“十一五”以來勘查地球物理發(fā)展回顧與展望

肖 都, 張 強, 杜炳銳, 袁桂琴, 劉建勛, 裴發(fā)根, 李建華,賁 放, 歐 洋, 王 剛, 馮 斌, 朱 威, 孫 躍

(中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所 國家現(xiàn)代地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心，廊坊 065000)

0 引言

中國的地球物理勘查工作，包括新中國成立前后時期，已有80多年發(fā)展史。期間，世界各國地球物理發(fā)展呈現(xiàn)多種模式，而我國走的是一條有中國特色的地球物理發(fā)展道路。其技術(shù)進步與發(fā)展歷程大致分為20世紀60年代-70年代的發(fā)展階段、20世紀80年代-90年代的提高階段和21世紀的創(chuàng)新階段。在創(chuàng)新階段，地球物理儀器設(shè)備以自主創(chuàng)新、研發(fā)和優(yōu)選引進并存，儀器設(shè)備水平呈現(xiàn)數(shù)字化、智能化、多功能、多參數(shù)、人機可視化等特點，通過引進消化吸收再創(chuàng)新，我國地球物理儀器設(shè)備水平有了很大提高。隨著國家科技投入力度加大，地質(zhì)大調(diào)查深入開展，地球物理勘查方法技術(shù)呈現(xiàn)全新面貌，高精度、高分辨率采集系統(tǒng)不斷成熟，信息化、數(shù)字化水平大幅提升，自動化、智能化發(fā)展迅速，總體上地球物理勘查技術(shù)已接近或達到國際先進水平。

物化探所自1957年建所以來，堅持以地球物理勘查方法技術(shù)研究、示范、應(yīng)用和推廣為立所之根本，取得了以斜磁化理論及應(yīng)用研究、激發(fā)極化法應(yīng)用研究等為代表的一系列成果，帶動了全國地球物理勘查工作的發(fā)展?！笆晃濉敝两瘢锘剿诤娇针姶欧?、地面電磁法、地震技術(shù)、地下物探等方面的研究成果呈現(xiàn)出勃勃生機，航空-地面-地下立體勘查技術(shù)體系進一步完善，應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大，在油氣與礦產(chǎn)資源、水文地質(zhì)與工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)與災(zāi)害地質(zhì)查、清潔能源等領(lǐng)域都取得了系列創(chuàng)新成果。筆者簡要介紹了近15年來，物化探所在勘查地球物理核心技術(shù)與裝備、方法技術(shù)體系創(chuàng)新應(yīng)用、標準體系建設(shè)與信息化等方面取得的進展，展望了下一步發(fā)展趨勢。

1 自主研發(fā)一批物探核心裝備與技術(shù)

物化探所長期致力于研發(fā)物探關(guān)鍵裝備和核心技術(shù)，打破西方國家的技術(shù)封鎖，通過掌握“航空-地面-井中”自主核心技術(shù)來推動工作能力和水平的提升，更好地服務(wù)地質(zhì)調(diào)查事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

1.1 固定翼時間域航空電磁測量系統(tǒng)

為滿足國家在自然資源、生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域?qū)焖佟⒋笊疃取⒏叻直婧娇针姶趴辈榧夹g(shù)裝備的需求，物化探所依托國家“863”計劃項目，國家重點研發(fā)計劃項目和地質(zhì)調(diào)查項目，歷時15年，研發(fā)了我國首套大深度實用化固定翼時間域航空電磁測量系統(tǒng)[1]。實現(xiàn)了1.2×106Am22峰值磁矩發(fā)射，為國外同類型GEOTEM系統(tǒng)的1.7倍，探測深度達到650 m，噪聲水平(由十二五期間50 nT/s改善至2 nT/s)、續(xù)航時間(由十二五期間3.5 h提升至大于5 h)等關(guān)鍵技術(shù)指標均滿足實用化調(diào)查需求并達到國際先進水平，實現(xiàn)了我國大型航空電磁測量裝備從0到1的突破[2]。2021年，系統(tǒng)在吉林白城-松原、內(nèi)蒙古興安盟等地區(qū)開展航空電磁測量，劃分了松嫩平原山前地帶200 m以淺含水層結(jié)構(gòu)和650 m以淺中生代地層電性結(jié)構(gòu)，解譯了主要斷裂空間展布，支撐了基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查工作，建立了一套實用化的固定翼時間域航空電磁測量技術(shù)體系。系統(tǒng)的成功研發(fā)并應(yīng)用打破了西方發(fā)達國家的技術(shù)壟斷，獲得了2021年度中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)科技十大進展。

1.2 無人機航空磁/放綜合測量系統(tǒng)

