殷長(zhǎng)春,賁放,劉云鶴,黃威,蔡晶
吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,長(zhǎng)春 130026
海洋可控源電磁法(Marine Controlled-Source Electromagnetic,簡(jiǎn)稱(chēng)MCSEM)是近年大力發(fā)展并被逐漸廣泛采用的海洋地球物理勘查技術(shù).作為海洋地震的輔助手段,海洋電磁勘探可以有效地進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)估.Cox(1980)提出了采用水平電偶源的海洋可控源電磁法進(jìn)行海底地質(zhì)情況調(diào)查;Chave等(1982)對(duì)海洋電磁一維頻率域正演算法做了深入研究;Edwards等(1986,1997)對(duì)偶極-偶極裝置海洋可控源電磁法做出理論研究;而Sinha等(1990)研究了可以進(jìn)行海洋電磁測(cè)深的可控源電磁法儀器,并且進(jìn)行了系列實(shí)驗(yàn).Constable等(1996)通過(guò)做PEGASUS實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到海洋可控源電磁法在海底測(cè)深方面有明顯的效果;Hoversten等(1998)的研究得出結(jié)論:結(jié)合海洋地震和海洋電磁技術(shù)可以提高海洋油氣勘探的精度.自2002年Eidesmo等提出SBL(Sea Bed Logging)勘查技術(shù),海洋可控源電磁法在理論和應(yīng)用方面迅速發(fā)展.Constable(2007)對(duì)MCSEM在油氣勘探開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用做了系統(tǒng)的闡述,指出了MCSEM的優(yōu)勢(shì)以及需要改進(jìn)的技術(shù)性問(wèn)題;Um等(2007)通過(guò)電流切面的分布特征分析海底電流場(chǎng)擴(kuò)散方式;Constable(2010)對(duì)從2000—2010年的海洋可控源電磁法的發(fā)展作出系統(tǒng)總結(jié),探討了海洋可控源電磁法的重要性及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì);Crepaldi等(2011)利用解析導(dǎo)數(shù)的方法進(jìn)行了共中心點(diǎn)海洋電磁數(shù)據(jù)快速反演;劉云鶴等(2012)利用歐拉旋轉(zhuǎn)分析了由于洋流等因素產(chǎn)生的發(fā)射源姿態(tài)的改變對(duì)海洋可控源電磁法數(shù)據(jù)解釋的影響.
海洋可控源電磁數(shù)據(jù)三維正、反演技術(shù)于本世紀(jì)初逐漸趨于成熟,并且已應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中.Zhdanov等(2006)分析了積分方程法在三維電磁模擬中的優(yōu)勢(shì)并應(yīng)用到MCSEM三維模擬中,取得了非常好的效果;Gribenko等(2007)利用積分方程和正則化Zhdanov(2002)聚焦技術(shù)對(duì)三維MCSEM進(jìn)行反演,有利于對(duì)海底油氣儲(chǔ)層的圈定;Commer等(2008)研究了基于混合模型的三維海洋可控源電磁法反演加速方法;楊波等(2012)利用有限體積法研究了考慮海底地形的三維頻率域可控源電磁模擬,分析了海底地形對(duì)MCSEM電場(chǎng)分量的影響;Sasaki(2013)利用有限差分法進(jìn)行海洋電磁三維正演并利用高斯牛頓法進(jìn)行反演,給出了海洋可控源電磁法對(duì)淺海海底高阻薄層的三維反演結(jié)果.
由于海洋可控源電磁響應(yīng)受海底介質(zhì)的各向異性影響很大,電各向異性對(duì)海洋電磁數(shù)據(jù)的影響成為海洋電磁法的研究熱點(diǎn).Everett等 (1999)對(duì)各向異性海底介質(zhì)的一維MCSEM響應(yīng)進(jìn)行了研究,Yin(2006)給出了層狀任意各向異性介質(zhì)中的海洋大地電磁一維正演算法,L?seth等(2007)對(duì)一維海洋可控源任意各向異性算法進(jìn)行深入研究,分析了不同各向異性條件下的海洋可控源電磁響應(yīng)特征,Kong等(2008)對(duì)2.5維水平各向異性海洋可控源電磁法有限元正演算法進(jìn)行了研究,陳桂波等(2009)利用三維積分方程法研究了海底TI地層中MCSEM電磁響應(yīng)特征,Newman等(2010)利用非線(xiàn)性共軛梯度法實(shí)現(xiàn)了TI介質(zhì)中的三維海洋可控源電磁法反演,并成功應(yīng)用到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理中,Li等(2011)研究了TI介質(zhì)二維傾斜各向異性的有限元正演算法,并研究了二維情況下傾斜各向異性的影響規(guī)律.
