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有过矿山工作经历,无意中进入新闻单位工作。开博一为管理自己的资料,二为认识更多矿业界人士。入行十多年,不为对矿业有多大贡献,只愿能为矿业做点事。

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锻造深部找矿利器  

2011-08-22 14:23:48|  分类: 地质人风采 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    锻造深部找矿利器
    
国产化成功根治同类仪器“进口依赖症”
2010年12月26日~28日,中国地质调查局组织有关专家,在重庆对由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所自主研发的DEM-Ⅴ大功率多功能电法系统实用化工业样机进行了性能指标测试。
连续8小时的满载稳定性测试表明,DEM-T30 大功率电磁法发射机和DEM-R5多功能电磁法接收机的各项技术指标与功能均达到项目设计要求,部分指标优于设计要求,实现了大功率和多功能两个研发目标,系统总体性能达到国际先进水平。
“与目前国内各单位广泛引进的国外同类仪器相比,这套具有自主知识产权的多功能电法系统,具有功率更大、探测深度更深、抗干扰能力更强的特点。它的成功研发,不仅会成为揭开我国深部矿产资源神秘面纱、发掘第二找矿空间资源潜力的‘金钥匙’,而且完全可以替代进口产品,打破国外公司在这一领域的技术和产品垄断。”测评专家的话引来一片掌声。
“我们终于可以打破大功率电磁法仪器长期依赖进口的局面了!”国土资源部科技与国际合作司副司长白星碧感慨地说。
中国地质调查局科技外事部叶建良主任对此非常赞同:“DEM-Ⅴ多功能电磁法系统的成功研发,填补了我国在大功率多功能电法仪上的空白,将使我国的深部找矿技术和设备跻身世界前列。”
2009年,物化探所与重庆地质仪器厂联合进行的大功率多功能电法测量系统实用化研究正式起步,以期通过实用化研究实现工业化生产。研究过程中,物化探所提供技术支持,重庆地质仪器厂组织工业化样机的生产试验。到2010年年底,共完成2台套工业化样机的生产调试。
工业化样机出来后,项目组先后在内蒙古西乌珠穆沁旗珠儿很沟矿区、新疆小热泉子矿区等地开展了方法技术的对比试验。在这些矿区,在同发射源、同测线、同测点的对比试验条件下,样机获得的原始数据和曲线形态,与国外同类仪器相比具有数据近似、形态相同的特点,而且,因DEM-Ⅴ多功能仪器具有更高的频点密度,其视电阻率和阻抗相位曲线细节更丰富,更好地刻画了异常特征。
当然,如此先进的功能震动了参加重庆测评会议的测试专家们。后来,这项成果还被评为中国地质调查局2010年十大科技进展之一。
产业化生产实现成果社会效益最大化
“这次我们终于打个翻身仗了!希望它能早日量产,让更多的队伍拥有这款深部找矿的利器!”测试专家组组长刘士毅研究员激动地说。
“如果不将科研成果实用化和产品化,就不能改变我国多功能电法测量仪器长期依赖进口的不利局面”,物化探所所长韩子夜表示,“为了让这款国产装备成为我国深部找矿的利器,支撑三维地质填图和地质调查工作,在国土资源部、中国地质调查局和中国地质科学院领导的支持下,物化探所与重庆地质仪器厂联合,通过双方在技术研发和市场推广方面的优势,让大功率多功能电磁法系统更快地走向市场,实现工业化生产。”
在2011年全国地质调查工作会议上,汪民副部长明确要求地调局大力支持大功率多功能电磁系统实现产业化,要让具有我国自主知识产权的大功率多功能电磁系统支撑三维地质填图、深部找矿和地质调查工作。在科技部、中国地质调查局、中国地质科学院等上级主管部门的支持下,物化探所与重庆地质仪器厂今年将首期推出10套大功率多功能电磁法系统,服务我国地质找矿工作。
2011年4月,物化探所与中国地质装备总公司重庆地质仪器厂正式签署《技术开发(合作)合同》,双方加强优势互补,建设产业联盟,将大功率多功能电法仪器转化为实用产品,为加速我国地质装备国产化进程、危机矿山接替资源找矿、攻深找盲、探测中深部大型矿产资源提供自主的实用方法技术支撑。
2011年5月30日,在广西南宁召开的中国—东盟矿业合作论坛期间,中国地质科学院将生产完成的其中一套仪器样机及相关配套软件赠送给广西地矿局试应用,物化探所还将为其人员进行相关方法技术、仪器操作和野外实际应用及数据处理、解释等全面培训,正式拉开了该系统推广应用和产业化的大幕。
韩子夜表示,物化探所今后将继续发挥“国家现代地质勘查工程技术研究中心”作为地质勘查高新技术集散地和辐射源的作用,加强应用基础理论和新方法、新技术创新研究以及成果的转化。
性能指标  步入国际先进行列
专家、政府和主管部门领导为什么会如此激动并全力支持该系统尽快实现产业化呢?
