篤行深部探測(cè)
——記中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所副研究員周楠楠

□ 李 剛

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)化石能源的需求日益增大。由于瞬變電磁法易于加大勘探深度，具有分辨能力強(qiáng)、工作效率高、受地形影響小等特點(diǎn)，近幾年越來(lái)越受到人們的重視，被廣泛用于礦產(chǎn)資源、油氣、地?zé)?、煤炭以及地下水勘查等領(lǐng)域。它可以借助被探測(cè)地質(zhì)體所產(chǎn)生的瞬態(tài)響應(yīng)來(lái)劃分地層結(jié)構(gòu)、確定地質(zhì)構(gòu)造的位置、查明基巖面的起伏形態(tài)及判斷地下水的賦存狀況。

在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，就有這樣一位青年科研人，他多年來(lái)腳踏實(shí)地前行在瞬變電磁勘探理論、方法和技術(shù)研究中，圍繞國(guó)家資源戰(zhàn)略以及其他領(lǐng)域需求，不斷前行，用初心與熱愛(ài)，實(shí)現(xiàn)著自己的人生價(jià)值。他就是周楠楠。

篤行——最好的年華與科研為伴

求知無(wú)涯。在地球物理研究中，有許多未知的奧秘等待人們?nèi)ヌ剿鳌⑼诰?。從接觸瞬變電磁勘探理論、方法和技術(shù)研究以來(lái)，這一領(lǐng)域就在深深地吸引著周楠楠，引領(lǐng)他深入其中不斷開拓。而這一切還要從他的求學(xué)經(jīng)歷開始說(shuō)起。

1986年，周楠楠出生于山東茌平。從小品學(xué)兼優(yōu)的他，在高考時(shí)成功考取了中國(guó)海洋大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，在大學(xué)階段，他主要學(xué)習(xí)與地震有關(guān)的專業(yè)知識(shí)，并在這一方面打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本科畢業(yè)后，為了能在更大的平臺(tái)積累更多的科研經(jīng)驗(yàn)，周楠楠考取了中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所固體地球物理學(xué)專業(yè)的研究生，并在此期間接觸到了瞬變電磁勘探理論、方法和技術(shù)研究，深入其中之后，他發(fā)現(xiàn)，這一方向的研究更加復(fù)雜，有挑戰(zhàn)性，并對(duì)此萌生了極大的興趣。雖然這一研究方法是20世紀(jì)70年代從國(guó)外流入中國(guó)的，但是，隨著時(shí)間的發(fā)展與科技的進(jìn)步，它已逐漸趨于成熟，并應(yīng)用在工程勘察，油氣、礦產(chǎn)、水、地?zé)峥碧降阮I(lǐng)域。

如何通過(guò)這一方法對(duì)礦產(chǎn)、油氣等進(jìn)行勘探呢？在周楠楠的介紹下，記者了解到：因?yàn)樗沧冸姶欧▽?duì)諸如水之類的低阻體特別敏感，但是油氣屬于高阻體，如想對(duì)其進(jìn)行精確勘探，就必須要通過(guò)一些方法來(lái)改變它的裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)低阻和高阻的精細(xì)探測(cè)與解釋。而這也正是他一直在致力于的研究?jī)?nèi)容。多年來(lái)，埋頭耕耘其中，周楠楠及其所在團(tuán)隊(duì)最大的心愿就是能通過(guò)對(duì)這一技術(shù)的研究，解決實(shí)際問(wèn)題。以此作為研究使命，他一直在不斷探索前行著。

2014年，周楠楠順利畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所固體地球物理學(xué)專業(yè)，獲博士學(xué)位。2014—2016年，他又繼續(xù)在這一平臺(tái)開展博士后研究。并在這一期間，獲得了中國(guó)博士后科學(xué)基金第九批特別資助和中國(guó)博士后科學(xué)基金面上資助。