到目前為止,電各向異性及對(duì)海洋電磁相應(yīng)影響特征的研究均主要針對(duì)一、二維及簡(jiǎn)單的三維TI介質(zhì)模型.而國(guó)際最大的幾家海洋電磁技術(shù)服務(wù)公司已開(kāi)始向客戶(hù)提供海洋可控源三維電磁各向異性資料解釋服務(wù).本文研究任意各向異性介質(zhì)中(電導(dǎo)率張量為任意3×3對(duì)稱(chēng)正定矩陣)三維海洋可控源電磁響應(yīng)的正演模擬算法,利用交錯(cuò)網(wǎng)格三維有限差分技術(shù)求解散射電場(chǎng)的耦合微分方程.對(duì)于與電場(chǎng)同向的電流密度分量,各向異性電導(dǎo)率張量通過(guò)體積加權(quán)平均進(jìn)行離散,而對(duì)于電流密度和電場(chǎng)不同向的情況,電導(dǎo)率張量利用空間電流密度加權(quán)平均.為實(shí)現(xiàn)集成方程的有效求解,我們采用擬最小殘差法(Pre-Conditioned Quasi-Minimal Residual QMR),通過(guò)對(duì)比各項(xiàng)同性和各向異性導(dǎo)電介質(zhì)中存在高阻儲(chǔ)油層時(shí)海洋可控源電磁響應(yīng),分析各向異性對(duì)目標(biāo)體響應(yīng)的影響特征及高阻儲(chǔ)油層設(shè)別技術(shù).
假設(shè)時(shí)諧因子為eiωt,其中任意各向異性地層中的二次散射場(chǎng)偏微分方程為(Weiss et al.,2006)
式中μ0為磁導(dǎo)率,取為自由空間中的磁導(dǎo)率值μ0=4π×10-7H/m,Es為二次散射電場(chǎng),JB為源項(xiàng)
方程(1)和(2)中的一次電場(chǎng)EB利用全空間格林函數(shù)求取.σ和σ0為3×3的對(duì)稱(chēng)正定電導(dǎo)率張量.為方便計(jì)算,σ0通常假設(shè)為均勻半空間模型或者水平層狀模型.任意各向異性介質(zhì)中的電導(dǎo)率張量可表示為
x,y,z表示直角坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo)方向.(3)式中的對(duì)角和非對(duì)角元素將各向異性介質(zhì)中不同方向的電場(chǎng)和電流密度耦合在一起.為得到任意各向異性介質(zhì)的電導(dǎo)率張量σ,通常先設(shè)定一個(gè)參考電導(dǎo)率張量σc(其三個(gè)主對(duì)角元素分別對(duì)應(yīng)電各向異性的三個(gè)主軸),即
再通過(guò)三重歐拉旋轉(zhuǎn)即可得到任意各向異性介質(zhì)的電導(dǎo)率σ(圖1):
其中旋轉(zhuǎn)矩陣為
利用有限差分技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬(Newman et al.,1995),需將方程(1)分解為x,y,z三個(gè)方向的標(biāo)量方程:
其中V1,V2,V3,V4為電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)電場(chǎng)分量所屬網(wǎng)格體積的1/4.
對(duì)于式(10)中右端后兩項(xiàng),由于電場(chǎng)與電流密度方向不同,我們采用空間電流密度平均技術(shù)將電場(chǎng)耦合到電流密度計(jì)算點(diǎn)上,即
圖1 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)示意圖(Gellert et al.,1986)Fig.1 Rotation of the coordinate system (Gellertet al.,1986)
圖2 任意各向異性介質(zhì)中電導(dǎo)率近似方法Fig.2 Approximation of the conductivity tensor elements for an arbitrarily anisotropic earth
采取相同的方式進(jìn)行離散.對(duì)(7)—(9)式離散化之后,可得到如下矩陣方程
式中A為大型復(fù)稀疏對(duì)稱(chēng)矩陣,e為待求二次電場(chǎng)向量,b是方程(1)的右端源項(xiàng).我們利用擬最小殘差法QMR(Freund,1993)求解方程組(13).
