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1.
海洋可控源电磁法在国外已成为海底天然气水合物调查的有效手段之一.为实现我国海域深水条件下水合物的海洋可控源电磁探测,本文从方法原理出发,采用低功耗嵌入式控制、前端低噪声斩波放大、高精度时间同步和水声通讯等技术,设计并开发了由承压舱、玻璃浮球、采集电路、电场与磁场传感器、姿态测量装置、声学释放器、USBL定位信标、测量臂、水泥块等部件组成的海底可控源电磁接收机,实现了海洋微弱电磁场信号的高精度采集.海底可控源电磁接收机具有高可靠性、低噪声、低功耗和低时漂的特点.利用研制的海底可控源电磁接收机,在琼东南海域进行水合物勘查,采集得到了可靠的人工源电磁场数据.通过数据处理及反演,获得了研究区海底的电阻率模型,结合地震资料,对高阻异常体进行推断解释,其结果为天然气水合物钻探井位布置提供了电性依据. 相似文献
2.
《地球物理学进展》2015,(4)
海洋可控源电磁方法是近些年兴起的一种海底以下介质电性结构地球物理探测方法,已成为海底油气及水合物探测的有效手段之一.根据趋肤效应及可控源电磁方法的特点,海底电场信号具有幅值微弱且动态范围大的特征.低噪声记录海底电场信号是海洋可控源电磁方法必须解决的关键技术之一.本文首先通过建立特定地电模型并进行数值模拟,讨论了收发距、发射频率等场源参数与电场分布的关系;然后通过电解法制备了低噪声海底电场传感器,研制了低噪声斩波放大器,开发了大动态范围ADC电路.通过室内及海洋试验验证了接收机电场通道的低噪声特性,海试结果表明系统本底噪声小于0.1nV/m/sqrt(Hz)@1 Hz,电场信号观测动态范围优于110dB@(fs=150Hz). 相似文献
3.
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. 相似文献
4.
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. 相似文献
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《地球物理学进展》2020,(2)
天然气水合物因能源资源潜力、环境效应问题和对地质灾害影响,受到了世界各国的广泛关注,成为了科学研究热点.目前,探测天然气水合物最有效的当属地震勘探,但其存在着一些问题,如只能探测水合物的底界、无法估算水合物浓度、BSR特征与水合物储层不一一对应等,而电磁方法则成为其有益的补充,可降低勘探成本和钻探风险.本文综述了海域与陆域冻土区电磁探测天然气水合物的研究进展,介绍了国内外天然气水合物的发展历程、电磁探测水合物的物性基础和电磁探测天然气水合物的研究现状.在海域水合物电磁勘探方面,重点阐述了频率域海洋可控源电磁法的原理、电磁法数值模拟、装备研发和应用研究的相关进展;在陆域水合物电磁勘探方面,论述了电磁法在探测冻土层、水合物成藏要素以及水合物有效性的研究进展.最后结合我国天然气水合物电磁勘探研究现状,提出了相关建议,为开展相关领域研究提供有益的参考. 相似文献
6.
《地球物理学进展》2017,(1)
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. 相似文献
7.
利用拖曳式海洋可控源电磁发射系统在探测埋藏较浅的天然气水合物资源时,会遇到一些新问题.如拖曳式轴向发射偶极源不能贴紧海底,发射偶极源和海底间海水的电磁衰减,使得10 Hz以上的相对高频能量难以导入至海底以下介质;发射偶极源有可能出现水平或垂向摆动;拖曳式发射时,时间窗口内叠加的数据有限;拖曳路线可能与海底构造走向平行,不利于揭示探测目标体的异常形态.新型坐底式发射系统有望解决上述问题.坐底式发射系统的硬件部分包括甲板端供电和监控单元、长距离电力和数据通信单元,以及水下发射机主体.新型坐底式发射系统的发射电极紧贴海底,没有海水层衰减,有利于相对高频的人工源电磁信号经过海底以下介质传输至接收端;通过超短基线信标更容易精确定位发射机拖体,利用姿态方位参考系统确定发射电极的供电方向,可以精确校正电偶源水平偏角的影响;增加单点供电时间,提高接收信号信噪比;提供两对电偶极源,从两个相互垂直的方向对异常体进行人工源激发.2015年海洋试验的结果表明,坐底式与拖曳式发射系统联合作业,可从多角度对海底异常体进行宽频带电磁激发,为数据采集提供丰富的场源信息. 相似文献
8.
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. 相似文献
9.
希尔伯特-黄变换在海底大地电磁测深数据处理中的应用 总被引：5，自引：3，他引：2
海水运动产生的电磁场,是海底大地电磁探测数据中的主要噪声之一,影响了数据处理与解释的精度.为提高海底MT探测的应用效果,本文在海底MT信号处理中引入HHT时频分析方法.结合海底MT噪声的特点与海底MT信号的特性,对南海实测数据进行分析,通过对比去噪前后信号的Hilbert时-频谱和边际谱,表明利用经验模态分解及其多尺度滤波特性,能够有效压制海水运动产生的电磁噪声.经HHT去噪后的测深曲线在一定程度上有所改善,仍存在"飞点"现象;再结合Robust估计,明显改善海底大地电磁探测数据质量,得到满意的观测结果. 相似文献
10.
