“杨文采院士是地球物理学家,中国大陆科学钻探主要参与者,中国地质科学院地质研究所研究员。2005年当选为中国科学院院士。杨文采在泛函分析的基础上建立了一个对各种勘探地球物理方法都适用的反演理论框架,改进了多种地震反演方法。以混沌理论、非线性地震反演方法,开拓了非线性地震反演的新方向,将该理论与方法应用于矿产勘查及建设工程基础调查,对大陆科学钻探主孔岩性构造进行了预测,后续的岩心钻探结果基本证实。”9月22日下午,当记者来到2016中国国际矿业大会矿产勘查技术-地球物理技术论坛现场,论坛主持人——中国地质调查局总工程师严光生对演讲嘉宾的介绍,把我们的思绪带到了地球深部的研究世界。在中国地质调查局首次设立的勘查技术论坛上,与会嘉宾围绕空中、地面、地下深部勘查技术等方面进行了充分的探讨。

曾经,发达国家垄断着航空地球物理勘查技术,许多矿产宝藏被封锁在崇山峻岭中。国家863计划“航空地球物理勘查技术系统”重大项目的出现打破了这一困局,让地质人的勘查足迹走得更深、更远。
为落实《国家中长期科学技术发展规划纲要》提出的“发展航空地球物理勘查技术”要求,“十一五”期间,国家863计划资源与环境领域设立了“航空地球物理勘查技术系统”重大项目。该项目旨在通过攻克航空磁力、电磁、重力等核心技术,自主研制航空地球物理勘查技术系统,提高我国航空物探勘查系统的分辨率、稳定性和探测深度,形成强大的系统研发能力和勘查能力,使我国航空物探技术总体达到国际先进水平,实现资源由地表到地下的快速、高效、多尺度、大深度的立体探测,满足国家资源和环境勘查对航空物探技术的需求,提高我国能源与矿产资源保障能力。
作为新中国成立以来我国地质地球物理找矿资源领域获得资助金额最高的科技项目,“航空地球物理勘查技术系统”得到科技部和国土资源部的高度重视,并获得中国地质调查局的配套示范应用资助,是我国航空物探领域级别最高、难度最大、经费最多的重大科技项目。项目总经费22766万元,其中国拨13807万元,部门匹配8959万元。
该项目由国土资源部组织实施,中国地质调查局国土资源航空物探遥感中心牵头,联合25家单位开展“产学研军用”结合的技术攻关。以航遥中心副主任、总工程师熊盛青为首的研发团队,在项目实施过程中,积极探索重大科研项目的有效管理方法,充分发挥专家组的作用和团队合作精神,定期开展学术讨论;在坚持自主创新的同时,密切跟踪国际前沿技术,积极开展国际交流与合作。他们以锲而不舍、攻坚克难的精神,解决了一个又一个关键技术难题,成为一支相对稳定、具有自主创新能力的航空地球物理与遥感地质专业队伍,在国土资源部系统首批进入国家重点领域创新团队。
按照理论和方法技术研究先行,硬件研制和软件研发统筹,勘查系统的先进性、配套性、可靠性和实用性统一的技术路线,该团队经过5年夜以继日的刻苦钻研和协同攻关,坚持自主创新,取得了累累硕果——攻克了捷联式航空重力仪加速度提取等20项主要关键技术;自主研制出航磁全轴梯度仪、捷联式航空重力仪和全数字化航空伽玛能谱仪等13种仪器;研制集成全数字化航磁勘查系统、航磁全轴梯度、航空多道伽玛能谱和航空重力等5套实用型勘查系统,研究、开发和集成出适用不同地形条件和勘探目的的国内首套航空重/磁/遥、航空重/磁和全部国产化的航空磁/电/放等3套综合勘查系统;开发了航空地球物理数据处理解释系统等9套专用软件;获得技术发明专利20项、实用新型专利8项、软件着作权21项;发表学术论文193篇,出版专着3部,培养研究生160多名;初步建成我国航空物探试验场。
