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    7月7日,国土资源部中国地质调查局在湖北宜昌鄂宜页1井页岩气调查重大突破成果研讨会上透露,中国地质调查局部署实施的鄂宜页1井,在地层形成于约5亿年前的寒武系水井沱组,获得了6.02万立方米/日、无阻流量12.38万立方米/日的高产页岩气流,并首次在形成于约6亿年前震旦系陡山沱组发现页岩气藏——迄今全球发现的最古老地层中的页岩气藏。

    这是世界页岩气勘查史上的一个重大突破——在排液仅40分钟,鄂宜页1井就形成高产气流并点火成功。鄂宜页1井,成为我国中扬子地区首次获得页岩气工业气流的参数井,也是迄今世界上在最古老地层中获得页岩气重大发现的参数井。鄂宜页1井,还标志着我国南方老地层的页岩气勘查在中部率先实现了突破。

     

     

    长江经济带主要油气、页岩气田分布示意图

     

    鄂宜页1井压裂施工现场技术研讨

     

    ①半个世纪的梦想终成真 

    “鄂宜页1井的突破,圆了中国地质人半个多世纪的梦想。”中国地质调查局武汉地调中心主任姚华舟说完,介绍了地质人在南方寻找油气资源的艰辛历程。

    在地质学中,与华北板块相对应的南方大陆叫扬子板块。其中,四川盆地以东的渝东、湖北、湖南及江西的一部分被称为中扬子。新中国成立后,华北板块上的油气勘探突破接踵而至,可扬子板块除了在上扬子的四川盆地内部找到普光、元坝、安岳气田,在四川盆地周缘的川东及川南地区获得页岩气突破外,中、下扬子一直没有大的发现。

    怀着找油找气的梦想,自1958年开始,地质人年复一年在中扬子地区深耕细作。但无奈这里地质条件太复杂,总的成藏条件不是太好,油气勘探一直没有大的进展。

    “有人形象地把中扬子地区比喻为摔在地上还踹了一脚的玻璃块。”中国地质调查局李四光学者、武汉地调中心油气资源室主任陈孝红说,“中扬子虽然被人们视为一个完整的板块,但其实是被秦岭—大别造山带与江南—雪峰造山带挤成的碎玻璃块。”

    “尽管如此,地质人始终没有放弃在中扬子寻找油气资源的梦想。”姚华舟说,在经过半个多世纪的艰苦探索后,地质人对中扬子地区海相层系成藏条件、盆地的构造演化、构造圈闭类型等形成了一系列新认识,认识到黄陵基底等对于区域构造格架的稳定作用。特别是在油气调查类型上,实现了由单一找常规油气向常规油气与非常规油气并重的转变,从而在鄂宜页1井实现了页岩气勘探的重大突破,圆了地质人半个多世纪以来的梦想。

    ②变顺藤摸瓜为寻根究底 

    谈到突破,武汉地调中心鄂宜页1井项目部的刘安、张保民、罗胜元、李海、张国涛、危凯、曾雄伟、李培军等一帮年轻人说,关键就是找矿思路由原来的顺藤摸瓜变为现在的寻根究底。

    他们介绍说,常规油气找矿理论可概括为生、储、盖、移4个字,即确定油气生成地层后,再找油气的运移通道和有良好盖层的储存空间。而页岩气则属于生成后原地保存的天然气,不用考虑运移通道因素。

    依据这一原理,武汉地调中心在一开始就形成了独具特色的页岩气勘查模式,即在勘查团队组建上,选择与油气资源生成密切相关的地层古生物研究室为主体,再根据工作需要不断引进和补充油气地质研究人员;在研究思路上,坚持从基础地质调查做起,以坚实的地质调查为基础,从一大堆碎玻璃片中找出相对较大的碎玻璃块。

    “这个勘查模式更显示了生物生油理论与勘查单位优势学科有机融合的魅力。”姚华舟说。

    原来,武汉地调中心自1962年成立后,一直以中扬子地区地层、沉积、构造等基础地质研究为主,以宜昌黄花场“金钉子”剖面、关岭生物群等为代表的地层古生物研究更是在全球享有盛誉。页岩气赋存在富有机质页岩中,而页岩往往富含生物化石,是地层古生物学家的重要研究对象。这些因素无缝对接,为中扬子页岩气勘查新模式的形成创造了条件。

    从2007年开始,武汉地调中心承担的《雪峰山西侧地区海相油气地质调查》《中南地区非常规油气形成地质背景与富集条件综合研究》《中南地区页岩气调查评价》《中扬子地区页岩气基础地质调查》等油气、页岩气研究项目硕果频出,和页岩气相关的新认识也逐渐清晰:宜昌地区在寒武纪早期处于台棚过渡相带,富有机质页岩的厚度较大,往往能达到数十米至上百米,页岩富含有机质,生烃条件好;宜昌地区发育古老的结晶基底,在印支期以来的构造运动中相对稳定,地表地质调查和地震剖面解释断裂不发育,页岩气保存条件好;宜昌黄陵古隆起属于继承性古隆起,长期隆起致使寒武系水井沱组页岩的热演化程度相对较低,页岩气形成的时间晚,气体逸散时间相对坳陷区短,有利于页岩气富集;宜昌地区大面积寒武系水井沱组、志留系龙马溪组页岩埋深在1000~3500米,地层倾角一般在10°以下,有利于部署页岩气地质井和参数井……

    对这些专业表述,陈孝红用3个比喻进行了解释:宜昌是华南的“根”,基底是30多亿年前的太古代地层;宜昌是生命的“源”,是华南最早的海底多细胞生物分布区,为油气成藏提供了丰富的物质来源;宜昌是恐龙的“家”,侏罗纪和白垩纪地层为油气的保存盖上了厚厚的被子。

    “良好的刚性基底、完整的沉积盖层、丰富的烃源岩,使宜昌成为油气成藏的有利地区。”陈孝红说。

    在这些新认识指导下,新的勘查模式率先在宜昌开花结果。2015年,武汉地调中心在宜昌点军区车溪和远安县石桥部署了两口页岩气调查井,在中扬子地区寒武纪、志留纪系地层进行页岩气调查。

    2016年4月28日,鄂宜页1井正式施工,开启了宜昌地区寒武系页岩气的系统评价。2017年1月22日,在鄂宜页1井评价基础实施侧钻水平井,4月13日进入压裂试气阶段,5月11日,压裂液返排开始。

    “排液40分钟时,监测人员抱着试试看的心态将火种伸向排液口,没想到一下就腾起近1米高的火焰。”承担压裂任务的中石化江汉油田页岩气开采服务公司总经理袁发勇说,而且这还是在气液尚未分离、排液孔口径10毫米的情况下实现的。

