系统参数对海洋油气可控源电磁勘探的影响.pdf

7 4 4 2 0 1 1年 1 2月 石油勘探与开发 PETROLEUM EXPLORATI ON AND DEVEL0PM ENT VO1 - 3 8 No． 6 文章编号1 0 0 0 0 7 4 7 2 0 1 1 0 6 0 7 4 4 0 6 系统参数对海洋油气可控源电磁勘探的影响 刘长胜 2 ，周逢道 2 ，林君 ，2 1 ．吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室；2 ． 吉林大学仪器科学与电气工程学院 基金项目国家自然科学基金项目 4 1 0 0 4 0 2 7 ；国家 “ 8 6 3 ”计划项目 2 0 0 7 A A0 9 Z 3 0 6 摘要对海洋油气可控源电磁探测仪器研发和勘探方案设计中影响测量结果 的主要参数，如收发距、发射天线长度 、 发射天线高度、发射电流、发射频率、接收天线长度和接收天线高度等进行 了理论仿真研究。研究结果表 明，无论 在深海环境还是在浅海环境 ，探测系统参数对测量结果均有相似的影响特点，只是影响程度有所差异。发射电流和 接收天线长度仅决定信号幅度，两者呈正比关系，收发距和发射频率对测量结果影响最为显著，过大过小都不 能得 到明显的油气异常，需取 中等值。发射天线长度、发射天线高度和接收天线高度对测量结果影响较小，油气5 】 起的 电场异常幅度随这 3个参数值的增大而逐渐降低，通常这 3个参数取值不大，可忽略其影响。在浅海环境下，发射 和接收天线可贴近海面布置，此时天线高度仍然较小，这种方式不适用于深海环境 图 7 参 2 1 关键词海洋可控源电磁法；海底；油气；勘探；系统参数 ；仿真模拟 中图分类号T E 5 1 文献标识码A Ef f e c t o f s y s t e m p a r a m e t e r s o n t h e m a r i ne h y dr o c a r bo n r e s e r v o i r e x pl o r a t i o n b y c o n t r o l l e d s o u r c e e l e c t r o m a g ne t i c m e t h o d Li u Cha ng s h e n g ， Zho u Fe n gd a o ’ 。 ， Li n J u n ， 1 ． Ke y L a b o r a t o r y o fGe o E x p l o r a t i o n a n d I n s t r u me n t a t i o n o fMi n i s t r y ofE d u c a t i o n ， J i l i n U n i v e r s i t y ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 6 1 ， C h i n a 2 ． C o l l e g e ofI n s t r u me n t a t i o n＆E l e c t r i c E n g i n e e r i n g ， J i l i n U n i v e r s i ty ， C h a n g c h u n l 3 0 0 6 1 ， C h i n a Abs t r ac t M a r i n e c o ntr o l l e d s o u r c e e l e c t r o ma g n e t i c me t ho d ha s b e c o me t he r e s e a r c h f o c u s i n s u bs e a h y d r oc arb o n e x pl o r a t i o n o ve r s e a s ． Thi s p a p e r s t ud i e s t he pa r a me t e r s o f i t s s u r ve y s ys t e m，whi c h a r e i mp or t a nt d u r i n g i n s t r ume n t d e v e l op me nt a nd s ur v e y d e s i g n．The s i mu l a t i o n s i n d i c a t e wh e t he r i n d e e p s e a o r i n s h a l l o w s e a ， t h e s y s t e m para me t e r s a ffe c t the me a s u r e me n t r e s ul t s by t h e s a me wa y ．Th e c u r r e n t o f t r a n s mi t t e r a n d t h e l e n gth of r e c e i v e r a n t e n na o n l y a ffe c t t he a mpl i tud e o f e l e c t r o ma g n e t i c s i gn a l s ， wh i c h i s i n di r e c t p r o p orti o n t o t h e m． T h e o ffs e t a n d t h e fr e q u e n c y o f tr a n s mi t t e r h a v e r e ma r k a b l e e f f e c t s o n t h e me a s u r e me n t r e s u l t s ． W h e n t h e y a r e t o o s ma l l o r t o o bi g． no o b v i o u s h yd r o c a r bo n a no ma l i e s c a n be o bs e r v e d．