团队负责人熊盛青荣获国家科技进步奖特等奖、第五届全国专业技术人才、“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖和我国地学最高奖——第十二届李四光地质科学奖。团队核心成员中,航磁全轴梯度勘查系统研发组荣获“十一五”国家科技计划执行优秀团队奖,2人次获国土资源科学技术奖一等奖,1人次获测绘科技进步奖一等奖,2人次获国土资源科学技术奖二等奖,3人入选国土资源部创新人才工程“百人计划”,并获优秀科技人次称号,4人入选中国地质调查局“地质青年英才”计划。同时,依托团队承担的科研项目建立了“国土资源部航空地球物理与遥感地质重点实验室”,建成了航空地球物理与遥感地质领域博士后科研工作站等科技创新平台,为我国矿产资源勘查能力的提升与国民经济建设和社会发展做出了重大贡献。
据介绍,项目研发的航空地球物理勘查系统已在“十一五”末期应用于地质矿产评价、海洋地质调查等国家专项和核应急工作中,累计完成83.13万测线公里飞行,为能源与矿产资源勘查、环境评价等提供了高精度多参数的基础数据和找矿成果。其中,全数字化航磁勘查系统获得了高质量的航磁梯度数据和丰富的磁场信息,取得了很好的地质效果;航空重力勘查系统完成我国南黄海海域、北黄海海域、渤海湾海域大部、山东东营-莱阳地区的高精度航空重力测量,填补了我国海陆交互滩涂地区的重力空白,为我国海洋油气资源勘查和海洋重力场建设提供了重要的重力基础资料;航空伽玛能谱勘查系统获得了核应急测区内岩性分布、地质构造特征和放射性监测数据;航空磁/重/遥、航空重/磁和航空磁/电/放三套综合勘查系统也获得了有效数据和高效的应用效果。项目研发的软件系统已在全国135家院校、科研和生产单位推广应用730多套,产生了显着的社会经济效益。
该项目的实施显着地提高了我国航空物探勘查系统的分辨率、稳定性和探测深度,形成了系列具有自主知识产权的核心技术,增强了我国航空地球物理勘查技术装备自主创新能力,填补了航空重力、航磁多参量和航空伽玛能谱测量系统研制等多项技术空白,使我国航空地球物理勘查技术总体达到国际先进水平,航磁梯度和航空伽玛能谱测量系统研制等达到国际领先水平,促进了我国航空地球物理勘查技术的跨越式发展,在地质调查、矿产资源调查、地下水勘查、环境监测、地学研究、国防建设等许多领域具有广泛应用前景。
中国地质调查局、全国矿产资源潜力评价项目办公室等16家主要用户对项目组研制的硬件系统和软件系统的应用效果给予了高度评价,多家媒体报道了项目的研究进展和研究成果。有用户评价,航空地球物理数据处理解释系统是“一款符合我国航空物探测量国性的优秀软件,架构合理,操作简便,性能稳定,界面友好,制图高效美观”。研制的航空伽玛能谱仪在国际招标中标,已经出售3台/套,在地质矿产和辐射环境评价方面均取得了显着的成果。中国科学院院士刘光鼎等地球物理学界权威认为该项目在航空物探硬件研制、软件研发和关键技术研发等方面取得了一系列具有国际先进水平的重大创新成果,初步实现了我国航空物探仪器的国产化,培养了一批人才,对促进我国航空物探技术进步发挥了重要作用。

