踐履篤實納米地質情 創新不息科技強國夢
文／朱曉蘋
▲ 2013年11月,琚宜文教授作為發起人在第476次香山科學會議上做主題評述報告
20世紀80年代，納米科技得到迅猛發展，并廣泛滲透于多個學科，帶動化學、物理學、生物學、醫學、材料學和微電子學等領域發生了群體性技術革命， 成為一門集前沿性、交叉性和多學科特征于一體的新興研究領域。同時，納米理論在地學中的發展潛力也在不斷凸顯，尤其是在像琚宜文等當代地質學家孜孜以求、執著忘我的不懈努力下， 對納米科學與地質科學各分支相結合產生的新興學科進行了系統的分析，形成了納米地球觀，在國際上構建了一個全新的納米地質學學科，全面闡述了納米地質學及納米成藏成礦領域重大和前沿科學問題，并探討了其發展趨勢。使人類在認識和改造自然方面邁上了一個新臺階，為礦床與
材料的勘探、非常規與新能源的開發和利用、環境污染和地質災害的預防與治理等問題提供了新的理論依據，具有深遠的科學意義和不可估量的應用價值。
琚宜文，中國科學院大學地球與行星科學學院長聘教授、博士生導師、美國弗吉尼亞理工大學高級研究學者。多年來專注于能源盆地構造、非常規能源（包括煤層氣、頁巖氣、致密氣、地熱等）地質與開發、煤系地質以及納米地質與成藏成礦系統等方面的研究，在納米地球科學，以及結合微納米尺度的研究在頁巖氣富集特征及其機理、煤層氣地質與產出水化學特征、煤炭開發過程中的碳排放以及尼泊爾—中國西藏喜馬拉雅區域新生代盆地與儲層演化等國際前沿領域取得了多項重要突破,為地球科學的發展開拓了新的研究領域。近年來,作為項目負責人先后主持了國家自然科學基金重點項目和面上項目、國家科技重大專項課題、國家“973”項目課題、中國科學院戰略先導性科技專項課題等20多項;在重要學術期刊發表論文200多篇, 其中SCI檢索論文90 多篇,EI檢索論文60 多篇,出版學術專著3部;獲得省部級以上科技進步獎和自然科學獎等7項; 已受理或授權國家發明專利7項。
肩擔使命,默默探索謀發展
面對一個新物,往往都需要有一個接受的過程,而對于一個
新學科的形成則更需要一代代科研工作者經過無數次的論證、總結才得以推動。雖然我國自20世紀80年代后期開始思考并探索納米地學問題，在納米地球科學研究的起步和發展階段就已處于世界的前沿。但面對納米地質學發展的新機遇，我國仍需保持自主創新的優勢，不斷探索發展。琚宜文和納米地質學領域的專家們都希望能夠借助納米科學和地質學的研究手段、經驗和成果，綜合納米地質學各分支學科的研究進展，在國際學術交流與合作研究的基礎上，充分發揮多學科交叉的優勢，開拓納米地質學及納米成藏成礦的全新領域，建立納米地質學國際性的學術組織，以全球視野謀劃和推動我國的自主創新能力，為保證我國納米地質學研究繼續處于國際學術前沿提供強有力的支撐。
近6年的時間里，琚宜文已經作為申請人和會議執行主席先后兩次舉辦香山科學會議。其中， 2013年11月5～7日，在北京舉辦的以“納米地質學及納米成藏成礦前沿科學問題”為主題的香山科學會議第476次學術討論會上， 他同與會專家主要圍繞“納米礦物學與巖石學：納米晶格與表面效應以及巖礦成因；納米構造地質學與地球化學：納米變形與化學行為及其機理；納米能源地質學與礦床學：納米成藏成礦效應及動力學機制；納米地球科學與環境和災害問題：新的前景與挑戰”等中心議題進行深入討論并提出了建議。