本文利用L?seth和 Ursin(2007)的一維傾斜各向異性模型結(jié)果對(duì)本文算法進(jìn)行精度驗(yàn)證.模型設(shè)計(jì)如圖3,海水層厚300m,電導(dǎo)率σ=3.2S·m-1;海底覆蓋層厚1000m,電導(dǎo)率σ=1.0S·m-1;異常高阻層厚度100m,取參考電導(dǎo)率張量元素為σxx=0.01S·m-1,σyy=0.01S·m-1,σzz=0.025S·m-1,并令參考電導(dǎo)率張量繞y軸旋轉(zhuǎn)30°;高阻異常層下面是電導(dǎo)率為σ=1.0S·m-1的均勻半空間.發(fā)射源為沿x方向的水平單位電偶源,發(fā)射頻率0.25Hz,發(fā)射電流1A.利用本文有限差分計(jì)算的Ex響應(yīng)結(jié)果與L?seth和Ursin(2007)一維半解析結(jié)果對(duì)比如圖4所示.從圖可看出兩種方法計(jì)算結(jié)果吻合非常好,最大相對(duì)誤差不超過(guò)1.7%,大收發(fā)距時(shí)誤差均小于0.5%,說(shuō)明本文算法具有較高精度.
圖3 精度驗(yàn)證模型Fig.3 Model for checking the modeling accuracy
為了分析海底介質(zhì)各向異性對(duì)海洋可控源電磁響應(yīng)的影響特征,我們建立如圖5所示的三維地電模型,其中海底半空間為各向異性,三維高阻異常體為各向同性.海水的深度為1000m,電導(dǎo)率為3.33S·m-1.高阻異常體頂部埋深為1000m,中心在海底投影點(diǎn)的空間坐標(biāo)為(5000m,0m,1000m),大小為6000m×6000m×100m.發(fā)射機(jī)為沿x方向的水平電偶源,發(fā)射頻率0.25Hz,發(fā)射電流1A,距海底30m.三維模型剖分為108×108×56個(gè)單元,其中包括每個(gè)邊向外擴(kuò)的四個(gè)格(2倍擴(kuò)邊),剖分單元長(zhǎng)、寬、高分別為200m、200m、100m.為了更精確地得到三維高阻異常體的響應(yīng),在其所在位置z方向網(wǎng)格長(zhǎng)度細(xì)分為25m.本文的正演模擬是在Intel?CoreTMi7-4770CPU @3.40GHz,8GB DDR3 1600MHz內(nèi)存,NVIDIA GeForce GTX 650顯卡的PC的環(huán)境下進(jìn)行,一次正演需要的時(shí)間大約11min.
圖4 驗(yàn)證結(jié)果與誤差分析Fig.4 Modeling accuracy check and error analysis
圖5 海洋電磁三維各向異性模型Fig.5 Marine 3Danisotropic model
下面首先討論海底各向異性半空間電導(dǎo)率沿x方向變化的情況;進(jìn)而通過(guò)對(duì)參考電導(dǎo)率張量分別繞y和z軸旋轉(zhuǎn)45°得到傾斜各向異性的電導(dǎo)率參數(shù),研究?jī)A斜各向異性對(duì)海洋可控源電磁響應(yīng)的影響特征.設(shè)海底半空間參考電導(dǎo)率張量為
我們分別討論兩種情況:(1)沒(méi)有旋轉(zhuǎn),只改變x方向的主軸電導(dǎo)率;(2)針對(duì)4種不同的參考電導(dǎo)率張量,分別繞y和z軸旋轉(zhuǎn)45°.當(dāng)參考電導(dǎo)率張量的對(duì)角線(xiàn)元素相同時(shí)(相當(dāng)于各項(xiàng)同性),歐拉旋轉(zhuǎn)不影響電導(dǎo)率分布,由此我們只需研究10種各向異性電導(dǎo)率模型組合情況.我們以各向同性模型作為參考,分別研究同線(xiàn)Ex分量的振幅MVO和相位PVO曲線(xiàn),電場(chǎng)分量Ex,y,z的平面分布特征,以及xz、xy切面的電流分布特征,討論不同各向異性情況對(duì)海洋可控源電磁響應(yīng)影響規(guī)律.
