沈鴻雁，我校地球科學與工程學院教授，應(yīng)用地球物理系系主任。長期致力于地球物理信號處理、成像及正反演方面的研究工作。榮獲第八屆陜西省青年科技獎，入選西安石油大學青年拔尖人才，兼任中國石油學會石油物探專業(yè)委員會委員、《石油物探》雜志編委和西安石油大學“油氣地球物理勘探方法與技術(shù)”創(chuàng)新團隊帶頭人，遴選為陜西省、山西省、江西省、西藏自治區(qū)和中石油科技庫專家，教育部研究生學位論文評審專家，擔任Scientific Reports、Measurement、Geophysics、Near Surface Geophysics等多個國際學術(shù)期刊的通訊評審專家。
日前，我校地球科學與工程學院沈鴻雁教授以第一作者身份在國際頂尖學術(shù)期刊Nature Communications（《自然-通訊》）上發(fā)表題為Quality evaluation of ground improvement by deep cement mixing piles via ground-penetrating radar的高水平論文，這是他繼2022年在國際頂尖學術(shù)期刊Science Bulletin上發(fā)表題為Collision between the northern Tibet and Tarim Block as revealed by the gravity data的高水平論文以來的又一篇力作。連續(xù)產(chǎn)出兩篇高水平論文，于外人看成績斐然，沈鴻雁卻說，科研工作得坐得住“冷板凳”，量變才能有質(zhì)變。兩篇方向不同的論文均是經(jīng)過十多年的沉淀和積累才得以發(fā)表，其中艱辛，非親歷者不能體會。勤奮、刻苦、極度自律，沈鴻雁是下狠功夫干事的人。
成長——無法“計算”的機緣巧合
能與地球物理結(jié)緣，離不開沈鴻雁的成長環(huán)境，他的家鄉(xiāng)云南石林縣擁有豐富的喀斯特地貌風景。老人口中“石頭會走”的神話故事是真的嗎？成片的“石林”究竟是如何生長的？這些問題在幼年沈鴻雁的心里埋下一顆種子。從小對石頭的興趣促使他在高考時報考了長安大學地質(zhì)工程專業(yè)。沒成想，學院在他大三時重新恢復了勘查技術(shù)與工程專業(yè)（勘探地球物理），在老師的建議和自己的多重考量下，沈鴻雁決定轉(zhuǎn)專業(yè)，從此便開啟了他在勘探地球物理領(lǐng)域20多年的科研生涯。
在沈鴻雁看來，勘探地球物理對數(shù)學和計算機編程能力有很高的要求，最核心的工作就是對重、磁、電、震等地球物理信號的“規(guī)整”。而他的成長經(jīng)歷與研究之路，反倒充滿了許多無法被“計算”的機緣巧合?！凹毤毾雭?，不論是大三轉(zhuǎn)專業(yè)還是在最后關(guān)頭才決定考研，很多重要轉(zhuǎn)折點的選擇都跟自己的性格有很大的關(guān)系，一方面我不甘落后，另一方面我喜歡與數(shù)據(jù)打交道?！?/p>
研究生期間的許多經(jīng)歷都為沈鴻雁打下了堅實的科研基礎(chǔ)。還未入學，他就加入交通部基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，在延西高速路段為黃土路基做地震勘探。不停地插拔檢波器使兩手磨出厚厚的繭子，餓到一頓飯能吃下100多個餃子，40多天的風吹日曬讓初出茅廬的小伙子快速掌握了野外數(shù)據(jù)采集的方法和技術(shù)。研二時通過科技部專項基金項目，促使沈鴻雁在國內(nèi)率先開展了隧道超前預(yù)報技術(shù)研究（TSP技術(shù)），半年多文獻調(diào)研加近一年的程序開發(fā)，他完整破譯了TSP技術(shù)并研發(fā)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，由此打破了西方國家對TSP技術(shù)的長期壟斷，為國內(nèi)TSP技術(shù)領(lǐng)域的長足發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。在博士階段參與“863”計劃項目期間，沈鴻雁在已有地震散射理論的基礎(chǔ)上，研發(fā)出基于點散射地震-地質(zhì)模型的散射波成像技術(shù)來解決金屬礦勘探問題，是當時國內(nèi)最先開展該領(lǐng)域研究的少數(shù)幾個研究人員之一。在博士論文的基礎(chǔ)上，沈鴻雁又通過中石油、省級、教育廳等基金支持進一步深入研究，全面揭示了散射波的響應(yīng)機理、表現(xiàn)特征及傳播規(guī)律，發(fā)明了散射波速度分析及成像新方法。
