地球物理研究中的地质问题

刘庆生

（中国地质大学，武汉）

前些日子一位信息科学领域教授给我发来他参加一个国家实验室的“，，，重大科研选题的数学物理问题”小型讨论会的相关信息。这个会议组织者给讨论会的性质起了一个很酷的 “头脑风暴”称谓，意思是发挥相关专家学者的智慧，助推解决国家国民经济需求中的相关重大科学技术问题。后来教授又给我发来会议的纪要，尽管隔行如隔山我看不太懂具体内容，然而凭借我的数学物理基础还是能够粗略了解一点出席讨论会的专家们绞尽脑汁思考的“数学物理问题”。

   信息领域教授转发的“头脑风暴”小型科技讨论会的事情让我想起2016年5月18日我在武汉大学召开的《地球科学前沿研讨会暨中国地球科学促进会2016年会》大会上作的题为“地球物理的挑战”报告。报告中我通过半个世纪来世界上几个地球物理解释结果案例向同行提出了“地球物理研究中面临的重大地质问题”，目的是唤起地球物理年轻同行重视基础地质知识。“地球物理的挑战”报告中涉及既有深部地球物理，也有应用地球物理。例如前苏联科拉超深钻结果并没有发现（验证）原来地球物理解释的康氏面，即传统的上-下地壳的密度分界。我国江苏东海中国大陆科学钻探（CCSD）结果对地球物理的地层结构解释的也出现大的偏差。其实，由于地球物理的不确定性属性，出现这些偏差并不奇怪，属于正常现象，我在文章《社会公众应该如何看待深部地质地球物理研究成果？2013年5月3日科学网》就这个问题进行了阐述。然而，如果地球物理学家拥有相应的地质知识（包括理论与实践知识），就会最大限度减小解释结果的不确定性（即多解），让研究结果更加逼近实际。

一位计算数学教授主持一个“非常规油气复杂介质地质-地球物理模型建立”课题，在中期评审时，石油地质学家问他：“非常规油气藏”地质特征是什么？“复杂介质”的地质-地球物理特征是什么？“地质-地球物理模型建立”中参数设定依据？显然，对于这位缺乏石油地质知识的计算数学教授要准确回答这些问题是很困难的事情。这些案例都给地球物理工作者提出了一个老生常谈，然而始终没有引起足够重视的问题，即“地球物理研究中的地质问题”。因为，据我所知，有的地球物理学者只热衷于看起来“高大上”的计算地球物理方法研究。为此，殷鸿福院士曾经询问过学校地球物理教授：“告诉我，制约地球物理发展的瓶颈是什么？”

基予上述问题启发，我给一位地球物理成果颇丰的教授发去一条关于这个问题的微信：“，，，（略去信息科学“头脑风暴”讨论会内容，）由此我想到，我们地球物理也可以考虑类似问题讨论：即地球物理中的地质问题，当然也有数学物理问题。我们原来物探系一部分老师长期不太重视地质基础与实践知识，主要做点方法研究，严重制约地球物理重大成果产出。建议供你参考。”同时我也将这个意见通过微信转给了若干地质地球物理同行，得到他们的热烈响应。

中国地质大学（武汉）原副校长，构造地质学家杨巍然教授：我觉得国外的地质地球物理结合得很紧，马杏垣先生也一直要我们加强地球物理的结合。所以我招了DCP研究生（地球物理专业本科，现旅居美国），我与LYY（古地磁）合作搞科研。但我地球物理基础较差深入不进去。原地空学院教师，现旅居海外从事地球物理研究的耿博士：我接触到的几位国际知名的地球物理学家，他们的地质背景特别强，按咱们的“定义”，应该是地球物理加地质专家。我去过几个学校，他们并没有地球物理系，而只有一个Earth Sciences Department。我在本科的学习阶段，学习的地质课程也比较少，之后系统地学习地质学的机会就更少了。地空学院第一届地球物理实验班学生，美国休斯敦大学助理教授孙博士：刘老师说得很对! 我就是地质知识太匮乏，现在大部分研究是在方法上。（我的回复：在我的认知里，地球物理目前很难在数学和物理上有大的突破！但在结合地质上会大有作为）。对的，数学毕竟只是工具，而且我们也不是数学专业学生出身。地空学院第一届地球物理实验班学生，西安交通大学副教授李博士：刘老师，谢谢您的建议，也完全同意。事实上，我在读博的时候，就开始接受我们本质是“找油的”理念。基于这个落脚点，我们不应该局限于本身的专业，而是应该为了达到这个目标采取一切方法和手段（地质、地球物理、地化、岩石力学、岩石物理，测井，地震等），想办法解决工业界面临的难题和挑战，在这个过程中自然会产生接地气的科学研究问题（基于实际需求凝练数学物理问题），甚至开辟新方向。目前的非常规储层（页岩、致密砂岩等）甜点预测和开发过程中，面临地质-地球物理-工程一体化的问题，可见我们确实无法依靠单一学科和方法来解决问题，倒逼相关人员站在更高的层面尝试去提出解决问题的思路和策略，所以我觉得称我们为“地球科学”工作者更为恰当。地空学院2003届本科，中国地震局地震预测研究所研究员付博士：我们做地球物理的确实欠缺地质，只有跟地质相结合才能有好的故事可讲，才能申请大的项目。成都理工大学地球物理学曹教授：谢谢刘老师！油田企业类似的研讨会相当多，只是高校参与的不多。地空学院2007届本科，同济大学地球物理学教授赵博士：谢谢刘老师分享，很好的建议和思路。数理学院2004届物理本科，中科院新疆生态与地理所研究员乔博士：是的，刘老师，我们在地质这块基础太薄弱了。地空学院教授毛博士：刘老师的建议能让地球物理变得更宽广，更具有基础学科的属性。地空学院2010届本科，中科院精测院副研究员张博士：谢谢刘老师。切身体会，地球物理与地质地化交叉合作太重要了。地空学院特任副研究员徐博士：谢谢刘老师的建议！我们现在确实有这种问题，虽然有了地球物理模型，但不知道怎么与重大地质问题挂钩。学校地质灾害国家科学野外观测研究站刘博士：感谢刘老师分享，您的这些建议是目前地球物理遇到的方向性问题，怎样让地球物理做好物理数学与地质的桥梁作用，两边都需要特别重视。

地球物理研究是建立在地球物质组成与结构导致的地球物理场的变化基础上，因此，地球物理学家拥有地质基础和实践知识的重要性不言而喻。在地质-地球物理研究中，努力追求真相是地质地球物理学家永远的共同目标。正如杨巍然教授所言：老一辈科学家，例如马杏垣先生就非常重视地质地球物理结合。我曾经在30多年前前往马先生家中，向他请教大地构造知识《回忆30年前得到一位老科学家的帮助，2018年2月19日科学网》。因此，我们的地球物理学者应当重视地质知识，这将会使他们的地球物理研究如虎添翼，为国家科技创新和国民经济发展做出贡献。

2023年4月10日