不同海洋可控源電磁法對(duì)海底低阻目標(biāo)體的探測(cè)能力對(duì)比分析

周建美,李 貅,戚志鵬

(長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院,陜西西安710054)

周建美,李貅,戚志鵬.不同海洋可控源電磁法對(duì)海底低阻目標(biāo)體的探測(cè)能力對(duì)比分析[J].石油物探,2017,56(6):-889

ZHOU Jianmei,LI Xiu,QI Zhipeng.Comparative analysis on detection capability of two marine CSEM methods to seabed conductivity targets[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2017,56(6):-889

不同海洋可控源電磁法對(duì)海底低阻目標(biāo)體的探測(cè)能力對(duì)比分析

周建美,李 貅,戚志鵬

(長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院,陜西西安710054)

深海低阻熱液硫化物礦海洋可控源電磁法勘探主要采用時(shí)間域海底中心回線或重疊回線裝置。以往對(duì)不同海洋電磁勘探裝置探測(cè)能力的對(duì)比研究主要針對(duì)海底高阻油氣藏目標(biāo)體,而對(duì)于深海低阻目標(biāo)體探測(cè)能力的討論和分析較少。為此,研究對(duì)比了頻率域和時(shí)間域深拖拽發(fā)射-接收裝置對(duì)深海低阻目標(biāo)體的探測(cè)能力,通過(guò)計(jì)算典型深水域三維低阻目標(biāo)體模型的電場(chǎng)響應(yīng)、歸一化電場(chǎng)響應(yīng)和空間中電場(chǎng)分布特點(diǎn),分析了兩種不同海洋電磁方法的應(yīng)用效果,得到以下結(jié)論：①頻率域和時(shí)間域深拖拽發(fā)射-接收裝置均能探測(cè)到深海三維低阻目標(biāo)體的電場(chǎng)異常;②對(duì)于典型的深海低阻目標(biāo)體,頻率域電磁法的異常幅值大于時(shí)間域電磁法。

海洋可控源電磁法;發(fā)射-接收裝置;深海低阻目標(biāo)體;探測(cè)能力;三維正演

海洋可控源電磁法勘探包括海底高阻油氣資源勘探[1-5]、深海熱液硫化物礦勘探[6]、海底工程檢測(cè)[7]等,能夠有效進(jìn)行油氣層識(shí)別和海上油氣儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)[1-4],2000年以來(lái)得到了大力發(fā)展[8-9]。針對(duì)不同水深和油氣藏規(guī)模,海洋電磁法發(fā)展了多種不同的電磁勘探裝置[10-16],如頻率域深拖拽發(fā)射-接收裝置、頻率域淺拖拽發(fā)射-接收裝置、時(shí)間域深拖拽發(fā)射-接收裝置、時(shí)間域淺拖拽發(fā)射-接收裝置、時(shí)間域海底垂直發(fā)射-垂直接收裝置等。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同海洋電磁法勘探裝置的高阻目標(biāo)體探測(cè)能力進(jìn)行了很多對(duì)比研究,如SHANTSEV等[17]、GUO等[18]比較了頻率域深拖拽和淺拖拽裝置在不同水深情況下對(duì)海底高阻目標(biāo)體的探測(cè)能力,建議在深水域采用深拖拽裝置,淺水域采用淺拖拽裝置。GOLDMAN等[19]比較了頻率域深拖拽水平發(fā)射-固定陣列接收裝置、時(shí)間域海底垂直發(fā)射-垂直接收裝置、時(shí)間域回線源裝置對(duì)海底高阻目標(biāo)體的探測(cè)能力,建議在深水域采用頻率域方法,淺水域以及橫向小目標(biāo)體探測(cè)采用時(shí)間域方法。MACGREGOR等[10]對(duì)各類裝置探測(cè)海底高阻目標(biāo)體的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的總結(jié)。

