歷時22年，中國工程院院士、著名地球物理學家何繼善和他的團隊研究的“大深度高精度廣域電磁勘探技術(shù)與裝備”項目取得豐碩成果，推動了電磁法理論、技術(shù)與儀器裝備的變革，解決了傳統(tǒng)人工源電磁法只能近似計算視電阻率的世紀難題，為增加我國能源與礦產(chǎn)資源儲量帶來巨大效益

 

　　“一些人認為我們能達到國外水平的99%，或者優(yōu)于1%到10%就很不錯了，怎么可能超過5倍多呢？科學研究應(yīng)是對前人成果的尊重和學習，但絕不能盲從。”中國工程院院士、著名地球物理學家何繼善感慨，科研成果來之不易，不能只停留在引進和推廣國外的儀器與技術(shù)，而是要進一步在理論上鉆研突破，指導(dǎo)應(yīng)用創(chuàng)新。

 

　　1月8日，在國家科學技術(shù)獎勵大會上，由何繼善院士領(lǐng)銜的中南大學團隊憑借“大深度高精度廣域電磁勘探技術(shù)與裝備”項目摘取國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎，這也是地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域首獲殊榮。

 

摒棄舊路

 

　　我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，對礦產(chǎn)資源的需求不斷增加，但埋藏淺、規(guī)模大、找礦條件簡單的礦產(chǎn)資源越來越少。“地下巖石堅硬復(fù)雜，深地探測異常艱難。30萬公里外的月球探測和海洋最深的馬里亞納海溝探測均已實現(xiàn)，但1.3萬米的地下深井全世界至今也沒有。”何繼善告訴經(jīng)濟日報記者。

 

　　加強深部礦產(chǎn)資源勘查，對于經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要現(xiàn)實意義。何繼善介紹，深地物理探測必須依賴地面裝置透視地球，一是用聲波，類似給地球做B超；二是用電磁波，類似給地球做CT。這兩種方法用于測量不同的物理量，二者缺一不可。

 

　　不過，由于地球是非均勻、強耗散介質(zhì)組成，地下電磁波的傳播方程求解困難重重。1971年，加拿大學者Goldstein將這種復(fù)雜的曲面波方程簡化為平面波方程，近似獲得用于反映巖石和礦石等導(dǎo)電性變化的視電阻率參數(shù)，從而建立人工信號源電磁勘探法測定地下電阻率理論，形成“可控源音頻大地電磁法”，簡稱CSAMT。

 

　　近半個世紀以來，該方法幾乎壟斷了所有人工源頻率域電磁法勘探市場，我國的CSAMT勘探投入也超過百億元。何繼善認為，深地探測要求探得深、探得精、探得準，在方法理論、探測技術(shù)和儀器裝備3個方面均存在巨大挑戰(zhàn)，而國際領(lǐng)先的CSAMT無法滿足目前我國深地探測戰(zhàn)略的需求。“唯一的出路是拋棄平面波思維，建立全新的曲面波電磁勘探理論，推動電磁勘探技術(shù)與裝備的變革。”

 

　　歷時22年，這場推動電磁法理論、技術(shù)與儀器裝備走向變革的創(chuàng)新終于“開花結(jié)果”：團隊嚴格求解電磁波在地下的傳播方程，創(chuàng)立了全新的廣域電磁法理論，發(fā)明了有源周期電磁信號有效信息高效提取技術(shù)，搭建起高精度電磁勘探技術(shù)裝備及工程化系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)人工源電磁法只能近似計算視電阻率的世紀難題，實現(xiàn)強干擾環(huán)境下電磁信號的高信噪比測量，探測深度、分辨率和信號強度分別是CSAMT的5倍、8倍和125倍，最大探測深度超過8公里。

 

　　“地下場景千變?nèi)f化，廣域電磁法能夠做到三維探測，在野外獲取大量數(shù)據(jù)后，再把數(shù)據(jù)反演成地下的實際構(gòu)造，從而實現(xiàn)精準找礦。”何繼善解釋道。

