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程开甲院士与地质工作
送交者: 太阳 2014月01月10日09:21:38 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话
回  答: 习近平向张存浩、程开甲颁发奖励证书 太阳 于 2014-01-10 08:33:46

程开甲院士与地质工作
2013-10-08 15:58:43   来源:摘自《两弹一星功勋科学家程开甲》   评论:0

我在程院士领导下在试验基地从事地质工作多年,现从此侧面看程院士在地下核试验中所起的关键作用。领导建立特殊的地质研究室我于1964年八...
       
    我程院士领导下在试验基地从事地质工作多年,现从此侧面看程院士在地下核试验中所起的关键作用

领导建立特殊的地质研究室

我于1964年八九月间从长春地质学院调人核试验研究所。同时调来的还有长春地质学院水文工程地质系的周象乾同志。调我们来是组建研究所地质研究室。同时从全国各地质院校及有关高校地质专业招来了数十名毕业生。
 

20世纪80年代在试验场区(前排左3程开甲、4丁浩然)
 

这是一个特殊的地质研究室。它是按研究所程副所长的规划,针对地下核试验而组建的,其任务是为地下核试验场的建立及试验环境条件的研究提供技术保障。在我国核试验刚刚起步的时候,程副所长即做此决策并迅速付诸实施,实是先见之明。

我室最初有地质组和水文地质组,针对试验场地的保障;岩石物理力学组和化学分析组,针对试验环境条件的保障。我们的工作,在所党委和程副所长的直接领导下,在中科院地质所的协作下,立即开展起来。

地质研究室初期阶段的主要任务是地下核试验场址的选取与核试验地质环境条件的分析研究我们按照程副所长提出的技术要求,存基地司令部作试处、工程处、地质院和工兵团的配合下,在中科院地质所的早期协作下,先后选定两个平洞试验场和一个竖井试验场,研究了最初几次平洞试验的洞位和竖井试验的井位;又在我室自建了分析测试实验室,在国内有关科研院所的协作下,提供了岩石介质的化学成分和各项物理力学参数,基本满足了试验的理论计算、放化分析、力学测试以及工程实施等方面所需要的各项技术参数要求。

随着地下核试验的实施,核爆炸地质效应的研究提上议事日程。在程副所长的领导与指导下,我室开展了空腔玻璃体研究、岩石冲击变质作用、自由场岩石破坏分区、坑道破坏效应、地表破坏效应等方面的研究工作(早期有中科院贵阳地化所参加协作),为地下核爆炸现象学的研究积累了实验资料。

随着地下核试验地质效应研究的深化,20世纪70年代中期,按照程副所长的规划,对研究所部分研究室进行了调整,将地下水污染研究组和空腔非放射性有害气体研究组调入我室,以利于地质效应研究的全面开展,同时调来高才生同志任我室副主任。这构成了地质研究室的黄金时期,研究组扩充到七个,工作范围包括地质、水文地质及地下水污染、岩石物理力学、化学分析、有害气体研究、地球物理探测及核爆炸地震临测、高温高压模拟实验等方面。这些工作的开展,程副所长倾注了极多的心血,并亲自到室里给全体同志讲解研究室的规划与研究方向,使我们深受教益和鼓舞。

正是在这种形势下,研究室在这一历史阶段比较好地完成了地下核爆炸地质效应的全面研究,取得了一些重要成果,如空腔玻璃体对裂变产物的捕获,自由场岩石破坏分区与爆炸当量及岩石介质的关系,非放射性有害气体成分、质量及其与当量和岩石介质的关系,放射性泄漏与岩石介质及地质构造的关系,地下水污染的因素、程度及影响范围,空腔大小与“烟囱”高度探测等等.这些成果,对论证理论计算、力学测试、放化分折、安全防护等方面部有一定的参考作用,也丰富了地下核爆炸现象学研究的内容。

在进行了九次地下核试验、场区的地质调查与地质效应研究都取得较全面的成果后,随着研究所试验任务与研究机构的调整,地质研究室在20世纪80年代中期被解散。此时,程副司令已调离基地.我也调离了研究所。地质研究室因程副所长的倡导而设立,又随其离任而解散,这似乎有某种戏剧性,实际上这也有某种历史的必然性。
    
关注地下核试验场的选址

我国的地下核试验场是在我国特定的地质地理环境下选定的。存这一过程中,也充分体现了程副所长在指导选场方面的智慧,他的原则性与灵活性。

第一个平洞试验场是1965年选定的。选取××山的主要原因是其山体高大,在场区范围内是数一数_二的,而且其地层的工程地质条件良好,利于施工;预计的爆心位置也远在地下水位之上,可防止地下水污染;地理位置又适中,离水源地不远,施工和生活用水都很方便。

