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！”

随着经济社会的发展，以气候变化为核心的全球环境变化，正在广泛而深刻地影响着人类社会的方方面面。气候变化所导致的气温增高、海平面上升、极端天气与气候频发等，对自然生态系统和人来生存环境产生了严重影响。增加能源供应和来源途径、改善能源结构，是减少温室气体排放量、解决全球气候变化问题的根本途径。而作为新型能源的地热资源越来越受到人们关注，它具有低成本、可持续利用和环保等其它能源所不可比拟的独特优点。可以说，大力推进地热资源开发利用，改善能源结构，对于解决日趋严重的全球环境问题具有重要的意义。

● 什么是地热资源？

地热资源是指能够经济的被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用组分。我国地热资源可分为浅层地热能资源、水热型地热资源和干热岩资源三种类型。目前可利用的地热资源主要包括：通过热泵技术开采利用的浅层地热能、天然出露的温泉、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源。我国地热资源种类繁多，考虑地质构造特征、热流体传输方式、温度范围以及开发利用方式等因素。

● 地热是如何形成的？

关于地热的来源，有多种假说。一般认为，地热主要来源于地球外部热源和内部热源。外部热源包括太阳辐射等，内部热源包括放射性元素生热、地核热量等。根据测算，地核的温度达6000°C左右，地壳底层的温度达900~1000°C，地球表面恒温层（距地面约15米）以下约15千米范围内，地温随深度增加而增高，平均增温率约为3°C/100米。不同地区地热增温率有差异，接近平均增温率的称正常地温区，高于平均增温率的地区称地热异常区。地热异常区是研究、开发地热资源的主要对象。地壳板块边沿，深大断裂及火山分布带等，是明显的地热异常区。

勘查地热资源，一般采用地热地质调查、钻探和各种物化探方法。

● 地热资源有哪些用途？

据史料记载，我国开发利用地热与温泉已有5000多年的悠久历史，是世界上利用地热资源较早的国家之一。新中国成立后，国家重视人民的医疗保健事业，从20世纪50年代起，先后建立温泉疗养院160多家，20世纪70年代后，地热资源的开发利用进入快速发展阶段，尤其是20世纪90年代以来，在市场推动下，地热资源的开发利用得到更加蓬勃的发展。

地热开发利用方式

地热资源主要用途包括发电、建筑物供暖、洗浴疗养、种植养殖、烘焙等。其中150℃以上的高温地热主要用于发电，发电后排出的热水可进行梯级利用；90~150℃的中温和25~90℃的低温地热以直接利用为主，多用于工业、种植、养殖、供暖制冷、旅游疗养等方面；25℃以下的浅层地温，可利用地源和水源热泵供暖、制冷。目前全国地热资源开发利用的基本格局是：西南、华南发电；华北、东北供暖与养殖，华东、华中、西北地区洗浴与疗养。

截至2015年，我国地热资源每年利用量折合标准煤0.21亿吨，其中水热型地热资源利用量折合标准煤415万吨，开采率为0.2%，浅层地热能利用量折合标准煤1600万吨，开采率为2.3%，地热资源开发利用潜力巨大。水热型地热资源利用方式中，地热发电占0.5%，供热采暖占32.70%，医疗洗浴与娱乐健身占32.32%，养殖占2.55%，种植占17.93%，工业利用占0.44%，其他占13.56%。浅层地热能资源开发利用方式主要为供暖制冷。

● 地热资源有哪些种类？

1.水热型地热资源

我国水热型地热资源非常丰富，出露温泉2334处，地热开采井5818眼。水热型地热资源量折合标准煤12500亿吨，每年地热资源可采量折合标准煤18.65亿吨，有高温地热资源(≥150℃)，但以中温地热资源(90~150℃)和低温地热资源(<90℃)为主。其中，水热型中低温地热资源量折合标准煤12300亿吨，每年地热资源可采量折合标准煤18.5亿吨，发电潜力150万千瓦；水热型高温地热资源量折合标准煤141亿吨，每年地热资源可采量折合标准煤0.18亿吨，发电潜力为846万千瓦。