带着这一疑问,记者日前来到了产品研发单位——物化探所。
在物化探所电磁综合研究室,室主任、系统研发的负责人林品荣指着样机对记者说:“DEM-Ⅴ大功率多功能电磁法系统由发射机和接收机两部分组成。由于我们在研发之初就确立了要做就做最好的研发理念,因此,这一系统无论是在发射还是在接收部分,主要技术指标均达到国际先进水平。”为了进行详细说明,林品荣如数家珍地将技术指标和创新之处一一列了出来。
林品荣说,与国际流行的同类产品比,这一系统采用了更为先进的设计理论,因而也具有更多功能和独特的技术体系。
多频等幅同步供电技术。采用同步方式,一次供出包含多个频率成分、幅值基本相等的方波,以实现CSAMT方法的多频同时观测、获取多元信息并提高工作效率。采用这一技术后,野外测量的工作效率可以提高近一倍。
密集频点供电技术。研究开发了基于DDS(直接数字频率合成技术)的频点细化技术,实现了大功率发射系统密集频点供电功能,克服了传统电磁法发射系统工作频点密度不足这一技术难题。该技术的频率步长最小可为0.004赫兹,供电频率可以根据工作需要任意设置,为进一步开展方法技术抗干扰研究提供了硬件技术平台。
电偶源条件下的高频供电技术。通过开展高压大电流条件下的高频供电技术的攻关研究,实现了电偶源条件下的高压大电流高频(8000赫兹)供电,有效保证了系统在高频工作时具有较高的输出功率。
大功率励磁调压稳流供电技术。将发电机励磁调压技术引入电磁法发射系统,在不采用升压变压器的条件下,可大范围调节供电电压(0-1000VAC)并实现稳流,填补了国内在该领域的一项空白。
大功率逆变和保护技术。开发了过热、过压 、过流和短路等多种保护技术,为将能量供入大地提供了硬件技术保障。
微弱信号同步检测技术。利用高精度的同步机制,开发了微弱信号同步检测技术,即只有当接收信号与供电信号同步时,才能被检测到,其他信号则被滤除,提高了系统对微弱信号的分辨能力和测量精度。
宽带大动态信号数字化技术。开发了全频段24位数字化及数据缓存技术,在全频带范围内实现大动态信号的数字化,既保证了系统有足够的通带,又能保证系统具有足够的动态范围。
高精度混合同步技术。在研究分析各种同步方式优缺点的基础上,研究开发了GPS加石英钟的混合同步系统,该技术实现了两种同步技术的优势互补。混合同步系统既克服GPS同步系统怕遮挡的缺点,也克服了石英钟同步有误差累积、需要定时对钟的不足,实现了全天候同步供电与测量。
无线数据传输和控制技术。开发了基于数据帖中继技术的无线数据传输与控制技术,实现了观测数据的远距离接力传输。
CSAMT信号提取和处理技术。采用幅值相位比较法、加窗数字带通滤波器、整周期叠加法等信号处理技术,研究开发了可对CSAMT多频供电信号进行解编、具有较强抗干扰能力的微弱信号提取和处理技术。
在进行以上技术创新的同时,在方法方面,针对我国的复杂地形条件对电磁探测技术的影响,科研人员研究开发了起伏地形条件下音频大地电磁测深的反演解释技术,研究了浅部不均匀地质体对电法探测所引起的静态位移效应及压制技术,在反应出浅部异常地质体的同时,也能提取深部地质信息。与此同时,联合成都理工大学、中南大学、吉林大学,开展了音频大地电磁测深、可控源音频大地电磁测深、频谱激电测量的二三维正反演理论研究与算法实现,初步构建了多功能电磁探测的软件集成系统,为多功能电磁法探测的数据处理和资料解释提供技术支持。
