4月22日,第56個世界地球日如期而至,“珍愛地球 人與自然和諧共生”的主題,彰顯著守護地球家園的時代使命。
近日,在“科普中國說——多維地球 寰宇共生”活動中,中國地質調查局自然資源航空物探遙感中心首席科學家、國家卓越工程師、中國地質學會會士熊盛青帶來精彩分享。現摘編其演講《航空物探遙感帶你“透視”地球》部分內容,邀您一同探索地球奧秘→
“向地球深部進軍”
我是熊盛青,我的工作是航空物探遙感技術研發、地質找礦與地球探測。
地球是人類賴以生存的家園。具有多圈層結構的地球為我們提供了空氣、水和各種資源,但同時也能誘發許多種自然災害。
在人類歷史發展進程中,從未停止過對地球的探索。從“鉆木取火”的蒙昧時代到“青銅鐵器”的文明曙光,從化石燃料的蒸汽時代到大數據人工智能的迅速爆發,認識地球、開發地球、保護地球都是永恒不變的主題。
“向地球深部進軍”是時代賦予我們的重要課題。但是,“上天不易,入地更難!”人類至今鉆探的深度不過1.2298萬米,不足地球半徑的千分之二。用高科技手段是探測地球、發展地球系統科學的必由之路。
如今,數以千計的遙感衛星像“天眼”一樣時刻在看護著我們的地球!它們在支撐服務自然資源管理、生態環境保護、自然災害預警監測等方面發揮著重要作用。
遙感的特長是觀測地球表面,但要快速“透視”地球,就要依靠另一種高科技了,它就是航空物探,學名叫航空地球物理。“透視地球”的目的是向地球內部要空間、要資源、減災害。
簡單來說,航空物探是利用飛機搭載物理探測儀器,通過飛行,像耕地一樣,畫出一條又一條的飛行測線,獲取工作區域的磁力、重力、電磁和放射性等信號,專業上叫作地球物理場信息。
通過對地球物理場信號的處理和解釋,推斷地球的內部構造特征,從而找到礦產資源的有利富集區,如同醫生給病人做CT,尋找“病灶”,這是我們破解地球奧秘的“密碼”。
要沖破壟斷,沒有捷徑可走
我國航空物探技術從20世紀50年代開始起步,經歷了三代技術發展歷程。第一代技術主要是從前蘇聯引進的,第二代技術則是國外引進和自主研發相結合。
前兩代技術,主要在航磁探測儀器和定位技術上相繼取得突破,精度逐步提升,進入高精度測量階段,技術人員能更精確地為地質隊指明勘探位置,支撐發現了一大批國民經濟建設急需的礦產資源。
但與國際相比,整體技術還比較落后,一直到上世紀90年代前后,主要的儀器裝備還要依靠進口。那時候,我們投入巨資、費盡周折才引進的設備,在國外卻不是最先進,甚至是即將淘汰的。記得我第一次參加野外勘查,到柴達木盆地尋找鉀鹽礦藏,鉀鹽關乎國家糧食安全,用的就是這樣的設備。我們曾試圖仿制國外儀器,卻發現內部都是“黑匣子”,想要仿制卻無從下手。
西方國家長期對我們封鎖技術,哪怕是合作勘查,都不讓我們上飛機,也不讓我們接觸儀器,更不讓我們參與數據處理。在出國考察訪問時,更是遭遇了漫長的背景調查、繁瑣的簽證辦理、嚴格的安檢問詢,這種感覺像一塊越來越大的石頭,壓在每一位航空物探人的心里。
我們深深體會到,核心技術受制于人是最大的隱患,因為這是買不來、要不來、討不來的。要沖破壟斷,沒有捷徑可走,必須靠自己來攻克。從那時起,我們就堅定了信念:航空物探領域的科技自立自強,我們必須有!
精度提高0.1,不簡單
2006年,航空地球物理勘查技術,列入國家優先支持發展的重點高科技領域,一批重大科技項目相繼啟動。我們國內的25家單位、51個團隊、近500名科研人員,開啟了自主研制的“大會戰”和“攻堅戰”。
從“追趕50年差距”到“國產裝備國際一流”,我們僅用不到20年!
