愿得此身长报国——记同济大学教授王华忠

肖贞林

王华忠

在难得的闲暇时间里，王华忠喜欢一个人坐下来听音乐，让自己沉浸在优美的旋律中。此刻，他能完全静下来，陷入深度思考中，逐渐地也感觉不到了音乐的存在。

作为我国地震勘探领域的专家，王华忠长期从事石油勘探地震波传播、地震数据分析、地震波偏移成像及反演成像方面的理论与方法技术研究，并将其应用于实际的油气勘探过程中。不同于纯粹的基础科研，这是一个理论与实际应用结合的研究领域。这意味着他不仅要潜心钻研相关的数学物理方面的理论问题，还要深入理解信号与图像分析科学、数据科学、计算机科学等领域中的基本原理，并将所发展的新方法技术成果推广转化为可实际应用于油气勘探的具体方法技术，其间耗费的科研精力和忙碌的程度可见一斑。

然而，这些还不是他深度思考的主要内容。这时候的他更愿意从一个更高的视角，以更冷静客观的心态审视当下我国石油工业地震勘探现状，以犀利的目光寻找其本质的需求，并以此作为科研内容的主导方向。对他而言，只有这样才能更有效地推动我国石油工业的发展。

在很多人看来，王华忠身上具有明显的“服务国家重点需求，一心想为国家解决问题”的务实科研风格。在谈及这个话题时，王华忠点点头，并颇有些抑扬顿挫地说道：“我的一切研究的起因和最终目的，都是期望满足国家石油工业的勘探需求。”

攻坚克难破困局

自改革开放以来的40多年间，我国经济进入快速发展阶段，整个社会如同一台高速运转的机器，日夜不停地进行着一系列生产生活活动，因而对驱动这个社会高效运转的能源需求也越来越大。而油气作为核心能源，其保障供应的能力备受重视。

如果顺着油气的供应链向上追溯，可以清晰地看出油气勘探在整个石油工业中的基础作用。

我国油气勘探的重心主要在陆上，且油气战略接替区主要位于我国西部和西北部。各大油气盆地的山前带是富含油气的重点探区。山前带即盆地与山区的过渡区域，四川盆地大巴山山前带、准噶尔盆地山前带和塔里木盆地山前带等探区已经勘探到了大量的油气，并形成了我国油气重点接替区。

然而，山前带油气勘探是业界公认的世界性难题。世界上发达国家的油气公司更多地关注海上油气勘探，山前带探区油气勘探却是我国石油公司绕不过去的。山前带探区的典型特征是地表条件复杂（地表崎岖、地表及浅层岩性横向变化快）、地下介质构造及岩性变化复杂，即业界所谓的“双复杂”探区。地震资料极低的信噪比、剧变的道间时差导致地震波精确成像极为困难，山前带探区的油气勘探可谓阻碍重重。

“所谓地震勘探技术，就是用地表接收的、人工激发的、来自地下地层的反射地震波数据来反演地下岩石的几何结构和物性参数，并与地质知识、岩石物理知识和测井信息结合，对油气藏进行定位、几何形态刻画和储层含油气描述的综合技术体系。”王华忠具体地解释道，“但很明显，在山前带探区，目前的这套技术体系很难适应，尤其是地震波成像处理方法技术不能在‘双复杂’情形下给出地下岩石介质正确的、高分辨率的成像结果，不能满足后续的油藏描述的需求，从而导致后续的井位确定和钻井及开发难以有效地进行，严重制约了油气勘探效益的提升。”

为了打破这个困局，王华忠带领团队经过近三年的努力，提出了基于小平滑基准面的全深度域叠前地震成像处理理念和流程，并发展和完善了流程中的关键技术，为山前带地震勘探奠定了坚实的方法技术基础。

“为了能够更好地解决山前带油气勘探中的地震波成像问题，并尽可能精确地描述油气藏、提高油气采收率和勘探效益，我们还提出在山前带勘探中尽可能推广‘两宽一高’地震勘探技术。”王华忠介绍道。他进一步解释道：“所谓‘两宽一高’地震勘探技术，表面上是指宽频带、宽方位和高密度的三维地震数据采集技术。实质上，它不仅包括将地震数据采集技术推进到‘两宽一高’阶段，还包括针对‘两宽一高’数据的地震成像处理技术、地震地质解释技术及相关的油藏描述技术。”

