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資料顯示，我國深層、超深層油氣資源達671億噸油當量，占全國油氣資源總量的34%。
然而，找到這些更深處的油氣資源卻是一個世界難題。
中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司歷經(jīng)15年不懈攻關(guān)，形成了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的陸上寬頻寬方位高密度地震勘探關(guān)鍵技術(shù)與裝備，探測深度從5000米提升到10000米。
6月24日，2023年度國家科學技術(shù)獎在京揭曉，東方物探憑借此項目摘得國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。
這一“火眼金睛”是如何煉成的？背后有哪些鮮為人知的故事？他們又是如何攻克深層地質(zhì)目標觀測、高密度地震數(shù)據(jù)高效獲取、油氣目標精準識別等三大難題的？
復雜地質(zhì)目標從“測不全”到“測得全”
石油是一種重要的化石能源。除了作為重要的燃料和潤滑用途之外，石油還是基礎(chǔ)原料，與化工、醫(yī)藥、食品、紡織等行業(yè)密不可分。
“世界現(xiàn)代石油工業(yè)有160多年的歷史，尋找石油有地震勘探和重力、磁力、電法等非地震勘探方法，其中地震勘探最為常用，全球95%以上油氣田發(fā)現(xiàn)主要是依靠地震勘探。”東方物探高級專家何永清介紹。
什么是地震勘探？
地震勘探是通過人工激發(fā)地震波，接收地震波在地下巖層傳播中反射到地面的地震波場特征，進而處理分析獲取地下巖層物性和形態(tài)的地球物理勘探方法，被形象地比喻為“給地球做CT”。
“地震波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、震動強度和波形會隨地下介質(zhì)的彈性性質(zhì)以及幾何形態(tài)的不同而變化。”東方物探首席專家張慕剛解釋，比如地下有沒有儲存油氣的構(gòu)造及巖性都可以通過地震波推斷出來。
據(jù)介紹，地震勘探可分為數(shù)據(jù)采集、處理和解釋三大環(huán)節(jié)。
2022年6月24日，在柴達木盆地，超大地震數(shù)據(jù)接收儀在作業(yè)。東方物探供圖
采集是基礎(chǔ)，主要是人工地震信號的激發(fā)、接收、記錄等；處理是關(guān)鍵，是一個“去粗取精、去偽存真”的過程，將地震信號轉(zhuǎn)換為高信噪比、高分辨率的地下地層圖像；解釋是核心，通過綜合分析，將地層圖像信息轉(zhuǎn)換為地質(zhì)信息，識別出油氣儲層位置，并進行儲量預測分析、提供鉆探井位指導。
上個世紀，石油勘探主要集中在埋藏淺、油層厚的區(qū)域，勘探難度相對較小。進入新世紀以來，深度5000米以內(nèi)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單的油氣資源越來越少，要找到新油氣資源，必須向深層、超深層和復雜構(gòu)造等高難領(lǐng)域進軍。
然而，問題出現(xiàn)了。一方面，現(xiàn)有的地震波激發(fā)技術(shù)很難傳達到深度更深、結(jié)構(gòu)更復雜的巖層；另一方面，獲取到的地震波信號不夠清晰，無法對地下巖層的結(jié)構(gòu)和油氣儲存情況作出準確的判斷。
“以塔里木盆地為例，該盆地是典型疊合復合盆地，經(jīng)歷多次構(gòu)造演化，油氣多次運移調(diào)整，像一個摔碎的盤子又被踢了幾腳。”東方物探高級專家李明杰形象地比喻。
在這么復雜的構(gòu)造下，要看穿地下8000米甚至萬米以下的地層，并準確找到石油儲集體，對全世界的石油勘探工作者而言，都是一個難題。
“而且鉆一口5000米以上的深井，要花費數(shù)千萬甚至上億元，如果見不到油，錢就打了水漂。”李明杰說，要提高勘探的成功率，勘探技術(shù)必須實現(xiàn)從原有的“稀疏三維”向“高密度三維”轉(zhuǎn)型升級。
