地球物理学家马在田院士

马在田(1930.10.4～)，地球物理学家，辽宁法库人。1957年毕业于苏联列宁格勒矿业学院地球物理系。同济大学教授，图书馆馆长，博士生导师，兼任中国地球物理学会理事和上海市地球物理学会名誉理事长，石油学会物探专业学会顾问等职。中国科学院地物理研究所、青岛海洋大学、石油大学（华东）、江汉石油学院兼职教授。为我国寻找大油田工作中做出过重要贡献。是胜利油田的早期开发者，是我国成功地运用人工地震方法寻找大油田的知名专家。在发展反射地震学的理论与应用中，做出了系统的和独创性的贡献。20世纪80年代，在研究地震偏移成像方法方面取得了有国际影响的成果，得到了国际同行的赞誉，被称之为“马氏方法”而被国外专家学者广泛引用。1991年当选为中国科学院院士（学部委员）。成长历程马在田在1950年高中毕业时，已经意识到自己学理科是合适的。当时东北人民政府规定，东北学生一概不准报考关内大学，因此他就报考了东北大学工学院。入学后选系时他不知学什么为好，因为东北工学院当时是工科，以机械、电机和冶金为主。虽然有数学系和物理系，但据说那是为培养中学师资而设的。报考机、电两系的新生占新生的50％。要论考试成绩，他的成绩在500名新生中的前20名内，如果他选两系之一是没有问题的。但他的性格是不喜欢赶浪头的，越是人多的地方他越是不想去。当时他想，东北要搞大规模经济建设那就选学造房子吧，于是选了建筑系。学了一年之后，虽然他的数理化成绩是名列前茅的，但他对建筑学仍未产生太大兴趣。当时由于抗美援朝社会活动很多，他大约缺课1/3，但学期终了的考试成绩数学100分、物理78分，特别是物理，是在全班有1/2以上同学不及格的情况下取得的。这成绩取得的原因在于他有中学的深厚功底，同时有很强的自学能力。尽管总成绩不错，但专业课如建筑物外观设计、素描与写生，他就不如别人了。基础课与专业基础课的反差使他更加意识到他的思维特征是长于抽象，不善于形象。如果坚持学建筑学专业，未来将不是一个好的建筑师。碰巧在二年级时选派第二批留苏学生，他有了重新选择专业的机会了。王铁冠坚定地放弃了已学了两年的专业，改报天体物理学，他认为这与他的思特征，即善于抽象思维很一致。但是当时国家需要经济建设的人才，对天体的研究并不急需。国家的需要就是个人的志愿是那个时代的特征，他因此就学了应用地球物理专业。1952年11月～1957年7月，就读于苏联列宁格勒矿业学院地球物理专业的王铁冠，获优等毕业证书，授予工程师资格证书。当时我们国家还没有这个专业，仅有的几位专家都是从美国和美国留学后回国的。因为它的不成熟，才需要探索，这个专业对他是适合的。1957年9月～1972年12月，他先后到胜利油田和四川油田，从事地震勘探方面的研究工作。1973年3月～1985年11月，他在石油部物探局研究中心工作，任研究院方法软件研究室主任、高级工程师。1987年1月调往同济大学海洋地质系工作至今。创立突出反射标准层技术反射地震学在石油等矿产资源的探测中有着特殊的不可替代的作用。但是，在解放前这门学科是一个空白。1950年我国才开始对反射地震学的研究工作。50年代的初创时期，该学科主要是引用国外技术。在大庆地区发挥了它作为先进技术的优势，找到了我国著名的大庆油田，同时在发展和总结自己的方法技术方面，也取得了显著的成就。但是，当使用大庆油田非常成功的“两高两低”地震反射法技术来解决华北地区，如胜利油田的石油地质构造问题时却遇到了不少难题。因为华北地区的地下构造十分复杂，而大庆地区相对简单些。华北地区属断陷盆地，储油构造断裂系统十分复杂，断块很小，断块宽度常常在几十米到二百米左右。沿用过去的成功技术来解决这类复杂地质构造问题表现为横向分辨率太低，在地震记录上断层不清，层位对比非常困难。因此，用反射地震资料解释不了这种地层的层位对比、断层分布，也绘制不出准确的构造图，从而也确定不了石油存储的有利部位，影响进一步钻探和油田开发。针对这种关键技术难题，马在田根据自己多年的研究与实践经验提出了一套完整的“突出反射标准层”的方法与技术，经过实际试验，证实该项方法技术行之有效，从而解决了在复杂地质构造地区开展反射地震学方法与技术问题。该项成果在60年代被广泛应用，取得了良好的效果，成为当时卓有成效的先进方法与技术，推动了我国反射地震学的发展，并在实用中充分发挥了作用。