黃大年，于 平，底青云，郭子祺，林 君，孫友宏，徐學(xué)純

1.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130026 2.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029 3.中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所，北京 100101 4.吉林大學(xué)儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130026 5.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130026 6.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130061

地球深部探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)裝備研發(fā)現(xiàn)狀及趨勢(shì)

黃大年1，于 平1，底青云2，郭子祺3，林 君4，孫友宏5，徐學(xué)純6

1.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130026 2.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029 3.中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所，北京 100101 4.吉林大學(xué)儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130026 5.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130026 6.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130061

地球深部探測(cè)技術(shù)裝備為實(shí)施國(guó)家地殼探測(cè)工程戰(zhàn)略計(jì)劃、揭示地球深部奧秘提供技術(shù)保障，其發(fā)展水平將決定在遼闊的國(guó)土和海洋區(qū)域大面積、大深度獲取數(shù)據(jù)和信息的能力。瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿裝備技術(shù)，從國(guó)家高科技發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)，針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的探測(cè)能力和效率，自主研發(fā)深部探測(cè)儀器裝備。基于研究現(xiàn)狀和基礎(chǔ)，從6個(gè)關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展工作，分階段落實(shí)探測(cè)工程戰(zhàn)略計(jì)劃，迅速提升整體技術(shù)水平。通過(guò)跨部門聯(lián)合建設(shè)研發(fā)基地、匯集優(yōu)秀人才、培訓(xùn)人員，引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外高端產(chǎn)品技術(shù)，加速完善自主創(chuàng)新、產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的發(fā)展模式，迅速改變我國(guó)深探儀器裝備長(zhǎng)期依賴進(jìn)口局面，在較短時(shí)期內(nèi)完成從起步到成熟階段的跨越式發(fā)展。

深部探測(cè)；技術(shù)裝備；引進(jìn)；自主創(chuàng)新

0 前言

地殼探測(cè)工程的主要目標(biāo)是了解地球深部構(gòu)造和物質(zhì)成分分布及演化規(guī)律，由此推斷解釋其對(duì)淺層地殼活動(dòng)的影響，包括能源和礦產(chǎn)資源分布規(guī)律以及地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的原因和預(yù)警、預(yù)防措施。探測(cè)裝備通過(guò)采用最先進(jìn)的技術(shù)，獲取高精度的數(shù)據(jù)和構(gòu)建分析依據(jù)，推動(dòng)人類對(duì)地球的認(rèn)知水平向更深層次發(fā)展。基于目前探測(cè)技術(shù)發(fā)展所提供的手段和能力，可以有效實(shí)現(xiàn)的階段性科學(xué)目標(biāo)包括：建立空天—地面—深部—海域的立體探測(cè)、觀測(cè)技術(shù)方法體系和超級(jí)地球模擬器平臺(tái)；構(gòu)建對(duì)地探測(cè)與觀測(cè)全球網(wǎng)絡(luò)體系，提供基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)；尋找深部能源“新區(qū)”、礦產(chǎn)資源“新空間”，保障資源可持續(xù)供應(yīng)；揭示大陸地殼、巖石圈結(jié)構(gòu)，提高對(duì)內(nèi)動(dòng)力作用把握，提升自然災(zāi)害預(yù)警、預(yù)報(bào)能力；同時(shí)，探索解決CO2地質(zhì)儲(chǔ)存、核廢料地質(zhì)處置的新途徑，發(fā)展地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，形成了一攬子實(shí)施方案，即國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)頂層設(shè)計(jì)，跨部門聯(lián)合國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)科研力量，分階段推進(jìn)完成攻關(guān)目標(biāo)任務(wù)。在此框架下，中國(guó)地殼深部探測(cè)工程從2008年開(kāi)始，由國(guó)土資源部組織實(shí)施、中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院牽頭管理，已經(jīng)在遼闊的國(guó)土區(qū)域分階段全面展開(kāi)，并向海域延伸。目前，已經(jīng)基本完成“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)”（英文簡(jiǎn)稱：SinoProbe）階段任務(wù)，基本實(shí)現(xiàn)了經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)和人才儲(chǔ)備的階段性目標(biāo)，為下階段地殼探測(cè)工程的全面開(kāi)展提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和技術(shù)支撐［1－2］。

根據(jù)中國(guó)大陸地質(zhì)構(gòu)造格局，部署了大面積臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)、超長(zhǎng)和超深探測(cè)剖面以及深鉆和超深鉆驗(yàn)證工程，覆蓋和跨越了主要地質(zhì)構(gòu)造單元。骨干性超長(zhǎng)和超深探測(cè)剖面縱橫連續(xù)穿越不同地塊邊界和造山帶以及關(guān)鍵構(gòu)造帶，控制了典型地質(zhì)活動(dòng)區(qū)帶、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)區(qū)以及重要含油氣盆地與大型礦集區(qū)。通過(guò)采用能夠反映地下精細(xì)結(jié)構(gòu)的地震探測(cè)儀器裝備實(shí)現(xiàn)深地震反射、折射、寬頻帶數(shù)據(jù)采集和處理解釋。同時(shí)結(jié)合重、磁和大地電磁等地球物理聯(lián)合深部探測(cè)技術(shù)，并輔助應(yīng)用大面積地球化學(xué)、遙感等淺層探測(cè)手段，構(gòu)成海量和多元信息數(shù)據(jù)綜合分析基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。在海量和多元信息基礎(chǔ)上，精細(xì)了解中國(guó)大陸典型地域的三維結(jié)構(gòu)、格架與圖像，揭示巖石圈與軟流圈等層圈與更深部地幔之間的相互作用和規(guī)律（圖1）［3－5］。

