去白堊紀，找能源資源答案——記2025年度國家科學技術進步獎一等獎項目、松遼盆地國際大陸科學鉆探工程

來源：中國礦業報

7月8日，2025年度國家科學技術獎勵大會在北京人民大會堂隆重舉行。“松遼盆地國際大陸科學鉆探工程：創新與發現”榮獲國家科學技術進步獎一等獎。

這是一項兼具基礎研究和深部能源資源探索雙重使命的深地工程：

完成入地壯舉——三井四孔，萬米進尺，八千米完整的白堊紀地層巖心，多項鉆探世界紀錄。

成果世界矚目——相關論文800余篇，發明專利51項，4人當選兩院院士；解碼恐龍時代氣候，助力大慶找氣找油，推動全球白堊紀基礎地質研究邁向新高度……

16年，40余家單位，上千名地質工作者，他們在松遼盆地創新了什么？又發現了什么？

7月8日，松遼盆地國際大陸科學鉆探工程代表在人民大會堂前合影（左起：吳懷春、呂慶田、王成善、朱永宜、王璞珺）。

在松遼盆地，中國科學家開啟“白堊紀之旅”

在地質人的世界里，山有性格，石有記憶，地層有時間的紋路。讀懂它們，是追問歷史，更是把握未來。

時光回溯。

2005年，在全球變暖人類危機的觸動下，著名沉積學家、中國地質大學（北京）教授王成善，將目光從自己熟悉且已有諸多建樹的青藏高原，轉向位于中國東北的巨大陸相沉積盆地——松遼盆地。那里，保存著全球最完整的白堊紀“地球日志”，或許也隱藏著破解氣候危局的答案。

進入21世紀，冰川融化、海平面上升、極端天氣多發趨勢日顯。人類工業革命以來大量排放的二氧化碳，已將地球氣候推離原有演化軌跡，加速駛向兩極無冰的溫室氣候狀態。

在46億年的深遠時空中，地球曾在溫室和冰室兩種氣候狀態中幾度回旋。王成善敏銳地意識到，未來的走向，倒映在地球歷史中，而最具研究價值的，無疑就是離人類最近的溫室時代——白堊紀。

科學鉆探！這是人類獲取地球深部物質和了解地球內部信息最直接、最有效、最可靠的方法，同時也是真正觸摸地球深遠歷史的最佳途徑。

他向國際大陸科學鉆探計劃（ICDP）提出動議：在松遼盆地實施科學鉆探工程，獲取完整的白堊紀高分辨率古環境記錄，探索晚中生代溫室地球氣候—環境演變規律。

2006年8月18日，松科一井開鉆。以王成善為核心的中國科學家團隊恢宏的“白堊紀之旅”正式拉開帷幕。

在國際大陸科學鉆探計劃、中國“973”計劃項目、國家自然科學基金委重大項目、中國地質調查局地質調查計劃項目、中國石油天然氣集團有限公司科技攻關項目的聯合資助下，松遼盆地國際大陸科學鉆探工程分為三個階段推進，分別針對白堊紀不同階段地層選取最佳位置取心：

2006～2007年，松科一井，包括南北兩孔，鉆探2485.89米，獲取上白堊統巖心，鎖定白堊紀-古近紀生物大滅絕界線。

2014～2018年，松科二井，創下7018米亞洲科學鉆探深度紀錄，獲取4235米下白堊統巖心，識別白堊紀最顯著的碳循環擾動事件之一——白堊紀大洋缺氧事件。

2020～2021年，松科三井，鉆探3600米，補齊“白堊紀拼圖”，重點揭示白堊紀中期有機質分布規律。

16年，三井聯動。在96%以上超高取心率的支持下，工程獲得了8186.96米的連續巖心，構建起全球首個陸相白堊紀地層“金柱子”，并通過高精度物理測量與年代標定的全流程方法技術體系，將時間分辨率從地史常用的“百萬年”，革命性地提高到“萬年”甚至“千年”“百年”，為開展白堊紀陸地古環境與古氣候研究提供了高精度的國際標準。

