最近，我國重大科技工程捷報頻傳。天問一號火星探測器已飛到6000萬公里之外，將實施我國首次火星探測任務；嫦娥五號月球探測器成功發(fā)射，將取回第一份屬于中國人的月球樣品；奮斗者號全海深載人潛水器再創(chuàng)中國載人深潛紀錄，并完成世界首次載人潛水器與著陸器在萬米海底的聯(lián)合作業(yè)……
在巡天、探海任務不斷取得進展時，許多人可能會忽視，我們對腳下的地球深處，所知還很有限——不僅對地下10公里內(nèi)蘊藏的礦產(chǎn)和石油探測困難，對地震災害也很難預知。
習近平總書記在全國科技創(chuàng)新大會上指出：“從理論上講，地球內(nèi)部可利用的成礦空間分布在從地表到地下1萬米，目前世界先進水平勘探開采深度已達2500米至4000米，而我國大多小于500米，向地球深部進軍是我們必須解決的戰(zhàn)略科技問題。”
總書記的話，讓一群默默無聞從事探地研究的科技工作者備受鼓舞。記者從中國船舶集團公司所屬中國艦船研究院獲悉，由該院聯(lián)合中國船舶集團722所、中國地震局地質研究所、中國科學院地質與地球物理研究所，攻關多年共同完成的“十一五”國家重大科學技術基礎設施項目“極低頻探地（WEM）工程”，已經(jīng)通過了國家驗收和科技成果鑒定，具備運行條件。
據(jù)悉，該成果可用于地層結構、地下資源和海底資源探測，地震預測等領域研究和應用，具有重大戰(zhàn)略意義。
一次試驗帶來的啟發(fā)
電磁波是人類探測地質的重要手段。
早在20世紀50年代，國外就發(fā)明了用空中雷電探測地質的方法。雷電有大量極低的頻率，可以穿透較深地層，但隨機性強、探測誤差大。
20世紀70年代后，人們又發(fā)明了可控人工源電磁法，沿用至今。這種方法探測精度大大提高，但探測距離只有10至20公里，探測深度僅在1.5公里之內(nèi)。
長期從事艦船通信技術研究的中國工程院院士陸建勛，1999年跟地震局地質所研究員趙國澤一起與俄羅斯科學院合作，利用俄方發(fā)射的大功率超低頻信號，在距離發(fā)射臺6500公里之外的河北懷來，記錄了一次4.2級地震的前兆信息。
陸建勛由此受到了啟發(fā)。
他推斷，如果把軍用地-電離層波導傳輸技術從超低頻（30Hz—300Hz）向下發(fā)展到極低頻（3Hz—30Hz）以及至低頻（0.03Hz—3Hz），進而用于民用深層地質探測，將會實現(xiàn)一種全新的地質探測新技術。他將這種技術稱為“無線電磁法”（WEM法）。
當時，美國只將這項技術用于軍事通信。俄羅斯雖然把該技術作為民用，但最低只試驗到1.3Hz。要解決1Hz以下至低頻的超遠距離傳播，難度極大。
2000年開始，陸建勛和中國地震局馬宗晉院士合作，帶領團隊開展了《利用極低頻/超低頻無線電波進行地震預報及地下資源探測系統(tǒng)的方案研究》。
極低頻（0.1Hz—300Hz）的波長為300萬公里至1000公里。由于波長極長，可以在周圍衍射，因而不會被山脈等阻擋，還可繞地球傳播。同時，波長越長對介質穿透越深，因此極低頻可以遠在數(shù)千公里外，探測到10公里的下深處，或穿透數(shù)百米的海水。
在中國工程院大力推薦、國務院領導批示下，國家發(fā)改委于2010年批復項目建議書，將WEM工程列為“十一五”國家重大科學技術基礎設施建設項目之一。
做別人沒有做過的東西
WEM工程是一項創(chuàng)新性項目，國外沒有同類項目可以借鑒。作為工程首席科學家，陸建勛認為，搞創(chuàng)新就要做別人沒有做過的東西。
