超低频极低频海底电磁探测基础研究

In future, the exploration and development of oil and gas resources in deep seabed and undersea continental shelf are important strategic measure to ensure the energy security of China, which are also the required background of this project. We will be interested mainly in the propgation of SLF/ELF (SLF: 300Hz-30Hz; ELF: below 30Hz) electromagnetic wave concerning with the seabed CSEM exploration. In particular, we will attempt to investigate the mechanism of SLF/ELF wave propagation in different regions, such as layered strata or rock, sea, anisotropic Earth-ionosphere waveguide, and anisotropic ionosphere. The research contents include the following respects: the solutions in frequency domain and time domain for the near-field radiated by SLF/ELF horizontal antennas located on the ground; the full-wave solutions for the electromagnetic field in anisotropic earth-ionosphere waveguide or the seabed surface radiated by a horizontal antennas on or near the ground; the analysis on SLF/ELF multimode interference and phas stability. Through the study above-mentioned, the achievements of this project will lay a solid foundation for the marine electromagnetic exploration in China.

未来很长时间，开发海底大陆架及深海海底油气资源将是保证我国能源安全供应的重要战略举措之一，也是本项目研究的需求背景。本项目针以海底可控源电磁勘探相关的超低频（SLF：300Hz-30Hz）和极低频（ELF：30Hz以下）波传播为研究对象，研究SLF/ELF波在分层地层或岩层、海水、"地-各向异性电离层波导"和各向异性电离层等不同媒质中的传播机理。主要研究内容包括：研究分层媒质中SLF/ELF水平线天线激励的近区场的频域解和时域解；研究地面SLF/ELF水平线天线在"地-各向异性电离层波导"及海底激励的场；研究SLF/ELF波多模干涉现象及相位稳定性分析。通过深入研究位于海底或者地面上可控源激励的SLF/ELF波在电离层、地-各向异性电离层波导、海水以及海底岩层等区域传播规律的研究，为电磁勘探在我国海洋领域的全面发展打下坚实的基础。

本项目（超低频极低频海底电磁探测基础研究）的研究背景在于为我国我国海洋资源电磁勘探的发展提供理论基础。众所周知，海洋区域是21世纪人类重要的能源基地，据估计，全球仅深水区潜在石油储量可能超过1000亿桶。采用海洋电磁探测技术开展含油气性定性识别和定量评价，可以有效降低勘探开发风险。本课题针以海底地质勘探的电磁辐射与传播机理为研究对象，通过理论分析与数值仿真研究位于海底或者地面上可控源激励的超低频（SLF：30～300Hz）和极低频（ELF：30Hz以下）电磁波在“地–各向异性电离层波导”、海水以及海底岩层等区域传播规律。从而为电磁勘探在我国海洋领域的全面发展打下坚实的理论基础。.. 本项目的研究内容主要包括：研究分层媒质中SLF/ELF水平线天线激励的近区场的频域解和时域解；研究SLF/ELF水平线天线在“地–各向异性电离层波导”及海底激励的场；研究SLF/ELF波沿海底岩层的传播机理；研究SLF/ELF波多模干涉现象及相位稳定性分析。. . 本项目的重要结果主要包括： SLF/ELF波沿海底多层岩层的传播机理研究和可控源海洋电磁勘探法； SLF/ELF波在地下、空气层、电离层不同区域的传播激励研究；分层媒质中SLF/ELF水平线天线激励的近区场的频域解和时域解；SLF/ELF水平线天线在“地-各向异性电离层波导/腔体”激励的场。.. 本项目的科学意义在于：在本课题的支持下，我们出版了国内第一本有关SLF/ELF波传播的英文专著（Weiyan Pan and Kai Li, Propagation of SLF/ELF Electromagnetic Waves, Springer jointly ZJU Press, August 2014），系统地阐述了我们多年来在SLF/ELF波传播研究领域的原创性的研究成果，为我们海洋电磁勘探等领域的应用打下坚实的理论基础。