广域电磁勘探： 向地下一万三千米进发

“30万公里外的月球探测，和海洋最深的马里亚纳海沟探测都已实现。1万3千米的深井探测，全世界至今均未实现。这与地下岩石坚硬复杂，深地探测极其困难有关。不过，我们已能探测到地下8000米深度，正向1万3千米的目标出发。”1月7日，中南大学，应用地球物理学家、中国工程院院士何继善对科技日报记者说。

深海、深地、深空的“三深”探测，是世界各国竞相抢占的科研制高点。何继善，则是全球深地探测领域最能“挖”的人。数十年如一日地为地球做“CT”，让何继善团队获得了“探地”深达8000米的“技能”。1月8日国家科学技术奖励大会上，“大深度高精度广域电磁勘探技术与装备”项目，获2018年度国家技术发明奖一等奖。

求出精确解 给地球深部做“CT”

广域电磁勘探技术和装备助力我国找到了诸多地下资源：截至目前，提交页岩气资源量3千多亿方，地质储量1千多亿方，常规油气地质储量1.86亿吨，生物气储量80亿方释放两千余万吨煤炭资源，潜在经济价值超1.5万亿元。

何继善介绍，深地物理探测须依赖地面装置“透视”地球。目前，透视地球一是通过声波给地球做“B超”。二是用电磁波给地球做“CT”。其中，电磁法的应用已有100余年历史。但因为电磁法的激发条件、初始条件和边界条件的复杂多变，使得大地视电阻率方程的精确解难于获得。

此前，加拿大学者Goldstein通过将电磁波曲面波方程简化为平面波方程的方式，获得了“视电阻率参数”近似解，创立了人工源电磁法测定地下电阻率的“可控源音频大地电磁法”(CSAMT法)。这一方法，垄断了近半个世纪的全球人工源频率域电磁法市场。不过，近似求解也“限制”了CSAMT法的探测深度仅在地下1500米范围内。随着深度增加，该法应用的误差会增大，分辨率和准确度也大幅下降。要实现“深地探测”的深、精、准，存在着方法理论、探测技术和仪器装备等三方面的巨大挑战。

何继善获得了电磁波地下传播方程的精确解，创立了以曲面波为核心的全新电磁勘探理论——广域电磁法。该方法通过人工电流源，向地下发送不同频率的交变电磁场，可在广大地下区域内，观测一或多个电磁场分量，计算广域视电阻率，探测出具电性差异的地质目标体。基于该理论的探测技术和自主研发的仪器装备，探测深度能达CSAMT法的5倍。

冬瓜山“比武” 广域电磁法“顺带”找到新宝藏

多年前，国土资源部《危机矿山电磁方法有效性比对》项目组在安徽冬瓜山矿区展开了一场历时多年的“物探擂台赛”。何继善的发明与装备，平均测量误差0.96%，仅为CSAMT法的1/64。“我们不仅轻松测到了有效数据，与已知地质资料吻合，还在已知矿体旁发现了新异常。”何继善说。

团队成员李帝铨博士介绍，基于广域电磁法，团队构建了全息电磁勘探技术体系，实现了人工源电磁法探测深度由1500米到8000米的跨越。团队发明的高精度电磁勘探技术装备及工程化系统，可实现强干扰环境下电磁信号的高信噪比测量。数据显示，在同探测深度、同发送功率下，该发明的收发距仅为CSAMT法的1/5，信号强度高达CSAMT法的125倍，数据量和分辨能力达世界先进方法的8倍以上。在探测油气和寻找深部金属矿方面，具明显优势。

据悉，“大深度高精度广域电磁勘探技术与装备”的工程化体系，已被列入国家行业技术标准，并在全国成功推广应用。