    ③创新助推梦想启航 

    “鄂宜页1井创造了我国页岩气勘查的多个第一。”中国地质调查局油气咨询专家乔德武兴奋地告诉记者:“第一次在复杂构造区的寒武系老地层中找到高产页岩气工业气流、第一次在中扬子地区采用水平井压裂、第一次在中扬子地区使用国产桥塞……”

    “能实现这么多第一,还在于我们贯彻了分工合作、有机整合、成果共享的市场化条件下科技创新机制。”武汉地调中心副主任张旺驰说,这也可以看作是新的勘查模式的一大特色或内容。

    在项目实施过程中,武汉地调中心在坚持地质理论、认识创新的同时,还同工程施工单位一起深入研究工程施工中技术工艺的创新。如在直井施工中,武汉地调中心地质人员与核工业216大队技术人员一起,通过技术工艺创新解决了施工中遇到岩性复杂井斜控制难、高演化页岩解气精度不高等难题,使完钻后的鄂宜页1井井眼直,固井质量好,目地层定位准确,为水平井准确入靶和完井作业奠定了良好的基础。

    “特别值得称道的是江汉油田页岩气开采服务公司。他们宁可自己经济上吃亏也坚持为地质服务。”张旺驰介绍说,在水平井施工前,页服公司技术人员研究主压裂层的剖面图后发现,页岩层呈北东—南西向以8~10 度的倾角展布,若水平井向北东方向施工,压裂后排放压裂液时就有一定的势能可以利用,既不用再上工程手段增加排液费用,还会节约排液时间降低总体费用。但当地质人员提出下倾角下方的页岩层赋气性更好时,总经理袁发勇当即表示:“朝最好的页岩层打钻,排液不畅就上手段!只要能打出高产气流,我们亏的钱就当是对中扬子油气大突破的贡献!”

    地质与设计施工单位融合创新,带来了一系列对中扬子板块油气勘探突破具有现实借鉴意义的成果:

    创新地质与工程联合攻关的地调项目工作新模式。坚持以实现产能最大化的地质目标为导向,地质设计与工程施工一体化;强调钻完井工程的目标整体化下各个施工环节工作目标责任制以及无缝对接管理。制定了工程设计和施工过程考核与最终地质目标相结合双重目标责任制考核方法。建立了以地质目标引导过程考核,以过程严格考核促进地质目标实现的目标责任制考核管理方式。

    创新低勘探程度地质工程一体化技术。提出了低勘探程度复杂构造条件下“精细描述—技术研究—工程设计—组织实施—综合评价”地质工程一体化技术,集多学科气藏研究、全方位项目管理及钻完井设计施工于一体,攻关形成了适应寒武系页岩储层特征的钻完井一体化工程技术系列。

    创新构造复杂区低勘探程度定录导一体化技术。提出了低勘探程度构造复杂区分段分级控制、井震剖面对比—计算—预测—调整地质导向方法,优化设计了变曲率渐增式五段制井眼轨道,优选出精准导向钻具组合和钻进参数,创建了定向+录井+地质导向联合工作模式,形成了构造复杂区低勘探程度定录导一体化技术。

    创新复杂地质条件下高位垂比长水平段井壁稳定技术。研制了低温乳化剂、润湿反转剂、降滤失剂,自主研发了低温防垮塌油基钻井液体系,创新提出了全过程井壁稳定预控模式,形成了复杂地质条件下高位垂比长水平段井壁稳定技术,解决了寒武系页岩层长水平段水化失稳难题。

    创新常压低温高钙质高应力差页岩储层改造技术。在国内率先提出了常压低温高钙质高应力差页岩储层“主缝+复杂裂缝”改造思路,评价分析了寒武系常压低温页岩储层“六性”特征及其改造效果影响因素,建立了寒武系常压低温页岩储层复杂缝网评价方法及模型,优化了支撑剂组合方式、射孔方式、泵注程序等施工工艺。

    创新低温低伤害页岩气压裂液体系。研制了低温破胶剂、减阻剂、稠化剂、助排剂,自主研发了低温低伤害FLICK滑溜水和低温低伤害LOMO胶液体系,有效提高了常压储层压裂液返排率,减少了储层伤害,打破了国外技术垄断。

    鄂宜页1井的突破,增添了企业在中扬子的油气勘探信心。现在,中石油已在相邻区块内完成300平方公里的三维地震,并已部署一口评价井;中石化则拟直接利用尚在压裂试气中的鄂宜页2井的资料和经验,在进行充分准备后直接进入开发。

    ④为了梦想衣带渐宽终不悔 

    “鄂宜页1井的突破,离不开项目组全体人员付出的泪水、汗水和心血。”武汉地调中心党委书记胡茂焱动情地说,“为了找到扬子板块油气资源勘探的突破点,为全面突破提供科学理论和实践经验,项目组的同志只得将对家人的愧疚深压在心底。他们无愧于中国地质人的称号!”

    这个团队在陈孝红、王传尚的带领下,用一个个创新性成果回报了家人对自己的支持与理解:

    以这一项目为平台,陈孝红修订了宜昌地区寒武纪、志留纪地层格架,建立了宜昌地区寒武纪镶边碳酸盐台地边缘沉积相模式和志留纪前陆盆地沉积相模式,发现了寒武系、奥陶系甲烷渗漏证据以及古地理、古环境和古气候变化及其对页岩气储层的制约关系,为页岩气有利区优选、井位部署提出了科学依据。

    王传尚提出了宜昌地区页岩气具备多层系立体勘探潜力的认识,为页岩气参数井的部署提供了依据。

    刘安通过项目实施查明了寒武系页岩气地质条件,获得了含气性参数,圈出了远景区。通过古流体研究,分析了中扬子重要圈闭构造的油气保存条件,明确了宜昌地区古流体演化过程与页岩气富集的关系。

    张保民通过深入研究,精细刻画了宜昌斜坡带寒武系富有机质页岩的发育层位,明确了页岩的古地理分布特点,结合二维地震资料的分析解释,深化了宜昌斜坡带地层、构造以及古地理的认识,圈定了宜昌地区寒武系页岩气有利区。

    张国涛在全面收集、整理和分析中扬子地区震旦系和下古生界页岩有机地球化学特征后,编制了中扬子地区震旦系和下古生界各页岩的厚度、有机碳含量、成熟度等有机地化参数等值线图,圈定了中扬子页岩气远景区。

    罗胜元通过对中扬子复杂构造区页岩气形成富集机理的系统研究,提出宜昌斜坡区所处的黄陵古隆起对页岩气的形成和聚集有优越控制作用,是寒武系页岩气有利勘探区的认识……

    路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。项目组成员表示,今后,他们将继续发扬拼搏、奉献、创新的精神,为实现中扬子油气资源的全面突破继续努力。