3.2.1 各向同性海底介質(zhì)的電磁場(chǎng)分量特征
為方便對(duì)比,首先考慮圍巖為各向同性情況.令圍巖電導(dǎo)率為σ=diag(1.0,1.0,1.0),計(jì)算出電場(chǎng)三分量振幅分布如圖6.由于高阻異常體位于模型中心的右方,三個(gè)電場(chǎng)分量的振幅分布均非中心對(duì)稱(chēng).無(wú)論在xy平面還是在縱向斷面圖上,電場(chǎng)各分量和電流密度在高阻體附近均呈現(xiàn)出較為明顯的延展趨勢(shì).圖7為各向同性情況下xy和xz切面的電場(chǎng)和電流分布.由圖可見(jiàn):(1)在發(fā)射源附近,電場(chǎng)和電流均展示水平電偶極子場(chǎng)的分布特征;(2)海底上下兩側(cè)的在xy切面上可明顯看出由高阻異常體引起的場(chǎng)分布向右延展;(3)由于和圍巖電導(dǎo)率存在巨大差異,高阻異常體中的電流密度近于直立.這是由于電場(chǎng)水平分量連續(xù),所以高阻體中幾乎不存在水平電流,而垂向電流密度在穿透高阻層時(shí)始終保持連續(xù)的結(jié)果;(4)在收發(fā)據(jù)很大的情況下,電流分布呈現(xiàn)水平,電磁場(chǎng)中空氣波占主導(dǎo)地位(殷長(zhǎng)春等,2012).
圖6 海底各向同性介質(zhì)表面的電場(chǎng)分布Fig.6 Plane view of electrical field at the surface of an isotropic half-space under the ocean
圖7 海底各向同性介質(zhì)中的電場(chǎng)及電流分布(等值線(xiàn)表示電場(chǎng)分布,箭頭表示電流方向)Fig.7 Distribution of electrical field and current in an isotropic half-space under the ocean(The contour denotes the electrical field,while the arrows show the current)
3.2.2 海底圍巖x方向電導(dǎo)率對(duì)電場(chǎng)和電流分布特征的影響
圖8 海底介質(zhì)x方向參考電導(dǎo)率變化對(duì)Ex分量振幅和相位的影響Fig.8 Influence of the reference conductivity in x-direction on the amplitude and phase of Ex
圖9 海底介質(zhì)x方向參考電導(dǎo)率變化對(duì)電場(chǎng)分布特征的影響Fig.9 Influence of the reference conductivity in x-direction on the distribution of E-field
當(dāng)海底介質(zhì)中只有x方向電導(dǎo)率發(fā)生變化時(shí),同線(xiàn)Ex分量的振幅和相位曲線(xiàn)均發(fā)生不同程度的改變(圖8).由于良導(dǎo)和高阻介質(zhì)中電磁波衰減速度不同,振幅曲線(xiàn)左支(遠(yuǎn)離高阻層)呈現(xiàn)與電導(dǎo)率反向變化特征.相位曲線(xiàn)左支變化也體現(xiàn)明顯規(guī)律性.由于高阻異常體的存在,右端曲線(xiàn)變化比較復(fù)雜.中間小極距區(qū)由于直達(dá)波占主導(dǎo)地位,僅與海水導(dǎo)電率有關(guān),受海底介質(zhì)影響很小,因此不能反映海底介質(zhì)的電性變化特征.圖8中右側(cè)由于高阻體的存在,電磁響應(yīng)受高阻層中導(dǎo)波的影響,造成振幅與相位曲線(xiàn)右支變化沒(méi)有明顯的規(guī)律性.從圖9和10電場(chǎng)分布的xy切面可以看出,隨著x方向電導(dǎo)率的減小,電場(chǎng)Ex平面分布沿y方向發(fā)生明顯延展,說(shuō)明電導(dǎo)率沿x方向變化對(duì)旁線(xiàn)測(cè)量的電場(chǎng)產(chǎn)生較大影響.相比之下,電場(chǎng)Ey受海底介質(zhì)的x方向的電導(dǎo)率影響較小.由圖10可進(jìn)一步看出:(1)隨著海底介質(zhì)x方向電導(dǎo)率的減小,發(fā)射電流受到擠壓而流向垂直方向;(2)xz平面內(nèi)電流方向在x方向電導(dǎo)率為2.0s·m-1時(shí)向x方向偏,特別是在高阻儲(chǔ)層的上下,基本沿水平方向流動(dòng),說(shuō)明此時(shí)電流試圖水平繞過(guò)高阻體.對(duì)于x方向電導(dǎo)率為0.25s·m-1和0.1s·m-1的情況,z方向電導(dǎo)率與之相比為高導(dǎo),所以此時(shí)海底沉積層中的電流偏向垂向方向.隨著x方向電導(dǎo)率減小,電流由水平環(huán)繞、傾斜穿入到垂直穿透高阻層;(3)如前所述,由于高阻儲(chǔ)層和圍巖電導(dǎo)率巨大差異,高阻儲(chǔ)層內(nèi)的電流方向基本為垂向方向;(4)與垂直切面情況相比,水平方向電流分布變化較小.發(fā)射源兩側(cè)的水平電流形成的電流環(huán)根據(jù)x方向電導(dǎo)率的變化呈現(xiàn)不同程度的向y方向延展.
