新闻纵深丨油气勘探的“火眼金睛”如何炼成？

  2022年6月24日，在柴达木盆地，超大地震数据接收仪在作业。（资料片）

  资料显示，我国深层、超深层油气资源达671亿吨油当量，占全国油气资源总量的34%。

  中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司历经15年不懈攻关，形成了具有完全自主知识产权的陆上宽频宽方位高密度地震勘探关键技术与装备，探测深度从5000米提升到10000米。

  6月24日，2023年度国家科技奖在京揭晓，东方物探凭借此项目摘得国家技术发明奖一等奖。

  这一“火眼金睛”是如何炼成的？背后有哪些鲜为人知的故事？他们又是如何攻克深层地质目标观测、高密度地震数据高效获取、油气目标精准识别等三大难题的？

  1月15日，东方物探工作人员在吉林松原八郎镇的冰面上进行实施工程作业。（资料片）

  石油是一种重要的化石能源。除了作为重要的燃料和润滑用途之外，石油还是基础原料，与化工、医药、食品、纺织等行业密不可分。

  “世界现代石油工业有160多年的历史，寻找石油有地震勘探和重力、磁力、电法等非地震勘探方法，其中地震勘探最为常用，全球95%以上油气田发现主要是依靠地震勘探。”东方物探高级专家何永清介绍。

  地震勘探是通过人工激发地震波，接收地震波在地下岩层传播中反射到地面的地震波场特征，进而处理分析获取地下岩层物性和形态的地球物理勘探方法，被形象地比喻为“给地球做CT”。

  “地震波在介质中传播时，其路径、震动强度和波形会随地下介质的弹性性质以及几何形态的不同而变化。”东方物探首席专家张慕刚解释，比如地下有没有储存油气的构造及岩性都能够最终靠地震波推断出来。

  采集是基础，主要是人工地震信号的激发、接收、记录等；处理是关键，是一个“去粗取精、去伪存真”的过程，将地震信号转换为高信噪比、高分辨率的地下地层图像；解释是核心，通过综合分析，将地层图像信息转换为地质信息，识别出油气储层位置，并进行储量预测分析、提供钻探井位指导。

  上个世纪，石油勘探大多分布在在埋藏浅、油层厚的区域，勘探难度比较小。进入新世纪以来，深度5000米以内、地质结构相对比较简单的油气资源慢慢的变少，要找到新油气资源，必须向深层、超深层和复杂构造等高难领域进军。

  然而，问题出现了。一方面，现有的地震波激发技术很难传达到深度更深、结构更复杂的岩层；另一方面，获取到的地震波信号不够清晰，无法对地下岩层的结构和油气储存情况作出准确的判断。

  “以塔里木盆地为例，该盆地是典型叠合复合盆地，经历多次构造演化，油气多次运移调整，像一个摔碎的盘子又被踢了几脚。”东方物探高级专家李明杰形象地比喻。

  在这么复杂的构造下，要看穿地下8000米甚至万米以下的地层，并准确找到石油储集体，对全世界的石油勘探工作者而言，都是一个难题。

  “而且钻一口5000米以上的深井，要花费数千万甚至上亿元，如果见不到油，钱就打了水漂。”李明杰说，要提高勘探的成功率，勘探技术必须实现从原有的“稀疏三维”向“高密度三维”转型升级。

  我国油气勘探多为地上地下双复杂地区，要实现高密度地震勘探，得到高信噪比、高分辨率和高保真的地震成像结果，一定要解决多个瓶颈难题：采样是否全面？采样是不是满足解释的要求？采集效率高不高？识别精度够不够？

  东方物探研发技术团队从根源出发，从基础理论到实践方法一点一点地探索，一个问题一个问题地探究。

  2002年，他们开始探索如何进一步提高采样密度，改善地震成像能力的方法和途径。经过几年实践和论证，2010年，正式提出“充分、均匀、对称”高密度空间采样新理念。

  借助这一理念和技术突破，东方物探技术开发团队如庖丁解牛般，一点点识破地球深处“肌理”。

  在此理念基础上，创新形成了一套以宽频宽方位高密度为主要特征的系列方法、装备和软件，即“两宽一高”地震勘探技术。

  “两宽一高技术就好比用高清相机拍照片，宽方位相当于从不同角度拍照片，可以看清地下全貌；宽频相当于彩色照片，看到的地下信息更丰富；高密度相当于数码相机的高像素，像素越高拍出来的照片质量越好。”项目第一完成人、东方物探执行董事张少华说。