深海熱液硫化物礦[20]廣泛分布于深海的大洋擴(kuò)張脊和火山構(gòu)造帶等區(qū)域,具有顯著的經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值。日益增長(zhǎng)的資源需求推動(dòng)著海底礦產(chǎn)勘探的發(fā)展,海洋可控源電磁法在深海熱液硫化物礦勘探中的應(yīng)用得到越來(lái)越多的關(guān)注[6,21-23]。深海熱液硫化物礦是一種典型的低阻目標(biāo)體,相應(yīng)的深海低阻目標(biāo)體電磁法探測(cè)主要采用時(shí)間域海底中心回線或重疊回線裝置[6,21-22]。而目前廣泛應(yīng)用的海洋電磁法各類裝置[11-16]主要應(yīng)用于海底高阻油氣探測(cè),關(guān)于深海低阻目標(biāo)體探測(cè)能力的討論和分析較少。本文研究分析了目前廣泛應(yīng)用的海洋電磁法裝置對(duì)深海低阻目標(biāo)體(以熱液硫化物礦為例)的探測(cè)能力。考慮深海區(qū)域的目標(biāo)體探測(cè)采用淺拖拽裝置接收信號(hào)時(shí)需要經(jīng)過(guò)兩次厚的海水層吸收,會(huì)導(dǎo)致電磁信號(hào)幅值過(guò)小[17],同時(shí)考慮到海底操作的效率,本文主要針對(duì)工作效率較高的頻率域深拖拽發(fā)射-接收裝置[12]和時(shí)間域深拖拽發(fā)射-接收裝置[14]進(jìn)行討論。通過(guò)計(jì)算典型的深海三維低阻目標(biāo)體模型的電場(chǎng)響應(yīng),分析這兩類海洋電磁法勘探裝置對(duì)深水域低阻目標(biāo)體的探測(cè)能力。

1 正演理論

三維頻率域正演電磁響應(yīng)采用耦合勢(shì)有限體積法計(jì)算[24]。頻率域電磁法滿足的控制方程為：

(1)

式中:E為頻率域電場(chǎng)強(qiáng)度矢量,J為外加電性源,ω為圓頻率,μ0為真空磁導(dǎo)率,σ為地層電導(dǎo)率。引入電場(chǎng)的矢勢(shì)A和標(biāo)勢(shì)φ,將電場(chǎng)分解為無(wú)散場(chǎng)和無(wú)旋場(chǎng)之和：

(2)

控制方程轉(zhuǎn)換為關(guān)于矢勢(shì)與標(biāo)勢(shì)的混合Helmholtz方程：

式中:Ax,Ay和Az為矢勢(shì)A在直角坐標(biāo)系中的3個(gè)分量;Jx,Jy和Jz為電性源J在直角坐標(biāo)系中的3個(gè)分量。選擇足夠大的計(jì)算區(qū)域Ω,則在區(qū)域外邊界?Ω上的電磁場(chǎng)將非常小,因此可以采用簡(jiǎn)單的截?cái)噙吔鐥l件：

(4)

其中,n為邊界單位矢量。為了求解控制方程(3)在邊界條件(4)下的數(shù)值解,采用Yee氏交錯(cuò)網(wǎng)格對(duì)求解區(qū)域進(jìn)行空間離散,利用高斯定理對(duì)旋度和散度算子進(jìn)行離散處理,發(fā)射源采用直接離散方法,最終得到關(guān)于矢勢(shì)A和標(biāo)勢(shì)φ的離散控制方程：

(5)

式中:系數(shù)矩陣F為大型非對(duì)稱稀疏復(fù)矩陣,X為離散網(wǎng)格上的未知數(shù),Q為離散的源項(xiàng)。采用直接法求解器PARDISO[25]求解該離散方程,得到三維頻率域正演電磁響應(yīng)。

三維時(shí)間域正演電磁響應(yīng)采用基于隱式時(shí)間步迭代的擬態(tài)有限體積法計(jì)算。忽略位移電流,回線源瞬變電磁法對(duì)應(yīng)的時(shí)間域Maxwell方程為：

式中:e是時(shí)間域電場(chǎng)強(qiáng)度矢量,b是時(shí)間域磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量,t是時(shí)間,s是時(shí)間域外加源項(xiàng)。采用簡(jiǎn)單的自然邊界條件

(7)

則回線源瞬變電磁法在t=0時(shí)刻空間中只存在穩(wěn)定的磁場(chǎng)分布,即初始條件為:

(8)

式中,b0為t=0時(shí)刻空間中的磁場(chǎng)分布。將(8)式采用弱形式表示,并采用Yee氏交錯(cuò)網(wǎng)格進(jìn)行空間離散,利用積分形式的斯托克斯定理處理電場(chǎng)旋度的離散,得到控制方程空間離散的矩陣表示。采用關(guān)斷源,并采用無(wú)條件穩(wěn)定的歐拉后向差分格式進(jìn)行時(shí)間步離散,得到最終的離散控制方程為：