    中扬子油气梦想扬帆起航

    三月沐风,空山凝云,春归大地,万象更新,在全国人民深入学习领会中华人民共和国第十三届全国人民代表大会第一次会议和中国人民政治协商会议第十三届全国委员会第一次会议精神的高潮中,地调局水环中心广大女职工迎来了第108个“三八”国际劳动妇女节。为激励女职工立足本职岗位,不忘初心,牢记使命,充分发挥半边天作用,增强彼此间的沟通与交流,积极展示女职工良好的精神风貌,党委及工会组织开展了“亲近自然山水 ,共享美丽和谐”的狼牙山登山活动。

    上午8:00出发,于9:30到达目的地。狼牙山五勇士(马宝玉、葛振林、宋学义、胡德林、胡福才)为了掩护部队撤离面对步步逼近的日伪军,宁死不屈,毁掉枪支,义无反顾,纵身跳下数十丈深的悬崖的壮举深深的震撼着大家的心灵。站在山脚下,奇峰林立,峥嵘险峻,状若狼牙的群山映入眼帘。大家怀揣着激动的心情开始了登山之旅,有三五成群的、有二人一组的,沿途清新的空气和美丽的风景深深的吸引着大家,纷纷掏出手机,或自拍,或相互之间拍照,仿佛要把眼前这美好的景象永久留下。蜿蜒曲折的登山路有很多台阶,经过一段时间的攀登,很多人都开始气喘吁吁,身体很疲惫,但是没有一个人打退堂鼓,大家互相鼓励,互相搀扶,经过2个半小时的长途跋涉,终于到达了1105米高的峰顶。站在峰顶,看着远处的群山,心中有颇多感受,狼牙山不仅有气吞山河的雄伟壮丽景象,又有着女子一般的秀美山川,让人在红色的革命地区不仅仅了解到当年先辈们的悲壮故事,还能近距离的接触到大自然。当地政府为了让大家记住呼应“英雄山”和“狼牙竞秀”这一主题让游客们记住来到狼牙山景区的深刻意义,特意在山顶修建了悬空玻璃观景台,很多女同志都鼓起勇气尝试了起来,突破了自己,迈出了勇敢的步伐。

    这次“三八”妇女节活动,得到了水环中心领导班子、党委的高度重视和支持,要求相关部门精心组织、周密安排、保证活动安全顺利的开展。通过这次活动,广大女职工们放松了身心、增进了友谊、提高了凝聚力,为更好的投身各项工作积蓄了力量。

    水环中心女职工欢度“三八”国际劳动妇女节

    运送样品

     

    从第一次参加中国第24次南极科考至今,我已是第三次来到南极大陆。

    与前两次相比,这一次南极地质考察是距离中山站最近的一次,即便如此,仍有90公里的距离。地质考察组一旦离开站区,就全靠户外旅游用的帐篷、可食用数十天的方便面以及自加热米饭来度过长达半个月乃至一个月的野外生活。

    每当地质考察组出去考察,站领导的心就提到了嗓子眼,他们每天都盼望着我们早8点、晚7点30分的报告平安。每次完成考察任务回到站上,站领导总是第一个过来对我们说:“你们终于回来了,我的心可以放下了!”

    考察期间,发电机出了故障。站长得知后非常焦急,天气条件一容许飞行,马上派了两名机械师携带一台发电机赶到现场帮助解决问题。

    尽管这么多年,我们在南极地质科考期间摸索出来了许多野外生存的技能,比如:如何选择合适地形搭帐篷,如何选择合适地点埋锅造饭。但是每当夜间从冰盖下来的下降风咆哮着、带着刺骨的寒冷吹得帐篷来回摇摆,我们只能默默等待,盼望它能快点停下来。记得在第24次科考期间,由于暴风雪刮了整整60个小时,刘晓春、崔建军和我,每天要两个人顶着帐篷、一人休息,12个小时才能轮换一次。帐篷以外的能见度不到1米,饭和水都留在外面用来压帐篷。大家都不说话,等待着暴风雪过境。

    在南极进行地质科考,路线调查中采集的每一件珍贵的地质样品都要背回营地,每天行走10公里是平常事。晚上回来时,鞋里总有半鞋水。起初,不知这些水是从哪儿来的,后来才搞明白,那是汗水沿着衣服流入鞋里的。时间长了,10个脚趾之间和脚后跟都磨出水泡。

    南极地质调查,最缺的是有用的地形数据。我们能够用的遥感影像图最多只能看出岛屿轮廓,调查之前根本不知道那里地形条件如何。如果地势较平整还是比较安全的,但是如果遇到布满了2~3米高的陡坎,工作困难程度便会骤然增加。

    马瑟半岛最为典型,那里的陡坎走向与岩层走向一致,而我们要尽可能沿垂直岩层走向进行地质调查。为了既保证安全又保持工作效率,只能派一个人站在高处寻找可以通过的缺口,再用对讲机告知其他考察队员。由于地势原因,每人一次也只能背30公斤左右的样品,每天要多次往返才能背回采集的样品。

    如今,已有许多科学考察的新技术在南极开始应用,比如能够提供10~20厘米高清分辨率影像的无人机,应用已经趋向成熟。如果有一天,我们的地质调查也能使用上这些新技术,那将填绘出高质量的南极大陆地质图,对南极地质认知也将更加深入。

    在中国南极考察第31次中澳合作期间,我们深深感知到自身装备及后勤保障与发达国家间的巨大差距。如果我们有澳大利亚南极科考的后勤保障,便会有更多的时间和精力来探知那神秘的世界,发现更多的板块演化信息;如果我们的装备能够再专业一些,遇到极端天气,也不会让挂念我们的人担惊受怕。中国南极地质考察队员们期待这一天的到来。

    南极中山站地质考察组的期盼

    重庆市奉节县曾家棚滑坡全貌

    专家开展滑坡专业监测建设点现场验收

    湖北省秭归县树坪滑坡自动化监测设施

    编者按

    我国由于地形地貌、地质条件、气候类型复杂多样,地质灾害易发、高发、频发。“隐患在哪里?”“什么时间可能发生?”是防范突发性地质灾害亟待解决的两个核心问题。

    为提高地灾隐患点发现、监测、预警、治理的专业水平,自然资源部中国地质调查局持续推进高精度地质灾害调查、地质灾害隐患遥感智能识别、普适性地质灾害监测预警设备集成研发、地质灾害防治信息系统建设,不断提升地质灾害防治技术支撑能力。

    5月9日~15日为防灾减灾宣传周,今年的主题是 “提升基层应急能力,筑牢防灾减灾救灾的人民防线”。灾害面前,加强监测预警,是提升应急能力的有力保障。今天,让我们聚焦地质灾害监测预警。

    截断巫山云雨,高峡出平湖。三峡工程带来的福祉惠及亿万百姓,但其建设和安全运行一直面临着地质灾害的严峻考验。

    自然资源部中国地质调查局武汉地调中心三峡库区地质灾害监测预警指导中心(原三峡库区地质灾害防治工作指挥部)通过实施三峡库区地质灾害监测预警工程,携手湖北省、重庆市以及三峡库区各区县自然资源部门,构建了集专业监测、群测群防和信息系统为一体的地质灾害监测预警网络体系,形成了水库型地质灾害监测预警理论与技术方法体系,库区地质灾害防治实现连续17年“零伤亡”,为三峡库区筑牢地质安全防线。

