何繼善：探索我們腳下的世界

江泓

地球是人類(lèi)生存的家園，我們對(duì)這個(gè)星球及其結(jié)構(gòu)的了解還十分有限。而就有這樣一些科學(xué)家，他們通過(guò)測(cè)量尋找地球深處的礦產(chǎn)資源，何繼善便是其中的佼佼者。

給地球做“CT”的科學(xué)家

何繼善上小學(xué)時(shí)，日本侵略者的鐵蹄已經(jīng)踏上湖南的大地，戰(zhàn)爭(zhēng)讓他不得不放棄學(xué)業(yè)，跟著家人一起顛沛流離。新中國(guó)成立后，何繼善有機(jī)會(huì)考入中南有色金屬局化驗(yàn)班學(xué)習(xí)，被分配到湘東鎢礦從事礦砂的檢驗(yàn)工作。在工作中，他深感中國(guó)探礦技術(shù)的落后，便暗暗下了繼續(xù)學(xué)習(xí)的決心。在那時(shí)，對(duì)何繼善來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)是最大的渴望，因此，當(dāng)國(guó)家發(fā)出“向科學(xué)技術(shù)進(jìn)軍”的口號(hào)后，刻苦準(zhǔn)備4年的何繼善于1966年考上了長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院（今吉林大學(xué)）金屬物理勘探專(zhuān)業(yè)。

進(jìn)入大學(xué)之后，何繼善了解到當(dāng)時(shí)的蘇聯(lián)發(fā)明了一種名叫二次諧波磁力儀的儀器，他對(duì)這種儀器非常感興趣。由于國(guó)內(nèi)沒(méi)有二次諧波磁力儀，何繼善利用能夠找到的有限的翻譯資料苦心摸索，沒(méi)想到居然研制成功了。這次攻堅(jiān)，使尚未出校門(mén)的何繼善對(duì)地球物理有了更深的了解，也堅(jiān)定了他從事相關(guān)領(lǐng)域科研的信心。此后，何繼善對(duì)地球物理的探尋更一發(fā)不可收，他心中還萌生了一個(gè)新的想法——將兩種不同頻率的電流同時(shí)輸入地下，然后測(cè)量?jī)煞N頻率的電流形成的電位差振幅，以此鑒別不同的巖石和礦物，這，就是后來(lái)為地質(zhì)勘探人員所常用的雙頻激電法。

1960年，大學(xué)畢業(yè)的何繼善被分配到中南礦冶學(xué)院（今中南大學(xué)）地質(zhì)系任教，除了上課，何繼善天天躲在實(shí)驗(yàn)室中搞研究。看到何繼善如此專(zhuān)心科研，大家送了他“何霸蠻”的外號(hào)，“霸蠻”在湖南方言中有專(zhuān)注、不達(dá)目的決不罷休的意思。何繼善很喜歡這個(gè)外號(hào)，他說(shuō)，在科學(xué)研究和創(chuàng)新上就得“霸蠻”。

有一次，何繼善去貴州進(jìn)行礦產(chǎn)資源的調(diào)查，正趕上地質(zhì)隊(duì)的一臺(tái)電子自動(dòng)補(bǔ)償儀出現(xiàn)了故障。面對(duì)不工作的儀器，大家還真犯了難：如果修壞了可是要被扣上“破壞革命生產(chǎn)”的帽子呢！這時(shí)，何繼善拍著胸脯上前，說(shuō)：“我來(lái)修?！本瓦@樣，他靠著一個(gè)萬(wàn)用表和一把螺絲刀，還真就把儀器修好了。大家看到何繼善能修理儀器，于是干脆將機(jī)器交給他操作。有了直接使用儀器的機(jī)會(huì)，何繼善開(kāi)始以雙頻激電法的思路對(duì)機(jī)器進(jìn)行改進(jìn)，然后運(yùn)用到礦產(chǎn)調(diào)查的實(shí)踐中去，他驚訝地發(fā)現(xiàn)，自己研究的新方法竟然可以探測(cè)地表以下更深的深度，遠(yuǎn)超過(guò)原來(lái)只有幾十米的探測(cè)深度。

1977年，憑借著多年來(lái)對(duì)雙頻激電法的研究和運(yùn)用，何繼善研制出了雙頻激電儀等一系列儀器，這些儀器以及相關(guān)的方法很快就在全國(guó)地質(zhì)勘探部門(mén)中推廣開(kāi)來(lái)。甘肅的金礦、河北的銀礦、新疆的鉛鋅礦、安徽的銅礦、湖南的有色金屬礦的發(fā)現(xiàn)，都?xì)w功于何繼善的研究和發(fā)明。人們?cè)@樣形容何繼善的工作：“從事的地球物理探測(cè)，就好比是給地球做‘CT?！?/p>

