北极圈内收数据，圣诞老人不知情：AI如何应用于油气勘探？
原创：谭婧
坐标，美国阿拉斯加，北极圈。
一架白色小型飞机穿过湍急的强风，在白皑皑的积雪中稳稳着陆。李成博博士欣赏着窗外熟悉的景色，冰封的世界，像极了他的老家中国东北。雪景怡人，但旅程却颇为周折，为了到达目的地，他需要顶风冒雪转飞机四次。最后一程还是小型螺旋桨飞机，因为它能在冰上直接降落。安全降落后，他才发现，着陆地点是在一个冰湖上。
这样的到访已经三次，每次的任务都和收集数据有关，而又不仅仅是收集数据。一位数据科学家为什么要到这极寒之地?这和“压缩感知地震采集技术（CSI）”有着莫大的关系。
CSI技术是地震数据获取技术上的一个突破，它使人类可以在短时间内收集海量地震数据，并数据质量较高，为下一步机器学习提供基础。更进一步地说，这一技术的出现，很好地解决了油气行业三维地震数据采集成本高、耗时长的难题。CSI能够在同等成本的条件下，成倍提高数据采集的效率和质量，为下一步大数据与人工智能提供基础，目前是美国康菲石油公司（ConocoPhillips）所有的专利技术。最终目的是提取地下有效信息。有了有效信息，就好比有了地下情况说明书。而需要强调的是，这里的地震是人为的，人为产生震动，再用“听诊器”获得地下的健康状况。
作为CSI技术的核心研发人员，李成博博士向《亲爱的数据》主编谭婧介绍了自己的求学与研究经历。2011年他从美国莱斯大学毕业，获得了计算和应用数学博士。毕业当年，他加入美国康菲石油公司，担任总部高级地球物理学家。他说，选择加入美国康菲石油，也是和开发压缩感知地震采集技术技术有关。
近几年，他的工作聚焦在地球物理应用的压缩感知技术，包括地震数据采集最优化设计和成像。数据既来自陆地，也来自海洋。现在，他负责开发用于地震处理的机器学习解决方案。他与研究伙伴合作发明了——压缩感知地震采集技术。2016年，他获“创新精神奖”。2018年，获“科技优胜者奖”、“亚洲OTC新技术聚焦奖”。2017年，他和合作者的论文《Operational deployment ofcompressive sensing systems forseismic data acquisition》被选为国际知名杂志《the Leading Edge》的当年最佳论文。2019年，他获得了“杰出科研技术人员精神成就奖”。
虽然荣誉满满，但是这位优秀的青年科学家身上低调、严谨的特质非常突出。
地球物理数据采集环境往往是非常特殊的自然环境，除了爱好冒险和向往极致自然景观的探险者，普通人很难有这份儿体验。
“不允许留下任何人为的痕迹。车辆如果渗油，那么就得连同冰与雪一起回收起来。对任何表面有植被的地方，决不允许人员与车辆进入。”他说，“做地震数据采集的项目面临的挑战实质上有两个，一个是极端恶劣环境，一个是环境保护的良心。”
“夏天的时候不能有任何活动，只有在冬季的时候，整个地表全部都冻起来，形成冻层之后，才会被允许进行地质勘探活动。”由于办公场地的特殊性，李博士的工作时间比普通人更加受限。
北极圈附近的气候异常极端，人们会误解该地区很难遭到人为的环保破坏。然而，该地区的生态环境却非常的脆弱。作为到访北极圈的科研工作者，他对“环境保护”理解非常深刻。既要考虑科研目的，也确保人类的任何活动都要保护当地环境。从一开始，环保就是摆在科研优先性前面的原则。
“可以被允许工作的时间段，不超过四个月。”李成博博士第一次踏上北极圈的雪地是在2015年的2月份。
众所周知，在北极圈工作，将面临严酷的工作环境。作为一个东北小伙，李成博对“抗冻”很有信心，然而，极端环境还是超乎他的想象。“采集数据时的温度，也就零下三十多度吧，起风后，零下三十五度左右。女生（体重）轻一点站都站不稳。”天气冷，时间短，任务重，是三个难点，但是有趣的一点是，他们在圣诞老人家附近“上班”。
一、CSI技术的核心是什么？
可能连圣诞老人也不知道，数据科学家们正在进行着一项无比精细、复杂而宏大工程。这是一种模拟地震波传播的方法，采用可控震源。通过震源持续震动，向下传播的波遇到地下不同的岩层反射回地面接收信号的方式来进行勘探。由于可控震源振幅扰动较小，对生态环境非常友好。
值得让人兴奋的是，开发新的地震数据采集技术是一项前沿性挑战。也就是说，接收到的信号，经过数据中心的数字处理和地质解释，其成果成为判断地下情况的重要依据。
李博士介绍，“简单来说方法是，在地表放置检波器和震源。通过某点激发一个震源，向地下传波。遇到某一个比较强的反射层的时候，能量会通过强反射，反射回地表。这样在地表就得到了一个响应的效果，接受到信号。通过一组震源和一组检波器，就可以采集到一个数据体。
在数据采集的时候，有上万个检波器同时工作。就形成了一个所谓的五维的数据体，进行地下情况的刻画。说到底，这些接收到的信号，经过数据处理和地质解释，其结果会成为判断海底地质结构的重要依据。CSI技术的核心就是，如何最优的放置这些检波器点和震源点，在最小的代价下，最大化获得地下信息。”
因为这项技术对自然环境的影响较小，所以得到了州政府的支持，否则，在圣诞老人的家门口人为的搞“小型地震”，他老人家未必愿意。
二、数据越来越受重视，数据获取技术也在进步
经过几年艰苦的研发，陆地上的第一次大规模实施，就是在阿拉斯加。所以，2015年的2月，即是李成博的第一次，也是该项技术落地实施的第一次。
李博士说，“作为主要的技术研发人员，到作业现场做调整是必须的。”新技术实施后，他收到了双份的惊喜。
第一个是地震数据收集效率得到很大的提高，五到十倍的增长。
第二个惊喜则是这项采集工作进一步减少了采集工作对自然环境的影响，尤其是减少了对极地环境的人类脚印。对于这两项成绩，康菲公司内部非常的振奋。
美国康菲石油公司除了与中国油气行业的合作发展已经超过三十七年，是中国油气上游领域的重要外国投资商和生产商之外，非常有意思的一点是，康菲石油首席技术官Gregory P. Leveille在《中国能源报》的采访中公开表示，“就大数据应用方面，康菲石油主张让专家和员工都进行实际操作，以提高工作效率。
目前，康菲石油1.1万名员工中有4000名都可以接触，并使用数据库以及相关数据分析工具。”
他强调，“一方面，不断追求高端人工智能技术的研发，同时鼓励和敦促员工学习和应用机器自动化；另一方面，将大数据技术适用于整条产业链，从钻井到运营再到仓库管理等所有领域。”
在另外一家外媒的采访中，这位首席技术官还强调，“石油和天然气行业的发展方式日益要求员工利用前沿的数据分析技能。”
不得不说，数据驱动型文化正在全球领先的石油公司根植。