愿得此身長報國
——記同濟大學教授王華忠

肖貞林

王華忠

在難得的閑暇時間里，王華忠喜歡一個人坐下來聽音樂，讓自己沉浸在優(yōu)美的旋律中。此刻，他能完全靜下來，陷入深度思考中，逐漸地也感覺不到了音樂的存在。

作為我國地震勘探領域的專家，王華忠長期從事石油勘探地震波傳播、地震數據分析、地震波偏移成像及反演成像方面的理論與方法技術研究，并將其應用于實際的油氣勘探過程中。不同于純粹的基礎科研，這是一個理論與實際應用結合的研究領域。這意味著他不僅要潛心鉆研相關的數學物理方面的理論問題，還要深入理解信號與圖像分析科學、數據科學、計算機科學等領域中的基本原理，并將所發(fā)展的新方法技術成果推廣轉化為可實際應用于油氣勘探的具體方法技術，其間耗費的科研精力和忙碌的程度可見一斑。

然而，這些還不是他深度思考的主要內容。這時候的他更愿意從一個更高的視角，以更冷靜客觀的心態(tài)審視當下我國石油工業(yè)地震勘探現(xiàn)狀，以犀利的目光尋找其本質的需求，并以此作為科研內容的主導方向。對他而言，只有這樣才能更有效地推動我國石油工業(yè)的發(fā)展。

在很多人看來，王華忠身上具有明顯的“服務國家重點需求，一心想為國家解決問題”的務實科研風格。在談及這個話題時，王華忠點點頭，并頗有些抑揚頓挫地說道：“我的一切研究的起因和最終目的，都是期望滿足國家石油工業(yè)的勘探需求。”

攻堅克難破困局

自改革開放以來的40多年間，我國經濟進入快速發(fā)展階段，整個社會如同一臺高速運轉的機器，日夜不停地進行著一系列生產生活活動，因而對驅動這個社會高效運轉的能源需求也越來越大。而油氣作為核心能源，其保障供應的能力備受重視。

如果順著油氣的供應鏈向上追溯，可以清晰地看出油氣勘探在整個石油工業(yè)中的基礎作用。

我國油氣勘探的重心主要在陸上，且油氣戰(zhàn)略接替區(qū)主要位于我國西部和西北部。各大油氣盆地的山前帶是富含油氣的重點探區(qū)。山前帶即盆地與山區(qū)的過渡區(qū)域，四川盆地大巴山山前帶、準噶爾盆地山前帶和塔里木盆地山前帶等探區(qū)已經勘探到了大量的油氣，并形成了我國油氣重點接替區(qū)。

然而，山前帶油氣勘探是業(yè)界公認的世界性難題。世界上發(fā)達國家的油氣公司更多地關注海上油氣勘探，山前帶探區(qū)油氣勘探卻是我國石油公司繞不過去的。山前帶探區(qū)的典型特征是地表條件復雜（地表崎嶇、地表及淺層巖性橫向變化快）、地下介質構造及巖性變化復雜，即業(yè)界所謂的“雙復雜”探區(qū)。地震資料極低的信噪比、劇變的道間時差導致地震波精確成像極為困難，山前帶探區(qū)的油氣勘探可謂阻礙重重。

“所謂地震勘探技術，就是用地表接收的、人工激發(fā)的、來自地下地層的反射地震波數據來反演地下巖石的幾何結構和物性參數，并與地質知識、巖石物理知識和測井信息結合，對油氣藏進行定位、幾何形態(tài)刻畫和儲層含油氣描述的綜合技術體系?！蓖跞A忠具體地解釋道，“但很明顯，在山前帶探區(qū)，目前的這套技術體系很難適應，尤其是地震波成像處理方法技術不能在‘雙復雜’情形下給出地下巖石介質正確的、高分辨率的成像結果，不能滿足后續(xù)的油藏描述的需求，從而導致后續(xù)的井位確定和鉆井及開發(fā)難以有效地進行，嚴重制約了油氣勘探效益的提升。”

為了打破這個困局，王華忠?guī)ьI團隊經過近三年的努力，提出了基于小平滑基準面的全深度域疊前地震成像處理理念和流程，并發(fā)展和完善了流程中的關鍵技術，為山前帶地震勘探奠定了堅實的方法技術基礎。