他深入一線親力親為。工程的可行性研究、初步設計、主要技術指標、關鍵技術，測試結果等，他都親自審查和把關。
目前，該項工程完成了系統(tǒng)總體、發(fā)射系統(tǒng)、資源探測、地震預測、場強指標、地質災害監(jiān)測、大陸架探測等各項科學試驗，驗證了其在資源探測、地震預測方面發(fā)揮的作用。
2015年12月，世界上首座民用極低頻大功率發(fā)射臺站建成。為驗證極低頻理論計算，科研團隊西到新疆奎屯，北到黑龍江漠河，跑遍全國開展各種頻率場強的測試；從大連到東沙，他們又進行了從數(shù)十米到數(shù)百米水深的極低頻水下電磁場數(shù)據(jù)測試。隨后項目團隊又與國外合作，成功在6000公里以外距離，有效接收到國內(nèi)發(fā)射的極低頻電磁波信號。
2020年1月，WEM工程國家驗收意見寫道：“該項目是我國軍事無線電通信技術與地球物理跨學科交叉的創(chuàng)新產(chǎn)物，突破了0.1Hz—30Hz的極低頻發(fā)射難題，工程技術性能指標全面達到批復要求，成果原創(chuàng)性強，整體技術達到國際領先水平。”
在2020年9月舉行的WEM工程科技成果鑒定會上專家指出，極低頻探地工程是我國自主創(chuàng)新工程之一，工程建設沒有國外同類工程或項目可借鑒，同時涉及無線電、地球物理等多門學科，技術廣度寬、難度大，提出的WEM法和相關研究應用成果取得多項突破性進展，擁有多項自主產(chǎn)權，總體性能達到國際領先水平，具有重大經(jīng)濟效益、社會價值和廣闊的推廣應用前景。
以創(chuàng)新手段向地球深部進軍
WEM工程項目為我國地下深層礦產(chǎn)、石油、天然氣的開發(fā)以及地震預測預報研究提供了全新的探測方法，也為我國海洋和大陸架資源的探測提供了高效的技術手段。
在地下資源探測方面，項目團隊建立了電離層-大氣層-地殼電磁波耦合模型，解決了超大范圍組網(wǎng)式三維極低頻電磁波深部資源探測難題。利用WEM法進行300至1000公里三處已知礦藏斷面深達10公里的對比探測，測得的數(shù)據(jù)與原有數(shù)據(jù)完全相符，首次實現(xiàn)了人工源大面積、遠距離、大深度的油氣礦產(chǎn)資源探測新技術。
通過多年建設，項目團隊在我國地震重點災害預防區(qū)建成了30余個電磁觀測站，初步形成首都圈和南北地震帶南段的極低頻地震電磁觀測臺網(wǎng)，使得人工源和天然源電磁場可以同時觀測電磁場和地下結構變化。這些臺站和電磁觀測站既可以監(jiān)測地震引起的空間電磁場異常、震源區(qū)附近的大地電阻率異常，也可以監(jiān)測電磁場和電阻率在時間上的變化規(guī)律，實現(xiàn)真正的四維觀測，極大提高了對地震前兆異常的識別和捕捉能力，例如利用鄰近觀測點曾記錄了九寨溝7級地震和多次余震的地震前兆數(shù)據(jù)，有助于地震預測的前兆研究。
目前極低頻臺網(wǎng)已并入中國地震前兆管理系統(tǒng)。2018年4月11日山東平邑發(fā)生3.1級地震之前，該系統(tǒng)基于2個臺站觀測的震前視電阻率異?，F(xiàn)象，正式提出的地震預測意見得到證實。
經(jīng)過20年奮斗，WEM工程建設已取得豐碩成果。記者了解到，項目團隊即將進入第二階段工作，爭取用更先進的信息技術，實現(xiàn)更廣范圍、更大規(guī)模、更高技術指標的“極低頻深地、深海探測（WEM-Ⅱ）工程”，為我國的深地、深海資源探測、地震預測及其他前沿科學研究及應用，提供新的技術手段和開放性的公共服務平臺。（汪 濤 記者 付毅飛）
