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揭开矿山内部奥秘的新钥匙
原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/3/518560.shtm
近日，兰州大学教育部稀有同位素前沿科学中心、甘肃核产业研究院刘志毅教授团队在甘肃甘南某金矿成功实施了亚洲首次天然射线缪子探矿实验，对其矿脉、采空区和地质结构进行了较为准确的探测和内部结构成像，这是缪子成像技术继文物挖掘与保护应用方面又一重要的产业化实践成果。
根据国际能源机构的预测，到2040年，对矿物和金属的需求量将增长近500%。地下矿体勘探和采空区的精确构建等一直是采矿业面临的难题。传统的地球物探手段如钻孔取芯、地震法和重力法等存在经济成本高、探测精度低、圈定不准确和潜在环境破坏等问题。此外，采矿过程中形成的采空区对安全生产构成潜在威胁，但由于其隐蔽性和不规律的空间分布特征，如何准确圈定地下采空区一直是工程技术人员面临的关键难题。
天然射线缪子成像技术作为一种新型的、绿色的无损探测技术，为解决上述难题提供了全新的方案。该技术通过大范围扫描圈定矿体的位置和形态，可以大大降低勘探投入，同时它对空腔的高敏感性有助于评估和处理地下采空区，规避采矿相关风险。与传统勘探方法相比，缪子成像技术无需进行批量地面开挖或爆破，减少了对环境的破坏和污染，对保护生态环境和实现“双碳”目标具有重要意义。
团队自主研发了6台套国产化的缪子成像系统（CORMIS）。为适应生产矿区的复杂环境，团队通过正演技术设计了最佳的实测方案，并对CORMIS系统进行了针对性的改装，将它们放置在巷道中进行了大范围缪子“CT”扫描。团队还提出了一种简便有效的高海拔缪子测量数据修正方法，大大降低了海拔对成像精度的影响。
自然资源部青年科技人才称号获得者、团队骨干教师刘军涛博士说：“我们还研发了一种新的可交互低密度差异分布重构算法，通过‘种子生长’原理高效解构出三维密度异常体，解决了远距离异常体形变和位置偏移等问题。”
团队合作方之一的甘肃地矿局第三勘查院王玉玺总工程师说：“成像结果清晰地展示了扫描上方的金矿矿脉、多处采空区以及一处密度较低的地质结构。这次试验不仅突破了缪子技术中的多个难题，还有效地解决了一直以来困扰采矿业的三维矿体圈定和采空区探测问题。这一成果为缪子成像技术在矿藏勘探领域的深入产业化提供了有力的支持和示范。”
刘志毅教授对该绿色核技术未来在各个领域的产业化进行了展望，他表示该成果是团队继“西安城墙缪子CT”成果（链接）后在产业化实践方面的又一重要进展，通过进一步的研究和技术创新，天然射线缪子成像技术有望成为矿产勘探领域的新钥匙，为我国矿产资源开发和利用提供更科学、更高效、可持续的解决方案。他还表示积极发展服务地方经济发展、符合地方产业特色的绿色核技术产业将是甘肃核产业破局的关键之一，该成果是甘肃科研人员践行“四强”行动的重要典范。
相关论文链接：
矿区内缪子成像实施照片。兰州大学供图。
