2019-01-17 09:04:14 泛柚

自信收穫成功的起點

1月8日，2018年度國家科學技術獎勵大會在北京隆重莊嚴舉行。

會上，大深度高精度廣域電磁勘探技術與裝備研主要完成人何繼善院士登上最高領獎臺，獲得國家技術發明一等獎。

雖然該獎的申報省份為湖南省，但仔細查閱所屬領域發現，該項發明歸屬領域為國土資源。這也意味著，自新中國成立至今，國土資源領域終於實現了國家技術發明一等獎零的突破。

再往前回顧可以發現，這其實是全球自電磁勘探理論誕生百年來，第一款中國人用自己的理論作指導研發的電磁儀，從理論到儀器都打上了中國原創的烙印。因為原創，中國也打破了在電磁儀器上歐美產品的壟斷地位。

這一突破，也給國土資源領域創新發展以有益的啟示，這就是要有自信，耐得住寂寞從基礎理論開始。

創新的起點是自信

近年來，何繼善院士在多個場合的演講中，總會強調一個觀點：中國地學人應有自己的自信心！

進入新世紀，在新一輪找礦熱潮中，我國找礦界出現了這樣的現象：有關部門的資質審批中明文規定“甲級物探單位必須擁有V-8、GDP-32、…”、有關部門或單位在招標項目時也明確提出“參加單位必須擁有V-8、GDP-32、…”；物探單位在進行自我介紹時，會驕傲地說“本單位擁有V-8、GDP-32、….”。就連大學生和青年物探人員的履歷或求職信中，也要特別註明“本人能熟練操作V-8、GDP-32、…”。

“這是典型的不自信！”針對這一現象，何繼善院士說。

在大家習以為常甚至引以為豪時，何繼善院士為什麼會大唱反調呢？

不管在什麼場合、也不管下面坐著什麼人，何繼善完全放棄自己身為院士、已經八十多的高齡，向大家坦露了自己的心路歷程：自己也曾是歐美物探方法技術的崇拜者！

原來，目前風靡全球並在中國大行其道的人工源頻率域電磁法（CSAMT），是以1971年多倫多大學的博士生Myron Goldstein寫的一篇博士論文為基礎發展起來的。

“1984年我將CSAMT引入中國，1990年，我還專門寫了《可控源音頻大地電磁法》對此進行了專門介紹。”何繼善院士自揭老底。

但在隨後的研究中，何繼善院士發現，歐美公司以CSAMT法研發的物探儀器，無論是V-8還是GDP-32都存在翹尾，即這兩款儀器在做1500米以淺時效果較好，但一到1500以深其曲線就往上翹。

“對此，多數人並沒有從理論和儀器本身找原因。”何繼善院士說，“甚至出現了因怕別人說自己用不好儀器，刻意從地質、干擾源等因素對這翹尾進行解釋的現象。”

真相到底是啥呢？帶著這一疑問，何繼善院士開始了“根”上的深入研究。他發現電法勘探方法本來應該嚴格求解電場與磁場方程，但CSAMT法通過假設在遠區、將高次項省略後，形成一個簡化版的視電阻率方程式。在根基粗放的基礎上，歐美在儀器製造上進行了進一步粗放，從而使深部的電磁測量結果誤差越來越大。探測深度越大，翹尾越嚴重的現象也就無法避免了。

這一發現，讓何繼善院士對歐美的崇拜之心徹底崩塌，更讓他堅信了一個道理，“根”上的問題不解決，CSAMT法的翹尾現象就不可能避免。更重要的是，如果沒有原創性的基礎理論做支撐，國產物探裝備的研發就會成為無本之木，永遠不可能走出仿製的低水平發展模式。

但這注定是一條導演艱辛的創新之路。將極其複雜的地下電磁波方程精確求解之所以百年無人問津，主要原因就是這一過程要進行大量枯燥的數字演算、試驗，一個數據、一次計算錯誤就得全部推倒重來。事實，在從1996年開始的研究中，部分團隊成員因此中途將何繼善“炒”了。

2006年，貫徹嚴格解電磁波方程的廣域電磁法橫空出世，並自籌經費開始儀器研製、野外試驗，先後在國家自然科學基金儀器專項、國家重大科研儀器設備研製專項、湖南省科技重大專項等資助，於2010年出版專著《廣域電磁法和偽隨機信號電法》，形成了中國版本的嚴格解電磁波方程廣域電磁法理論、技術體系。以廣域電磁法理論為基礎研發的儀器，在貴州的地熱勘探，湖北、安徽、遼寧、內蒙古等地的金屬礦產勘探，四川、新疆、湖南的油氣和頁岩氣勘探中，均獲得了比歐美儀器更好的數據。

