东方物探：AI驱动勘探精度与效率实现双重飞跃

中国的石油资源“家底”并不算富饶，尤其是近几十年大规模勘探，浅层构造性油气藏大多已被发现，油气勘探与开发逐渐向深层、深水、非常规、老油田油气藏发力。因此，加大石油勘探力度，探明更多油气资源储量，对于稳定中国能源“粮仓”起到至关重要的作用。

当下，国际上95%的大油气田都是依靠地震勘探技术发现的，它通过人工源激发地震波，获取地下岩层的影像数据，再进行分析以识别油气层，被形象地称为给地球“做CT”。从模拟地震技术到数字地震技术，从二维地震技术到三维地震技术，再到目前的宽方位高密度三维地震勘探技术，技术的迅猛发展，让专业化软件成为了石油勘探市场的核心竞争点。

中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司（简称“东方物探“）于2003年启动研发，历时20年迭代升级，打造中国首个拥有完全自主知识产权的超大型地震数据处理解释一体化软件系统——GeoEast，实现了中国物探工程软件从无到有的历史性突破，被誉为物探中国“芯”。

新质算力适配GeoEast，实现勘探精度与效率的双重飞跃

对于地震勘探而言，采集的数据越多、处理得越精细，对地下地质结构的了解就越准确，找到油气资源的可能性就越大。但随着高密度采集技术使单体原始数据就达到PB级，处理过程中一个作业数据量甚至高达十几个PB。此外，地震资料处理流程多、IO (输入/输出)操作频繁，计算量大且周期长，一次计算任务需要数周不中断计算，同时存在大量串行和并行任务，因此存算能力是地震资料处理解释软件必须要闯的难关。

GeoEast能满足从陆地到海洋、从纵波到多波、从地面到井中的地震数据处理解释需求，处理系统包括7大软件包、18大技术系列、400多个功能模块，仅仅是源代码就超过3000万行，是国内最大、最复杂物探工业软件之一。为实现GeoEast多计算架构支持，进一步保障GeoEast生态安全，在2023年10月，东方物探选择携手华为启动了GeoEast鲲鹏平台适配。

基于毕昇编译器，双方团队在40天的时间里，就完成了2000万行代码的梳理编译，同时修改了GeoEast软件中的兼容性问题，不到一年时间便完成了系统的全部改造优化。

适配鲲鹏后的GeoEast，在开发效率、执行多线程计算任务速度方面，均有显著提升。单就叠前深度偏移和叠前时间偏移来看（两项高精度成像任务占据70%+的地震数据处理环节算力需求），在同类应用场景下，鲲鹏较原处理器的处理效率提升了2~3倍。

地震波求解效率量级提升，加速油气勘探“AI换芯”进程

地震勘探包括数据采集、数据处理、数据解释等内容，其中全波形反演*（Full-Waveform Inversion, FWI）是地震数据处理环节的先进技术之一，通过精准匹配模拟数据与实际观测数据，可重建详细的地下介质结构。然而，传统全波形反演高度依赖人工经验的初始模型、海量算力进行数值求解，难以大规模应用。

对此，东方物探联合华为创新性地将AI for Science技术应用于全波形反演，旨在利用人工智能算法求解地震正演、反演问题，突破FWI算力瓶颈，提升全波形反演技术的应用效率。双方基于昇思MindSpore AI4S使能套件，利用"数据与机理双驱动的波动方程智能求解"方法，结合自动微分技术和基于扩散模型的三维地质数据生成技术，通过预训练+微调模式，来提升求解效率、增强模型解释性与泛化能力。前期试用结果显示，使用一张昇腾加速卡，可在半小时内完成一条海洋拖缆测线二维全波形反演处理的一轮迭代，而传统方法需6小时才能完成。

目前已开展了二维实际资料验证和三维的模型小试，并在持续推进AI4FWI技术与GeoEast工业软件的工程化移植工作。在AI驱动下，二维/三维声波方程正演计算效率提升了数倍，全波形反演整体效率提升大幅提升，从而为全波形反演技术的工业化应用扫清关键障碍。

下一步，东方物探计划在2025年底前，基于中国石油昆仑大模型完成百亿参数三维模型首轮预训练，并开展2-3个实际生产项目试点，同步推进合成数据与实际数据的试验论证，加速AI4FWI应用模块集成到GeoEast系统，实现“AI换芯”。

AI等新技术在油气勘探领域的工业化应用有望引领行业范式的颠覆性变革：不仅大幅缩短地震数据处理和解释时间、提升勘探精度和效率，也帮助我们打破认知边界，挖掘地球深处的石油“宝藏”，也为地质勘探、医学成像等领域的反演求解提供新方法论，推动全产业链智能化升级。

＊ 正演是指根据已知的模型参数和输入，通过计算得到模型输出或预测结果；目的是模拟系统行为，预测未来状态，或者验证理论模型。
＊ 反演则是根据观测数据和已知的正演模型，反推出模型参数的过程。
简单来说，正演是“由因到果”，反演是“由果溯因”。