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工程10(2022)13工程成就用于地下勘探的极低频工程方案陆建勋a,卓贤君a,刘勇b,赵国泽c,狄青云da中国船舶研究开发院,北京100101b武汉海事通信研究所,武汉430079,中国c中国地震局地质研究所,北京100029d中国科学院地质与地球物理研究所,北京1000291. 介绍超低频(30-20世纪50年代,为加强战略导弹核潜艇的隐蔽性和生存能力,美苏两国都开始研究超低频通信,目的是实现陆地指挥中心与潜艇在水深100米以下、距离上千公里的通信。1969年,美国海军在威斯康星州Clam Lake的低电导率花岗岩地区建造了一个SLF测试设施(威斯康星州测试设施(WTF))。后来,在1972年,海军成功地在水下102米深、距离4600公里的潜艇之间建立了通信距离然后,在20世纪80年代,美国将WTF站升级与此同时,苏联在科拉半岛的低导区建造了宙斯站,也成功地实现了与核潜艇的水下战略指挥通信[1在20世纪90年代,美国和俄罗斯开始研究低频(0.1-30 Hz)的通信问题,同时将研究领域扩展到电子物理学、空间物理学等。一个国际极低频(ELF)研究项目(图1)也被公开提出。在这一点上,需要注意的是,根据中国无线电频率划分标准,频率范围为0.1Fig. 1. 国际ELF研究项目。https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.12.0032095-8099/©2022 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页:www.elsevier.com/locate/engJ. Lu、X.Zhuo,Y.(1998- 1995),中国植物地理工程10(2022)1314××包括极低频(TLF)(0.03-0.3 Hz)、ELF(0.3-30 Hz)和SLF(30-300 Hz)频带。为了更容易表达,我们在本文中将0.1中国2000年,鲁建勋院士和马宗锦院士率先开展了一项研究项目在中国工程院的领导下,该项目名为为了解决可控源音频大地电磁法(CSAMT)[8],该项目提出了一种新的人工源电磁法,其重点是通过地球电离层波导传播的固定高功率传输信号的应用。该方法将适用信号半径大幅度扩展到数千公里,将探测深度下限加深到10公里。现有人工源电磁法的应用范围也大大扩大。为了区别于其他的地球物理电磁技术,我们将这种新技术称为无线电磁法(WEM)。为了更好地研究和应用WEM方法,为了提高资源探测和地震预测的有效性,提出了应用WEM方法所需的基础设施建设计划:地下勘探ELF工程项目(也称为WEM项目)[9]。2005年,极低频试验设施进行了几次关于WEM在资源探测和地震预测方面的应用的试验。测试产生了许多初步的积极结果,表明这种方法是有效的[10,11]。2006年,WEM项目被列为中国“十一五”期间国家重大科技基础设施建设项目之一。2. WEM项目2.1. 目标WEM项目的目标如下。(1) 建设ELF发射站等实验设施,能够发射0.1-300 Hz的(2) 利用极低频电磁波的深层传播和大信号覆盖机制,开展WEM方法及其在资源勘探和地震预报中应用的理论和方法研究(3) 探索复杂地质环境下深部资源勘查的新理论和地震电磁异常前兆的新规律、新机制,推广这些领域具有重大科学意义的原创性研究成果(4) 促进地球物理、空间物理、射电物理等学科的发展。2.2. WEM项目建设ELF发射站和其他支持基础设施,用于资源勘探和地震预测已经完成。这些设施在资源勘探、地震预报、大陆架信号测试等方面对WEM方法的原理和工程应用进行了进一步的研究,并取得了一些成果。2.2.1. 建立首个民用大功率极低频发射站在我国中部低电导率地区建立了一座大功率输电站(简称WEM站)。该站有两个近正交的发射天线: 每个天线都配备了一个500千瓦的发射机(图。 2表示发射台的设备和设施),并在两端接地。天线可以在中华人民共和国工业和信息化部无线电管理局批准的0.1-300 Hz ELF频段内的98个频率上传输信号WEM台站信号的频率精度优于3 × 10310WEM台站信号稳定、信噪比高,满足了资源勘探、地震预报等突破性科研领域的需求(图1)。 3)。在WEM站建成后,其发射信号的强度在测试结果表明,0.5-300 Hz信号的覆盖半径2.2.2. 