基于VTI介质海洋CSEM和MT数据联合反演的黄海海相残留盆地深部结构研究

黄海海相残留盆地因其地层结构和深部地质构造的复杂性,一直是我国海洋地球科学的一项研究重点,虽然针对该研究区已开展了一系列的地球物理调查,但由于高速碳酸盐岩层对地震波存在着一定的屏蔽作用,致使该海域深部地震资料品质受到较大影响.海洋电磁法不受高速屏蔽层影响,有利于获得高速屏蔽层内部及其下方的深部结构信息.海洋可控源电磁法(Controlled source electromagnetic method,CSEM)和海洋大地电磁测深(Magnetotelleric,MT)能够提供海底电性结构的互补信息,较于单一的电磁方法,二者联合可获得更为准确的海底电性分布.本文提出了基于乘积目标函数的层状垂直各向异性(Vertical anisotropic,VTI)介质海洋可控源电磁和大地电磁资料联合反演方法,该方法在迭代过程中根据数据的拟合情况自适应调整CSEM和MT数据的权重和正则化因子的权重,反演参数包括海底介质的横向电阻率、垂向电阻率和地层厚度.以南黄海地质地球物理资料为例,建立浅水环境地电模型,并结合浅水环境的高噪声背景特点进行合成数据模型测试及分析.将本文所提出算法应用于理论模型合成数据和南黄海实测资料反演,结果表明,较于单独的海洋CSEM和MT反演,联合反演方法能够较准确地重构海底地层的电性分布,提高对海底地层各向异性电阻率的分辨能力.

堤坝渗漏感应磁梯度检测可行性研究

堤坝的渗漏检测对堤坝的安全运行有着重要的意义。由于磁梯度测量具有观测无需与地面接触、野外容易操作以及受地磁场影响较小等优点,该技术可以很好的应用于堤坝渗漏检测当中。为了研究磁梯度张量与渗漏通道之间的关系,本文从频率域Maxwell方程组出发推导控制方程,利用有限元实现了三维频率域磁场正演,并通过理论模型测试了算法的正确性。利用高阶紧致差分算法实现了磁梯度张量的高精度计算。接着文章分析了不同模型参数磁梯度张量和渗漏通道之间的关系,表明Byz和Bzz分量可以很好的反映渗漏通道的位置。通过对磁梯度的求解避免了理论计算磁场所带来的误差,并且提高了异常分辨率。通过本文的研究,可以为实际工作中的参数设计提供理论指导。

频率域可控源电磁法2.5D正反演

CSEM有MT不可比拟的优势,得到国内外学者多年的大力发展,但是,其数据处理水平尚停留在1D和2D近似解释阶段。2.5D相对来说更加符合实际情况(3D),要想进一步发展该方法,必须开展CSEM 2.5D或3D正演和反演研究。采用有限元法实现了CSEM 2.5D正演模拟,在验证其代码有效的前提下,计算了水平地形和地堑地形的电磁场响应。采用共轭梯度法实现了对场值直接进行反演的算法。从试算低阻和高阻模型的结果可知,反演算法精度高,计算速度快,初步达到了实用化的程度。

在频率域基于小波变换和Hilbert解析包络的CSEM噪声评价

传统CSEM一般只提取主频信号,或以谐波与主频的振幅比为依据提取部分低阶谐波信号,但缺乏判断标准,实际操作中存在很大的不确定性.本文基于小波变换和希尔伯特解析包络提出一种新的CSEM信号噪声评价方法,首先在时间域中基于混合基快速傅里叶变换获得原始信号准确功率谱;其次在频率域中根据CSEM频率位置相邻频率幅值进行频谱预处理,基于离散小波变换将预处理后的频谱分成低频部分和高频部分,基于希尔伯特变换识别高频部分的上包络线,并与低频部分重构得到频谱的整体上包络线;最后根据包络线与对应CSEM频率振幅的比值估计噪声的影响幅度,根据阈值筛选出高信噪比的主频和谐波信号.本方法不需增加野外工作量即可提取大量的频率信号,特别是高阶谐波信号,实现频率加密,提高CSEM的纵向分辨能力和能源利用率.

