科学故事 | 穿透地层的“千里眼”——记中国石化胜利物探院总工程师秦宁


我妈妈是给地球拍照的“医生”

“妈妈,这是你吗?”

一天,女儿举着一张照片,兴冲冲地来到我面前,好像发现了什么秘密。我一看,原来是我穿着白大褂,在单位机房的工作照片呀。
“是啊,怎么了?”
女儿很好奇:“妈妈,你是医生吗?为什么要穿白大褂呢?”
“对啊,妈妈的工作和医生差不多。”
“可你的工作不是找石油吗?怎么会和医生差不多呢?”
我摸了摸女儿的头:“有时,医生为了找出病因,会给病人拍CT,CT片子能帮助医生拥有‘透视眼’,可以快速找到人体内生病的地方。而妈妈的工作呢,是给地球‘拍CT’,目的是为了寻找和发现藏在地下的石油。”
女儿说:“原来,我妈妈是给地球拍照片的医生呀。”

▲女儿看到我穿白大褂的照片,以为我是医生

亲爱的读者,现在,请你想象一下,你来到医院,医生对你说:“拍个CT看看吧。”

你照着医生的话,躺到CT机上。机器对着你360度照一圈,然后就会把它“拍”到的信息打印在纸上。

看过这些信息,医生就可以判断你的病情,考虑下一步怎么治疗了。

而我的工作是给地球“拍CT”。

地球那么大,当然不可能对它进行360度的检查。我们只能站在地面上,通过铺设到地里的仪器设备,来激发和接受信号。这些数据会传输到电脑上,通过处理和分析,告诉我们地下哪里藏着石油。

知道石油在哪里,我们就可以确定“手术”位置,“开刀”将石油给挖出来啦。

提到石油,你首先想到的是,黑乎乎的、又粘又稠的原油,你肯定想不到,我们的日常生活已经离不开石油了:刷牙的牙刷,洗脸的毛巾,佩戴的口罩,装东西的塑料袋,身上穿着的衣服,背着的书包……制作这些东西的核心原料,都要用到石油。

可以说,石油和我们的生产与生活,息息相关。


我是怎样当上“医生”的
你会不会好奇,给地球“拍CT”的“医生”,我是怎么当上的呢?

这还要从我小时候讲起。

小时候,我时常会听见外面传来“轰”的一声巨响,震得房子都在晃动。

我很奇怪:“又没有过年,是谁在放炮玩?”

终于有一天,我见到了那些放炮的人。

那是一群穿着红色工衣的叔叔,他们有的背着成捆的线缆,在空旷的田野里挖洞;有的在一辆装着各种仪器的大车上,操作着设备。

▲野外的地震采集接收装置

我很好奇,上前去问:“叔叔,你们怎么都穿着红色的衣服呢?”

一个叔叔回答我说:“因为我们要经常坐车去户外工作,红色工作服非常醒目,离开时就比较容易找到人。”

“那你们在做什么啊?”

“我们在找石油。”

“挖洞就能找到石油吗?”

“不是哦,我们挖洞是要往里面放炸药,这样就可以通过放炮搜集资料,寻找石油了。”

那时候,谁家有电视机都会被围观,车上却满是先进的设备和仪器,看着工人叔叔摆弄它们,围观的我也充满了各种好奇。

“靠放炮,就能找到石油?这也太神奇了吧。”

从那时起,石油在我的心里,埋下了一颗神奇的种子。后来,读书、上学,这颗“种子”每一天都在萌芽,现在的工作,就把孩时的梦想变成了真正的现实。

刚才说到我小的时候,红色工衣的叔叔为什么靠放炮,就能找到石油呢?

长大后,我才知道这种方法叫做“地震勘探”,是地球物理勘探的一种方法。

放炮,是为了形成人工地震。

不要害怕哦,这种地震的强度并不大,你离得近了才会感觉到炮声。我们一般会选择在晚上进行,晚间的过往车辆少,环境噪音比较小。

在进行地震勘探之前,我们会先做好准备,了解地下的大致构造是什么样的,有没有石油,在哪个位置会有。

在选定好的地方,我们会设计一些点位,在地面安放接收装置——检波器。然后,挖洞埋下炸药,引爆炸药就会引发地震,地震会形成地震波。检波器会把地震波的信息数据记录下来,发送给电脑。通过电脑软件的处理分析,我们就可以穿透地层,看到深处的地层结构和形状了。

