中国工程院院士李庆忠
提起石油和石油勘探,很多人会马上想起铁人王进喜和他握着刹把钻井的形象,却不知道真正寻找石油的尖兵是石油地球物理勘探工作者。目前我国95%以上的石油地质储量就是他们通过物探方法找到的。
中国石油地球物理勘探界唯一的院士李庆忠,就是一名物探人。在过去40多年的勘探实践中,为我国新疆克拉玛依油田、大庆油田、胜利油田及塔里木盆地寻找新的后备资源做出了重要贡献。他站在地质、物理、数学的结合点上,为现代地震勘探的两大支柱技术——三维地震勘探和偏移归位技术——的发展,做出了突出贡献。他和同事们做出了中国第一张三维归位构造图,他的两步法偏移技术比国外早五年,应用这些先进技术,各油田大幅度增加了石油探明储量,一个个鲜为人知的勘探区变成了繁忙的石油开采基地。
一 戈壁、雪原上的日子
李庆忠1952年从清华大学物理系毕业时,和当时很多年轻人一样,主动要求到到最艰苦的岗位上去。1953年,他被分配到了新疆中苏石油公司地质调查处,在茫茫戈壁滩上迈出了他物探事业的第一步。
在新疆他一呆就是八年。那时条件很艰苦,准格尔大沙漠荒无人烟,只有他们赶着骆驼在做重磁力测量。白天在太阳下毒晒,晚上就在零下二三十度的野外露营。搞重磁力测量,每个人都会遇到很多危险,有的探勘队员甚至被冻死、淹死,被狼群吃掉。李庆忠说和那些牺牲了的同志相比,自己受的一点苦算不上什么。
1961年,走出茫茫戈壁的李庆忠又走入了皑皑白雪覆盖的大庆,参加轰轰烈烈的大庆三年会战。当时正是全国困难时期,粮食严重缺乏,李庆忠患上了浮肿病,并且每天耳鸣不止。可他只有一个念头:只要能让祖国摘掉贫油国的帽子,再苦再累也心甘。
东北的冬天很冷,站在出工探勘的敞篷车上,李庆忠他们每次两腿都冻得发僵,以至下车后要直立蹦跳好久才能正常行走。但无论是戈壁滩漫天风沙的无情磨砺,还是东北雪原难以忍耐的寒冷与痛苦,都阻碍不了他如火的热情与执著的追求。他抓紧一切可以利用的时间,大量攻读地质、数学、物理等方面书籍,结合大量的勘探资料,进行地球物理勘探中地震方法的研究。
二 不轻信、不守旧的指导思想
“从实际出发,认真调查研究,不轻信前人,不因循守旧”是李庆忠一贯的指导思想。在这种科学精神的指导下,李庆忠站在地质、物理、数学的结合点上,提出了三维地震勘探方法及原理、两步法偏移成像技术,为现代地震勘探作出了突出贡献。
1964年,李庆忠从大庆油田调到山东东营,参加了胜利油田勘探开发的大会战。东营会战刚开始时,由于常规二维地震资料不准,找油出现了困难:不是深度有较大误差,就是断层位置不对。胜利油田也因此有了“五忽油田”之称:忽油忽水、忽上忽下;忽有忽无、忽稀忽稠、忽厚忽薄。尽管前人在地震方法研究方面也曾经做过大量的实验,但都不能解决问题。面对着如此棘手而又亟待解决的问题,时任地质指挥所副指挥的李庆忠迎难而上,从实际出发,总结了二维地震资料与钻井资料不符的原因,于1966年在国际上首次提出了三维地震勘探的方法和原理,这一方法能够像CT一样使地下结构得到正确的“偏移归位成像”。1967年又与俞寿朋等人在东营——辛镇油田上作试验,获得了第一张三维归位构造图,为对这个储量为亿吨级的复杂断块油田的详探及开发起到良好的指导作用。1978年他总结此项工作并代表中国在美国SEG(勘探地球物理家协会)第48届年会上第一次宣读论文,得到国内外学者专家的热烈欢迎与好评。
“所谓地震勘探,形象说就是医生的听诊器。医生听人身体内部的情况,我们听地下的回声。通过听回声,可以知道反射波在什么地方深、什么地方浅,可以深入了解地底下的构造情况。这就是最简单的地震方法找石油的原理。”李庆忠作了形象的解释。