水热型中低温地热资源主要分布于华北平原、河淮平原、苏北平原、松辽盆地、下辽河平原、汾渭盆地等大中型沉积盆地上，分布在山地的断裂带上的地热一般规模较小，分布在盆地特别是大型沉积盆地的地热资源储集条件好、储层多、厚度大、分布广，热储温度随深度增加，是地热资源开发潜力最大的地区。

高温地热资源主要分布在我国藏南-川西-滇西水热活动密集带，其高温地热资源发电潜力为712万千瓦，充分开发利用高温地热资源，积极推进西南地区高温地热发电，因地制宜建立多能互补的发电格局，符合我国当前能源革命需求，也是可再生能源重要组成部分。

2.浅层地热能

全国336个地级以上城市浅层地热能资源每年可开采量折合标准煤7亿吨，可替代标准煤11.7亿吨/年，节煤量4.1亿吨/年。从浅层地热能开发利用方式来看，地埋管热泵系统适宜区占总评价面积的29%；较适宜区占53%；地下水源热泵系统适宜区占总评价面积的11%，较适宜区占27%。比较适合应用地下水地源热泵系统的地区主要分布在我国的东部平原盆地及富水性较好的地区。地埋管地源热泵系统普遍具有较好的适宜性。综合考虑，浅层地热能开发利用的影响因素，我国适宜开发浅层地热能的地区主要分布在中东部省份，包括北京、天津、河北、山东、河南、辽宁、上海、湖北、湖南、江苏、浙江、江西、安徽等13个省(市)。

我国浅层地温能开发利用区划图

3.干热岩资源

我国干热岩资源潜力巨大，开发前景广阔，高于美国干热岩资源的估算结果(570万亿吨标准煤)。经初步测算，地下3~10千米范围内干热岩资源折合标准煤860万亿吨，利用其中2%即相当于2015年全国能源总消耗量的4000倍。尤其是位于3.5~7.5千米深度、温度介于150~250℃之间的干热岩资源，资源量巨大，折合标准煤215万亿吨。干热岩资源是最具潜力的战略接替能源，但开发难度较大。

● 我国的地热资源家底

2016年，中国地质调查局发布了《中国地热资源调查报告》。报告指出，“十二五”期间，在原国土资源部的正确领导和财政部的大力支持下，中国地质调查局组织全国60多家单位3000多名技术人员，利用中央财政资金4.16亿元，完成了31个省（区、市）地下热水资源调查，开展了336个地级以上城市浅层地温能资源调查，启动了干热岩资源调查，基本查明了我国地热资源赋存分布与开发利用现状，初步评价了全国地热资源潜力。

调查结果表明：一是全国31个省（区、市）地下热水资源年可开采量折合标准煤19亿吨，现状年实际开采量折合标准煤415万吨，只占可开采量的0.22%，开发利用潜力巨大。二是全国336个地级以上城市浅层地温能资源年可开采量折合标准煤7亿吨，可实现建筑物供暖制冷面积320亿平方米；现实现建筑物供暖制冷面积4.78亿平方米。三是我国干热岩资源初步估算折合标准煤856万亿吨，是巨大的能源宝藏，其2%的可开采量即相当于2015年全国能源消耗的4000倍，应加快研究步伐。四是我国浅层地温能和地下热水资源开发利用经济与环境效益显著，2015年相关产业总产值约7500亿元，占同年GDP的1%以上；每年减少二氧化碳排放4800万吨。五是京津冀地区浅层地温能和地下热水资源合计折合标准煤3.43亿吨，可基本满足该地区建筑物供暖制冷需求。六是长江经济带浅层地温能和地下热水资源年可开采量折合标准煤9.3亿吨，充分开发利用区内的浅层地温能资源可有效解决长江中下游地区冬季供暖问题。

● 最新研究成果

中国地质调查局自2016年开始实施“全国地热资源调查评价与勘查示范”工程。该工程是在“十二五”地热调查工作基础上，聚焦区域地热背景调查、重点地区浅层地温能调查、水热型地热资源调查、重点区干热岩资源调查以及地热资源勘查开发示范与关键技术研究5项任务，目前取得了一些阶段性成果。

