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海洋可控源电磁方法,海洋地震技术的“小助手”

2019-10-30 9:20:31 来源:中国矿业报 作者:张婉

具有独特优势

海洋电磁法自诞生半个多世纪以来,在海洋地质调查(海洋底构造、洋脊扩张、火山运动等)、海底资源探测(油气、水合物、地下水、多金属硫化物等)、物理海洋(海啸预警)、军事防务(水下目标检测、目标特性、电磁隐身等)等诸多领域得到了成功应用,显示了超越传统方法的独特优势。

譬如,在油气勘探中,地震波难以穿透火成岩、碳酸岩、盐丘等,难以区别圈闭中含油还是含水;在水合物调查中,地震方法无法识别水合物顶界;水下目标检测过程中,目标本底噪声日趋减小,导致声呐作用距离进一步缩减。传统方法的局限性为海洋电磁法提供了广阔的用武之地。海洋电磁方法技术可作为海洋地震技术的辅助手段进行海洋油气勘探,可减少海洋油气钻采干井率,极大降低勘探成本。

海洋可控源电磁方法作为海洋电磁法的一个分支,具有浅部分辨率高、海上作业效率高、高阻异常识别能力强的优势,尤其适合海底水合物及油气等高阻异常体的调查。近年来,在美国Scripps海洋研究所、Woods Hole海洋研究所、挪威EMGS公司、PGS公司、日本JAMSTEC和德国BGR等国外研究机构与商业公司的推动下,海洋可控源电磁法得到长足进展。我国对海洋可控源电磁法的研究起步较晚。“十一五”期间,自然资源部中国地质调查局有关单位联合中国地质大学(北京)等单位率先开展海洋可控源电磁方法研究。此后,在海洋强国战略驱动下,吉林大学、中石油东方地球物理公司、中国海洋大学也纷纷开展相关研究。截至目前,该方法技术已日趋成熟,在方法理论、海上装备、数据采集、资料处理、反演解释等方面形成了完整技术体系。

工作方法原理

根据目标体与海底沉积物存在较大电性差异这一物性前提,海洋可控源电磁方法借助大功率拖曳电磁发射机在近海底建立人工源电磁场。海底电磁接收机或近海底拖曳电磁接收机采集含有海底以下地层电性信息的人工场源电磁信号,经资料处理及反演得到海底电性分布,用于推断海底的电性异常。

探测系统主要包括作业船及船载大功率甲板电源、船载深拖缆及绞车、船载导航及水下定位设备、大功率拖曳电磁发射机、海底电磁接收机和拖曳电磁接收机。

工作流程主要分为以下步骤:(1)根据地质资料设计合理的测线布置,根据模型计算结果给出作业参数;(2)海底电磁接收机投放,根据目标工区预设的点位,将海底电磁接收机依次投放至海底;(3)海底电磁接收机定位,借助船载USBL水下定位系统对海底接收机位置进行精确定位,并为后期数据处理提供坐标信息;(4)发射拖曳作业,拖曳发射机按照设计的路线激发大功率电流,海底电磁接收机及近海底拖曳接收机采集可控源电磁信号;(5)回收海底电磁接收机,借助释放系统对接收机进行回收;(6)现场数据预处理,下载接收机中的数据文件,结合发射电流文件、导航及水下定位数据,进行现场数据预处理,并对数据质量进行评估;(7)数据处理与反演解释,通过数据处理及反演,获得目标区海底以下介质二维或三维地电模型,结合其它地质与地球物理资料,对高阻异常体进行推断解释,为目标储层钻探井位布置提供电性依据。

海洋可控源电磁探测方法海上作业示意图

全球广泛应用

20世纪70年代,美国加州大学Scripps海洋研究所Cox等人提出用水平电偶极-偶极方法开展深水区地学探测的设想。1997年,加拿大多伦多大学Edwards等进行了海底水平电偶极-偶极装置的研发,并于1999年在卡斯卡底古陆北部边缘的含水合物区进行了多次调查,对该海区水合物潜在分布进行了评估。美国Scripps海洋研究所先后在俄勒冈州近海水合物脊和南加州Santa Cruz盆地开展了海洋可控源电磁的水合物调查工作。德国BGR在新西兰近海进行了水合物电磁方法的调查工作。

近年来,在地质调查项目支持下,中国地质调查局有关直属单位与相关高校联合,在东沙、神狐、琼东南等重点区域开展了水合物电磁调查工作,获得了研究海域的首批可控源电磁数据资料,为布置水合物钻探井位提供了有价值的电性依据。

未来发展趋势

海域油气与自然资源综合调查与评价是海洋强国战略的重要组成部分。不断发展并拓宽海洋可控源电磁勘查技术的应用,是科技服务国家重大需求、保障国家能源资源安全、实现科技创新战略的重大举措。

未来,海洋可控源电磁方法将在国家需求的引导下持续发展,主要体现在以下几方面:方法理论,从二维到三维、适合于全海域的数据采集技术,实现对海底目标体的快速与精确评价的探测理论;仪器装备,更大激发电流,更低噪声水平,更高效率作业和低成本等;资料处理,海量数据的实时处理技术;反演解释,三维反演趋于成熟,发展多方法快速有效的约束和联合反演。□

(作者单位:中国地质调查局航空物探遥感中心)

网站编辑:宫莉

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