2024年4月3日,我国台湾省发生7.3级地震,这次地震造成了12人死亡、1135人受伤、637人受困,以及7604万新台币的财产损失。地震,众所周知的一种自然现象,地球上几乎每天都在发生。作为一种破坏力巨大的自然灾害,地震不仅产生生命和财产毁灭,还对社会产生深远的影响,比如“唐山大地震”“汶川大地震”“玉树大地震”......如果我们能够实现地震预测预报、掌握防震减灾知识、学会地震技术的利用,对守护人民生命和财产安全将会起到关键的作用。
天然地震能产生破坏作用,但同时天然地震产生的地震波携带了大量地球内部的信息,是人类了解、认识地球,探索地球宜居性的重要信息来源。因此也促进产生了以利用天然地震或人工激发的地震波探测地下未知结构的地震技术。如果把地球比喻成一个人,那么地震技术就可以形象的比喻为地球CT技术。它是以研究固体地球中的地震波动场为目标,通过观测研究天然地震和人工激发产生的地震波来感知地球内部不可见的物性结构,给出地球深部的成像图片,跟做CT一样。但是给人做CT简单,给地球做CT的难度是何其大!因为人体小且人类具有医学解剖知识,可以在CT仪中进行全方位的观测;而地球太大了,不可能有这么大的CT仪。迄今为止,人类关于固体地球的内部圈层结构认识以及煤炭、油气、地下水、金属矿等矿产资源的探测寻找基本都来自于地震技术的贡献。
多分量地震技术诞生于人类对天然地震的观测和研究科学领域,通过测量地震引起的固体地球3个自由度的平动分量和3个自由度的旋转分量实现地下介质的探测和地震预测。北京多分量地震技术研究院(简称研究院)是专业从事多分量地震技术研发的一家股份制研究机构;其主要业务包括多分量地震的波场模拟、观测系统设计、多分量地震数据采集、数据处理、解释与多波联合反演。研究院拥有具有完全自主知识产权的多分量节点地震仪、旋转地震仪的研发和生产能力,并拥有合作研发的多分量勘探地震数据处理、解释、反演的专业软件McPS系统,和专用于主被动源六分量地震数据处理的软件系统AP6C。
北京多分量地震技术研究院logo
研究院成立于2010年,是我国最早设立的、专门进行多分量地震技术研发和推广、产业化,在原北京中雄多分量地震技术有限公司的基础上改制的股份制企业。研究院由技术研发、多分量地震数据处理、多波联合解释反演、多分量地震仪研发、办公室五个部门组成;有固定员工23人,兼职研发人员40人;研究生学历占比80%,博士占比超过50%。研究院现有6台计算服务器和一个小型的集群系统,超算节点52个,总磁盘容量超500TB,可适应一般性三维三分量、四分量、六分量地震数据的处理和解译的软件运行需要。研究院拥有授权中国发明专利10件,登记软件著作权40件;曾获安徽省科技进步二等、三等奖,中石化集团技术发明一等奖,中国地球物理学会科学技术一等奖,贵州省技术发明一等奖等多个省部级奖项。
研究院与中石化勘探开发研究院、中石油BGP、中海油研究总院、中石化西南局德阳分院、中石油西地所、煤田地质局物探院、中石化南京物探院、中石油西南分公司研究院、中石化西北局研究院、中石化胜利分公司物探院、淮河能源集团、山西山地物探技术公司等多家单位建立了长期合作关系。多年来,研究院承担了石油、煤田、地调领域的二维、三维多分量地震数据的处理与解释反演任务,包括中石油BGP轮南2D3C、大庆油田汪家屯2D3C、开滦煤矿钱家营矿3D3C、胜利油田罗家2D3C、淮南煤矿顾桥北一采区3D3C、中石化西南局新场、合兴场、丰谷3D3C、中石化塔河油田沙48井区高密度3D3C、中海油服莱州湾3D4C、中国地调局地科院廊坊物化探所新疆内蒙金属矿2D3C、中国地调局青海木里天然气水合物2D3C、澳大利亚金属矿2D3C、巴西某海域3C-VSP、塔里木、松辽与四川等盆地多个井区的3C-VSP成像任务等;并参与承担了国家油气专项的十一五、十二五和十三五计划,获得了国内外地震业界的专业认可。
