Heros in My Heart(Geophysics篇)

khོuang

美丽有两种

一是深刻又动人的方程

一是你泛着倦意淡淡的笑容

标题和上面这段话都抄来的。出处是北大BBS上的一数学系哥们写的连载，介绍了许多数学家的奇闻异事。我特别喜欢这个系列，尤其是这个关于美丽的签名档，充分体现了理工男的偏执和闷骚

我的标题翻译过来是“我心中的英雄（地球物理篇）”。谨以此文介绍若干我真心敬仰的地球物理科学家们。也顺便科普一下地球物理这个小众的学科给不熟悉的朋友，比如我的父母，尽管我无数次试图解释我的工作内容，但他们始终觉得我是一个拿铁锹挖石油的-_-)!

我原本是学电子工程的，误打误撞进了石油行道。在一个搞地震波处理的公司码工了十多年，只算对地球物理了解了皮毛。下面的文字完全是我个人的胡诌，但如有冒犯谬误，望多多包涵。

好了。故事从一片蔚蓝的大海开始~

原版Heros in My Heart

一句话介绍"地球物理"学科，就是找石油的。

稍微具体一点，就是利用地表接受的地震波（seismic），"画"出地下的三维岩层结构图的。利用这个结构图，大概就能找到石油天然气的位置。然后架桩，打井，出油，提炼，运输。。。就有了加到你家车里的汽油，或者烧饭的天然气了。 所以地球物理在整个石油行业的最上游，没有精确的三维结构图，找不到石油，啥都白瞎。（当然，这几年非常规能源快速崛起，可以不再依靠地震波成像找石油，而是直接从地下"压"出油来，就是"页岩油"了。）

下图就是一张能显示地下大概四五千米深的岩层结构图。上方的各个横条纹就是一层一层的岩石。中间两个驼峰一样的东西，是两大块盐--嗯，没错，就是Salt，吃的盐。地下有非常多的盐，是地下成像的一大绊脚石。因为盐能“挡”住地震波，让我们看不清盐下的地质结构（盐下面的横条纹就不如上面的清楚，对吧）。总之，就是靠这个结构图，石油公司的解释图专家，就能预测哪有石油哪里挖井了。

总分总，地球物理就是我们寻找石油天然气资源的重要科学依据

(知道海水为啥是咸的么？就是因为这些地下的盐冒出来溶到海里了)

这里有个问题，地震波哪里来的呢? 总不能等地震了才有吧。现在我们回到蔚蓝的大海，回忆上面那一页扁舟（也就百来米长）的照片：地震波数据采集船。这个船上装了一门巨炮--空气枪（airgun）。只要在水里一开炮，就会形成巨大的声波在海里传播。声波传到海底后，还继续往地下钻，在各个岩层之间反射折射，最后会有一部分声波反射到海面上来，被采集船上的接收器收到。这里的声波，就是我们说的地震波。这样，我们就完成了地震波的采集工作。

仔细看看船的照片，船后拖了好多钢缆，上面就安装了无数接收器。这些钢缆可以有几公里，甚至十几公里长。在采集过程中，可能有好几艘船同时作业。伴随着巨大的空气枪炮声，那个场面估计非常壮观。这些年我一直盼望有个机会能去大海深处感受一下那种震撼，可惜没有实现，只是去参观过陆地上的数据采集。

和海上类似，陆上数据采集也是靠人为制造地震波，然后接受地下反射到地表的声波。 不同的是，陆上用真炸药, 或者也可以用震动车（Vibrator Truck，见下图）。

在近距离观摩震动车作业后，我立刻明白了为什么霸天虎的声波是个厉害的角色。。。那种声波真的可以震得肝儿碎啊。。。所以地震波对海洋生物的危害，对陆地地质结构的影响，一直是一个有争议的话题，总有些环保组织在抗议。然并卵，石油太赚钱，勘探就算有危害还得继续搞啊

或许有朋友好奇了，采集来的地震波张啥样呢。别急，下图便是。看着头大了吧？ 一大堆黑的白的曲线，分别表示不同深度反射能量的强弱，

。就要靠它画出地下的结构图？这也太难了吧。

下面就是见证奇迹的时刻了。

处理地震波数据，先就是各种去噪音。比如采集时候恰好有群海豚在旁边，海豚叫就是噪音，就要从接收到的信号里去掉。接下来又是对数据各种玩弄蹂躏，使其变成下图中的(a)。这时的数据已经是非常干净，非常接近真实岩层结构了。