勘查地球物理在矿床地质、石油地质、煤炭地质、环境地质、水文地质、工程地质、构造地质、岩石地质、非金属地质、考古及军事等领域有着广泛的应用。几乎每一个油气田、煤田的发现都离不开它,最近几十年世界上大的隐伏矿床的发现与勘探,勘查地球物理也都起到了举足轻重的作用。日前,我国地球物理学家、中国科学院院士刘光鼎,向记者讲述了60年来我国地球物理学科不平凡的发展历程。
新葡萄京手机版,新中国成立前后,“三剑客”开创了我国地球物理事业
刘光鼎告诉记者,三位元老级先生开拓了我国地球物理事业,他们分别是从事金属矿产勘探的顾功叙、因地震波理论闻名遐迩的傅承义和石油勘探专家翁文波。刘光鼎称他们是中国地球物理界的“三剑客”。
顾功叙,1934年留学于美国科罗拉多州矿业学院,学习地球物理勘探专业,1936年获硕士学位。同年,赴加利福尼亚州理工学院从事科研工作。抗日战争爆发不久,毅然中断在美国的研究,返回祖国,为开创我国的地球物理勘探事业和推进我国地震预报研究作出了突出贡献。
傅承义,一生潜心于地球物理学,特别是有关地震波理论、地震成因及地震预报的研究,早期系统地研究了地震波反射与折射、地震面波和盲波的传播等问题,成为国际地震波理论研究的先驱者。1953年,他在北京地质学院创建了中国第一个地球物理教研室。
翁文波,1939年获英国伦敦帝国大学哲学博士学位。他建立了一套适用于我国石油地球物理勘探的理论和方法,并亲自指导了石油勘探工作,创建了我国第一个重力勘探队,开创了我国磁法、电法勘探、使用测井技术勘探石油天然气的先河。在我国第一个开办了地球物理课程,培养了中国第一代地球物理人才。
从此,中国开始有了自己的地球物理事业。刘光鼎有幸接受了“三剑客”中两位“剑客”的亲自指导。
1948年,刘光鼎进入北京大学物理系学习。1951年,他被任命为队长,带领10个同学去陕北延长实习,实习的地震队是我国第一支地震队,其组建者正是“三剑客”之一的翁文波。这个地震队的任务主要是找石油。在这位“剑客”身边,刘光鼎受益多多,从测量到钻探,由重力而地震,刘光鼎一下子走出了“象牙塔”,对地震勘探技术有了从理论到实践的完整认识。
1952年,成立了北京地质学院和长春地质学院。北京地质学院邀请傅承义当教研室主任,刘光鼎担任主任助理。当时,教师们连教材都没有。通常是晚上傅承义亲自讲课,第二天老师就上讲台,给学生讲授刚学习来的内容。当时的地球物理课程有磁法、重力、电法、地震,刘光鼎承担地震部分的讲课。长春地质学院的老师,被派到北京学习,然后回去讲课。我国第一批地球物理勘探专业的年轻教师和本专科学生培养起来。
接受两位地球物理学界大师的耳提面命,刘光鼎受益匪浅,直至今天,仍难以忘怀。
在中国油气勘探、固体矿产找矿和地震预测预报等领域,地球物理学科建立了不朽的功勋
新中国成立后,地球物理的“三剑客”不但创立了我国的地球物理勘探、地震波理论,而且积极参加我国石油天然气的勘探实践,为我国大庆油田的发现以及石油工业的人才培养等作出了突出贡献。
从20世纪50年代中期至60年代中期,顾功叙亲自领导和指导了地质部系统在全国范围内石油的地质调查和钻探工作,进行了大规模的地球物理勘探普查。20世纪50年代末,他和翁文波一同参加并指导了大庆油田的会战,亲自并指导大庆地区的地球物理勘探部署,为大庆油田的发现作出了巨大贡献。
刘光鼎说,地球物理学科在中国油气第一次创业史上建立了不朽功勋。1959年发现大庆油田,1963年发现了胜利油田,1965年发现辽河油田……20世纪80年代以来,中国的原油年产量已经达到了年产1.67亿吨,居世界第五位。应该说,中国油气的几次大突破,地球物理学科发挥了最基础的作用。
同时,地球物理学科还在金属矿找矿和地震预测等方面发挥了巨大的作用。
20世纪50年代中期至60年代中期,顾功叙还亲自领导和指导了地质部系统在全国范围内进行的金属、煤田的地质调查和钻探工作,同时进行了大规模的地球物理勘探普查,从而发现了不少国家急需的矿产,其中包括鞍山、包头、大冶等地黑色金属矿山以及白银厂、铜官山等有色金属矿山的发现。