浅层地温能方面：雄安新区浅层地温能初步勘查表明，新区内大部分地区适用于浅层地温能的开发，雄安新区浅层地温能资源的开发利用，将产生巨大的环境效益与社会效益，为我国未来城市的发展提供新方向。

水热型地热资源方面：京津冀水热型地热资源调查表明，京津冀地区是我国东部地热资源最丰富的地区，地热资源储量大，开发利用条件较好。根据现状开采量与资源量数据划分了京津冀地区的开采模数分区，可为当地地热资源的开发提供借鉴。

干热岩方面：干热岩资源是国际社会公认的最具潜力的战略接替能源之一，其开发利用尚在探索中，国际社会对干热岩的开发利用已经进行了40多年的历史，我国正在开展东南沿海地区、青藏高原东北缘干热岩资源地质勘查，2017年8月，中国科学家在青海共和盆地3705米深处成功钻获236℃的高温干热岩，为下一步推进干热岩开发利用试验探索奠定了良好基础，目前中国地质调查局正在大力推进干热岩勘查评价和试验性开采。

（本文由中国地质科学院水文地质环境地质研究所供稿）

8月中旬至9月初，地调局航空物探遥感中心组织四川地调院、中国地质大学（武汉）、南京大学和河南地调院等单位联合踏勘，在新疆罗布泊地区开展子项目“新疆若羌北山整装勘查区高空间分辨率遥感地质调查”的野外查证工作。

通过本次野外地质工作，掌握了本区三条深大断裂（依格孜塔格-红柳河、白地洼-淤泥河、红十井-矛头山）的空间形态和影响范围，确定了工作区南部韧-脆性剪切带中褶皱的存在和空间特征，新圈定了多个重要地质体，查证了新解译出的基性和超基性岩体的存在，新发现一处具有明显矽卡岩化特征的矿化蚀变带。这些认识将为整装勘查区的后续工作部署提供参考，同时也将促进该区基础地质研究水平的提高。

罗布泊构造位置位于中亚造山带的东天山南缘，塔里木盆地东北缘，北山裂谷西段，自然环境十分恶劣，严重干旱缺水，基本无任何植被，是中国三大无人区之一。8月的罗布泊尤其酷热，中午时段平均温度达45℃左右，火辣辣的太阳直射在布满棱角岩砾的戈壁上，野外工作完全像是置身于烤炉之中，炙热烫手的岩石，极其干燥的空气，毫无生气的景象，时而侵扰的沙尘暴，给项目工作带来了诸多挑战。就是在这样的环境下，项目组人员依然精神饱满地投入到各项工作中，认真完成了每个观测点的定位、观察、记录、采样和照相等工作，对相关地质现象进行了充分讨论，仔细与高分遥感影像图进行了比对，保质保量地完成了预计的工作任务。

野外试验现场

工欲善其事，必先利其器。向地球深部进军，急需探向地球深部、揭开深部奥秘的“武器”。地球物理探测技术装备就是其中之一。

地球物理探测，即通过观测和研究各种地球物理场及其变化来探测地层岩性、地质构造等，是“透视”地球内部的重要手段。长期以来，我国大型地球物理探测装备和核心软件几乎全部依赖进口。自然资源部中国地质调查局地球物理地球化学勘查研究所（以下简称“物化探所”）牵头实施的国家重大科学仪器设备开发专项《大深度三维电磁探测技术工程化开发》项目，通过5年努力，提交了一整套工程化的大深度三维电磁探测技术系统，不仅使我国地球物理探测实现了由二维测量向三维测量的跨越，而且推动了我国大深度电磁探测设备的自主化、实用化和产业化进程。

打破国外技术装备垄断，研发具有自主知识产权的国产化仪器

三维电磁探测系统的研发和应用，不仅在我国基本为空白，在国外同样也处于起步阶段。针对我国电磁法勘查技术在探测深度、抗干扰能力和测量精度等方面落后的现状，同时也为适应复杂地质条件下地下目标体大深度、多参数、三维精细探测的需求，以物化探所为牵头单位，联合重庆地质仪器厂、成都理工大学、中国科学技术大学、吉林大学，中国地质调查局西安地调中心、南京地调中心，安徽省勘查技术院等单位，实施了《大深度三维电磁探测技术工程化开发》项目，旨在打破国外垄断，实现装备国产化，更好地服务国家能源资源勘查工作。