一系列有關白堊紀溫室氣候—環境演變的“時光秘史”也破土而出。

——白堊紀溫度比現在高5攝氏度～10攝氏度，赤道海水溫度達36攝氏度～40攝氏度，海平面比現在高100米～200米，原因是大氣中二氧化碳濃度是今天的2~5倍。

——大約6600萬年前，晚白堊世與早古新世相交界的時期，德干火山大規模噴發打破了白堊紀7000多萬年的繁榮。更具毀滅性的是接踵而來的希克蘇魯伯小行星撞擊地球。火山爆發與隕石撞擊的雙重打擊，造成了白堊紀末包括非鳥類恐龍在內的陸地生物大滅絕。

——在白堊紀溫室環境中，地球氣候比人們想象的更加動蕩，每隔四五千年，就會在濕潤和干燥之間翻轉，而這一穩定的節奏，來自天文軌道的周期性影響。

許多應對全球變暖的靈感由此生發：借鑒松遼古湖的碳埋藏機制優化濕地保護，參考顆石藻固碳原理改進人工碳匯技術……

“在過去十年里，松遼盆地大陸科學鉆探一直激勵著 ICDP開展白堊紀氣候和環境變化研究，為研究過去極端氣候和預測未來氣候開啟了前所未有的機遇。”2021年，ICDP主席波恩霍夫教授如此評價。

2006年8月，松科一井（南孔）開鉆儀式現場。

向深部進軍，我國“入地”能力實現飛躍

在堅硬巖石圈的阻隔下，“入地”難于“上天”。與松遼盆地深部的勇猛鉆進相對應的，是充滿創新創造的科學登峰。

松科二井是松遼盆地國際大陸科學鉆探工程的主井，創下了 ICDP成立以來最深鉆孔紀錄。

作為松科二井的組織實施單位，自然資源部中國地質調查局從2012年開始累計投入資金超過3億元，成立了專項指揮協調機構，中國地質科學院、中國地質科學院勘探技術研究所等多家局屬單位深度參與。

每一位參與者都不會忘記那片繁忙的沃野。高高的井架，持續的轟鳴，鉆桿一起一落有節奏的撞擊聲，還有專注、緊張、焦灼、興奮，都融在4年的時光中，沉積成為他們科學人生中的珍貴礦藏。

2014年8月8日，地球物理學家黃大年在松科二井鉆探現場留下影像。他的背后，就是2024年6月24日習近平總書記在全國科技大會、國家科學技術獎勵大會、兩院院士大會講話中談到的挺進地球深處的“地殼一號”萬米鉆機——總重量達到驚人的1500多噸。

2009年，為滿足我國地球深部探測工程的重大需求，國家啟動“深部探測技術與實驗研究專項”。剛剛放棄英國優厚待遇回到母校吉林大學任教的黃大年立即參與這一重大專項，擔任專項第九項目“深部探測關鍵儀器裝備研制與實驗”的首席科學家。研制“地殼一號”萬米鉆機是該項目第五課題的主要任務。經過長達數年的反復研究和實驗，2013年，這臺超級鉆機終于研制成功。

松科二井是“地殼一號”萬米鉆機的“首秀”。從2014年4月13日零點開鉆作業，到2018年6月2日打到7018米深度竣工，我國向地球深部進軍的關鍵裝備經受住了地下高溫、高壓、高地應力的嚴苛考驗。

交出優異成績單的還有來自中國地質調查局的深鉆系列配套設施及關鍵技術。

朱永宜，中國地質科學院勘探技術研究所正高級工程師，作為松科二井指揮部總工程師，他是整個鉆探工程的技術負責人。如今，已經退休的他還在為中國地質調查局正在推進的超萬米鉆探擔任有關課題的咨詢專家。