(9a)

bn=bn-1-ΔtCURLen

(9b)

式中:CURL為旋度算子的離散形式,Mμ和Mσ分別為磁導(dǎo)率μ0和電導(dǎo)率σ離散形成的矩陣,Δt為迭代時(shí)間步長(zhǎng),en和bn分別為第n次時(shí)間步迭代得到的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。先通過(guò)解析求得初始場(chǎng)b0,然后通過(guò)求解時(shí)間步迭代的線性方程組(9),即可得到不同時(shí)刻的電磁場(chǎng)響應(yīng)。本文采用直接法求解器PARDISO[25]求解線性方程組(9),同時(shí),為了保證計(jì)算精度和效率,選取分段等間隔的時(shí)間步長(zhǎng)。

2 探測(cè)能力分析

頻率域和時(shí)間域深拖拽發(fā)射-接收裝置探測(cè)深海三維低阻目標(biāo)體模型設(shè)置參考文獻(xiàn)[6]中的一維熱液硫化物礦模型。當(dāng)海水深度大于1000m時(shí)認(rèn)為是深海域[8],可以忽略空氣層,因此可以設(shè)置如圖1所示的正演模型。該模型上半空間為海水層,電導(dǎo)率為3S/m;海底地層電導(dǎo)率為1S/m,海底下方20m存在一個(gè)電導(dǎo)率為20S/m的三維矩形低阻目標(biāo)體,其x方向長(zhǎng)度為500m,y方向長(zhǎng)度為500m,z方向厚度為30m。采用海底深拖拽水平發(fā)射-水平接收裝置,發(fā)射源與接收機(jī)位于同一高度,操作方便,距離海底上方5m,發(fā)射源水平方向距離海底下方三維目標(biāo)體邊界100m(圖1)。

2.1 頻率域響應(yīng)分析

在探測(cè)埋深較大的高阻油氣藏時(shí),一般采用較低的發(fā)射頻率(0.1～10.0Hz)。由于本文研究的低阻目標(biāo)體埋深較淺,因此采用相對(duì)高的發(fā)射頻率(100Hz)[11]。深海域海洋電磁法在100Hz時(shí)的噪聲水平為2×10-15V/Am2[11]。發(fā)射源位置水平方向距離海底下方三維目標(biāo)體邊界100m,如圖1所示,隨船拖拽的多個(gè)接收機(jī)與發(fā)射機(jī)位于同一高度。圖2 為不同偏移距時(shí)頻率域深拖拽水平發(fā)射-接收裝置的響應(yīng)振幅和歸一化振幅。圖2a中黑色圓圈為采用開(kāi)源軟件Dipole 1D[26]計(jì)算的不含異常體的一維模型的解析解,紅色曲線為采用三維耦合勢(shì)有限體積算法計(jì)算的不含異常體的一維模型的數(shù)值解,藍(lán)色曲線為采用三維耦合勢(shì)有限體積算法計(jì)算的三維模型(如圖1所示)的數(shù)值解,黑色虛線為噪聲水平;圖2b 為存在3D低阻體的電場(chǎng)響應(yīng)相對(duì)不含低阻體的半空間模型的歸一化振幅。圖2a中黑色圓圈與紅色曲線重合,說(shuō)明本文算法的計(jì)算結(jié)果是有效的。圖2a 中紅色曲線和藍(lán)色曲線對(duì)比可知,該裝置對(duì)于海底低阻目標(biāo)體存在顯著異常,最小歸一化振幅小于0.02,最大異常響應(yīng)位于偏移距500m處(圖2b),其主要的異常響應(yīng)均大于噪聲水平,說(shuō)明該裝置能夠有效地探測(cè)海底低阻異常。

圖1 三維模型

圖2 三維模型頻率域深拖拽水平發(fā)射-接收裝置電場(chǎng)響應(yīng)(a)和歸一化振幅(b)

圖3 不含低阻異常體模型電場(chǎng)幅值及電流分布(等值線表示電場(chǎng)分布,箭頭表示電流方向)

圖4 不含低阻異常體的三維模型x方向電場(chǎng)Ex幅值分布

圖5 含有低阻異常體模型的電場(chǎng)幅值及電流分布(等值線表示電場(chǎng)分布,箭頭表示電流方向)

