浅海重磁电联合勘探方法试验及效果

石亚兰，郑求根，石艳玲，魏 强，刘天降，刘泽彬



浅海重磁电联合勘探方法试验及效果

石亚兰1，郑求根1，石艳玲2,3，魏 强2，刘天降2，刘泽彬2

( 1.中国地质大学 海洋学院，北京 100083；2.中国石油集团 东方地球物理公司，河北 涿州 072751;3.中国地质大学 能源学院，北京 100083)

浅海重磁电勘探由于其特殊性一直是物探工作困难区，但我国近海浅水面积大、资源丰富，在浅海开展重磁电方法研究具有重要意义。采用改进的仪器设备、借鉴前人经验，经多次试验研究，通过在渤海湾浅海地区开展的浅海重磁电方法的陆海联合数据采集工作，发展了相应的数据处理、解释方法，展示了浅海重磁电联合研究油气地质构造的效果。

浅海；重磁电；联合勘探；含油气构造

( 1.SchoolofOceanSciences,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;2.BGP,CNPC,ZhuozhouHebei072751,China;3.SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)

1 前 言

重磁电等非地震勘探在陆上油气勘探中发挥了重要作用[1]，在海洋领域也发展很快。目前，海洋电磁法已发展为当前探测海洋深部结构以及油气资源的重要方法。前人通过在一些海域的试验型研究，研制了海洋大地电磁仪[2]，盛堰等[3]依据天然气水合物与海底沉积物的电性差异，研究出了探测海底天然气水合物的电磁探测仪器。目前，大型船载重力、磁力勘探和深海海洋电磁勘探已经成为海洋油气勘探中重要的构造普查或油气勘测方法[4-6]，但是滨浅海重磁电勘探则难度较大。这一区域的重力勘探难点主要是水浅导致大型船载设备难以进入，船载重力勘探难以实施，只能采用水底重力勘探。我国早在上世纪就开展了浅海和水底重力勘探工作，卢景奇还对海底重力实测中经常遇到的几种影响重力仪读数精度的问题进行了讨论[7]。随着物探仪器的进步，相继出现的航空磁法勘探、滩浅海地震勘探填补了资料的空白[8]。目前，国际上航空梯度重力和海洋电磁法已经取得了长足进步，且被大量应用[9]，但是先进仪器由于被垄断而不能引进。何展翔等[10]总结近年来发表的文献，对海洋电磁法的基本原理、采集-处理-解释技术等进行了介绍，推动了国内海洋电磁勘探工作的开展。丁建荣等[11]开展过MT试验，并获得了有效的资料和好的效果。林君等[12]开展过水域瞬变电磁研究试验提出了半航空电磁，并实现了浅海水域电磁勘探。不过这些都难以满足我国当前浅海油气综合勘探的需要。本文主要介绍近年在莱州湾附近浅滨海区开展的重磁电联合勘探试验，对我国广大领海浅水勘探具有一定的指导意义。

图1 浅海重磁电勘探试验测线位置Fig.1 Location of survey lines in gravity-magnetic-electric exploration test in the shallow sea

2 浅海重磁电采集方法

重磁电联合试验区位于莱州湾附近，见图1，布设试验测线1条，重力采用水下定点测量方法，磁力采用水上轮船拖曳连续测量方法，大地电磁采用陆海联合互参考采集方法。下面简单介绍具体的采集技术。

2.1 浅海重力勘探

使用水下重力仪CG-5重力仪，该仪器具有良好的弹性性质，读数波动很不明显，即使在经受20 g以上的冲击之后，其测量波动也不会超过5 mGal，观测方法采用水下点测方法。浅海重力勘探同样需在陆上建立基点，出航前和回航后均回码头进行基点校正，观测方法和陆地仪器一致。 出海前进行静态试验，试验过程中仪器始终处于开摆状态，每隔30 min读一次数，连续观测25.5 h(>24 h)。试验数据经固体潮改正后，求取了各仪器的零点漂移值，并绘制仪器读数、零点漂移、固体潮变化的对比曲线。