    试验示范为区域性监测预警预报奠定基础

    三峡库区地质条件复杂,暴雨洪水频发,自古以来是地质灾害高发区、频发区。三峡工程建设以来,库区移民迁建,以及蓄水后每年30米水库水位的降变,一定程度上改变了三峡水库岸坡地质环境条件,加剧了库区地质灾害发生。国家高度重视三峡库区地质灾害防治工作,先后完成了前期重大地质灾害防治工程和二期、三期地质灾害规模性集中防治。目前,正在实施三峡后续工作库区地质灾害防治工程。这些防治工程的实施,对三峡库区数以千计的地质灾害点分类采取了工程治理、搬迁避让以及监测预警等措施,开创了我国区域性地质灾害规模性集中防治的先河。

    三峡库区的地质灾害监测预警工作始于上世纪70年代。1977年,湖北省西陵峡岩崩工作处开始在湖北省秭归县境内的新滩滑坡上进行专业监测。1985年6月12日,滑坡监测设备发出预警信息。在专业人员的建议下,当地政府在滑坡大规模滑动之前转移了居住在滑坡体上的群众,避免了1300余人伤亡,10余艘客货轮也得到通知及时避险。新滩滑坡的成功预报,是我国首个地质灾害专业监测成功预报案例,同时在三峡库区播种下一颗地质灾害是可以监测预报的“信心种子”。

    随后,三峡库区地质灾害监测预警试验示范工作开始着手实施。1998年~2000年,原国土资源部先后启动了《三峡库区地质灾害监测工程试验示范区研究》和《长江三峡地质灾害监测与预报》2个专项计划。这些工作以三峡库区常见的降雨型滑坡、水库型滑坡为主要研究对象,开展新技术新方法的试验与应用,并在链子崖、黄腊石、黄土坡等重大地质灾害点进行了综合监测示范,攻克解决了一系列地质灾害监测预警难题,研制出多种地质灾害专业监测仪器,并成功将GPS应用于地质灾害监测,实现了崩塌滑坡位移时间预报的突破,为后续三峡库区地质灾害区域性大规模监测建设和预警预报奠定了基础。

    实现专业监测、群测群防和信息系统“三位”一体

    在国家专项资金投入下,2001年三峡库区地质灾害规模性集中防治拉开序幕。原国土资源部在2003年初步建立了三峡库区地质灾害监测预警网络体系并投入运行,2006年和2016年分别对监测预警网络进行了补充完善和升级改造,完成了三峡库区二期、三期地质灾害监测预警工程建设和运行。自此,由全球定位系统(GPS)、综合立体监测(CS)和遥感动态监测(RS)的3S专业监测系统,以及“区县—乡镇—村组”三级群测群防组成的监测预警体系正式建成,实现了三峡库区地质灾害隐患点监测预警全覆盖。

    三峡库区地质灾害监测预警集专业监测、群测群防和信息系统“三位”于一体。以专业监测为重点,对重点地质灾害隐患实施立体综合监测;以群测群防为基础,组织、培训和技术指导群众对所有已知隐患点开展巡查和简易监测;以信息系统为决策支持,在出现重大地质灾害灾情和险情时为应急处置提供地质灾害相关信息资料和分析计算功能,为科学决策提供支撑和依据。三峡库区地质灾害监测预警体系是一种在专业技术单位和专家队伍指导下,以广大群众为主体监测所有已知隐患的群众性防灾减灾模式,实现了“群专结合”。这种“群专结合”的地质灾害防灾减灾模式,不仅很好地做到了点与面、宏观与微观、定性与定量的结合,还普遍提升了社会和群众的防灾减灾意识和水平。

    党的十八大以来,国家实施防灾减灾救灾新战略,更加重视地质灾害防治。根据自然资源部、中国地质调查局部署,近年来一批地质灾害普适型监测仪器成功研制,应用于三峡库区地质灾害监测预警中,并在一部分群测群防监测点建立起地质灾害三级专业监测网。如今,普适型监测仪器凭借低成本、低功耗的优势,成为三峡库区地质灾害监测预警的“新生代”。这将推动地质灾害监测预警从“人防”向“技防”转变,进而构建“群专结合”监测预警新模式。

    17年监测预警实现地质灾害“零伤亡”

    三峡库区地质灾害监测预警工程的实施,建立了覆盖全库区的专业监测预警和群测群防监测预警体系,对三峡库区3098处崩塌滑坡地质灾害点开展监测预警,保护了库区57.7万人,以及长江航运和公路交通的安全。

    据统计,三峡库区二期、三期地质灾害防治期间(2003年~2015年),监测发现465处崩塌滑坡的变形迹象,并成功预警,使5.7万余人成功避险。自2003年三峡库区地质灾害监测预警体系建设运行以来,经受住了三峡水库135米、156米、175米蓄水和12次30米的大幅度水位波动,以及2014年8·31暴雨和2017年秋汛久雨等极端天气的严峻考验,实现了连续17年地质灾害“零伤亡”。

    值得一提的是,2012年6月发生在重庆市奉节县的曾家棚滑坡。6月1日,专业监测显示,重庆市奉节县鹤峰乡三坪村曾家棚滑坡出现险情,附近9户42人的生命财产安全面临直接威胁。专业监测单位中国地质调查局成都探矿工艺研究所立即将险情预警上报。奉节县人民政府及时将险区内群众全部撤离。6月2日,曾家棚滑坡东侧发生大规模滑动,滑动体积460万立方米,前缘滑入大溪河约30米,险区内房屋全部被毁。由于预警及时,滑坡未造成人员伤亡。

    2015年6月对重庆市巫山县红岩子滑坡的成功预警,则是群测群防与专业监测预警结合的典型范例。2015年6月21日,巫山龙江红岩子滑坡群测群防员巡查发现裂缝及小型滑塌,及时向巫山县国土资源与房屋管理局进行了报告。6月23日,专业监测人员发现,滑坡变形加剧。当日晚上,巫山县对受滑坡威胁区域的9户33人进行了撤离。6月24日早上,监测发现裂缝变形急剧增加,巫山县紧急撤离影响区群众56户196人,并将滑坡险情通知了海事、航道和巫山航务处等相关部门。6月24日18时25分,约23万立方米的滑坡体下滑入江,形成了约6米高的涌浪。