20世纪五六十年代,国内外地震勘探始终使用几何地震学理论作基础。这种理论对复杂地质结构会造成很大误差。通过对大量地震勘探资料的分析和实地调查,李庆忠从地震波的基本性质出发,在1965年至1969年间,系统研究并发展了“波动地震学”的基本概念。由于文化革命的影响,李庆忠“波动地震学”的研究工作搁浅了。直到1972年,他的21万字的长篇论文《地震波的基本性质——复杂断块区的反射波、异常波与干扰波》才得以发表。文章系统阐明了反射波、异常波及干扰波的物理特征,使地震勘探技术从几何地震学领域进入波动地震学;并从成像理论出发,最早提出“积分法绕射波扫描迭加偏移”技术。1975年,该技术在北京大学国产150计算机上投产,成功地处理了山东商河西地区的资料,获得我国第一批迭加偏移剖面。其构造成像准确、断层清晰,使该区两年内探明石油储量5400万吨,从一个不为人知的勘探新区建成年产40万吨的石油基地。
科学研究的道路上李庆忠永不满足。从1974年开始,他在胜利油田又组织了我国第一片束状施工的三维地震,有效克服了多次波的干绕,导致了后来新立村油田的发现,一年之内探明储量1100万吨。而当时美国还只是使用“十字形三维”和“环状三维”,还不能克服多次波干扰。
由于三维地震勘探的偏移归位技术需要花费计算机的大量内存和大量的输入输出运行时间,而我们国家直到上世纪80年代初,还一直没有大型计算机。为了能在中小型计算机上做三维偏移归位,李庆忠1974年首创用“两步法偏移”实现三维归位,该方法使得中小型电子计算机也能处理三维地震资料;当时其效率也比国际上“一步法”高数百倍。八十年代后,我国三维地震资料处理中,绝大数油田一直在使用两步法偏移技术。该方法的论文比国外早五年发表。
李庆忠当年开始提出波动地震学时,并不被人接受,但是他毫不动摇。文革中即使遭到了强烈的批判和冲击,他仍坚信从实践出发得出的结论经得起时间检验。实践证明,三维地震勘探技术已经是我国勘探发现油田的重要措施,以及老油田进一步挖潜的重要手段,偏移成像技术也几乎成为地震勘探中不可缺少的重要一步。
三 为石油奉献了一生
李庆忠对物探技术倾注了全部心血,为祖国的石油事业奉献了自己的全部青春。在李庆忠身上,我们看到的是中国老一代知识分子的精神和品格。
作为一名科学家,李庆忠始终坚持实事求是的科学精神,坚定不移地维护物探技术的科学性。1985年开始,美国的GI地球物理公司声称找到了一种直接找油、找煤、找水的新方法,蒙骗了我国很多单位和研究者。李庆忠对待伪科学毫不留情,撰写论文全面揭露,使得该伪科学风潮得以平息。美国另一家世界地球物理公司在1980年代发明了一种灵敏度很差的重力梯度仪后,在中国到处招摇,并骗取了数千万元人民币。李庆忠本着实事求是的精神,调查了所有相关资料后,1997年在《石油地球物理勘探》上撰文,从理论到实践的各方面揭露了该设备的伪科学本质,从而使其退出了勘探市场。
李庆忠始终心系物探事业。无论是曾经奋战在物探第一线时,还是现在在“后方”搞科研。近年来,他相继发表了《陆相沉积地震地层学若干问题》、《近代河流沉积与地震地层学解释》、《地震高分辨率勘探中的误区与对策》、《高频随机噪声的三分量测定》、《按科学程序搞好油气勘探》等代表性论文,并出版了全面评述现代地震勘探技术及今后的发展方向的《走向精确勘探的道路——高分辨率地震勘探系统工程剖析》一书,被业内人士誉为“打开高分辨率之门的一把钥匙”。
虽然李庆忠现在已经年过七旬,鬓发微霜,但他每天仍在不知疲倦的在海大辛勤工作着,并且亲自指导着4个博士生和1个硕士生。
埋头耕耘的李庆忠,迎来了丰硕的收获季节。1985年,他的“渤海湾盆地复式油气藏聚集勘探理论与实践”荣获国家科技进步特等奖;1991年他被授予国家级有突出贡献的专家称号;1995年5月光荣当选为中国工程院院士;同年9月,在中国石油总公司第四届科技大会上被授予“石油工业杰出工作者”称号。一项项的奖励和荣誉,饱含着李庆忠的智慧和汗水,饱含着他几十年不懈的追求和梦想。
李庆忠是中国工程院院士,在中石油BGP供职,他对地震勘探的贡献功不可没。下面是2008年对李院士的一个访谈,请大家参考!
