科技创新成为找矿突破的利器

地质勘查技术的进步，为地质找矿提供了重要利器。

“十二五”期间，在科技工作者的努力下，国家863计划主题项目“航空地球物理勘查技术与装备”取得长足进展。该项目由国土资源部领衔，在连续两个五年计划中获得科技部支持。该项目是在“十一五”国家863计划重大项目“航空地球物理勘查技术系统”重要成果的基础上发展的，实现了由技术系统向技术装备的跨越，大幅提高了我国矿产资源勘查能力和效率。

据了解，航空地球物理勘查具有快速、高效、经济、受地形影响小的特点，可在沙漠、沼泽、湖泊、海洋、森林和地形切割严重、人员无法到达的地区实施资源勘查，实现矿产资源由地表到地下的快速、高效、多尺度、大深度的立体探测，广泛应用于基础地质调查、矿产勘查、油气资源调查、地下水勘查、环境监测等领域。

但是，由于一些关键技术一直被国外把控，我国的空天对地探测受到严重制约。在国土资源部和中国地质调查局的精心组织以及相关院校的共同协作下，经过科技人员的努力，我国在航空地球物理勘查技术与装备、星载高分辨率InSAR技术、高光谱对地探测系列装备等方面日臻成熟，为国土资源事业发展提供了强大支撑。

航空对地探测关键技术获重大突破

“航空地球物理勘查技术与装备”成果来源于“十二五”期间国家“863”计划主题项目“航空地球物理勘查技术与装备”。项目成果增强了我国航空地球物理勘查技术装备自主创新能力，填补了航空重力、航磁多参量和航空伽玛能谱测量系统研制等多项技术空白，使我国航空地球物理勘查技术总体达到国际先进水平，航磁梯度和航空伽玛能谱测量系统研制等达到国际领先水平，促进了我国航空地球物理勘查技术的跨越式发展，对快速实现找矿战略突破起到了推动作用。

记者了解到，该项目由中国国土资源航空物探遥感中心牵头，吉林大学、浙江大学、中国地质大学（北京）等院校共同参与完成。该项目取得了5项主要科技突破性成果：

一是突破航磁多参量测量系统研制关键技术。成功研制出我国首套具有自主知识产权的航磁全轴梯度勘查系统。突破了高动态磁场数字跟踪、多通道同步高精度测频、多通道航磁梯度实时数字补偿、航磁全轴梯度数据三维可视化正反演、航磁全轴梯度系统改装集成等关键技术，该系统已投入到“地质矿产保障工程”中使用，成为支撑我国固体矿产资源勘查和油气资源调查评价的重要装备。

二是突破了航空重力测量系统研制和应用关键技术。研制出具有自主知识产权的捷联惯导式航空重力仪和数据处理软件，技术指标与美国Mirco-g公司研制的TAGS航空重力勘查系统相当，填补了国内空白，实现了航空重力制造和应用技术的重大突破。通过引进和自主集成，形成了资源勘查型航空重力勘查系统（GT-1A），技术指标达到目前国际先进水平，形成规模生产力。

引进集成的我国首套航空重力勘查系统，已成功应用于海洋保障专项工程和地质矿产保障工程。完成了我国南黄海海域、北黄海海域、渤海湾海域大部、山东东营-莱阳地区的高精度航空重力测量，填补了我国海陆交互的滩涂地区的重力空白，为我国海洋油气资源勘查和海洋重力场建设提供了重要的重力基础资料；同时，在塔里木盆地北部地区开展了航空重力调查，在整装勘查区开展了航空重磁调查应用示范，成为支撑我国油气、固体矿产资源勘查的重要装备。

三是突破吊舱式时间域和固定翼时间域航空电磁系统研制的关键技术。成功研制出具有自主知识产权的吊舱式时间域直升机航空电磁勘查硬件系统（CHTEM）、数据处理与解释软件系统，填补了国内在该领域的空白。研制的系统在河南桐柏进行了试验飞行，获得了珍贵的试验数据，与国外同类系统进行了对比飞行试验，结果表明，电磁异常清晰，对应性与重复性好。系统总体接近国际先进水平，具有广阔的应用前景。

在固定翼时间域航空电磁勘查系统研制过程中，攻克了飞机改装、大磁矩发射、宽带低噪接收、实时海量数据收录、系统补偿校正、噪声抑制、数据处理等关键技术。研制出固定翼时间域航空电磁勘查系统样机。