“作為我國首例超7000米深的科學鉆探工程，松科二井面臨的重大挑戰是在大直徑井眼中高效鉆進。既要保證所鉆井眼不會在高溫、高地應力的條件下出現大規模井壁坍塌和崩裂，又要保證取出的深部巖心完好無缺，這是一件難度非常大的事情。”在松科二井鉆探工程實施4年多中，朱永宜及其鉆探技術團隊付出心血最多的，就是深部大口徑取心鉆進工藝的技術創新。

同樣取得重大技術突破的，是中國地質大學（武漢）烏效鳴教授泥漿技術團隊，遵循松科二井總體技術路線所研發的耐超高溫水基泥漿體系。

在打井過程中，泥漿就像人的血液一樣，從地面到井底不停地循環、凈化，傳遞水動力，冷卻、潤滑鉆具，攜帶和懸浮巖屑，同時支撐維護井壁的穩定。而在松科二井這樣的超深井中，井底有著大于240攝氏度的超高溫，且井內上下循環溫差超180攝氏度，普通泥漿顯然無能為力。

“當時我們國家泥漿耐溫的性能最高是235攝氏度，但松科二井的井內溫度達到241攝氏度。235攝氏度到241攝氏度，別以為這是簡單的幾度，實際上里面技術含量是質的跨越。”朱永宜介紹。

為此，泥漿團隊經過上千次的實驗，成功研發了基于國產原材料的凹凸棒土+膨潤土封堵型水基抗250攝氏度超高溫泥漿體系，有效解決了超深井、強地應力井壁失穩、超高溫等極端工況下的鉆進難題，創造了泥漿抗溫241攝氏度和在105兆帕高壓下超高溫（210攝氏度）隨鉆測溫2項國內紀錄。

與油氣井工程類深鉆無需取心不同，作為科學鉆探，松科二井不僅要鉆得深，還要取出可高度反映地層結構構造和物理化學性質的巖心。

工程在超深井長鉆程大口徑取心技術體系方面實現重大創新。突破國內外大口徑取心鉆進技術瓶頸，攻克大口徑金剛石取心鉆頭、高強度取心鉆具和粗大巖心拔斷、承托與出筒等關鍵技術，首創“同徑取心、一徑完鉆”的大口徑長回次取心鉆進方法，將每次可連續的鉆進深度從10米、20米擴展到30米、40米，不僅減輕了工人的勞動強度，壓縮了鉆井施工周期，而且極大地節約了綜合成本，更為以后的超深井工程奠定了技術基礎。

在松科二井1240余天的現場施工時間中，朱永宜在現場駐扎了1100天。

他住的房間窗戶對著鉆機，每晚都伴著鉆機的轟鳴聲入睡。“同事們都知道他有個特點，無論半夜幾點，只要鉆機聲一停，馬上就醒。”松科二井工程現場總指揮、中國地質科學院首席科學家冉恒謙說。

冉恒謙是松科二井的現場總指揮，主持項目現場的協調管理工作，對于工程的技術創新和安全環保，他用了同一個比喻——以釘釘子精神，下好“繡花功夫”。

一項項鉆探世界紀錄被載入史冊：311毫米大口徑連續取心1650米、最高回次進尺30.61米，216毫米口徑最高回次進尺41.69米，152毫米口徑最高回次進尺33.91米，152毫米口徑繩索取心試驗井深達到6500米。

創新無處不在。

應對極端溫壓環境，項目研發的PDC軸承長壽渦輪鉆具，填補了超高溫井底動力取心鉆進的空白。

針對松軟、易碎（高壓釋放）和堅硬（高硬度）地層取心難題，鉆探團隊研制出隔液保真鉆具、松軟巖心地面水力出筒、堅硬巖心地面液壓出筒裝置3項粗大巖心地面出筒技術，有效避免了傳統出心方式對巖心的破壞，保證了累計4000余米巖心能夠完整、原狀出筒。