“突出反射标准层”是以保持地震波振幅和波形特征为基础的地震数据采集技术。它是通过弱化自动振幅控制和展宽接收装置的滤波频谱等参数组合来实现的。这就是20世纪80年代发展的保持振幅的高分辨率处理的基本思想。因为它具有坚实的理论依据，从而取得了良好的实用效果，为迅速查明胜利、大港和华北等地的油田做出了历史性的贡献。中国条争气地震剖面20世纪60年代后期，发达国家地震反射数据开始应用大型电子计算机进行数据处理，处理后取得的地震剖面图的精度明显的提高，这一新技术在世界范围内加速了寻找大油田的进程。计算机在反射地震学的应用使得该学科迅速进入一个高新技术时代。但是，当时的中国正处于文化大革命时期，加上当时的欧美发达国家对我国实行技术封锁，高效能的计算机是不能进口的。为了能够及时赶上国际先进技术水平，20世纪70年代初，北京大学在石油工业部的资助下研制成每秒百万次浮点运算的电子计算机，可用作地震数据处理的硬件设备和通用软件。但是为了进行地震数据处理还需要进行专用的地震数据处理系统的研制，它包括几十个以反射地震学方法组成的算法及其软件模块和专用操作系统的研制。为此，在石油工业部地球物理局组成计算中心，马在田担任完成此项工作的方法程序室主任之职，负责领导和参与这项系统工作。经过近2年时间，有几十名科技人员参加的这项系统研究工作于1974年处理出条“争气地震剖面”。它是在受到国际技术封锁的条件下，我国科学家和科技人员齐心合力独立完成的，从而填补了我国在大型计算机上处理地球物理数据的技术空白，也打破了当时发达国家对我国的封锁。当年来我国访问的法国专家看到了我们的“争气地震剖面”后，感到很惊讶。因为他们未曾料到中国能自主完成该项有相当难度的具有先进科技水平的工作。与此同时，决定技术贸易禁运大权的西方国家的“巴黎统筹委员会”开始同意向我国出售大型计算机及地球物理数据处理系统。通过这项技术攻关，培养了我国批具有现代科技水平的地震数据处理专家，为我国反射地震学在新时期的发展准备了技术与人才。马氏方法20世纪80年代发展起来的地震波偏移成像技术成为地震数据处理技术的关键，它使反射地震学在解决地学问题上又产生一次飞跃。因为它建立在波动理论基础上，使得地震数据经过计算机处理后能够保持更多的信息，为研究地球内部的结构提供更充分更直接更真实的资料和成果。对于精细研究地质构造、断层及各种地质特征有着特殊的前所未有的效果。因此成为20世纪80年代以来倍受重视的一项新方法与新技术。首先由美国斯坦福大学著名教授J. Glaerbout提出的波动方程有限差分偏移方法曾引起了很大的轰动效应。但是克氏方法用的公式近似程度低，只能解决简单的地质构造的地震成像问题，即限制地层倾角小于15°的情况，对于复杂地质构造该方法无力解决。由于客观存在的地质情况是多种多样的，这个局限也就妨碍了这一先进技术的广泛应用。因此，20世纪70年代有不少国际知名学者致力于解决此倾角局限性问题，以便解决复杂地质构造的地震成像问题。尽管他们发表了不少论文，但由于没有在基本原理上得到突破，问题始终没有解决。马在田决心以此为研究方向，赶超世界先进水平。经过两年多的研究，提出了“阶数分裂法”的理论与计算技术来解决复杂地区地震偏移成像问题。于1981年在中美地球物理学术讨论会上以英文发表了“高阶近似有限差分偏移”，阐述了自己独特的学术观点。这篇论文发表后立即引起国际地球物理学界的重视。以后他又在国内外杂志上发表了这方面的系列论文，使地震偏移成像技术在理论和实用两个方面达到完善的程度。以高阶方程阶数分裂法为基础的成像新技术得到了国际同行的认可，被称之为“马氏方法”而被广泛引用。国内外一些知名学者将此方法写进了他们的专著中。根据该方法国内外许多石油公司和地球物理公司编制了相应的计算机软件用于地震数据的偏移成像处理，研究解决复杂地区的石油地质构造问题。马在田根据自己的多年研究成果写成的学术专著《地震成像技术》是我国在反射地震学方面具有代表性的一本学术著作，获得了第六届（1992）国家优秀科技图书一等奖。所发表的有关论文从20世纪80年代以来不断被国内外专家引用，引用次数已过百次。80年代以来我国出访美国、德国、法国等国家的石油和地球物理界的代表团、组和访问学者经常会听到他们对“马氏方法”的赞扬。来我国访问的外国人和外籍华人中的地球物理学家和技术专家，包括IBM和CRAY计算机公司的专家都先后谈到马在田在地震偏移成像工作方面的历史性贡献。