各向异性介质多次覆盖可控源电磁法三维高效数值模拟与反演成像及最佳观测系统研究

This project presents a multiple coverage controlled-source electromagnetic method with multi-directional excitation and whole region observation. The method combines "electromagnetic induction sounding" and "geometric sounding", and has solid and complete theoretical foundation and possesses good characteristics. It is an ideal electromagnetic prospecting method. The project is aimed at studying optimal observation system, three-dimensional highly-efficient numerical simulation method, and inversion and imaging method for multiple coverage controlled-source electromagnetic method with multi-directional excitation and whole region observation. To implement prospecting using multiple coverage controlled-source electromagnetic method with multi-directional excitation and whole region observation, optimal observation system is premise, three-dimensional highly-efficient numerical simulation method is foundation, and three-dimensional highly-efficient inversion and imaging method is the core. Through studying optimal observation system, three-dimensional highly-efficient numerical simulation method, and three-dimensional highly-efficient inversion and imaging method, the goal of this project is to resolve the "premise problem", "foundation problem" and "core problem", and to provide key method and technique support for carrying out multiple coverage controlled-source electromagnetic prospecting. The research work in this project is expected to have theoretical significance and application value.

本项目提出一种多方位激发全区观测多次覆盖可控源电磁法，该方法将“电磁感应测深”和“几何测深”有机融合，具有坚实而完备的理论基础和诸多优良的特性，是一种比较理想的可控源电磁勘探方法。本项目开展多方位激发全区观测多次覆盖可控源电磁法最佳观测系统研究以及相应的各向异性介质三维高效数值模拟方法及反演成像方法研究。开展多方位激发全区观测多次覆盖可控源电磁法勘探，前提是最佳观测系统，基础是各向异性介质三维高效数值模拟方法，核心是各向异性介质三维高效反演成像方法。通过最佳观测系统研究及三维高效数值模拟方法及反演成像方法研究，解决开展多方位激发全区观测多次覆盖可控源电磁法勘探的“前提问题、“基础问题”和“核心问题”，为开展多方位激发全区观测多次覆盖可控源电磁法勘探提供关键的方法技术支撑，对提高可控源电磁法的勘探能力和勘探效果具有重要理论意义和实用价值。

传统可控源电磁法存在如下问题：①场源激发、极化模式和测量方式固化单一；②存在“近区效应”和“过渡区效应”；③获取探测目标体的信息非常有限，且其测量数据的分辨率和信噪比都相对较低。为了克服这些问题，本项目借用地震勘探行之有效的多次覆盖工作方法，结合海洋电磁法和高密度电法的勘探实践，提出多次覆盖可控源电磁法理论。该方法将“电磁感应测深”和“几何测深”有机融合，在全区域进行观测，能充分利用“近区”和“过渡区”信息，提升勘探的效果。项目中以数值模拟和反演成像方法为工具，对多次覆盖可控源电磁法理论及其观测系统进行了模拟研究，取得了如下成果：.1、.提出了多次覆盖可控源电磁法的基本理论。定义了多次覆盖人工源电法勘探概念及其工作方式，总结了多方位激发全区观测多次覆盖观测系统的优良特性。.2、.研究了各向异性介质三维高效数值模拟方法。该方法采用积分方程、谱方法和有限元法相结合，将大规模三维数值模拟问题分解成多个相对独立的小问题，这些小问题计算量小，采用并行算法可以实现三维高效数值模拟。采用理论模型验证了算法的正确性和效率。.3、.研究了各向异性介质三维高效反演成像方法，研究采用逆散射方法实现各向异性介质三维高效反演成像。采用理论模型验证了算法的有效性和反演精度。.4、.通过理论分析和数值模拟相结合的方法给出观测系统设计的原则和方法，通过数值模拟和反演成像方法给出观测系统优化方法。利用理论模型分别对多次覆盖二维和三维观测系统进行了详细模拟研究与分析，采用实测数据算例证明了本项目多次覆盖CSEM理论方法的可行性及其在油气资源勘探中的应用潜力。.本项目通过最佳观测系统研究及三维高效数值模拟方法及反演成像方法研究，为开展多方位激发全区观测多次覆盖可控源电磁法勘探提供关键的方法技术支撑，对提高可控源电磁法的勘探能力和勘探效果具有重要理论意义和实用价值。