1986年3月，何繼善帶著他的“雙頻激電法”在美國(guó)亞利桑那大學(xué)做了學(xué)術(shù)報(bào)告，他的研究立即引起了世界地球物理學(xué)家的關(guān)注，并獲得了極高的評(píng)價(jià)。美國(guó)應(yīng)用地球物理學(xué)家霍曼教授評(píng)價(jià)道：“雙頻激電理論和實(shí)踐，是近年來(lái)應(yīng)用地球物理學(xué)界的一件大事?！贝撕螅卫^善的“雙頻激電法”相繼在澳大利亞、巴西亮相，并在秘魯、伊朗等國(guó)采用此方法勘探金屬礦，效果非常顯著。

尋找水下的漏洞

1998年夏天，中國(guó)遭遇了百年不遇的特大洪水，長(zhǎng)江、嫩江、松花江全線告急，當(dāng)時(shí)何繼善正在巴西進(jìn)行訪問(wèn)，電視機(jī)中肆虐的洪水深深地觸動(dòng)了他，何繼善思考著：自己從事水資源勘探和水環(huán)境勘測(cè)這么多年，能不能找到治理水患的辦法？

帶著這個(gè)問(wèn)題，回國(guó)之后，何繼善開(kāi)始調(diào)查，他發(fā)現(xiàn)在洪水到來(lái)時(shí)最危險(xiǎn)的，便是大壩決堤、垮壩，而管涌是造成決堤、垮壩的“頭號(hào)殺手”，有90%的決堤、垮壩都是由管涌造成的。然而，當(dāng)時(shí)世界上沒(méi)有能夠準(zhǔn)確查找管涌的方法和儀器，只能靠人工沿著堤壩進(jìn)行巡查或是派潛水員到水下去摸探，這些方法不但效率低、不全面，而且存在著很大的風(fēng)險(xiǎn)。

為了能夠準(zhǔn)確測(cè)定管涌的數(shù)量和位置，何繼善根據(jù)電流場(chǎng)與水流場(chǎng)的相似性提出了“流場(chǎng)法”。在正常情況下，水流會(huì)沿著堤壩的走向流動(dòng)，水庫(kù)中的水則是靜止的，水流速度在空間上的分布被視為流場(chǎng)。當(dāng)管涌出現(xiàn)時(shí)，原本正常的流場(chǎng)中會(huì)出現(xiàn)異常流場(chǎng)，通過(guò)對(duì)異常流場(chǎng)的三維分布進(jìn)行測(cè)量就能夠找到管涌的位置。雖然原理看上去簡(jiǎn)單，但是流場(chǎng)法卻涉及了水利學(xué)、流體力學(xué)、電子學(xué)及地球物理學(xué)等多個(gè)學(xué)科。為了實(shí)地檢驗(yàn)自己的理論，何繼善在1998年年底帶著研究團(tuán)隊(duì)來(lái)到距離長(zhǎng)沙不遠(yuǎn)的株樹(shù)橋水庫(kù)，由于這個(gè)水庫(kù)的水面比長(zhǎng)沙高120多米，因此被稱(chēng)為“長(zhǎng)沙頭上一盆水”。株樹(shù)橋水庫(kù)一直存在滲漏的問(wèn)題，但是好多年都沒(méi)有找到滲漏點(diǎn)，存在著重大的安全隱患。

何繼善在株樹(shù)橋水庫(kù)一待就是幾個(gè)月，過(guò)年都沒(méi)有回家。他利用自制的儀器不斷向水中發(fā)射多頻復(fù)合信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收，最終準(zhǔn)確查明了滲漏點(diǎn)的位置，這也證實(shí)了其方法的正確性。根據(jù)流場(chǎng)法，何繼善研制出了世界上第一臺(tái)能在汛期等惡劣環(huán)境下快速、準(zhǔn)確探測(cè)堤壩管涌滲漏水口的儀器設(shè)備——普及型堤壩管涌滲漏檢測(cè)儀，這種儀器探測(cè)的準(zhǔn)確率高達(dá)100%。

1999年，湖南漢壽的蔣家嘴大堤在汛期出現(xiàn)特大管涌險(xiǎn)情，大堤隨時(shí)都有垮塌的危險(xiǎn)。就在這時(shí)，何繼善親自與助手?jǐn)y帶普及型堤壩管涌滲漏檢測(cè)儀趕到現(xiàn)場(chǎng)，儀器迅速準(zhǔn)確地找到8個(gè)管涌點(diǎn)。經(jīng)過(guò)人們的全力封堵，終于解除了大壩的險(xiǎn)情，這也是普及型堤壩管涌滲漏檢測(cè)儀第一次接受實(shí)戰(zhàn)的檢驗(yàn)。

目前，中國(guó)主要省份的水利技術(shù)和防汛管理單位已經(jīng)裝備了普及型堤壩管涌滲漏檢測(cè)儀，它們?cè)诒Ｐl(wèi)人民生命財(cái)產(chǎn)安全上發(fā)揮著重要作用。

