绪 论
地质调查工作的主要任务是对地球的物质组成、结构、构造及其发展演化进行调查研究，观察和描绘各类地质客体和现象，探索其相互间的关系与联系，开展地质作用过程和地质问题研究，把握地质历史演化与发展，丰富地质学认识，提高地质研究程度。地质调查涉及矿物学、岩石学、地层学、古生物学以及构造地质学等多个学科，地球动力学、大地构造等重大方向，基础、矿产、水工环等多个领域，以及室内与野外、测试与分析、探测与监测等多个方面。21世纪以来，我国经济和社会步入快速发展的轨道，地质工作作为资源基础、环境基础和工程基础的地位日益凸显，迫切需要依靠技术创新，提升地质调查水平，实现找矿突破，服务生态文明建设。
自1999年地质大调查实施以来，中国地质调查局积极开展地质勘查技术攻关，大力推进成矿理论、找矿方法和勘查开发关键技术的自主创新，为地质调查和找矿突破提供了重要技术支撑。由于我国地质勘查技术研发主体仍然为科研单位，新型、前沿的地质勘查技术大多掌握在科研单位或院校的部分研究者手里，资料分散，查询不便，不利于新方法新技术的推广、应用与转化。为此，中国地质调查局组织有关专家对近十多年的地质调查和地质勘查技术进行了系统梳理和总结，出版本书。为方便读者研阅和使用，这里对国内外地质勘查技术发展趋势和特点作一介绍，期望对读者有所裨益。
第一节 世界地质勘查技术发展趋势
一、地质勘查技术正处于建立新一代技术体系的关键时期
基础、矿产和环境是现代地质工作的三大领域。无论是基础地质领域，还是矿产勘查和环境地质领域（包括水文地质、环境地质和工程地质），都需要以地质勘查技术为支撑。基础地质调查，需要应用新方法和新技术，获取新信息，填绘新图件，扩展地质调查服务领域。现代地质工作服务领域不断扩展，需要从单学科研究，转向多学科互补、合作的整体调查研究。
从历史上看，地质勘查技术的重大突破，可以获取更多更有效的信息，增进对地球系统的了解，实现重大地学理论创新和找矿突破。20世纪60年代板块学说的提出与发展、90年代大陆动力学的问世等得益于地球物理探测、星载遥感、大洋钻探和空间探测等技术；新一代物探化探遥感等技术的发展加速了各主要国家区域地质调查及其工作内容的变化，并已成为许多国家推出并实施新一代国家填图计划的重要组成部分。矿产勘查技术进步为找矿突破带来了新的发展机遇。20世纪40年代饱和式磁力仪研制与应用，导致发现了数量众多的铁矿床；50年代中期航空电磁法的应用，导致发现若干大型和重要的火山成因块状硫化物矿床； 50年代晚期，激发极化法（IP）的发展与应用，导致发现一批斑岩铜矿床；70～80年代，低成本的区域地球化学找矿方法发展，导致发现一批金矿床；80年代瞬变电磁技术的发展使之成为寻找深埋块状硫化物矿床的有效手段等。
针对当前地质找矿面临的新形势，为避免高风险带来的巨大损失，找矿投资的注意力应由原先的工作量、工程量转向找矿思路的科学性、投入方法与工作量的合理性、探测信息与资料的可靠性、多学科综合研究的实效性、布钻验证的目的性，以及重大技术环节的把握与环节的转换等。当前，深部找矿面临的主要技术难题包括探测深度（要求达到1000～2000m）、探测精度（对小矿体具有一定的分辨力）、探测技术的抗干扰能力（各种强干扰）。要解决这一问题，既要加大地质勘查技术的探测深度和探测精度，又要加强各种方法的有效综合，充分利用和发挥信息技术的优势和作用，加强数据综合分析与解释的能力，提高深部探测的效果。对此，西方发达国家在近20年来实施了一系列富有成效的矿产勘查技术计划。例如，加拿大的“勘查技术计划”（EXTECH）和澳大利亚的“玻璃地球计划”等。无论是加拿大勘查技术计划，还是澳大利亚的玻璃地球计划，都是以信息技术为核心，开展多学科、跨学科研究，强调多种方法的综合与集成，研制和完善新方法和新技术，以获取更多、更有效的信息。
由于当代地质工作领域不断拓宽，要求不断提高，现代地质勘查技术的发展正处于建立新一代技术体系的关键时期。新一代技术体系以现代信息技术为核心，以多学科、跨学科研究为手段，以技术综合与集成为标志。其突出特点是：