依托地質(zhì)調(diào)查項目，物化探所突破了氣動外形、電磁兼容、遙測遙控等關(guān)鍵技術(shù)，在國際上首次研制了中大型無人機航空磁/放綜合勘查系統(tǒng)[3]。實現(xiàn)了高精度超低空地形跟隨飛行測量，提高了航空物探測量精度；攻克了超遠程測控及夜航測量技術(shù)，提高了測量效率。航磁數(shù)據(jù)補償后標準差53 pT，改善比11.3，動態(tài)噪聲水平優(yōu)于60 pT，磁測總精度達到1.65 nT，航空放射性穩(wěn)定性優(yōu)于±1%，晶體分辨率優(yōu)于12%，峰位漂移小于±1道，系統(tǒng)單架次續(xù)航超過7.5 h1 200測線km，測線偏航小于±10 m，實用化性能優(yōu)越。該系統(tǒng)目前已完成了國內(nèi)外油氣、礦產(chǎn)資源及灘涂區(qū)無人機航空物探調(diào)查任務(wù)總計約26萬測線千米，取得了高質(zhì)量的航空物探測量數(shù)據(jù)和很好的地質(zhì)效果，獲得了中國地質(zhì)學(xué)會2013年度十大科技進展、中國地質(zhì)科學(xué)院2013年度十大科技進展、中國地質(zhì)調(diào)查局2013年度地質(zhì)調(diào)查十大進展[4]。

1.3 大深度多功能三維電磁測量系統(tǒng)

為打破國外壟斷，在國家863重點、國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項、國家重點研發(fā)計劃、地質(zhì)調(diào)查等項目支持下，針對我國能源資源勘查對地球電磁特性大深度高分辨的探測需求，物化探所成功研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大功率多功能三維電磁測量系統(tǒng)，填補了國內(nèi)空白，并實現(xiàn)了我國電磁勘探技術(shù)由二維測量向三維測量的跨越式發(fā)展。基于天然電磁場和人工電磁場的傳播特點，創(chuàng)新提出了多種電法(AMT/MT、CSAMT、TDIP、SIP)的三維分布式探測方法；攻克電流精細采樣的大功率發(fā)射、大動態(tài)范圍的陣列分布式測量，以及高精度同步等關(guān)鍵技術(shù)，成功研發(fā)了大功率多功能的電磁法測量設(shè)備，最大發(fā)射功率達160 kw，最大電流為100 A；通過研究抗干擾數(shù)據(jù)采集、處理與帶地形的電磁二、三維正反演解釋方法，開發(fā)集成了實用化國產(chǎn)多功能三維電磁軟件，當以50 Hz為主的環(huán)境電磁干擾超過測量有效信號1 000倍時，仍可獲取可靠的電性信息[5-7]。近年來在資源能源勘查、三維地質(zhì)填圖、深部結(jié)構(gòu)探測等領(lǐng)域開展了廣泛的應(yīng)用示范，取得顯著成效。相關(guān)研究成果獲國土資源部科技進步二等獎和中國地質(zhì)調(diào)查局科技進步二等獎。

1.4 全區(qū)多源電磁探測技術(shù)

為解決可控源電磁法固有的場源效應(yīng)、靜態(tài)位移影響，以及CSAMT因限于“遠區(qū)”觀測而深度受限等問題，研究了全區(qū)多源觀測方法，以及靜態(tài)位移改正、電磁場直接反演等數(shù)據(jù)處理與解釋技術(shù)，創(chuàng)新形成了全區(qū)多源電磁探測方法(MSEM)。作為一種新型的人工源頻率域電磁勘探方法，突破了傳統(tǒng)可控源電磁測深法的場源效應(yīng)畸變和靜態(tài)位移影響等，增強了觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，提升了勘探深度和精度，使得可控源電磁法探測深度從傳統(tǒng)方法的1 500 m提升到5 000 m。研發(fā)方法技術(shù)獲國家發(fā)明專利3項，支撐我國多金屬礦產(chǎn)、地?zé)?、頁巖氣等能源資源勘探開發(fā)取得重要進展，如在河北省博野縣建議的地?zé)峥捉沂镜貙优c推斷地層吻合良好，在3 240 m～4 007 m見到溫度為135℃的地下熱水，單井可供暖面積超過25×104m2。

1.5 大透距地下電磁波層析成像系統(tǒng)

地下電磁波法是在鉆孔或坑道中，利用介質(zhì)對電磁波傳播造成的振幅衰減或時間延遲異常，來探測地下目標體的一種地下物探方法。物化探所從1959年就開始了地下電磁波法儀器與方法技術(shù)研究，使我國躋身開展地下電磁波層析成像技術(shù)研究與應(yīng)用最早的國家之一。在國家“863”課題、國土資源公益性行業(yè)科研專項、地質(zhì)調(diào)查等項目的資助下，物化探所攻關(guān)深井電磁波大功率發(fā)射、高靈敏度接收及耐高溫高壓技術(shù)，研發(fā)了集軟硬件一體的大透距地下電磁波層析成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)發(fā)射機輸出功率由10 W提高到100 W，接收機靈敏度提升到0.1 V，耐溫、耐壓分別達到85℃、25 MPa，探測深度增加到2 000 m，實現(xiàn)了大功率發(fā)射和高靈敏度接收，在中高電阻率條件下跨孔透距達500 m，主要技術(shù)指標與應(yīng)用水平均達到國際先進水平。在礦產(chǎn)勘查，尤其深部找礦、危機礦山隱伏礦探查中發(fā)揮了重要作用，還廣泛應(yīng)用于煤炭、油氣資源開發(fā)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害防治等國家基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查及重大工程領(lǐng)域。近十年已累計向25家生產(chǎn)單位及科研院所推廣26臺套，相關(guān)成果獲得中國地質(zhì)科學(xué)院2012年度十大科技進展獎、2019年度中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)科技一等獎。

