悼念文章

向为油气勘探奋斗一生的李世雄教授致敬

发布者:系统管理员发布时间:2016-07-22浏览次数:4

( 中国地质地球物理研究所 )       

        笔者作为一名油气勘探实际工作者,尽管无力洞察所研究领域各环节涉及数学问题的核心内容及难点,也无力对不同研究方式取舍作出判断。然而,有机会在近20年(1986-2006)时间内,能经常向著名数学家李世雄教授请教,倾听他为提升油气勘探水平而撰写诸多学术论文的讲授和对国内外发展趋势的敏锐判断。从而使笔者在实施由刘光鼎院士主持的国家自然科学基金“八五” 和“九五”油储重大项目时,对相关研究对象的物理刻划、数学陈述及算法选择中,时常能葆有清醒的认识;也鼓舞笔者能勇于承担中科院知识创新工程(第1期)重大项目“油气勘探二次创业的前导研究”。

        安徽大学李世雄教授以纯数学的视野做出了诸多贡献,所以能博得地球物理界及大庆油田业内人士的崇高敬意。笔者以为其主要原因在于他能从国情出发,致力于针对国家战略目标需要,凭借自身数学功力,长年与实际工作者一道,不断地探索并凝练所应对的具体研究内容,并做出命题选择的判断。这也就有力地指导年青后学者,提升其科学判断力和促进有效成果的产出。

          在获知李世雄教授谢世的短暂时间内,中国地球物理学会、中国科学院地质与地球物理研究所、同济大学地质与海洋科学学院、大庆油田有限责任公司勘探开发研究院和国家自然科学基金会“油储”项目办公室等致力于发展我国油气勘探事业的单位,以及中国科学院刘光鼎院士、马在田院士和杨文采院士,中科院科学与工程计算数学研究所秦孟兆研究员和张关泉研究员,中科院地质与地球物理研究所刘洪研究员和刘红伟博士生,哈尔滨工业大学刘家琦教授,集美大学理学院杨孔庆教授,大庆油田有限责任公司勘探部吴永钢总工程师和勘探开发研究院陈树民总工程师,大庆石油管理局物探公司研究所张向君高级工程师等,委托笔者专程前往安徽大学,向李世雄教授敬献花圈并参加遗体告别仪式。在安徽大学李世雄教授的灵堂上,笔者见到专程前来吊唁的有西安交通大学电讯工程学院的高静怀教授和诸多李世雄教授的亲授弟子,还见到美国加州大学Santa Cruz分校的吴如山教授及地球物理和油气工业界诸多从业人士的唁电和花圈。向李世雄教授遗体告别者达数百人之众。此时,笔者徒生对油气工业科学发展作出杰出贡献的数学家冯康先生,郝寿先生和栾文贵先生谢世的悲情,今又沉痛地深怀感激之情,谨呈小文,以笔者所能领悟到的李世雄先生对提升油气勘探科学水平所做出的贡献,通过若干交往片段的回忆进行阐述,并叩首致敬。

        1. 地震成像


        得益于上世纪70年代末国际医学CT取得突破性进展的启示,于1985年,我国多学科不同领域的学者聚会石家庄,讨论地震层析成像研究的可行性途径、学术难点和所涉及的物理、数学及数值计算的命题。韦钰院士以当时获得医学x射线成像成果及研究命题为依据,阐述相关的物理背景、资料采集方式和数值计算对成像效果的影响及若干有待深化研究的途径及命题;杨文采院士针对地球物理介质模型研究尺度有别和资料采集方式各异的地震层析成像,以生动的卡通形式将之划归为8个类别的研究成果获得的可行性及不确定性程度进行了评估;栾文贵先生和李世雄先生则分别阐述地震成像的相关数学命题内涵和为克服难点应开展的拟微分算子和傅立叶积分算子的可行性研究命题,并聚焦于开展波动方程反问题研究命题的阐述而铭刻人心。事隔20余年后的今天,从科学研究的进程、成果产出和人材的培养效果看来,笔者以为,1985年的计算地球物理讨论会和上述特邀专题报告,对我国跨部门研究工作的凝聚、相关学科发展的促进、老中青研究人员研究命题的聚焦和“油储”项目先期预研的准备,无疑兼具前瞻性、基础性和广阔的实用性。李世雄教授的物理背景和数学功力,也赢得了地球物理业内人士的关注。