探測(cè)裝備技術(shù)的先進(jìn)性和科學(xué)組合將決定獲取數(shù)據(jù)的信息程度、精確程度、探測(cè)效率、應(yīng)用條件以及對(duì)實(shí)現(xiàn)地殼探測(cè)工程目標(biāo)所提供的技術(shù)保障程度。長(zhǎng)期以來(lái)，深部探測(cè)儀器裝備技術(shù)一直依賴進(jìn)口，并按照勘探任務(wù)需求和特定應(yīng)用條件制定進(jìn)口方案。這些引進(jìn)技術(shù)可以針對(duì)來(lái)自地球深部的磁、電和聲波等地球物理現(xiàn)象進(jìn)行探測(cè)分析，在揭示地球深部奧秘的SinoProbe 8個(gè)地學(xué)工程項(xiàng)目中扮演著積極的作用。應(yīng)用過(guò)程中，我國(guó)科技人員積累和掌握了大量的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)；同時(shí)也意識(shí)到，實(shí)現(xiàn)深部探測(cè)工程目標(biāo)需要專門的技術(shù)組合支撐，對(duì)裝備的先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性和需求量要求更大，維護(hù)成本更高。中國(guó)作為國(guó)土疆域遼闊、能源和資源需求大國(guó)，不可能長(zhǎng)期依賴裝備技術(shù)進(jìn)口，應(yīng)該具有自主研發(fā)關(guān)鍵儀器裝備的戰(zhàn)略性思考、推動(dòng)和落實(shí)。從國(guó)家高科技發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)出發(fā)，制定國(guó)產(chǎn)裝備發(fā)展計(jì)劃，適應(yīng)勘探對(duì)象、手段和應(yīng)用條件等實(shí)際需求，迅速提升儀器裝備研發(fā)的基礎(chǔ)能力和整體技術(shù)水平。我國(guó)的“深部探測(cè)關(guān)鍵儀器裝備研制與實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目（SinoProbe－09）在此背景下應(yīng)運(yùn)而生，計(jì)劃為SinoProbe 8個(gè)工程項(xiàng)目和其他相關(guān)探測(cè)工程領(lǐng)域提供裝備技術(shù)支撐。經(jīng)過(guò)兩年多的努力，SinoProbe－09研發(fā)人員在學(xué)習(xí)和掌握國(guó)外先進(jìn)裝備技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐漸形成了按照先進(jìn)裝備制造要求建立的研發(fā)基地和人才梯隊(duì)。實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目和工程樣機(jī)研制如期推進(jìn)，關(guān)鍵核心部件研制獲得了突破性進(jìn)展，縮短了與國(guó)際一流儀器裝備技術(shù)產(chǎn)品的距離。

圖1 “地殼深部探測(cè)工程”第一階段（2008—2012）任務(wù)——“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)’工作部署Fig.1 Work arrangement of the initial phase of SinoProbe—deep exploration technology and experimentation

1 深部探測(cè)儀器裝備技術(shù)組合

目前了解地球深部信息的主要途徑是通過(guò)獲取和分析地球重力場(chǎng)、磁力場(chǎng)、電磁場(chǎng)、地溫場(chǎng)、放射性能譜、光波和地震波等地球物理現(xiàn)象以及深部科學(xué)鉆探帶來(lái)的實(shí)物驗(yàn)證數(shù)據(jù)，解釋和推斷產(chǎn)生這些現(xiàn)象的深部地質(zhì)對(duì)象物理屬性和分布規(guī)律。其中，依據(jù)地震學(xué)原理組織的探測(cè)方案仍然是主要探測(cè)手段，被稱為深部探測(cè)的技術(shù)先鋒。美國(guó)COCORP［6］、英國(guó)BIRPS計(jì)劃［7］、澳大利亞 GLASS EARTH 計(jì)劃［8］、加拿大的 LITHOPROBE［9］均將基于地震波原理分析技術(shù)作為探測(cè)布署的重點(diǎn)探測(cè)手段，形成的解釋模型和參數(shù)為揭示地下構(gòu)造和物質(zhì)屬性提供了重要依據(jù)。針對(duì)深層探測(cè)特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用了“深地震反射剖面法”，還配套進(jìn)行“寬角反射與折射地震剖面法”和“寬頻帶數(shù)字地震移動(dòng)臺(tái)站法”。在實(shí)現(xiàn)地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)探測(cè)任務(wù)過(guò)程中，3種方法組合應(yīng)用，共同揭示整個(gè)深部結(jié)構(gòu)圖像與變化，追蹤深部過(guò)程。針對(duì)深層地質(zhì)構(gòu)造和屬性的復(fù)雜性，其他非震勘探方法，如大地電磁測(cè)深、大面積和高精度重力和磁力測(cè)量、大地?zé)崃鞯确椒ㄍǔＷ鳛橹匾妮o助手段，對(duì)巖石圈密度、磁性以及電性等綜合物理屬性研究，揭示深部構(gòu)造區(qū)域性背景以及斷裂和接觸帶等特殊部位的精細(xì)結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)單一地震技術(shù)組合帶來(lái)的局限性和多解性。相比較而言，地震方法在界面成像技術(shù)和局部構(gòu)造精細(xì)識(shí)別和劃分方面存在很大優(yōu)勢(shì)；但是，由于應(yīng)用成本高，難以用于圈定大區(qū)域油氣藏遠(yuǎn)景和構(gòu)造，尤其是應(yīng)用在鹽丘、火山巖等弱信號(hào)區(qū)時(shí)，則難以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。而非震方法基于諸如巖石密度和傳播速度等屬性間的內(nèi)在聯(lián)系，在改進(jìn)地震弱信號(hào)解釋圖像、圈定大面積儲(chǔ)油氣構(gòu)造以及正反演地質(zhì)體方面有著獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)；其客觀存在的反演多解性問(wèn)題可以通過(guò)地震資料的約束得到有效控制。經(jīng)驗(yàn)表明，現(xiàn)有探測(cè)能力通常以地震探測(cè)技術(shù)為先導(dǎo)，同時(shí)融合其他方法技術(shù)，形成面向共同的地質(zhì)對(duì)象實(shí)施多元參數(shù)定量綜合分析解釋。并由此發(fā)展基于數(shù)據(jù)處理、分析、建模和管理多功能融為一體的地學(xué)軟件分析平臺(tái)，將不同方法技術(shù)提供的信息以及領(lǐng)域?qū)＜覅⑴c的解釋過(guò)程融為一體，實(shí)現(xiàn)相互間約束和參數(shù)調(diào)整，提高解釋精度，減小勘探風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)提高探測(cè)儀器精度，并對(duì)傳統(tǒng)探測(cè)技術(shù)方法實(shí)施組合，對(duì)成果進(jìn)行有機(jī)融合，可以有效加深對(duì)地球深部結(jié)構(gòu)和演化規(guī)律的認(rèn)知。由此，儀器裝備研發(fā)方向必將圍繞現(xiàn)有研發(fā)能力和探測(cè)技術(shù)組合進(jìn)行策劃并逐步完善和展開(kāi)。

根據(jù)上述方法技術(shù)特點(diǎn)和勘探實(shí)施方式，深部探測(cè)關(guān)鍵儀器裝備的研發(fā)方向可分為地面探測(cè)、快速移動(dòng)航空探測(cè)、鉆井取樣驗(yàn)證以及海量和多元數(shù)據(jù)處理分析一體化軟件平臺(tái)。針對(duì)地面定點(diǎn)觀測(cè)方式和復(fù)雜地形條件，發(fā)展地震勘探系統(tǒng)和大地電磁勘探系統(tǒng)；針對(duì)航空搭載快速移動(dòng)探測(cè)方式，發(fā)展高效率和高精度的航空重力、磁力、電磁法勘探系統(tǒng)；針對(duì)深部和萬(wàn)米超深科學(xué)鉆探驗(yàn)證方式，充分利用國(guó)家工業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)集成條件，突破多種工程極限瓶頸，發(fā)展大功率大陸科學(xué)鉆探系統(tǒng)；針對(duì)多種方法驗(yàn)證和數(shù)據(jù)集成、分析環(huán)境，發(fā)展面向地質(zhì)模型綜合研究一體化軟件平臺(tái)；針對(duì)儀器研發(fā)指標(biāo)、實(shí)用化和規(guī)范化管理要求，建設(shè)探測(cè)儀器裝備野外實(shí)驗(yàn)與示范基地。

