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科学家的故事(十三)应用地球物理学家何继善:把握地壳脉搏的人

  2022年04月28日  点击:[]

何继善,1934年9月1日出生于湖南省浏阳县,中南大学教授、博士生导师。1956年考入东北地质学院(1958年更名为长春地质学院)金属物理勘探专业。1960年毕业后分配到中南矿冶学院任教。曾任中南工业大学地质系副教授、教授、教研室主任、系主任、校长,中国工程院主席团成员、能源与矿业工程学部主任、工程管理学部常委,湖南省科协主席,国家教育部科技委员会委员,中国工程院英文期刊《Frontiers of Engineering Management》(工程管理前沿)主编,中国有色金属学报主编,中国仪器仪表学会地质仪器学会副理事长,第五届、第六届中国地球物理学会副理事长。美国勘探地球物理学家协会终身会员。

长期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”“广域电磁法”和“拟合流场法”为核心的地电场理论,发明和研制出一系列具国际先进水平的仪器,在矿产地质勘探和工程勘察中得到广泛推广,在全国找到一大批金属矿产,并成功应用于探测堤防、大坝、矿山、建筑物等的隐蔽渗漏,其研究成果使我国在频率域电法及其应用领域独树一帜,居世界领先地位;对我国工程管理的理论与实践,进行了系统研究,参与推动成立中国工程院工程管理学部,积极组织工程管理论坛,推动工程管理学科建设,对工程管理专业硕士学位的招生、建设和发展起了重要作用。1994年成为中国工程院首批院士。

先后出版学术专著、教材7本,公开发表论文90余篇,主持完成科研项目50余项,其中包括国家自然科学基金项目5项,国家教委博士点基金项目3项,国家攻关项目5项,省部级重点项目21项;获国家技术发明奖(1985)、有突出贡献的中青年专家称号(1986)、第三届李四光教师奖(1993)、全国有色金属劳动模范(1995)、国家科技进步奖(1995)年度国家科技进步奖(1999)、全国教育先进工作者称号(2000)、全国先进工作者(2005)、光华工程科技奖(2006)、湖南省科学技术杰出贡献奖(2013)、国家技术发明一等奖(2018)、何梁何利基金科学与技术进步奖(2019)湖南省教书育人楷模荣誉称号(2021)。

1994年,国务院决定成立中国工程院。首批中国工程院院士共有96人,其中,有工程技术研究背景的30位中国科学院院士同时成为中国工程院院士,他们常被称为“两院院士”,还有66位则是由国家各部委推举不同工程专业有成就卓越的学科领头人入选。当时的冶金工业部推举的首批院士名单中,中南工业大学地质系何继善教授入选,他也成为在湖南工作的第一位中国工程院院士。


国际讲坛上的中国教授

随着人类文明的迅速发展,金属矿产资源的消耗与日俱增。在工业化时代,特别到了20世纪末,人类面临着一个严峻的现实:原有开采矿山后备资源严重不足,地壳浅层易找矿体越来越少,因而找矿勘探难度也越来越大。因此,寻找并获取新的矿产,需要在新理论、新技术、新仪器等多方面取得突破,才能满足经济建设对矿产资源日益增长的需要。在获取新的自然资源方面,国际竞争也空前激烈,在这个没有硝烟的战场上,中国学者挑起了大梁。

1986年3月的一天,在美国亚利桑纳大学学术讲台上。

一位中年学者正用英语侃侃而谈,向在座的美国教授、专家们介绍一种卓著成效的地球物理勘探方法“双频激电法”。这位学者就是来自中国长沙的中南工业大学何继善教授。“双频激电法”是他20余年潜心研究的成果,这是他第一次出国讲学。

“请问,您的‘双频激电法’的根据是什么?”台下一位满头银发的老学者突然发问。何继善教授中断讲课,冷静而生动地回答:

“如果有两个人,高矮只相差1毫米,甚至更少,要比较两者的高矮,最好的办法是在同一地方用同一把尺子测量。如果其中有一个人换一个地方,用另一把尺子测量,得到的结果就不准确了。‘双频激电法’正是根据这一原理,将两种频率的电流同时输入地下,同时测量两种频率的电流形成的电位、振幅、相位。这样,不同矿产与岩石的差别就出来了。”由此可见,这种方法如同给地壳把脉。

“请问,这种方法有何优点?”“请问,......”“请问,......”

