2017年11月28日，位于印度尼西亞巴厘島地區的阿貢火山發生了自21日以來規模最大、持續時間最長的噴發，造成十多萬名國際游客受到影響。

　　事實上，不論是火山噴發，還是地震頻發，或是南北極磁場的變化，以及大陸板塊的運動漂移，這些都是隱藏在地球深處的內部運動在地表形成的表象，它們也時時刻刻影響著人類的生產和生活。

　　如何探究地球深部的運動規律？火山地震等地質災害的發生發展過程是否可以模擬還原？地球深部的運動奧秘怎樣才能直觀展現？而這些正是李忠海一直致力研究的問題。

　　身為中國科學院大學地球科學學院研究員的李忠海博士，其主攻方向就是地球動力學數值模擬。多年來，他以理論計算和軟件程序開發為基礎，以大尺度數值模擬為主要手段，以大洋俯沖至大陸碰撞的動力學過程為研究對象，不斷提出和解決新問題，促進了相關學科的發展，并取得了多項具有國際影響力的創新性研究成果。在這條探秘地球運動的道路上，他說：“會腳踏實地，一步一步走下去。”

　　堅守十年 為興趣而前行

　　什么是計算地球動力學？

　　李忠海作了通俗易懂的解釋：“從字面意義上來講，就是研究地球，和我們種莊稼一樣修理地球，研究地球內部的運行機制，我們的目的是要了解地球內部是怎么運行的。”地球在演化過程中，會形成各種能源或礦產資源，這和我們的生活息息相關；但不可避免，同時也會帶來各種不同程度的地質災害。而弄清楚地球內部的運行機制，正是李忠海的研究對象和目標。

　　要用什么樣的方法或手段來實現研究呢？李忠海說：“我們通過數值模擬，換句話說也叫數字仿真，就是建立一個地球模型或者某一個區域的模型，通過一些實驗觀測到的數據把它給參數化，然后放在一些大型的并行計算機上去運算，來模擬地球的演化過程。”

　　要完成這項工作，李忠海說需要三樣東西，“一是軟件，二是硬件，三是在軟件和硬件的基礎上建立模型。”毋庸置疑，軟件至關重要。“這也是我當年在法國做博士后那兩年努力的原因，那兩年是最苦的兩年。”李忠海坦言。

　　走上研究地球動力學這條路，對李忠海來說則是一場意外，用他自己的話來說“一波三折”。

　　2001年，李忠海沖著土木建筑專業報考了上海同濟大學。眾所周知，同濟大學是我國著名的建筑老八校之一，最初李忠海選擇的是土木建筑專業，而因差陽錯的是他被分到了海洋學院，大學四年學習的都是與海洋相關的知識。

　　既選之，則安之。大學畢業時憑著優異成績，李忠海被保送到南京大學攻讀研究生，因為偏愛物理，他決定轉向地球物理專業。即使這時，他仍然沒有想好要走“科研”這條路。因為一向性格開朗外向的李忠海，認為自己應該在企業或職場上更能發揮自己的優勢或做出更大的成績；而“科研”這個冷板凳，則需要十年磨一劍。

　　幸運的是，在南京大學學習了兩年之后，李忠海于2007年參加了當時國家建設高水平大學的第一批出國項目，從此開始了在瑞士蘇黎世理工學院的2年學習和研究。意外的是，也就是從這個時候起，他正式踏上了研究“地球運動”的道路，因為他在計算地球動力學領域找到了自己的興趣點。

　　興趣是最好的老師，李忠海也一直在堅持做自己感興趣的事和研究。從2007年至今整整10年，這10年也是李忠海科研路上一個小小的節點。在這10年里，他一門心思做了科研這件事。

　　收獲頗豐 獲多項新成果

　　鍥而不舍，金石可鏤。10年來，在大洋俯沖動力學、大陸深俯沖及超高壓變質作用、 洋/陸轉換帶俯沖—碰撞動力學研究方向上，李忠海腳踏實地，更求新求變。正因為10年的專注和積累，突破和創新，如今，在專業研究領域李忠海和其團隊已取得了多項具有國際影響力的創新成果。

　　成果之一——“大洋俯沖動力學及俯沖帶地震波各向異性”。

　　大洋俯沖帶是板塊構造最重要的組成部分之一，其動力學過程的研究是固體地球科學的重要課題。

　　李忠海和其團隊采用邊界元算法，開發了一套三維地球動力學數值模擬軟件。該程序既可用于模擬大尺度的俯沖動力學、地幔形變等，又可用于計算微尺度的地幔礦物晶格優選定向及合成地震剪切波分裂等 。

　　此外，他們還解決了大洋板塊俯沖動力學的多個關鍵問題。同時，他們還采用不同俯沖板塊的幾何學特征進行了系統的數值模擬，建立了俯沖帶地震波各向異性的演化模型。相關研究成果得到了國際同行的一致好評，如美國加州大學圣地亞哥分校的科學家評論道：“該工作無論在數值模擬還是相關的地質分析方面，都具有非常高的質量，它終結了一些長久以來懸而未決的研究問題，是我近來讀到的最好的論文之一”。