       
        当时,笔者深陷于奇性分析和平滑解研究途径选择的困境。凭借Barlkin (1985,1986)发表里程碑式的地震成像广义Radon反变换论文之机,直接求教于李世雄先生。先生在向笔者作精辟解读之后不久,即告知关于Barlkin的广义Radon反变换进行数值计算的可实现途径,并著文发表。更使人惊叹不已的是,1994年在宁波举行的“油储”项目成果报告会上,李世雄教授以地下隐蔽探测目标需用的最少炮点检波点数目的数学证明内容为中心开讲。著名地球物理学家,时任石油部勘探局地球物理总工程师的陆邦干先生,当即告之笔者:“此项成果意义深远,不急发表,将会有甚大的工业应用价值。”10余年后的今天,我国油气工业面临复杂介质环境下深层隐蔽油气储集体勘探的艰巨任务,从而针对性甚强的资料采集设计研究与实现已成为焦点的研究内容。李世雄教授当年的研究思路和成果,无疑是开创了基础性研究之先河。可惜的是,我们当年因功力不足,难以延拓并深化此项命题的相关研究,更谈不上将理论成果向工业界需求的生成技术转移的诸多实验及应用研究。这类遗憾也深藏于笔者及同道者的内心深处而难以忘却。不难想象,面对诸多实际难题当前时,人们才开始醒悟相关研究及人才储备不足,则自在情理之中。

        2. Wavelet

        Wavelet,我们十几年来都称之“小波”。尽管理论界对其基础研究的论述,可追溯久远,可是今天这个词却和“信号”一样,因其应用领域极为宽广,人们似乎顾不及而未能给出涵盖所有具体问题,且具有普遍形式的精确数学定义。我们看到有基于物理直觉而构造小波的表达形式,也有从不同数学空间类别阐述定义后,开展的具体研究。

       
        上世纪80年代末,李世雄教授应邀赴美研究,内容大体是对航天宇宙飞船穿越地球电离层时,研究其机体随飞行路径所携带电荷的分布。诚然,这是一类Radon反变换的应用。他返程回国时,就在上海机场急忙给笔者打电话,问:“老李,美国最近发生很重要的事,你知道吗?”。答曰:“知道”。又问:“你知道是什么?”,再答曰:“Wavelet,小波,是中山大学校长李岳生教授的博士生朝红阳告诉我的”。顺便,笔者约他在休息一段时间后,抽空来北京讲学。没料到,李世雄教授不足一星期即来京开讲小波。在时任中科院地球物理所所长刘光鼎院士的支持下,届时,京区油气业内人士集聚所内,倾听他从原理、快速算法及已成功实现应用的领域实例等逐一讲解。李世雄教授的报告引人入胜,通俗易懂而深得共鸣。当年年底,“油储”项目乘中国地球物理学会在昆明召开年会之机,召开“地球物理领域的小波变换表达及应用”专题报告会。会上有当时的研究生高静怀、伍先运和曹思远等五人作了各自应用效果的报告。刚从荷兰学成归国的西安交通大学刘贵忠教授也作了特邀报告。这时,朝红阳博士正好坐在笔者身后,她低声问我:“你自从知道小波这个词,到今天召开专题会,前后有几个月?”笔者告之:“正好赶上李世雄教授的推动力,前后仅用七个月时间。”
       
        在博得“油储”项目诸多参加者及主持人刘光鼎院士的认同下,刚开始实施的“油储”项目,经请示批准后,立即将小波内容立项研究,大庆油田也派员参加工作。
       
        从事调和分析的李世雄教授,对堪称调和分析发展史上里程碑式进展的小波理论,其研究兴趣甚巨,当在情理之中。可是,他使人敬佩之处则在于,有别于一类唯理论研究方式不同之处是,李世雄教授十分注重理论联系实际,关注油储地球物理研究中数学工具的得当应用。2001年,身体状况甚为欠佳的他,在“油储”项目召开的理论会上作了长时间报告。他着重针对传统小波在地震资料处理中的分辨力不足,而提醒大家一定要关注正在发展中的第二代小波变换框架,并详细分析Hilbert-Huang变换的背景、形式及应用。他指明Huang在物理直觉上甚佳,数学处理上则明显不足,可能在应用中会出现麻烦。李世雄教授要自己动手研究,也希望大家共同应对。果不其然,使用Hilbert-Huang变换时,中科院地质与地球物理所刘洪研究员很快就发现存在“端点飞翼”和“拟合过冲”的严重现象。尽管我们在具体资料处理中,对此已予以有效克服,但由于李世雄教授2001年以后已力不从心,我们为缺失这样的带头人引领,而难以在数学阐述上更上一层楼。
       