直到今天，沈鴻雁時不時仍會懷念學生時光，艱苦、簡單卻充實。沒有太多瑣事來叨擾，他如饑似渴地徜徉在感興趣的領(lǐng)域，如海綿般汲取養(yǎng)分。隨著職業(yè)生涯的推進，沈鴻雁的研究領(lǐng)域在逐步拓寬，目前在油氣田勘探開發(fā)、油氣田地面工程勘察、地球深部探測等領(lǐng)域均實現(xiàn)了突破。
沉潛——科研成果填補技術(shù)空白
沈鴻雁在頂尖期刊Nature Communications上發(fā)表的論文主要針對軟土地基治理與評價。這篇文章起源于2006年參與的晉陽古城考古合作項目，在首次接觸地質(zhì)雷達（GPR）后，沈鴻雁結(jié)合他熟悉的地震波理論，持續(xù)探索GPR的響應(yīng)機理、波場傳播規(guī)律和響應(yīng)特征，積累了許多GPR數(shù)據(jù)處理和地質(zhì)信息解譯的程序代碼。然而一次學生的求教，為沈鴻雁打開新的思路。
學生所負責的甘肅安臨高速公路建設(shè)項目面臨軟土地基治理問題，向地基打入密密麻麻的樁（深層水泥攪拌樁）是治理的關(guān)鍵技術(shù)，但對于缺陷樁、問題樁的檢測，目前已有的技術(shù)多屬于破壞性檢測技術(shù)，周期長、成本高，且樁群數(shù)量龐大，采用傳統(tǒng)的樁基檢測技術(shù)難以取得明顯的檢測效果和較高的經(jīng)濟效益。學生想到了嘗試用GPR提取地下信號，但是用GPR做完實驗后發(fā)現(xiàn)結(jié)果異常特征并不明顯，無法區(qū)分出完整樁與缺陷樁?；趯W生的問題，沈鴻雁提出新的思路：可以將樁基缺陷檢測轉(zhuǎn)化為地基加固質(zhì)量評價，即把樁群加固后的地基看作一套完整的地層，然后利用GPR進行布網(wǎng)探測，當某（幾）根樁出現(xiàn)問題，此處的GPR波場特征或波場屬性特征必然會出現(xiàn)異常，以此來精確定位缺陷樁的存在。按照這個思路，他與學生一起開展了正演模擬實驗，并借助多年積累的GPR弱信號處理技術(shù)和GPR屬性信息提取技術(shù)對正演模擬資料進行實驗，取得了良好的效果后，他們又進一步建立了高密度樁加固路基的GPR質(zhì)量評價技術(shù)體系，付諸實施，最終收獲成功。學生所在公司還派出團隊專項學習沈鴻雁自主研發(fā)的GPR數(shù)據(jù)處理與屬性信息提取軟件，并實現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
“既然效果這么好，為什么不把這項技術(shù)推廣應(yīng)用到類似的領(lǐng)域？”沈鴻雁始終覺得這項技術(shù)有更深遠的意義。他用6天完成初稿，后幾經(jīng)易稿，終于，從06年開始積累至今的成果呈現(xiàn)在頂級期刊Nature Communications。一位審稿人評價道：該研究成果為軟土地基高密度群樁加固質(zhì)量評價提供了一種快速、高效和經(jīng)濟的技術(shù)解決方案，填補了樁群數(shù)量大、樁距小、密度高等情況下樁基缺陷高效檢測的技術(shù)空白，在城市土地開發(fā)、橋梁、高層建筑、近海工程等領(lǐng)域都具有很高的推廣應(yīng)用價值。正所謂十年磨一“劍”，沈鴻雁一步一個腳印達到了新的高度。
同樣，另一篇發(fā)表在Science Bulletin的高水平文章也是沈鴻雁通過10余年的積累和演變，在沒有任何外界資助的情況下，產(chǎn)出了自主研發(fā)的位場多尺度成像方法和三維可視化技術(shù)，對西昆侖山及毗鄰地區(qū)的衛(wèi)星重力資料進行處理及解釋后，揭示出西藏地體與塔里木地塊的碰撞機理，構(gòu)建的3D重力場模型清晰呈現(xiàn)了西昆侖山之下100km以淺的地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，為深入理解藏西北陸-陸碰撞造山的深部動力學過程提供了新的證據(jù)。這也是沈鴻雁在地球深部探測領(lǐng)域新的突破。