对电磁探测技术的研发，物化探所有着多年的技术积累与成果基础。《大深度三维电磁探测技术工程化开发》项目负责人、物化探所教授级高级工程师林品荣介绍，物化探所在1995年实现了音频大地电磁测深的分布式测量，在国际上率先实现了天然电磁场的多点同步阵列式观测。步入新世纪，将阵列式的天然电磁场大深度探测技术与人工场的激电技术相结合，优势互补，从而形成混场源的电磁法探测技术，以实现多参量大深度探测。该系统于2005年研制成功，填补了我国资源探测大功率（70KW）发射与接收研制的空白，为我国开发具有自主知识产权的国产多功能电法仪器提供了技术保障和经验积累。

在国内没有先例可借鉴的情况下，从2006年起，在地质调查项目和国家863重点项目的支持下，物化探所启动了国产大功率多功能电法系统的研制。经过科技人员的持续攻关，在多频同步供电波形合成、密集频点供电、大功率逆变与保护、宽带大动态范围接收、无线数据通讯、数据处理与解释等技术方面取得突破，研制出了具有可控源音频大地电磁测深（CSAMT）、激发极化法（IP）供电功能的70KW大功率电磁法发射系统，以及具有音频大地电磁测深（AMT）、可控源音频大地电磁测深（CSAMT）、激发极化法（IP）测量功能的接收系统，并于2010年生产出了样机，2011年实现了这一技术的实用化及推广应用。

为适应深部找矿、三维立体填图和深部结构探测的需求，2011年，《大深度三维电磁探测技术工程化开发》项目获批为国家重大科学仪器设备开发专项首批支持的项目，总体目标是实现大地电磁测深（AMT/MT）、可控源音频大地电磁测深（CSAMT）、时间域频率域激电（TDIP/FDIP）、磁性源瞬变电磁测深（TEM）等二维/三维测量技术及三维测量仪器的工程化开发。同时，开展野外工作应用试验及三维电磁探测技术应用示范，促进我国三维电磁探测技术的发展。

由二维测量向三维测量转变，由样机研制迈向工程化研发

要实现三维电磁探测，需要将传统的一维、二维的电磁测量方法发展为三维测量方法。“简单讲，就是由原来的单点或单线测量，革新为多点、多测线的面积性同步测量，从而获取高质量的三维观测数据和地下地质体更为全面的信息。”林品荣说。

为此，项目组根据天然电磁场和人工电磁场的传播特点，结合地球物理电磁法仪器发展和大深度精细勘查的需求，研究设计了5种电法的三维分布式探测方法技术，包括大地电磁测深（AMT/MT）、可控音频大地电磁测深（CSAMT）、时间域激电（TDIP）、频谱激电（SIP）、磁性源瞬变电磁测深（TEM）。同时，采用高精度GPS和恒温晶体的混合同步技术，实现了多测站、多分量、全天候的阵列式同步测量。

在样机的开发过程中，物化探所创新研发思路和发展模式，邀请负责样机工程化的中地装重庆地质仪器有限公司技术人员提前介入，按实用化要求，配合科研人员对三维电磁探测仪器进行设计开发，形成了大深度三维电磁探测仪器的加工工艺、生产流程、检测方法等。

样机研发出来了，但要实现仪器的工程化开发，仍有大量工作要做。负责分布式接收机开发的物化探所教授级高级工程师郑采君介绍说，样机是工程化研发的第一步，关键是实现探测功能，主要体现“能用”；而工程化研发，要在样机的基础上不仅实现技术指标，而且还要注重仪器的稳定性、可靠性及实用性，让仪器不仅“能用”，而且要“好用”“实用”“耐用”，还要操作便捷、外观美观。比如：由于各地的射频干扰不尽相同，就需要不断对仪器的射频抑制电路进行调整、试验，再调整、再试验，直到仪器在不同地区都比较适用。再比如：稳定性方面，三维探测要求多台站同步测量，往往是几十台甚至上百台仪器同时启动开始工作。而仪器数量的增加，工作时间的拉长，都使得仪器的故障率成几何级数增长。因此，每一台仪器的稳定性和可靠性都至关重要。