但这还是不够的。接受到的信号始终是反射波的时间序列，怎么才能转换成反映岩层结构的深度序列呢？这里就要使用地球物理里面的一项独门秘技--偏移（Migration）。祭出偏移大法之后，数据从(a)就成了(b), 连续的岩层就清晰显示出来了。

偏移是一门高深的学问，我花了很多年时间学习了解各种偏移。比如一种逆转时间(Reverse Time)的偏移，光听名字就很科幻，感觉跟月光宝盒一样，是眼下最流行的。我曾和若干世界一流的地球物理学家同事，一起研究改进月光宝盒，是很幸福的。

粗略的科普到处为止，下面就是八卦部分了。英雄登场~

出于隐私考虑，我用代号来表示一些公司和人名。比如我曾经就职的公司用XYY代替, 这样读者一定猜不出是啥公司了。

有人说XYY是北美富士康，但我觉得XYY更像明教，教主之下光明左右使，四大法王，五散人、五行旗。。。在明教那些最辉煌岁月里，兵强马壮气势如虹，在地球物理的江湖里呼风唤雨所向披靡。

我加入明教是被前教主面试的。至今我还记得阳教主表情严峻，舒缓平淡地口吻问我，"何为Log"

"log...log...log is some kind of notebook which is used to record data or events" 我当时头脑空白，只能想到Log是日志的意思

"非也非也" 阳教主眉头微蹙，显然这个回答让他很失望. "Log乃基本数理算符"

原来是对数的Log啊。。。我羞愧的低下了头，恨不得把脸埋到胸前的红领巾里。

就这样我稀里糊涂入了明教，很快认识了research部门的逍遥二仙Z和X.

Z和X都是我P大的校友，高我若干级的师兄。当时P大是XYY第一大帮会，人丁兴旺。在两位大佬的号召下，每年聚会搓饭，新老欢聚一堂。

Z是数学系出生，功力高深莫测。一路把月光宝盒从研发带到大规模量产。X科班地球物理，剑法举世无双，尤其是角度(Angle domain)变化刁钻. 他二人都是地球物理学界公认的科研先锋，做出了许多重大的贡献。每次向他们请教问题，我都受益匪浅。

此外，XYY还聚集了一大批研究人员，同样打造月光宝盒的Z，修炼成一阳指偏移(CBM)的W，等等等等。空前强大的卡斯阵容，至今想起来都忍不住流口水。。。

经常下午3点左右，Z和X结伴在公司楼下散步。我从不知道他们讨论的内容是什么，但似乎能看到思维碰撞的火花在他们身后洒落一地～

Z和X离开公司后，P大再没有聚会吃饭。五道口技校势力有所扩张，但XYY第一大帮会的名号，早就被中科大抢走了。

（休息，休息一会儿。。。下面是广告时间。。。。）

“各路高手一夜之间撤离明教，是人性的扭曲还是道德的沦丧，是教育的缺失还是现实的无奈？” 每次回顾起多年前的这期《走进科学（地物篇）》，我还是会扼腕长叹，唏嘘感慨。

但XYY很快就有新的英雄站了出来---捉鬼达人P哥。P哥以一人之力力挽狂澜，重新建立起一支新的research队伍。P哥在XYY的辉煌还在继续，我就不多赘述了。

同时，休斯顿还迎来一位老英雄Carl。

Carl是XYY是元老，早期Kirchhoff偏移功臣。从欧洲到南洋再到休斯顿，一生浪迹天涯。我过去2年和Carl办公室很近，闲来无事经常聊天，就熟络了不少。Carl一生对地物贡献不少，最让我佩服的在知天命的年岁里，还学习GPU编程，完成了Kirchhoff偏移的GPU实现，使得加快了十多倍的偏移成为建模过程中关键一环。 这让我对码工的生命力有了全新的认识。

今年年初Carl决定退休。在聚会上，Carl宣布他退休后第一个计划：独自骑机车穿越南美! 在此后2个月时间里，Carl从哥伦比亚出发，和他800cc的重机越过8000公里的距离，到达阿根廷布宜诺斯艾利斯。

我一直关注他一路更新的博客，看他风尘仆仆的骑过千山万水，心中无限感动：这不是对“老骥伏枥，志在千里”最好的诠释吗？

Carl，Rock your retirement!