        西安交通大学的高静怀教授等一批后学者,在年富力强的求学时期即深受李世雄教授的指导,目前正以强劲的势头致力于第二代小波框架的研究。高静怀和陈文超带领西安交大电信工程学院的一批研究生,在针对复杂介质隐蔽性油气储集体空间展布研究中,致力于第二代小波理论联系实际的大量地震资料处理。他们在大庆油田和长庆油田的研究成果,获得了油气勘探界业内人士的认同。他们还对Ridgelet、Chirplet和Curvelet等小波领域的研究,都呈现出难得的群体性并发的势头。

        3. 独立分量分析(ICA)

        李世雄教授于2001年,以“鸡尾酒会的故事”为引子,生动地阐述ICA的内涵及广阔的应用空间。以独立事件的出现作为研究对象,可以想见,只要有数据流动之处则皆可显现ICA的巨大潜力。

        现已众所周知,贝叶斯统计理论是以信号相干现象为依据的。而ICA与之相比,其本质性前提是相反的,也就是以零相干为条件,即以不同信号流之间的独立性为前提。
       
        中科院地质与地球物理所刘洪研究员和现工作于中国海洋大学的刘喜武博士,在大庆油田开展ICA研究。“油储”项目参加者,现工作于集美大学理学院的杨孔庆教授,指派时在德国纽曼研究所的儿子杨磊(研究生时的部分工作在原地球物理所油储研究室进行)协助工作。杨磊博士则直接推荐正在从事ICA研究的Helar博士到我们所,协助刘洪研究员,针对大庆油田动用扶余油层的勘探储量向开发储量转化的研究工作。
       
        现在,ICA文献已广布各领域。在油气勘探与开发研究中,笔者认为一批后学者必当以出色的成果告慰李世雄先生。

       4. 辛群与李群

        对动力学过程研究,用三大力学体系(牛顿、拉格朗日和哈密顿体系)在物理上都可作出等价的表述,其区别,一方面在于微分方程表达的数学形式各异,而空间对应则分别是欧氏空间、欧氏空间的切空间和余切空间的差别。冯康先生的巨大贡献之一则在于指出,对动力学过程的数值计算应采用哈密顿系统的辛几何算法。

       
        “油储”项目研究中,对复杂介质条件的波传播和成像研究是不可回避的。项目内除深化牛顿体系的研究外,尚开展波传播辛几何算法和偏移成像的李代数研究。作为研究人员的个人专长及兴趣而采取何种研究途径,在今天当有无可厚非的自由选择理由。问题在于,对非数学专业或数学程度不够的众多研究人员而言,现实情况是无力阅读辛几何和李群的文献及论著。为此,笔者向李世雄先生提议,以他的功力写一本辛几何算法的通俗性著作,并认为这将对众人具有重要的方向性指导意义。李世雄教授以欠佳身躯,花两年时间写出,遂由科学出版社出版的《波动方程高频近似与辛几何》。这本书已成为涉及动力学问题、波动问题及关心辛几何者的必读著作。中科院地质与地球物理所油储学科组投入力量,遂用辛几何算法应用于大庆跨越徐深1井的地震剖面计算,取得了可喜的成果。
       
         随着保结构偏移算法的深化,对李群及李代数的理解及应用已提到日程。李世雄教授以欠佳的身躯,在安徽大学进行李群及李代数的专题授课。听课者达数十人之众。值得告慰的是,刘洪研究员和袁江华博士等已完成由波动动力学方程转化为李代数方程求解途径,实现了横向变速介质条件下,面对深层探测目标的大步长偏移算法研究。笔者坚信,得益于李世雄先生的授课和著作,在我国油气勘探研究中,必将产出独立自主创新的相关软件系统。先生的治学精神及功德必将突现于我国油气工业。

         前人曾有名言:“生命是可贵的,生命对于人而言只有一次;人的一生应当这样度过:当他回首往事时,不因虚度年华而悔恨,也不因碌碌无为而羞耻。这样,他在临死的时候,自己能够说,我整个生命和精力已献给世界最壮丽的事业。”


       宋人曾有名句:“忆昔午桥桥上饮,座中多是豪英。长沟流月去无声。杏花疏影里,吹笛到天明。”

       李世雄先生安息吧!未尽事业必有后学者在努力!

 

李幼铭
中国科学院地质与地球物理研究所

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