1.6 高靈敏度磁傳器

我國高靈敏度磁場傳感器匱乏，長期依賴國外進口，同時深部地質(zhì)調(diào)查及深部能源、礦產(chǎn)資源勘查急需高靈敏度磁場傳感器。2011年，在國家重大儀器專項和地質(zhì)大調(diào)查項目的支持下，物化探所開展了高溫超導(dǎo)三分量磁測技術(shù)研究和感應(yīng)式磁場傳感器研制，采用阻抗匹配、高頻小信號放大、光電隔離、分格繞制、磁通反饋以及弱信號低噪聲放大等關(guān)鍵技術(shù)，研制了高溫超導(dǎo)三分量磁測系統(tǒng)和系列高靈敏度磁場傳感器，實現(xiàn)了多分量、多頻段、寬頻帶磁場信號測量，性能指標達到(近半數(shù)超過)國外同類產(chǎn)品水平，具有高靈敏度、低噪聲、頻帶寬、防水性好和返修率低的特點，獲得國土資源科學(xué)技術(shù)獎二等獎一項[8-9]。該項技術(shù)在青海、甘肅、新疆等地區(qū)開展了大量工作，獲得了高質(zhì)量的原始數(shù)據(jù)[10]。高靈敏度磁場傳感器的成功研制和應(yīng)用，實現(xiàn)了助推國內(nèi)電磁探測裝備進步、打破國外產(chǎn)品壟斷的明顯成效。

2 創(chuàng)新集成一批有效方法技術(shù)體系

當今世界正處于百年未有之大變局。圍繞新時代地質(zhì)工作面臨的新形勢、新任務(wù)、新需求，物化探所加大地球物理技術(shù)對地質(zhì)調(diào)查工作的支撐力度，優(yōu)化完善傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，加快拓展新應(yīng)用領(lǐng)域，初步構(gòu)建了現(xiàn)代地球物理研發(fā)與應(yīng)用體系。

2.1 礦產(chǎn)資源勘查領(lǐng)域

2.1.1 金屬礦電磁勘探技術(shù)

我國礦區(qū)找礦的目標已指向“第二深度空間”，對當前的礦區(qū)物探方法深部找礦提出了更高的要求。物化探所在國家重點研發(fā)計劃、重大儀器專項、基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查等項目的資助下開展了地面大功率高溫超導(dǎo)瞬變電磁、大功率地-井瞬變電磁、大功率綜合電磁法測量等方法技術(shù)的研究和裝備研制。利用高溫超導(dǎo)瞬變電磁法直接測量磁場，大大提高觀測時間和晚期信噪比將常規(guī)瞬變電磁的探測深度提高50%。地-井瞬變電磁方法采用地面發(fā)射井中接收的裝置形式，傳感器沿鉆孔深入地下更接近于深部目標體，從而提高見礦率和找礦效果。大功率IP測量中，基于傳統(tǒng)的時域激電觀測模式，創(chuàng)新研究了基于全波形采樣的時頻激電多參數(shù)提取的數(shù)據(jù)處理方法，僅一次供電即可提取多種時、頻域激電參數(shù)[11]；CSAMT中，創(chuàng)新研究了場源效應(yīng)畸變和靜態(tài)位移影響校正方法，頻點優(yōu)化、數(shù)字濾波、二/三維正反演等，可有效壓制人文干擾和電性不均勻體造成的靜態(tài)位移等；三維IP/ CSAMT測量可多角度、多細節(jié)顯示地下介質(zhì)電性特征的分布情況，明確電性突變界面的延展狀態(tài)，快速圈定成礦有利區(qū)[12]。利用研發(fā)的高溫超導(dǎo)瞬變電磁、地-井瞬變電磁和綜合電磁法測量系統(tǒng)已經(jīng)在新疆、內(nèi)蒙、云南、青海、西藏、遼寧、吉林地等多個金屬礦區(qū)開展應(yīng)用示范，獲得了良好的應(yīng)用效果[13-16]。

2.1.2 金屬礦地震勘探技術(shù)

