如何做科学研究

如何做科学研究—不是说教，个人感悟，仅供参考李曙光我的科研背景：通过大别山研究的故事谈如何做研究华北陆块秦岭大别山杨子陆块苏鲁我从1983年开始做大别山研究，2010年有关研究获国家自然科学二等奖，历时27年。全球现在可划分为7大主要板块，在历史上它们不断新生，消灭，分裂，合并。板块边界可分为3类：背离边界（洋中脊），汇聚边界（俯冲带），转换断层。板块构造理论前：Wegener－大陆漂移说－地图的启示50年代，英国人Runcon等通过测量南美洲和非洲同时代岩石的剩磁，发现1.5亿年前二者确实是整体，即大西洋还没有打开60年代根据海洋地质研究的进展提出了海底扩张说才使板块构造理论得以产生并被学术界接受。海洋磁异常＋同位素定年→海底扩张理论扩张的海底洋壳在大洋边部海沟处俯冲消减在部分洋盆的边缘会出现海沟，海沟另一侧有岛弧，这里是地震高发区。震源深度从海沟向岛弧逐渐加深，这一震源带称为Benioff带。它表明洋壳在这里向地幔深部俯冲。俯冲洋壳由于T,P增高而脱水，变质。俯冲洋壳释放的水流体交代上覆的楔形地幔，使其发生部分熔融产生岛弧玄武岩浆。如果洋中脊死亡，不再产生新的洋壳，则由于俯冲洋壳的不断消减，洋盆会不断缩小，最后关闭，导致原洋盆两侧大陆碰撞。板块运动的6个阶段—Wilson旋回•胚胎期：地幔上涌，大陆裂开，如东非裂谷。•幼年期：岩石圈进一步破裂，形成初始洋盆，如红海。•成年期：海底扩张，洋盆扩大，出现成熟大洋盆地，如大西洋。•衰退期：洋盆一侧或两侧出现海沟，洋壳俯冲削减，洋盆面积开始缩小，如太平洋。•残余期：洋中脊不再活动，随着洋壳消减，只剩下一狭窄海盆，如地中海。•消亡期：洋盆消失，洋盆两侧大陆碰撞拼合，形成碰撞造山带，如喜马拉雅山，它是特提斯洋消亡导致印度陆块与亚洲大陆碰撞形成的。柯石英80公里：Chopin,1984,Geology;Smith,1984,Nature金刚石120公里:Xuetal.,1992,Science特殊矿物出溶结构200公里:Yeetal.,2000,Nature当大陆碰撞时，一侧大陆地壳可俯冲到200-300公里深柯石英80km金刚石120km特殊矿物出熔160-200km斯石英？300kmLiuetal.,Science,inreview背景介绍：80年代中期大陆地球动力学的最重要发现：两个重要科学问题：1，华北和华南陆块何时碰撞的？2，超高压变质岩是如何从100Kmde1深度快速折返的？3篇代表性论文是怎样出炉的？华北与杨子陆块的碰撞及含柯石英榴辉岩的形成：时代与过程，Chem.Geol.1993,被SCI引用244次。2010年他引290次榴辉岩中多硅白云母的过剩Ar来自榴辉岩矿物Sm-Nd,Rb-Sr和40Ar/39Ar法定年的证据，Chem.Geol.1994,已被SCI引用138次。2010年他引138次中国中部大别山双河超高压变质岩及其围岩的Sm-Nd和Rb-Sr年代学及冷却史，Geoch.Cosmoch.Acta,2000,已被SCI引用118次。2010年他引177次据WebofScience网的统计，截至2009年8月1日，全球超高压变质作用和大陆深俯冲方面研究成果引用率最高的前30篇论文（引用频次≥162次）中，年代学论文有9篇，本项目占3篇，其中LiS.G.etal.（1993,ChemicalGeology）名列第三；在前30篇论文中大陆学者有6篇，本项目占3篇。这说明本项目的研究成果在全球（包括阿尔卑斯、挪威、北哈萨克斯坦、大别－苏鲁和柴北缘等）超高压变质岩研究领域处于国际前列。（据2009年在西宁召开的第八届国际榴辉岩会议材料，ChineseSci.Bull.，2009）这3篇论文在全球超高压变质岩研究中的位置这三篇论文是如何出炉的？如何做研究的方方面面：•严守科学研究道德规范。•如何选题？•科研成果要经得起检验。•要肯于付出，做艰苦细致的工作。•不回避矛盾；白云母中过剩Ar被发现的故事。