变质岩岩石化学组分的测井评价及其在岩矿分析中的应用——以中国大陆科学钻探工程主孔超高压变质岩为例

为了更有效地利用测井资料识别岩性,以中国大陆科学钻探工程主孔超高压变质岩的测井与岩心化学分析资料为对象,研究两者之间的内在关系。从相关文献中搜集和整理了主孔的189个岩心样品的全元素分析资料,提取了岩心分析与测井响应的样本数据。在此基础上,分析了氧化物含量与常规测井响应的统计关系,并通过逐步线性回归方法,建立了氧化物含量的测井评价模型。利用测井资料,计算主孔72~2010m井段地层的氧化物含量,对主孔地层岩性和钛矿（化）发育特征进行解释。研究表明,对于复杂的变质岩类,常规测井响应与地层元素组分之间存在内在的联系;在获得岩心全元素分析数据的条件下,利用测井资料建立地层化学组分的评价模型,能够为岩性与含矿分析提供更为直接的数据。     

深水大地电磁数据采集的若干理论要点与仪器技术

深水环境下进行大地电磁数据采集,信号幅值微弱,高频分量被严重衰减;仪器承载的环境压力巨大,且伴随底流推曳、淤泥吸附等不利因素;海上作业情况复杂多变,带给设备投放与回收诸多困难.针对这些特殊问题,从理论上分析了大地电磁场在海水及其以下层状介质中的传播规律,计算了电场与磁场随不同水深的衰变比值,研讨了与仪器上浮速度相关的物理因素;从技术上阐述海底大地电磁仪的工作原理,包括信号传感器、数据采集器、声控释放单元以及机械组装部件等等.整套仪器信号分辨率达到nV级,频带宽度为10~0.3×10^-3 Hz,最大工作水深4000 m.该仪器搭载“海洋六号”科学考察船,在我国南海中沙群岛海域进行了国内首次深水环境下的大地电磁数据采集试验.结果显示,所研发的仪器性能指标吻合先前的理论推算值,达到设计要求.我国的海底大地电磁探测技术已完全享有自主的知识产权.     

勘查天然气水合物资源的海洋可控源电磁发射系统

海洋可控源电磁探测(MCSEM)是勘查天然气水合物资源的有效方法之一.海洋可控源电磁发射系统是实现MCSEM的重要硬件组成部分.本文以天然气水合物在海底的一维地电模型为例,研究电偶源发射频率、发射偶极侧向漂移、源偶极矩大小对电场响应的影响,进而指导发射系统研制.该系统包括:甲板升压控制单元,可将船载大功率电能升为高压并通过万米光电复合缆输送至海底的发射机;水下变压器,可将深拖缆中的大功率高压转换为低压;拖曳式大功率电磁发射机,其内部的控制电路硬件和嵌入式驱动软件可将水下变压器输出的电能逆变为大功率矩形脉冲,并通过发射偶极将脉冲发送至海水介质中;借助水动力学设计的发射机拖体,用于装载发射系统水下部件和保持拖曳过程中的平衡与稳定;甲板端上位机监控单元,利用万米光电复合缆中的光纤实现船上计算机与海底发射机的远程数据通信.2012年5月和2013年5月海洋试验的结果均表明,所研制的发射系统可作为天然气水合物资源勘探的有效激励场源.     

高密度电阻率法比值参数基于阻尼最小二乘反演

三电位电极系中装置的探测精度和数据处理方法的研究一直是地球物理工作者研究的一个热点,同时也存在很大的争议。利用正演模拟结果讨论了岩溶地区几种可能存在的地质条件下三种装置的探测精度,发现β装置和γ装置的探测效果明显优于α装置;然后利用正演计算得到的数据合成比值参数(T),对合成数据T进行最小二乘反演,发现T值反演结果和视电阻率反演结果一致,并在噪声影响较大的区域,T值反演结果优于T值等值线图,可作为判断异常体特征的一个依据,也可验证视电阻率的反演结果,弥补由于噪声对某种单一装置探测效果的影响。以义马某地的水文地质勘察为例,T值最小二乘反演结果表明,在含水低阻区域T值也呈现小值异常,且显示的异常体边界准确,结构特征明显。利用T值反演对数据处理具有重要的意义,应予以重视。     

南海天然气水合物远景区海洋可控源电磁探测试验

为了测试我国自主设计与研发的海洋可控源电磁仪器性能及其在水合物探测中的适用性,本文从海洋可控源电磁法基本原理出发,首先根据试验海域水合物地质特征,建立简化地电模型开展理论研究,确定海洋可控源电磁试验的技术方案;利用研发的海洋可控源电磁仪器,在南海天然气水合物远景区开展探测试验,首次获得了我国深水海域的海洋可控源电磁数据.通过对采集数据进行处理与反演,获得了试验剖面的海底电性结构模型,揭示了4号测点下方存在一个50m厚的高阻层,其电阻率为25Ωm、顶部埋深为181m,为该区天然气水合物调查提供了有价值的电性参考资料.研究结果表明,自主研发的海洋可控源电磁仪器性能达到了预期的设计指标,这标志着我国海洋可控源电磁探测技术向实用化进程迈出了重要一步.     