在金屬礦資源勘查領(lǐng)域，創(chuàng)新形成了適合我國金屬礦資源特點的深部精細探測地震方法技術(shù)體系。首次提出利用地震散射波尋找塊狀硫化物金屬礦體的新理念，研發(fā)了散射波地震成像新技術(shù)和反演處理新思路，在山東、內(nèi)蒙古以及新疆等地金屬礦勘查中得到了成功應(yīng)用。率先在國內(nèi)開展了高分辨率反射地震與地震層析成像聯(lián)合勘探技術(shù)研究，應(yīng)用地面地震層析成像技術(shù)有效解決了復(fù)雜地質(zhì)條件下高精度速度構(gòu)造問題，研發(fā)的寬頻去噪和礦體追蹤地震處理解釋技術(shù)，降低了金屬礦地震勘探成果的多解性，有效勘探深度達到10 km。該項成果應(yīng)用于新疆喀拉通克銅鎳礦區(qū)，首次在礦區(qū)深部新發(fā)現(xiàn)了隱伏含礦巖體(671.45 m～1 176.25 m)并獲鉆探驗證，對礦區(qū)尋找深部隱伏礦具有重要指導(dǎo)意義。在國內(nèi)首次開展了金屬礦三分量地震試驗研究，突破了三分量金屬礦地震數(shù)據(jù)采集、處理和解釋的關(guān)鍵技術(shù)難點，利用三分量成像技術(shù)對礦體進行了橫向追蹤，利用縱-橫波速度比預(yù)測了巖體巖性，實現(xiàn)了我國深部金屬礦地震勘探技術(shù)的又一突破。

2.1.3 地下及井中地球物理勘探技術(shù)

在深部礦產(chǎn)資源勘查中，深部礦體異常弱、地表干擾嚴重等問題影響了物探工作的效果，地下及井中地球物理探測技術(shù)作為物探勘查技術(shù)的重要組成部分，能夠在鉆孔中實現(xiàn)全方位測量，避開了淺部干擾，更接近地質(zhì)體，具有較高的垂向分辨率，是服務(wù)深部礦產(chǎn)資源勘查，礦體精細定位的重要技術(shù)手段。物化探所是我國井中物探領(lǐng)域的先行者，并通過不斷創(chuàng)新，逐步形成了地下及井中地球物理探測技術(shù)體系。近十幾年來，物化探所研發(fā)的井中物探與測井技術(shù)，從單一方法應(yīng)用，發(fā)展成為包括井中磁測、井中激電、地下電磁波、井中聲波、地-井瞬變電磁和地球物理測井的綜合物探技術(shù)體系，探測深度由1 500 m提升到4 000 m，井中磁測精度由數(shù)百納特提升至30 nT，井中激電發(fā)射功率由10 kW提高到50 kW，地下電磁波跨孔探測距離達數(shù)百米。融合信息化技術(shù)后，形成集硬軟件為一體的地下及井中地球物理探測技術(shù)體系，探測精度和工作效率進一步提高[17-19]。目前，物化探所自主研發(fā)的井中電磁波、井中聲波、地-井瞬變電磁等新型地下物探設(shè)備，推廣應(yīng)用到全國30多個省(區(qū)、市)，已成為我國高質(zhì)量低成本開展科研與生產(chǎn)的利器；地球物理測井在安徽某礦集區(qū)鉆孔1 500 m～1 900 m井段連續(xù)發(fā)現(xiàn)21處強放射性異常，異常段累計厚度達93.02 m，取得了重要地質(zhì)發(fā)現(xiàn)[20]。相關(guān)成果獲2017年度中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)科技一等獎、2018年度國土資源科學(xué)技術(shù)獎一等獎。

2.2 能源資源調(diào)查領(lǐng)域

2.2.1 油氣地球物理勘探技術(shù)

我國油氣對外依存度逐年攀升，能源安全形勢嚴峻，加大油氣資源勘探開發(fā)和增儲上產(chǎn)力度日益迫切。自2008年起，物化探所參加了中國地質(zhì)調(diào)查局新一輪油氣資源戰(zhàn)略調(diào)查與評價工作，在油氣地球物理勘探新技術(shù)、新方法和儀器研發(fā)等方面取得重要進展[21-23]。針對制約火山巖下伏地層成像質(zhì)量的六大因素，創(chuàng)新建立了“兩高、一寬、一長”地震采集技術(shù)和高保真去噪、長排列各向異性處理等精細成像技術(shù)，總結(jié)提出了銀額盆地石炭-二疊系“三套標志層+三個不整合面”的地質(zhì)地球物理識別標志，顯著提高了火山巖覆蓋區(qū)油氣地球物理調(diào)查技術(shù)的應(yīng)用效果[24]。針對復(fù)雜地表、復(fù)雜構(gòu)造區(qū)油氣頁巖氣勘探需求，集成創(chuàng)新了“雙復(fù)雜”區(qū)地球物理勘探技術(shù)，建立了“有線+節(jié)點”聯(lián)合采集的寬線地震探測技術(shù)方法，首次應(yīng)用于柴達木盆地東部取得良好實效；全區(qū)多源電磁測量技術(shù)在硬件和軟件方面得到進一步升級和完善，在長江下游頁巖氣勘探中實現(xiàn)了大深度勘探，成功實現(xiàn)向能源調(diào)查領(lǐng)域應(yīng)用轉(zhuǎn)型。開展了頁巖氣水力壓裂電磁監(jiān)測技術(shù)和微地震監(jiān)測技術(shù)試驗，在川中和長江下游等地區(qū)頁巖氣壓裂監(jiān)測中取得了良好應(yīng)用效果，為非常規(guī)能源開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