1.1 綜合研究一體化軟件平臺(tái)（SinoProbe－09－01）

面向三維的地質(zhì)模型，將海量數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理和反演解釋技術(shù)、數(shù)據(jù)融合和建模方法等功能，按照高效率的工作流程方案融為一體，是當(dāng)代軟件的研發(fā)方向。目前，西方發(fā)達(dá)國(guó)家占據(jù)大型地學(xué)軟件研發(fā)和銷售市場(chǎng)，形成壟斷地位。在石油軟件領(lǐng)域，斯倫貝謝公司通過(guò)兼并整合其他軟件公司，發(fā)展了一系列軟件處理平臺(tái)，如 Petrel、GeoFrame、Omega2、ProSource、TechLog等；在石油勘探和油藏領(lǐng)域，整合了廣泛使用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理、數(shù)據(jù)處理解釋、三維可視化、建模和儲(chǔ)層橫向預(yù)測(cè)等先進(jìn)軟件技術(shù)。CGGVeritas公司作為有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，也推出具有特色的相關(guān)軟件。在二者引領(lǐng)下，形成市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展的良性格局。在非震數(shù)據(jù)處理解釋領(lǐng)域，Geosoft公司經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，推出了針對(duì)電、磁、重以及GIS等非地震數(shù)據(jù)相融合的處理分析系統(tǒng)，著重于高精度海量數(shù)據(jù)處理與信息提取，并支持解釋處理。國(guó)內(nèi)勘探軟件研發(fā)幾乎與國(guó)外同時(shí)起步，真正的市場(chǎng)化研究和產(chǎn)品化推出始于20世紀(jì)90年代初，初步形成研發(fā)高潮和規(guī)模。圍繞油藏技術(shù)服務(wù)支持方向，我國(guó)三大石油公司為此投入了大量資金和開(kāi)發(fā)資源，對(duì)基地建設(shè)、人才培養(yǎng)和產(chǎn)品研發(fā)形成有力支持。中石油BGP經(jīng)過(guò)20年的研發(fā)，在GRIstation和GRISYS基礎(chǔ)上，推出了二者合為一體的GeoEast地震資料處理和解釋軟件系統(tǒng)，并在行業(yè)內(nèi)推廣使用［10］。中石化南京物研院經(jīng)過(guò)10多年的研發(fā)也推出了大型地震解釋系統(tǒng)NEWS，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)研制了NEWS油藏綜合解釋系統(tǒng)，在實(shí)用性和穩(wěn)定性方面有突破性進(jìn)展［11］。然而，GeoEast和NEWS都基于石油行業(yè)應(yīng)用軟件的功能開(kāi)發(fā)，大量軟件內(nèi)容繼承了早期基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)思想和功能框架，以致于后續(xù)研發(fā)受控于早期研發(fā)所缺乏的系統(tǒng)化考慮以及軟件平臺(tái)技術(shù)支撐，容易遭遇軟件系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中穩(wěn)定性、兼容性和擴(kuò)充效率等方面的常見(jiàn)“硬傷”。在油氣專業(yè)軟件應(yīng)用轉(zhuǎn)向深探領(lǐng)域的過(guò)程中，由于兼容性的限制，難以針對(duì)特定研究目標(biāo)進(jìn)行功能重組和有效調(diào)整。

在實(shí)驗(yàn)研究階段，SinoProbe－09－01項(xiàng)目通過(guò)引進(jìn)和自主研發(fā)軟件平臺(tái)（“紅藍(lán)軍”）兩條路線，瞄準(zhǔn)當(dāng)代軟件發(fā)展方向，研發(fā)綜合研究一體化軟件平臺(tái)，為深部探測(cè)綜合信息集成與分析提供技術(shù)支撐。研發(fā)思想是：針對(duì)應(yīng)用于油氣勘探的地震數(shù)據(jù)處理分析軟件進(jìn)行應(yīng)用目標(biāo)轉(zhuǎn)向技術(shù)改造，完善高端平臺(tái)服務(wù)于深探需求的多功能聯(lián)合；同時(shí)，強(qiáng)化研發(fā)和應(yīng)用2類人員的系統(tǒng)化訓(xùn)練和經(jīng)驗(yàn)積累，規(guī)范軟件產(chǎn)品研發(fā)指標(biāo)管理，加速跟進(jìn)國(guó)外軟件發(fā)展步伐。具體方案為：在“紅藍(lán)軍”高端軟件平臺(tái)上，面向深探任務(wù)需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，將電、磁、重、震、井?dāng)?shù)據(jù)處理分析融為一體，實(shí)現(xiàn)插件、跨平臺(tái)和超算功能，有效融合深探數(shù)據(jù)的多元信息以及分析過(guò)程中所需的計(jì)算機(jī)超算能力硬件資源。研發(fā)內(nèi)容包括：硬件環(huán)境、操作系統(tǒng)等操作環(huán)境要素；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、通用組件研發(fā)和數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域組件研發(fā)等技術(shù)層面支撐；綜合處理解釋系統(tǒng)應(yīng)用層和人機(jī)交互層設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)近兩年的努力，完成了框架設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)部件的研發(fā)測(cè)試，初步具備了國(guó)際高端軟件產(chǎn)品研發(fā)的基礎(chǔ)和能力，階段產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果令人鼓舞（圖2）。

1.2 大功率地面電磁系統(tǒng)（SinoProbe－09－02）

圖2 自主研發(fā)的針對(duì)深部探測(cè)海量和多元數(shù)據(jù)的處理、分析和融合一體化軟件平臺(tái)視窗Fig.2 Zndeperdent developed all－in－one software interface facing huge and multiple data processing，analysis and merging of deep exploration

