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以国家需求引领方向 以自主创新驱动发展——国土资源航空物探遥感事业发展历程

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  半个世纪前,伴随着共和国第一个五年计划的号角,一架爱罗—45型飞机在内蒙古白云鄂博矿区上空盘旋,这是共和国第一次航空地球物理探矿试验,也是中国地质调查特种部队的第一次亮相,共和国的航空物探事业开始启航。十几年后的1972年率先从德国引进航空摄影系统,开始了试生产。六年后引进红外扫描系统和多光谱扫描系统,形成了从数据采集到处理分析、野外解译于一体的遥感技术工作流程。21世纪以来,随着高精度航空摄影系统、定向定位系统、航空数字相机、航空激光雷达等先进传感器的引进与消化吸收,标志着国土资源遥感事业和能力跨入了一个新的时代。

  中国国土资源航空物探遥感中心(简称“航遥中心”)创建于1957年,现隶属于国土资源部中国地质调查局,是我国从事航空物探和国土资源遥感技术研究、应用、开发一体化的专业技术中心。航遥中心现有员工640人。有教授级高级工程师54人、高级工程师99人、工程师183人;博士40人、硕士57人;荣获“国家突出贡献奖”专家3人,享受政府特贴30人。作为国家基础性、公益性、战略性地质调查队伍的“空中作业专业队伍”,航遥中心具有雄厚的技术实力。现有多架专用飞机、先进的航空物探测量系统及配套的全球卫星导航定位系统;并具有多套最新型的高精度航空摄影系统、定向定位系统、地面激光扫描系统,全自动图像冲洗系统、高精度影像扫描仪与激光数字成图系统,功能齐全的遥感图像处理、数字测图软件和地理信息系统软件。在专业信息采集、数据处理与解释(译)、方法研究、仪器研制和技术应用等方面的技术人员经验丰富。实践证明,航遥中心已经具备在世界各地承担平原、丘陵、高原山区、沙漠、沼泽、河湖、海洋等各类地区高精度航空物探、遥感调查与应用研究的能力。

  航遥中心自成立以来已走过了50年光辉历程。航空物探(磁、电磁、放射性)累计测量飞行430多个测区,约1200万测线公里,相当于绕地球300圈,陆地覆盖面积930多万km2,海域覆盖面积230多万km2,航空遥感飞行覆盖面积420多万km2,获取了海量的重要基础数据;广大科技人员充分发挥航空物探和遥感的技术优势,在基础地质调查、矿产资源勘查、土地利用动态监测、地质环境调查与评价、工程建设地质评价、国土信息化建设和地学研究等领域共完成各类项目1280多项,取得了丰硕的勘查和科研成果,为我国的航空物探和遥感技术发展,特别为我国140多个大中型固体矿床、大庆等油田的发现做出了不可磨灭贡献,写下了许多光彩夺目的篇章。

  一、需求引领方向 科技驱动发展

  1、航空物探技术处于世界先进水平行列,部分达到世界领先水平

  (1)自主创新,航空磁力仪灵敏度大幅度提高。

  航遥中心研制成功具有自主知识产权的高灵敏度HC-2000型航空氦光泵磁力仪,灵敏度为0.0025nT,主要性能指标优于国际上一些先进的同类仪器,总体技术达到国际先进水平。与50年代的磁力仪相比,灵敏度提高了上万多倍。

  (2)自主研发,实现数据收录数字化,磁场补偿自动化。

  航遥中心研制成功具有自主知识产权的DS-3型航空物探综合站收录系统,CS-1型航空自动数字补偿仪,DSC-1型航空自动数字收录和补偿一体机,实现了空中测量信息的全面数字化收录,居世界一流技术水平,为航空物探测量系统整体实现高精度、低噪声测量奠定了基础。

  (3)采用先进导航定位系统,定位精度明显提高。

  普遍采用了GPS/GLONASS双星座卫星导航定位系统,定位精度优于10m。在部分大比例尺测区,采用差分定位的精度可达到或好于1m。与50年代的定位技术相比,定位精度提高了上百倍。

  (4)集成多种航空物探系统,调查能力不断提高。

  航遥中心在自主创新的同时,有选择地引进先进的仪器设备, 通过集成创新,使调查能力不断提高。以自主研发的高精度的 HC-2000 光泵磁力仪、DS-3航空综合数据收录系统、CS-1航磁数字自动补偿仪为主体,开发集成了适用于低纬度、大跨度、高寒山区、起伏地形等条件的多套航磁测量系统,研发了航磁水平梯度测量系统;集成了航空物探(电、磁,磁、电磁、伽玛能谱)综合站测量系统,硬架式直升机磁放测量系统等。就此形成了适合不同目标、不同比例尺的勘查能力,实现了对平原、丘陵、高山、沙漠、湖河、海洋的全面空中作业覆盖能力。

