楊文採 -物理學家

楊文採

物理學家
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楊文採,1942年生于廣東省大埔縣,地球物理學家,中國大陸科學鑽探主要參與者,中國地質科學院地質研究所研究員。1964年8月畢業于北京地質學院,1984年6月獲加拿大McGill大學博士學位。1987-1988任英國皇家學會特別會員。1992年任地質礦產部地球物理與化學勘查研究所所長,1996年後任中國地質科學院地質研究所研究員,中國大陸科學鑽探工程中心副總指揮、地球物理子工程負責人。2005年當選為中國科學院院士。

人物經歷

1942年出生于廣東省大埔縣。

楊文採楊文採

1964年8月畢業于北京地質學院後,到地質部物探研究所工作,1964年9月-1981年10月,任原地質部物探研究所工程師、課題組長。曾為阿爾巴尼亞設計和製作了RM-1型物探多用電阻網模擬電腦。

20世紀70年代提出了重力和地磁異常在頻率域的解釋理論與方法。

1981年公派赴加拿大McGill大學進修,後考取該校博士研究生,並于1984年5月取得地球物理學博士學位。

1984年回國後,楊文採應聘在北大講授"地球物理反演方法",並繼續從事套用地球物理學中反演方法的研究。1984年6月至1991年11月,任原地質礦產部北京計算中心高級工程師、項目組長。1987年10月至1988年9月年他赴英國帝國理工學院作博士後研究。1989年,出版了專著《地球物理反演與地震層析成像》,系統總結了地球物理反演這方面的研究成果。

1992年12月至1996年5月,任地質礦產部地球物理與化學勘查研究所所長、教授級高級工程師,中國地質大學兼職教授、博士生導師。1996年6月至2006年,中國地質科學院地質所研究員,中國大陸科學鑽探工程中心副總指揮,地球物理子工程負責人。同濟大學兼職教授、博士生導師。1999年至2000年,31屆地質大會K13組召集人, 國際地科聯邀請。

楊文採

2005年增選為中國科學院院士。

主要成就

學術研究

楊文採在泛函分析的基礎上建立了一個對各種勘探地球物理方法都適用的反演理論架構,改進了多種地震反演方法。以混沌理論、非線性地震反演方法,開拓了非線性地震反演的新方向,將該理論與方法套用于礦產勘察及建設工程基礎調查,對大陸科學鑽探主孔岩性構造進行了預測,後續的岩心鑽探結果基本證實。根據第一手資料提出了陸-陸深俯沖的幾何模式,得出了陸-陸深俯沖的規模和造成殼、幔相互作用的定量概念。同時,發現中國東部岩石圈地幔內部存在全球罕見的水準層狀反射體,改變了前人認為拉張區岩石圈地幔因缺乏反射為相對透明的看法。

學術成就

(1)地球物理反演的理論和套用

地球物理學是通過觀測資料來解譯地球內部組構的學科,極其復雜的地球組構的定量解譯在地球物理學中被稱作"反演"。楊文採在留學時意識到研究反演(逆)運算元的構成、性質和用于計算時的穩健性有可能促進勘探地球物理學的發展。他在以下三個方向上發展了地球物理反演的理論:(1)統一性, 即在泛函分析的基礎上建立了對各種勘探地球物理方法都適用的反演理論與方法。他建立起適用于地震、電磁與重磁等各種地球物理勘查方法的統一的反演理論和一整套廣義線性反演方法,包括地震道廣義線性反演、位場資料廣義線性反演、以及套用于多種不同類型資料作輸入的聯合反演方法等。(2)適應性。他針對地殼物質高度不均勻性,提出適用于大擾動和非水準層狀介質中聲波方程反演與地震波速成像方法, 和跨孔地震層析成像的級聯法。(3)非線性。他從混沌理論出發,探索非線性地震反演的規律性,證實非線性迭代過程可與非線性動力系統的混沌運動作類比;發現非線性地震反演過程的混沌行為,可以劃分為類似于相變的幾個階段。同時,他套用混沌理論科學地定義了非線性地震反演的控製參數,明顯提高了地震反演的解析度,開拓了非線性地震反演的新方向。1989年他的專著"地球物理反演與地震層析成像"被授予地質礦產部科技成果二等獎,先後為北大、同濟等高校作為研究生教材或主要參考書。

(2)套用地球物理學研究前沿的開拓

楊文採以發展地球物理反演理論為研究核心,致力于示範性地將理論研究成果套用于地殼上地幔研究、油氣與礦產勘查及重大建設工程基礎調查,開拓套用地球物理學的研究前沿包括套用地震層析成像、油儲反射地震、與二維小波變換和多尺度分析等。1980年代,研究出基于彎曲射線追蹤的跨孔地震層析成像方法,指導了黃河小浪底水利樞紐工程地下電站基礎的層析成像,為後續工程所驗證,做出了示範。他針對傳統地震CT演算法的缺陷與工程地震的特點,又研究出改進的阻尼最小二乘QR分解演算法,大大提高了地震層析成像方法的精度與穩健性。還指導和參與了小豐滿電站大壩病害檢測、長江口上海排污總管破裂情況調查等一系列疑難工程,把地震層析成像迅速推向實用。楊文採參與發起國家自然科學基金委"八五"重大項目"陸相薄互層油儲地球物理學理論與方法"的立項,並在油儲反射地震學理論研究中取得突出進展。他套用非線性反演理論,開拓了基于混沌反演進行油氣儲層追蹤的方法技術,在大慶油田等地區取得廣泛套用。針對油氣田開發後期含油層為含水層包圍等情況,提出和跨孔地震層析成像的級聯法與逐次線性化反演方法,在華北油田查明了老油井間的剩餘油層,為地震層析成像在油氣田開發中的套用提供了範例。他首先套用二維小波變換和多尺度分析方法于位場處理解釋,進行了中國重力異常的多尺度分析,指出中國特大型成礦區分布與各階小波細節的相關性。這種方法套用于東海油氣盆地深部構造分析,也取得了良好效果。上述三方面的研究成果不僅為上世紀末套用地球物理學的發展作出了貢獻,還為岩土力學與其它相關工程科學所重視。

