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    编者按 

    “是那山谷的风,吹动了我们的红旗……我们满怀无限的希望,为祖国寻找着富饶的矿藏。”

    新一轮找矿突破战略行动启动以来,广大地质工作者大力弘扬爱国奉献、开拓创新、艰苦奋斗的优良传统,把智慧、汗水洒遍山川大地,为地质找矿事业书写崭新的时代篇章。《中国自然资源报》开设“地质足迹印山川”栏目,通过系列报道展示地质人物和团队的感人事迹,推动新一轮找矿突破战略行动取得更大成果。

     

    “要想立足国内实现资源自给,资源勘查必须往深走。”这是第十八次李四光地质科学奖获得者吕庆田一贯的观点。

    地层深处高温高压,遍布坚硬的岩石。“入地”之旅怎么走?如何才能“入地”更深?20多年来,中国地质科学院地球深部探测中心研究员吕庆田带领团队在陆内成矿理论和深部找矿预测新方法研究、深部勘探仪器设备研发等方面取得系列成果,给出了答案。

    吕庆田2017年参加在美国阿拉斯加举行的 EarthScope会议。

    加强地球深部探测

    破解资源环境及灾害问题

    1981年,17岁的吕庆田在老师建议下,顺利考入长春地质学院应用地球物理专业。1988年硕士毕业后,他被分配到中国地质科学院矿床地质研究所(现中国地质科学院矿产资源研究所),从一名实习研究员干起。之后,他一直在各个项目区通过地球物理的手段研究岩石圈结构等地球科学问题。

    2000年,国土资源部“十五”专项研究计划“大型矿集区深部精细结构探测研究”启动,吕庆田参与其中。自此,他的学术方向开始了明确的变化——执着于探向地球深部。

    为什么要探测深部、认识深部?“两大因素使然。”吕庆田说。

    一是当时全球的矿产勘查都在向深部500米以下进军,我国起步已晚,必须加速赶上。

    二是深部因素对成矿的控制作用逐渐被认识到,如幔源岩浆、新生地壳熔融、拆沉与底侵和深大断裂对成矿金属类型和矿床分布的一级控制等。

    但深部地质结构、物质性质不清,控矿要素不明确等原因,让勘查深度难以突破,拓展深部资源遇到严峻挑战。为此,吕庆田带领团队先后承担了“十三五”重点研发计划项目“华南陆内成矿系统的深部过程与物质响应”、深部探测专项第3项目等20余项深部金属矿勘查技术和应用研究工作。

    2016年5月30日,习近平总书记在“科技三会”上指出,“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”。同年,我国酝酿启动深地国家科技重大专项,瞄准国际地球科学前沿进行布局。吕庆田积极参与其立项和申报工作,并负责相关内容的编写。

    此后近十年,吕庆田带领团队,以我国东部长江中下游成矿带和西部东准噶尔成矿带为探测对象,在成矿系统理论框架下开展了多尺度地球物理综合探测和研究,在陆内成矿系统的三维结构、深部找矿思路和找矿发现等方面取得重大进展。

    选择我国东部长江中下游成矿带和南岭成矿带,以及铜陵、庐枞、于都—赣县等典型矿集区,吕庆田带领团队在成矿带岩石圈层次、矿集区地壳结构层次、矿床(田)精细探测层次,部署开展了三个层次的“入地”探测研究工作。

    三个层次的探测研究工作,在揭示区域成藏成矿控制因素、开辟找矿新空间的同时,把握地壳活动脉搏,为提升区域地质灾害监测预警能力提供技术支撑。吕庆田说:“加强地球深部探测,对我国资源能源安全和减灾防灾意义重大。”

    发展陆内成矿理论

    解开地球深部成矿奥秘

    岩石圈结构、物质和深部过程对成矿系统具有关键控制作用,但存在诸多认知“盲区”。

    对此,综合20多年开展的综合探测研究,吕庆田带领团队创新性开创了以多尺度探测为特色的成矿系统研究新领域,提出陆内成矿系统受岩石圈拆沉、地壳属性和块体边界控制的新认识,发展了陆内成矿理论。相关成果在“十三五”国家重点研发计划深部探测专项中被充分吸纳。

    “比如,以往认为成矿作用大都发生在板块边缘,与板块边缘造山作用密不可分,如洋—陆俯冲造山、陆—陆碰撞造山,而对于大陆板块内部的成矿作用及深部动力学机制却鲜有了解。”吕庆田说,他带领深部探测专项第3项目组在长江中下游成矿带经过4年努力,解开了大陆板块内部成矿的“深部奥秘”。

    他们在长江中下游成矿带发现了岩石圈增厚、拆沉和软流圈隆起的关键证据,建立了陆内成矿的深部动力学模型。更为重要的是,他们获取了陆内下地壳和岩石圈地幔俯冲的清晰图像。

    “这些发现诠释了为什么在长江中下游这个狭窄的带内,形成了数百个金属矿床。”吕庆田进一步解释说:“与板块边缘成矿类似,大陆内部在远程应力的作用下,也可以发生大陆俯冲,俯冲导致壳幔强烈相互作用,最终沿俯冲带形成大陆内部的巨型成矿带。”

    前期扎实的探测研究工作,为钻探验证奠定了良好的基础。庐枞矿集区深部异常验证钻孔取得了深部重大找矿线索,发现了高强度的铀矿化,深部铀矿化为交代碱性岩复合型铀矿的新认识据此被提出。这一发现对庐枞深部找铀具有重大的理论和实际意义,并被推广到华南陆内造山等成矿系统的研究中。

    创新深部探测技术

    让矿集区结构“透明化”

    知道深部有矿,怎么找?当时,国内外都没有多少经验可以借鉴。“

    对深部矿产勘查来说,不仅需要突破精度、灵敏度更高的各种传感器技术,提升野外测量设备的稳定性,还要发展新的数据解释技术,把观测的数据转换为‘透视’地下的图像。”吕庆田说。

