新書推薦：地面地球物理技術(shù)與裝備——重磁電震系統(tǒng)

在實現(xiàn)地面地球物理探測（重磁電震）裝備自主化進(jìn)程中，在國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“深地資源勘查開采”專項的支持下，作者團(tuán)隊實現(xiàn)了地面多功能電磁探測系統(tǒng)的產(chǎn)品化，開發(fā)出了全三維分布式地面多功能電磁探測裝備、輕便液壓伺服可控震源系統(tǒng)和無纜遙測地震采集系統(tǒng)，達(dá)到了實用化，形成了智能多類型數(shù)據(jù)的重磁測量系統(tǒng)。本書介紹了解決多年嚴(yán)重依賴進(jìn)口的多項技術(shù)難題的關(guān)鍵技術(shù)，在方法原理、系統(tǒng)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、電子線路設(shè)計和器件工藝研究等方面，向讀者傾囊相授，并展示了相關(guān)產(chǎn)業(yè)化系統(tǒng)的應(yīng)用示范效果。

地球深部蘊(yùn)藏著豐富的能源與礦產(chǎn)資源。隨著地表資源的開采殆盡，礦產(chǎn)勘查開發(fā)向深部及覆蓋和難進(jìn)入?yún)^(qū)開拓，已成為全球的必然，深部資源增儲勢在必行。在此背景下，為貫徹落實《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》提出的資源勘探增儲要求和《找礦突破戰(zhàn)略行動綱要（2011—2020年）》相關(guān)部署，科技部在2016年啟動了“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“深地資源勘查開采”（DREAM）重點(diǎn)專項。

專項以突破深地資源“第二勘查空間”、實現(xiàn)資源發(fā)現(xiàn)與儲量增長雙跨越、提高資源保障能力為目標(biāo)，按照“提高深部資源時空分布規(guī)律認(rèn)知，提升深部資源勘查評價與開采能力，促進(jìn)深部資源能源發(fā)現(xiàn)與開發(fā)”的思路，破解深部資源能源勘查的關(guān)鍵科學(xué)瓶頸，突破深部資源能源勘查的關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建深部資源開采理論技術(shù)體系，構(gòu)建1500m采礦新空間，進(jìn)軍3000m勘查新深度，開辟覆蓋區(qū)找礦“新大陸”，拓展油氣萬米深層新領(lǐng)域，支撐找礦突破戰(zhàn)略行動，提升深部資源勘查開采能力，提高保障資源保證程度，緩解資源能源巨大壓力。按照全鏈條布局、一體化實施的思路，專項部署了深部資源勘查、深部開采與深層超深層油氣三大板塊，以及成礦系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)與控制要素、深部礦產(chǎn)資源評價理論與預(yù)測、移動平臺地球物理探測技術(shù)裝備與覆蓋區(qū)勘查示范、大深度立體探測技術(shù)裝備與深部找礦示范、深部礦產(chǎn)資源勘查增儲工程實踐、深部礦產(chǎn)資源開采理論與技術(shù)研究、超深層新層系油氣資源評價技術(shù)等七大任務(wù)。

“深地資源勘查開采”重點(diǎn)專項緊密結(jié)合戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源勘查開采與產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重大需求，按照理論創(chuàng)新、技術(shù)突破、應(yīng)用示范的創(chuàng)新鏈，部署相關(guān)研究，不斷提升勘查技術(shù)水平與資源評價能力，取得了重要進(jìn)展：

（1）深化成礦系統(tǒng)理論研究，破解深部找礦方向難題。構(gòu)建了板塊匯聚全生命周期的成礦系統(tǒng)，創(chuàng)新發(fā)展了成礦系統(tǒng)理論，建立了與俯沖－增生造山、碰撞造山、復(fù)合造山、陸內(nèi)造山和克拉通破壞等相關(guān)的成礦系統(tǒng)，形成大陸碰撞成礦、克拉通破壞成礦、“陸內(nèi)俯沖”誘發(fā)成礦和增生造山成礦等理論，揭示了區(qū)域構(gòu)造擠壓與伸展事件、巖漿活動與成礦的時空分布規(guī)律，解決了找什么礦、到哪兒找礦的問題。探明成礦系統(tǒng)深部精細(xì)結(jié)構(gòu)，揭示了深部過程與成礦效應(yīng)。

