海洋可控源电磁法一维Occam反演

合集下载

频率域海洋电磁法一维正演响应特征研究

相关参数提做了依据。
关键词：海洋电磁法；一维正演；频率域响应特征
中图分类号：Ｐ６３ｌ－３
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１－４７９２（２０１４）０９ — ００１４．０７
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｒｉｎｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｕｒｃｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｉｆｎｄｃｏｍｍｏｎｍａｒｉｎｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
范围大、破坏性小、实施简单、适应性强、探测准确等特点．然而，海洋电磁理论是建立在水平发射偶极的基础上，由于自然因素（诸如海底洋流作用、海风等）的影响，海洋可控源发射偶极可能不能按理论设想进行工怍，造成测量数据与理想状态的水平电偶极子的电磁响应有较大的偏差本文以合理设置相关参数及分析各种影响因素为目的，利用所建立的相关一维模型得到的理论数据对影响因素进行了深入分析，并为台理选取各
ｐａｃｔｏｆｍａｒｉｎｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄＳＯｕｒｃｅｄｉｐｏｌｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｍａｙｎｏｔｗｏｒｋａｓｅｎｖｉｓａｇｅｄｂｙｔｈｅｏｒｙ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎａｌａｒｇｅｄｅｖｉａ－ｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｄａｔａａｎｄｔｈｅｉｄｅａｌｓｔａｔｅｏｆａｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｅｌｅｃｔｒｉｃｄｉｐｏｌｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｍｅａｎ — ｗｈｉｌｅ，ｄｉｆｅｒｅｎｔｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｆｑｕｅｎｃｉｅｓ，ｄｅｅｐｓｅａａｎｄｖａｒｉｏｕｓｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓｐｒｏｄｕｃｅｄｉｆｅｒｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｓ．Ｔｈｅ