S o mi d v a l ue s s h o u l d be a l l o tte d t o t he m．Th e i n f l ue nc e s on the me a s ure me nt r e s ul t s f r o m t h e l e n g t h a nd he i g h t of t r a ns mi tt e r a nt e n n a a nd t h e h e i g h t o f r e c e i v e r a n t e nn a a r e s ma l 1 ．Th e h y dr o c a r b o n a no ma l i e s g r a du a l l y be c o me s ma l l wi t h t h e i n c r e a s e of t h e t h r e e p a r a me t e r s ．Si n c e the va l ue s o f t he s e pa r a me t e r s are u s ua l l y no t bi g ，t h e i r i n fl u e n c e s c a n b e n e g l e c t e d ． I n s h a l l o w s e a ， b o t h t h e t r a n s mi tt e r a n t e n n a a n d t h e r e c e i v e r a n t e nn a c o u l d b e s e t c l o s e t o t h e s e a s urc e ， wh e r e s ma l l a n t e n na h e i gh t i s s t i l l k e p t ． Ho we ve r , t hi s d i s t r i b ut i o n ma nn e r c a n no t be u s e d i n de e p s e a ． Ke y wor ds mari n e c o ntro l l e d s o u r c e e l e c t r o ma gn e t i c me t h od ； s e a floo r ； h ydro c a r bo n； e xp l or a t i o n； s ys t e m p a r a me t e r s ；s i mu l a t i o n 0引言 海洋 已成为世界各国关注的油气勘探与开发要地 之一⋯。随着对海洋油气资源开采关注度的增强 ， 海底 油气探测技术越来越受到重视 ，各种地球物理方法被 尝试用于海底油气勘探。本世纪初国外兴起的针对海 底油气勘探的海洋可控源 电磁法倍受学术界和石油行 业的青睐l 2 】 ，在大量的海底油气勘探实验和商业应用 中取得了显著成效 ， 被誉为 自3 D海洋地震法问世 以来 最重要 的海底勘探技术_ 6 ] 。近 1 0年来 ，关于海洋可控 源电磁法理论研究和应用成果 的文献资料不断见诸期 。 ” ，但 目前仅有少数国外石油公司和科研机构能够 生产海洋可控源 电磁法仪器系统和提供相应的海底油 气勘探服务。中国陆地油气勘探技术发展迅速 ，而海 洋油气勘探进展相对缓慢 。自2 0 0 7年起 中国开始关 注海洋可控源电磁探测技术 ，并开展了一些前期研究 工作 ，如 1 D、2 D、3 D 和各向异性海底的电磁响应模 拟 l 、海底天然气水合物的电场响应分析【 ” ] 、仪器 装备关键技术研究等。笔者注意到 ，已有研究报道并 未详细论述勘探系统参数 收发距 、收发天线长度 、 2 0 1 1 年 1 2月 刘长 胜 等 系统参数对海洋油气可控源电磁勘探 的影响 7 4 9 只能得到一个频率或少数几个谐波的电磁场幅值 ，不 能覆盖全部频段 ，需要根据估计的油气藏埋深仔细设 计发射频率。发射天线长度 、高度和接收天线高度对 探测结果影响较小 ，除非这些参数 的数值很大 在实 际勘探中未见应用 。发射天线和接收天线的高度可视 施工便利性而定 ， 无需过多考虑其对探测效果的影响。 在浅海环境下 ，可采用将发射和接收天线均贴近海水 表面拖曳的测量方式 ，以大大提高工作效率。在深海 环境下 ，若条件允许 ，采用小发射天线高度 、小接收 天线高度 、小发射天线长度 、大发射 电矩 、较大接收 天线长度将有利于最大限度提高海洋可控源电磁法对 深部海底油气的探测能力 。 参考文献 [ 1 ] 邹才能，张光亚，陶士振，等．全球油气勘探领域地质特征 、重大 发现及非常规石油地质[ J ] ． 石油勘探与开发， 2 0 1 0 ， 3 7 2 1 2 9 ． 