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第三,在相同的载油条件下,有超音速巡航能力的飞机,可以飞得更远。第四,在空军作战里面,有了超音速巡航能力,它的飞行半径就可以扩大很大。如此等等,有很多的优势。因此超音速巡航是第四代歼击机和超音速战略轰炸机一个追求的目标。再一个就是超机动能力,这个机动大家都知道,飞机作战的时候,都是你追我打,对不对?敌人在前面我在后面,很多因素决定它机动的特性。我举两个例子,一个爬升率,“飞豹”飞机爬升率是每秒二百米,要是敌人飞机的爬升率每秒180米的话,我就比它多了二十米,那肯定我占优势。我早就占领有利的地域来瞄准你,来发射导弹打你。第二个就是盘旋半径,过去格斗,近距离格斗的话,还是你追我打,尾追攻击为主。要是我的盘旋半径很好,你的盘旋半径很小,那我一下兜到你后面去,尾部攻击马上就成功。
再下面是高超音速飞行器,这刚刚已经说过了,飞机大概要突破几个障碍,一个低亚音速,然后高亚音速,然后是通过音障,m数等于1,这些都已经解决了。后面就m数到了2.5的时候,就遇到了热障。热障什么意思呢?是m数2.5以后呢,它气动加热很厉害,一般“鼻子间”和机前缘温度都达到220度到250度这个范畴。在这个温度底下铝合金基本没有多少强度了,所以说就出现了热障。就是你材料要不过关,你超过m2.5不可能。因此就出现了热障,现在热障呢,问题也解决了。
美国人在七八年以前,就开始搞m15到20的叫做超音速洲际轰炸机,那就比音速大15倍到20倍的速度,这种武器那是非常可怕的。就是比那个洲际导弹还厉害,洲际导弹它还有一个过程。,它是可以高可以低可以有人操纵、可以无人操纵,带了很多精确制导武器,那就是很有作用的。因此由于高超音速飞机,出现了像乘波飞机。什么叫乘波飞机?大家都知道,激波是一个消耗能量,是一个坏事。激波对气动力来说,本来是个坏东西,现在要把坏事变好事,把乘波的能量打到机翼上面,提高机翼的升力,坏事变好事。它呢还不增加阻力,所以声阻比猛地又提高一个台阶。因此这个飞机美国人正在做,我们也有这种远景的规划。由于高超音速飞机,基本上最大的两个问题,一个是动力,一个是材料。刚刚我已经说过了,马赫数越高,温度越高,这个问题就要解决。除非你不进大气层,在外面那跟卫星一样。你一进大气层,就有气动加热的问题。因此材料的问题很重要。第二问题就是发动机很重要,我们将要发展超音速的超燃冲压发动机,还发展超音速的燃气喷流发动机。我们现在喷气式发动机,它加热以后,燃烧以后那个喷流一般都是亚音速的,在m数0.5、0.4。这个喷流要是能够大于m数1的话,那推进效率就高得多。后面还发展脉冲爆震发动机,它是用的热力学脉冲波的原理产生推力。它这个压力,可以达到十到一百个大气压。燃烧温度可以到2800度,爆震波的频率大概是一百到一百二赫兹,m数可以飞到大于四大于五都可以。最大的优点就是它可以在速度零的时候,就可以启动。火箭倒是可以速度零上去,但是火箭要带助燃器,重量大一倍。这个冲压发动机马赫数不到四,它是点不了火的。因此它是在马赫数三、四以后才能用冲压发动机,而在爆震发动机m数等于零的时候,它就可以点火,就可以产生很大推力。高超音速飞行的时候,它这个推力越来越好。因此将来高超音速飞机的推力它的推重比可以达到二十以上,在五十公里以下m数可以从零飞到十,做洲际攻击用。
再一个就是隐身技术,大家都很关心隐身,像f117和b2,这是第一代隐身。我刚才说了飞机有四代,俄罗斯五代,相当于美国的四代。实际上世界上公认的就是四代,隐身飞机又有两代,f117、fb2,基本上是隐身飞机的第一代。然后f22和f35是隐身飞机的第二代。第一代是为了追求隐身,牺牲了气动特性。f117带棱带角的,那阻力非常大,所以f117只能亚音速飞行,它没法超音速飞行。到了第二代f22,它把隐身和气动力兼顾,因此它既能超音速巡航,也能高超音速飞行。隐身的手段有哪些呢?第一就是刚刚说的气动布局上面做了很多文章,使敌人的雷达波大量丧失掉了,回不到敌人的雷达站。因此敌人就看不见你,这就叫隐身。很简单,但是技术很复杂,这是一种手段。第二种手段就是表面涂一个吸收雷达波的材料,基本上是氧化铁之类的东西。它什么机理呢?就是敌人的雷达波到了这个涂层以后,它就变成热能了,把雷达波的能量都消耗掉了。因此它回去的雷达波很微弱,敌人也看不见我。实际上就是激活表面电荷,衰减雷达反射信息的强度。简单一点说定义就是这个定义,就是涂层的定义。第三个就是红外隐身,刚才我说了,飞机超音速飞行有热度,因此就有红外。发动机射流两千多度,这个温度很高,那敌人红外的仪器一下就抓到你了,红外导弹一下抓到你了。因此我要想办法在喷流里面加入一些特殊的一些东西,使喷流温度下降。还有就是把发动机背在背上,下面看到至少隔了一层飞机。对不对?它红外的信号就衰弱了很多,还有就是用燃油冷却的办法,使喷流的温度降低下来,然后燃油又回去点火。
再一个呢,就是等离子隐身,等离子就是把飞机,里面搞这个等离子发生器,使飞机的周围被等离子包围了。大家知道等离子云对电波来说是一个非常大的吸收的东西。据说美国b2是用这个办法,所以你看b2就是一个飞翼。光溜溜的一个飞翼,它没有气动力特殊的措施,但是它是用的等离子隐身的办法。等离子体本身是能够吸收电磁波的,这样就能达到隐身的目的。
再一个呢,就是目光隐身。目光隐身大家都知道,陆军穿迷彩服就是保护色,飞机也喷迷彩的涂层,也是为了使白天的时候人家看不见你。不是完全看不见你,而是看见你很慢、很晚。还有一种做法就是把隐身的一些材料搞一个导电,这个涂层导完不同电压,它会变颜色,变成变色龙了。这样子就可以起隐身的作用,所以隐身现在是非常宽的范围,从雷达波一直到可见光,这个频带里面都有隐身技术。当然也有防隐身技术,就是“魔高一尺,道高一丈”,也很多。我随便举个例子,我们空气里面基本上是充满了电磁波的,要是说一个雷达我发现不了,我要是两个雷达、三个雷达,定点雷达。这个飞机飞过电磁波的时候,就把电磁波加以扰动。扰动以后,三个雷达测出来的量是不一样的,由这样一个原理我就可以用三个雷达或者两个雷达,就把敌机的位置给它定下来。首先要打它首先要定位,你既然看不见它,我用这个办法定它的位。定它的位我就可以引导导弹去打它,隐身效果大概一般是这样子。举个例子,f22在雷达上面就相当于一个玻璃弹球,我小的时候也打过玻璃弹球。大家都知道,就这么大。现在f22的rcs,就是隐身的指标,就跟玻璃弹球一样大。
下一个就是微型飞行器,微型飞行器就是这些东西。它的定义多大,它的定义就是大小不超过十五厘米,巴掌大,手掌可以托起来的。我给它起了一个名字,叫做手掌型飞机。到了纳米级的飞机呢,就变成昆虫一样、跟苍蝇一样大小,那就是昆虫型的微型飞机。它最大的重量是一百克以下,有效的载重呢,大概是五十克。它的速度是二十米以下,每秒二十米以下,作战半径是十公里以下,价格单机价格就是一千美元。那你说f22是两亿美元,它一架微型飞行器就一千美元,那便宜得很。那就可以大量用,将来步兵,所有的士兵手上都可以拿这个东西。揣口袋里,需要的时候拿出来。你譬如说你的敌人躲在墙根后面,我看不见你,那没办法了。那我把这个小型飞行器拿出来一飞,马上就看见了。它上面有实时侦查,实时就报回来。士兵这个笔记本就看见墙后面的敌人是什么个状态,是吧!这是非常有用的,第二个呢,就是可以搞个信息的中继系统。那就是它飞到某个地方去,它可以拐弯了。可以把信息通过它来给我中继,还有一种呢,就是特殊情况下,你比如核环境,生化环境、化学战的环境,这个人进不去,那只能派它。它没有人就可以进去了,它可以把实时的情况都报回来。
更大一个就是情报,搞间谍活动。那将来就是跟苍蝇似的,也没有声音。就落在你的窗台上,你里面开会的所有声音它全部实时都传回去了。间谍活动,过去大家都知道,间谍活动是因为我们这个房子可以搞电磁屏蔽,可以搞很多。但是我讲话,那个玻璃总要震动吧。对不对?过去的间谍就把激光束瞄准玻璃,然后把玻璃震动接收下来,然后转换成声波,这是过去的间谍活动。现在有了这么个小家伙,那我随时都可以发出去,随时都可以收到,很多。我们想得到其他手段得不到的东西,进不去!小家伙可以进去。再一个就是说你这个小东西还能够带高爆炸的弹药,现在有一种弹药爆炸力非常大、非常轻,它可以带五十克,一个微型飞行器带五十克。我洒出去一千个,那威力就非常大了,敌人一片它就可以把你都炸平。这无非就是一千乘一千,一千美元一个。
无人机技术是现在发展的趋势,大家都知道,无人机有几个优点:它因为没有人,对不对?那就是把这个空间和重量就可以装很多测试设备。第二个优点就是它没有人后可以过载。过去飞机有人,过载只能到八到九,这还得穿抗核服。飞机还要穿抗荷服才能飞,才能拉过载。不然的话一拉过载,血都从脑袋都到脚底下去了,马上就晕,就失去知觉了,没法操纵飞机。这就是人受不了那么大的机动,搞了无人飞机,没有人,所以它就可以过载。
材料的趋势,一句话:钛合金和复合材料含量大大提高,钢和铝逐渐降低,但是铝合金里面的铝锂合金比重提高。
多电飞机,那就是过去操纵飞机的时候搞液压和空气系统,以后全都用电。这个多电系统可以发几兆瓦的电,将来我这个飞机上面要搞激光器,激光最耗能量了,没有全电的新的发动机不行。有一种新的发电机,叫做磁阻开关稀土发电机。和飞机发动机轴连在一起,它的转速一般都可以到每分钟五六万转。这样一个发电机就可以提供大量的能源,可以使我们飞机机载激光的系统得到实现。