地球電磁特性測(cè)量技術(shù)是了解深部電性物理結(jié)構(gòu)和尋找金屬礦藏的重要手段，提高探測(cè)深度和分辨率是當(dāng)今電磁儀的發(fā)展方向。目前，我國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查普遍使用的高端地面電磁系統(tǒng)幾乎全是進(jìn)口，主要以加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8系列產(chǎn)品為代表，核心技術(shù)受制于人。由此造成針對(duì)深探項(xiàng)目實(shí)施所需的大批量、大面積、大功率、大深度技術(shù)改造以及相關(guān)技術(shù)保障遭遇重重困難。在實(shí)驗(yàn)研究階段，SinoProbe－09－02項(xiàng)目組從基礎(chǔ)研發(fā)入手，明確攻關(guān)方向，以突破磁芯材料和低頻微弱信號(hào)檢測(cè)等磁傳感器的關(guān)鍵技術(shù)為核心，推動(dòng)感應(yīng)式寬頻帶磁傳感器原理樣機(jī)研制；同時(shí)針對(duì)大功率發(fā)射、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等系列部件開(kāi)展了攻關(guān)研究，取得了重要進(jìn)展。感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器是大地電磁方法（MT）、可控源音頻大地電磁方法（CSAMT）等儀器的核心部件，是制約我國(guó)地球物理電磁方法儀器發(fā)展的瓶頸［12－13］。該系統(tǒng)目前已突破極低頻微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)、高磁導(dǎo)率磁芯設(shè)計(jì)和線圈設(shè)計(jì)與加工工藝等關(guān)鍵技術(shù)。多次實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和野外測(cè)試表明，自主研制的傳感器指標(biāo)與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品指標(biāo)相當(dāng)（圖3）。但是目前研制的發(fā)射功率、觀測(cè)頻段等指標(biāo)仍不能充分滿足深探計(jì)劃的更大需求，需要更加深入地優(yōu)化發(fā)射、采集和數(shù)據(jù)處理技術(shù)方案，采用多機(jī)聯(lián)合式大功率電磁法發(fā)射、低頻磁傳感器、陣列式低功耗觀測(cè)和高精度三維正反演的組合技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)大功率地面電磁儀國(guó)產(chǎn)化、批量化，形成新一代大范圍、大深度（達(dá)到2 000m）的地面電磁勘探系統(tǒng)，逐步替代國(guó)外產(chǎn)品，形成可持續(xù)的自主創(chuàng)新力量。在掌握研發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國(guó)資源探測(cè)要求的不斷變化，進(jìn)一步向加大探測(cè)深度、范圍以及適應(yīng)野外施工環(huán)境等需求的方向發(fā)展，強(qiáng)化觀測(cè)陣列式、實(shí)時(shí)性、長(zhǎng)時(shí)間、大范圍，以及裝置模塊化、智能化、便攜化。

1.3 固定翼無(wú)人機(jī)航磁勘探系統(tǒng)（SinoProbe－09－03）

無(wú)人機(jī)探測(cè)系統(tǒng)作為現(xiàn)代高科技探測(cè)手段，適用于復(fù)雜地形條件和高危環(huán)境下高效率、高精度采集空間位場(chǎng)數(shù)據(jù)，可以有效揭示地下磁場(chǎng)的場(chǎng)源分布規(guī)律。目前，智能化無(wú)人機(jī)探測(cè)技術(shù)屬于國(guó)際前沿技術(shù)和研究熱點(diǎn)，僅為美國(guó)、英國(guó)、日本、加拿大、德國(guó)、瑞典等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家所掌握。近5年，加拿大Fugro公司投資研發(fā)用于資源探測(cè)的無(wú)人機(jī)航磁系統(tǒng)，已進(jìn)入試飛階段。國(guó)外航磁探測(cè)領(lǐng)域已經(jīng)建立了完備的技術(shù)體系，實(shí)用化和工程化程度較高，具備了從信息采集、處理到解釋與應(yīng)用的綜合實(shí)力，解決實(shí)際問(wèn)題能力較強(qiáng)。鑒于潛在軍事應(yīng)用的敏感性，國(guó)外在幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)方面，對(duì)我國(guó)采取了嚴(yán)格的技術(shù)封鎖政策。盡管航空磁力儀、磁補(bǔ)償器等低端器件可銷售我國(guó)，但核心技術(shù)和集成系統(tǒng)整套裝備卻一直處于嚴(yán)控狀態(tài)。我國(guó)在無(wú)人機(jī)探測(cè)系統(tǒng)整套裝備研發(fā)領(lǐng)域起步較晚，目前僅有少量作為科學(xué)試驗(yàn)?zāi)康难芯繕訖C(jī)，沒(méi)有用于探測(cè)目的的工程化產(chǎn)品。

在實(shí)驗(yàn)研究階段，SinoProbe－09－03針對(duì)復(fù)雜地形條件下航空物探的要求，攻克智能化無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)研制的關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)性能可靠、穩(wěn)定的無(wú)人機(jī)物探飛行平臺(tái)，研制多探頭、多分量的航磁張量探測(cè)系統(tǒng)，打破國(guó)外的技術(shù)壟斷，滿足我國(guó)礦產(chǎn)資源詳細(xì)勘查和地殼深部探測(cè)的重大需求。在低磁無(wú)人機(jī)制作、高可靠性自駕導(dǎo)航儀研制、氦光泵航空磁力儀與超導(dǎo)航空磁力儀已經(jīng)配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面取得了重大階段性突破，使我國(guó)在無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、自動(dòng)控制與導(dǎo)航儀、高精度航空磁力儀和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的磁補(bǔ)償技術(shù)幾個(gè)關(guān)鍵核心技術(shù)方面具備了向國(guó)際先進(jìn)行列邁進(jìn)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。針對(duì)無(wú)人機(jī)航磁特點(diǎn)，相繼在核心磁傳感器、磁補(bǔ)償?shù)确矫嫒〉猛黄?，研制出高靈敏度、快速采樣、高分辨率、大工作范圍、智能化、低功耗、高穩(wěn)定性的航空氦光泵磁力儀等關(guān)鍵儀器部件；可實(shí)現(xiàn)多路光泵磁力儀及磁通門三軸儀同步測(cè)量，能夠滿足磁補(bǔ)償、梯度計(jì)算、磁場(chǎng)方向計(jì)算的需要；研制出低溫超導(dǎo)SQUID芯片和電路，推進(jìn)了三軸磁強(qiáng)計(jì)和單軸梯度計(jì)構(gòu)成的超導(dǎo)集成組件研發(fā)；總體技術(shù)參數(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平（圖4）。在遙控、遙測(cè)地面監(jiān)控站研究中，“一站三機(jī)”高效航磁無(wú)人機(jī)探測(cè)控制系統(tǒng)取得了突破。針對(duì)復(fù)雜地形條件和探測(cè)空域需求，研制出多種類型的航磁探測(cè)設(shè)備和高低空無(wú)人機(jī)搭載平臺(tái)；自主開(kāi)發(fā)高精度、高穩(wěn)定、高效的無(wú)人機(jī)自動(dòng)飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)。研發(fā)思路和集成技術(shù)有效提高了無(wú)人機(jī)航磁探測(cè)系統(tǒng)的適應(yīng)性、安全性和可靠性［14］。