“為了能夠更好地解決山前帶油氣勘探中的地震波成像問題，并盡可能精確地描述油氣藏、提高油氣采收率和勘探效益，我們還提出在山前帶勘探中盡可能推廣‘兩寬一高’地震勘探技術?！蓖跞A忠介紹道。他進一步解釋道：“所謂‘兩寬一高’地震勘探技術，表面上是指寬頻帶、寬方位和高密度的三維地震數據采集技術。實質上，它不僅包括將地震數據采集技術推進到‘兩寬一高’階段，還包括針對‘兩寬一高’數據的地震成像處理技術、地震地質解釋技術及相關的油藏描述技術?！?/p>

“兩寬一高”地震數據采集和基于小平滑基準面的全深度域疊前成像處理技術結合的理念提出之后，王華忠下一步就是將這兩項技術理念推廣到全國各地的油氣勘探過程中，尤其是山前帶油氣勘探領域。為此，他帶領團隊與中國石油化工集團有限公司（中石化）物探技術研究院和中國石油天然氣集團有限公司（中石油）勘探開發(fā)研究院合作，全力推廣這兩項技術理念。在他們的不懈努力下，這兩項技術理念成功地在這兩大公司推行開來。全國各山前帶油氣探區(qū)幾乎都在相關技術理念的框架下開展工作。自此之后，我國山前帶油氣勘探成功率有了明顯的提升，勘探效益大幅增加，為保證我國社會經濟建設的運轉作出了巨大的貢獻。談到這時，王華忠滿意地舒了口氣：“只要它能夠推動國家石油工業(yè)的技術進步，并且能帶來明顯的社會經濟效益，我就心滿意足了?！?/p>

王華忠（第一排左五）參加第十屆上海論壇

讀書報國立志向

滿足社會和國家石油工業(yè)的發(fā)展需求，是王華忠多年來心心念念的研究追求。但如果撥動時鐘，將時間推到30多年前，就會發(fā)現(xiàn)，彼時的他內心雖有學術報國之念，但尚沒有如今這般明確和成熟，推動他在這條路上走下去的源動力是對科技研究的熱愛。

彼時，王華忠剛剛結束在鄭州地質學校的中專學習，便一路南下，來到了湖北省地礦部門從事地球物理領域重磁電方面的野外采集工作。

在回憶起這段經歷的時候，王華忠用“痛并快樂著”來形容當時的境況。對于當時正年輕的王華忠而言，對野外工作的艱苦條件他已有心理準備，對數據采集與分析的日常與瑣碎也早有預期，真正令他難以忍受的是學習和自我提升條件的嚴重缺乏。但無論野外環(huán)境多么艱苦，無論日常工作如何辛苦，持續(xù)不斷地學習都是王華忠每天必做的功課。每有到省城武漢出差學習的機會，當地最大的（武勝路）新華書店是他必去的“打卡地”，余下的工資王華忠也大多買了各種書籍。野外流動生活中，搬家是家常便飯，每次留下最多的就是讀完無法帶走的圖書。王華忠說，因為有書籍和信念的陪伴，那段野外采集生活變得充實而快樂。

功夫不負有心人。后來，王華忠成功考入了武漢地質學院攻讀本科學位，之后又考入我國著名高等學府——同濟大學，攻讀海洋與地球科學學院的碩士學位，并有幸跟隨影響自己后來整個研究生涯的恩師——馬在田院士從事科研與學習。馬在田院士，1930年生人，經歷過抗日戰(zhàn)爭的艱苦時期，曾被國家選派赴蘇聯(lián)列寧格勒礦業(yè)學院學習地球物理勘探，回國后主要從事地震數據分析和地震波偏移成像方法技術研究，在地震偏移成像理論和和應用方面取得了具有國際影響的科研成果，是我國勘探地震領域的領軍人之一。

時代環(huán)境和成長經歷塑造了老一輩科學家強烈的愛國意識和為國家需求做貢獻的科研使命感，這在馬在田院士身上有充分的體現(xiàn)。如今，馬院士已仙逝多年，但是在晚年被病痛折磨的那段歲月里，馬院士心里掛念的始終是中國石油工業(yè)的發(fā)展。他畢生的愿望就是希望中國的科學家能真正站在世界的前沿，而不是追隨國外的腳步。