（2）突破資源勘查“卡脖子”技術(shù)，顯著提升勘查能力。構(gòu)建形成了航空－地面－地下立體勘查技術(shù)體系。航空重力儀與重力梯度儀、航空電磁勘查與磁場測量、高分辨航空伽馬能譜測量等移動平臺探測技術(shù)裝備研發(fā)取得重大進(jìn)展，大大提高了測量精度，為覆蓋區(qū)深地資源勘查提供了技術(shù)支撐。構(gòu)建形成以大深度全三維多功能地面電磁探測系統(tǒng)、廣域電磁法多頻偽隨機(jī)信號收發(fā)、5000m智能地質(zhì)巖心鉆機(jī)和深穿透地球化學(xué)與同位素填圖技術(shù)等為代表的大深度立體探測技術(shù)裝備體系，地面重力與磁力測量系統(tǒng)達(dá)到工程化。深地資源探測深度不斷延伸，實現(xiàn)了多個礦集區(qū)3000m“透明化”。創(chuàng)建深地資源定量預(yù)測評價理論，預(yù)測評價智能化水平不斷提高，擴(kuò)大了遠(yuǎn)景資源量。

（3）積極拓展有效找礦深度，實現(xiàn)深部找礦重大突破。發(fā)現(xiàn)風(fēng)成砂巖型鈾礦等新的資源類型，創(chuàng)建“五元一體”稀土、“五位一體”鈹鎢錫螢石鉛鋅礦等找礦勘查新模型與表生風(fēng)化－沉積型三稀金屬成礦體系；新發(fā)現(xiàn)和建立了多個大型資源基地，深部礦產(chǎn)資源勘查增儲應(yīng)用示范成效顯著，取得了大宗金屬礦產(chǎn)、“三稀”、鈾、鋰、鉀鹽等戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源和金等貴金屬深部找礦突破，深層地?zé)豳Y源探測取得重要進(jìn)展。

（4）加強(qiáng)工程技術(shù)攻關(guān)，有效提升了開采深度與采取效率。系統(tǒng)開展深部巖體力學(xué)與開采理論研究，研發(fā)了深部原位保真取心、深部巖體變形破裂多尺度立體監(jiān)測等技術(shù)；提出深部金屬礦協(xié)同開采的理論、方法與技術(shù)。形成深部大礦段多采區(qū)時空協(xié)同連續(xù)采礦理論，極大提升深部金屬礦連續(xù)化無人與綠色開采工藝水平。稀土與鹽湖資源開發(fā)理論與技術(shù)取得進(jìn)展。

（5）發(fā)展深層勘探技術(shù)，拓展了萬米油氣資源新領(lǐng)域。全面完成我國三大陸塊中、新元古代超大陸位置重建，揭示深時地球逐步氧化與重大地質(zhì)－氣候事件對烴源巖發(fā)育的控制作用。構(gòu)建形成深層超深層及中新元古界新層系油氣成藏理論框架，延拓“油氣死亡線”深度，將我國油氣資源形成時代前推至16.4億年前，油氣生成保存的深度下限推至9000m以深。大噸位低頻可控震源、超大功率電磁儀、弱信號高精度地震成像等復(fù)雜油氣勘探技術(shù)裝備向超深層推進(jìn)，深層超深層及中、新元古界成為我國油氣勘探重要接替領(lǐng)域。

為了較為全面、系統(tǒng)地反映和總結(jié)“深地資源勘查開采”重點(diǎn)專項在深地資源領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究進(jìn)展、成礦理論創(chuàng)新、勘查技術(shù)進(jìn)步和重要找礦勘查成效，專項各項目組在各項研究工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行了深化凝練，形成了“深地資源成礦理論與勘查技術(shù)叢書”。

我們期望，“深地資源成礦理論與勘查技術(shù)叢書”的出版，能夠進(jìn)一步推動我國地球深部探測與礦產(chǎn)資源勘查事業(yè)的發(fā)展，加快新時代地學(xué)研究向深部進(jìn)軍的步伐。

