中科院院士杨文采的近60年科研“跳高”生涯

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科学家就是一个特殊的跳高运动员，而我一跳，跳了57年。”5月22日，丽泽故事汇第33讲在大学生活动中心二楼报告厅开讲。
本期嘉宾是中科院院士、著名地球物理学家杨文采，现任浙江大学地球科学学院教授。作为新中国培养的第一批地球物理学家，杨文采院士将自己的一生都贡献给了国家。他是中国大陆科学钻探主要参与者，推动了地球物理学相关领域的研究。

讲座结束后，还聘任浙江日报记者沙德安为我校客座教授，校党委委员、宣传部、教师工作部部长朱坚为其颁聘书。
“科学家是特殊的跳高运动员”
“科学家做科研，就像是运动员跳高一样。”在杨文采看来，科学家和跳高运动员有相似之处。给自己规划目标，一次次地起跳、尝试，在达到目标后，又不断地升高杆子，接受新的挑战。
将近60年奋斗在科研一线，支持他保持激情的是“地球和自然的力量”。在一次从阿根廷飞往澳大利亚的旅途上，他看到了南极洲五点初升的太阳：“一瞬间，我感觉全身的血液都在涌动，地球这么宏大，我更要珍惜我短暂的生命，希望我的每一天都是有价值的。”
同样的，火山、地震、地磁场……地球的每一种自然现象，在他眼里都是奇妙的。“我们的地球依然激情有活力，我有什么理由停下脚步呢？”除此以外，杨文采的科研动力也来自于千千万万写书的作者，“从他们的文字里，我可以看到他们走过的路、看过的风景”。
“优化人生，就是让人生轨迹与时代轨迹的夹角最小”
1969年文革期间，当看到昔日同学纷纷转行干起木匠、针灸的时候，杨文采也在进行激烈的思想斗争：自己连最新翻译的三篇专业文章都看不懂，还要不要继续研究地球物理？但是他相信，国家的未来是一定有希望的，“国家要富强不能没有地球仪”，未来不能没有地球物理的研究 。“即使用一辈子也要看懂这些文章”。抱着这样的决心，杨文采开始了“万里求学路”。
为了能跟上时代的轨迹，1981年，杨文采在国家支持下，到加拿大进行深造。他常常饭菜一煮就是一个礼拜的量，放在冰箱。为了弥补自己知识的空缺，直接就选择了9门课，上到下午三点，吃点带去的冷饭，马上开始做实验写论文。
“30个月在加拿大念博士是最辛苦难忘。”杨文采感慨。在国外留学，不断接触西方人的“科学精神”，杨文采总结出了自己眼中的“科学精神”：理性、客观、精准、系统、质疑。急切回国后，杨文采用才能回报祖国人民对他的爱和期望。被聘在北大教书两年，他把在国外上课的笔记，按照自己的学习的思路写成教案，将专业的知识传播给大家。1997年，中国建立大陆钻探队，杨文采毫不犹豫加入，进行各项研究，他相信“学术成果是全人类的。”
作为新中国第一批委派国外的专家，杨文采曾与周恩来、温家宝、李克强总理等领导人有过亲密的接触。回忆起与周恩来总理的会面时，杨文采眼含热泪：“很难用语言去形容他是一个什么样的人，就感受到他对我们满怀着期望和爱。”
“方程是科学美妙的诗歌”
作为地球物理学家，杨文采拥有理性的科学思维，然而在潜心科研的同时，杨老还是“文学爱好者”。
早在中学时期，杨文采就与另外两位同学组织了“粤晶文学社”，在习作《我的理想》中，他描绘了“想要改变世界”的作家梦。而就在高考前，他看到高尔基关于作家的论述，行万里路，结识千万个人，了解他们的思想，才能写出好作品，遂决定考地质学院。
然而进入大学后上的第一堂课：高等数学逻辑，让他意识到现在的专业学习离最初的作家梦已经很远。坚持还是转向？杨文采坚定地说：“要让自己的轨迹和时代前进轨迹之间的夹角最小。”

深厚的文学涵养，对诗歌创作的热爱，这些都来源于杨文采惊人的阅读量。念书时，杨文采几乎读遍了图书馆所有的书。“文学使得我了解这个世界，热爱这个世界。”杨文采说，也正是文学让他学着去探究作者的思想。在研究间隙，杨文采用读书的方式减轻压力。“拉拉二胡，看金庸小说，是一种精神力量、也是艺术享受。”