研究院除提供多分量地震CT技术服务及各种产品外,还主要承担中国“多波多分量”(MWMC)地震研究团队(参链接1)技术研发成果的转化应用和推广工作。主要包括如下的技术推广:
二维、三维地面与井中地震各向异性多分量地震波场模拟与观测设计,
二维、三维地面与井中多分量地震数据的处理与成像,
二维、三维海底四分量地震数据的处理,
二维、三维多波解释与联合反演。
研究院拥有的自主知识产权软件系统
此外,研究院还代理销售该团队研发的具有完全自主知识产权的软硬件产品,主要包括:
零偏、非零偏、Walkaway和Walkaround、3D3C-VSP成像系统(1.0 for Windows),
地面三分量地震数据处理与多波联合反演软件系统(McPS 4.0 for Linux),
主被动源六分量地震数据处理软件系统(AP6C 1.0 for Linux),
流动地震观测光纤旋转地震仪(R3C-9),
用于海底地震观测的脐带缆式6分量地震仪(6C-marine-9),
固定台网用光纤旋转地震仪(Rz-10),
科学实验用大型光纤干涉仪(Rz-11、R4C-11),
工程地震勘查用六分量地震仪(E6C-5)。
目前研究院正在承担的研发和技术服务项目包括:东海平湖区块4C-OBN试处理与多波联合反演;北部湾涠洲岛某区块4C-OBN数据处理;胜利埕岛某区块4C-OBN数据处理;南黄海埕岛某区块4C-OBN多波联合反演;山西某区块煤层气三维地震数据处理。正在研发的技术装备包括:基于北斗系统的振动定位仪(L6C-8);基于无人机的投放式六分量地震仪(6C-8-EARTH);六分量月震仪与火震仪(6C-9-SPACE)。
研究院将继续与国内外从事多分量地震技术研发的专家、团队一道,推动传统地震技术向多分量弹性波技术的跨越式发展(参链接2),促进多分量地震技术的实践应用。
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中国“多波多分量”(MWMC)地震研究团队
中国“多波多分量”(multi-wave & multi-component,MWMC)地震研究团队成立于20世纪90年代末,是应1998年中国科学院、石油部、基金委联合召开的“地震各向异性理论和多分量地震技术”首次学术研讨会,为推动我国地震技术跟踪国际先进水平而成立的一个学术研究组织。该团队由来自中国科学院地球物理研究所、地球化学研究所、中国石油大学、中国海洋大学、中国地质大学(北京)、太原理工大学和中石油等三大石油公司的相关技术研发人员组成,是一支定期开展学术交流、技术成果共享互利的虚拟团队。历经20余年的矢志坚持和科研创新,该团队引领着我国地震各向异性理论与多分量地震技术的攻关,在岩石弹性各向异性与地震地质建模、裂缝与薄互层的长波长等效各向异性介质理论与多分量地震波场传播、多分量面波压制与利用、矢量波场分离与合成、矢量成像、多波联合反演、旋转地震学、张量地震等方面取得了突出的创新性成果;在与国际先进地震技术学习与竞争进程中,团队联合大型国有企业,实现了我国多分量地震技术零的突破,填补了国内空白,打破了国际垄断;并进一步实现了多分量矢量技术的国际领先,现已成为我国弹性波地震技术创新发展的主要生力军。
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我国勘探地震技术的发展历程
地震技术是探测地球深部结构及其变化过程、探索天然地震产生机理,为地震预测预警预报服务,以及寻找地下资源的一门科学技术。自我国从国外引进、消化吸收该技术70多年来,新中国地震技术的发展便是一场生动的、消化吸收再创新、参与国际竞争、实现超越的接力赛。