起伏地形的2.5维主轴各向异性海洋CSEM反演研究

第46卷第2期2024年3月物探化探计算技术C O M P U T I N G T E C H N I Q U E S F O R G E O P H Y S I C A L A ND GE O C H E M I C A L E X P L O R A T I O NV o l .46 N o .2M a r .2024文章编号:1001-1749(2024)02-0197-09起伏地形的2.5维主轴各向异性海洋C S E M 反演研究覃金生(东华理工大学地球物理与测控技术学院,南昌 330013)摘要:笔者利用O C C A M 方法实现了M P I 并行的2.5维海洋C S E M 反演算法㊂正演采用基于非结构网格的有限元方法,在精确模拟海底起伏地形和构造模型的同时,对核心区域和扩展区域进行不同尺度的剖分以减少反演参数㊂水平海床和起伏海床的理论模型算例表明,沿测线发射的2.5维剖面数据对垂直各向异性模型的恢复效果优于水平各向异性模型㊂复杂海底地形模型的试算结果表明,带地形沉积层的存在会对反演结果产生较大影响,在实际资料解释中应该引起重视㊂关键词:海洋可控源电磁;起伏地形;反演;各向异性中图分类号:P 631 文献标志码:A D O I :10.3969/j.i s s n .1001-1749.2024.02.09收稿日期:2023-08-11作者简介:覃金生(1999-),男,硕士,主要研究方向为地球物理电磁勘探,E -m a i l :2116205112@q q.c o m ㊂0 引言近二十年是海洋勘探技术发展的黄金时期,作为海洋地震勘探的有效辅助手段,海洋可控源电磁方法(M a 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 m a gn e t i c M e t h o d ,M C S E M )被广泛应用于海底油气资源与深部地质构造的探测[1-3]㊂我国对M C S E M 的研究及其应用起步较晚,数值模拟方面仍以二维和三维各向同性为主㊂但由于海洋油气成藏环境的复杂性,使得储层在宏观上往往呈现电导率各向异性特征[4-5],此时,在二维地质构造假设条件下,各向同性的2.5维反演算法并不能适应这种模型,往往难以准确反映储层特征㊂因此,从物理模型的适应性出发,在现阶段2.5维反演技术作为主流的条件下,对反演算法进行拓展以支持各向异性介质反演是极其必要的,可综合对比同性和异性反演结果,有效提升解释的可靠性,并有望通过各向异性参数的反演恢复对储层电性解释提供更多参考㊂近年来,海洋可控源电磁各向异性介质影响的研究受到了广大学者的关注㊂罗鸣等[6-7]详细分析了海洋覆盖层和高阻储层电阻率各向异性对电磁场响应的影响,并在此基础上实现了一维垂直各向异性的频率域海洋可控源数据的反演;M a s n a gh e t t i 等[8]对2.5维海洋可控源电磁垂直各向异性介质反演进行分析研究,结果表明必须将o f f l i n e 数据考虑在内可以充分恢复水平电阻率分量;K e y 等[9]和R a m a n a n ja o n a 等[10]实现了2.5维垂直各向异性介质条件下的M C S E M 反演研究;W i i k 等[11]年采用基于电磁场的积分方程的对比源方法实现了垂直各向异性介质的M C S E M 三维反演,指出垂直各向异性介质反演对弱异常的识别更加有效;N e w m a n 等[12]㊁彭荣华等[13]㊁赵宁等[14]和M o r t e n 等[15]采用不同的正演求解方法分别实现了V T I 介质的M C -S E M 三维反演㊂在各向异性条件下,海床地形和沉积层往往会对反演结果产生影响,而该方面的研究工作还相对较少,需要进一步的探索㊂笔者对起伏地形2.5维海洋可控源电磁各向异性问题进行反演研究,为精确模拟海底起伏地形和地质构造模型,采用非结构三角网格进行剖分,同时对核心区域和扩展区域分别采用不同网格尺寸进行剖分,确保计算精度的条件下减小计算工作量㊂采用基于M P I 并行的O c c a m 反演方法[16-17],对不同情况下的各向异性模型分别进行试算㊂1 主轴各向异性正演理论海洋电磁勘探利用的频率范围通常为0.01H z~10H z ,满足准静态条件(σ≫ωε),因此求解电磁场时可忽略位移电流的影响㊂此时可建立以下频率域电磁场控制方程(取时间因子e-i ωt):浣ˑE -i ωμH =0(1)浣ˑH -σE =J s(2)其中,E 为电场强度;H 为磁场强度;J s 为电性激励源的电流密度矢量;σ为模型电导率;μ取真空磁导率μ0(不考虑介质的磁导率变化)㊂在主轴各向异性反演研究中,介质的电导率只有三个沿坐标轴方向的分量,其张量形式可表示为:σ=σx0 00 σy00 0 σz(3)假设地质体走向为x 方向,σ张量只沿坐标轴y ㊁z 方向变化,沿走向不变,此时由于场源为三维响应,所以海洋可控源电磁主轴各向异性问题是一个2.5维问题㊂考虑到海洋可控源电磁勘探多场源的特性以及复杂地形的影响,采用直接求解总场的方法,在直角坐标系中,对式(1)和式(2)沿走向进行傅里叶变换并展开得到如下方程:∂E ^z ∂y -∂E ^y∂z =i ωμ0H ^x (4)∂E ^x∂z-i k x E ^z =i ωμ0H ^y (5)i k x E ^y -∂E ^x∂y=i ωμ0H ^z (6)∂H ^z∂y-∂H ^y∂z-σxE ^x =J ^x (7)∂H ^x∂z-i k x H ^z -σyE ^y =J ^y (8)i k x H ^y -∂H ^x∂y-σz E ^z =J ^z(9)其中,k x 是x 方向上的空间波数,J ^x ㊁J ^y 和J ^z 代表波数域中场源电流密度沿直角坐标系的坐标轴分量㊂结合方程(4)~(9),可得到以下微分方程:∂∂y (σy λy ∂E ^x ∂y )+∂∂z (σz λz ∂E ^x ∂z )-∂∂y (i k x λy ∂H ^x ∂z )+∂∂z (i k x λz ∂H ^x ∂y )-σx E ^x =-∂∂y (i k x λy J ^y )-∂∂z (i k x λz J ^z )+J ^x(10)∂∂y (C λz ∂H ^x ∂y )+∂∂z (C λy∂H ^x ∂z )-∂∂y (i k x λz ∂E ^x ∂z )+∂∂z (i k x λy ∂E ^x ∂y )-C H ^x =-∂∂y (C λz J ^z )+∂∂z (C λyJ ^y )(11)其中,C =i ωμ0,λy =k 2x -i ωμ0σy ,λz =k 2x -i ωμ0σz ㊂为尽量准确模拟海床起伏,在正演计算区域Ω内使用非结构有限单元法数值求解以上控制方程的边值问题,式(10)和(11)的加权余量积分如下:ʏΩA 1㊃δE ^x d Ω=ʏΩf 1㊃δE ^x d Ω(12)ʏΩA 2㊃δH ^x d Ω=ʏΩf 2㊃δH ^x d Ω(13)其中,A 1㊁A 2分别为方程(10)㊁(11)的左端项,f 1㊁f 2分别为方程(10)㊁(11)的右端场源项㊂假设n y㊁n z 表示单元边界外法线与坐标轴之间夹角的三角函数,利用格林公式[18],结合方程(12)和(13),方程(10)㊁(11)变为:-ʏΩ(σy λy ∂E ^x ∂y ∂δE ^x ∂y +σz λz ∂E ^x ∂z ∂δE ^x ∂z -i k x λy ∂H ^x ∂z ∂δE ^x ∂y +i k x λz ∂H ^x ∂y ∂δE ^x ∂z )d Ω+ɥΓ(σy λy ∂E ^x ∂y δE ^x n y +σz λz ∂E ^x ∂z δE ^x n z -i k x λy∂H ^x ∂z δE ^x n y +i k x λz ∂H ^x ∂y δE ^x n z )d Γ-ʏΩσx E ^x δE ^x d Ω=ʏΩ(i k x λyJ ^y ∂δE ^x ∂y+i k x λzJ ^z∂δE ^x ∂z+J ^x δE ^x )d Ω-ɥΓ(i k x λyJ ^y δE ^x n y +i k x λzJ ^z δE ^x n z )d Γ(14)-ʏΩ(C λz ∂H ^x ∂y ∂δH ^x ∂y +C λY ∂H ^x ∂z ∂δH ^x ∂z -i k x λz ∂E ^x ∂z ∂δH ^x ∂y +i k x λy ∂E ^x ∂y ∂δH ^x ∂z )d Ω+ɥΓ(C λz ∂H ^x ∂y δH ^x n y +C λy891 物探化探计算技术46卷∂H ^x∂z δH ^x n z -i k x λz ∂E ^x ∂z δH ^x n y +i k x λy ∂E ^x ∂y δH ^x n z )d Γ-ʏΩC H ^x δH ^x d Ω=ʏΩ(C λzJ ^z∂δH ^x ∂y-C λyJ ^y ∂δH ^x ∂z)d Ω-ɥΓ(C λz J ^z δH ^x n y -C λyJ ^yδH ^x n z )d Γ(15)采用开源代码T r i a n g l e 程序[19]构建模型的非结构有限单元网格,将区域Ω离散为多个三角单元,对每个单元的式(14)㊁(15)分别积分并联立为线性方程组㊂采用P a r d i s o 直接求解器求解该方程组即可得到波数域的电磁场解E ^x 和H ^x ,再通过傅里叶反变换即可得到空间域电磁场值㊂2 O c c a m 反演O c c a m 反演算法是基于正则化思想的最小二乘方法[20-22],它对以下无约束最优化问题求极小:U =μR m 2+ W (d -F (m )) 2(16)其中,m 是n 维模型参数向量;R 为粗糙度算子矩阵;μ是正则化算子,用于平衡模型粗糙度与数据拟合差,若μ取值较大,反演结果倾向于结果的光滑,反之则更倾向于拟合数据;W 是对拟合差的对角加权矩阵;d 为观测数据矢量;F (m )为模型m 对应的正演响应㊂对于这里所研究的主轴各向异性模型,模型向量可表示为:m =m x m ym z(17)其中,m x =(σx 1,σx 2, ,σx i ),表示第i 个剖分单元内电导率的x 分量㊂则模型粗糙度可表示为:R m 2= R m x 2+ R m y 2z 2'2()其中,标量λ为各向异性惩罚项,m '=m y m z m x T㊂对于第k 次迭代模型m k ,使目标函数(16)充分下降的迭代式取以下形式:m k +1=m k +μR T R +(W J k )T W J k -1ˑ(W J k )T W d ^-μR TRm k (19)其中,拟合残差向量d ^=d -F (m k )㊂电磁反演工作会消耗大量的计算成本,尤其是在各向异性情况下,二维海洋C S E M 各向异性反演是一个非常耗时㊁耗内存的计算过程,需要根据计算平台应用合理的并行加速技术[23]㊂由于海洋可控源电磁正演各频率的方程相互独立,具有良好的并行性质,因此目前的并行加速方案多采用O p e n M P 或M P I 按频率并行的方案[24]㊂其中,M P I 协议(M e s s a g e P a s s i n g In t e r f a c e P a r a l l e l P r o t o c o l )为进程级并行编程协议,每个进程都有独立的存储空间,可适应于集群环境[25-26],能够实现大规模反演问题的加速计算㊂本文将不同场源㊁不同频率和不同接收位置的计算任务进行合理分配,在个人计算机上实现了M P I 并行加速计算㊂3 模型算例3.1 海床水平地形模型如图1(a )所示,模型y 方向水平向右,z 方向垂直向下,顶部空气层电阻率设定为1ˑ1012Ω㊃m ,中间海水层深度为1k m ,电阻率为0.3Ω㊃m ,海底沉积层中含有一个4k mˑ1k m 的高阻油气储层,其顶部埋深2.5k m ㊂通过水平电偶源沿测线进行激发,发射频率采用0.1H z 和1.0H z,在海底上方50m 处-6k m<y <6k m 范围内设置了11个发射场源,在海底上方0.1m 处-8k m<y <8k m 范围内布设了个接收器㊂图1 水平地形模型F i g .1 H o r i z o n t a l t o p o g r a p h y mo d e l 9912期覃金生:起伏地形的2.5维主轴各向异性海洋C S E M 反演研究该模型储层取两种各向异性参数:①储层为V T I 介质,水平方向和垂直方向的电阻率分别为20Ω㊃m 和100Ω㊃m ;②储层为H T I 介质,x 方向和y 方向的电阻率分别为20Ω㊃m 和100Ω㊃m ,沉积层电阻率均为1.0Ω㊃m ㊂对于沉积层,同样取两种各向异性参数:①沉积层为V T I 介质,水平方向和垂直方向的电阻率分别为1.0Ω㊃m 和5.0Ω㊃m ;②沉积层为H T I 介质,x 方向和y 方向的电阻率分别为1.0Ω㊃m 和5.0Ω㊃m ,储层电阻率均为100Ω㊃m ㊂正演计算得到的模型电磁场分量的幅值与相位,在添加4%的随机高斯噪声之后,作为反演计算所需的观测数据㊂反演初始模型如图1(b)所示,仅对-6.5k m ੭y ੭6.5k m ,0k m ੭z ੭6.5k m 的目标区域进行精细网格剖分,而远离求解目标的扩展区域则选择粗网格进行剖分,且空气层和海水层作为固定参数不参与反演计算,共生成4927个三角单元和2556个节点,反演初始模型电阻率设定为1.0Ω㊃m ,并将反演过程的电阻率值限制在㊃㊃范围内以获得更为准确的结果㊂上述模型的反演结果如图2所示,图中的白色圆点和三角为布设的发射器和接收器㊂由图2可见,储层为各向异性介质时,反演结果清晰恢复了储层的电阻率㊁位置和形态特征,且垂直各向异性模型的恢复效果比水平各向异性模型的恢复效果要好,更接近真实模型㊂沉积层为垂直各向异性介质时,储层会变薄,并向水平方向延伸,同时在其周围出现伪影㊂沉积层为水平各向异性介质时,储层会向垂直方向拉伸,且在下方出现了虚假低阻异常㊂图3为海床水平地形模型的反演均方根拟合差(R M S )和粗糙度(R o u g h n e s s )随迭代过程的变化曲线㊂当迭代进行到第10次时,四种模型已开始收敛到了真实模型附近,表明该反演方法真实有效㊂同时,从图可知,沉积层为各向异性介质时,模型收敛速度较慢㊂在粗糙度变化曲线图中,随着迭代次数的增加,模型的粗糙度在总体上逐渐增大,与R M S 呈现出相反的变化趋势㊂图2 水平地形模型反演结果图3 R M S 