克服“深度” 瓶颈，《深部矿产资源探测技术方法》为我国资源勘探走向深部提供技术支撑

我国勘探仪器设备在探测深度、精度和分辨能力方面与国外尚有一定差距，主要仪器设备依赖进口，对外依存度超过80%。技术依赖必然带来技术垄断和“受制于人”，这种状况不能尽快改变，将威胁国家资源安全和经济安全。

通过理论和技术创新，不断实现找矿突破，满足国家经济 会发展对资源的重大需求，是地质矿产工作的长期任务。研发矿产勘探技术与装备，提高探测深度、精度和效率，是实现深部找矿突破的核心手段，是保障我国资源可持续供给的唯一途径。发展自主核心技术，降低和摆脱对国外技术的依赖，是提高资源勘探国际竞争力、保障资源安全的战略举措。发展深部勘探技术，是认知地球深部物质、结构的关键手段，也是满足日益增长的地下空间探测、重大工程评价和环境评估需求的重要方法技术，对我国经济 会发展、科技水平提升和生态文明建设都具有重大意义。

为了应对日益严峻的资源形势和勘探技术高度依赖国外的风险，“十二五” 期间，科技部在“863” 计划资源环境技术领域设立了“深部矿产资源勘探技术” 重大项目，目标是全面突破2000m深部资源勘探技术，形成从地面到地下、从结构探测到物质探测、适应复杂地质条件的立体探测技术体系，为我国资源勘探走向深部提供技术支撑。

▲ 深部矿产资源勘探技术研究内容及方法分支

由15个研发单位的300余名研发人员组成的项目团队经过4年多的研发，突破了一批核心技术，研发、改进和完善了一批勘探地球物理仪器设备；创新了一批方法技术，开发和完善了两套大型软件系统，以及若干专业处理软件。据不完全统计，本研究已经获得授权发明专利65项，大幅度缩小了与国外的差距，有效降低了对国外勘探技术、设备和解释软件系统的依赖，在一定程度上打破了国外在此领域的仪器设备垄断，提高了我国矿产勘探技术自主研发能力和国际竞争力。

▲ 项目成果参加2017 年中国国际矿业大会情况(首席专家向与会领导介绍情况)

成果总结

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1. 突破了10多项勘探核心技术

主要包括：高精度微重力传感器技术、铯光泵磁场传感器技术、宽带感应式电磁传感器技术、感应式电磁传感器检测与标定技术、高灵敏度三分量磁通门传感器技术、井中电磁波大功率脉冲调制发射技术、井中激电多道全波形接收技术、电容式电场传感器技术、地震信 高保真实时采集及分布遥测技术、液压伺服可控震源技术、高速电动顶驱钻进系统、绳索取心钻杆孔口操作自动化技术、高性能薄壁精密冷拔绳索取心钻探管材等。

▲ 熔融石英重力传感器和国产高精度重力仪产品

2. 研发、改进和完善了18套勘探地球物理仪器设备

主要包括：地面高精度数字重力仪、地面高精度绝对重力仪、质子磁力仪、氦光泵磁力仪、铯光泵磁力仪、动态激发核磁共振磁力仪、大功率伪随机广域电磁探测系统、分布式多参数电磁探测系统、长周期分布式大地电磁观测系统、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、小口径多参数地球物理测井仪、轻便分布式遥测地震勘探采集系统、自行式小型液压伺服可控震源、浅井液压伺服可控震源、4000m地质岩心钻探成套技术装备和自动化智能化岩心钻探设备。

▲ 4000m地质岩心钻探成套技术装备

3. 创新和发展了20余项勘探地球物理方法，研发和完善了2 套适合金属矿重磁、地震数据处理及解释的大型软件系统，以及8 个其他专用软件系统

(1) 创新了20余项勘探地球物理方法。包括：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、重震匹配三维反演方法、地面与井中磁测联合多参量三维反演方法、重力及梯度数据三维联合反演方法、基于电场和磁场旋度的视电阻率计算方法、时空阵列(广域) 电磁勘探方法、强干扰区电磁信噪分离方法、基于虚拟场的可控源电磁法三维正反演方法、分布式大地电磁张量分析与同步三维反演方法、井中磁测三维(井-地)联合反演方法、同时考虑初始场强和天线辐射的井间电磁层析成像方法、坑-地一体化带地形三维电磁反演方法、全波形反演技术系列、多目标地震偏移成像体系、高分辨地震处理技术系列、多域多尺度去噪技术系列、地震数据高分辨率谱分解技术系列、复杂介质金属矿地震正演模拟照明分析方法、多震源混合采集与处理方法、典型孔内工况判别准则及优化钻进模式、小直径特深孔绳索取心钻进口径系列研究。