最后总结一下,飞机发展的趋势,大概有这么几条,第一从大小来看,往两极发展。你看大的像安225飞机,550吨起飞重量,商载250吨,你看多厉害!第二个从高度来看我刚刚已经说过了,从低空到高空,和航天器接轨,模糊航空航天的界限,这是我们的方向趋势。从速度来看,从低速每秒钟二十米、十米的飞行速度,一直到高超音速m15,大于音速的二十倍,往两头发展。以信息化为基础的飞行器就把飞机变为网络里面一个接点,再一个趋势就是飞行器本身的各个组成部分都智能化、自动化、集成化,这是将来发展的一个趋势。再一个就是飞行器的无人化、飞机设计的数据化、一体化,这是将来的大方向。再一个就是飞行器的制造全部数字化、精益化,精益化的效率非常高,像美国精益化的设计部件零件可以减少百分之二三十,它的成本降低50%,挺厉害的!精益化三分之二,这个效率非常高!所以高科技呀,有非常高的黄金含量,道理就在这儿。我今天给大家讲了这么一些东西,仅供大家参考。就是希望能够对大家将来的学习和工作开一点眼界,航空工业的前途是绝对光明远大,有待诸位的努力。我希望将来有不少的院士、有不少的总设计师出现在你们之中。
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直升机 -高 正
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主讲人简介:
高正:南京航空航天大学教授、中国航空学会直升机专业委员会主任,曾获得国家技术发明三等奖一项。2002年被授予“叶戈尔·西科斯基直升机研究奖”,是我国获此殊荣得第一人。
内容简介:
自一九零三年人类发明了飞机,已经整整一百年了。这一百年里发明了多种载人的飞行器。飞机和直升机都是飞行器 ,都可以载人载物飞行,但是它们的飞行原理、飞行特点和操纵方式是不同的。
大家知道,机翼要产生升力,必须机翼和空气要有相对运动。所以飞机机翼作为飞机的主升力面,要产生升力必须要有风 ,或者相对速度吹过机翼。那当然飞机就不能在原地起飞,必须在跑道上滑跑,通过滑跑加速,使速度达到一定值以后,机翼上的升力才能把飞机托起来。所以飞机的起飞和着陆都要滑跑。但是直升机可以不滑跑,它能够在原地起飞 ,也可以悬在空中不动。主要靠什么呢?主要靠它的升力面-旋翼。要发明直升机,首先要解决三个大的技术关键问题。第一个技术关键就要让它原地升空。第二个关键就是旋翼旋转以后产生升力了,但是空气对旋翼桨叶的阻力,要通过旋翼又传到机身上,会让机身反转。所谓反作用扭矩。第三个关键就是要可操纵。那么解决了这样三个方向的控制问题,直升机就发明了,就可以在人的控制下自由飞行了。
虽然能够飞了,到六十年代,直升机的声誉并不好。飞得慢,不如飞机快。振动大,嘈音强,难驾驶,而且出事故多。为什么会有这么多故障呢?主要是和直升机它的结构特点和飞行特点有关系。经过六十年的进步,这些主要的困难和障碍在很大的程度上得到克服了。使直升机就得到广泛地应用。咱们国家现在生产的直升机有直5直升机、直8直升机、直9直升机、直11直升机、还有小型的ec120。
最后我谈一点个人设想跟大家研究探讨一下。就是我们看两个直升机,一个是五十年代的“s-61”,一个是最新的欧洲的“eh-90”,猛一眼看过去,好像没有什么大的区别,为什么五十年不变?是不是搞直升机的人特别保守或者特别笨?我想是这么一个原因。就是发动机和减速器,它紧靠着旋翼,还有传动轴传到尾部,它把直升机的核心的部位给占领了,总要把减速器放到旋翼下边,而发动机紧靠着减速器,就直升机上最好的位置被它占了。那么直升机的形状也就决定了,就是像个大头蝌蚪一样。所以现在为什么直升机大部分都是这个样子呢?我想将来的出路能不能向这儿走,我设想了一架直升机,咱们把动力放到桨尖上去,喷气推动,然后在旋翼的桨叶上搞一个小的衿翼,用电来控制这个小翼来摆动。再装上一个小的机翼,在高速飞行的时候,机翼产生一定的升力替旋翼卸载,再在尾部装一个小的矢量推进装置。所以将来希望,如果能解决了智能材料来控制桨叶的桨距,能够解决了在离心力场里面稳定工作的推进器,把它装到桨叶尖部。这样的直升机应该是可以出现的。
《直升机》 (全文)
自一九零三年人类发明了飞机,已经整整一百年了。这一百年里发明了多种载人的飞行器。像在航空器里边有飞机、直升机、自转旋翼机、动力伞,还有倾转旋翼机等等。在航天器里边,有航天飞机、宇宙飞船 ,空间站等。但是直升机的发明比飞机晚了三十多年。第一架成功的直升机是在一九三六年首飞,到了四十年代初开始实际应用,到现在经过六十年的进步已经成为用途最广的飞行器。飞机和直升机都是飞行器 ,都可以载人载物飞行 ,但是它们的飞行原理、飞行特点和操纵方式是不同的。
大家知道机翼要产生升力,必须机翼和空气要有相对运动,或者说要有相对速度,而且升力的大小是和速度的平方成正比的。所以飞机机翼作为飞机的主升力面,要产生升力必须要有风 ,或者相对速度吹过机翼。那当然飞机就不能在原地起飞,必须在跑道上滑跑,通过滑跑加速,使速度达到一定值以后,机翼上的升力才能把飞机托起来。所以飞机的起飞和着陆都要滑跑。但是直升机可以不滑跑,它能够在原地起飞 ,也可以悬在空中不动。主要靠什么呢?主要靠它的升力面-旋翼。机体虽然不动,但是旋翼旋转起来以后,桨叶上就有了相对气流速度,这个速度使桨叶产生升力,就把直升机拉起来了。那么这个原理大家都看得清楚,有两个例子我们可以举一下。一个,飞机就像我们放风筝,放风筝必须有风,如果没有风,那我们就拉着风筝跑,这就有了相对风,等升到空中以后,空中有风了,那么风筝就可以飘在上面。像直升机,它虽然机体不跑,但旋翼旋转等于在桨叶上产生了相对风 。
其实人类要想飞起来,最早想到的不是滑跑起飞。人没那么聪明,没有想到通过滑跑来加速起飞,是想到要原地垂直起飞的。像咱们中国早期的童话《西游记》,哪吒脚踩的风火轮,那是垂直起落的飞行器。像【创建和谐家园】童话里面的【创建和谐家园】的飞毡,希腊神话里面的希腊神的战车都是原地起飞的。但这个都是神话而已 ,要真正实现原地起飞,人们经过了长期的艰苦的努力,冒了很大的风险。比如说中国明朝的一位万户,他把火箭绑在椅子上,然后扎上个大风筝,让火箭的推力把他推到空中去垂直起飞,当然也失败了。后来国外也是,很多人经过艰苦努力,冒险进行实验,失败了非常多。所以为什么直升机比飞机要晚成功三十多年。要发明直升机,首先要解决三个大的技术关键问题。第一个技术关键就要让它原地升空。世界公认在原地产生升力,作为直升机旋翼的雏形就是竹蜻蜓。竹蜻蜓在中国至少有一千四百多年的历史,后来传到世界各地,许多地方都有。我这儿有一个竹蜻蜓,这就是旋翼原理的雏形。可能你们小时候都玩过,它可以原地起飞,不需要滑跑。那么人们受到这个启发就利用竹蜻蜓的原理,设计制造了旋翼,实现了垂直起飞,这是解决的第一个关键;第二个关键就是旋翼旋转以后产生升力了,但是空气对旋翼桨叶的阻力,要通过旋翼又传到机身上,会让机身反转。所谓反作用扭矩。这个就像我们划船,我们拿着桨去拨水,往后拨水,水给桨一个反作用推力,通过人的手和身体传给船,那么船就往前走,这就是作用力和反作用力。那么发动机让旋翼旋转,空气要阻止旋转,这个阻止力矩通过桨叶传给发动机,再传到机身,于是机身就要对旋叶反转。那么机身要反转起来,这个飞行器我们就没法用了。所以要发明直升机,要解决不让机身转动。早期人们想的办法就是用多个旋翼,最早想的是多旋翼、双旋翼或者是四旋翼。像左边那个图是上下两个旋翼反转,这叫共轴双旋翼式,它们的反扭矩彼此平衡了,不要传到机身上去。左边中间这个叫横列式双旋翼,把两个旋翼设计在机身的左右两边,它们也是反转。在下面这个叫交叉双旋翼式,两个旋翼都是交叉的。右边下面这个叫纵列双旋翼式,两副旋翼,同速,反向旋转,它们的反扭矩彼此平衡,所以可以保持机身就不转了。这个办法呢,特别是在早期,用两个或者四个旋翼是非常复杂的,振动得几乎没有办法飞行。后来在一九三九年,美国的西科斯基这个公认的直升机界的鼻祖和权威,他就发明了单旋翼式直升机,就是左上角这个。他在直升机的尾部加了一个垂直安装的旋翼,实际上我们叫它尾桨。它指向侧面的拉力对重心就有一个力矩,这个力矩来平衡旋翼旋转的反扭矩。所以现在世界上百分之九十五以上的直升机,是这种单旋翼带尾桨式的。第三个关键就是要可操纵。其实在一九零七年法国人,一个叫布雷盖蒂,一个叫卡努都已经实现了垂直起飞。它们的旋翼可以拉着机身垂直飞起来。但是不能操纵,不能控制。又经过了三十多年的努力,在德国首先成功地发明了直升机,就是德国的福克在一九三六年完成了直升机的发明,就是他实现了可控飞行。
那么解决了这样三个方向的控制问题,直升机就发明了,就可以在人的控制下自由飞行了。虽然能够飞了,到三十年代、四十年代、一直到五十年代,甚至六十年代,直升机的声誉并不好。飞得慢,不如飞机快。振动大,嘈音强,难驾驶,而且出事故多。为什么会有这么多故障呢?主要是和直升机它的结构特点和飞行特点有关系。我们举个例子,现在一般直升机旋翼的旋转桨尖速度大约是每秒二百米左右,相当于每小时七百二十公里。如果直升机以三百公里的时速往前飞,那么往前转的桨叶那就是七百多公里加上三百公里速度,就是一千多公里了。往后转的桨叶就是四百来公里速度了。所以桨叶每转一圈,它的迎面气流速度,就是从四百多到一千多,然后到四百多这么转。那么既然气流速度这么变化,它的空气动力的变化,这就带来直升机旋翼上始终是处在交变载荷作用下。就由于这些原因,直升机的飞行特点和结构特点造成了振动大,容易疲劳,噪声强。另外还有飞行速度问题。为什么直升机速度大不了,就是三百公里的时速时,前进桨叶已经超过了一千公里的速度,如果飞得更快,前行桨叶会达到音速,而后行桨叶速度更慢。因为它是两个速度之差,所以这两个原因,旋转的旋翼限制了直升机的速度,不可能很大,这就是它的根本原因。