  (5)自主研制集成 硬架式直升机磁放系统,实现大比例尺精准探测。

  以AS350B2(松鼠)型直升机作为测量平台,配备具有国际先进水平的HC-2000型氦光泵磁力仪、GR-820多道伽玛能谱仪和DSC-1航磁自动数字补偿与数据收录仪,可同时进行磁、放测量,为国内同行业首创,为大比例尺精准探测提供了有效手段。使航空磁测实现了大比例尺详查。

  (6)数据处理与成图微机化,质量效率明显提高。

  航空物探(磁、伽玛能谱、电磁)野外数据处理、成图和质量监控,室内处理和成图,解释手段,图件制作及成果出版等全面实现了微机化。大幅度地节省了人力、缩短了工作周期、提升了数据处理和解释质量,综合工作效率较上世纪五、六十年代提高百倍以上。

  (7)自主研发解释软件系统,资料处理解释水平显著提高。

  不断研究数据处理、解释、成图新方法,与国际先进水平保持了同步。软件研制能力不断提高,从野外现场处理到室内处理、解释、成图等各个阶段都具有很强的系统设计和开发能力。特别是具有自主知识产权的大型航空物探数据处理解释系统(AirProbe)、基于GIS的航空物探综合解释系统(AGRSES)等的开发成功,大大提升了我国航空物探资料的处理能力和解释水平。

  2、国土资源遥感应用技术处于国内领先水平,部分达到世界先进水平

  (1)1∶25 万和1∶5 0000遥感地质调查技术方法趋于成熟。

  “九五”以来,通过在我国西部裸露与半裸露区、大兴安岭森林高覆盖区、内蒙古浅覆盖区等不同地貌景观区的方法试验,提出了“影像岩石单元法” 和“单元—剖面法”等填图新方法,形成了系统的工作流程和技术方法,为中国地质调查局制定了1∶25万遥感地质调查的技术规定。近年在青藏高原空白区的1∶25万区域地质调查中遥感技术发挥了显著作用。

  (2)裸露与半裸露区的遥感找矿异常信息提取已初步形成技术体系。

  近年航遥中心以多光谱卫星遥感数据为主要信息源, 建立了“去干扰-主成分分析-异常筛选”的多光谱遥感异常提取方法流程,效果明显,现正在“全国矿产资源潜力评价”工作中全面推广。

  (3)以崩滑流为主的地质灾害遥感调查与监测技术基本成熟,特别是突发性滑坡的应急监测成效明显。

  近年重点在长江三峡库区、青藏铁路沿线和喜马拉雅山区采用高分辨率卫星遥感数据开展地质灾害监测,尤其对西藏、四川等地几次突发大型滑坡进行了应急监测,都取得了较好效果。数字滑坡新理念的提出推动了该项技术的深入发展。

  (4)大区域性基础地质环境遥感调查与监测技术成果显著。

  从我国区域社会经济持续发展的需要出发,近年中心在青藏高原、东部沿海经济区、松辽盆地、黄河流域、云南陆域边境等地区开展的这项工作方法技术新颖、技术要求统一、成果现势性强、社会效果显著。

  (5)矿产资源开发多目标遥感调查与监测技术初见成效。

  该项工作充分发挥遥感方法多层次、多参数、多时相的技术特点,实现了同时为多用户需求服务的目标,提高了使用各类高分辨率遥感数据的技术能力。在国土资源部的统一部署下,该项工作现已在全国重要矿产资源开发区推开,取得的初步成果得到中央领导的好评。

  (6)土地利用动态遥感监测技术已进入业务运行。

  根据国土资源部加强土地管理的总体部署,自1999年开始的这项监测工作每年都有新的要求,遥感数据指标不断提高,采用方法技术逐年深化,现已形成规范的工作程序,技术水平和工作效率不断提高,具备了规模化业务运行的能力。

  (7)遥感新技术研究及应用取得实质性进展。

    航遥中心始终紧密跟踪国际遥感应用新技术的前进步伐,从提高我国遥感技术整体水平和满足国土资源调查与管理需要出发,“九五”以来,相继在成像光谱,干涉雷达,全数字航空摄影测量,遥感解译和应用的定量化、可视化、立体化和多方法集成等技术方面开展了一系列方法试验和应用示范,取得了显著进展,部分技术在国内处于领先地位,已具备规模化应用的能力。

