山東部屹立在中國青藏高原北部，海拔在5000-6000米，是研究地球科學(xué)的熱點地區(qū)，近些年來沿昆侖山南部邊緣地帶曾多次發(fā)生大地震，如松潘7.8級、昆侖山口西8.1級、汶川8.0級等大地震給當(dāng)?shù)卦斐蓸O大的破壞，更促進(jìn)了人們對這一地區(qū)的研究工作。INDEPTH 第四階段重點研究的是200公里以淺的地殼與上地幔部分，并與地表的構(gòu)造地質(zhì)調(diào)查密切結(jié)合。野外工作結(jié)束后，隨著室內(nèi)研究的逐步深入，中國、美國、德國地質(zhì)學(xué)家認(rèn)識到昆侖-柴達(dá)木地塊是一個地塊，有統(tǒng)一的基底；昆侖地塊地殼厚度為65～70km，較正常地殼厚了近1倍。

伴隨著中國西部大開發(fā)和建設(shè)“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”戰(zhàn)略的實施，中美地學(xué)合作之路將越走越寬廣。