「30萬公裡外的月球探測，和海洋最深的馬裡亞納海溝探測都已實現。1萬3千米的深井探測，全世界至今均未實現。這與地下巖石堅硬複雜，深地探測極其困難有關。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。」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，是世界各國競相搶佔的科研製高點。何繼善，則是全球深地探測領域最能「挖」的人。數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日國家科學技術獎勵大會上，「大深度高精度廣域電磁勘探技術與裝備」項目，獲2018年度國家技術發明獎一等獎。
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，地質儲量1千多億方，常規油氣地質儲量1.86億噸，生物氣儲量80億方釋放兩千餘萬噸煤炭資源，潛在經濟價值超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餘年歷史。但因為電磁法的激發條件、初始條件和邊界條件的複雜多變，使得大地視電阻率方程的精確解難於獲得。
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」近似解，創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米範圍內。隨著深度增加，該法應用的誤差會增大，解析度和準確度也大幅下降。要實現「深地探測」的深、精、準，存在著方法理論、探測技術和儀器裝備等三方面的巨大挑戰。
何繼善獲得了電磁波地下傳播方程的精確解，創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，向地下發送不同頻率的交變電磁場，可在廣大地下區域內，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目標體。基於該理論的探測技術和自主研發的儀器裝備，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展開了一場歷時多年的「物探擂臺賽」。何繼善的發明與裝備，平均測量誤差0.96%，僅為CSAMT法的1/64。「我們不僅輕鬆測到了有效數據，與已知地質資料吻合，還在已知礦體旁發現了新異常。」何繼善說。
團隊成員李帝銓博士介紹，基於廣域電磁法，團隊構建了全息電磁勘探技術體系，實現了人工源電磁法探測深度由1500米到8000米的跨越。團隊發明的高精度電磁勘探技術裝備及工程化系統，可實現強幹擾環境下電磁信號的高信噪比測量。數據顯示，在同探測深度、同發送功率下，該發明的收發距僅為CSAMT法的1/5，信號強度高達CSAMT法的125倍，數據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，具明顯優勢。
據悉，「大深度高精度廣域電磁勘探技術與裝備」的工程化體系，已被列入國家行業技術標準，並在全國成功推廣應用。（俞慧友）
來源：科技日報