研发团队研究解决了仪器间的精确同步，仪器性能参数的自标定，仪器的一致性、稳定性与可靠性，以及超大功率场源系统的建立等一系列技术难题，实现了大地电磁测深（AMT/MT）、可控音频大地电磁测深（CSAMT）、时间域频率域激电（TDIP/FDIP）、磁性源瞬变电磁测深（TEM）等方法的三维测量仪器的工程化开发，生产出160kW、30kW、5kW系列多功能电磁法（CSAMT、TDIP/FDIP）发射机、分布式多功能电磁法(AMT/MT、CSAMT、TDIP/FDIP)接收机、频率域感应式磁传感器、10kW瞬变电磁发射机、瞬变电磁三分量接收机、三分量高温超导磁强计、三分量时间域感应式磁传感器等。

系统软件的开发与集成，则涉及了数据处理方法研究、数据管理、可视化等多个方面。物化探所教授级高级工程师吴文鹂介绍说，物化探所数据处理研究团队联合吉林大学、成都理工大学、中国科学技术大学等相关科研人员，开展了正确快速计算、压制地形影响、获取可靠三维电性参数、构建基于三维电磁数据的三维地质解释和地质模型等一系列研究。由于采集的数据来源于多种探测方法，如何从中提取有用信号，如何进行处理，最终如何形成可视化的三维地质模型，其中涉及大量、复杂的计算过程和方法。各研发小组分任务从单方法入手，从一维反演、二维反演再到三维反演，最后再进行多方法的集成，最终形成了集5种电法方法数据管理、人机交互建模、数据成图、数据预处理与正反演为一体的三维电磁探测软件系统。该系统不仅可方便快捷地浏览数据与输出测深曲线、剖面曲线、平剖图、三维切片等图形图像，而且实现了在windows操作系统和linux操作系统间的跨平台运行。

接受野外勘查实践检验，与国外同类商品化产品探测能力相当

仪器生产出来后，是否真正具备三维探测的能力，各项技术指标能否达到预期要求，都需要接受野外勘查实践的检验。为此，物化探所联合西安地质调查中心、南京地质调查中心、安徽省勘查技术院等单位开展了大深度三维电磁探测系统的试验应用研究。

试验测试包括对软硬件的性能测试和与国外主流的先进仪器进行对比。据负责这项工作的物化探所教授级高级工程师杨亚斌介绍，对仪器性能指标的测试，不仅针对多种电磁探测技术方法和软件系统，而且还涉及仪器装备的按钮、电池、重量、结构、数据显示等诸多小指标。为了测试仪器的适应温度，测试工作组分别在新疆哈密零下20多摄氏度和新疆克拉玛依地面温度高于50摄氏度的条件下对仪器进行了测试。此外，工作组还选择甘肃极干旱地区、内蒙古东部草原和南方阴雨潮湿地区进行了探测环境测试；在甘肃柳园特别颠簸的地段开展了震动测试；从河北到内蒙古、甘肃、新疆进行了上万公里的运输测试，最终提出了上百条改进意见。

通过野外场地功能试验，并与国外商品化仪器的对比试验，三维电磁探测工作方法得以进一步完善，仪器与软件性能得以进一步提升。利用完善后的探测仪器，项目组分别开展了矿产勘查、三维立体地质填图及深部结构探测3个层次的应用示范。在甘肃柳园、安徽庐江、江苏宁芜、新疆哈密的4个矿区进行的矿产勘查示范，取得了良好的勘查效果，其中在甘肃柳园圈定了3处找矿靶区，在安徽庐江黄屯硫铁矿区发现240米厚的铜金矿体。在新疆克拉玛依和甘肃柳园开展的三维立体地质填图示范，结果显示，方法技术系统对深大断裂和重要的隐伏岩体均有较准确的反应。在内蒙古扎鲁特盆地开展的深部探测试验，利用取得的电性参数，结合已有的钻孔资料，详细刻画了油气目的层及盆地基底的形态。试验结果同时显示，激电探测和瞬变电磁探测深度都达到近800米，可控源电磁法探测深度超过1500米，在雄安新区的探测深度达到了3000米。

