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熊盛青:航空物探的常青树

来源:  发布时间:2017-07-27

——记中国国土资源航空物探遥感中心副主任、总工程师熊盛青
  
本刊记者  鲁长国

  
  
  航空地球物理勘探技术(以下简称“航空物探”),就是把物理的仪器装载在飞机上面,从空中探测地球的磁场、电磁场、重力场和放射性场等,然后通过对“场”的研究进行地质找矿,还可以进一步研究地球的内部结构,具有宏观、快速、高效、经济、综合、绿色、不受地面条件(如海、河、湖、沙漠)的限制等特点。
  如此高精尖的技术到底用来做什么?事实上,当你需要进行精准的地质制图进而研究大区域构造的时候,当你试图寻找“藏匿”起来的金属矿和其他固体矿藏的时候,当你想在大中华复杂的地质地形中普查石油和天然气的时候??航空物探都是不可或缺的。
  从世界范围内来说,航空物探技术并不算稀奇,早在上世纪30年代就已问世。在我国上世纪50年代也已开展,但技术装备真正实现国产化却直到“十一五”国家“863”计划重大项目“航空地球物理勘查技术系统”和“十二五”国家“863”计划主题项目“航空地球物理勘查技术与装备”的实施才开始。
  毫不夸张地说,我国航空物探装备完成从无到有的突破,基本实现国产化,离不开两期“863”项目的负责人——中国国土资源航空物探遥感中心副主任、总工程师,我国航空地球物理勘探技术领域的学科带头人熊盛青。正是在他的带领下,我国完成了航空物探技术从理论、方法到技术、装备的全面创新,基本实现了国产化。
  “我现在50多岁了,不比年轻时候了,周末都要强制休息一天。”熊盛青说。话虽如此,现在的他还是每天早到晚走,多挤出时间来工作。他的办公室里,张贴着团队编制的中国陆域航磁系列图。有空闲时,他总是盯着这张图去看,每每发现了新问题,有了新想法,就赶紧拿来与团队成员一起琢磨。这些年,有不少灵感都是这么被他琢磨出来的。“只要乐在其中,就不觉得累。”不积跬步无以至千里,能够在航空物探之路上走这么远,离不开他的这股精气神。
  
一张海报,一种人生
  熊盛青走上航空物探之路,说起来极具戏剧性。时光要追溯到熊盛青填报高考志愿前夕,有一天,他偶然在学校的墙上看到一张成都地质学院的招生海报。海报上赫然两段标语,一为毛泽东作出的指示:“地质工作搞不好,一马挡路,万马不能前行!”一为刘少奇同志的评语:“地质工作者是建设时期的游击队,是社会主义建设的开路先锋!”这张海报瞬间点燃了这个年轻人心底的火焰,果断在志愿表上写下“成都地质学院”。一笔一画中,填满了他对未来人生路的期许。
  1983年,熊盛青从成都地质学院毕业,被分配到北京。从那时至今,熊盛青一直在中国国土资源航空物探遥感中心(以下简称“航遥中心”)从事科研与技术管理工作,“一转眼在航空物探领域就干了33年”。
  在航遥中心,熊盛青主要研究航空地球物理勘探。“相当于给地球做CT,要再细致一点说,就是做核磁共振。”熊盛青这么解释航空物探。
  据熊盛青介绍,航空物探最早是从找铁矿发展起来的。“我们国家的铁矿,据不完全统计,80%以上是由航空物探技术探测到异常,然后才由地面作业发现的。除此之外,其他一些与磁性有关的,如有色金属矿产等,也大多是由航空物探先发现异常,在找矿前期为地面工作快速缩小范围。”也正因为如此,航空物探研究人员被誉为地质调查工作的“空军部队”,是地质找矿的先遣部队和侦察兵。
  这样的定位,激发了地质工作者的责任感和使命感,熊盛青当然也不例外。等到1997年获得中国地质大学(北京)应用地球物理专业博士学位,成为航遥中心最早的一位博士时,他也有了更多的积累去挑战一些高难度的任务,比如青藏高原。
  如果说有哪里一直属于我国航磁勘探的空白区,那一定是青藏高原。填补这片空白,甚至已经成了我国几代地质地球物理工作者的夙愿。1998年,原地矿部设立“青藏高原中西部地区航磁概查”专项,任命已经成为航遥中心总工程师的熊盛青为专项负责人,组织专家队伍进行技术攻关。
  “青藏高原之所以一直是航磁空白区,主要是因为地势高,地形起伏大,飞机很难在上面作业;而且高寒低压,仪器也很难正常工作;最重要的一点是,测量的磁场值必须准确定位在某一个点上面,但是位置很难定准,导航定位的技术又解决不了。”
  连续3个“很难”道出了当时的窘境,但30岁出头的熊盛青,硬是凭着一股冲劲儿,与充满责任感的团队成员一起对青藏高原地区的特殊地形进行了深入分析,最终提出“高速采样、自动数字航磁干扰实时补偿、高度实时监控、GPS定位、地面磁日变网同步连续观测和校正”的技术路线,解决了低温、低压、大跨度环境下航磁勘查系统适应性、飞机选型与改装、精确导航定位、飞行高度控制等关键性技术问题,为获取青藏高原中西部114万平方公里的高精度航磁数据提供了技术保障。
  依据该项目的航磁调查成果,熊盛青和他带领的团队系统评价了青藏高原油气和矿产资源远景,共圈出11个含油气盆地、14个与找油气关系密切的局部凸起、21个金属矿产找矿远景区和5个地热资源远景区,并提出了高原地质构造的新认识。
  该项目荣获国家科技进步奖二等奖和国土资源科学技术奖一等奖,成果已在国土资源、冶金、地震和国防等系统广泛应用,为政府部门部署青藏高原地质调查和矿产勘查评价提供了重要依据,并在许多找矿和研究项目中被广泛采用。提出的找矿线索经地面查证已发现多处矿产地,为西藏尼雄、新疆赞坎等多个大型超大型铁矿的发现做出了先期贡献。
  能够填补这片空白,熊盛青欣慰地笑了。
  
