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何继善院士:探深地万米,做“中国创造”

2024-05-10   中国科学报   阅读量:526

    文 | 《中国科学报》 记者 杨晨

伏案工作的何继善。

    对中国工程院院士何继善来说,他的征途在广阔却隐秘的深地世界中。

    过去60余年里,他致力于地球物理理论、方法与观测仪器系统的研究,创立并发展了以“双频激电法”“伪随机信号电法”“拟合流场法”和“广域电磁法”为核心的地电场理论体系和相应的系列仪器,为国家油气勘探、深部找矿、地质灾害防治、城市物探等提供了全新的技术手段。

    这些领先世界的“中国创造”,在为国家资源安全提供技术保障的同时,也让能源自主权紧紧握在我们自己手中。

    但谈及过往工作,何继善谦虚地说“惭愧”。他认为,做这些事是本分,是为国家需求而做。

    如今耄耋之年的何继善,仍然生活自律,关心国家大事,每天满负荷工作。他还经常吟诗作赋、挥毫泼墨。最近,他正在将住处的一间房改成模拟实验室,方便团队做研究。不过他说,真正的实验室在广袤的大地。

   

心怀大志  向往崇山峻岭

    因日军侵略而颠沛流离的经历,让年少时期的何继善坚定了努力读书,改变国家积贫积弱面貌的决心,父母也十分重视他的教育问题。奈何逃难和恶性通货膨胀,迫使何继善多次辍学。

    1949年新中国成立,何继善获得了人生第一个工作机会。几年后,国家实施第一个五年计划,何继善走到工业建设第一线,前往湘东的钨矿当化验员。

    除了给矿场做化验,何继善还化验当地地质队送来的样品,因此有机会听地质队队员讲述于崇山峻岭间探索的精彩故事。这让何继善的心中充满了向往,“感觉他们很神秘,很了不起”。

    尽管上岗前参加了培训,但何继善总觉得基础薄弱,很多文章看不懂,对操作规程不太理解,盼望着“有继续深造的机会”。

    机会很快就来了。1956年,党中央发出“向科学进军”的号召,同时号召具有条件的在职干部报考大学。组织部门本来联系何继善去中南矿冶学院(现中南大学)学习分析化学,但遗憾的是,这一年此专业并无招生计划。

    突然,地质队员们口中神秘的地下世界出现在何继善脑海中,燃起了他更大的求知欲。于是,他报考了东北地质学院(现已并入吉林大学)的物探系金属物理勘探专业。毕业后,他被分配到中南矿冶学院地质系任教。

    从那时起,何继善便开始醉心于给地球“把脉”,翻山越岭、风餐露宿地做考察、搞实验。至今,他仍能细数为了做调查而闯入野外无人区的种种:悬崖边蜿蜒崎岖的山路、山脚穿背心山上套毛衣的温差、只蘸一点辣椒和盐巴调味的伙食……

    实践过程中,何继善有了新的感悟,“发现我们和其他国家,在科学技术方面有不小的差距”。我们如何能够迎头赶上?自己又能做什么?何继善不断思考着。

何继善(右二)调研重庆永川区页岩气井区。

   

挑战“权威”  设计符合国情的仪器

    上世纪60年代后期,何继善因重编教材需收集资料,到广西、贵州、云南、四川、陕西等地开展矿产资源调查。

    当时,虽然云南个旧锡矿资源十分丰富,但浅部已经开采殆尽,深部锡矿的探测工作也因地形陡峭崎岖对电场的畸变而举步维艰。当时地方冶金局利用的“坐标网转换法”这一地形改正方法,并不能降低地形因素对地电场分布的影响,因此探测误差很大。

    “坐标网转换法”是从苏联引进发展的,是一项全国推广的成果。而在云南开始研究后,何继善发现,“坐标网转换法”的基本数学依据是“保角映射”,这是一种二维理论,但野外环境都是三维立体的。

    在查阅资料并反复计算、实验后,何继善大胆提出了点源场电阻率地形改正方法,帮助当地很快找到了锡矿,其预测准确率达85%。“可以说是奇迹了。”何继善为此感到骄傲。

    这件事也让他意识到,电法探测仪器的设计和利用,不能盲目地实行“拿来主义”。“仪器本身凝聚了设计者的思考,它应该符合国情,体现我们国家的特点。”