但是经过六十年的进步,这些主要的困难和障碍在很大的程度上得到克服了。由于有了这么巨大的进步,使直升机就得到广泛地应用。它的优越性就显示出来了。我想它的优越性有两条是不可比的。一条,不要机场。它是飞行器,但是不要机场,任何地方它可以起飞,可以着陆,可以悬在空中不动,地面是个烂泥潭它可以离地半米悬停,轮子不接地,人可以照样上下,这是和飞机比。和各种车辆比,它不要道路,没有路的地方它都可以去。特别是发生泥石流的地方,闹水灾的地方,发生地震的地方,其他东西都去不了。像前一段发生泥石流老百姓困在山上没吃的,那么咱们武警战士一人扛上两箱方便面跋山涉水去往那运。结果老百姓在那儿挨饿,咱们如果派两架直升机运它几百箱方便面,这不是很容易的事吗?所以有了这两个大的优点,直升机就得到广泛地应用。
我们看几个用处,一个是救生。直升机开始最大的用处就是救生。像从海上救落水的人,发大水的时候从水里救人,失火的时候从楼顶上救人,那么在山区,交通不便的地方救伤员,或者是病员,这个是用的最普遍的。第二个是运输,客机,大城市内部和城市到机场之间的运输。最突出的是海上钻井平台的人员换班和物资供应。特别是有风浪大的时候,小船上不去,大船不敢靠,一靠,怕撞坏了,而直升机是最好的办法。所以所有的石油钻井平台上,都有直升机起降平台。另外直升机,像吊装电缆塔架,还有吊装任何东西。公安,现在我们有几个城市已经有了公安的直升机了,可以交通巡查,可以追捕逃犯,海上缉私,还有灭火。至于直升机所能参与的特种作业,那就更多了。右上角这个就是咱们中央电视台的直十一直升机。可以调运,调装,石油和煤气管道的巡查,航拍,新闻,还有现在我们国家有一些大公司,可能是为了宣传的需要,买了自己的公司的专机。将来我们个人像有小轿车一样,还有个人的专机。在军事上,今年春天,美英联军在伊拉克,打了四十三天的仗,出动了一千一百多架直升机,其中攻击直升机四百架,运输机七百多架,这些图,就是美国人所动用的直升机。
下面一个短片是记录美国在伊拉克,直升机怎么用的。这个是伊拉克的前总统萨达姆在备战。美国人首先是出动了大量的武装直升机,这个是他的ah1w超眼镜蛇,它上面装备了导弹,火箭和机炮来攻击地面的目标,包括地面的工事、雷达站、车辆和地面的步兵,这是发射导弹打击伊拉克的坦克,这个是ah64阿帕奇直升机,这是美国的主战直升机,在进攻巴格达的时候,他结集了一百五十架阿帕奇,但是也没有用上,因为共和国卫队没有抵抗。阿帕奇直升机的火力是非常强的,它带的有机炮,也有导弹也有火箭,这是他用机炮来射击,攻击地面的步兵和地面的工事。这是发射火箭,这是发射导弹。
第二种用处是运机动兵力。在战争初期的时候,它紧急出动直升机占领了伊拉克西部的两个机场,切断了和叙利亚的联系。另外从海上攻占法奥半岛的时候,它没有攻击滩头阵地,他把军队直接运到后方,垂直登陆占领了法奥半岛。
第三个用处是侦察。这是它的oh58,勇士基澳瓦,桅杆上面装的是一个侦查器,包括红外的,电视的雷达。它把战场上的情况,实时地传输给指挥机关和地面部队。这种是ah64d叫长弓阿帕奇,它旋翼上面装的是长弓雷达,它用雷达探索到目标以后,因为它带了武装,它可以直接进行攻击,它经常是做贴地飞行,飞到树梢高度。
第四种用途就是后勤保障。地面部队往前推进的时候,它后面建立了几百公里长的后方补给线,叫空中走廊,对地面部队进行伴随补给。这是黑鹰补给机队,所以它不需要占领道路,它用空中补给。还有ch46,海上勇士直升机,把它的伤病员运到海上去,运到海上救护船上去。
上面介绍的是直升机的使用情况,下面看一下咱们国家的直升机。这是直五。从一九五六年开始试制,五八年开始首飞。从五八年开始出飞机,生产了二十年,到一九七九年停产,总共生产了五百四十五架。这种直升机起飞重量是七吨二五,平飞速度是二百一十公里/小时,航程到五百二十公里,这算是第一代的早期的直升机。现在我们国家正在生产一种叫直8的直升机,是一九八二年首飞,九四年定型。这是我们国家现在生产的最大的直升机,起飞重量12吨以上,外面可以外挂五吨的重物来吊挂飞行。它的航程可以达到八百公里,这架直升机是水上机,可以在水面起落,也可以在舰艇上起落,现在也有陆军型了。这种是我们国家正在生产的直9直升机,是上世纪八十年代从法国引进的海豚生产专利,设计比较先进,就刚才我讲到,它的空机重量只占起飞重量的一半,它起飞重量到四吨一,它自身的重量只有两吨零五十,差着一半,它的速度比较高,可以达到时速三百零六公里,航程也可以到八百六十公里,咱们的驻港部队就是用的这种直升机。现在这种直升机有军用、民用,有好多种型号。这也是我们国家正在生产的直11直升机,是九四年首飞,二零零零年定型,今年又取得了民用的适航证,是军民两用。这是轻型的,起飞重量二吨二,五座,升限到五千二百一十米,航程六百公里,这也是我们陆航装备的主要机种之一 。这种是小型的ec120,是法国牵头和中国、新加坡合作研制生产的,最大起飞重量是1吨7,它的空机重量是890,所以也是一半。速度是每小时230公里,航程也是到700多公里,这是很先进的一种直升机,目前我们是生产直升机的一部分,还没有出整机,整机还在法国出,将来不久我们国家也会出整机的。这些是我们现在正在生产的我们国家的直升机。这几种是我们国家研制过,飞行过的几种直升机。这个叫延安二号直升机,是1975年完成了试飞。这架是直六直升机,这是大的,起飞重量是8.1吨,在1976年完成了试飞。这个是701直升机,也是一吨二,双座的。这个就是蜜蜂16是单座的,下面这两架都飞过。
现在我们国家正在研制先进的直升机。那么大家知道了直升机的飞行原理,它的应用和我们国家的情况,但是现在我们感觉科技发展无止境,直升机还有许多令人不满意的地方。从用户要求来看,这几个方面需要大力发展和改善。第一就是要改善它的可靠性和耐久性。这是相对于飞机而言的,因为刚才我讲到它的结构和飞行的特点,容易产生故障,因为振动大,一直处在交变载荷下,使它的耐久性和可靠性还不能令人满意,寿命一般就是几千小时,故障率比飞机要高。第二方面驾驶和维护都比较复杂。因为它结构复杂。另外大家可以想像,一个旋翼旋转把一个飞机挂在空中,它是稳定的吗?它本质上是不稳定飞行器,要想让它稳定的悬住,驾驶起来就比较难。就像杂技演员耍盘子,他用一个杆能把一个盘子耍住,但是那要训练的,驾驶直升机悬停是比较难的一个动作。第三方面就是性能。现在的直升机虽然速度记录已经超过了400公里的时速,比起飞机来讲还是低一些,当然比汽车要高一两倍了,因为速度低那么航程也就要小,飞得慢也就飞得近一些。另外因为直升机有各种各样的用途,所以对它的专用性能要求就很苛刻。譬如有的直升机要它做空中起重机用,它把很大的电缆塔,它要吊起来运到深山里面,放到山顶上,底下和地角螺钉对起来,把螺丝拧上。所以要求悬停和操纵非常精确。有的像军用机、它空战得有大的机动性。那么各种不同的用处有对它的各种不同的特殊的要求。第四个方面,就是要减小振动,要降低噪声。振动大家很容易理解,噪声这个事情现在来讲对直升机是一个难题。搞气动的,搞结构的,都在认真研究。因为旋翼是一个很大的旋转体,尾桨又在旋转,发动机又在发出噪声,在很远就听到了,这叫环境的噪声污染。在座舱里面,顶上有一个很大的齿轮箱----减速器,又有发动机,人座在里面,在减速器和发动机的下面,如果这个直升机再是个金属壳子,就像把你放在一个铁桶里面,在外面敲铁桶,这个噪声是很严重。当然在想各种办法在降噪,在隔音。但是仍然比不上座客机那么舒服。
总而言之,从使用角度来看这些方面是存在缺点,还要再不断地改进,才能够使它更好用,更经济,就走向普及。从技术方面来讲,我就不多说了,大家可以知道,重点的改进是这样几个方面;一个是旋翼,旋翼是直升机的核心,在气动上怎么样优化使它气动效率更高,在结构上怎么更简单。譬如说桨毂,从几百零件,简化到几十个零件,简化到十几个零件。如果再搞成,比如说两个零件,桨毂是一个,往轴上一套,桨叶是一个,往轴上一对,不要维护检查就更方便了。第二个方面就是复合材料和智能结构的采用。现在所有的飞行器、航空器里面,直升机用的复合材料是用得最多的,有的直升机结构重量的70%已经是复合材料,旋翼、尾桨现在都是复合材料,飞机还没有达到这个程度。因为直升机太需要耐疲劳,减振、降噪了,而且有些特殊要求。比如说直升机在海上用,盐雾、霉菌、湿热对它的腐蚀一般金属是抗不住的,而复合材料是抗得住。所以复合材料在直升机上的用处现在发展很快。智能结构能够自动适应你的要求,根据载荷,根据空中飞行状态自动调整它的形态,这个在旋翼上更发挥它的作用。第三方面就是电子技术。电子信息技术,综合管理技术,特别是智能化自主飞行控制。我在设想,直升机驾驶不是很困难吗?如果靠自主的智能化控制,将来直升机的驾驶就变成按开关,那么按一个开关“悬停”它就起来了,再按一个开关“前飞”它就往前走。这样就像我们以前用的照相机,开始要对焦距,调光圈很难照得好,现在傻瓜相机人人都会用,那么将来直升机也变成傻瓜直升机,咱不就是人人都会开了吗。当然为了实现这些技术,像大家所学的设计、试验、制造的新技术、新工艺、新材料也必须相应的发展,才可能实现前面说的技术上的飞跃。这个就是总的讲发展的趋势和新技术。
最后我谈一点个人设想跟大家研究探讨一下。大家看这四个图,下面两个图是飞机。左边这个是我们国家五十年代就开始应用的“轰五”,右边这个是现在美国的“b-2”,这两种飞机的差别,五十年的差别,完全是不同的。但是上面看两个直升机,一个是五十年代的“s-61”,一个是最新的欧洲的“eh-90”,猛一眼看过去,好像没有什么大的区别,为什么五十年不变?是不是搞直升机的人特别保守或者特别笨?大家看,我想是这么一个原因。左边这个图,把直升机的动力装置,就是发动机和减速器,它紧靠着旋翼,还有传动轴传到尾部,它把直升机的核心的部位给占领了,总要把减速器放到旋翼下边,而发动机紧靠着减速器,就直升机上最好的位置被它占了。就是操纵和动力部分把位置一占,那么直升机的形状也就决定了,就是像个大头蝌蚪一样。所以现在为什么直升机大部分都是这个样子呢?这个样子显然阻力会比较大,旋翼对机身的气动干扰,互相影响也比较大。我想将来的出路能不能向这儿走,我设想了一架直升机,咱们把动力放到桨尖上去。这不是我发明的,这个五十年代就有喷气直升机试验过,都没有成功,这样的话机身里面就没有发动机也没有减速器,动力在桨尖上,喷气推动,问题是只要大家能研究出在离心力场里面能够稳定工作的小型的推进器,就解决了。所以把直升机上最好的位置就腾出来了。
