科研开拓创新 教育春风化雨 ——记中国海洋大学刘怀山教授 - 海洋地球物理学

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一个多世纪以来，地球上的化石能源和矿产资源，为人类生产和生活提供原料和能源，在人类的生存与发展中发挥了重要作用。时至今日，容易找到的矿藏大部分均已探测清楚，人类不得不向地球深部和海洋深处寻找新资源，作为运用物理学的方法去研究地球，并寻找地球内部矿藏资源的一门学科，地球物理学已成为地球科学中最具活力、与现代科技关系最为密切的学科，为探测和开发能源资源提供了新理论、新方法和新技术。

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刘怀山是中国海洋大学二级教授，海洋地球物理学博士生导师，民革党员。主要研究方向为油气地球物理勘探、海洋地球物理学、天然气水合物探测；同时兼任中国地球物理学会常务理事、国家安全地球物理委员会副主任委员、全国GIS应用水平考试专家委员副主任委员、海洋油气勘探国家工程研究中心海洋油气勘探数据采集技术分中心主任、中国地质学会会员、SEG会员、Applied Geophysics和石油物探编委等。他成功研发出国内首创、具有自主知识产权的海洋浅层高分辨率地震立体探测系统关键技术与装备，其主要技术指标优于国外同类技术产品，处于国际领先水平，并实现了规模化应用，取得了显著的经济效益和社会效益。

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坚持不辍 钻研石油物探技术

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1979年，刘怀山考入中国海洋大学（原山东海洋学院），学习海洋地球物理勘探专业，1983年，做本科毕业设计时，他被安排到胜利油田会战指挥部进行实习。实习期间，他仅带着一床棉被前往胜利油田报到，当时恰逢课题组正进行国家“六五”三维地震勘探技术重点科技攻关，刘怀山就随即被安排在三维地震资料解释组工作，做三维地下构造图。由于在学校没有学过三维地震勘探技术，他便每天自学，废寝忘食地研究仅有的几篇国外参考文献，边学习边解释资料。但是实习时间不久，他发现了北京某科研单位给胜利油田处理的永安镇三维地震资料有问题，地下地层都是规律性很强的正弦曲线。

“地下地层怎么可能是这样？”刘怀山向研究队的导师提出了质疑。为了证明自己的结论，他从头分析该资料，从资料采集的野外观测系统设计，到资料处理的各个流程环节和参数设计，每一步都进行了详细论证。他写了500多页的论证报告，最终找到了问题所在，为油田挽回了巨大损失。因为实习期间的出色表现，刘怀山毕业后即被分配在胜利油田地质调查指挥部，特地安排他在研究所工作，专门从事三维地震勘探采集技术研究。从此，他更加专心致志钻研石油物探技术。

1983年7月到1985年12月，刘怀山作为技术骨干承担了国家重点科技攻关项目“三维地震勘探技术”攻关研究，在国内独立自主设计并实施了第一块数字三维地震勘探，完成了东辛油田三维地震勘探野外数据采集方法、处理方法研究工作。该项目达到了国际先进水平，荣获了国家科委颁发的“六五”科技攻关表彰奖，并获得国家科技进步三等奖。

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在三维地震勘探新技术的推广应用中，刘怀山设计了田家、东辛、潍北、桩西等十几个地区的施工方法，使得三维地震后比应用二维地震提高钻井见油成功率14％，增加含油面积74．4km2，增加地质储量10759．6万吨，部分油田投产当年产油74．8万吨。

“七五”期间，刘怀山又承担了国家科技攻关项目“高分辨率地震勘探技术”攻关研究，从事高分辨率地震勘探野外数据采集方法、处理方法研究工作。通过攻关研究，总共解释砂体100多个、面积244km2，落实构造圈闭15个、面积48km2，提供洋探井和开发井200多口，完钻153口，钻探成功率90％以上，控制含油面积150km2，地质储量20000多万吨，取得了明显的经济效益和社会效益。

此外，刘怀山主持编写的《高分辨率地震勘探野外数据采集方法研究》获油田科技成果一等奖，该项研究达到了国内先进和接近国际先进水平。鉴于其科研成绩突出，刘怀山多次荣获胜利油田立功奖励，1991年获中国石油天然气总公司铜牌奖，1992年荣获“山东省优秀科技工作者”．．．．．．

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心系母校 春风化雨培养人才

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作为高校科研人员，无论是面对科研还是教学工作，刘怀山同样都兢兢业业。在中国石油的16年，从技术骨干到工程师、高级工程师、地球物理勘探公司副总工程师，他扎根勤耕，取得了丰硕成果。多年在石油行业摸爬滚打经历，让他深深感觉到理论知识和实践相结合的重要性。在1998年石油工业重组之际，刘怀山本可以去中石化担任油田勘探处处长，但他心里首先想到回母校，手执教鞭、逐梦教育，将自己多年的理论知识和实践经验传授给学生。

