2019年12月13日 星期五
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海洋可控源電磁方法,海洋地震技術的“小助手”

2019-10-30 9:20:31 來源:中國礦業報 作者:張婉

具有獨特優勢

海洋電磁法自誕生半個多世紀以來,在海洋地質調查(海洋底構造、洋脊擴張、火山運動等)、海底資源探測(油氣、水合物、地下水、多金屬硫化物等)、物理海洋(海嘯預警)、軍事防務(水下目標檢測、目標特性、電磁隱身等)等諸多領域得到了成功應用,顯示了超越傳統方法的獨特優勢。

譬如,在油氣勘探中,地震波難以穿透火成巖、碳酸巖、鹽丘等,難以區別圈閉中含油還是含水;在水合物調查中,地震方法無法識別水合物頂界;水下目標檢測過程中,目標本底噪聲日趨減小,導致聲吶作用距離進一步縮減。傳統方法的局限性為海洋電磁法提供了廣闊的用武之地。海洋電磁方法技術可作為海洋地震技術的輔助手段進行海洋油氣勘探,可減少海洋油氣鉆采干井率,極大降低勘探成本。

海洋可控源電磁方法作為海洋電磁法的一個分支,具有淺部分辨率高、海上作業效率高、高阻異常識別能力強的優勢,尤其適合海底水合物及油氣等高阻異常體的調查。近年來,在美國Scripps海洋研究所、Woods Hole海洋研究所、挪威EMGS公司、PGS公司、日本JAMSTEC和德國BGR等國外研究機構與商業公司的推動下,海洋可控源電磁法得到長足進展。我國對海洋可控源電磁法的研究起步較晚。“十一五”期間,自然資源部中國地質調查局有關單位聯合中國地質大學(北京)等單位率先開展海洋可控源電磁方法研究。此后,在海洋強國戰略驅動下,吉林大學、中石油東方地球物理公司、中國海洋大學也紛紛開展相關研究。截至目前,該方法技術已日趨成熟,在方法理論、海上裝備、數據采集、資料處理、反演解釋等方面形成了完整技術體系。

工作方法原理

根據目標體與海底沉積物存在較大電性差異這一物性前提,海洋可控源電磁方法借助大功率拖曳電磁發射機在近海底建立人工源電磁場。海底電磁接收機或近海底拖曳電磁接收機采集含有海底以下地層電性信息的人工場源電磁信號,經資料處理及反演得到海底電性分布,用于推斷海底的電性異常。

探測系統主要包括作業船及船載大功率甲板電源、船載深拖纜及絞車、船載導航及水下定位設備、大功率拖曳電磁發射機、海底電磁接收機和拖曳電磁接收機。

工作流程主要分為以下步驟:(1)根據地質資料設計合理的測線布置,根據模型計算結果給出作業參數;(2)海底電磁接收機投放,根據目標工區預設的點位,將海底電磁接收機依次投放至海底;(3)海底電磁接收機定位,借助船載USBL水下定位系統對海底接收機位置進行精確定位,并為后期數據處理提供坐標信息;(4)發射拖曳作業,拖曳發射機按照設計的路線激發大功率電流,海底電磁接收機及近海底拖曳接收機采集可控源電磁信號;(5)回收海底電磁接收機,借助釋放系統對接收機進行回收;(6)現場數據預處理,下載接收機中的數據文件,結合發射電流文件、導航及水下定位數據,進行現場數據預處理,并對數據質量進行評估;(7)數據處理與反演解釋,通過數據處理及反演,獲得目標區海底以下介質二維或三維地電模型,結合其它地質與地球物理資料,對高阻異常體進行推斷解釋,為目標儲層鉆探井位布置提供電性依據。

海洋可控源電磁探測方法海上作業示意圖

全球廣泛應用

20世紀70年代,美國加州大學Scripps海洋研究所Cox等人提出用水平電偶極-偶極方法開展深水區地學探測的設想。1997年,加拿大多倫多大學Edwards等進行了海底水平電偶極-偶極裝置的研發,并于1999年在卡斯卡底古陸北部邊緣的含水合物區進行了多次調查,對該海區水合物潛在分布進行了評估。美國Scripps海洋研究所先后在俄勒岡州近海水合物脊和南加州Santa Cruz盆地開展了海洋可控源電磁的水合物調查工作。德國BGR在新西蘭近海進行了水合物電磁方法的調查工作。

近年來,在地質調查項目支持下,中國地質調查局有關直屬單位與相關高校聯合,在東沙、神狐、瓊東南等重點區域開展了水合物電磁調查工作,獲得了研究海域的首批可控源電磁數據資料,為布置水合物鉆探井位提供了有價值的電性依據。

未來發展趨勢

海域油氣與自然資源綜合調查與評價是海洋強國戰略的重要組成部分。不斷發展并拓寬海洋可控源電磁勘查技術的應用,是科技服務國家重大需求、保障國家能源資源安全、實現科技創新戰略的重大舉措。

未來,海洋可控源電磁方法將在國家需求的引導下持續發展,主要體現在以下幾方面:方法理論,從二維到三維、適合于全海域的數據采集技術,實現對海底目標體的快速與精確評價的探測理論;儀器裝備,更大激發電流,更低噪聲水平,更高效率作業和低成本等;資料處理,海量數據的實時處理技術;反演解釋,三維反演趨于成熟,發展多方法快速有效的約束和聯合反演。□

(作者單位:中國地質調查局航空物探遙感中心)

網站編輯:宮莉

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