“两宽一高”地震数据采集和基于小平滑基准面的全深度域叠前成像处理技术结合的理念提出之后，王华忠下一步就是将这两项技术理念推广到全国各地的油气勘探过程中，尤其是山前带油气勘探领域。为此，他带领团队与中国石油化工集团有限公司（中石化）物探技术研究院和中国石油天然气集团有限公司（中石油）勘探开发研究院合作，全力推广这两项技术理念。在他们的不懈努力下，这两项技术理念成功地在这两大公司推行开来。全国各山前带油气探区几乎都在相关技术理念的框架下开展工作。自此之后，我国山前带油气勘探成功率有了明显的提升，勘探效益大幅增加，为保证我国社会经济建设的运转作出了巨大的贡献。谈到这时，王华忠满意地舒了口气：“只要它能够推动国家石油工业的技术进步，并且能带来明显的社会经济效益，我就心满意足了。”

王华忠（第一排左五）参加第十届上海论坛

读书报国立志向

满足社会和国家石油工业的发展需求，是王华忠多年来心心念念的研究追求。但如果拨动时钟，将时间推到30多年前，就会发现，彼时的他内心虽有学术报国之念，但尚没有如今这般明确和成熟，推动他在这条路上走下去的源动力是对科技研究的热爱。

彼时，王华忠刚刚结束在郑州地质学校的中专学习，便一路南下，来到了湖北省地矿部门从事地球物理领域重磁电方面的野外采集工作。

在回忆起这段经历的时候，王华忠用“痛并快乐着”来形容当时的境况。对于当时正年轻的王华忠而言，对野外工作的艰苦条件他已有心理准备，对数据采集与分析的日常与琐碎也早有预期，真正令他难以忍受的是学习和自我提升条件的严重缺乏。但无论野外环境多么艰苦，无论日常工作如何辛苦，持续不断地学习都是王华忠每天必做的功课。每有到省城武汉出差学习的机会，当地最大的（武胜路）新华书店是他必去的“打卡地”，余下的工资王华忠也大多买了各种书籍。野外流动生活中，搬家是家常便饭，每次留下最多的就是读完无法带走的图书。王华忠说，因为有书籍和信念的陪伴，那段野外采集生活变得充实而快乐。

功夫不负有心人。后来，王华忠成功考入了武汉地质学院攻读本科学位，之后又考入我国著名高等学府——同济大学，攻读海洋与地球科学学院的硕士学位，并有幸跟随影响自己后来整个研究生涯的恩师——马在田院士从事科研与学习。马在田院士，1930年生人，经历过抗日战争的艰苦时期，曾被国家选派赴苏联列宁格勒矿业学院学习地球物理勘探，回国后主要从事地震数据分析和地震波偏移成像方法技术研究，在地震偏移成像理论和和应用方面取得了具有国际影响的科研成果，是我国勘探地震领域的领军人之一。

时代环境和成长经历塑造了老一辈科学家强烈的爱国意识和为国家需求做贡献的科研使命感，这在马在田院士身上有充分的体现。如今，马院士已仙逝多年，但是在晚年被病痛折磨的那段岁月里，马院士心里挂念的始终是中国石油工业的发展。他毕生的愿望就是希望中国的科学家能真正站在世界的前沿，而不是追随国外的脚步。

老一辈科学家的爱国精神影响了年轻一代的学者，在跟随马院士学习地震波成像方法的日子里，王华忠耳濡目染，从老先生的做人与科研风格中，继承了其为国家需求作贡献的科研使命，并将其奉为一生的圭臬。

硕士毕业后，王华忠在原石油工业部地球物理勘探局物探研究院方法技术研究所担任工程师，将地震波成像理论与野外采集相结合，解决实际生产问题。在物探研究院的3年中，他将研究院图书馆中勘探地震方面的文献基本都研读了一遍。之后，王华忠又回到同济大学马在田院士麾下攻读博士学位，开展深度域成像方面的研究，并在之后就职于同济大学，稳步开展与地震波成像相关的科研工作。

“如果不是在斯坦福大学访问研究的经历，我可能还不能真正理解马院士希望中国的科学家能真正站在世界的前沿，而不是追随国外脚步这句话背后的含义。”王华忠在回忆时说道。

2004年—2005年，王华忠受派作为访问学者远赴美国斯坦福大学进行交流访问。彼时，我国互联网行业尚未充分普及，国内的学者并没有太多的渠道切实地接触并了解国际信息，对于地球物理及相关领域内国际进展的了解有限且不及时。因此，当王华忠来到美国斯坦福大学访问的时候，他切实地感受到了震撼，“当时感觉他们研究的内容特别厉害，技术也非常先进”。访问研究过程中，王华忠耳濡目染亲身体会本领域最知名的学者如何选题、如何指导研究生、如何领导与管理一个研究团队，充分领悟到科研工作的真谛在于奠定扎实的理论基础，在于提出和把握真正的问题，在于提出创新的解决方法。“一定要针对中国油气勘探领域中存在的问题，提出针对性的、创新性的解决方案，推动我国油气勘探的技术进步！”王华忠暗下决心。