和R o u g h n e s s 随迭代次数的变化F i g .3 V a r i a t i o n o f R M S a n d R o u gh n e s s w i t h i t e r a t i o n t i m e s 002 物探化探计算技术46卷3.2海床起伏地形模型设计如图4(a)的海洋模型以分析起伏地形下的各向异性反演效果㊂海水层深度为455.59m~ 1167.69m,电阻率为0.3Ω㊃m,储层的大小㊁位置以及场源的激发㊁接收装置的布设均与上述的水平地形模型一致㊂同样构建储层与沉积层各向异性介质模型,参数设置与上述的海床水平地形模型一致,此处不再重复叙述㊂反演初始模型如下图4(b)所示,对-6.5k m< y<6.5k m,0k m<z<6.5k m的目标区域进行精细三角网格剖分,共生成5063个三角单元和2629个节点,反演初始模型电阻率设定为1.0Ω㊃m,反演结果如图5所示㊂由图5(a)和图5(b)可以看出,在起伏地形条件下,同样可以较为准确地恢复储层的电阻率值㊁位置和形态特征,且垂直各向异性模型的恢复效果要优于水平各向异性模型㊂由图5(c)可见,沉积层为垂直各向异性介质时,储层范围在垂直方向上有所缩减,在水平方向上的延伸更为明显,同时在其周围也出现了伪影㊂图5(d)中,储层位置相比于真实模型有所偏移,且向垂直方向拉伸,在其下方出现了虚假低阻异常和分层现象㊂由此可以判断,起伏地形对储层各向异性模型的影响较小,而对沉积层各向异性模型的影响较大㊂图6为海底起伏地形模型的R M S和R o u g h-n e s s随迭代过程的变化曲线㊂对比这四种模型的R M S变化曲线可以看出,沉积层为各向异性介质时,其收敛速度较慢,需要更多次的迭代计算㊂粗糙度变化曲线图中,相比于海床水平地形模型,沉积层为各向异性介质时对应的粗糙度曲线有较大幅度的起伏变化㊂图4起伏地形模型F i g.4 U n d u l a t i ng t o p o g r a p h y m o d el图5起伏地形模型反演结果F i g.5I n v e r s i o n r e s u l t s o f u n d u l a t i n g t o p o g r a p h y m o d e l 1022期覃金生:起伏地形的2.5维主轴各向异性海洋C S E M反演研究图6 R M S 和R o u gh n e s s 随迭代次数的变化F i g .6 V a r i a t i o n o f R M S a n d R o u gh n e s s w i t h i t e r a t i o n t i m e s 3.3 海底复杂模型如图7(a )所示,沉积层1和2中各自含有一个油气储层A 和B ,底下中间层和底部基岩部分均为各向同性介质,电阻率分别为20Ω㊃m 和1000Ω㊃m ㊂采用与上述模型相同的观测方式,构建储层各向异性介质模型:①储层为V T I 介质时,A 的垂直电阻率和水平电阻率分别为500Ω㊃m 和100Ω㊃m ,B 的垂直电阻率和水平电阻率分别为100Ω㊃m 和20Ω㊃m ;②储层为H T I 介质时,A 在x 方向和y 方向的电阻率分别为100Ω㊃m 和500Ω㊃m ,B 在x 方向和y 方向的电阻率分别为20Ω㊃m 和100Ω㊃m ,沉积层1和2的电阻率分别为1Ω㊃m 和5Ω㊃m ;同样构建沉积层各向异性介质模型:①沉积层为V T I 介质时,沉积层1在垂直方向和水平方向的电阻率分别为1.0Ω㊃m 和0.1Ω㊃m ,沉积层2在垂直方向和水平方向的电阻率分别为5.0Ω㊃m 和1.0Ω㊃m ;②沉积层为H T I 介质时,沉积层1在x 方向和y 方向的电阻率分别为0.1Ω㊃m 和1.0Ω㊃m ,沉积层2在x 方向和y 方向的电阻率分别为1.0Ω㊃m 和5.0Ω㊃m ,A 和B 的电阻率分别为500Ω㊃m 和100Ω㊃m ㊂反演初始模型如下图7(b )所示,对-7.5k m <y<7.5k m ,0k m <z <7.5k m 的目标区域进行精细三角网格剖分,反演初始模型电阻率设定为1.0Ω㊃m㊂图7 复杂地形模型F i g .7 C o m p l e x t o p o g r a p h y mo d e l 海底复杂地形模型的反演结果如图8所示,从图来看,该方法对于在复杂海底环境下的各向异性模型反演都有较好的效果㊂对比图8(a )和图8(b)可看出,当储层为水平各向异性介质时,虽然对位置和轮廓的还原度较好,但电阻率值的恢复与真实模型偏差较大,说明储层为垂直各向异性介质时的模型恢复效果更好㊂此外,这两种模型的反演结果对地层界面的恢复都较为准确㊂从图8(c)可以看出,沉积层为垂直各向异性介质时,储层范围在垂直方向上有所缩减,同时沉积层与中间层之间的分界面反映不够准确,与真实模型存在较大偏差㊂图8(d)中,地层分界面的还原程度较好,但在储层周围和中间层中都出现了虚假异常㊂202 物探化探计算技术46卷由此可以判断,沉积层为水平各向异性时,虽然对地层分界的影响较小,但是容易在目标体周围及各向同性介质地层内出现伪影 ,影响对地质资料的准确判断㊂图9为海底复杂地形模型的反演R M S和R o u g h n e s s随迭代过程的变化曲线㊂图8复杂地形模型反演结果F i g.8I n v e r s i o n r e s u l t s o f c o m p l e x t o p o g r a p h y m o d el图9 R M S和R o u g h n e s s随迭代次数的变化F i g.9 V a r i a t i o n o f R M S a n d R o u g h n e s s w i t h i t e r a t i o n t i m e s四种各向异性介质模型的反演结果均收敛到了真实模型附近㊂与海床水平地形模型和海床起伏地形模型相比,复杂地形模型中,当沉积层为各向异性介质时,需要更多次的迭代计算以达到最佳拟合㊂在粗糙度变化曲线图中,沉积层为各向异性介质时的模型粗糙度变化比上述两种模型的粗糙度变化大得多㊂4结论笔者针对主轴各向异性问题开展非结构有限元的海洋可控源电磁反演研究,通过模型算例表明了该方法真实有效㊂考虑储层和沉积层分别为各向异性介质的情况,并构建了相应的海床水平地形模型和复杂地形模型进行试算,分析不同情况下的反演效果㊂通过对比反演结果,得出以下结论:1)场源沿测线进行激发的情况下,垂直各向异性模型的恢复效果要优于水平各向异性模型㊂2)海床为起伏地形时,沉积层各向异性介质会对反演结果造成很大影响,容易出现储层在形态和位置上的偏差,并在其周围出现虚假异常㊂3)对于存在多个地层的复杂海底环境,沉积层的垂直各向异性性质会影响对海底地层界面的标定302 2期覃金生:起伏地形的2.5维主轴各向异性海洋C S E M反演研究划分,而当沉积层为水平各向异性介质时,反演结果会在油气储层周围及其底下的中间层产生伪影 ,影响对海洋油气资源勘探资料的正确分析和解释㊂因此,对海洋地质资料的处理与解释的过程中,海底地层及异常体的各向异性性质是不可忽视的,随着海洋开发事业的深入,全方位的海洋可控源电磁各向异性介质反演工作仍需要更为深入的研究㊂参考文献:[1] C O N S T A B L E S,S R N K A L J.A n i n t r o d u c t i o n t om a 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 m a g n e t i c m e t h o d s f o rh y d r o c a r b o n e x p l o r a t i o n[J].G e o p h y s i c s,2007,72(2):3-12.[2] C O N S T A B L E S.T e n y e a r s o f m a r i n e C S E M f o r h y-d r o c a r b o ne x p l o r a t i o n[J].G e o p h y s i c s,2010,75(5):67-81.[3] C H E N K,J I N G J E,Z H A O Q X,e t a l.S u b m a r i n ec o n t r o l l a b l e s o u r c e e l e c t r o m a g n e t i c r e c e i v e r a nd i t sa p p l i c a t i o n i n h y d r a t e e x p l o r a t i o n[J].C h i n e s e J o u r n a lo f G e o p h y s i c s,2017,60(11):4262-4272. [4]C A R A Z Z O N E J J,B U R T Z O M,G R E E N K E,e t a l.T h r e e d i m e n s i o n a l i m a g i n g o f m a r i n e C S E M D a t a[J].S E G T e c h n i c a l P r o g r a m E x p a n d e d A b s t r a c t s,2005,24(24):575.[5] R A M A N A N J A O N A C,M A C G R E G O R L,A N D RÉI SD.S e n s i t i v i t y a n d i n v e r s i o n o f m a r i n e e l e c t r o m a g n e t i cd a t a i n a ve r t i c a l l y a n i s o t r o p i c s t r a t if i e d e a r t h[J].G e-o p h y s i c a l P r o s p e c t i n g,2011,59(2):341-360. [6]罗鸣,李予国.一维电阻率各向异性对海洋可控源电磁响应的影响研究[J].地球物理学报,2015,58(8): 2851-2861.L U O M,L I Y G.E f f e c t s o f t h e e l e c t r i c a n i s o t r o p y o nm a 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 m a g n e t i c r e s p o n s e s[J].C h i n e s e J o u r n a l o f G e o p h y s i c s,2015,58(8): 2851-2861.(I n C h i n e s e)[7]罗鸣,李予国,李刚.一维垂直各向异性介质频率域海洋可控源电磁资料反演方法[J].地球物理学报, 2016,59(11):4349-4359.L U O M,L I Y G,L I G.F r e q u e n c y-d o m a i n i n v e r s i o n o f m a r i n e C S E M d a t a i n o n e-d i m e n s i o n a l v e r t i c a l l y a n i-s o t r o p i c s t r u c t u r e s[J].C h i n e s e J o u r n a l o f G e o p h y s i c s, 2016,59(11):4349-4359.(I n C h i n e s e) [8] M A S N A G H E T T I L,C E C I F.A n a l y s i s o f t h e s e n s i-t i v i t y t o a n i s o t r o p y o f C S E M d a t a u s i n g2.5D m o d e l-i n g a n d i n v e r s i o n[C]//S E G T e c h n i c a l P r o g r a m E x-p a n d e d.2010:614-618.[9] K E Y K,D U Z,M A T T S S O N J,e t a l.A n i s o t r o p i c2.5D i n v e r s i o n o f t o w e d s t r e a m e r E M d a t a f r o m t h r e eN o r t h S e a f i e l d s u s i n g p a r a l l e l a d a p t i v e f i n i t e e l e m e n t s[J].A G U F a l l M e e t i n g A b s t r a c t s,2014.D O I:10.3997/2214-4609.20140730.[10]R A M A N A N J A O N A C,M A C G R E G O R L.2.5D i n-v e r s i o n o f C S E M d a t a i n a v e r t i c a l l y a n i s o t r o p i c e a r t h[J].J o u r n a l o f P h y s i c s:C o n f e r e n c e S e r i e s,2010,255(1):012004.[11]W I I K T,LØS E T H L O,U R S I N B,e t a l.T I V c o n-t r a s t s o u r c e i n v e r s i o n o f m C S E M d a t a[J].G e o p h y s-i c s,2011,76(1):F65-F76.[12]N E WM A N G A,C O MM E R M,C A R A Z Z O N E J J.I m a g i n g C S E M d a t a i n t h e p r e s e n c e o f e l e c t r i c a l a n i-s o t r o p y[J].G e o p h y s i c s,2010,75(2):F51-F61.