一系列的试验示范应用结果表明，自主开发的大深度三维电磁探测技术方法、仪器软件完全可以胜任野外勘查研究，而且与国外同类商品化产品相比，探测能力相当，并有部分指标优于国外同类商品化产品。有了这套探测系统，我国真正实现了电法勘探由二维测量向三维测量的跨越，同时推动了我国大深度电磁探测装备的自主化。与国外同类设备相比，国产化设备价格仅是国外的50%~60%，而且销售方还可以在方法培训和设备维护、软件升级等方面提供便捷服务。

科技发展永无止境。目前，我国的三维电磁探测技术研究与国外相比仍处于跟跑或并跑阶段，在三维电磁探测仪器轻便化、网络化，电磁干扰识别和数据处理智能化，三维电磁多参数联合精细反演等多个方面都亟待进一步探索和研究。同时，急需对工程化样机进行产品化开发，并实现产品化仪器的推广应用。

可喜的是，物化探所目前已得到国家重点研发计划项目课题的资助，在解决大功率精细电流采样等关键技术基础上，将着手开展产品标定、试验、批量生产线等产业化条件建设，加快批量生产和推广应用，从而为深地探测提供先进、实用的国产化地面电磁探测利器。

据中国地质调查局消息，全国危机矿山接替资源勘查理论创新与找矿重大突破荣获国家科技进步奖二等奖。

资源枯竭是矿山无法逃避的宿命，矿山的发展由盛而衰也是无法越过的坎。对于这样的窘境，人们干脆赋予了一个新的名词——危机矿山。

危机矿山指由于矿区范围内可供开采的矿产资源短缺，或者可采储量逐年萎缩，而难以继续经济地开发利用其保有的矿产资源，由此导致矿山产量持续下滑，矿山保有服务年限低于警戒线，在目前或者今后一段时期内难以维持正常生产经营而面临闭坑或破产危机的矿山企业。

叶天竺先生（右一）在指导危机矿山找矿工作

21世纪初，据对全国1010座大中型矿山调查，其中632座面临资源枯竭，形成资源危机矿山，涉及240多万矿工和1000余万家属的工作和生活，直接影响到国民经济的可持续发展和社会稳定。

党中央、国务院十分关心矿业的可持续发展。2004年，国务院第63次常务会议通过《全国危机矿山接替资源找矿规划纲要（2004~2010）》，设立国家专项，由国家发展和改革委员会、财政部、国土资源部组织实施。

作为业务和技术指导单位，中国地质调查局临“危”受命，责无旁贷地承担起了这个艰巨的任务。但是，要真正解决危机矿山面临的问题，并不是想象的那么容易。根据以往的经验，危机矿山找矿难度极大，工作程度高，探矿深度大，电磁干扰因素复杂，缺乏系统的理论指导和有效的方法手段，矿山虽经多轮勘查，仍未摆脱危机，陷入了束手无策的困境。

为实现国家目标，作为项目牵头实施单位，中国地质调查局发展研究中心采用统一规划、统一部署、统一管理的组织形式，历经8年，由全国28个省（区）、168个地勘单位、31个科研团队、230个矿山企业及100多名资深专家参加。投入资金35.9亿元，完成钻探248.8万米、坑探38.1万米，在47个重要矿集区优选230座矿山开展深部找矿工作，涉及铁、铜、铅锌、金、铀等20个矿种，通过“理论指导、技术突破、机制创新”的途径，取得了一系列科技创新成果。

首次在资源枯竭矿山开展全国性深部找矿行动，实现了找矿重大突破

根据“理论指导、技术先行、探边摸底、拓展外围”的原则，充分认识危机矿山探矿工作的艰巨性，一大批监审专家，矿山企业、地勘单位、科研院所技术研究人员，各级国土资源和财政部门管理人员，全国危机矿山找矿专项专家委员会主任及成员，是他们的共同努力，才实现了危机矿山找矿的重大胜利，给共和国提交了解决危矿问题的答卷。