    2019年12月10日16时50分许,秭归县泄滩乡陈家湾村长江北岸支流泄滩河左岸卡门子湾发生滑坡,38万立方米坡体整体下滑。因预报及时,水域、陆域均未造成人员伤亡。但该滑坡仍存在再次滑动的危险。2019年12月下旬,按照自然资源部总体部署和中国地质调查局、湖北省自然资源厅要求,卡门子湾滑坡被选作普适型仪器监测试验点,安装了雨量计、含水率监测仪、GNSS、裂缝计、倾角加速度计等5类21套监测设备。今年4月17日以来,随着多期次降雨和三峡库区水位下降,安装在卡门子湾滑坡的普适型监测仪器均捕捉到了明显的滑坡变形错动信息。根据这些信息,有关部门进行了国家—省—市—县四级联合会商,综合研判滑坡的变形现状和发展趋势,确定预警等级为黄色。当地主管部门按照会商意见采取了对应的防范措施,有效保障了滑坡影响区人民群众生命财产和航道安全。

    科学创新提升地质灾害监测预警预报水平

    三峡库区地质灾害监测预警水平的提升离不开科技创新的支撑。

    在三峡库区二期、三期地质灾害防治科学研究中,针对三峡工程建设和运行中面临的重大地质灾害防治难题设立了50余个科研课题项目,涉及蓄水引发的地质灾害形成机理、监测预警技术方法、监测仪器研制、信息化建设等多个方面,取得了系列创新成果,并建立了三峡库区地质灾害监测预警技术规范体系,以及监测预警建设与运行相关制度。

    三峡库区水库型地质灾害监测预警理论与技术方法研究体系,涵盖蓄水引发的地质灾害形成机理、分析评价方法、监测预警预报技术方法、监测仪器研制、信息化建设等,解决了库区地质灾害监测预警工程中的理论及技术难题,丰富了我国地质灾害监测预警理论、技术与方法体系,极大地提升了我国地质灾害监测预警科学研究水平。

    重大危险性滑坡涌浪危害预测评价研究,研制了三峡库区滑坡涌浪预测评价系统,在秭归北泥儿湾滑坡和白水河滑坡、巫山红岩子滑坡、云阳凉水井滑坡等重大滑坡险情预警和应急处置中发挥了重要作用,为政府部门防灾减灾决策提供了科学依据。

    三峡库区地质灾害防治及预警指挥系统,在库区全面推广应用,不仅为库区地质灾害调查、勘查、专业监测、群测群防、防治工程、应急处置、综合评估提供了丰富的数据和先进的技术支撑平台,而且在凉水井、北泥儿湾、树坪、猴子石、玉皇阁、藕塘等重大滑坡险情处置中得以充分应用,为政府决策提供了有力的支持。

    重大崩塌滑坡预报模型与预报判据研究,建立了崩塌滑坡预报模型,研发了地质灾害群测群防信息管理系统,集成应用现代先进技术等,实现了灾害点信息、监测数据采集和及时传输,监测数据分析和预警,灾险情速报,预警信息发布和移动办公等,提高了地质灾害群测群防工作效率、监测质量和管理水平。

    在此基础上,三峡库区逐步探索形成了地质灾害群测群防监测预警网格化管理模式。湖北省和重庆市结合自身特点,在三峡库区分别实现了“四位一体”和“四重网格”地质灾害群测群防监测预警管理模式,打通了地质灾害监测预警的“最后一公里”。

    在探索建立地质灾害监测与预警预报技术方法体系的过程中,科研人员解决了预警模型构建、预警级别划分、监测方法与监测曲线识别、监测仪器研发等技术难题,特别在库岸稳定判定、涌浪灾害判定、预警预报技术方法及模型判据等方面取得了系列创新成果,获得了多项国家、省部级科学技术奖励。2008年,《三峡库区重大地质灾害防治与监测关键技术》获得国家科技进步二等奖;2019年,《西部山区大型滑坡潜在隐患早期识别与监测预警关键技术》获得国家科技进步二等奖,其中三峡库区涉水滑坡机理、滑坡灾害监测预警及推广应用是其成果之一。

    三峡库区地质灾害监测预警面临新挑战

    三峡库区地质灾害监测预警取得了丰硕的科研与创新成果,不仅解决了大范围地质灾害监测预警中诸多技术难题,也为其他区域开展地质灾害监测预警提供了示范与借鉴。

    三峡库区经过10年试验性蓄退水运行,其地质灾害防治面临新的形势:一是影响地质灾害的因素以水位变动和降雨为主转变为以降雨为主,受极端天气影响明显,防治形势依然十分严峻。二是地质灾害主要分布于库区自涪陵起的长江流域下游区县,且峡谷段和顺向坡段如箭穿洞危岩和棺木岭危岩等变形增多,安全隐患增加。三是链式灾害如龚家坊崩塌和红岩子滑坡引发的涌浪风险加大,在库区通航能力显著增强情况下,涌浪预警与防范难度加大。四是30米水位周期性大幅变动对库岸稳定性影响逐渐凸显,水库消落带岩土体强度弱化明显,滑坡崩塌导致的涌浪灾害风险逐渐增加。三峡库区地质灾害监测预警和科学研究工作亟待进一步做深、做细。

    为此,武汉地调中心三峡库区地质灾害监测预警指导中心将持续开展监测预警、分析指导,以及信息系统建设和科学研究。一是按照年度开展监测成果汇总分析,现场调查交流指导,组织年度趋势会商和技术培训,以及监测预警试验示范和总结,包括探索地质灾害精细化气象风险预警、新技术新方法试验与应用、丘陵山区普适性监测预警装备试验、专业监测分析技术要点等。二是建立和完善与湖北省、重庆市的数据共享及动态更新交换机制,完善空间数据及属性数据,开展防治工程档案数字化,建设库区地质灾害大数据中心与平台,提升数据服务能力,支撑三峡工程运行安全综合监测系统、全国地质灾害防治信息平台和“地质云”建设。三是开展库区降雨与水库水位变动复杂动水条件下滑坡和塌岸规律研究,包括岩体劣化失稳机理研究、风险分析和趋势研判、涌浪预测等,以及水库滑坡监控关键技术和治理新方法新技术等研究工作,为地质灾害防治提供理论、技术和方法支撑。

    17年“零伤亡”背后的坚守

    地质灾害监测员某色拉洛日常巡检

    昭觉县阿土列尔村勒尔社航拍图

    搬运地灾监测设备安装材料

    早上六点,一层云雾停留在狮子山腰。云雾之下,一群羊在吃草。青花椒树上,一团一团的花椒,散发着诱人的香味。

    悬崖上的村庄——四川昭觉县阿土列尔的清晨,安详美好。

    担任地质灾害监测员的彝族小伙某色拉洛伸了个懒腰,从床上爬起来。按照他这天的工作安排,要去自己负责的隐患点巡查一次。早饭后,走过一片苞谷地,先巡查一下地灾隐患点并作了巡查记录,又来到地质灾害自动化监测仪器面前查看。虽然不懂这些仪器,但他知道这是用来监测滑坡变形,是用来保护村民和牛羊安全的,他有保护的责任。自从5月底成都的研究所为村里装上了这些地灾自动化监测仪器,某色拉洛感觉轻松多了,过去无论天晴还是下雨,他每天都要巡查一次,一到雨季更是寝食难安,现在如果不遇上特大暴雨,他一周甚至十天半个月才会去查看一次。淳朴的某色拉洛笑着说:“领导和专家在我村子边的地质灾害隐患点装上了高级的监测仪器,天上有卫星看着,地上有报警器,家里有电视监控器,专家还给我的手机里装上了APP。我现在随时随地可以看到我看管的滑坡,再也不用像过去那样提心吊胆了。”

