激励及地电条件与天然气水合物的电偶源电场响应.pdf

4 3 8 2 O 1 0年 8月 石油勘探与开发 PETR0LEUM EXPL0RAT1 0N AND DEVELOPM ENT V0I ． 37 No ． 4 文章 编 号 1 0 0 0 0 7 4 7 2 0 1 0 0 4 0 4 3 8 0 5 激励及 地 电条件与天然气水合物 的电偶源 电场 响应 邓 明 ，魏文博 。 ，张文波 ，盛堰。 ，李艳军 ，王猛 。 1 ．中国地质 大 学 北京 地 下信 息探 测技术 与仪 器教 育部 重点 实验 室 ； 2 ．中 国地 质 大学 北 京 ；3 ．广州 海洋地 质调 查 局 基 金 项 目 国 家“ 8 6 3 ” 计 划 重 大 项 目 2 0 0 6 AA0 9 A2 0 1 ； 2 0 0 9 AA0 9 A2 0 1 摘 要 海 底天 然气水 台物 电磁勘 探采用 动 态水平 电偶 源发射 与静 态阵 列式 海底 偶极 接 收 的测量 方 式。 基于 一 维地 电模 型 ， 求解 海底水 平层状 介质 的电偶源 电场 响应 ， 得 到海底 两个 水 平 正交 电场 的传播 表 达 式， 据 此研 究天 然 气水 合物 电场 响应 的影响 因素 。对 供 电频率 、 电偶源 离地 高度 、 海 水深 度 、 覆 盖 层 厚度 以及天 然 气水 合 物地 层 自身 的物 理化 学结构 等 因素与 9 -j一化 电场 幅值 的关 系分 别进行 了计 算分 析 ， 结果 显示 调 整供 电频 率可使 归 一化 电场 幅值 变 化于 1 0 ～1 0 。 V1 ／ A m ； 将 电偶源 施放 至离 海底 数 十米 高 度进 行 拖 曳可 获 得较 好 的作 业 效果 ， 且 不 改变 信 号采 集的质 量 ； 深水 及浅 薄覆盖 层属 于有利 的探 测环境 ， 该环 境 下 的感应 场源 具 有 较高 的 信 噪 比； 天然 气 水合 物 的 孔 隙度 、 饱和度 影 响介质 电阻率 值 ， 其 电阻率越 高 ， 电场响 应 幅值 越大 。正 演模 拟 结果 可 对 天然 气 水合 物探 测设 备 研 制及 海洋作 业提 出切 实可行 的设 计方 案。 图 7参 2 2 关 键 词 海 洋探 测 ；可控 源 电磁 ；天 然 气 水合 物 ；电 场 响应 ；正 演模 拟 中图分类号 P 6 3 1 ． 3 文献标识码 A El e c t r i c f i e l d r e s po ns e s o f d i f f e r e n t g a s h y d r a t e m o d e l s e x c i t e d b y a h o r i z o nt a l e l e c t r i c d i po l e s o u r c e wi t h c ha ng i ng a r r a ng e m e nt s De n g Mi n g 一，We i We n b o ，Z h a n g We n b o ，S h e n g Ya n 。 ，L i Ya n j u n 。 ，Wa n g Me n g ’ 1 ．G e o d e t e c t i o n L a b o r a t o r y o f t h e Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n，C i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s ，Be i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ；2 ．C h i n a Un i v e r s i t y o y G e o s c i e n c e s ，Be i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a；3 ．