多年來(lái)，他與瞬變電磁勘探理論、方法和技術(shù)研究為伴，越來(lái)越明晰自己未來(lái)的方向，在青春最光亮的日子里，他決心與科研為伴，并將此作為自己的人生方向，投身其中，永不止步！

求索——在科研世界里散發(fā)能量

周楠楠的人生選擇一直與科學(xué)研究有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。以此作為自己畢生前行的方向，2017年，他正式留在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所擔(dān)任副研究員，加入了固體礦產(chǎn)資源研究室，造山帶與成礦作用學(xué)科組，開啟了自己科研人生新的征程。

作為一名青年研究人員，周楠楠對(duì)自己肩負(fù)的職責(zé)有著深刻的認(rèn)知。他明白自己今后仍需要在科學(xué)研究中不斷積累前行，以此來(lái)形成深厚的科研積淀，才能為國(guó)家以及社會(huì)的需要做出更多突出的科研成果。留所1年多以來(lái)，周楠楠參與了多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，在項(xiàng)目研究中散發(fā)著自己的科研能量，不斷打磨成長(zhǎng)。

2017年，其參與了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“北方增生造山成礦系統(tǒng)的深部結(jié)構(gòu)與成礦過(guò)程”。北方增生造山帶是我國(guó)西部礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略基地之一，孕育大型成礦系統(tǒng)，構(gòu)成我國(guó)資源安全體系舉足輕重的一翼，關(guān)系到我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)家安全和在“一帶一路”國(guó)際格局中的核心利益。然而，造山帶深部結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分缺乏精細(xì)制約，對(duì)各類成礦系統(tǒng)及成礦過(guò)程的控制機(jī)理不明；典型礦床勘探深度僅達(dá)1000米以淺，急需研究增生成礦系統(tǒng)深部結(jié)構(gòu)與成礦過(guò)程。因此，這一項(xiàng)目就將解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題放在北方西部增生成礦系統(tǒng)的深部制約研究，以此展開一系列科研探索。

在項(xiàng)目研究中，周楠楠主要參與到了“幔源巖漿型成礦系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)與礦體定位機(jī)制”課題的研究，他與課題組成員以新疆北部幔源巖漿有關(guān)的巖漿型礦床成礦系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“幔源巖漿成礦系統(tǒng)”）為研究對(duì)象，研究巖漿作用過(guò)程中成礦物質(zhì)的遷移和聚集機(jī)制，查明幔源巖漿成礦系統(tǒng)重要礦床類型的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)，提取成礦作用特征標(biāo)志參數(shù)，結(jié)合地球物理和地球化學(xué)資料，構(gòu)建綜合信息找礦預(yù)測(cè)地質(zhì)模型。通過(guò)對(duì)喀拉通克礦集區(qū)開展立體探測(cè)和地—物—化信息三維聯(lián)合正反演，實(shí)現(xiàn)礦集區(qū)3000米“透明化”，選擇有利地段開展深部礦體定位預(yù)測(cè)，產(chǎn)—學(xué)—研結(jié)合實(shí)現(xiàn)找礦突破。

如今，有了以往的研究基礎(chǔ)以及研究經(jīng)驗(yàn)作為鋪墊，周楠楠開始作為項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人或主要參與人員開展一系列研究工作。其研究項(xiàng)目“電性源超短偏移距瞬變電磁淺層探測(cè)與反演成像”還在2018年獲得了北京市自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助。

在相關(guān)領(lǐng)域研究中，收發(fā)距與探測(cè)深度比在0～0.7之間的區(qū)域被定義為電源性的超短偏移距區(qū)域。通過(guò)對(duì)電源性超短偏移距瞬變電磁多分量響應(yīng)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)處理方法、視電阻率定義及反演方法的研究，經(jīng)不同地質(zhì)與地球物理模型探測(cè)示范，形成了較完整的VOTEM探測(cè)方法和技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程的高效、精細(xì)探查。