[13]彭荣华,胡祥云,韩波.基于高斯牛顿法的频率域可控源电磁三维反演研究[J].地球物理学报,2016,59(09):3470-3481.P E N G R H,H U X Y,H A N B.3D i n v e r s i o n o f f r e-q u e n c y-d o m a i n C S E M d a t a b a s e d o n G a u s s-N e w t o n o p t i m i z a t i o n[J].C h i n e s e J o u r n a l o f G e o p h y s i c s,2016, 59(9):3470-3481.(I n C h i n e s e)[14]赵宁,王绪本,秦策,等.基于V T I各向异性介质的频率域海洋可控源电磁三维约束反演[J].地球物理学报,2017,60(5):1946-1954.Z H A O N,W A N G X B,Q I N C,e t a l.3D f r e q u e n c y-d o m a i n M C S E M c o n s t r a i n e d i n v e r s i o n i n V T I m e d i a[J].C h i n e s e J o u r n a l o f G e o p h y s i c s.2017,60(5): 1946-1954.(I n C h i n e s e)[15]M O R T E N,K.,U R S I N,B.,&B A R K V E D,O.I.3D f u l l-w a v e f o r m i n v e r s i o n o f m a r i n e-s t r e a m e r m u l t i-c o m p o n e n t s e i s m i cd a t a i n V T I me d i a u s i n g d i s t o r t e dB o r n i t e r a t i o n T-m a t r i x m e t h o d[J].G e o p h y s i c s,2018,83(6),R593-R608.[16]C O N S T A B L E S C,P A R K E R R L,C O N S T A B L E CG.O c c a m's i n v e r s i o n:A p r a c t i c a l a l g o r i t h m f o r g e n-e r a t i n g s m o o t h m o d e l sf r o m e l e c t r o m ag n e t i c s o u n d i n gd a t a[J].Ge o p h y s i c s,1987,52(3):289-300.[17]汪茂.M T与C S A M T的二维联合反演和并行算法研究[D].北京:中国地质大学(北京),2015.W A N G M.A s t u d y o f M T a n d C S A M T2-D j o i n t i n-v e r s i o n a n d p a r a l l e l a g o r i t h m[D].B e i j i n g:C h 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,2015.(I n C h i n e s e) [18]L I Y G,K E Y K.2D m a 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-m a g n e t i c m o d e l i n g:P a r t1 A n a d a p t i v e f i n i t e-e l e-m e n t a l g o r i t h m[J].G e o p h y s i c s,2007,72(2):W A51~W A62.[19]S H E W C H U K J R.T r i a n g l e:E n g i n e e r i n g a2D q u a l i t ym e s h g e n e r a t o r a n d D e l a u n a y t r i a n g u l a t o r[M]//A p-402物探化探计算技术46卷p l i e d C o m p u t a t i o n a l G e o m e t r y To w a r d s G e o m e t r i c E n g i n e e r i n g .B e r l i n ,H e i d e l b e r g :S p r i n ge r B e r l i n H e i d e l b e r g,1996:203-222.[20]P A R K E R R L ,D Z I E W O N S K I A M.G e o p h ys i c a l i n -v e r s e t h e o r y [J ].P h y s i c s T o d a y,1995,48(11):92-94.[21]K E Y K .M A R E 2D E M :A 2-D i n v e r s i o n c o d e f o r 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 n e t i c a n d m a gn e t o t e l l u r i c d a -t a [J ].G e o p h ys i c a l J o u r n a l I n t e r n a t i o n a l ,2016,207(1):571-588[22]Z H D A N O V M S .W a v e f i e l d e qu a t i o n s [M ]//I n v e r s e T h e o r y a n d A p p l i c a t i o n s i n G e o p h ys i c s .A m s t e r d a m :E l s e v i e r ,2015:479-526.[23]都志辉.高性能计算并行编程技术:M P I 并行程序设计[M ].北京:清华大学出版社,2001.D U Z H.P a r a l l e l p r o g r a m m i n g t e c h n o l o g y f o r h i gh p e r f o r m a n c e c o m p u t i n g :M P I p a r a l l e l p r o g r a m m i n g[M ].B e i j i n g :T s i n g h u a U n i v e r s i t y Pr e s s ,2001.(I n C h i n e s e)[24]N E WM A N G A .A r e v i e w o f h i g h -pe rf o r m a n c e c o m -p u t a t i o n a l s t r a t eg i e s f o r m o d e l i n g a n d i m a g i n go f e l e c -t r o m a g n e t i c i n d u c t i o n d a t a [J ].S u r v .G e o p h ys ,2014,35(1):85-100.[25]汪茂,陈霜,谭捍东,等.基于大地电磁二维反演的M P I 并行算法研究[J ].地球物理学进展,2017,32(05):2085-2090.W A N G M ,C H E N S ,T A N H D ,e t a l .S t u d yo n p a r -a l l e l a l g o r i t h m b a s e d o n i n v e r s i o n o f 2D m a gn e t o t e l l u -r i c [J ].P r o g r e s s i n G e o p h ys i c s ,2017,32(5):2085-2090.(I n C h i n e s e)[26]张志勇,谭捍东,王春阳,等.复电阻率法二维正演并行计算研究[J ].物探化探计算技术,2018,40(3):345-352.Z H A N G Z Y ,T A N H D ,W A N G C Y ,e t a l .A s t u d yo n p a r a l l e l c o m p u t a t i o n f o r t w o -d i m e n s i o n a l c o m pl e x r e s i s t i v i t y f o r w a r d m o d e l i n g [J ].C o m p u t i n g Te c h -n i q u e sf o r G e o p h y s i c a l a n d G e o c h e m i c a l E x pl o r a t i o n ,2018,40(3):345-352.(I n C h i n e s e)R e s e a r c h o n 2.5-d i m e n s i o n a l a x i a l l y a n i s o t r o p y ma r i n e C S E M i n v e r s i o n o f u n d u l a t i n g t o p o g r a p h yQ I N J i n s h e n g(S c h o o l o f G e o p h y s i c s a n d M e a s u r e m e n t -C o n t r o l T e c h n o l o g y ,E a s t C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,N a n c h a n g330013,C h i n a )A b s t r a c t :A n M P I p a r a l l e l 2.5-d i m e n s i o n a l m a r i n e C S E M i n v e r s i o n a l g o r i t h m w a s i m p l e m e n t e d u s i n gt h e O C C A M m e t h -o d .T h e f o r w a r d m o d e l i n g a d o p t s a f i n i t e e l e m e n t m e t h o d b a s e d o n u n s t r u c t u r e d g r i d s ,w h i c h a c c u r a t e l ys i m u l a t e s t h e s e a b e d 's u n d u l a t i n g t o p o g r a p h y a n d s t r u c t u r a l m o d e l w h i l e m e s h i n g t h e c o r e a n d e x t e n d e d r e gi o n s a t d i f f e r e n t s c a l e s t o r e d u c e i n v e r s i o n p a r a m e t e r s .T h e e x a m p l e s o f h o r i z o n t a l a n d u n d u l a t i n g s e a b e d m o d e l s i n d i c a t e t h a t t h e r e c o v e r y e f f e c t o f t h e v e r t i c a l a n i s o t r o p-i c m o d e l i s b e t t e r t h a n t h a t o f t h e h o r i z o n t a l a n i s o t r o p i c m o d e l u s i n g 2.5-d i m e n s i o n a l p r o f i l e d a t a e m i t t e d a l o n g t h e s u r v e y l i n e .T h e t r i a l r e s u l t s o f c o m p l e x s e a b e d t o p o g r a p h y m o d e l s i n d i c a t e t h a t t h e p r e s e n c e o f s e d i m e n t a r y l a y e r s w i t h t o p o g r a p h y c a n s i g-n i f i c a n t l y i m p a c t t h e i n v e r s i o n r e s u l t s ,w h i c h s h o u l d b e t a k e n s e r i o u s l y i n a c t u a l d a t a i n t e r pr e t a t i o n .K e yw o r d s :m a 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 m a g n e t i c ;u n d u l a t i n g t o p o g r a p h y ;i n v e r s i o n ;a n i s o t r o p y 5022期覃金生:起伏地形的2.5维主轴各向异性海洋C S E M 反演研究。