“我喜歡琢磨，想到一個問題后，我時不時就要思考有沒有新的切入點，能不能產(chǎn)生新的技術(shù)或方法?！边@樣的思考習慣使得沈鴻雁在多個領(lǐng)域形成了一系列科研成果。近年來，他主持或參與完成國家“863”計劃、國家自然基金、中石油科技創(chuàng)新基金、陜西省自然科學基礎(chǔ)研究計劃等科研項目20余項，在地震波場分離與弱信號提取、地震散/繞射波成像、瑞雷面波反演、三維位場多尺度成像及GPR信息挖掘等方面取得了系列有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新成果，出版學術(shù)著作3部，在國內(nèi)外重要學術(shù)期刊及SEG等國際學術(shù)會議上發(fā)表論文70余篇，授權(quán)發(fā)明專利15項、軟件著作權(quán)13項，部分成果已推廣應(yīng)用，并取得了一定的經(jīng)濟價值和社會效益。
延續(xù)——“教”是本職工作，“育”需盡心盡責
在繁忙的科研任務(wù)之外，沈鴻雁還承擔著學院的專業(yè)建設(shè)和教學任務(wù)。在上課前，大部分的理論知識沈鴻雁都要親自嘗試一遍，比如長期積累的GPR研究成果就被他充分融入課堂，“科研跟教學是相通的，如果只按課本來講是講不好的，有自己的科研結(jié)果后再配合課本才能講出彩，出彩學生才會愿意聽，才能進一步激發(fā)學生投身科學研究的興趣?！痹谡n堂上，他會注意觀察同學們的投入程度，用各種方式充分調(diào)動同學們的熱情和注意力，讓大家在輕松愉快的氛圍中收獲知識?！敖虒W是教師的本職工作，做不好，對不起學生，更對不起自己的良心。”2013和2023年，沈鴻雁收獲了“西安石油大學優(yōu)秀教師”稱號。
課堂外，沈鴻雁也在探索新型教學方式。目前，他正在主持1項校級示范性虛擬仿真實驗教學項目“地震波響應(yīng)與傳播虛擬仿真實驗”，試圖探索以“理、虛、實”一體化的教學方式，構(gòu)建地震波響應(yīng)與傳播虛擬仿真軟件，向?qū)W生提供能夠隨時隨地進行虛擬仿真的實驗條件，讓學生在虛擬環(huán)境中開展實驗，從而彌補實際實驗、實訓中的不足。
以身作則也許是最好的育人方式。“沈老師質(zhì)樸勤奮的生活習慣、嚴謹細致的工作方式都深深地影響著我們，是我們最好的榜樣?！鄙蝤櫻愕难芯可锌卣f到。對于研究生的培養(yǎng)，沈鴻雁有一套自己的思路和方法。研一首先要完成大量的文獻調(diào)研，再通過對學生個人能力和特長的了解后，確定一個適合學生的研究方向，緊接著引導學生開展方法理論推導和程序編寫，然后進行模型實驗，實際資料取得較好效果后再著手論文寫作?！耙寣W生每一步都走得有成就感。”沈鴻雁對自己的學生充滿信心。在整體培養(yǎng)思路的大框架下，沈鴻雁也非常注重學生的專業(yè)技能訓練與研究思路培養(yǎng)，通過帶領(lǐng)學生到野外及工程施工現(xiàn)場實習，從實際生產(chǎn)存在的問題中挖掘科學問題，產(chǎn)生新的研究思路和研究課題；鼓勵研究生積極參加國內(nèi)外學術(shù)會議，及時了解專業(yè)領(lǐng)域的國際前沿，捕捉學科發(fā)展動態(tài)；定期組織召開小組內(nèi)部研討會，交流研究成果、探究科學問題、解決研究過程中的疑惑，同時鍛煉學生的學術(shù)表達能力。
截至目前，沈鴻雁已培養(yǎng)出碩士研究生20余人，指導完成本科生畢業(yè)設(shè)計近70人；學生參與完成的科研成果獲國家發(fā)明專利1項，取得軟件著作權(quán)5項，在國內(nèi)外重要學術(shù)期刊及學術(shù)會議上發(fā)表高水平論文多篇（其中SCI收錄8篇、EI收錄2篇）；培養(yǎng)的碩士研究生有2名進入國內(nèi)“雙一流”大學攻讀博士學位。研究形成的“‘一閉環(huán)，兩循環(huán)’勘探地球物理創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式”入選中國高等教育學會“校企合作 雙百計劃”典型案例，并在58·59屆高教博覽會現(xiàn)場展示及推廣應(yīng)用。
從20多年前初出茅廬的少年，到如今科研成果達到新高度，沈鴻雁與勘探地球物理一起成長。上課、做實驗、開組會、寫論文、做審稿人、主持應(yīng)用地球物理系工作……沈鴻雁身兼數(shù)職，每天保持旺盛的精力，虔誠地對待自己熱愛的事業(yè)。厚積而薄發(fā)，行穩(wěn)而致遠，我們共同期待著他的下一次“質(zhì)變”。
記者：劉婧