發現，成果矚目；創新，意義深遠。

在國內，作為國家深地戰略的標志性成果，松遼盆地科學鉆探先后入選國家“十二五”科技創新成就展和“偉大的變革—慶祝改革開放40周年大型展覽”，其鉆探巖心及王成善院士手稿被國家博物館永久收藏。

在國際，著名刊物《Nature》（《自然》）和《Science》（《科學》）都對松遼盆地大陸科學鉆探工程進行了長篇報道和評述。

“松遼深鉆是全世界的燈塔工程，是工業與科學卓有成效合作的典范。”2018年松科二井完井時，ICDP在發來的賀信中高度贊譽。

實施項目的中國科學家心中也有座“燈塔”——“向地球深部進軍是我們必須解決的戰略科技問題”。

這是國家的需要，也是必達的彼岸。

2018年5月26日，項目首席科學家王成善院士手捧松科二井來自7018米深處的巖心。

向“深”尋“新”，助力國家端牢“能源飯碗”

在傳統能源枯竭危機與生態環境持續惡化的重壓下，尋找可大規模應用的地球深部清潔能源，是重要的時代命題。

在中國共產黨歷史展覽館有關石油的展區內，“愛國創業求實奉獻”大慶精神醒目高懸，距離“鐵人”王進喜塑像不遠的地方，是縮小100倍的松科一井模型和來自松科一井的巖心實物。

有時候，靜默本身，就是有力的表達。

中國地質科學院地球深部探測中心研究員呂慶田，是松科二井科鉆工程的副總指揮和首席科學家之一。他認為，松遼盆地國際大陸科學鉆探工程的一個重大貢獻就是拓展了我國深部能源勘查開發的新空間。

大慶油田是松遼盆地大陸科學鉆探工程的參與者，也是受益者——來自松遼盆地白堊紀的基礎研究成果，大大推動了他們“大慶底下找大慶、大慶外圍找大慶”、建設百年油田的可持續發展。

席黨鵬，中國地質大學（北京）教授，主要從事白堊紀-古近紀微體古生物與古環境研究。他是松科一井完鉆時加入這一工程的，當時只有25歲，而他參與的有孔蟲等研究則為松遼盆地海侵事件提供了關鍵證據。

“海侵能夠促進富有機質沉積和優質烴源巖的形成，對油氣的產量和質量具有重要指示作用。”他所在的科研團隊通過取心樣品的生物標志化合物組合特征分析，總結了松遼盆地上白堊統烴源巖有機質來源、成熟度及沉積環境等變化特征，確定松遼盆地發生過兩期10次、單次持續時間不超過50萬年的海侵事件，揭示了松遼盆地大規模有機質埋藏的原因，并圈定了最具油氣勘探潛力的地層，豐富了白堊紀陸相生油理論。

“項目為實現大慶油田原油每年4000萬噸持續穩產提供了科學依據，其在松科一井南北兩孔所在齊家-古龍凹陷的多項研究成果，包括有機質含量顯著升高的機制等，對古龍頁巖油勘探起到了重要指導作用。”他介紹。

能源探秘，抵達更深地層、更早時空的松科二井，有著更多驚喜。

——頁巖氣：在松遼盆地深部凹陷帶3350米以深的地層中，發現頁巖氣氣測異常43層，累計厚度102米，甲烷占全烴組分平均含量的86%，證實了松遼盆地深部存在有利的頁巖氣層系。

——干熱巖：在井深4400米～7018米發現溫度150攝氏度~240攝氏度高溫干熱巖體和2層含高放射性元素（鈾）異常地層，展示了松遼盆地具有良好的地熱能開發應用潛力。

——天然氫：松遼盆地深部存在連續高含量天然氫氣資源，主要來源于深部富鐵巖層的水-巖作用，其形成和供給具有可持續性。作為具有工業意義的天然氫氣顯示，這一發現還成為天然氫氣資源評價列入國家科技重大專項的重要推動因素。

