历时近两个月，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心“河西走廊黑河流域1：5万水文地质调查”项目组圆满完成5层水文地质孔分层抽水试验，该抽水试验是目前国内外最为复杂的地下水分层抽水试验。本次抽水试验目的是通过大厚度含水层抽水试验，分析验证适合的求参方法，解决了非完整井试验难以计算含水层参数的难题，大大提高了水文地质勘查精度。

　　该抽水试验对相关设备及器具要求极高。首先，要求抽水主孔和观测孔内的分层止水效果可靠，因此需要研发封隔器、过电缆遇水膨胀橡胶筒以及止水串三种分层止水器具。其次，要求抽水主孔和观测孔内下入自动水位、水温监测探头，进行实时观测。最后，抽水设备流量波动量要求控制在3%之内。

　　项目组技术人员通过多次试验，不畏挑战，自主创新完成了以下四项技术，确保了HQ26孔分层抽水试验圆满完成。

　　首先成功研发过电缆遇水膨胀橡胶筒。常规膨胀橡胶筒到达止水效果需要浸水7个昼夜，这无形之中会极大延长工作周期。自今年1月-5月，技术人员对膨胀橡胶配方进行优选，进行了将近20次的室内外试验与改进，终于研发出浸水48小时即能达到止水要求的过电缆遇水膨胀橡胶筒，极大提高了工作效率，缩短工作周期15天。

　　其次成功研制新型过电缆封隔器。项目前两年使用的过电缆封隔器是从芯管内部穿过电缆线，直接造成芯管阻水、整体不协调、提下过程中容易磕碰电缆等问题。技术人员对过电缆封隔器的芯管结构、电缆位置、定位方式、密封方式以及气管线快速连接方式进行整体优化设计，并与专业厂家合作研制抗高压特种防水电缆，最终成功研制出新型过电缆封隔器，封隔器结构更加合理，容易组装和拆卸，便于检修和保养。该封隔器在本次抽水试验过程中发挥了极为重要的作用。

　　第三成功控制潜水泵流量的波动。柴油发电机组发出的电压不稳定，直接造成潜水泵流量波动值高达4%-6%。技术人员通过与水泵厂家进行研究攻关，研制了耐磨损、抗拉强度高、性能稳定的QJ250型不锈钢潜水泵，配备质量优良的变频控制柜，成功将潜水泵流量波动值控制在0.5%以内，得到了水文地质专家的高度评价。

　　第四是首次使用管内分层止水串。止水串由止水膨胀橡胶筒、自动监测探头、Φ146管材组成，在Ⅳ、 Ⅴ层分层抽水试验结束后，将止水串下入井内，对Ⅳ、 Ⅴ层进行分层止水和分层观测，抽水试验全部结束后，再将止水串打捞出来并采集数据。经过多轮的集中研讨与试验，成功完成管内分层止水串的起下工作，实现数据采集。

　　技术创新是成功实施分层抽水试验的坚实基础，没有以上的技术创新，就不会取得本次分层抽水试验的成功。下一步，我们将全面系统总结本次分层抽水试验的成功经验，开始编写《多层水文地质孔分层抽水试验应用指南》，把同径分层抽水试验技术以及双封隔器分段振荡洗井技术尽快在水文地质调查项目中推广开来，为水文地质调查迈向新高度提供可靠的技术支撑。

近日，由地质环境监测技术重点实验室研发的“一种准分布式拉杆裂缝位移监测装置”获得国家发明专利授权，专利号：ZL201210473941.8。

该准分布式拉杆裂缝位移监测装置由传感器切换装置和监测仪器组成。监测仪器包括传感器驱动、电压电流测量、微处理器控制及无线发射四部分，传感器切换装置负责各传感器之间的切换。使用时，将拉杆裂缝位移传感器安装在地表裂缝处，再使用一根多芯电缆通过传感器切换装置将各传感器串接在一起后接入监测仪器端，加装了切换装置的传感器均具有了独立的ID号，监测仪器发送测量命令，只有符合要求ID的传感器才会响应，这样就实现了串接的每个传感器信号的轮询测量。

单缆连接、准分布式拉杆裂缝位移监测装置成本低、布设快，并可实时传输数据，已应用在云南昭通乐居赶马路垭口滑坡监测中。在赶马路垭口滑坡发生大变形时，快速布设了五个位移监测传感器，分别对滑坡后缘裂缝、中部拉张裂缝、边缘剪切缝的变形进行实时在线监测，监测数据实时传输到昭通国土局，为及时研判滑坡变形和鲁甸“8.3”地震对滑坡的影响提供了宝贵的现场监测数据，为当地政府应急救灾决策提供了支持。

国家重大科学仪器设备开发专项《同位素地质学专用TOF-SIMS科学仪器》项目顺利完成了两台整机的总体装配，并与2016年1月20日通过了国土资源部科技与国际合作司组织的2015年度工作检查，获得专家组的高度评价。

该项目是由中国地质科学院地质研究所牵头，中国科学院大连化学物理研究所、吉林大学和中国地质科学院矿产资源研究所等单位参加的。整机总体装配的完成标志着TOF-SIMS科学仪器研发取得了突破性进展。