海洋CSEM探测海底天然气水合物的有效异常研究

鉴于海洋CSEM响应对海底地层的电性变化比较灵敏,故可以依据水合物储层和围岩沉积层的CSEM响应差异,确定海底天然气水合物储层的分布范围。在考虑噪声情况下,通过建立一维含水合物储层模型,正演计算获得CSEM响应,进而求得有效异常、综合分析有效异常与发射频率及收发距的关系。研究表明,电磁响应的有效异常可用于确定合适的勘探频率,并由此获得相应的归一化振幅比和相位差曲线,利用有效异常对水合物储层电阻率变化十分灵敏的特性,寻找水合物储层,证明海洋CSEM探测海底天然气水合物的可行性。

海洋油气勘探中可控源电磁探测法(CSEM)的发展与启示

基于含油储层与其周围饱含水地层之间的巨大电阻率差异,为海洋CSEM方法直接探测油气储层,并取得良好效果提供了条件,此法采用船载可移动水平电偶极子源和置于海底的陈列电磁接收器接收来自海底地层的电磁信号,通过对接收到的电磁场信号进行处理、解释,得到地下地层的电阻率分布,借助电阻率与储层含油气饱和度的密切关系,直接探测地层的含油气性。本文通过对近年在国际学术会议及相关学术期刊关于可控源海洋电磁法文献的追踪分析,介绍了可控源海洋电磁探测方法(CSEM)的基本原理、发展历史、采集与处理解释技术,并对研究现状、应用中存在的挑战与问题进行了分析,指出了海洋CSEM未来的发展与研究方向,以供国内油气勘探业界及相关研究人员参考。

CMP域内海洋CSEM法探测海底天然气水合物分辨能力研究

海洋CSEM法因其对海底高阻体反应灵敏,可用于探测和识别海底天然气水合物储层,然而,由于海底天然气水合物成因和成藏规律复杂,一些区域横向块状分布或是垂向多层分布的成藏模式加大了探测难度和成本,对于探测分辨能力也提出了更高的要求。为了在实际CSEM探测中进行高阻异常的现场快速评估,借鉴地震勘探共中心点道集的转换方式,将二维模型的海洋CSEM响应在CMP域单元内转换为一维模型的响应,进而实现二维模型CSEM资料在CMP域内的近似一维反演,针对不同电阻率模型讨论勘探参数对异常体分辨能力的影响。结果表明,海洋CSEM资料的CMP域反演对横向和纵向上相邻的水合物储集体具有一定的分辨能力,这为海洋CSEM法探测复杂成藏模式的水合物提供理论依据。

海洋CSEM法探测高阻储层的勘探参数设计

对选定测区运用海洋CSEM法进行实际探测之前,需综合考虑影响高阻储层探测的主要勘探参数,以确保探测的可行性及有效性。设计通用的一维模型,针对不同的勘探参数进行正演模拟,利用快速汉克尔变换计算其电磁响应,通过分析电磁响应曲线及异常特征,探讨海洋CSEM法探测高阻储层的勘探参数设计。研究表明,根据趋肤深度的计算结果结合频率-收发距归一化振幅图,可确定出合适的发射频率范围,而收发距范围可以由频率-收发距归一化振幅图确定,发射天线离海底越近接收到的电磁信号越强,越有利于高阻储层的探测。研究结果可为实际勘探参数的设计提供参考。

层状垂直各向异性介质海洋CSEM发射源及接收站姿态和位置对电磁响应影响研究

众所周知,电阻率各向异性对海洋可控源电磁(CSEM)响应有显著影响.在模拟和解释海洋可控源电磁资料时,通常假设接收站布放于平稳的海底,发射源以理想的水平电偶极源形式按预设路径拖曳前进.然而,在实际海洋作业中,自由下沉的接收站可能沉降在局部倾斜的海底面上,在海底的方位可能是任意取向的.同时,由于洋流等因素的影响,发射源偶极子会发生旋转、倾斜,其位置也会偏离预设的拖曳路径,所以发射源和接收站姿态的变化都将对电磁资料产生影响.本文计算了电阻率各向异性介质中,发射源任意姿态任意位置激发、接收站任意姿态任意位置接收的海洋CSEM响应,分析观测系统引起数据误差的机制,分别在电阻率各向同性、围岩电阻率各向异性和高阻储层电阻率各向异性三种模型中,讨论发射源和接收站的姿态及位置变化对响应的影响.计算结果表明,电磁场振幅误差主要来源于发射源和接收站的倾斜角,而相位的变化为发射源位置和接收站倾斜角、位置共同影响的结果.