    这一目标,在他带领深部探测专项第3项目组开展长江中下游成矿带深部探测试验时实现了。他们形成了一套针对大型成矿带岩石圈结构探测的技术解决方案,发展了多种地球物理数据处理与解释技术。

    通过骨干剖面的反射地震探测和重磁数据的全三维反演,项目组揭示了庐枞、铜陵矿集区的地壳结构框架,发现了一批新的断裂,建立了该地区的三维地质模型,初步实现了矿集区的“透明化”,为认识成矿作用和助力深部找矿起到了关键作用。

    “希望我们在长江中下游成矿带、矿集区到矿田的探测模式和技术思路可以推广到其他成矿带去。”吕庆田这样表示。为此,他带领团队经过长期实践探索,提出了稀疏地震剖面、地表地质约束的三维重、磁交互反演地质建模方法,并以此为物性反演初始模型,采用求取置信区间确定物性变化、通过逻辑拓扑实现岩性识别,完善了岩性填图技术,为矿集区结构“透明化”提供了技术手段。

    在以上成果基础上,他带着团队经过进一步研究,形成“三维结构+成矿模式+综合信息”相融合的深部找矿“三元”预测方法——通过提取已知矿床地质属性特征,通过三维证据权方法、专家系统、机器学习算法,实现深部成矿预测的自动化和定量化。

    利用该方法,他带领团队在安徽庐枞矿集区井边—巴家滩预测区深1500米~1740米之间,发现累计厚97米的高品位铀矿化体;在新疆伊吾县戈壁滩,发现拉伊克勒克大型隐伏斑岩—矽卡岩铜铁矿床,获得333+334铜资源量118.8万吨。矿集区“透明化”探测和“三元”成矿预测方法的有效性得到验证。

    目前,“三元”成矿预测方法已推广应用到安徽、新疆、江西、山东等地区,取得了良好深部找矿效果。

    研发系列勘探设备

    推动我国勘探技术进步

    多年的深部探测实践,让吕庆田越来越深刻意识到,突破“卡脖子”核心技术,降低对外依赖,对保障国家资源安全意义重大。强烈的使命感、责任感使吕庆田和他带领的研发团队担起了“十二五”国家863计划“深部矿产资源勘探技术”研发任务。

    作为该计划重大项目首席专家,吕庆田带领团队先后突破了高精度微重力传感器技术、铯光泵磁力仪传感器技术、宽带感应式电磁传感器技术等10项关键核心技术。其中,微重力传感器的突破使我国成为国际上为数不多的可以自主生产高精度重力仪的国家。

    在重磁、电磁、地震、井中勘探仪器和钻探设备方面,他们研制出高精度地面数字重力仪、大功率多功能电磁探测系统、4000米地质岩心钻探成套技术装备等18套急需的勘探地球物理仪器设备,形成了从地面到地下的系列仪器装备。

    在地球物理方法数据处理和解释方面,他们完善了直流电阻率与极化率三维反演方法、重磁三维约束反演方法等20多项地球物理数据处理解释方法,研制出多参量地球物理数据处理与反演软件系统、金属矿地震处理解释新技术与软件系统2套大型软件系统,形成了多功能三维电磁正反演与可视化交互解释软件系统、金属矿地下物探数据处理解释系统等8个专用软件系统。

    “这一轮的技术研发,使我国在地球物理勘查技术领域极大地缩小了与国外的差距,大幅度降低对国外勘查设备和解释软件系统的依赖,一定程度上打破了国外在此领域的仪器设备垄断,大幅提高了我国深部资源勘查技术自主研发能力和国际竞争力。”吕庆田说。

    他带领的团队因此荣获2022年自然资源科学技术奖特等奖,获得发明专利授权66项、实用新型专利授权45项、软件著作权105项。现在,相关成果广泛应用到矿产勘查、国防、科研和工程等领域,替代国外进口,解决国家重大需求,极大促进了我国金属矿勘探技术的系统提升、整体跨越和进步。

    收获“深地”成果

    一路艰辛成为美好回忆

    系列重大成果的取得并不是一帆风顺的。

    “我带着深部探测专项第3项目组在庐枞、铜陵矿集区开展三维立体探测施工的时候困难重重。在野外,我们遇到的最大困难是各种看不见的电磁和振动干扰,这些干扰来自各种电线、工厂、高速路和居民生活区。”吕庆田苦笑着说,因为反射地震的数据采集要记录地下几十千米反射上来的信号,需要绝对的安静。

    为了获得高信噪比的数据,项目组不得不在夜深人静的时候采集数据。有时,他们还需要设置警戒,或与周边的工厂协调暂时停工。这需要他们和当地相关部门和百姓反复沟通。

    “技术上的难题、施工上的困难、与当地相关部门协调等,多年下来,大家都成了多面手。”吕庆田笑着说。

    20多年在深地探测领域的不懈努力和学术积累,让吕庆田及其团队先后获得国家科技进步奖一等奖、二等奖各一项;国土资源科学技术奖一等奖3项,二等奖1项。他本人于2009年入选国家“新世纪百千万人才工程”国家级人选,2019年入选自然资源部高层次科技创新人才第二梯队人才和科技创新团队(负责人),2023年获得第十八次李四光地质科学奖(科研奖)。他先后为国家培养了18位硕士、20多位博士和10多位博士后,带领的深部资源探测研究团队于2018年入选自然资源部高层次科技创新团队。

    “与6000多千米的地球半径相比,我们的研究还仅仅停留在地球的表皮。”吕庆田说,“我毕生奋斗的方向就是带领团队拓展深部空间,认识地球深部运行规律,发现更多的资源。为了在这个方向走得更远,我们比以往任何时候都更加需要弘扬李四光等老一辈科学家的精神,坚持真理、严谨求实、锐意创新,以李四光先生的崇高精神为标杆,主动服务国家发展战略需求,积极投身地球科技创新前沿,努力为建设科技强国贡献力量!”

