海洋可控源电磁法数据反演浅析

海洋可控源电磁法数据反演浅析

张媛陈少泽

张媛陈少泽（宁夏地球物理地球化学勘查院宁夏银川750001）

摘要：鉴于目前在陆地上的低频电磁法数据多使用直流电法反演方法进行反演，本文主要从理论上和简单模型中对这一方法是否同样适用于海洋低频电磁法的可行性进行研究。

关键词：海洋；可控源电磁法；直流电法；反演1.2海洋可控源电磁法国内外研究现状地球表面的3/4被海洋覆盖，海底是世界上最大的资源宝库，大量的石油、天然气及各种矿产蕴藏其中，海底资源探测对人类的生存和发展极其重要。我国是一个海洋大国，海洋总面积等于陆地面积的1/3。并且，我国目前正面临严重的资源短缺问题，每年需进口2亿多吨的原油和大量的天然气。

电磁法在陆地上进行油气勘探的历史可以追溯到二十世纪初期，自那时起，该方法的应用一直延续至今。陆地上用作油气勘探的电磁法主要是大地电磁法，它可以为油气勘探提供构造方面的信息。

1.2.2海洋可控源电磁法正反演研究进程Cagniard的大地电磁理论证明,在地球任一深度测量的大地电磁场都可以获得这一深度下的介质电阻率,因此在海底测量的波阻抗与陆地的波阻抗是等同的。所以从理论上来说,大地电磁法在海底和在陆地探测并没据有实质的区别。目前实际工作中所用的反演方法还是一维模型反演,虽然得到的是近似结果,但非常实用。

2海洋CSEM概述2.1海洋可控源电磁法（CSEM）简介2.1.1海洋可控源的测量原理海洋可控源电磁法使用一对深海移动式水平电偶极-偶极导线源作为电磁信号激发源，发射峰值达几安培至一千安排日的低频方波信号，即其信号的频率范围在十分之几赫兹到几十赫兹。该信号源在拖缆的控制下，在距离海底一定深度处移动并发射固定频率的信号，然后布设于海底研究区的以一定方式排列的海底电磁场接收站将接收信号源产生的直达波、反射波和折射波。

2.1.2海洋可控源的工作方式由于现代电子技术的提高以及海洋可控源理论、工作方式和数据处理技术得到长足的发展，数据采集的精度得到大幅提高。总体来讲，目前海洋CSEM勘探主要有两类工作方法：浅海拖拽施工法和深海固定施工法2.1.3海洋可控源的采集系统海洋电磁采集技术包括海洋MT和海洋CSEM，两者虽场源不同，但接收信号原理基本相似，因此接收系统可以兼容，能够同时施工。

在接收系统布置好后即可开始MT资料采集，可控激发源准备好后，随时可以进行激发。在室内处理时要将可控源激发时的信号从记录中分离出来进行处理，而剩余的无激发时采样信号按海洋MT数据处理。

每个电磁采集接收系统一般有4~6个道，可接收4~6个电磁场分量，即Ex、Ey、Hx、Hy及Ez、Hz，测站由船上吊移至海面并借助水泥块沉到海底。通过声波超短基线通讯装置可以精确确定接收器位置，在海底用锚将每个采集站放在固定位置，采集站可以以任意方向沉入海底，通过最优化处理实现TE和TM极化模式的旋转。

3简单地电模型下的视电阻率计算与分析本论文中所用到的装置类型均为电偶极-偶极装置，以下所有模型中所用的一样，不在重复说明。

3.1均匀半空间模型设地面水平，地下半空间为均匀、无限、各向同性介质，电阻率为p，AB=MN=a，AB为供电电极，向地下供以电流I，对于低频交流电法，只使用其电场强度在X方向的分量（即XE），测量电极MN测得电位U。

3.1.1直流电法当供电电极向地下供的是电流强度为I的电流时，其视电阻率计算公式如下：

当观测点远离场源时，地中的具有衰减因子的底层波已完全消失，则交流电法电场强度表达式与直流电法相似。所以在均匀半空间中，直流电法与低频交流电法的测量结果是近似相似的。即可以使用直流反演方法去处理交流电法数据。

3.2双层介质模型设地面水平，地下为水平均匀分层介质，电阻率分别为p1、p2，第一层介质厚度为h1，AB=MN=a，AB为供电电极，向地下供以电流I，对于低频交流电法，只使用其电场强度在X方向的分量（即XE），测量电极MN测得电位U。

3.2.1直流电法当供电电极供以电流强度为I的电流时，其视电阻率计算公式如下[14]：

4低频CSEM资料的直流试反演与分析4.1直流电法反演软件RES2DINVRes2dinv是一款用来对高密度电法勘探数据进行处理的高密度电法处理软件，它能自动将从地下勘探获得的电测深资料转化成二维电阻率模型的计算机程序。

4.2对低频电磁数据的直流反演模型描述如下。

模型为上覆海水层的多层介质，海水层厚度为1000米，电阻率值为0.3欧姆米；海底底层有四层，从上至下一次为：第一层厚300米，电阻率值10欧姆米，在地层中100米处存在一处低阻异常，异常值为1欧姆米，形状为边长100m的立方体，在理想模型中所处的位置坐标为X=[1025,1125],Y=[-50,50],Z=[1100,1200]；第二层厚100米，电阻率值为100欧姆米；第三层厚100米，电阻率值10欧姆米；最底层地层厚度为无限大，电阻率值为5000欧姆米。

测量数据点起始值为-50米，点距100米，由于只做了低频电法的一维反演研究，因而其测量范围为仅仅考虑在X方向的-50m至3000m。

通过对不同频率值下的原始地点模型进行反演的反演结果对比中可以看出：(1)当频率为0.001Hz的时候，其反演结果是最好的，也是最接近原始模型的，并且可以在其反演断面图中看到，它的分层效果很好，每一层的地层分界都很明显，而且相对其他几幅图而言，可以认为它的分层界线都为水平的；(2)在频率越低的反演图中越可以清晰的看到存在于第二层高阻地层中的低阻异常体，因而频率越低反演效果越好，但并不是一定要要求频率达到极小，从以上的几幅图也可以看到，当频率值为0.01Hz和10Hz时，在反演断面图中也是可以看到地层中的异常体，不同之处在于对这些异常体的反演分辨率，而当频率值达到了50Hz的时候就很难再从反演断面图中去找到异常体的特征了。

由此可得到结论使用直流电法反演方法去处理简单模型中低频CSEM数据的这种方法是可行的。