“自信加從基礎研究開始，讓何院士不僅收穫了許多原創性的科研成果，而且還收穫了國際地球物理界的尊重！”師從何繼善院士獲得博士學位後就在繼善高科從事成果轉化的凌帆，給記者做了分別介紹：

截止目前，他領銜共完成各類科研項目107項，獲全國科學大會獎1項、國家發明獎2項、國家科技進步獎2項，及省部級科技獎勵31項。出版專著12本，發表論文370餘篇，SCI檢索20篇、EI檢索72篇；美國發明專利授權1件，國家發明專利授權13件，“均勻廣譜偽隨機電磁法理論及應用研究”2006年獲國家技術發明二等獎，數字式雙頻道幅頻儀1985年獲國家發明獎三等獎，“中國雙頻激電研究與應用”1995年獲國家科技進步二等獎，“電阻率勘探干擾異常消除方法的研究”1978年獲全國科學大會獎，“雙頻激電法”2005年被中國地質調查局列為重點推廣技術。

在廣域電磁儀成功應用於實戰並取得好成績後，美國著名地球物理學家M. S Zhdanov 2014年在寫給他的信中說：“何教授破除了將電磁波近似地劃分‘近區’、‘過渡區’和‘遠區’的理論禁錮，首次嚴格從電磁波方程表達式出發，定義了適用於廣大區域（全區）的視電阻率參數，發明了廣域電磁法。”、“可用於大深度精細探測”；美國著名地球物理學家弗蘭克·莫里森更是說，在地球物理學界，既懂方法原理又懂研製儀器的，世界上只有兩個人，何繼善是其中一個。

理論創新帶動儀器研發突破

何繼善院士的自信，也感染了身邊的一群人。2002年6月，他們在長沙註冊了湖南繼善高科技有限公司，以何繼善院士此前原創“雙頻激電法”基礎理論為指導，生產了雙頻電磁儀等產品。“廣域電磁法”理論問世後，他們面對歐美儀器在國內市場幾近飽和的情況，仍決定將這一中國智慧轉化為“中國智造”，為中國向第二找礦空間、向大地深部進軍提供裝備支持。

對何繼善院士充滿自信的，還有國家相關科研管理機構。十餘年來，在繼善高科堅持“以中國理論指導中國儀器研發”的努力中，國家火炬計劃、國家創新基金等紛紛伸出援手，以項目形式給予了資金支持。

自信、原創，為繼善高科用中國自己的理論造中國自己的電磁儀提供了新動能，雙頻激電儀、大深度激電儀、偽隨機多頻電磁儀等系列產品也先後問世，並於2015年將其集成為高精度大深度廣域電磁探測系統。

談起自己的這個“孩子”，何繼善充滿了自信與自豪。他說，由於廣域電磁理論解決了人工源頻率域電磁法儀器“根”上的問題，這套系統的優點也非常突出：

探測深度更大。廣域電磁法視電阻率定義不存在近似條件，是一個嚴格的表達式，不必限制在“遠區”，可以在廣大非“遠區”工作。因而在同等條件下，廣域電磁法目前最大探測深度已經達到8km，比CSAMT 法探測深度增加3-5倍；在相同或者更高分辨率的前提下，只測量電磁場的單個分量，突破了CSAMT法必需測量兩個相互正交的電、磁分量的理論禁錮。突破了傳統電磁法的理論侷限和技術缺陷，解決了傳統人工源頻率域電磁法探測深度小、測量效率低、三維探測能力差等重大難題。

探測精度更高。發明了多頻週期電磁信號的降噪和有效信息的快速提取技術。提出基於連續小波變換和Hilbert解析包絡的信號複數域重構方法，實現了多頻信號及其諧波同時、快速挖掘，數據密度提高5-10倍，解決了電磁法勘探精度低的國際難題。

工作效率更高。成功研製出多種功率的發送機系列和多通道接收機，實現了不限數量分佈式接收機陣列式測量，抗干擾能力強，信息量大，大大提高了野外工作效率。

智能化程度更強。開發出廣域電磁法資料處理解釋軟件系統，實現了任意複雜地形條件下海量數據的廣域電磁法快速精細反演成像。

“但這些儀器生不逢時呀！”回顧自己的研發經歷，何繼善院士說，新一輪找礦熱出現後，國內地勘單位對物探儀器的需求也越來越強烈。率先引進西方儀器的單位，也在中國颳起了一股神化V-8的歪風。在這種歪風的影響下，擁有V-8，也成為找礦管理部門、實施單位、技術人員檢驗單位實力的象徵。談及找礦言必V-8，也成為一種普遍現象。在找礦“不差錢”時代，全國各地勘單位紛紛引進V-8，甚至讓生產這一儀器的加拿大公司由瀕死走向了繁榮。