Gu a n g z h o uMa r i n e G e o l o g i c a l S u r v e y， Gu a n g z h o u 5 1 0 0 7 5 ，C h i n a Ab s t r a c tThe e x pl or a t i on of ma r i ne c o nt r ol l e d s ou r c e e l e c t r o ma gn e t i c s u r v e y f or g a s h yd r a t e g en e r a l l y c o ns i s t s o f a dy na mi c ho r i z o nt a l e l e c t r i c di p ol e s o ur c e t o we d i n t he s e a wa t e r a nd a s t a t i c r e c e i v e r a r r ay a l l o c a t e d on t he s e a f l o or ． I n t hi s p a pe r ， t wo o r t h o go na l hor i z o nt a l c omp on e nt s of e l e c t r i c f i e l d e x c i t e d by a h or i z o nt a l e l e c t r i c di p ol e s o ur c e u po n on e d i me n s i on a l h or i z on t a l l a y e r e d s e a f l o or a r e c a l c ul a t e d t O s t ud y t he e f f e c t of di f f e r e nt a r r a ng e me n t s a n d ga s hy dr a t e mo de l s on t he r e s p ons e o f e l e c t r i c f i e l d． Th e r e a r e s e v e r a l d o mi n a nt f a c t o r s de t e r mi ni n g t h e v a r i a t i o n of i ndu c e d f i e l d， i nc l ud i ng t r a ns mi t t i ng f r e q ue nc y o f t he s o ur c e， d i s t a nc e b e t we e n t he s ou r c e an d t he s e a f l o o r， wa t e r de p t h， t h i c kne s s of t he o ve r bu r de n l a y e r ，a s we l l a s p hy s i c a l a nd c he mi c a l s t r uc t u r e of t h e ga s hy dr a t e mod e 1 ． Mod e l i n g r e s u l t s s u gg e s t t ha t t he a mp l i t u d e o f r e c e i v e d e l e c t r i c f i e l d s c a n r e a c h u p t O 1 0 ～ 1 O 。 V ／ A m b y a d j u s t i n g t r a n s mi t t i n g f r e q u e n c y ；k e e p i n g t he s o ur c e b e i n g t owe d s e v e r a l t e n s o f me t e r s a b ov e t h e s e af l o or c a n i mpr ov e t h e s ur v e y e f f i c i e nc y bu t no t d e c r e a s e t he q u a l i t y o f c o l l e c t e d d a t a；d e e p wa t e r e n v i r o nme n t a n d s h a l l o w t h i n o v e r b u r de n l a y e