地下资源探测研究成果及应用WEM法是一种新的人工源电磁法,它在传播机理和应用方面都不同于现有的人工源根据WEM方法的特点,对极低频电磁波的传播机理以及WEM在资源探测中的应用进行了理论研究建立了极低频电磁波传播的因此,可以实现超宽网络化深部三维(3D)ELF电磁勘探,以获得10 km深度内的高精度和高分辨率电性结构,可以为石油、天然气和矿产资源勘探提供可靠的地球物理模型[12在WEM项目建设过程中,在曹寺窑钼矿区(内蒙古自治区)、泌阳盆地(河南省)、明月峡构造区(重庆和四川省东部)和遂宁地区(四川省)进行了多次实验性勘探(图1 - 3)。 4和5)。所有这些探索都验证了WEM方法与常规技术相比具有改善金属矿物和石油和天然气勘探的地球物理建模的能力。2.2.3. 地震预报研究与应用成果在北京首都圈和南北地震带南段地震重点防灾区建立了由30个固定台站和2个流动台站组成的ELF电磁信号观测网(表2和表3),可同时对ELF波段的WEM信号和自然信号进行连续监测。建立了地震服务子系统,包括地震数据传输、监测、处理、管理和分析服务,J. Lu、X.Zhuo,Y.(1998- 1995),中国植物地理工程10(2022)1315图二、无线电发射台的设备和设施(a)2× 500千瓦发射机;(b)控制柜;(c)天线调谐室;(d)馈线塔。图三.来自WEM站和自然源的(a)电场(E)和(b)磁场(H)功率谱密度的比较。x:南北分量; y:东西分量; A:WEM信号; N:自然信号。J. Lu、X.Zhuo,Y.(1998- 1995),中国植物地理工程10(2022)1316表1WEM站发射信号强度测试结果2017年8月8日九寨沟7.0级地震余震和2017年9月30日青川5.4级地震。地震前后的电磁场或地下电性结构的变化在这些地震前后被清楚地识别出来例如,在漾濞5.1级地震前几周,出现了74 Hz的视电阻率和阻抗相位脉动(图1)。 6)。作为另一个例子,4Hz电磁功率谱WEM站传播的密度开始增加8天与国家地震台网合作子系统可以监测电磁场和地下电气结构(例如,北京首都圈及南部地震带的电磁时间序列、频谱及视波速等这些资料可用于研究地震与电磁异常的关系和机理,提高地震监测预报能力[16自2015年以来,电磁监测网提供了大量的观测数据,涵盖了许多地震事件的持续时间,其中包括2017年3月27日在云南省漾濞县发生的5.1级地震。在青川5.4级地震前(图7)。目前,WEM地震子系统的电磁数据已作为地震预报参数之一2.2.4. 其他突破性的科学研究和应用根据国际ELF研究项目的信息,ELF电磁技术可以广泛应用于许多科学研究领域,如电子物理学,空间物理学等。在WEM项目建设期间,进行了大陆架信号实验,结果表明,WEM站发射的信号见图4。内蒙古草寺窑钼矿WEM勘探综合解释结果(a)电阻率切片三维视图,黑色虚线表示矿体的水平范围;(b)剖面反演结果,黑色虚线表示钼矿床的垂直范围 L1 ~ L7为测线数;F1-F4为断层数量; Q为第四系地层; E为新生代地层; Mo为钼矿; Ar为太古代地层; c为花岗岩。频率(Hz)发射信号覆盖半径(km)SNR(dB)0.1-0.5500–100020800–2000100.5-1020002030001010–300300020> 3000人10J. Lu、X.Zhuo,Y.(1998- 1995),中国植物地理工程10(2022)1317图五.重庆明月峡油气构造WEM结果与地震走时层析成像剖面对比J为侏罗系地层; T为三叠系地层,下标1、2、3为不同阶段; P为二叠纪地层; C为石炭系地层; S为志留系地层; e为寒武系地层。可以在南海水下300米处接收这些实验为利用WEM方法进行大陆资源勘查奠定了坚实的基础,拓展了ELF电磁技术的应用领域,促进了WEM台站的发展。3. 关键技术和创新在WEM项目中开发了以下关键技术和创新。(1) 基于地-电离层波导传播技术的WEM方法凭借其强大的抗噪音能力该方法具有探测能力强、穿透深度大、精度高等特点,为地下资源勘探、地震预报等前沿领域研究提供了新的科技平台。(2) 高功率极低频信号的联合形成、双频段高精度信号产生、极低频天线复杂参数匹配与调谐等关键技术的取得,使高功率极低频的高效输出与辐射成为可能,并带动了极低频传输系统的快速发展所传输的高精度、高稳定的ELF电磁信号满足科研和工程应用的要求。