(Carl的Triumph Tiger 800机车在厄瓜多位)

上面提到GPU（图像处理器），这里顺便多聊几句。

我觉得这些年在计算机领域最大的惊喜，就算是GPU。本来用于玩游戏的显卡，突然发现能用来做计算，而且比传统CPU（中央处理器）快几十上百倍，简直是不可思议。最近几年包括人工智能在内的一些科技的大力发展，都要感谢GPU的神助攻。

月光宝盒是很厉害，但计算量是巨大的，一次要运行几十个小时。自然我们就想在GPU上实现月光宝盒了。但GPU编程门槛比较高，写得不好程序还会变慢，所以大家都很犹豫要不要使用GPU

这时一个叫Guillaume的法国人说，让我试试吧

XYY总部在法国，但好像大家对其印象都很不好，感觉休斯顿辛辛苦苦挣得钱都被总部的法国佬糟蹋了。比如几次失败的公司并购，直接导致了XYY最后的破产。所以我一直觉得很奇怪，为什么一个曾经出现过傅里叶庞加莱伽罗瓦等大神的国度，没有出现几个神同事让我们敬仰。

Guillaume的办公司几乎总是关着门，他不停在屏幕上敲写字体极小的代码。偶尔向他请教GPU编程，发现他对GPU的硬件构架、软件实现都了如指掌。还时不时找到CUDA的bug，反馈给NVidia。虽然Guillaume完全不关心地物理论，但在计算机方向，绝对算神级别。

一年后的有一天，Guillaume敲下最后一个回车，全新的GPU版本月光宝盒上线了。"飞一样的感觉！" 用户都这么评价。

从那刻起，我就明白了，除了足球，还有好多科目都不是人多就能搞好的。有时候我们只是需要一个兢兢业业的大牛，和一间不被打扰的办公室。

Guillaume 后来跳槽去NVidia。法国，在我心中依旧浪漫而美丽

（NVidia 最新发布的RTX 2080 GPU，想打赏作者的可以考虑送这个）

下面聊聊XYY以外的大牛们

今年四月时候公司让我去参加一个地物研讨会。当时我已经打算跳槽，去这个会全当应付。但很出乎我意料的是，这个会议遇到了非常有趣的人和事，对我后来的一些经历影响深刻。比如，这次大会honor了业界德高望重的Dave Hale。

之前我发过一个朋友圈，在过去2年我读过的地物方向的论文只有寥寥3，4篇，Dave关于断层结构(Fault)的就是一篇，我们企图把他的方法和机器学习结合来找断层。我在大会上第一次见到Dave，精干而健谈。这类终身成就奖的颁发，都是轻松而风趣的。各位大佬互相笑谈和Dave的往事，最后他自己做了一个生平报告作为终结。

在报告中，Dave 展示了很多他自己的业余兴趣。

比如他酷爱徒步旅行，曾经在墨西哥边境徒步几百英里，遇到各类边境检查的经历。

比如他热衷运动，在CWP工作期间，一直和学校游泳队一起训练。

比如他还是一个三项运动员，是某年逃离恶魔岛的年龄组前五(大概是，记不清了。我这类总是以完赛为目的的三项玩家太清楚年龄组前几名的实力了，膜拜~)

面对这类对生活充满激情的科学家，我敬仰之情总是泛滥四溢。。。

Dave现在也退休(好像刚六十)，在家和另一位大牛搞一个秘密的项目。没人知道具体内容，只知道他除了hiking运动，都在写代码。

期待早日能看到Dave的大工程面世~~

上面提到Dave工作的CWP，是科罗拉多矿业大学的地球物理研究中心。这所名称很像野鸡大学的学校，却在地物界举足轻重。如果把东西两岸的斯坦福和麻省理工比作地物界的少林武当，矿大便有如全真教。CWP早期创始人，个个身怀绝技。Norman Bleistein是数学家，他的论文里公式如云，是催眠佳药。Jack Cohen和人一同写出了Seismic Unix这套开源的地震波处理软件，至今是高校学生中最流行的工具.

CWP的现任主任是Paul Sava，师出斯坦福的SEP(下文会有介绍)，在角度领域有过杰出的贡献。几年前我们公司请他给我们作了一个内部的讲座。“Paul的讲座深入浅出让人醍醐灌顶” 并不是我要说的重点。重点是----Paul真是一个大帅哥啊， 风度翩翩气宇不凡！ 听Paul的课，如沐春风，视觉听觉都是享受。

It's the first time someone makes these sh*t clear to me.