扛起责任,零的突破
  2006年,对和熊盛青一样的航空物探工作者来说,是极为重要的一年。这一年,“发展航空地球物理勘查技术”被列入《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006—2020)》里。“我们确定的目标是,希望能够通过两到三个五年规划的时间,自行研制相关的仪器设备和软件,实现航空物探装备在磁、电磁、重力和伽玛能谱4个方面的国产化。”尽管只有寥寥数语,熊盛青还是很激动,他和伙伴们甚至已经开始根据航空物探技术在我国的现状及未来发展需求来绘制一张蓝图。
  就在此时,国家“十一五”“863”计划设立了“航空地球物理勘查技术系统”重大项目。这个项目,从一开始就得到了科技部和国土资源部的高度重视,由科技部委托国土资源部作为主持部门组织实施,并获得了中国地质调查局的配套示范应用资助。项目首席专家和总体专家组组长,就是熊盛青。
  从国土资源部科技与国际合作司时任司长黄宗理手中,接过一纸沉甸甸的聘书之后,熊盛青暗下决心,一定要扛得起这个责任,对得起这份信任。难怪他会如此审慎,这个项目着实不一般。
  “我国当时的航空地球物理勘探能力和技术水平远难满足要求——除航磁仪器外,其他技术装备(硬件和软件)主要依赖于进口,已成为制约该项技术发展及大规模应用的瓶颈。”熊盛青很难忘记这样一件事,在得知国外某仪器效果极好之后,他们提出想去现场参观,“人家说可以为我们提供技术服务,但拒绝让我们接触仪器”。“由于航空物探是敏感高新技术,国外要么是禁运,要么是不能接触仪器,就算是花钱买也买不到对方最先进的东西。”在重重波折中,熊盛青看得很清楚,只有真正的“中国化”,才能摆脱国外垄断的钳制,踏踏实实地放心使用!
  在他们的蓝图里,“航空地球物理勘查技术系统”重大项目被寄予了重大的希望。一旦该项目圆满完成,将使我国航空物探技术总体达到国际先进水平,满足国家需求,提高我国能源与矿产资源保障能力。为此,科技部和国土资源部不惜“砸”下2.7亿元巨资,让项目组能够心无旁骛地投入工作。该项目级别之高、难度之大、经费之多,在我国航空地球物理领域中,堪称新中国成立以来之最。而熊盛青所组织的团队也是阵容庞大——他以中国国土资源航空物探遥感中心牵头,组织国内外25家单位、51个研究团队、近500名科技人员,开展“产学研军用”结合的技术攻关。
  “项目设立的8个课题中,我国只在航空磁力方面有一些研究基础,但距离国际先进水平也还有一段距离,而在航空电磁、重力和航空放射性技术装备方面都是零基础。”要在短期内实现重大突破,其难度可想而知。但是,先天存在的难度并没有让熊盛青放低要求。他追求先进性与实用性的结合,又明确表明,“追求先进,但不刻意追求某个指标有多高的水平”。在他看来,如果不能够转化成应用,就算是国际领先了,也没有什么用处。