2015年度，项目组按时完成了规定的阶段性计划，共研发新装置2套、核心关键部件4个、操作软件1个；申请专利11项（其中申请发明专利7项），获专利授权7项（其中授权发明专利3项），软件著作权登记4项，发表论文10篇，取得的进展和技术突破情况如下：

1、完成两台整机的总体装配，指标为：氧离子源一次离子束斑直径5μm；铯离子源一次离子束斑直径3μm；质量分辨率在质荷比=122时，达到14000。

2、完成飞秒后电离和激光诱导发射光电子后电离技术的参数优化。对金属靶材Ag，Cu和Pb等测试结果表明，采用飞秒激光后电离技术，可使相应的金属离子信号增强 100-500倍。

3、为高分辨单次反射质量分析器引入脉冲提取技术，Au+的信号最优分辨率可达11300（10 ns的一次束，每张谱图累计时间20 s）。完成高分辨多次反射质量分析器整机及部件的加工、安装调试，实现机械安装同轴性误差小于0.1°。电离/提取系统的极限真空4×10-5 Pa，质量分析器的极限真空1.2×10-5 Pa。

4、完成样品传送系统及三维样品台的最终设计、加工和调试。样品台分辨率达到0.1μm。

5、完成仪器测控系统与整机之间的连调。

6、完善了仪器参数自动优化软件模块；完成了数据处理软件的开发；形成了完善的仪器控制类库。完善了高压、偏转电压控制、一次离子流检测、三维样品台运动控制、智能真空控制等模块框架结构；引入了脊线法寻峰原理，通过寻找小波系数矩阵中的脊线确定谱峰位置，同时开展了利用TDC定量分析误差校正算法的研究工作。

2016年，项目组将继续进行两台TOF-SIMS仪器的性能和指标优化工作，完成仪器的整体指标测试，最终形成两套用于同位素地质学的TOF-SIMS专用科学仪器（TOF-SIMS-SI和TOF-SIMS-REE）。

与会专家现场检查两台TOF-SIMS仪器的总体调试效果

 

在含油气地层钻进，泥浆循环罐内液面高、低的临界变化，直接反映井喷、井涌、井漏等井况变化。在罐内安装液位报警器，根据设置的高、低界面实时进行声、光报警，对现场迅速采取技术措施，控制井内压力异常、保证井场安全、降低泥浆成本等具有重要作用，也是含油气地层钻进必须遵守的安全规定。 

    由于“松科二井”钻井工程使用的“地壳1号”钻机，进入现场时未配备液位报警器，而现场需要配备8台，经调研报警器市场价格每台均在5000元以上。遵照中国地质调查局“松科二井”应建设“三个平台”的精神，在中国地质调查局勘探技术研究所松科二井工程现场指挥部总工程师朱永宜的大力倡导下，指挥部决定自行研制同类型液位报警器。

    经过努力，基于超声波测距仪和LM339电压比较器原理的超声液位报警器研制成功，并成功应用于“松科二井”工程。该报警器具有高、低位双向报警功能以及当前液位和高、低限位显示功能。报警器双向液面限位分别通过两旋钮调节，简单易学，便于现场工人操作，报警灵敏度为1cm（液位变动超1cm即可开始预警），预警范围可调，测距精度为毫米级，适用泥浆罐（池）深度不大于5m，工作温度范围为-35℃至80℃。

    该报警器可单台独立工作，也可多台联机预警，不仅可对科学钻探、油气和地热资源钻井、地质勘探过程中井涌（井喷）、井漏等危险情况及时报警，同时也可应用于其它行业液位、物位的监测和预警，研制成本大大低于同类产品的市场价格，具有一定的市场价值。

 

 

 

 

 

 

 

着我国社会经济飞速发展，对资源能源的需求也不断增大，仅靠近地表资源勘查开发已不能满足发展的需要，而我国缺乏自主产权的支撑深部矿产资源勘查的地球物理技术装备。为解决制约寻找深部隐伏矿技术难题，自2007年起，在国家863计划和地质调查项目支持下，地科院物化探所在成功研发混场源电磁法系统的基础上，联合中南大学、成都理工大学、吉林大学、重庆地质仪器厂等单位，组成一支研、学、产、用相结合的科研团队，开展“大深度多功能电磁探测技术与系统集成”研究，取得显著成果，有力支撑了深部找矿。该成果近日获2014年中国地质调查成果奖（非地调类项目）二等奖。

系列技术创新铸就深部找矿利器

经过持续不懈攻关，项目组攻克了分布式多功能同步接收、大功率发射、三分量高温超导磁传感器、地形条件下的二三维正反演模拟、处理解释技术与可视化集成等关键技术，成功研发出具有我国自主产权的大功率多功能电磁探测系统。该系统以可控源音频大地电磁测深为主，可开展天然场音频大地电磁及人工场激电测深等方法的大功率高精度地面电磁勘查工作，探测深度可达2000米。系统的研制成功，为我国增添了深部找矿利器，填补了国内空白，打破了国外技术垄断。专家组在验收时建议对研发成果尽快推广应用。