王华忠在上海论坛上作报告

敢于突破补空白

访问结束回国后的王华忠加大了自己的研究和工作力度。长期以来，每周7天工作基本上成为他的常态。国内外高校学习研究、野外工作，以及曾就职于原石油工业部地球物理勘探局物探研究院的特殊经历，使得他同时兼具理论研究与解决实际问题的能力。回国后，他以同济大学为中心研究平台，呈放射状与我国三大石油公司合作，通过解决石油勘探中存在的实际问题，促进我国地球物理研究领域的创新，并且为国家石油工业贡献自己的力量。

长期以来，工业软件在我国的发展处于相对滞后的状态，尤其是在地震数据分析领域，更是缺乏相关软件的研发和应用。细究其原因，主要是因为工业软件的研发是一件相当复杂且繁重的工作，工业软件在开发及成长的全周期中需要投入大量的人力物力。业界知名的几个国外开发的地震数据处理软件，也都是通过联合、收买等方式，几十年来不断研发产生的。而我国在该方面的研究支持及组织管理等均有较大程度的欠缺，导致我国在地震数据分析软件方面的落后。

“有困难也得做，不做的话这一需求怎么填补？”为解决这个问题，王华忠与中石化南京石油物探研究所合作，经过多年不断地研发，最终成功主持开发出了“iCluster”地震波叠前深度偏移成像软件系统。该系统包括复杂介质速度建模和地震波叠前偏移成像两大部分功能和部分必要的支持功能，一经面世，便在苏北、松辽、西北等地区和河南省的地震资料处理中得到了应用，完成了南方山前带和西部沙漠等多个工区的地震数据成像处理，处理效果和效率达到了国内外同类商用软件的水平，并且曾经在中石化集团公司科技部举办的地震波成像处理比赛中获得了第一名的成绩。

在马在田院士的带领下，王华忠具体负责与中石化胜利油田分公司物探研究院的联合，他针对东部老油区勘探开发对保真成像的需求，主持开发了“神通STseis”叠前地震数据处理软件系统。该系统采用先进的软件平台架构技术、模块化描述和应用框架技术等，包括10个子系统、21个交互处理模块、43个批处理模块、125个服务子程序和20万行源程序，其核心技术都是世界领先的前沿技术。STseis软件的推出，缩小了我国与世界先进地震成像技术的差距，打破了国外技术垄断，结束了中石化集团公司没有叠前深度偏移成像软件的历史。目前，STseis软件已在胜利油田物探研究院大规模应用，并逐步推广到中石化其他油田，已处理完成CB30、BS6、CH66等地区的三维地震资料，并对新疆P2J、哈萨克斯坦HSK等工区资料进行叠前时间偏移和叠前深度偏移处理，其处理效果和计算效率等整体达到国外同类软件水平，且复杂构造的成像效果优于国外软件。

“事实证明，只要我们坚持‘沙漠种草’的精神，不怕困难，敢于突破，我国在石油勘探软件方面的科研水平同样有可能赶超国外。”王华忠说道。

王华忠（右三）参加2014年欧洲地质学家与工程师学会（EAGE）会议

勇攀高峰摘硕果

长期关注我国油气勘探领域的技术需求，使得王华忠对油气地震勘探的核心任务及其未来的发展趋势有了深刻且清晰的认识。在他看来，油气地震勘探核心工作包括定位油气藏、精细刻画油气藏几何形态、估计地下介质的弹性参数（包括速度、密度、各向异性参数等）、对地下介质的物性参数（包括裂缝、孔隙度、饱和度、渗透率等）的精确描述以及对油气藏流体性质的预测。“由此不难看出，随着社会对能源需求的日趋扩大，为了勘探到更多的油气，实现更高精度的油气藏描述势必会成为我国油气勘探事业今后的长期需求。”王华忠说道。