在這一研究中，周楠楠將以時(shí)變點(diǎn)電荷基本微元代替?zhèn)鹘y(tǒng)偶極子微元，推導(dǎo)適用于電性源超短偏移距順便電磁響應(yīng)的解析表達(dá)式。將長(zhǎng)偏移距、短偏移距接地導(dǎo)線源TEM（LOTEM、SOTEM）拓展至超短偏移距的VOTEM，形成VOTEM探測(cè)的理論體系；構(gòu)建包括多分量同步觀測(cè)、地形校正、噪聲去除、純異常提取、視電阻率計(jì)算及反演成像等內(nèi)容的VOTEM數(shù)據(jù)觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理方法；結(jié)合模型及示范區(qū)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下目標(biāo)體的電性源超短偏移距順便電磁多分量同步探測(cè)，最終形成一套信息提取和資料解釋的VOTEM觀測(cè)解釋技術(shù)，突破電性源瞬變電磁法全域高效、精細(xì)探測(cè)的瓶頸。

堅(jiān)持——團(tuán)隊(duì)攜手砥礪前行

科研之路漫長(zhǎng)，其中也會(huì)遇到很多困難與挫折，這個(gè)時(shí)候良師益友的相伴與支持就顯得尤為重要。對(duì)于周楠楠來(lái)說(shuō)，一直以來(lái)給予自己源源不斷的支撐力量的就是自己的團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)的向心力與凝聚力給了他極大的感染，這也為他們?cè)诳茖W(xué)研究中向著前沿追趕起到了至關(guān)重要的作用。“團(tuán)隊(duì)承上啟下的銜接一直做得比較好，最頂層的科研領(lǐng)路人在制訂戰(zhàn)略，團(tuán)隊(duì)科研骨干人員完成戰(zhàn)術(shù)，進(jìn)而引領(lǐng)學(xué)生完成一些需要完成的科研任務(wù)，這樣整個(gè)團(tuán)隊(duì)就會(huì)運(yùn)行得更加順利?！敝荛f(shuō)。

團(tuán)隊(duì)成員之間相互交流、促進(jìn)，周楠楠在科研方面也有了長(zhǎng)足的收獲。在逐漸成熟的專業(yè)積累下，周楠楠還作為主要參與者，編纂了《瞬變電磁場(chǎng)點(diǎn)微元響應(yīng)問(wèn)題》一書。這本書以提高瞬變電磁法對(duì)地探測(cè)的精度為目標(biāo)，介紹了經(jīng)典勘探電磁學(xué)中的偶極子微元解析響應(yīng)問(wèn)題、偶極子假設(shè)條件下的誤差分析、時(shí)變點(diǎn)電荷響應(yīng)解析式推導(dǎo)、大尺度源瞬變電磁點(diǎn)電荷載流微元響應(yīng)解析問(wèn)題等。它不僅可作為勘探電磁場(chǎng)精細(xì)測(cè)量方面的應(yīng)用研究的指導(dǎo)依據(jù)，還可供大中專院校固體地球物理、地球探測(cè)與信息技術(shù)、工程勘查技術(shù)等專業(yè)師生、科研單位研究人員以及生產(chǎn)單位工程技術(shù)人員參考使用。