     
    中国自然资源报:“入地”之旅怎么走?他给出了答案

    近日,山东省工程师协会发布“关于授予第十一届杰出工程师评选活动获奖个人和团队荣誉称号的通报”,青岛海洋地质研究所正高级工程师陈强荣获“青年优秀工程师”荣誉称号。

    陈强工程师长期从事天然气水合物勘查开发模拟技术研发。近年来,在多因素耦合影响下的天然气水合物储层电学响应机理和电阻率解释方法等方面取得多项突破性进展,相关研究成果有效支撑国家重大战略,并取得良好的经济社会效益。

    据悉,山东省工程师协会、山东人才发展集团有限公司联合组织了第十一届“杰出工程师”评选活动。经选拔推荐、资格审查、专家评审等环节,最终决定授予15人“卓越工程师”荣誉称号、32人“杰出工程师”荣誉称号、31人“青年优秀工程师”荣誉称号和11个“杰出工程师团队”荣誉称号。

     

    青岛海洋地质研究所陈强荣获山东省青年优秀工程师荣...

    吕庆田作学术报告

    “地球物理”四个字对于吕庆田来说,有一种特别的意义。

    1981年,在老师的建议下,懵懵懂懂的他来到了长春地质学院,开始了应用地球物理专业的学习。1988年硕士毕业后,他被分配到中国地质科学院矿床地质研究所,从一名实习研究员干起。从此,便是大半生无怨无悔地付出。

    寻找深部资源宝藏

    深入地球内部是人类一直以来的梦想。然而,想要了解地球深部,却是异常艰难。厚厚的固体地球介质、复杂的地质条件,挑战着人类的认识的极限。了解地球深部如此艰难,我们为什么还要进行深地探测?

    在吕庆田看来,两大因素促使我们必须探测深部。

    其一,国家资源保障的现实需求。地表或浅层矿产发现的机会越来越小,立足国内,实现资源自给,资源勘查必须要往深走。向深部要资源能源,提高资源储备、缓解资源能源紧缺,是保障国家安全和可持续发展的战略选择。

    其二,认识地球深部运行规律。“金属的富集及矿床的形成、地震的发生、山脉的隆升等,最终还是受地球深部各种物理、化学和动力学过程的控制。目前我们对这一复杂的过程尚不十分清楚。只有通过对重要成矿带、地震多发区进行精细探测,就像‘CT’扫描一样,才能逐渐揭示地球深部的‘庐山真面目’。”吕庆田说。

    在国家重大需求和科学探索双重背景下,近20年来,吕庆田和他的团队以我国东部长江中下游成矿带和西部东准噶尔成矿带为探测对象,在成矿系统理论框架下开展了多尺度地球物理综合探测和研究,在陆内成矿系统的三维结构、深部找矿思路和找矿发现等方面取得重大进展。

    “以往认为,成矿作用大都发生在板块边缘,与板块边缘造山密不可分,如洋—陆俯冲造山、陆—陆碰撞造山,而对于大陆板块内部的成矿作用及深部动力学机制却鲜有了解。”吕庆田和他的团队经过不懈努力,在长江中下游成矿带发现了独特的地壳和上地幔结构特征,发现了大陆内部块体边界控制岩浆—流体活动的反射地震证据,建立了陆内成矿的深部动力学模型。

    在矿集区深部结构和成矿过程方面,他们发现了壳/幔边界基性岩浆底侵的反射地震证据,提出了“多级岩浆系统”结构模型;发现了隐伏在庐枞火山岩之下的两个侏罗纪盆地;精细刻画了庐枞、铜陵等多个矿集区的精细结构和断裂系统空间展布,对认识成矿过程意义重大。

    “我们认为,这些发现可以诠释为什么在长江中下游这个狭窄的带内,形成近百个大中型金属矿床。与板块边缘成矿类似,大陆内部在远程应力的作用下,在组成块体之间也可以发生大陆俯冲,俯冲导致壳幔强烈相互作用,最终沿块体边界形成大陆内部的巨型成矿带。”吕庆田说。

    如何开展深部找矿,这是吕庆田及团队面临的另外一个重大现实问题,目前国内外尚没有现成的经验可以借鉴。他们认为,与地表找矿类似,深部找矿必须先搞清楚地下三维结构,即了解地层、岩浆岩和构造的空间分布。经过反复探索,他和他的团队提出了地质信息约束下的重、磁三维地质建模技术,初步实现矿集区的“透明化”。

    通过研究和探索,吕庆田和项目组提出了基于三维结构、区域成矿模式和示矿信息的“三元”深部找矿方法,并利用这一思路在新疆、长江中下游多处取得深部找矿突破。比如,在新疆伊吾县拉伊克勒克戈壁滩发现了隐伏大型斑岩—矽卡岩矿床,获得333﹢334铜资源量101.5万吨,预测该矿床具有超大型铜矿远景。

    长江中下游成矿带多尺度深部探测试验,形成了一套解剖大型成矿带成矿系统结构的技术解决方案,发展了多种地球物理数据处理与解释技术,为国家“创新2030—地球深部探测”重大项目的实施提供了技术储备。

    创新深部资源探测技术

    如何“看透”地球内部,精准发现深部资源,技术创新最为关键。

    “对深部矿产勘查来说,不仅需要突破精度、灵敏度更高的各种传感器技术,提升野外测量设备的稳定性,还要发展新的数据解释技术,把观测的数据转换为‘透视’地下的图像。”吕庆田说。

    面对我国矿产勘查技术在探测深度、精度和分辨能力等方面与国外差距较大的现状,强烈的使命感、责任感使吕庆田和他带领的研发团队担起了“十二五”国家863计划“深部矿产勘探技术”重大研发任务。

    研发团队克服重重困难,先后突破了高精度微重力传感器技术、铯光泵磁力仪传感器技术、宽带感应式电磁传感器技术等10项关键核心技术,技术指标总体接近或局部超过目前国际先进水平。微重力传感器的突破使我国成为国际上为数不多的可以自主生产高精度重力仪的国家。