會議期間，琚宜文教授做了題為“納米地質學與納米成藏成礦重大科學問題”的主題評述報告，總結了納米地質學及各個分支學科的研究進展，并對該領域的重大和前沿科學問題進行了歸納和凝練，由此深入探討了納米地質學未來的發展趨勢。此次香山科學會議的籌辦與召開在國內外科技界引起了強烈反響，與會專家的真知灼見更是揭開了中國納米地球科學的新篇章。
人才無疑是一門新學科發展的最大動力，為此，琚宜文教授作為申請人并代表中國科學院大學創建了國際上第一個納米地質專業委員會，不僅對于探索納米地球科學具有深遠意義，同時有助于集中優勢科研力量，凝練一支高水平的學術團隊，解決我國納米地球科學及其成藏成礦中面臨的重大科技問題。
為了更好地吸納國際領域納米地球科學的研究成果，琚宜文教授曾作為大會學術委員會主席舉辦3次納米地球科學國內外重要會議。作為特約主編組織“納米地質學”“Emergin gNanogeosciences”和“納米地球科學”國內外專刊（正刊）以及作為特約編委組織“Nanomi - neralogy”的編輯與出版；“納米地質學”擬入編新版的《地球科學大辭典》。作為國際AAPG 學術年會（美國）、歐亞經濟論壇（西安）非常規油氣資源分會、國際軟巖理論與技術研討會（北京）、喜馬拉雅-喀喇昆侖- 青藏高原地質國際學術會議（法國）、中澳非常規天然氣學術大會（澳大利亞）等國內外重要會議主持人/主席主持會議或做特邀學術報告，在業界擁有較高的聲望，也為我國納米地質學的發展做出了重要貢獻。
志存高遠，執著前行拓新篇
科學的意義就在于在慢慢的輕盈步履中探究更多不為人知的奧秘。近年來，隨著地球科學領域的學者逐漸認識到從納米尺度認知地球物質運動過程的重要性，研究范圍廣泛涉及地球以及行星各圈層納米尺度特性及其成因，從而導致了納米地質學的興起，并大大擴展了地球科學各個領域的應用前景，也為21世紀地球科學的發展帶來革命性的飛躍。那么，納米地質學到底蘊含著哪些值得探索的奧秘？
作為納米地質學基本概念的提出者，琚宜文在對前人的研究進行總結和歸納的基礎上，融入自己的最新研究結果，進而給出了這樣的解釋：納米地質學是以納米科學與地質學為依托，以納米技術與地學研究方法為手段， 以固體地球物質為研究對象，對地球各圈層中已知或有待探知的納米顆粒和納米孔隙進行深入研究，從而揭示地球演化過程中納米效應與地學現象的關系及其成因規律的科學。
與此同時，琚宜文進一步厘清了納米地質學的基本內涵以及主要研究方向，包括從納米尺度深入探討：納米巖礦與表面效應以及巖石成因；天然納米微粒和納米孔隙的形成與演化機制；納米變形特征及其形成機制；納米地球化學過程及其行為；納米成藏效應及其機理；納米成礦作用及其成礦模式；納米礦物與碳基和新型復合材料：資源潛力及加工應用；納米地質學與災害和環境問題：地質災害及其防治、環境演變及其調控、環境污染及其修復中的納米地球科學；納米科技應用于地球巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈等各圈層及其相互作用的研究；納米地球科學的研究技術與方法；從超微尺度詳細解讀地球演化和地球發展的信息等。
對納米科技與地質科學結合產生的各分支學科，琚宜文同樣進行了系統分析，將其劃分為納米礦物學、納米巖石學、納米地球化學、納米構造地質學、納米能源地質學、納米礦床學、納米地震地質學和納米環境地質學等多個細分學科。