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1999年，刘怀山回到母校，从此开始了他的执教生涯。他直接承担了地震资料数据处理本科核心课程的教学。在教学中，他认真备课，传授知识不遗余力，在授课过程中，他一直秉承“教学与科研相结合”的教育理念，努力把油田丰富的案例和自己的科研工作融汇到教学中，帮助学生深入理解地震资料数据处理中涉及到的各种处理方法。

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2001年，刘怀山盛情邀请中国石油物探领域唯一的中国工程院院士李庆忠教授受聘中国海洋大学。李庆忠院士作为国内外知名石油勘探专家，是我国现代石油物探学科带头人之一、中国物理地震学奠基人。刘怀山协助李庆忠院士组建了中国海洋大学复杂油气田物探方法实验室，先后出色地完成了国内外数块陆地、海洋资料的常规和特殊处理；同时，根据陆地和海洋高分辨率、复杂区块地震勘探资料研究，开发完成了多个有针对性处理新技术和新方法。在提高信噪比（保幅压制海洋地震勘探资料变周期多次波）、提高分辨率、复杂海底构造偏移成像、海底天然气水合物识别与预测研究等方面做出了大量创新性成果。

担任系主任期间，刘怀山在地球探测与信息技术在学校创建高水平特色大学的整体目标和学科发展规划、“勘查技术与工程”国家卓越工程师计划、国家工程教育认证、省级精品课程、海洋地球物理学教学团队和实验室建设等方面做出了卓越贡献。他以国际及国内一流专业为参照，针对我国海洋油气资源探测与工程勘查的重大需求，瞄准世界海洋地球探测与信息技术发展的前沿，加强人才培养和自主创新技术的研究与开发，积极推进海洋地球物理勘探方向实际和人才培养方案修订工作，开展人才培养模式改革，完善实践教育体系。2012年，他负责组织申报了“勘查技术与工程”国家卓越工程师计划项目，并获得批准进行建设工作；2014年，他负责组织并完成了“勘查技术与工程”国家工程教育认证申请书的申报，并通过了中国工程教育专业认证协会认证；2015年，他组织申报并完成了山东省“十二五”重点学科“地球探测与信息技术”建设项目建设和终期评估验收工作；2022年作为专业负责人，他组织申报并获批了“勘查技术与工程”国家一流本科专业。

为了让更多学生了解海洋地球物理知识，刘怀山于2019年申请了校级通识课程“在海洋中给地球做CT”，以医学CT、印尼地震与海啸、日本地震与核泄漏、寻找马航MH370、蓬莱19－3漏油事件、海洋油气勘探、可燃冰探测等热点问题为切入点，讲授海洋地球物理方法的基本概念和原理，以及在社会发展和国民经济中的作用。2020年，刘怀山又带领团队，将该通识课搬到了“智慧树”平台，不遗余力地推广和宣传海洋地球物理方法。

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扎根于多年的教学和科研实践，刘怀山先后负责组织并申报成功了山东省级精品课程群“海洋地震勘探”5门课程和山东省一流课程“地震勘探原理”，主持承担了“地震资料数据处理”省级精品课程建设。积极培养了多名年轻教师，组建了一支爱岗敬业的高素质群体的“海洋地震勘探教学团队”。

迄今，刘怀山连续多年主讲山东省精品课程和省一流课程的本科生或研究生核心专业课程，在教学中不断提升教学理念、改善教学方法，取得了丰硕的教学成果。他先后主持完成了山东省高等学校教学改革研究、山东省研究生教育创新计划、中国海洋大学校级专业综合改革试点建设等项目10余项，已获省部级教学奖2项、校级优秀教学成果奖7项，特别是2016年获得学校连续两届空缺下的第七届中国海洋大学本科教学优秀奖一等奖，2023年荣获“中国海洋大学最美教师”。目前已培养毕业硕士生114人、博士生31人。

刘怀山始终认为，“科研实践是教学中最具特色的内容，教学内容与科研、工程技术研发和生产实践等紧密结合才富有生命力，也对学生产生吸引力。”事实也是如此，刘怀山秉承的“教学和科研”相结合的教学理念深受学生欢迎，培养了大批懂理论、会实践的优秀学生。很多学生在单位已经成为了技术骨干，在自己的工作岗位上发挥了重要的作用。如2009年博士毕业的王福海，现任山东高速集团创新研究院院长、工程技术应用研究员、山东发展智库专家；2018年博士毕业的任宝宏，现任山东正元地球物理信息技术有限公司质量技术主管、物探正高级工程师、中国注册地球物理工程师、山东省政府采购评审专家；2020年博士毕业的杨晶，现任中石化石油工程地球物理有限公司科技研发中心地球物理公司专家、正高级工程师，获省部级科技进步奖3项，中国石化劳动模范荣誉称号。

谈起刘怀山的教育培养，他的学生们纷纷表示刘老师为人和蔼、深受爱戴，他的悉心指导和无私奉献，让学生们在学术道路上迈出坚实的步伐；他的渊博知识和严谨治学的态度深深影响着学生们，激励他们不断进步。在教育事业上，刘怀山真正做到了“教诲如春风，师恩似海深，桃李满天下，春晖遍四方。”