第二个是操纵,我们不要什么拉杆、摇臂操纵,电传操纵不是已经在使用了吗?在旋翼的桨叶上搞一个小的衿翼,用电来控制这个小翼来摆动,用这个小翼的变化来改变桨叶的桨距,改变安装角。那么座舱里面只要驾驶员拧动开关,相当于操纵电位器一样,输入一些操纵信号,计算机会指挥桨叶上的那些操纵衿翼。这样就把直升机的操纵机构、动力装置都集中在旋翼上,我就叫它集成旋翼。这样机身里面就可以自由的安排,就可以像现在的飞机一样,我们就用飞机的机身,这样把旋翼装到飞机的机身上就可以了。那么再装上一个小的机翼,在高速飞行的时候,机翼产生一定的升力替旋翼卸载,那么可以增大飞行速度,在尾部装一个小的矢量推进装置。因为悬停的时候你怎么转弯呢?靠尾部这个小的矢量推进装置让它转弯。因为动力已经在桨尖上了,没有反扭矩传到机身上,就不需要大的平衡反扭的东西,所以将来希望,如果能解决了智能材料来控制桨叶的桨距,能够解决了在离心力场里面稳定工作的推进器,把它装到桨叶尖部。这样的直升机应该是可以出现的。
问:我看见一个报道好像最近美国的一种飞机,那种飞机就是固定翼飞机和直升机的结合的一种飞机,说那种飞机是充分地利用了直升机在垂直起降和悬停方面的优势,然后又可以达到比较大平飞速度。
你很关心现在航空的发展动向。美国已经制造成功了v-22,叫倾转旋翼飞行器。它有直升机和飞机的优点,当然也有直升机和飞机的缺点。它在起飞和悬停的时候,螺旋桨是旋翼式的。在机翼两边各带一台发动机,带着旋翼这样,可以垂直离地。转入前飞的时候,旋翼和发动机慢慢往前转,转平过来,这样往前飞就相当于一个双发的螺旋桨飞机。这个设想是很好的,而且人们很早就希望把飞机和直升机的优点结合起来,但是试过很多种方案,真正成功的到目前为止就这一种,当然还有很多种正在试验或者研究中。这样它有直升机的优点可以垂直起飞,垂直着陆,可以在军舰的甲板上着陆。另外可以空中悬停。但是它的缺点,和直升机比缺点呢,一个它经济性不好,因为它转了做螺旋桨用,所以旋翼就不可能很大。为什么直升机要大旋翼呢?旋翼直径越大,它吸入和排出的空气量越大,因此要给空气加速所消耗的能量就可以小,就是可以花费比较小的功率来得到比较大的升力。所以现在一般直升机,差不多是一匹马力能得到4、5公斤的升力,而飞机螺旋桨因为它都比较小,所以一般是一匹马力也就是得到一公斤的升力,那么倾转旋翼的飞行器,是介于飞机螺旋桨和旋翼之间。所以它的经济性也是介于二者之间。它不像旋翼经济性这么好,这是和直升机比,它有它的缺点。第二个缺点就是因为它螺旋桨直径小,它要产生足够的升力,当然一个消耗功率大,另外它往下排出的空气速度很大,我们叫螺旋桨的滑流。如果你要想当客机用,上机、下机或者装货物有诸多不便,直升机旋翼下面的风已经够大,“倾转旋翼”下面的风更大,这也是使用上不是太方便之处。(来源:cctv-10《百家讲坛》栏目)
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植物是如何登陆的 -王怿
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主讲人简介
王怿,中国科学院南京地质古生物研究所研究员。本科毕业于南京大学地质系,后考上南京古生物研究所,博士毕业。后留所工作,一直从事古植物的演化及其发展的研究工作。
内容简介
我今天讲的内容是《植物是如何登陆的》。们从现在的植被上就可以很清楚地看到就是说现在海洋中有很多生物,类型也比较多,但是在现在陆地上植物的类型也是比较多的。那么植物占领不同的生态域,有的在高山上,有的在河流里面,这个植物是非常繁盛的,但是在地球的历史中,这个植物是如何占领陆地是非常重要的,为什么说它重要呢?这主要是要考虑到只有植物登陆以后,它在陆地上生存下来,占领陆地这么广大的空间,那么才能为动物登陆提供一些条件。植物怎样从水生的藻类发展到最后占领整个陆地的不同生态域,并且形成森林这么一个过程。我们回顾地球的演化历史,地球已经发展到今天,有45亿到46亿年。在距今六亿年左右,地球上的生物主要是以海洋生物为主,在水中生活着大量的藻类,植物在陆地上生存,它要具备三个基本条件:一、具有维管组织,这样植物才能直立,在地球上生存。 二、防止和调节水分蒸发以及光合作用的条件。三、繁衍后代的能力。
有了这三个条件以后,植物登陆也就有了一个基础。然后植物逐渐离开水体,登上陆地。也就是说植物登陆的过程是一个从水生;到半水生到占领近水的这么一个陆地环境;到占领可以远离水;到最后占领不同的生态环境,最后完成登陆的这个过程。
我们可以看出来植物占领陆地,它是经历了一个漫长而又艰巨的过程。那么通过不断地演化和发展,形成了我们今天比较丰富的植被。我们今天的人类是非常幸福的,我们可以使用地球上的这些植被资源,但是我们要充分认识到这些植被资源是非常宝贵的。我想的话,我们要保护植被,保护植被的目的就是为了我们人类的自身生存,为了维持一个良好的陆地生活环境。
《植物是如何登陆的》(全文)
我今天讲的内容是《植物是如何登陆的》,我们从现在的植被上就可以很清楚地看到,就是说现在海洋中有很多生物,类型也比较多,但是在现在陆地上植物的类型也是比较多的。那么植物占领不同的生态域,有的在高山上,有的在河流里面,这个植物是非常繁盛的。但是在地球的历史中,这个植物是如何占领陆地是非常重要的。为什么说它重要呢?这主要是要考虑到只有植物登陆以后,它在陆地上生存下来,占领陆地这么广大的空间,那么才能为动物登陆提供一些条件。这些条件包括提供它的食物,以及它的生活空间。那么当然了,在后来的演化中动物经过不断地发展,形成了像恐龙、鸟类以及直至到我们今天的人类。
今天我要讲的就是植物是如何登陆,它是怎样一个登陆过程?那么具体地说就是植物怎样从水生的藻类发展到最后占领整个陆地的不同生态域,并且形成森林这么一个过程。我们回顾地球的演化历史,地球已经发展到今天,有45亿到46亿年。在距今六亿年左右,地球上的生物主要是以海洋生物为主,在水中生活着大量的藻类,要讲植物是如何登陆的,这么一个主题的话,我们首先要讲一讲植物在陆地上生存,它要具备什么样的条件?它才能在陆地上生存下去,根据我们的研究,植物的生存基本上要具有三个基本条件。
那么首先我讲第一个,那么大家也看到的,植物无论是小草,或者是很大的树,它一般都是由地面向上生长的,那么这样就要有一个支持这个植物并且从地下运输水分和养分的这么一个组织,那么这个组织我们就称之为维管组织。只有具备了这个维管组织,植物才能直立上去在地球上生存。这种维管组织在植物的登陆中它占有了非常重要的地位,那么在不同的时期,它的疏导能力是比较弱的。随着它的发展,这种维管组织它的疏导能力是不断增加的,当然,我们可以想像一下,如果陆地上的植物没有这么一个支持和疏导的组织,那么就像我们海带一样,一旦离开了水它就瘫成一摊泥,这个陆地上的动物也就不能直立起来,因此说这个条件对于陆地上的植物是非常重要的。
第二个条件就是说防止和调节水分蒸发以及光合作用的这么一个条件,那么如果大家有兴趣的话,可以随便拿一块叶片可以在放大镜下仔细看,在叶子的表面有一层薄的膜,在膜上面有一些小白点,那么这些小白点,就代表了植物的一种小气孔。那么这个薄的膜就代表了植物的角质层,那么这个有什么作用呢?这个主要是防止植物的它的水分的蒸发,那么气孔主要是调剂也是一个植物的呼吸的这么一个结构。那么只有具备了这么一个结构,那么植物才能在陆地上,就是说它能够防止水分的蒸发,并且调剂自己的水分同时呼吸二氧化碳,同时通过植物体内部的叶绿素进行光合作用为植物提供自身的能量。那么如果这个植物它没有这个角质层,也没有这种气孔的话,那么一旦这个植物暴露在空气中,在烈日阳光的照射下,可想而知这个植物很快就枯萎了,那么它也不可能在陆地上长期的生存下来。
植物在陆地上生存下来的第三个必备的条件也是非常重要的一个条件,也就是繁衍后代的这么一个能力。当然我们可以想像,如果一个生物它没有繁衍后代的能力的话,它要生存下来,也只能是昙花一现。那么也就是说自己一个人,下面就没有了,长期生存下去也是不可能的,那么植物在陆地上要生存下去,就必须要具有这种能力,具有这种能力。也就是说,它繁衍后代要脱离开水体。那么脱离开水体植物上来说,它要具备一种什么样的结构呢?从早期来说它要具备一种叫做三缝孢的这么一个繁殖后代的能力,通过这种三缝孢的萌发,那么形成一个植物体,那么当然这个三缝孢是保存在孢子囊里面的,这种孢子囊有的时候可以在植物的顶上着生,同时有的时候这个孢子囊可以相互聚合形成孢子囊穗。当然在后来的发展中,植物繁衍后代就变成种子了。那么到我们现在的被子植物以及大家吃的这种米饭这些种子它都是繁衍后代的一些东西。因此说这个繁衍后代的器官也是很重要的,但是对于植物登陆的早期,这种植物繁衍后代主要是靠三缝孢来完成的,只是在植物后期进一步繁盛发展的时候才出现了种子。
上面我讲了有关于植物登陆所要必须具备的三个基本条件,只有具备了这三个条件,那么植物才能在陆地上生存下去。在这里,我要首先讲植物登陆的这么一个过程的时候,我们首先要回顾一下地球的发展的历史:地球演化到今已经有45到46亿年这么一个历史时期,当然在距今六亿年的时候,在海洋中,出现了大量的藻类。当然随着今后的演化,形成了寒武纪生物的大爆发。那么在海洋中形成了很多的动物,那么同时也有些脊椎动物的出现,但是在地球的表面上除了海洋以外,当时已经出现陆地,那么生物它必须要占领陆地,就是随着生物的演化和变化,生物除了它并不满足于只在海洋这么一个环境中生存下去,因此说它要向广大的陆地上推进。那么就这样,从这个时候,就是从大约距今5.2亿年的时候,植物就开始了一个艰难的占领陆地的这么一个过程。这个过程主要是根据化石的研究,根据化石的研究,这么一个过程,简单的可以划分为三个基本阶段。
