“30萬公里外的月球探測，和海洋最深的馬里亞納海溝探測都已實現(xiàn)。1萬3千米的深井探測，全世界至今均未實現(xiàn)。這與地下巖石堅硬復雜，深地探測極其困難有關(guān)。不過，我們已能探測到地下8000米深度，正向1萬3千米的目標出發(fā)。”1月7日，中南大學，應用地球物理學家、中國工程院院士何繼善對科技日報記者說。

深海、深地、深空的“三深”探測，是世界各國競相搶占的科研制高點。何繼善，則是全球深地探測領(lǐng)域最能“挖”的人。數(shù)十年如一日地為地球做“CT”，讓何繼善團隊獲得了“探地”深達8000米的“技能”。1月8日國家科學技術(shù)獎勵大會上，“大深度高精度廣域電磁勘探技術(shù)與裝備”項目，獲2018年度國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。

求出精確解 給地球深部做“CT”

廣域電磁勘探技術(shù)和裝備助力我國找到了諸多地下資源：截至目前，提交頁巖氣資源量3千多億方，地質(zhì)儲量1千多億方，常規(guī)油氣地質(zhì)儲量1.86億噸，生物氣儲量80億方釋放兩千余萬噸煤炭資源，潛在經(jīng)濟價值超1.5萬億元。

何繼善介紹，深地物理探測須依賴地面裝置“透視”地球。目前，透視地球一是通過聲波給地球做“B超”。二是用電磁波給地球做“CT”。其中，電磁法的應用已有100余年歷史。但因為電磁法的激發(fā)條件、初始條件和邊界條件的復雜多變，使得大地視電阻率方程的精確解難于獲得。

此前，加拿大學者Goldstein通過將電磁波曲面波方程簡化為平面波方程的方式，獲得了“視電阻率參數(shù)”近似解，創(chuàng)立了人工源電磁法測定地下電阻率的“可控源音頻大地電磁法”(CSAMT法)。這一方法，壟斷了近半個世紀的全球人工源頻率域電磁法市場。不過，近似求解也“限制”了CSAMT法的探測深度僅在地下1500米范圍內(nèi)。隨著深度增加，該法應用的誤差會增大，分辨率和準確度也大幅下降。要實現(xiàn)“深地探測”的深、精、準，存在著方法理論、探測技術(shù)和儀器裝備等三方面的巨大挑戰(zhàn)。

何繼善獲得了電磁波地下傳播方程的精確解，創(chuàng)立了以曲面波為核心的全新電磁勘探理論——廣域電磁法。該方法通過人工電流源，向地下發(fā)送不同頻率的交變電磁場，可在廣大地下區(qū)域內(nèi)，觀測一或多個電磁場分量，計算廣域視電阻率，探測出具電性差異的地質(zhì)目標體。基于該理論的探測技術(shù)和自主研發(fā)的儀器裝備，探測深度能達CSAMT法的5倍。

冬瓜山“比武” 廣域電磁法“順帶”找到新寶藏

多年前，國土資源部《危機礦山電磁方法有效性比對》項目組在安徽冬瓜山礦區(qū)展開了一場歷時多年的“物探擂臺賽”。何繼善的發(fā)明與裝備，平均測量誤差0.96%，僅為CSAMT法的1/64。“我們不僅輕松測到了有效數(shù)據(jù)，與已知地質(zhì)資料吻合，還在已知礦體旁發(fā)現(xiàn)了新異常。”何繼善說。

團隊成員李帝銓博士介紹，基于廣域電磁法，團隊構(gòu)建了全息電磁勘探技術(shù)體系，實現(xiàn)了人工源電磁法探測深度由1500米到8000米的跨越。團隊發(fā)明的高精度電磁勘探技術(shù)裝備及工程化系統(tǒng)，可實現(xiàn)強干擾環(huán)境下電磁信號的高信噪比測量。數(shù)據(jù)顯示，在同探測深度、同發(fā)送功率下，該發(fā)明的收發(fā)距僅為CSAMT法的1/5，信號強度高達CSAMT法的125倍，數(shù)據(jù)量和分辨能力達世界先進方法的8倍以上。在探測油氣和尋找深部金屬礦方面，具明顯優(yōu)勢。

據(jù)悉，“大深度高精度廣域電磁勘探技術(shù)與裝備”的工程化體系，已被列入國家行業(yè)技術(shù)標準，并在全國成功推廣應用。