其中有代表性的是两位由台湾去美国工作的李博士和由韩国赴美工作的金博士面见以翁文波院士为首的中国赴美石油代表团时对马在田的赞誉：李博士说马先生的研究成果为中国人争了光，金博士说马先生的研究成果为亚洲人争了光！院士思维一个人要想成功，要想在某个学科或某一事业上占有一席之地，就一定要不停地追求优秀。不论你从事什么工作都要有更上一层楼的信念。伟大的科学家和发明家之所以伟大，就在于他们不停地探索未知，追求优秀。他们永远不会有认为自己的事业已经到达顶峰了，可以不再追求了的思想。优秀人才也是平凡之人，只是在不断向前追求中成为优秀的。天生奇才和天生愚人都是有的，但都是少量的。绝大多数的人天生资质差异不是很大的。后所以表现为差异很大的原因，在于一生中是否追求优秀是一个重要原因。马院士认为自己的人生经历，就是在一个不停地追求优秀的过程中走过来的。他是从我国小的村小学开始、升到了乡小学、县初中、省会高中和大学，再去国外完成大学学习的。每升入上一个学校都是在竞争中追求优秀的。工作中也是如此，没有追求优秀的思想，就不会做出能够令国外同行认可的成果。科学一流必须是国际的，没有国内国外之分。因此当代青年追求的优秀都应当与国际一流相比。为此中国才能赶上美国，否则永远是二流甚至是三流的。追求优秀的过程必须是一个不断求新的过程。没有创新能力的人是不会长久优秀的。因此在年轻甚至少年时培养成创新能力是至关重要的。创新能力是必须通过不断完善知识结构来实现的。知识是随时代的前进而发展的。当代科学的发展速度之快是以年为单位成倍增加的。任何学校都无法解决走出校门学生今后所需的多方面知识的。因此不断地与时俱进地完善自己所需的知识结构是必不可少的。不断自我完善知识结构的前提条件是学生时代必须养成能够具有很强自学能力和善于分析、研究问题的能力。创新思维的精髓在于对前人的思路、结论敢于怀疑，对未来的追求目标敢于幻想，怀疑和幻想是人类社会和科学技术发展的动源。在怀疑和幻想中去探索未知是创新必走之路。无论是首创，还是重大改革或综合集成都是必须具有这种精神。创新的前提是在知识水平和研究条件方面达到一定的高度，否则永远会处于怀疑和幻想的梦幻之中。一个科学家要想做出有价值的科学发现或发明，首先就必须具备创造性思维的能力和习惯。在20世纪80年代初期，国际上的应用地球物理界，为了满足石油工业大发展的需要，开发了一种建立在波动方程基础上的、使用当代大型快速电子计算机的地震偏移成像理论与方法的软件，以处理地震勘探数据。这个问题是当时国际上许多著名地球物理学家致力于解决的问题。马院士认识到：在与国际知名专家、教授的学术竞赛中要取得有价值的成果，首先要提出具有独创性的解决问题的理论与方法。如果只是步他人之后尘，必然不可能超过他们。为此，他在两年之中，首先博览群书，读书只是为了从基本理论上寻求解决科研问题的思路，找到解决问题的独特方法。同时，为了走自己创新之路，他不断地以理论指导实践，通过理论-实践-新理论的多次反复，后找到了一种能够适应复杂介质的地质偏移成像的理论与方法。在这种方法取得成功并发表了一组论文之后，引起在这方面具有领先地位的美国科技界的震动。一些重大发现与发明，表面看来好像是科学家的思维受到某些偶然事件的触发，进而深入研究得以成功的。实际并非如此，这种思维触发，或曰灵感是长期研究和思考的结果，所以说“灵感”是思维的结果，而不是思维的开始。科学研究总是不断地涉及到理论研究与实践验证问题。理论与实践，二者是合一的，也是可分的。理论是通过实践认识客观事物的发展规律，进而总结出来的理性认识。这种理性认识如果由于实践不足也会有低级和片面的缺陷。实践是在理论指导下的一种有目的的行为，实践不应当是盲目的。在实践过程中，又有许多技术和技巧的问题要解决。因此，实践本身也有许多创造性思维在起作用。从理论研究开始到验证结束，一轮研究可经过数月、数年，甚至数十年之久。有些研究项目，可能不是一代人的事，有的要数代人才能完成或数代人也只能完成其中一部分研究内容。因此，许多科研工作是接力式的。一个人一生能完成其中一步有推动价值的研究工作，取得有意义的成果已是很幸运的事。搞科学研究不能浅尝辄止，应当坚持不懈。在科学研究中，有时理论探索在先，以理论指导实践，实践包括自己的，也包括他人的；从实践中发现理论的不足，继续加以完善，如此循环直至永远。这个过程对一个人是如此，对整个人类社会的发展也是如此。