La historia, la situación actual y las tendencias de desarrollo de la tecnología y los métodos de exploración.
La supervivencia y el desarrollo de los seres humanos han estado estrechamente relacionados con el desarrollo y utilización de los recursos naturales como rocas, suelo, minerales, sal y agua desde el principio. En la historia de la humanidad, las divisiones en Paleolítico, Neolítico (incluida la cerámica cocida con arcilla), Edad del Bronce y Edad del Hierro se determinan en función del nivel de desarrollo humano y de utilización de productos minerales (un signo del desarrollo de la productividad). ). En el proceso de desarrollo y utilización de diversos recursos minerales, se han ido formando gradualmente la tecnología y la ingeniería de exploración.
China es una civilización antigua con una larga historia y cultura de más de 5.000 años, y el desarrollo de la tecnología de exploración tiene una larga historia. "Guanzi Di Shu", escrito en 180 a.C., registra claramente: "Donde hay una montaña, hay hierro en la base; plomo arriba, plata abajo; cinabrio arriba, oro abajo; aquellos con compasión, piedras arriba, cobre abajo". el que ve gloria en esta montaña." No sólo revela los hechos y las reglas del oro y el mercurio, el hierro, el cobre y el oro, el plomo y la plata, sino que también proporciona inspiración para la exploración geoquímica moderna utilizando minerales indicadores (elementos indicadores) para encontrar minerales. En la "Historia Natural" escrita por Zhang Hua de la dinastía Jin Occidental en mi país, hay una descripción de "el ajenjo se acumuló durante tres años, y el plomo y el estaño fluyeron desde la quema y los fluidos corporales. Se han llevado a cabo experimentos". ". Esta es en realidad la idea original de la prospección biogeoquímica de minerales moderna. Ideas y métodos (Zhu Xun, "Geological Science and Geology and Minerals", 1997).
En cuanto a la tecnología de perforación y excavación para encontrar aguas subterráneas y extraer sal, se desarrolló antes y los resultados obtenidos son más brillantes. Ya en la dinastía Xia en China, había un dicho que decía que "Bo Yi construyó un pozo". Durante la dinastía Song del Norte, con el fin de extraer salmuera del suelo para producir sal, el pozo Zhuotong en Suining, Sichuan, tenía una profundidad de perforación de 3000 m, y se desarrolló un conjunto completo de ingeniería de perforación, procesos y tecnologías relacionadas, que Fueron ampliamente utilizados en Zigong, Suining, Wutongqiao y otros lugares. Esta tecnología de extracción de sal es conocida como el "padre de la extracción petrolera moderna" y "el quinto mayor invento de la antigua China" (China Mining Sichuan Volume, 1998).
Durante el Período de los Reinos Combatientes en China, se utilizaban imanes naturales para afilar brújulas, lo que dio lugar a uno de los cuatro grandes inventos de la antigua China. Esta fue una comprensión temprana y una aplicación específica del magnetismo de las rocas y el campo magnético de la Tierra. Más tarde, el médico de la reina Isabel I (William Gilbert) investigó más a fondo la brújula que apuntaba al norte y concluyó que la Tierra misma era un enorme imán irregular. Esta conclusión inspiró a Newton a pensar por qué las manzanas del árbol cayeron al suelo. Creía que debía haber gravedad entre los objetos y, finalmente, se produjo su famosa teoría de la gravedad (A.E. Mussett et al., 2000). El establecimiento de la teoría del campo geomagnético y del campo gravitatorio sentó las bases para la exploración magnética y la gravedad geofísica moderna. Zhang Heng, un famoso erudito de la dinastía Han del Este de mi país, inventó el sismómetro Hou Feng en el año 132 d.C. Esta fue una contribución sobresaliente de los eruditos chinos a la comprensión de los terremotos y los desastres sísmicos y al desarrollo de la tecnología de observación de terremotos. La Figura 0-4 es un diagrama esquemático en el que la forma del sismógrafo y el principio de inercia hacen que el péndulo invertido oscile en la dirección de propagación de la onda sísmica y hace que la boca del dragón escupe la bola en esta dirección.
0.3.2 Tecnología de exploración moderna
La tecnología de exploración moderna comenzó a desarrollarse desde finales del siglo XIX hasta principios del siglo XX. En 1888, el erudito húngaro barón Roland von E? ¿televisión? La escala de torsión se inventó en la década de 1900, en Europa se utilizaban escalas de torsión para dibujar diagramas estructurales. En 1922, se descubrieron anomalías gravitacionales en la estructura del domo de sal en Texas. En 1926, se descubrió por primera vez petróleo en la estructura del domo de sal utilizando el método de equilibrio de torsión geofísico.
