地球深部勘探关键技术与核心装备实现自主研发

整理撰稿人：中科院国家科学图书馆兰州分馆资源与海洋团队

安培浚（E-mail:anpj@llas.ac.cn）、赵纪东

审稿专家：中科院地质与地球物理所李晓研究员

1 地球深部勘探技术与装备的科技内涵及意义

地球深部勘探作为当前大陆岩石圈探测与流变学研究的系统工程技术，充分应用最先进的科学技术手段、提取深部基础信息、逐步揭开地球深部奥秘，为解决能源、矿产资源可持续供应、提升灾害预警能力奠定了深部信息基础。深部勘探已经成为地球科学发展的前沿之一[1]。

地球深部勘探技术与装备就是将多种高新方法技术组合集成起来，形成核心方法技术体系，建立能够穿透不同深度，精确萃取地球内部结构与物理性质的关键探测方法技术与设备组合，以及探测数据的处理、成像、解释等技术平台[2]。通过对典型地区地球深部的探测，切开地壳上地幔，揭露内部结构，解决关键的疑难地球科学问题和资源、环境效应相关问题。

我国地球深部探测与国际先进水平相比差距巨大，深部探测的反射地震剖面仅是美国的1/13，英国的1/5，俄罗斯的1/5。中国已有矿床的勘探开采深度偏浅，实际上某些矿业打过一些矿床的勘探开采深度已达2500—4000m，但绝大多数都小于500m，已知矿床深部和覆盖区的矿产资源预测是中国未来找矿预测的新方向[3]。急需新理论和新方法去探测更深部的矿产资源。

（1）深部勘探关键技术与核心装备是能源、矿产资源成藏成矿理论创新的源泉，将为资源深层突破和矿产资源开发提供坚实的技术支撑。探测地球内部结构、组成，揭示整个地球系统演变的地球动力学过程与资源、环境的联系是带动经济持续发展的重要战略。深部勘探技术与装备能够揭示地下精细结构、组成与成藏成矿控制因素，突破深层找矿瓶颈，开辟找矿“新空间”，提高对深部地层、沉积、烃源岩、温度、压力场的认识，有利于更全面、客观地探索地球深层的油气[4]，为地质勘查、地下水资源评价、矿产资源、能源等更广泛的综合研究领域提供难得的、宝贵的研究资源，为开辟深层能源与重要矿产资源远景提供科学依据与技术支撑。

（2）深部勘探关键技术与核心装备能够揭示地质灾害成灾机理和过程，为地质灾害高精度的预警预报提供依据。深部勘探技术与装备能够揭露地球深部层圈结构与动力学过程，直接为减轻和评估灾害提供有力数据。这些数据将揭示地质灾害成灾机理和过程、重大地质灾害发生区域与深部背景，为地质灾害高精度的预警预报提供理论依据，减小地质灾害链危害的能力。

（3）深部勘探关键技术与核心装备为地球深部圈层科学理论研究提供基础的数据支撑。使用高精度的地球物理和地球化学探测技术对地球深部层圈进行更精细探测与理论模拟，揭露其内部结构、成分与物理化学性质，阐明岩石圈和深部地幔间复杂的物理-化学作用，揭示岩石圈形成与改变的物理-化学过程，恢复演变过程完整图象[2]。当今地球科学的发展和进步对地球深部数据及认识程度的依赖越来越高，可以说没有对地球深部的探测就没有地球科学理论的进步[5]。

2 国际地球深部勘探关键技术与核心装备研究进展

20 世纪70—80年代，美国实施大陆反射地震探测计划开辟深反射地震深部探测的新方法，使探测深度和精度达到前所未有程度。此后，德国大陆反射地震计划、加拿大岩石圈探测计划、澳大利亚玻璃地球计划、美国地球透镜计划等相继展开，它们均将基于地震波原理的技术作为勘探部署的重点手段。目前，全球广泛应用深地震反射剖面技术，同时配套宽角反射与折射地震剖面和宽频带数字地震移动台站技术，而其他非震勘探技术，如大地电磁测深、大面积和高精度重力与磁力测量、大地热流等通常是重要辅助手段[1,6]。前苏联和德国凭借钻探技术与机电设备研发方面的技术优势，至今仍保持着世界领先的科学钻探超深孔作业纪录——前苏联的科拉（井深12261m）和德国的KTB（井深9101m）。

3 中国地球深部勘探关键技术与核心装备研究的优势

中国地球深部物性探测技术渐趋成熟，建立了阵列式、大陆电磁参数标准网高精度观测方法和精细、规范化的数据处理及反演技术，达到世界先进水平；地震勘探系统和电磁探测系统关键技术的性能已与国外相当；研制出亚洲最深的万米大陆科学钻探钻机，数字化控制等处于国际先进水平；地球三维结构和动力学模拟技术能力得到提升，建立了深部探测数值模拟平台，这也是世界上少有的岩石圈动力学模拟平台[5]。

2008—2012年，中国实施了地球深部探测计划即深部探测技术与实验研究专项（SinoProbe）。我国的科学钻探机研制能力有限，远远不能满足科学钻探与固体矿产资源勘查的需求[7]。需提升自主研发深部探测仪器装备的能力，扭转深部探测仪器长期以来依赖进口的局面，打破国外的垄断，研发具有自主知识产权的分布式自定位宽频地震勘探系统等，引领深部探测重大科研装备的突破，使我国深部探测仪器装备部分占据国际领先地位，推动地球资源探测领域科技进步。

4 未来取得突破的标志性成果与目标

研制深部勘探关键仪器装备，解决关键探测技术难点与核心技术集成，形成对固体地球深部层圈多时空尺度全面长期连续监测与数据积累，逐步形成对地球系统的立体、动态监测分析能力。研发具有大功率和大深度探测能力的深部地球物理探测仪器，大面积和高效率航空无人机探测系统，航空超导全张量磁梯度测量系统，多通道瞬变电磁勘探系统，地震勘探系统，高集成工艺和超大深度钻探装备，以及针对海量多类型数据的移动平台综合地球物理资料处理和解释软件系统等[6,8],是中国深部勘探研究领域急需的技术与装备。

中国地球深部勘探的“攻深找盲”关键技术与装备有望在磁传感器、海底探测系统和地磁卫星载荷3方面取得突破。在此基础上，通过与软件研发、成矿规律研究和勘探实践的紧密结合，可为中国“地下4000m透明计划”的实施提供核心理论和探测技术装备支撑[3]。

1 董树文,李廷栋,高锐等.我国深部探测技术与实验研究与国际同步.地球学报,2013,34（1）：7-23.

2 高锐，王海燕，张忠杰等.切开地壳上地幔，揭露大陆深部结构与资源环境效应——深部探测技术实验与集成（SinoProbe-02）项目简介与关键科学问题.地球学报增刊,2011,32（1）:34-48.

3 中国科学院.科技发展新态势与面向2020年的战略选择.北京：科学出版社，2013，62.

4 董树文，李廷栋.SinoProbe——中国深部探测实验.地质学报，2009,83（7）：895-909.

5 董树文,李廷栋.深部探测技术与实验研究(SinoProbe).地球学报增刊,2011,32（1）:3-23.

6 黄大年，于平，底青云等.地球深部探测关键技术装备研发现状及趋势.吉林大学学报（地球科学版），2012，（42）5:1485-1496.

7 董树文,李廷栋,陈宣华等.我国深部探测技术与实验研究进展综述.地球物理学报,2012,55(12):3884-3901.

8 底青云，杨长春，朱日祥等.深部资源探测核心技术研发与应用.中国科学院院刊，2012，27（3）:389-393.