四是突破数字化航空伽玛能谱仪研制关键技术。研制出具有自主知识产权的全数字航空伽玛能谱仪和测量软件，打破了少数发达国家对我国的长期技术和设备垄断。突破全数字化能谱仪设计、探头结构优化与封装工艺、超低噪声宽带直流前置电路设计、大动态能量范围辐射信号的实时采集、数字化自动稳谱、低能谱保真展宽、多路并发能谱数据的采集与合成等7项关键技术，成功研制了全数字航空伽玛能谱仪、方法及相配套的数据处理解释软件。实现工程化应用，技术指标全部达到或超过当代国际同类产品技术水平。

五是突破航空物探遥感综合勘查系统集成与应用示范关键技术。突破实用化的航空高光谱遥感矿物识别与填图技术，自主开发了高光谱矿物识别系统。首创基于航空物探飞行模式的航空遥感测量新技术，研发出多航空遥感传感器集成系统。成功集成了航空磁力/电磁/伽玛能谱、航空磁力/重力、航空磁力/重力/遥感3套综合勘查系统。经系统测试、试飞和应用示范研究表明，提交的航空物探遥感综合勘查系统是先进实用的，一次测量可同时获取重力、磁力、遥感正摄影像图和数字地形模型图4种参数，使我国成为继美国、德国和澳大利亚之后第四个成功研制集成该类综合勘查系统的国家。正在为全国重点成矿区带和重要油气盆地的高分辨率地球物理调查提供有力技术支撑。

专家表示，上述成果不仅填补了我国多项技术空白，而且显著地提高了我国航空物探勘查系统的分辨率、稳定性和探测深度，大大提高了矿产资源的发现能力。

据了解，研制集成的航空地球物理勘查系统已在地质矿产评价、海洋地质调查等国家专项和核应急等工作中得到应用，累计完成83.13万测线千米，为能源与矿产资源勘查、环境评价等提供了高精度、多参数的基础数据和找矿成果；研发的软件已在全国135家单位推广730多套，产生了显著的社会效益和经济效益。

星载高分辨率InSAR技术进展显著

InSAR技术是随着信息技术、摄影测量技术及数字信号处理技术等相关技术的发展，而迅速发展起来的一种对地观测技术，目前该技术已成为极具潜力的对地观测及测绘新技术之一。

近年来，我国大规模城市建设、地下工程开挖、大坝蓄水、高铁运营等对地表形变监测的需求日益提高，要求严格控制工程建设引发的地面位移或沉降，跟踪监测重大工程所受地面沉降、滑坡、活动断裂等灾害影响。针对这一需求，科技部专门编列“重大工程区地表形变高分辨率星载干涉SAR监测关键技术合作研究”国际科技交流与合作专项，项目由中国国土资源航空物探遥感中心等单位主导完成。

据了解，项目通过与国内外一流InSAR技术研发团队（德国地球科学研究中心、意大利 TRE公司、瑞士GAMMA遥感公司、加拿大 MDA公司等）的技术合作，开展了高分辨率InSAR地表形变监测关键技术研究，建立了一系列创新性方法技术，突破了高分辨率InSAR技术应用的瓶颈，进一步强化了重大工程区（滑坡、城市地铁、高速铁路等）高分辨率InSAR形变监测技术体系，为高分InSAR技术工程化应用奠定了坚实的基础。

据介绍，研究过程中，项目组注重自主研发和国际合作相结合，着力开展共性技术和关键技术研究，取得了一系列具有自主知识产权的研究成果，显著提高了我国重大工程区地表形变InSAR监测能力，使得分辨率由10米级提高到米级，满足了我国城市地下工程建设、高速铁路等大型线性工程局部地表变形精细监测需求，实现了区域性大范围整体监测。

此外，围绕植被覆盖等复杂自然条件下的库岸边坡稳定性调查与监测，该成果突破了以往中等分辨率InSAR监测能力的限制，形成了面向滑坡变形“全过程”监测的InSAR技术系统，彻底弥补了针对变形进行“片段”测量的不足。

据介绍，通过与外方合作建立了有效的技术系统，开展了针对京津高铁全线的地面沉降监测，三峡库区主要滑坡活动监测，北京、上海等城市地铁建设引发地面下沉等应用示范，取得了优于3毫米的监测精度，形成了集形变体识别与动态监测于一体的应用能力。

专家表示，该项目的实施，为我国重大工程区的地表形变监测提供了一套新的不同于传统地面点监测模式的手段，其高速、有效、面积性监测、高性价比的技术优势为我国重大工程的建设和安全运行以及工程区地质环境监测提供了保障，可为工程区防灾减灾发挥积极作用，降低发生意外事故的风险，避免重大经济损失。