1966年,河北邢台发生地震后,傅承义、顾功叙和翁文波又义不容辞地走上用地球物理来抗击地震灾害的前线,分别致力于地震的预测、预报研究。傅承义提出地震发生的“红肿成因理论”。顾功叙发展的“以震报震、以磁报震”等监测预报地震的方法,使中国的地震预测预报和科研水平跻身世界前列。翁文波则致力于天然地震的预测研究,后来又将其扩展到洪涝、干旱等灾害远期预测,在预测理论和实践上取得了重大突破。
60年来,我国的地球物理学科取得长足进步
刘光鼎介绍,我国勘查地球物理方法技术的快速发展是在20世纪50~80年代,不仅研究开发和引进了很多物探方法技术,还研制了系列方法技术和仪器设备,有很多方法在国际上具有一定地位。
目前,我国的航空磁场测量技术几乎与世界同步,在数据处理和解释方面,重磁数据处理与反演解释方法方面达到世界先进水平。在航空物探技术、深部找矿技术、深部地球物理探测技术、环境物探技术、工程物探技术、海洋地球物理探测技术等方面形成了从空中到地面,从地表到深部、从一维到三维、从定性到定量的地球物理的理论和勘查技术体系。
例如,集成了一套实用的航空重力勘查系统,获得了高精度的实测航空重力测量资料;研制了用于吊舱式时间域航空电磁探测发射的地面实验电源系统和发射系统;研制了新一代航空氦光泵磁力仪,其灵敏度达到0.0025nT,居同类仪器国际先进水平;研制、开发和引进了新一代航空物探/航空遥感测量系统和多种解释处理软件系统,大大提高了国土资源调查中航空物探与遥感数据采集和处理解释水平;针对西部中高山地区,研制了轻便快速电法,包括阵列MT、瞬变电磁法、激电中梯、自然电场法、磁法等;研制成功大深度多功能电法仪、三分量高温超导磁强计、高精度重力仪、井中X射线测量系统;研制了DSP-1型32道自然电位阵列数据采集系统和RCW-1型快速浅层测温系统;我国技术人员研究开发出的瞬态多道面波勘探技术是我国自主创新的物探新技术。这些物探技术在我国地学研究和地质找矿上发挥了重要作用。
在海洋地质和深水油气,地球物理勘探技术领域,我国先后研制和生产了重力仪、结构核子旋进式磁力仪、质子磁力梯度仪及多种底质取样设备,在国际海洋地质调查和地球物理勘探中发挥了重要作用,尤其是海洋石油地球物理勘探技术和资源综合评价方面已基本达到国际先进水平,并在地震勘探作业方面具备了国际市场的竞争能力。长排列大容量震源采集技术、复杂构造与中深层地震处理技术、无井约束储层物性预测技术,叠前反演建立虚拟井核心技术的研究成为国家“863计划”项目,并取得重要进展。
在工程物探技术领域,相继开发出一批集硬件软件功能于一体的多功能仪器和专用仪器,工程物理探测仪器正在形成自己的探测仪器体系。国产仪器中除了多功能电磁法仪器、高性能地震仪和高精度重力仪外,声波检测仪、管线探测仪和声波反射法基桩完整性检测仪均可与国外仪器媲美,而多波工程勘查与工程检测仪已在功能和技术综合指标方面居世界前列。
地球物理学科的进步带来中国油气的二次创业,8年来的找油成果超越前50年的总和
刘光鼎说,油气领域一次创业后,在我国东部地区的构造上都打了钻,该发现的第三纪油气田大都已经发现了。中国的油气勘探何去何从?
据他介绍,近半个世纪以来,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,那么是不是应该向前新生代,即向中生代、古生代,甚至元古代地层来寻找石油呢?带着这些问题,刘光鼎开始了思考,提出勘探开发前新生代海相残留盆地,进行二次创业的理论。
刘光鼎从地球物理角度,对中国大地构造的格架进行了最简洁的表达,就是三横、两竖、两个三角。他认为,在三横、两竖、两个三角的结合带,都是金属矿床所在的地方。在三横、两竖、两个三角的中间儿,都是新生代沉积盆地所在的地方,也就是中国第一次创业集中工作的地方。而第二次创业,要在三横、两竖、两个三角中间的新生代沉积盆地的下面来找,就是要在前新生代,在中生代、古生代,甚至元古代地层里来找石油和天然气。