2025年8月8日

地面地球物理探測技術(shù)是深部資源勘查的重要手段，但我國地面地球物理探測的核心裝備幾乎全部依賴進(jìn)口，落后于世界先進(jìn)國家，不能滿足我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源安全供應(yīng)的需要。

我國一直都在推動使用重力、磁法、電法、地震、放射性、地溫、測井、航空物探、海洋物探等方法。20世紀(jì)五六十年代，我國開始引進(jìn)國外的勘查技術(shù)和關(guān)鍵的儀器設(shè)備，逐漸形成了引進(jìn)、消化、吸收、研制的儀器發(fā)展道路。在深部探測方面，我國學(xué)者已經(jīng)掌握了深部探測先進(jìn)技術(shù)，引進(jìn)了數(shù)量較多的國際一流儀器設(shè)備，在一些局部典型地域試驗完成了多條高質(zhì)量的探測剖面，取得了若干重要發(fā)現(xiàn)，積累了實際經(jīng)驗，得到了國際同行的認(rèn)可和贊許。但技術(shù)裝備落后的現(xiàn)狀嚴(yán)重制約著我國礦產(chǎn)資源勘探的發(fā)展，也直接制約著我國參與國際資源競爭的能力。為了徹底打破壟斷，實現(xiàn)裝備的國產(chǎn)化，在自然資源部“深部探測技術(shù)與實驗研究專項”中的“深部探測關(guān)鍵儀器裝備研制與實驗”（2010～2012年，SinoProbe09）項目和國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域的“深部礦產(chǎn)資源勘探技術(shù)”（2014～2017年，2014AA06A600）重大項目，以及863計劃重大項目“輕便分布式遙測地震勘探系統(tǒng)”等多項重大裝備研制項目的基礎(chǔ)上，依托科技部組織的國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“深地資源勘查開采”（2018～2022年）專項“大深度立體探測技術(shù)裝備與深部找礦示范”中的“地面地球物理勘探關(guān)鍵技術(shù)與裝備”項目，進(jìn)一步開展了電磁、地震、重力、磁力等探測技術(shù)與裝備的突破和產(chǎn)品化研究。

本書采用多諧振電容補(bǔ)償與斬波穩(wěn)零電路、寬頻帶低噪聲磁傳感、大功率電磁發(fā)射、多功能多通道采集、多源采集信號分離等技術(shù)，研制形成了產(chǎn)品化的多功能大深度電磁探測（大地電磁測量、音頻大地電磁、可控源音頻大地電磁及時間域與頻率域激電）裝備；攻克了多震源能量疊加聚焦控制技術(shù)、不同地面條件下的高輸出效率液壓伺服震源技術(shù)、低功耗無線信道分級接入、接力式無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測與采集技術(shù)，形成了輕便液壓伺服可控震源與無纜遙測地震采集系統(tǒng)；攻克了基于熔融石英重力傳感技術(shù)的重力傳感單元制備工藝、高精度恒溫測溫、信號檢測與反饋等技術(shù)，研制了基于熔融石英彈簧的相對重力儀；攻克了高靈敏度銫原子吸收室抗弛豫膜層設(shè)計技術(shù)、高精度銫光泵磁場傳感技術(shù)，研制了三分量高精度銫光泵磁測量系統(tǒng)。在已知地質(zhì)信息測區(qū)，開展各功能儀器分別與國外先進(jìn)儀器比對測試，完善與優(yōu)化系統(tǒng)性能，提升一致性、可靠性與穩(wěn)定性。在典型礦集區(qū)利用自主研制的地面電磁、地震、重力、磁法四種探測儀器，以地面地球物理綜合勘查示范驗證各個系統(tǒng)的探測能力，改變了我國地面地球物理勘查裝備嚴(yán)重依賴進(jìn)口的局面，支撐了“向地球深部進(jìn)軍”的國家戰(zhàn)略需求。

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本書可供高等院校地球物理儀器相關(guān)專業(yè)師生及科研單位技術(shù)人員參考使用。

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本文摘自科學(xué)出版社2025年10月出版《地面地球物理技術(shù)與裝備——重磁電震系統(tǒng)》一書，內(nèi)容有刪節(jié)。標(biāo)題為編者所加。

（本文編輯：王運(yùn) wangyun@mail.sciencep.com）

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