研究团队创新技术主要体现在以下方面：一是采用高精度GPS与恒稳晶体混合同步技术，实现了电磁法分布式探测的高精度同步测量；二是采用无线数据中继和双24位AD大动态转换技术，实现了电磁法分布式接收的无线遥测与高灵敏度数据采集；三是将发电机励磁调压技术引入电磁法发射系统, 在不采用调压变压器的条件下，可大范围调节供电电压，实现了电磁法大功率供电的稳流发射，使大功率电源利用率高、设备较轻便；四是采用宽带低噪小信号的高频放大技术、高频信号的传输与屏蔽技术、光电隔离与自动补偿等技术，开发出具弱磁信号检测的三分量高温超导磁传感器，可替代传统感应线圈，提高了灵敏度，大幅度提高勘探深度；五是在对电磁场信号、环境干扰、系统噪声的观测分析基础上，采用数字滤波、陷波、相关选频、同步叠加等技术，开发了适宜于该系统的电磁多参量数据信息获取与处理技术；六是对地形条件下电磁法二三维正反演模拟方法进行研究，编制出相关程序，并通过对程序的相关接口、界面、数据成图的开发，分别形成了音频大地电磁测深/大地电磁测深法、频谱激电法和可控源音频大地电磁测深法正反演三个方法的软件子系统。

实用化开发并推广应用，支撑深部找矿

地科院物化探所阵列电磁研究团队在地质调查等项目支持下，自2011年起，先后在青海沱沱河铅锌矿区、内蒙古阿巴嘎旗干珠尔善德矿区、云南保山西邑铅锌矿区、黑龙江多宝山铜山铜矿区等地开展了试验应用工作，获取了多功能电法的综合异常，其异常除与矿区已知矿体相对应外，还发现了新的找矿线索，为矿区寻找深部隐伏矿提供了地球物理依据，试验应用效果显著。

为加速系统的实用化和推广应用，地科院物化探所与重庆地质仪器厂联合开展了实用化与推广应用工作，通过不断改进、优化系统，举办方法技术培训班、现场技术指导等工作，已推广10余台套系统，为相关地勘单位的深部找矿工作提供了我国自主的多功能电磁探测方法技术与仪器设备，取得显著的社会经济效益。

人才培养和知识产权登记成绩显著

通过本项目的实施，研究团队不仅研究开发了我国自主的大深度多功能电磁探测系统，为深部资源勘查提供了自主的方法技术支撑，同时也锻炼和培养了地学大型仪器研发、电磁多参量数据采集和处理、电磁二三维正反演数值模拟、实际勘查应用等方面的高科技人才，并培养了17名博士、18名硕士。同时还获得了一批知识产权，其中国家发明专利2项，实用新型专利1项，登记软件著作权7项；发表论文25篇，其中SCI、EI检索6篇。

 

 

 

“慧磁”钻井中靶导向系统 

 

 

在土耳其三期实施的双通道四靶点平行对接井H007U 

 

 

“U”形冶井对接作业原理 

 

自古以来就有种说法叫“上天容易入地难”。人类可以借助天文望远镜观测成百上千光年远的浩瀚太空，但对地表以下——我们脚踏的这片土地深处却是一头雾水，想要探索地下深处的奥秘几乎是不可能完成的任务。

 

如今，一种新的技术可以让我们实现在地下“穿针引线”，这便是高精度对接连通井技术——“慧磁”。这一技术也成为了钻孔的地下“导航”，可以将相距数百米或上千米的井组在地下矿层连通。据了解，该技术的核心是“慧磁”高精度中靶导向系统，源于中国地质调查局勘探所承担的“高精度定向钻进中靶系统研究”项目。该项目由中国地质调查局2008年立项，旨在通过试验研究建立起定向钻进中靶模型，引导钻进进入靶区，实现精确中靶。

 

近年来，中国地质调查局一直全力支持、支撑该技术的研发与突破。据了解，“慧磁”高精度中靶导向系统目前所取得的成果具有完全自主的知识产权，打破了国外公司的技术垄断，也使中国地调局勘探所成为国内首家、全球继美国之后第二家拥有该项技术的单位，达到国际领先水平。而该项技术比一些国外技术更加先进的地方在于：首创低电压可充电电池供电，可用于煤矿井下等高危作业环境（美国仪器采用的是220V电源供电，不适应煤矿等使用）；入井探管直径和长度分别为42毫米和1.4米，可用于穿过60毫米直径的中心管下入探管至井底（美国仪器为45毫米、1.9米，最小用于73毫米直径中心管），可完成更小曲率半径的定向井导向。

 

讲到“慧磁”技术，也不得不说说它的发明团队——勘探所定向钻探室主任胡汉月教授的科研团队。该团队在胡汉月的带领下，多年来一直从事着定向钻探技术的研发工作，凭借着地质人的一股子不服输精神和坚定执着的热情，将实践和科研相结合，终于研制成功“慧磁”技术。该技术研发成功的消息一传出，就在圈内引起的不小的震动，原来占尽技术优势的美国的同类产品只能大幅降低产品和服务价格，奈何也只是挣扎。