但×山是石灰岩介质,它受热分解将产生大量co2co,对此,大家是知道的。但对它的危害及其严重性,开始并不很清楚。为此,在程副所长的要求下,请中科院地质所作了高压釜模拟实验,以检验石灰岩在高温高压下能否形成玻璃体及其划裂变产物的捕获情况。结果表明,石灰岩在高温高压下能形成玻璃状物质,也能捕获某些裂变产物的同位素。但对它是否影响分凝,从未进行实验。这样,虽觉得石灰岩并不理想,但在其它条件都适合的情况下,程副所长也就同意选定××山作为首次地下核试验的场址。

我国的竖井试验场是在第一个平洞试验场选定之后不久即着手勘选的。这又体现了程副所长的高明之处,因为平洞试验受到山体的限制,不能多做,而竖井试验不受地形限制,也基本不受当量限制,必然是未来地下试验的主要方式。因此,在××选定之后第三年——1967年即开始竖井场址的勘选。

按照程副所长的要求,本来是想选凝灰岩介质作为竖井场地的、这是美国内华达试验场的启示,美国的地下核试验绝大部分在凝灰岩层里进行。凝灰岩是硅酸盐岩石,高温高压下容易生成硅酸盐玻璃体,能很好地捕获核素,而且不溶于水。另外,内华达州的凝灰岩质地松软,易于凿开。如果在我们的场区范围内也能找到一大片这样的凝灰岩,那会是很理想的。

我们根据已有地质资料分析,并在场区广大范围内踏勘之后,虽然发现了一些凝灰岩,但它们都是很古老的岩石,是在三四亿年以前形成的,已经变得十分致密坚硬,与内华达州几百万年到千万年前形成的第三纪凝灰岩那种年轻松软的状况截然不同,可以说是不可同日而语。另外,在场区发现的凝灰岩,多呈分散分布,并不构成大面积的整体,这也与美国的大面积、巨厚层的状况不同。我们把这些情况向程副所长做了汇报,他了解到这样的实际之后,即放弃那种要求,认为可以选取整体性能好的其它硅酸盐岩石。这样,便大大解放了我们思想。因为就地球上的岩石而言,硅酸盐岩石占绝大多数,除凝灰岩之外,花岗岩、玄武岩、砂质岩等等,都是硅酸盐质的岩石。它们的数量不但远比凝灰岩多,而且分布广泛,易于寻找。

程副所长的这一灵活性,扩展了我们的选择范围。竖井场区便是在这种情况下选定的。它有两种介质——花岗闪长岩和砂质岩,都是硅酸盐岩类,满足要求。而且分布面积广,地形与地理位置也比较优越。其不足之处是岩性坚硬(花岗岩类足硬岩,砂质岩本应是较松软的,但竖井场区的砂岩已有三四亿年的历史,已经浅变质,非常坚硬)。另外,地下水位也很浅,一般只有二三十米(美国内华达场的地下水位深达500多米)这是我们的特殊情况,只能因地制宜。程副所长也完全体察我们的实际,下决心研制硬岩钻机,并千方百计采取措施,克服地下水的干扰,创造了新的试验方式,使我国后来的竖井试验能大踏步地前进。

第二个平洞试验场是1973年开始勘选的。通过首次平洞试验,发现石灰岩熔体中裂变核素的分凝现象比较严重,不利于放化分析,石灰岩分解产的大量co2co也易引起泄漏,因此,必须另选其它岩石介质——硅酸盐岩石。根据我们的实际地质条件,我和地质组的孟广魁同志通过对场区地质图和地形图的综合分析,发现水源地北面的花岗岩体分布范围广,山体地高也满足作小当量试验的要求。于是便至现场踏勘及初步测绘,发现果然不错。我们将这一情况向程副所长和基地首长汇报后,他们也感到欣喜。因为这地方不但岩性、山体高度及面积大小堪用,而且离水源地不远,交通、用水都很方便,有利于施工。

当时,试验的任务已很紧迫,而且想在这次试验即改变岩石介质。基地领导当即决定,住此进行试验。说干就干,在我们进一步地质勘探的同时,选一洞口开始施工,同时,又借调测绘大队作大比例尺的地形测量。按照当时流行的说法,叫做“边勘测,边施工”。基地领导为了减轻大家的负担,随即说明“由于时间紧迫,出厂问题,不要你们负责”。这样,掘进工作在1973年上半年就全面展开了。