3.2.3 海底介質(zhì)電導(dǎo)率繞y軸旋轉(zhuǎn)45°電場(chǎng)和電流分布特征
當(dāng)海底介質(zhì)參考電導(dǎo)率張量繞y軸旋轉(zhuǎn)時(shí),電場(chǎng)三個(gè)分量均發(fā)生劇烈變化.圖11和12給出上述4種不同參考電導(dǎo)率張量繞y軸旋轉(zhuǎn)45°的計(jì)算結(jié)果.由圖可以看出,同線(xiàn)Ex分量左右支變化規(guī)律一致,良導(dǎo)情況下電磁響應(yīng)弱,而高阻情況下電磁響應(yīng)強(qiáng);由于電導(dǎo)率張量旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致電場(chǎng)各分量的平面分布特征發(fā)生變化.從圖13中的電流與電場(chǎng)分布可以看出,當(dāng)參考電導(dǎo)率張量繞y軸旋轉(zhuǎn)時(shí),xz切面內(nèi)電流方向發(fā)生明顯變化.當(dāng)x方向參考電導(dǎo)率比z方向低時(shí),繞y軸旋轉(zhuǎn)后的電流及電場(chǎng)分布向右側(cè)偏,說(shuō)明此時(shí)電磁能量主要向右側(cè)良導(dǎo)方向傳播,而高阻儲(chǔ)層正好位于模型右側(cè),所以最終在海底測(cè)點(diǎn)位置的電場(chǎng)響應(yīng)較大;而當(dāng)x方向參考電導(dǎo)率為比z方向參考電導(dǎo)率高時(shí),繞y軸旋轉(zhuǎn)后的電流方向及電場(chǎng)分布偏向遠(yuǎn)離高阻儲(chǔ)層的左側(cè)方向,造成海底測(cè)點(diǎn)位置的電磁響應(yīng)較小.從圖13也可以看出與圖12類(lèi)似的特征,當(dāng)x方向的電導(dǎo)率較高時(shí),電流基本繞過(guò)高阻異常體;而隨著x方向電導(dǎo)率的降低,由電導(dǎo)率旋轉(zhuǎn)引起的電流穿過(guò)高阻體構(gòu)成傾斜電流通道.
圖10 海底介質(zhì)x方向參考電導(dǎo)率對(duì)電場(chǎng)和電流分布特征的影響Fig.10 Influence of the reference conductivity in x-direction on the distribution of E-field and the current
圖11 參考電導(dǎo)率張量繞y軸旋轉(zhuǎn)45°同線(xiàn)Ex分量振幅和相位曲線(xiàn)Fig.11 Amplitude and phase of Exfor reference conductivity tensor rotated around y-axis at 45°
圖12 參考電導(dǎo)率張量繞y軸旋轉(zhuǎn)45°時(shí)電場(chǎng)分布Fig.12 Plane view of electrical field for reference conductivity tensor rotated around y-axis at 45°
3.2.4 海底介質(zhì)電導(dǎo)率繞z軸旋轉(zhuǎn)45°電場(chǎng)和電流分布特征
當(dāng)海底各向異性介質(zhì)的參考電導(dǎo)率張量繞z軸旋轉(zhuǎn)時(shí),電磁能量的傳播特征變化主要發(fā)生在xy平面內(nèi),由此較之于電導(dǎo)率張量沒(méi)有發(fā)生旋轉(zhuǎn)的情況(圖9),電場(chǎng)三個(gè)分量的平面分布均發(fā)生較明顯繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)特征(如圖15),易于識(shí)別海底介質(zhì)的各向異性特征.由于旋轉(zhuǎn)后x方向電導(dǎo)率差異變小,4種各向異性情況下同線(xiàn)Ex電場(chǎng)分量的振幅和相位曲線(xiàn)左支差異相應(yīng)變小.對(duì)于振幅與相位曲線(xiàn)右支而言,由于高阻儲(chǔ)層的存在,4種各向異性情況的響應(yīng)差異仍然比較明顯.由圖15可以看出,電場(chǎng)分布明顯反應(yīng)海底介質(zhì)的各向異性特征,有助于識(shí)別海底各向異性特征和分布規(guī)律;而從圖16可以看出,相對(duì)于沒(méi)有發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)電流隨著x方向電導(dǎo)率的減小由環(huán)繞到直接穿透的情況(圖10),當(dāng)海底介質(zhì)電導(dǎo)率張量繞z軸旋轉(zhuǎn)時(shí),垂直切面內(nèi)高阻儲(chǔ)層上下電流均沿傾斜方向,傾斜穿透高阻層.