  二、瞄准主攻方向 拓宽服务领域

  50年前,航遥中心就是为了满足国家对能源和固体矿产资源勘查的需求成立的。中心始终以国家需求为导向,以服务于国民经济建设和社会发展为宗旨,依靠技术进步,在矿产资源勘查、地质环境调查监测等领域做出了重大贡献。

  1、航空物探在地质调查和矿产资源勘查中取得重大成果

  50年来,航空物探覆盖了934万km2的大陆国土和210万km2的海域面积,获取了大量基础信息资料, 发现异常约3.2万处,找到包括140余处大中型矿床在内的固体矿床480余处,查明了我国主要沉积盆地的范围,基底岩相、沉积层厚度和区域地质构造特征,圈出局部构造约3500处,为大庆、大港等20余个油气田的发现做出了先期性贡献;发现郯城—庐江、雅鲁藏布江和青藏高原中部等重要磁异常带。先后编制出版了“1∶400 万中国大陆及毗邻海域航磁图”、“1∶500万中国及其毗邻海域航空磁力△T异常图”等,近年为适应地质大调查需要,启动了全国1∶25万航磁系列图的编制与解释。

  (1)中国沿海大陆架航空磁测及其对地质构造和矿产资源评价的研究

  该项目从1974年起历时6年,测量面积117万km2 。基本查明了沿海陆架区构造格架、盆地范围、沉积厚度,并对油气远景进行了预测。专家评审认为,项目在紧迫形势下自力更生开创了一整套海洋大陆架(500-800km)航磁技术及装备系列,为国家提供了重要信息及决策依据,自1975年开始的海洋航磁地质成果,已经及时提供沿海海洋石油勘探部门使用参考;1985年后这套技术及系列装备在我国西部塔里木盆地,准格尔、柴达木等沙漠戈壁盆地油气普查勘探中广泛使用。技术水平国内领先,接近国际较先进水平。该项目成果获得1985年国家科技进步奖一等奖。

  (2)郯城 — 庐江深大断裂带的发现

  1957年,航遥中心通过航空磁测,发现了一条宽30-40km 、长500km以上的磁力高带,经研究确定为深大断裂带。据此,解决了地质界多年对泰山群与胶东群前震旦系变质岩研究中的疑惑,带动了我国大地构造研究,找到了稳定地块与裂陷地槽活动带间合理的构造接触关系。为我国东部成矿研究提供了新的线索。

  (3)青藏高原中西部地区 1∶100 万航磁概查

  1998-1999年,航遥中心完成了青藏高原中西部地区1∶100万航磁概查,测量面积达114km2,填补了我国航磁工作存在的最大空白区,取得了青藏高原迄今最完整的一份基础地球物理资料,基本实现了我国大陆航磁的覆盖。对所获得高精度航磁资料的研究,首次对青藏高原基底性质、构造格架、岩浆活动、高原形成,特别是提出了西昆仑阿尔金弧形异常带为青藏高原与塔里木盆地的边界,雅鲁藏布江航磁异常双带由蛇绿岩引起,高原中部北东向的负磁异常带由深部热流上升导致磁性层变薄并加速了高原的隆升等新认识;圈出了11个沉积盆地、12个最有油前景的局部凸起和21个内生金属矿产找矿远景区,为青藏高原的资源评价与开发提供了科学依据。

  (4)辽东湾中南部高精度航空磁测

  为进一步调查辽东湾中南部地区的油气资源,应渤海石油公司的要求,航遥中心于1988年7月~10月在这一地区进行了1:50000高精度航空磁测。经统计测量均方差为±1.49nT。该地区在航磁测量前已完成了地震1 km×1km 测量,所以要想再使用高精度大比例尺航磁发现新的局部构造,难度很大。项目组通过有效的数据处理,较好地突出了局部磁异常,最后解释出地震未曾发现的约20个局部构造,其中对找油气最有希望的三个局部构造,经地震重新处理后已全部被证实,经打钻见油。

  (5)云南大理丽江地区1∶20万高精度航磁测量

  该区航磁测量的找矿效果明显,共发现航磁异常 160 处,其中具有找矿意义的异常 70 处。尤其通过 17 处异常的地面查证,在 11 处异常区发现了金(银)、铜、铅、锌矿化蚀变带,为西南三江地区的矿产资源开发提供了重要找矿线索。依据航磁异常反映的成矿地质环境,新圈定找矿靶区 5 片。

