李庆忠,男,1930年10月出生,汉族。1952年清华大学物理系毕业。石油地球物理勘探局副总工程师,中国工程院院士,曾获国家科技进步特等奖
1978年深秋,美国旧金山凉爽宜人。一年一度的勘探地球物理学家协会国际学术交流会在宏伟的市政大厅举行。中国打开了紧闭30年的国门,第一次派代表参加勘探地球物理学家协会年会。开幕式上,当诺斯伍德主席宣布中国代表首次参加该会时,雄壮的军乐声骤起,一束束灯光转向最前排就座的中国代表团。来自世界各地的7000多名代表报以长时间热烈的掌声,10名中国代表全体起立,致谢还礼,出现了勘探地球物理学家协会年会少有的激动人心的场面。终于汇入世界经济技术潮流的中国代表,决心一展雄姿,为祖国争得荣誉。
11月1日,大厅西侧的报告厅门前贴出醒目的海报《东辛油田勘探历程——一个最早的三维地震勘探实例》。报告人:李庆忠(中国)。
他一夜未眠,矫正发音,背诵报告,绘制投影彩色字幕片……却毫无倦容,精神格外振奋。只见他,雪白的衬衫系一条暗红色领带,外套一件灰绿色格呢西装,大步走向讲坛。
“……东辛油田在未作三维归位之前,只查到几条主要断层,而且位置不准。做三维归位后,断层由过去的16条增加为198条,油层顶部的深度平均误差由±50米减少到±15米,已有66口井证实了这种方法的可行性……”
空谷足音。30分钟的报告,引起强烈反响,在长时间的掌声中李庆忠走下台来,七八位外国代表上前祝贺,同时索要讲稿复印件。勘探地球物理学家协会会刊总编辑多米尼克向李庆忠提出:“你的报告太好了,我们杂志向你预约稿件,希望能够登在我们的刊物上。”哥伦比亚大学的美籍华人教授郭宗汾紧握李庆忠的手说:“祖国的地球物理工作做得很好,你的报告很精彩。”雪弗龙公司的琼斯先生说:“我们公司的研究中心请你去洛杉矶再做一次报告。”
那么,东辛油田三维勘探是1965年的事,它又是怎样诞生的呢?
第一张三维地震剖面的诞生
20世纪60年代中期,石油地震勘探资料的成像技术正从剖面到立体,即从二维到三维发生着历史性的变化。
与大庆不同,胜利油田是有名的复杂断块油田,用常规的二维地震方法很难搞清地下情况。当时任地质指挥所副指挥的李庆忠,总结了二维地震资料与钻井资料不符的原因,提出改进地震勘探的八字方针:去噪、定向、辨伪、归位。1965年,他和俞寿朋、刘成正等同志讨论了一个三维地震勘探的具体实施方案,设计了一套线距为260米的密集型“小三角”测网进行野外采集。当时使用的是国产51型地震仪,同时采用了解放波形、面积组合的接收方式。在资料解释中,从三个方向识别反射波,计算侧向偏移距离,然后用人工进行偏移归位(又称“剖面搬家”),使东辛油田在1967年获得了第一张三维偏移校正的沙一段构造图。这是我国第一张三维归位构造图。
1974年,李庆忠又积极开展了三维地震的试验。他利用当时国产模拟磁带仪进行多次覆盖采集。当时美国的三维地震还停留在“十字放炮法”、“环线地震法”上,都不能克服多次波的干扰;法国的“宽线剖面法”也只能称为半三维工作法。李庆忠设计了“束状三维地震”采集测线,有效地克服了多次波的干扰。
他系统地阐述了地震波的性质
传统地震学认为,地震波像光一样直线传播,入射角等于反射角,恰似乒乓球的反弹射状。这种简单的类比法也是传统的地震勘探成图计算的理论基础。
李庆忠从物理光学和几何光学的差别出发,想到地震波的波长很大,一般为80-150米,它的传播与其说像乒乓球的弹射不如说它主要以波动的性质在地层中传播,并且遇到断层就会产生绕射波,造成地震记录上“层断波不断”的现象,并且小断块反射能量下降,消失在干扰背景之中。于是,他想:如果不把绕射波收敛起来加以归位,就不能真实地反映地下断块的形态。
这些想法得到了俞寿朋、刘雯林同志的支持和帮助。1965年,他们共同计算了大量地震波的衍射波动性质和特征。1966年,李庆忠进行了系统的论述,写成《波动地震学》手稿,说明了“地震反射波与地下反射段并不一一对应”的道理