老一輩科學家的愛國精神影響了年輕一代的學者，在跟隨馬院士學習地震波成像方法的日子里，王華忠耳濡目染，從老先生的做人與科研風格中，繼承了其為國家需求作貢獻的科研使命，并將其奉為一生的圭臬。

碩士畢業(yè)后，王華忠在原石油工業(yè)部地球物理勘探局物探研究院方法技術研究所擔任工程師，將地震波成像理論與野外采集相結合，解決實際生產問題。在物探研究院的3年中，他將研究院圖書館中勘探地震方面的文獻基本都研讀了一遍。之后，王華忠又回到同濟大學馬在田院士麾下攻讀博士學位，開展深度域成像方面的研究，并在之后就職于同濟大學，穩(wěn)步開展與地震波成像相關的科研工作。

“如果不是在斯坦福大學訪問研究的經歷，我可能還不能真正理解馬院士希望中國的科學家能真正站在世界的前沿，而不是追隨國外腳步這句話背后的含義。”王華忠在回憶時說道。

2004年—2005年，王華忠受派作為訪問學者遠赴美國斯坦福大學進行交流訪問。彼時，我國互聯(lián)網行業(yè)尚未充分普及，國內的學者并沒有太多的渠道切實地接觸并了解國際信息，對于地球物理及相關領域內國際進展的了解有限且不及時。因此，當王華忠來到美國斯坦福大學訪問的時候，他切實地感受到了震撼，“當時感覺他們研究的內容特別厲害，技術也非常先進”。訪問研究過程中，王華忠耳濡目染親身體會本領域最知名的學者如何選題、如何指導研究生、如何領導與管理一個研究團隊，充分領悟到科研工作的真諦在于奠定扎實的理論基礎，在于提出和把握真正的問題，在于提出創(chuàng)新的解決方法?！耙欢ㄒ槍χ袊蜌饪碧筋I域中存在的問題，提出針對性的、創(chuàng)新性的解決方案，推動我國油氣勘探的技術進步！”王華忠暗下決心。

王華忠在上海論壇上作報告

敢于突破補空白

訪問結束回國后的王華忠加大了自己的研究和工作力度。長期以來，每周7天工作基本上成為他的常態(tài)。國內外高校學習研究、野外工作，以及曾就職于原石油工業(yè)部地球物理勘探局物探研究院的特殊經歷，使得他同時兼具理論研究與解決實際問題的能力。回國后，他以同濟大學為中心研究平臺，呈放射狀與我國三大石油公司合作，通過解決石油勘探中存在的實際問題，促進我國地球物理研究領域的創(chuàng)新，并且為國家石油工業(yè)貢獻自己的力量。

長期以來，工業(yè)軟件在我國的發(fā)展處于相對滯后的狀態(tài)，尤其是在地震數據分析領域，更是缺乏相關軟件的研發(fā)和應用。細究其原因，主要是因為工業(yè)軟件的研發(fā)是一件相當復雜且繁重的工作，工業(yè)軟件在開發(fā)及成長的全周期中需要投入大量的人力物力。業(yè)界知名的幾個國外開發(fā)的地震數據處理軟件，也都是通過聯(lián)合、收買等方式，幾十年來不斷研發(fā)產生的。而我國在該方面的研究支持及組織管理等均有較大程度的欠缺，導致我國在地震數據分析軟件方面的落后。

“有困難也得做，不做的話這一需求怎么填補？”為解決這個問題，王華忠與中石化南京石油物探研究所合作，經過多年不斷地研發(fā)，最終成功主持開發(fā)出了“iCluster”地震波疊前深度偏移成像軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括復雜介質速度建模和地震波疊前偏移成像兩大部分功能和部分必要的支持功能，一經面世，便在蘇北、松遼、西北等地區(qū)和河南省的地震資料處理中得到了應用，完成了南方山前帶和西部沙漠等多個工區(qū)的地震數據成像處理，處理效果和效率達到了國內外同類商用軟件的水平，并且曾經在中石化集團公司科技部舉辦的地震波成像處理比賽中獲得了第一名的成績。