(3) 对极低频电磁波的传播机制进行了理论研究,并对电离层表2首都圈地区15个固定地震电磁台站位置信息表3南北地震带南段15个地震电磁固定台站位置信息站经度(°)纬度(°)站经度(°)纬度(°)BD(宝坻)117.39839.697CZ(崇州)103.51830.806SX(歙县)113.64236.544JG(剑阁)105.56032.205HL(怀来)115.52240.443BZ(巴中)106.74531.841FN(丰宁)116.57341.200JL(九龙)101.51328.996WA(文安)116.45338.846PD(坪地)101.83626.201WD(无棣)117.68038.018MB(马边)103.53928.836AQ(安丘)119.21836.374JGU(景谷)100.73423.502LY(莱阳)120.72136.988医学博士(牟定)101.53225.302JX(聚贤)118.89535.543YX(粤西)100.18125.698DT(大同)113.71340.086QJ(巧家)102.94326.910XX(夏县)111.22435.107JS(建水)102.76123.651DX(代县)113.05739.064ML(勐拉)101.52821.426HH(呼和浩特)111.56340.849XP(新平)101.90624.103YK(营口)122.60440.683YJ(盈江)114.55841.407DL(大连)121.76439.577LJ(丽江)100.17426.977J. Lu、X.Zhuo,Y.(1998- 1995),中国植物地理工程10(2022)1318图六、漾濞地震前后74 Hz视电阻率(上)和阻抗相位(下)的变化XY:提出了一种适用于极低频电磁波模拟的地-气耦合模型。该模型实现了极低频电磁波超宽带网三维深部资源勘探。首次利用WEM方法完成了一系列大规模、长炮检距、深部的油气矿产实验勘探(4) 采用ELF电磁地震监测网实现了电磁场的连续观测和快速分析。通过连续监测数据集可以获得电磁场和地下结构的四维动态变化,提高了识别和捕获与地震活动相关的电磁异常信息的能力。在地震电磁学研究中,首次实现了对天然源和极低频信号的同时观测,为地震预报提供了重要的数据和成果。(5) 提出了一种大范围水下ELF检测方法。通过理论计算和水下接收实验,验证了极低频在大面积、大深度海水中的穿透能力。这一研究成果为“透明海洋”以及海洋资源勘探和其他应用奠定了坚实的基础4. 工程应用与开发WEM项目的建设为ELF电磁技术的研究和应用提供了软件和硬件设施它将促进极低频电磁技术的发展,提高资源勘探能力和地震预报的可靠性,并有助于深部地质、空间物理、无线电物理等领域的研究。因此,WEM项目具有广阔的应用前景。4.1. 促进电磁探测技术的发展电磁法已从天然源电磁法(被动)发展到人工源电磁法(主动),电磁数据处理技术也得到了发展。测量方法已经从一维(1D)发展到二维(2D)和3D。WEM方法的信号由固定发射源均匀发射,便于大面积联网观测。这些信号具有信噪比高、覆盖范围大的特点,为三维电磁勘探技术的发展提供了理想的条件,提高了地下资源探测、地震电磁监测和地震预报的精度。WEM方法将促进人工源三维电磁技术的发展,同时推动地下资源勘探和地震电磁监测技术的跨越式发展。4.2. 提高资源勘探技术WEM方法中的信号的特征在于高信噪比、大覆盖区域和大检测深度。通过控制大功率、大范围、不同频率的电磁信号的发射,可以间接扫描地质剖面或测区不同深度的电性结构,形成电性结构的二维或三维图像,这将显著提高地下结构探测的精度。该技术将在复杂和深部的石油、天然气和矿产勘探中发挥更重要的作用[19]。WEM站信号在经过海水衰减后仍保持较高的信噪比因此,WEM方法也完全适用于大陆架地区的海洋资源勘查,为我国大陆架地区的油气矿产资源勘查和地质调查提供了一种新的方法4.3. 为地震研究和地震预报由WEM站发射的稳定且精确的电磁信号具有大的覆盖区域,并且因此可以借助于在某些地震易发区域中的接收器网络在长时间段内被有意识地观测到。这些信息包括地壳结构和电磁场的动态电性参数变化,J. Lu、X.Zhuo,Y.(1998- 1995),中国植物地理工程10(2022)1319见图7。 青川地震前后4 Hz电磁功率谱密度的波动范围。M5.4:震级5.4。在传播过程中携带大气层和电离层信息。这些信息可以为我们提供更全面的技术组合,以同时捕获深层地下地震活动和相关的电离层变化( 即 , ‘‘source and field” anomalous information),whichcangreatly improve the identification and recognition of anoma- liesand provide a new scientific research tool for determining the4.4. 