20年磨一剑  关键技术获突破
对大功率多功能电磁法系统研发这一成功案例,物化探所分管物探科研工作的副所长胡平总结了一个模式,即在共同职责使命支撑下,科技部、国土资源部、中国地质调查局、中国地质科学院等各级主管部门的持续支持加研发人员的执著奉献。
“研发这一系统,就是物化探所和系统研发团队自我加压、为找矿突破提供技术支撑高度责任感的充分体现。”胡平说,“经过近几十年的强力开采后,我国近地表浅部矿产资源量急剧下降,加大深部找矿工作力度、开辟第二找矿空间,成为解决我国矿产资源瓶颈的重要途径。”开辟第二找矿空间,就需要提高对地的探测深度和精度。大功率多功能电磁仪器是一种重要的技术手段。
但由于种种原因,我国一直没有开发出用以深部找矿的大功率多功能电法测量系统。为发掘深部矿产资源的潜力,突破资源瓶颈的制约,近年来,国内众多单位不得不纷纷从国外高价采购同类仪器。
“找矿需要就是我们的科研目标,满足国家需要就是我们科研单位最大的责任。”胡平说,在这一责任感支撑下,物化探所积极向科技部、国土资源部、中国地质调查局等上级主管部门申请,开展大功率多功能电磁系统的研发,并获得了持续的资金扶持。物化探所历任领导对系统研发给予了高度重视和持续支持,为研究团队创造了良好的研究环境和科研条件,保障和促进了研发工作的顺利开展。
同样是为了责任,物化探所以赵子言、林品荣、郑采君、石福升、郭鹏等为骨干的研究团队,进行了持续近20年的执著攻关与奉献。这一团队在前人相关研究成果的基础上,从最初研发单一功能的天然场电法仪开始,在掌握发射、接收、处理等关键技术的同时,逐渐集成AMT、SIP、CSAMT等方法技术和功能,研制出我国具有自主知识产权的大功率多功能电法仪——DEM-Ⅴ。
据林品荣介绍,1991年,物化探所向原中国地质勘查技术院申请立项,研发分布式天然场电磁断面方法与仪器,并获得支持。在赵子言的带领下,研究团队于1992年正式开展研发工作,1995年研制出具有天然场音频大地电磁测深(AMT)功能的有线遥测阵列天然场电磁法方法技术系统,并在国内外率先通过有线同步方式实现了电磁法技术的分布式观测。同步技术的采用,不仅提高了工作效率,更重要的是提高了观测数据质量和效果。
面对这一国际首创,研发团队并不满足。他们发现,分布式观测虽然提高了测量效率和质量,但有线同步具有一定的局限性,极易受地形地貌及植被的影响。于是,自1996年始,研究团队又开始研发无线同步技术。经过三年的努力攻关,开发出基于卫星的GPS高精度同步技术,实现了无线遥测的分布式天然场音频大地电磁测深。
无线同步实现后,研发团队在应用试验中发现,这一技术也存在一定的局限,即在某些野外环境下会存在一定的卫星信号盲点。为解决这一问题,研发团队在多功能电法仪器实用化中,提出了GPS加石英钟的混合同步模式,卫星优先、自动切换的设想,并最终实现了卫星GPS与高精度石英钟的混合同步技术。
“这些技术的逐步形成和完善,建立起了我国具有自主知识产权的阵列天然场电磁法方法技术系列,这一成果也于1998年荣获原地质矿产部科技进步二等奖。”林品荣说。
研究团队在追踪国际发展趋势中发现,天然场电磁法系统和人工场电磁法系统各有优势与不足。
“如果将两种源场的方法相结合,建立混场源电磁法技术系统,不就可以实现优势互补了吗?”