Figura 0-4 Sismógrafo de viento y diagrama esquemático
Los métodos de exploración sísmica se desarrollan a partir de investigaciones teóricas sobre ondas sísmicas, terremotos naturales y ondas acústicas. En 1905, L.P. Garret sugirió utilizar el método de ondas de refracción sísmica para buscar estructuras de domos de sal. En 1912, después de que el Titanic británico chocara con un iceberg submarino y se hundiera en el Océano Atlántico, R.A Fessenden inmediatamente comenzó a estudiar la detección de icebergs submarinos, lo que dio como resultado el método de detección acústica submarina y obtuvo una patente estadounidense. El número de concesión de patente es 1917, que es la primera patente del mundo para el uso de ondas sísmicas para la exploración. El académico alemán Mintrop propuso un método de exploración sísmica con un valor de aplicación más práctico. Inventó el sismógrafo mecánico en 1914. Basándose en este instrumento, solicitó en 1919 una patente alemana con el título "Método para determinar la estructura de las rocas". La patente, concedida en 1926, afirmaba que las ondas mecánicas podían generarse mediante explosiones artificiales y recibirse mediante instrumentos sísmicos. Al analizar la profundidad, el tiempo de viaje y la distancia de varias ondas sísmicas que se propagan bajo tierra, se puede determinar el espesor y la densidad de los estratos, así como el rumbo y buzamiento de la estructura estratigráfica (R.E. Sharif, 1995), lo que involucra a casi todos los importantes. Aspectos de la exploración sísmica moderna.
En 1879, el profesor R. Salem publicó el libro "Método magnético para encontrar mineral de hierro" y posteriormente fabricó con éxito el magnetómetro Salem-Tibberg y el magnetómetro Thomson-Salem en Suecia, formando un método para determinar el magnetismo subterráneo. Rocas Métodos prácticos para la profundidad, rumbo y buzamiento de las vetas (W.M. Telford et al., 1990).
La exploración eléctrica también tiene una larga historia de desarrollo. En 1815, R. Fox descubrió que ciertos minerales tienen propiedades de autopolarización y predijo que este efecto podría usarse para encontrar ciertos minerales. Se necesitarían aproximadamente 65.438+000 años para crear los instrumentos correspondientes.
En 65, 438+0, 965, 438+03 años, C. Schlumberger utilizó este instrumento para descubrir depósitos de sulfuro. Posteriormente inventó el método de resistividad y el método de línea equipotencial (M.B. Doblin, 65, 438+0, 976).
Al estudiar las propiedades físicas y la estructura de los materiales de la corteza terrestre, la gente también concede gran importancia a su composición química y ha llevado a cabo investigaciones a largo plazo sobre los elementos y su abundancia. Desde 65438 hasta 0889, el erudito estadounidense F.W. Clark publicó el famoso artículo "Abundancia relativa de elementos químicos", siendo pionero en la investigación geoquímica moderna. En la actualidad, la gente suele referirse a la abundancia de elementos en la corteza terrestre como valor de Clark.
0.3.3 Tecnología de exploración moderna y tendencias de desarrollo
La formación y el desarrollo de la tecnología y los métodos de exploración modernos comenzaron en Occidente después de la Segunda Guerra Mundial y en China después de la fundación de la República Popular. República de China en 1949.
Según el progreso de la tecnología de exploración y los cambios en los campos de aplicación, el desarrollo de la tecnología de exploración moderna se puede dividir en dos períodos: el primer período es el período de rápido desarrollo y madurez de la tecnología de exploración desde la década de 1940. hasta los años 1980; las áreas de aplicación se centran en la exploración minera. El segundo período, desde la década de 1980 hasta la actualidad, es un período de continuo cambio y expansión en el campo de aplicación.
En el primer período centrado en la prospección, la tecnología de exploración se dividió principalmente en tecnología de exploración de petróleo y gas y tecnología de exploración de minerales sólidos.
Los representantes típicos de la tecnología de exploración de petróleo y gas son la exploración sísmica y la geofísica subterránea. A través de su desarrollo, podemos comprender el proceso de desarrollo y la descripción general de toda la tecnología de exploración de petróleo y gas. El desarrollo de la exploración sísmica ha pasado por las siguientes tres etapas.