•咬定青山不放松做深入研究。•集中兵力打歼灭战。•尊重事实，修正错误，用科学精神进行研究。•发表论文要重质量。•如何培养兴趣？•如何学习？•科学思维能力的训练（1）严守科学道德规范•做科学研究必须严守科学道德规范。•为此。必须树立正确观念：将科学研究当成事业来做，而不仅是谋生手段。•科学研究的两重性：探求真理和职业。•将追求真理作为从事科学研究的首要目标。•我们并不否认个人利益，但存在以谁为主的问题。有了这一基本人生态度，才能严守科学研究道德规范。（2）如何选题？抓有重要意义的问题，占领前沿制高点。•提高科研品位和科学鉴赏力。•多看高水平文献，听高水平报告，参与高水平讨论。•不能眼高手低，在实践中不断提高。•要有不甘平庸的创新意识。•科学突破有机遇（需要条件成熟），要敏感的抓住机遇，抢占先机。•但是科研有时是“有心栽花花不开，无心插柳柳成荫”。我是如何选择大别山超高压变质岩年代学课题的？•原来计划是想研究造山带地幔组成，发现所测幔源超镁铁岩的Nd同位素组成异常低，无法解释，陷入困境。•测定了大别山一个榴辉岩Sm-Nd年龄，查文献才了解榴辉岩的产出构造背景，知道它可以指示陆块碰撞时代。•1989年我报道大别山第一个榴辉岩Sm-Nd年龄时，大别山榴辉岩中也发现了柯石英。从此，大别山超高压变质岩成为国际研究热点。•体会：1，在科学实践中发现有意思问题，不能空想。2，不断学习，努力理解任何观察资料的意义。3，关心其它学科进展，思考它对本领域的影响。研究生的博士论文研究选题问题•研究方向，导师指导为主。它受制于（1）导师的研究经验和积累；（2）要有项目经费支持。•具体课题，研究生要发挥主观能动性。开始，要在老师指导下读文献，参加做一些具体研究，了解情况，积累经验。在这一过程中，要主动扩大文献阅读防卫，发现问题，提出自己的研究想法和思路，与老师交流。•新手学习选题过程是曲折的，有好老师指导可迅速走向前缘，是一种幸运。（3）科研成果要经得起检验。关键：做事要认真，一丝不苟。•我最早用同位素年代学方法测定了华北和华南陆块的碰撞时代是230百万年，该结论在国内经过长达10年的争论才获得公认。•大别山榴辉岩Sm-Nd年龄的初步结果1989年在中国科学发表后，国内不少学者也纷纷测定大别山榴辉岩年龄，发表了从太古代、元古代、到古生代各种年龄，引起很大争议。但最终国内外大量研究证明我的结果是对的。•1993发表在Chem.Geol.的相关论文是国际上第一篇系统报道大别山超高压变质岩Sm-Nd年龄的文章。因此，到2010年初该文被SCI他引290次，成为该研究领域经典论文。•成功秘诀：在显微镜下严格挑选被测定矿物。我出国进修的最大收获之一是了解到应如何认真、严格地去做科学研究。正是这一点导致我以后科研工作的成功。研究生的三严精神训练•读文献，要抓精读训练。要精读本专业50篇文献，做到每句话，每个词，每张图能正确理解；每个公式会自己推导；每个图线会自己计算。不能似懂非懂，半瓶子醋。博士要写两份不同领域的文献调研报告，老师要严格审核，把关。开题报告答辩要更多提问基本原理问题，考察是否真懂了。•实验三严训练：必须以严肃态度对待实验违规问题。任何研究生必须服从实验室管理老师和助研的管理，三次违规，停止实验，做自我反省检查。•文章严格把关：（1）写垃圾论文还是写高水平论文？博士第一篇论文必须是高水平的，这是为自己学术生涯立标杆。（2）写文章过程是科学思维能否严密的训练，要请多人评论，提批评意见。（4）要肯于付出，做艰苦细致的工作—不入虎穴，焉得虎子•被测定矿物样品必须新鲜、无蚀变的道理人人都懂，为什么还有人未在显微镜下对样品进行严格挑选就对样品进行测定呢？•显微镜下挑矿物太枯燥、太艰苦了。•投入－产出关系：不付出超过常人的努力，就不可能获得超过常人的结果。•几个其它实例：金刚石内含石榴石包体的Nd同位素测定；第一个榴辉岩金红石精确U-Pb年龄测定。（5）不回避矛盾；白云母过剩Ar被发现的故事。