    在重磁、电磁、地震、井中勘探仪器和钻探设备方面,他们研制出高精度地面数字重力仪、大功率多功能电磁探测系统、4000米地质岩心钻探成套技术装备等18套急需的勘探地球物理仪器设备,形成了从地面到地下的系列仪器装备。

    在地球物理方法数据处理和解释方面,他们完善了直流电阻率与极化率三维反演方法、重磁三维约束反演方法等20多项地球物理数据处理解释方法,研制出了多参量地球物理数据处理与反演软件系统、金属矿地震处理解释新技术与软件系统2套大型软件系统,形成了多功能三维电磁正反演与可视化交互解释软件系统,金属矿地下物探数据处理解释系统等8个专用软件系统。

    “这一轮的勘查技术研发,使我国在地球物理勘查技术领域极大缩小与国外的差距,大幅度降低对国外勘查设备和解释软件系统的依赖,一定程度上打破了国外在此领域的仪器设备垄断,大幅提高了我国深部资源勘查技术自主研发能力和国际竞争力。”吕庆田说。

    向地球深部进军

    几十年的不懈努力和学术积累,吕庆田及其团队取得了丰硕成果,收获了不少荣誉。先后获得国家科技进步一等奖、二等奖各一项;国土资源科学技术奖一等奖3项,二等奖1项;入选新世纪百千万人才工程国家级人选。他带领的深部资源探测研究团队入选自然资源部高层次科技创新团队。此外,他还为国家培养了一批深部资源探测人才,为深部资源领域的研究和调查作出了突出贡献。

    “向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”,这是习近平总书记在2016年5月30号“科技三会”上发出的号召。

    “相比于西方国家,我国的深部探测工作起步较晚,在探测技术和实际探测覆盖面积方面与西方国家差距较大,加强地球深部探测,对我国资源能源安全和减灾防灾意义重大。”吕庆田说。

    当前,我国正在酝酿启动“创新2030—地球深部探测”重大项目。未来,我国的地球深部探测将紧密围绕国家资源能源重大需求,瞄准国际地球科学前沿进行布局。

    “入地中国梦”的大幕刚刚拉开,向地球深部进军即将全面启动。吕庆田及团队正在积极准备,迎接未来更大的挑战。

    虽然人类直接钻探深度在不断加深,但与6000多公里的地球半径相比,我们还仅仅只停留在地球的表皮。如何拓展深部空间,认识地球深部运行规律,发现更多的资源,是吕庆田毕生的奋斗方向。

    科技创新人物 吕庆田:探向地球深部

    地调局航空物探遥感中心“航磁多参数测量处理解释方法技术研究”项目组近日在大兴安岭加格达奇地区进行了物性测量及地面三分量磁测试验工作,完成了对测区内物性信息的采集以及航磁三分量、地面三分量的对比。

    物性测量工作在117处测量点获得磁化率数据3510个,采集定向标本17块。地面三分量磁测工作完成磁测试验剖面9条,完成重点部位剖面测量2千米、重点区域面积性测量0.25平方千米,对航磁三分量数据进行了有益补充。

    工作区为林区所覆盖,多数地区路况较差且人烟稀少,露头风化严重,课题组克服困难,实现了物性测量的全区覆盖。目前,项目组正在利用三分量数据实现飞行剖面下磁性异常体中心埋深的自动解算,为进一步研究磁三分量数据的应用场景与效果奠定基础。

    加格达奇地面物性测量及地面三分量试验工作圆满完成

    为推广三维井地磁测资料处理解释新方法新技术,提高应用服务水平,2015年12月18 -20日,中国地质科学院地球物理地球化学勘查所在廊坊举办三维井地磁测资料处理解释方法技术培训班,对承担的地质调查子项目“重磁调查数据三维解释技术研究与应用”的主要研究成果之一三维井地磁测资料处理解释软件进行应用讲解培训。

    中国地质调查局发展研究中心刘士毅教授、中国地质大学(武汉)刘天佑教授及地科院物化探所项目人员进行了授课。此次培训班得到了全国21家地勘单位及科研院所的积极响应与支持,参会人员计40余人。

    培训期间,刘士毅教授对物探工作面临的新机遇、新挑战和解决办法提出了独到的见解;刘天佑教授介绍了井中磁测的新方法技术及应用成果。项目组专家介绍并展示了三维井地磁测资料处理解释软件,结合典型应用案例进行了分析讲解。

    此次培训班的成功举办,为井中磁法勘探技术领域的工作人员提供了一次相互学习交流的机会,加深了学员对井中磁测方法技术和三维井地磁测联合反演技术的理解,为井中磁测新方法新技术的发展与推广打下了良好的基础。 

    三维井地磁测资料处理解释方法技术培训班在廊坊举办
    各有关单位:
       根据地质调查项目的年度工作部署,为及时推广物探综合软件RGIS升级成果、重力测量近中区地形改正与资料解释方法技术,完成全国矿产资源潜力评价重力资料应用成果汇总,经与中国地质调查局基础调查部、科技外事部和全国矿产资源潜力评价项目办商讨,中国地质调查局发展研究中心会同中国地质大学(北京)定于2012年12月14日—20日在昆明共同组织召开RGIS推广应用培训暨矿产资源潜力评价重力成果汇总研讨会,现将有关事项通知如下:
        一、主要内容
        1. 物探综合软件RGIS功能升级及使用方法培训;
        2. 重力资料解释手册解读;
        3. 1:5万重力测量近中区地改技术及仪器使用培训交流;
        4. 物探资料在矿产预测中应用专题讲座;
        5. 省级及大区矿产资源潜力重力资料应用成果汇总研讨。
        二、参加人员
        1.中国地质调查局大区中心与各省级潜力评价物探项目及课题相关人员,各课题1-2人;
        2.全国地质调查与矿产勘查等工作中从事重磁电勘探工作的相关人员,各相关单位1-2人;
        3.地质科研院所及大学相关研究技术人员,各1-2人;
        4.物探专业期刊人员,各1-2人;
        5.RGIS软件用户。
        三、时间与地点
        1.时间:2012年12月14-20日,14日报到。
        2.地点:昆明云安会都。
        四、其他
        会议统一安排食宿,费用自理。
        请参会人员将回执于2012年12月8日之前返回到联系人。
        五、会议联系人
        乔计花:010-58584366  18910897366  qiaojh@126.com
        何贤明:18910081880
        张浩然:13426200834

                     

                                                                  二〇一二年十一月十九日

        宾馆位置与联系方式



        宾馆地址: 昆明市西山区石安公路马街路口
        宾馆电话:0871-8175959

        附件:回执表

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        说明:请于12月8日前,将回执表发到qiaojh@vip.126.com


    关于召开RGIS推广应用培训暨矿产资源潜力评价重力成...