南海琼东南盆地是天然气水合物重要远景区之一.由于盆地大部分地区海底地形平缓、地层近于水平,增加了利用地震反射剖面识别似海底反射（BSR,bottom simulating reflector）的难度,从而影响了对水合物的评价.为了进一步开展琼东南盆地水合物调查研究,本文在研究海域进行了海洋可控源电磁探测试验,将自主研发的10台接收机以500 m的间距,投放至水深约为1360 m的海底,完成了一条4.5 km剖面的电磁数据采集.通过对采集的数据进行处理与二维（2D）反演,获得了研究剖面海底的电阻率断面图.反演结果显示,研究区海底60~330 mbsf（meter bottom of seafloor）的地层中,存在多个横向不连续分布的高阻异常体,电阻率介于2~10 Ωm之间;在海底330 mbsf之下,横向上发育了电阻率为2~4 Ωm的3个高阻体.根据研究区热力学条件,本文估算了生物成因气与热成因天然气的水合物稳定带（GHSZ,gas hydrate stability zone）厚度,结合高阻体的分布特征推断了地震剖面上BSR的位置.在此基础上,对反演的电阻率断面进行解释,推断了研究区水合物的分布及游离气运移通道.研究表明,勘探区具有形成天然气水合物矿藏的地质与地球物理条件,其成藏模式可能属于"断层、裂隙输导的下生上储型",水合物的气源为生物成因气. 相似文献
11.
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. 相似文献
12.
Lars O. Løseth 《Geophysical Prospecting》2011,59(1):145-160
In marine controlled‐source electromagnetic (CSEM) surveys the subsurface is explored by emitting low‐frequency signals from an electric dipole source close to the sea‐bed. The main goal is often to detect and describe possible thin resistive layers beneath the sea‐bed. To gain insight into how CSEM signals propagate, it is informative to study a stratified model. The electromagnetic field is then given in terms of integrals over TE‐ and TM‐polarized plane‐wave constituents. An asymptotic evaluation of the field integrals for large propagation distances results in explicit spatial expressions for the field components and the derived expressions can be used to analyse how the CSEM signals propagate. There are two major signal pathways in a standard CSEM model. One of these pathways is via the thin resistive layer and the resulting response is accounted for by a pole in the reflection response for the TM mode. The signal is propagating nearly vertically down to the resistor from the source, then guided while attenuated along the reservoir, before propagating nearly vertically up to the receiver. The response is slightly altered by the sea‐bed interface and further modified in shallow water due to multiple reflections between the sea‐surface and sea‐bed at both the source and receiver sides. The other major signal pathway is via the resistive air half‐space, the so‐called airwave. The airwave is generated by the TE mode and interacts with the subsurface via vertically propagating signals reflected between the sea‐surface and subsurface at both the source and receiver sides. 相似文献
13.
海底采集到的电磁数据按照其主要包含的信息及研究目的大致可分为海洋可控源电磁场(CSEM)信号、天然场源大地电磁场(MT)信号、海洋环境电磁场信号以及其他随机干扰信号.常常通过计算功率谱密度、时频分析和极化分析的方法研究海洋电磁场特征.本文介绍一种新方法——时频方向谱分析法及其在实测海洋电磁数据处理中的应用,该方法能够在一定的时间-频率尺度上有效分辨场源信号的运动方向.对于海洋CSEM数据,利用该方法可以估算发射源的运动方向,进而在发射源或采集站方位信息缺失情况下,实现海洋CSEM数据的旋转电性轴处理.对于海洋电磁数据,利用该方法可以详细分析海水运动感应电磁场的信号特征. 相似文献
14.
15.
Anwar H. Bhuyian Brd P. Thrane Martin Landr Stle E. Johansen 《Geophysical Prospecting》2010,58(3):505-533
A comprehensive controlled source electromagnetic (CSEM) modelling study, based on complex resistivity structures in a deep marine geological setting, is conducted. The study demonstrates the effects of acquisition parameters and multi‐layered resistors on CSEM responses. Three‐dimensional (3D) finite difference time domain (FDTD) grid‐modelling is used for CSEM sensitivity analysis. Interpolation of normalized CSEM responses provides attributes representing relative sensitivity of the modelled structures. Modelling results show that fine grid, 1 × 1 km receiver spacing, provides good correlations between CSEM responses and the modelled structures, irrespective of source orientation. The resolution of CSEM attributes decreases for receiver spacing >2 × 2 km, when using only in‐line data. Broadside data in the grid geometry increase data density by 100 – approximately 200% by filling in in‐line responses and improve the resolution of CSEM attributes. Optimized source orientation (i.e., oblique to the strike of an elongated resistor) improves the structural definition of the CSEM anomalies for coarse‐grid geometries (receiver spacing ≥3 × 3 km). The study also shows that a multi‐resistor anomaly is not simply the summation but a cumulative response with mutual interference between constituent resistors. The combined response of constituent resistors is approximately 50% higher than the cumulative response of the multi‐resistor for 0.5 Hz at 4000 m offset. A gradual inverse variation of offset and frequency allows differentiation of CSEM anomalies for multi‐layered resistors. Similar frequency‐offset variations for laterally persistent high‐resistivity facies show visual continuity with varying geometric expressions. 3D grid‐modelling is an effective and adequate tool for CSEM survey design and sensitivity analysis. 相似文献
16.
