↑何继善院士正对项目进行介绍。郭静原摄
↑搭载了广域电磁仪器的勘探车。郭静原摄
↑2013年何继善院士在中南大学讲课。资料图片
↑第三代广域电磁仪接收机。郭静原摄
↑2011年何继善院士在实验室指导学生。资料图片
↑2016年7月何继善院士在贵州遵义安页1井现场取得油气重大突破性成果。资料图片
↑2008年何继善团队在秘鲁矿区勘探。资料图片
↑2011年何继善院士在秘鲁铜矿区勘探。资料图片
↑2007年何继善院士在内蒙古勘查银矿资源。资料图片
“一般人认为我们能达到国外水平的99%，或者优于1%到10%就很不错了，怎么可能超过5倍之多呢？科学研究应是对前人成果的尊重和学习，但绝不能盲从。”中国工程院院士、著名地球物理学家何继善感慨，科研成果来之不易，不能只停留在引进和推广国外的仪器与技术，而是进一步在理论上钻研突破，指导应用创新。
1月8日，在2018年度国家科学技术奖励大会上，由何继善院士领衔的中南大学团队凭借“大深度高精度广域电磁勘探技术与装备”项目摘取国家技术发明奖一等奖，这也是地球物理勘探技术领域首获殊荣。
摒弃旧路 深掘地下宝藏
地下蕴藏的丰富矿产资源是国家建设离不开的宝藏。而随着我国经济的持续快速发展，对矿产资源的需求不断增加，经过数十年的勘探和开采，埋藏浅、规模大、找矿条件简单的矿产资源越来越少。“地下岩石坚硬复杂，深地探测异常艰难。30万公里外的月球探测和海洋最深的马里亚纳海沟探测均已实现，但1万3千米的地下深井全世界至今也没有。”何继善说。
加强深部矿产资源勘查，对于社会经济发展而言，具有重要现实意义。何继善介绍，这样的深地物理探测必须依赖地面装置透视地球，方法有两种：一是用声波，类似给地球做B超；二是用电磁波，类似给地球做CT。这两种方法用于测量不同的物理量，相当于人的耳朵和眼睛，二者缺一不可。
不过，由于地球是非均匀、强耗散介质组成，地下电磁波的传播方程求解困难重重。1971年，加拿大学者Goldstein将这种复杂的曲面波方程简化为平面波方程，近似获得用于反映岩石和矿石等导电性变化的视电阻率参数，从而建立人工信号源电磁勘探法测定地下电阻率理论，形成“可控源音频大地电磁法”，简称CSAMT。
近半个世纪以来，该方法几乎垄断了所有人工源频率域电磁法勘探市场，我国的CSAMT勘探投入也超过百亿元。“但平面波近似只在浅部适用，探测深度不超过1.5公里，随着深度增加，公式误差越大，分辨率和准确度急剧降低。”何继善认为，深地探测要求探得深、探得精、探得准，在方法理论、探测技术和仪器装备三方面均存在巨大挑战，而国际领先的CSAMT无法满足目前我国深地探测战略的需求。
那么，电磁法的出路在哪里呢？“唯一出路是抛弃平面波思维，建立全新的曲面波电磁勘探理论，推动电磁勘探技术与装备的变革。”何继善说。
历时22年，这一场推动电磁法理论、技术与仪器装备都走向变革的创新终于“开花结果”：团队严格求解电磁波在地下的传播方程，创立了全新的广域电磁法理论，发明了有源周期电磁信号有效信息高效提取技术，搭建起高精度电磁勘探技术装备及工程化系统，解决了传统人工源电磁法只能近似计算视电阻率的世纪难题，实现强干扰环境下电磁信号的高信噪比测量，探测深度、分辨率和信号强度分别是CSAMT的5倍、8倍和125倍，最大探测深度超过8公里。
“地下场景千变万化，广域电磁法能够做到三维探测，在野外获取大量数据后，再把数据反演成地下的实际构造，从而实现精准找矿。”何继善解释道。
坚守初心 冬瓜山“论剑”夺魁
美国著名地球物理学家弗兰克·莫里森说，在地球物理学界，既懂方法原理，又懂研制仪器的，世界上只有两个人，何继善就是其中一个。
而何继善则坦言，科研过程中最大的困难是没有知音。他回忆起有一次带着广域电磁法科研成果去国外讲学，有人对他说：“CSAMT确实存在不足，但是我们从没想过推翻它，只想做一些改进。”