直到1972年,在刘雯林、柴振奕同志的帮助下,李庆忠终于完成了《地震波的基本性质--复杂断块区的反射波、异常波和干扰波》这部15万字的长篇论文。誊印100份发至各油田后,引起了很大的反响:大港油田组织技术人员学习该文;辽河油田派出一个小组专程到胜利油田听课;物探局当时总工程师孟尔盛给予该文以高度评价,认为是我国地震勘探发展史上的重要论著。《石油地球物理勘探》杂志于1974年以1-2期合刊的方式,刊登了这篇文章。此后,各石油院校的教科书,在阐述地震波的性质及特征时,均采用了李庆忠这篇文章中的附图。
李庆忠建立在波动地震学基础上的“绕射波扫描迭加偏移”技术也得到了广泛应用,这种波动方程偏移技术的最初形式的提出,与国外几乎是同时的。1973年,胜利油田地调指挥部的赖正乐工程师等人,在当时没有电子计算机的情况下,用国产模拟回放仪实现了偏移成像。接着,全国其他油田也争相仿效。1975年,该技术在物探局150计算机上投产,发挥了很好的效益:华北商河西油田的资料,经过处理后,断层准确,深层反射清晰,在临邑大断层下方发现不少高产断块。短短两年时间内探明地质储量5400万吨,从一个不为人知的新区建成年产40万吨的石油基地。
两步法偏移技术的应用
1978年5月,李庆忠随石油部勘探司总工程师陆邦干、物探局局长林运根出访美国和法国。在休斯顿访问期间,世界最大的地球物理承包商西方地球物理公司副总裁萨维特博士向代表团展示了一条1米长左右的三维全偏移剖面,萨维特指着镶在一只漂亮的镜框里的剖面,自豪地说:“这是我们公司,也是世界上第一条三维一步法偏移剖面。它的价值之高,可以说比黄金还要贵重。”因为处理此剖面,需要输入10多万个地震道,并进行上亿次的乘加和开方。事实上,李庆忠早在四年之前就提出了用两步法实现三维偏移的归位,发表在1975杂志上。该文不仅提出了两步法偏移的具体方法,而且论证了它与三维一步法全偏移的误差均在允许精度范围之内,使我国在只有中小型计算机的条件下就能实现三维地震数据的偏移成像,因为一步法偏移要将倾向和走向的数据同时输入计算机,当时的计算机内存不够,且效率很低,而利用两步法偏移两次将倾向和走向偏移输人,这样数据量小,且效率要比用“一步法”高数百倍。但当时李庆忠不能向萨维特讲,因为美国和法国都还不知道此技术的秘密。
1979年7月,作为中国南海中外合作地震勘探项目的中方代表,李庆忠成为驻美国埃克森石油公司的资料处理监督,当年10月份去新奥尔良参加第49届勘探地球物理学家协会年会。在会上,西方地球物理公司的拉纳先生(1991年为勘探地球物理学家协会主席)在会上作了关于两步法偏移技术的报告。李庆忠告诉坐在他身边的物探界老前辈顾功叙先生:“中国其实很早就提出了这种方法比国外早5年。”
后来,李庆忠书信一封,把他文章的复印本转寄给拉纳先生,拉纳不懂中文,但一看图幅就明白早在5年前中国人就提出了这种方法。他十分友好地把李庆忠接去座谈,并请李庆忠吃饭、参观。后来,拉纳在他正式文章发表的序言中写下“最早提出两步法偏移的是中国的李先生”的字样。
直到现在,我国三维地震资料处理中,绝大多数油田一直都在使用两步法偏移,它可以获得常规的二维偏移剖面以用作质量控制。此外,两步法的误差实际上往往小于采用偏移速度的误差。因此在我国缺乏巨型计算机的条件下,两步法偏移还有着强大的生命力。
地震地层学的一个重要补充
地震地层学是地震勘探解释工作的一个重要变革,它改变了过去只研究构造起伏的局面而走向与岩性、岩相紧密结合的崭新道路。但引起高度重视并产生良好效益,在我国只是近十来年的事。
殊不知,早在1975年,地震地层学的基本概念已在我国胜利油田的一些地球物理解释人员心中萌芽。他们经过多年的实践得出认识:地震剖面上的每一组好反射波,基本上反映一套储盖组合;沙三段的高压油层往往伴随着一个不很稳定的T5反射强波……