  (6)大冶铁矿危机矿山接替资源找矿项目

  2006年,利用自行研制的硬架式直升机磁放测量系统随地形起伏飞行方式获得了307.8km2 航磁测量数据,填补了矿区及周边缺乏高精度、高分辨率磁场资料的空白,在矿区及外围,提出了 5 处重点找矿区。目前在航磁圈出的2号、3号区已钻探见矿,其它重点找矿区布设的钻孔正在施工之中,有望取得新的找矿成果。大冶矿的普查到详查是一个质的飞跃,航空物探从此进入了一个新的发展阶段,应用范围逐渐拓宽。

  2、遥感技术在国土资源调查监测中取得显著成果

  50年来,航空遥感覆盖了420万km2的国土面积,获取了大量基础信息资料,在基础地质调查、矿产资源勘查、地质灾害与生态地质环境调查、水文地质和工程地质调查等方面发挥了重要作用,为国土资源管理、国民经济和社会发展提供了强有力的技术支撑和信息服务。

  (1)长江上游(宜昌—江津段)高精度航空遥感调查

  三峡水库工程是举世瞩目的特大型水电枢纽工程。由于库区处于特殊的地形、地质条件下,一直是地质灾害的多发区。三峡水库蓄水后,又有引发新的地质灾害的隐患。2003年3月航遥中心成功进行了库区 135m 水位临蓄水前的航空摄影,获取了全库区极其珍贵的枯水期库底信息的彩红外图像。利用这批资料制作了库区20个重点城镇的高分辨率彩色正射影像图,开展了1000多个滑坡灾害点现状及其变化趋势的遥感解译,建立了相应数据库,完成了1:50000库区三维仿真系统,为库区地质灾害的防治提供了重要依据。

  (2)青藏高原空白区 1∶25万区调前期遥感地质解译

  青藏高原地质条件复杂,自然地理环境独特,地质工作程度较低。在新一轮国土资源大调查中,为配合青藏高原空白区 1∶25万区域地质调查工作的开展,航遥中心承担了青藏高原57个1∶25万图幅(面积约94万km2)区调前期的遥感地质解译任务,快速地编制了1∶25万标准分幅遥感影像图和遥感地质解译图件,及时提供相关区调队伍在野外工作时使用,为区调队伍编制工作设计、选择调查路线、解决难以通行地段的地质填图以及相邻图幅间的联图等问题提供了可靠依据。

  (3)新疆东天山地区成像光谱矿物填图

  成像光谱技术由于具有较高的光谱分辨率和图谱合一的特点,不仅能直接识别地物,而且能进行地物成分的量化分析。近年,航遥中心系统开展了矿物光谱的可识别特征与矿物识别方法研究、岩矿信息提取模型研究,初步建立了矿物识别分层谱系和15种常见蚀变矿物的光谱识别规则;开发了地面光谱数据管理系统和成像光谱矿物识别模块,在新疆东天山地区开展了机载成像光谱矿物填图的试验,初步形成了成像光谱矿物填图工程化技术流程,为今后在地质调查中的产业化应用积累了经验。成像光谱技术有望成为继传统填图方法、遥感影像填图方法之后的第三代基础地质填图的新手段。

  (4)西部重要成矿区带遥感找矿异常提取及应用研究

  该项研究以 ETM 多光谱卫星数据为信息源,形成了一套适合于西部干旱半干旱地区遥感异常提取的方法技术(即“去干扰—主成分分析—异常筛选技术”),有效地提高了区域遥感异常提取的自动化程度和异常的可信度。该项目完成了天山—北山、昆仑山和冈底斯山三个主要成矿带 1∶25万标准分幅矿化遥感异常图和重点地段1∶50000矿化遥感异常图的编制,为我国西部地区矿产资源评价工作增添了一批重要的基础资料。

  (5)华北平原德州—天津地面沉降区InSAR调查与监测

  航遥中心在多年来开展干涉雷达应用技术研究成果基础上,近年以德州—天津地区为试验区,开展了干涉雷达区域性地面沉降调查与监测应用示范工作。利用欧空局ENVISAT雷达图像,采用永久散射体合成孔径雷达干涉测量方法,查明了工作区近3万km2 区域的地面沉降状况,不仅准确标示了传统测量技术控制区域内的局部地面沉降中心,而且有效揭示了工作区内一些新的沉降中心的分布特征,编制了相应的沉降速率图件,为干涉雷达测量技术在我国区域性地面沉降调查与监测工作中的规模化应用奠定了基础。