r a r e f a v or a b l e f o r t h e s ur v e y b e c a u s e o f t h e i r a t t r i bu t i o n t o s i g n a l t o - n o i s e r a t i o；t he p or o s i t y a n d s a t u r a t i o n o f g a s hy dr a t e h a v e s i g ni f i c a n t i n f l u e nc e o n me di u m r e s i s t i v i t y t he h i g he r r e s i s t i v i t y t he me di u m h a s ，t h e b i g g e r t h e a mpl i t u d e o f e l e c t r i c f i e l d r e s p on s e wi l l b e ．F or wa r d mo d e l i n g c a n pr o vi d e v a l u a b l e i n f o r ma t i o n f o r t he d e v e l o p me nt o f i ns t r u me nt s a n d t he d e s i gn o f s u r v e y t O de t e c t g a s hy d r a t e ． Ke y wo r d s ma r i n e e x pl o r a t i o n；c o n t r o l l e d s o ur c e e l e c t r oma g n e t i c me t ho d；g a s hy d r a t ee l e c t r i c f i e l d r e s po n s e ；f o r wa r d mo d e l i n g 1问题提出 海洋 可控 源 电磁 法 C S E M 已成 为 当今 探 测 天 然 气水 合物 的 高新 技 术 之 一 ] 。2 O世 纪 末 ， C o l l e t t T S 等首次在 阿拉斯 加北部 的 P r u d h o e 海 湾 用测 井 资料 证 实了天然气水 合物具有 明显 的高电阻率特性[ 2 。随 后 ， 海洋 C S E M 在 世 界 范 围 内得 到 了迅 猛 发 展_ 3 J ， 并 在若 干天 然气 水合 物 勘 查 区取 得 了令 人 鼓舞 的成 果 l s j 。2 0 0 7 年 上半 年 ， 在 中 国南 海 某 海 区首 次 钻 获 天 然气 水合 物样 品 ， 其 测 井 曲线 上 的 电性 异 常 特 征 再 次被 证实 。 C h a v e 等 人 的研 究表 明l 8 ] ， 进 行海 洋 C S E M 勘查 ， 目前效果最好的测量方式之一为动态水平 电偶源发射 与静 态 阵列 式 海 底 偶 极 接 收 。实 施 作 业 时 ， 在 贴 近 海 底 的某一位 置 上 ， 用 一 对 拖 曳行 进 的偶 极 连 续 发 射 多 制式 脉 冲电流 ， 与此 同时 ， 沿海 底 的测 网布设 若 干接 收 2 O 1 0年 8月 邓明 等 激励及 地电条件与天然气水合物 的电偶源 电场 响应 偶极 。发射源的激发与测 网的采集精确 同步。经动源 扫 面与测 网记 录 ， 获 取 来 自海 底 天 然 气 水 合 物 感 应 的 电场 信息 。 要实 现 电偶 源 动 态 激 发 与 信 号 有 效 接 收 ， 需 深 入 了解 天然 气水 合物 电磁 感 应及 诱 导 场 源 的各 种 影 响 因 素 。本 文着 重 围 绕 以下 因 素 开 展 研 究 ① 海 底 发 射 源 激励调整所导致感应场源变化的规律。当发射频 率或 电偶源离地高度被调整时 ， 感应 场强的量值与分布情 况将 随之 怎样 变 化 ， 哪 个 因 素 权 重 更 大 些 ② 海 底 不 同地质 环境 对天 然气 水 合 物感 应 场 源 的影 响程 度 。较 为典 型的环 境 因素为 海水 深度 和 覆 盖层 厚 度 。