在馬在田院士的帶領下，王華忠具體負責與中石化勝利油田分公司物探研究院的聯(lián)合，他針對東部老油區(qū)勘探開發(fā)對保真成像的需求，主持開發(fā)了“神通STseis”疊前地震數據處理軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進的軟件平臺架構技術、模塊化描述和應用框架技術等，包括10個子系統(tǒng)、21個交互處理模塊、43個批處理模塊、125個服務子程序和20萬行源程序，其核心技術都是世界領先的前沿技術。STseis軟件的推出，縮小了我國與世界先進地震成像技術的差距，打破了國外技術壟斷，結束了中石化集團公司沒有疊前深度偏移成像軟件的歷史。目前，STseis軟件已在勝利油田物探研究院大規(guī)模應用，并逐步推廣到中石化其他油田，已處理完成CB30、BS6、CH66等地區(qū)的三維地震資料，并對新疆P2J、哈薩克斯坦HSK等工區(qū)資料進行疊前時間偏移和疊前深度偏移處理，其處理效果和計算效率等整體達到國外同類軟件水平，且復雜構造的成像效果優(yōu)于國外軟件。

“事實證明，只要我們堅持‘沙漠種草’的精神，不怕困難，敢于突破，我國在石油勘探軟件方面的科研水平同樣有可能趕超國外?！蓖跞A忠說道。

王華忠（右三）參加2014年歐洲地質學家與工程師學會（EAGE）會議

勇攀高峰摘碩果

長期關注我國油氣勘探領域的技術需求，使得王華忠對油氣地震勘探的核心任務及其未來的發(fā)展趨勢有了深刻且清晰的認識。在他看來，油氣地震勘探核心工作包括定位油氣藏、精細刻畫油氣藏幾何形態(tài)、估計地下介質的彈性參數（包括速度、密度、各向異性參數等）、對地下介質的物性參數（包括裂縫、孔隙度、飽和度、滲透率等）的精確描述以及對油氣藏流體性質的預測。“由此不難看出，隨著社會對能源需求的日趨擴大，為了勘探到更多的油氣，實現(xiàn)更高精度的油氣藏描述勢必會成為我國油氣勘探事業(yè)今后的長期需求。”王華忠說道。

為了提高油氣藏描述的精度，王華忠提出了特征波反演成像理論框架。

在地震勘探的過程中，由于疊前地震數據采樣的不充分、不規(guī)則、含噪聲，地震波成像存在很強的多解性。對此，國際上油氣勘探領域也已經在百年來的實踐中發(fā)展出了一套行之有效的流程及對應的算法?！暗?，由于我國油氣探區(qū)多在陸上，地表條件復雜、地下介質構造復雜及儲層特征復雜是我國油氣勘探面對的實際情況，完全照搬傳統(tǒng)的方法技術和國外海上油氣勘探的理論方法是行不通的?！蓖跞A忠介紹道。而特征波成像理念就是他針對地下介質的復雜性及激發(fā)和接收環(huán)節(jié)的復雜性所導致的、地震波場的不可完全預測性提出的，目的就是為了解決實際地震勘探中，實測波場不能被精確預測、系統(tǒng)參數與復雜波場之間存在（強）非線性關系、因果不對應及梯度干擾等問題，把全波形反演（FWI）這一標志性的高精度成像方法技術推進到實用化階段。

“這是一套理論框架，幾乎全中國所有復雜地震勘探地區(qū)遇到的地震波成像問題，都可以通過該框架進行解決?！蓖跞A忠頗為滿意地說道。從某種程度而言，這是一次對我國油氣勘探中地震波成像理論與方法技術的全面推進。

但王華忠卻并沒有滿足于僅僅提出理論概念，“要真正推動國家油氣勘探事業(yè)的發(fā)展，光有理論概念肯定是不夠的，還得讓它‘落地’，轉化成可以實際應用的技術。提出特征波成像理論的初衷本來就是要解決我國陸上復雜探區(qū)的地震波成像問題”。緊接著，他通過開展國家重點研發(fā)計劃“變革性技術關鍵科學問題”重點專項“高分辨率地震實時成像理論與技術”，著力攻克特征波反演理論框架下涉及的若干技術問題?！拔覀冇媱澩ㄟ^該項目，結合高效的反演成像算法，實時地更新成像結果，并且突破當前地震波成像所依賴的高斯、線性假設，發(fā)展包含多次波在內的非線性地震成像方法與技術。”王華忠提到，項目研究的最終目標就是要發(fā)展一套高分辨率的地震波實時成像方法技術，從而有效地提高我國油氣勘探的效益?！坝辛诉@套高分辨率的地震波實時成像方法技術，將會對我國塔里木盆地及類似盆地的油藏識別、開發(fā)起到非常大的促進作用?！?/p>

