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中国地质人应充满自信!国土资源领域实现国家技术发明一等奖零的突破!

更新时间:2019/1/25 18:20:32  作者:glyzl

自信 收获成功的起点 1月8日,2018年度国家科学技术奖励大会在北京隆重庄严举行。
会上,大深度高精度广域电磁勘探技术与装备研主要完成人何继善院士登上最高领奖台,获得国家技术发明一等奖。
虽然该奖的申报省份为湖南省,但仔细查阅所属领域发现,该项发明归属领域为国土资源。这也意味着,自新中国成立至今,国土资源领域终于实现了国家技术发明一等奖零的突破。 再往前回顾可以发现,这其实是全球自电磁勘探理论诞生百年来,第一款中国人用自己的理论作指导研发的电磁仪,从理论到仪器都打上了中国原创的烙印。因为原创,中国也打破了在电磁仪器上欧美产品的垄断地位。 这一突破,也给国土资源领域创新发展以有益的启示,这就是要有自信,耐得住寂寞从基础理论开始。 创新的起点是自信   近年来,何继善院士在多个场合的演讲中,总会强调一个观点:中国地学人应有自己的自信心! 进入新世纪,在新一轮找矿热潮中,我国找矿界出现了这样的现象:有关部门的资质审批中明文规定“甲级物探单位必须拥有V-8、GDP-32、…”、有关部门或单位在招标项目时也明确提出“参加单位必须拥有V-8、GDP-32、…”;物探单位在进行自我介绍时,会骄傲地说“本单位拥有V-8、GDP-32、….”。就连大学生和青年物探人员的履历或求职信中,也要特别注明“本人能熟练操作V-8、GDP-32、…”。   “这是典型的不自信!”针对这一现象,何继善院士说。 在大家习以为常甚至引以为豪时,何继善院士为什么会大唱反调呢? 不管在什么场合、也不管下面坐着什么人,何继善完全放弃自己身为院士、已经八十多的高龄,向大家坦露了自己的心路历程:自己也曾是欧美物探方法技术的崇拜者! 原来,目前风靡全球并在中国大行其道的人工源频率域电磁法(CSAMT),是以1971年多伦多大学的博士生Myron Goldstein写的一篇博士论文为基础发展起来的。   “1984年我将CSAMT引入中国,1990年,我还专门写了《可控源音频大地电磁法》对此进行了专门介绍。”何继善院士自揭老底。 但在随后的研究中,何继善院士发现,欧美公司以CSAMT法研发的物探仪器,无论是V-8还是GDP-32都存在翘尾,即这两款仪器在做1500米以浅时效果较好,但一到1500以深其曲线就往上翘。   “对此,多数人并没有从理论和仪器本身找原因。”何继善院士说,“甚至出现了因怕别人说自己用不好仪器,刻意从地质、干扰源等因素对这翘尾进行解释的现象。” 真相到底是啥呢?带着这一疑问,何继善院士开始了“根”上的深入研究。他发现电法勘探方法本来应该严格求解电场与磁场方程,但CSAMT法通过假设在远区、将高次项省略后,形成一个简化版的视电阻率方程式。在根基粗放的基础上,欧美在仪器制造上进行了进一步粗放,从而使深部的电磁测量结果误差越来越大。探测深度越大,翘尾越严重的现象也就无法避免了。   这一发现,让何继善院士对欧美的崇拜之心彻底崩塌,更让他坚信了一个道理,“根”上的问题不解决,CSAMT法的翘尾现象就不可能避免。更重要的是,如果没有原创性的基础理论做支撑,国产物探装备的研发就会成为无本之木,永远不可能走出仿制的低水平发展模式。 但这注定是一条导演艰辛的创新之路。将极其复杂的地下电磁波方程精确求解之所以百年无人问津,主要原因就是这一过程要进行大量枯燥的数字演算、试验,一个数据、一次计算错误就得全部推倒重来。事实,在从1996年开始的研究中,部分团队成员因此中途将何继善“炒”了。   2006年,贯彻严格解电磁波方程的广域电磁法横空出世,并自筹经费开始仪器研制、野外试验,先后在国家自然科学基金仪器专项、国家重大科研仪器设备研制专项、湖南省科技重大专项等资助,于2010年出版专著《广域电磁法和伪随机信号电法》,形成了中国版本的严格解电磁波方程广域电磁法理论、技术体系。以广域电磁法理论为基础研发的仪器,在贵州的地热勘探,湖北、安徽、辽宁、内蒙古等地的金属矿产勘探,四川、新疆、湖南的油气和页岩气勘探中,均获得了比欧美仪器更好的数据。   “自信加从基础研究开始,让何院士不仅收获了许多原创性的科研成果,而且还收获了国际地球物理界的尊重!”师从何继善院士获得博士学位后就在继善高科从事成果转化的凌帆,给记者做了分别介绍:   截止目前,他领衔共完成各类科研项目107项,获全国科学大会奖1项、国家发明奖2项、国家科技进步奖2项,及省部级科技奖励31项。出版专著12本,发表论文370余篇,SCI检索20篇、EI检索72篇;美国发明专利授权1件,国家发明专利授权13件,“均匀广谱伪随机电磁法理论及应用研究”2006年获国家技术发明二等奖,数字式双频道幅频仪1985年获国家发明奖三等奖, “中国双频激电研究与应用”1995年获国家科技进步二等奖,“电阻率勘探干扰异常消除方法的研究”1978年获全国科学大会奖,“双频激电法”2005年被中国地质调查局列为重点推广技术。   在广域电磁仪成功应用于实战并取得好成绩后,美国著名地球物理学家M. S Zhdanov 2014年在写给他的信中说:“何教授破除了将电磁波近似地划分‘近区’、‘过渡区’和‘远区’的理论禁锢,首次严格从电磁波方程表达式出发,定义了适用于广大区域(全区)的视电阻率参数,发明了广域电磁法。”、“可用于大深度精细探测”;美国著名地球物理学家弗兰克·莫里森更是说,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,何继善是其中一个。  
 理论创新带动仪器研发突破    何继善院士的自信,也感染了身边的一群人。2002年6月,他们在长沙注册了湖南继善高科技有限公司,以何继善院士此前原创“双频激电法”基础理论为指导,生产了双频电磁仪等产品。“广域电磁法”理论问世后,他们面对欧美仪器在国内市场几近饱和的情况,仍决定将这一中国智慧转化为“中国智造”,为中国向第二找矿空间、向大地深部进军提供装备支持。
对何继善院士充满自信的,还有国家相关科研管理机构。十余年来,在继善高科坚持“以中国理论指导中国仪器研发”的努力中,国家火炬计划、国家创新基金等纷纷伸出援手,以项目形式给予了资金支持。
   自信、原创,为继善高科用中国自己的理论造中国自己的电磁仪提供了新动能,双频激电仪、大深度激电仪、伪随机多频电磁仪等系列产品也先后问世,并于2015年将其集成为高精度大深度广域电磁探测系统。    谈起自己的这个“孩子”,何继善充满了自信与自豪。他说,由于广域电磁理论解决了人工源频率域电磁法仪器“根”上的问题,这套系统的优点也非常突出: 探测深度更大。广域电磁法视电阻率定义不存在近似条件,是一个严格的表达式,不必限制在“远区”,可以在广大非“远区”工作。因而在同等条件下, 广域电磁法目前最大探测深度已经达到8km,比CSAMT 法探测深度增加3-5倍;在相同或者更高分辨率的前提下,只测量电磁场的单个分量,突破了CSAMT法必需测量两个相互正交的电、磁分量的理论禁锢。突破了传统电磁法的理论局限和技术缺陷,解决了传统人工源频率域电磁法探测深度小、测量效率低、三维探测能力差等重大难题。 探测精度更高。发明了多频周期电磁信号的降噪和有效信息的快速提取技术。提出基于连续小波变换和Hilbert解析包络的信号复数域重构方法,实现了多频信号及其谐波同时、快速挖掘,数据密度提高5-10倍,解决了电磁法勘探精度低的国际难题。    工作效率更高。成功研制出多种功率的发送机系列和多通道接收机,实现了不限数量分布式接收机阵列式测量,抗干扰能力强,信息量大,大大提高了野外工作效率。 智能化程度更强。开发出广域电磁法资料处理解释软件系统,实现了任意复杂地形条件下海量数据的广域电磁法快速精细反演成像。   “但这些仪器生不逢时呀!”回顾自己的研发经历,何继善院士说,新一轮找矿热出现后,国内地勘单位对物探仪器的需求也越来越强烈。率先引进西方仪器的单位,也在中国刮起了一股神化V-8的歪风。在这种歪风的影响下,拥有V-8,也成为找矿管理部门、实施单位、技术人员检验单位实力的象征。谈及找矿言必V-8,也成为一种普遍现象。在找矿“不差钱”时代,全国各地勘单位纷纷引进V-8,甚至让生产这一仪器的加拿大公司由濒死走向了繁荣。 而待到这一系统完成商业化时,找矿热也开始退温。市场饱和加投入锐减双重因素叠加,使高精度大深度广域电磁探测系统进入市场遭遇到前所未有的困难。  思路创新让中国的月亮更圆
