三维MCSEM利用电磁场分解消除空气波效应

对于浅水域可控源电磁勘探,在资料处理和解释过程中需要消除空气波影响,电磁场上下场分解方法是消除这种影响的一种有效手段.为了快速有效实现电磁场分解,假定电磁场沿水平方向变化缓慢,基于麦克斯韦方程组,本文推导了一种仅利用电磁场水平梯度实现电磁场分解新方法.数值试验表明利用这种分解方法可以得到稳定可靠的分解结果,同时论证了这种方法是一种海洋可控源电磁法(MCSEM)数据快速定性解释手段.

MCSEM和地震AVA数据联合反演储层物性

海洋可控源电磁(MCSEM)数据对高阻的含油气储层比较敏感,联合反演MCSEM和地震数据可提高储层物性参数估计的可靠性。本文提出一种利用MCSEM和地震AVA数据联合反演储层物性参数的方法,该方法利用Archie公式和Gassmann方程建立储层物性参数与电磁属性(电导率)和地震属性(速度、密度)之间的联系,采用模拟退火(SA)算法求解联合反演目标函数。模型试验表明,与单一数据反演结果相比,联合反演MCSEM数据和地震AVA数据能够得到更可靠的储层物性参数估计,且与基于梯度下降的Occam反演方法相比,该方法不依赖于初始值。

基于OSG的MCSEM施工实时监测方法

三维实时MCSEM监测系统强调的是监测的实时性,以三维可视化方式实时显示施工过程,有利于直观地监测和判断工作过程是否存在异常。根据MCSEM作业方式与流程,研究了在OSG三维渲染引擎的开发环境下,三维场景实时动态更新方法,包括三维模型实时更新、海底地形、轨迹线等要素绘制和相机实时跟踪;研究了三维场景数据组织结构与渲染状态机制,优化场景渲染,提高场景的响应速率,尽量保证三维显示的实时性、流畅性;开发了三维实时MCSEM监测系统进行实例验证,经过大量数据多次测试,系统运行稳定、响应及时,三维显示效果良好,较好地满足了实时监测的要求。

合成源MCSEM高阻薄层识别

对于浅水区海洋可控源电磁法(MCSEM)来说,由于来自海—空界面的空气波与来自海底地层的有效信号耦合,增大了提取有效信号的难度,降低了该方法对高阻油气藏的识别能力,阻碍了其在浅水区的应用。利用雷达领域合成孔径思想的合成源处理方法能够突出储层的电阻率异常响应,从而更好地识别高阻油气藏。本文讨论了MCSEM电磁场合成源干涉法,计算并对比了一维层状模型合成源的归一化振幅、有效异常和可探测度对高阻油气藏的识别能力。然后计算对比了浅水区二维和三维海洋地电模型合成源的可探测度;最后对某区域的实际数据进行处理,结果表明利用可探测度可以提高海洋可控源电磁合成源干涉法对储层的识别能力。

MCSEM电磁场能流密度分布特征研究

采用海洋可控源电磁方法进行海底油气和水合物的勘查,需事先在海底布放接收机阵列,而后用一艘携带深拖缆的科考船将大功率电磁发射机牵引至海底,沿预设路线慢速走航,并将大功率电磁场导入海底.海底的人工电磁场中,空气波和直达波对提取勘探目标体的异常信息不做贡献.只有当折射波经过被测目标体时,产生电磁感应,海底的接收机对此感应信号进行数据采集,经数据处理,揭示被测目标体的几何大小和物理属性.异常体的有用信息与导入海底电磁场的能流密度(坡印廷矢量)有着密切的关系,以致于后者决定了前者的有效探测范围、有效带宽以及尽可能达到的最佳测量精度.能流密度在海底的分布情况十分复杂,但在均匀全空间中可较清楚地认识其分布特征,可为复杂地质条件的情况作理论铺垫.以此推广,在水平层状介质的地电条件下,建立能流密度的数理模型,利用海洋生产作业中的典型物性与几何参数,对海底以下有覆盖层的高阻体(可模拟油气或天然气水合物)进行正演,建立电磁场能流密度分布特征与数据采集技术的有机联系,为海洋可控源电磁发射机和接收机的优化改进提供理论依据.