——广西铜坑锡矿、山东三山岛金矿、辽宁白云金矿、甘肃格尔珂金矿、江西银山铜矿、山西支家地铅锌矿等45座矿山新增资源储量达大型-超大型规模，湖北鸡冠咀铜矿、安徽铜山铜矿等80座矿山新增资源储量达中型规模，94座矿山新增资源储量达小型规模。其中，辽宁阜新八道壕煤矿新增煤炭资源储量有力地支撑了矿业城市的经济发展。河北迁安铁矿新增资源储量2.4亿吨。辽宁红透山铜矿新增铜锌资源储量24万吨。湖南宝山铅锌矿等矿山深部发现大型矿床后，使矿山再一次焕发生机。

——新增备案资源储量：铜338万吨、钨42万吨、锡35万吨、金636吨、银9229吨、铅锌816万吨、原煤54.5亿吨、铁矿石9.95亿吨、锑34万吨、磷矿石26348万吨、石墨386万吨、锂2664吨、铍7004吨。

创建了勘查区找矿预测理论，为深部找矿提供了理论指导

应用空间预测的基本原理作为构建勘查区找矿预测理论的基本思路，创建了以成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志研究为核心内容的勘查区找矿预测理论体系。

——成矿地质体是指与矿床形成在时间、空间和成因上有密切联系的地质体，是形成矿床主要矿产主成矿阶段空间定位的成矿地质作用的实物载体，是为成矿物质集聚提供能量的地质体。通过成矿作用时间、空间、物质、能量一体化研究，确定成矿地质体及其空间范围，研究其特征及其与矿体（床）的关系，确定找矿方向。总结了沉积、火山、岩浆侵入、区域变质、大型变形5种地质作用12种类型成矿地质体总体特征及其与矿床（体）的关系，解决了矿床与成矿地质作用的实体联系，为找矿预测奠定了基础。

——成矿结构面是指赋存矿体的显性或隐性存在的岩石物理化学性质不连续面，即赋存矿体的各种界面。成矿物质受压力、重力、热力、热液流体、构造5种动力驱动，又以分选、分异、充填、交代、混合、沸腾、塑性流变等方式沉淀，形成了复杂的赋矿空间，据此划分了原生和次生成矿结构面成因类型，解决了矿体赋存空间与成矿作用的关系。建立了沉积、火山、岩浆侵入、褶皱、断裂5种成矿构造系统，构建了常见矿床类型的结构面空间组合与格架，为预测深部矿体空间分布提供了工具。如岩体与围岩接触面、“硅钙面”等界面为接触交代型矿床的重要成矿结构面。

——成矿作用特征标志是指应用成矿作用地球化学理论，结合大量矿床研究实际资料，总结的主要成矿元素分配分布、迁移、沉淀过程形成的矿体、矿石、矿物、元素及流体等特征的标志。应用成矿地球化学障理论结合大量地质事实，概括了主要矿床类型成矿作用物理化学条件转换的特征标志，如黄玉和电气石是高（中）温热液型钨锡矿床成矿作用特征标志，为判别成矿作用中心及找矿前景提供了确定性依据。

——以成矿地质体和成矿结构面为空间格架，以成矿作用特征标志研究为载体，构建了由脉、层、块、体矿化样式组成的上下、左右多元空间结构模型。

与国内外现有的成矿预测理论相比较，实现了矿床学、矿床地球化学等基础理论研究和矿产勘查的有机结合。成矿地质体作为成矿作用和基础地质研究的桥梁和纽带，解决了矿床与地质作用的实体关系，锁定了与成矿有关的目标体。成矿构造和成矿结构面研究建立了矿体赋存空间与成矿作用的关系，创建了全新的成矿结构面成因理论，解决了预测矿体空间定位问题。成矿作用特征标志研究把成矿作用的产物与成矿物质迁移、沉淀的物理化学变换因素结合起来，解决了确定成矿作用中心和筛选找矿标志的难题。将找矿预测由经验找矿、方法找矿，提升为理论找矿，并解决了实现途径。