本文基于有限差分法并結(jié)合空間電流密度平均技術(shù)提出了一種任意各向異性情況下三維海洋可控源電磁正演模擬算法.通過(guò)與一維層狀任意各向異性介質(zhì)的電磁響應(yīng)對(duì)比驗(yàn)證了該算法的精度和有效性.通過(guò)對(duì)各種各向異性條件下海洋可控源電磁Ex響應(yīng)MVO和PVO曲線(xiàn)特征、電場(chǎng)三分量平面分布及水平和垂向切面內(nèi)電流和電場(chǎng)分布特征的研究,海底地層各向異性對(duì)MCSEM響應(yīng)的影響規(guī)律可系統(tǒng)總結(jié)如下:
圖13 參考電導(dǎo)率張量繞y軸旋轉(zhuǎn)45°時(shí)電場(chǎng)和電流分布Fig.13 Distribution of the electrical field and current for reference conductivity tensor rotated around y-axis at 45°
圖14 參考電導(dǎo)率張量繞z軸旋轉(zhuǎn)45°同線(xiàn)Ex分量振幅和相位曲線(xiàn)Fig.14 Amplitudes and phases of Exfor reference conductivity tensor rotated around z-axis at 45°
(1)當(dāng)海底介質(zhì)為各項(xiàng)同性時(shí),隨著主軸x方向電導(dǎo)率的降低,電流由水平繞過(guò),到垂直穿過(guò)高阻板狀異常體;電場(chǎng)在海底的分布受高阻體影響發(fā)生水平拓展,因而據(jù)此可判斷高阻體的存在.
(2)由于和圍巖的巨大電阻率差異,高阻異常體中的電流幾乎垂直高阻體的層界面.
(3)由于各向異性介質(zhì)中的通道(channeling)效應(yīng),電流明顯向?qū)щ娊橘|(zhì)的層理方向聚焦,導(dǎo)致高阻體激發(fā)被加強(qiáng),電場(chǎng)和電流密度異常特征明顯.
(4)從海洋電磁的MVO和PVO曲線(xiàn)可以明顯看出,高阻異常體一側(cè)的曲線(xiàn)變化幅度大,說(shuō)明異常體的響應(yīng)受海底介質(zhì)的各向異性影響較大.
圖15 參考電導(dǎo)率張量繞z軸旋轉(zhuǎn)45°時(shí)電場(chǎng)分布Fig.15 Plane view of electrical field for reference conductivity tensor rotated around z-axis at 45°
(5)海底電場(chǎng)分布和參考電導(dǎo)率張量的旋轉(zhuǎn)方向存在較強(qiáng)的相關(guān)性,為識(shí)別海底介質(zhì)各向異性參數(shù)(主軸方向、主軸電導(dǎo)率等)提供依據(jù).本文的計(jì)算結(jié)果和各向異性影響特征規(guī)律對(duì)于認(rèn)識(shí)和應(yīng)用海洋可控源電磁勘查技術(shù)具有重要意義,本文的正演算法也為進(jìn)一步開(kāi)展海洋可控源電磁法各向異性反演研究奠定了基礎(chǔ).
圖16 參考電導(dǎo)率張量繞z軸旋轉(zhuǎn)45°時(shí)電場(chǎng)和電流分布Fig.16 Distribution of electrical field and current for reference conductivity tensor rotated around z-axis at 45°
致謝 感謝吉林大學(xué)電磁“千人計(jì)劃”研究團(tuán)隊(duì)成員的積極支持和幫助,感謝審稿專(zhuān)家和編輯提出的寶貴意見(jiàn).
Chave A D,Cox C S.1982.Controlled electromagnetic source for measuring electrical conductivity beneath the oceans 1.Forward problem and model study.JournalofGeophysicalReasearch,87(B7):5372-5338,doi:10.1029/JB087iB07p05327.