水 深 增 加是 有利 还是不 利 覆 盖层 厚 度 对场 源信 号 的 衰减 作 用如何 是否存在最大勘探 深度③海底天然气水合 物 自身电性变化所反应的场源特征。发育天然气水合 物地层 的孔 隙 度 、 饱 和度 、 渗 透 率 、 温 度 等 因 素 的 变 化 都可造 成介 质 电阻 率 的改 变 ， 其 改 变对 勘 探 效 果 将 会 产生哪 些影 响 只有对上述 问题 进行 综合 分 柝 ， 才 能从 理论 方 法上 认识天然气水合物的电场响应规律 ， 进而对探测设备 的 研制和海洋作业的实施提出切实可行的设计方案 。 2地 电模 型及理论公式 迄今 的探 测 实 例 表 明 ， 天 然 气 水 合 物 大 多 以 薄 层 状且 与 海底大 体 平 行 的形 态 存 在 。 图 I给 出 了天 然气 水合 物在 海 底 的一 维 地 电模 型 ， 海 底 由 4层 介 质 组成 ① 海水层 ， 其 电阻率 典 型值 为 0 ． 3 Q m； ② 覆 盖 层 ， 即海底沉 积物 ， 其 电阻率典 型值 为 1 Q m； ③ 高电阻 率层， 为天然气水合物， 据 国外 已公布的测井资料显示， 在对应 天然气水合 物 的层位 上 ， 电阻率 测 井值 呈 现高 异 常 ； ④高 电阻率层之下 为相对低 电阻率 且 厚度无 限大 的围岩 。尽 管天然气水 合物发育地 区 的地质 条件有可 能 比上述模 型复杂 ， 但其 电场响应特征 有相似之处 。 海水层 0 _3Q m A A A A A 电偶源 接收偶极 覆盖层 沉积物 1 Qm 高 电阻率层 水合物 1 O O Q m l Q m 低 电阻率层 围岩 r Z 图 1 天然气水 合物的典型地电模型 海底水平层状介质上水平电偶源电场响应 的求解， 是从频率 域麦 克 斯 韦方 程 组 出发 ， 将 源 分 解 为横 电 TE 和横磁 T M 两 种 极化 模 式 。对 这 两种 模 式 分别 求 出当 电偶源处 在层 间， 有 上行 波 和下行 波 反射 情况 下 的矢量 势 谢 昆洛夫势 的通解 ， 再通过 洛伦 兹条件 ， 得 到海底 两 个水平正交归一化电场幅值的传播表达式l_ l 。 E 一 EA e “ ∥ 扼峨一 B ∥ 扼 ㈩ E 一 一 A蕊U l ／g z k y ⋯ ik--k 州 ,, ei k x t k y y 其 中 A _ _ - e ～l ‘ 舯 一 r _ Me 1 ‘ 斗 r e - U l 升 ’ B 一 -- u l ‘ 。r r _T F e “ 1 ‘ 升 E e l ‘ 1 式 、 2 式 描 述 了水 中 电偶 源 激 发 情 况 下 天 然 气水合物 电场响应在供电频率 、 海水深度 、 覆盖层厚度 以及 电阻率 等 因素改 变 时的 时空分 布规 律 。 3正演模拟及 电场 幅值变化规律 图 1的地 电模型上 除已标 注的电阻率值外 ， 其他 参数值分别 为 海水深度 1 0 0 0 m， 覆 盖层厚度 1 0 0 0 m， 高 电阻率层厚度 1 0 0 m， 发射频率 0 ． 2 5 Hz ， 源偶极 矩 发 射 电流 偶 极 长 度 1 0 0 0 0 A m。设 想 在一 种 特殊 且不 失一 般性 的情 况 ， 场 源 只沿 方 向运 动 ， 因而 E 一0 ， 此时 可 简 化 为 只对 E 进 行 计 算 。 当改 变 某 一 参数 时 ， 其他参 数 值均 不变 。 3 ． 1归 一化 电场 幅值 随发 射频 率 的变化 规律 图 2展示了发射频率为 0 ． 1 0 ～1 ． 0 0 Hz 时对应 的 电场 响应 结果 ， 由图 可 见 在 相 同 收 发距 条 件 下 ， 随 着 频率 增高 ， 归一 化 电场 响应 幅值 E 的衰减加 快 ； 对 于相 同 的发射 频率 ， 当收发距 增 大 ， E 也 随之 减 弱 。当发 射 电流为 1 0 0 A， 发射偶极和接收偶极长度分别为 1 0 0 m 和 1 0 m 时 ， 电偶 极矩 为 2 1 O A m ， 则 电位观 测范 围 约为 1 0 ～l 0 V。据国外的经验 ， 布设在海底的观测 偶极与电磁发射机的有效观测收发距为 2 ～1 0 k ml 】 。 。 