 

服务“一带一路”战略：

 

中国技术扎根土耳其

 

在国家“一带一路”战略中，土耳其作为一个横跨欧亚大陆的重要节点，地理位置和战略地位极其显著。

 

2009年，“慧磁”高精度中靶导向系统第一次应用于实井测量就是在土耳其首都安卡拉西北的BEYPAZARI天然碱采集卤工程。在当地一个20平方千米的丘陵地带下储藏着近2亿吨的天然碱，2009年~2010年，勘探所与当地碱矿合作，成功完成了在该区域内23对对接井的施工任务。井组类型包括三井井组、四井井组和双通道井组等多种类型。

 

随着第一次应用的成功，“慧磁”钻井导向系统开始大量参与到对接中靶作业中。2014年，勘探所作为独立承包商签订了BEYPAZARI天然碱矿钻井工程四、五期合同，总计145口井，施工也全部取得了预期的效果。

 

特别值得一提的是，此次施工还完成了当时世界上规模最大的采用对接井水溶开采方法的钻井工程。2015年9月10日，由勘探所承担的土耳其卡赞天然碱地下工程开钻，标志着这一世界上最大规模的对接井水溶采集卤工程正式拉开序幕。而该工程采用的核心技术就是“慧磁”技术，该项目旨在为卡赞天然碱矿年产250万吨的纯碱厂提供卤水，计划将在2015年~2018年共施工74个采卤水平井组，单井总数达222口。

 

“慧磁”技术在土耳其成功应用的过程中，勘探所创造性地设计并实现了多井组的连通，真正使得地下“穿针”技术成为了现实。同时，勘探所在施工中大胆创新，克服地层结构复杂、地磁场异常、地层破碎严重等困难，积累了处理复杂问题的丰富经验，为未来推动“慧磁”定向中靶引导系统等优势技术向其他国家推广、承揽国际工程打下了坚实的基础。

 

服务新能源开采：

 

煤层气开采拓展应用

 

自煤层气水平对接井领域引入美国Vector公司生产的RMRS旋转磁测距系统以来，我国煤层气和水溶开采领域的定向对接井的施工技术取得了重大突破。但是，大多数应用仍局限于传统的U形井组（由一个垂直井和一个水平井组成的井组）。

 

在勘探所实施的华晋焦煤柳林煤层气项目中，施工的DS井组是由2个水平井组成的煤层气井组，要实现两井的对接实为不易。由于“慧磁”钻井中靶导向系统具有无需外供电、体积小、中文软件界面等优点，可精确测量钻头与靶点之间的方位偏差、顶角偏差和距离，因此该煤层气井组采用“慧磁”技术使2井实现“点对点”对接。这也是国内首次采用地面施工水平井与巷道施工水平井进行连通的工程。

 

凭借“慧磁”技术的高精度性能，山西柳林沙曲煤矿通过使用该系统，使地表钻进1500米深的定向水平孔与煤矿巷道内钻出的顶角为106度的水平孔成功实现对接，取得了“点对点”的精准连通效果。

 

该井的联通，既保证该矿地下采煤时的安全，又提高了能源的开采与利用率。据了解，该工程共有两个主分支，四个侧分支，将两个主分支分别与井下瓦斯抽放钻孔实现对接，对接成功后进行井下瓦斯预抽采。目前，其中一分支已进入试抽采期，经抽采数据表明，该分支日产气量1万立方米以上，抽采瓦斯浓度达90%以上，瓦斯流量最高达10立方米/分钟以上。该水平井的产气量目前已超出了预期效果，据以往同类井型抽采效果表明，该井产量将会继续攀升，有望创造新的产气纪录。

 

服务固体矿产水溶开采：

 

天然碱矿、盐矿开采应用

 

当水溶采矿方法与定向对接井技术相结合起来，一种低投入、高产出、高效率、绿色环保的采矿方法诞生了。特别是在盐、碱、磷、芒硝等的钻孔水溶或水力开采领域，采用定向对接井是一种事半功倍的方法，不但矿山投资小，而且占地面积最少，地表无尾矿产生，开采深度可达3000米，这无疑是一种绿色环保的矿山开采方法。

 

2014年11月，勘探所在河南安棚天然碱矿采用该技术引导SP01水平井与其靶井实现了一次对接连通，连通点垂深达2850米，创全球薄层碱矿对接井水溶开采垂深最深纪录。该井组连通后，在注水流量达60立方米/小时的条件下，出卤浓度高达120克/升，成功实现了稳产和高产的目的。该成果也是勘探所在湖北沙隆达盐矿连通2800米深井后又一新突破，创下了水平对接井深新纪录。

 