1.4 無(wú)纜自定位地震勘探系統(tǒng)（SinoProbe－09－04）

地震勘探系統(tǒng)作為深部探測(cè)最有效的技術(shù)手段，能夠揭示地下深層更為精細(xì)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和屬性。國(guó)際上，正在向超萬(wàn)道、超低耗、超小型、寬頻帶、有線和無(wú)線混合數(shù)據(jù)傳輸、大噸位可控震源、適用于復(fù)雜地形、可用于多波多分量勘探等方向發(fā)展。法國(guó)的SERCEL公司處于行業(yè)領(lǐng)先地位，不斷推出分別適用于陸地、山區(qū)、海洋等區(qū)域勘探的系列產(chǎn)品。近年來(lái)，無(wú)纜存儲(chǔ)式地震儀研究針對(duì)山區(qū)應(yīng)用特點(diǎn)迅速發(fā)展，成為國(guó)外主要廠商研究的熱點(diǎn)。法國(guó)SERCEL公司推出了UNITE無(wú)纜地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，美國(guó)ION公司推出了Firefly無(wú)纜地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，美國(guó)REFTEK公司推出了REFTEK系列寬頻地震儀（僅用于天然地震監(jiān)測(cè)）。產(chǎn)品的主要特征和創(chuàng)新表現(xiàn)為大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、無(wú)線通訊、自定位、數(shù)據(jù)回收等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，為復(fù)雜地形的地震勘探提供了有效的工具。我國(guó)研究水平嚴(yán)重落后于國(guó)外，缺乏專用集成電路技術(shù)，在體積和功耗上遭遇瓶頸，嚴(yán)重制約了自主研發(fā)地震勘探采集系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力，導(dǎo)致依賴國(guó)外裝備，形成了技術(shù)制約和壟斷態(tài)勢(shì)。國(guó)外裝備難以滿足我國(guó)復(fù)雜地形的勘探需求、大批量的產(chǎn)品需求、大范圍的維護(hù)保障需求，尤其是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需的技術(shù)發(fā)展結(jié)構(gòu)需求。

目前，SinoProbe－09－04在原有的技術(shù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)近2年的努力，自主研制成功適用于深部探測(cè)特點(diǎn)的無(wú)纜自定位地震勘探儀器，突破了有纜地震儀采集道數(shù)和道間距限制等技術(shù)瓶頸。研發(fā)的核心技術(shù)為：采用數(shù)字存儲(chǔ)架構(gòu)，通過(guò)GPS高精度定位和授時(shí)實(shí)現(xiàn)了地震采集站的空間自定位和同步采集，擺脫了通訊電纜的束縛和無(wú)道數(shù)的限制，自帶存儲(chǔ)器可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)記錄，實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)、隨地（適用于復(fù)雜地形）和免測(cè)線測(cè)量、存儲(chǔ)和無(wú)線混合接收、根據(jù)觀測(cè)需要設(shè)置任意道間距的地震數(shù)據(jù)采集。采集站具備多項(xiàng)先進(jìn)功能：高精度GPS定位、多個(gè)采集站可任意組成靜態(tài)GPS基線向量網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)各觀測(cè)點(diǎn)的三維空間位置自測(cè)量、定位精度為厘米級(jí)、支持任意排列的地震數(shù)據(jù)采集?？碧絻x器基于802.11g無(wú)線通訊協(xié)議，結(jié)合無(wú)線通訊基站構(gòu)成分層自組織無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離無(wú)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和短距離無(wú)線地震數(shù)據(jù)快速回收。單個(gè)無(wú)纜自定位地震采集站支持iOS、安卓、Windows Phone平臺(tái)的手持終端的無(wú)縫數(shù)據(jù)接入，可實(shí)時(shí)配置儀器工作參數(shù)、查看儀器運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時(shí)顯示采集波形。地震勘探數(shù)據(jù)回收中心支持有線、無(wú)線分布式數(shù)據(jù)回收，兼容炸藥、可控震源、地震錘等多種震源［15－16］（圖5）。

1.5 萬(wàn)米大陸科學(xué)鉆探系統(tǒng)（SinoProbe－09－05）

圖3 自主研發(fā)的電磁勘探系統(tǒng)部分核心部件、控制電路和磁傳感器（a）及野外測(cè)試視電阻率對(duì)比（b）Fig.3 Zndependent developed SEP system，control circuit and magnetic sensor（a）and field testing resistivity result（b）

科學(xué)鉆探技術(shù)是唯一可以直接獲取地球深部樣品的技術(shù)，在地球深部探測(cè)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，超深科學(xué)鉆探工程已經(jīng)被列為國(guó)際重大科學(xué)計(jì)劃，包括大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃（ICDP）和海洋科學(xué)鉆探計(jì)劃（IODP）。很多發(fā)達(dá)國(guó)家陸續(xù)實(shí)施了多項(xiàng)科學(xué)鉆探計(jì)劃，具有代表性的有前蘇聯(lián)的科拉半島12 261m超深鉆［17］，德國(guó)的KTB 9 101m主孔深鉆［18］和美國(guó)的夏威夷科學(xué)鉆探［19］。我國(guó)于2005年在江蘇省東?？h完成了CCSD－I科探井，井深5 158m，取得了寶貴經(jīng)驗(yàn)。大陸科學(xué)深鉆由深部取心鉆探與機(jī)具關(guān)鍵設(shè)備組成。施工過(guò)程中具有周期長(zhǎng)、負(fù)荷大的特點(diǎn)，需要在高地溫、高地壓等極端條件下完成施工、鉆井、固井、錄井、測(cè)井、測(cè)斜防斜和完井工藝等項(xiàng)任務(wù)，工作難度大、風(fēng)險(xiǎn)大；對(duì)地面鉆探設(shè)備和孔內(nèi)機(jī)具綜合應(yīng)用指標(biāo)提出超出常規(guī)的使用要求。前蘇聯(lián)和德國(guó)憑借鉆探技術(shù)與機(jī)電設(shè)備研發(fā)方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，至今仍然保持著世界領(lǐng)先的科學(xué)鉆探超深孔作業(yè)紀(jì)錄［20－21］。

圖4 自主研發(fā)的無(wú)人機(jī)航磁探測(cè)系統(tǒng)部分核心部件、超導(dǎo)磁梯度儀、自導(dǎo)航系統(tǒng)、光泵磁力儀和低空無(wú)人機(jī)（a）及磁補(bǔ)償系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果比較（b）Fig.4 Zndependent developed UAV aeromagnetic exploration system，including superconductive magnetic gradiometer，self navigation system，optically pumped magnetometer and low altitude unmanned plane（a）and magnetic compensation system testing result（b）

