“30万公里外的月球探测 ， 和海洋最深的马里亚纳海沟探测都已实现 。 1万3千米的深井探测 ， 全世界至今均未实现 。 这与地下岩石坚硬复杂 ， 深地探测极其困难有关 。 不过 ， 我们已能探测到地下8000米深度 ， 正向1万3千米的目标出发 。 ”1月7日 ， 中南大学 ， 应用地球物理学家、中国工程院院士何继善对科技日报采访人员说 。
深海、深地、深空的“三深”探测 ， 是世界各国竞相抢占的科研制高点 。 何继善 ， 则是全球深地探测领域最能“挖”的人 。 数十年如一日地为地球做“CT” ， 让何继善团队获得了“探地”深达8000米的“技能” 。 1月8日国家科学技术奖励大会上 ， “大深度高精度广域电磁勘探技术与装备”项目 ， 获2018年度国家技术发明奖一等奖 。
求出精确解 给地球深部做“CT”
广域电磁勘探技术和装备助力我国找到了诸多地下资源：截至目前 ， 提交页岩气资源量3千多亿方 ， 地质储量1千多亿方 ， 常规油气地质储量1.86亿吨 ， 生物气储量80亿方释放两千余万吨煤炭资源 ， 潜在经济价值超1.5万亿元 。
何继善介绍 ， 深地物理探测须依赖地面装置“透视”地球 。 目前 ， 透视地球一是通过声波给地球做“B超” 。 二是用电磁波给地球做“CT” 。 其中 ， 电磁法的应用已有100余年历史 。 但因为电磁法的激发条件、初始条件和边界条件的复杂多变 ， 使得大地视电阻率方程的精确解难于获得 。
此前 ， 加拿大学者Goldstein通过将电磁波曲面波方程简化为平面波方程的方式 ， 获得了“视电阻率参数”近似解 ， 创立了人工源电磁法测定地下电阻率的“可控源音频大地电磁法”（CSAMT法） 。 这一方法 ， 垄断了近半个世纪的全球人工源频率域电磁法市场 。 不过 ， 近似求解也“限制”了CSAMT法的探测深度仅在地下1500米范围内 。 随着深度增加 ， 该法应用的误差会增大 ， 分辨率和准确度也大幅下降 。 要实现“深地探测”的深、精、准 ， 存在着方法理论、探测技术和仪器装备等三方面的巨大挑战 。
何继善获得了电磁波地下传播方程的精确解 ， 创立了以曲面波为核心的全新电磁勘探理论——广域电磁法 。 该方法通过人工电流源 ， 向地下发送不同频率的交变电磁场 ， 可在广大地下区域内 ， 观测一或多个电磁场分量 ， 计算广域视电阻率 ， 探测出具电性差异的地质目标体 。 基于该理论的探测技术和自主研发的仪器装备 ， 探测深度能达CSAMT法的5倍 。
冬瓜山“比武” 广域电磁法“顺带”找到新宝藏
多年前 ， 国土资源部《危机矿山电磁方法有效性比对》项目组在安徽冬瓜山矿区展开了一场历时多年的“物探擂台赛” 。 何继善的发明与装备 ， 平均测量误差0.96% ， 仅为CSAMT法的1/64 。 “我们不仅轻松测到了有效数据 ， 与已知地质资料吻合 ， 还在已知矿体旁发现了新异常 。 ”何继善说 。
【广域电磁勘探： 向地下一万三千米进发】团队成员李帝铨博士介绍 ， 基于广域电磁法 ， 团队构建了全息电磁勘探技术体系 ， 实现了人工源电磁法探测深度由1500米到8000米的跨越 。 团队发明的高精度电磁勘探技术装备及工程化系统 ， 可实现强干扰环境下电磁信号的高信噪比测量 。 数据显示 ， 在同探测深度、同发送功率下 ， 该发明的收发距仅为CSAMT法的1/5 ， 信号强度高达CSAMT法的125倍 ， 数据量和分辨能力达世界先进方法的8倍以上 。 在探测油气和寻找深部金属矿方面 ， 具明显优势 。
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