河南安棚天然碱矿是国内发现的大型天然碱矿之一，是世界上埋藏最深的天然碱矿床。勘探所实施的水平井开采的矿层埋深达2800米以上，该矿层是由厚度从0.1米至1米不等的矿互层及夹层组成，矿层顶、底板及夹层主要为白云岩。而且，区域内矿层极不稳定，起伏比较大，电测井时经过3次对比才最终确定矿层。勘探所实施的钻井工艺除了采用合理的钻具组合、井身结构外，在井眼轨迹控制方面采取了特殊工艺方法，包括采用无线随钻测斜仪、引入了地质导向仪引导钻头和采用该所自主研发的深孔高温磁中靶仪。实践表明，该仪器实现了一次指导中靶成功，这种工业生产与科研成果紧密结合的模式，对勘探所今后的科研工作起到了较强的示范作用。

 

据了解，在国内，勘探所生产的“慧磁”钻井中靶导向系统已成为水溶采矿钻井设备的标配，正在发挥着越来越重要的作用。据不完全统计，自2009年“慧磁”系统首试成功以来，截至目前已成功完成了百余次对接连通指导作业，且实现了100%连通。目前，在国内的盐碱采卤井对接领域，“慧磁”的市场占有率已经以较大优势超过了美国的RMRS仪器。

 

开辟服务新领域：

 

避障防碰、引导巷道掘进

 

在钻探区域，有时存在一些废弃井或其它地下管道，在钻进时需要避开它们，这时可以借助磁引导技术，引导钻进避开这些障碍物。

 

2013年4月，从大连旅顺传来喜讯，勘探所为北京万地地质工程公司因地质原因出现埋钻事故的热水井而实施的纠斜绕障工程圆满竣工。该工程要求绕过位于井深1394米的事故头位置。由于事故地层为千枚岩，硬度达7~8级，常规钻进钻速仅为20~30厘米/小时，施工难度极大。该绕障工程的成功实施，充分展现了勘探所雄厚的技术实力和团队协作精神，为定向钻进技术开辟了一个新的应用领域。

 

“慧磁”钻井导向系统还可用于引导钻孔与巷道之间的连通。2014年2月，勘探所“慧磁”钻井导向系统在河南省三门峡卢氏县杨家湾铁矿成功引导巷道掘进，实现其与钻孔连通。在之前该钻孔与巷道贯通的过程中，由于钻孔测斜受铁磁性金属矿干扰，连通失败。勘探所技术人员抵达工地后，经7个小时的地下巷道和地面测量作业，为业主提供了钻孔相对于巷道的偏差测量结果。该矿山按勘探所提供的测量结果掘进巷道，仅用1天多的时间就使巷道与钻孔实现了连通。

 

服务矿山救援：

 

“慧磁“的首次尝试

 

在智利矿难采用钻井救援成功后，勘探所创新提出了一套利用“慧磁”系统进行井下被困人员的定位和救援孔定向引导技术方案：在矿山井下预设磁信标装置，矿难发生后可由被困人员启动，磁信标可连续30天以上向外发射磁信号，用于提示井下存活人员及所处位置，并精确引导地面救援孔钻入被困区域，提高援救效果和效率。

 

在山东平邑玉荣石膏矿坍塌事故救援现场，勘探所技术人员提出了上述方案，作为备选方案完成了现场实施的技术准备和地面验证，得到了国家安全生产救援抢险指挥中心及工程施工单位的高度肯定，并将磁信标下入井内交到被困矿工手中。最后由于救生井的成功贯通，勘探所的救援方案未能实施，但也完成了我国“慧磁“系统在矿山救援的首次尝试，为矿山抢险救援提供了一种备选的高科技手段。

 

“慧磁”中靶引导系统自2009年10月在土耳其工地成功连通第一对井后，其应用领域正在不断地扩展，技术水平不断提高。从国外钻井市场到国内钻井市场，从天然碱矿到盐矿，再到煤层气领域，打破了国外同类产品的技术垄断，逐步形成了本土化技术服务优势，使勘探所在定向钻井领域走在业界前列。

 

目前，勘探所在中国地质调查局公益性行业科研专项经费项目支持下，正在开展深孔高温磁中靶系统“慧磁”的升级，其成果将在未来的页岩气勘探开发市场、地下热能开发的拓展应用、在矿山救援井的拓展应用中发挥重要作用，为我国的页岩气勘探开发、地下热能开发、矿山救援等方面提供坚实有力的技术保障。

　　自古以来就有种说法叫“上天容易入地难”。人类可以借助天文望远镜观测成百上千光年远的浩瀚太空，但对地表以下、我们脚踏的这片土地深处还一头雾水，地表以下几万米甚至于几千米的深度都处处存着这挑战。所以，你能够想象在几千米深度的地下“穿针引线”吗？

　　如今，我们真正实现了这种地下的“穿针引线”—“高精度对接连通井技术”，钻孔地下“导航”，是将相距数百米或上千米的井组在地下矿层连通的技术。该技术的核心是“慧磁”高精度中靶导向系统，源于勘探所承担的“高精度定向钻进中靶系统研究”项目。该项目由中国地质调查局2008年立项，旨在通过试验研究建立起定向钻进中靶模型，引导钻进进入靶区，实现精确中靶。