MCSEM利用异常场主部分解消除海水层影响（英文）

空气波效应对浅海可控源电磁勘探观测数据影响极大,严重掩盖了勘探目标体的异常效应,影响到后期勘探数据解释精度。为了有效消除空气波效应,本文基于StrattonChu型积分推导了异常主部分解方法,通过该方法得到的异常场主部可以有效消除浅海可控源电磁勘探数据中的空气波效应。理论分析表明,异常场主部分解方法实际上是一个在离散数据集上运行的有限脉冲响应(FIR)滤波器。该方法以积分变换形式实现,是一种稳健的处理方法,能有效抑制噪声对处理方法稳定性影响。数值试验显示,不仅空气-水界面造成的空气波效应,而且整个海水层的效应均可以利用这种分解方法从观测信号中去除掉。该技术对平坦海底和起伏海底均适用。

基于海洋MCSEM监测的海底油气后期开发的可行性

为了探讨海洋可控源电磁法(MCSEM)监测海底油气后期开发的可行性,根据油气运移及开采过程中储层电阻率变化特点,设计并利用MCSEM一维正演程序试算不同的海底电阻率模型,包括海底沉积层仅有储层的简单模型和储层上方有高阻覆盖层的复杂模型,分别将接收极沉放海底和油气钻井,分析电偶极子源在海底和井中的响应特征.结果表明:传统深海频率域接收模式MVO曲线能较好地反应储层电阻率的变化;井中接收频率域电场对于高阻层位的变化非常敏感;浅海下MCSEM在不同偏移距的时域电场信号既能分离空气波干扰,又能很好地反应储层电阻率变化.海洋可控源电磁法对于海底油气后期监测具有潜在优势.

海洋可控源电磁法与地震全波形二维联合反演研究

为降低单一地球物理反演方法的局限性以及反演中所存在的多解性等问题,开展了海洋可控源电磁法(MCSEM)与地震全波形的二维联合反演研究。MCSEM采用数据空间OCCAM反演算法,地震全波形采用梯度法反演算法,引入交叉梯度函数实现两种物性参数结果的相互耦合;开发出一套二维联合反演算法,并通过3组理论模型算例验证了算法的准确性。研究结果表明:MCSEM联合反演结果相对于单方法反演结果有显著改善和提升,主要体现在异常体的形态刻画、结构构造以及物性数值的恢复,这说明全波形的反演方法能够提高MCSEM反演结果的可靠性。

MCSEM发射电流波形的高精度时间标识技术

加紧研究和发展海洋可控源电磁法(MCSEM)对我国海域能源资源的调查具有重要意义.在MCSEM勘探中,发射机记录的电流波形若没有精确时间标记,则无法与接收机采集到的数据进行同步处理,进而影响到感应电磁场相位信息的提取.本文对海底环境下发射电路所面临的这一亟需解决的特殊问题展开了研究.采用硬件同步分频和超长计数的时间标识技术,基于LPC2368微处理器、GPS对钟电路、高精度温度补偿晶振、CPLD、RTC模块、USB移动硬盘、霍尔电流传感器及其外围电路等搭建的新硬件平台,将高精度时间标记脉冲计数值连同发射电流波形数据一同记录至存储设备中,同时上传至甲板端,便于上位机对水下发射机进行远程监控.最后依托国家专项进行了海洋试验,验证了高精度时间标识技术的可靠性和准确性.

MCSEM发射机的远程测控技术研究

海洋可控源电磁探测(MCSEM)是勘查海底油气和天然气水合物资源的有效方法之一.在MCSEM海洋作业过程中,利用甲板端的监控单元,可以在甲板端对海底发射机进行直观地远程控制和状态监测.监控单元硬件以发射机的通讯模块、万米光电复合缆中的光纤、甲板端控制计算机和光纤转串口的光端机为基础,软件采用图形化的LabVIEW高级编程语言.通过甲板端监控单元,仪器操作人员可建立船上计算机与海底发射机的远程数据通信,从而实现对海底发射机运行状态的实时查看和更改.经过多次海洋实验验证,研发的甲板端监控单元硬件性能稳定、软件界面友好直观,能够很好地满足海洋可控源电磁海上勘探作业的需要.