    1 当地村民:每次下雨都很担心,睡不着觉

    阿土列尔村位于四川省凉山彝族自治州昭觉县支尓莫乡,坐落在海拔1400~1600米的山顶上,过去村民们要走出大山买个油盐、农具,或是娃娃上学,都要攀爬近1000米高差用树枝绑扎的简易梯子,行走在悬崖峭壁之间。2016年,新京报以《悬崖上的村庄》为题,报道了这里状况,引起了广泛关注。

    凉山州地处四川西南部横断山脉东缘高山峡谷区,是全国14个集中连片贫困地区之一,也是全国最大的彝族聚居区。“十二五”期间,剩下的38万贫困人口大都居住在山高路远、自然条件恶劣的地方,是脱贫攻坚最难啃的“硬骨头”。悬崖村就是其中之一。

    2017年3月8日,习近平在参加十二届全国人大五次会议四川代表团审议时说,曾在电视上看到有关凉山州“悬崖村”的报道,特别是看着村民们的出行状态,感到很揪心。了解到当地建了新的铁梯,心里稍稍松了口气。当前脱贫工作,关键要精准发力,向基层聚焦聚力,有的需要下一番“绣花”功。

    “其实,在悬崖村不仅仅是行路难,地质灾害也时常威胁着村民们的安全。由于地质构造复杂,山高坡陡,这里是地质灾害的高易发区。地质灾害隐患也成为了制约当地群众生产生活改善和经济发展极为不利的因素。”村支书莫色吉日说。

    在特土社村民吉克伟且的记忆里,印象最深的是2015年的那场崩塌。“好吓人哦,直径两米多的大石头直接砸进了房里,还好人及时跑出去了,否则后果真不堪设想。”整个特土社,在这次崩塌中共有3户的房子被砸毁。“从那以后,每次下大雨,大家伙都会特别担心,睡不着觉。”村民吉克九里有着同吉克伟且同样的感受。

    出行难又有地质灾害,那为什么不搬迁呢?凉山州相关负责人给出了答案,“昭觉县山高沟深,特别是彝族聚居区,几乎没有水田,可用来耕作的坡地也实在太少,而阿土列尔村周边的坡地算是块肥地,这里的土豆亩产能达到三四千斤,比全州平均水平高出一倍,而且这个村的气候(环境)与境内其他地方相比算不上差。”据了解,凉山州有40%多的村子的海拔都在阿土列尔村之上。“像这类地质灾害频发的区域,随时可能威胁到老百姓的生命安全,也要优先考虑搬迁,但目前并不是最急迫的。

    2 自然资源管理部门:主动出击,寻求科学防灾接地气的方法手段

    2016年5月25日,与阿土列尔村勒尔社紧邻的特土社发生崩塌、滑坡,由于提前预警,启动防灾预案及时,临灾处置得当,提前疏散转移危险区群众56户228人,做到了“零伤亡”,成功避险。州、县原国土资源部门立即组织开展灾情调查、核查、信息报送和周边地质灾害隐患排查,委托专业地勘队伍携带三维激光扫描仪、精密测绘仪器、无人机等装备入驻现场,对“悬崖村”区域地质灾害发育情况进行全面调查、勘查,查明了“悬崖村”及相邻的说主村共分布有8处地质灾害隐患,威胁148户720人的生命财产安全。州原国土资源局经组织综合分析论证和工程治理可行性研究,从技术、经济、安全等因素综合对比,认为实施工程治理的难度大、投入高、不能根治,且在机具上山、材料运送和施工等环节存在重大安全风险,及时向州、县党委政府提出了加强监测、加强宣传培训、实施避让搬迁的建议意见。

    “悬崖村”被广泛关注后,旅游开发项目、农业产业化项目等相继入驻,加之该区域土地相对肥沃,出产丰富,避险搬迁措施不能全部实施。那么,对于地质灾害威险区的群众,暂时不整体搬迁是不是就没有出路了呢?在凉山州自然资源局、凉山州地质环境监测站的相关领导和技术人员看来,最好的方法是观测、把它监控起来,掌控这些地质灾害隐患点的发展变化情况,为应急防灾避险留出第一时间。

    自然资源部、四川省和凉山州政府都十分关注“悬崖村”的地质灾害,牵挂村民的安危,凉山州自然资源局党组也多次专题研究“悬崖村”地质灾害隐患点的防控问题。根据州地质环境监测站的建议,2019年3月15日,凉山州自然资源局向中国地质调查局探矿工艺研究所发去专函,请求支持在阿土列尔村建立地质灾害专业监测系统,通过使用该所的监测技术和成功经验,提高科技防灾能力,达到科技防灾的目的。

    3 地调局探矿工艺所:立即行动,组织力量建设自动化实时监测系统

    自然资源部中国地质调查局探矿工艺所收到函件后,所党委十分重视,急政府所急,想村民所想,多次召开专题会议,听取汇报,与技术人员研究监测方案,3月18日即派出技术人员奔赴“悬崖村”现场,进行详细踏勘和走访。经现场查证确认:阿土列尔村村勒尔社发育1处崩塌、1处滑坡、2处不稳定斜坡共4处地质灾害;特土社发育1处崩塌、1处滑坡、2处危岩共4处地质灾害。

    所地灾监测专家带领技术人员在对“悬崖村”8处地质灾害进行充分评估的基础上,确定先对4处地灾隐患点进行专业监测。专家团队迅速编制了《昭觉县支尔莫乡阿土列尔村(悬崖村)勒尔社及特土社地质灾害专业监测方案》,设计确定采用13套自动化实时GNSS、1台自动化雨量站、2台长视距激光视频监测系统,分别在勒尔社及特土社中间隆起的平台上建自动降雨量观测点;选取视角广、观测范围大的区域建设两个视频点;在勒尔社威胁较大、居民集中的位于天梯尽头的2号不稳定斜坡和特土社威胁较大、居民集中的不稳定斜坡建地表位移进行实时监测,此外还有一套实时联动的声光报警装置。

    在此基础上结合工作区地质环境条件,人员、交通、材料组织等施工条件编制了《施工组织设计》,所学术委员会组织专家对两个方案进行评审并报送凉山州自然资源局、州地环站认可后,立即开始了仪器设备、材料采购和人员组织等工作,并派出技术过硬、现场管理经验丰富的技术人员王佃明进驻现场蹲守指导设备安装建设和调试。