▲ C1 磁异常三维井地联合约束反演

(2) 开发和完善了10 套软件系统。研制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两套大型软件系统；开发了多功能三维电磁正反演与可视化交互解释软件系统、广域电磁三维反演解释系统、长周期大地电磁数据处理及三维正反演软件系统、多参数井-地电磁数据处理系统、金属矿地下物探数据处理解释系统、三维地震数据采集与观测系统设计软件、岩心钻探智能化钻进监控软件和4000m岩心钻进控制软件系统等8个专用软件系统。

▲ 地球物理多参数反演解释软件系统(重磁数据处理和可视化模块)

下一步工作建议

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1. 建立勘探地球物理技术测试、检测与标定国家技术中心

勘探地球物理仪器由高灵敏传感器和数据采集单元组成，实际勘探中要测量和检测的信 一般极其微弱。因此，传感器的灵敏度越高越好，采集单元的噪声越低越好。技术研发过程一般都面临微弱信 的检测问题。随着微机械传感(MEMS)、光纤传感技术的发展，对微信 的检测在检测环境、条件、方法和仪器等各方面都提出了更高的要求。此外，勘探地球物理仪器的传感器非常多样，如振动、磁场、重力场、电磁场、温度场、核辐射，以及这些场的梯度等，不是某一个实验室可以完成的。

现代勘探地球物理技术快速向三维分布式观测、阵列观测方向发展，要求接收单元具有高度的一致性，因此，仪器设备的标定工作非常重要，亟需建立不同类型、不同物理参数传感器和仪器的标定方法、仪器和标准研究。

近年，国家投入大量资金开展了勘探地球物理仪器设备的研发，但实际效果并不理想。其中，重要原因是一些高精度、高灵敏度传感器的检测和标定技术落后，勘探仪器的各种测试条件(温度、湿度、震动、防尘、防水、防静电等) 不符合野外工作的要求，一定程度上成为高水平野外仪器研发的瓶颈。建议国家投入选择基础条件较好的单位(如计量科学研究单位)，建立国家勘探地球物理技术中心，核心任务是：开展勘探地球物理仪器的检测、标定的方法理论，以及仪器、环境条件研究和服务，为研发一流的勘探地球物理仪器提供基础条件。

2. 建立国家勘探地球物理野外试验场，提高研发仪器的质量、实用性，检验反演解释方法的正确性

野外试验是勘探地球物理仪器研发的重要一个环节，对检验仪器测量精度，标定仪器的一致性、可靠性和探测效果十分重要，西方勘探地球物理强国都建设有自己的野外试验场。为进一步提高我国勘探地球物理技术水平，建议针对不同勘探仪器设备，建设野外试验场。主要目的：①检验新仪器在野外环境中的各种性能指标、测量精度；②标定新仪器设备的基本参数(如重力仪的格值等)；③对比不同厂家、不同型 的仪器设备的探测效果；④检验数据反演解释方法的实际可靠性等。如果可能，建立专门的机构和队伍，从事勘探新仪器的野外试验、测试和评估工作。

3. 勘探技术不仅事关国家资源安全，还广泛用于国防安全领域。核心技术的突破需要国家政策、资金的持续支持

勘探地球物理仪器使用的大量高端元器件、材料、芯片等，目前仍高度依赖进口。然而部分高端传感器对我国实施禁运，如超导重力梯度传感器、超低频电磁传感器等；并且，高技术也是买不来的，2018年发生的“中兴事件” 就是个现实的例子。目前，我国仪器研发使用的高端芯片、材料、元器件等很难得到“保障” 供应，经常使用“低端”元器件替代“高端元器件” 的现实，造成仪器质量下降、性能不稳定，甚至整机瘫痪。因此，建议国家在政策和资金方面持续、稳定支持核心技术和工艺的研发，打破核心技术受制于人的局面。

深部矿产资源探测技术方法

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《深部矿产资源探测技术方法》 一书系统总结了国家“863” 计划重大项目团队的主要研发成果，包括重磁勘探、电磁勘探、地下物探、金属矿地震和岩心钻探五部分。每一部分系统介绍了核心技术突破、仪器设备研制、方法创新及软件研制和典型应用实例，便于读者系统了解我国自主勘探技术的发展现状。