而待到這一系統完成商業化時，找礦熱也開始退溫。市場飽和加投入銳減雙重因素疊加，使高精度大深度廣域電磁探測系統進入市場遭遇到前所未有的困難。

思路創新讓中國的月亮更圓

在認識上，市場的國外儀器就是好的思維慣性；在市場容量上，找礦業務量大的單位早就買回了V-8等儀器，沒買的單位正在為生存發愁，購買的慾望幾乎降至冰點。

面對如此困難，廣域電磁法研發團隊決定用思路創新破解市場推廣的難題。

“中國人說，喊破嗓子不如做出樣子。”繼善高科董事長李芳書說，他們在秉承中國這一傳統市場推廣理念的同時，廣域電磁儀的市場推廣思路進行了大膽創新：

實驗開道。銷售人員和研發技術人員緊密配合，走進各找礦熱點地區開展了以實地驗證為主要形式的市場推廣。每到一地，面對人們疑惑的目光，他們只提出一個要求：自己找一個礦區做實測，用結果說話。

“這一推廣手段雖然效率低，但效果卻非常明顯。”李芳書說。

聯合攻關。2017年，江西省地礦局邀請包括繼善高科在內的多家廠商參與勘探工作，要求實現3000米深度的精細勘探。由於現場地形惡劣，干擾嚴重，構造複雜，勘探深度大，其餘廠商退出。經過廣域電磁法團隊的艱苦工作，獲得了3000米深度範圍內電阻率的精細分佈，首次清晰的揭示了深部控礦巖體及控礦構造，與鑽探成果一致。看到廣域電磁儀的優異表現，2017年12月1日，江西地礦局聘請何繼善院士為局科技顧問，並與繼善高科簽訂戰略合作協議，圍繞深地戰略、朱溪深部找礦以及地質勘探技術提升等，開展緊密合作。

敢於亮劍。國土資源部在安徽冬瓜山礦區，開展了一項名為“危機礦山電磁方法有效性比對”的研究，即在已知地質資料的情況下，對國內外電磁法探測儀器有效性進行對比。包括美國、加拿大、德國等國家的電磁法儀器參賽，均宣告失敗，而廣域電磁儀卻取得優異成績。廣域電磁法所用電流僅為歐美‘先進’儀器的五分之一，卻在冬瓜山輕鬆地測到了有效數據，與已知的地質資料吻合，並在已知礦體旁邊發現了新的異常。這打破了歐美儀器的神話。

不斷升級繼善式。對購買廣域電磁儀的單位，他們將服務由解決儀器故障延伸到指導具體探測、信號解譯，使廣域電磁的應用領域由最初的金屬礦，逐步擴展到油氣藏、頁岩氣、地熱、煤田採空區、金屬礦、水資源等礦產。利用自身專業技術優勢，直接成立物探分公司，到相關地區或部門進行聯合項目攻關，用具體成果說話；與中南大學合作組織繼善杯物探大賽，培養地質後備人才的自信心；與中國地球物理學會合作，組織廣域電磁法專題培訓......

“隨著這些市場推廣策略的實施，廣域電磁探測系統的市場認可度逐年提升。”繼善高科銷售經理張斌說，在找礦投入銳減、市場幾乎飽和的情況下，近兩年繼善高科已賣出20餘套系統，“若不是遭遇找礦投入銳減的局面，我們的銷售情況肯定更好。”

鑑於廣域電磁系統的出色表現，2015年開始，中國地質調查局也將這一技術列為頁岩氣調查的標準方法之一。而廣域電磁探測系統的表現，也沒讓人失望，在四川、貴州、湖北、安徽、遼寧、內蒙古、新疆、湖南等全國各地不同地質環境、不同礦產的探測實踐表明，這一裝備可廣泛應用於油氣藏、頁岩氣、地熱、煤田採空區、金屬礦、水資源等礦產的探測，並具有綠色、高效、低成本等突出特點。

據統計，廣域電磁勘探技術及裝備在全國成功推廣應用，頁岩氣勘查面積超過3萬平方千米，提交頁岩氣資源量3401.22億m3、地質儲量1240億m3，常規油氣地質儲量1.86億噸，生物氣可採資源量80億m3；釋放了2000多萬噸煤炭；經濟和社會效應顯著。廣域電磁法為油氣勘探，深部找礦，煤礦水害探測、地質災害防治、壓裂監測、城市物探、潛艇探測等提供了全新的技術手段。

這些成果再次證明，廣域電磁儀已成為我國找礦突破、實施深地工程的利器。