首次研究创建了符合我国成矿地质特征的找矿预测地质模型，为深部找矿提供了类比标准

通过129个典型矿床解剖研究，500多个矿床调查研究，收集了1300多个典型矿床资料，获得了50000多组原始数据，依据我国独特的成矿地质背景，创建了涵盖我国主要矿床类型的25种找矿预测地质模型。

——厘定了以卤水盆地及其边缘深大断裂控制的非岩浆后生热液型铅锌矿床的概念，构建了碳酸盐岩容矿和砂岩容矿两种找矿预测地质模型。

——建立了以脉、层、体矿化样式为特色的次火山热液型金银矿、次火山热液型铅锌银矿、玢岩型铁矿3类找矿预测地质模型。

——以西藏罗布莎铬铁矿为典型，建立了板块踫撞蛇绿混杂岩带超镁铁质岩岩相构造带控矿的找矿预测地质模型。

——应用沸腾沉淀理论，建立了侵入体外接触带“五层楼”水压致裂结构面和内接触带云英岩型二元结构的钨锡矿找矿预测地质模型。

——全面总结了我国冈底斯、赣东北、西准噶尔、多宝山4种地质构造背景下的斑岩铜矿找矿预测地质模型。

——总结了新疆古生代、中东部中生代、西藏新生代3类斑岩型钼矿三维多元结构地质模型。

——建立了华南地区受白垩系红层盆地边缘深大断裂控制的花岗岩容矿的铀矿找矿预测地质模型。

——首次提出了“硅钙面”成因机制，建立了2种成矿结构面类型的接触交代型矿床找矿预测地质模型。

——总结了我国2种地球化学类型的金成矿特征，建立了次火山热液型、岩浆期后热液型、剪切带型3类金矿找矿预测地质模型。

——应用向型构造轴部塑性流变及重力作用的成矿机制，建立了沉积变质型铁矿找矿预测地质模型。

研发了适合矿区复杂条件下的关键技术，为深部找矿提供了技术支撑

——建立了针对大深度的地球物理探测新技术体系。电磁法技术组合解决了1000米深度的矿体探测，并取得良好应用效果。首次研制了3D井-地磁测联合反演技术（SWMI3D）和地-井方位激电（IP）联合反演技术，有效探测深度达到2000米。采用重磁三维反演技术，在河北迁安铁矿1100米深处发现100多米厚的矿体。

——针对矿山复杂电磁干扰，研发了系列抗干扰技术。引入并完善了大比例尺直升机航磁技术，开发了50Hz陷波器等；采用参考站数据相关分析、指数谱函数拟合方法和滤波等技术开发了数据处理软件；采用加大功率、增加叠加次数、逐点采集噪声、错时或停电测量等组合方法降低干扰影响。

——大深度钻探技术应用水平明显提高。大深度钻探技术在深部找矿中得到广泛应用，共完成千米以上钻孔295个。

——针对矿山找矿工作程度高、深度大、电磁干扰强的特点，建立了一套包括理论指导，模型类比，物探、化探、钻探技术支撑的深部找矿技术方法组合，有效地解决了深部找矿的技术难点。

专家表示，该专项创新深部找矿预测理论，研发、示范多项深部找矿关键技术，极大推动了找矿预测理论和勘查技术进步，实现了找矿历史性突破，大幅提高了骨干矿山后备资源，极大地缓解了我国资源短缺的局面，有力促进了地方经济发展和社会和谐稳定，政治、经济、社会、科学意义重大。

在国土资源部组织的危机矿山接替资源勘查科技成果和《勘查区找矿预测理论与方法》科技成果鉴定中，专家们一致表示，成果总体达到国际领先水平。

中国集中力量在短短7年内完成了230座矿山深部和外围接替资源勘查，取得了一批重要成果。这一重大勘查行动，无论在世界还是在中国矿产勘查史上都是极其罕见的。借此，让我们永远铭记为我国危机矿山接替资源找矿工作做出重大贡献的监审专家、矿山企业、地勘单位、科研院所技术研究人员，各级国土资源和财政部门管理人员，全国危机矿山找矿专项专家委员会主任及成员！此次奖项的获得也是对为了国家危矿事业，奋战在野外一线的地质矿产勘查及科研人员的国家级致敬，是对他们工作及成果的国家级肯定。