经济日报记者 李丹
在2025年度国家科学技术奖励大会的现场，由中国科学院院士、中国地质大学（北京）教授王成善牵头的“松辽盆地国际大陆科学钻探工程：创新与发现”荣获国家科学技术进步奖一等奖。
从2006年起，王成善团队布下“三井四孔”，历时16年持续攻关，国内40余家单位千余名科研人员参与，累计进尺逾万米，成功“打穿”白垩纪地层，获取8186.96米的连续岩心。这犹如一部记载地球一亿年前的“温室气候档案”，为破解全球变暖谜题提供了不可替代的核心科学依据。
为地球历史画像
在中国地质大学（北京）国家岩矿化石标本资源库中，储存着松科一井开采出的岩心。有的还保持着刚开采出来的圆柱形态，有的被纵向切开呈现出内部结构，还有的被磨成指甲大小的岩石薄片分类存放，等待科学家进一步研究。
“一米长度的岩心，能记载差不多一万年的地球信息。”王成善说，科学钻探是人类获取地球深部物质和了解地球内部信息最直接、最有效、最可靠的方法。
200多年前，英国地质学家詹姆斯·赫顿提出“深时”概念。在人类出现之前，地球经历了极其漫长的地质演化时间，人类的生命周期、文明史在“深时”面前只是瞬间，这深远的时间大多被封存在了地球上的岩石中。想了解时间的深处，需要借助向地球深部探索来完成。通过钻探技术从地下钻取的岩石标本，也就是岩心，成为地质学家探索深远时间的凭据。
1996年，由中、德、美三国发起的国际大陆科学钻探计划（ICDP）启动。ICDP的主要任务是瞄准具有全球意义的重大地球科学问题，通过科学钻探手段，研究地球结构、物质组成、深部过程以及环境演化过程，创新和形成最精准、最基础的地球科学知识。
岩心的完整性对于“深时”气候变化的研究至关重要，只有完整的岩心才能描述完整的历史。松辽盆地大陆科学钻探在16年时间里，通过三井联动获取8000余米连续岩心，取心率高达96%以上。这是ICDP成立以来钻探最深、取心最长、硬岩取心率最高、学术成果位居第一的项目，被ICDP和国际地科联誉为全世界的灯塔工程。在松辽盆地科学钻探计划实施之前，国际上通过钻探已取得了大量白垩纪海洋沉积岩心，但仍缺乏完整连续的白垩纪大陆环境岩心记录。
通过布置在黑龙江大庆地区周边的松科一井（分南孔和北孔实施）、松科二井和松科三井分别对白垩纪地层的不同层段进行取心钻进，最终连接各井岩心，得到了世界唯一的、完整的、连续的白垩纪陆相沉积岩心记录，为研究距今1.4亿年至6500万年间地球温室气候和环境变化奠定了坚实基础。
“最近3年至5年，我们可以感受到地球气候正在快速变暖。未来还会持续变暖吗？地球未来会有多热？”王成善说，通过分析地球过去的温暖气候，尤其是距离人类最近的“三高时代”（高温、高海平面和高二氧化碳）白垩纪，对于预测、应对未来全球气候变化具有重大意义，“我们就是要为全球变暖提供一个过去曾经发生过的案例。”
努力向深部进发
松辽盆地国际大陆科学钻探工程由松科一井、二井、三井共三井四孔组成，获得连续完整的岩心8186.96米。其中，松科二井是整个工程的核心科学井，完井深度达到7018米，创下亚洲科学钻探深度纪录，代表了中国的“入地”能力。虽然表面看是打一口井，实际却是在考验一个国家的综合实力和科技发展水平。
地球的“三高”，即高温、高压、高地应力问题，是深井、超深井钻探工程中不得不面对的难题。“地下每下降100米，温度升高3.8摄氏度。在高温高压下，长达几千米的钻具变得像面条一样易断。”王成善说。