(3)地殼上地幔的深反射地震研究

1996年國際大陸科學鑽探計畫(ICDP)成立,邀請楊文採研究員擔任ICDP第一屆科學顧問組(SAG)成員。1997年初,他與許志琴院士等七位中外科學家一道提出了舉世矚目的中國大陸科學鑽探項目。在"中國大陸科學鑽探選址國際會議"上,以系統準確的地球物理資料與深入的科學分析論證了大陸科學深鑽的最佳選區,為與會中外專家所贊同。同年地質礦產部任命他負責中國大陸科學鑽探的地球物理調查,他提出了以高階X平方分布作為地震剖面最佳化的新處理準則,並據此建立了深反射地震資料處理軟體系統和中國第一個深反射地震資料處理中心。他根據第一手資料進一步搞清了蘇魯與東大別等地區的地殼上地幔構造,提出了揚子克拉通向北俯沖的幾何產狀模式,計算了深俯沖造成的地殼縮短,和大陸地殼進入地幔造成的浮力和元素的回收量,得出了陸-陸深俯沖的規模和造成殼幔相互作用的定量概念提出套用地震組構判識來研究地殼演化和殼--幔相互作用的原理及根據。 他定義了一種新的地震組構--地震岩漿拱弧構造,指出了這種組構的地幔岩漿侵位成因和分類。他發現中國東部岩石圈地幔內部存在全球罕見的多層反射體,改變了前人認為拉張區岩石圈地幔因缺乏反射相對透明的看法, 並提出相應的模型,說明地幔多層反射體源于中生代地幔減薄作用。2001年,科學鑽探計畫得到國家批準,他任中國大陸科學鑽探工程中心副總指揮、地球物理子工程負責人。他設計和負責實施了中國結晶岩區首次三維和數位三分量反射地震調查,提交了高質量的深反射地震剖面和三維資料體,為大陸科學鑽探孔區地質構造研究提供了優質資料, 並對大陸科學鑽探主孔岩性構造進行了預測,為後續的岩心鑽探基本證實。

(4)跨孔CT

楊文採還致力于將此理論與方法廣泛套用于油氣與礦產勘查及重大建設工程基礎調查。20世紀80年代,他研究出基于彎曲射線追蹤的跨孔CT方法,計算出了準確的波速層析圖,為後續工程所驗證,為地震層析成像工程勘察中的套用作出了示範。他還解決了冀東油田儲層跨孔地震層析追蹤、北京機場高速路立交橋墩質量監測等一系列疑難工程,把地震層析成像迅速推向實用。1990年,應中國工程勘察協會的邀請,他為地震層析成像工程套用編寫了規範性手冊。

論文著作

揚文採和大陸科學鑽探中心的同事們發表了50多篇跨學科的論文,已為《Science》、《Tectonophysics》、《Episodes》和《J. Geology》等國際性地學期刊文獻引用,7次應邀到世界地質大會、深海鑽探計畫年會等會議作特邀的報告,為日本"島弧"等學術期刊審稿,並被聘為在巴西召開的31屆國際地質大會K13專題召集人。

2007年7月,他獲ELSEVIER國際出版公司 "2003-2007被引用最多的論文作者獎",其發表在《Tectonophysics(大地構造物理學)》期刊的論文:"中國東部水準地幔反射:岩石圈減薄的證據"一文,被評為該刊近四年引用最多的論文。

論文:

著作:

1:楊文採,1989《地球物理反演與地震層析成像》,北京,地質出版社

楊文採

2:楊文採、李幼銘,1993《套用地震層析成像》,北京,地質出版社

3:楊文採,1997《地球物理反演的理論與方法》,北京,地質出版社

4:楊文採,1999《後板塊地球內部物理學》,北京,地質出版社: 1-142。

5:YANG Wencai,P. Robinson, FU Rongshan and WANG Ying,2001《Geodynamic Processes and Our Living Environment》,Geological Publishing House: 1-201。

6:楊文採等,2005,《蘇魯大別地球物理與殼幔作用》,地質出版社

7:侯遵澤楊文採,2012《小波多尺度分析套用》,科學出版社

人物評價

楊文採從事地質研究四十餘年,多次在北京大學、中國地質大學同濟大學等高校授課, 在地球物理領域不斷開拓創新,攀登科學高峰,在發展中國套用地球物理學理論、方法及相關地學研究方面取得了系統的和有獨創性的一些成果,為學科發展、地學研究與資源勘探等方面的進步做出了貢獻。

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