中国地质科学院

从文学跨界到地质

杨文采 1942 年出生于广东大埔，初中时立志要当一名 作家。没想到，文学家高尔基的一句话，反倒改变了他的志向。

高尔基有句话的大意是，作家大都是以丰富的阅历和广 博的知识作为基础的。所以杨文采觉得，必须读万卷书、 行万里路，始能到达成功的彼岸。按照这句话的指引， 高考填报志愿时，杨文采填报了北京地质学院。在他看来， 学地质、搞地质就意味着“行万里路”。

五年的大学生活，让杨文采各方面都大有长进。“进 大学的时候我 17 岁，只有 70 来斤，1.50 米。走出大学 的时候我 1.76 米，120 多斤，成了一个有知识、有思想 的人。”

1964 年杨文采大学毕业，意气风发，但两年后却爆 发了“文革”，最好的时光消耗在了无尽的政治运动中。 令人敬佩的是，身处逆境，他没有放弃科学信念，身边 不少人都去搞针灸、做木匠了，但是他始终没有丢下专业。

1968 年8 月，杨文采在青海德尔尼矿区野外工作 

1981 年，当改革春风吹起的时候，杨文采迎来新的 机遇，大学毕业 17 年之后，考取了教育部公派访问学者， 到加拿大麦吉尔大学攻读博士学位。 此时，杨文采已届不惑之年。 

1981 年夏，杨文采（右2）在加拿大麦吉尔大学和加拿大师生一起出野外 

邂逅“反演” 

此前，杨文采在中国地质科学院物化探 所工作，已经小有成就。他设计、制作了 RM-1 型物探多用电阻网模拟计算机；提 出了重力和地磁异常在频率域的解释理论 与方法。但面对敞开的国门，看到外面的世 界，他觉得“自己的知识需要更新了”。

留学加拿大的 3 年需要克服的困难可想 而知，但杨文采迎难而上，争分夺秒。不但 学习地球物理，还坚持到数学、计算机等专 业去听了 9 门功课。让人意想不到的是，在他出国留学最艰苦的 30 个月当中，竟然把 金庸的小说全部看了一遍。“为什么看了一 遍呢，因为那个生活实在太苦。实在太烦闷 的时候，就看金庸的小说，就看那主人公在 深山里头，掉到深沟也要在里面修炼，他怎 么能坚持下来。”

这 30 个月里，还有更加意外的收获。 在此期间，他专攻了奠定他科学地位的“反 演”。

地球物理学是通过观测数据来解释地 球内部组构的学科。杨文采用通俗的语言 解释了“反演”这个概念：“人类对自然 事件的发生、发展和演变的观察在时空上 是非常局限的。例如，人类只有几百万年 的历史，而地球存在了至少 46 亿年，没有 人能看到青藏高原的隆起或白垩纪恐龙的 灭绝过程。在空间上，地球表面为坚硬的 岩石所覆盖，没有人能看到 15 千米以下的 岩石是什么样子。我们只能根据人类所能 感知的极有限的信息来反推地球内部以及 地球历史上的其他不可见的部分。这种反 推的过程就被称为‘反演’。总之，‘反演’ 是一门关于扩大人类知识领域、指导人们 正确地逆向思维的学问。”

他进一步举例说：“如果放一小瓶香水 到小房间中央，从扩散方程可知，一天之后 小房间内将布满大致均匀分布的香水分子，这就是正演的问题。反演的问题是已知屋子 四周的香水分布，要问：何时何处放的香水， 或放香水的瓶子是什么形状的。我们不禁要 问：这些反过来问的问题，在数学上有没有 解答？解答是否不唯一？如果解不唯一，哪 个解才是真实可靠的？这些问题，就构成了 反演理论的主要研究对象。”

在认识地球的过程中，地球物理反演起 到了关键的作用。人们在地球表面观测地球 的物理场（如引力场、磁场、电磁场等）和 地震诱发的弹性波场，然后根据观测数据推 测地球内部的岩性与构造，这就是地球物理 反演。 

发展“反演” 

在留学的时候，杨文采意识到研究反演 算子（或称为逆算子）的结构、性质和数值 计算的可靠性有可能促进勘探地球物理学的 发展。当时，勘探地球物理是按方法划分的， 包括地震勘探、重力勘探、磁法勘探、电磁 法勘探等分支学科，每一种方法都有自己的 一套仪器与数据处理解释方法，相互不搭 界。亟须一种能适用于各种方法的、统一的 反演理论。

1984 年回国后，杨文采应聘在北京大 学和同济大学讲授“地球物理反演方法”， 并且继续从事应用地球物理学中反演方法 的研究。杨文采第一次建立起一套可以适 用于各种地球物理勘查方法的统一的反演 理论框架和一整套广义线性反演方法。同 时，他把地震学反问题求解方法的适用范 围从微扰的条件拓展到非微扰的条件，提 出适用于大扰动和非水平层状介质中的声 波方程反演方法与地震波速成像方法和跨 孔地震层析成像的级联法。他还从混沌理 论出发，探索了非线性地震反演的规律性。 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》获地质矿产部科技成果奖二 等奖，成为北京大学、同济大学等高校研究 生教材或主要参考书。他还应邀在第 20 届 国际声成像学术报告会上做非线性地震反 演的特邀报告，在德国联邦地球科学和自然 资源研究院（BGR）等 3 家院校专题报告 有关反演与地震层析成像理论，美国《计算 物理》等学术期刊多次约请他审阅有关反演 的稿件。 

应用“反演” 

杨文采不仅发展了地球物理反演系统理 论与新方法，并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勘 查。在应用中，他特别关注和推崇极少数理 论上具有唯一解的反演问题。地震层析成像 就是典型。

20 世纪 80 年代，他研究出基于弯曲 射线追踪的跨孔 CT 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，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查中 的应用做出了示范。

1991 年，小丰满水电站年久失修，大坝出现病害，需要修复。日本工程人员采 集了数据，但没有能圈出病害的部位。杨 文采针对传统地震 CT 算法的缺陷与工程 地震的特点，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。用这种方法指导小 丰满水电站大坝病害检测，圈定了大堤病 害的范围。

1994 年位于长江口的上海排污管破 裂，作为顾问的外国专家束手无策。当时 所里的工程师拿着杨文采的论文去投标， 结果中标，做出了排污管破裂层析图。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，他应中国工程勘查协会 的请求，为地震层析成像工程应用编写了规 范性手册。

1996 年8 月，杨文采（左2）在办公室和德国地球物理专家讨论反射地震 

在应用地球物理学中，石油反射地震勘 探是领先的高科技。20 世纪 80 年代后期， 地震方法技术面临直接用于描述油气储集层 以指导油气藏开发的挑战。杨文采在国家自 然科学基金委地学部与哈尔滨工业大学介绍 有关油储地球物理的原理及内涵，促进了国 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和方法”的立项。 项目启动以后，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，在大庆油田等地区获得广泛应用。针 对油气田开发后期含油层为含水层包围等情 况，他提出了改进的跨孔地震层析成像新方 法，为地震层析成像在油气田开发中的应用 提供了范例。