目前，SinoProbe－09－05萬(wàn)米超深科學(xué)鉆探主體裝備已經(jīng)成功下線，并實(shí)現(xiàn)了“深井高轉(zhuǎn)速大扭矩全液壓頂驅(qū)系統(tǒng)”和“懸掛式自動(dòng)鉆桿排放裝置”兩大技術(shù)突破。其中：SP－I－01型高速大扭矩全液壓頂驅(qū)采用了動(dòng)力機(jī)直接驅(qū)動(dòng)液壓泵構(gòu)造閉環(huán)液壓系統(tǒng)，具有效率高、調(diào)速性能好的特點(diǎn)，無(wú)需電傳動(dòng)鉆機(jī)通常采用的發(fā)電機(jī)組、整流、同期和逆變裝置，大幅度降低了整個(gè)鉆機(jī)系統(tǒng)的制造成本；SP－I－02型全液壓自動(dòng)鉆桿排放裝置集成了機(jī)電液一體化技術(shù)，整機(jī)動(dòng)作齊全、結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、自動(dòng)化程度高、設(shè)計(jì)理念及技術(shù)先進(jìn)，功能配置和制作工藝接近國(guó)際水平。超深科學(xué)鉆探成套裝備技術(shù)集多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體，所取得的成果涵蓋地面設(shè)備、孔內(nèi)機(jī)具、先進(jìn)鉆探工藝3個(gè)技術(shù)范疇，是國(guó)家制造業(yè)綜合實(shí)力的體現(xiàn)。通過(guò)跨行業(yè)技術(shù)聯(lián)合以及產(chǎn)學(xué)研一體化發(fā)展模式的優(yōu)勢(shì)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的深部科學(xué)鉆探技術(shù)裝備理論體系及系列化產(chǎn)品，并進(jìn)一步拓展至海洋深部鉆探應(yīng)用領(lǐng)域，使我國(guó)深部大陸科學(xué)鉆探技術(shù)研發(fā)水平躋身國(guó)際先進(jìn)行列，在滿足國(guó)內(nèi)需求的同時(shí)，向海外拓展［22－23］（圖6）。

圖5 自主研制的地震勘探系統(tǒng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)（a）和寬頻帶地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)特性（b）Fig.5 Zndependent developed seismic exploration system testing（a）and wide band seismic data acquisition quality contrast（b）

圖6 萬(wàn)米科學(xué)鉆探升級(jí)改造設(shè)計(jì)（a）及主體裝備下線儀式（b）Fig.6 Upgrading and rebuilding design of ultra－deep drilling system （a）and main parts completion ceremony（b）

1.6 野外實(shí)驗(yàn)與示范基地（SinoProbe－09－06）

在深部探測(cè)技術(shù)與裝備的實(shí)驗(yàn)研究中，野外實(shí)驗(yàn)將完成檢測(cè)儀器裝備和技術(shù)方法實(shí)用性、可靠性的任務(wù)，發(fā)現(xiàn)和解決研發(fā)過(guò)程中存在的問(wèn)題，推動(dòng)儀器裝備研發(fā)的規(guī)?；邪l(fā)、測(cè)試實(shí)驗(yàn)管理進(jìn)程。通過(guò)對(duì)各種探測(cè)儀器的質(zhì)量和探測(cè)能力進(jìn)行對(duì)比研究，儀器裝備的各項(xiàng)指標(biāo)將得到認(rèn)證和按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化管理，由此推動(dòng)市場(chǎng)化并參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。發(fā)達(dá)國(guó)家均在勘探開(kāi)發(fā)后期建立實(shí)驗(yàn)示范區(qū)，以檢測(cè)儀器裝備和方法的有效性。例如，澳大利亞利用老礦區(qū)Broken Hill［24］建立野外實(shí)驗(yàn)示范基地，對(duì)各種新方法新技術(shù)進(jìn)行實(shí)用性測(cè)試和儀器比對(duì)試驗(yàn)。目前，我國(guó)急需建立一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字化的深部探測(cè)儀器裝備野外實(shí)驗(yàn)與示范基地，滿足檢測(cè)自主研發(fā)探測(cè)儀器裝備和技術(shù)方法的需求，實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)探測(cè)儀器裝備的統(tǒng)一高標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)和應(yīng)用技術(shù)方法的創(chuàng)新，同時(shí)開(kāi)展國(guó)外進(jìn)口探測(cè)儀器裝備的檢驗(yàn)和比對(duì)研究，促進(jìn)和提高探測(cè)儀器裝備自主研發(fā)水平和能力，保障地殼探測(cè)工程的順利實(shí)施。

圖7 探測(cè)儀器裝備的野外實(shí)驗(yàn)示范區(qū)中地質(zhì)走廊帶重要的地質(zhì)單元巖性及接觸關(guān)系Fig.7 The main geological units and contact relationship of field experiment area of exploration instruments

在實(shí)驗(yàn)研究階段，SinoProbe－09－06項(xiàng)目圍繞吉林大學(xué)興城地質(zhì)教學(xué)基地以及周邊環(huán)境開(kāi)展了大范圍野外地質(zhì)和地球物理調(diào)查。經(jīng)過(guò)綜合分析和比較，確定穿越不同巖石與構(gòu)造單元的地質(zhì)走廊帶可作為野外實(shí)驗(yàn)與示范區(qū)，明確了儀器裝備野外實(shí)驗(yàn)與示范基本地質(zhì)要素和檢測(cè)單元及實(shí)驗(yàn)靶區(qū)。計(jì)劃將野外實(shí)驗(yàn)與示范基地建成四位一體的實(shí)驗(yàn)研究基地，即具有國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)的探測(cè)儀器裝備野外實(shí)驗(yàn)檢測(cè)基地、地學(xué)綜合型人才培養(yǎng)基地、地質(zhì)科學(xué)研究基地和地學(xué)科普教育基地。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)與示范基地具有海陸交互的地質(zhì)條件，不但是開(kāi)展地殼探測(cè)儀器裝備陸地實(shí)驗(yàn)研究的良好場(chǎng)所，也是開(kāi)展海洋實(shí)驗(yàn)研究的有利地區(qū)。在陸地實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)展海洋探測(cè)儀器裝備的野外實(shí)驗(yàn)研究，為進(jìn)一步的海洋研究和海洋資源的開(kāi)發(fā)利用提供儀器裝備保障（圖7）。