单船拖曳可控源电磁数据自适应分频匹配滤波消噪方法

海洋可控源电磁法(MCSEM,Marine Controlled-Source Electromagnetic Method)是一种工业化的主动源海洋电磁勘探方法,近年来在海底油气资源探测中收效显著,通过测量海底地下介质的电阻率变化,能够有效降低地震勘探方法的多解性.MCSEM的工作方式主要有单船拖曳与双船拖曳两类.单船拖曳信号具有强时变特征,近、中、远收发距信号强度变化极大.由于海水环境较为复杂,数据受到洋流、背景场、仪器等多种因素干扰,使得小收发距数据信噪比较高,中、远收发距数据信噪比较低,因此MCSEM数据随机干扰压制方法的研究难点在于适应数据的强时变特征.本文利用发射机数据与接收机数据的时间(空间)和频率对应关系,提出基于正则化条件和衰减函数约束的自适应分频匹配滤波方法.该方法首先通过计算原始接收机数据基频的振幅随偏移距变化(MVO,Magnitude Versus Offset)曲线获取衰减函数,然后利用该衰减函数将发射机所有频点数据进行振幅衰减,减低MCSEM发射机与接收机数据对应振幅的强时变差异,最后利用基于整形正则化条件的自适应匹配滤波方法压制接收机数据中的强振幅随机噪声.模型数据与实际数据的处理结果表明,本文提出的方法能够有效压制MCSEM数据中不同收发距的随机噪声干扰,保护具有强时变特征的接收机数据,提升整体数据质量.

利用体积分方程的弱化BCGS算法模拟各向异性地层中多分量低频海洋可控源电磁响应

基于层状单轴各向异性介质的并矢Green函数和体积分方程的弱化稳定型双共轭梯度(BCGS)算法模拟各向异性背景地层中多分量低频海洋可控源电磁响应,并通过算例分析发射频率、海底背景地层各向异性和异常体埋藏深度对响应的影响特征。结果表明:发射信号的不同频率、电场强度的不同分量对海底油气藏的水平分辨能力不同;当测线沿x方向布设时,Ezz分量的分辨能力最强,Exx分量次之,Eyy分量的水平分辨能力最低;在海底背景地层水平电导率相同的情况下,背景地层垂向电导率的变化对Exx分量和Ezz分量的影响规律不同,而Eyy分量基本不受地层垂向电导率变化的影响;异常体埋藏深度越浅,Exx分量和Ezz分量对异常体的水平分辨能力越高,而无论异常体埋藏深浅Eyy分量均不能对其进行分辨。

海洋电磁法勘探油气的三维正演模拟

针对海底可控源电磁法(MCSEM)在油气资源勘探中的实用性,应用矢量有限元进行了多种频率的水平电偶源发射电磁场识别油气层的实例研究,并利用矢量有限元对海底的3D模型进行了正演数值模拟。利用MCSEM能较好地识别油气层;归一化后的电场曲线特征表明,浅海下不易测得油气层,在实验频率内,电场源频率越高对油气层识别能力越强。同时证实了MCSEM识别油气层是建立在波导理论基础上的。

海洋CSEM和MT一维联合反演研究

传统频率域海洋可控源电磁(MCSEM)法利用极化方向电场实部与虚部信息进行反演,由于海底沉积层电阻率一般较低,在海底浅部能取得较为理想的反演效果,但难以探测到海底几千米下的深部基底。这里利用海洋可控源电磁和海洋大地电磁(MT)一维联合反演程序,采用奥克姆反演算法,尝试对海洋电阻率模型进行联合反演。通过反演试算发现,利用频率更低的海洋MT加入反演,不会影响浅部反演效果,同时能探测到深部基底,为海底油气勘探提供了更多技术手段。

海洋可控源电磁法几类偶极源探测海底高阻薄层的分辨率分析

针对海洋可控源中几类典型偶极源发射装置,建立各向异性地层高阻油气藏模型,采用基于格林函数的海洋一维地层解析方法,借助电磁场的互易性质,计算得到不同偶极源激发的电磁响应曲线。分析了不同偶极源的电磁响应特征,比较了各电磁场分量振幅和相位归一化曲线幅值。结果表明:垂直电偶极子源的各场的振幅归一化曲线对异常的反应最大,水平电偶极源对高阻层的分辨率高于垂直磁偶极源,水平电偶极源的轴向观测模式和水平磁偶极子源的赤道观测模式均有较好的分辨率,这两种模式下测量的与测线平行的电场和与测线垂直的磁场的分辨率最佳,且存在着最佳收发距,相位也有着近似相同的变化规律。