    据该所地灾监测专家介绍,勒尔社后山崩塌位于住户集中区后山半坡,历史上曾经发生多次大规模的崩塌。像2016年5月25日发生的崩塌规模达到了5000立方米。现在在集中居住区还可以看到大大小小的巨石,一般的直径有3~5米,个别大的有8米多。在这种情况下,加强地质灾害自动监测非常必要。

    4 现场施工人员:道路交通是工程建设的最大阻力

    顺着倾斜的钢梯,四五位健壮汉子肩膀上背负着专业监测仪器设备,正艰难地往上攀登。他们黝黑的皮肤上,硕大汗珠闪着晶莹的光芒。他们的衣服也已经完全浸透在汗水中……照片真实地记录了项目建设的艰辛。

    垂直高差近千米,2600多级钢梯台阶,往返一次需要五六个小时,负责项目建设的中国地质调查局探矿工艺研究所高级工程师王佃明如数家珍。“最难的就是安装材料的搬运,因为没有路可以抵达,所有的材料都必须靠人工搬运。为了方便人力搬运,我们还做过一些改进,比如安装GNSS的钢管,一般都有5到6米长,我们就想办法把它改成为两段,搬上山后再用法兰连接,但长度也有2到3米。还有一些设备比较重,得几个人一起接力才能抬到山上去,上‘天梯’就非常辛苦,也很不安全。像工程建设中最常见的袋装水泥,购买一袋的价格也到不了50元,可是把它搬上山,光搬运费就高达400元,即使是生活在阿土列尔村两个壮劳力一天也只能靠接力才能扛一袋上山。以往实施的工程中,运输费用都不到工程总费用的5%,在这个项目中却是这个比例的好几倍甚至十几倍。”

    根据设计的工作量和施工区的特点,整个项目总投资超过200万元,全部由工艺所垫资建设。在缺少经费的情况下,在开展主题教育的今天,探矿工艺所党委把“悬崖村”地灾监测项目提高到“不忘初心、牢记使命”,助力乌蒙山彝族地区人民脱贫攻坚谋幸福的高度来认识,特事特办,先组织资金按采购程序采购监测仪器设备,支付材料和人工费并组织施工。

    五月是大凉山最热情似火的季节,阳光温暖而又明亮。经过近两个月紧张、有序、安全、艰辛而又高强度的施工,项目设计的仪器设备野外安装圆满完成;成功部署地表位移(GNSS)监测点13处、视频监测点2处、自动降雨量观测点1处,预警广播系统1处,实现了一次调试上线,监测数据接入“凉山州地质灾害监测预警信息平台”,同时也接入了四川省级地质灾害监测预警信息平台,实现了互联互通。在项目的实施期间,还得到了上海华测导航和成都新橙北斗科技的支持。

    目前,项目通过了现场初步验收,已进入试运行阶段。

    5 专业监测系统投入使用:高科技手段密切监视地灾隐患点

    在中国地质调查局探矿工艺研究所负责信息系统管理的工程师黄磊博的办公室的电脑里,他为记者打开了为“悬崖村”项目定制的专业监测信息系统,并演示了这套设备。点开的电脑页面上的“地质灾害专业监测”的系统,显示着灾害点名称和基本信息、降雨量、表面变形值和多种表达形式的时间位移曲线、降雨直方图,预警方法、预警阈值等多个数据。黄磊博说,前端所有设备采集到的数据,都会传输到后端的系统,系统再利用数字模型对这些数据进行分析。若结果超过临界值,就将自动向现场和管理部门及专职人员发布预警信息。报警时,不仅会发出警报声,现场红灯会不停的闪烁提醒着险情有可能到来。同时,设备还会自动地给州、县、乡、村监测员发送监测预警信息。

    探矿工艺所的地灾监测专家说,从5月31日到现在,尽管自动化监测设备还没有实质性地发出过预警,但通过持续的监测,对大量监测数据进行统计分析,再开展该区域的专业监测预警研究,可以不断修正并步步逼近该区域内诱发地灾的降雨临界值或位移的临界值,也就是人们常说的“阈值”,有效提高风险预警的精准度,对近区域防灾也具有重要指导作用。

    地灾监测员某色拉洛表示:“有了自动化监测设备并不等于‘高枕无忧’。现在是主汛期,降水会逐渐增多,发生地灾的风险也会增大,我们必须利用好‘上天入地’的设备,密切监测。”

    “悬崖村”被外界关注后,游客纷至沓来,很多村民都开起了农家乐。由“悬崖村”网红效应而吸引投资的旅游项目也被国家定位为文旅+产业扶贫示范基地。地质灾害监测工作,也相当于为当地村民的生产生活,上悬崖村旅游的游客上了一道保险,悬崖村的地质灾害隐患不再“悬”,村民们悬着心也可落地了。

    这些年,政府扶贫攻坚高歌猛进,阿土列尔村这个曾经的孤岛,也有了长足的发展:用上了太阳能发电,可以收看十几个频道,有了4G通讯,手机通讯无卡顿,建立了种养殖合作社……如今又有了地质灾害监测系统的监控,村民们的幸福感更强了,今后还会更有获得感。支尔莫乡党委书记阿吾木牛说:“我们一定在当地政府的领导和各界的支持下,好好干,打好脱贫攻坚翻身仗,让村民的日子一年比一年好。未来的‘悬崖村’将有泥土芬芳的‘土味’、乡村野趣的‘野味’、民俗风情的‘俗味’、古香古色的‘古味’、富有风韵的‘韵味’。欢迎大家到悬崖村做客,观原汁原味的彝区风景。”

    悬崖村的地灾隐患不再“悬”

    从第一次参加中国第二十四次南极科考至今,已是第三次来到这一如童话世界般的南极大陆。每次抵达这个神秘的地方,脑中首先浮现出不同地质时期板块拼合的不同构造样式,我们研究了近二十多年的板块碰撞缝合带到底在哪里……?只有1%基岩出露的南极大陆是让地质学家们使出浑身解数来探求未解之谜的地方。

    南极的天气反复无常,就连中山站的天气预报专家们对两天后的天气情况也很难做出准确判断。与前两次相比,这一次南极地质考察是距离中山站最近的一次,即便如此,仍有90公里的距离。气象预报能够提供的信息也仅仅能够帮助我们判断直升机能否起飞,以便于我们转向下一个目的地。地质考察组一旦离开站区,就全靠户外旅游用的帐篷、可食用数十天的方便面,以及自加热米饭来度过长达半个月,乃至一个月的野外生活(图1-2)。除此之外,还有好奇的企鹅和时常俯冲攻击你的贼鸥,外面或风雪夹着砂石,或烈日当空,一个小时就能将裸露的皮肤灼伤。每当地质考察组出去考察,站领导的心就提到了嗓子眼,他们每天都盼望着我们早8点,晚7点30分的报告平安。这次考察期间,带的发电机工作几天后出现了故障,站长得知后非常焦急,天气条件一容许飞行,马上派了两名机械师携带一台发电机第一时间赶到现场解决了问题。每次圆满完成考察任务回到站上时,站领导总是第一个过来对我们说:你们终于回来了,我的心可以放下了!