为了提高油气藏描述的精度，王华忠提出了特征波反演成像理论框架。

在地震勘探的过程中，由于叠前地震数据采样的不充分、不规则、含噪声，地震波成像存在很强的多解性。对此，国际上油气勘探领域也已经在百年来的实践中发展出了一套行之有效的流程及对应的算法。“但是，由于我国油气探区多在陆上，地表条件复杂、地下介质构造复杂及储层特征复杂是我国油气勘探面对的实际情况，完全照搬传统的方法技术和国外海上油气勘探的理论方法是行不通的。”王华忠介绍道。而特征波成像理念就是他针对地下介质的复杂性及激发和接收环节的复杂性所导致的、地震波场的不可完全预测性提出的，目的就是为了解决实际地震勘探中，实测波场不能被精确预测、系统参数与复杂波场之间存在（强）非线性关系、因果不对应及梯度干扰等问题，把全波形反演（FWI）这一标志性的高精度成像方法技术推进到实用化阶段。

“这是一套理论框架，几乎全中国所有复杂地震勘探地区遇到的地震波成像问题，都可以通过该框架进行解决。”王华忠颇为满意地说道。从某种程度而言，这是一次对我国油气勘探中地震波成像理论与方法技术的全面推进。

但王华忠却并没有满足于仅仅提出理论概念，“要真正推动国家油气勘探事业的发展，光有理论概念肯定是不够的，还得让它‘落地’，转化成可以实际应用的技术。提出特征波成像理论的初衷本来就是要解决我国陆上复杂探区的地震波成像问题”。紧接着，他通过开展国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项“高分辨率地震实时成像理论与技术”，着力攻克特征波反演理论框架下涉及的若干技术问题。“我们计划通过该项目，结合高效的反演成像算法，实时地更新成像结果，并且突破当前地震波成像所依赖的高斯、线性假设，发展包含多次波在内的非线性地震成像方法与技术。”王华忠提到，项目研究的最终目标就是要发展一套高分辨率的地震波实时成像方法技术，从而有效地提高我国油气勘探的效益。“有了这套高分辨率的地震波实时成像方法技术，将会对我国塔里木盆地及类似盆地的油藏识别、开发起到非常大的促进作用。”

不断取得的突破性成果使得王华忠曾先后获得了上海市科技进步奖二等奖、中石化科技进步奖二等奖，以及胜利油田地学开拓者特等奖、湖南省自然科学奖三等奖等荣誉，并且获得了学术领域及石油工业界的广泛认可。但他无暇在意这些荣誉，转头又投入到对地震波成像更高技术水平的研究当中。

对王华忠而言，即便成功研发出了一套高分辨率的地震波实时成像方法技术，也依然没有达到他对高精度油藏描述的期望。因此，他带领的研究团队又提出了“两宽一高”数据下的宽（全）波数带波阻抗反演的技术路线。他解释道：“宽带波阻抗成像结果与岩性油气藏的关系更为密切、分辨率更高，更适于高精度的油藏描述。”因此，他把“两宽一高”叠前地震数据、测井/钻井、地质、岩性、岩石物理等信息，都融合在高精度的广义地震反演成像中，实现宽带波阻抗成像，从而达到高精度油藏描述的目的。

“实现宽带波阻抗成像后，我们便可以更直接、更定量地刻画地下含油气藏的状态，从而满足石油工业对达到更高精度油气勘探水平的需求，并保障油气能源对社会发展的供应。”王华忠说道。

2019年团队合影

立足需求为行业

事实上，地震波成像从理论技术走向实际应用是很复杂的过程，其中存在着众多复杂的影响因素。为了将地震波成像技术理念和方法技术成果应用于实际地震勘探工作中，大学研究团队需要和油气勘探公司建立长期密切的合作关系，在不断的交流合作中促使从事具体工作的技术人员接受并使用先进的理论与方法技术，从而将大学研究团队的科研成果真正作用于油气勘探的实际工作中。

但油气勘探公司相关技术人员往往坚持自己长期形成的传统经验与做法，常常抗拒接受新的理念与技术，这让王华忠感到头疼。比如，他曾极力向油气勘探公司的研究生产部门的技术人员阐述地震波成像面对的是地下三维物理空间中的介质实体，而不是时间域描述的三维空间介质实体，时间域的很多成像处理方法在“双复杂”探区是不成立的。但是很多勘探技术人员却很难接受这样的观念。

实际单位技术人员的固执让王华忠陷入痛苦之中，“如果他们连基本的新概念都接受不了，那么向他们推广系统性的理论及技术就更是难上加难了”。但难就不做了吗？当然不会。从实际生产过程中找出需求，到提出理论框架，再到研发出可对实际勘探工作产生促进作用的先进技术，这其中的每一步都是为国家的石油工业贡献自己的力量，怎么能到了最后技术推广应用这一步就停下来呢？