Chen G B,Wang H N,Yao J J,et al.2009.Three-dimensional numerical modeling of marine controlled-source electromagnetic responses in a layered anisotropic seabed using integral equation method.ActaPhysicaSinica,58(06):3848-3857,doi:10.7498/aps.58.3848.
Constable S C,Cox C S.1996.Marine controlled source electromagnetic sounding:2.The PEGASUS experiment.JournalofGeophysicalResearch,101(B3):5519-5530,doi:10.1029/95JB03738.
Constable S C,Srnka L J.2007.An introduction to marine controlledsource electromagnetic methods for hydrocarbon exploration.Geophysics,72(2):WA3-WA12,doi:10.1190/1.2432483.
Constable S C.2010.Ten years of marine CSEM for hydrocarbon exploration.Geophysics,75(5):75A67-75A81,doi:10.1190/1.3483451.
Commer M,Newman G A.2008.New advamces in three-dimensional controlled-source electromagnetic inversion.GeophysicalJournal International,172:513-535,doi:10.1111/j.1365-246X.2007.03660.x.
Cox C S.1980.Electromagnetic induction in the oceans and inferences on the constitution of the earth.GeophysicalSurveys.4(1-2):137-156,doi:10.1007/BF01452963.
Cox C S.1981.On the electrical conductivity of the oceanic lithosphere.PhysicsoftheEarthandPlanetaryInteriors,25(3):196-201,doi:10.1016/0031-9201(81)90061-3.
Cox C S,Constable S C,Chave A D,et al.1986.Controlled source electromagnetic sounding of the ocean lithosphere.Nature,320(6):52-54,doi:10.1038/320052a0.
Crepaldi J L S,Buonora M P P,F(xiàn)igueiredo I.2011.Fast marine CSEM inversion in the CMP domain using analytical derivatives.Geophysics,76(5):F303-F313,doi:10.1190/geo2010-0237.1
Edwards R N,Chave A D.1986.A transient electric dipole-dipole method for mapping the conductivity of the sea floor.Geophysics,51(4):984-987,doi:10.1190/1.1442156.
Edwards R N.1997.On theresource evalution of marine gas hydrate deposits using sea-floor transient electric dipole-dipole methods.Geophysics,62(1):63-74,doi:10.1190/1.1444146.
Eidesmo T,Ellingsurd S,MacGregor L M,et al.2002.Sea bed Logging(SBL),a new method for remote and direct identification of hydrocarbon filled layers in deepwater areas.FirstBreak,20(3):144-152,doi:10.1046/j.1365-2397.2002.00264.x.
Everett M E,Constable S C.1999.Electric dipole fields over an anisotropic seafloor:theory and application to the structure of 40Ma Pacific Ocean lithosphere.GeophysicalJournalInternational,136:41-56,doi:10.1046/j.1365-246X.1999.00725.x.
Freund R W.1993.A transpose-free quasi-minimal residual algorithm for non-Hermitian linear systems.SIAMJ.Sci.Stat.Comput,14:470-482,doi:10.1137/0914029.
Gellert W,Kuestner H,Hellwich M,et al.1986.Mathematik,VEB BibliographischesInstitut,Leipzig
Gribenko A,Zhdanov M S.2007.Rigorous 3Dinversion of marine CSEM databased on the integral equation method.Geophysics,72(2):WA73-WA84,doi:10.1190/1.2435712.
Hoversten G M,Morrison H F,Constable S C.1998.Marine magnetotellurics for petroleum exploration,Part II:Numerical analysis of subsalt resolution.Geophysics,63(3):826-840,doi:10.1190/1.1444394.
HunzikerJ,Slob E,Mulder W.2011.Effects of the airwave in timedomain marine controlled-source electromagnetics.Geophysics,76(4):F251-F261,doi:10.1190/1.3587222.
Kong F N,Johnstad S E,R?sten T,et al.2008.A 2.5Dfiniteelement-modeling difference method for marine CSEM modeling in stratified anisotropic media.Geophysics,73(1):F9-F19,doi:10.1190/1.2819691.
Liu C,Zhou F,Lin J.2012.Simulation and analysis on the prospecting capability of marine controlled-source electromagnetic methods to hydrocarbon reservoirs.ChineseJournalofRadio Science,27(4):747-772.