1）大探测深度。具有灵敏度高、分辨率好、抗干扰能力强等特性，能取得深部矿化的直接信息，固体矿产探测深度达1000m以上。
2）集成性和综合性。强调以信息技术为核心的多学科技术融合与集成。无论是加拿大的“勘查技术计划”，还是澳大利亚的“玻璃地球计划”，无一例外地都是以地质理论为基础，以信息技术为核心，促进地质、物探、化探和遥感等资料的融合。同时，在一次探测中能获得多种参数的找矿信息，能有效分析与综合各种找矿信息。
3）快捷有效。能够在野外快速推广，方便应用，成本相对较低，并能获得相关信息。
图0.1.1显示的是勘查技术、勘查深度与矿床发现潜力的关系。第二次世界大战以来，科学技术进步与突破及其在地质勘查领域中的应用与推广，促使20世纪50年代以后出现了一轮矿床发现的高峰，并在70年代前后达到高潮。此后，矿床发现率急剧下降，几乎降至昀低水平。进入21世纪后，进入深部找矿阶段，目前深部找矿关键技术正处于突破边缘。可以预测，在不久的将来，关键技术的突破必将对整个找矿工作产生重大而深远的影响，形成新一轮的矿床发现高峰。
二、地质科学创新以高新技术为先导，高新技术与地质科学前沿融为一体，强调多学科交叉与融合
地质科学研究以高新技术为先导，促进多学科交叉与融合。例如，美国国家科学基金会在21世纪实施的“地球探测计划”（Earthscope）是一个以高新技术为先导、多学科综合研究计划，其目的是增进对北美大陆岩石圈三维结构和地震灾害的了解。该计划部署了四种新型观测设备：①美国地震阵列（USArray），将显著提高美国及其毗邻地区下面大陆岩石圈和深部地幔的地震图像的分辨率；②圣安德烈斯断裂深部观测站（SAFOD），将直接从断裂带物质（岩石和流体）中取样，测定断裂带的各种性质，并监测深部蠕变和地震活动断裂；③板块边界观测站（PBO），将对沿太平洋-北美板块边界的变形所导致的三维应变场进行研究；④合成孔径干涉雷达（InSAR），将在广大的地理区域内进行空间上连续的周期性应变测量。InSAR图像是对PBO连续GPS点测量的一种补充。通过上述四种设备的观测，调查美国地下岩石圈和地幔的结构与演化，并探讨可能对地质灾害的影响。这是一项典型的调查与科研相结合、多种方法联合攻关的科学研究计划。
我国“深部探测技术与实验研究”（SinoProbe，2008～2012年），运用现代高新技术，实施中国深部探测计划，揭示地壳的组成和结构，是一项有效缓解资源与灾害压力，惠及可持续发展的、推动地球科学腾飞的重大科技计划，充分体现了高新技术为先导的特点。
高新技术与地质科学前沿融为一体，相互影响、相互促进，使当代许多高新技术在地质科学研究中具有更广阔的用武之地，引发更多的科学发现。在组织形式上，设立多学科参与的研究计划和研究中心，力图在更高层次上开展多学科交叉、整合研究。过去50年地球科学的发展史也表明，大型科学计划体现了不同时期地球科学发展的前沿和主流方向，引领地球科学及相关科学的发展。
研究复杂的地球地质作用与过程及其重大的资源、环境、灾害问题，并非单一学科和传统的概念与手段所能完成。在许多重要的交叉点上蕴含着更多的突破机会、新的生长点和解决途径，要求加强学科间的交叉、渗透和综合集成，同时，研究群体和基地的作用日益突出。不同学科的交叉与融合，不是学科间的简单拼凑，而是针对重大的地质科学问题，发挥不同学科各自的优势，通过对各学科的信息进行有效的综合、集成，建立地质作用与过程的模型，实现地质研究和找矿工作的重大突破。
三、“大数据”时代引领地质调查工作
经过上千年的嬗变，科学研究理念、方法和技术已经发生深刻变化。尤其是信息与网络技术的迅猛发展，不仅改变了人们的日常生活，而且改变了科学家的思维模式，新近国际上诞生了科学研究的第四范式，即数据密集型的知识发现。与此同时，社会所面临的复杂问题越来越多，诸如环境污染问题、资源耗竭问题、生态系统问题等，这些复杂性问题已在催生新的综合性研究或学科，因为传统单一学科研究已很难适应社会发展的需求。