第一个基本阶段这个阶段是从距今5.2亿年开始,这个时期也是植物已经可以在陆地上生存了。那么主要的化石证据是来自于一种比较细小的微体化石,那么这个时候出现了一些植物,就是可以在陆地上生存的两栖植物,那么称之为似苔藓植物。这个时间是延续了一个很长的时间,大约延续了一亿年,在距今大约4.2亿年左右的时间,那么植物进入了第二个阶段,这个叫早期植物化石阶段。那么这个时候的植物,已经具备了在陆地上生存的这个能力。但是植物比较简单,它并不能占领所有的陆地的生态域,它只能在水边生活。在距今大约4亿年左右的时候,植物进入一个大发展的阶段,那么这个阶段也就是植物最终完成登陆的一个阶段,那么这个阶段植物的类型也很多了。那么植物的生存可以完全脱离水体,同时占领地球的不同生态域,并且在最后,在地球上形成了森林。
下面我就具体的讲一下这三个阶段植物的一个变化的一个过程,首先就是第一个阶段,那么这个阶段它主要的是,我们刚才所讲的,就是说地球上生活的一种,这种似苔藓植物。这种植物它相对来说,我们到现在为止我们还不太清楚这个植物它究竟是什么样子,那么它的大小是什么?那么根据我们研究者的推测,这个时候的植物是非常小的,只有针这么大小,那么因此说在化石中是比较难以识别的,而推断它是这种似苔藓植物的主要的证据是来自一种微体化石,我们简称为隐孢子。那么这种化石它主要是保存在岩石中,对植物体的某一个部分,那么把这个岩石取回来,在实验室中通过化学的处理,把这种植物体的部分从岩石中提取出来,然后进行观察,但这个植物体化石是很小,它是在0.2个毫米以下,我们肉眼是看不到的,那么只有通过显微镜,甚至用电子显微镜来进行观察。那么通常主要的有两种类型,一种类型是一种四分体,一种类型是一个两分体,那么这些四分体和两分体它是早期陆生植物的这种指示性化石。那么它们的出现,就代表了陆地上可能生存有植物,那么这种植物跟苔藓植物具有很大的相似性,在晚二陶纪这类植物的范围是非常广的,可以从赤道到寒冷的地区。那么在我们国家新疆也发现了,因为从古地理的研究来说,我们国家的新疆,就是当时所处的古地理位置应该在赤道的附近,因此说这个植物是的确时间很长的,那么这类植物它的生存的一种环境,是一种潮湿的,但是离开水体也不能太远的一种植物。
当然,似苔藓植物言下之意就是跟苔藓植物非常相似,那么现在我们都知道的,苔藓植物是一种就是说两栖性的植物,它的生活并不能离开水体,它不能完全离开水体,它是一种又可以水生又可以陆生的。那么我刚才也讲了这种似苔藓植物我们没有化石证据,而真正的我们这种苔藓植物的化石证据是从什么时候开始的呢?那么从目前世界上的资料上分析,最早的苔藓植物的化石发现在晚泥盆世,那么这种苔藓植物也不是靠我们肉眼所看到的标本,能看到的,它也是通过化学分析从岩石中分析出来的。那么通过研究,从它的细胞的形态以及细胞的分布,以及它的整个形态特征上来说,认为它是一种苔藓植物。那么这样就有个问题了,苔藓植物的化石,发现在晚泥盆世,大约在距今3.5到3.6亿年这么一个时间范围之内,而最早的似苔藓植物的微体化石证据是来自于5.2亿年。那么这中间差了很长的一段时间,这中间只有微体化石的证据,并没有大化石的证据,因此说全世界包括中国的古植物学者都在为这个问题的最终解决,在不断地努力,希望能够尽早能够及时在植物占领陆地这个最早期这个阶段,它的植物的、它的形态特征,它的植物学特征,为最终这个问题的解决做出不懈的努力。
在这之后,植物占领陆地的过程,进入了第二个阶段,这个阶段植物发生了一个质的飞跃,那么就是说这个时候它的植物已经完全可以在陆地上生存下来。它不需要依赖水,当然这个时候的植物离开水体并不是很远的,也不能完全离开水体。那么导致植物这个质的飞跃,你像过去这种似苔藓植物,生存了一亿年,那么在4.3亿年,或者4.2亿年的时候,出现了可以陆地上生存的这么个植物,那么是什么因素导致了这次质的飞跃呢?根据地质学的研究,在距今4.4亿年的时候,地球上形成了一次很大的冰期,就是4.4亿年左右,在地球的古南极形成了一个很大的冰盖。那么这个冰盖形成的范围也很广,像我们国家的华南地区也遭到了它的波及,那么它所造成的一个,就是由于冰盖的形成,使海洋的海平面下降了,有人认为五十米,有人认为一百米,那么这种海平面的下降,可想而知,海洋的面积的减少,那么陆地面积必然就增大。那么当时海洋中生活的生物,那么在这种海洋面积减少的情况下,那么它势必就要往另外一个空间发展,那么这样也促使了这种海洋的像藻类植物,开始往陆地上前进。但是由于当时冰盖的形成,气候又比较冷,而植物对气候是比较敏感的。
因此说,在冰期之前并没有出现陆地上可以真正生存的植物,当然,在这个冰期以后,冰期逐步地开始消融。冰期消融以后,海平面自然就要上升,陆地面积也要减少,那么这个阶段尽管气候回暖了,但是它还并不能适应陆地植物的生存。但是随着这次冰期的消融,而地壳运动是在不断地变化,这个南极冰川消融以后,当时经历了一个过程,就是说地球地壳不断地升降,比较快的这么一个过程。就是陆地它不断地扩张,海洋也不断地收缩这么一个交替过程,一会儿,我们讲的这个一会儿是地质历史上的一会儿,有一定的时间范围。那么这个一会儿,这块地方它的海平面下降了,它变成了陆地,但是过了一段时间,海平面又上升了,它又变成了海洋。因此这种海陆的变化,那么也导致了这种水生的植物开始逐步地,它要适应这种变化的环境,爬上了陆地。因此结果就导致在距今大约4.3亿年前,出现了目前世界上已知最早的陆生的维管植物。非常幸运,这个最早的陆生维管植物,到目前为止它是最早的记录,那么主要它是只发现在我们国家的贵州凤冈。那么这个植物是非常有趣的,它的植物的中间有很好的这种维管组织。它由不同的管状细胞所组成,那么这个维管组织就很好地支持了这个植物,那么也就认为它是陆生植物的一个重要的理由,因为它有这个维管组织,因此这个植物可以直立,在陆地上生长。而在海洋中,它不需要这个结构,它要水体来支持植物。从这个植物的形态来说,它的整个枝就呈一种羽毛状的排列,就是羽状排列,那么这个跟藻类又很像。那么这个植物通过我们的研究,认为这种植物它具有陆地的生态能力,就是说它是一种陆地上生长的植物,但是它又没有从形态上跟藻类是十分相像的,因此说它是一种从藻类到陆生植物中间的一种类型,它是陆生植物的一个演化的旁支。而这类植物它生存时间很短,它是陆地植物的一个先驱者,但是它并没有延续下去,而是它并不代表陆生植物的原始的类型,在今后的发展过程中,这个植物很快就消亡了。那么取而代之的,是一些可以在陆地上生存的形态比较简单的一些植物。
那么这就是说,形态比较简单的这些植物的话,一般来说,国际上大家公认的,主要有一大类植物叫顶囊蕨植物。这种植物从结构上来说是非常简单,大家也看到的,就是一个枝条,它简单地分叉几次,然后顶上就剩一个圆球,孢子囊。里面有三缝孢,同时这个植物它没有叶子。那么它的枝条的表面,它就有这种角质层,就有这种气孔,另外这种枝条的里面有支持这个植物的维管组织。因此说,这种非常简单,个体也十分小的这种植物,它是一种早期陆生植物的一个代表分子。那么这个代表分子,它当时有一定的分布范围,它主要分布于北半球。那么在这个时候,南半球,同样也存在着一类到目前为止发现的一类重要的植物,这种植物叫做巴兰德木。那么这个植物它的形态结构相对比较复杂,跟我们所说的这个顶囊蕨,它属于不同的类型,那么这个植物它跟我们现在蕨类里面的,像那种石松,就是过去很小的石松十分像。上面有些很小的叶子,呈螺旋一样地排列,那么这个植物它当时主要分布在地球的南半球,它是南半球植物的主要代表分子。因此说当时在距今大约4.2亿年前的时候,在地球的表面上植物已经有了一定的分区。那么造成植物这种南半球和北半球分区,主要的原因是跟它的气候有一定的关系。
当然,我们要说的另外一个问题,尽管地球上当时主要是有南半球和北半球,这两大类,就是以植物为主以外,另外在它的赤道附近,分布了一些特殊的、形态结构比较发育一些植物类型。比如在加拿大北极圈,距今大约4.2亿年左右的时候,它的陆生植物是非常发育的。那么加拿大北极圈大家都知道现在是冰天雪地,那么这些化石主要是采集于一些埋在雪下的岩石之中。而当时在这个时候,就是说在距今4.2亿年的时候,根据古地理的研究,当时加拿大这个地区它属于地球的赤道附近。因此也可以看到,通过这个也可以看出地球的板块是在不断地变化的,那么加拿大这个北极圈,这些陆生植物它的形态已经比较复杂了,出现了不同的类型。有些类型它的植物可以多次分叉的,顶上这有一个孢子囊的,这算一个圆的,这就称为孢子囊,那么跟顶囊蕨是十分相似的,但有所不同。