  2017年1月14日，东方物探研发的可控震源车在鲁卜哈利沙漠中作业。（资料片）

  “充分、均匀、对称”高密度空间采样新理念的提出，是地震勘探技术领域的一次创新，但真要付诸实施，却也困难重重。

  首先，要解决震源激发的问题。探测深度从五千米增加到八千乃至一万米，地震波要到达这一深度并反射回来，需要冲击力更大的震源。

  “这台震源车重30吨，轮胎有1米宽，车上有大方锤。”东方物探高级专家马磊介绍，“大方锤”是激发地震波的核心装置振动器，光这一个部件就有5吨重，相当于好几辆家庭轿车。

  别小看这个“大脚怪”，它的功能非常强大。在进行勘探作业时，可控震源车会先根据导航行驶到选好的地点，对地面进行连续的振动，就能产生251千牛的冲击力。

  “与炸药震源相比，可控震源具有安全、环保和频带可调控等特点。”马磊说，可控震源车发出的宽频信号能够穿透厚厚的地层，探测地下数千米甚至上万米，都完全没问题。

  “就是在一个探点完成震源激发和数据采集后，再到下一个探点，这样工作效率特别低。”张慕刚介绍，后来随着技术的发展，可以多个震源同时采集，但两个震源之间要相距12千米以上。

  之前，地震数据采集慢的问题还不突出，但实施高密度方法后，采集点数成倍增长，再按原来的方式作业，勘探周期大幅延长。

  2011年，东方物探与几家国际知名物探公司同台竞标国际市场一个石油勘探项目。

  “经过不懈攻关，最终，我们发明了时间-空间-频率组合的高效混叠采集方法与大道数接收装备，一方面可控震源间隔由12千米缩短到500米，而且可控震源可以同时激发；另一方面，数据采集最大接收道数由万道级提升至30万道级，同步误差由毫秒级降至微秒级。”东方物探国际勘探事业部总工程师汪长辉说，同样的项目，利用以前的技术需要3年完成，而利用这套技术和方法仅需要3个月。

  为了进一步提升效率，东方物探还研制了全球首套数字化地震作业管理系统，可实现50组以上的可控震源高效协同作业，平均日效由不足千炮提升至3万炮，并在阿曼创造了5.49万炮的全球最高日效记录。

  塔里木盆地高效探明克深-克拉、博孜-大北两个万亿方大气区，四川盆地川南地区深层页岩气万亿方大气区近年来，中国石油集团在油气勘探上捷报频传。

  说起其中的“奥秘”，离不了东方物探的“智慧大脑”地震数据处理解释软件。

  高密度，就意味着大数据。如何把数千倍甚至数万倍的海量数据，转换为可视的深层地质图像？

  宽方位，就意味着多视角。如何将不同角度的地震数据进行解析和解译，发现油气“藏”在哪里？

  大型地震处理解释软件是其中最关键的因素。否则，前面的工作做得再好、数据采集得再准，也毫无意义。

  “可以说，地震数据处理与解释技术决定着勘探的成果，也是衡量一个国家物探技术水平的关键指标。然而，20年前，国内大型地震数据处理解释软件长期依赖进口，东方物探也不例外。”东方物探高级专家陶春峰介绍。

  2003年4月，东方物探组建大型软件研发团队，多学科奋力攻关，研发出我国第一套具有自主知识产权的超大型地震数据处理解释一体化软件，填补了国内空白。

  历经一次次迭代，一次次升级，在应用中软件功能不断完善，应用范围不断拓宽。

  2015年，针对“两宽一高”地震数据属性特征、大数据量和高计算效率的要求，东方物探成功推出全球首套五维数据处理解释软件，不仅成为我国工业软件的杰出代表，更成为全球三大物探主流软件之一。