在小于 2 k m 的小收发距内， 有用信号会被发射源压制 ， 而在大于 1 0 k m 的大收 发距 外 ， 有 用信 号又 太微 弱 。由 图 2可见， 发射频率为 1 Hz 时 1 0 k m处所对应的归一化 电场幅值约 为 1 0 V／ A m 2 。在上述 电偶极矩 的激 励下， 该频点的电位观测幅值约为 1 o 。 V。 4 4 0 石油勘探与开发 油气勘探 D／ k 图 2不 同 信 号 频率 的归 一 化 电场 幅 值 3 ． 2归 一化 电场幅值 随 电偶 源离 地高度 的变化 规律 图 3为电偶源离地高度不同时归一化 电场 幅值的 变化 。可见 ， 电偶 源离地 0 ～5 0 iT I 时 ， 电场 响应 的幅值 和形 态几乎 重合 ， 说 明 电偶 源 离地 5 0 I T I 以 内 ， 各 观测 点的归一化电场幅值大小均没有明显变化。而当离地 高度 上升 至 1 0 0 1T I 时 ， 电场 响 应 曲 线显 示 出改 变 的趋 势 ， 大致 以收发距 7 ． 5 k m 为转 折 点 ， 曲线 的前 支 表 现 为 归一 化 电场幅值 比电偶 源 离地 高度 小 于 1 0 0 m 的接 收偶极小 ， 后支则相反 ， 这说 明各 观测点的场源来源成 分 已开始发生变化 。当电偶 源离地 高度 进一 步增 大 ， 这 种 规律越发 明显 。但总体 而言 ， 电偶 源离地 0 3 0 0 I n范围 内各曲线 的分离程度 并不 大 ， 归一 化 电场 幅值 的大小相 差无几。因此， 电偶源离地高度与发射频率相比， 其权重 列于次要位置 。以上 分析说 明， 在 进行 天然 气水 合物勘 测时 ， 电偶源不一定非 要 紧贴海 底 。若 把 电偶 源 置于距 离海底 5 0 m左右 的高度 ， 并 维持在 这一高度实施拖 曳及 电场发 射 ， 将 取得与贴 紧海底 情况 下几 乎相 同的采 集质 量 ， 这将 大大改善设备 的安全使用条件 。 o 2 4 6 l o l 2 l 4 l 6 D／k m 图 3 电偶源不同离地高度的归一化 电场幅值 3 ． 3归 一化 电场 幅值 随海水 深度 的变化 规律 当海 水 深 度 改 变 时 ， 电 场 响 应 情 况 如 图 4所 示 。 可见 ， 当海水深度小于 1 5 0 0 m 时， 在相同收发距情况 下 ， 水 深与 归 一 化 电 场 幅值 呈 负 相 关 关 系 ， 即 海 水 越 浅 ， 归一化 电场 幅值越 大 。在 同一 水 深条 件下 ， 小 收 发 距 0 ～2 k m 的归 一 化 电场 幅值 随收 发距 增 大 呈 指数 衰减 ， 中远 收发距 2 ～1 0 k m 的归 一化 电场 幅值 随 收 发距增 大呈 线性 衰减 。当水深 大于 1 5 0 0 m， 归一 化 电 场 幅值 不再 随水深 增大 而衰减 ， 而 是趋 于 近 3 0 。 的渐近 线 。由 图 5 对 此现 象进行 物理解 释 。 0 5 1 0 l 5 D／k in 图 4 不 同海水深度的归一化电场幅值 ⋯一 ⋯⋯一一一一 一一一 ⋯ 海水 。 Q． f 直达 波 l I l l 乒乒 无限 大空 I司介质1 2 ‘ m 图 5 海底 电偶源 电磁波传播路线图 图 5 表 明 ， 当 电偶 源 在 海底 被 拖 曳 行 进 并 发 射 脉 冲电流时 ， 海底 的观测偶极 可接收到来 白海底以下天 然气水合物的反射波以及电偶源经空气路径折射 回来 的空气波 ， 邻近发射 电偶源 的观测偶极还会接收到由 发射电偶源传来的直达波 。由图 4可见， 水深百米时 的归一化电场幅值 比水深千米时高出数倍 ， 这是因为 当海 水较浅 时 ， 空 气波 的能 量较 大 ， 高 出 的部 分是 由于 受到 了空气 波 的 影 响 。随 着 水 深 的增 加 ， 空 气 波 衰减 增大 ， 直 至 到某 一 深 度 图 4显 示 约为 1 5 0 0 m ， 其 作 用基本 消失 。 由以上分 析可 以得 出 ① 在 收发 距 相 同情 况下 ， 随 水 深增 加 ， 归 一化 电场 响 应 幅值 减小 ， 但 来 自天然气 水 合 物 反射波 的 能量 并 未 衰 减 ， 减 小 的 只 是 空气 波 的能 量 。