比如航空重力儀精度達到0.6毫伽。毫伽是個什么概念呢?眾所周知,地球的平均重力加速度約為9.8米每二次方秒,1毫伽約為平均重力加速度的百萬分之一,這是一個非常微弱的變化量。我們自主研發的精度比西方的禁運指標還提高了0.1。
這0.1,是我國科學工作者用無數個不眠之夜換來的!我國成為繼美國、加拿大、俄羅斯之后,第四個掌握航空重力核心技術的國家。有了它,我國又新增了一種探測地球和找礦的重要手段——“2020珠峰高程測量”,它功不可沒。
如今,我們建立了第三代高分辨綜合航空地球物理勘查技術體系,具備了全地域、多尺度、高精度的綜合勘查能力,整體達到了國際一流水平。
下一步,我國要發展的第四代技術,將著重圍繞在新一輪找礦突破戰略行動中,高海拔、深切割地區“人上不去”“裝備上不去”的堵點問題,牢牢牽住輕量化、小型化的“牛鼻子”,為航空物探設備“瘦身減重”,發展以無人機集群、超高分辨率和智能化為特色的新一代技術,打通產業化的最后一公里,在找礦主戰場上接受實戰檢驗。
補齊空白,成就美輪美奐圖景
在中國的航磁圖上面曾有一片空白,是青藏高原一處面積達110多萬平方公里的區域。這里層巒疊嶂、高寒低壓,不僅飛機作業難、精準定位難,航磁儀器的運行也要經受極大考驗。
我國西部地區礦藏豐富,但在青藏高原開展地面找礦工作十分艱難,我們的前輩一直想補全這片區域,但由于技術和經濟條件的限制,長期沒能實現。
我們團隊站在“巨人的肩膀上”,持續攻關奮戰,終于消除了儀器的“高原反應”,補齊了這最后一塊空白,成就了這張美輪美奐的自然畫作。
我們判斷出了一個個可能成礦的區域,基本上摸清了全國鐵礦資源“家底”,有力地支撐了全國找礦勘查部署和實踐。
七十多年來,我國航空物探發現了數萬處異常。依據航空物探異常發現的礦床數以千計,我們可以驕傲地說,全國約90%的鐵礦都是通過航磁異常發現的。
近年來,大冶鐵礦深部富礦體、山東齊河富鐵礦、新疆東天山銅鎳礦、秦嶺華陽川地區鈾礦……這一個個富饒寶藏的發現,都離不開航空物探的快速識別和定位。
我們解譯出了地球內部的巖漿巖、斷裂構造、火山機構等要素,為揭秘地球內部結構、防災減災提供了系統的科學研究成果。
給珠峰“量身高”
在我的職業生涯里,還有一段令人心潮澎湃的記憶。
2020年,我們乘坐自主設計改裝的“航空地質一號”飛躍珠穆朗瑪峰。這里是航空物探的“禁區”——地形起伏嚴重、天氣變化劇烈,眾多風口的風切變,連飛機都會有“高原反應”。而我們要挑戰的,是去丈量中國的高度、世界的高度——給珠峰精準地“量身高”。
神峰之上,離地面1000米的飛行高度,已接近飛機的極限高度。為了保證數據的準確性,航空測量要盡可能貼近地面。一邊,登山隊員奮力沖頂,為珠峰確定“頭頂”位置。另一邊,我們飛入云霄,為的是找準珠峰的“腳底板”,也就是大地水準面。
為了不錯過五月的飛行窗口期,隊員們每天凌晨披星戴月向機場進發,因為他們必須趕在日出之前保證飛機起飛,此時的飛機爬升能力強、氣流波動小,數據質量也更有保證。在做好準備工作后,隊員們和飛機都在等待著塔臺的指令。
凌晨的高原寒風刺骨,隊員們穿著羽絨服,不停地跺腳取暖。當塔臺發出指令,飛機起飛時,隊員們一片歡騰。但更多的時候,由于天氣和空域管制等原因,一早上的忙碌卻是無用之功。即便知道今天的忙碌和辛苦可能又打了水漂,但為了不錯過每一個能夠飛行的日子,野外隊員們天天如此。“高原寒”難不倒我們的隊員,缺氧,不缺精神!
這是我國首次在珠峰區域開展航空重力和遙感綜合測量,我們用國產技術將精度由米級提高到厘米級。當8848.86米這一數字公布時,團隊熱淚盈眶!這個充滿溫度、代表國家科技實力的數字,是中國技術“觸摸天空”的新高度!
致敬中國地質工作者
地質工作是艱苦的,卻也是浪漫的,工作的特殊性讓我們飽覽山河秀美,也領略了許多常人無法涉足的自然奧秘。但在此過程中,我們虧欠最多的就是家人。
我們親歷了航空物探技術裝備從無到有、從有到精,見證了國家的能源資源家底越來越厚,卻沒能見證孩子從蹣跚學步到咿呀學語的每一次成長。
測量珠峰發生在疫情暴發的初期,我們的野外隊長,是剛剛為人父八天,卻毅然舍小家、顧大家的“90后”。我們“60后”的技術專家,年近九十的老母親住進了ICU,他卻不能床前盡孝。在我們的團隊里,同樣有巾幗不讓須眉的女英雄,堅守雪域高原,都有她們的颯爽英姿!
我想向我的夫人、女兒,以及廣大地質工作者的家屬,表示崇高敬意和衷心感謝!你們,是中國地質調查事業的無名英雄!
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