5月25日，東方物探勘探人員在新疆阿圖什市阿湖鄉(xiāng)的喀拉塔格山翻越斷崖。東方物探供圖
我國油氣勘探多為地上地下雙復雜地區(qū)，要實現(xiàn)高密度地震勘探，得到高信噪比、高分辨率和高保真的地震成像結(jié)果，必須解決多個瓶頸難題：采樣是否全面？采樣是否滿足解釋的要求？采集效率高不高？識別精度夠不夠？
東方物探技術(shù)研發(fā)團隊從根源出發(fā)，從基礎(chǔ)理論到實踐方法一點一點地探索，一個問題一個問題地探究。
2002年，他們開始探索如何進一步提高采樣密度，改善地震成像能力的方法和途徑。經(jīng)過幾年實踐和論證，2010年，正式提出“充分、均勻、對稱”高密度空間采樣新理念。
借助這一理念和技術(shù)突破，東方物探技術(shù)研發(fā)團隊如庖丁解牛般，一點點識破地球深處“肌理”。
在此理念基礎(chǔ)上，創(chuàng)新形成了一套以寬頻寬方位高密度為主要特征的系列方法、裝備和軟件，即“兩寬 一高”地震勘探技術(shù)。
“‘兩寬 一高’技術(shù)就好比用高清相機拍照片，‘寬方位’相當于從不同角度拍照片，可以看清地下全貌；‘寬頻’相當于彩色照片，看到的地下信息更豐富；‘高密度’相當于數(shù)碼相機的高像素，像素越高拍出來的照片質(zhì)量越好。”項目第一完成人、東方物探執(zhí)行董事張少華說。
地震數(shù)據(jù)從“采得慢”到“采得快”
“充分、均勻、對稱”高密度空間采樣新理念的提出，是地震勘探技術(shù)領(lǐng)域的一次創(chuàng)新，但真要付諸實施，卻也困難重重。
首先，要解決震源激發(fā)的問題。探測深度從五千米增加到八千乃至一萬米，地震波要到達這一深度并反射回來，需要沖擊力更大的震源。
東方物探自主研發(fā)了寬頻大噸位可控震源車。
2017年1月14日，東方物探研發(fā)的可控震源車在魯卜哈利沙漠中作業(yè)。東方物探供圖
“這臺震源車重30噸，輪胎有1米寬，車上有‘大方錘’。”東方物探高級專家馬磊介紹，“大方錘”是激發(fā)地震波的核心裝置——振動器，光這一個部件就有5噸重，相當于好幾輛家庭轎車。
別小看這個“大腳怪”，它的功能非常強大。在進行勘探作業(yè)時，可控震源車會先根據(jù)導航行駛到選好的地點，對地面進行連續(xù)的振動，就能產(chǎn)生251千牛的沖擊力。
“與炸藥震源相比，可控震源具有安全、環(huán)保和頻帶可調(diào)控等特點。”馬磊說，可控震源車發(fā)出的寬頻信號能夠穿透厚厚的地層，探測地下數(shù)千米甚至上萬米，都完全沒問題。
震源問題解決了，還有一個數(shù)據(jù)采集的效率問題。
最初，野外地震勘探通常采用一組可控震源的作業(yè)方式。
“就是在一個探點完成震源激發(fā)和數(shù)據(jù)采集后，再到下一個探點，這樣工作效率特別低。”張慕剛介紹，后來隨著技術(shù)的發(fā)展，可以多個震源同時采集，但兩個震源之間要相距12千米以上。
之前，地震數(shù)據(jù)采集慢的問題還不突出，但實施高密度方法后，采集點數(shù)成倍增長，再按原來的方式作業(yè)，勘探周期大幅延長。
談到采集效率的突破，記者在采訪中聽到了一個故事。
2011年，東方物探與幾家國際知名物探公司同臺競標國際市場一個石油勘探項目。
面對甲方提出日效3萬炮的高要求，東方物探勇敢地接了下來。
項目接下來了，但如何做好？唯有技術(shù)創(chuàng)新。
“經(jīng)過不懈攻關(guān)，最終，我們發(fā)明了時間-空間-頻率組合的高效混疊采集方法與大道數(shù)接收裝備，一方面可控震源間隔由12千米縮短到500米，而且可控震源可以同時激發(fā)；另一方面，數(shù)據(jù)采集最大接收道數(shù)由萬道級提升至30萬道級，同步誤差由毫秒級降至微秒級。”東方物探國際勘探事業(yè)部總工程師汪長輝說，同樣的項目，利用以前的技術(shù)需要3年完成，而利用這套技術(shù)和方法僅需要3個月。
創(chuàng)新永無止境。