刘光鼎告诉记者,他在地矿部石油地质海洋地质局工作时,“六五”、“七五”期间制定的南方碳酸盐岩项目,就是想在海相地层里找油,都没有获得突破。后来,两件事情给了他启迪和希望,并促使他提出前新生代海相残留盆地的新理论。
一件事情是他在上海主持东海油气调查,在海上2800米处的花岗片麻岩里,发现了有1桶的原油。花岗片麻岩里能够生油,这是过去地质学家、地球物理学家都不敢想像的问题。这个地层是元古代地层,就是古老的前寒武纪,那个时候怎么会有油呢?
另一件事情是,贵州麻江有个古生代的古油藏,原有10亿吨的储量。现在,古油藏抬升暴露到地表,受到剥蚀和破坏,所有油气都挥发了,这是很遗憾的事情。但是,中国有960万平方公里的陆地,近300万平方公里的海域,所有的古生代油气藏不会都被破坏掉,前新生代一定会有海相残留盆地。他称这是他10年找油的一点收获。当然,他认为,10年来,对上、中、下扬子海相地层的集中勘探也没有获得找油突破,还有一个重要原因就是地球物理的仪器设备跟方法准备不足。
据他介绍,陆相生油理论找油,地球物理方法主要靠地震,反射地震的前提条件都是水平层状介质。但是海相地层是个复杂地质体,要考虑挤压环境,前提条件改变了,因此地球物理方法就需要创新。我们采用的是叠前深度偏移技术,这种技术迄今在世界上都是高难度的。
例如,以往,勘探队员找油的时候碰到火山岩就回头,因为油气让火山都给烤干了。但若是火山活动在前,运移活动在后呢?这种情形下火山活动给油气提供一个很好的储藏空间。带着这一想法,勘探队伍在松辽盆地徐家围子的火山岩里找到油气,在海拉尔盆地、鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地的火山岩里都相继找到油气。火山岩找油突破的关键地球物理技术就是在航空磁测的基础上进行反射地震的叠前深度偏移。
2001年前新生代海相残留盆地项目得到国家支持,至2009年,二次创业仅用8年时间,就取得超过前50年成果的总和。刘光鼎说,取得这些辉煌成绩,都得益于地球物理理论和技术方法的进步和突破。
展望未来,地球物理学科任重道远
然而,让刘光鼎感到痛心的是,如今,地球物理学科被边缘化。据他介绍,20世纪90年代的学科改革中,很多大学的地球物理学系都被取消、合并或削弱了。尽管合并交融对学科的发展很有好处,但一些研究内容却被放弃,地球物理学也被降到二级学科。而我国地球物理勘查技术在许多方面,与世界先进发达国家还有很大的差距。
刘光鼎认为,我国经济发展的很多基础工作都需要地球物理学的支撑。比如,目前,准噶尔盆地已经打钻到7200米深度,在塔里木地区,甚至已经开发到8400米深度。打钻是一项高成本的作业,那么深的地下,根据什么打钻?当然需要靠地球物理资料。
而且,地球物理不仅可以在油气资源领域获得很大成功,在金属矿找矿也同样可以发挥重要的作用。目前,危机矿山有几百个,攻深找盲,寻找大矿、富矿,以及隐伏金属矿床的突破,地球物理的方法和理论都是至关重要的。如今,我们总是拿不出像样的金属矿,归根结底是不重视地球物理的使用。在南非,金矿开采已深达3000米,而我们仅能探测到几百米,刘光鼎表示,改变这种局面,就是要将应用地球物理方法攻深探盲应作为金属矿找矿的指导原则。
刘光鼎介绍说,地球物理不仅仅为资源勘探服务,为环境监测服务,还可以为灾害防御服务,如三峡工程、西气东输、南水北调、西部大开发、振兴东北老工业基地,还有黄河小浪底水利枢纽工程以及堤坝的管涌、桥梁的基础等等,无不需要地球物理学提供科学依据,监测并保证工程质量。
刘光鼎表示,高科技战争也要依赖地球物理学。地球物理学可以给视距外航母和水下潜艇定位,发射导弹要掌握空间重力异常情况,潜艇航行需要了解海底地形,在这些涉及到国家安全的问题上也需要我们发展地球物理学去缩短与先进国家的差距。
60年来,地球物理学为我国的创业建立了不朽的功勋。刘光鼎呼吁,我们不但不应该削弱地球物理学,还应该有更大的视野和气魄推动地球物理学的发展,希望国家重视发展地球物理学,把它摆到应有的位置上。

