简  报

﹝2023﹞ 第八十四期（总第855期）

中科院老科协办公室      2023年6月16日

“勘探电磁学的发展与挑战”沙龙活动

　　由中国老科协、中科院老科协主办，中科院地质与地球物理所分会及党群工作处承办的“勘探电磁学的发展与挑战”的学术沙龙，3月22日在中科院地质地球物理所举办。参加此次沙龙活动的有中科院老科协赵震声副理事长、陈树堂副理事长，赵士洞科学智慧火花地学编审，有国家天文台、空天院电子所、空间中心、大气物理所和微电子所、北京中科地垣科技有限公司和中科远航矿业有限公司的专家。地质地球物理所的党委书记、副所长张小雷、滕吉文院士，地质地球物理所的有关专家和博士生等，共约33人参加。王妙月研究员主持。

　　薛国强是中科院地质地球物理所研究员，他在主旨报告中说，勘探电磁学是勘探地球物理学的一个分支，它是根据电磁学理论，以介质的电磁性差异为物质基础，通过观测和研究人工或天然的交变电磁场随空间分布规律或随时间的变化规律，达到勘探地下目标的一门科学。

　　一、研究领域

　　1.金属矿领域：国际上的大国的勘探已走向深部，我们也要走向深部。目前，资源大国的勘查深度一般为2000-3000米，而我国国内一般为1000-1500米。

　　2.地下空间：城市空间是现在需求的最大市场，我们地下的建筑都在200米以内。而滑坡、地裂缝、构造断裂都对地下城市安全造成很大隐患，影响到居民的安全。

　　3.煤炭：我国煤炭资源丰富，是支柱能源，煤炭开采过程中会出现安全问题。要进行智能探测技术研究，找出发生规律。

　　4.重大工程：我国是世界上隧洞规模和难度最大的国家。铁路、公路、市政领域，到2020年已新建上万公里隧道。

　　（1）高原区地下千米内高分辨探测，如川藏铁路建设。川藏铁路是我国的战略铁路，其中林芝至雅安段（正线长度980.569KM）是该铁路的核心工程，将新建128座桥梁，75座隧道，桥隧比高达91.23%。设计路线跨七江穿八山，七下八上，地形地貌、地质条件极其复杂，隧道埋藏深度大，前期工程勘探推进缓慢。在前期探测期间，困难很大。高山峡谷，探测装备上不去，只能空中探测，其探测深度有限，只能探测300-500米深。而实际工作面在1公里以下。

图1.川藏铁路林芝—雅安段地形图

　图2.川藏铁路林芝—雅安段地势图

　　（2）堤坝建设：种类多，范围广，长度大、环境复杂，水库的漏水问题需要精细化探测。我国已建成各类水库98460座，总库容8967亿M3。我国堤防长度29.9万公里，达标20.1万公里，达标率67.2%。

　　二、技术发展

　　电磁法有天然源电磁法和人工源电磁法。人工源电磁法是国际主流方法，在过去主要依赖欧美国家。

　　天然源是利用空中磁暴，电磁波垂直入射地下。而人工源的电磁波发射可向天空、地面和地下传播，分别称作天波、地面波和垂直进入地下的地层波。天波遇到高空的电离层反射进入地下。地面波通过滚动传入地下，称作二次传播，需要在远源处观测地面波信号，传统上采用这种探测。

图3. 人工源电磁波发射

　　地质地球所对天波和地层波进行了研究。可以有2种方法，一是对天波在波导区观测，既在远源区观测，二是对地面波和地层波的复波在近源区进行探测。

　　现在利用天波探测，从理论上讲，既要考虑传导电流又要考虑位移电流，方程很复杂。

　　在我国大别山有一个军事上的发射天线，是L型的发射天线，发射信号目的是军事导航的。它的信号形成的天波在地面可以在3-3000公里范围观测。可以对我们国家领土、领海进行10公里以下的探测。可以用在石油和金属矿领域。也可以在丝绸之路沿线的一些国家进行探测。

　　地质地球所创新了2项理论方法

　　创新1：波导区天波探测理论方法（可探测地下10公里）

　　建立了“电离层-大气层-岩石层”全空间。（“地-电离层”模式）模型。开展了层矩阵、R函数、积分方程全空间波场耦合传播机制研究。论证了其是以波导形式在大气层中传播。