1972年,李庆忠总结了这些认识,并在《地震波的基本性质》一文中加以系统化。他提出反射地震波与地下的岩性条件有着内在的联系,并论述了海相、深水湖相等七种岩相带的地震反射特征,同时指出了不同岩相的波形变化情况以及可追踪的范围。很可惜,这些认识在当时并没有引起人们的重视,直到1977-1979年,从美国考察学习的石油部领导回国后,才把美国系统化的“地震地层学”介绍给国内,并着力推广。于是,地震地层学于80年代中期在我国推开,而且产生了很好的勘探效果,地震勘探由过去只能研究地质构造发展到能够分辨地层的沉积相和研究砂岩层的分布变化规律,开拓了勘探的新领域。
然而,李庆忠没有人云亦云,他注意到国外的地震地层学的一些研究方法大多是针对海相地层的,生硬地套用到中国的陆相地层,就产生了不少问题。1985-1986年,他用计算机做了大量的正演模型,并收集了河流沉积的各种研究资料,根据黄河4000年中河道变迁的记录以及长江流域江汉曲流河的发展历史,有力地证明了陆相沉积的复杂性以及地震地层解释中的各种“陷阱”。
1986年,他在《石油地球物理勘探》杂志上发表《陆相沉积地震地层学的若干问题》。创导“地震地层学”的美国前埃克森石油公司总地质师桑格里来信给李庆忠说:“这篇文章看来是对地震地层学文献的有用贡献。你文中的图件,尽是出色的图件……”。美国哥伦比亚大学的郭宗汾教授也来信祝贺:“你的高作我非常欣赏,还望再接再厉,为国争光。”
1991年刚从美国留学归来的王克宁也谈到:李庆忠所表述的观点正好与美国最近发展起来的“事件沉积学”所持的新观点完全一致,即“自然界的沉积作用在许多灾难性的事件中不断地改造着沉积体的面貌”。这种思想认识将引起传统地质学观念上的变化,同时也会使地震勘探的解释朝着更为准确的方向前进。李庆忠的学说,可以说是对现代地震地层学的一个重要补充或是重要发展。
走向精确勘探的道路
年届六旬,鬓角微添霜丝的物探局副总工程师李庆忠仍在攀登----建立高分辨率勘探系统工程:从野外地震资料的采集,计算机处理到解释研究,都采用最先进的技术、最优化的方法。
李庆忠在理论上和实践中总结出了影响地震勘探精度的各种因素,并从物理的本质入手,结合严密的数学理论,运用现代计算机技术,对物理勘探中各种现象与技术方法作了本质性、机理性的研究,提高了高分辨率勘探的方法及措施。他常常在计算机前忘记了时间,忘记了休息,一干就是十几个小时,沉浸在新的认识、新的突破的喜悦之中。
他提出了大地吸收(地震波)作用的经验公式;推算出中、新生界地层的吸收指数;研究了“地震子波零相位化方法”,并提出波阻抗反演中存在的五大难题和解决的办法;完成了“用剔除拟合法求取纵波正入射剖面”的技术,使之取代水平叠加,更好地克服多次波,获得高分辨率的剖面。
1993年,凝结着他十年心血的《走向精确勘探的道路》一书问世了。此书由石油工业出版社出版后,得到读者的高度评价,是理论与实践结合的一本好书,是“打开高分辨率勘探之门的一把钥匙”;“这是一个资深的物探专家正确地看到并选择了地震勘探的明天之路,对今后提高地震勘探的精度将起到重要作用。”第一版两千册被抢购一空,再版后亦销售完毕。此书获石油地球物理勘探局1993年科技进步一等奖。
从“波动地震学”理论的建立到两步法偏移技术的提出;从第一张“土法三维”地震构造图的诞生到《陆相沉积地震地层学的若干问题》和《走向精确勘探的道路》的问世,我们看到了新中国第一代知识分子艰辛跋涉的足迹,看到了李庆忠在现代物理勘探两大支柱性技术(即三维地震和偏移技术的基本理论)发展道路上洒下的汗水。
40年来,李庆忠勤奋工作,治学严谨,勇克技术难关,曾多次被评为局级先进工作者、劳动模范、石油部先进科技工作者。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矿业与能源工作学部的院士;同年9月,在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。