在科研人员的共同努力下，松科二井创新钻探技术，创造了我国钻探（井）工程241摄氏度完井井温纪录。他们经上千次实验，研发出在实验室250摄氏度48小时老化后流变性能仍然稳定的泥浆体系；研制出4种规格的常规涡轮钻具，发明了多项提高涡轮钻工作寿命的技术，以及适配涡轮钻高转速的取心钻具；研配了抗高温人工造壁水泥浆体系及其注浆工艺。一项项创新技术的加持下，松科二井在地下6450米深度、210摄氏度的环境下，用高温水泥造壁工艺技术注浆造壁成功，确保后续施工过程中裸井264天、起下钻87次从未发生井内险情，为我国今后超深、特深科学钻探处置井壁故障开创了成功先例。
为提升工程质量和效率，松科二井还创新采用了大口径金刚石同径取心法，将完钻时间提前了约140天。在钻进过程中，通过不断提高回次取心长度，减少起下钻回次数量（松科二井在7000米深井段的起下钻往返一次大约需要30小时），将回次进尺从10米逐步提升到20米、30米直至超过40米，大幅压缩了钻探辅助时间和工程成本。
“重大科研项目离不开来自各方的力量支持。”王成善感慨地说，松辽科钻项目的成功，来源于通过科学家的内在驱动力引领科研力量的集中。从经费支持来看，松辽科钻项目获得了包括国际大陆科学钻探计划在内的国际投入，以及多个部门的国内投入。从科研力量来看，松辽科钻是由来自多个国家的国际团队联合申报的，在国内更是横跨高校、科研院所和产业，项目参加单位20余家，科研人员百余名，实现了产学研一体共同研究。
当松科二井打到7018米深度时，在场的科研和工作人员像火箭发射前倒数计时一样齐声喊：“10，9，8，7……3，2，1！”王成善手捧来自深处的岩心，脸上流露出发自心底的笑容。
坚持长期主义
松辽科钻带来的财富不仅仅是对科学研究的贡献，更重要的是在长达16年的持续攻关中，培养了一批“深地”领域科研与工程人才。
继工程首席科学家王成善2013年当选为中国科学院院士之后，项目参与者孙友宏、刘合、高锐也分别当选中国工程院院士和中国科学院院士。此外，团队有15人次获得国家级人才称号，多人获得何梁何利基金科学与技术进步奖、国际沉积学家协会孙枢奖等国际国内奖项。各领域年轻专家迅速成长，形成一支从事深时古气候研究和大陆科学钻探技术研发的高水平科研队伍。
钻探工程虽已落幕，但科研仍在继续。在导师王成善的指导下，中国地质大学（北京）教授高远多年专注于对松辽盆地岩心进行深入的沉积学、古气候学及古地理学研究。“我们发现，在约1亿年前，松辽盆地是一个很深的湖泊。通过对湖泊沉积的泥和粉砂纹层进行分析，我们发现了0.1毫米厚度的泥和粉砂的互层。”高远解释说，夏天降雨多的时候，粉砂会被冲到湖泊里，冬天则主要是泥的沉积。
通过详细测定350个这样的纹层厚度，高远发现，纹层厚度与夏天降雨量相关，“夏天降雨量大的时候，会有更多的粉砂被冲到湖泊里面”。通过对纹层厚度进行频谱分析，团队发现非常明显的2年至4年周期，“从现代气候意义上来说，这就是一个厄尔尼诺周期。”高远说，这一结果证实了在白垩纪时期也存在厄尔尼诺。
结合古气候模拟与现在的对比，高远发现，白垩纪时期的厄尔尼诺比现在要更强。“我们预测，在未来的温室气候下，厄尔尼诺会更频繁，且强度会更大。”高远说，这一研究对未来气候变化具有重要的借鉴和参考意义。
位于河北燕郊中国地质调查局实物地质资料中心内的国家实物地质资料库中，松辽盆地科学钻探获取的数千米岩心正在静静等待。“岩心取上来并不是结束，它还会发挥长久的作用。”中国地质大学（北京）副校长吴怀春表示，收获不仅是技术、科学问题上的突破，还证实了松辽盆地深部存在有利的页岩气层系，为油田企业深部能源勘探提供了新方向。“拿到国家科学技术进步奖一等奖，只是对过去成果的一个总结，未来10年、20年，我们还会在这个领域取得新的进展。”吴怀春说。
回顾松辽科钻项目的奋斗历程，王成善总结了一条经验，“科学研究要坚持长期主义。要以科学问题驱动、科学家主导，走出一条协同创新之路”。
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