沈鴻雁，我校地球科學(xué)與工程學(xué)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(xué)青年拔尖人才，兼任中國石油學(xué)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(xué)“油氣地球物理勘探方法與技術(shù)”創(chuàng)新團(tuán)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(xué)位論文評審專家，擔(dān)任Scientific Reports、Measurement、Geophysics、Near Surface Geophysics等多個國際學(xué)術(shù)期刊的通訊評審專家。
日前，我校地球科學(xué)與工程學(xué)院沈鴻雁教授以第一作者身份在國際頂尖學(xué)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(xué)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(jī)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(fēng)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(xué)地質(zhì)工程專業(yè)。沒成想，學(xué)院在他大三時重新恢復(fù)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(xué)和計算機(jī)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(jī)緣巧合?！凹?xì)細(xì)想來，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(diǎn)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。”
研究生期間的許多經(jīng)歷都為沈鴻雁打下了堅實(shí)的科研基礎(chǔ)。還未入學(xué)，他就加入交通部基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)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(fēng)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(xiàng)基金項(xiàng)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(xiàn)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(shí)基礎(chǔ)。在博士階段參與“863”計劃項(xiàng)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(diǎn)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(dāng)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(jìn)一步深入研究，全面揭示了散射波的響應(yīng)機(jī)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(xué)生時光，艱苦、簡單卻充實(shí)。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(jìn)，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(shí)現(xiàn)了突破。
沉潛——科研成果填補(bǔ)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(xiàng)目，在首次接觸地質(zhì)雷達(dá)（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(jī)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(xué)生的求教，為沈鴻雁打開新的思路。
學(xué)生所負(fù)責(zé)的甘肅安臨高速公路建設(shè)項(xiàng)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(jì)效益。學(xué)生想到了嘗試用GPR提取地下信號，但是用GPR做完實(shí)驗(yàn)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(xué)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(jìn)行布網(wǎng)探測，當(dāng)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(xué)生一起開展了正演模擬實(shí)驗(yàn)，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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取得了良好的效果后，他們又進(jìn)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(shí)施，最終收獲成功。學(xué)生所在公司還派出團(tuán)隊專項(xiàng)學(xué)習(xí)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(shí)現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
“既然效果這么好，為什么不把這項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用到類似的領(lǐng)域？”沈鴻雁始終覺得這項(xiàng)技術(shù)有更深遠(yuǎn)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(jì)的技術(shù)解決方案，填補(bǔ)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(dá)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(jìn)行處理及解釋后，揭示出西藏地體與塔里木地塊的碰撞機(jī)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(xué)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(diǎn)，能不能產(chǎn)生新的技術(shù)或方法?！边@樣的思考習(xí)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(xué)基礎(chǔ)研究計劃等科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，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(xué)術(shù)著作3部，在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊及SEG等國際學(xué)術(shù)會議上發(fā)表論文70余篇，授權(quán)發(fā)明專利15項(xiàng)、軟件著作權(quán)13項(xiàng)，部分成果已推廣應(yīng)用，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益。
延續(xù)——“教”是本職工作，“育”需盡心盡責(zé)
在繁忙的科研任務(wù)之外，沈鴻雁還承擔(dān)著學(xué)院的專業(yè)建設(shè)和教學(xué)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(xué)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(xué)生才會愿意聽，才能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生投身科學(xué)研究的興趣?！痹谡n堂上，他會注意觀察同學(xué)們的投入程度，用各種方式充分調(diào)動同學(xué)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(xué)是教師的本職工作，做不好，對不起學(xué)生，更對不起自己的良心?！?013和2023年，沈鴻雁收獲了“西安石油大學(xué)優(yōu)秀教師”稱號。
課堂外，沈鴻雁也在探索新型教學(xué)方式。目前，他正在主持1項(xiàng)校級示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目“地震波響應(yīng)與傳播虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”，試圖探索以“理、虛、實(shí)”一體化的教學(xué)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(jìn)行虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)條件，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)，從而彌補(bǔ)實(shí)際實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)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(xí)慣、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)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(xiàn)調(diào)研，再通過對學(xué)生個人能力和特長的了解后，確定一個適合學(xué)生的研究方向，緊接著引導(dǎo)學(xué)生開展方法理論推導(dǎo)和程序編寫，然后進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)，實(shí)際資料取得較好效果后再著手論文寫作?！耙寣W(xué)生每一步都走得有成就感?！鄙蝤櫻銓ψ约旱膶W(xué)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(xué)生的專業(yè)技能訓(xùn)練與研究思路培養(yǎng)，通過帶領(lǐng)學(xué)生到野外及工程施工現(xiàn)場實(shí)習(xí)，從實(shí)際生產(chǎn)存在的問題中挖掘科學(xué)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(xué)術(shù)會議，及時了解專業(yè)領(lǐng)域的國際前沿，捕捉學(xué)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(xué)問題、解決研究過程中的疑惑，同時鍛煉學(xué)生的學(xué)術(shù)表達(dá)能力。
截至目前，沈鴻雁已培養(yǎng)出碩士研究生20余人，指導(dǎo)完成本科生畢業(yè)設(shè)計近70人；學(xué)生參與完成的科研成果獲國家發(fā)明專利1項(xiàng)，取得軟件著作權(quán)5項(xiàng)，在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊及學(xué)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(jìn)入國內(nèi)“雙一流”大學(xué)攻讀博士學(xué)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(xué)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(dá)到新高度，沈鴻雁與勘探地球物理一起成長。上課、做實(shí)驗(yàn)、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(yuǎn)，我們共同期待著他的下一次“質(zhì)變”。
記者：劉婧