為了進一步提升效率，東方物探還研制了全球首套數(shù)字化地震作業(yè)管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)50組以上的可控震源高效協(xié)同作業(yè)，平均日效由不足千炮提升至3萬炮，并在阿曼創(chuàng)造了5.49萬炮的全球最高日效記錄。
1月15日，東方物探工作人員在吉林松原八郎鎮(zhèn)的冰面上進行施工作業(yè)。東方物探供圖
油氣目標從“探不明”到“探得準”
塔里木盆地高效探明克深-克拉、博孜-大北兩個萬億方大氣區(qū)，四川盆地川南地區(qū)深層頁巖氣萬億方大氣區(qū)……近年來，中國石油集團在油氣勘探上捷報頻傳。
說起其中的“奧秘”，離不了東方物探的“智慧大腦”——地震數(shù)據(jù)處理解釋軟件。
高密度，就意味著大數(shù)據(jù)。如何把數(shù)千倍甚至數(shù)萬倍的海量數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為可視的深層地質(zhì)圖像？
寬方位，就意味著多視角。如何將不同角度的地震數(shù)據(jù)進行解析和解譯，發(fā)現(xiàn)油氣“藏”在哪里？
大型地震處理解釋軟件是其中最關(guān)鍵的因素。否則，前面的工作做得再好、數(shù)據(jù)采集得再準，也毫無意義。
“可以說，地震數(shù)據(jù)處理與解釋技術(shù)決定著勘探的成果，也是衡量一個國家物探技術(shù)水平的關(guān)鍵指標。然而，20年前，國內(nèi)大型地震數(shù)據(jù)處理解釋軟件長期依賴進口，東方物探也不例外。”東方物探高級專家陶春峰介紹。
2003年4月，東方物探組建大型軟件研發(fā)團隊，多學科奮力攻關(guān)，研發(fā)出我國第一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超大型地震數(shù)據(jù)處理解釋一體化軟件，填補了國內(nèi)空白。
歷經(jīng)一次次迭代，一次次升級，在應用中軟件功能不斷完善，應用范圍不斷拓寬。
5月16日，東方物探勘探隊員行走在新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)的秋里塔格“刀片山”上。東方物探供圖
2015年，針對“兩寬 一高”地震數(shù)據(jù)屬性特征、大數(shù)據(jù)量和高計算效率的要求，東方物探成功推出全球首套五維數(shù)據(jù)處理解釋軟件，不僅成為我國工業(yè)軟件的杰出代表，更成為全球三大物探主流軟件之一。
基于“兩寬 一高”技術(shù)，再加上五維數(shù)據(jù)處理解釋軟件的強力加持，地下油氣目標看得越來越清晰。
“兩寬 一高”地震數(shù)據(jù)帶來了豐富的地震屬性信息，實現(xiàn)了地下信息的充分挖掘，降低了油氣目標識別的多解性。
通過一系列五維處理解釋技術(shù)實施，慶城頁巖油、富滿超深層、準噶爾瑪湖、古龍頁巖油等項目地震勘探資料信噪比、成像精度顯著提升。
“‘兩寬 一高’地震勘探技術(shù)經(jīng)過15年攻關(guān)應用，實現(xiàn)了萬米探測的歷史性突破，為我國油氣重大發(fā)現(xiàn)和持續(xù)增儲上產(chǎn)提供了有效支撐。”張少華說，科技創(chuàng)新永遠在路上，他們將持續(xù)推進物探技術(shù)進步，為國家能源事業(yè)貢獻物探領(lǐng)域的專業(yè)力量。（河北日報記者 王敬照 陳華 王璐丹）
對話
“只有不斷創(chuàng)新，才能闖過一道道難關(guān)”
6月24日，全國科技大會、國家科學技術(shù)獎勵大會、兩院院士大會在京召開。會后，記者對“陸上寬頻寬方位高密度地震勘探關(guān)鍵技術(shù)與裝備”項目第一完成人、東方物探執(zhí)行董事張少華進行了專訪。
圖為6月24日拍攝的張少華（中）所在團隊。東方物探供圖
記者：此次團隊斬獲國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎，含金量極高。首先，恭喜您和您的團隊。請問，最初聽到這個消息時，您的心情是怎樣的？
