4月22日,第56个世界地球日如期而至,“珍爱地球 人与自然和谐共生”的主题,彰显着守护地球家园的时代使命。
近日,在“科普中国说——多维地球 寰宇共生”活动中,中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心首席科学家、国家卓越工程师、中国地质学会会士熊盛青带来精彩分享。现摘编其演讲《航空物探遥感带你“透视”地球》部分内容,邀您一同探索地球奥秘→
“向地球深部进军”
我是熊盛青,我的工作是航空物探遥感技术研发、地质找矿与地球探测。
地球是人类赖以生存的家园。具有多圈层结构的地球为我们提供了空气、水和各种资源,但同时也能诱发许多种自然灾害。
在人类历史发展进程中,从未停止过对地球的探索。从“钻木取火”的蒙昧时代到“青铜铁器”的文明曙光,从化石燃料的蒸汽时代到大数据人工智能的迅速爆发,认识地球、开发地球、保护地球都是永恒不变的主题。
“向地球深部进军”是时代赋予我们的重要课题。但是,“上天不易,入地更难!”人类至今钻探的深度不过1.2298万米,不足地球半径的千分之二。用高科技手段是探测地球、发展地球系统科学的必由之路。
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如今,数以千计的遥感卫星像“天眼”一样时刻在看护着我们的地球!它们在支撑服务自然资源管理、生态环境保护、自然灾害预警监测等方面发挥着重要作用。
遥感的特长是观测地球表面,但要快速“透视”地球,就要依靠另一种高科技了,它就是航空物探,学名叫航空地球物理。“透视地球”的目的是向地球内部要空间、要资源、减灾害。
简单来说,航空物探是利用飞机搭载物理探测仪器,通过飞行,像耕地一样,画出一条又一条的飞行测线,获取工作区域的磁力、重力、电磁和放射性等信号,专业上叫作地球物理场信息。
通过对地球物理场信号的处理和解释,推断地球的内部构造特征,从而找到矿产资源的有利富集区,如同医生给病人做CT,寻找“病灶”,这是我们破解地球奥秘的“密码”。
要冲破垄断,没有捷径可走
我国航空物探技术从20世纪50年代开始起步,经历了三代技术发展历程。第一代技术主要是从前苏联引进的,第二代技术则是国外引进和自主研发相结合。
前两代技术,主要在航磁探测仪器和定位技术上相继取得突破,精度逐步提升,进入高精度测量阶段,技术人员能更精确地为地质队指明勘探位置,支撑发现了一大批国民经济建设急需的矿产资源。
但与国际相比,整体技术还比较落后,一直到上世纪90年代前后,主要的仪器装备还要依靠进口。那时候,我们投入巨资、费尽周折才引进的设备,在国外却不是最先进,甚至是即将淘汰的。记得我第一次参加野外勘查,到柴达木盆地寻找钾盐矿藏,钾盐关乎国家粮食安全,用的就是这样的设备。我们曾试图仿制国外仪器,却发现内部都是“黑匣子”,想要仿制却无从下手。
西方国家长期对我们封锁技术,哪怕是合作勘查,都不让我们上飞机,也不让我们接触仪器,更不让我们参与数据处理。在出国考察访问时,更是遭遇了漫长的背景调查、繁琐的签证办理、严格的安检问询,这种感觉像一块越来越大的石头,压在每一位航空物探人的心里。
我们深深体会到,核心技术受制于人是最大的隐患,因为这是买不来、要不来、讨不来的。要冲破垄断,没有捷径可走,必须靠自己来攻克。从那时起,我们就坚定了信念:航空物探领域的科技自立自强,我们必须有!
精度提高0.1,不简单
2006年,航空地球物理勘查技术,列入国家优先支持发展的重点高科技领域,一批重大科技项目相继启动。我们国内的25家单位、51个团队、近500名科研人员,开启了自主研制的“大会战”和“攻坚战”。
从“追赶50年差距”到“国产装备国际一流”,我们仅用不到20年!