再举一个例子,就是我们国家新疆的,在我们国家新疆的准噶尔盆地西北缘,在距今大约4.15亿年左右的时候,也产有一些就是早期的陆生植物。那么这些陆生植物的类型是非常丰富的,它被认为是目前世界上已知保存最好的植物群。那么它的类型是非常多的,那么当时根据古地理研究,我们国家新疆的准噶尔,现在大家知道是气候比较干燥的,自然条件比较恶劣,但是当时它的气候条件是在古赤道的附近,因此说也可以看出来一些变化。那么这个植物群里面的类型是非常多的,那么有一种植物的类型,就是说它的植物它的茎杆,它分叉多次,在它的顶端是组成一些孢子囊的,那么这些植物的类型,这种植物的类型它代表了一种我们现代植物的最原始的类型。通过这种植物的类型呢,发育形成了我们现代的植被。当然在这个植物群里面,它的类型也是非常多的,那么这里我要重点向大家介绍的有一种植物,它上面有个孢子囊,孢子囊下面也是分叉的一个茎杆,但是在这个孢子囊上面长了很多刺,那么在这个植物的茎杆上也有很多刺。这个植物长刺,看起来这个结构是非常简单的,你比如现在玫瑰花这些东西,带刺的玫瑰,这都有刺,那么这个刺当时出现,它有什么用呢?那么从植物本身来说,这个刺增加了植物的表面的面积,那么可能增加光合作用,可以形成自己的能量。但是这种刺的增加,同时也使植物受光面积增加,那么对于它的本身的防止水分的蒸发,也不是很有利的,那么同时,要考虑到这种刺的出现,也是一个另外的一个重要原因,就是植物它有自我保护能力。就相当于你要在现代植物里面,你说要摘某个东西,如果表面有刺的话,你得想想用别的办法去摘它。当然这是不合法的,那么就说这种刺,当时出现的这种刺,它的目的,我想主要的目的是植物的一个自身保护功能。那么当时在陆地上会有什么东西吃它呢?那么根据这样,我们就认为当时地球上除了植物以外,已经出现了动物。当然这个方面我们通过研究也有化石证据,产自于英国志留纪时代里面的一种多足类的一些动物化石,它属于节肢动物的,跟昆虫比较相似的。那么这种动物当时已经在陆地上可以生存下来了,那么因此说新疆的这种植物表面带有刺,我想是跟最早期的昆虫是有关系的,植物已经有了自己保护自己的能力,那么也这也是一种植物跟动物在陆地协同演化的一个开始。
到这个时候为止,那么植物它基本上可以在陆地上生存下去了,进入下面一个阶段,就是说植物如何占领陆地的不同的生态环境,并且最终形成很茂盛的植被,也就是形成我们现在的森林,那么这个时期我们称为植物的发展时期。那么这个时期延续的时间大约有七千万年左右,那么这个主要的是从泥盆纪开始,在这个里面主要分为三个阶段,就是早泥盆纪、中泥盆纪和晚泥盆纪,那么这三个阶段所显示的植物,无论从大小,以及形态以及它的分布的范围,都有明显的变化。
那么首先我要讲的是,第一个就是早泥盆。这个时候它的陆地上的植物,已经在地球上广泛的分布了。那么这个时候的植物,它相对来说个体都比较小,都是沿着地面分布的,那么这个时候它也出现了很多类型,跟前面是不一样的。那么这些类型比如像现在一些植物的祖先类型,像裸蕨类、石松类、瑞尼蕨类,以及工蕨类,这些大部分类型,现在我们在地球上已经看不到了。它是现代植物的一些祖先类型,它当时已经绝灭了,但是这些类型通过今后的发展,形成了我们现在的蕨类植物,以及裸子植物、被子植物,这样一步一步地发展过来的。那么这些植物之间有很大的差异,当然也可以看出来当时的一些植物,它主要的表面都是光滑的,就是说它主要是由一些这种小枝组成的,但是在我们国家云南的“坡松冲组”中,发现了世界上最早的大型叶,以后的发展就是形成了我们现在可以看到的叶片,那么这种大型叶的形成对于植物进一步占领不同的生态域,并且最后森林的形成,是非常有意义的。那么这个植物当时在早泥盆世,这个植物它所显示的在世界各地上有很大的不同。
比如在英国它的早泥盆世的陆生植物,它显示的我们当时的植物,它基本上沿着离水不远的这么一个距离进行分布。而在远处的比如像山上以及斜坡上,植物就非常少。当时的植物个体也比较矮,当然英国的这个早泥盆世的特定的植物群,在世界上是非常有名的。因为它的化石主要产在燧石之中,那么经过了矿化作用,那么这个主要是与当时生态环境中有些火山,这些火山形成了一种热液流,对植物进行替换作用,最后使得植物的结构保存得非常好是有关系的。但是也可以看出来当时的植物它离水是不远的,尽管在陆地上生存,但是它不能离水非常远,我们国家云南的早泥盆世的植物也是非常发育的,那么这个时候的植物,也可以看出来,它尽管它分布的类型有很多不同的类型,有些植物它还没有完全离开水。它有一部分可以露在水上,就是说可以冒出水面,那么这一点,也可以说它在陆地上也可以生存。但是有些部分它还在水下,有些植物它就可以在陆地上生存了。那么这些陆地上生存的这些植物从个体上来说都很小,就跟我们现在小草一样,当然小草不属于这一类。就是说也在地面分布,同时它不可能离开水体,那么真正的早泥盆世,植物它是占领了陆地,但是占领了陆地的这种生态域是有限的。它当时并不能离开水体,因此说物必须要向前继续发展,占领更大的生态域,那么进入了第二个阶段,那么也就是我们地质上讲的中泥盆世这个阶段。
这个阶段陆生植物它就开始逐步地远离水体,那么这个时候植物它有很大的特征,就是现在我们蕨类植物的主要的原始类型,在这个时候已经出现了。那么同时在这个时候某些植物的个体已经很大了,像有一种在我们国家湖南发现的这一类植物,它的个体已经很大了。它的高度可以达到一到两米,当然在纽约,他们在中泥盆世也发现了一类植物,跟我们国家的有些不同,但是它的高度也能达到一到两米。那么在这种一到两米的这么一个植被高度上,同时也生存了不同高度的一些植物。因此说有些植物它的高度只在一到两米之间,那么形成了一个中间层次的植物,同时在当时的地面也有一部分低矮的植物,因此说在这个时候中泥盆世这些植物,从空间上来说,已经有一种层次上分别。
那么同时在中泥盆世最重要的一个特征就是它离开水,那么在这个景观图上我们可以看出来,植物它已经可以生存在不同的生态范围内,有些已经离开了水了,那么同时也可以看出来这个地方,就是像这些地区已经形成了一种就是比较原始的森林,那么当然不像现在森林一样,这些森林底下也有些低矮的这些植物,而这些植物并不像现在那样比较茂盛,但是它是非常简单的一个过程,那么这些是非常清楚的,当时,也可以看出来当时的一个植物,我们可以跟现在的一个植被进行比较的话,好像这些植物表面并没有很发育的叶子,那么因此当时的植物它并没有形成我们现在这种叶子,它主要的是靠枝条的,就是这种枝的多次分叉这样一个过程,那么因此说这个植物已经真正的占领陆地的生态系统,似乎还差了一点。
那么随着地质的演化,植物进入了晚泥盆世这个演化阶段,那么这个演化阶段它的陆生植物占领了不同的生态的环境,那么现在蕨类植物的不同的类型,也在这个时候出现了。那么这个里面比如像现在蕨类里面,它的石松类,个体都比较小。而这个时候它有一种石松类个体是很大的,它的高度可以达到十米左右。那么这些植物,它在某个地区一起生长形成了比较茂盛的森林,但是同时它不但有高达十米以上的,同时在地面的植被类型也不断地丰富、不断地发育。在这里我要讲的,当时我们在这之前所讲的这些植物,都是以蕨类植物为主,但是这个时候在地球的植物演化中出现了一个重要的类群,就是裸子植物,也可以称为【创建和谐家园】子植物。那么有一种【创建和谐家园】子植物称之为古羊齿,它的个体是非常大的,它的高度可以达到十几米,它的直径可以在一两米。那么在美国,可以在一个公园,美国的一个森林公园里面,保存了很好的古羊齿,那么它形成了陆地上最原始的,就是说当时形成了陆地上的森林。当然另外一个重要的就是裸子植物种子的发现,也是很重要的。像这类植物,它出现了种子,那么种子就预示着裸子植物的开始,因此当时晚泥盆世是一个植物界演化,从蕨类植物向裸子植物过渡的一个关键时期。而这个时候地球上所生存的,主要是以蕨类植物为主。
那么到这个时候为止,植物基本上完成了它登陆的一个过程,那么这个时候它的植物就可以占领不同的生态域。那么随着今后的演化形成更繁盛的植物群,那么总的来说植物占领陆地的这么一个历程,是从一个水生、到半水生、到占领近水的这么一个陆地环境、到占领可以远离水、到最后占领不同的生态环境,就是说包括山区这么一个生态的环境,这么一个过程。那么这个演化的过程,应该就是从距今5.2亿年到距今3.5亿年这么一个过程,那么这样就是植物完成了一个真正的它占领陆地这么一个旅程。
当然,随着在这今后的发展过程中,植物得到了进一步的发展,当时地球上的蕨类植物进一步繁盛,同时裸子植物也进一步加入,在距今3亿年之前形成了我们地球历史上最繁盛的植被。就是比我们现在的植被还要繁盛,那么给我们人类所带来的财富,当时由于植被的丰富形成了很厚的煤,像我们国家华北的煤,这样给我们人类今天能够使用的一种能源,就是煤。
最后要说的,就是说植物占领陆地它是经历了一个漫长而又艰巨的过程,那么通过这个不断地演化,形成了我们今天比较丰富的这么一个植被。我们今天人类是非常幸福的,我们可以使用地球上的这些植被资源,但是我们要充分认识到这些植被资源是非常宝贵的。我想的话,我们要保护植被,保护植被的目的就是为了我们人类的自身生存,为了维持一个良好的陆地生活环境,谢谢大家。
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中国油气资源的二次创业 -刘光鼎
t/x/t小.说。天.堂
主讲人简介
中国科学院院士,刘光鼎先生,1952年毕业于北京大学物理系。他长期从事中国海洋大地构造和石油地质、地球物理研究。担任过地质矿产部、石油地质海洋地质局副局长,中国科学院地球物理研究所所长。
他先后发表了《海洋油气勘探与开发》、《东海地质与油气勘探》,以及论文80余篇。两次获得国家自然科学二等奖。1992年获中国科学院“竺可桢野外工作奖”。1993年获李四光科学荣誉奖。1997年获香港“何梁何利科学与技术进步奖”。同年获中国科学院技术进步特等奖。
他说:促成中国油气“二次创业”是他此生最大的心愿。
内容简介
石油是工业的血液,也是战略物资。一个国家要是没有石油,或者是石油紧缺,就是个非常危险的问题。实际上中国的原油已经进口到7000万吨,每年要拿出200亿美元,到国际市场上去把原油换回来,这是一个极大的问题。
温家宝副总理批示。“要重视油气资源战略勘察工作,争取在前新生代海相碳酸盐岩地层中,有新的突破”。这是一个非常重要的问题。
什么叫陆相?什么叫海相呢?我们过去都说中国是陆相生油,就是在海水从中国大陆退出去了以后,还剩了河流、湖泊,还有沼泽,在这些地方同样可以生油,这是中国在世界上的一个极大的贡献。海相就是在浅海里面、海洋的环境里面沉积下来的地层。地质上管它叫做海相,同样也可以生油。
