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地球物理勘探技术首获国家技术发明奖一等奖 三维探测透视地下复杂场景

发布时间:2019-08-14 11:10

历时22年,中国澳门葡京平台游戏院院士、著名地球物理学家何继善和他的团队研究的大深度高精度广域电磁勘探技术与装备项目取得丰硕成果,推动了电磁法理论、技术与仪器装备的变革,解决了传统人工源电磁法只能近似计算视电阻率的世纪难题,为增加我国能源与矿产资源储量带来巨大效益

 

  一些人认为我们能达到国外水平的99%,或者优于1%10%就很不错了,怎么可能超过5倍多呢?科学研究应是对前人成果的尊重和学习,但绝不能盲从。中国澳门葡京平台游戏院院士、著名地球物理学家何继善感慨,科研成果来之不易,不能只停留在引进和推广国外的仪器与技术,而是要进一步在理论上钻研突破,指导应用创新。

 

  18日,在国家科学技术奖励大会上,由何继善院士领衔的中南大学团队凭借大深度高精度广域电磁勘探技术与装备项目摘取国家技术发明奖一等奖,这也是地球物理勘探技术领域首获殊荣。

 

摒弃旧路

 

  我国经济持续快速发展,对矿产资源的需求不断增加,但埋藏浅、规模大、找矿条件简单的矿产资源越来越少。地下岩石坚硬复杂,深地探测异常艰难。30万公里外的月球探测和海洋最深的马里亚纳海沟探测均已实现,但1.3万米的地下深井全世界至今也没有。何继善告诉经济日报记者。

 

  加强深部矿产资源勘查,对于经济社会发展具有重要现实意义。何继善介绍,深地物理探测必须依赖地面装置透视地球,一是用声波,类似给地球做B超;二是用电磁波,类似给地球做CT。这两种方法用于测量不同的物理量,二者缺一不可。

 

  不过,由于地球是非均匀、强耗散介质组成,地下电磁波的传播方程求解困难重重。1971年,加拿大学者Goldstein将这种复杂的曲面波方程简化为平面波方程,近似获得用于反映岩石和矿石等导电性变化的视电阻率参数,从而建立人工信号源电磁勘探法测定地下电阻率理论,形成可控源音频大地电磁法,简称CSAMT

 

  近半个世纪以来,该方法几乎垄断了所有人工源频率域电磁法勘探市场,我国的CSAMT勘探投入也超过百亿元。何继善认为,深地探测要求探得深、探得精、探得准,在方法理论、探测技术和仪器装备3个方面均存在巨大挑战,而国际领先的CSAMT无法满足目前我国深地探测战略的需求。唯一的出路是抛弃平面波思维,建立全新的曲面波电磁勘探理论,推动电磁勘探技术与装备的变革。

 

  历时22年,这场推动电磁法理论、技术与仪器装备走向变革的创新终于开花结果:团队严格求解电磁波在地下的传播方程,创立了全新的广域电磁法理论,发明了有源周期电磁信号有效信息高效提取技术,搭建起高精度电磁勘探技术装备及澳门葡京平台游戏化系统,解决了传统人工源电磁法只能近似计算视电阻率的世纪难题,实现强干扰环境下电磁信号的高信噪比测量,探测深度、分辨率和信号强度分别是CSAMT5倍、8倍和125倍,最大探测深度超过8公里。

 

  地下场景千变万化,广域电磁法能够做到三维探测,在野外获取大量数据后,再把数据反演成地下的实际构造,从而实现精准找矿。何继善解释道。

 

坚守初心

 

  美国著名地球物理学家弗兰克·莫里森说,在地球物理学界,既懂方法原理,又懂研制仪器的,世界上只有两个人,何继善就是其中一个。

 

  何继善对记者说,科研过程中最大的困难是没有知音。他回忆起有一次带着广域电磁法科研成果去国外讲学,有人对他说:“CSAMT确实存在不足,但是我们从没想过推翻它,只想做一些改进。

 

  在国内,我们也都是先学习了国外已有的电磁法体系后直接拿来使用。何继善说。

 

  即便大多数的不敢言不敢为充斥耳旁,何继善与他的团队却从未想过放弃。从理论上获得突破后,团队又不断改进仪器装备,对探测数据进行检验。何继善说,只有坚持不懈地应用与试验,才能在业内推广。

 

  2013年,安徽冬瓜山矿区上演了一场令地球物理界震撼的物探擂台赛”——全国14家单位在冬瓜山开展《危机矿山电磁方法有效性比对》项目,试验了5大类电磁法,通过10种国内外仪器在现场1公里深的地下进行勘探,形成47个采集方案。最终,所有欧美先进仪器的测量精度均达不到规范要求。

 

  唯有我们的方法是成功的。何继善自豪地说,这是自己最为难忘的一次勘探,广域电磁法所用电流仅为西方先进仪器的五分之一,却在冬瓜山轻松测得有效数据,平均测量误差0.96%,是CSAMT的六十四分之一,与已知的地质资料吻合,并在已知矿体旁边发现了新的异常,一举打破西方仪器的神话

 

  该发明于2015年起被列入中国地质调查局招标体系,在中石油、中石化、地调局等50多家单位成功应用,潜在经济价值超过1.5万亿元。

 

  长庆油田彭阳地区一直以来油气储层描述不清,钻井成功率不高,该发明优选出9个新的勘探目标区,提交地质储量1000万吨;朱溪钨铜矿储量世界第一,但第二找矿空间的关键地质问题未能得到有效解决,该发明首次揭示了矿区控岩控矿构造,为深部找矿提供了关键依据……

 

  探索不止

 

  尽管广域电磁法比起西方电磁方法和仪器都提升了很大一步,但是科学技术的创新与发展没有止境,我们永远在路上。在何继善看来,广域电磁法在国家能源探测利用方面具有战略意义,大有前景。

 

  如今,装备推广应用探明了一批常规石油天然气、页岩气以及矿产资源储藏区域,查清了一批煤矿水害分布,解放了一大片煤炭资源,为进一步增加我国能源与矿产资源储量带来巨大的社会效益,也为地质灾害的防治提供了科学依据。

 

  当谈到广域电磁法在页岩气勘探方面的重大进展时,何继善以他的家乡湖南举例道:湖南省页岩气的地质资源可采量有2.5万亿方,而湖南每年消耗的天然气只有十几亿方,我们国家常规天然气一年的总产量也就1000亿方多一点,想想看这是什么概念。他告诉记者,页岩气的开发与利用对国家建设尤为重要,一旦我们自己能开采出来,能改变长期以来北煤南运、西气东输的格局,这将是我国能源史上的一次革命