作者:杨晨 来源:中国科学报 发布时间:2024/5/19 23:11:49
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何继善院士:探深地万米做中国创造

 

如果其他科学家的目标是星辰大海,那何继善的征途是在广阔却隐秘的深地世界。

过去六十余年里,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仪器系列,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”,为国家资源安全提供了技术保障的同时,也让能源自主权紧紧握在我们自己手中。

但谈及自己过往的工作,何继善谦虚地说了“惭愧”二字。他认为,这些事谈不上宏大,只是出于本分,为国家需求而做。

如今已至耄耋之年的他,仍然生活自律,关心国家大事,每天满负荷工作。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。不过老人家说,真正的实验室是在广袤的大地。

心怀大志 向往崇山峻岭

因日军侵略而颠沛流离,让年少时期的何继善立下了努力读书,改变国家积贫积弱面貌的决心。其父母也十分重视教育,奈何逃难再加上恶性的通货膨胀,他被迫多次辍学。

1949年新中国成立,何继善也获得了人生的第一个工作机会。经过三年国民经济恢复期后,国家迎来了第一个五年计划,使他有幸走入工业建设第一线:到湘东的钨矿当化验员。

除了给矿里做化验,何继善还常化验地质队送来的样品。有机会听着地质队队员讲述着他们跋山涉水,于崇山峻岭间探索的精彩故事,当年的那位年轻人心中充满了向往:“感觉他们很神秘,很了不起。”

尽管上岗前参加了培训,但他总觉得自己基础薄弱,很多文章看不懂,操作规程不太理解。“如果有继续深造的机会就好了。”他总是盼望着。

机会来了。1955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,脑海中展现地质队员们口中神秘的地下世界,燃起了他更大的求知欲望。于是,他报考了当时东北地质学院(今吉林大学)的物探系金属物理勘探专业。毕业后,又分配到中南矿冶学院地质系任教。

从那开始,何继善便开始醉心于给地球“把脉”,做考察、搞实验,翻山越岭、风餐露宿。至今,他仍能细数出为了做调查,闯入野外无人区的种种:悬崖边蜿蜒崎岖的山路、山脚穿背心上山套毛衣的温差、只蘸一点辣椒和盐巴调味的伙食.......云淡风轻的口吻中,述说着岁月峥嵘。

实践过程中,何继善有了新的感悟。“我发现我们和其他国家之间,在科学技术方面有着不小的差距。”如何能够迎难赶上,自己又能做什么,何继善经常不断地思考着。

挑战“权威” 设计符合国情的仪器

上世纪六十年代后期,何继善以重编教材收集资料为由,去到广西、贵州、云南、四川、陕西等地进行矿产资源的调查。

云南个旧锡矿资源十分丰富,浅部却已经开采殆尽,地形陡峭崎岖对电场的畸变远远超过深部锡矿的异常,当地冶金局十分犯难。因为当时所利用的“坐标网转换法”地形改正方法,并不能解决地形因素对地电场分布的影响,探测失误很大。

“坐标网转换法”是从前苏联引进并发展而来的,还被作为一项成果向全国推广。到达云南后的何继善展开研究后发现,其基本数学依据是“保角映射”,是一种二维的理论,但野外环境都是三维立体。

在查阅资料反复计算、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,预测准确率甚至达到了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想,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”。

上世纪七十年代,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,其仍被推崇。

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受限。”随着探测深度的加大,CSAMT法的公式误差会迅速加大,其分辨率会明显降低。

为了达到更精细准确的探测,为国家找到更优质的资源,他开启了长达十余年的研究,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”。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,其将探测深度从1.5公里增加至8公里,而且在相同条件下的收发距离和信号强度都远优于CSAMT法。何继善形容,广域电磁法“更具生命力”。

不计得失 做对国家有用的事

何继善做研究有个“习惯”,即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,但我没有一开始就去管国家要钱。”他怕万一失败,造成浪费。

广域电磁法提出后,何继善自筹经费,启动设备的研发和实验。2007年,他找到了大庆油田相关领导,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。零下二十几度的天气,旅馆却舍不得烧煤。后来大庆的同志们送来了煤和棉大衣,让何继善倍感温暖。

好在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。他专门跑到上海买回了包括集成电路在内的五套器件,还请了来自黑龙江、甘肃、辽宁和云南四地搞维修的技术人员,专门来制作仪器。

技术人员们不懂双频激电的原理,也不了解集成电路,何继善就给他们集中授课,一边教一边做。其实何继善也是自学成才,在大学期间,只上了电子管相关课程。后来的晶体管和集成电路的知识,都是靠自己翻书研读而得。

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,并取得了预期的效果。何继善很高兴,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。“必须得根据理论设计仪器,还要形成一套技术规程,使之在工程中发挥作用才行。”做对国家有用的研究,他不舍昼夜,不计成本。

老骥伏枥,志仍在深地万里。现如今这位年已九十的老人,正关注着国家地热资源的合理开发和利用。

“我国有三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。”近几年,何继善指导团队在东南沿海、云南等地区,进行地热分布的探测和研究。

万事开头难,但他盼望着,能够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,为我国的“双碳”目标添砖加瓦,为实现他“为国分忧,为民造福”的理念而不懈奋斗。 

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。受访者供图

何继善(右二)调研重庆永川区页岩气井区。受访者供图

 何继善参加活动发言。受访者供图

 笔耕不辍,何继善伏案工作。受访者供图

 
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