提问来自会场的各个角落。面对这些非常内行、尖锐,甚至还有一些在短时间内难以说清楚的问题,何继善以他坚实的研究功底、严密的逻辑和流利的回答,赢得了阵阵掌声。他讲完课,准备离开讲台时,突然发现讲桌上有一个信封,内装一张名片和一页信纸,名片上有“亚利桑纳大学教授维特”字样,信封上列着一长串专业论文题录,并写有一句话:何先生,如果您愿意,我可将论文全部免费提供给您。

何继善为之一振:在1950年就发明、使用“变频法”找矿、被美国同行称为“变频法之父”的维特教授也在听演讲!后来他才知道,那位在讲堂上向他“发难”的银发老者就是维特教授。会见中,他对何教授说:“教授先生,您的理论对我启发很大,您的敏捷和严谨、无懈可击的论证令我吃惊,我们落后了,中国在这方面超过了我们。”

从此,何继善的名字迅速在国外同行中流传。在美国、瑞典、加拿大、俄罗斯、日本等国家的一些大学和研究所的讲台上及实验室里,先后留下了他讲学的足迹。

应笔者约稿,《中国科学报》“学科展望”专栏刊发了何先生撰写的署名文章“地电场及其研究前沿”(1993-7-16),这是他首次在媒体上发布其创新理论。1994年6月27日,又发表了他关于“加强应用基础研究的思考”一文,引起学界广泛关注。


异乎寻常的“学问之路”

上世纪30年代,何继善出生在湖南省浏阳县一个普通家庭。6岁时,他刚读完小学二年级,便因日本侵华战争而辍学,随父母一起“逃难”,多处流浪。1949年8月湖南“和平解放”,战乱结束。10月,新中国成立,全家才安定下来。

1950年,他在长沙云麓中学上了一个学期的课,尽管他酷爱学习,成绩也不错,终因家庭生活拮据而被迫再次辍学。两年后,为了缓解家庭经济困难,未满18岁的他只身来到到位于湖南茶陵县的湘东钨矿,从事矿砂检验工作。在与矿石打交道的4年时间里,他感受到矿产资源对国家建设的重要性,开始对找矿勘探萌生了兴趣。于是,他挤出时间,抓紧自学文化知识和一些与矿产有关的专业知识。

1956年,这是中国现代科学技术发展史上具有里程碑意义的一年。在战后社会秩序恢复正常、国家急需开展大规模经济建设的背景下,1956年1月,中共中央在北京召开关于知识分子问题的会议,周恩来总理在大会报告中分析了世界科学技术巨大而迅速的进步,号召全党和全国人民急起直追,“向现代科学进军”。同年3月,国务院成立科学规划委员会,周总理亲自领导数百位科学家编制出《一九五六—一九六七年科学技术发展远景规划纲要》,给广大知识分子以极大鼓舞,使新中国科技事业进入了一个有计划的发展新阶段。

也就是在这一年,在全国掀起“向科学技术进军”高潮的鼓舞下,何继善靠着自学的文化基础,考入了东北地质学院(两年后更名为长春地质学院)物探系金属物理勘探专业。1960年大学毕业后被分配到中南矿冶学院(现中南大学)地质系物探专业任教。他在承担教学任务的同时,专注于地球物理学理论、方法与观测仪器系统的研究。

从东北长春回到湖南长沙,时值我国的“三年困难时期”,科研、生活等各方面条件都很差。这位喝着浏阳河水长大的年轻知识分子,凭着报效祖国的信念、对科学事业的追求,丝毫没有动摇他对应用地球物理学研究的兴趣。不久之后,何继善发现由原苏联学者提出、在我国影响很大的“电阻率法地形改正方法”存在不少问题,他没有盲从权威,而是经过反复计算、试验、论证,将定量结果和解决问题的途径写成论文寄出。没多久,“文革运动”爆发,在那种特殊条件下,他的论文被退回。在学校停课、派系林立的动乱环境中,他既不属于“造反有理”的“运动派”,也不是无所事事的“逍遥派”,而是为数不多钻研学问的“学究派”,不闻窗外事,埋头看书学习,沉浸在实验与计算分析之中。

地球科学研究是一种高强度体力劳动与脑力劳动的结合。沾上“地”字之边,人们或多或少知道这行当有点“苦”。1972年,“文革运动”尚未结束,为了获得野外实测数据,研制新的找矿仪器,何继善和他的同事就带领当时“工农兵学生”,几乎跑遍了我国各种类型的山区及不同矿种的矿山。他们常常一出去就是几个月,简陋的工作条件,无规律的生活,使他患了胃病,曾在山上犯病疼得躺倒地上,一言难尽的艰辛未能挡住他对科研的追求。1975年,他费尽15年努力的学术论文“电阻率法地形改正”公开发表了,开启了他新的科研人生。


智慧和汗水换得果漫枝头

1976年,“文革运动”结束。1978年党的十一届三中全会召开,“科学的春天”真正到来。何继善的科研工作也走上了快车道,从此一发不可收拾。也就是在1978年,他的“电阻率法消除干扰异常研究”获得全国科学大会奖,“直流电法推断解释若干问题研究”获得冶金工业部科技成果奖。

