专利名称：一种利用极低频海洋电磁法进行海洋油气资源勘探的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用极低频海洋电磁法进行海洋油气资源勘探的方法，特别是利用人工源海洋电磁法勘探的方法，属于海洋资源勘探技术领域。
背景技术：
海洋地球物理探测一直以地震为主，重、磁等为辅，长期以来由于人们深信高电导率的海水会妨碍电磁勘探的应用效果，故很少注意电磁法在海洋环境中应用的可能性。但是，随着海洋地质调查的进展，人们发现在海底火山岩覆盖区，碳酸盐岩、珊瑚礁、泥底辟等分布区，海洋地震勘探十分困难，迫切需要寻找其他有效的地球物理方法加以配合。相比之下，地下岩层的电性参数(如电阻率等)较之其他物性参数能更好地反映岩石性质(如岩性、组分、孔隙度、水饱和度等)，以及岩石所处的物理状态(如温度、压力、熔融、脱水等)。因此，电磁法在海洋领域的应用便日益引起海洋地球物理工作者的兴趣。海洋电磁技术发展经历了 4个阶段:①方法研究阶段，20世纪70年代及其以前对海洋电磁探测方法的研究。②浅水试验探索阶段，为了获取海洋电磁资料，80年代初在浅水域开展了试验，限于当时仪器设备以及海洋探测技术的局限性，试验没有取得成功。③深水试验探索阶段，针对浅水试验失败的原因，在20世纪90年代中期由美国加州大学Scripps海洋学院和加利福尼亚大学Berkeley分校共同组成的海洋电磁科研联盟开展了卓有成效的研究工作。该科研联盟在仪器开发制造、处理解释技术和实际应用技术方面取得了多项标志性进步，解决了深水电磁探测技术难题，使海洋电磁法勘探技术逐步从科研走向实际应用阶段。④实际应用阶段，在深水试验成功以来的近8年中，海洋电磁法勘探技术越来越受到国际石油公司的重视，先后陆续成立了多家专业海洋电磁勘探公司，并已在世界范围内的主要海洋油气田进行过数百次商业化勘探作业,对提高海洋钻探成功率起到了极其重要的作用。 海洋电磁法根据场源差异，可以分为天然场源(Marine MT-海洋大地电磁法)和人工场源(Marine CSEM-海洋可控源电磁法)两类；根据原理方法差异，可以分为时间域(TCSEM)和频率域(FCSEM)方法；根据施工方法差异，可以分为浅海拖曳施工和深海固定施工。海洋电磁法是海上区域地质调查、深部地质结构研究和海洋油气资源勘查的重要地球物理方法之一，目前已在在海洋油气资源直接检测中发挥关键作用。海洋大地电磁法以大气噪声为信号源，大气噪声信号通过海水传播到海底，布设在海底的电磁仪器接收到经海水衰减的大气噪声信号和经海底介质反射的噪声信号，通过对噪声信号的分析得到视电阻率和相位曲线，通过反演分析得到海底电性结构，用于区域地质调查、深部地质结构研究和海洋油气资源勘查。海洋大地电磁法实际上是把常规的陆上大在电磁法移到海洋中应用。由于海洋和陆地环境的不同，两者在仪器、数据采集作业技术和噪声影响等方面必然存在一些差别。海洋可控源电磁法与海洋大地电磁法的接收方式是一样的，不同之处在于信号源。海洋可控源电磁法信号源为人工发射，发射源位于海水中，移动式发射，而海洋大地电磁法信号源为天然的大气噪声。海洋大地电磁由于大气噪声存在随机大、信号弱，因而存在抗干扰能力弱，探测精度低的缺点；而现有的海洋人工源电磁法，用人工发射的高信噪比信号代替天然场信号，提高了抗干扰能力和探测精度，但存在成本很高、施工难度大，探测范围小等缺点，急需一种新型海洋电磁探测方法解决上述问题。
发明内容
针对上述可控源电磁法存在的问题，本发明提出了一种利用大功率固定式发射源海洋可控源电磁法，通过在陆地特定地质地区建立大功率极低频发射台，利用固定式发射源发射信号稳定、空域时域一致性强发射信号，对海洋油气资源勘探。本发明提出的利用极低频海洋电磁法进行海洋油气资源勘探的方法，包括以下步骤:步骤一，选择电阻率大于4000欧姆米地区架设极低频发射天线，天线为正交架设，并设立固定的广播式极低频发射台，其发射功率大于或等于500kW，发射频率为0.1 300Hz，发射台发射的极低频电磁信号通过发射天线发射，形成极低频电磁信号覆盖的范围；步骤二，在上述极低频电磁信号覆盖的范围内选择信噪比大于20dB，水深在300m以内的区域作为勘探区域，并在勘探区域的海底布设若干海底数据采集站；步骤三，极低频发射台根据设定的时间和频率发射预定频率信号，布设勘探区海底的数据采集站同步采集该频率信号经过海底介质反射回后的信号；步骤四，回收海底数据采集站，对采集站记录的电磁信号数据进行分析，先将极低频台发射的信号从电磁信号数据中分离出来进行处理，获得频率点较多的海底介质的视电阻率和相位曲线，再通过数据反演得到海底介质的电性结构。所述极低频发射天线 采用低架形式。所述极低频发射天线以90度正交架设为最佳。所述极低频发射天线选用两副垂直的两端接地的60_110kV电力线。当所述极低频两副发射天线每副长度不低于60千米，接地电阻为永久型，接地电阻不大于2欧姆，每副天线馈电的发射机功率不低于500kW，频率稳定率小于或等于1父10_8，天线最大电流35(^。所述海底数据采集站的数量根据海底探测区的面积确定，相邻的采集站距离为200 500 米。本发明提出的利用极低频海洋电磁法进行海洋油气资源勘探的方法，与现有技术相比，具有以下特点，一是采用在陆地上的固定式发射源，发射天线达上百公里，覆盖范围大；二是由于发射源与电磁接收装置间的距离可以达到千公里以上，因此可以有效避免可控源电磁法的近场效应，提高了低频率电磁波对海底资源探测的效率；三是极低频电磁信号覆盖广，信号稳定，在空域和时域上一致性强、相关性好，适合大面积组网接收；四是采用2副正交的发射天线，发射源张量观测，实现了三维电磁勘探。
