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“三深”科技创新之路向何处去
http://www.chinamining.com.cn 2016年11月09日 作者:□本报记者 刘晓慧 编辑:

  2016年9月,国土资源部党组制定了全面实施深地探测、深海探测、深空对地观测和土地工程科技“四位一体”的科技创新战略,赋予中国地质调查局承担编制和组织实施“三深”战略计划的历史使命。在中国地质调查局科技创新大会暨纪念中国地质调查百年学术研讨会上,中国地质调查局中国地质科学院地球深部探测中心副主任吕庆田、中国地质调查局国土资源航空物探遥感中心副主任熊盛青、中国地质调查局青岛海洋地质研究所所长吴能友分别就深地、深空、深海的未来地质科技创新方向做了详细介绍。
  地球深部探测将完成八大任务
  众所周知,上世纪60年代板块构造理论用于解释大洋。但是,板块构造“登陆”仍然有很多困惑问题不能解释。于是,大陆地质研究的深部探测开始兴起。
  据吕庆田介绍,上世纪70年代,大陆深地震反射的先驱COCORP开启了深部探测的先河,后来陆续开展了一系列科学研究计划,诸如国际大陆深地震反射科学计划、俄罗斯反射/折射探测剖面部署及完成情况、英国BIRPS反射地震剖面、意大利CROP反射地震剖面等。上世纪70年至今,地球深部探测仍是地球科学的前沿。
  我国跻身世界深部探测大国行列,极大提高了对大陆地壳结构、物质与演化的认知。上世纪60~70年代,我国开始开展零星地震测深工作。上世纪80年代,我国开展地学断面(GGT)计划,完成13条地学断面。上世纪90年代,中美合作开展了青藏高原宽频地震探测;中美INDEPTH计划开展了深反射/折射为主综合探测;中法青藏高原项目开展了藏南、藏北和阿尔金宽频地震探测与综合研究。
  本世纪至今,我国启动了喜马拉雅计划,研究南北地震带宽频地震探测(2010年至今);深部探测技术与实验专项(2008年~2015年);大陆科学钻探计划(2000年至今)。
  上述深部探测计划,获取了大量科学数据,极大深化了对中国大陆形成与演化的认知,建立了较为完善的深部探测技术体系,培养了一批国际化人才和创新团队。
  记者从中国地质调查局科技创新大会上了解到,我国地球深部探测未来计划具体包括:推进申报国家重大科技专项“地球深部探测重大科技项目”;组织由中国科学家发起的国际大科学计划“地球CT计划”;2016年~2020年,组织实施国家地质矿产调查专项“深部地质调查工程”; 2016年~2020年,启动国家研发计划“深地资源勘查开采”专项。地球深部探测总目标“22128”具体包括:引领、培育两个新的经济增长点,即地下空间利用、地热资源利用;开辟两个能源、资源新的深度空间,即深部矿产资源探测开采空间(3000米以浅)、深部油气资源探测开采空间(6000米~10000米);创新地球动力学理论,在深部认知和探测领域从“跟踪”走向“领跑”;创建2个地球深部探测和观测系统,实现对地球静态探测向动态监测的转换,实现深部探测常规装备国产化;完成8个重大示范工程和产业化基地 。
  今后,地球深部探测主要围绕八大任务开展:
  一是地下空间探测与安全利用。城市地下空间三维结构探测,建立精细地质模型,评价地下空间安全开发资源量;开展特殊地下空间探测与利用(500米~2000米);研发地下空间探测评价技术,建立探测、评价与监测一体化技术方法体系、标准与安全管理体系;通过示范工程,引领和培育地下空间开发利用新的经济增长点。
  二是深部含水层结构探测。东部平原区含水层结构探测与评价;西北内流盆地区域含水层结构探测,山前巨型地下水库与调蓄能力探测;西部干旱区深部基岩储水构造探测;研发深部含水层探测与识别技术,区域含水层系统形成演化规律。
  三是深部矿产资源探测与开采。重要成矿区带岩石圈三维结构探测与战略新区预测;重要矿集区深部结构“透明化”探测与成矿系统识别技术;成矿系统“末端”成矿效应与大型矿田深部勘查技术;覆盖区“穿透性”探测技术与深部勘查示范;深部矿产智能高效开采技术与装备。
  四是深部油气探测与开采。深层油气探测与开采关键技术,包括:深部油气评价、深层页岩油、页岩气有效开采、大型含油气盆地深部结构探测、万米钻探关键技术。深部油气资源评价与开发,包括深层页岩油、页岩气资源潜力、富集区评价及开发;超深层油气成藏条件、资源潜力与有利区评价;大型含油气盆地基底结构探测、盆地演化及对油气富集的控制作用。