 

堅守初心

 

　　美國著名地球物理學家弗蘭克·莫里森說，在地球物理學界，既懂方法原理，又懂研制儀器的，世界上只有兩個人，何繼善就是其中一個。

 

　　何繼善對記者說，科研過程中最大的困難是沒有知音。他回憶起有一次帶著廣域電磁法科研成果去國外講學，有人對他說：“CSAMT確實存在不足，但是我們從沒想過推翻它，只想做一些改進。”

 

　　“在國內(nèi)，我們也都是先學習了國外已有的電磁法體系后直接拿來使用。”何繼善說。

 

　　即便大多數(shù)的“不敢言”和“不敢為”充斥耳旁，何繼善與他的團隊卻從未想過放棄。從理論上獲得突破后，團隊又不斷改進儀器裝備，對探測數(shù)據(jù)進行檢驗。何繼善說，只有堅持不懈地應(yīng)用與試驗，才能在業(yè)內(nèi)推廣。

 

　　2013年，安徽冬瓜山礦區(qū)上演了一場令地球物理界震撼的“物探擂臺賽”——全國14家單位在冬瓜山開展《危機礦山電磁方法有效性比對》項目，試驗了5大類電磁法，通過10種國內(nèi)外儀器在現(xiàn)場1公里深的地下進行勘探，形成47個采集方案。最終，所有歐美先進儀器的測量精度均達不到規(guī)范要求。

 

　　“唯有我們的方法是成功的。”何繼善自豪地說，這是自己最為難忘的一次勘探，“廣域電磁法所用電流僅為西方先進儀器的五分之一，卻在冬瓜山輕松測得有效數(shù)據(jù)，平均測量誤差0.96%，是CSAMT的六十四分之一，與已知的地質(zhì)資料吻合，并在已知礦體旁邊發(fā)現(xiàn)了新的異常，一舉打破西方儀器的神話”。

 

　　該發(fā)明于2015年起被列入中國地質(zhì)調(diào)查局招標體系，在中石油、中石化、地調(diào)局等50多家單位成功應(yīng)用，潛在經(jīng)濟價值超過1.5萬億元。

 

　　長慶油田彭陽地區(qū)一直以來油氣儲層描述不清，鉆井成功率不高，該發(fā)明優(yōu)選出9個新的勘探目標區(qū)，提交地質(zhì)儲量1000萬噸；朱溪鎢銅礦儲量世界第一，但第二找礦空間的關(guān)鍵地質(zhì)問題未能得到有效解決，該發(fā)明首次揭示了礦區(qū)控巖控礦構(gòu)造，為深部找礦提供了關(guān)鍵依據(jù)……

 

　　探索不止

 

　　“盡管廣域電磁法比起西方電磁方法和儀器都提升了很大一步，但是科學技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展沒有止境，我們永遠在路上。”在何繼善看來，廣域電磁法在國家能源探測利用方面具有戰(zhàn)略意義，大有前景。

 

　　如今，裝備推廣應(yīng)用探明了一批常規(guī)石油天然氣、頁巖氣以及礦產(chǎn)資源儲藏區(qū)域，查清了一批煤礦水害分布，解放了一大片煤炭資源，為進一步增加我國能源與礦產(chǎn)資源儲量帶來巨大的社會效益，也為地質(zhì)災(zāi)害的防治提供了科學依據(jù)。

 

　　當談到廣域電磁法在頁巖氣勘探方面的重大進展時，何繼善以他的家鄉(xiāng)湖南舉例道：“湖南省頁巖氣的地質(zhì)資源可采量有2.5萬億方，而湖南每年消耗的天然氣只有十幾億方，我們國家常規(guī)天然氣一年的總產(chǎn)量也就1000億方多一點，想想看這是什么概念。”他告訴記者，頁巖氣的開發(fā)與利用對國家建設(shè)尤為重要，“一旦我們自己能開采出來，能改變長期以來北煤南運、西氣東輸?shù)母窬郑@將是我國能源史上的一次革命”。