不斷取得的突破性成果使得王華忠曾先后獲得了上海市科技進步獎二等獎、中石化科技進步獎二等獎，以及勝利油田地學開拓者特等獎、湖南省自然科學獎三等獎等榮譽，并且獲得了學術領域及石油工業(yè)界的廣泛認可。但他無暇在意這些榮譽，轉頭又投入到對地震波成像更高技術水平的研究當中。

對王華忠而言，即便成功研發(fā)出了一套高分辨率的地震波實時成像方法技術，也依然沒有達到他對高精度油藏描述的期望。因此，他帶領的研究團隊又提出了“兩寬一高”數據下的寬（全）波數帶波阻抗反演的技術路線。他解釋道：“寬帶波阻抗成像結果與巖性油氣藏的關系更為密切、分辨率更高，更適于高精度的油藏描述?！币虼耍选皟蓪捯桓摺悲B前地震數據、測井/鉆井、地質、巖性、巖石物理等信息，都融合在高精度的廣義地震反演成像中，實現(xiàn)寬帶波阻抗成像，從而達到高精度油藏描述的目的。

“實現(xiàn)寬帶波阻抗成像后，我們便可以更直接、更定量地刻畫地下含油氣藏的狀態(tài)，從而滿足石油工業(yè)對達到更高精度油氣勘探水平的需求，并保障油氣能源對社會發(fā)展的供應。”王華忠說道。

2019年團隊合影

立足需求為行業(yè)

事實上，地震波成像從理論技術走向實際應用是很復雜的過程，其中存在著眾多復雜的影響因素。為了將地震波成像技術理念和方法技術成果應用于實際地震勘探工作中，大學研究團隊需要和油氣勘探公司建立長期密切的合作關系，在不斷的交流合作中促使從事具體工作的技術人員接受并使用先進的理論與方法技術，從而將大學研究團隊的科研成果真正作用于油氣勘探的實際工作中。

但油氣勘探公司相關技術人員往往堅持自己長期形成的傳統(tǒng)經驗與做法，常?？咕芙邮苄碌睦砟钆c技術，這讓王華忠感到頭疼。比如，他曾極力向油氣勘探公司的研究生產部門的技術人員闡述地震波成像面對的是地下三維物理空間中的介質實體，而不是時間域描述的三維空間介質實體，時間域的很多成像處理方法在“雙復雜”探區(qū)是不成立的。但是很多勘探技術人員卻很難接受這樣的觀念。

實際單位技術人員的固執(zhí)讓王華忠陷入痛苦之中，“如果他們連基本的新概念都接受不了，那么向他們推廣系統(tǒng)性的理論及技術就更是難上加難了”。但難就不做了嗎？當然不會。從實際生產過程中找出需求，到提出理論框架，再到研發(fā)出可對實際勘探工作產生促進作用的先進技術，這其中的每一步都是為國家的石油工業(yè)貢獻自己的力量，怎么能到了最后技術推廣應用這一步就停下來呢？

思慮良久之后，王華忠決定暫時先繞開眼前的難題，改變策略，走“自上而下”的技術推廣路線。他奔走于國內中石化、中石油、中海油三大油氣公司，拜訪相關的領導，向其介紹新理論框架及技術的研發(fā)理念，參加三大石油公司的研討會，參與三大石油公司的技術培訓活動，通過“多管齊下”的方式使實際單位的技術人員逐漸接受新的理念及方法技術。