面对如此形势，奥巴马2012年3月29日发布《大数据研究和发展计划》（BRD），将“大数据研发”上升为国家意志。以国家科学基金会（NSF）为首的一批联邦机构投资2亿美元首轮资助6个大数据项目，这些联邦机构除NSF外还有国家卫生研究院（NIH）、国防部（DOD）及所属高级研究计划局（DARPA）、能源部（DOE）和地质调查局（USGS）等。
美国政府六个部门启动的大数据研究计划中，除了国家科学基金会的研究内容提到要“形成一个包括数学、统计基础和计算机算法的独特学科”外，绝大多数研究项目都是为应对大数据带来的技术挑战，重视的是数据工程而不是数据科学，主要考虑大数据分析算法和系统的效率。USGS的约翰·韦斯利·鲍威尔分析与集成中心启动了8个新的研究项目，通过给科学家提供深入分析的场所和时间、昀高水平的计算能力和理解大数据集的协作工具，催化地球系统科学的创新思维。这些大数据项目将提高对问题的理解，例如，对气候变化、地震重现概率和下一代生态指标的各种响应。
大数据的特征可以用很多词来描述，从昀先提出的“3V”模型到昀近的“4V”模型，不一而同。前3个V是“容量”（volume）、“速度”（velocity）和“种类”（variety），第4个V则可以是价值性（value）、虚拟性（virtual）或者可变性（variability），取决于研究的对象。一般而言，“4V”是针对它们的“大”而言的，那就是大容量、快速度、多种类以及显著的价值等。一般认为，大数据具有规模大、价值高、交叉复用、全息可见四大特征。尤其是昀后两个特征体现了大数据不仅仅有“规模更大的数据”这种量上的进步，还具有不同于以前数据组织和应用形式的质的飞跃。地质调查数据符合大数据的基本特征。
作为全球地质调查领域的领导者，美国地质调查局率先做出响应，将以往以学科为主线的组织结构，调整为以重大问题为主线的组织架构，并新增了核心科学体系的科学使命，并于2012年6月在其官网正式发布了《美国地质调查局核心科学体系科学战略（2013～2023）》。核心科学体系是美国地质调查局基于其在地质填图、地形制图及生物多样性填图等方面的核心实力，依托计算机和信息科学，通过跨学科的数据综合、学科合成以及新的调查方法，形成合成产品，并建立一种自然而然地整合新数据、新应用和其他科学产品的工作流程，昀终目的是更好地表述和认识复杂的地球系统，使得美国地质调查局有能力处理亟待解决的复杂社会问题。
第二节 我国地质勘查技术发展特点
一、勘查技术创新推进地质工作现代化
1.勘查技术创新推进基础地质调查和研究
纵观地质调查工作发展历史，每一种技术重大创新，都会给地质调查工作带来重大变革，观测新数据，获取新信息，取得新认识。
近年来，多种航空物探仪器经过自主研发与引进消化，实现了向高精度、小型化、集成化的方向迈进，达到世界一流水平。形成了重、磁、电、放种类基本齐全的航空物探勘查方法体系，初步满足了我国当前地质调查的需要。目前，每年投入测量的有10多套系统，在“十一五”期间取得了200多万测线公里的高精度航空物探测量数据。
自1999年地质大调查专项实施以来，我国研制了多目标地球化学填图技术，逐步建立完善的农田、河流、湖泊、城市、海岸带、沿海经济区等不同生态系统的环境地球化学调查、评价技术和生态环境安全的地球化学方法，使地球化学调查从地质找矿逐步延伸到对土地利用的安全、合理性、生态环境质量评价等领域。到现在为止，我国已完成1∶25万多目标地球化学调查160万km2，取得了大量对国家宏观环境决策有影响的成果。
建立了较完善的区域性地表形变InSAR监测技术体系与工作方法，为我国地面沉降调查与监测提供了一种低成本、高效率、短周期、高精度、大区域覆盖的遥感技术手段。研究成果已广泛应用于我国华北平原、长江三角洲、汾渭谷地等主要地区区域性地面沉降调查与监测，累计监测范2100433B
综述工程测量的新技术与新方法
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