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何继善:与地球“斗”其乐无穷
日期:2015年06月08日      科技日报

  “和地球打了一辈子交道了。这么多年下来,我每天都工作十多个小时,可还有好多想法没时间去实践。”

  这位两鬓斑白的老先生,一说起地球,眼里满是记者难以用文字描述的情感。

  老先生是中国工程院的首批院士。在我国,他堪称为地球号脉、给地球做“ct”的第一人。在全球范围内,他是既懂地球物理学原理,又能制造出相关仪器的两位学者中的一位。

  他就是我国著名地球物理学家何继善。一个与地球“斗”了一辈子,却依然乐此不疲的人。

  广域电磁法“入地”七公里

  “近十年,我主要发明了广域电磁法。这种勘探法,目前地下探测深度可达七公里。”

  何继善与科技日报记者唠起他70岁之后的发明。

  地球物理学,简言之,是利用物理原理研究地球物理属性的学科。何继善的研究,就是利用地下岩石矿物电阻率的差异,以电(磁)法,探测地下地质体分布情况。

  精准探测地下几百米深的地质体分布情况,对何继善来说,早已是小儿科。2005年,他开始琢磨着,要发明一种可用于深部探矿的全新电法勘探理论。

  “我们曾引进过风行世界的可控源音频大地电磁法(简称csamt)。但这种方法只能勘探到地下2000米以内的深度,无法进行深部找矿。”何继善说。

  他分析,这种方法探测深度难以逾越且分辨率不高,是因为其理论,利用的是去掉了高次级数,只留下主要级数项的电磁波方程,解出的是近似解。“我想,只有保留下方程中的高次级数,才是最符合实际物理原型的做法。因此,我们直接从电偶源全区精确公式出发,求严格解。”

  在数学上,复杂方程的严格解,求解极为困难。几经周折,何继善获得了方程的严格解,并基于严格解,发明了广域电磁法。这种方法,可以在包括远区和非远区的广大地域测量,能实现无限量分布式接收机的面积性测量和三维勘探。

  课题组核心成员李帝铨副教授透露,广域电磁法刚开始研究时,甚至连团队内部都“不统一”。不少成员质疑它是否真的能用于深部探矿。可是,倔强的何继善,坚持研究这个理论,还执意要将它转化实践。

  2007年寒冬,内蒙古室外温度低至零下20摄氏度。在这里的一块大庆油田区块上,课题组开展了广域电磁法勘探石油气初步试验。因为团队部分成员对广域电磁法理解不深入,对其前景不看好,内部有些“军心动摇”。

  73岁的老院士,不顾严寒,打着“飞的”,从长沙赶到试验现场,指导试验,稳定军心。最终,团队做了30多千米的试验测线,广域电磁法成功了!它的探测效果比大地电磁法更好,与地震勘探效果齐平,获得了大庆油田方的高度认可。

  何继善难掩喜悦:“用同样的发射功率测试,广域电磁法比csamt法的探测深度可增加至少3倍。它可以提高金属矿探测精度,还可以广适于深度探矿。从目前页岩气勘探中的表现看,非常理想。”

  在页岩气勘探上,广域电磁法与地震勘探法展开了“pk”。结果显示,在南方地区页岩气勘探上,前者成本不足后者的1/4,但探测周期更短,探测效果良好。

  李帝铨解释,南方地区地形起伏大,交通不便,地下地质构造复杂,使地震勘探受到限制。广域电磁法对地形适应性高,因此在这类复杂地形区域,优势更明显。目前,湖南5个主要页岩气区域,除一区域本身未启动勘探外,其余4区域均实施了广域电磁法勘探。

  据不完全统计,广域电磁法在近3年内,勘探覆盖面积达7000平方公里,创造社会经济效益1100余亿元。2013年,课题组“大深度三维矢量广域电磁法仪器研制”项目获得了国家自然科学基金国家重大科研仪器设备研制专项的支持。