Stanley H. Ward 《Surveys in Geophysics》1983,6(1-2):137-152
Application of controlled source electrical methods (CSEM) is impeded by natural field, electrification, geological, cultural, and topographic noise. Lateral resolution of parameters of adjacent steeply dipping bodies and vertical resolution of parameters of adjacent beds in a flatly dipping sequence are concerns with any CSEM method. Current channeling into a localized good conductor from a surrounding, overlying, or underlying conductor poses problems for the interpreter. A summary of the results of several recent experiments with CSEM techniques illustrates that with care and difficulty they can be used to depths on the order of 20 km. If measurements are made on a relatively uniform resistive surface, as can be found in glaciated Precambrian terranes, then either a grounded bipole or a loop source is acceptable. Most of the recent CSEM experiments were made over resistive Precambrian rocks and all were directed toward detecting a conductive layer near 20 km depth. For exploration beyond this depth, however, the MT/AMT method would seem to be preferred. The rationale behind this conclusion is largely contained in consideration of the ratio of signal to natural field noise. Where thick irregular surficial overburden of low resistivity occurs, two- and three-dimensional modeling is necessary to stripp off the effects of the shallow layers. This may not be possible for CSEM and then MT/AMT becomes the only alternative. 相似文献
17.
Controlled-Source Electromagnetic Approaches for Hydrocarbon Exploration and Monitoring on Land 总被引：4，自引：1，他引：3
Rita Streich 《Surveys in Geophysics》2016,37(1):47-80
Electromagnetic methods that utilize controlled sources have been applied for natural resource exploration for more than a century. Nevertheless, concomitant with the recent adoption of marine controlled-source electromagnetics (CSEM) by the hydrocarbon industry, the overall usefulness of CSEM methods on land has been questioned within the industry. Truly, there are few published examples of land CSEM surveys carried out completely analogously to the current marine CSEM standard approach of towing a bipole source across an array of stationary receivers, continuously transmitting a low-frequency signal and interpreting the data in the frequency domain. Rather, different sensitivity properties of different exploration targets in diverse geological settings, gradual advances in theoretical understanding, acquisition and computer technology, and different schools in different parts of the world have resulted in a sometimes confusing multitude of land-based controlled-source EM surveying approaches. Here, I aim to review previous and present-day approaches, and provide reasoning for their diversity. I focus on surface-based techniques while excluding airborne EM and well logging and on applications for hydrocarbon exploration. Attempts at the very demanding task of using onshore controlled-source EM for reservoir monitoring are shown, and the possible future potential of EM monitoring is discussed. 相似文献
18.
复杂介质可控源电磁勘探数值模拟及反演算法的研究一直是国内外地球物理学者研究的热点。本文对复杂介质可控源电磁勘探快速正反演算法研究进行综述,重点对复杂介质快速正反演算法及应用进行分析,指出高效并行、特殊边界条件或将是其真正实用化的关键,当前仍然是极具挑战的研究方向。着重对未受关注的可控源电磁法复杂介质积分方程法正反演算法及其应用研究,如二维、2.5维快速正反演算法;地面、井筒电磁勘探实例、起伏地形异常场模拟等进行讨论。指出国内积分方程法的研究相对滞后,但应用前景较可观;特别是大尺度隐伏资源勘探领域,高精度、高效电磁勘探正反演需求较迫切。通过体积分方程法快速正反演算例分析,表明该方法可适用于大尺度勘探生产,具有较好实用性。复杂地形模拟,高效正反演算法等是积分方程法实用化的关键。 相似文献
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三维反演解释是电磁法勘探发展的重要趋势,而如何提高三维反演的可靠性、稳定性和计算效率是算法开发者们目前的研究重点.本文实现了一种频率域可控源电磁(CSEM)三维反演算法.其中正演基于拟态有限体积法离散化,利用直接矩阵分解技术来求解大型线性系统方程,不仅准确、稳定,而且特别有利于含有大量发射场源位置的CSEM勘探情况;对目标函数的最优化采用高斯牛顿法(GN),具有近似二次的收敛性;使用预条件共轭梯度法(PCG)求解每次GN迭代所得到的法方程,避免了显式求解和存储灵敏度矩阵,减小了计算量.以上这些方法的结合应用,使得本文的三维反演算法准确、稳定且高效.通过陆地和海洋CSEM勘探场景中的典型理论模型的反演测试,验证了本文算法的有效性. 相似文献