1 4 5 ． Zo u Ca i n e ng ， Zh a n g Gu a ng y a ， Ta o S h i z he n ， e t a 1 ． Ge o l o g i c a l f e a t u r e s ， ma j o r d i s c o v e r i e s a n d u n c o n v e n t i o n a l p e t r o l e u m g e o l o g y i n t h e g l o b a l p e t r o l e u m e x p l o r a t i o n [ J ] ．P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d De v e l o p me n t ， 2 0 1 0 ， 3 7 2 1 2 9 1 4 5 ． [ 2 ] E i d e s mo T ， E l l i n g s r u d S ， Ma c G r e g o r L M， e t a 1 ．S e a b e d l o g g i n g S B L A n e w me t h o d f o r r e mo t e a n d d i r e c t i d e n t i fi c a t i o n o f h y d r o c a r b o n fi l l e d l a y e r s i n d e e p wa t e r a r e a s [ J ] ． F i r s t B r e a k ， 2 0 0 2 ， 2 O 3 1 4 4 - 1 5 2 [ 3 ] E i d e s mo T ， E l l i n g s r u d S ， J o h a n s e n S E ， e t a 1 ． L o n g - o f f s e t t e c h n i q u e s h e a d a d v a n c e s i n ma r i n e e l e c t r o ma g n e t i c s u r v e y i n g [ J ] ． O i l Ga s J o u r n a l ， 2 0 0 5 ， 1 0 3 4 1 3 4 4 1 ． [ 4 ] E d w a r d s N．Ma r i n e c o n t r o l l e d s o u r c e e l e c t r o ma g n e t i c p r i n c i p l e s ， me t h o d o l o g i e s ， f u t u r e c o mme r c i a l a p p l i c a t i o n s [ J ] ． S u r v e y s i n Ge o p h y s i c s ， 2 0 0 5 ， 2 6 6 6 7 5 7 0 0 [ 5 ] C o n s t a b l e S ． T e n y e a r s o f ma r i n e C S E M for h y d r o c a r b o n e x p l o r a t i o n [ J ] ． Ge o p h y s i c s ， 2 0 1 0 ， 7 5 5 7 5 A 6 7 - 7 5 A8 1 [ 6 ] C o n s t a b l e S ， S r n k a L J ． An i n t r o d u c t i o n t o ma r i n e c o n t r o l l e d - s o u r c e e l e c t r o ma g n e t i c me t h o d s for h y d r o c a r b o n e x p l o r a t i o n [ J ] ． Ge o p h y s i c s 2 0 0 7 ， 7 2 2 WA3 - WA1 2 ． [ 7 ]H o v e r s t e n G M， Ca s s a s s u c e F ， Ga s p e r i k o v a E ， e t a 1 ． Di r e c t r e s e r v o i r p a r a me t e r e s t i ma t i o n u s i n g j o i n t i n v e r s i o n o f ma r i n e s e i s mi c A V A a n d CS E M d a t a [ J ] ． Ge o p h y s i c s ， 2 0 0 6 ， 7 1 3 C1 一 C1 3 ． [ 8 ]D a r n e t M， C h o o M C K， P l e s s i x R E ， e t a 1 ． De t e c t i n g h y d r o c a r b o n r e s e r v o i r s fro m CS EM d a t a i n c o mp l e x s e t t i n g s Ap p l i c a t i o n t o d e e p w a t e r S a b a h ， Ma l a y s i a [ J ] ． Ge o p h y s i c s ， 2 0 0 7 ， 7 2 2 WA9 7 ． W A1 0 3． [ 9 ] An d r e i s D ， Ma c Gr e g o r L ． Co n t r o l l e d - s o u r c e e l e c t r o ma g n e t i c s o u n d i n g i n s h a l l o w wa