為了拓寬自己的科研視野，增強(qiáng)研究的競(jìng)爭(zhēng)力，周楠楠還時(shí)常參與一些國(guó)際性研究會(huì)議，與國(guó)外的同行進(jìn)行交流探討，了解瞬變電磁勘探理論、方法和技術(shù)研究的國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)。最初接觸到這一領(lǐng)域研究時(shí)，周楠楠在公式推導(dǎo)以及理論分析中經(jīng)常會(huì)遇到一些困難，那時(shí)候國(guó)內(nèi)鮮少有人從事這一領(lǐng)域的研究，很多時(shí)候，他都是以自我為中心開展研究工作，缺乏和橫向?qū)W科以及多學(xué)科的交流，導(dǎo)致自己的研究進(jìn)展緩慢，并且使自己變得有些心浮氣躁，很難再繼續(xù)做下去。而后來(lái)通過(guò)和其他學(xué)科研究者的交流與合作，周楠楠逐漸拓展了自己的研究思路，他說(shuō)：“有時(shí)候我們用傳統(tǒng)的英雄色彩來(lái)定義科學(xué)研究，想要一個(gè)人完成所有事情，這實(shí)際上是很難實(shí)現(xiàn)的，而通過(guò)團(tuán)隊(duì)之間的相互協(xié)作以及學(xué)科團(tuán)體之間的互相交流，往往會(huì)取得更多優(yōu)秀的科研成果?！币虼?，他希望今后自己的學(xué)生也能更多地走向國(guó)際，培養(yǎng)自己的國(guó)際研究視野，使自己的研究思路更加開闊。

參與2017年中國(guó)地球科學(xué)聯(lián)合學(xué)術(shù)年會(huì)

前行在路上，周楠楠的科研征程始終不曾停歇。2018年，他還成功申請(qǐng)了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“多線源瞬變電磁橫磁極化場(chǎng)探測(cè)方法及應(yīng)用”。在這一研究中，周楠楠將和團(tuán)隊(duì)成員將針對(duì)傳統(tǒng)磁性源和電性源瞬變電磁法主要觀測(cè)橫電極化場(chǎng)，橫電極化場(chǎng)僅對(duì)良導(dǎo)目標(biāo)敏感，對(duì)高阻目標(biāo)的分辨能力有限；橫磁極化場(chǎng)對(duì)高阻目標(biāo)具有較強(qiáng)的分辨能力，但未得到有效利用的現(xiàn)狀，通過(guò)多線源瞬變電磁法實(shí)現(xiàn)對(duì)橫磁極化場(chǎng)的有效探測(cè)，提升瞬變電磁法對(duì)高阻目標(biāo)的分辨能力。在項(xiàng)目研究中，他們將開展以橫磁極化場(chǎng)觀測(cè)為主的多線源瞬變電磁探測(cè)方法的研究。通過(guò)面向目標(biāo)自適應(yīng)有限元三維正演模擬，分析典型地電模型的響應(yīng)特性、記錄規(guī)則、附加效應(yīng)等問(wèn)題；基于正則化算法實(shí)現(xiàn)多線源瞬變電磁多數(shù)據(jù)體的聯(lián)合反演；建立施工方法與技術(shù)規(guī)范，并在多種金屬礦富集的遼東地區(qū)進(jìn)行野外測(cè)試驗(yàn)證和技術(shù)集成。這一項(xiàng)目的研究對(duì)完善瞬變電磁橫磁極化場(chǎng)探測(cè)理論，實(shí)現(xiàn)瞬變電磁法對(duì)高阻目標(biāo)的精細(xì)探測(cè)具有重要的推動(dòng)意義。

初心不移，篤定前行。未來(lái)，周楠楠還會(huì)在電磁探測(cè)學(xué)術(shù)帶頭人底青云研究員指導(dǎo)下，瞬變電磁學(xué)科組薛國(guó)強(qiáng)研究員帶領(lǐng)下與團(tuán)隊(duì)成員一起圍繞國(guó)家開展深部探測(cè)的戰(zhàn)略目標(biāo)，完善自己的研究方向，做出更多對(duì)國(guó)家對(duì)社會(huì)有用的科學(xué)研究成果?！白隹蒲形覀冏畲蟮膲?mèng)想就是希望能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用。”周楠楠說(shuō)，以此為指引，他和團(tuán)隊(duì)未來(lái)的前行方向也愈加明晰，前行的動(dòng)力也更加充足了。

路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。懷抱著對(duì)于科學(xué)研究的初心，以理想為馬、興趣為伴，周楠楠的科研征途從不孤單。在這條科研路上，他仍在不懈求索、前行，以此來(lái)詮釋青春的意義、人生的價(jià)值。