  他举了个例子,一个木桶能装多少水,取决于最短的那块板,而不是最长的。就像他们的研究,有了勘探设备,还需要定位仪器去辅助,需要勘查系统来支持;硬件到位了,如果没有好的方法软件去分析处理那些采集到的数据,依然达不到预期效果,必须硬件与软件研发“两手抓,两手都要硬”。“我们需要的是一个集成化的系统,以需求和实用为向导,优先把短板补上。”为此他们制定了“理论和方法技术先行,重点突破、急需优先,硬、软件研发统筹,勘查系统先进性、配套性和实用性统一,边研究边应用”的联合攻关技术思路。
  “有多大能力就有多大担当”,向来务实的熊盛青从不说大话,只会脚踏实地地去实践自己的承诺。5年攻关,熊盛青的“精打细算”有目共睹。“国外的软件是好,但把那些软件买齐了很贵,再加上维护升级,又是一大笔费用。何况我们要处理一些敏感数据,用别人的软件也不放心啊。”
  在他和团队的努力下,该项目突破了新型航空重力仪原理等4项重大理论和原理性问题;攻克了时间域电磁大功率发射等20项核心技术和装备研制关键技术,解决了航空重力信息提取等8项技术难题;自主研制成功航空重力仪、航磁梯度仪、时间域航空电磁仪和航空伽玛能谱仪等9种核心仪器、8种配套仪器和实验装置;开发出航空地球物理数据处理解释系统等9种专业软件;集成了具自主知识产权的时间域航空电磁勘查系统等6套单方法勘查系统,航空重/磁/遥感综合勘查系统等3套多方法综合勘查系统;开发了高分辨率航空物探等3种应用新技术,形成《航空磁测技术规范》等11个行业标准和技术要求;初步实现了航空地球物理与遥感勘查核心仪器及其方法软件的国产化,建立了完整的航空勘查技术装备体系。
  这一整套具有自主知识产权的核心技术,显著提高了我国航空物探勘查系统的分辨率、稳定性和探测深度;增强了我国航空地球物理勘查技术装备自主创新能力,填补了航空重力、航磁多参量、时间域航空电磁和航空伽玛能谱测量系统研制等多项技术空白。
  “航空物探实力强国有加拿大、美国、澳大利亚等,但他们都是某一项或几项比较强。”最令熊盛青自豪的是,在他们的成果中,不仅航磁梯度和航空伽玛能谱测量系统研制等达到国际领先水平,还使我国航空地球物理勘查技术总体达到国际先进水平,为我国航空地球物理勘查技术的跨越式发展迈出了关键性的一步。而熊盛青所希望的实用性也得到了一定程度的验证,该系列成果被认为在地质调查、矿产资源调查、地下水勘查、环境监测、地学研究、国防建设等许多领域具有广泛应用前景。
  该项成果的完成,共获得技术发明专利26项、实用新型专利13项,软件著作权22项;发表学术论文254篇;出版专著4部;培养研究生160多名,造就了一支具有创新能力、能打“硬仗”的专业人才队伍。该项研究还荣获省部级科技奖一等奖以上奖励4项,并荣获2016年度国家科学技术进步奖二等奖。
  这一切,都令评审组发出“超出预期、令人振奋”的感慨。而为了达成目标,熊盛青到底付出了多少,或者那几年里悄悄泛白的头发足以说明一切。
  