比如航空重力仪精度达到0.6毫伽。毫伽是个什么概念呢?众所周知,地球的平均重力加速度约为9.8米每二次方秒,1毫伽约为平均重力加速度的百万分之一,这是一个非常微弱的变化量。我们自主研发的精度比西方的禁运指标还提高了0.1。
这0.1,是我国科学工作者用无数个不眠之夜换来的!我国成为继美国、加拿大、俄罗斯之后,第四个掌握航空重力核心技术的国家。有了它,我国又新增了一种探测地球和找矿的重要手段——“2020珠峰高程测量”,它功不可没。
如今,我们建立了第三代高分辨综合航空地球物理勘查技术体系,具备了全地域、多尺度、高精度的综合勘查能力,整体达到了国际一流水平。
下一步,我国要发展的第四代技术,将着重围绕在新一轮找矿突破战略行动中,高海拔、深切割地区“人上不去”“装备上不去”的堵点问题,牢牢牵住轻量化、小型化的“牛鼻子”,为航空物探设备“瘦身减重”,发展以无人机集群、超高分辨率和智能化为特色的新一代技术,打通产业化的最后一公里,在找矿主战场上接受实战检验。
补齐空白,成就美轮美奂图景
在中国的航磁图上面曾有一片空白,是青藏高原一处面积达110多万平方公里的区域。这里层峦叠嶂、高寒低压,不仅飞机作业难、精准定位难,航磁仪器的运行也要经受极大考验。
我国西部地区矿藏丰富,但在青藏高原开展地面找矿工作十分艰难,我们的前辈一直想补全这片区域,但由于技术和经济条件的限制,长期没能实现。
我们团队站在“巨人的肩膀上”,持续攻关奋战,终于消除了仪器的“高原反应”,补齐了这最后一块空白,成就了这张美轮美奂的自然画作。
我们判断出了一个个可能成矿的区域,基本上摸清了全国铁矿资源“家底”,有力地支撑了全国找矿勘查部署和实践。
七十多年来,我国航空物探发现了数万处异常。依据航空物探异常发现的矿床数以千计,我们可以骄傲地说,全国约90%的铁矿都是通过航磁异常发现的。
近年来,大冶铁矿深部富矿体、山东齐河富铁矿、新疆东天山铜镍矿、秦岭华阳川地区铀矿……这一个个富饶宝藏的发现,都离不开航空物探的快速识别和定位。
我们解译出了地球内部的岩浆岩、断裂构造、火山机构等要素,为揭秘地球内部结构、防灾减灾提供了系统的科学研究成果。
给珠峰“量身高”
在我的职业生涯里,还有一段令人心潮澎湃的记忆。
2020年,我们乘坐自主设计改装的“航空地质一号”飞跃珠穆朗玛峰。这里是航空物探的“禁区”——地形起伏严重、天气变化剧烈,众多风口的风切变,连飞机都会有“高原反应”。而我们要挑战的,是去丈量中国的高度、世界的高度——给珠峰精准地“量身高”。
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神峰之上,离地面1000米的飞行高度,已接近飞机的极限高度。为了保证数据的准确性,航空测量要尽可能贴近地面。一边,登山队员奋力冲顶,为珠峰确定“头顶”位置。另一边,我们飞入云霄,为的是找准珠峰的“脚底板”,也就是大地水准面。
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为了不错过五月的飞行窗口期,队员们每天凌晨披星戴月向机场进发,因为他们必须赶在日出之前保证飞机起飞,此时的飞机爬升能力强、气流波动小,数据质量也更有保证。在做好准备工作后,队员们和飞机都在等待着塔台的指令。
凌晨的高原寒风刺骨,队员们穿着羽绒服,不停地跺脚取暖。当塔台发出指令,飞机起飞时,队员们一片欢腾。但更多的时候,由于天气和空域管制等原因,一早上的忙碌却是无用之功。即便知道今天的忙碌和辛苦可能又打了水漂,但为了不错过每一个能够飞行的日子,野外队员们天天如此。“高原寒”难不倒我们的队员,缺氧,不缺精神!
这是我国首次在珠峰区域开展航空重力和遥感综合测量,我们用国产技术将精度由米级提高到厘米级。当8848.86米这一数字公布时,团队热泪盈眶!这个充满温度、代表国家科技实力的数字,是中国技术“触摸天空”的新高度!
致敬中国地质工作者
地质工作是艰苦的,却也是浪漫的,工作的特殊性让我们饱览山河秀美,也领略了许多常人无法涉足的自然奥秘。但在此过程中,我们亏欠最多的就是家人。
我们亲历了航空物探技术装备从无到有、从有到精,见证了国家的能源资源家底越来越厚,却没能见证孩子从蹒跚学步到咿呀学语的每一次成长。
测量珠峰发生在疫情暴发的初期,我们的野外队长,是刚刚为人父八天,却毅然舍小家、顾大家的“90后”。我们“60后”的技术专家,年近九十的老母亲住进了ICU,他却不能床前尽孝。在我们的团队里,同样有巾帼不让须眉的女英雄,坚守雪域高原,都有她们的飒爽英姿!
我想向我的夫人、女儿,以及广大地质工作者的家属,表示崇高敬意和衷心感谢!你们,是中国地质调查事业的无名英雄!