    中国地质调查局地球物理地球化学勘查研究所日前研发的“一种应用于高极化区的瞬变电磁测量方法”获国家发明专利授权。

    在高极化区开展瞬变电磁探测,激电效应会造成响应曲线的强烈畸变,传统装置含激电效应的反演具有严重奇异性,导致无法有效开展反演解释。本发明通过不同发射框、同点位的联合观测,增加了数据约束,有效解决了高极化区瞬变电磁探测难题,并成功应用于辽东金矿区探测,划分了多参数电性结构,预测了深部成矿空间,为高极化区瞬变电磁探测提供了方法技术支撑。

    该专利受国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项课题“空-地-井立体探测技术方法构建与示范”和中央级公益性科研院所基本科研业务费项目“高极化区TEM解释方法研究”共同资助。

       

     

     
    物化探所“一种应用于高极化区的瞬变电磁测量方法”...

    一直负责国家航空物探领域的重大科研与工程项目,被视为中国航空地球物理勘探技术领域的领军人物, 熊盛青带领科学团队不断探索创新——填补了青藏高原航磁空白,建立了全地域、多尺度、高精度的航空综合勘查技术体系,打破国外关键技术垄断,实现了我国航空物探技术装备从进口到国产的飞跃。

    2020年1月,熊盛青(右三)与专家一起讨论航空物探测量成果的地质解释与应用工作  航遥中心 供图

    今年5月,一架名为“航空地质一号”的特殊飞机参与了2020珠穆朗玛峰高程测量任务,并高效获得了珠峰高程关键数据。飞机上面装载的,正是由熊盛青科研团队自主研制的航空重力仪等国产化设备。

    眼神谦和而坚定,20世纪90年代的博士、35岁成为总工,一直负责国家重大科研项目,先后获国家科技进步二等奖2项、特等奖1项,荣膺全国杰出专业技术人才等荣誉,被视为我国航空地球物理勘探技术领域的领军人物……熊盛青的性格和履历线条很清晰,但是他的工作,说起来就高深了。

    打破国外关键技术垄断,让“国产化”成为主角

    所谓航空物探,是指以飞行器为载体,通过搭载多种物理探测仪器探测地球物理场信息,并据此研究地球、解决地质找矿与环境等问题的勘查方法。

    作为重要的现代化高科技手段,航空物探技术一直是各国科技实力比拼的热点。2006年,我国将“航空地球物理勘查技术系统”列为“十一五” 国家高技术研究发展计划中的重大项目,43岁的熊盛青成为该项目的首席专家和总体专家组组长。

    “20世纪50年代起步的中国航空物探,尽管已经从中低精度测量发展到了高精度测量,但在高分辨率测量技术上却被远远甩在后面。航空重力仪、时间域航空电磁仪等关键装备和航磁矢量等核心技术被几个发达国家掌控,我们在这些方面几乎就是空白。” 主要仪器工作原理不明、高灵敏传感器缺乏、核心技术不掌握……如此条件下要想在仪器灵敏度、导航定位精度、测量精度、测量比例尺和更多参数上取得突破,谈何容易?熊盛青感到压力山大。

    怎么办?他当时的想法是:“我们没有退路,没有条件,那就创造条件上”。

    一支跨学科的“航空地球物理与遥感地质创新团队”很快在他的组织下建立。熊盛青对团队提出这样的要求:要有使命感、科学的态度和奋斗的热情。而这三点,他自己首先做到。

    自主研发工作紧张进行,科研团队全力以赴,经过多次方案的修改、反复试验,最终提出了优于国外的“捷联+稳定平台式”航空重力仪设计方案,解决了高动态干扰环境对重力测量精度影响大等系列难题,研制出了国内首台航空重力仪……

    通过持续三个“五年规划”的科技攻关,他们在国产化航空物探遥感仪器及软件应用上取得了一系列重大创新成果:实现了航空重力仪、航磁全轴梯度仪、航空矢量磁力仪、时间域航空电磁仪、全数字航空伽马能谱仪等关键装备组成的全系列、先进实用的航空物探技术装备的自主研制和工程化应用,填补了多项国内理论、技术和装备空白,打破了国外技术封锁和垄断,实现了我国航空物探技术装备从进口到国产的飞跃。

    填补青藏高原航磁空白,实现航空勘查技术新跨越

    早在20世纪末,经过几代人的努力,我国几乎实现了陆域航磁勘查全覆盖,遗憾的是,青藏高原中西部的110多万平方公里还是未知处女地。为了尽快填补这“唯一”空白,1998年,原地矿部专门设立“青藏高原中西部地区航磁概查”项目,30出头的熊盛青成为该专项负责人。

    青藏高原中西部山峦叠嶂,高寒低压,之所以是航磁的“空白”,就是因为当时条件下存在三个难以突破的障碍:飞机作业难,准确定位难,航磁仪器更难保障正常运行。

    熊盛青带领团队夜以继日,反复研讨,针对特殊复杂环境提出有效解决方案,克服重重困难实施野外作业。最终,这项当时被认为是“难度最大、单次作业面积最大、工作量最大”的一次航磁测量任务圆满完成,“硬骨头”硬是被啃了下来。