海洋可控源电磁法(CSEM)在斯卡伯勒气田的应用,第2部分--2D反演

2020年第1期海洋地质39海洋可控源电磁法（CSEM)在斯卡伯勒气田的应用，第2部分---2D反演David Myer，Kerry Key 和Steven Constable 著摘要：我们探索了海洋可控源电磁和海洋大地电磁数据2D反演的应用，用来模拟一个模糊的目标体。

斯卡伯勒气藏位于澳大利亚西海岸，紧邻相似电阻率与厚度乘积的覆盖层，并且距离电阻基底不远，使其成为一个难以探测的电性目标体。

我们发现标准的2D平滑反演方法产生了无法解决这种模糊结构的模型。

我们通过开发两阶段工作方案来解决这个问题，其中我们首先反演一个粗略的背景电阻率模型（例如，各向异性层），然后使用更精细的模型离散化反演与该背景的最小偏差。

我们的两阶段工作方案的主要目的是将己有知识应用到地下由自相似地质区域组成的反演中。

虽然得到的模型不能解析精细结构情况，但它们仍可能用于在一个复杂的环境中刻画目标体的整体范围和体积质量。

1介绍在M y e r等（2012)的姊妹篇中，我们介绍了澳大利亚西北部斯卡伯勒气田的海洋大地电磁（M T)和可控源电磁（C S E M)调查（图1)。

M y e r等（2012)介绍了 CSE M 数据采集、处理和质量，特别关注来自数据处理中的不确定性，并分析位置和方位的不确定性。

另一篇论文（M y e r等，2013)介绍了海洋大地电磁数据的反演和解释；尽管此处显示的所有反演均使用M T数据，但是由于我们的新结果与之前的工作一致，因此本文未基于M T数据进行更深地壳结构的讨论。

在本文中，我们更详细地检查了 C S E M数据集，并使用2D正则化反演进行解释，其具体目标是天然气藏所在的浅层结构（约3 km)〇斯卡伯勒气藏位于埃克斯茅斯深海高原中部附近,当地地质主要由水平沉积层组成。

海底的平均深度为950 m,整个调查区域的地势约有50 m的变化。

储层位于海底下约1 km,主要由堆积沉积沙组成。

海洋可控源电磁法

海洋可控源电磁法
海洋可控源电磁法是一种新兴的海洋地球物理勘探技术。

它通过在海洋中设置控制电源，利用电磁场对海底地质进行探测，可以获取地底结构的信息。

在海洋勘探中，常用海洋可控源电磁法进行探测。

海洋可控源电磁法根据施工方法差异又可以分为浅海拖曳施工和深海固定施工。

目前使用的水下拖曳装置通过自身携带的深度传感器、测高仪、姿态传感器等装置实时监测其在水中的位置和姿态，并将监测结果发送给控制中心。

海洋可控源电磁法的原理是利用人工发射源向海底发射可控电磁场，通过接收不同地点的磁场信号来反演地下电阻率等物性参数。

其优点是可以穿透海水层直接探测海底地层，探测深度较大，可达几千米。

同时，该方法还具有较高的分辨率和精度，可以提供较为准确的地质信息。

海洋可控源电磁法在海洋地质勘探、海洋资源开发、海洋环境监测等领域有着广泛的应用前景。

例如，在寻找海底油气田、海底矿产资源、海底沉积物分布等方面，该方法都具有较高的应用价值。

同时，它还可以用于海洋环境监测，如监测海底地形地貌、海底水流等。

需要注意的是，海洋可控源电磁法也存在一些缺点和限制。

例如，该方法需要使用大型设备进行拖曳或固定施工，对设备和人力要求较高。

同时，由于电磁信号的传播受到海水导电性、温度、盐度等多种因素的影响，可能会对探测结果产生干扰和误差。

因此，在实际应用
中需要结合具体情况进行选择和应用。

海洋可控源电磁法二维有限元正演及反演

海洋可控源电磁法二维有限元正演及反演海洋可控源电磁法（Marine Controlled-Source Electromagnetic，MCSEM）是一种新兴的海洋地球物理勘探技术。

