海洋可控源电磁法是探测海底油气资源和矿产资源的一种新兴的海洋地球物理勘探方法。国际上,海洋可控源电磁法已成功应用于商业油气勘探;国内由于海洋电磁探测设备研究起步较晚,目前海洋CSEM数据预处理方法的研究成果还不多,且大多基于模拟数据而非实测数据。海水是良导体,当它在地磁场中运动时可以产生变化的电流,进而产生磁场。利用海水运动感应磁场可以研究海水的物理性质。为防止海水的腐蚀,现代船舶普遍安装有阴极保护系统,不同金属材料间产生的腐蚀电流和阴极保护系统产生的电流经转动轴调制后均会产生轴频电场,该信号特征明显,在一定距离内可以被探测到。对于海洋CSEM信号而言,海水运动产生的电磁场、船舶航行产生的轴频电场以及用于研究海底深部地质构造的海洋大地电磁场(MT)均可视为海洋环境电磁场。目前,国内外在处理海洋CSEM数据时几乎未考虑海洋环境电磁场的影响。因此,研发一套行之有效的海洋CSEM数据处理解释方法,研究和分析海洋环境电磁场的特征,并对实测海洋CSEM数据进行处理解释有着重要的实际意义。 本文在前人研究成果的基础上,以中国海洋大学海洋电磁探测技术与装备研发实验室(OUCEM)近年来实测的海洋CSEM数据为基础,对海洋CSEM数据的处理和反演解释方法展开研究,主要研究内容和成果如下: (1)海水运动产生的电磁场 综合利用时频方向谱分析、时频分析和极化分析等方法对海水运动产生电磁场的信号特征(幅值大小、频带范围、运动方向等)展开研究。结果表明海水运动产生的电磁场是由不同形式的海水运动综合作用的结果,不同海域由于海水潮汐涨落周期不同也将导致其产生的海洋电磁场的特点不同,它在时频谱中表现为能量强弱呈周期性变化而在时频方向谱中表现为运动方向呈周期性变化。在海水大尺度运动的不同阶段(如:涨潮期-平潮期-退潮期-平潮期),由于海水运动的主要形式不同,其产生的电磁场的主频成分也不相同。 (2)船舶航行产生的轴频电磁场 通过对在我国南黄海和南海海域实测的海底轴频电磁场信号研究发现,该信号具有明显的时频特征,它在时间域表现为阶跃变化,而在频率域则表现为船舶螺旋桨转动频率及其倍频的谱线形态。 (3)深水大功率海洋CSEM试验 海洋CSEM海上试验是一个系统工程,为获得满意的勘探结果,需结合测区的地质概况,设计合理的施工参数,而发射波形和发射频率就是其中最为重要的两个参数。通过分析方波和D型波的振幅谱发现,较之于传统的方波,D型波拥有更宽的频带范围,它在较高的频段仍可获得较大的能量;而发射频率则需根据地质资料设计合理的正演模型,通过计算和分析归一化异常、有效异常和可探测度,并综合考虑仪器本底噪音、海洋环境电磁场以及探测目标的埋深来选择。 (4)海洋CSEM数据处理 将海洋环境电磁场分析纳入海洋CSEM数据处理过程,野外采集的海洋CSEM数据需经过原始数据整合、数据质量评价和数据预处理,其中数据预处理又分为初步处理、电流归一化、信号叠加、旋转电性轴和合并时间轴五步。当发射源或采集站的方位信息缺失时,通过时频方向谱方法计算发射源相对于海底采集站的运动方向,进而可实现海洋CSEM数据的旋转电性轴处理。此外,利用编写的频率域1D海洋CSEM正演程序,通过计算一维地电模型的正演响应分析了发射源和采集站方位及其位置不确定性对海洋CSEM数据的影响,结果表明最终的振幅和相位误差主要由发射源和采集站倾斜以及发射源沿轴向方向偏离测线引起。 (5)海洋CSEM数据反演解释 实测海洋CSEM资料经过数据预处理即可获得电磁场振幅随收发距变化曲线和相位随收发距变化曲线。对LH1线和LW线的CSEM数据分别进行一维高斯-牛顿反演和CMP域反演,并结合已有地质资料对其地下电阻率的分布特征进行初步分析。