附图为本发明利用极低频海洋电磁法进行海洋油气资源勘探的方法极低频发射台信号辐射范围示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。
在高电阻率地区，例如电阻率大于4000欧姆米太古代岩石地区架设极低频发射天线，天线采用低架形式，可以是单副或两副基本正交两端接地的60-110kV电力线，两副正交天线可以实现360度全向性辐射；每副天线长度不低于60公里，接地电阻为永久型，按电力接地标准设计，接地电阻不大于2欧姆，每副天线馈电的发射机功率不低于500kW，频率稳定度小于或等于1 X 10_8，天线最大电流350A，在以上条件下建立固定的广播式极低频发射台，发射频率为0.1 300Hz，辐射磁矩为0.2 6X 106A.m2，电磁信号可以辐射到几千公里。在两端接地导线馈以交变电流，电流经地下形成回路，如地面导电率极高，很快流经地面形成短路，如导电率极低，地电流会深入地层形成电流环，辐射的电磁场直接和天线的磁矩1mdl成正比，即和天线电流1、天线长度L和趋肤深度δ成正比，上述参数即规范了辐射场强。例如，将发射台的天线长度为100km，电流300A，频率IHz时趋肤深度30km，其磁矩的I dS可达6.4X IO5A.m2,电磁信号覆盖广,信号稳定。在发射台信号覆盖范围内，选择信噪比约为20dB，同时水深在300米以内的区域为探测区域。发射台发射的极低频信号，信号通过地一电离层传播，其信号衰减率很小，可以传播2000 3000km,信噪比可达20dB。极低频信号传播过程中电场垂直分量和磁场的水平分量的计算公式表达式如下(在柱坐标下):
权利要求
1.一种利用极低频海洋电磁法进行海洋油气资源勘探的方法，包括以下步骤: 步骤一，选择电阻率大于4000欧姆米地区架设极低频发射天线，天线为正交架设，并设立固定的广播式极低频发射台，其发射功率大于或等于500kW，发射频率为0.1 300Hz，发射台发射的极低频电磁信号通过发射天线发射，形成极低频电磁信号覆盖的范围； 步骤二，在上述极低频电磁信号覆盖的范围内选择信噪比大于20dB，水深在300m以内的区域作为勘探区域，并在勘探区域的海底布设若干海底数据采集站； 步骤三，极低频发射台根据设定的时间和频率发射预定频率信号，布设勘探区海底的数据采集站同步采集该频率信号经过海底介质反射回后的信号； 步骤四，回收海底数据采集站，对采集站记录的电磁信号数据进行分析，先将极低频台发射的信号从电磁信号数据中分离出来进行处理，获得频率点较多的海底介质的视电阻率和相位曲线，再通过数据反演得到海底介质的电性结构。
2.根据权利要求1的利用极低频海洋电磁法进行海洋油气资源的勘探方法，其特征是极低频发射天线采用低架形式。
3.根据权利要求1或2的利用极低频海洋电磁法进行海洋油气资源的勘探方法，其特征是极低频发射天线以90度正交架设为最佳。
4.根据权利要求1或2的利用极低频海洋电磁法进行海洋油气资源的勘探方法，其特征是极低频发射天线选用两副垂直的两端接地的60-110kV电力线。
5.根据权利要求4的利用极低频海洋电磁法进行海洋油气资源的勘探方法，其特征是当极低频两副发射天线每副长度不低于60千米，接地电阻为永久型，接地电阻不大于2欧姆，每副天线馈电的发射机功率不低于500kW，频率稳定率小于或等于1X10—8，天线最大电流 350A。
6.根据权利要求1的利用极低频海洋电磁法进行海洋油气资源的勘探方法，其特征是海底数据采集站的数量根据海底探测区的面积确定，相邻的采集站距离为200 500米。
全文摘要
本发明提出了一种利用极低频海洋电磁法进行海洋油气资源勘探的方法，包括建立极低频发射台和发射天线，并在确定的探测海域布设海底数据采集站，利用海底电磁信号采集站接收极低频电磁信号经海底介质反射的信号，再根据接收的电磁信号数据计算海底介质的视电阻率和相位，通过反演和地质解释，得到海底油气资源的构造情况。本发明提出的利用极低频海洋电磁法进行海洋油气资源勘探的方法，海洋大地电磁法相比，电磁信号的测量精度，进而提高了勘探精度，与目前应用的海洋人工源电磁法相比，省去了自带的发射源，节省了施工难度和施工成本，是一种兼海洋大地电磁法和海洋人工源电磁法优势的探测方法。
文档编号G01V3/12GK103091718SQ20111034431
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者陆建勋, 卓贤军, 张佳炜 申请人:中国船舶重工集团公司第七研究院