海洋CSEM的共中心点域快速反演

海洋可控源电磁法(CSEM)对海底高阻体的反映比较灵敏,可用于天然气水合物探测资料的定性解释和反演研究.海洋CSEM资料的共中心点(CMP)域转换方式,可在横向上较好地分辨高阻储层.本文提出在CMP域实现一维频率域海洋可控源电磁资料高斯-牛顿反演算法.鉴于一维反演是解释地球物理资料的基础,较于二维和三维反演方法有着更高的计算效率和更低的硬件要求,将二维模型的响应在CMP域单元内表达为一维模型的响应,进而运用一维高斯-牛顿反演解释二维海洋CSEM资料.模型数据试算表明,海洋CSEM的CMP域反演速度较快,能够实现二维CSEM资料的反演解释.

海洋CSEM法对二维水平板状水合物储集体的横向分辨能力研究

在不同发射频率和多收发距情况下,进行二维水平板状储集体正演计算,将模拟结果转换至共收发距域,提出针对此种模型研究归一化异常的方法。研究表明,海洋CSEM法对单一水合物储集体具有较好的横向分辨能力,将海洋CSEM资料转换至共收发距域可使电磁响应横向分辨能力的分析更为直观,归一化异常可作为定量衡量横向分辨能力的重要依据。

海洋CSEM法探测二维海底天然气水合物响应特征

针对海底天然气水合物开展了可控源电磁探测法(Controlled-source Electromagnetic Method,CSEM)响应研究,根据实际地质资料设计二维地电模型并进行正演计算,讨论了频率变化对CSEM响应结果的影响以及海底地形起伏时的CSEM响应特征。综合天然气水合物二维正演模拟结果,论证了海洋CSEM探测海底天然气水合物的可行性,研究成果可为今后的海底天然气水合物勘探提供技术支持。

小波收缩阈值消噪在海洋电磁中的应用

到目前为止,海洋可控源电磁法(Marine controlled-source electromagnetic survey,MCSEM)被广泛应用于海洋油气储层钻探前的储层价值预测与评估。CSEM信号去噪中小波收缩阈值消噪是个方便有效的方法,小波收缩阈值消噪的关键在于阈值的选取。文章通过MATLAB仿真,对CSEM信号利用小波收缩阈值消噪法进行处理分析。

层状各向异性介质海洋可控源电磁场灵敏度计算及特征分析

海洋可控源电磁(CSEM)方法已广泛应用于地质构造研究以及海底资源探测,但其在各向异性地层中的分辨能力依然不明确.灵敏度分析是一种分析电磁场对探测目标分辨能力的有效方法,传统的地球物理反演方法也需要精确计算电磁场关于地下介质电阻率的灵敏度.在模拟和解释海洋CSEM资料时,地球物理数值模拟常在笛卡尔直角坐标系下进行,且通常假定发射源为理想的水平电偶极源.然而,在实际的海洋可控源电磁勘探作业中,由于海水运动等影响,发射源可能会发生旋转和倾斜等.复杂姿态的电偶极源可通过计算并矢量叠加三个正交方向发射源分量的电磁场以获得总电磁场,因此需三个正交方向电偶源电磁场的计算方法.本文推导了笛卡尔直角坐标系下,电阻率垂直各向异性介质中三个正交方向电偶极源电磁场表达式,并详细导出了电磁场分量关于各向异性电导率的灵敏度解析表达式.通过与各向同性算法对比,验证了本文所提出灵敏度计算方法的正确性;模拟了不同方向电偶源情况下地电模型的灵敏度并分析其特征.计算结果表明,薄层将显著影响地下介质各向异性电阻率的灵敏度分布,垂直电偶源对海底地层各向异性电阻率的分辨能力高于水平电偶源,通过反演各向异性率间接恢复低灵敏度的各向异性电阻率值是一个可行的反演策略.