圖6 含有低阻異常體的三維模型x方向電場(chǎng)Ex幅值分布

2.2 時(shí)間域響應(yīng)分析

采用時(shí)間域深拖拽發(fā)射-接收裝置探測(cè)深海三維低阻熱液硫化物礦目標(biāo)體類似于長(zhǎng)偏移距瞬變電磁法[27-29],存在最優(yōu)化偏移距選取問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)比不同偏移距情況下一維低阻模型的瞬變電磁響應(yīng),得到近似最優(yōu)化的偏移距。圖7為一維低阻層狀模型,分別計(jì)算偏移距為50,100,300,500,800m的模型地層響應(yīng),如圖8所示。其中實(shí)線為不含低阻層的半空間地層響應(yīng),虛線為含有低阻層的地層響應(yīng)。由圖8可見(jiàn),當(dāng)偏移距為300m時(shí),低阻層的異常響應(yīng)最大。當(dāng)偏移距逐漸大于300m或者小于300m時(shí),低阻層的異常響應(yīng)都表現(xiàn)為逐漸減小,可知圖7所示的一維低阻層狀模型最優(yōu)化偏移距在300m左右。因此,本文在隨后計(jì)算圖1所示三維模型的瞬變電磁響應(yīng)時(shí),偏移距選取300m。

圖7 一維低阻層狀模型

圖8 一維低阻層狀模型的時(shí)間域深拖拽水平發(fā)射-接收裝置響應(yīng)(實(shí)線為不含低阻層的半空間地層響應(yīng),虛線為含有低阻層的地層響應(yīng))

采用三維有限體積正演算法計(jì)算圖1所示三維模型的正演響應(yīng)。圖9為時(shí)間域深拖拽水平發(fā)射-接收裝置的電場(chǎng)響應(yīng)振幅和歸一化振幅,其中圖9a中黑色圓圈為采用開(kāi)源軟件Dipole1D結(jié)合正余弦數(shù)字濾波算法[30]計(jì)算得到的不含低阻異常體的一維模型的解析解,紅色曲線為采用三維有限體積算法計(jì)算的不含低阻異常體的一維模型的數(shù)值解,藍(lán)色曲線為采用三維有限體積算法計(jì)算的三維低阻模型的數(shù)值解,黑色虛線為噪聲水平[31];圖9b為存在三維低阻體的電場(chǎng)響應(yīng)相對(duì)不含低阻異常體的一維模型的歸一化振幅。圖9a中黑色圓圈與紅色曲線重合,說(shuō)明本文算法的計(jì)算結(jié)果是有效的。圖9a中紅色曲線和藍(lán)色曲線對(duì)比可知,時(shí)間域深拖拽水平發(fā)射-接收裝置對(duì)于海底低阻目標(biāo)體存在明顯異常,最小歸一化振幅為0.55,最大異常響應(yīng)位于5×10-3s時(shí)刻。其主要異常響應(yīng)均大于噪聲水平,說(shuō)明該裝置能夠有效探測(cè)海底低阻異常。

為了清晰地理解時(shí)間域深拖拽水平發(fā)射-接收裝置對(duì)海底低阻體的探測(cè)原理,繪制了含有低阻目標(biāo)體和不含低阻目標(biāo)體的三維模型電流和電場(chǎng)分布圖。圖10為不含低阻異常體的模型在10-5s時(shí)刻x方向電場(chǎng)Ex幅值分布圖,圖11為含有低阻異常體的模型在10-5s時(shí)刻x方向電場(chǎng)Ex幅值分布圖;圖12為不含低阻異常體的模型在10-2s時(shí)刻x方向電場(chǎng)Ex幅值分布圖,圖13 為含有低阻異常體的模型在10-2s時(shí)刻x方向電場(chǎng)Ex幅值分布圖。由圖10和圖11可知,在10-5s時(shí)刻,三維低阻異常體的存在雖然能夠?qū)е缕渌趨^(qū)域場(chǎng)值減小,從而導(dǎo)致空間中的電場(chǎng)分布產(chǎn)生畸變,但由于能量主要集中在發(fā)射源附近,因此三維低阻異常體的存在對(duì)于300m接收點(diǎn)處的電場(chǎng)分布影響甚微,表現(xiàn)為圖9中10-5s時(shí)刻存在三維低阻異常體和不存在三維低阻異常體兩種情況的電場(chǎng)幅值|Ex|相同。隨著時(shí)間增加,能量逐漸向外擴(kuò)散,三維低阻異常體對(duì)接收點(diǎn)信號(hào)的影響逐漸增大,表現(xiàn)為圖9 中歸一化振幅隨時(shí)間增加逐漸減小,到5×10-3s時(shí)刻三維低阻異常體對(duì)接收點(diǎn)信號(hào)的影響達(dá)到最大,此后隨著時(shí)間增加,三維低阻異常體的影響逐漸減小,對(duì)應(yīng)接收點(diǎn)處的歸一化振幅逐漸增大。對(duì)比圖12和圖13 可知,在10-2s時(shí)刻,三維低阻異常體的存在導(dǎo)致電場(chǎng)幅值|Ex|的分布產(chǎn)生較大畸變,三維低阻異常體對(duì)能量的強(qiáng)吸收作用導(dǎo)致接收點(diǎn)處的電場(chǎng)幅值低于不含三維低阻異常體時(shí)的電場(chǎng)幅值,對(duì)應(yīng)圖9中10-2s時(shí)刻電場(chǎng)的歸一化振幅小于1.0。