这一想法立即激发研发团队新的激情,混场源电磁法探测技术的探索与研究开始了。
经过近五年科技攻关,运用阵列采集、卫星GPS信号同步、大功率发射等技术,研制出混场源电磁探测的接收系统和发射系统,并开发出相应的数据采集、处理和解释技术。这一方法技术体系将天然场音频大地电磁测深(AMT)和人工场谱激电(SIP)测量功能集于一身,实现了两种场源的优势互补;通过该项目的实施,项目组掌握了高电压、大电流的供电技术,并研制出大功率发射系统科研样机,其发射功率可达70KW,这为下一阶段开展大功率多功能电法仪的研制奠定了坚实的技术基础。
“一定要突破多功能电法仪研制的关键技术制约,创造自主知识产权的技术与产品。”在这一信念支持下,研发团队又开始了更为大胆的征程:放弃之前相对单一的技术发展方向,在已有研究基础上,研究开发大深度多功能电法仪。
研发团队的想法一经提出,立即得到中国地质调查局的大力扶持,在地调项目的立项和经费上都给予了大力支持。2006年,研究团队开始了国产大深度高分辨电磁测量技术与多功能电法仪器研制。2007年开始,科技部在863项目中对此也给予了重要支持。
以大功率发射系统科研样机研发形成的技术为基础,研发团队相继攻克了密集频点供电、大功率逆变与保护、宽带大动态范围接收、高精度混合同步、无线数据通信等技术难题之后,于2008年成功研制出具有可控源音频大地电磁测深(CSAMT)、IP供电功能的70KW大功率电磁法发射系统科研样机和具有AMT、CSAMT、IP测量功能的接收系统科研样机以及配套的数据处理解释技术。
带着样机,研发团队赶到内蒙古西乌珠穆沁旗珠尔很沟矿区,与国外同类型成熟仪器进行了实验对比。通过对比实验发现,自主研发的科研样机不仅能获得可对比的信息,同时在发射功率、频点密度、工作效率等方面优于国外同类型仪器。
在持续近20年的执著攻关中,研发团队用自己的实际行动向人们诠释了什么是奉献。
郑采君、石福升、郭鹏、李勇、李建华、徐宝利、肖原、郑海军等人为了本项目的成功,尽职尽责,分别在电磁法接收机的研发、大功率发射机的研制、方法技术系统的野外测试、数据处理、外围设备开发等方面作出了贡献。作为团队的领头人林品荣在多功能系统实用化工业样机性能指标进行测评期间,得知了父亲因病去世的噩耗,但此时测评正处于关键时刻。在测评现场,他未告诉任何一位同事,也未向任何一位领导吐露苦衷,而是强忍着巨大的悲伤,一直坚持到测评工作圆满结束,才匆忙奔赴老家。
展望未来 做好技术引领、支撑和服务
长风破浪会有时,直挂云帆济沧海。
目前,地质工作进入发展关键时期,进入“十二五”后,我国经济社会发展将继续保持较高的速度,对资源的刚性需求也将继续保持一定的强度。地质找矿如不能实现重大突破,资源的瓶颈约束作用无疑将会继续放大。
地质调查工作面临着新的挑战。为破解这一难题,缓解资源瓶颈制约,国土资源部正在组织实施找矿突破战略行动。但不容置疑的是,现在要实现找矿重大突破将会遭遇更多困难,其中一个突出特点就是找矿将向更深更难更险的空间或地域发展,对找矿方法技术手段的支撑也提出了更新更高的要求。为此,在中国地质调查局2011年工作会议上,国土资源部副部长、中国地质调查局局长汪民提出了“加强立体的、综合的地质调查,实现从传统向现代,从单一向综合,从二维向三维转变,全面提高基础地质调查研究水平”的要求。
可喜的是,在新时期新的挑战面前,物化探所也站到了新的高度。
物化探所所长韩子夜提出,物化探所要根据所的职责定位,进一步主动加压、扛起历史赋予的责任使命,凭借物化探所雄厚的科研技术力量,加强应用基础理论和新方法、新技术的研发、成果转化;充分发挥最新科学技术对地质调查现代化的技术引领和支撑作用,主动担负起地质调查从二维转向三维调查重大技术变革的历史使命。
物化探所副所长胡平指出,在科技部、国土资源部、中国地质调查局的支持下,“十二五”期间,物化探所将进一步落实“研、学、产、用”产业联盟机制,在产业化推广应用开发新一代多功能电法仪、阵列电磁探测等技术的基础上,以用户直接参与研发和应用试验全新模式,开展创新研发活动;在地面地球物理勘查技术方面,将突破技术制约,重点开展分布式、抗干扰、高密度的混场三维电磁数据采集技术、三维数据反演解释和可视化技术,建立实用化的网络式三维电法勘探技术系统,进一步提高电法仪探测深度和空间分辨率,以期更精确刻画地下目标体,为深部找矿和三维地质调查做好技术引领、支撑和服务,为落实地质找矿新机制、实现“358”目标和地质找矿突破战略行动提供支撑。
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