  基于“两宽一高”技术，再加上五维数据处理解释软件的强力加持，地下油气目标看得越来越清晰。

  “两宽一高”地震数据带来了丰富的地震属性信息，实现了地下信息的充分挖掘，降低了油气目标识别的多解性。

  通过一系列五维处理解释技术实施，庆城页岩油、富满超深层、准噶尔玛湖、古龙页岩油等项目地震勘探资料信噪比、成像精度显著提升。

  “两宽一高地震勘探技术经过15年攻关应用，实现了万米探测的历史性突破，为我国油气重大发现和持续增储上产提供了有效支撑。”张少华说，科技创新永远在路上，他们将持续推进物探技术进步，为国家能源事业贡献物探领域的专业力量。（河北日报记者王敬照陈华王璐丹）

  6月24日，全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会在京召开。会后，记者对“陆上宽频宽方位高密度地震勘探关键技术与装备”项目第一完成人、东方物探执行董事张少华进行了专访。

  记者：此次团队斩获国家技术发明奖一等奖，含金量极高。首先，恭喜您和您的团队。请问，最初听到这个消息时，您的心情是怎样的？

  张少华：为国找油找气是我们物探人最大的价值追求。做了这么多年物探，能够获得国家的认可，我们感到非常荣幸，也深受鼓舞。这不仅是一项荣誉，更是一份沉甸甸的责任、一个新的起点，未来要做的事情还很多。

  记者：多年来，您带领研发团队在陆上石油勘探领域突破了多项关键技术和应用瓶颈，不断推动我国陆上地震勘探技术升级换代，实现了由技术跟跑到全球领跑的历史跨越，有什么秘诀？

  张少华：其实也没什么诀窍，就是需求驱动。一个是国家找油找气的战略需求，一个是企业全球化发展的技术需求。

  国际物探市场是一个开放的市场竞争环境，参与全球竞争必须有自己的核心技术。当前，东方物探正在率先打造世界一流企业，我们更要有自己的“金刚钻”，牢牢将核心技术掌握在自己手中，只有不断创新，才能闯过一道道难关。

  同时，企业要做科技创新的主体，加强产学研结合，深化协同创新，持续打造面向全球的创新生态，实现从原始创新到迭代升级的科技创新之路。

  记者：您从一名普通的研发工程师逐渐成长为企业带头人。结合个人经历，您认为青年科技工作者如何才能更快成长？

  张少华：我们正赶上国家、行业、企业的快速发展期。每个人的成长，自身努力非常重要，但企业的平台作用更不可忽视，没有好的平台，个人价值很难实现。

  当下创新环境、创新氛围和支持政策更好，青年科技工作者要做的就是把个人才华努力融入国家需求和企业发展，脚踏实地进行技术创新。

  技术创新道路上，总会遇到困难和挑战，要耐得住寂寞，吃得了苦。只有咬定青山不放松，才能守得云开见月明。

  张少华：年轻人最有创新活力和热情，是我们事业的接班人。我会鼓励年轻人到生产实践中去磨砺、去创新、去成长，我们企业则负责给他们压担子、搭台子、架梯子。

  做工程，不能脱离实际，搞工程的科研人员也不能脱离实际。只有在实践中发现问题、解决问题，才能不断促进技术的进步。

  在东方物探，我们实施“揭榜挂帅制”“赛马制”，聚焦关键核心技术和“卡脖子”技术，建立“揭榜挂帅”攻关任务库，不论资质不设门槛，有本事就可揭榜。

  张少华：目前，我国陆上石油勘探正向地球深部进军，深层超深层复杂构造油气勘探已经成为必然趋势。科技创新既要“快速突破”支撑当前，也要“久久为功”引领未来。

  作为石油人，我们对“测得全”“采得快”“探得准”的追求是无止境的。在方法技术和软件层面，我们将深化观测设计、高效采集、成像分析和油气识别方法，同时结合人工智能和大数据技术，优化软件功能和性能，进一步提升勘探效率和勘探精度。

  在装备研究方面，研发更大吨位的宽频震源，提升深层穿透能力，克服野外复杂环境的影响，逐步提升海量数据获取效率。

  同时，我们还将继续拓宽该技术的应用场景范围，比如应用于煤田地质、工程地质、固体矿、地热勘探、城市地下空间以及地质灾害预防等领域，让它在保障国家能源安全和支持国民经济发展方面发挥更加广泛的作用。（采访/河北日报记者王璐丹陈华图片均由东方物探提供）