  “广域电磁法,对勘探海洋新能源、海底构造等,大有前景。我现在最想做的,是尽快实现它对海下可燃冰等资源的勘探。”何继善说。

  “七十再立”,广域电磁法面世。今年81的老先生,正捣鼓着“下海”。

  崇山峻岭“走”出伪随机信号发射技术

  至今,先生仍难以忘记,贵州一个名叫桑朗的深山小镇。

  三十多年前,他的双频激电法,在那里完成了最粗糙的野外实验。

  1971年,在贵州桑朗山勘探时,他恰巧碰上当地野外工作队一台电子自动补偿仪出了故障,无人能修。

  何继善主动提出维修这台仪器。
“我当时多了个心眼。在他们不知情的情况下,我悄悄改进了仪器,把‘双频激电’思想放了进去,效果很好。”说起这事,先生满脸得意。

  直到现在,他应邀到贵州物探队讲学时,还不忘提及这段往事。

  为了探索地球勘探的新理论、新技术,他变卖过自己的衣物,筹钱买电子元件。

  为了实地检测,他带着自制仪器,和学生们几乎攀遍了我国的崇山峻岭。

  勘探中,风餐露宿是常态,他因此患上了严重的胃病。可即便他时常疼得难以忍受,也从未没动摇过与地“斗”的决心。

  在地球物探领域,何继善的双频激电理论与仪器,无人不晓。

  这项成果获国家科技进步奖,到今年正好30年,是老先生科研生涯中的首个代表性成果。

  今天,双频激电法广泛应用于我国29个省区,用于伊朗、巴西、澳大利亚、秘鲁等国的矿产勘查,是金属矿勘探和工程探测的利器。仅我国,它“扫描”出的矿产,价值就在2000亿元人民币以上。

  双频激电法并未过时,老先生却“不消停”。基于双频激电法,和他独创的三元素群自封闭加法,何继善创立了完整的伪随机信号电法体系。

  “有了这套理论,我们就有了实现同时发送任意个组合频率激发,并同时接收这些激发经过地下岩石后反馈信号的理论基础,大幅提高了探测效率与精度。”何继善说。

  伪随机信号发射技术与广域电磁法结合,诞生了全新的电法勘探方法。

  拟合流场法“潜水”消水患

  创新意识一旦形成惯性,就停不下来了。

  科学知识在不同领域的相通性,让何继善将自己的物探技术,从高山拓展到水域。

  1998年夏天,正在巴西访问的何继善,从电视里看到中国遭受了百年不遇的洪水袭击。肆虐的洪水,深深地震动了他。“我回去就研究这事。”何继善对同在巴西的时任湖南省科委副主任张寅说。

  管涌是堤坝溃堤的“第一杀手”。当时,国内外没有查找管涌的方法和仪器,只能利用人工拉网式沿堤巡查或派潜水员水下摸探,效率低、危险性大,无法查出深水处管涌。

  1998年底,何继善带着团队来到了号称“长沙头上一盆水”的株树桥水库。水库比长沙城水位高出120多米,每秒渗漏量1.6立方米,居同类水库的世界第二位。

  “库底覆盖了六、七米厚的石渣等,渗漏点一直没找到。”中南大学教授朱自强说。

  为了解决管涌探测难题,何继善在这里一蹲就是数月。第二年春节,他基本没回家。

  反复探索,何继善想到了电流场和水流场具有相似性。据此,他创立了探测堤坝管涌渗漏隐患的“拟合流场法”,研制出世界上首台能在汛期恶劣环境下,快速准确探测堤坝管涌渗漏入水口的“普及型堤坝管涌渗漏检测仪”。

  利用这个仪器,何继善在库区测量中,很快找到了漏水的准确部位。

  截至目前,何继善已带队在全国十多个省、市、自治区,准确测定出110多处江堤管涌和20多处水库大坝渗漏点。

  “开域继踪,蓄伟志:通外弘中,因成大业;诚心善教,勉诸生:励精图治,尽展长才。”中南大学先生的办公室里,一副自勉联格外醒目。先生说:“只要身体条件允许,我就会一直干下去。”(科技日报长沙6月7日电)