2.2.2 陸域凍土區(qū)天然氣水合物地球物理勘探技術(shù)

天然氣水合物資源調(diào)查評價及開發(fā)技術(shù)是當今國際地學(xué)領(lǐng)域的熱點和前沿。自2009年起，在國家863計劃、行業(yè)專項、地質(zhì)調(diào)查項目等支持下，物化探所歷經(jīng)10年進行永久凍土區(qū)天然氣水合物地球物理調(diào)查評價關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。開展了水合物物性特征物理實驗和數(shù)值模擬研究，揭示了低孔低滲硬巖型水合物儲層導(dǎo)熱性、彈性、電性、密度等基礎(chǔ)性質(zhì)的變化規(guī)律、微觀主控因素和響應(yīng)機制；攻克了高速凍土層屏蔽效應(yīng)、可控震源諧波干擾、低信噪比地震數(shù)據(jù)保真處理、水合物藏地震學(xué)識別等技術(shù)難題，建立了凍土區(qū)天然氣水合物地震勘探技術(shù)[25]；攻克了音頻大地電磁場噪聲壓制、“死頻段”數(shù)據(jù)采集、凍土層反演、水合物藏電磁學(xué)識別等技術(shù)難題，建立了凍土區(qū)天然氣水合物電磁勘探技術(shù)[26-27]；創(chuàng)新集成了大深度低頻探地雷達系統(tǒng)，首次將低頻探地雷達技術(shù)應(yīng)用于凍土區(qū)天然氣水合物勘探[28]。建立了水合物藏綜合地球物理識別標志和勘查模型，開發(fā)了凍土區(qū)天然氣水合物儲層識別與參數(shù)評價系統(tǒng)和天然氣水合物成藏預(yù)測系統(tǒng)。提出的建議井位成功鉆獲天然氣水合物實物樣品，方法有效性得到檢驗。在羌塘盆地、南祁連盆地和東北漠河盆地等地區(qū)開展了調(diào)查應(yīng)用，圈定了多處水合物成藏有利遠景區(qū)，為我國陸域天然氣水合物資源調(diào)查評價提供了重要的技術(shù)支撐和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?！扒嗖馗咴谰脙鐾羺^(qū)天然氣水合物地球物理勘探關(guān)鍵技術(shù)”獲2022年中國地球物理科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎。

2.2.3 地?zé)?干熱巖)資源調(diào)查與開發(fā)中的地球物理勘探技術(shù)

地?zé)豳Y源是一種綠色低碳的可再生資源，是未來改變我國能源結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)能源。近年來，物化探所依托地質(zhì)調(diào)查和科技項目，致力于地?zé)峥辈榧夹g(shù)體系的建設(shè)與深井測井儀器的研發(fā)，充分發(fā)揮綜合物探技術(shù)優(yōu)勢，構(gòu)建了基于地震、長周期/寬頻大地電磁與地球物理測井等方法的地?zé)峥辈榉椒夹g(shù)體系，在冀中坳陷區(qū)，特別是雄安新區(qū)的地?zé)豳Y源調(diào)查評價、熱源機制研究、靶區(qū)優(yōu)選、井位建議等方面均取得了優(yōu)質(zhì)成果，高質(zhì)量支撐了京津冀地區(qū)水熱性地?zé)豳Y源與青海共和干熱巖資源調(diào)查。研發(fā)集成了300℃存儲式井溫測井儀、230℃直讀式井溫測井儀、200℃超聲成像測井儀，創(chuàng)新形成了地?zé)?干熱巖)儲層測井評價解釋方法，建立了高溫綜合測井數(shù)據(jù)采集及地?zé)醿訙y井評價技術(shù)體系。完成的共和盆地6口干熱巖井成像測井和綜合評價解釋工作，精準獲取三段壓裂有利層位，有效支撐壓裂方案設(shè)計，相關(guān)成果獲2020年、2021年度中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查十大進展。

2.3 基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域

2.3.1 厚覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖中的地球物理勘探技術(shù)