阅读时常使他精神一振，优秀的作品更能触动他的内心。与诗人的内心相通，来一场“跨越时空的对话”，杨文采说：“我一点都不寂寞。”理性的科学与感性的文学看似没有交集，但是杨文采认为：“语言是最重要的基础，文学和科学都在用语言表达思想。”
最后，杨文采寄语：“每个人都有自己的精神家园，精神家园的核心就是你的心灯。如果心灯点亮，你就能把握并不断优化人生轨迹，如果没有点亮，时代也会召唤你去点亮它！”

杨文采，1942年出生，广东大埔人，地球物理学家，中国科学院院士，中国大陆科学钻探主要参与者，现任浙江大学地球科学学院教授，曾任中国地质科学院地质研究所研究员。
1964年8月毕业于北京地质学院，1984年6月获加拿大McGill大学博士学位。1987-1988任英国皇家学会特别会员。1992年任地质矿产部地球物理与化学勘查研究所所长，1996年后任中国地质科学院地质研究所研究员，中国大陆科学钻探工程中心副总指挥、地球物理子工程负责人。
2005年当选为中国科学院院士。
2017年3月9日，杨文采全职加盟浙江大学地球科学学院。
学术研究
杨文采在泛函分析的基础上建立了一个对各种勘探地球物理方法都适用的反演理论框架，改进了多种地震反演方法。以混沌理论、非线性地震反演方法，开拓了非线性地震反演的新方向，将该理论与方法应用于矿产勘察及建设工程基础调查，对大陆科学钻探主孔岩性构造进行了预测，后续的岩心钻探结果基本证实。根据第一手资料提出了陆—陆深俯冲的几何模式，得出了陆—陆深俯冲的规模和造成壳、幔相互作用的定量概念。同时，发现中国东部岩石圈地幔内部存在全球罕见的水平层状反射体，改变了前人认为拉张区岩石圈地幔因缺乏反射为相对透明的看法。
学术成就
（1）地球物理反演的理论和应用
地球物理学是通过观测数据来解译地球内部组构的学科，极其复杂的地球组构的定量解译在地球物理学中被称作“反演”。杨文采在留学时意识到研究反演（逆）算子的构成、性质和用于计算时的稳健性有可能促进勘探地球物理学的发展。他在以下三个方向上发展了地球物理反演的理论：（1）统一性, 即在泛函分析的基础上建立了对各种勘探地球物理方法都适用的反演理论与方法。他建立起适用于地震、电磁与重磁等各种地球物理勘查方法的统一的反演理论和一整套广义线性反演方法，包括地震道广义线性反演、位场数据广义线性反演、以及应用于多种不同类型数据作输入的联合反演方法等。（2）适应性。他针对地壳物质高度不均匀性，提出适用于大扰动和非水平层状介质中声波方程反演与地震波速成像方法, 和跨孔地震层析成像的级联法。（3）非线性。他从混沌理论出发，探索非线性地震反演的规律性，证实非线性迭代过程可与非线性动力系统的混沌运动作类比；发现非线性地震反演过程的混沌行为，可以划分为类似于相变的几个阶段。同时，他应用混沌理论科学地定义了非线性地震反演的控制参数，明显提高了地震反演的分辨率,开拓了非线性地震反演的新方向。1989年他的专著“地球物理反演与地震层析成像”被授予地质矿产部科技成果二等奖，先后为北大、同济等高校作为研究生教材或主要参考书。
（2）应用地球物理学研究前沿的开拓
杨文采以发展地球物理反演理论为研究核心，致力于示范性地将理论研究成果应用于地壳上地幔研究、油气与矿产勘查及重大建设工程基础调查,开拓应用地球物理学的研究前沿包括应用地震层析成像、油储反射地震、与二维小波变换和多尺度分析等。1980年代，研究出基于弯曲射线追踪的跨孔地震层析成像方法，指导了黄河小浪底水利枢纽工程地下电站基础的层析成像，为后续工程所验证，做出了示范。他针对传统地震CT算法的缺陷与工程地震的特点，又研究出改进的阻尼最小二乘QR分解算法，大大提高了地震层析成像方法的精度与稳健性。