王華忠很清楚，“每一項新的技術，必然要經歷從上到下、從下到上多次的交互，才能真正地在實際應用領域普及開來?！币虼?，提高技術人員對于地震勘探領域的理論認知，就成了他們必須開展的工作。“這不論是對于促進新技術的推廣應用，還是對于提高整個勘探領域的認識水平，都能起到明顯的作用。”王華忠介紹道。為此，他和中石油勘探開發(fā)研究院西北分院聯(lián)合舉辦了“地震波反演成像技術—上海論壇”（每年舉辦一次，截止2020年已經舉辦了12屆），將其作為業(yè)界在地震波成像領域的技術研討平臺，向相關技術人員展示團隊的最新理論及技術成果，以及當下國際上在該領域的最新信息。“在論壇開始之前，我會帶領團隊對每年度美國SEG年會和歐洲EAGE年會上發(fā)表的一兩千篇論文進行搜集梳理，從中提取出代表性的技術信息，和大家展開研討?！蓖跞A忠說道。不僅如此，他還聯(lián)合中石化石油物探技術研究院（南京），共同組織了“地震波成像技術—博士論壇”（每三周一次），針對方法技術的理論問題及實際生產中的困難問題進行研討，提高研究和生產人員的認識水平和判斷能力。通過這樣的交流分享，必然能夠在一定程度上整體提高油氣勘探行業(yè)的技術水平，促進相關先進技術在我國油氣勘探領域的推廣應用。

自強不息謀未來

風風雨雨幾十年走過，如今，王華忠已經從一個初入地球物理勘探領域的新人，成為地震波成像領域的資深專家，同時兼顧理論與技術的研發(fā)、推廣應用，以及培育該領域的研究人才等重任，其間需要付出的心血非一般人可以想象。不過，他說，他并非一個人在做這些事情，從始至終都有一個團隊在一起努力，那便是他組建和領導的波現(xiàn)象與智能反演成像研究組（WPI）。

談起這個研究團隊的創(chuàng)立因由，王華忠感慨萬千。當年，恩師馬在田院士病重，課題組無法再維持原先的組織方式，為了繼續(xù)為我國的地震波成像及石油工業(yè)領域作出貢獻，他創(chuàng)立了如今的波現(xiàn)象與智能反演成像研究組。王華忠介紹道，研究組成立之初，便立下了3個目標：為石油工業(yè)界培養(yǎng)勘探地震學方面的領軍人才；提出波現(xiàn)象與反演成像方面的新理論與新方法；針對中國大油氣公司的戰(zhàn)略探區(qū)遇到的勘探地震問題發(fā)展出新方法和新技術。

20余年的奮斗時光過去，在這期間，無論是舉辦論壇、研發(fā)工業(yè)軟件、全力培養(yǎng)勘探地震領域的領軍人物，還是提出波現(xiàn)象與反演成像方面的新理論與新方法并以此解決實際生產問題，王華忠都竭盡全力地做到了。他自嘆，總算是對得起團隊成立的初衷了。

但王華忠的任務并沒有結束，隨著時代的發(fā)展和科技的進步，油氣勘探行業(yè)正在不斷面臨新的問題，地震波成像領域也不斷有新的理念與技術融合進來，“比如，目前我們正試圖將智能學習類算法（機器學習算法）引入到地震波數據采集和成像的諸多技術環(huán)節(jié)中?！蓖跞A忠介紹道。

在地震波成像過往近百年的發(fā)展中，傳統(tǒng)的非學習類算法已經日趨成熟穩(wěn)定，很難再有大的突破。要想使油氣勘探技術水平得到進一步的提升，必須將智能學習類算法融合進去，這也是目前國際上正在努力開展的研究領域。而王華忠想要做的，就是期望改進現(xiàn)有的學習類算法的網絡構型和學習算法，使得它能夠在油氣勘探領域發(fā)揮出巨大的作用。他還提到：“在發(fā)展地震波成像的智能學習類算法方面，我們必須做出原創(chuàng)性的成果，在國際上獲得屬于自己的位置?！比缃?，為了推動地震波成像與智能學習類算法的融合，王華忠每天都忙碌著。除此之外，他還要考慮我國各戰(zhàn)略探區(qū)地震波成像新方法與新技術的研發(fā)與推廣應用問題、領軍人才培養(yǎng)問題，這使他的大腦總是如同一臺高速運轉的機器般時刻進行著緊張的思考與工作。

直到音樂響起的時候，王華忠才會從繁忙的工作中抽離出來，思考分析適合我國地質情況的地震波成像技術發(fā)展路線。他說：“天行健，君子以自強不息。無論是國家，還是個人，都要始終保持自強不息的精神?！?/p>