    关于雅江地球科学的话题

  “在松潘-甘孜复理石盆地,三叠纪沉积主要是大陆边缘斜坡的浊积岩相矿床,这里有与浊积岩相矿床相似的泥岩和灰岩,位于被深水覆盖的大陆坡上的三叠纪浊流环境。雅江地区的复理石沉积包括一些结晶基地岩石穹窿,表现为出露的复理石盆地的根。2003年,一家石油公司在这里进行了勘探,发现了很多宝藏,比如初露的复理石盆地的根。在里面有各种各样的红色层级,慢慢渗透到表面上来,老旧的层级和新的层级重叠在一起。第一层级含有一些结晶的岩石,我们把它称作新鲜的盆地。矿体之上的复理石岩表面结构有的像海绵一样,有的像水晶一样透明。”杨院士通过PPT上面图像,给我们揭示了地层深部的一个个奥秘。

  “为什么锂出现在雅江复理石残留盆地中?锂怎样变成锂辉石矿?锂辉石矿怎样抬升接近地表,成为可开采的矿?”为了回答这些问题,杨文采为我们分析了雅江盆地的构造演化和锂辉石矿化的成因。

  “首先,我们利用三维密度成像方法对地壳结构进行分析,得到各层构造的密度分区图;用重力数据推断出雅江复理石盆地的动力学过程,将其划分为3个不同的阶段:第一个阶段在新生代之前,雅江地区的构造演化与松潘-甘孜地块是相同的。但是在新生代的时候,雅江地区的地壳结构发生了很大的变化,大洋板块往下,两个大地板块汇聚到一起,大海变得越来越小,很多层级在这个阶段形成了,所以松潘甘孜和钱塘江辐射到西边的古特提斯洋中。古特提斯洋的海水在俯冲过程中向下渗入地幔,锂的密度远远轻于海水中的钠和钾,难以在俯冲过程中向下渗入地幔。古特提斯洋的海水中的锂可以累积在海底,在俯冲过程中沉积在复理石盆地中,为后来锂辉石矿化提供了物质来源。在第二阶段,当海水一直流下来的时候,岩石变湿,温度开始变高,造成岩石圈部分发生了熔融,形成了地壳当中的岩浆房。因为地壳岩石的固结和重结晶变质,上面形成丰富的锂矿沉积,继续稳固并向下方蔓延。锂辉石矿在复理石盆地底部形成,受到冲蚀的地表物质填充了盆地,形成了巨厚的复理石沉积。上地壳流变得更加密集,形成三种不同的结构,下地壳流能够腐蚀其它地壳,在中地壳流变成物质向上挤出,使得中地壳增厚。在第三阶段,青藏高原的下地壳流东行到雅江复理石盆地,后造山热流上涌产生低粘度下地壳流,使复理石盆地得到抬升和冲蚀
,雅江地区变成一个残留复理石盆地,锂辉石沉积在近地表出露。”

  “通过以上分析,我们得出结论。”杨文采介绍,当海洋中的盐水向下渗透,穿过俯冲带,富锂盐水在浮力影响下集聚在海底;之后在雅江复理石盆地底部,岩浆热液作用导致锂矿化,产生最初的锂辉石矿体;当地壳增厚上升,并风化和冲蚀之后,锂辉石沉积才能抬升到近地表,成为具有开发价值的能源资源;对围岩和矿体进行化学分析的测试,验证了锂矿成矿作用模型。复理石盆地在全世界广泛分布,它们其中的一些盆地已经抬升,锂辉石具有开发潜力。

  航空地球物理勘查技术快速发展

  “熊盛青是中国国土资源航空勘探遥感中心副主任、总工程师、博士生导师,长期从事航空地理遥控技术研究和科学管理工作,荣获国家省部级科技奖,出版多部专著。”主持人把下一位嘉宾请到了台上。