En la primera etapa (décadas de 1940 y 1950), los instrumentos sísmicos utilizaban componentes de tubos electrónicos para obtener registros sísmicos utilizando papel fotográfico especial como medio a través de fotografía óptica, y los datos se organizaban, procesaban e interpretaban manualmente. . Muchos grandes yacimientos petrolíferos, incluido el yacimiento petrolífero de Daqing en mi país, fueron descubiertos por primera vez utilizando este instrumento y método técnico. Las principales desventajas de este tipo de equipo son el gran tamaño, la escasa movilidad, la incapacidad de reprocesar datos, el pequeño rango dinámico de grabación (20 dB, sólo 10 veces la diferencia de amplitud) y la baja eficiencia del procesamiento de datos.
En la segunda etapa (décadas de 1950-1970), los instrumentos sismológicos utilizaron dispositivos de transistores y cintas como medios para obtener registros sísmicos. Este tipo de grabación se puede reproducir repetidamente y, después de la conversión de analógico a digital (A/D), se puede procesar mediante una computadora electrónica analógica o una computadora digital. El rango dinámico grabado aumentó en 1 orden de magnitud (40 dB, lo que permite identificar señales 100 veces diferentes). La aparición de instrumentos de cinta ha permitido la aplicación y el desarrollo de tecnología de apilamiento horizontal para la cobertura sísmica de reflexión múltiple, que todavía se utiliza eficazmente en la actualidad y ha mejorado enormemente las capacidades y los efectos de la exploración sísmica.
La tercera etapa (años 70-80) utiliza grabación en cinta digital, procesamiento por computadora digital, multicanal (más de 1000 canales), observación de alta cobertura, amplio rango dinámico (más de 100 dB, puede identificar diferencia 65438 +señales más de un millón de veces) se caracterizan. Esto promueve el rápido desarrollo de la tecnología de procesamiento digital. Las computadoras electrónicas utilizadas para el procesamiento de datos sísmicos en los países avanzados del mundo no son menores o incluso peores que los departamentos militares y meteorológicos en términos de velocidad de computación, rendimiento superior y gran capacidad de almacenamiento.
Además de la exploración sísmica, también se están desarrollando rápidamente otras tecnologías y métodos de exploración de petróleo y gas. Las pesadas escalas de torsión ya no se utilizan en las mediciones de la gravedad, sino que se sustituyen por gravímetros ligeros y de alta precisión. Puede medir bajo el agua, bajo tierra y en el aire (gravedad del aire). La precisión de las mediciones de la gravedad del suelo puede alcanzar niveles de microgravedad, y estas mediciones de alta precisión también son útiles de otras maneras. Por ejemplo, a principios de la década de 1970, el mismo diseñador y la misma empresa produjeron el gravímetro Lunar-4 utilizado por la nave estadounidense de alunizaje Apolo-17 y el gravímetro de alta precisión utilizado en la exploración, y su precisión estaba en el nivel de microgravedad. nivel. El objetivo del experimento es realizar mediciones de la gravedad en la Tierra y la Luna simultáneamente, utilizando la Luna como masa de referencia, para confirmar la predicción de Einstein sobre la existencia de ondas gravitacionales. Desafortunadamente, este experimento fracasó debido a algunos errores menores de diseño. La precisión y la alta resolución del gravímetro son muy seguras.
Durante este período, la tecnología de perforación de petróleo y gas también se desarrolló rápidamente, con la aparición de pozos ultraprofundos, pozos inclinados, pozos horizontales, pozos en grupo perforados en múltiples direcciones en la misma ubicación del pozo y sistemas sísmicos. Tecnología durante la perforación que utiliza la broca como fuente sísmica.
En aplicaciones como la exploración de minerales sólidos, los instrumentos, equipos y métodos de exploración se están desarrollando hacia la portabilidad, la digitalización, la alta precisión y la alta eficiencia. En las décadas de 1950 y 1960, aparecieron magnetómetros nucleares aéreos de mayor precisión y magnetómetros de vapor de cesio y rubidio con bombeo óptico. Los estudios aeromagnéticos son rápidos y eficientes, convenientes para mediciones a gran escala y fáciles de realizar exploraciones en áreas de difícil acceso en tierra, como desiertos, montañas, regiones polares y océanos. Desempeñan un papel importante en el mineral de hierro. exploración y descripción de la base de cuencas petrolíferas. Durante este período, aparecieron otros métodos de reconocimiento aéreo, como la teledetección, la fotografía aérea, el posicionamiento por satélite, los métodos electromagnéticos aéreos, la gamma aérea y la gravedad aérea, así como varios métodos nuevos, como la radiactividad terrestre y subterránea, la geoquímica, los métodos eléctricos y El radar de penetración terrestre, las nuevas tecnologías y los nuevos instrumentos han mejorado el nivel técnico de la exploración minera en su conjunto, han mejorado integralmente las funciones de exploración y han ampliado el efecto de prospección.