    尽管这么多年,我们在南极地质科考期间摸索出来了许多野外生存的技能,比如,如何选择合适地形搭帐篷,如何选择合适地点埋锅造饭。但是每当夜间从冰盖下来的下降风咆哮着,带着刺骨的寒冷吹得帐篷来回摇摆,你只有瞪着眼睛默默地等待,盼望着,盼望着它能快点平静下来……。在第二十四次科考期间,由于暴风雪刮了整整60个小时,刘晓春研究员、崔建军和我,每天要靠两个人顶着帐篷,一人休息,12个小时才能轮换一次。帐篷以外能见度不到1米,饭和水都留在外面用来压帐篷,没法取进来,大家都不说话,等待着(图3)。暴风雪终于停了,但当我们走出去后,虽然憋的难受,却都方便不出来,那是常人无法感知的痛苦。

    南极地质科考,有些人说是减肥的好地方。每天行走10公里那是平常的事情,路线调查中采集的每一件珍贵的地质样品,都需要背回营地。晚上回来时鞋里总是有半鞋子水,起初不知这些水是从哪儿来的,最后才搞明白,那是汗水,是沿着衣服流入鞋里的。时间长了,十个脚趾之间,就连脚后跟都磨出水泡。探路者户外鞋对我们来说是穿不回国内的,地质考察结束时,它的“寿命”也就到了。

    南极地质调查,缺乏有用的地形数据,我们能够用的遥感影像图最多能看出岛屿的轮廓,调查之前不知道那里地形条件如何,如果地势较平整还是比较安全的,但是如果遇到布满了2-3米高的陡坎,工作困难程度便会骤然增加,其中马瑟半岛最为典型,这些陡坎走向与岩层走向一致,而我们要尽可能垂直岩层走向进行地质调查,如何既保证安全又保持工作效率,那只能有一个人站在高处寻找可以通过的缺口,用对讲机告知其他考察队员。由于地势原因,每人一次也只能背30公斤左右样品,每天需要多次往返背回采集的样品(图4)。南极艰辛,可想而知。如今,已有许多的新技术在南极开始应用,比如数十公斤的无人机应用已经趋向成熟,它能够提供10-20厘米的高清分辨率的影像,如果有一天我们的地质调查也能使用上这些新的技术,那会在南极大陆上填出高质量的地质图,对南极地质认知也将更加深入。在中国南极考察第三十一次中澳合作期间,我们深深的感知到自身装备及后勤保障与发达国家间的巨大差距。如果我们有澳大利亚南极科考的后勤保障,便会有更多的时间和精力来探知那神秘的世界,发现更多的板块演化信息;如果我们的装备能够再专业一些,遇到极端天气,也不至于让挂念你的人担惊受怕。中国南极地质考察队员们热切期待这一天的到来!

    图1 野外宿营地

    2 期盼的晚餐,终于能吃上热饭了

    3 暴风雪中的等待与无奈

    4 样品运输途中 

    地质力学所参加中国第33次南极科考系列之六

    近日,地调局物化探所牵头承担的“基于无人机的航空物探(电/磁/放)综合站测量技术研发与应用示范”项目通过验收,项目成果被评定为优秀级。这标志着我国实用化的无人机航空物探(磁/放)综合测量系统研制成功,这一研究成果填补了国内在该领域的技术空白,形成了一套安全系数高、工作效率高、测量质量高、智能化程度高的实用化无人机航空物探综合测量方法技术,为我国航空地球物理调查工作增添了一种安全先进的新装备。

    该项目是中国地质调查局于2013年立项的工作项目,由地调局物化探所牵头实施,联合中国航天空气动力技术研究院、核工业航测遥感中心等单位共同完成。项目主要任务是基于国产中型无人机平台,研制无人机航空能谱测量系统和无人机航空磁法测量系统,集成实用化的航空物探(磁/放)综合站,开展示范应用工作。科研人员围绕总体目标任务,严格依据相关规范和设计要求,经过三年多的努力攻关,取得了重要成果和系列技术创新。

    基于国产彩虹3型无人机平台,自主研发了无人机航空磁法测量远程控制系统、小型化无人机航空放射性测量系统和超低空三维航迹规划及飞控仿真软件,突破了测量系统的电磁兼容、磁场补偿、放射性校准、自主避障和远程测控等系列技术难题,开创了航空物探超低空全夜航作业模式,具备了具有世界领先水平的全天时、长航时、超低空跟随和高精度测量能力。通过50架次、200航时的飞行试验,该系统具备了超低空随地形起伏飞行能力,达到了续航时长超过10小时、单架次航程超过2000千米、作业半径超过500千米、测控精度优于±10米的长航时、大航程、超视距、高精度飞控设计指标。同时基本解决了在高海拔山区作业的技术难题,具备在海拔5000米高山区开展资源环境勘查工作的潜力;探索了“一站多机”测量方法。

    项目组利用该系统先后在黑龙江多宝山、新疆克拉玛依、塔里木盆地等区,以矿产资源、油气资源调查为目的,安全、高质地开展了无人机磁放测量任务,原始资料满足航空磁测技术规范和项目设计要求,质量优秀,测量成果与已有资料高度吻合,并创下了夜航单架次航时8小时、航程1569千米的飞行测量记录,充分验证了系统的有效性和实用性,大大提高了资源环境勘查能力。

    与有人机航空物探系统相比,该系统具有测量精度高、航时长、效率高、成本低、人员安全性高等优势,在基础地质调查、能源资源调查、矿产勘查等方面具有广泛应用前景。同时,因其突出的夜航能力、高精度地形跟随能力、运输便利性、大作业半径和无人驾驶特性,可以在偏远和艰险地区大面积普查工作中发挥重要作用。

    项目成果先后获得了中国地质学会和中国地质调查局、中国地质科学院2013年度十大地质科技进展奖及2014年北京市科学技术二等奖,并发表学术论文17篇,申请专利4项,登记软件著作权3项。

    验收专家组对项目成果给予了高度评价,认为本项目高质量地完成了任务,彩虹3型无人机航空物探(磁/放)测量系统的成功研制实现了我国实用化无人机航空物探系统从无到有的转变,形成了一整套较成熟的技术方法体系,填补了国内技术空白,是无人机技术和航空物探技术相结合的成功典范,为基础地质调查和能源资源调查实现重大发现或突破提供了一种安全先进的新技术和新装备,推动了我国无人机航空物探新兴产业的发展,研究成果具有较好的社会效益和经济效益前景。

     

    我国研发成功实用化的无人机航空物探(磁/放)综合测...