    何继善认为,中国国土区域经历了多次大的地质构造运动,矿产资源受到改造或破坏的程度大,导致探测难度大大增加。相比之下,国外地质构造没那么复杂,所以他们提出的理论和技术在中国可能“水土不服”。

    上世纪70年代,国外学者通过将电磁波曲面波方程简化为平面波方程,获得了“视电阻率”参数的近似解,创立了人工源电磁法测定地下电阻率的“可控源音频大地电磁法”(CSAMT法),至今仍被推崇。

    但何继善曾对此方法提出了质疑。“西方学者聪明反被聪明误,把曲面波看成近似平面波,方程简单多了,容易得出近似解,但探测深度和分辨率会受限。”何继善分析道,随着探测深度的加大,CSAMT法的公式误差会迅速加大,其分辨率明显降低。

    为了实现更精细准确的探测,为国家找到更优质的资源,何继善开始了长达10余年的研究,并最终于2005年提出了精确求解地下电磁波方程的“广域电磁法”。他还基于该理论研发出电磁探测成套装备,为勘探工作提供科学支撑。

    从应用效果看,与CSAMT法相比,广域电磁法将探测深度从1.5公里增加至8公里,而且在相同条件下,其收发距离和信号强度都远优于CSAMT法。在何继善看来,广域电磁法“更具生命力”。

   

不计得失  做对国家有用的事

何继善(左一)实地考察重庆三峡区域两岸危岩滑坡地灾情况。

    何继善做研究有个习惯,在没有完全把握之前,不立项,也不申请国家经费。

    “不管是双频激电法还是广域电磁法,我都是根据国家的需求去做的,但我没有一开始就向国家要钱。”他说,怕万一失败,造成浪费。

    广域电磁法提出后,何继善自筹经费,启动设备研发和相关实验。2007年,他找到大庆油田相关领导,请求帮忙提供一块深部情况已知的场地,对广域电磁法进行验证。对方欣然应允。

    那年冬天,何继善和团队一起租住在场地附近的小旅馆。低于零下20摄氏度的天气,旅馆却舍不得烧煤。大庆油田的同志们得知后,立刻送来了煤和棉大衣,这让何继善倍感温暖。

    最终,勘探油气的试验取得成功,第一次证明了广域电磁法的探测深度、分辨率以及各项指标,为后续的推广应用工作打下了基础。

    双频激电仪的研制更是花费了何继善不少心血。他专门跑到上海买了包括集成电路在内的5套器件,还请了来自黑龙江、甘肃、辽宁和云南搞维修的技术人员,专门制作仪器。

    技术人员既不懂双频激电的原理,又不了解集成电路,何继善只得给他们集中授课,一边教一边做。其实何继善也是自学成才。大学期间,他只上了电子管相关课程,后来需要的晶体管和集成电路知识,都是自己翻书研读掌握的。

    大概过了一年,大家弄清了原理,做成了仪器。何继善便让他们带着成果各自回到家乡,进行试用推广,最终达到了预期的效果。何继善很高兴大家的付出没有白费。

    “我的每一次设计发明,都是由相应的理论、仪器、技术组成的体系。”何继善说,只提理论、发文章是远远不够的,必须根据理论设计仪器,还要形成一套技术规程,使之在工程中发挥作用。

    做对国家有用的研究,何继善向来不舍昼夜,不计成本。老骥伏枥,志在深地万里。如今,这位年已90的老人,关注着国家地热资源的合理开发和利用。

    “我国有3条储能丰富的地热带,资源丰富。地热开发相对来说更经济、稳定、环保且安全,对保障国家能源安全有重要意义。”何继善说,近几年,他指导团队在东南沿海、云南等地区,进行了地热分布的探测和研究。

    万事开头难。他盼望着尽快推进地热资源的开发,并早日实现大规模商用,惠及千家万户,为我国实现“双碳”目标添砖加瓦,为践行“为国分忧,为民造福”的理念而不懈奋斗。

何继善参加活动发言。受访者供图

    《中国科学报》 (2024-05-10 第1版 要闻)

    编辑 | 赵路

    排版 | 志海