在20世纪三、四十年代,全世界的石油都是在海相地层里找到的,1937年,就是咱们国家解放前,年产12万吨原油,就是靠玉门油矿。当时全世界认为,只有在海相地层里找,从没有人提陆相。中国油气第一次创业的成绩是巨大的,1960年人民日报头版头条,发表了一条消息,叫洋油的时代一去不复返了,我们自己的原油能够生产了,1959年开始,我们发现了大庆油田,年产5000万吨。1963年,又发现了胜利油田跟辽河油田,胜利油田产量最好的时候,达到了3300万吨;辽河油田达到2000万吨。等到20世纪六、七十年代,就有1亿吨的产量,等到20世纪80年代以来,中国的原油年产量已经达到了1.67亿吨,占世界第5位。
第一次创业就是陆相生油,给中国的石油天然气奠定了基础。总体上来讲,石油年产量是一直在增加的,但是我们的需求量也在增加,1993年进口原油3000万吨。等到2000年已经进口到7000万吨。预计2010年石油缺口要达1亿吨,而天然气缺口要有400亿立方米。
但是,另外一个情况是中国的石油跟天然气的资源潜力都很大,最新一次对石油的评价是总资源量达到了940亿吨,而我们现在只发现了22%,天然气总的资源量有38亿万立方米,现在仅仅探明了7%。海相残留盆地,是我们亟待要开拓的。但是这个问题难度相当高的,于是就提出来一个二次创业的问题。二次创业就是要在前新生代,就是在中生代、古生代,甚至于元古代地层里来找石油和天然气。
现在在塔里木我们可以在地层六、七千米的深度底下把石油找到,但是在海相地层里找油,还是没有突破。而第二次创业,就要勘探开发前新生代海相残留盆地。前新生代海相残留盆地,是我们21世纪中国油气勘探的新领域,也是我们重点工作的方向,现在已经开始取得了很多成绩,前途也是非常广阔的。这就是《中国油气资源的二次创业》已经来临,还需要大家共同努力。
全文
我今天来跟大家谈一谈中国的石油问题。石油大家都知道这是工业的血液也是战略物资,一个国家要是没有石油或者是石油紧缺,就是个非常危险的问题。实际上这件事情目前已经在中国发生了。 2001年2月下旬,在人民大会堂有一个报告,当时就讲到了中国的原油,已经进口到7000万吨,每年要拿出200个亿的美元,到国际市场上去把原油换回来,这是一个极大的问题。
我是2001年8月17号通过中国科协给中央写了一个建议,建议叫做《关于中国油气资源二次创业》,我8月17号写上去了,8月27号温家宝副总理就批了。他把这样子一个事情很明确地提出要重视油气资源战略勘察工作,争取在前新生代海相碳酸盐岩地层中有新的突破。这是一个非常重要的问题。
我在这儿要说一下,有几个术语,一个什么叫陆相?第二什么叫海相?我们过去都说中国是陆相生油,陆相生油的意思是什么呢?就是在海水从中国大陆退出去了以后,在中国大陆上还剩了河流、湖泊还有沼泽,在这些地方还可以生油,这是中国在世界上的一个极大的贡献。那什么叫海相地层呢?就是在浅海里面沉积下来的,在海洋的环境里面,沉积下来的地层,而这种地层是海相,地质上管它叫做海相,同样也可以生油。
在20世纪三、四十年代,全世界的石油都是在海相地层里找到的,所以中国石油界一位先驱者叫孙建初先生,他1937年从国外回来,他跑到了玉门,就是河西走廊去找油,他为什么要去到河西走廊去找油,就因为他认为河西走廊是一个山间盆地,两个山当间的一个盆地,这个盆地会有海相地层。他跑到那儿去,果然就在石油沟和白杨河里头看到了油苗,他就追踪这个油苗,追踪发现了玉门油矿。这也就是咱们国家解放前,年产12万吨原油,就是靠玉门油矿,就是孙建初先生的贡献,但是孙先生发现的石油,不是海相地层,而是陆相地层,是在老第三纪地层里拿到了石油。他从此不说了,再也不说了,不说什么,因为当时全世界认为,要想找到石油,要在海相地层里找到,从来没有人提陆相,结果他在陆相里找到了。当时就是潘钟祥,潘老先生,后来是北京地质学院石油系系主任,他在陕北工作、在四川工作,他就发现中国的湖泊、河流里头的沉积同样也可以生油。他就写文章,结果没有一个杂志给他发表,所以潘钟祥先生1941年他到美国去,在美国把这个文章发表了。他的文章就是论述陕北跟四川的陆相生油,就是说在海水退出了以后,剩下的湖泊、河流里面沉积下来的地层,同样也可以生油。所以我在这儿,我想说的就是孙建初先生跟潘钟祥先生对中国石油做了巨大的贡献,这是我们不应该忘记的。等到全国解放了以后,大规模地开展了油气的勘探,这个时候李四光、黄汲清先生,就应用潘钟祥先生首先提出来的陆相生油的理论来推动了我们全国的油气勘探工作,而且也取得了巨大的成绩。我说中国油气第一次创业的成绩是巨大的。我记得1960年,人民日报头版头条发表了一条消息叫“洋油的时代一去不复返了”,当时我们看了以后真是热血沸腾,确实欢欣鼓舞。因为过去用的石油都是从外国买进来的,而我们自己的原油能够生产了,能够满足国家需要了,这是一个极大的事情。这里面主要是因为什么呢?从1959年开始,我们发现了大庆,因为1949年全国解放,10年我们在大庆的时候,建国10年的时候,在东北松辽平原发现了大庆油田,大庆油田后来发展到年产5000万吨,而且是稳产、高产5000万吨。后来接着1963年,又发现了胜利油田跟辽河油田,胜利油田它的产量可以达到每年3000万吨,最好的时候达到了3300万吨,辽河油田可以达到2000万吨。等到20世纪六、七十年代,咱们东部这些油田,就有1亿吨的产量,等到20世纪80年代以来,中国的原油年产量已经达到了1.67亿吨,占世界第5位。世界石油大会到北京来开会,外国人一致认为中国油气的特点是陆相生油,就是说在中国大陆形成之后,在湖泊、河流、沼泽里面形成的陆相地层里,同样也可以生油,跟海相地层里能够生油一样,认为这是中国的特点、特色。
应该说中国油气这个时候做出了巨大贡献,这是我们的第一次创业,就是陆相生油,给中国的石油、天然气奠定了基础。但是,存在着问题。1993年我们开始重新进口原油,而且一进口就是3000万吨,等到2000年,进口原油达到了7000万吨。也就是说我们国家每年要拿出200个亿的美元,跑到国际市场上去把原油换回来。这对一个国家是极大的问题,石油有一个在国际上通行的一个警戒线,就是说你国家产原油产多少,你进口的原油不能是超过你国家原油产量的三分之一,而我们达到40%。咱们的石油天然气总公司做了一个预测,总体上来讲,石油年产量是一直在增加,但是我们的需求量也在增加。而且到1993年以后,增加的就比生产量还要快,这时候进口原油3000万吨。等到2000年已经进口到7000万吨。预计2010年石油缺口要达1亿吨,而天然气缺口有400亿立方米。这就是一个极大的问题,这是摆在我们面前迫切要解决的问题。
但是,另外一个情况是什么呢?是中国的石油跟天然气的资源潜力都很大。我们解放以来,做过几次石油预测,最新的一次对石油的评价是这样子,就是石油的总资源量达到了940亿吨,而我们现在只发现了22%,还有78%还没找到。天然气总的资源量,有38亿万立方米,现在仅仅探明了7%,就是有更大的天然气还没有发现。所以应该说是还有很大的潜力可以挖,但是请大家注意一件事情,就是过去50年,我们从1949年建国,20世纪50年代开始来抓石油,现在整整50年了,过去的50年我们的石油,只是在新老第三纪里头来找油,只有大庆是白垩纪的、是中生代的,其他的地层都没有涉及到,因此我们目前,摆在我们面前的任务是两条,第一条就是新生代油气藏应该继续深化,来发掘隐蔽的地层--岩性油气藏,过去我们都是找构造的油气藏,所谓的背斜,就跟一个锅扣过来那样,我们找到它,来打钻,来发现油气。现在在这种背斜之外,还要找古代的河道,古河道砂里面也含油气,现在胜利油田就靠找到这古河道砂。我们地球物理勘探,在最近这20年里头进步非常之快,地震已经发展到高分辨率地震,在高分辨率地震的基础上,来发展出层序地层学,就可以帮助把河道砂给找出来。最近特别是今年,胜利油田的增产,主要是找到了河道砂,在河道砂里头发现了新的油气。这个还是在新老第三纪的领域里头,我这儿想说的就是在新老第三纪之前,还有前新生代海相的残留盆地,这是我们亟待开拓的,但是这个问题是难度相当高的,这样子就提出来一个二次创业的问题。第一次创业就是我们在陆相地层里,在新生代,包括了白垩纪的陆相地层里找到了油气藏。二次创业就是要在前新生代,就是在中生代、古生代,甚至于元古代地层里来找石油和天然气。
所以半个世纪以来,中国油气勘探在陆相生油理论指导下,除了大庆是白垩纪储层之外,全部局限在新老第三纪地层里头,那么我们今天是不是应该能够向前新生代,就是向中生代、古生代,甚至于元古代地层来寻找石油呢?我就提了这样子一个问题。这件事情我们在从“六·五”期间就开始注意到,“六·五”期间,我当时在地质矿产部,石油地质海洋地质局主持这些工作,当时我就提出了这么几个课题,其中一个叫煤层气取得了成绩,现在中联煤层气公司已经成立了,全国开发了好多地方的煤层气开发了,但是在“六·五”期间的南方碳酸盐岩,就是在海相地层里想来找油气,没有突破,经过5年的奋战没有突破,然后“七·五”,煤层气进展到天然气,也取得了成绩,另外在东海,在海底大陆架上也找到了油气,也开发出来了西湖坳陷的油气藏,也开发了,而现在在塔里木也找到了,在塔里木我们可以在地层六、七千米的深度底下把石油找到,但是在“七·五”期间,制定的南方碳酸盐岩,也就是在海相地层里找油,还是没有突破。我记得我在上海的时候,主持东海的油气调查,我们打了一口井,就在温州的外面、海里面,给它起了个名字叫灵峰1井,这口井打到了2800米的地方,打到了花岗片麻岩,在花岗片麻岩里头,发现了有1桶的原油,谁也不敢说话了,究竟是怎么回事,花岗片麻岩里能够生油,这是过去地质学家、地球物理学家都没敢想这个问题,这个地层经过同位素测定是17.6亿年,是元古代地层,在地质上认为元古代,就是前寒武纪那个时候还没有生物呢,那怎么会有油呢?所以地质学家也不讲话了,地球物理学家也不讲话了。