新中国成立前,我国诸多先辈科学家,例如翁文波先生等,一直关注天然地震的预测预报和地震技术的利用。我国自从20世纪50年代才开始系统、有计划的引进、学习、消化吸收国外地震理论及相关技术,开启了新中国大规模工业化改造和建设所需资源探测的新篇章。在这一过程中,傅承义、赵九章等老一辈地球物理学家起到了先行者的引领作用,可算作接力赛的第一棒。
60年代,许云、何樵登、牟永光、马在田等多位先生在单分量声波地震观测、纵波反射地震理论和方法技术领域做出的引进和探索工作奠定了我国现代地震技术的理论方法基础,为我国应用地震技术实现油气勘探的突破做出了不可磨灭的贡献,成为我国现代地震技术发展的第二棒。
80年代至90年代初,陆基孟、李庆忠、王妙月等众多科学家,在搭建我国自主地震软件系统的技术进程中发挥了第三棒的接力作用,并取得了我国地震技术与国际水平的跟跑,填补了传统单分量纵波地震技术软件的国内空白,打破了国际地震技术核心软件的垄断。
我国地震技术的发展进程
上世纪90年代,国外开始布局多波多分量地震技术,取得了新技术上的先发和积累优势。1998年,中国科学院、石油部、基金委联合召开的地震各向异性理论和多分量地震技术首次学术研讨会,中国“多波多分量”(MWMC)地震研究团队成立;以此为标志,我国在取得传统单分量地震技术与国外先进技术跟跑、并跑水平的基础上,再次吹响了向更先进的多分量地震技术进军的号角,此时接力棒传递到了第四棒。
值得一提的是,以50-60年代出生的、80年代恢复高考后的两代学人为主力,在地震各向异性理论和多分量地震技术的前沿领域,学习、跟踪、奋起直追、跟跑、并跑,第四棒不负期望,他们用15年时间填补了我国在这一技术领域的空白,再次打破国际多分量技术垄断,跻身领域的领跑梯队。随着80后新人加入团队,几代人的接力拼搏终于结出硕果:中国“多波多分量”地震研究团队与国内诸多高校、科研院所和相关企业的团结协作、持续发力,率先在弹性波矢量地震技术领域取得突破,占据了国际多分量地震技术的制高点,并引领了当前国际油气地震多分量技术的发展,开启了新一代弹性波多分量地震技术工业化应用的新篇章。
多分量地震是学科与技术发展的必然选择
近30年来,中国“多波多分量”地震研究团队作为中国地震技术发展接力赛的第二棒、第三棒、第四棒的核心力量,在国家科技部973、863计划,油气专项十五~十三五计划、基金委等国家级和企业项目的持续资助下,紧密结合国家能源企业生产需求,为我国发展具有完全自主知识产权的多分量地震技术,填补国内空白、打破国际垄断提供了系统的、核心技术支持。团队积极倡导和引领的矢量地震技术为我国地震技术服务走出国门,走向国际市场并占据高端市场的制高点奠定了坚实的基础,使得我国地震技术率先实现了从传统单分量纵波地震技术向新一代矢量地震技术的换代更新。
目前,这场地震技术发展接力赛已经传递到了第五棒,中国“多波多分量”地震研究团队以新崛起的80科研人员后为核心,继续以矢量地震技术为突破口,主攻更复杂的薄互层与裂缝叠置的单斜各向异性介质地震波传播理论、非线性弹性动力学、旋转与平动地震传播理论的研究,并将之应用于海洋和井中多分量地震CT中;并针对工程地震勘察和天然地震观测研究需求,在国内首开六分量地震装备技术和旋转地震学的攻关。预期未来的5年中将取得深地观测、六分量地震仪、海域4C-OBN和井中3C-VSP成像技术的系统性突破,为我国深层能源、资源的勘探、天然地震防震减灾、军事隐伏目标探测等不同领域的需求提供核心的理论、技术装备支撑。
2023年,中国MWMC团队承办的中国地球物理学会多分量地震学术会议