促进相关领域的发展WEM工程是进行所谓“深地、深海、深空”科学研究的重要设施。WEM站发射的稳定、高信噪比的ELF电磁信号可用于空间物理、大气物理、地质、应用物理和军事通信等研究。从而推动了我国电子物理、空间物理、射电物理等学科的进步。5. 结论WEM项目中提出的WEM方法及其应用涉及无线电通信、无线电物理等多个学科。这种全新的方法取得了许多突破。WEM项目在最初进行验收时,与会专家给予了很高的评价,项目的验收函中写道:“WEM项目是无线电通信技术与物理学交叉的创新成果,也是解决ELF(0.1-30 Hz)发射问题的突破。成果具有高度原创性,整体技术性能处于世界领先水平J. Lu、X.Zhuo,Y.(1998- 1995),中国植物地理工程10(2022)1320致谢我们感谢中国工程院对WEM项目及项目二期关键技术研究的支持。引用[1] Galjs J.长电磁波的地面传播。牛津:Pergamon Press; 1972.[2] 罗·H与潜艇的超低频(ELF)通信IEEETrans Commun 1974;22(4):371-85.[3] Bannister PR. 威 斯康 星州 测试 设 施有 效接 地电 导率 测量 总结 。 无线 电 科学1976;11(4):405-11.[4] Bannister P,Williams F,Dahlvig A,Kraimer W.威斯康星试验设施发射天线方向图和转向测量。IEEE TransCommun 1974;22(4):412-8.[5] Bannister PR,Williams FJ. 1972年8月威斯康星州试验设施有效大地电导率测量结果。J Geophys Res 1974;79(5):725-32.[6] 编辑卢J。ELF SLF无线技术。哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社; 2011.中文.[7] 元Y.传播和噪声的SLF&精灵电磁波北京:国防工业出版社; 2011.中文.[8] 作者:Wang R. CSAMT法正反演及其应用北京:科学出版社; 2007. 中文.[9] Zhuo X,Lu J,Zhao G,Di Q. 利用WEM进行地下勘探的极低频工程项目。工程科学2011;13(9):42-50. 中文.[10] 赵刚,陆军。&人工超低频波对地震现象的监测分析。工程科学2003;5(10):27-33.中文.[11] ZhuoX,Zhao G,Di Q,Bi W,Tang J,Wang R. WEM在地球物理勘探中的初步应用Prog Geophys 2007;22(6):1921 中文.[12] 王明,傅春,李东,徐春,卓旭。“地球-电离层”模式电磁波传播特性研 究 。 北京:科学出版社; 2013. 中文.[13] 狄勤,薛刚,付春,王荣.可控源音频大地电磁法在深部找矿中的替代工具。SciBull2020;65(8):611-5.[14] 狄强,田芳,索英,高荣,李胜,付春,等。岩石圈深部结构与板内地震的联系:华南地块多源多尺度地球物理资料的视角。地球科学评论2021;214:103504。[15] DiQ,Fu C,Xue G,Wang M,An Z,Wang R,et al. 深入了解天波理论及其在资源勘探中的突破性应用。Natl Sci Rev 2021;8(12):nwab046.[16] 赵刚,王林,唐军,陈晓,詹毅,肖强,等。CSELF电磁法地震监测新试验。中国地球物理杂志2010;53(3):479-86. 中文.[17] 赵光,毕永,王林,韩宝,王新,肖强,等。中国地震监测交变电磁场资料处理进展。Earthq Sci 2015;45(1):22-33.[18] ZhaoG,Zhan Y,Wang L,Wang J,Tang J,Xiao Q,et al. 电磁实验测得的震前电磁异常。Earthq Sci2009;22(4):395-402.[19] 郭新,胡东,李英,段军,张新,范新,等。陆上超深油气勘探理论进展与关键技术。工程2019;5(3):458-70。[20] 丁军,沈晓,潘伟,张军,于胜,李刚,等。地震电磁前兆研究进展。 中华无线电 杂志2006;21(5):791-801. 中文.
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