　　近年来，中国地质调查局一直全力支持、支撑该技术的研发与突破，目前，“慧磁”高精度中靶导向系统”所取得的成果具有完全自主的知识产权，打破了国外公司的技术垄断，使勘探所成为国内首家、全球继美国之后第二家拥有该项技术的单位，达到国际领先水平。同时比美国更加先进：首创低电压可充电电池供电，可用于煤矿井下等高危作业环境（美国仪器采用220V电源供电，不适应煤矿等使用）；其入井探管直径和长度分别为42mm和1.4m，可用于穿过60mm直径中心管（美国仪器为45mm、1.9m，最小用于73mm直径中心管）下入探管至井底，可完成更小曲率半径的定向井导向。

　　讲到“慧磁”技术，不得不说说它的发明人—勘探所定向钻探室主任胡汉月教授及其带领的团队，多年来从事着定向钻探技术科研开发工作，凭借着地质人的一股子 不服输、坚定执着的热情将实践和科研相结合，实践中科研、科研中反复实践，终于研制开发成功“慧磁”高精度中靶导向系统，成果转化突出。“慧磁”成功的消 息一传出，就在圈内引起的不小的震动，原来占尽技术优势的美国的同类产品立即由提供技术服务到降价出售仪器，奈何也是挣扎。目前，胡汉月常年驻土耳其主持 开展对接井水溶采集卤工程，继续升级“慧磁”。

　
　　服务“一带一路”战略——“中国技术”扎根土耳其
　　在国家“一带一路”战略中，土耳其作为一个横跨欧亚大陆的重要节点具有显著的地理位置。2009年，“慧磁”高精度中靶导向系统第一次应用于实井测量就是在土耳其首都安卡拉西北的BEYPAZARI天然碱采集卤工程。在当地一个20平方公里的丘陵地带下，储藏着近2亿吨的天然碱。2009-2010年勘探所与当地碱矿合作，成功完成了23对对接井的施工任务。井组类型包括三井井组、四井井组和双通道井组等多种类型。
　　随着第一次应用的成功，“慧磁”钻井导向系统开始大量参与到对接中靶作业中。2014年，勘探所作为独立承包商签订了BEYPAZARI天然碱矿钻井工程四、五期合同，总计145口井，全部取得了预期的效果。此次施工完成了当时世界上规模最大的采用对接井水溶开采方法的钻井工程。

　　2015年9月10日，由勘探所承担的土耳其卡赞天然碱地下工程开钻，标志着这一世界上最大规模的对接井水溶采集卤工程正式拉开序幕。而采用的核心技术就是“慧磁”技术，该项目将在2015-2018年三年时间内共计施工74个采卤水平井组，单井总数达222口，旨在为卡赞天然碱矿年产250万吨纯碱厂提供卤水。

　　“慧磁”在土耳其对接井工程中成功应用，创造性的设计并实现了多井组的连通，真正实现了地下“穿针”技术，使勘探所的地下对接连通井技术在国内外处于主导地位。同时，也是勘探所在施工中克服地层结构复杂、地磁场异常、地层破碎严重等困难的大胆创新，为未来推动“慧磁”定向中靶引导系统等优势技术向其他国家推广、承揽国际工程打下了坚实的基础。

　　服务新能源开采——煤层气开采拓展应用
　　自煤层气水平对接井领域引入美国Vector公司生产的RMRS旋转磁测距系统以来,我国煤层气和水溶开采领域的定向对接井的施工技术取得了重大突破。然而，大多数应用仍局限于传统的U形井组，属于由一个垂直井和一个水平井组成的井组，而华晋焦煤柳林煤层气项目DS井组是由2个水平井组成的煤层气井组，由于“慧磁”钻井中靶导向系统具有无需外供电、体积小、中文软件界面等优点，可精确测量钻头与靶点之间的方位偏差、顶角偏差和距离，因此该煤层气井组首次采用勘探所自主知识产权的“慧磁”钻井中靶引导系统使2井实现“点对点”对接。该井组也是国内首次采用地面施工水平井与巷道施工水平井进行连通的工程.

　　凭借“慧磁”中靶导向系统的高精度性能，在山西柳林沙曲煤矿使用该系统，把地表钻进的1500m深定向水平孔，与煤矿巷道内钻出的顶角为106°水平孔成功实现对接，取得了“点对点”的精准连通效果。既保证地下采煤时的安全，又提高了能源的开采与利用率。该工程共有两个主分支，四个侧分支，将两个主分支分别与井下瓦斯抽放钻孔实现对接，对接成功后进行井下瓦斯预抽采。目前，其中一分支已进入试抽采期，经抽采数据表明，该分支日产气量10000m3以上，抽采瓦斯浓度达90%以上，瓦斯流量最高达10m³/min以上。该水平井的产气量目前已超出了预期效果，据已往同类井型抽采效果表明，该井产量将会继续攀升，有望创造新的产气记录。