通過實踐探索，琚宜文教授深入闡明了有機巖（煤巖、含有機質頁巖）和其他巖類及其變形的微納米尺度特征，首次揭示了有機巖與其他巖類及其變形的微納米結構演化機理，為納米地球科學的進一步發展鋪墊了道路。
正如琚宜文所預言：“納米地球科學的興起和發展必將帶來地學領域革命性的挑戰”。“嫦娥奔月”工程首席科學家歐陽自遠院士同樣指出：“納米地球科學將是地球科學研究的一條必經途徑”；曾任美國礦物學和地球化學學會主席的Hochella教授認為：“納米技術將帶來地球科學一場新的革命”。因此，琚宜文相信，在跟蹤世界地學的發展趨勢中，能更加清醒地認識到新階段賦予納米地質領域的重任。
“著眼當前，放眼未來。我們要圍繞著世界納米地學前沿領域、圍繞著全球關注的重大納米地質問題開展創新研究，集中解決納米地質領域的關鍵前沿問題，促進納米地質學在深度、廣度和高度上發展，敢于提出更多具有中國鮮明地質特點的創新理論，引領世界納米地質學領域的發展方向，推動中國納米地質學的全面開展。”琚宜文對納米地質學的未來篤定而自信。
▲ 2016年5月，琚宜文在美國阿巴拉契亞盆地北部進行頁巖地質調查與采樣
嚴謹求實，步行千里跬步積
不積跬步無以至千里，不積小流無以成江海。對常年與地質科學對話的琚宜文來說，他何嘗不明白點滴積累對于厚重積蘊的重要意義，更明白滄海桑田并非一朝一夕就能形成的真諦。他唯有沉下去，用心傾聽，執著探究，才有可能探知其一二。在探究納米地質學的同時，他在頁巖氣富集特征及其機理，煤層氣地質與產出水化學特征等領域也開展了極為深入的研究，并取得了眾多突出成果。
關于頁巖氣富集特征及其機理，琚宜文在對美國阿巴拉契亞盆地Marcellus海相頁巖儲層巖相分析的基礎上，闡明了我國四川盆地龍馬溪組海相頁巖儲層特征，劃分了其儲層微相類型，并應用于儲層評價；首次闡明了不同于國內外海相頁巖的華北海陸交互相頁巖物質組成與孔裂隙特征，并揭示了海相與海陸交互相頁巖差異演化機理；進一步查明了中國不同類型頁巖的保存條件，并與美國頁巖儲層地質條件進行了綜合性對比分析，對中國頁巖氣的勘探開發有重要的指導意義。
關于煤層氣地質與產出水化學特征，琚宜文系統闡明了中國東部礦區煤層氣的形成過程和機制、不同成因煤層氣的分布和富集特征，對復雜地質條件下煤層氣的勘探開發具有重要指導意義。德國工程院院士Brian Horsfield教授對此項成果給予了高度評價。另外，琚宜文不僅闡明了中國華北地區煤系復雜的水文地球化學演化過程及水化學特征，還進一步揭示了生物成因氣的生成機理，因此獲得受理或授權國家發明專利，以及省部級科技進步二等獎以上等獎勵。與此同時，琚宜文還首次闡明了中國華北地區煤系氣源巖生物標志物組成和生物降解特征，建立了不同生物標志物的生物降解程度判別方法，明確了有機質生物降解對煤層氣資源量的貢獻。
琚宜文還在國際上提出了具有創新意義的關于井工開采過程中甲烷新排放因子的瓦斯含量算法，重點考慮了采動影響系數、原煤瓦斯含量、殘存瓦斯含量和煤炭的產量；并由此計算了全國各區域以及全國近10年煤炭開發過程中的碳排放總量。
總而言之，琚宜文取得的一系列科研成果，不僅達到國際先進水平，也為我國能源開發提供了理論依據和技術支撐，同時對地球科學的發展起到了很好的促進作用，讓科學家們繼續深入對地球奧秘的探究充滿更多的期待和信心。
心懷家國，大愛演繹人生路
作為一位大學教授、博士生導師，琚宜文的社會責任更多地體現在如何將自己的真知灼見在傳道授業解惑中傳播到更廣闊的層面，將最前沿的思想帶給更多的學生并引領實踐，從而為社會的進步、國家的發展做出更大的貢獻。這種心懷家國的責任與擔當，被他演繹出了別樣的精彩。