然而,天不作巧,上苍好像故意作弄我们,真的出麻烦了。在毛洞掘进过程中,频繁遇到塌方。塌方的高度,由几米到十几米;塌方的洞深,由洞口附近一直到几十米、上百米的进深。于是,悲观情绪来了,提出要赶快另找其它地方。于是开始在红山附近打主意。因为红山地域有巨大的花岗岩体,山体也庞大,不像找不到合近的地方。于是,开始我们地质室一起去做了踏勘。司令员和程副所长亲临视察。看的结果是,程副所长坚决认为这里不合适,“就在家门口,能安全吗?”他考虑的正是试验安全这一原则问题。碰到原则问题,他是决不妥协的,因此,当即就否定了。

这叫我们已完成了对××的地质详查,发现山岩体的中心部位,岩性相当完整坑道掘进,应该是越往里情况会越好的。我们向程副所长汇报了这一情况,他感到很兴奋,当即让我们进一步勘探。

本来我们去地面详查的同时,已在山麓布置了钻探。这时,山麓第一钻孔已经竣工,结合地面调查,发现山麓有一条隐伏的大断层,它应该足××山山体边部岩体破碎的罪魁祸首。大凡巨大的断层都由这样几部分组成,中间是断层破碎带,两侧是断层影响带。巨大断层的这一地带,宽可达几十米至上百米。山麓的这条断裂,长达数十公里,它的影响带在lOO米以上。毛洞掘进的初始段,完全在这一影响带中,它的频繁塌方,正是起因于此。过了这个破碎带.里面的地质条件就会好转。

情况基本弄清楚以后,我们向程副所长和基地领导做了汇报,他们也感到乐观。但为了慎重起见,基地领导还是决定请权威专家来进行“会诊”。于是,便请了中科院地质所的谷德振教授和王思敬研究员,以及煤炭科学院的专家来现场察看。谷先生是我国工程地质界的权威,王思敬同志是工程地质界的后起之秀。他们到基地后,听取了我们的汇报,又到现场山上山下察看几天。程副所长也亲自陪他们一起去察看,还爬上了半山腰,后因遇上一数米高的陡坎,实在不好上才作罢。经过专家们的察看、“会诊”,他们对山的工程地质条件及岩体边部破碎的原因,以及岩体工程地质力学的现象,详细地作了理论分析,并同意我们对××山地质条件的评价。煤科院的专家对坑道掘进方法提出了合理的建议。至此,一块石头落地,工地又重新活跃起来。

为了尽量避开一段破碎带,在山体往里的较高部位,另选了一个洞口,重新开工。

为了探知花岗岩对分凝的影响,程副所长还让我室做了高温高压模拟实验。结果表明花岗岩玻璃体捕获的核素分凝较小。这样更坚定了花岗岩作试验介质的信心,从此××山就成为以后历次平洞试验的场地。

在地下核试验的工程技术工作中,除上述地质工作外,还有掘进、凿井、钻探等重大工程任务。对于这些工作,根据程副所长关于地下核试验技术的规划,也早做了安排。就在抽调我们这些地质人员的同时,从煤炭部调来张忠义同志(凿井、建井),从铁道部调来宁培森同志(隧道工程)等技术骨干;基地领导也在20世纪60年代中期请煤炭部协助组建了打井队,请地质部协助组建了钻探队,加上工程处原有的地质、测绘、工程设计等科室,在大气层试验刚刚开始时,为地下核试验的整套工程技术队伍就已准备就绪,其阵容之整齐足以迎接任何挑战。

遗憾的是,由于文化大革命的动乱波及基地,打井队和地质队相继遣散,只留下部分骨干,工程处的地质、实验人员也遭遣散,这使地下试验的工程技术工作受到一定挫折。但这并未减慢程副所长为地下核试验积极准备的步伐。在打井队遣散之后,为适应竖井场区的硬岩条件,立即开始大型硬岩钻机的研制,在全国有关单位的大力协同下,迅速取得成功。这为后来竖井试验的顺利进行,准备了有力的技术手段。

回过头来看,如果当时不是及早地组建地质研究室,不是及早地选定试验场,不是及时地研制大型竖井钻机以及做好其他工程技术准备,后来核试验的及时转入地下决不会这样顺利。因为地下核试验的周期长,工程技术问题复杂,如选场、凿井、掘进、钻探等,都非一朝一夕之功,都不是可以一蹴而就的,也都不是请外来单位的临时协作可以迅速解决的,即使解决一些,也不能像有自己的机构、人员和设备这样得心应手。从这个侧面来看,我国地下核试验的及时顺利开展,程院士在此问题上的远见卓识,他为此拟定的周密规划,并且在基地领导的积极支持下,及早及时地付诸实施,起到了关键的作用。

我们衷心感谢程开甲院士。

丁浩然    原某基地技术部总工   

 

 

 摘自《两弹一星功勋科学家程开甲》
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