t e r P r i n c i p l e s a n d a p p l i c a t i o n s [ J ] ． Ge o p h y s i c s ， 2 0 0 8 ， 7 3 1 1 F 2 1 一 F 3 2 ． [ 1 0 ] O r a n g e A ， K e y K ， Co n s t a b l e S ． T h e f e a s i b i l i t y o f r e s e r v o i r mo n i t o r i n g u s i n g t i me - l a p s e ma r i n e C S E M[ J ] ． Ge o p h y s i c s ， 2 0 0 9 ， 7 4 2 F 2 1 - F 2 9 ． [ 1 1 ] We i t e me y e r K， G a o G C o n s t a b l e S ， e t a 1 ． T h e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n o f 2 D i n v e r s i o n t o ma r i n e c o n t r o l l e d - s o u r c e e l e c t r o ma g n e t i c d a t a [ J ] ． G e o p h y s i c s ， 2 0 1 0 ， 7 5 6 F1 9 9 - F 2 1 1 ． [ 1 2 】 刘 振武，撒 利明，董世泰，等．中国石油物 探技术现状及 发展方 向[ J 】 l 石油勘探与开发， 2 0 1 0 ， 3 7 1 1 - 1 0 ． Li u Zh e n wu ，S a Li mi n g，Do n g S h i t a i ，e t a 1 ．Cu r r e n t s i t u a t i o n a n d t r e n d o f g e o p h y s i c a l t e c h n o l o g y i n C N P C [ J ] ． P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d De v e l o p me n t ， 2 0 1 0 ， 3 7 1 1 1 0 ． [ 1 3 ] 刘长胜， E v e r e t t M E ，林君，等．海底电性源频率域 CS E M勘探建 模及水深影响分析 [ J ] ．地球物理学报， 2 0 1 0 ， 5 3 8 1 9 4 0 1 9 5 2 ． Li u Ch a n g s h e n g ，Ev e r e t t M E，L i n J u n，e t a 1 ．M o d e l i n g o f s e a flo o r [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 9 ] [ 2 0 ] [ 2 1 ] e x p l o r a t i o n u s i n g e l e c t r i c - s o u r c e a n a l y s i s o f wa t e r d e p t h e f f e c t [ J ] 2 0 1 0 ， 5 3 8 1 9 4 0 1 9 5 2 ． fre q u e nc y d o ma i n CS EM a n d t he Ch i n e s e J o u r n a l of Ge o p h y s i c s ， 沈金松，孙文博．二维海底 地层 可控源海洋电磁响应 的数值模拟 [ 石油物探， 2 0 0 9 ， 4 8 2 1 8 7 1 9 4 ． S he n J i n s o n g ， S u n W e n b o ． Nu m e r i c a l s i mul a t i o n o f ma r i ne c o n t r o l l e d s o u r c e e l e c t r o ma g n e t i c MCS E M r e s p o n s e t o 2 - D s e a b e d f o r ma t i o n [ J ] G e o p h y s i c a l P r o s p e c t i n g for P e t r o l e u m， 2 0 0 9 ， 4 8 2 1 8 7 1 9 4． 付长 民，底青云 ，王妙 月．海洋 可控源 电磁法三 维数值 模拟 [ J ] _ 石油地球 物理勘探， 2 0 0 9 ， 4 4 3 3 5 8 3 6 3 ． F u C h a n g mi n ， Di Q i n g y u n ， Wa n g Mi a o y u e ． 3 D n u me r i c s i mu l a t i o n o f ma r i n e c o n t r o l l e d s o u r c e e l e c t r o ma g n e t i c s MC S E M [ J ] ．O i l G e o p h y s i c a l P r o s p e c t i n g ， 2 0 0 9 ， 4 4 3 3 5 8 3 6 3 ． 陈桂波，汪宏年，姚敬金，等．各向异性海底地层海洋可控源电磁 响应三维积分方程法数值模拟[ J ] ． 