它通过在海洋中设置控制电源，利用电磁场对海底地质进行探测，可以获取地底结构的信息。

本文将从MCSEM的原理入手，介绍MCSEM的二维有限元正演和反演方法，并讨论其应用及优缺点。

一、MCSEM原理MCSEM利用控制电源发出高频电信号，该信号在海洋中传播时，会激发海底地质物体中的电流。

这些电流在海水中会产生电磁场，通过检测电磁场的变化，可以解析出地底物质的电导率、磁导率等物理参数，从而获取地底结构信息。

MCSEM主要有两种控制电源：直流电源和交流电源。

直流电源具有较大的侵入深度和较好的低频响应，适用于大区域的浅层勘探；交流电源具有较好的高频响应，适用于小区域的深部勘探。

控制电源的设置可以根据勘探的需求进行调整。

二、二维有限元正演MCSEM二维有限元正演是指将地下介质分布描述为二维平面的电导率分布，采用有限元理论计算出该模型产生的电磁响应。

MCSEM的二维有限元正演主要包括以下步骤：1.建立数学模型建立地下介质的二维平面电导率模型，将所要研究的地质构造物体分为多个区域。

2.建立有限元网格将地下介质划分为若干小块，每个小块中的电导率均为常数。

在每个小块内部建立一个节点，并通过有限元网格连接所有的节点。

3.设置边界条件和时间离散在模型的边缘处设置边界条件，确定控制电源和检测电极的位置。

对时间进行离散化，并设置时间步长。

4.求解定态矩阵根据有限元法原理，求解定态矩阵，包括系统矩阵、电势向量和电流向量。

5.计算电场和磁场响应根据电场和磁场的计算公式，使用有限元法计算出电场和磁场的响应。

三、二维有限元反演MCSEM二维有限元反演是指利用已知的电磁响应数据，反推出地下介质的电导率分布。

MCSEM的二维有限元反演主要包括以下步骤：1.误差函数的定义确定反演的误差函数，通常采用观测数据与模拟数据之间的二次差值作为误差函数。

航空瞬变电磁数据一维Occam反演

第３５卷第５期
２０１３年９月
物探化探计算技术
ＣＯＭＰＵＴＩＮＧＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳＦＯＲＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬＡＮＤＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ
此作了改进，并更名为模型交替调整反演法电磁法（ＡＴＥＭ，ＡｉｒｂｏｒｎｅＴｒａｎｓｉｅｎｔＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）或称时间域航空电磁法（Ａｉｒ — ｂｏｒｎｅＴｉｍｅ —ｄｏｍａｉｎＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ），具有速度快，成本低，能在地面电磁法难以进入的山区、沙
方法［５，该方法适用于后期较精细的数据解释。Ｃｏｎｓｔａｂｌｅｌ１。提出的奥克姆（Ｏｃｃａｍ）反演法，也称最光滑模型反演法，正是应用了正则化反演的
漠、丛林、湖泊等地区开展工作。在发达国家，ＡＴＥＭ的研究开展较早，现在已经是普遍使用的
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ）； ②精确反演方法，即层状大地
反演法（ＬＥＩ，Ｌａｙｅｒｅｄ－ＥａｒｔｈＩｎｖｅｒｓｉｏｎ）＿１。另
薄层，但对于主要地质构造效果较好； ③ 初始模型自动产生，直接使用均匀大地模型或者视电阻率模

CSAMT奥克姆一维反演的应用

理的反演解释。
关键词：大地电磁；ｃｍ反演；Ｏｃａ目标函数
中图分类号：６１Ｐ３
文献标识码：Ａ
收稿日期：０８０－２２０－１４
Ａｐｉａｉｎｏｃｍ ’ ｎｅｓｏｏＣＳｐｌｃｔｏｆ１ＯｃａＤＳＩｖｒｉｎｔＡＭＴ
维普资讯
第５第４期卷
２００８年８月
工往球物理学赧
ＣＨＩＮＥＳＪＥＯＵＲＮＡＬＯＦＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＧＥＯＰＨＹＳＣＳＩ
Ｖｏ１ＮＯ．５．．４
Ａｕｇ．，２８００
文章编号：６２７４（０８０ — ０３０１７— ９０２０）４９５１
摘要：在可控源大地电磁数据一维反演方法中，简单的层状模型来描述地下介质的电性分布是不符合用
真实情况的，克姆（ｃｍ）反演就是考虑地下介质随深度分段连续的变化，虑了地质结构的纵向和横奥Ｏｃａ法考向的光滑情况，构造目标函数加上一光滑限制函数，反演的结果可以得到比较光滑的地下介质模型。本在在文阐述了奥克姆（ｃａ反演的原理方法，过理论模型进行了验证，到了较好的效果，工程实例进行合Ｏｃｍ）通得对
ｓｒｉｄｆｎｃｉｎａｈｅｕｌｆｉｅｓｏｎｗｏｕｄｏａｎａｓｏｔｔａｎｅｕｔｏｎｄｔｅｒｓｔｏｎｖｒｉｌｂｔｉｍｏｈｍｏｄ１Ｔｈｐｒｄ — ｅ．ｅｐａｅｅｓｒｂｅｈｅＯｃａｉｅｓｏｔｏｒｃｉｓｔｃｍｎｖｒｉｎｈｅｙ，ｃｎｓｒｔｈｅｒｔｃ１ｍｏｄ１ｔｅｔｓｉｉｄ，ａｅ — ｏｔｕｃｓａｔｏｅｉａｅｏｂｅｔｆｅｎｄｐｒｓ

基于特征参数的频率域海洋可控源电磁数据反演影响因素分析

第50卷第9期2019年9月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University(Science and Technology)V ol.50No.9Sep.2019基于特征参数的频率域海洋可控源电磁数据反演影响因素分析韩波，李刚，刘颖(中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛，266100)摘要：为评估电磁场分量、发射频率和观测模式对频率域海洋可控源电磁(CSEM)一维反演的影响，对经典的海洋一维油气储层模型开展一系列反演试验。

研究结果表明：采用混合观测模式及多分量、多频率数据可明显改善反演效果，进一步对挪威Troll油田的CSEM数据反演并进行特征参数分析，反演所得的电阻率模型与地震解释资料吻合，在进行大规模二维或三维反演前，结合测区已知地质钻井资料可建立反演初始模型，使用该模型对实际数据进行特征参数分析，可初步判断该数据是否适合反演。

关键词：可控源电磁法；反演；特征参数分析中图分类号：P319.2文献标志码：A文章编号：1672-7207（2019）09-2184-11Engenparameter analysis for frequency-domain inversion ofmarine CSEM dataHAN Bo,LI Gang,LIU Ying(College of Marine Geosciences,Ocean University of China,Qingdao266100,China)Abstract:In order to evaluate the effect of several factors,including the selection of electromagnetic(EM)field components,frequencies,and survey geometries,upon the inversion results for one-dimensional(1D)frequency domain marine controlled-source electromagnetic(CSEM)problem,a series of numerical experiments on the1D canonical reservoir model were conducted.The results show that the inversion model can be greatly improved with multi-EM field components,multi-frequencies or the mixed survey geometries involved.Then,the real CSEM data from Troll filed of Norway was inverted,and the engenparameter analysis is performed for the inversion result.The obtained resistivity model is consistent with the seismic interpretation data.It is suggested that an appropriate starting reference model be constructed according to some prior information such as local geology and well data,and the engenparameter analysis be performed based on the model to evaluate the effectiveness of the data used for inversion.Key words:controlled-source electromagnetic method(CSEM);inversion;engenparameter analysis可控源电磁法(controlled-source electromagnetic methods,CSEM)已成功应用于海底油气、天然气收稿日期：2018−10−12;修回日期：2018−12−20基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(41704075，41604063)；山东省自然科学基金资助项目(ZR2016DQ15，ZR2016DB31)(Projects(41704075,41604063)supported by the National Natural Science Foundation of China;Projects(ZR2016DQ15,ZR2016DB31)supported by the Natural Science Foundation of Shandong)通信作者：李刚，博士，讲师，从事海洋电磁法正反演与应用研究；E-mail：********************DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2019.09.015第9期韩波，等：基于特征参数的频率域海洋可控源电磁数据反演影响因素分析水合物及矿产资源勘探中[1−2]。