该项目主要取得了以下三大科技创新成果：

——建立了面向滑坡形变“全过程”监测的高分InSAR监测技术系统。围绕滑坡变形从蠕变、加速到快速大变形的发展过程，顾及InSAR技术应用的条件限制，创新性地建立了以差分InSAR技术（适用于滑坡的早期识别和短期精细监测）、基于同质滤波的InSAR时序分析方法（适用于部分缓慢形变滑坡的中长期监测）、基于协方差函数的形变场跟踪测量方法（适用于滑坡的大面积普查、定位、划界、稳定性估计）以及反射器联合子带干涉测量技术（适用于相干性极差的地区和长时间跨度条件下精确监测滑坡的大尺度形变）的高分InSAR滑坡监测技术系统，系统解决了滑坡大尺度变形监测难题，突破了中尺度条件下难以获取有效监测信息的限制，可为我国大范围、快速开展库区边坡稳定性调查、库区重大地质灾害防治与减灾发挥重要作用。

——突破了复杂地物环境下城市地下工程开挖引发地面沉降的高分辨率InSAR监测技术瓶颈。针对地铁施工等地下工程开挖引发城市地面沉降的监测需求，基于我国大面积地面沉降InSAR监测技术基础，提出以相干目标InSAR时序分析为主要思想，利用多基线组合进行二维回归分析的形变参数的求解方法，有效地解决了高分InSAR高精度地形相位补偿问题，实现了对城市地物DSM的准确提取，并显著提高了形变信息的监测精度，为城市地下工程诱发地表下沉的工程化监测应用奠定了技术基础。

——建立了融合中、高分辨率InSAR技术的高速铁路沿线地面沉降精细监测技术。针对高速铁路地跨范围广、走向分布不一的实际，建立了融合中、高分辨率InSAR技术的高铁沉降监测技术，实现了高铁全线地面沉降调查，重点沉降区段连续动态监测、高铁轨道沉降与路基沉降的多尺度监测。着力解决了高分辨率InSAR多轨道集成、路基形变信息提取以及不同分辨率联合实施大型线性工程区监测等方面的问题，提升了我国高速铁路地面沉降InSAR精细监测水平，促进重大工程区地表形变InSAR监测技术向高空间、高时间分辨率、高精度方向的发展和实用化进程。

据悉，应用本项目研发的滑坡形变高分InSAR监测技术，实现了对三峡库区树坪、范家坪等大型滑坡的有效监测，在国际上率先应用高分辨率InSAR实现滑坡“全过程”形变监测应用，与地面水准、GPS等同步测量手段比较，监测精度优于3毫米，具有从毫米级、厘米级到米级的多尺度地表变形测量能力，实现了对滑坡体整体移动与局部形变场空间演化特征的真实精细刻画。

此外，该科研成果围绕北京（地铁6号线和7号线）、上海（地铁9号线和10号线）等地铁隧道开挖工程，实现了对地铁施工建设过程与运营初期不同阶段地面沉降变化和影响范围的精准测量，准确揭示了沉降影响的实际范围和强度，明确了线路上方地面沉降的基本规律，强化了对地铁隧道施工引发地面沉降的认识。

与此同时，融合中、高分InSAR监测技术，实现了对京津城际轨道工程、京沪高铁等大型线性工程沿线地面沉降的监测应用，通过高分InSAR多轨道集成，实现了全线沉降区识别，完成了区域性地面沉降对路基变形影响的评估，强化了对地面沉降引发高铁线路安全问题的认识。

专家表示，上述示范应用的成功，标志着我国高分InSAR地表形变监测技术向实用化发展取得了突破性的进展，向工程化应用迈出了最坚实的一步。

高光谱对地探测系列装备成功研发

围绕地质科研中地球信息获取与找矿突破这一难题，宏观大面积高效率和微观细微结构探测相结合的技术发展模式，是高光谱对地探测的一个重要特性。

据了解，高光谱对地探测技术包括高空、中空、低空、地面和地下光谱探测，对应的仪器有星载成像光谱仪、机载成像光谱仪、无人机（飞艇）成像光谱仪、地面便携式光谱仪和地下岩心扫描仪，从而构成了对地立体探测技术体系。

专家介绍，高光谱对地探测技术广泛应用于地质、环保、农业、林业和海洋等领域，特别是在地质勘查领域应用甚广，能够提供从宏观到微观的地质作用信息，在遥感影像制作、构造识别和蚀变矿物填图等方面，发挥着重要作用。

但是，一直以来，我国高光谱仪器大部分依赖进口，特别是一些短波近红外和热红外成像设备对我国禁运。为突破这一障碍，近年来，中国地质调查局南京地质调查中心在国家、部门和中国地调局地质专项支持下，研发了除星载以外的所有仪器，其中大部分仪器实现了成果转化，为地质科研和找矿提供了有力支撑。主要研发成果包括以下五项：