　　成果之二——“大陸深俯沖及超高壓變質作用的數值模擬”。

　　大陸板塊通常緊接著相鄰的大洋俯沖的完結而開始俯沖和碰撞，在大陸碰撞的早期階段，最重要的事件之一就是高壓/超高壓變質巖石的形成和折返，這是過去30年里地球科學領域最重大的發現之一，但是其動力學機制一直存在較大的分歧，是尚待解決的重大科學問題。

　　李忠海和其團隊在甄別大量地質觀測結果的基礎上，針對重要的地質難題，建立了新的大陸深俯沖和折返過程的基本數值模型，并開展了一系列的動力學模擬研究。他們不僅厘定了大陸俯沖帶的壓力演化特征及構造增壓作用的效應，還揭示了俯沖角度對變質巖石折返的控制作用及其對印/藏碰撞的啟示，同時還驗證了蘇魯超高壓變質帶的多期次折返模式并揭示其動力學機制。相關研究成果被國際同行廣泛引用，并受邀發表了2篇相關綜述論文。

　　成果之三——“洋/陸轉換帶俯沖—碰撞動力學”。

　　在自然界中所有的會聚大陸板塊都有側向邊界，并經常與周圍的大洋板塊相鄰，發生互動。例如中—東特提斯構造帶自西向東分別是地中海的大洋俯沖帶、扎格羅斯大陸碰撞帶、Makran大洋俯沖帶、喜馬拉雅大陸碰撞帶以及東南亞的大洋俯沖帶。

　　這種洋/陸轉換帶俯沖/碰撞的動力學演化是聯系大洋俯沖和大陸碰撞的關鍵點，也是板塊會聚動力學領域一個重要的前沿問題。李忠海和其團隊在不斷攻克難點的同時，建立了新的三維數值模型，還發現了喜馬拉雅造山帶東緣深部結構探測新結果與數值模型相吻合。

　　相關研究成果同樣得到國際同行的好評：“該論文是最早的關于大陸碰撞的真正意義的三維高分辨率的數值模型之一”；“這是一項具有開創性、前沿性的工作”。同時，該研究成果提供了大尺度板塊會聚動力學研究的一個新的思路，迅速得到了國際上多個研究組的跟進。

　　腳踏實地 一步步走下去

　　在這個人人都在談創新的時代，李忠海對創新有著自己的理解。

　　他說，“創新固然重要，但更重要的是扎扎實實的一步一步往前走，每走一小步我覺得都是創新。”的確，李忠海是這樣做的，同時他也這樣培養自己的學生。

　　對于未來規劃，李忠海堅定表示，會沿著現在的路繼續走下去。“要立足中國，更要放眼世界。”在產學研合作方面，李忠海說：“也希望我們的技術方法能夠在企業中得到應用，目前已展開和企業的合作。”

　　“做實實在在的事，在專業方向上把我們的團隊打造成世界一流團隊，并且腳踏實地的一步一步走下去，這就是我們的初衷。”李忠海的話樸實而又篤定。

　　李忠海，中國科學院大學地球科學學院研究員，博士生導師。主攻地球動力學數值模擬方向，以理論計算和軟件程序開發為基礎，以大尺度數值模擬為主要手段，以大洋俯沖至大陸碰撞的動力學過程為研究對象。現已開發數值模擬軟件一套及可視化軟件數套。2005年本科畢業于 同濟大學海洋地質系；2010年博士畢業于南京大學地球科學系；2007—2009年，蘇黎世聯邦理工學院(ETH)，地球物理系聯合培養博士；2010—2012年，法國國家科研中心(CNRS)，流體力學實驗室(FAST)博士后。中國地質調查局第三批“青年地質英才”；中央組織部第五批“青年千人計劃”；國土資源部第二批“杰出青年科技人才”；2016年獲國家自然科學基金“優秀青年科學基金”。

一步一個腳印 探秘“地球運動”

圖文簡介

李忠海作了通俗易懂的解釋：“從字面意義上來講，就是研究地球，和我們種莊稼一樣修理地球，研究地球內部的運行機制，我們的目的是要了解地球內部是怎么運行的。10年來，在大洋俯沖動力學、大陸深俯沖及超高壓變質作用、洋/陸轉換帶俯沖—碰撞動力學研究方向上，李忠海腳踏實地，更求新求變。大陸板塊通常緊接著相鄰的大洋俯沖的完結而開始俯沖和碰撞，在大陸碰撞的早期階段，最重要的事件之一就是高壓/超高壓變質巖石的形成和折返，這是過去30年里地球科學領域最重大的發現之一，但是其動力學機制一直存在較大的分歧，是尚待解決的重大科學問題。例如中—東特提斯構造帶自西向東分別是地中海的大洋俯沖帶、扎格羅斯大陸碰撞帶、Makran大洋俯沖帶、喜馬拉雅大陸碰撞帶以及東南亞的大洋俯沖帶。