勘查天然气水合物资源的海洋可控源电磁发射系统

海洋可控源电磁探测(MCSEM)是勘查天然气水合物资源的有效方法之一.海洋可控源电磁发射系统是实现MCSEM的重要硬件组成部分.本文以天然气水合物在海底的一维地电模型为例,研究电偶源发射频率、发射偶极侧向漂移、源偶极矩大小对电场响应的影响,进而指导发射系统研制.该系统包括:甲板升压控制单元,可将船载大功率电能升为高压并通过万米光电复合缆输送至海底的发射机;水下变压器,可将深拖缆中的大功率高压转换为低压;拖曳式大功率电磁发射机,其内部的控制电路硬件和嵌入式驱动软件可将水下变压器输出的电能逆变为大功率矩形脉冲,并通过发射偶极将脉冲发送至海水介质中;借助水动力学设计的发射机拖体,用于装载发射系统水下部件和保持拖曳过程中的平衡与稳定;甲板端上位机监控单元,利用万米光电复合缆中的光纤实现船上计算机与海底发射机的远程数据通信.2012年5月和2013年5月海洋试验的结果均表明,所研制的发射系统可作为天然气水合物资源勘探的有效激励场源.

南海天然气水合物远景区海洋可控源电磁探测试验

为了测试我国自主设计与研发的海洋可控源电磁仪器性能及其在水合物探测中的适用性,本文从海洋可控源电磁法基本原理出发,首先根据试验海域水合物地质特征,建立简化地电模型开展理论研究,确定海洋可控源电磁试验的技术方案;利用研发的海洋可控源电磁仪器,在南海天然气水合物远景区开展探测试验,首次获得了我国深水海域的海洋可控源电磁数据.通过对采集数据进行处理与反演,获得了试验剖面的海底电性结构模型,揭示了4号测点下方存在一个50m厚的高阻层,其电阻率为25Ωm、顶部埋深为181m,为该区天然气水合物调查提供了有价值的电性参考资料.研究结果表明,自主研发的海洋可控源电磁仪器性能达到了预期的设计指标,这标志着我国海洋可控源电磁探测技术向实用化进程迈出了重要一步.

基于VTI各向异性介质的频率域海洋可控源电磁三维约束反演

近年来,海洋可控源电磁法(MCSEM)被引入油气勘探领域以降低勘探风险.在海洋环境中,受沉积因素所造成的电阻率各向异性的影响,地电模型往往会非常复杂.为更好地反映地下电性结构,本文实现了基于VTI各向异性介质的频率域海洋可控源电磁三维反演.其中,正演采用基于Yee氏交错网格的三维有限差分算法,所形成的离散线性系统通过大规模并行矩阵直接求解器(MUMPS)进行求解.反演采用基于不等式约束的有限内存BFGS(L-BFGS)算法.最后,利用VTI各向异性介质合成数据,分别进行了电阻率各向异性覆盖层和电阻率各向异性高阻层的三维反演,结果表明:(1)基于并行直接法的MCSEM非常适用于海洋电磁所特有的多场源问题;(2)针对各向异性覆盖层模型进行三维各向异性约束反演,提高了解的可靠性;(3)针对电阻率各向异性高阻层,Inline和broadside数据覆盖的反演结果对异常体位置有很好的反映.

海洋可控源电磁法三维数值模拟

本文利用美国Sandia国家实验室Weiss编写的3D有限差分程序,通过建立的正演模型,开展3D水平电偶源电磁场特征与异常体空间展布特征(几何特征、埋藏特征)关系的实例研究,并对模型进行了正演数值模拟,得到以下几点认识:①同一位置处接收到的电场强度随着异常体半径的增大而增大,高阻体的存在能够增大电场强度,且异常体越大,场强也越大;②归一化后的电场曲线特征表明,随着发射电流频率的降低,异常体引起的异常越来越小;随着异常体半径增大,引起的异常也逐渐增大;③当异常体半径不变而埋深改变时,随着埋深的增加电场强度逐渐减小,对异常体的分辨力越来越小。文中所得结果对MCSEM电磁场基本传播特性的认识和MCSEM观测资料的解释提供了依据。