第二,当时的想法只要是在海相地层里,浅海生油的环境会比湖泊、河流这陆相的环境好,浅海肯定有油,那么浅海沉积下来地层是什么,主要是碳酸盐岩,所以那我们就从四川一直到江苏,上、中、下扬子,我们就花了10年在那儿干,有一些地球化学家就提醒我们,说你拿来那个碳酸盐岩,经过分析,生油量都很低。我那个时候到贵州去,贵州有一个“八普”(第八普查大队),当时有几位同志就跟我说,你到贵阳东面100公里的样子,有一个地方叫麻江,你到那儿去看看,很有启发,他们就领着我去了,一看,麻江是个古油藏,现在已经破坏了,但是古生代的时候,它确实是个油藏,这个油藏有10亿吨的储量,就是当时我去的时候,咱们国家的石油拿到手的储量只有14亿吨,而这个麻江的古油藏,如果没有破坏,它一个油藏竟有10亿吨的储量。那就给我一个想法,如果我们要找到麻江这样的油藏,找到这么一个古油藏,实际上是大功一件呀,因为国家储量也就是14亿吨,它这一个就是10亿吨,找一个就够了,是不是,咱们现在每年增加的储量也就是在5亿吨左右,所以就产生一个想法,是不是应该往古生代走?然后第二个问题,这麻江古油藏已经给抬升暴露到地表了,剥蚀了、破坏了,所有油气都挥发了,这确实是很遗憾的一个事儿,但是,中国960万平方公里的陆地,近300万平方公里的海域,是不是所有的古生代油气藏都破坏了?古油藏会不会还有没破坏的,那我就返过来再认识,就发现了破坏的时期,主要是在中生代,就是印支期、燕山期、喜马拉雅期,这三期构造运动破坏得很厉害,但是我深信还有残留下来的,所以我给起个名字叫海相残留盆地,这是我觉得经过了10年,才开始认识了这么一点儿。当然另外还有一个,为什么用10年的工作,对上、中、下扬子海相地层集中勘探没有解决呢?就是仪器设备跟方法准备不足,我想在座的很多都是今后咱们国家的地球物理学家了,我想大家要下决心,立志发展地球物理,在中国把石油找出来,我这一辈子在地质界里头做了很多工作,从地球物理上来看,我最后得出一个非常简单的认识,叫做三横、两竖、两个三角,中国大地构造的格架是三横、两竖、两个三角。第一横,天山--阴山--燕山,基本是一个东西方向的,在这个地方以北是蒙古,以南这边是塔里木,那边是华北,在这个地方当初在古生代以前有个蒙古洋,蒙古洋闭合南北这两面儿碰撞到一块儿,形成天山--阴山--燕山,这样子一个结合带。另外一个,就是昆仑--秦岭--大别,大别从这个地方一块挪到这边来,就是郯卢断裂往北延伸了,但是它的主体是这一部分,就是昆仑--秦岭--大别,又是一个东西方向,北边是塔里木,南边青藏,北边是柴达木,南边是松潘,北边是华北,南边是扬子,所以这一个造山带,又是一个不同块体的结合带。还有第三,就是扬子跟南华的界限,就是南岭,基本上也是一个东西方向,所以三横是不同块体的结合部位。
两竖,一个是大兴安岭--太行山--武陵山这条线,这条线在重力图里,它是一个陡变的梯阶带,就是地壳厚度变化很快的一个地带,还有一个是贺兰山--龙门山。这两条竖的,就把中国分成了三块儿,当间这一块儿是鄂尔多斯和四川,地壳厚度都在45公里左右,非常稳定,贺兰山--龙门山以西,地壳厚度从50公里增加到70公里,世界上地壳最厚,喜马拉雅就在这个地方,也就是世界的第三极。完成了这个地壳增厚,是在中生代时期内。然后,大兴安岭--太行山--武陵山,以东地壳是减薄的,地壳的厚度从38公里向东逐渐减低,到冲绳海槽变成了18公里。这样子一个减薄的过程,是在新生代完成的。在这个格架里头还有两个东西,一个就是在柴达木跟祁连山的一个三角,而另一个三角,就是松潘地区。所以,如果对中国大地构造的格架,宏观最简洁的表达,就是三横、两竖、两个三角。这个在指导生产,指导我们应用实践里头,意义非常之大。在这个三横、两竖、两个三角的当间儿,都是沉积盆地所在的地方,我想说的是这样,沉积盆地是指的新生代沉积盆地,也就是说,咱们第一次创业集中工作的地方,就在三横、两竖、两个三角的当间儿,而第二次创业,就要在三横、两竖、两个三角当间儿的新生代沉积盆地的下面来找,我这儿还想说一下中国大地构造演化的历史。
在太古代和元古代的时候,中国有四个陆核,这个陆核就是华北、扬子、南华、塔里木,这里头以华北最老,基底可以达到38亿年,是属于太古代,扬子、南华跟塔里木,都是十几亿年元古代形成的。也就是说当时海水里冒出来了这么几个陆核。它们在海水里出现,也就是说在前寒武纪的元古代跟太古代时候,陆核在海水里涌现出来了,然后就向块体过渡。为什么第三十届地质大会要到中国来开?外国人都要跑到中国来开,是因为对中国大陆的地质不了解,所以希望大会以后,给他们开辟100条地质路线,让他来考察。但是他跑完了以后,也不敢讲话,因为都没见过,所以板块大地构造,只管印支期以后这么一个阶段,这个阶段开始的时候,中国古大陆形成了,但还没有青藏。青藏形成通程中,对于整个中国大陆是一个强烈的挤压改造的环境,然后等到了晚白垩,到中渐新世的时候,东部太平洋这边开始起作用了,所以太平洋这个板块就逐渐往中国大陆靠近,结果在中国的东部就出来了一些箕状的坳陷,在这个坳陷里面的湖水就沉积下来了陆相地层,在板缘聚敛通程中,板内就形成一个拉张的环境,拉张使地壳沉降并形成盆地,等到晚渐新世到第四纪的时候,这个板缘俯冲下来,而板内有沉降,所以在中国东部这些油气盆地上面都盖了一层第四纪的被子。就是中国大地构造一个演化历史。我这儿想强调两条,第一条就是陆核之间,为海水覆盖,因为有海相地层存在。也就是说,就在古全球构造的时候,中国有广泛的海相沉积。第二,是中国古陆形成,海水退出,河流、湖泊沉积下来了陆相地层,而陆相地层主要是新全球构造时形成的。
勘探开发前新生代海相残留盆地,这是中国的油气二次创业。这时候就是中晚元古代和古生代,海相碳酸盐岩是有广泛分布的,其中有机质生烃的条件,要比湖泊、河流、沼泽的陆相沉积优越,至少它生物繁殖要比湖泊丰富得多;第二,古生代海相地层遭受中生代多期造山运动的破坏,挤压改造,其中油气藏受到了剥蚀和破坏,但是肯定会有残留盆地,或者没有受到破坏的部分,其中仍旧赋存有大量的油气资源,麻江古油藏给我们一个很明确的提示,所以在找海相地层的时候,只要保存条件好,古生代海相残留盆地,就会比新生代陆相碎屑岩盆地更有利于油气的生成和储集。但是古生代海相残留盆地的储集空间跟我们过去50年找的都不一样了,我们过去总都是在砂岩里头,总都是找背斜,或者找断层复杂化了的背斜,现在要找的是洞、缝、孔,它的储集类型是古风化壳、裂缝、溶洞、白云岩孔隙、鲕粒灰岩的孔隙等,最近在四川的东部,湖北的西部,找到鲕粒灰岩就有天然气,而且天然气量是非常丰富的。古风化壳在渤海周围,在塔里木都已经有所发现,关键是要把缝、洞、古风化壳,其中很重要的是白云岩的风化壳,这是很重要的,我再把前面说的再概括一下,这边是一个地质的一个柱子,这是古生代,这是中生代,这是新生代,跟这边柱子相应的地质的一个简图在这儿,我们50年,第一次油气创业50年,我们就在这一个地方找,顶多包括了白垩纪的上部,就是这一块儿地方,我们就是在这儿找到了油气,而且这点儿油气就占了世界第5位,1.67亿吨,既然在这儿,这么一点儿地方就有这么多油气,为什么我们不能够往前再走一步,往深再走一步,这就是我们的一个命题。
我再说一下,我们过去50年找的沉积盆地,找油气都是在什么地方呢,都是这样,在这个基底是一个向外的、拉张的一个盆地,它一拉张,地壳减薄,上面就沉降下来了,就造成盆地,起了个造盆作用,在这儿就形成了盆地,我们就是在这么一个简单的情况底下找到了油气,现在要讲前新生代,海相残留盆地,那就是个造山作用,复杂复杂在这儿。新生代它是个拉张的,等到古生代的时候,它是个挤压的,特别经过中生代,它是挤压的,两面一挤,这个山就起来了,它底下还有个盆儿,等这个山暴露到地表以后,就被地表剥蚀掉了,就是这块灰色的被剥蚀掉了,现在剩下来的这个盆地叫做残留盆地,它是处在一种挤压环境下,所以我们在这种环境底下,你要找断层的话,都不再是正断层,是逆断层,所有出现正断层都要在逆断层的约束下出现的。挤压环境在中国非常广泛,这是个造山带,这个山,就叫山间盆地,这个造山带前边儿,叫前陆盆地,这是陆内盆地,是不同的环境。我一开始讲孙建初先生从国外回来,第一件事儿,他就钻到河西走廊,去找到了玉门油矿,他就是在两个造山带当间找山间盆地。他一心想去找古生代的油藏,去找海相油藏,结果他找到了陆相油藏,海相油藏没找到,当初孙建初先生找海相油藏的想法,去年在河西走廊终于实现了。一般来讲,陆相的油藏,打一口井,出油也就十吨、八吨,等到海相地层里却往往出现千吨井,例如在河西走廊,前年(2000年)的冬天打到了海相地层,一下子井喷,把井架子都给弄垮了,再如1982年在塔里木第一口井,沙参2井出油,打到5800米的白云岩风化壳上,一下就喷了,这一喷,一天产原油1000吨,天然气100万立方。我们过去解决油气主要靠地震,反射地震,但是在海相地层里头,所有的地震的前提条件都是水平层状介质,但是到了海相地层是个复杂地质体,前题条件改变了,因此就需要创新,从根本上解决成象问题。在陆相生油,我们考虑盆地就行了,它就是基底拉张,沉降成盆儿,现在海相就要考虑挤压环境,挤压上面造山,山剥蚀了以后,剩下的那个盆儿,就是残留盆地,这样盆地和山,中间是什么偶合关系,这个难度就大得多,因此你要想动手解决这个,只有两条途径,我这儿写了一条叫做保幅的,就是振幅得到保持,在处理之前跟处理之后,振幅都要能够不变的叠前深度偏移技术,在叠加之前做深度偏移这种技术,这种技术我可以毫不夸张地来讲,在世界上都是高难度的。