什么是管涌？

管涌是指在汛期高水位情況下，堤內(nèi)平地發(fā)生“流土”和“潛蝕”兩種不同含義的險(xiǎn)情的統(tǒng)稱(chēng)。這種險(xiǎn)情在湖北一般叫翻砂鼓水，江西叫泡泉。管涌發(fā)生時(shí)，水面出現(xiàn)翻花，隨著上游水位升高，持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，險(xiǎn)情不斷惡化，大量的涌水翻沙，使堤防、水閘地基土壤骨架破壞，孔道擴(kuò)大，基土被淘空，引起建筑物塌陷，造成決堤、垮壩、倒閘等事故。

發(fā)掘腳下的新能源

2010年，年近80歲的何繼善將目光投向了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域——頁(yè)巖氣。由于自己的家鄉(xiāng)湖南省石油、煤炭和天然氣儲(chǔ)量相對(duì)較少，水電資源受季節(jié)影響又大，因此，這里的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展長(zhǎng)期受到能源匱乏問(wèn)題的束縛。如何打破湖南省能源匱乏的現(xiàn)狀，成為何繼善非常關(guān)心的問(wèn)題。他將解決辦法放在了開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣能源上。

頁(yè)巖氣是儲(chǔ)藏于頁(yè)巖層中的可供開(kāi)采的天然氣資源，我國(guó)頁(yè)巖氣的資源量比常規(guī)天然氣大8倍，但開(kāi)采難度要大得多。在談到為什么要開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣時(shí)，何繼善說(shuō)：“因?yàn)檫@個(gè)對(duì)我們國(guó)家來(lái)講太重要了，儲(chǔ)量如此大的天然氣，如果我們自己能夠開(kāi)發(fā)出來(lái)，就可以改變我們國(guó)家北煤南運(yùn)、西氣東輸這樣一個(gè)區(qū)域資源調(diào)配的格局。”

為了查明湖南省的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量，何繼善使用了自己從2005年提出的廣域電磁法，這種方法使用了人工場(chǎng)源并擴(kuò)展了觀測(cè)的范圍，具有探測(cè)深度大，觀測(cè)速度快、精度高和野外工作效率高等特點(diǎn)，是一種全新的電磁勘探方法。2012年，何繼善帶著研究團(tuán)隊(duì)來(lái)到位于湖南省西北部的龍山縣進(jìn)行試驗(yàn)，工作人員拉開(kāi)上千米長(zhǎng)的測(cè)線進(jìn)行勘測(cè)，得到的電阻率曲線異常，從而表明廣域電磁法完全能識(shí)別頁(yè)巖氣所反應(yīng)的電磁信號(hào)。此后，何繼善及其研究團(tuán)隊(duì)又以從龍山縣得到的資料為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)信息和地層巖性，制作了地電模型，更好地推廣了這項(xiàng)研究成果。湖南省頁(yè)巖氣資源量大約有9.2萬(wàn)億立方米，可開(kāi)采量為2萬(wàn)億立方米，而湖南省目前每年消耗的天然氣為十幾億立方米，所以湖南省頁(yè)巖氣的使用前景十分可觀。由于何繼善對(duì)湖南省頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的大力推進(jìn)，也使其被家鄉(xiāng)人民親切地稱(chēng)為“湖南頁(yè)巖氣之父”。

何繼善從事科學(xué)研究60多年，卻始終保持著年輕人的熱情，他總是想法很多，而且對(duì)發(fā)明創(chuàng)造樂(lè)此不疲。由何繼善主持的重大科研項(xiàng)目多達(dá)40余項(xiàng)，發(fā)表專(zhuān)著及論文100多篇，獲得發(fā)明專(zhuān)利獎(jiǎng)項(xiàng)24項(xiàng)。除了科研，何繼善還非常熱衷于科普教育。他常說(shuō)：“只有把接班人培養(yǎng)好了，國(guó)家才有未來(lái)?！倍磥?lái)，對(duì)于何繼善來(lái)說(shuō)何嘗不是新的起點(diǎn)，充滿熱情和干勁的他，雖已年過(guò)80，卻還將繼續(xù)挑戰(zhàn)新的領(lǐng)域。

愛(ài)書(shū)法的科學(xué)家

何繼善認(rèn)為科學(xué)與藝術(shù)是分不開(kāi)的，他本人特別喜愛(ài)楹聯(lián)、書(shū)法，其作品筆力遒勁飽滿，結(jié)構(gòu)寬博大方，章法和諧統(tǒng)一。為了能夠勤加練習(xí)，何繼善每天4點(diǎn)半起床，6點(diǎn)就已開(kāi)始在案頭揮毫潑墨。與他在科學(xué)上的態(tài)度一致，何繼善在書(shū)法上既勤學(xué)苦練又勇于創(chuàng)新，他善作“嵌名聯(lián)”，就是將人名嵌進(jìn)即興創(chuàng)作的詩(shī)句或?qū)β?lián)之中，這可是相當(dāng)考驗(yàn)個(gè)人文化修養(yǎng)的。