上天、入地、下海洋,是人類自古以來的三大夢想。自1957年前蘇聯(lián)成功發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星以來,人類已對太空進行了無數(shù)次成功探索。 人類已經(jīng)不止一次在月球上留下了腳印,未來若干年,登上火星的夢想也即將實現(xiàn)。/上九天攬月,下五洋捉鱉0已經(jīng)成為現(xiàn)實。然而比起上天下海,人們對自己生活的地球內(nèi)部所知甚少。

 

  人們根據(jù)地表及近地表的地質(zhì)研究成果以及地球物理等間接方法提出了一系列學說,也一直幻想著各種可以直接入地進行觀察觀測的方法。由于堅硬巖石的阻隔,人類對地球內(nèi)部直接觀察困難重重。到目前為止,人們對地球內(nèi)部的認識大多是通過地球物理等間接方法獲得的,這種地表的地球物理遙測只能獲得構(gòu)造影像,對地球深部的推測則存在許多不確定性與/多解性0。 對地球奧秘最直接的探索和對地球物理及實驗室取得的數(shù)據(jù)進行驗證,必須深入到地球內(nèi)部,獲取樣品及各種信息?？茖W鉆探是獲取地球深部物質(zhì)、了解地球內(nèi)部信息的最直接、最有效、最可靠的方 法,是地球科學發(fā)展的不可缺少的重要基礎(chǔ),對21世紀地球科學和相關(guān)科學技術(shù)發(fā)展具有重要的推動和帶動作用,同時也是解決人類社會發(fā)展面臨的資源、災害、環(huán)境等重大問題的重要途徑之一。通過數(shù)千米甚至上萬米的大陸科學鉆探,科學家可以揭示大陸地殼的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)構(gòu)造,校正地球物理方法對地球深部的遙測結(jié)果,探索地球深部流體系統(tǒng)、地熱結(jié)構(gòu),監(jiān)測地震活動,揭示地震發(fā)生規(guī)律,研究全球氣候變化及環(huán)境變遷,探索地下微生物的分布及潛育條件,預防環(huán)境及地下水污染,有效處理核廢料,長期觀察地球變化等等,可以解決一系列重大基礎(chǔ)科學問題。因此,大陸科學鉆探工程被形象地譽為/伸入地球內(nèi)部的望遠鏡0。對解決人類社會發(fā)展所面臨的資源、災害和環(huán)境三大問題都有十分重要的意義,同時也是帶動21世紀地球科學和相關(guān)科學技術(shù)發(fā)展的大科學工程。

 

  科學鉆探的興起,始于20世紀中葉(劉廣志,2005)。1957年3月,美國國家基金地球科學部的成員WalterMunk提出倡議,利用深海鉆探在地殼最薄的地方打穿莫霍面,以研究地球的年齡、地幔的物質(zhì)組成和內(nèi)部作用,這就是著名的/莫霍計劃0(MoholeProject)。該計劃首先于1961年3~4月在墨西哥西岸瓜達盧佩海灣(Guadalupe,Mexico)實施5口鉆井,最深的一口從水深3566m的洋底向下鉆井183m,其中前170m為中新世的沉積物,向下則為玄武巖,這是人類首次從洋底用鉆探方法獲取的玄武巖樣品。盡管第一期工作取得了史無前例的成果,但由于技術(shù)、經(jīng)費及管理問題,整個計劃于1966年終止(汪品先,1994)。

 

  1968年,美國科學基金等機構(gòu)資助實施了一項意義深遠的深海鉆探計劃(DeepSeaDrillingProject,簡稱DSDP)。1968年8月,/格洛瑪#挑戰(zhàn)者0號首航墨西哥,標志著DSDP正式開始。從1968年8月11日開始至1983年11月計劃結(jié)束,/格洛瑪#挑戰(zhàn)者0號船共完成了96個航次,鉆探站位624個,實際鉆井逾千口,累計在海底之下鉆進320km,最深海底鉆井1741m,共獲取巖芯97056m。DSDP是地球科學史上最大規(guī)模的國際合作,其結(jié)果證實了海底擴張,建立了板塊學說,同時導致古海洋學新學科的建立,為地球科學帶來了一場革命(汪品先,1994)。 1983年,DSDP計劃之后,又開始新一輪的大洋鉆探計劃(OceanDrillingProgram,簡稱ODP)。ODP主要由美國科學基金資助,參加國家有澳大利亞、加拿大、中國、中國臺灣、韓國、比利時、丹麥、芬蘭、希臘、冰島、愛爾蘭、意大利、挪威、葡萄牙、西班牙、瑞典、瑞士、荷蘭、土耳其、法國、德國、日本、英國和俄羅斯等(ODPFinaltechnicalReport,2007)。 歷經(jīng)20年的大洋科學鉆探(ODP)在地球環(huán)境動力學和地球內(nèi)部動力學等方面取得了一系列重要成果,例如:將深海沉積物中記錄的氣候變化與理論計算的地球軌道參數(shù)的變化聯(lián)系起來,論證了軌道參數(shù)變化在驅(qū)動氣候變化中的作用;以地球軌道周期為基礎(chǔ)的高分辨率地質(zhì)年代表,開創(chuàng)了地質(zhì)年代學的新階段;證實了10年至千年際的洋流循環(huán)變化;建立并量化了100Ma來的全球環(huán)境變化,發(fā)現(xiàn)了全球性瞬時氣候事件、全球大洋缺氧事件;發(fā)現(xiàn)了氣候周期演變中熱帶碳循環(huán)的作用;對夏威夷皇帝海嶺的鉆探所鉆取的沉積物和玄武巖樣品的測年研究表明,這些年齡沿著海底火山鏈或火山脊出現(xiàn)系統(tǒng)的變化,驗證了板塊構(gòu)造關(guān)于火山鏈/熱點0成因的假說等等(柴育成等,2003)。1998年4月,我國作為/參與成員0正式加入大洋鉆探計劃。

 

  2003年,建立在DSDP和ODP基礎(chǔ)之上、規(guī)模更大、參與更加廣泛的綜合大洋鉆探計劃(IntegratedOceanDrillingProgram,簡稱IODP)正 式開始。IODP成立之初,即將目標定在地球系統(tǒng)(地球、海洋與生命)的綜合研究。