海底大地电磁场二维正演TE模式空气层选取

在对比空气和海水介质中不同频率电磁波的穿透深度差别的基础上,根据大地电磁场二维正演理论及算法编写了海洋大地电磁场二维正演程序,并验证程序的正确性.对比相同地质条件下,含空气层与不含空气层模型的TE模式正演响应结果,发现薄海水层完全可以取代空气层,使TE模式下海水面上的电场和磁场分量接近于一个常数.研究同时也得到了一些其他结果.     

南黄海海底大地电磁测深试验研究

针对南黄海盆地深层地震地质条件差,地震波受屏蔽,能量严重衰减,在海洋反射地震资料中很难识别反映中-古生界的反射地震波组,不能满足南黄海盆地前第三系油气资源前景评价的需要等问题,于2006年5月,开展了南黄海海域海底大地电磁测深试验,在盆地内五莲斜坡和胶州凹陷区布设了3个海底大地电磁测深点,取得了可靠的海底观测数据.本文详细阐述了海底大地电磁测深与常规大地电磁测深在数据处理方法上的差别,论述了海洋电磁噪声对海底大地电磁场观测的影响,提出了海底大地电磁场实测资料“水平姿态”校正、“方位”校正和“海洋电磁噪声”校正的方法.通过对试验观测资料的处理和反演,并结合地质、物性资料进行综合分析,结果表明在南黄海盆地海底以下深部还存留有古生代地层,这对于南黄海前第三系含油气前景的评价具有重要意义.试验结果也证明了海底大地电磁测深技术在研究古生代残留盆地方面的问题可以发挥相当好的作用.     

利用探地雷达的极化特性检测建筑物结构

探地雷达偶极子天线激发的是线性极化波,其主要极化方向与天线的长轴平行。接收天线对与其长轴平行的入射电场分量最敏感。对于高导圆柱体,当半径与波长之比较小时,其散射场TE极化的后向散射宽度要小于TM极化的后向散射宽度。通过桥梁结构检测实例证明,利用这种特性,在建筑物结构检测时,采用发射天线和接收天线平行、且垂直于钢筋走向的天线布置,可以减少浅部钢筋的散射,增强雷达剖面中对深部目标的辨识。     

新型坐底式海洋可控源电磁发射系统及其海试应用

利用拖曳式海洋可控源电磁发射系统在探测埋藏较浅的天然气水合物资源时,会遇到一些新问题.如拖曳式轴向发射偶极源不能贴紧海底,发射偶极源和海底间海水的电磁衰减,使得10 Hz以上的相对高频能量难以导入至海底以下介质;发射偶极源有可能出现水平或垂向摆动;拖曳式发射时,时间窗口内叠加的数据有限;拖曳路线可能与海底构造走向平行,不利于揭示探测目标体的异常形态.新型坐底式发射系统有望解决上述问题.坐底式发射系统的硬件部分包括甲板端供电和监控单元、长距离电力和数据通信单元,以及水下发射机主体.新型坐底式发射系统的发射电极紧贴海底,没有海水层衰减,有利于相对高频的人工源电磁信号经过海底以下介质传输至接收端;通过超短基线信标更容易精确定位发射机拖体,利用姿态方位参考系统确定发射电极的供电方向,可以精确校正电偶源水平偏角的影响;增加单点供电时间,提高接收信号信噪比;提供两对电偶极源,从两个相互垂直的方向对异常体进行人工源激发.2015年海洋试验的结果表明,坐底式与拖曳式发射系统联合作业,可从多角度对海底异常体进行宽频带电磁激发,为数据采集提供丰富的场源信息.     

2.5维海洋非线性共轭梯度反演应用效果研究

为了研究频率域2.5维非线性共轭梯度反演在海洋天然气水合物探测中的实际应用效果,利用美国Scripps研究所在South Hydrate海域采集的可控源电磁探测数据进行2.5维非线性共轭梯度反演计算,结合其他地球物理方法在同一海区的研究结果,综合分析2.5维反演计算的准确性和有效性。结果表明,非线性共轭梯度反演能够清晰地反映出该区域海底面以下1~2 km地层的电导率结构分布,其局部反演结果与地震反射、地震层序、测井分析结果基本一致,且对小尺寸异常、浅层高阻体分辨力较强,尤其在海洋天然气水合物探测方面具有较大潜力。