还指导和参与了小丰满电站大坝病害检测、长江口上海排污总管破裂情况调查等一系列疑难工程，把地震层析成像迅速推向实用。杨文采参与发起国家自然科学基金委“八五”重大项目“陆相薄互层油储地球物理学理论与方法”的立项,并在油储反射地震学理论研究中取得突出进展。他应用非线性反演理论，开拓了基于混沌反演进行油气储层追踪的方法技术，在大庆油田等地区取得广泛应用。针对油气田开发后期含油层为含水层包围等情况，提出和跨孔地震层析成像的级联法与逐次线性化反演方法，在华北油田查明了老油井间的剩余油层，为地震层析成像在油气田开发中的应用提供了范例。他首先应用二维小波变换和多尺度分析方法于位场处理解释，进行了中国重力异常的多尺度分析，指出中国特大型成矿区分布与各阶小波细节的相关性。这种方法应用于东海油气盆地深部构造分析，也取得了良好效果。上述三方面的研究成果不仅为上世纪末应用地球物理学的发展作出了贡献，还为岩土力学与其它相关工程科学所重视。
（3）地壳上地幔的深反射地震研究
1996年国际大陆科学钻探计划（ICDP）成立，邀请杨文采研究员担任ICDP第一届科学顾问组（SAG）成员。1997年初，他与许志琴院士等七位中外科学家一道提出了举世瞩目的中国大陆科学钻探项目。在“中国大陆科学钻探选址国际会议”上，以系统准确的地球物理资料与深入的科学分析论证了大陆科学深钻的最佳选区，为与会中外专家所赞同。同年地质矿产部任命他负责中国大陆科学钻探的地球物理调查，他提出了以高阶X平方分布作为地震剖面优化的新处理准则，并据此建立了深反射地震资料处理软件系统和中国第一个深反射地震资料处理中心。他根据第一手资料进一步搞清了苏鲁与东大别等地区的地壳上地幔构造，提出了扬子克拉通向北俯冲的几何产状模式，计算了深俯冲造成的地壳缩短,和大陆地壳进入地幔造成的浮力和元素的回收量，得出了陆—陆深俯冲的规模和造成壳幔相互作用的定量概念提出应用地震组构判识来研究地壳演化和壳--幔相互作用的原理及根据。 他定义了一种新的地震组构--地震岩浆拱弧构造，指出了这种组构的地幔岩浆侵位成因和分类。他发现中国东部岩石圈地幔内部存在全球罕见的多层反射体，改变了前人认为拉张区岩石圈地幔因缺乏反射相对透明的看法, 并提出相应的模型,说明地幔多层反射体源于中生代地幔减薄作用。2001年，科学钻探计划得到国家批准，他任中国大陆科学钻探工程中心副总指挥、地球物理子工程负责人。他设计和负责实施了中国结晶岩区首次三维和数字三分量反射地震调查，提交了高质量的深反射地震剖面和三维数据体，为大陆科学钻探孔区地质构造研究提供了优质资料, 并对大陆科学钻探主孔岩性构造进行了预测，为后续的岩心钻探基本证实。
（4）跨孔CT
杨文采还致力于将此理论与方法广泛应用于油气与矿产勘查及重大建设工程基础调查。20世纪80年代，他研究出基于弯曲射线追踪的跨孔CT方法，计算出了准确的波速层析图，为后续工程所验证，为地震层析成像工程勘察中的应用作出了示范。他还解决了冀东油田储层跨孔地震层析追踪、北京机场高速路立交桥墩质量监测等一系列疑难工程，把地震层析成像迅速推向实用。1990年，应中国工程勘察协会的邀请，他为地震层析成像工程应用编写了规范性手册。
论文著作
扬文采和大陆科学钻探中心的同事们发表了50多篇跨学科的论文，已为《Science》、《Tectonophysics》、《Episodes》和《J. Geology》等国际性地学期刊文献引用，7次应邀到世界地质大会、深海钻探计划年会等会议作特邀的报告，为日本“岛弧”等学术期刊审稿，并被聘为在巴西召开的31届国际地质大会K13专题召集人。
2007年7月，他获ELSEVIER国际出版公司 “2003-2007被引用最多的论文作者奖”，其发表在《Tectonophysics（大地构造物理学）》期刊的论文：“中国东部水平地幔反射：岩石圈减薄的证据”一文，被评为该刊近四年引用最多的论文