各向异性海洋可控源电磁三维数值模拟及其影响研究

Marine controlled source electromagnetics (MCSEM) is developing rapidly in recent years, which is a worldwide new technique for seabed oil & gas exploration. It has been caused great attention in China as well. However, the most data processings of marine CSEM are still carried out by qualitative intrepretation using magnitude versus offset (MVO) curve of electromagnetic fields, on the basis of 1D analytical solution and 2D numeircal simulation. It is very necessary to develope an accurate 3D marine CSEM modeling and inversion method. Meanwhile, the electrical conductivity of seabed layer shows obvious anisotropy in many cases. The electromagnetic field in anisotropic medium differs greatly from the field in the isotropic medium, resulting in very large deviation or serious mistake in data interpretation of marine CSEM while the present isotropic medium theory is employed. The 3D marine forward modeling for anisotropic medium is not well solved interationally so far and, there is no report on how the anisotropy changes 3D marine CSEM inversion results. Therefore, the study on 3D anisotropic modeling of marine controlled source electromagnetics and the effect of anisotropy in this project is at the forefront of internatioal marine CSEM research. It is also an urgent role to be reserved for marine electromagnetic explorations in our country，and hope to obtain some new fruits.

海洋可控源电磁法（CSEM）是国际上近年来快速发展的海底油气资源勘探新技术，在国内也已引起极大的关注。目前海洋CSEM实际资料处理主要基于一维解析和二维数值模拟，采用电磁场振幅随偏移距变化MVO曲线的定性解释，研究高精度三维数值模拟技术和反演方法非常必要。同时,由于海底地层的电导率许多情况下表现为各向异性特征，与各向同性介质中的电磁场相比，畸变严重，导致现阶段基于各向同性地电模型的海洋CSEM资料解释可能出现难于预料的偏差,甚至严重错误。电导率各向异性海洋CSEM三维正演目前国际上尚少见，各向异性对海洋CSEM三维反演有何影响则未见报道。因此，本课题拟开展各向异性海洋可控源电磁三维数值模拟及其影响研究是海洋CSEM的国际前沿，也是我国开展海洋电磁勘探急待解决的关键问题，并有望取得新的成果。

海洋可控源电磁法（CSEM）的一、二维定性解释难于满足海底油气资源勘探实际需要，同时海底地层电导率具各向异性，导致资料解释可能出现难于预料的偏差。因此各向异性海洋CSEM三维数值模拟及其影响研究一直是国际前沿课题。.我们国际上第一次实现了海洋CSEM三维矢量非结构有限元数值模拟，避免了传统节点有限元中由于电磁场无散特性和电场法向分量不连续导致的伪解问题，并可模拟复杂异常体和海底地形。一维、二维模型的数值模拟结果分别与解析解和已有的二维自适应非结构有限元模拟结果吻合很好，计算误差基本小于１％。带地形模型的数值模拟结果显示，海底地形对电场影响很大，有可能掩盖海底油气藏产生的异常。.进一步实现了电导率任意各向异性海洋CSEM三维矢量有限元数值模拟，新的正演方法基于二次场矢量有限元模拟，提高了计算精度。一维、二维电导率各向异性模型电磁场数值解分别与解析解和已有文献采用的非结构有限元模拟结果十分吻合。三维模型数值结果显示，电导率各向异性张量的主轴分量和欧拉角对不同装置海洋CSEM响应均有着明显影响。具体而言，海底围岩电阻率各向异性影响远大于储层各向异性，且VTI介质影响要大于HTI。电导率任意各向异性时间域海洋CSEM三维矢量非结构有限元模拟结果表明，各向异性对区分海底油气和水有帮助。最后实现了各向同性三维海洋CSEM非线性共轭梯度反演，这样基于电导率任意各向异性海洋CSEM三维矢量有限元数值模拟，可以对三维各向异性模型的海洋CSEM数据进行各向同性反演。结果表明，介质各向异性，特别是海底围岩介质各向异性，对三维反演解释造成非常大偏差。.该课题形成的海洋CSEM三维正、反演软件已经给中国石油集团东方地球物理勘探公司(BGP)在用，并取得一定效果，对我国刚起步不久的海洋油气可控源电磁勘探有积极影响。在该课题资助下，已发表论文10篇，其中SCI论文8篇（含2篇国际SCI），1篇EI论文。培养9名研究生，其中5人获博士学位，4人获硕士学位。圆满完成课题计划的各项任务。