圖9 三維低阻模型的時(shí)間域深拖拽水平發(fā)射-接收裝置電場(chǎng)響應(yīng)(a)與歸一化振幅(b)

圖10 不含低阻異常體的模型在10-5s時(shí)刻x方向電場(chǎng)Ex幅值分布

圖11 含有低阻異常體的模型在10-5s時(shí)刻x方向電場(chǎng)Ex幅值分布

圖12 不含低阻異常體的模型在10-2s時(shí)刻x方向電場(chǎng)Ex幅值分布

圖13 含有低阻異常體的模型在10-2s時(shí)刻x方向電場(chǎng)Ex幅值分布

3 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了頻率域和時(shí)間域深拖拽發(fā)射-接收裝置對(duì)于深海三維低阻目標(biāo)體的探測(cè)能力。通過(guò)計(jì)算典型的深水域三維低阻目標(biāo)體模型的電場(chǎng)響應(yīng)、歸一化電場(chǎng)響應(yīng)和空間中電場(chǎng)分布特點(diǎn),分析了兩種不同海洋電磁方法的應(yīng)用效果,取得以下成果：

對(duì)于本文所計(jì)算的三維模型,頻率域響應(yīng)的最大異常位于偏移距500m處,時(shí)間域響應(yīng)的最大異常位于偏移距300m處。頻率域和時(shí)間域深拖拽發(fā)射-接收裝置均能夠在小偏移距觀測(cè)到深海三維低阻目標(biāo)體的電場(chǎng)異常,頻率域響應(yīng)的最小歸一化振幅小于0.02,時(shí)間域響應(yīng)的最小歸一化振幅為0.55,頻率域電磁法的異常幅值要明顯大于時(shí)間域電磁法。

本文研究?jī)?nèi)容能夠?yàn)楹Ｑ箅姶欧碧?特別是小目標(biāo)體和深海熱液硫化物礦勘探提供一定的參考。

[1] EIDESMO T,ELLINGSRUD S,MACGREGOR L,et al.Sea bed logging (SBL),a new method for remote and direct identification of hydrocarbon filled layers in deepwater areas[J].First Break,2002,20(3):144-152

[2] ELLINGSRUD S,EIDESMO T,JOHANSEN S,et al.Remote sensing of hydrocarbon layers by seabed logging (SBL):results from a cruise offshore Angola[J].The Leading Edge,2002,21(10):972-982

[3] 沈金松,陳小宏.海洋油氣勘探中可控源電磁探測(cè)法 (CSEM) 的發(fā)展與啟示[J].石油地球物理勘探,2009,44(1):119-127

SHEN J S,CHEN X H.Development and enlightenment of controlled-source electromagnetic (CSEM) surveying method in marine oil/gas exploration[J].Oil Geophysical Prospecting,2009,44(1):119-127

[4] 湯文武,李耀國(guó),柳建新,等.基于二次電場(chǎng)的可控源電磁法三維矢量有限元正演模擬[J].石油物探,2015,54(6):665-673

TANG W W,LI Y G,LIU J X,et al.Three-dimensional controlled-source electromagnetic forward modeling by edge-based finite element using secondary electric field[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2015,54(6):665-673

[5] 李肅義,蔣善慶,王躍洋,等.海洋可控源電磁數(shù)據(jù)中海水?dāng)_動(dòng)噪聲的小波校正方法研究[J].石油物探,2016,55(5):657-663