京津冀地區(qū)是中國的“首都經(jīng)濟圈”，位于平原覆蓋區(qū)。近年來城市國土空間規(guī)劃利用的迫切需求對基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查提出了更高的要求，傳統(tǒng)基巖區(qū)地質(zhì)填圖的手段已不能滿足覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖的需求，急需開展厚覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖方法技術(shù)研究。物化探所承擔(dān)了地質(zhì)調(diào)查項目“永定河沖積平原區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”試點工作，在永定河中下游平原區(qū)涿縣幅等6個1:50 000圖幅內(nèi)開展了地質(zhì)填圖示范。針對平原區(qū)第四系“二元結(jié)構(gòu)”地質(zhì)特征，以及建筑密集、人文干擾強和施工難度大的問題，針對不同地球物理方法特點在工作方法、采集裝置、野外采集參數(shù)、抗干擾數(shù)據(jù)處理和施工時間等方面做出了針對性的改進和調(diào)整。應(yīng)用1:50 000區(qū)域重力調(diào)查、淺層反射地震、大地電磁、瞬變電磁、可控源音頻大地電磁、高密度電法以及綜合測井等物探工作，系統(tǒng)地解決了厚覆蓋區(qū)填圖中涉及的構(gòu)造單元劃分、主要斷裂展布、第四系地層劃分、基巖界面探測、活動斷裂評價和應(yīng)急水源地圈定等問題[29-31]。形成的基礎(chǔ)地質(zhì)圖件為京津冀地區(qū)經(jīng)濟建設(shè)和基礎(chǔ)地質(zhì)科學(xué)問題研究提供了新資料，總結(jié)評價了物探方法技術(shù)在填圖問題解決中的作用和效果，形成了一套可供推廣應(yīng)用的厚覆蓋區(qū)物化探填圖方法技術(shù)組合，為我國基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查提供了實用的勘查技術(shù)支撐。在2021年度全國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查優(yōu)秀圖幅展評中，“宮村幅”入選優(yōu)秀圖幅。

2.3.2 海岸帶地質(zhì)填圖中的地球物理勘探技術(shù)

灘淺海區(qū)屬海陸過渡地帶，陸地和海洋地質(zhì)調(diào)查工作均無法有效地在此類區(qū)域開展工作， 造成灘淺海區(qū)地質(zhì)調(diào)查工作不足，形成海陸地質(zhì)調(diào)查統(tǒng)籌管理工作的缺失環(huán)節(jié)。2016年開始至今，物化探所依托中國地質(zhì)調(diào)查項目和基本科研業(yè)務(wù)費在灘淺海區(qū)進行了大量地球物理調(diào)查工作，研發(fā)了適用的勘探技術(shù)，針對灘淺海獨特的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查需求，對灘淺海區(qū)進行地質(zhì)填圖，取得了較顯著的成果[32-34]。研發(fā)了拖拽式淺層反射地震勘探系統(tǒng)和τ-p域反褶積處理技術(shù)，提高了勘探精度和工作效率。改造了音頻大地電磁儀器裝備，解決了海水腐蝕、水中穩(wěn)定和實時定位、電磁場畸變等技術(shù)問題，研發(fā)了拖拽式音頻大地電磁數(shù)據(jù)采集技術(shù)和校正處理技術(shù)，有效填了陸海過度帶的調(diào)查技術(shù)空白和基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查空白，實現(xiàn)了陸海數(shù)據(jù)一體化采集和處理解釋。集成研發(fā)了無人機水平橫向梯度測量系統(tǒng)，提高了磁測數(shù)據(jù)的水平橫向分辨能力，并首次在灘涂區(qū)取得了成功應(yīng)用。綜合梳理總結(jié)了地球物理基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查的技術(shù)組合，針對調(diào)查的不同地質(zhì)目標體，形成了高效、高精度的地球物理技術(shù)方法組合，進而形成了服務(wù)與基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查的灘淺海區(qū)綜合地球物理調(diào)查技術(shù)體系，為陸海統(tǒng)籌地質(zhì)調(diào)查提供了海陸過渡地帶的地質(zhì)調(diào)查技術(shù)支撐。

2.3.3 區(qū)域地球物理調(diào)查技術(shù)

近年來，為了更好地發(fā)揮區(qū)域地球物理的基礎(chǔ)性、先行性作用，物化探所依托地質(zhì)調(diào)查工程、國土資源公益性行業(yè)科研專項等組織開展了1:1 000 000區(qū)域大地電磁測深，為我國區(qū)域地球物理調(diào)查增添了一項新的調(diào)查參數(shù)。編制形成了《1:1 000 000區(qū)域大地電磁調(diào)查技術(shù)指南》，開展了大地電磁數(shù)據(jù)去噪、反演方法技術(shù)研究，形成了搭載國際主流反演程序的三維大地電磁測深反演處理平臺，基本形成了一套涵蓋“數(shù)據(jù)采集-數(shù)據(jù)處理-地質(zhì)解譯”的區(qū)域大地電磁測深方法技術(shù)體系，并為多個公益性、基礎(chǔ)性調(diào)查項目提供了計算服務(wù)[35-37]。組織完成了華南地區(qū)、松遼盆地、銀額盆地及四川盆地南部等地區(qū)1:1 000 000區(qū)域大地電磁測量工作，覆蓋陸域國土面積達110×104km2，獲得了這些地區(qū)巖石圈三維電性結(jié)構(gòu)模型，在深部結(jié)構(gòu)和成礦成藏背景等方面取得了一些重要發(fā)現(xiàn)和認識[38-40]。積極推進區(qū)域重力調(diào)查由造山帶向含油氣盆地拓展，累計完成1:250 000區(qū)域重力調(diào)查143×104km2，研發(fā)了重力三維快速約束反演算法[41]，初步建立了多地球物理方法綜合識別隱伏斷裂技術(shù)，在構(gòu)建三維精細結(jié)構(gòu)模型、深化盆山耦合關(guān)系研究等方面發(fā)揮了積極作用。