海洋可控源电磁法一维正演公式推导

电偶极子激励下的1D正演1、麦克斯韦方程和谢昆诺夫势函数麦克斯韦方程为：∇×E=−ðBðt(1)∇×H=J+ðDðt(2)∇∙E=ρ (3)∇∙H=0 (4)存在如下关系：D=εE, B=μH, J=σE。

其中，E表示电场强度，单位V/m；B电磁感应强度，单位Wb/m2或特斯拉；D电位移，单位C/m2；H磁场强度，单位A/m；J电流密度，单位A/m2；ρ电荷密度，单位C/m3。

(1)和(2)取旋度可得：吗∇×∇×E=∇(∇∙E)−∇2E=−∇×ðBðt =−∇×ð(μH)ðt∇×∇×H=∇(∇∙H)−∇2H=∇×J+∇×ðDðt=∇×(σE)+∇×ð(εE)ðt在均匀空间中有（电流源频率<105Hz）：∇∙E=0 ，∇∙H=0 所以：∇2E−∇×ð(μH)ðt=0∇2H+∇×(σE)+∇×ð(εE)ðt=0即：∇2E−∇×ð(μH)ðt=∇2E−μð(∇×H)ðt=∇2E−μð(J+ðDðt )ðt=∇2E−μð(σE+εðEðt )ðt =∇2E−μεð2Eðt2−μσðEðt=0∇2H+∇×(σE)+∇×ð(εE)ðt=∇2H+σ∇×E+εð(∇×E)ðt=∇2H+σ−ðBðt+εð(−ðBðt)ðt==∇2H−εð2Bðt−σðBðt2=∇2H−μεð2Hðt2−μσðHðt=0可得：∇2E−μεð2Eðt2−μσðEðt=0 (5)∇2H−μεð2Hðt2−μσðHðt=0 (6)以上两式就是时间域中电磁场的波动方程。

基于姿态参数的海洋可控源电磁数据一维反演

基于姿态参数的海洋可控源电磁数据一维反演李亚彬;翁爱华;齐彦福;刘佳音;赵祥阳;李建平【摘要】基于姿态信息的海洋可控源数据一维反演采用Occam方法进行,反演数据为不同收发距离观测到的电场振幅(MVO).接收器和发射器姿态参数同时引入到反演中,正演过程引入发射源姿态参数,借助矢量分解将任意姿态的发射源分解为3个正交坐标轴分量源,分别计算接收点处电场响应,叠加得到总电场响应;根据接收器姿态信息,将计算坐标系中的电场矢量进行欧拉旋转获取任意姿态时测量到的电场响应.理论模型与实际数据反演结果表明,基于姿态信息进行海洋可控源勘探数据反演是可行的.【期刊名称】《世界地质》【年(卷),期】2016(035)001【总页数】6页(P244-249)【关键词】海洋可控源电磁法;MVO曲线;姿态参数;一维反演【作者】李亚彬;翁爱华;齐彦福;刘佳音;赵祥阳;李建平【作者单位】吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026;吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026;吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026;吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026;吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026;吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026【正文语种】中文【中图分类】P631.32进入21世纪后，海洋石油和天然气成为勘探热点[1]。

海洋可控源电磁方法作为其勘探的重要辅助手段已经日益成熟，并开始广泛用于海洋油气资源勘查钻前储层评价[2]。

海洋电磁数据处理的主要内容之一是对观测到的电场振幅(MVO)或者相位(PVO)随收发距离变化曲线进行反演解释[3,4]。

目前海洋可控源三维反演国外已经实现[5]，国内也已经进行大量的三维数值模拟讨论[6--8]。

但是三维反演的计算量大，计算时间长，一般只在解释最后阶段对数据进行三维反演，并且要选择合适的初始模型[9]。

海底地层分布特征基本符合层状模型的规律和特点[10]，因此海洋可控源一维反演结果可以为三维反演提供合适的初始模型。

海洋可控源电磁法对油气探测能力的仿真分析

海洋可控源电磁法对油气探测能力的仿真分析刘长胜;周逢道;林君【摘要】The marine controlled-source electromagnetic method （CSEM）is a new technology to detect subsea hydrocarbon reservoirs by electromagnetic fields of low frequency. Its prospecting capability is studied by numerical modeling in this paper. Based on 1D marine model, the electromagnetic responses on seafloor is calculated for different water depth environments and hydrocarbon reservoirs with various buried depth, thickness and resistivities. The biggest relative anomaly and corre- sponding absolute anomaly （i. e. amplitude difference） of electric fields for each buried depth, thickness and resistivity are plotted and the influence of these param- eters on the electromagnetic anomaly is analyzed. The simulation results show that the marine controlled-source electromagnetic method has great performance in sub- sea hydrocarbon reservoirs exploration. small resistivity difference or large buried Even the reservoirs of small thickness, depth in shallow sea environment can leadto considerable electromagnetic anomalies.＇ When other factors are same, the verti- cal impedance of oil layer decides the biggest electric anomaly. To achieve the opti- mal performance of marine CSEM, appropriate working frequency and receiver off- set are necessary. The study results will provide useful references for the geophysi- cal scheme design of future subsea hydrocarbon exploration.%海洋可控源电磁法是一种采用低频电磁场探测海底油气的新技术，通过仿真分析，研究了该方法对油气的探测能力。

海洋可控源电磁法快速成像研究

阻率与电磁场响应并非线性关系，不能直接计算，所
以采用迭代法或二分法求解。
海洋可控源电磁法拖曳式发射或者坐底式发射
方式均是混频时间域序列，在数据预处理阶段，发射
电流与电磁场值通过标定、ＦＦＴ、去噪及归一化等步骤得到单频时间域数据，再合并航道ＧＰＳ数据推算收发距。令函数：
ＤａｖｉｄＭｙｅｒ［１４］在一次试验中采用了归一化幅
值直接计算拟断面图进行定性解释；Ｓｗｉｄｉｎｓｋｙ等在［１５］研究过程中也有涉及过快速定性成过程要求较高，前期处理相对复杂耗时；刘颖等［１０］提出过一种海洋可控源电磁法视电阻率的定义和计算方法，该方法以空气－海水－大地三层模型定义视电阻率计算公式，提高了定性解释效率。笔者提出了一种以海水－大地半空间模型定义视电阻率的方法进一步简化计算公式，并集成了一套将海试数据直接快速成像的算法。
杨锐１，王猛１，王功祥２，邓明１，景建恩１，陈凯１
（１．中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院，北京１０００８３；２．中国地质调查局广州海洋地质调查局，广州５１００７５）
摘要：海洋可控源电磁法在正反演算法上受到计算速度和精度的限制，需要大量的时间得到地下结构断面数据。为了海上快速识别海底高阻异常区域，提出一种通过计算视电阻率快速成像的算法，避开复杂的反演计算，在极短的时间内得到电性分布拟断面图，定性解释地下地质结构。算法通过一维和二维模型计算验证其可靠性和稳定性，代入海试数据计算拟断面图，与传统海洋电磁法反演结果对比各自优劣。结果表明，在一维和二维模型中，算法可靠且稳定，高阻异常体横向边界分辨率较高，拟断面图高阻异常分布与模型结构拟合度高，海试实测数据计算结果同样显示了与反演断面图有较高相似度的高阻异常分布，且运算时间远远小于反演计算。

海洋电磁法原理

海洋电磁法原理摘要由于海水具有高导电性，对不同频率的波都有屏蔽作用，从而导致海底信号强度很小，为了弥补海洋天然源大地电磁法的弱点, Charles Cox1960年在国际上首次提出了海洋可控源电磁法简称（MCSEM）。