   在认识上,市场的国外仪器就是好的思维惯性;在市场容量上,找beplay官方网站务量大的单位早就买回了V-8等仪器,没买的单位正在为生存发愁,购买的欲望几乎降至冰点。
面对如此困难,广域电磁法研发团队决定用思路创新破解市场推广的难题。   “中国人说,喊破嗓子不如做出样子。”继善高科董事长李芳书说,他们在秉承中国这一传统市场推广理念的同时,广域电磁仪的市场推广思路进行了大胆创新: 实验开道。销售人员和研发技术人员紧密配合,走进各找矿热点地区开展了以实地验证为主要形式的市场推广。每到一地,面对人们疑惑的目光,他们只提出一个要求:自己找一个矿区做实测,用结果说话。    “这一推广手段虽然效率低,但效果却非常明显。”李芳书说。      联合攻关。2017年,江西省地矿局邀请包括继善高科在内的多家厂商参与勘探工作,要求实现3000米深度的精细勘探。由于现场地形恶劣,干扰严重,构造复杂,勘探深度大,其余厂商退出。经过广域电磁法团队的艰苦工作,获得了3000米深度范围内电阻率的精细分布,首次清晰的揭示了深部控矿岩体及控矿构造,与钻探成果一致。看到广域电磁仪的优异表现,2017年12月1日,江西地矿局聘请何继善院士为局科技顾问,并与继善高科签订战略合作协议,围绕深地战略、朱溪深部找矿以及地质勘探技术提升等,开展紧密合作。 敢于亮剑。国土资源部在安徽冬瓜山矿区,开展了一项名为“危机矿山电磁方法有效性比对”的研究,即在已知地质资料的情况下,对国内外电磁法探测仪器有效性进行对比。包括美国、加拿大、德国等国家的电磁法仪器参赛,均宣告失败,而广域电磁仪却取得优异成绩。广域电磁法所用电流仅为欧美‘先进’仪器的五分之一,却在冬瓜山轻松地测到了有效数据,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。这打破了欧美仪器的神话。 不断升级继善式。对购买广域电磁仪的单位,他们将服务由解决仪器故障延伸到指导具体探测、信号解译,使广域电磁的应用领域由最初的金属矿,逐步扩展到油气藏、页岩气、地热、煤田采空区、金属矿、水资源等矿产。利用自身专业技术优势,直接成立物探分公司,到相关地区或部门进行联合项目攻关,用具体成果说话;与中南大学合作组织继善杯物探大赛,培养地质后备人才的自信心;与中国地球物理学会合作,组织广域电磁法专题培训......    “随着这些市场推广策略的实施,广域电磁探测系统的市场认可度逐年提升。”继善高科销售经理张斌说,在找矿投入锐减、市场几乎饱和的情况下,近两年继善高科已卖出20余  套系统,“若不是遭遇找矿投入锐减的局面,我们的销售情况肯定更好。” 鉴于广域电磁系统的出色表现,2015年开始,中国地质调查局也将这一技术列为页岩气调查的标准方法之一。而广域电磁探测系统的表现,也没让人失望,在四川、贵州、湖北、安徽、辽宁、内蒙古、新疆、湖南等全国各地不同地质环境、不同矿产的探测实践表明,这一装备可广泛应用于油气藏、页岩气、地热、煤田采空区、金属矿、水资源等矿产的探测,并具有绿色、高效、低成本等突出特点。     据统计,广域电磁勘探技术及装备在全国成功推广应用,页岩气beplay面积超过3万平方千米,提交页岩气资源量3401.22亿m3、地质储量1240亿m3,常规油气地质储量1.86亿吨,生物气可采资源量80亿m3;释放了2000多万吨煤炭;经济和社会效应显著。广域电磁法为油气勘探,深部找矿,煤矿水害探测、地质灾害防治、压裂监测、城市物探、潜艇探测等提供了全新的技术手段。     这些成果再次证明,广域电磁仪已成为我国找矿突破、实施深地工程的利器。     自信,成就的不只是大深度高精度广域电磁勘探技术与装备的横穿出世,更让国人明白了一个道理:有了自己的原创理论指导,中国的月亮会更加圆!
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