歷時(shí)22年，中國工程院院士、著名地球物理學(xué)家何繼善和他的團(tuán)隊(duì)研究的“大深度高精度廣域電磁勘探技術(shù)與裝備”項(xiàng)目取得豐碩成果，推動(dòng)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(jì)算視電阻率的世紀(jì)難題，為增加我國能源與礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量帶來巨大效益

“一些人認(rèn)為我們能達(dá)到國外水平的99%，或者優(yōu)于1%到10%就很不錯(cuò)了，怎么可能超過5倍多呢？科學(xué)研究應(yīng)是對(duì)前人成果的尊重和學(xué)習(xí)，但絕不能盲從?！敝袊こ淘涸菏?、著名地球物理學(xué)家何繼善感慨，科研成果來之不易，不能只停留在引進(jìn)和推廣國外的儀器與技術(shù)，而是要進(jìn)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(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，由何繼善院士領(lǐng)銜的中南大學(xué)團(tuán)隊(duì)?wèi){借“大深度高精度廣域電磁勘探技術(shù)與裝備”項(xiàng)目摘取國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，這也是地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域首獲殊榮。

摒棄舊路

加強(qiáng)深部礦產(chǎn)資源勘查，對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。何繼善介紹，深地物理探測(cè)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(cè)量不同的物理量，二者缺一不可。

不過，由于地球是非均勻、強(qiáng)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(xué)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(hào)源電磁勘探法測(cè)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(gè)世紀(jì)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(chǎng)，我國的CSAMT勘探投入也超過百億元。何繼善認(rèn)為，深地探測(cè)要求探得深、探得精、探得準(zhǔn)，在方法理論、探測(cè)技術(shù)和儀器裝備3個(gè)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(cè)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(dòng)電磁勘探技術(shù)與裝備的變革?！?/p>

歷時(shí)22年，這場(chǎng)推動(dòng)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(tuán)隊(duì)嚴(yán)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(hào)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(jì)算視電阻率的世紀(jì)難題，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)干擾環(huán)境下電磁信號(hào)的高信噪比測(cè)量，探測(cè)深度、分辨率和信號(hào)強(qiáng)度分別是CSAMT的5倍、8倍和125倍，最大探測(cè)深度超過8千米。

“地下場(chǎng)景千變?nèi)f化，廣域電磁法能夠做到三維探測(cè)，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(shí)際構(gòu)造，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)找礦。”何繼善解釋道。

堅(jiān)守初心

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

何繼善對(duì)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(xué)，有人對(duì)他說：“CSAMT確實(shí)存在不足，但是我們從沒想過推翻它，只想做一些改進(jìn)?！?/p>

“在國內(nèi)，我們也都是先學(xué)習(xí)了國外已有的電磁法體系后直接拿來使用?！焙卫^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(tuán)隊(duì)卻從未想過放棄。從理論上獲得突破后，團(tuán)隊(duì)又不斷改進(jìn)儀器裝備，對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。何繼善說，只有堅(jiān)持不懈地應(yīng)用與試驗(yàn)，才能在業(yè)內(nèi)推廣。

2013年，安徽冬瓜山礦區(qū)上演了一場(chǎng)令地球物理界震撼的“物探擂臺(tái)賽”——全國14家單位在冬瓜山開展《危機(jī)礦山電磁方法有效性比對(duì)》項(xiàng)目，試驗(yàn)了5大類電磁法，通過10種國內(nèi)外儀器在現(xiàn)場(chǎng)1千米深的地下進(jìn)行勘探，形成47個(gè)采集方案。最終，所有歐美先進(jìn)儀器的測(cè)量精度均達(dá)不到規(guī)范要求。

“唯有我們的方法是成功的?！焙卫^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(jìn)儀器的五分之一，卻在冬瓜山輕松測(cè)得有效數(shù)據(jù)，平均測(cè)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(biāo)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(jì)價(jià)值超過1.5萬億元。

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(xué)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展沒有止境，我們永遠(yuǎn)在路上?！痹诤卫^善看來，廣域電磁法在國家能源探測(cè)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(chǔ)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(jìn)一步增加我國能源與礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量帶來巨大的社會(huì)效益，也為地質(zhì)災(zāi)害的防治提供了科學(xué)依據(jù)。

當(dāng)談到廣域電磁法在頁巖氣勘探方面的重大進(jìn)展時(shí)，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1 000億方多一點(diǎn)，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(duì)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(yùn)、西氣東輸?shù)母窬?，這將是我國能源史上的一次革命”。

（來源：http：//www.chinahightech.com/html/chuangye/kjfw/2019/0116/510384.html）