主持人:在什么样的环境下,您提出了后来被广泛采用的地质勘探技术——三维地震勘探和偏移归位技术?
李庆忠:结束了大庆会战,我有幸参与了华北石油大会战。1963年冬天进关,主要任务是在华北找大油田。1965年,在东营油田会战的时候,我们遇到了很大的难题,传统的几何地震学理论无法解决当时的地震难题,常规的二维地震资料在复杂构造上与钻井资料不符,找油出现了困难。油田勘探出现了"忽油忽水、忽上忽下;忽有忽无、忽稀忽稠、忽厚忽薄"的五忽状况。为什么传统的方法在大庆可以找到油,而在东营就找不到油了呢?那时人们对地震构造图不信任了,这个时候我对传统的二维地震勘探方法产生了怀疑。我从这个问题出发,开始研究地震波和成像的原理。
传统的几何地震学认为,地震波像光线一样沿直线传播,入射角等于反射角,路径就像是乒乓球打到墙上又弹回来一样。这种简单的类比法是五六十年代传统的地震勘探成图计算的理论基础。那么地震波应该是什么样的呢?经过研究,我认为地震波是波动的,就像石头扔到水面上,会出现的波纹。这种理论过去在教科书上也有,但只有理论。我要给他归位,要让这种波动聚焦成像。我当时已经是地质指挥所的副指挥,油田的副总工程师。我们成立了"攻关队",把北京科研院所里的精兵强将调来,制造了我国第一台模拟磁带地震仪,第一台超声波测井仪,感应测井仪、侧向测井仪及伽玛──伽玛测井仪等新仪器,并投入到生产中。
经过对地震资料和其他相关试验结果的汇总,我提出绕射波不是一条条射线,而应该是以波动的方式传播的。我随后提出了物理地震学(也就是波动地震学)的一连串推论:"一个反射主体、两个绕射尾巴","地层断、波形不断","短小断块的反射波消失在背景之中","反射记录上的同相轴和地下反射段并不总是简单地一一对应"等基本概念。并且提出了一套用绕射波成象的偏移技术──绕射扫描叠加法。后来成为被我们广泛运用的地震偏移技术。
当时,我的这些想法并没有为大家所接受,不少人认为我是脱离实际的胡思乱想,有人说:"哪里来那么多的尾巴?"。当时只有俞寿朋、刘成正、柴振奕、刘雯林等同志支持我的想法,并帮助我作了不少理论计算,证实这种思想的正确性。很快文化大革命就开始了,我被批判成"资产阶级反动学术权威","三脱离的典型"--脱离生产、脱离实际、脱离无产阶级政治,这帽子可大了,压得我喘不过气来。 我为了地震勘探的发展花了那么多精力,现在却被批判,我心里不平衡。我当时想,我的知识也没用了,知识越多吃的苦也越多。他们把我下放到地震队劳动,让我干体力活。小队长对我很照顾,再也不批判我了。那时我得了肺气肿,县医院光给吃甘草片,也没消炎药 ,落下肺气肿的毛病。后来我被恢复工作。我过去的那些手稿和图纸有幸被刘雯林同志保留下来,我把这些材料整理出来,直到1972年,写成了21万字的长篇论文《地震波的基本性质--复杂断块区的反射波、异常波与干扰波》,打印了不到100份送给各大油田,大家都认为这是一个很重要的理论,后来拿到地球物理勘探杂志发表了。很多人来我们这里取经,我在大会上做报告,大家开始接受我的思想。
我的理论是与实践结合的产物,汇聚了我们那一辈人科研人员的心血。我结合实际,系统地说明了地震反射波、异常波及干扰波的物理特征。波动地震学解决原来几何地震学不能解决的问题,我基于成像理论,提出了"积分法绕射波扫描迭加偏移"技术。1974年,我的技术在物探局与北京大学合作制造的国产150计算机上使用,由石油部阎敦实副部长作动员报告,用四个月功夫,在商河西油田上获得我国第一批迭加偏移剖面,为以后的地质勘探工作打下非常好的基础。
从1974年开始,我在胜利油田组织了我国第一片束状施工的三维地震,在当时,地球物理技术发达的美国也只使用"十字型三维"和"环状三维",这两种三维勘探方法无法克服多次反射的干扰,我的束状三维正好解决了这个问题,可以有效克服多次波的干绕。当时国家还没有大型计算机,只能用小型计算机处理三维资料,我提出了"两步法偏移"实现三维归位的方法,恰好解决了这个问题。