“尋找深部能源是保障我國能源安全的重大戰略任務，也是國內能源企業持續發展所面臨的難題。工程取得的基礎地質新認識，揭示了松遼盆地深部清潔能源的良好潛力，為油田企業深部能源勘探提供了新方向，對保障國家能源安全、建設‘百年大慶’和實施‘振興東北老工業基地’戰略均具有重要意義。”呂慶田總結道。

在松遼盆地這一“天然實驗室”，對能源資源的研究探索仍在不斷深入。

“對于松遼盆地這樣多資源共存的典型盆地，以往研究多聚焦于單一資源類型、特定層系或局部成藏過程。如何在盆地尺度上聯結資源溫度窗口、垂向分帶、流體來源和跨層位輸導過程，已成為多能源資源協同評價中亟待解決的核心科學問題。”呂慶田說。松科二井的鉆探成果，為研究提供了可能。呂慶田和團隊由淺到深系統梳理了松遼盆地的各類資源分布，建立多能源資源垂向分帶框架，并進一步提出“溫度-流體-斷裂”耦合模型，為多能源資源的協同評價提供了理論指導。

2018年5月26日，松科二井7018米完鉆儀式現場。

科學價值持續發酵，“深時”故事未完待續

地球的遠古記憶多被“封存”在巖石中。第四紀之前的“深時”世界，更需要通過巖心研究進行多學科的深入探索。

在地質科學工作者眼中，松遼盆地長達8000余米的白堊紀連續巖心，是地質科學的寶藏，比黃金還要珍貴。

中國地質大學（北京）副校長吳懷春，是全程參與松遼盆地大陸科學鉆探的學者之一。早在2007年，他就創新性地將旋回地層理論引入地層年代標定，對松科-井南、北井測井數據進行旋回地層學分析，識別出穩定的米蘭科維奇沉積旋回，建立了持續時間達2800萬年的天文年代標尺，為松遼盆地記錄的白堊紀重大地質事件提供了高精度的年代約束，并在之后進一步研究二井、三井巖心的基礎上，建立了松遼盆地完整的白堊紀天文年代地層框架，引領了中國旋回地層學學科的創建和發展。

吉林大學王璞珺教授，是松遼盆地國際大陸科學鉆探工程的總地質師，參加了松遼科探“三井四孔”立項實施全過程。得益于對松遼盆地的長期研究，他系統地提出了松遼盆地火山巖相分類方案、建立了巖相與儲層物性的定量關系模型，將火山巖儲層地質理論成功引入深層油氣勘探。

高有峰，現任吉林大學教授，從2005年開始就參與松遼科鉆預研工作，并隨鉆在鉆井現場進行巖心厘米級精細描述，在沉積地層中發現14層火山灰，為后續精準定年奠定了基礎；建立了松遼盆地國際大陸科學鉆探基底-白堊紀-古近紀地層序列，首次發現松遼盆地基底存在三疊紀火山-沉積地層。

高遠，現任中國地質大學（北京）教授，多年來一直在導師王成善的指導下對松遼盆地巖心進行深入地沉積學、古氣候學及古地理學研究，他通過對巖心開展毫米級的分析，發現了白堊紀可以精確到年的沉積物——年紋層，進而揭示了白堊紀溫室氣候下具有高頻率、高振幅的厄爾尼諾和拉尼娜震蕩，說明溫室氣候依然是活躍波動的。