2.4 工程環(huán)境調(diào)查監(jiān)測領(lǐng)域

2.4.1 城市地下空間調(diào)查與開發(fā)利用中的地球物理勘探技術(shù)

隨著我國城市化進程的加速，城市建設(shè)開始由地表轉(zhuǎn)向地下。開展地下空間資源調(diào)查，摸清地下空間資源底數(shù)，既是國家戰(zhàn)略的客觀需求，也是服務(wù)民生的重要保障。依托地質(zhì)調(diào)查項目與基本科研業(yè)務(wù)費，針對物探方法在城市地下空間調(diào)查中面臨的諸多挑戰(zhàn)，物化探所創(chuàng)新研發(fā)基于層剝離的Laplace-Fourier域多尺度全波形反演方法，有效克服實測數(shù)據(jù)缺少低頻信息的問題；發(fā)展地震和大地電磁同步聯(lián)合反演方法，同時提高地震反演精度與電阻率異?？坍嬀?；研發(fā)多電磁法數(shù)據(jù)聯(lián)合反演技術(shù)，在保證淺部探測分辨率的基礎(chǔ)上獲得了深部電性信息；研發(fā)水上拖曳式瞬變電磁系統(tǒng)、解決了水上實時定位、連續(xù)采集技術(shù)難題[42]。在雄安新區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查工作中，物化探所應(yīng)用創(chuàng)新成果，充分發(fā)揮各方法特點，針對不同地質(zhì)問題進行有機結(jié)合，開展鉆孔-地震-重磁電逐級標定解釋，實現(xiàn)點-線-面綜合解譯，精準推斷地層結(jié)構(gòu)及構(gòu)造形態(tài)，獲取地下萬米地質(zhì)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了新區(qū)“淺-中-深”不同尺度三維可視化地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，有力支撐城市水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查，為雄安新區(qū)規(guī)劃建設(shè)、地下空間利用提供了可靠依據(jù)[43-44]。

2.4.2 地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的地球物理勘探技術(shù)

我國是地質(zhì)災(zāi)害最嚴重的國家之一，其中滑坡災(zāi)害危害尤為突出。滑坡體地球物理探測方面的研究還存在許多薄弱環(huán)節(jié)，特別是缺少快速可靠圈定滑坡體規(guī)模和探測滑坡體精細結(jié)構(gòu)的技術(shù)方法。物化探所從2020年開始，陸續(xù)開展了南方地區(qū)典型滑坡地球物理調(diào)查研究、西南地區(qū)典型滑坡三維速度結(jié)構(gòu)與災(zāi)害風(fēng)險評價研究和國家自然科學(xué)基金面上項目“土質(zhì)滑坡體淺地表結(jié)構(gòu)主動源和被動源聯(lián)合成像研究”，針對滑坡地質(zhì)災(zāi)害探測的關(guān)鍵技術(shù)開展攻關(guān)。突破了空中寬頻傳感器繞制工藝、收發(fā)高精度同步等關(guān)鍵技術(shù)，解決了接收機降噪、傳感器失穩(wěn)等飛行平臺改裝難題，研發(fā)成功基于旋翼無人機的回線源地空瞬變電磁系統(tǒng)，并在重慶彭水、貴州六盤水、廣西河池等地開展了應(yīng)用試驗，獲得了良好應(yīng)用效果，相關(guān)成果已申請11項國家發(fā)明和實用新型專利[45]。

3 構(gòu)建地球物理勘查技術(shù)標準體系

我國自上世紀90年代開始制定地球物理勘查技術(shù)標準，經(jīng)過30多年幾代人不懈地努力，使地球物理勘查技術(shù)標準從零散到成系列，逐步形成重磁測量技術(shù)標準、電法測量技術(shù)標準、地震測量技術(shù)標準、測井及井中地球物理勘查標準、地球物理綜合方法應(yīng)用標準等5個門類。不同層次、配套齊全、適應(yīng)空中-地面-地下立體探測的技術(shù)標準體系[A]，涵蓋地球物理勘查技術(shù)標準61項，其中國家標準5項、行業(yè)標準53項、中國地質(zhì)調(diào)查局標準3項。這些標準中，由物化探所牽頭或參與制修訂的標準共25項。近年來，物化探所在地球物理勘查技術(shù)標準制修訂方面取得累累碩果，出臺多項在業(yè)內(nèi)有影響的行業(yè)標準[B]，研制了無人機航空磁測、天然場音頻大地電磁法、可控源音頻大地電磁法、鉆孔電磁波法、地-井瞬變電磁法等一批新方法新技術(shù)標準；制修訂了地球物理勘查術(shù)語、技術(shù)符號、圖式圖例及色標、巖礦石標本物性測量等學(xué)科通用標準；更新了大地電磁測深法、區(qū)域重力調(diào)查、電阻率剖面法、自然電場法、充電法等一批老標準，極大提升了標準適應(yīng)性，為我國地球物理勘查技術(shù)方法體系不斷完善和新方法新技術(shù)推廣發(fā)揮了重要作用。