Liu Y,Yin C,Weng A,et al.2012.Attitude effect for marine CSEM system.ChineseJ.Geophys.,55(8):2757-2768.doi:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.08.027.
Li Y,Dai S.2011.Finite element modelling of marine controlledsource electromagnetic responses in two-dimensional dipping anisotropic conductivity structures.GeophysicalJournal International,185:622-636,doi:10.1111/j.1365-246X.2011.04974.x.
L?seth L O,Ursin B.2007.Electromagnetic fields in planarly layered anisotropic media.GeophysicalJournalInternational,107:44-80,doi:10.1111/j.1365-246X.200703390.x.
Mittet R, Morten J P.2013.The marine controlled-source electromagnetic method in shallow water.Geophysics,78(2):E67-E77,doi:10.1190geo2012-0112.1.
Newman G A,Alumbaugh D L.1995.Frequency-domain modelling of airbone electromagnetic responses using staggered finite differences.GeophysicalProspecting,43:1021-1042,doi:10.1111/j.1365-2478.1995.tb00294.x.
Newman G A,Commer M,Carazzone J J.2010.Imaging CSEM data in the presence of electrical anisotropy.Geophysics,75(2):F51-F61,doi:10.1190/1.3295883.
Um E S,Alumbaugh D L.2007.On the physics of the marine controlled-source electromagnetic method.Geophysics,72(2):WA13-WA26,doi:10.1190/1.2432482.
Weiss C J,Constable S.2006.Mapping thin resistors and hydrocarbons with marine EM methods,PartⅡ—Modeling and analysis in 3D.Geophysics,71(6):G321-G332,doi:10.1190/1.2356908.
Wiik T,Ursin B,Hokstad K.2013.2.5DEM modelling in TIV conductive media and the effect of anisotropy in normalized amplitude responses.JournalofGeophyscisandEngineering,2013(10):1-10,doi:10.1088/1742-2132/10/1/015006.
Sasaki Y.2013.3Dinversion of marine CSEM and MT data:An approach to shallow-water problem.Geophysics,78(1):E59-E65,doi:10.1190/geo2012-0094.1.
Sinba M C,Patel P D,Unsworth M J,et al.1990.An active source electromagnetic sounding system for marine use.MarineGeophysicalResearch,12(1-2):59-68,doi:10.1007/BF00310563.
Yin C.2006.MMT forward modeling for a layered earth with arbitrary anisotropy.Geophysics,71(3):G155-G128,doi:10.1190/1.2197492.
Yang B,Xu Y X,He Z X,et al.2012.3Dfrequency-domain modeling of marine controlled source electromagnetic responses with topography using finite volume method.ChineseJ.Geophys.(in China),55(4):1390-1399.doi:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.04.035.
Yin C C,Liu Y H,Weng A H,et al.2012.Research on marine controued-source electromagnetic method airwave.Journalof JilinUniversity(EarthScienceEdition),42(5):1506-1520,doi:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.08.027.
Zhdanov M S.2002.Geophysical inverse theory and regularization problems:Elsevier Science Publ.Co.,Inc.
Zhdanov M S,Lee S K,Yoshioka K.2006.Integral equation method for 3Dmodeling of electromagnetic fields incomplex structures with inhomogeneous background conductivity.Geophysics,71(6):G333-G345,doi:10.1190/1.2358403.
附中文參考文獻(xiàn)
陳桂波,汪宏年,姚敬金等.2009.各向異性海底地層海洋可控源電磁響應(yīng)三維積分方程法數(shù)值模擬.物理學(xué)報(bào),58(06):3848-3857,doi:10.7498/aps.58.3848.
劉長(zhǎng)勝,周逢道,林君.2012.海洋可控源電磁法對(duì)油氣探測(cè)能力的仿真分析.電波科學(xué)學(xué)報(bào),27(4):747-772.
劉云鶴,殷長(zhǎng)春,翁愛(ài)華等.2012.海洋可控源電磁法發(fā)射源姿態(tài)影響研究.地球物理學(xué)報(bào),55(8):2757-2768,doi:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.08.027.
楊波,徐義賢,何展翔等.2012.考慮海底地形的三維頻率域可控源電磁響應(yīng)有限體積法模擬.地球物理學(xué)報(bào),55(4):1390-1399,doi:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.04.035.
殷長(zhǎng)春,劉云鶴,翁愛(ài)華等.2012.海洋可控源電磁法空氣波研究現(xiàn)狀及展望.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版),42(5):1506-1520,doi:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.08.027.