测井约束的海洋CSEM反演及其在南黄海中部隆起区勘探应用

海洋可控源电磁法(Controlled-Source ElectroMagnetic,CSEM)对于油气储藏饱和度判别具有较高的敏感性,这为其用于油气储藏检测奠定了基础。但是海洋CSEM相较于地震勘探而言对异常体的垂向分辨率较低,这为海洋CSEM资料反演异常体垂向结构带来困难。由于测井数据具有垂向分辨率高的特点,蕴含丰富的电阻率和深度等信息,测井信息的引入可在一定程度上改善海洋CSEM资料垂向分辨率低的不足。将测井数据作为先验信息引入目标函数的模型加权矩阵中,引导反演的迭代方向,并根据测井信息对电阻率垂向变化区域进行局部细化,精细刻画细化区域的电阻率变化,进而提高海洋CSEM反演的垂向分辨率,逼近反演的最优解。在南黄海中部隆起区的应用中,对海洋CSEM实测数据进行测井约束反演,其结果表明,测井约束的海洋CSEM反演结果不仅呈现了地电断面的基本结构,而且还能突出垂向发生明显变化的层位,表现出较高的垂向分辨率。

海洋可控源电磁法对天然气水合物高阻薄层的可探测度

为了便于分析海洋可控源电磁法(CSEM)对天然气水合物高阻薄层的探测能力,定义了一个反映目标层可探测程度的量——可探测度,目标层可探测度越大,表明越容易被探测到。计算了不同水深情况下一维水合物模型的海洋CSEM归一化场、有效异常和可探测度。结果表明,在深水环境下,利用归一化场、有效异常和可探测度均可以识别水合物高阻薄层,但在浅水环境下,归一化场和有效异常受空气波畸变影响严重,不能很好地识别高阻薄层,而空气波对可探测度影响较小,在浅水区利用可探测度有利于识别水合物高阻薄层。

基于MPI和OpenMP可控源电磁法三维有限元正演并行模拟

有效提高可控源电磁法三维正演的效率为目前研究的热点。三维CSEM正演各频点计算相互独立,无数据依赖性,具有良好的并行性。单频点的大型稀疏复线性方程组快速生成与求解成为效率的关键。实现了基于MPI的频点间并行计算,提高了多频点计算效率;对于单频点,利用高性能并行多线程直接求解器实现了OpenMP并行求解大型稀疏复线性方程组;最终实现了基于多进程与多线程混合的MPI+OpenMP的多频点可控源三维正演并行计算,大幅度提高三维CSEM有限元正演的效率,最高加速比达到了8.914倍。

基于非结构三角网格的海洋CSEM和MT二维联合反演研究

采用非结构三角形网格结合快速Occam算法对海洋可控源电磁(CSEM)与大地电磁(MT)数据进行二维联合反演试验研究。非结构三角形网格能够准确地模拟起伏地形和复杂地质构造,对反演目标区域采用精细网格剖分,其他区域采用粗网格剖分,在满足精度的前提下减少了不必要的计算量。将CSEM与MT数据加入到同一反演数据集中,通过对联合反演数据权重公式进行推导,构建CSEM及MT数据相关权重因子,控制不同数据的拟合权重来实现联合反演。最后对不同模型进行了反演计算,结果表明联合反演比单一反演对海底构造与异常体的还原度更高,验证了联合反演算法的可靠性。

时间域可控源电磁法探测海底天然气水合物可行性分析

海底天然气水合物储层和低阻沉积围岩之间存在明显的电阻率差异,观测这种电阻率差异所产生的电磁异常,有可能确定天然气水合物的分布范围和饱和度。通过建立不同孔隙度和天然气水合物饱和度的一维地电模型,分析时间域海洋可控源电磁(CSEM)响应和有效异常的特征,探讨时间域海洋CSEM法探测海底天然气水合物的可行性。

自适应空域相关滤波法消噪在CSEM中的应用

海洋可控源电磁探测(CSEM)是钻前储层评价的有效手段,它也是识别海底构造的储油/储水特征的重要手段。因此,有效的除去海洋电磁信号中的噪声,以确保信号的准确性,是我们要解决的一项重要任务。本文以MATLAB软件为平台,通过小波变换有效去除噪声信号。