如今，在位于河北燕郊中國地質調查局實物地質資料中心內的國家實物地質資料庫，松遼盆地科學鉆探獲取的數千米巖心靜靜佇立。

中國地質調查局實物資料中心的崔立偉，是松科二井巖心修復、整理、管理的負責人。“保護，從出井的那一刻起。”他說。科研人員長期駐守鉆探現場，出井后他們就要小心翼翼地對巖心開展質量、數量的核實，確保每間隔10厘米或20厘米貼上唯一的“身份證編碼”，包括鉆孔名稱、回次號、巖心段等，裝有巖心的盒子兩側標有盒號和編錄信息，準確無誤；巖心運輸前還要進行認真地包裝，減少巖心運輸過程中磕碰對巖心的損害。巖心運抵實物資料中心后，還得馬上進行拼接、切割、拋光、澆鑄處理以及更加精細的平面及立體掃描、高分辨率照相、數據自動化分析等工作，完成進一步的處理和保管。

巖心呈圓柱形。工作人員會將它們沿垂直于橫截面的直徑方向切割，分成兩部分。一部分拋光、澆鑄后永久保存；另一部分，開放提供給全球的科學家進行科研取樣和實驗檢測工作，讓它們最大限度地發揮科研價值。

鉆探工程已經落幕，但科研仍在持續進行。

至今，國內外100多位專家已從松遼大陸科學鉆探巖心的共享機制中受益，通過超兩萬件實物樣品，獲得了大量不同領域又與此相關的科學認知。如，奧地利維也納大學邁克爾·瓦格雷希（Michael Wagreich）教授團隊研究提出了溫室氣候狀態地下水含水層驅動海平面變化假說，成為近年來的一項重大理論突破，相關研究論文在Altmetric分值位列總排名前5%。

科鉆工程帶來的財富，還有人才。

工程首席科學家王成善2013年當選為中國科學院院士，之后，項目參與者孫友宏、劉合、高銳也分別當選中國工程院院士和中國科學院院士；15人次獲得“杰青”“優青”等國家級人才稱號，多人獲何梁何利基金科學與技術進步獎、國際沉積學家協會孫樞獎等國內國際獎勵；吳懷春、高遠、席黨鵬、崔立偉等各領域的年輕專家成長成熟，形成了一支從事深時古氣候研究和大陸科學鉆探技術研發的高水平科研隊伍，諸多科研成果和專利在其他項目中廣泛應用、創造價值。今年5月30日，松遼盆地國際大陸科學鉆探工程創新集體榮獲第四屆全國創新爭先獎。

有些價值顯而易見，有些則潤物無聲。

科鉆工程最突出的影響是對“深時”科學概念的全球化和深時數字地球國際大科學計劃獲批的推動。所謂“深時”，是指258萬年第四紀起點直到46億年前地球形成這一漫長的地質歷史，它與“深空”“深海”“深地”等空間探索相融合，共同構成了人類認知地球的多重維度。“深時，是視角、是思維，也是方法。可以說，我們對過去了解越深，對未來洞悉就越遠。”王成善這樣認為。

如今，松遼盆地國際大陸科學鉆探工程已化為中國深地探測歷史中的一道“坐標”，將科學的能量投射到了更遠的未來。

在松遼科鉆及前期深地研究基礎上，2016年王成善等28位院士聯名向國務院建議啟動“深地探測計劃”獲批示，同年國務院“十三五”規劃將深部探測列為重大任務。歷經8年籌備，2024年國家正式啟動“面向2030深地國家科技重大專項”。

15000米超深鉆機研發、深部能源資源勘查開發、深部工程災害預警、深地科學大數據共享……中國科學家正在進行的深地探測和研究，更加宏大而有力。

歷史的車輪滾滾向前。

“感謝松遼盆地國際大陸科學鉆探的所有參與者，感謝大家16年甘坐‘冷板凳’的寂寞堅守、無私付出。是共同的理想、勇敢的堅持和精誠的合作，我們才圓滿完成了這個超級大項目。”王成善永遠記得松科二井最后一段巖心出井的燃情時刻：大家齊聲大喊“10，9，8，7，6，5，4，3，2，1！”歡呼一片。許多人，有笑也有淚。

“向地球深部進軍”是人類歷史的一道必答題。道阻且長，行則將至；行而不輟，未來可期。

【本文圖片由中國地質大學（北京）供圖】