　　创新2：研发短偏移瞬变电磁勘探理论方法（可探测地下2公里）。

　　得到了精确解，达到了大深度和高精度，带宽大，收发距减小。

　　图4.人工源电磁法深地探测理论

　　装备研发方面，我国电磁法勘探主要依赖于国外方法技术。我国超百亿地面人工源电磁勘探依赖国外装备，航空电磁勘探只提供服务，装备禁运、技术封锁。

　　我们走自己的路，研制出如下项目：

　　1.研制了人工源电磁探测设备。

　　2.自主研发出近场瞬变电磁装备。

　　3.研制了航空电磁探测系统。

　　自主研制大深度航空电磁探测系统，研发地-空短偏移瞬变电磁系统。

　　在信息技术方面，研究出3项创新技术：

　　1.多源噪声一站式去除。

　　2.双模型驱动反演。

　　用物理机制清楚的物理模型和客观性高的优化模型结合起来反演。

图5.双模驱动反演示意图

　　3.多源信息融合与矿化异常识别。

　　多尺度、多信息勘探，信息融合处理办法，如同一个黑匣子，把地震数据、重力数据等都输入进去。而出口就是一张图。把N张图变成一张图，其数据与钻孔数据对得上。多元化处理解决了一些问题。

　　三、未来挑战

　　1.加强基础研究，夯实科技自立自强根基

　　2.期待大深度、高精度、快速度与低成本技术

　　3.加强技术创新，推进产学研用深度融合，实现创新科技成果“落地”，开展前沿技术攻关研究，加快探测仪器与装备的自主研发迫在眉睫。

　　探测装备发展趋势要加大探测精度与探测深度，做到低功耗、小型化。提高探测效率，做到三维阵列、大道数。

　　研发大深度高精度短偏移电磁探测技术体系，实现海-陆-空协同观测，适合我国复杂观测场景。

　　主旨报告后，参会人员进行了热烈讨论。电磁探测不仅对陆地，对于水下、高山等不同地方，也能探测。对于城市地下空间，涉及到地下50-100米的深度。主要是探测地质灾害的影响。对于仪器发射与接收采用的线圈，电极发射等也进行了讨论。在科普方面，欢迎中小学生参观和去野外参观。

　　张小雷书记讲话：欢迎老科协的领导和各位专家到我们所来。

　　现在研究所规划了三个方向：有生态环境，行星地球，能源、矿产资源和水资源研究。

　　习总书记讲过：中国人的饭碗要牢牢端在自己手里，矿产资源要拿在自己的手里，勘探技术要拿在自己的手里，勘探装备要拿在自己的手里。彻底扭转我国能源缺乏的局面。

　　科研工作的唯一出口就是国家发展的需要。聚焦国家需求、聚焦国家任务。基础研究是服务国家的基本功，围绕主责主业去工作。对国家发展有用，才是科学院存在的必要。办公司、挣钱不是科学院的事。不要在小学术圈里转，不要在小小的象牙塔里做内卷。

　　现在我们所有18位院士。80岁以下，有投票权的有11位院士。

　　要把科学理论变成现实，才是生产力。要产学研用一体化。

　　谢谢老科协领导和各位专家对我们所的发展和成长关心，欢迎大家去我所的野外站参观指导，从漠河到三亚，都有我们自己的观测站。

　　中科院老科协赵震声副理事长祝贺这次沙龙活动成功。希望通过沙龙这个平台把科学院最前沿的科研成果展示给社会。面对国际形势，我们科研人员要为国家承担责任。

　　赵士洞研究员介绍了中科院网站的科学智慧火花栏目，院离退休干部局主办的科学智慧火花栏目是全国的民办科学家与中科院的学者进行交流的平台。希望老专家们踊跃投稿。

　　王妙月主持人总结说，今天听了薛国强研究员的报告，让我们了解了勘探电磁学的发展状况，我们自发研制的勘探装备，已逐渐摆脱外国人的束缚，并在国内许多地方得到应用。专家们讨论的也很热烈。对学术内容如何科普，让更多的人关注中科院的科技前沿成果，也将纳入今后的工作。

图6.薛国强研究员做报告

图7.报告会场一

图8.报告会场二

　　          （中科院老科协地质地球物理所分会供稿）