科技会客厅——“国产两仪”：为地球做CT和核磁共振

科技 2024-12-13 20:44 北京

如果能够透视地球的深层结构，发现沉睡亿万年的矿产宝藏，捕捉微妙却至关重要的重力信息变化，这将是怎样的科技奇迹？动态重力仪与重力梯度仪（以下简称“重力仪”“梯度仪”）正是这样的存在，它们通过测量重力场的大小及空间梯度变化，绘制出一幅幅地下结构的精细画卷。

本期《科技会客厅》，我们与中国地球物理学会副秘书长、中国自然资源航空物探遥感中心副总工程师周坚鑫一同探索两项引领我国地球物理探测技术迈向新高度的国产利器。

给地球做“CT”和“核磁共振”的高科技神器

“重力仪顾名思义，是一种能够动态测量地球重力场的仪器。”周坚鑫介绍道。它可以被安装在飞机上，随着飞行轨迹的延伸，不断捕捉并记录下重力场的数据。这些数据与地下岩石、矿体的密度紧密相关，科学家们通过观测重力值的变化与进行复杂的算法处理，便能够推断出地下岩石与矿体的密度与深度，这为矿产资源的勘探提供了强有力的支持。

而梯度仪，则是这一领域的又一巅峰之作。它不仅能测量重力场的大小，还能感知到重力场在垂直和水平方向上的梯度变化。这种多维度的测量能力，使得梯度仪能够更加精准地了解到地下地质体的位置与大小，也就是实现地下地质结构的探测，其精度之高堪比给地球做“核磁共振”。

从受制于人到超越美俄的科研新力量

“国产两仪”实现从依赖西方国家到超越美俄同类产品的跨越，无疑是我国科技自立自强的生动写照。不论是最初的理论探索和技术原型设计，再或者是如今的实用化、高精度展现，每一步都见证了我国地球物理探测技术的飞跃。

一方面，重力仪的核心元器件——石英加速度计的精度实现了质的飞跃，从“十一五”期间的10的负5次方到负6次方提升至当前的10的负10次方，这一技术突破不仅提升了重力测量的精度，更为航天技术的发展贡献了力量。

另一方面，追溯梯度仪的研发，是科研人员在美国技术封锁堪称一张白纸的艰难条件下，仅凭一行公式，实现了从无到有的突破。该仪器能精准测量重力场数据的空间梯度变化，对地下矿体探测及水下导航具有重要意义。虽然目前我国梯度仪的技术水平与美国仍有一定差距，但已在全球范围内与美国并列为少数能生产此类产品的国家，切实实现了从0到1的历史性跨越。

科技赋能与精准勘探的现代典范

“国产两仪”的研究，其深远意义不仅在于技术层面的突破，更在于其广泛的实际应用与对人类社会的贡献。比如，动态重力仪搭载于飞机进行航空重力测量，已覆盖我国约1/6的国土面积，助力发现了新的油气田与矿产资源，如渤海湾莱南凹陷盆地的石油就是典型一例。

同时，航空重力测量的精度也彰显着我国在技术指标上的国际领先地位，其精度甚至实现了超越美俄的0.6毫伽先进水平。此外，重力仪整体国产化率已达到95%以上，并可批量生产，展现出我国强大的自主创新能力。

其实，“国产两仪”的应用意义远不止于此，比如航空重力测量方法以及船载重力测量方法可以辅助“一带一路”沿线国家进行矿产资源勘探；重力场数据则亦可在大地测量、地震研究以及国防安全研究等领域提供坚实支撑。

高精度与智能化的广泛应用

周坚鑫对“国产两仪”的发展寄予了深厚的期望。他强调，未来的发展方向将聚焦于进一步提升仪器的精度，实现更高的智能化水平，同时缩小体积并简化操作流程，以便能够灵活搭载于各种平台之上。

这不仅仅局限于传统的测量飞机，更将扩展到测量船、无人飞机、无人船乃至无人潜器等，实现大面积、高效率的测量作业。这一转变不仅将极大地拓宽仪器的应用领域，还预示着在地质勘探、矿产发现等传统领域外，也将在国防和导航等关键领域发挥重要作用。

在浩瀚的自然界中，揭开隐藏着无数未知的奥秘与宝贵的资源的关键，就在于科技的进步与创新。我们有理由相信，在不久的将来，“国产两仪”将在全球地球物理探测领域占据更加重要的地位。它们将不仅为科学研究提供更加精准的数据支持，还将为人类的可持续发展贡献更多中国智慧与力量。

来源：国家科技传播中心官网

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