在教學中，琚宜文教授從2006 年3月開始， 開設過3 門研究生專業基礎課：《能源地質學》（包括常規能源與非常規能源地質兩部分），《盆地分析》和《盆地與能源研究進展與前沿問題》。他編著的《中國北部能源盆地構造》獲華東地區高等學校出版社優秀教材與著作一等獎；《構造煤結構及其物性》獲華東地區高等學校出版社優秀教材與著作二等獎；2009年，《盆地分析》研究生課程，獲中國科學院研究生院優秀課程。
近年來，隨著中國科學院大學課程改革，琚宜文作為首席教授主講了研究生核心課程《能源地質學》，每一學年被學生均評估為優秀。他還多次在夏季學期中組織了由國外教授講授的《非常規天然氣資源》以及國內院士和多位知名專家講授的《盆地與能源研究新進展》課程，受到了學生們的好評，并邀請國際知名專家來學校進行學術報告與學術交流，提高了學校相關課程教學的國際影響力。
作為博士生導師，琚宜文已經指導博士研究生和碩士研究生40多名；作為合作導師培養博士后10多名。如今，很多已經畢業的學生都開始為國家發展貢獻力量，其中，他培養的研究生已入選中組部第十三批國家“青年千人計劃”；他作為合作導師培養的博士后，獲得國家自然科學基金委員會“優秀青年科學基金” 資助； 另一位博士后， 獲得過“教育部新世紀優秀人才支持計劃”等。
科研的嚴謹，教學的用心， 其實都和琚宜文那顆拳拳的愛國心分不開。2019年10月1日，他作為全國科技工作者的代表在北京天安門廣場參加了慶祝新中國成立70周年“放飛夢想”方陣聯歡活動，且表演動作絲毫不比年輕人遜色。對于已經56歲的他來說，在以舞、唱等綜合類盛大慶典中演出是不占優勢的，但這是一個難得的、向國慶獻禮的機會。用他自己的話說就是：“我是新中國培養起來的科研人員。我是農民出身，曾在煤礦基地工作15年，后來又從事科研工作， 我覺得我是踩著國家發展的節拍，和國家共同奮進的。祖國承載我，我奉獻祖國。我的每一項科研成果都離不開國家的支持， 所以當有這樣一個機會來表達我對祖國的熱愛時，無論如何，我都必須參與。”
為了完成此前的排練任務， 琚宜文不僅沒有丟下本職工作， 也沒有耽誤任何一次彩排，而是減少了自已的休息時間。比如好幾次都是在參加各種會議的過程中臨時返京，僅回家休息一兩個小時，就啟程去彩排現場。為了不拖大家的后腿，琚宜文總是虛心地向年輕人學習，很快就掌握了全套動作要領。于是，這位在“放飛夢想”方陣的聯歡人群中年齡最長的學術界“大腕兒”， 成了人們眼中的“舞林高手”， 而他這種積極向上的態度和滿腔熱情，更是給在場的年輕人樹立了很好的榜樣。
未來已來，創新不息應萬變
預支五百年新意，到了千年又覺陳。憶往昔，琚宜文所走過的人生路恰是一條創新強國之路，尤其是在納米地質學研究領域，無不體現著他在思維方式上的創新。 看當下， 未來已經來到，世界瞬息萬變，該如何應對納米地質學領域更加深入的科研難題？他的回答是，唯有以只爭朝夕的拼搏、勇往直前的豪邁，繼續步履鏗鏘、激情滿溢地走下去，從而以不變應萬變，用科技護衛我們的美好家園，改善人類生存環境，實現人類宜居地球的美好愿景，助力“美麗中國夢”“科技強國夢”。
（責任編輯：張閃閃）
▲ 2018年6月，琚宜文在貴陽2018年納米地球科學國際學術研討會上擔任大會主席，并與其研究團隊（部分成員）合影