2 挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì)策略

深部探測(cè)儀器裝備屬于高科技裝備，對(duì)探測(cè)深度、周期和精度有特殊要求，其研發(fā)水平與研發(fā)機(jī)構(gòu)所具備的工業(yè)制造能力和基礎(chǔ)密切相關(guān)，涉及材料、電子和精密加工等核心工藝技術(shù)。我國(guó)在此方面的基礎(chǔ)、研究程度和資金投入遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，在國(guó)際市場(chǎng)和技術(shù)交流過(guò)程中處于被動(dòng)地位，尤其在核心傳感器和加工工藝技術(shù)上處于啟動(dòng)階段，專門人才和經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重短缺。所以，研發(fā)策略必須采取國(guó)家高科技發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃）中所倡導(dǎo)的核心思想，瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿研究成果，通過(guò)引進(jìn)人才、技術(shù)，直至部分和整套產(chǎn)品，推動(dòng)自主研發(fā)。在裝備技術(shù)上，采用酌情引進(jìn)、系統(tǒng)吸收和跨部門聯(lián)合攻關(guān)創(chuàng)新的思路，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家的追趕和超越。首先，從提高核心部件、產(chǎn)品和技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力出發(fā)，學(xué)習(xí)和研究對(duì)手，融入國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，制定符合國(guó)際規(guī)范的研發(fā)計(jì)劃和方案。其次，加大人員和資金投入力度，充分利用國(guó)內(nèi)制造能力，輔以國(guó)際對(duì)外加工技術(shù)，在器件設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、系統(tǒng)集成和可靠性等技術(shù)難點(diǎn)方面進(jìn)行有針對(duì)性的合作、引進(jìn)、消化、吸收和有效擴(kuò)展，從而掌握技術(shù)制高點(diǎn)和主動(dòng)權(quán)。對(duì)于個(gè)別短期難以自主開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵部件，直接從國(guó)外購(gòu)進(jìn)、學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，逐步推動(dòng)儀器裝備的國(guó)產(chǎn)化。同時(shí)，還要加強(qiáng)對(duì)國(guó)際高端裝備制造流程的管理，對(duì)研發(fā)人員資質(zhì)、工藝流程和產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)施規(guī)范化評(píng)估，攻克器件設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、系統(tǒng)集成和可靠性等技術(shù)難點(diǎn)，提高產(chǎn)品國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。最終，充分利用我國(guó)深部探測(cè)儀器裝備的巨大市場(chǎng)潛力，加強(qiáng)宏觀規(guī)劃和協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的國(guó)內(nèi)相關(guān)科研、設(shè)計(jì)、制造企業(yè)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。在已有技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新、引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新相結(jié)合的技術(shù)重組策略，加速實(shí)現(xiàn)高端裝備自主研發(fā)戰(zhàn)略目標(biāo)。

國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明，自主研發(fā)實(shí)力的提高，將減緩對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和裝備的依賴，形成技術(shù)對(duì)等和公平合作局面，將是研發(fā)過(guò)程中不得不面對(duì)的戰(zhàn)略性思考。深部探測(cè)儀器裝備將結(jié)合地球深部探測(cè)應(yīng)用目標(biāo)，充分體現(xiàn)國(guó)力和科技水平，對(duì)研發(fā)型和應(yīng)用型兩大類人才隊(duì)伍提出更高的專業(yè)技能要求，需要大量系統(tǒng)性培訓(xùn)和教育投入。針對(duì)兩大類專業(yè)人才需求，通過(guò)引進(jìn)吸收國(guó)外最先進(jìn)的裝備技術(shù)和理念，形成訓(xùn)練和培養(yǎng)系統(tǒng)方案，參照國(guó)際市場(chǎng)專業(yè)人才技能和資質(zhì)考核標(biāo)準(zhǔn)，造就具有國(guó)際視野和專業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的人才群體，強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需的人才資源基礎(chǔ)。人員的素質(zhì)和能力是裝備產(chǎn)業(yè)化的基本要素，將決定大型裝備研發(fā)系統(tǒng)中自主研發(fā)和引進(jìn)集成方式所占比例，從而保障設(shè)備整體在市場(chǎng)上的國(guó)產(chǎn)率和競(jìng)爭(zhēng)力。只有通過(guò)高端人才訓(xùn)練、人才獲得、人才重組、高水平團(tuán)隊(duì)優(yōu)化，才有可能建立高水平研究基礎(chǔ)，研制出具有國(guó)際水準(zhǔn)的儀器裝備。

3 發(fā)展?jié)摿颓熬?/h2>

近30年來(lái)，在精密儀器和重型裝備制造領(lǐng)域，由于信息科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶動(dòng)了高新技術(shù)行業(yè)全面發(fā)展，尤其是材料技術(shù)、制造技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、空間技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域迅速發(fā)展，從而推動(dòng)了探測(cè)裝備集成技術(shù)全面發(fā)展。在科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，地球科學(xué)研究的方向已經(jīng)從觀測(cè)描述與推論結(jié)合的模式迅速走向數(shù)據(jù)處理、數(shù)值分析與模擬、時(shí)空演化趨勢(shì)預(yù)測(cè)等量化型研究模式，加大了認(rèn)知地球的視角和能力，從而擴(kuò)大了儀器裝備的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍。深部探測(cè)重型裝備關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)順應(yīng)潮流、應(yīng)運(yùn)而生、蓄勢(shì)待發(fā)，呈現(xiàn)巨大發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。該技術(shù)是集高端科學(xué)原創(chuàng)技術(shù)、集成技術(shù)、研發(fā)和應(yīng)用相結(jié)合的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)以及多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)組織等融為一體的系統(tǒng)工程技術(shù)。由于深部探測(cè)工程的復(fù)雜性和超極限應(yīng)用需求，產(chǎn)品質(zhì)量和指標(biāo)不得不面臨前所未有的挑戰(zhàn)，從而激發(fā)多學(xué)科協(xié)調(diào)攻關(guān)的動(dòng)力和責(zé)任。它的發(fā)展勢(shì)必拉動(dòng)多種學(xué)科和行業(yè)的進(jìn)步，尤其是推動(dòng)高端產(chǎn)品制造、精密制造、敏感器件制造和特殊工藝技術(shù)大范圍發(fā)展，也勢(shì)必拉動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的重新組合和發(fā)展，對(duì)市場(chǎng)需求重新布局、調(diào)整和新產(chǎn)業(yè)構(gòu)建形成產(chǎn)生重要影響。在形成產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，該項(xiàng)系統(tǒng)工程技術(shù)將在其基礎(chǔ)研發(fā)階段、產(chǎn)品生產(chǎn)階段、組合測(cè)試階段以及最終集成成果和調(diào)試階段，都有著將不同階段成果推向產(chǎn)品和形成新型產(chǎn)業(yè)終端的巨大潛力。