思虑良久之后，王华忠决定暂时先绕开眼前的难题，改变策略，走“自上而下”的技术推广路线。他奔走于国内中石化、中石油、中海油三大油气公司，拜访相关的领导，向其介绍新理论框架及技术的研发理念，参加三大石油公司的研讨会，参与三大石油公司的技术培训活动，通过“多管齐下”的方式使实际单位的技术人员逐渐接受新的理念及方法技术。

王华忠很清楚，“每一项新的技术，必然要经历从上到下、从下到上多次的交互，才能真正地在实际应用领域普及开来。”因此，提高技术人员对于地震勘探领域的理论认知，就成了他们必须开展的工作。“这不论是对于促进新技术的推广应用，还是对于提高整个勘探领域的认识水平，都能起到明显的作用。”王华忠介绍道。为此，他和中石油勘探开发研究院西北分院联合举办了“地震波反演成像技术—上海论坛”（每年举办一次，截止2020年已经举办了12届），将其作为业界在地震波成像领域的技术研讨平台，向相关技术人员展示团队的最新理论及技术成果，以及当下国际上在该领域的最新信息。“在论坛开始之前，我会带领团队对每年度美国SEG年会和欧洲EAGE年会上发表的一两千篇论文进行搜集梳理，从中提取出代表性的技术信息，和大家展开研讨。”王华忠说道。不仅如此，他还联合中石化石油物探技术研究院（南京），共同组织了“地震波成像技术—博士论坛”（每三周一次），针对方法技术的理论问题及实际生产中的困难问题进行研讨，提高研究和生产人员的认识水平和判断能力。通过这样的交流分享，必然能够在一定程度上整体提高油气勘探行业的技术水平，促进相关先进技术在我国油气勘探领域的推广应用。

自强不息谋未来

风风雨雨几十年走过，如今，王华忠已经从一个初入地球物理勘探领域的新人，成为地震波成像领域的资深专家，同时兼顾理论与技术的研发、推广应用，以及培育该领域的研究人才等重任，其间需要付出的心血非一般人可以想象。不过，他说，他并非一个人在做这些事情，从始至终都有一个团队在一起努力，那便是他组建和领导的波现象与智能反演成像研究组（WPI）。

谈起这个研究团队的创立因由，王华忠感慨万千。当年，恩师马在田院士病重，课题组无法再维持原先的组织方式，为了继续为我国的地震波成像及石油工业领域作出贡献，他创立了如今的波现象与智能反演成像研究组。王华忠介绍道，研究组成立之初，便立下了3个目标：为石油工业界培养勘探地震学方面的领军人才；提出波现象与反演成像方面的新理论与新方法；针对中国大油气公司的战略探区遇到的勘探地震问题发展出新方法和新技术。

20余年的奋斗时光过去，在这期间，无论是举办论坛、研发工业软件、全力培养勘探地震领域的领军人物，还是提出波现象与反演成像方面的新理论与新方法并以此解决实际生产问题，王华忠都竭尽全力地做到了。他自叹，总算是对得起团队成立的初衷了。

但王华忠的任务并没有结束，随着时代的发展和科技的进步，油气勘探行业正在不断面临新的问题，地震波成像领域也不断有新的理念与技术融合进来，“比如，目前我们正试图将智能学习类算法（机器学习算法）引入到地震波数据采集和成像的诸多技术环节中。”王华忠介绍道。

在地震波成像过往近百年的发展中，传统的非学习类算法已经日趋成熟稳定，很难再有大的突破。要想使油气勘探技术水平得到进一步的提升，必须将智能学习类算法融合进去，这也是目前国际上正在努力开展的研究领域。而王华忠想要做的，就是期望改进现有的学习类算法的网络构型和学习算法，使得它能够在油气勘探领域发挥出巨大的作用。他还提到：“在发展地震波成像的智能学习类算法方面，我们必须做出原创性的成果，在国际上获得属于自己的位置。”如今，为了推动地震波成像与智能学习类算法的融合，王华忠每天都忙碌着。除此之外，他还要考虑我国各战略探区地震波成像新方法与新技术的研发与推广应用问题、领军人才培养问题，这使他的大脑总是如同一台高速运转的机器般时刻进行着紧张的思考与工作。

直到音乐响起的时候，王华忠才会从繁忙的工作中抽离出来，思考分析适合我国地质情况的地震波成像技术发展路线。他说：“天行健，君子以自强不息。无论是国家，还是个人，都要始终保持自强不息的精神。”