因此 ， 水 深增加 后 ， 归一 化 电场 响应 的有用 信 息并 没有 丢失 ， 甚 至可 以说 ， 归一 化 电场 响应 的信 噪 比反而 提高 了 。所 以 ， 大 于 1 5 0 0 I n水 深 的勘探效 果应该 比浅 水勘探效果要好。②小收发距 的区段 ， 即图 4中从 0 至 2 k m 拐点 附近 ， 归 一化 电场 幅值 虽然 相对 较 大 ， 但 B O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 O O 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 0 0 0 2 O 1 0年 8 月 邓明 等 激励及地电条件与天然气水合物 的电偶 源电场响应 信 号 的主要 成 分 是 来 自发 射 源 的直 达 波 ， 这 一 点 可 以 从 图 5直观 看 出 。这说 明来 自天然 气 水 合 物 的反 射 波 在 这一 区段 由于 背景场 太强 而 难 以 观测 到 。③ 由上 述 分 析可 以 看 出 ， 归 一 化 电场 幅值 弱 ， 但 信 噪 比不 一 定 低 ， 同样 ， 归一 化 电场 幅值 大未必 信 噪 比高 。照此推理 ， 应该存 在某一 收发 距 ， 在 该收 发距 上 可得 到 最佳 的信 号 观测值 。有关最佳 收发距 的计 算拟另文进 行探讨 。 3 ． 4归一化 电场 幅值 随覆 盖层 厚度 的变 化规 律 覆 盖层是 指海 底 面 以下 至 天然 气 水 合物 层 之 间 的 介质 ， 一 般为 海洋 沉积 物 。经 过 若 干 地质 年 代 的作 用 ， 沉积 物所 形成 的覆 盖层 把 甲烷 烃 类 物 质 与海 水 层 分 隔 开来 ， 并形 成 相 对 封 闭 的 成 藏 空 间 。 甲烷 烃 类 物 质 在 低温 高压 的环 境 里 生 成 胶 状 的天 然 气 水 合 物 ， 其 具 有 与冰 相近 的高 电阻 率特 性 一 一 ， 故 天 然气 水 合 物 又 称 为 可燃冰。与可燃冰相 比， 覆盖层 中富含海水主体成分 的钠 离子 ， 显 示 低 电 阻 率 特 性 ， 对 电 磁 波 具 有 衰 减 作 用 。通 过对 1 式 和 2 式 的 计 算 表 明 ， 覆 盖 层 的厚 度 大小会 对 电偶 源 电磁 场 的 向下 传 播 产 生 较 大影 响 ， 其 计 算结 果见 图 6 。 o 5 1 o 1 5 D／k m 图 6 不 同 覆 盖 层 厚 度 条 件 下 的 归 一 化 电场 幅 值 由图 6可得 出 ， 在 收 发距 相 同情 况下 ， 随着 覆 盖 层 厚度增加， 归 一化 电场 响应 幅值减小。在相 同覆 盖层 厚 度 小 于 5 0 0 0 m 条件 下 ， 归 一化 电场 响应 幅值 随 收 发 距增 大几乎 呈 近线性 衰减 ， 其 梯度 约 为 每 4 k m 衰 减 9 0 。从 图 6还 可 看 出 当 覆 盖 层 厚 度 超 过 3 0 0 0 I n 时 ， 归一 化 电场 响应 幅 值 不 再 呈 衰 减 趋 势 而 是趋 于某 一 固定曲线 ， 与没有天然气水合物存在时的情况接近。 这 说 明 ， 当 天然 气 水合 物 埋深 大 于 3 0 0 0 m 时 ， 电偶 源 电磁波对 天 然气水 合 物 的激励 效 果 和 反 射 的感 应 场 源 均趋于零 。因而得 出， 电偶 源 电磁勘探对天然气水合 物 的最大 探测 深 度 约 为 3 0 0 0 I n 。 目前 国 际 上对 天然 气水 合物 的勘探 与取 样 都 仅 在 距 海 底 不 大 于 1 0 0 0 m 的浅层 进行 l 】 ， 故 电偶 源 电磁勘 探 方法 目前 是适用 的。 3 ． 5归一 化 电场幅 值 随异 常层 电阻 率的变 化规 律 天然气水 合物所处 的介 质层属 于高 电阻率 异常 区 。由于 甲烷等 烃类 物 质在 沉 积 层并 不 一 定处 于饱 和 状 态 ， 其 中充填有 孔 隙水 ， 因此 造 成 了 电阻 率 异常 值 的 变 化 。 