▲野外采集得到的地震数据
整个过程,我们都要严密地监控和指挥,以保证一次成功。因为一次完整的地震勘探,要耗费很多资金,出现任何差错,都是一种浪费。

破解数据背后的油藏密码
地震勘探大多是在冬天施工的。

为什么要选冬天呢?这也是有讲究的。

一方面,是为了尽量不损害农作物。例如北方,冬天的时候,地里不会有什么庄稼,爆破的影响就会比较小。

另一方面,是地震勘探需要在地里放置检波器。夏天多雨,地面多淤泥,检波器放不稳,不利于数据的检测。冬天的泥土很坚实,就没这种烦恼啦。

在进行地震勘探的野外采集工作时,我往往一待就是一整天。

出门前,我会做好准备:带上简单的食物,穿上好几层的棉衣、棉裤。

野外的风,冰冷刺骨,不用多久,我就会被冻得手发麻,脚冰冷,嘴唇发紫。

这还不是最大的挑战。

对一个女同志来说,最大的挑战是野外没有厕所,非常不便。

同事们都劝我:“你一个女孩子,待在驻地就行了,不用到现场。”

▲我和同事在野外现场工作

可我觉得:“不到现场,就无法了解实际情况。不看到原始数据,就会对分析定位问题感到不安。”

只要能解决问题,这些困难对我来说,都算不上什么。

另外,除了偶尔户外的一些现场工作,我的主要工作还是对着电脑处理和分析资料。

一个工区三维采集的地震数据非常庞大,至少有10TB,相当于1万部电影的容量。

▲存放地震数据的磁带库

也许你会觉得查看那么多数据,是一件枯燥且费时的事。

但对我来说,却是乐在其中。

在观看资料的过程中,我总不断在思考:“该用哪些数据?如何筛选出有价值的数据?如何让地下油藏片子呈现得更加完美?”

这些片子,或许能给地质人员的勘测工作带来有效帮助。当你经过数月的努力,终于拿到了自己亲手处理的地下构造成像剖面的时候,你就会觉得所有的辛苦都没有白费。

做中国人自己的“千里眼”

随着多年的开采,地下石油的寻找与发现,变得越来越困难。

怎么办呢?

我们迫切需要一种软件,能够赋予我们看穿地层的“千里眼”能力,找到更复杂隐蔽的油气藏,拍出更高清的照片。

2014年,我参与了海外项目的投标工作。由此,我了解到外国公司的商业软件不仅报价高,而且禁止用户使用其商业软件参与投标。

这让我清醒地认识到:任何核心技术都是买不来、要不来、讨不来的,中国人要想挺直腰杆做勘探,就必须走自主研发之路。

我们必须研发自己的软件,不能被别的国家卡着脖子走!

一开始,我们团队想的是,先模仿再优化。但是,自研软件的测试结果与商业软件的结果总是对不上,效果怎么都不如人家的好。

于是,我抛开借鉴的念头,决心从“0”开始,从最基本的地震波动方程出发。

▲我用从地下取出来的岩心分析计算地震波速度

我白天学习处理软件,晚上查阅文献,推导公式、编写代码。为解决一个程序问题,为调试一个参数,反复试验删掉十多次是常有的事。

那段时间,我就像着了魔一样,满脑子都是成像的模型和公式。吃饭想,走路想,就连晚上睡觉的时候,脑袋里还在“放电影”。

可是,这样的瓶颈问题,并不容易突破。往往是晚上想到办法,很兴奋,白天一做实验,又灰心了。

有一天,我工作到深夜,还是没能找出问题所在,只能先回家休息。
这时,外面正下着暴雨,周遭漆黑一片。因为看不清路况,我开车很小心。
突然,车子狠狠地震了一下,把我吓了一跳。
我赶紧下车查看:原来是车轮陷进了坑里,轮胎爆了。
当时,我站在车前,被明亮的车灯照得有些睁不开眼。我下意识转头,就在这一刹那,我的心里乐开了花。
你会不会奇怪,车坏了我怎么还开心呢?
因为我看到打向远方的灯光时,瞬间有了灵感:一盏灯的亮度和照射范围有限,但是,多盏灯叠加到一起,就能照得更亮、照得更远!
那个雨夜,车灯的光穿透了困扰我多时的迷雾,照亮了未来前进的道路。

我和团队成员进一步讨论方案、重建流程。经过近百次的测试分析,我们终于突破了技术上的瓶颈,成功研发出了高精度成像软件模块。

▲我和团队成员在讨论攻关方案

能看穿地层的“千里眼”,诞生了!

这大大提高了地下油气藏的成像精度,为一大批高产油井的发现提供了技术支撑。这也打破了国外技术垄断,保障了国家的能源安全!

▲我们为地下拍的高清照片

转眼间,给地球“拍CT”的这项工作,我已经做了近20年。我和团队一步一个脚印,不断突破着技术的瓶颈,不断发现着石油的新储量。

年少时,为祖国寻找石油的愿望,终于成真了。

《万物皆有理:地球中的物理》
国连杰,申俊峰/著 电子工业出版社
《地球运转的奥秘》
微光/主编 吉林科学技术出版社
《中国地球物理学学科史》
中国地球物理学会/编著 中国科学技术出版社
文章来源/《科学故事会》2023年5-6月合刊
文/秦宁
采编/杨佳羽
审校/《科学故事会》编辑部

END

创建时间:2023-12-21

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