LI S Y,JIANG S Q,WANG Y Y,et al.A wavelet correction method for the seawater turbulence noise in marine controlled-source electromagnetic data[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2016,55(5):657-663

[6] SWIDINSKY A,H?LZ S,JEGEN M.On mapping seafloor mineral deposits with central loop transient electromagnetics[J].Geophysics,2012,77(3):E171-E184

[7] 劉長(zhǎng)勝.海底可控源電磁探測(cè)數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2009

LIU C S.Numerical simulation and experimental study on marine controlled-source electromagnetic methods[D].Changchun:Jilin University,2009

[8] CONSTABLE S.Ten years of marine CSEM for hydrocarbon exploration[J].Geophysics,2010,75(5):A67-A81

[9] 何展翔,孫衛(wèi)斌,孔繁恕,等.海洋電磁法[J].石油地球物理勘探,2006,41(4):451-457

HE Z X,SUN W B,KONG F S,et al.Marine electromagnetic approach[J].Oil Geophysical Prospecting,2006,41(4):451-457

[10] MACGREGOR L,TOMLINSON J.Marine controlled-source electromagnetic methods in the hydrocarbon industry:a tutorial on method and practice[J].Interpretation,2014,2(3):SH13-SH32

[11] CONSTABLE S.Review paper:instrumentation for marine magnetotelluric and controlled source electromagnetic sounding[J].Geophysical Prospecting,2013,61(S1):505-532

[12] CONSTABLE S,KANNBERG P K,WEITEMEYER K.Vulcan:a deep-towed CSEM receiver[J].Geochemistry,Geophysics,Geosystems,2016,17(3):1042-1064

[13] ANDERSON C,MATTSON J.An integrated approach to marine electromagnetic surveying using a towed streamer and source[J].First Break,2010,28(5):71-75

[14] EDWARDS N.Marine controlled source electromagnetics:principles,methodologies,future commercial applications[J].Surveys in Geophysics,2005,26(6):675-700

[15] HOLTEN T,FLEKK?Y E G,SINGER B,et al.Vertical source,vertical receiver,electromagnetic technique for offshore hydrocarbon exploration[J].First Break,2009,27(5):89-93

[16] 李予國(guó),STEVEN CONSTABLE.淺水區(qū)的瞬變電磁法:一維數(shù)值模擬結(jié)果分析[J].地球物理學(xué)報(bào),2010,53(3):737-742

LI Y G,CONSTABLE S.Transient electromagnetic in shallow water:insights from 1D modeling[J].Chinese Journal of Geophysics,2010,53(3):737-742

[17] SHANTSEV D,ROTH F,RAMSFJELL H.Surface towing versus deep towing in marine CSEM[J].Expanded Abstracts of 82ndAnnual Internat SEG Mtg,2012:1-5

[18] GUO Z W,DONG H F,LIU J X.Comparison of marine controlled-source electromagnetic data acquisition systems by a reservoir sensitivity index:analyzing the effect of water depths[J].Acta Oceanologica Sinica,2016,35(11):113-119

[19] GOLDMAN M,MOGILATOV V,HAROON A,et al.Signal detectability of marine electromagnetic methods in the exploration of resistive targets[J].Geophysical Prospecting,2015,63(1):192-210

[20] RONA P A.Hydrothermal mineralization at seafloor spreading centers[J].Earth-Science Reviews,1984,20(1):1-104

[21] JANG H,KIM H J.Mapping deep-sea hydrothermal deposits with an in-loop transient electromagnetic method:insights from 1D forward and inverse modeling[J].Journal of Applied Geophysics,2015,123:170-176

[22] 李瑞雪,王鶴,席振銖,等.深海熱液硫化物礦體3D瞬變電磁正演[J].地球物理學(xué)報(bào),2016,59(12):4505-4512

LI R X,WANG H,XI Z Z,et al.The 3D transient electromagnetic forward modeling of volcanogenic massive sulfide ore deposits[J].Chinese Jounal of Geophysical,2016,59(12):4505-4512

[23] CORSERI R,SENGER K,SELWAY K,et al.Magnetotelluric evidence for massive sulphide mineralization in intruded sediments of the outer V?ring Basin,mid-Norway[J].Tectonophysics,2017,706-707:196-205

[24] 周建美,張燁,汪宏年,等.耦合勢(shì)有限體積法高效模擬各向異性地層中海洋可控源的三維電磁響應(yīng)[J].物理學(xué)報(bào),2014,63(15):159101