有理由認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)研發(fā)階段所取得的突出階段性成果將推動(dòng)下一步地殼探測(cè)工程在全國(guó)范圍內(nèi)的全面展開(kāi)，探測(cè)領(lǐng)域和需求范圍也將從陸地拓展到海洋，對(duì)取得的成果應(yīng)用也將提出更高要求。海洋資源和能源探測(cè)從來(lái)都是大國(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家擴(kuò)大影響的戰(zhàn)略重點(diǎn)，也是國(guó)力和能力的體現(xiàn)。海域深部探測(cè)相對(duì)于陸地深部探測(cè)，具有更高的風(fēng)險(xiǎn)性和探索性。對(duì)此，針對(duì)我國(guó)疆域特點(diǎn)，重點(diǎn)發(fā)展了系列性具有國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)的海洋探測(cè)裝備，尤其是深水油氣地球物理探測(cè)技術(shù)。海洋深部資源勘探面臨的主要挑戰(zhàn)是：大面積施工難度、海況對(duì)施工的影響、船載探測(cè)項(xiàng)目海洋環(huán)境保護(hù)限制、復(fù)雜的海床地貌環(huán)境、深海水下驗(yàn)證和鉆探驗(yàn)證難度等。這些難題迫使陸地探測(cè)手段必須進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)更新，以適應(yīng)海洋探測(cè)應(yīng)用需求。一些發(fā)達(dá)國(guó)家傾注巨大人力、財(cái)力，積極推進(jìn)勘探和開(kāi)發(fā)涉海資源，獲得巨大回報(bào)。如美國(guó)墨西哥灣深海油氣田勘探和大西洋東西沿岸國(guó)家油氣勘探。中國(guó)南海周邊國(guó)家通過(guò)引入國(guó)際聯(lián)合勘探技術(shù)，成功獲取南海油氣資源。技術(shù)亮點(diǎn)包括：針對(duì)海域和海底復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件的重、磁、震、井融合技術(shù)；針對(duì)薄層和低阻層的MPSI地震隨機(jī)反演解釋技術(shù)；針對(duì)深海油氣藏探測(cè)的可控源電磁法與地震數(shù)據(jù)聯(lián)合解釋技術(shù)；針對(duì)深海鉆探精確布孔的地震及重力梯度聯(lián)合正反演技術(shù)；采用CGGVeritas技術(shù)進(jìn)行切面幅值反演恢復(fù)圖像清晰度和發(fā)現(xiàn)油氣蓋層泄露等項(xiàng)國(guó)際先進(jìn)成果技術(shù)；針對(duì)深海鉆探選址的無(wú)人潛航器搭載海底微生物和油氣滲漏探測(cè)聯(lián)合驗(yàn)證技術(shù)。這些成功應(yīng)用的探測(cè)技術(shù)手段引起了我國(guó)同行的關(guān)注，應(yīng)有充分的技術(shù)準(zhǔn)備和儲(chǔ)備，充分利用大國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)，通過(guò)了解信息、制定方案、趕超目標(biāo)，形成有利于我國(guó)海域深部探測(cè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

4 小結(jié)

目前，獲取和分析地球重、磁、電、放、地溫和地震波等地球物理現(xiàn)象以及深部科學(xué)鉆探成為了解地球深部信息的主要途徑，由此解釋和推斷深部地質(zhì)對(duì)象物理屬性和分布規(guī)律。探測(cè)裝備技術(shù)的先進(jìn)性和科學(xué)組合將決定獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的信息程度、精確程度、探測(cè)效率、應(yīng)用區(qū)域以及技術(shù)保障程度。深部探測(cè)儀器裝備技術(shù)有別于淺層探測(cè)技術(shù)，是集高端科學(xué)原創(chuàng)技術(shù)、集成技術(shù)、研發(fā)和應(yīng)用相結(jié)合的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，以及多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)組織等融為一體的系統(tǒng)工程技術(shù)。由于歷史原因，我國(guó)深部探測(cè)儀器裝備長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，研發(fā)處于起步階段。其被動(dòng)局面嚴(yán)重制約著我國(guó)地球科學(xué)能源、礦產(chǎn)資源勘探的發(fā)展，直接影響我國(guó)參與國(guó)際資源競(jìng)爭(zhēng)的能力。通過(guò)引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展自主研發(fā)儀器裝備，滿足遼闊國(guó)土疆域探測(cè)需求，將被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)已成為迫在眉睫的任務(wù)，具有現(xiàn)實(shí)意義。

“深部探測(cè)關(guān)鍵儀器裝備研制與實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目由6大技術(shù)分支組成，瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿和高端產(chǎn)品制定了第一階段發(fā)展目標(biāo)和實(shí)施方案，并取得了突破性進(jìn)展。它的實(shí)施為改善我國(guó)在此類產(chǎn)品研發(fā)所呈現(xiàn)被動(dòng)局面起著積極推動(dòng)作用。近10年來(lái)，我國(guó)在材料、電子、傳感器和相關(guān)制造工藝技術(shù)方面有長(zhǎng)足發(fā)展，為推動(dòng)探測(cè)儀器裝備研發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)，也將為陸地探測(cè)擴(kuò)展到海洋領(lǐng)域深部探測(cè)提供了良好的技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境。中國(guó)南海周邊國(guó)家成功獲取資源的技術(shù)手段和發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)介入，已成為我國(guó)同行密切關(guān)注的對(duì)象。嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)將迫使我方研發(fā)人員通過(guò)研究應(yīng)用對(duì)象和儀器裝備的科學(xué)組合、落實(shí)人才培養(yǎng)和基礎(chǔ)建設(shè)戰(zhàn)略任務(wù)、發(fā)揮現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)自主研發(fā)深部探測(cè)儀器裝備在較短時(shí)期內(nèi)完成從起步到成熟階段的跨越式發(fā)展。

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Development of Key Instruments and Technologies of Deep Exploration Today and Tomorrow

Huang Da－nian1，Yu Ping1，Di Qing－yun2，Guo Zi－qi3，Lin Jun4，Sun You－h(huán)ong5，Xu Xue－chun6
1.College of Geo Exploration Science and Technology，Jilin University，Changchun 130026，China 2.Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Science，Beijing 100029，China 3.Institute of Remote Sensing Applications，Chinese Academy of Science，Beijing 100101，China 4.College of Instrumentation and Electrical Engineering ， Jilin University，Changchun 130026，China 5.College of Construction Engineering，Jilin University，Changchun 130026，China 6.College of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061，China

Deep exploration instrumentation and technologies provide technology supporting for national crust probing plan that discovery deep earth profound，which development level will decide capability of acquisition and interpretation of data and information from huge continental and marine areas and ultra deep in China.In light of national high technique strategy with aiming at international high－ranked technology，development by the country has to be carried out to meet the request of probing capability and efficiency in geological complexity environment.The development has been designed inseveral phases and six technique directions，in order to speed up the level of the development.With strengthening cooperation of development units，R＆D basis is established with introducing experts，professional training，importing and learning high－end products and techniques.In this way，it is possible to refined innovation and university manufactory－academic－utilization role and to fast change embarrassing situation of a long term relying on importing all of instruments and technologies.It is hopefully benefit to a huge span pace from the beginning to qualification.

deep exploration；instrumentation and technology；importing；innovation

P631

A

1671－5888（2012）05－1485－12

2012－07－01

國(guó)家深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)SinoProbe－09（201011078）；國(guó)土資源部礦產(chǎn)資源保障項(xiàng)目（3R210U114423）；國(guó)土資源部海洋資源保障項(xiàng)目（3D6100004423）

黃大年（1958—），男，教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘專家，SinoProbe－09項(xiàng)目首席科學(xué)家，主要從事快速移動(dòng)平臺(tái)探測(cè)技術(shù)研究，E－mail：dnhuang＠jlu.edu.cn

于平（1978—），女，副教授，主要從事地震勘探和綜合地球物理解釋研究，E－mail：yuping＠jlu.edu.cn。