现如今,随着陆地资源的开采利用日趋紧张,海洋油气资源的勘探与开发越来越受到重视,为了提高海洋钻探成功率、降低勘探成本,利用多种物探方法的优势联合勘探已成为了必然趋势。海洋可控源电磁法(controlledsourceelectromagneticmethod,CSEM)通过观测人工场源在海水中激发的电磁场来确定海底介质的电性分布,该方法基于海底高阻油气储层与低阻围岩之间的电阻率差异,可以很好地用来圈定海底高阻油气藏的分布区域,确定封闭圈中流体的电性特征,并对高阻油气藏的储量、品质进行评价。在深水海域,该方法受到的干扰噪声很小,勘探效果会更佳。 随着计算机的发展和实际解释的需要,海洋CSEM三维正演算法和反演解释成为了研究热点。在实际的海洋可控源电磁勘探中,在深水中拖曳的发射电偶源很容易受到洋流的影响而偏离预先设定的方位,从而对观测电磁场造成影响,且海底界面往往是起伏不平的,因为海水与海底介质的电导率差异很大,海底地形对海洋CSEM数据采集有着强烈的影响,因此,有必要研发能够模拟任意方位电偶源和海底地形的海洋CSEM三维数值模拟算法。目前,国际上海洋CSEM实际资料的处理解释方法依然以一维和二维模拟为主,三维模拟技术及反演算法还处在研究和探索阶段。但是,实际的海底地质情况比较复杂,海底复杂的地电结构实际上是三维分布的,若对这样的实测资料进行一维或二维反演解释,很可能得到不全面的地电模型,故应考虑开发海洋CSEM三维反演算法。 本文基于交错网格有限差分技术,实现了海洋CSEM三维正演算法,并在正演算法正确可靠的基础上,利用高斯牛顿-共轭梯度法实现了海洋CSEM三维反演,主要的研究内容和成果如下。 在实现海洋CSEM三维正演算法的过程中,为了提高发射源附近区域的数值解精度,将任意方位的发射源激发背景模型产生的一次电磁场作为三维异常体模型的新场源,再求出因为异常体产生的二次电磁场。任意方位的发射源激发背景模型产生的一次电磁场通过拟解析法进行求解,先求出三个等效偶极源激发产生的电磁场分量,再将其叠加求出任意方位电偶源激发背景模型产生的一次电磁场,发射源的方位只在背景电磁场的计算中予以考虑,这样做不仅简化了海洋CSEM三维数值模拟的计算,更为定量分析发射源方位的影响提供了理论依据。对于一个由空气、海水、海底均匀介质组成的三层背景模型,将文中算法的计算结果与前人的正确结果对比验证了文中海洋CSEM一维正演算法的正确性。 将海洋一维含有高阻油气储层模型的数值解与解析解对比验证本文海洋CSEM三维正演算法模拟海洋一维模型的正确性,在此基础上,将文中海洋三维模型的数值解与前人正确的数值解对比,进一步验证了本文海洋CSEM三维正演算法模拟海洋三维模型的正确性,为后面的研究工作打下基础。在考虑实际海洋CSEM勘探情况下,简要分析了电偶源的方位偏移、长度对海洋CSEM三维数值模拟结果的影响。通过与二维自适应网格剖分有限元的计算结果对比验证了本文算法模拟起伏地形的可行性,简要分析了海底山峰地形对海洋CSEM三维油气储层的电场响应影响,并对其影响进行了地形校正。考虑实际勘探情况,将海底起伏地形对海底浅层区域天然气水合物电场响应的影响进行了地形校正。结果表明,在深水区比较法可以很好地消除地形的影响。 考虑到海洋CSEM三维反演的计算效率问题,采用高斯牛顿-共轭梯度法实现了海洋CSEM三维反演算法。三维高斯牛顿-共轭梯度反演算法不用计算汉森矩阵,且避免雅可比矩阵的直接存储和计算,从而大大地降低了计算难度、节省计算时间和存储成本。反演了两个海洋CSEM三维模型,用以验证文中高斯牛顿-共轭梯度算法的正确性。从海洋三维简单模型的反演结果来看,文中算法初步实现了海洋CSEM三维反演,并能够确定高阻油气层的大致位置、范围和电阻率值。