“在国内，我们也都是先学习了国外已有的电磁法体系后直接拿来使用。”何继善说。
即便大多数的“不敢言”和“不敢为”充斥耳旁，何继善与他的团队却从未想过放弃。从理论上获得突破后，团队又不断改进仪器装备，对探测数据进行检验，“资源勘探都在野外，仪器不停的在泥里翻滚，想要取得精确数据不得不经受各式各样复杂条件的考验，我们每天回来都是脏兮兮的。”何继善笑称，广域电磁法每次面对新的项目时就像考试，只有坚持不懈的应用与试验才能逐渐在业内推广开来。
直到2013年，安徽冬瓜山矿区正上演一场令地球物理界人震撼的“物探擂台赛”——共组织全国14家单位，在冬瓜山开展《危机矿山电磁方法有效性比对》项目，试验了5大类电磁法，通过10种国内外仪器在现场1公里深的地下进行勘探，形成47个采集方案。最终，所有欧美先进仪器的测量精度均远达不到规范要求。
“唯有我们的方法是成功的。”何继善自豪的说，这是自己最为难忘的一次勘探，“广域电磁法所用电流仅为西方先进仪器的1/5，却在冬瓜山轻松测得有效数据，平均测量误差0.96%，是CSAMT的1/64，与已知的地质资料吻合，并在已知矿体旁边发现了新的异常，一举打破西方仪器的神话。”
该发明于2015年起被列入中国地质调查局招标体系，在中石油、中石化、地调局等50多家单位成功应用；提交页岩气资源量3000多亿方、地质储量1000多亿方；常规油气地质储量1.86亿吨；生物气储量80亿方；释放了逾2000万吨煤炭资源；潜在经济价值超过1.5万亿元。
应用成果纷至沓来，长庆油田彭阳地区一直以来油气储层描述不清，钻井成功率不高。该发明优选出9个新的勘探目标区，提交地质储量1000万吨；朱溪钨铜矿储量世界第一，但第二找矿空间的关键地质问题未能得到有效解决。该发明首次揭示了矿区控岩控矿构造，为深部找矿提供了关键依据；青海都兰八宝山属于高寒高海拔地区，青海第三地质矿产勘查院采用该技术查明了页岩气赋存情况，并设计八页2井，提交页岩气储量800亿方……
探索不停 向着未知前行
“尽管广域电磁法比起西方电磁方法和仪器都提升了很大一步，但是科学技术的创新与发展没有止境，我们永远在路上。”在何继善看来，广域电磁法在国家能源探测利用方面具有战略意义，对勘探海洋新能源、海底构造以及国防事业等，还大有前景。
已经84岁高龄的何继善仍孜孜不倦的向着未知探索，在他的学生、项目团队成员凌帆眼里，何老师更像是大家身边的“80后”，“何老师一年在家的日子不超过100天，其余时间他总是在深山峻岭勘探或是参与学术研讨，这种工作强度和精神连我们这些年轻人都赶不上。”
还记得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，对其前景不太看好。何继善不顾严寒，打着“飞的”从长沙赶到现场，指导试验，稳定“军心”。
如今，装备推广应用探明了一批常规石油天然气、页岩气以及矿产资源储藏区域，查清了一批煤矿水害分布，解放了一大片煤炭资源，为进一步增加我国能源与矿产资源储量带来巨大的社会效益，也为地质灾害的防治提供科学依据。
当谈到广域电磁法在页岩气勘探方面的重大进展时，何继善以他的家乡湖南举例道，“湖南省页岩气的地质资源可采量有2.5万亿方，而湖南每年消耗的天然气只有十几亿方，我们国家常规天然气一年的总产量也就1000亿方多一点，想想看这是什么概念。”他告诉记者，页岩气的开发与利用对国家建设尤为重要，“一旦我们自己能开采出来，能改变长期以来北煤南运、西气东输的格局，这将是我国能源史上的一次革命。”
这个扎根在地球物理勘探领域钻研了一辈子的老学者，依然热情不减，“只要身体允许，我会一直干下去。”
（经济日报-中国经济网记者 郭静原）
（责任编辑：何欣）
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