    “航空物探是为大地做‘CT’”,熊盛青很喜欢这个比喻。但这个CT,远比医生做体检复杂得多。

    从空中探测大地的五脏六腑,地下数据如何采集、如何处理和解释?熊盛青带领团队经过科研攻坚,研制集成了基于直升机等多飞行平台的航空重力、航磁矢量、时间域航空电磁等12种高精度航空勘查系统;解决了复杂地形条件下航空物探数据的低高度—高信噪比—高精度—快速采集难题;创新了起伏观测面数据精细处理与定量解释方法;攻克了基于底层的大型软件平台开发与多元异构地球物理数据协同处理解释软件集成关键技术,研发出国内首套航空地球物理软件平台。

    针对我国地形地质条件复杂、勘查难度大的特点,他主持研发中高山区高精度航磁、高分辨航空物探、航空物探—遥感综合和空中—地面—井中地球物理协同等航空地质调查新技术,形成了全地域、多尺度、高精度的航空综合勘查技术体系,并将这些新方法新技术广泛应用到地质矿产勘查等实践中。

    优秀科研创新团队是优秀的学科带头人打造出来的

    熊盛青很小就立志当科学家。理想如种子,在他16岁选择成都理工大学地质专业时萌芽,在他毕业进入中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心工作时孕育,在他攻读博士时得到阳光雨露的滋润,在他连续承担国家科技项目、一次次攻坚克难获取成功时茁壮成长。

    改革开放时代,个人志向在融入国家发展需求的过程中实现了价值提升,熊盛青用行动证实了自己对工程科学家的理解:有科学精神、探索科学真理,能够发现和解决工程领域的科学问题。

    但这似乎还不是他的全部使命。

    1998年,不到35岁的熊盛青成为中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心的总工程师。被推到团队带头人位置上,责任感顿时加码。“合格科技管理者应该是科技工作的总规划师和总设计师、技术研发组织者、关键技术与理论方法攻关者、科学技术普及者、人才培养与队伍建设领衔者、优良学风的创导者。”他暗下决心朝着这个目标努力。

    熊盛青逐步形成了自己的管理特色,即谦虚做人,尊重不同观点的表达,一方面善于调动专家的积极性,另一方面,善于学习分析总结、果断拍板决策。在他的带领下,“航空地球物理与遥感地质创新团队”不断成熟、壮大。2013年该团队成为首批入选国家创新人才推进计划重点领域的创新团队。

    自然资源部的成立,将航空物探遥感事业带入更为广阔的发展时代。他认为,围绕生态文明建设和自然资源管理中心工作,航空物探遥感以其独特的技术方法手段,能够为解决资源与环境、地球系统科学问题提供强有力的支撑,“现代航遥工作要成为自然资源工作的先行军,无论是地质找矿还是城市规划、生态修复,航遥的第一到场至关重要”。

    志当存高远,脚要踏实地,熊盛青说,“十四五”期间,我们要努力做三件事:一是进一步突破仪器制造方面的关键核心技术,在应用技术上向深部探测和浅地表探测两个方向加大攻关力度;二是积极拓展服务领域,加强科技创新与地质调查的结合,加快新技术方法的推广;三是加强科技创新平台建设,加快人才培养,持续提高航空物探的科技创新能力。

     

    科技创新人物 熊盛青:航空物探追梦人

    为完善准噶尔盆地航空重磁综合研究方法技术及解释成果,推动重磁综合解释科技创新与技术攻关,8月21日,地调局航空物探遥感中心召开了准噶尔盆地中西部航空重磁综合解释方法技术研讨会。

    “准噶尔盆地中西部航空重磁综合调查”项目负责人刘英会教授介绍了准噶尔盆地中西部航空重磁综合调查、数据处理、综合解释及创新地质认识等工作成果,对项目技术难点和地区重大地质问题进行了梳理与分析。随后,专家重点针对准噶尔盆地中西部重、磁综合解释方法和推断地质成果展开研讨。参会同志集思广益,对利用航空重磁资料编制磁性体最小埋藏深度、重力主密度界面深度、基岩深度等图件以及预测有利油气区等研究成果的进一步完善提出了宝贵的修改意见。

    航空物探遥感中心领导高度肯定了项目研究成果,要求有效结合地质理论知识,加强航空重力与地面重力的对比分析,加强航空重磁综合解释方法技术探索,进一步完善航空重磁推断地质成果图件表达形式,加快推进科技创新,将重磁综合解释方法进一步规范化、体系化。

    研讨会集合众多思路和工作方法,为利用航空重、磁资料开展基础地质研究与油气资源评价方法体系化奠定了基础。会议还就后续技术攻关、科技创新工作重点进行了部署,将有力地指导项目研究成果的进一步完善。

     

    航空物探遥感中心推动航空重磁综合调查科技创新

     

    项目验收现场。 赵金花 供图

    矿产资源,是大自然给人类的珍贵馈赠。正是基于对这一馈赠的开发利用,人类才得以从原始的茹毛饮血时代,逐步进入到自给自足的农业时代,进而步入依靠工业化生产满足自身物质、精神需求的现代社会。但要找到矿产并不容易,必须用一定的技术才能使其现出真身。日前,通过科技部验收的“十二五”国家863计划“深部矿产资源勘探技术”重大项目,就是一套能让深部矿产现身的技术。

    要有一组“透视眼”该多好

    矿,其实就是石头,只是这些石头中含有足够多的人类想利用的元素。专业说法称之为有益元素的丰度,即矿石品位,用以区别矿产的贫富程度。

    受地质运动、元素富集条件等因素影响,各类元素在不同岩体甚至同一岩体中的丰度差别很大。因此,人们以现有经济技术条件下开发能获利为标准,确定了不同矿产可开发的丰度值,将其称为工业品位。如果达到工业品位的岩石集中连片分布在一定区域,人们就将其称为矿体。根据集中连片分布的平面面积、空间体积的大小,人们将矿体按规模分为小型、中型、大型、特大型、超大型等不同级别。

    要找到蕴藏在岩石内部的矿产困难重重:

    一是对裸露的岩石,人们可以通过以前积累的经验判定,并将裸露出的矿称为露头矿。但对蕴藏在岩石内部的矿产分布区域、空间边界、矿体形状及走向等,人们仍无法作出结论。

    二是岩石裸露部分所占比例往往很小,山区的岩石往往会被树叶、杂草等覆盖,而山脚下和平原地区的岩石则被厚厚的土层覆盖,有的甚至厚达上千米。

    三是同一矿种的矿体在不同地区不同岩石、甚至同一地区同一岩石中赋存形态、分布规律都是有区别的。对此,业内常说“世界上没有完全相同的矿”。

    更严峻的是,随着工业化程度的逐年加深,人类对矿产资源的需求日益旺盛,而露头矿却越来越少。不得已,人们将找矿的目光投向地球深部。据统计,一个世纪来,全球矿产勘探深度已由最初的地表延伸到地下500米以深。其中,人类开发矿产的最大深度是南非的Western Deep Level金矿,其最深点已到地下4800米处。

    虽说深部的矿更大更富,但勘探发现的难度也更大。因为,无论是对岩石内部还是覆盖层以下的情况,人们既看不到也摸不着。

    要是有双能穿透覆盖层或岩石的“透视眼”该有多好!

    于是,人们总结已探明矿体与地质运动间的关系,以及其赋存规律、控矿要素等,形成了系列矿产勘查理论,通过应用物理、化学等手段形成了矿产勘探方法技术,逐步提高了对深部矿产的勘探能力。

    这次通过科技部验收的深部矿产资源勘探技术,其实就是中国地质人打造的一组“透视眼”,其透视深度可达2000米。有了这组“透视眼”,我国向地球深部进军、发掘深矿产资源潜力的能力得到了进一步提升。

    五方面提升矿产探测透视力

    这组“透视眼”具备强大的探测透视力,在电性结构探测技术、密度与磁性结构探测技术、速度结构探测技术、钻探及井中探测技术等方面取得创新,涉及重磁、电磁、金属矿地震、井中探测及钻探等5个方面。

    在重磁勘探技术与装备方面,突破了高灵敏度微重力测量传感器和铯光泵磁场传感器核心技术;成功研制了地面高精度数字重力仪、地面高精度绝对重力仪,初步实现了产业化。动态激发核磁共振磁传感器和铯光泵磁传感器核心技术取得重大突破,研制成功两型磁力仪样机;开发出国际一流的重磁数据处理反演解释技术和软件系统,实现了复杂地表条件下的重、磁、电、震、地—井联合等多参量三维联合反演解释技术。

    在电法及电磁探测技术与设备方面,攻克了高灵敏度宽频感应式电磁传感器技术及检测标定技术,使电磁传感器在一致性、稳定性和重复性上达到国外同类产品水平;研发成功高灵敏度三分量磁通门传感器,技术指标达到国际同类产品水平;研制出分布式多参数电磁探测系统、大功率伪随机广域电磁探测系统和长周期分布式大地电磁观测系统,改变了我国多功能电法仪器高度依赖国外的现状;创新电磁方法体系,构建了适合任意复杂模型的大规模三维电磁正反演与可视化解释软件平台。

    在金属矿地震探测及处理解释技术与装备方面,研制出适合复杂山地条件的小型化扫频可控震源和轻便分布式遥测金属矿地震勘探采集系统。该系统在轻便主站、混合遥测交叉站和小型可控震源技术等方面具有很强的创新性,同时兼具大型地震采集系统的高分辨、高保真地震信号实时采集功能和超万道采集能力;研发的金属矿地震处理、解释新技术与软件系统和三维地震数据采集与观测系统设计软件,代表了国内最为完善和领先的金属矿地震数据采集和处理解释方法技术体系。

    在地下与井中地球物理探测技术与装备方面,实现了井中电磁波大功率脉冲调制等多项关键技术创新,突破了3000米小口径多参数测井仪器的耐高温高压技术和实用工艺;研发了大功率坑—井—地三维电磁成像系统、井间电磁波层析成像系统、井中多道激发极化仪、大深度小口径多参数测井仪等4种地下和井中探测仪器,技术指标总体达到国际同类产品水平,部分达到国际领先水平;创新了地下和井中探测方法技术体系,构建了功能齐全的地下物探数据处理、反演解释软件系统。

    在大深度、小口径岩心智能钻探技术与装备方面,自主研制成功4000米地质岩心钻探成套装备和自动化智能化钻探技术,实现了系列技术和工艺的创新;建立了典型孔内工况判别准则和优化钻进模型,研发出了岩心钻探智能化钻进监控硬件系统和软件系统。

    还需进一步精细打磨

    “深部矿产资源勘探技术”重大项目,是2014年在科技部支持下正式启动的。4年来,在自然资源部中国地质调查局矿产资源研究所的组织下,18个单位、300多名科技人员联合攻关、持续创新,终于打磨出这组“透视眼”。

    有了这组“透视眼”,我国全面突破了2000米以浅矿产资源勘探方法、技术、装备障碍,形成了从地面到地下、从结构探测到物性探测、适应复杂地质条件的立体探测技术体系。今后,我国向地球深部进军、实现深部矿产勘探突破有了有力技术支撑。

    对这双组透视眼,参加验收的专家给予了高度评价:经过4年研发,在关键技术攻关、仪器设备研发与完善、地球物理方法创新和软件研制等方面形成了系列成果,大幅提高了我国深部资源勘查技术自主研发能力,提升了国际竞争力。

    但无论是参加验收的专家,还是参与研发的科技人员都表示:这组“透视眼”并不是万能的,还需要实施一系列后续项目,做进一步的精细打磨。

    首先,虽然我国的深部矿产地球物理勘探技术体系已经建立,但仍有一些技术指标与国外先进水平存在差距。在重磁探测方面,绝对重力仪的精度仍需进一步提高,动态激发核磁共振磁传感器和铯光泵磁传感器等仍需攻关。在电磁探测方面,电磁传感器的灵敏度、频带范围和噪声水平还需进一步提升、仪器系统的全三维观测能力及软件的多参数联合反演解释能力有待加强。在金属矿地震勘探方面,适合于金属矿探测的三维高密点长排列采集技术、弱信息提取技术、综合解释技术等还不完善。在井中探测方面,仪器设备的发射功率、噪声水平、接收灵敏度等尚有提升空间。在钻探方面,需要进一步研究更大深度、更高智能化的地质岩心钻探技术与装备。