之后,他特别重视将地球物理理论探讨、物探方法实践与检测仪器系统研发的紧密结合,创立并发展了以“双频激电法”“伪随机信号电法”“广域电磁法”和“拟合流场法”为核心的地电场理论和仪器,在国内外得到广泛成功应用。

1986年3月,何继善在美国亚利桑纳大学,向国外专家们介绍了一种地球物理勘探新方法“双频激电法”,将他潜心研究20余年的成果第一次在国际上“亮相”。1987年,他的第一部学术专著《金属矿电法勘探》问世,就被评为中国有色金属工业总公司教材二等奖;1988年,他主编的《电法勘探教程》又获地质矿产部教材一等奖。

1995年9月,何继善应伊朗矿山金属部邀请,前往矿山用他发明的“双频激电仪”进行对比试验,取得圆满成功。伊朗一位名叫“依拉兹”的科研人员专程来到中南大学,攻读博士学位。

1997年,由何继善指导的科研组和湖南省湘西金矿合作,开展了“湘西金矿深边部地质地球物理探矿研究”,成功探明矿区深部金矿可供开采34年、锑矿可开采43年、钨矿也可开采20年以上,极大地缓解了该矿山的资源危机。此后,全国29个省、市、自治区采用“双频激电法”,甘肃找到了金矿,河北找到了银矿,新疆发现了铝锌矿,还有胶东的金矿、安徽的铁矿……

1998年底,何继善和助手们,携带自己设计的“CT”地质仪器,远赴阿拉伯联合酋长国(简称阿联酋)。用20多天时间,在该国指定四个地方很快打出了4口涌出清泉的上好水井,每口井昼夜出水量达20万吨以上。在阿联酋引起轰动,并得到该国总统高度重视。

1999年初,何继善研制出了世界上第一台能探测堤坝渗漏及管涌的仪器,被教育部科学技术委员会评为该年度年中国高校十大科技进展成果项目之一。2000年春,何继善完成的“流场法探测堤坝渗漏及汛期管涌研究”科研项目,他主持研制的“堤坝管涌渗漏探测仪”,准确率达到了百分之百,为地方及时准确地排除重大险情提供了极其重要的依据,为国内外防汛救灾提供了利器。

在从事高等教育及科学研究60多年中,何继善紧紧围绕国家能源安全、资源安全和人民生命财产安全三大主题,以国家需求为己任,创立并发展了以“双频激电理论”为核心的“伪随机”多频地电场理论、“广域电磁法理论”和流场法管涌渗漏探测理论,创建了我国第一个以地电场与观测系统为特色的国家级重点学科,发明了一系列具有国际先进水平和中国特色的地电场观测仪器设备,在中国应用地球物理研究领域,形成了集理论-方法-技术-装备-应用于一体的电磁勘探方法技术体系,实现了我国电磁法从跟跑到领跑的跨越,是我国电磁勘探领域的开拓者,为我国矿产资源勘探和工程勘察技术的发展做出了杰出贡献。

美国著名地球物理学家弗兰克·莫里森说,在地球物理学界,既懂原理、方法,又懂研制仪器的,世界上只有两个人,何继善是其中一个。俄罗斯著名科学家柯马罗夫则称赞何是一位“激电人”,认为“只有他在应用地球物理学界敢于向西方国家挑战。”美国著名应用地球物理学家霍曼教授评价何继善说:“他的双频激电理论和实践,是近年来应用地球物理学界的一件大事。”

何继善教授长期重视管理科学与工程学科的发展,特别是近20年来对我国工程管理的理论与实践,进行了大量的调查研究,公开出版了专著和一批有影响的文章。积极参与推动成立工程管理学部,积极组织工程管理论坛和推动工程管理学科建设,对工程管理专业硕士学位的招生、建设和发展起了重要作用。2006年6月,在中国工程院第八次院士大会上,他当选中国工程院能源与矿业工程部主任。

作为原中南矿冶学院地质系矿产地质勘探专业的一名学生,笔者曾有幸听过何先生的讲座,他讲理论能深入浅出,特别强调基础理论在生产实践中的应用,学生们都受益匪浅。从1993年以后,我曾多次采访何先生,先后发表“何继善教授和他的地电场理论”(1993-5-10)、“把握地球脉搏的人—记何继善院士”(1998-11)、“何继善院士等研制成功堤坝隐患探测仪”(1999-8-4)等多篇报道,还向他约写有关专业的文章,每次都得到先生的鼎力支持,他还赠送我亲笔题写的书法作品,使人感动,这也是对我极大的鞭策。

本文来源于湖南省科普作家协会