目前 国 际 上 对 地 层 电 阻 率 的 描 述 一 般 引 用 Ar c h i e 公式 l 】 ’ lD 一S 10 f ” 3 由 3 式 可见 ， 甲烷烃 类 物 质 中孔 隙 度 的大 小 意 味 着孔 隙 水 的多 少 ， 而 孔 隙水 含 盐 量 和温 度 的高 低 直接 影 响异 常层 的 电阻率 大小 。图 7为地 层 电 阻率 改 变 时 电场 响应 的 变 化结 果 。 由 图 7可 见 ， 随 着 异 常 层 电阻 率 的增 大 ， 归一 化 电场 响应 幅值 也 随之 增 大 ， 相对 最 大 的点位 出现在 收 发距 约 为 9 k m 的位 置 上 。异 常 层 电 阻率 为 1 0 Q i n时 ， 该 点 位所 对 应 的归 一 化 电场 幅值 比无 异 常 情 况 大 了 约 1 ． 5倍 ， 而 异 常 层 电 阻 率 为 1 0 0 Q m时 ， 归 一化 电场 幅值 比无 异 常 情 况 增 加 约 9 倍 。此 现 象说 明 ， 异 常层 电阻 率越 高 ， 归一 化 电场 响应 幅值越 大 ， 或 者说 ， 天 然 气 水 合 物 含 量 或 纯 度 越 高 ， 勘 探 效果 越好 。正 是 由于 这 一 原 因 ， 目前 国 际 上 对 可 控 源电磁法水合物勘探给予 了相当的重视 。 D／ k m 图 7 异常层 中不同电阻率介质的归一化电场幅值 4结语 水 平 电偶 源 的动 态激 励 与 海底 静 态 布 网记 录 对 天 然气 水 合物 勘查 具有 技 术 上 的可 行性 ； 方 法理 论 方 面 ， 电偶 极 偶极 场 源能 够反 映海底 地 表 以下 的薄层地 质 构 造 ， 而天然气水合 物所具有 的近水平分 布和薄层高电 阻 率特 性 ， 都 给 该 方 法 提 供 了有 利 的地 质 地 球 物 理条 件 ； 学科互补方面， 电磁学可为地震学提供地层 电性的 补充信息。目前 ， 在一些特殊海域 ， 仅依靠地震资料未 能获 得 似海底 反 射层 B S R 的清 晰 图像 l 2 ， 而 电磁 方 法却 有可 能在 B S R层 位 上提 取 出较 清 晰 的 电性 成 像 ， 从而 提高 划定 天然 气水 合物 构造 边 界 的准 确性 。 O 2 3 4 5 6 一 一 一 _可 s 1 4 4 2 石油勘探与开发 油气勘探 V o 1 ． 3 7 No ． 4 在浅水 海 区进 行 电磁 勘探 ， 除受 空气 波 的影 响外 ， 还会 受到海 浪 运 动 引起 的 电磁 噪 声 的 干 扰 ， 已有 迹 象 表 明l 2 ， 海浪 运动 时切割 天然 电磁 场磁 力线 ， 从 而造 成 了部 分假异 常 。对 此类 干扰 应 在今 后 的探 测 仪器 研 发 和数 据处理 解释 时给予 考虑 。 激励 或地 电条件 的改 变除 造成 电场 响应 发生 变 化 以外 ， 还会 诱导磁 场 响应发 生 变化 ， 这 是今 后 重 点研 究 的内容之一 。 符 号 注 释 E ， E z ， Y方 向 归一 化 电场 幅 值 ， V／ A m ； r T M， r 某探测层下底界 面和上顶界面的 T M 反射系数 ， 只与介 质的物性有关 ， 而与激发场 源无关 ， 无量纲 ； r r E ， r 子 E 某探 测 层下底 界面和上顶界面的 T E反 射系数 ， 只与介 质的物性有关 ， 而与激发场源无关 ， 无量纲 ； z 深度 ， m； J 电偶极 发出的 电流 ， A； d 偶 极 的 长度 ， I n ； u 海 水 的磁 导 率 ， H／ m； h 】 海水深度 ， I n； 探 测层 的厚 度 ， F n ； k ， ， Y方 向上的波数 ， 无量纲； 与波数相关 的系数 ； 一 一 海水 电导 率 ， S ／ m； ∞ 激发频 率 ， Hz ； P 地层 电阻率 ， nr n ； p f 孑 L 隙水 的 电阻 率 ， 与 海 水 的 含 盐 度 、 温 度 等 有 关l 2 ， n m； 天然气水合物孔 隙度 ， ； m海底 沉积物胶结 因子 ， 取 决于孔隙的几何 形态 ， 一般 取值 1 ． 5 ～3 ． 0 ； S 天然气 水合 物含水饱 和度 ， ； D 收发距 ， k m。 