•大别山榴辉岩Sm-Nd年龄和Ar-Ar年龄矛盾：Sm-Nd（2点高压矿物等时线）230MaAr-Ar（多硅白云母）400-1000Ma类似矛盾在Alps也发生。•可能解释：（1）多硅白云母含过剩Ar（与传统认识矛盾）；（2）高压矿物Sm-Nd同位素不平衡。•设计试验验证：对同一样品用三种不同方法测定。多点Sm-Nd和Rb-Sr等时线法测定结果一致，证明平衡。Ar-Ar年龄异常高，证明多硅白云母含过剩Ar。•体会：不要回避矛盾。发现矛盾，探索产生矛盾的原因，就会有新发现。这就是创新的过程。（6）咬定青山不放松做深入研究•93年形势：大别-苏鲁带超高压变质岩的三叠纪形成时代随着多硅白云母过剩Ar的发现，以及越来越多的Sm-Nd。U-Pb年龄的发表已广泛被国际同行接受。面临问题：同位素年代学向何处去？大别山的红旗还能打多久？•未解决的科学问题：超高压变质（UHPM）岩的折返过程与机制。•新的挑战：用同位素年代学方法测定UHPM岩石的T-t冷却曲线可揭示折返过程。该工作要求年龄误差5Ma。决定啃这个”硬骨头”。（搞科学要有敢啃硬骨头的精神）这才有了双河超高压变质岩片各类岩石的Sm-Nd、Rb-Sr同位素体系和冷却T-t曲线研究，首次揭示了超高压变质岩及其围岩有相同的2次快速冷却历史。成果发表在GCA（2000），截止到2010年初SCI他引177次。（7）集中兵力打歼灭战•基础研究是国际竞争，只有第一，没有第二。在我们研究条件不占优势的条件下，要想在竞争中获胜，就必须在关键科学问题上，集中兵力打歼灭战。•摆正争项目与搞研究的关系。研究项目不要贪多。项目过多必然分散精力，影响研究深入。•集中兵力的关键是要懂得放弃。放弃一些项目经费，放弃一些贪多嚼不烂的过多目标。•我过去20年来，一直把最主要精力放在我关注的超高压变质年代学研究上来，钱能够维持研究工作就行，不揽过多的项目。搞科研不是为赚钱。说到底，这又涉及到人生观。（8）尊重事实，修正错误，用科学精神进行研究•科学研究就是对自然界进行精确、完整的观察，并对观察资料给出合理的解释。前者是基础，是第一位的；后者即“理论”或“模型”，它不是教条，仅是对观测资料的解释，观测资料变了，“理论”或“模型”也要变。不要害怕实验、观测资料与已有理论或预想冲突。•我在大别山俯冲陆壳与上地幔的相互作用研究中走过的弯路：早期做的碰撞后镁铁质岩石定年和相互作用模型都出现过错误，后来自己主动纠正。•要清醒：人都可能犯错误，要有自省精神；自然是复杂的，要警惕少犯瞎子摸象的错误；任何理论、模型的正确性都是相对的，真理不可穷尽，不可故步自封。这也是人生态度问题。（9）发表论文要重质量。•一篇高质量论文，给人以启迪，在学术界能产生较大影响。好的学术声誉不是靠论文数量，而是靠高质量论文赢得的。相反，众多低质量，或重复性论文只能影响其学术声誉。我一生论文数量不是很多，但平均引用次数较高，这点令我欣慰。•培养研究生也要重质量，不能贪多。我至今已培养获得学位的硕士+博士共计才10名，但对每一名学生我都倾注了全部精力，并保障他们有充分的研究经费和学术交流机会。这是对学生负责，也是对国家负责。SCI论文引用信息据美国ISIESSENTIALSCIENCEIndicatorsSM2005年1月1日公布SCI论文引用检索资料，地学领域(Geosciences)中国学者(ChinaScientists)于1994.1.1至2004.10.31期间在SCI论文被引频次达到500次以上并进入国际前2000名的有6位：名次姓名论文数引用数平均引用率226安芷生(AnZS)77123916.09443刘东生(LiuTS)7193613.18724郑永飞(ZhengYF)7075210.74914李曙光(LiSG)3366720.211145丁仲礼(DingZL)5360111.341588朱日祥(ZhuRX)855035.92获得博士学位为什么要发表论文？•能够用英文书写并在本学科主流期刊发表科学论文是