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创新突破 海底地震勘探关键技术

目前，随着油气资源的开采不断向深处发展，而海洋地震勘探仍然采用的是针对深层油气的常规方法，已经不能满足海底浅层构造的高精度探测，海洋中复杂的多次波等特殊干扰波和水体结构也严重影响海底浅层地质构造的精确成像。为了提高海底浅层地质构造的地震勘探精度，刘怀山立足国家需求，在国家863计划、重大专项、国家自然科学基金等科研项目的支持下，带领团队经过近20年的攻关，研制了针对海底浅层地质目标的非常规高精度地震勘探设备。

2006年，面对从美国购置的海洋高分辨率地震仪器收回的“卡脖子”仪器，刘怀山选择迎难而上，带领团队研发了具有自主知识产权的探测精度高、分辨能力强、作业方式灵活、机动能力强的小道距“高分辨率海洋地震勘探多道数字拖缆”。该拖缆是我国第一套小道距高分辨率多道数字拖缆，突破了国外对我国的出口限制瓶颈，填补了国内海底以下100～1000米地层高精度探测技术的空白。

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2010年，针对目前海洋地震勘探气枪震源主频低、频带窄的问题，刘怀山带领团队研发了穿透深度大、主频高、频带宽、激发间隔短的宽高频大能量等离子体震源，解决了海底浅层地质结构高精度成像的震源需求难题。

2017年，刘怀山又带领团队成功研发了国内第一套高分辨率数字地震垂直缆。该垂直缆在识别多次波，有效分离、激发与接收鬼波等方面具有突出优势，适用于局部探测及非常规成像，还可实现广角、宽频、三维采集。他们研发的海洋地震垂直缆与宽高频大能量等离子体震源和高分辨率小道距地震拖缆形成了一套完整的立体探测装备和配套技术，在我国南海海域联合实现了对于靶区资料的快速、高效和立体的采集，解决了海上敏感区域环境资源勘查手段缺失的难题。

“我们团队突破了国外技术封锁，解决了海洋高分辨率地震勘探的卡脖子技术，为国家海洋能源勘探提供了坚实的技术保障。”刘怀山自豪地说，科研工作者应该心怀“国之大者”，把论文写在祖国大地上、写在深海大洋中。20多年的科研求索道路上，刘怀山带领团队突破了多项海底能源地球物理立体探测关键技术，承担了国家重大专项、973、国家基金及企业课题50余项。作为第一完成人，他荣获了2020年度教育部高等学校科学研究优秀成果奖技术发明奖二等奖、2018年中国石油和化工自动化应用协会科学技术发明奖一等奖等省部级奖7项，授权发明专利 9 项、软件著作权 19 项，发表高水平研究论文60 余篇。团队在渤海、黄海、东海、南海等海域成功开展了地球物理资料浅层高分辨率地震探测调查，完成工作量超过50000千米，预测了多个水合物有利远景区并得到钻探验证，为胜利海上油田灾害地质风险评估、渤海海底通道预选址等重大工程提供了基础资料。打破了西方国家对我国的技术封锁，用自己的装备勘探开发水合物和油气资源，保障国家能源安全，推动了国产海洋仪器产业化的进程，累计经济效益 7．91 亿元，取得了显著的经济和社会效益。

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2019年，刘怀山又把科研的目光投向西太平洋，他负责承担的国家自然科学基金重点项目“近海底地震海洋学立体探测与成像基础研究”，通过近海底地震海洋学立体探测，得到高精度近海底海水水体特征和海底热液、冷泉、海底裂隙的地层的成像，研究西太平洋海底复杂地形构造与地形对海洋动力过程的影响程度，分析流固界面跨圈层物质能量交换对岩石圈演化和海洋深层环流等动力过程的影响。

2021年9月17日，国家自然科学基金共享航次计划“西太平洋能量串级和物质输运重大科学考察航次”搭乘5000吨级新型深远海综合科考实习船“东方红3”从青岛奥帆基地码头出发，驶向西太平洋中低纬度海域执行科考任务。刘怀山作为本航次首席科学家，他表示：“航次聚焦复杂地形对西太平洋能量串级和物质输运的影响及作用机理，计划在流固相互作用的关键海域开展物理海洋、海洋地质与地球物理、海洋生物地球化学、海气交换等现场观测，获取全水深、多要素的精细化调查数据，结合数值模拟和理论分析，揭示西太平洋能量串级和物质输运的基本时空特征，阐明复杂地形与流体间的相互作用对能量串级和物质输运的影响及调控机理，力争在海洋多尺度、跨圈层相互作用研究领域取得具有重要影响力的原创性成果。”

乘风破浪、沧海横流，为了我国海洋油气资源的勘探与开发，为了探索海洋的奥秘，刘怀山再一次踏上征程，劈波斩浪、奋楫向前！（文／邱玥）