迈步新台阶,国际领先
  对熊盛青来说,“航空地球物理勘查技术系统”项目所带来的,不仅是理论和方法技术上的突破,更重要的是磨砺了整个团队的成长。经过5年的科技攻关,他带领的这支人才队伍在国土资源部系统首批进入“国家重点领域创新团队”。熊盛青本人也荣获第五届全国专业技术人才、“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖和我国地学最高奖——第十二届李四光地质科学奖。
  “作为一个团队负责人,不光是技术要拿得出手,还要能调动团队的积极性,把每个人的努力方向与团队发展结合起来,让每个人都能站在合适的位置上发挥最大的作用。”熊盛青也明白要协调一个复杂的团队并不容易,技术出身的他拿出科研攻关中那股务实的劲头,“做事先做人,什么事都先带头做起来”。
  对外合作时,他体贴合作者,申报项目时哪怕自己的经费少一点,也要保障对方的研究进展顺利。在他看来,包括专利署名等都是“小事”,大家目标一致地开展工作才是最重要的。共同的使命感和良好的合作精神,为熊盛青带来了好人缘,从“十一五”到“十三五”,他的合作伙伴都一路相伴。
  对内,他从来不是一言堂的大家长。“如果对要发展某项技术意见不一致,互相辩论就好。”熊盛青说。开明的风气下,整个团队迅速成长起来。团队核心成员中航磁全轴梯度勘查系统研发组荣获“十一五”国家科技计划执行优秀团队奖;3人入选国土资源部创新人才工程“百人计划”,并获优秀科技人才称号;2人入选“国土资源部高层次创新型科技人才培养工程”科技领军人才,3人入选杰出青年科技人才;4人入选中国地质调查局“地质青年英才”计划。
  “我们的团队也在不断更新,不断吸收年轻人。”熊盛青很重视这些年轻人的成长。他表示,尽快让年轻人来承担更重要的任务,使其在实际工作中锻炼成长,以期在后续的发展中,令团队更具竞争力。
  像航遥中心这样建成60年的老单位,拥有海量的航空物探数据,几乎涵盖了整个国土。“数据采集完了怎么办?我觉得我们应该将这些数据整理出来编制成系列图件,并努力挖掘出其中的信息,供地学界使用,以促进地球科学的进步。”于是,熊盛青分出一个小团队来“编图”。要把全国的数据分析出来并不容易,何况它们的比例尺、精度、高度等各不相同。但他们还是在解决了大量的技术问题之后,编制出版了《中国陆域航磁系列图(1∶500万、1∶250万)》,刘光鼎院士特意为其作序,称之为地学界的“一件大事”。
  除此之外,他们还编制了《中国陆域航磁异常分布图》和《中国陆域磁性铁矿资源潜力预测图》,在全国范围内对4万多个航磁异常性质进行了分析评价,基本查清了全国磁性铁矿资源远景,共划分出1283个铁矿预测区,预测磁性铁矿资源量1934.9亿吨,2000米以浅(距离地表2000米以内的地层)尚有潜力1334.3亿吨,指出了进一步找矿的方向,为全国铁矿资源勘查评价和工作部署提供了重要依据,预测成果不断被勘探实践所证实。
  “包括《中国陆域航磁系列图(1∶250万)》《中国陆域磁性基底深度图(1∶250万)》《中国陆域断裂及岩浆岩分布图(1∶250万)》在内的中国陆域航磁—地质构造系列图,共6种全国性的图件最近已全部公开出版。”熊盛青说,他们希望借助这套图给地学家提供基础资料,从航磁的角度对地质构造做出新的认识。
  以项目来锻炼团队,熊盛青一直都做得很好。在“编图”进行时中,他们在航空物探装备和方法技术上的研究也在同步继续。以“十一五”项目为基础,熊盛青又挑起了“十二五”“863”主题项目第二期“航空地球物理勘查技术与装备”的大梁。
  这一次,他又带领团队做出了5项突破:突破航磁多参量测量系统研制关键技术,研制出航磁三分量勘查系统;突破航空重力测量系统研制和应用关键技术,研制出具国际一流水平的新型航空重力勘查系统;突破吊舱式时间域航空电磁勘查系统实用化的关键技术,实现勘查系统的工程化应用;突破航空物探遥感综合勘查关键技术,研制集成了完全国产化的航空磁/电磁/伽马能谱综合勘查系统和航空重/磁/遥感综合勘查系统;突破航空物探遥感数据综合处理关键技术,初步实现了航空物探与航空遥感数据的同平台处理。与此同时,他大力促进研究成果的转化应用,研制的各种航空地球物理勘查系统已实现勘查应用100万测线公里以上,为能源与矿产资源勘查、环境评价等提供了高精度多参数的基础数据和找矿成果;研发的软件已在全国135家单位推广830多套,产生了显著的社会经济效益。
  “‘十一五’期间,由于国产航空物探勘查装备,除航磁外,基本为一片空白,我们首先要解决‘无’的问题。后来就没有这么大的压力,可以往纵深方向发展。‘十三五’阶段还要继续,但已经不局限于航空,而是要做成移动平台。”
  熊盛青开始盘点发展我国航空地球物理勘查技术的计划:航空磁测实现矢量测量和全张量梯度测量,进一步提高对目标物的分辨能力和探测深度;航空电磁探测深度由400米提高到800?1000米;航空放射性的分辨率提高一倍左右,更好地应用于地质矿产勘查和辐射环境监测领域;航空重力仪测量精度再提高一倍,探测能力也能更强;重力梯度上还要再加把劲,争取把研发出的仪器“搬”上飞机;物探遥感信息的综合处理解释要实现平台化、立体化和可视化;针对油气、固体矿产、环境等不同应用领域,还得组建团队制定成熟的标准去推广??
  “到2025年,我们的航空地球物理研究要能够在国际上领先!”
  目标足够宏大,但在数年的实践后,熊盛青早已形成了一套创新性与适用性并重的宝贵经验。与“一穷二白”的起步相比,抛出这一志向,他比当年更有底气。
  

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2017年7月下

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