ZHOU J M,ZHANG Y,WANG H N,et al.Efficient simulation of three-dimensional marine controlled-source electromagnetic response in anisotropic formation by means of coupled potential finite volume method[J].Acta Physica Sinica,2014,63(15):159101

[25] SCHENK O,GRTNER K.Solving unsymmetric sparse systems of linear equations with pardiso[J].Future Generation Computer Systems,2004,20(3):475-487

[26] KEY K.1D inversion of multicomponent,multi-frequency marine CSEM data:methodology and synthetic studies for resolving thin resistive layers[J].Geophysics,2009,74(2):F9-F20

[27] SCHOLL C.Resolving an onshore gas-hydrate layer with long-offset transient electromagnetics (LOTEM)[C]∥RIEDEL M,WILLOUGHBY E C,CHOPRA S.Geophysical Characterization of Gas Hydrates.[S.l.]:Society of Exploration Geophysicists,2010:163-177

[28] 謝興兵,周磊,嚴(yán)良俊,等.時(shí)移長(zhǎng)偏移距瞬變電磁法剩余油監(jiān)測(cè)方法及應(yīng)用[J].石油地球物理勘探,2016,51(3):605-612

XIE X B,ZHOU L,YAN L J,et al.Remaining oil detection with time-lapse long offset & window transient electromagnetic sounding[J].Oil Geophysical Prospecting,2016,51(3):605-612

[29] 王顯祥,底青云,鄧居智.多通道瞬變電磁法油氣藏動(dòng)態(tài)檢測(cè)[J].石油地球物理勘探,2016,51(5):1021-1030

WANG X X,DI Q Y,DENG J Z.Reservoir dynamic detection based on multi-channel transient electromagnetic[J].Oil Geophysical Prospecting,2016,51(5):1021-1030

[30] 王華軍.正余弦變換的數(shù)值濾波算法[J].工程地球物理學(xué)報(bào),2006,1(4):329-335

WANG H J.Digital filter algorithm of the sine and cosine transform[J].Chinese Journal of Engineering Geophysics,2006,1(4):329-335

[31] SCHOLL C,MIR R,WILLOUGHBY E,et al.Resolving resistive anomalies due to gas hydrate using electromagnetic imaging methods[R].Vancouver,Canada:Proceedings of the 6thInternational Conference on Gas Hydrates,2008

(編輯：戴春秋)

ComparativeanalysisondetectioncapabilityoftwomarineCSEMmethodstoseabedconductivitytargets

ZHOU Jianmei,LI Xiu,QI Zhipeng

(CollegeofGeologyEngineeringandGeomatics,Chang’anUniversity,Xi’an710054,China)

Marine electromagnetic exploration of deep-sea conductivity hydrothermal volcanogenic massive sulfide ore deposits has been widely undertaken,for which the time domain center loop or the overlapping loop system is the most common choice.Many scholars have made comparative studies on the detection capability of different CSEM exploration systems mainly on resistive targets,but performed few analyses on seabed conductivity targets.In view of the above situation,this study performed a comparative analysis on the detection capability to seabed conductivity targets using deep-towed horizontal transmitting-receiving configurations in both the frequency domain and the time domain.By calculating the electric field response,normalized electric field response,and electric field distribution in a typical 3D conductivity target model of deep waters,we analyzed the application effects for two CSEM methods and derived the following conclusions:①Deep-towed horizontal transmitting-receiving configuration in both the frequency domain and the time domain can be used to detect the electric field anomaly of the 3D conductivity target in the deep sea.②For typical deep-sea conductivity targets,the abnormal amplitude from the CSEM method in the frequency domain is greater than that in the time domain.

marine controlled-source electromagnetic (CSEM) method,transmitting-receiving configuration,seabed conductivity target,detection capability,3D modeling

2016-12-12;改回日期2017-06-12。

周建美(1987—),男,博士,講師,主要從事電磁法正反演理論研究。

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(51139004)、中國(guó)博士后基金項(xiàng)目(332100150023)和中央高?；痦?xiàng)目(310826151055)聯(lián)合資助。

This research is financially supported by the Key Program of National Natural Science Foundation of China (Grant No.51139004),China Postdoctoral Science Foundation (Grant No.332100150023) and Fundamental Research Funds for the Central Universities of Ministry of Education of China (Grant No.310826151055).

P631

A

1000-1441(2017)06-0882-08

10.3969/j.issn.1000-1441.2017.06.014