4 信息化建設(shè)取得進展

近年來，物化探所信息化建設(shè)實現(xiàn)快速發(fā)展，通過 “地球物理地球化學(xué)數(shù)據(jù)集成與服務(wù)”、“地質(zhì)大數(shù)據(jù)支撐平臺建設(shè)”等地質(zhì)調(diào)查項目和基本科研業(yè)務(wù)費的資助，在信息化基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)研發(fā)等方面取得了一系列突出進展。建成了地質(zhì)云物化探所分節(jié)點，搭建了物化探數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)，構(gòu)建了多專業(yè)、多要素的物化探數(shù)據(jù)“一張圖”，建立了重力、電磁法、地震探測、測井、巖石物性、區(qū)域地球化學(xué)、土地質(zhì)量地球化學(xué)等地球科學(xué)核心數(shù)據(jù)庫。累計共享發(fā)布物化探數(shù)據(jù)服務(wù)300余個、地質(zhì)信息服務(wù)產(chǎn)品1 400余個，范圍覆蓋全國90%陸域面積，數(shù)據(jù)量達100 GB，提供下載服務(wù)6.6×104余次，有力地支撐了資源能源勘查、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、土地利用規(guī)劃、特色土地資源開發(fā)和污染土地整治修復(fù)等工作。相關(guān)成果獲中國地質(zhì)調(diào)查局、中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)調(diào)查十大進展2項、地質(zhì)科技十大進展2項、地理信息科技進步二等獎1項。

物化探數(shù)據(jù)處理新方法、新技術(shù)和軟件開發(fā)工作成果斐然，在國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項、“863”課題、地質(zhì)調(diào)查等項目資助下，自主研發(fā)形成了“電法工作站軟件系統(tǒng)”“三維電磁測量數(shù)據(jù)處理與反演軟件系統(tǒng)”“重、磁數(shù)據(jù)三維交互反演系統(tǒng)”“金屬礦地下物探數(shù)據(jù)處理解釋系統(tǒng)”等軟件系統(tǒng)，覆蓋了重、磁、電等數(shù)據(jù)預(yù)處理到反演成像等實用化功能，并應(yīng)用到能源與礦產(chǎn)資源勘查、基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域，為地質(zhì)解譯提供了強有力支撐，向全國的地調(diào)、煤田、冶金、石油、核工業(yè)等部門的生產(chǎn)單位以及有關(guān)院校、院所、地質(zhì)儀器廠等單位推廣400余套，在實際應(yīng)用中取得了較好的效果。

5 發(fā)展趨勢與展望

綜上所述，在科技部、自然資源部、中國地質(zhì)調(diào)查局持續(xù)支持下，依托國家科技和地質(zhì)調(diào)查項目，物化探所在地球物理技術(shù)研發(fā)和儀器裝備研制方面形成了一批重要成果，構(gòu)建了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“航空-地面-地下”地球物理立體探測技術(shù)體系，取得了服務(wù)能源與礦產(chǎn)資源勘查、基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、工程與環(huán)境調(diào)查等領(lǐng)域的良好應(yīng)用成效，形成了一批國內(nèi)外有一定影響力的優(yōu)勢研究領(lǐng)域和方向，為推動我國地球物理學(xué)科建設(shè)和勘查地球物理事業(yè)發(fā)展起到了重要作用。面對國家和時代發(fā)展的需要，物化探所勘查地球物理事業(yè)發(fā)展將堅持守正創(chuàng)新，既要傳承，又要創(chuàng)新。對照國內(nèi)外勘查地球物理前沿進展與現(xiàn)實差距，未來在技術(shù)創(chuàng)新上要向深部探測和淺部精細精準探測并重發(fā)展，在探測方式上要從二維、三維探測向立體探測乃至?xí)r空探測發(fā)展，在工作范式上要加快地球物理大數(shù)據(jù)和智能化應(yīng)用并向基于知識和機器的預(yù)測發(fā)展。

“十四五”期間，物化探所將圍繞國家需求，堅持使命導(dǎo)向，聚焦支撐國家能源資源安全保障、服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)和自然資源管理中心工作，攻克一批勘查地球物理探測關(guān)鍵核心技術(shù)裝備；加快勘查地球物理技術(shù)與大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的融合發(fā)展，推進具備大數(shù)據(jù)管理、智能識別與分析能力的地球物理數(shù)值模擬預(yù)測技術(shù)研究；進一步加大國內(nèi)、外開放合作，推動依托物化探所建設(shè)運行的國家現(xiàn)代地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心、自然資源部地球物理電磁法探測技術(shù)重點實驗室、中國地質(zhì)調(diào)查局陸域地球物理研究中心聚力發(fā)展，打通數(shù)據(jù)獲取、基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新鏈條，探索構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研用高效協(xié)同的新機制，為我國勘查地球物理事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展做出新的貢獻。