  (6)四川天台乡滑坡遥感应急调查

  2004年9月5日,四川省宣汉县天台乡发生特大型滑坡灾害,滑坡坝体几乎阻断了前河河道。河水快速回流,瞬间形成了一个库容高达8000多万m 3的“ 临时水库”,导致13个村庄被淹没,灾情十分严重。下游6个乡镇数十万群众的生命财产也受到严重威胁。为此,国土资源部立即组织航遥中心等单位的专家采用高分辨率卫星数据,制作了灾区影像图,采用在滑坡发生前后的图像上求取“滑坡特征点”的新方法,快速提取了滑坡的滑动方向、滑动距离和滑动体积等重要信息,结合现场验证,掌握了滑坡的基本特征。为该滑坡形成机理、运动规律研究和灾后救援、重建工作提供了重要依据。

  (7)青藏高原生态地质环境遥感调查与监测

  从2003年起航遥利用遥感技术对青藏高原的生态地质环境开展遥感调查与监测,通过对青藏高原现代冰川、雪线、湖泊、河流、地质灾害(崩塌、滑坡、泥石流等)、荒漠化、新构造、湿地等现状的调查和演变趋势研究,为青藏高原生态环境保护、经济发展规划与管理提供了有价值的依据,也为我国其它地区开展类似工作积累了经验。

  该项目的调查成果曾被新华社、中央电视台等多家新闻单位和数十家网络媒体广泛报道,产生了良好的社会影响。

  三、遥感技术积极服务国土资源管理

  近年来,航遥中心发挥遥感技术优势,积极为国土资源管理服务,在土地利用和矿山开发动态监测方面做出了积极贡献。作为国土资源大调查土地资源调查与评价工作的主要承担单位,保持着土地利用动态监测技术的领先地位。作为矿产资源开发多目标遥感调查与监测项目承担单位,为国土资源部和多个省级国土资源管理部门提供了第一手监测结果信息。

  (1)矿产资源开发多目标遥感调查与监测

  2006年此项工作已在多个省区开展,统一了工作方法、技术要求和成果形式,建立了初步的技术标准,构建了数据库和信息系统。对全国8个矿集区遥感调查与监测的阶段成果得到国土资源部、中国地质调查局有关部门的高度重视和好评,并将在推动各地有效执行矿产资源开发规划,加强矿山开发管理和矿山生态环境恢复治理方面发挥显著的作用。

  (2)全国大中城市土地利用动态遥感监测

  从1999年开始,国土资源部组织航遥中心等单位对全国50万以上人口城市和部分热点地区的土地利用动态进行遥感监测工作,包括开展年度土地利用变化情况的监测、国家级开发区监测、辅助开展规划修编、辅助开展特定地区快速执法检查,以推动地方土地利用更新调查和变更调查工作的开展。该项目采用多种高分辨率遥感卫星数据和人机交互解译的工作方法。监测成果由国土资源部统一管理,已在土地管理中发挥了重要作用。

  (3)全国省级国土资源综合调查成果信息系统建设

  该项工作是在全国32个省(市、自治区)国土资源遥感综合调查成果的基础上,分省(市、自治区)、分专题对调查成果进行统一整理,以规范化的格式与编码,按全国、大区和省(市、自治区)形成三个层次的国土资源遥感调查成果数据库,建立成果共享的空间信息站点与信息系统,编制土地、矿产、地质灾害、海岸带为主的1∶400万系列专题成果图集,服务于国家和地方的宏观决策和可持续发展,充分发挥省级国土资源遥感调查成果的社会效益与经济效益。

  《国务院关于加强地质工作的决定》的颁布和实施,为地质工作带来了发展的春天,也为航遥事业的发展提供了广阔的舞台。 航遥人提出了建设“创新型航遥”、“和谐型航遥”的发展新思路,提出了今后一个时期的总体发展目标:作为国土资源部中国地质调查局从事航空物探与国土资源遥感技术研究、开发和勘查应用的专业技术中心,以航空物探遥感技术进步为依托,以国家社会需求为导向,集调查、科研和服务为一体,管理科学化、服务系统化、领域国际化,总体技术水平和服务能力达到国际一流水平的创新型调查与研究机构。以科学发展观统领全局,坚持国家公益性地质事业单位的改革方向,积极稳妥地推进队伍结构调整,建成一支人员精干、结构合理,设备精良、管理先进,具有国际领先优势的航空物探、遥感队伍。 (中国国土资源航空物探遥感中心 王平 李志忠 郭良德 杨日红 肖刚毅)

  


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