    其次,我国深部矿产资源勘查技术与装备的产业化和商品化程度与国外相比尚有较大差距。国外由于技术研发起步较早,产学研一体化链条完善,目前已实现了高度商品化。国外CG-5、GSM等重磁仪器,V8、GDP-32等电磁仪器,Sercel428等地震仪器仍在我国占据市场主流。而我国的核心技术与装备刚刚研发成功,成果的商品化、产业化程度还较低。因此,需要进一步提升仪器工艺和实用化水平,包括:轻便性、稳定性、抗干扰能力、制作工艺等,同时还要与高新技术企业加强合作,加速实现技术和装备研发成果的商品化。

    此外,我国目前研发的勘探地球物理仪器内部所用的高端关键元器件仍有相当部分依赖进口,部分高端电子元器件和传感器对我国高度禁运。目前,在中国市场上可以获取的一些高端元器件专用模块与芯片产品质量往往不稳定,使用这些“高端元器件”的仪器设备,会造成性能不稳定、甚至整体瘫痪。因此,我国还需要在芯片、FPGA、ARM、DSP、高位低速ADC、弱信号检测电路等核心电子信息技术方面进行研发,真正实现核心技术不受制于人。

    要真正实现我国深部矿产资源的透明化、立体化探测,任重而道远,仍需广大科研人员团结一心、再接再厉,为祖国的地质矿产勘查事业奉献力量。

    望向地球深部的“透视眼”
        为了贯彻落实地调局对物化探所“加强物化探能力建设,强化技术研发和应用能力”、“为实现能源、资源调查目标突破提供强有力的物化探支撑”以及五家方法技术研究单位“率先实现‘六个一流’”的要求,2015年4月15日物化探所举办第二期学术交流会,邀请国际著名地球物理学家、美国科罗拉多矿业学院重磁电研究中心李耀国教授到河北廊坊做学术报告并开展学术交流。物化探所从事重磁电相关研究的科研人员54人参加了交流,会议由吕庆田副所长主持。

      学术交流会上,李耀国教授作了题为“矿产勘探中的反演:地下成像与岩性识别”(Inversion in Mineral Exploration: Subsurface imaging and geology differentiation)的学术报告。以典型案例剖析的方式讲述了在勘探地球物理中反演的必要性、重要性和工作思路。

      他认为,一是地球物理反演作为一种解释手段,用以识别不同地质矿产特征和地质作用,在今后矿产勘查中会越来越重要;二是反演作为一个系统的过程,不仅仅局限于地球物理的观测数据,而应把地质、物性、成矿、地球化学等已知信息加入进行约束;三是勘探地球物理学经历了“找异常”、“地下物性成像”、“地下三维地质成像”三个发展阶段;四是当前地球物理研究重要的发展方向包括强剩磁、复杂地形、低纬度等复杂条件下单一数据的解释方法和技术,不同方法的地球物理数据、不同分量数据或总场和某个梯度数据间的联合反演,地质信息与地球物理信息相结合的约束性反演,三维填图等。

      他还特别推荐地球物理研究人员参加2017年10月在加拿大多伦多召开的第七届“勘探17国际会议”(Exploration'17 Conference),该会议每10年举办一届,会议的主题是总结过去十年地球物理、地质、地球化学等地球科学方法技术进展。

      与会人员就地球物理反演的方法,以及反演使用的变量、参数和软件等与李耀国教授进行了探讨和交流。

      吕庆田副所长梳理了李耀国教授学术报告传达的重要信息,对我所科技人员,尤其是年轻科技人员提出了三点要求,一是坚持一个稳定的专业方向,二是争取申请并完成一个自然基金项目,三是每年发表一篇学术论文。

      通过学习和交流,大家普遍认为,对地球物理反演理论与算法,重、磁、电三维反演、重力梯度资料处理与反演,尤其是地质-地球物理联合反演的研究方法和意义有了更深入的理解,了解了地球物理反演解释的前沿和发展趋势,学术报告的思路契合了面向地质需求开展地球物理研究工作的地质调查新理念,将对科研人员转变研究思路、提升我所地球物理技术研发和应用能力起到重要作用。




    物化探所邀请美国科罗拉多矿业学院李耀国教授开展学...

    为完善准噶尔盆地航空重磁综合研究方法技术及解释成果,推动重磁综合解释科技创新与技术攻关,8月21日,地调局航空物探遥感中心召开了准噶尔盆地中西部航空重磁综合解释方法技术研讨会。

    “准噶尔盆地中西部航空重磁综合调查”项目负责人刘英会教授介绍了准噶尔盆地中西部航空重磁综合调查、数据处理、综合解释及创新地质认识等工作成果,对项目技术难点和地区重大地质问题进行了梳理与分析。随后,专家重点针对准噶尔盆地中西部重、磁综合解释方法和推断地质成果展开研讨。参会同志集思广益,对利用航空重磁资料编制磁性体最小埋藏深度、重力主密度界面深度、基岩深度等图件以及预测有利油气区等研究成果的进一步完善提出了宝贵的修改意见。

    航空物探遥感中心领导高度肯定了项目研究成果,要求有效结合地质理论知识,加强航空重力与地面重力的对比分析,加强航空重磁综合解释方法技术探索,进一步完善航空重磁推断地质成果图件表达形式,加快推进科技创新,将重磁综合解释方法进一步规范化、体系化。

    研讨会集合众多思路和工作方法,为利用航空重、磁资料开展基础地质研究与油气资源评价方法体系化奠定了基础。会议还就后续技术攻关、科技创新工作重点进行了部署,将有力地指导项目研究成果的进一步完善。

     

    航空物探遥感中心推动航空重磁综合调查科技创新