参 考 文献 [ 1 ] C o n s t a b l e S ，S r n k a I 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 f o r 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 7，72 2 3 - 1 2 ． [ 2 ] C o l l e t t T S ．D e t e c t i o n a n d e v a l u a t i o n o f n a t u r a l g a s h y d r a t e s f r o m we l l l o g s ， P r u d h o e B a y[A] ． P r o c e e d i n g s o f t h e F o u r t h I n t e r n a t io n a l C o n f e r e n c e o n P e r ma f r o s t[C] ． Wa s h i n g t o n Un i v e r s i t y o f Al a s k a a n d Na t i o n a l Ac a d e m y o f S c ie n c e s ， 1 9 9 3 ． 1 6 9 一 】 7 4 ． [ 3 ] S u mme r f i e l d P J ， Ga l e I S ．Ma r i n e C S E M a c q u i s i t io n c h a l l e n g e s [ A] ．S E G 2 0 0 5 An n u a l Me e t i n g[ c] ．Ho u s t o n S E G，2 0 0 5 ． 5 3 8 - 5 4 2 ． [ 4 ] Pe t e r W ，Y v e s I ．Mu l t i L o o p Il l A s i g n i f i c a n t s t e p a h e a d i n e l e c t r 】 ma g n e t i c mo d e l i n g [ A] ．S E G 2 0 0 6 An n u a l Me e t i n g [ c] ． Ne w Or l e a n s S EG ，2 0 0 6 ． 3 5 7 1 3 5 7 8 ． [ 5 ] 姚伯初 ，杨木 壮，吴时 国，等．中国海 域 的天然气 水合 物 资源 [ J ] ．现代地质，2 0 0 8 ，2 2 3 3 3 3 3 4 1 ． Ya o B o c h u， Ya n g M u z h u a n g ， W u S h i g u o， e t a 1 ． Th e g a s h y d r a t e r e s o u r c e s i n t h e C h i n a g e a s [ J ] ．Ge o s c i e n c e ，2 0 0 8 ，2 2 3 3 3 3 3 4 1 ． [ 6 ] 陆敬安，杨胜雄 ， 吴 能友 ，等．南海神狐海域 天然气水合物地球 物理测井评价 _l J ] ．现代地质，2 0 0 8 ， 2 2 3 4 4 7 4 5 1 ． I u J i n g a n．Ya n g S h e n gx i o n g，Wu Ne n g y o u，e t a 1 ．We l l l o g gin g e v a l u a t io n o f g a s h y d r a t e s i n S h e n h u Ar e a ，S o u t h C h i n a S e a [ J ] ． Ge o s c i e n c e，2 0 0 8，2 2 3 4 4 7 - 4 51 ． [ 7 ] D a r n e t M，C h o o M C，P l e s s i x R E，e t a 1 ．D e t e c t in g h y d r o c a r b o n r e s e r v o i r s f r o 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 io n t o d e e p w a t e r