物理学报， 2 0 0 9 ， 5 8 6 3 8 4 8 3 8 5 7 ． C h e n Gu i b o ， Wa n g H o n g n i a n ， Y a o J i n g j i n ， e t a l T h r e e - d i me n s i o n a l n u me r i c a l mo d e l i n g o f ma r i n e c o n t r o l l e d - s o u r c e e l e c t r o ma g n e t i c r e s p o n s e s i n a l a y e r e d a n i s o t r o p i c s e a be d u s i n g i n t e g r a l e q u a t i o n me t h o d [ J ] ． A c t a P h y s i c a S i n i c a ， 2 0 0 9 ， 5 8 6 3 8 4 8 - 3 8 5 7 ． 邓 明，魏文博，张文波，等．激励及地 电条件 与天然气水合 物的 电偶源电场 响应[ J ] ．石油勘探与开发， 2 0 1 0 ， 3 7 4 4 3 8 4 4 2 ． De n g M i n g， We i We n b o ， Zh a n g W e n b o ， e t a 1 ． E l e c t r i c fie l d r e s p o n s e o f d i f f e r e n t g a s h y d r a t e mod e l s e x c i t e d b y a h o r i z o n t a l e l e c t r i c d i p o l e s o u r c e wi t h c h a n g i n g a r r a n g e me n t s [ J ] P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d De v e l o pme n t ， 2 01 0 ， 3 7 4 4 3 8 4 4 2． 姜福杰 ，庞雄 奇．环渤 中凹陷油气 资源潜力 与分布定量 评价 [ J ] l 石油勘探 与开发， 2 0 1 1 ， 3 8 1 2 3 2 9 J i a n g F u j i e ， P a n g Xi o n g q i ． Qu a n t i t a t i v e e v a l u a t i o n o f h y d r o c a r b o n r e s o u r c e po t e n t i a l a n d i t s d i s t r i b u t i o n i n t h e Bo z h o n g S a g a n d s u r r o u n d i n g a r e a s ， Bo h a i B a y Ba s i n [ J ] ． P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p me n t ， 2 0 1 1 ， 3 8 1 2 3 2 9 ． Co n s t a b l e S，W e i s s C J ．M a p p i n g t hi n r e s i s t o r s a n d h y d r o c a r b o n s w i t h ma r i n e E M me t h o d s I n s i g h t s fr o m 1 D mo d e l i n g [ J ] ． G e o p h y s i c s 2 0 0 6 ， 7 I 2 G4 3 一 G 5 1 Co n s t a b l e S ． M a r i n e e l e c t r o ma g n e t i c me t h o d s A n e w t o o l fo r o f f s h o r e e x p l o r a t i o n [ J ] ． T h e L e a d i n g E d g e ， 2 0 0 6 ， 2 5 4 4 3 8 4 4 4 ． Ko n g F N．Ha n k e l t r a ns f o r m fi l t e r s fo r d i p o l e a n t e n n a r a d i a t i o n i n a c o n d u c t i v e me d i u m[ J ] ． G e o p h y s i c a l P r o s p e c t i n g ， 2 0 0 7 ， 5 5 1 8 3 8 9 ． 第一作者简介刘长胜 1 9 7 9 ． ，男，湖北成宁人，博士，吉林大学讲 师，主要从事可控源电磁探测技术研究 地址吉林省长春 市西民主大街 9 3 8号，邮政编码1 3 0 0 6 1 。E ． ma i l l i u c h a n g s h e n g j l u ． e d u ．c n 联系作者周逢道。地址吉林省长春市西民主大街 9 3 8号，邮政编 码1 3 0 0 6 1 。E - ma i l z h o u f d j l u ．e d u ． c n 收稿 日期2 0 1 1 - 0 4 1 4 修回 日期2 0 1 1 ． O 7 ． 1 8 编辑唐 金华 绘 图刘方方