炼就油气勘探的“火眼金睛”——记2023国家科学奖技术发明奖一等奖陆上宽频宽方位高密度地震勘探关键技术与装备

编者按 2023年度国家科学技术奖6月24日在北京揭晓，共评选出250个获奖项目，其中一批石油和化工领域的成果获奖。这些获奖项目不仅代表了我国石油和化工行业科技领域的最高成就，还成为了推动社会进步和经济发展的强大动力。本版今日起推出《2023国家科技奖成果巡礼》系列报道，将这些获得国家科技奖的优秀成果进行展示，以期能带领各位读者走进科技前沿，感受创新的力量。

距离地表万米之下，是珍贵的油气资源。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%。然而，找到这些埋藏在地球深处的油气资源却是一个世界难题。

　　中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司(以下简称东方物探)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，将探测深度从5000米提升到10000米。

　　在近日召开的国家科学技术奖励大会上，该项目摘得国家科学奖技术发明奖一等奖。这一项目的背后有哪些不为人知的故事?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、油气目标精准识别三大难题的?

　　复杂地质目标：从“测不全”到“测得全”

　　“寻找石油有地震勘探和重力、磁力、电法等非地震勘探多种方法，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说。

　　此前，石油勘探主要集中在埋藏浅、油层厚的区域，勘探难度相对较小。之后，深度5000米以内、地质结构简单的油气资源越来越少，要找到新油气藏，必须要向深层、超深层和复杂构造等高难领域进军。

　　“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说。

　　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。

　　“钻一口超过5000米的深井，要花费数千万元甚至上亿元，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”的转型升级。

　　但是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，面临诸多挑战。

　　2002年，东方物探的技术研发团队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，他们于2010年正式提出了“充分、均匀、对称”高密度空间采样新理念。

　　在此理念基础上，他们创新形成了一套以“宽方位、宽频、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，宽频带相当于彩色照片，看到的地下信息更丰富；宽方位相当于从不同角度拍照片，可以看清地下全貌；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。”东方物探执行董事、该项目第一完成人张少华介绍道。

　　地震数据：从“采得慢”到“采得快”

　　“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5000米增加到8000米乃至1万米，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。

　　“这就是我们自主研发的宽频大吨位可控震源车。”东方物探高级专家马磊介绍道，“这台震源车重30吨，轮胎的宽度达到了1米，‘头上’长着几根长长管子的‘大方锤’就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。”

　　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，低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。

　　震源问题解决了，还有一个数据采集的效率问题。

　　最初，野外地震勘探通常采用一组可控震源的作业方式。“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。”东方物探首席专家张慕刚介绍，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，勘探周期将大幅延长。

　　为了进一步提升效率，东方物探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纪录。

　　油气目标：从“探不明”到“探得准”

　　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……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”，可离不了东方物探的“智慧大脑”——地震数据处理解释软件。

　　高密度，就意味着大数据。如何把数十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，东方物探研发出我国第一套拥有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。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，成为全球三大物探主流软件之一。

　　基于“两宽一高”技术，再有了五维数据处理解释软件的强力加持，地下油气目标看得越加清晰。

　　“两宽一高”地震数据带来了丰富的地震属性信息，五维数据处理解释软件将炮检距和方位角两个属性引入处理解释，研发了专有处理解释方法，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，成为了我国复杂区勘探利器。

　　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、保定凹陷等地震勘探资料信噪比、成像精度显著提升，构造刻画精准，助推油气勘探不断突破。

　　“‘两宽一高’地震勘探技术经过持续攻关应用，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。