　　服务固体矿产水溶开采——天然碱矿、盐矿开采应用
　　当水溶采矿方法与定向对接井技术相结合起来，一种低投入、高产出、高效率、绿色环保的采矿方法诞生了。
　　
　　在盐、碱、磷、芒硝等的钻孔水溶或水力开采领域，采用定向对接井是一种事半功倍的方法。不但矿山投资小，而且占地面积最少,地表无尾矿产生，可开采深度可达3000米，这无疑是一种绿化环保矿山开采方法。
　　
　　2014年11月，勘探所在河南安棚天然碱矿采用该技术引导SP01水平井与其靶井实现了一次对接连通，连通点垂深达2850米，创全球薄层碱矿对接井水溶开采垂深最深记录。该井组连通后，在注水流量达60m³/h的条件下, 出卤浓度高达120g/L，成功实现了稳产和高产的目的。

　　该成果是勘探所继在湖北沙隆达盐矿连通2800米深井后又一新突破，创水平对接井深新记录。河南安棚天然碱矿是国内发现的大型天然碱矿之一，是世界上埋藏最深的天然碱矿床。勘探所实施的水平井开采的矿层埋深达2800米以上，该矿层是由厚度从0.1米至1米不等的矿互层及夹层组成，矿层顶、底板及夹层主要为白云岩。而且矿层极不稳定，起伏比较大，电测井时经过3次对比才确定矿层。勘探所钻井工艺除了采用合理的钻具组合、井身结构外，在井眼轨迹控制方面采取了特殊工艺方法。一是采用无线随钻测斜仪，二是引入了地质导向仪引导钻头；三是中靶仪器采用勘探所研发的深孔高温磁中靶仪。实践表明，该仪器实现了一次指导中靶成功。这种工业生产与科研成果紧密结合的模式对勘探所今后的科研工作起到了较强的示范作用。

　　在国内，勘探所生产的“慧磁”钻井中靶导向系统已成为水溶采矿钻井设备的标配，正在发挥着越来越重要的作用。据不完全统计，自2009年“慧磁”系统首试成功以来，成功完成了百余次以上的对接连通指导作业，实现了100%连通。在盐碱采卤井对接领域，“慧磁”的市场占有率以较大的优势超过了美国RMRS仪器。
 

　　开辟服务新领域——避障防碰、引导巷道掘进
　　避障防碰：在钻探区域，有时存在一些废弃井或其它地下管道，在钻进时需要避开它们，这时可以借助磁引导技术，引导钻进避开这些障碍物。2013年月4日从大连旅顺传来喜讯，勘探所为北京万地地质工程公司因地质原因出现埋钻事故的热水井而实施的纠斜绕障工程圆满竣工。该工程要求绕过位于井深1394m的事故头位置，事故地层为千枚岩，硬度达7-8级，常规钻进钻速仅为20-30cm/h该绕障工程的成功实施充分展现了勘探所雄厚技术实力和团队协作精神，为定向钻进技术开辟了一个新的应用领域。

　　“慧磁”钻井导向系统成功还可用于引导钻孔与巷道之间的连通。2014年2月，勘探所“慧磁”钻井导向系统在河南省三门峡卢氏县杨家湾铁矿成功引导巷道掘进，实现其与钻孔连通。在之前该钻孔与巷道贯通的过程中，由于钻孔测斜受铁磁性金属矿干扰，连通失败。勘探所技术人员抵达工地后，经7个小时的地下巷道和地面测量作业，为业主提供了钻孔相对于巷道的偏差测量结果。业主按提供的测量结果掘进巷道，仅用１天多的时间就使巷道与钻孔实现了连通。

　　服务矿山救援——完成“慧磁“系统在矿山救援的首次尝试
　　在智利矿难采用钻井救援成功后，勘探所创新提出了一套利用“慧磁”系统进行井下被困人员的定位和救援孔定向引导技术方案：在矿山井下预设磁信标装置，矿难发生后可由被困人员启动，磁信标可连续30天以上向外发射磁信号，用于提示井下存活人员及所处位置，并精确引导地面救援孔钻入被困区域，提高援救效果和效率。

　　在山东平邑玉荣石膏矿坍塌事故救援现场，勘探所技术人员提出了上述方案，作为备选方案完成了现场实施的技术准备和地面验证，得到了国家安全生产救援抢险指挥中心及工程施工单位的高度肯定，并将磁信标下入井内交到被困矿工手中。最后由于救生井的成功贯通未能实施，但完成了我国“慧磁“系统在矿山救援的首次尝试，为矿山抢险救援提供了一种高科技手段。

　　“慧磁”中靶引导系统自2009年10月在土耳其工地成功连通第一对井后，其应用领域正在不断地扩展，技术水平不断提高。从国外钻井市场到国内钻井市场，从天然碱矿到盐矿，再到煤层气领域，打破了国外同类产品的技术垄断，逐步形成了本土化技术服务优势，使勘探所在定向钻井领域走在业界前列。

　　目前，勘探所在中国地质调查局公益性行业科研专项经费项目支持下，正在开展深孔高温磁中靶系统“慧磁”的升级，其成果将在未来的页岩气勘探开发市场、地下热能开发的拓展应用、在矿山救援井的拓展应用中发挥重要作用，为我国的页岩气勘探开发、地下热能开发、矿山救援等方面提供坚实有力的技术保障。