MCSEM在常规海洋大地电磁方法的基础上，增加了人工发射源，采用拖拽式海底发射，从而增强接收机场强度。

尽管最近几年，海洋可控源电法有关的研究和讨论文章数量在减少。

但海洋可控源勘探的成效已经受到业界的广泛关注, MCSEM可以说是海洋地球物理勘探中最重要的工具。

可控源电磁法对高电阻率的碳氢化合物特别敏感,这用于海洋油气勘探，能起到很好的效果；同时具有势场方法（如重力测量、磁测）更好的固有分辨率。

海洋可控源电磁法可以提高海上钻探成功率, 大大降低钻探风险，现已经扎根于海洋勘探事业，成为海上勘探非地震方法主要采集技术。

目前主要面对的挑战是海洋仪器设备，许多海洋设备尚处于起步阶段。

但随着科技的进步，仪器可靠性和仪系统噪声均有所改善。

目前研究方向包括通过应用时域方法在浅水区解决空气波问题，利用可控源电磁法进行油藏监测。

关键词： MCSEM 采集技术处理解释油藏监测第1章绪论1.1 引言地球表面71%都被海洋所覆盖着，从外空间可以看到一个蓝白相衬、缀以橙黄、晶莹的星体，这美丽的蔚蓝色就来自于海洋。

海洋总面积达3.6亿多平方公里，海洋资源丰富，海水中锰结核富集成矿，海底又蕴藏着丰富的石油、天然气以及各种各样的资源，至今很多海洋资源处于未被探明和开发的状态。

所以全球很多国家对海底地质研究和资源探测开发都具有很大的兴趣。

我国海洋面积广阔，其总面积占我国陆地总面积的三分之一，特别是南海地区，资源储量非常丰富。

伴随着人类社会的进步，人口的膨胀，人们对资源不断索取，乱踩乱挖，造成环境污染、生态破坏，资源严重浪费，资源日渐枯竭。

工业转向残余矿，深部矿的同时，着手进军海洋资源的开发和利用。

海洋资源对我国经济发展、国家综合实力的提升等具有重大而深远的意义。

海洋可控源电磁法一维正演模拟及反演研究

３０
罗宵：海洋川控源电磁法‘维正演模拟及反演研究
２０１３．５
条什。

卜．径向模式振幅两个模型之间是几乎没有区别的。

然而在轴向情况卜＾两者之间能够很好的区别出来，Ｅｉｄｅｓｍｏ等人在２００２年发现并证实了这种情况。

然而从相位曲线来看，无论是径向还是轴向模式都是能很好的区别出来的。

图４—１０是１Ｈｚ条件＿卜．振幅相位曲线，从图中可知，无论是相位还是振幅曲线，在１Ｈｚ条件’卜．都能够很好的预示出两个模型之间的
区别。

一６
—７
—８
—９—１０—１１—１２
—１３
—１４
Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ（Ｑｍ）
０
１
２３４５６７８９１０Ｒａｎｇｅ（ｋｍ）２０
毛臻＃１
４
苫１＿２Ｎ１
Ｏ
丽０，８
Ｅ
０．６
兰０４
Ｏ２
００
ｎＯｒｍａｌｉｚｅｄｆｉｅＩｄＳ
０
１
２
３
４
５
６７
８
９１０
Ｒａｎｇｅ（ｋｍ）
０
１
２３４５６７８９１０
Ｒａｎｇｅ（ｋｍ）
图４－１ｌ０．１Ｈｚ、径向发射条件下龠油气层模型与Ｔ模型ＣＳＥＭ电场水半分量对比图
约∞∞∞∞加。

海洋可控源电磁与地震一维联合储层参数反演

海洋可控源电磁与地震一维联合储层参数反演
徐凯军;杜润林;刘展
【期刊名称】《石油地球物理勘探》
【年(卷),期】2016(051)001
【摘要】海洋可控源电磁法能识别高阻油气藏,可大幅提高钻井成功率.以Archie 公式和Gaaamann公式为基础,建立油气储层的岩石物理关系,并将其引入目标函数,采用模拟退火结合粒子群算法的优化反演方法进行一维海洋可控源电磁和地震数据联合反演,直接得到储层孔隙度和饱和度参数.数值模拟反演结果表明,该算法不依赖初始值,反演效果好.
【总页数】7页(P197-203)
【作者】徐凯军;杜润林;刘展
【作者单位】中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛266580
【正文语种】中文
【中图分类】P631
【相关文献】
1.海洋可控源电磁场的一维反演 [J], 刘颖;李予国;柳建新;李刚;刘鹏茂
2.频率域海洋可控源电磁一维正演模拟研究 [J], 韩文文;祝忠明
3.一维垂直各向异性介质频率域海洋可控源电磁资料反演方法 [J], 罗鸣;李予国;李
刚
4.一维电阻率各向异性对海洋可控源电磁响应的影响研究 [J], 罗鸣;李予国
5.基于姿态参数的海洋可控源电磁数据一维反演 [J], 李亚彬;翁爱华;齐彦福;刘佳音;赵祥阳;李建平
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

海洋可控源电磁法数据反演浅析

海洋可控源电磁法数据反演浅析发表时间：2014-10-21T10:31:52.183Z 来源：《工程管理前沿》2014年第10期供稿作者：张媛陈少泽[导读] 电磁法在陆地上进行油气勘探的历史可以追溯到二十世纪初期，自那时起，该方法的应用一直延续至今。

张媛陈少泽（宁夏地球物理地球化学勘查院宁夏银川 750001）摘要：鉴于目前在陆地上的低频电磁法数据多使用直流电法反演方法进行反演，本文主要从理论上和简单模型中对这一方法是否同样适用于海洋低频电磁法的可行性进行研究。

关键词：海洋；可控源电磁法；直流电法；反演1.2 海洋可控源电磁法国内外研究现状地球表面的3/4 被海洋覆盖，海底是世界上最大的资源宝库，大量的石油、天然气及各种矿产蕴藏其中，海底资源探测对人类的生存和发展极其重要。

我国是一个海洋大国，海洋总面积等于陆地面积的1/3。

并且，我国目前正面临严重的资源短缺问题，每年需进口2 亿多吨的原油和大量的天然气。

电磁法在陆地上进行油气勘探的历史可以追溯到二十世纪初期，自那时起，该方法的应用一直延续至今。

陆地上用作油气勘探的电磁法主要是大地电磁法，它可以为油气勘探提供构造方面的信息。

1.2.2 海洋可控源电磁法正反演研究进程Cagniard 的大地电磁理论证明, 在地球任一深度测量的大地电磁场都可以获得这一深度下的介质电阻率, 因此在海底测量的波阻抗与陆地的波阻抗是等同的。

所以从理论上来说, 大地电磁法在海底和在陆地探测并没据有实质的区别。

目前实际工作中所用的反演方法还是一维模型反演,虽然得到的是近似结果,但非常实用。

2 海洋CSEM 概述2.1 海洋可控源电磁法（CSEM）简介2.1.1 海洋可控源的测量原理海洋可控源电磁法使用一对深海移动式水平电偶极-偶极导线源作为电磁信号激发源，发射峰值达几安培至一千安排日的低频方波信号，即其信号的频率范围在十分之几赫兹到几十赫兹。

该信号源在拖缆的控制下，在距离海底一定深度处移动并发射固定频率的信号，然后布设于海底研究区的以一定方式排列的海底电磁场接收站将接收信号源产生的直达波、反射波和折射波。

海洋可控源电磁法与地震全波形二维联合反演研究

海洋可控源电磁法与地震全波形二维联合反演研究
孔繁祥;谭捍东;刘建勋
【期刊名称】《物探与化探》
【年(卷),期】2024(48)1
【摘要】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。

【总页数】10页(P67-76)
【作者】孔繁祥;谭捍东;刘建勋
【作者单位】中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所;中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】P631
【相关文献】
1.海洋可控源电磁与地震一维联合储层参数反演
2.电性可控源音频大地电磁法二维反演方法技术研究
3.基于分区并行的2.5维海洋可控源电磁法反演研究
4.基于非结构有限元的带地形海洋可控源电磁法二维Occam反演
5.频率域可控源电磁法多源数据联合反演
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。