岩心光谱扫描仪。采用图像和光谱在线检测相结合方式，突破了光谱在线检测新技术，实现了岩心数字化，为岩心数字建库、资源共享提供了测量手段。同时通过蚀变矿物填图，为地质科技发展和找矿靶区预测提供了支撑。

HSM微型成像光谱仪。微型成像光谱仪突破了传统的成像光谱仪设计技术，采用全反射光学设计创新理念，凸面光栅分光，小F设计，增加了能量传递，提高了信噪比，减小了体积，减轻了重量，适合以无人机或飞艇为平台对地遥感探测，解决了以往仪器笨重和信号质量差等问题。广泛应用于地质、环保、海洋、农业和国土等领域遥感探测。该仪器分为两个波段探测，一个波段是可见光-近红外（400～1000纳米），另一个波段是近红外-短波近红外（1000～2500纳米)，两个仪器拼接后，实现了全谱段探测，特别适合地质领域的高光谱遥感。该仪器的研制成功，打破了国外对此类高档仪器的封锁，实现了具有自主知识产权的仪器国产化。

全谱段地物波谱仪。采用波段拼接技术，实现在可见光-近红外-短波近红外谱段的快速光谱测量，适合野外遥感验证、原位测量和室内测量。该仪器体积小，重量轻，方便野外携带。仪器光谱范围为350～2500纳米，光谱测量速度小于20次/秒，仪器重量小于3.5千克。

便携式近红外矿物分析仪。采用主动光源、T型分光与积分球相结合技术，实现野外岩石中蚀变矿物测量。光谱范围为1300～2500纳米；具有成本低、效率高、不受外界光源干扰特点。南京地质调查中心是目前世界上唯一拥有该仪器技术和产品的单位。

矿物光谱数据处理软件。MSA（矿物光谱数据分析专家）软件可对海量岩石光谱数据进行蚀变矿物定性分析、定量分析和信息提取，并可根据需求进行图形表达和数据发布。该软件突破了智能算法，实现了海量数据模糊处理，是国产的唯一矿物光谱专业软件。

专家表示，应用高光谱对地探测技术可对岩石原样进行分析，快速区分层状硅酸盐中单矿物、含羟基的硅酸盐矿物、硫酸盐矿物和碳酸盐矿物等低温蚀变矿物，可以得到大量的以前无法得到的定量化的原始地质数据。

据介绍，高光谱对地探测技术在下列矿区和勘探项目的应用中，均取得了较好的成效：

——在青海五龙沟金矿区的应用。在承担中国地质调查局专项——青海五龙沟金矿区蚀变矿物填图工作中，项目组扫描了岩心8500米，测量钻孔21个，通过数据分析，建立了蚀变矿物分布图，揭示了矿区成矿地质作用，以及多期蚀变形成的矿床特征。

——在福建紫金山矿区的应用。在福建紫金山矿区扫描岩心27000米，测量钻孔37个。完成4个剖面的蚀变矿物分布剖面图和1个蚀变矿物立体填图。通过对紫金山金铜矿北西向、北东向剖面的近红外光谱矿物填图，在紫金山矿田发现了一个长约5千米、宽约3千米的高级泥化带，紫金山高硫化型金铜矿产于这一蚀变带最厚的部位，目前控制的垂向厚度超过1500米，且未封闭。结合0线、3线、7线、11线的蚀变矿物频率等值线，利用3Dmine软件对与高硫型铜成矿密切相关的明矾石和与斑岩型外壳黄铁绢英岩化带相关的绢云母矿物进行了三维模型展示。

——在福建政和县狮子岗矿区的应用。扫描3个钻孔、1300米岩心，采集了网格化样品，岩心矿物解译主要为绢云母、绿泥石、绿帘石和高岭石。整体对照钻孔柱状图来看，主要蚀变矿物为绿帘石、绿泥石、白云母、金云母、方解石、铁白云石、伊利石、高岭石等。菱铁矿和黄钾铁矾与黄铁矿化关系密切。

——在鄂尔多斯盆地油气勘探中的应用。所测岩石样品来自MP1、MP3和ZP1三个钻井。样品均为细粒岩石碎块和粉屑物，样品目视均无任何油气污染迹象。样品所含的粘土矿物成分相对较简单，主要是伊利石和少量绿泥石，其中伊利石存在于几乎所有样品中。另外，高岭石存在于少部分样品中。测定结果表明，所测的59个样品中，有9个样品含有低量石油 (ZP1-5是碳氢物光谱记录最强的样品)。采用1730纳米和2310纳米吸收强度表示的是石油的相对含量。这可以证明岩心光谱扫描仪可以应用在油气检测中。

记者了解到，上述成果应用得到了相关单位肯定，为地质科研与找矿提供了过去很难提供的新地质信息，已经应用在生产和实践中，拓宽了地质工作者科研与找矿思路。□