  五是地热资源探测与地热能利用。地热流探测与热形成理论研究,包括:大地热流测量技术;温度场分布与深部热结构研究;干热、水热型及浅层地热资源的热源机理、控热构造及其空间分布特征。地热田探测与评价技术,地球物理、地球化学探测与评价关键技术;深层高温地热井安全高效钻、完井技术;深部地热能(含干热岩)开发利用技术与示范。
  六是深部地下观测与地壳活动性监测。深部地下观测系统,东部郯庐断裂带与西部龙门山活动带深井群观测与监测系统。建立全国地应力监测网,重大活动断裂观测台阵,超深科学钻探——关键部位、大型油气盆地与成矿带超深科学钻探参数井,15000米智能钻机研制及配套工艺。深部作用观测技术系列,包括研发耐高温、高压、高腐蚀与高灵敏度深井观测地球物理、地球化学技术与装备。
  七是深部探测前沿技术与装备。深部探测前沿技术,包括高端传感器材料与制备工艺、微弱信号检测技术。新一代传感器研制包括磁、重传感器、宽频带地震计、非接触式电场传感器等。深部探测关键仪器与装备包括200米以浅精细探测技术、航空地球物理探测系统、地面与井中探测系统、传感器工程化、移动探测与数据融合智能平台等。
  八是深部探测与深部过程。东中亚大陆地壳结构基干剖面探测包括深地震反射/折射探测与地壳结构、宽频地震、大地电磁探测与岩石圈结构研究等。大陆三维物性结构探测包括大陆宽频带、MT阵列观测与三维速度及电性结构研究等。
  深空对地观测科技创新取得重大进展
  深空对地观测是利用卫星、航空平台遥感与物探手段,推动资源开发利用,优化生存环境,满足社会发展需求。而深空探测是探索宇宙起源,寻求第二空间,是对空间科学的探索,目标是保护地球环境,避免重大灾难,实现人地和谐共处。
  各国竞相发展空间对地观测,实施重大科学计划引领。国际上,深空对地观测发展趋势是多模式对地观测,地球多圈层探测对象多元化,探测任务多样化,探测距离更外部,国际合作更广泛。其目标是探索宇宙起源,保护地球环境,推动地球与行星科学进步,引导高新技术和产业发展。其特点是美国引领、多国竞争、火星为主、全面探测。
  熊盛青介绍说,我国目前尚且处于起步阶段,主要以月球为主,向火星进军,兼顾小行星。所需关键技术基本成熟,具有深厚的发展潜力。
  我国对地观测起步于中巴合作,至今已有13颗国产陆地卫星。已经开展的高分辨率对地观测系统专项(2010年~2020年)提出,构建我国自主的高分辨率(亚米级/米级)对地观测系统,包含7颗卫星与其他观测平台,覆盖全色、多光谱、高光谱、雷达,以太阳同步、地球同步等轨道观测,构成高空间、高时间和高光谱分辨能力的对地观测系统。国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年~2025)提出,发展国家对地观测体系,包括陆地、海洋、大气3个系列,构建7个星座,88颗卫星,形成高、中、低空间分辨率,多种观测优化组合的综合全球管理与数据获取能力。国土资源陆海卫星业务发展规划提出,至2020年支撑21颗遥感卫星应用,基本建成陆海观测业务体系。
  目前,获得的主要创新成果有:空间对地观测(遥感)技术取得重大进展,初步建成国产卫星国土资源数据保障系统,已建立卫星-航空-地面一体化遥感技术体系;航空对地探测技术实现跨越式发展,基本实现航空物探技术跨越式发展;高效服务六大领域,即国土调查、油气资源、矿产资源、基础地质、水工环地质、军事与外交;对月球和火星探测取得阶段性成果,完成月球物质成分和结构初步分析。
  目前,我国需重点突破的关键技术包括高灵敏度航空地球物理仪器探测器、遥感传感器研发技术;对地观测大数据管理与智能化高效处理方法与技术;多源异构数据融合、集成与联合反演理论与技术;信息综合、知识挖掘理论与技术。