  “‘十二五’以来,能源和矿产资源更加呈现刚性需求,国家持续加强了战略性资源的地质调查与勘查工作,航空物探工作量保持在每年约50万公里~60万公里。通过推进‘空地一体化’战略,各地加大了对航空物探异常的查证,全国新发现了一批矿床和矿产地。”熊盛青教授介绍,国家“863”计划主题项目《航空地球物理勘查技术与装备》等的实施,促进了我国航空物探自主创新,形成了以自主研发仪器为主的现代化航空物探技术体系,尤其是航磁全轴梯度测量技术、航空重力测量技术和航空电磁测量技术得到快速发展。

  “在航空地理物理勘查技术方面,我国取得了多项进展。”熊盛青说,首先,航磁测量技术实现多参量测量,航磁全轴梯度勘查系统实现工程化应用;其次,研制成功航磁三分量测量系统样机,试验飞行取得了可靠的数据,为开展航磁矢量测量奠定了坚实基础;第三,研制集成无人机航磁测量系统,初步达到实用化;第四,航空重力勘查技术的理论和装备研发取得突破,研制出新型航空重力测量系统,填补了国内空白。新型航空重力仪广泛应用于陆海油气调查和勘查,在黄海、渤海、新疆、塔里木等陆海区域油气调查中得到广泛应用,获取了大量高精度航空重力数据。

  “在航空电磁测量技术方面,时间域测量技术发展迅速,开始工程化应用。”熊盛青介绍了系统的发展:直升机时间域航空电磁勘查系统目前已达到实用化,攻克了磁矩、噪声、深度等关键技术,用于金属矿产勘查和地下找水,在河南、内蒙古和黑龙江等地开展了矿产勘查、水文地质勘查应用,发现多处航空电磁异常,获取了高精度的电性参数信息。固定翼时间域航空电磁勘查系统试飞成功,并获取可靠数据,为实用化奠定基础。

  先进的技术要在实践中得到证实。在谈到航空地球物理勘查技术应用取得了哪些实现效果时,熊教授介绍:一是被广泛用于中国航空航天领域,2011年以来,在重点成矿区带和重要油气盆地开展了1∶5万高精度航空物探调查和综合地质研究,为找矿快速突破提供了丰富的异常信息、基础资料及综合研究成果,完成航空物探测量300万千米以上,覆盖面积100万平方千米以上;发现异常23000处,划分找矿预测区491处;查证航磁异常938处;发现铁、铜、铅、锌、铀等金属矿产地118处。二是空地一体化助推找矿突破。航空重力测量在新疆进行油气空间探测,提出塔里木盆地前寒武系发育“裂-坳沉积体系”烃源岩的新认识;优选5处重点油气预测区块,为区域油气调查评价与战略选区提供参考信息。三是编制出版了首套中国陆域航磁-地质构造-矿产预测系列图、全国航磁油气调查成果图,为深化全国大地构造研究、油气资源远景评价做出了贡献。基本摸清全国铁矿资源潜力,预测全国铁矿资源量约1935亿吨、已探明储量601亿吨、资源潜力约1334亿吨。

  “以满足国家需求为导向,以国际先进水平和增强生产能力为目标,以关键技术研究为突破口,以提高航空物探测量系统整体性能和测量精度为重点,在技术水平与调查能力等方面得到快速发展。”熊盛青向与会者介绍了航空地球物理探测技术的明确发展目标:提高探测分辨率、探测深度和探测效率,发展航磁矢量测量和全张量测量技术,自主研制勘查系统,全面实现航磁多参量测量;研制适用于资源勘查和环境监测的新型高能量分辨航空伽马能谱测量系统;大力发展航空重力和航空重力梯度测量技术,实现仪器和软件的国产化;开发大磁矩时间域航空电磁测量系统,探测深度达到800米~1200米,为深部找矿和环境调查提供新的技术手段等。

  彩虹无人机大幅度提高作业质量

  “石文研究员现任中国航天空气动力技术研究院无人机飞行器总体设计师,是这个领域里著名的专家,长期从事飞行机的总体和气动力设计实验阶段,技术经验丰富。作为总体和气动力技术负责人,牵头突破了多项关键技术,取得了很多丰硕成果。”严光生总工程师的介绍,把与会者带到了无人机的世界。