Desde la década de 1980 hasta el presente es el segundo período del desarrollo de la ingeniería de tecnología de exploración moderna. Los métodos y tecnologías de este período también representan la tendencia de desarrollo de la tecnología de exploración hasta cierto punto.
Su característica distintiva es que mientras la tecnología de exploración continúa desarrollándose, el campo de actividades se ha expandido de centrarse en la prospección de minerales a servir no sólo a la exploración de recursos y energía, sino también al medio ambiente ecológico, las ciudades y la construcción de ingeniería a gran escala. Los cambios en los campos activos están determinados por los siguientes factores.
En primer lugar, la gente se está dando cuenta poco a poco de la importancia de la protección del medio ambiente. Si bien los seres humanos explotan y utilizan la naturaleza y disfrutan de la civilización material moderna creada por la alta tecnología, también han causado graves daños al medio ambiente natural y ecológico. Las cuestiones ambientales han atraído la atención de países de todo el mundo, y nuevas ramas de ingeniería y tecnología de exploración, como la geofísica ambiental y la geoquímica ambiental, han ido ajustando gradualmente sus posiciones y direcciones.
En segundo lugar, la velocidad y la escala de la construcción de proyectos a gran escala continúan expandiéndose, incluida la construcción de carreteras, ferrocarriles, metros, aeropuertos, minas, oleoductos, represas, edificios, plantas de energía nuclear, muelles, etc. . La calidad y seguridad de estas instalaciones y su correspondiente protección medioambiental se han convertido en una preocupación sin precedentes. Por lo tanto, la antigua disciplina de la ingeniería geofísica también ha recibido especial atención, y la nueva disciplina de la ingeniería geoquímica ambiental comenzó a aparecer en la década de 1990.
La geoquímica de ingeniería ambiental es una ciencia y tecnología que mejora el medio ambiente a través de efectos geoquímicos. Sus principales tareas son prevenir la contaminación, mejorar las propiedades físicas y químicas de las rocas y el suelo y mejorar la calidad del agua.
En tercer lugar, con la aceleración de la urbanización y el aumento de la población urbana, existe una rápida demanda en el mercado de tecnologías de geofísica urbana, sistemas de información geográfica (SIG), teledetección (RS) y exploración de recursos hídricos para encontrar el agua subterránea se expande.
Las nuevas tecnologías y métodos de exploración mencionados anteriormente que se originan en diferentes campos de aplicación todavía se componen de los que se muestran en el medio de la Figura 0-2 y la Figura 0-3. El alcance de aplicación de cada método aún debería. consulte la Tabla 0-1. Esta tabla se determina principalmente en función del desempeño de métodos técnicos. En aplicaciones prácticas, también se debe prestar atención al uso de la rentabilidad para seleccionar el método apropiado, dando prioridad a ratios más altos. Utilizar varios métodos para realizar un mismo trabajo tiene diferentes costes económicos.
Desde la década de 1980, con el avance de la tecnología de la información y los cambios en las necesidades sociales, la tecnología de exploración tiene las siguientes tendencias principales de desarrollo.
Aprovechar al máximo la información, las redes y las computadoras para modernizar la tecnología de exploración en la recopilación, transmisión, almacenamiento, procesamiento, interpretación y visualización de datos. Se utilizarán ampliamente computadoras paralelas gigantes, almacenamiento masivo, transmisión y comunicación de datos de red de alta velocidad, diversas estaciones de trabajo de interpretación y pantallas de visualización tridimensional.
La ingeniería de tecnologías de exploración mejorará continuamente la capacidad de resolver problemas complejos en función de la complejidad del objeto de investigación. La Tierra es un sistema complejo y enorme. En la actualidad, sólo puede describirse mediante un modelo físico matemático ideal y simple. Es inexacto invertir o interpretar el interior de la Tierra basándose en este modelo ideal y los datos limitados que los técnicos de exploración observan en la superficie o sobre ella. Sólo puede resolver parcialmente algunos problemas simples, y mostrar a la gente un interior complejo y realista de la Tierra será una tarea ardua y de largo plazo.
Fortalecer las funciones de tecnología de exploración y ajustar la estructura de inversión. Se señalan algunos nuevos campos de aplicación de la tecnología de exploración. Cómo lograr avances sustanciales en estos campos es otra cuestión en la que la gente debería centrarse. El desarrollo de los recursos hídricos es una cuestión urgente. La inversión en exploración de aguas subterráneas en todo el mundo (en 1991) representó sólo el 0,1% de la inversión total en exploración (ver Sheriff, 1995). Cambiar la estructura de inversión irrazonable de esta manera puede promover el desarrollo de la tecnología en la dirección correspondiente.