　　2015年1月27日，国土资源部科技与国际合作司组织有关专家在北京对中国地调局地科院地质所牵头，中国科学院大连化学物理研究所、吉林大学和中国地调局地科院资源所所等单位参加的“国家重大科学仪器设备开发专项”项目《同位素地质学专用TOF-SIMS科学仪器》（编号：2011YQ050069）进行了2014年度工作检查。



　　2014年，项目组按时完成了规定的阶段性计划，共取得新装置8套、核心部件6个；申请专利9项，获专利授权4项；发表论文16篇。所取得的进展和技术突破情况如下：

　　1. 本年度进行了TOF-SIMS-REE整机的装配和调试工作。完成了TOF-SIMS主腔体的实物加工和组件安装以及样品图像观察系统的安装和调试。一次离子源可正常工作，束斑直径达到15-20μm，氧离子（O-）流强度达到18nA，离子流脉冲宽度达10ns；二次离子质谱测试金元素（Au）的分辨率可达到6000。

　　2. 实现了一次离子在样品表面聚焦及离子束脉冲化轰击样品，并检测到二次离子信号。


　　3. 完成多种靶材的纳秒激光溅射产物的飞秒后电离实验。在优化条件下飞秒后电离技术可使测试信号提高数十倍。


　　4. 优化了质量分析器的安装精度，增加了用于高能发散条件离子聚焦与激光中性后电离研究的激光溅射电离/换样腔室。设计出一套多次反射质量分析器；搭建了一套用于离子冷却聚焦技术研究的四极杆传输系统。


　　5. 对超高真空三维样品台和样品传送系统进行加工及安装调试，实测数据达到设计指标。


　　6. 开发了离子束、电极控制单元及TDC数据采集单元，并进行了各单元的实验测试。

　　7. 完善了系统控制软件总体设计和结构优化，细化了接口协议，引入了面向对象的程序设计，编制了仪器控制类库，对各控制子程序进行了重写。完成了高压、偏转电压、一次离子检测、样品台、智能真空等控制模块的开发；并完成了氧同位素测试数据处理软件V1.0版的开发。




　　2015年项目进入攻坚阶段，项目组将继续做好两台TOF-SIMS仪器的总装配和总调试工作，根据总装、总调的情况对仪器的部分设计和加工进行优化，使其达到项目任务书中规定的技术指标要求；做好重大仪器专项的应用开发工作，在新研发的TOF-SIMS仪器上建立宇宙样品的氧同位素和稀土元素分析方法和金属矿床的硫等稳定同位素微区原位分析方法，促进研发成果的实用化及推广应用。

　　项目监理组、总体组、技术专家组、用户委员会和项目组成员40余人参加了此次会议。

　　根据国家重大科学仪器设备开发专项项目“大深度三维电磁探测技术工程化开发”2014年工作计划安排，物化探所开展了对项目前期形成的方法技术、仪器及软件的试验示范工作，包括大深度三维电磁发射系统、接收系统、瞬变电磁三维测量系统样机及三分量时间域感应式磁场传感器，进行多台套仪器的一致性、工作稳定性、检查观测的重现性试验，并同期开展三维电磁测量方法技术的场地试验和对研发的数据处理解释软件的测试工作。项目于近日圆满完成首期野外试验工作，取得了阶段性成果。

　　科研人员在柳园某铅锌矿区对三维多功能电磁系统（发射机1台，接收机40台）、瞬变电磁系统（发射机1台，接收机10台）及感应式三分量探头的各项性能指标进行了测试。测试结果显示：系统在长距离运送过程后保持良好的性能；各套仪器之间测量参数一致性良好；仪器性能可靠，接收机能持续稳定工作，大功率发射机可高压供电，最高电压可达1500V。科研人员对仪器在测试过程中出现的问题提出了改进意见，其中包括仪器的加工工艺，数据预处理软件等内容。

　　另外，项目对三维电磁观测方法进行了试验，其中包括三维激发极化法、三维大地电磁测量、三维可控源音频大地电磁观测、三维瞬变电磁观测。针对不同的方法，分别开展了不同装置的三维观测试验，取得了大量数据。本次试验在国内尚属首次。

　　对三维电磁测量方法技术进行了试验并进行了应用示范，完成矿产勘查5KM2，其中三维时间域与频率域激发极化法、三维可控源音频大地电磁、三维音频大地电磁测深点各880个；检查点120个，检查结果显示，数据重现性良好；完成三维瞬变电磁测量419个，数据处理结果显示，与前人所做的瞬变资料具有良好对比性，说明系统采集数据可靠。

　　目前项目正在对三维测量数据进行处理与解释，其中时间域三维激电测量数据已基本处理完成，三维反演结果与工作区已有地质资料对应关系良好，清晰展示出平面与空间上的电阻率异常和激电异常分布特征，为工作区进一步开展地质工作提供了地球物理依据。