張少華：為國找油找氣是我們物探人最大的價值追求。做了這么多年物探，能夠獲得國家的認可，我們感到非常榮幸，也深受鼓舞。這不僅是一項榮譽，更是一份沉甸甸的責任、一個新的起點，未來要做的事情還很多。
記者：多年來，您帶領(lǐng)研發(fā)團隊在陸上石油勘探領(lǐng)域突破了多項關(guān)鍵技術(shù)和應用瓶頸，不斷推動我國陸上地震勘探技術(shù)升級換代，實現(xiàn)了由技術(shù)跟跑到全球領(lǐng)跑的歷史跨越，有什么秘訣？
張少華：其實也沒什么訣竅，就是需求驅(qū)動。一個是國家找油找氣的戰(zhàn)略需求，一個是企業(yè)全球化發(fā)展的技術(shù)需求。
國際物探市場是一個開放的市場競爭環(huán)境，參與全球競爭必須有自己的核心技術(shù)。當前，東方物探正在率先打造世界一流企業(yè)，我們更要有自己的“金剛鉆”，牢牢將核心技術(shù)掌握在自己手中，只有不斷創(chuàng)新，才能闖過一道道難關(guān)。
同時，企業(yè)要做科技創(chuàng)新的主體，加強產(chǎn)學研結(jié)合，深化協(xié)同創(chuàng)新，持續(xù)打造面向全球的創(chuàng)新生態(tài)，實現(xiàn)從原始創(chuàng)新到迭代升級的科技創(chuàng)新之路。
記者：您從一名普通的研發(fā)工程師逐漸成長為企業(yè)帶頭人。結(jié)合個人經(jīng)歷，您認為青年科技工作者如何才能更快成長？
張少華：我們正趕上國家、行業(yè)、企業(yè)的快速發(fā)展期。每個人的成長，自身努力非常重要，但企業(yè)的平臺作用更不可忽視，沒有好的平臺，個人價值很難實現(xiàn)。
當下創(chuàng)新環(huán)境、創(chuàng)新氛圍和支持政策更好，青年科技工作者要做的就是把個人才華努力融入國家需求和企業(yè)發(fā)展，腳踏實地進行技術(shù)創(chuàng)新。
技術(shù)創(chuàng)新道路上，總會遇到困難和挑戰(zhàn)，要耐得住寂寞，吃得了苦。只有咬定青山不放松，才能守得云開見月明。
記者：在工作中，您是如何培養(yǎng)年輕人的？
張少華：年輕人最有創(chuàng)新活力和熱情，是我們事業(yè)的接班人。我會鼓勵年輕人到生產(chǎn)實踐中去磨礪、去創(chuàng)新、去成長，我們企業(yè)則負責給他們壓擔子、搭臺子、架梯子。
做工程，不能脫離實際，搞工程的科研人員也不能脫離實際。只有在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，才能不斷促進技術(shù)的進步。
在東方物探，我們實施“揭榜掛帥制”“賽馬制”，聚焦關(guān)鍵核心技術(shù)和“卡脖子”技術(shù)，建立“揭榜掛帥”攻關(guān)任務庫，不論資質(zhì)不設門檻，有本事就可揭榜。
記者：下一步，在陸上石油勘探領(lǐng)域還有哪些計劃和打算？
張少華：目前，我國陸上石油勘探正向地球深部進軍，深層超深層復雜構(gòu)造油氣勘探已經(jīng)成為必然趨勢。科技創(chuàng)新既要“快速突破”支撐當前，也要“久久為功”引領(lǐng)未來。
作為石油人，我們對“測得全”“采得快”“探得準”的追求是無止境的。在方法技術(shù)和軟件層面，我們將深化觀測設計、高效采集、成像分析和油氣識別方法，同時結(jié)合人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，優(yōu)化軟件功能和性能，進一步提高勘探效率和勘探精度。
在裝備研究方面，研發(fā)更大噸位的寬頻震源，提升深層穿透能力，克服野外復雜環(huán)境的影響，進一步提升海量數(shù)據(jù)獲取效率。
同時，我們還將繼續(xù)拓寬該技術(shù)的應用范圍，比如應用于煤田地質(zhì)、工程地質(zhì)、固體礦、地熱勘探、城市地下空間以及地質(zhì)災害預防等領(lǐng)域，讓它在保障國家能源安全和支持國民經(jīng)濟發(fā)展方面發(fā)揮更加廣泛的作用。（采訪/河北日報記者 王璐丹 陳華）
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