  当前,我国深空对地观测的使命与目标是:形成满足全国、全球、深空3个层次的空间信息数据保障(装备)体系;创新对地观测理论方法和模型,创建支撑全国、全球、深空创新应用的智慧对地观测应用系统;构建对地观测技术与装备研发、自然资源与环境变化监测、能源资源勘查、深空探测四大技术创新体系,引领国际研究方向,2020年部分国际领先,2030年国际领先。当前的重点任务:一是构建观测数据长效保障(装备)体系,研建不同卫星星座,构建陆海观测卫星综合观测保障体系;研制多平台、多参数地球物理与遥感技术装备,联合研制全谱段高光谱、SAR、高精度影像(激光测距)、着陆设备(及搭载探测器) 等轻型化深空探测仪器。二是创建智慧对地观测应用系统,包括陆海观测卫星业务应用系统,云架构与“互联网+”的大数据和决策模型的观测应用系统,空间信息数据在轨与地面智慧协同应用系统。三是创新自然资源与环境变化监测体系,包括高精度全要素自然资源遥感大数据集成综合分析,基于航空地球物理技术的资源评价与地球结构探测,重大自然灾害预测预警与地球关键带动态监测评价。四是推进新型对地观测技术研发,包括遥感、导航、通信卫星数据一体化协同应用技术,以及月基遥感模式对地、对空探测新技术。五是拓展地外行星地质科学探测研究,包括月球、火星地质特征与深部三维结构及物质组分探测,月球、火星地质演化、资源禀赋研究。六是研究地球系统科学综合观测前沿技术,包括天地一体化信息网络服务和共享体系、“星-空-地”地球多圈层连续动态观测技术、地球环境变化与地学过程的评估预报技术等。
  据专家介绍,推进我国深空对地观测事业,就要推进专项支撑与平台建设,落实《空基规划》、《陆海卫星规划》与国土资源卫星系列;建立国土资源(陆海)卫星应用系统;落实国家重点研发计划重点任务《移动平台地球物理探测技术装备》。构建国际合作与共享机制,在对外合作框架下,建立“一带一路沿线国家地观测技术联盟”,推进我国主导的亚洲-大洋州GEO国际对地观测科学计划;推进对地观测与深空探测国际合作,建立资源共享与合作机制;建设科技创新团队,建设航空地球物理勘查技术国家创新团队,建设卫星、遥感创新团队。打造科技创新平台,建实建强局卫星应用研究中心,创建对地观(探)测国家工程技术中心,建立航空地球物理国际研究中心。
  深海探测将从“跟跑、并行”到“领跑”
  习近平总书记在全国科技创新大会上指出:深海蕴藏着宝藏,但要得到这些宝藏,就必须在深海进入、深海探测、深海开发方面掌握关键技术。当下,进行深海探测科技创新具有重要意义。
  上世纪60年代以来,发达国家竞相进入深海。新时期,对深海资源已经从“探测”走向“开发”,不仅美、日、俄、欧等传统强国竞相抢占海洋科技“制深点”,巴西、韩国等后发国家也凭独特优势占据一席之地。美国探测开发历史长,技术全面领先;日本拥有最先进的深海钻探船和深潜技术;俄罗斯深海载人潜水器优势突出;欧洲各国特色突出,各有所长。巴西、韩国的深海油气勘探开发有独到之处。
  目前,我国深海探测取得巨大成就。上世纪60年代,我国开始海洋调查,但上世纪80年代中期才开始进入深海。当前,我国深海探测取得举世瞩目的成就,诸多领域实现“从无到有”、“从跟跑到并行”的创新发展,局部领域甚至实现了“领跑”跨越的目标。国内进展包括:一是自主研发技术与装备,基本具备了全海深进入能力,但核心装备依靠国外引进,深钻技术仍属空白。海洋观测平台呈现多样化,从卫星和航空遥感到水下观测平台;形成深海科学调查船队,具备多学科、多专业调查能力,初步形成远海、大洋和极地综合科学考察能力。水面观测和取样系列技术装备建设初步展开。深潜装备与技术不断取得新突破。深海观测网计划正在实施中。二是深海资源探测取得丰硕成果,初步形成深海资源开发能力。深水油气勘探技术取得新进展,南海北部深水油气勘探取得重大发现;深水油气开发技术从无到有,实现了关键技术的突破;海域天然气水合物勘探获得世界性重大突破,正在进行试采技术研发;大洋固体矿产获得3种矿产4个优质矿区,我国深海固体矿产资源开采技术研究成果显现,完成多金属结核开采关键技术装备研制。三是在服务维护海洋权益方面取得明显成效。四是深海基础研究取得一批国际认可的成果。
  当前,我国深海探测科技创新面向“国家重大需求、国民经济主战场和世界科技前沿”,坚持“需求导向、自主创新、全面发展、开放合作”原则,按照“立足管辖海域、聚焦国际海底、拓展两极深海”总体思路,着力提升深海探测能力和水平,实现我国深海探测从“跟跑、并行”到“领跑”。
  吴能友介绍说,未来将按照五大区域、四个层次的空间布局以及六大领域的业务布局,实施五个技术体系研发和应用,加强组织领导,建立深海探测科技创新领导小组、深海科技创新联席会议制度等;加大资金投入,建立多元化投入机制;推进创新平台建设;加强人才队伍建设;加强国际合作与交流;统筹联动,创新体制机制。□


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