伪随机海洋可控源多道电磁测深法研究

摘要

本文研究了伪随机海洋可控源多道或多偏移距电磁测深方法，提出海底油气藏的时、频电磁相关辨识观测方案。 目前海洋可控源电磁法对海底油气藏的探测多在频率域观测一个或少数几个离散频率的电磁场，通过数值模拟对比来推断海底的电导率分布。只用了电导率参数来推断是否有油气储层。本文通过数值模拟计算，提出了采用宽频带的伪随机信号作场源的海洋可控源电磁法时频观测方案。基于多频伪随机信号激励，采用水平电偶极-偶极装置多偏移距同时测量的观测方式，提出的瞬变冲激时刻道间变化率、频散率道间变化率以及相对相位道间变化率等几个电性参数，对海底油气高阻薄层有很好的分辨能力。 本文的研究取得了以下主要成果： 1.通过对场源信号的分析与比较，针对变频法电磁勘探的不足，基于系统的相关辨识原理，提出了地电系统的伪随机相关辨识勘探方法及伪随机海洋电磁法时、频观测方案。不仅可在频率域同时测量多个频率的电磁场的幅度和相位，更重要的是采用逆重复m序列伪随机信号作为激励场源，可高精度的相关辨识海洋地电系统的冲激响应和频率特性，合理选择参数可以很好地压制各种随机干扰，从而实现在时、频双域多参数辨识海底地层的电性分布。 2.编制程序计算了同线水平电偶极-偶极多道观测系统的海洋均匀双半空间、海底层状介质的电场阶跃响应和冲激响应。提出了瞬变冲激时刻的概念。计算结果表明，瞬变冲激时刻可直接指示海底地层电导率的变化，采用同线多偏移距测量方式对高阻薄层有较高的分辨力，计算瞬变冲激时刻道间变化率对高阻薄层的反映更灵敏。通过数值计算，分析了海水深度变化对海底冲激响应的影响以及瞬变冲激时刻的横向电阻率等效现象。 3.基于柯尔-柯尔模型，分析了海底油气藏地质模型的激发极化响应。采用伪随机多频信号，在频率域利用估计的频率特性计算复电阻率及其随收发距的道间变化率，并用两个频率的电场幅度计算频散率及其随收发距的道间变化率；用两个频率的电场幅度的道间变化量计算频散率；选择观测频率的两个高频信号计算相对相位及其随收发距的道间变化率。这些参数是伪随机多频信号激励，多偏移距同时观测所特有的，可以很容易计算这些参数，且参数计算简单，对高阻层反映灵敏，并能根据异常对应的收发距大致估计高阻层的埋深，可用于现场数据处理和解释。 4.对伪随机时频观测系统进行了功能定义及概念设计，介绍了多制式伪随机波形的硬件产生方法以及GPS同步方案，水下电磁场接收器的定位及定向等。本文的场源信号设计同时采用了2n系列伪随机信号和逆重复m序列伪随机信号，并通过CPLD和VHDL实现了波形的硬件产生。2n系列伪随机信号从三频波到十三频波可选，逆重复m序列伪随机信号从3级到32级可选，信号时钟频率有104个可选。满足海洋可控源电磁法勘探的建场要求。 在论文的结论中还提出了进一步的工作方向及建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的目的及意义

1.2海洋可控源电磁法国内外发展现状

1.2.1海洋可控源电磁法理论研究进展

1.2.2海洋可控源电磁法观测系统

1.2.3海洋可控源电磁法数据正反演方面的进展

1.3海底油气及天然气水合物储藏的电磁学特征

1.4本文的主要工作和内容安排

第二章海洋可控源电磁法场源及信号检测

2.1传统的变频观测方案

2.2 2n系列伪随机信号

2.3 m序列与逆重复m序列伪随机信号

2.3.1 m序列伪随机信号

2.3.2逆重复m序列伪随机信号

2.4地电系统的相关辨识

2.4.1微弱信号的相关测量方法

2.4.2伪随机相关辨识的基本原理

2.4.3逆重复m序列伪随机信号与地电系统的相关辩识

2.4.4相关函数的FFT算法

2.5逆重复m序列伪随机海洋电磁法

2.5.1逆重复m序列伪随机海底电磁法工作方式

2.5.2逆重复m序列伪随机海底电磁法的抗干扰能力

2.6本章小结

第三章海底层状介质油气藏模型的电磁响应

3.1海底油气及天然气水合物储层的电磁模型

3.2海底层状介质上水平电偶极子的冲激响应

3.2.1层状海底模型的频率域电场响应

3.2.2数值计算方法

3.3均匀大地水平电偶极子的冲激响应特征

3.4海洋双半空间的冲激响应特征

3.4.1海底地层电导率对阶跃响应及冲激响应的影响

3.4.2电磁响应随收发距的变化

3.5海洋层状介质的冲激响应及冲激响应道间变化量

3.5.1冲激响应的计算

3.5.2算例

3.5.2瞬变冲激时刻及其道间变化量

3.5.3海底高阻薄层的分辨

3.5.4瞬变冲激时刻的影响因素

3.7本章小结

第四章海底层状油气藏地质模型的激发极化响应

4.1激发极化响应的计算与参数

4.1.1 Cole-Cole模型

4.1.2视幅频率及其道间变化率

4.1.3复电阻率及其道间变化率

4.2均匀大地上的激发极化响应特征

4.3海洋双半空间模型的响应特征

4.4海底层状模型的响应特征

4.5计算结果分析

4.6本章小结

第五章伪随机海洋电磁法的观测系统

5.1海底环境对观测系统的特殊要求

5.2伪随机海洋电磁法观测方案

5.3伪随机海洋电磁法观测系统设计

5.3.2观测系统功能定义

5.3.3需要解决的关键技术

5.4多制式波形发生器设计

5.4.1 2n系列伪随机信号的CPLD产生

5.4.2逆重复m序列伪随机信号的CPLD产生

5.4.3功率输出关断保护脉冲的产生

5.5 GPS同步设计

5.6基于磁通门的姿态方位测量

5.7本章小结

第六章结论

6.1论文的主要工作成果

6.2论文的主要创新点

6.3进一步的研究方向和建议

参考文献

附录

致谢

攻读博士学位期间发表的论文和参加科研情况