2011年至2021年，我國用10年時間推行找礦突破戰略行動。期間累計發覺17個億噸級大油井和21個千億立方米級大氣田，新產生32處非油氣礦藏資源基地，主要礦藏保有資源量普遍下降。

石油能源建設對我們國家意義重大，美國作為制造業大國，要發展實體經濟，能源的飯碗應當端在自己手里。端牢能源的飯碗，應當發揮科技創新第一動力作用，通過技術進步解決能源資源約束、生態環境保護、應對氣候變化等重大問題和挑戰。

近些年來，美國科大學聲學研究所超聲學試驗室固體聲學與深部鉆測團隊，數三年如一日不懈探求用井下聲波來偵測能源的核心技術，開發出功耗更優越的井下聲學偵測儀器，對支撐我國深地勘查、保障國家能源安全具備重要的意義。

——編者

找到油氣田，有什么方法？

“望聞問切”定位置，完井儀器作“眼睛”

油氣勘查是一項復雜而又有高難度的工作，使得存在很大風險。這么，要想找到油氣田，還要經歷這些方法？

美國科大學聲學研究所研究員、超聲學試驗室處長陳德華說：“找油氣田的過程，可以用傳統醫學中的‘望聞問切’四字來概括。”

首先，地質學家會進行區域概查油氣智能開采技術，確定或許存在油氣田的地區和范圍。這一步相當于“望聞問切”中的“望”和“聞”；之后進行區域普查，利用人工地震技巧推測地下巖體的結構，這一步相當于“問”，可以大體確定地下這些位置存在油氣儲層；接下去，安裝工程師會鉆開潛在油氣田的第一口井——探井，進行區域詳查，相當于“切”。

陳德華說：“如果想了解油氣層的詳細位置以及油氣的開采價值，以上的‘望聞問切’還不夠，還須要結合一些高科技方式，例如物探技術。”

物探被稱為“石油工業的耳朵”，由于在黑漆漆而又低溫的地下，難以直接觀察到第四紀巖體信息，應當通過物探儀器記錄數據并傳輸到地面，這個過程就好比人的耳朵接收到光訊號，并處理成圖象以供辨認。

“將先進的物探儀器放到打孔內，我們就可以對地下幾千米處的油氣層進行精細偵測，精度能達到公分級乃至更高。通過完井，可以確定礦床的性質，逐步對巖體做出精確評價，以便確定礦床是否富含油氣、含油氣量多少、油層長度以及評估油氣可采量。”陳德華說，“這個過程就好比人們在診所復查時‘做B超’。”

物探方式一般分為聲法、電法、核化學法和x光共振法四種。其中，向基巖發射聲波、接收處理反射或折射回去的聲波因而獲取基巖信息的方式，被稱為聲波物探。“相比其它幾種方式，聲波物探除了環保，費用相對還低，更重要的是能否榮獲許多至關重要的基巖巖體電學參數。”陳德華說。

國產高檔聲波物探武器油氣智能開采技術，是怎樣研制下來的？

“從零開始”解瓶頸，反復實驗終量產

本世紀初，世界范圍內油氣資源勘查和開發的競爭不斷升級。“當時，我們缺少自主研制的偶極子聲波物探換能器，也無法大面積推廣應用偶極橫波物探的先進技術。這除了影響了我國高檔聲波物探武器的國產化，還嚴重制約和阻礙了我國油氣勘查、開采的進度。”陳德華追憶。

面對難辦瓶頸，中科院聲學所的研究團隊迎難而上。

研究可以說是“從零開始”，團隊成員們不僅能看見市面上已有換能器嵌入儀器后的“長相”，了解它可以實現的一些基本功能外，其余相關材料、結構、參數等詳細信息幾乎一無所知。

隨后，經過近3年的反復摸索、試驗，經歷了成百上千次的失敗后，團隊總算研發出了換能器的第一批樣品。陳德華說：“但是，這批換能器樣品即便放到低溫環境中進行檢測，要么整體斷裂，要么壓電陶瓷破碎，致使實驗失敗了一次又一次。”

到底是那里出了問題？近4個月的時間里，團隊成員反復研究材料選型，換了十幾批材料，并不斷改進粘接工藝，經過上百次的反復實驗，總算擺脫了耐低溫、高壓聲波物探換能器的制做瓶頸，研發出了達到國際先進水平的成品。

國產換能器交付后，立刻投入實際應用，并進行了小規模的量產。

怎樣擺脫物探技術的“一孔之見”？

優化設計“探得遠”，迸發聲源“聽得清”

常規聲波物探的偵測范圍常常局限在井周幾公分至幾十公分的范圍內。這如同兩個人說話時，雙方距離越遠，越無法聽清對方的話；而假如藏在密閉空間里說話，外邊人看到的聲音會更小。

因為物探是在極其簡陋的打孔中進行的，常規物探技術的偵測范圍十分有限，所以物探技術常被人比喻為“一孔之見”。

怎樣既“探得遠”又“聽得清”？

“對聲波物探來說，這就須要不斷優化設計迸發聲源，讓聲波除了傳得更遠，就能‘戴上瞄準鏡’，具備‘指哪打哪’的方向性。”陳德華介紹。

我國超聲學領域幾代科技工作者從上世紀80年代就開始探求。經過不懈努力，近些年來，中科院超聲學試驗室不斷發展高頻橫波遠偵測技術，將聲波物探的偵測范圍拓展到了井周數十米甚至上百米。

“偶極橫波遠偵測的聲源相較于普通聲波物探的速率范圍要低太多。高頻聲波衰減較小，故而能實現更遠的縱向偵測距離。”陳德華說，“同時，偶極聲源的訊號存在方位差別性，輔以多份量的聲波發射和接收，通過訊號處理可以確定聲波反射體的方向，這就讓聲波具備了對準性。”

2012年，中科院超聲學試驗室成功研制出偶極子陣列聲波物探儀；2013年，開始著手橫波遠偵測關鍵核心技術的研制；2021年末，第三代橫波遠偵測成像物探儀在超深井中實現了清晰的井外地質成像及8340米深度的偵測紀錄，創下該類國產儀器深度偵測紀錄，對保障國家能源安全具備重要意義。

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