  “我们知道,航空物探既是一个长时间的枯燥工作,也是一个超低空飞行的危险工作。而无人机没有驾驶员,能够自主飞行,尤其是比较长航时的远程,它可以昼夜飞行,现在达到连续飞行50多个小时,未来几年可以中低空飞行100多个小时,过两年航程可以达到1万公里,一次出动作业时间大幅度增加,作业效率大幅度提高。”谈到无人机的发展,石文研究员信心满满。

  “近些年来,我们在无人机发展方面取得了显著成效:2013年,我们与中国地调局物化探所和航遥中心合作,将无人机用于航空物探,航磁和航放的技术改装和初期试验,2014年进行了改进,2015年进一步完善,实现无人机平台与航磁航放系统集成,解决了无人机航磁航放系统总体、气动、电磁兼容综合集成等方面的技术问题;在国内外首次实现搭载多参数航空物探载荷的中小型无人机航空物探综合站。”

  石文介绍,在关键应用方面,解决了超低空地形跟随技术;通过电子地图的加载与显示,解决了规划过程中航迹点添加、编辑、作业区域确定、航线间距等问题;对于一些要跨越的大高度山体障碍,通过提供友好的人机交互界面、航迹点编辑、辅助工具等,方便了任务航迹规划,增强了危险点自动提取与高度切换航迹点添加功能;突破低成本、超低空飞行远程测控技术,通过海事卫星、超短波电台等技术手段,成功实现大范围、超远距离的数据实时通信。

  先进的技术需要成果的验证,石文介绍,在黑龙江嫩江县多宝山整装勘查区,CH-3航空物探系统在大比例尺作业飞行中具有较大优势,数据采样密度较大,具备较强的实际作业能力。2015年,在新疆喀什地区开展了1∶2.5万航磁应用示范工作,设计工作量10000测线公里,实际完成工作量11651测线公里,超额完成了任务,测线分布均匀,保持比较好,满足了设计要求。

  “我们愿开放心态,与国内无人机同行及地质调查部门开展广泛合作,促进共同发展,以突破传统概念制约和提倡创新为主题,将航空物探需求和工业部门的技术潜能及发展相互结合,为无人机成为我国未来的主力航空物探装备之一做出应有的贡献。”石文表示。

  电磁探测技术须向三维进军

  “林品荣是中国地质科学院的高级教授,主要从事电磁技术探测研究,组织承担了国家重大的仪器设备和863的一些重点项目,对我国自主大深度、多功能电磁探测系统进行了研究并进行推广。”随着严光生总工程师的介绍,又把与会者带入了一个三维探测的世界。

  “我们知道,电磁探测技术以获取的参量多,探测深度大,在地质调查和深部探测研究中得到广泛应用,特别是在多金属矿产、地下水资源、油气资源和深部地质结构探测等方面发挥越来越大的作用。”

  林品荣教授首先介绍了国外这方面发展的情况:加拿大凤凰地球物理公司开发了以30KW为主的V8多功能电法系统,在我国的地质调查中应用效果较好,超过了200套;加拿大矿泰公司开发了大功率的激电与音频大地电磁测深相结合的全景三维分布式电磁法系统等。这些系统的人工源电磁法部分,受发射功率和探测深度的限制,主要适用于中浅部(2000米内)的资源勘查。目前国外正在向更大的大功率或级联式的大功率大深度全三维电磁探测方向研究发展。

  林品荣介绍,在国内,中国科学院地质与地球物理研究所开发了可控源音频大地电磁测深与大地电磁测深相结合的SEP系统。中南大学开发出超过100KW的广域电磁法系统。中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所在国家“863”重点项目支持下,开发出60KW的国产大功率多功能电磁法系统(DEM-V),实现了时间域激电、频率域激电、可控源音频大地电磁测深、音频大地电磁测深的测量,填补了国内空白,并取得了良好的应用效果。

  “总体来讲,国内开发的仪器大部分是样机,基本上是适用于一维二维探测。而地下地质体大多呈现二维三维的分布,所以说现有技术不能满足地下三维地质体的精细勘查。基于这种现状,我们提出研发大功率、大深度勘查的三维电磁探测技术,满足复杂条件下的二三维探查需要。”林品荣提出了三维电磁探测技术的研究目标。

 

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