课后一位同事告诉我，翻译过来就是“终于有人能把这些shi一样的地物概念讲清楚了”

接着说说上面那个研讨会。会上还有英国石油公司BP介绍了一下他们的Wolfspar技术，一种能产生超低频地震波的信号源。

主讲人是这个技术的发起人之一Jos Dellinger(也是SEP出生)。这个老头是典型的话痨，脱离PPT大侃往事，他们如何如何在07年就开始计划这个设备，期间如何遇到各种难题都被他们巧妙化解。总之，一个10年前疯狂的想法，在投资了几百万美元后，终于变成了现实。

我一直觉得BP是家很有情怀的公司，总是有一些超前的技术和想法在这里孕育和发展。去年在休斯顿当地的Chron报纸上，刊登了他们的FWI技术如何一鸣惊人, 很是拉风。现在配合这个低频信号源，估计在今年的SEG年会上有惊艳的结果呈现。

这里的英雄，不再是Jos一个人，而是所有大油公司的科研人员们。地球上挖到的每口油井，都有他们背后辛勤的付出

最后Jos问，你们知道这玩意儿为啥叫Wolf么？

因为wolf倒过来就是flow，F-low， 就是低频的英文缩写。

哈哈哈哈，他开心的笑了。

（图中像白色潜水艇那个就是Wolf Spar超低频信号源）

最后来讲讲SEP, Stanford Exploration Project. 顾名思义，是斯坦福大学的勘探研究部门。

Jon Claerbout在七十年代创建了SEP，培养出了大批地物界的泰斗，完全是牛栏山一样的存在。比如Oz Yilmaz，他写的地震波处理指南（本文封面的那本书）被奉为圣经，地物新人人手一本。

某年SEP在休斯顿召开研讨会，Jon的弟子Biondo Biondi 主持，我也混际其中。看到目录上第一个发言的是Jon, 让我特期待。结果Jon并没有来现场，是通过youtube直播了一个简短的发言。Jon侃侃而谈很多他还没想清楚以后可能有发展潜力的方向，对未知保持了老顽童一样的兴趣。

下图是Jon的个人主页，直白的HTML页面上罗列了一大堆条目。除了学术相关，有他用scratch编写的小程序(scratch是MIT开发的给小学低年级小朋友学习编程的语言)，有关于阿以难民的视频链接，还有他买到的一块恐龙化石的照片。诺，就是这么可爱的一个老头：）

对了，网页最上面，是一个纪念他25岁因病去世的儿子的链接。里面内容也是一些直白的HTML页面，记录了他儿子一些经历和爱好。当年我第一次看到那里，顿时泪如雨下: 那些简单的文字和图片，都承载着深深的父爱和莫大悲哀。。。

爱，才是科学家们永恒的动力

后记

很多年前我就想写点关于XYY的文字。除了上面提到的几位researcher，更多的processors和software engineers陪伴我走过12年的青春，他们的故事同样精彩有趣。 XYY只是一个5000人的小公司，去年还不幸破了产，但一直在地震波勘探领域做出优秀的成绩。我们的地震波处理软件每年还卖给中石油中石化一类的巨头。所以挖出的每滴石油里，我们码过的代码处理过的数据可能也算有过丝毫的贡献，想到这里还是有一点点自豪感的（此处应有“我为祖国献石油”的背景音乐）

但写字其实是很费神的事情，到这里我已经虎头蛇尾匆匆收尾了。剩下的故事以后有机会再说吧

我这个人读书少学位低，所以参加工作后读了不少paper来弥补自己的无知。读paper的同时，我会感兴趣得翻翻作者的介绍看看他们的主页，经常感动于这些在科学道路上执着的探索者们。地球物理其实不仅仅指地震波勘探，有重大贡献的研究人员也远远不止上面列举的几位。我只是从个人角度，以点带面地介绍了几位在我心中印象深刻的。最后一个小故事作为结束：

Jon Claerbout的学生Jos(就是上面搞Wolfspar那个)是个天文爱好者，发现了一颗小行星(牛人就这样，随便搞搞就成就非凡)，把它命名为Claerbout星。

当我们仰望夜空，英雄们永远星光熠熠，璀璨生辉！

完。

（文中所有图片均来自google search，不要告我侵权哈）