浅海重力观测采用单次观测法进行。使用导航仪将船只导航至设计测线坐标点位10 m附近，将船锚下到水底，让船随海流和风向自然稳定，关闭主机，然后使用绞车将重力仪下降到水底，因为海底有淤泥等沉积物，重力仪缓慢下沉，稳定10 min后开始观测。根据缆绳长度确定水深，以便进行校正，同时对测点进行GPS定位。等重力仪稳定后，用船上的控制设备对重力仪进行调平，然后开摆，读数3次，完成后锁摆，操作绞车将重力仪提出水面放到专用位置，即完成一个测点的数据采集，一般20 min即可完成一个测点，再起锚前往下一个坐标点位。海底重力仪的精度很高，与陆地重力仪基本相当，检查点精度为±0.063×10-5m/s-2。

2.2 浅海磁力勘探

对投入施工的2台磁力仪进行了开工前的仪器试验，试验内容包括：噪声水平试验、观测误差试验、系统误差测定、一致性试验。

在试验区中部附近陆地建立磁力日变站，与测线最远距离满足小于50 km的要求，对磁力日变站进行连续联测72.42 h(>72 h)，采样间隔为10 s。取每天4∶00～8∶00和17∶00～21∶00两个时段，3天共6个时段24 h的观测数据8 646个，求取日变站基本场值。

海上磁力观测使用船载陆地磁力仪拖曳完成。动力轮船拖带无磁性的玻璃钢小船，磁力仪安装在小船上，探头固定在船头，小船在大船后面60 m以消除大船的磁场干扰。G858磁力仪采用自动连续读数的方式进行采集，采样率为10 s，同时采用Trimble GeoXH 6000仪器连续记录对测点进行定位。施工中船速控制在10 km/h左右，测点距约28 m。在每天出海前，流动磁力仪与基点磁力仪的时钟达到秒级同步。

2.3 浅海大地电磁勘探

海上MT勘探采用海陆同步远参考施工方法，仪器与陆上采集一样，使用陆上MT勘探常用的V5-2000。采集过程中，将仪器置于自行研制沉底的密封舱内，长时间沉入海底观测，具体方法可参考文献[10]。如图2所示，在陆上干扰平静区布设参考站，海洋布设流动采集站，为减少方位误差，海底MT点均采用L型布设方式，海上由一大船和一小船共同完成施工。

到达测点位置后船只抛锚，用手持导航仪测定记录中心点坐标，根据中心点坐标及极距计算出电极放置坐标，小船船长负责布设电极，小船自身的导航系统驶到指定的电极坐标点，投放电极和小水泥块，并用绳子将电极和浮标旗杆连接，另一方向的电极放置方法相同。

两个方向的电极放置完毕后回到大船处开始投放中心点电极和密封舱采集站。中心电极布设与前文相同。布设采集站前首先设置仪器参数和数据采集状态；然后将密封舱封闭好，并设置好浮标；最后将采集站投放到海中指定区域，去往下一个点。布极时间为0.5～1 h，6 h后再回收。回收时先找到浮标及扣环，直接用绞车将采集站提起。

图2 海上电法工作示意图Fig.2 Sketch map of electrical work on the sea

2.4 重磁电联合勘探

根据上面重磁电单方法的做法，可以实现一大一小两艘船的重磁电联合勘探，由于磁力是在船上连续记录，不需下水，重力和大地电磁采集站都需要在水下记录，而重力现场即可读数，大地电磁则需要大于6 h记录，因此一般可以设计MT点距1 km，重力250 m，磁力连续记录可获得小于100 m的数据采集点距密度。设计测量路线和顺序，到点位后小船先布电极，大船进行重力测量，小船布极回来后，重力测量已经完成，再布设中心点电极和采集站，完成后，将小船划至60 m远处，打开磁力仪，开始连续记录，并驶往下一个重力点，关磁力主机，进行重力点测，测完后打开磁力主机，再往下一个点，进行MT和重力测量，如此程序循环实施，返航即回收MT采集站。

3 浅海重磁电数据处理解释

浅海重磁电数据与陆地数据处理区别在于，重力勘探需要做水深校正，即海底地形校正，与陆地重力地形校正方法完全一致，只是校正量不一样。电法资料的处理主要考虑海水层的影响。在水深校正之后，通过常规延拓方法求取出研究区布格重力异常，进一步去除区域场影响之后，最终得到研究区剩余重力异常图(图3)。图3显示，在研究区西南发育一NE向重力低条带，LK以西重力高对应隆起带。剩余重力异常对区内隆坳格局有较清晰的展示。

图3 研究区及邻区剩余重力异常拼接Fig.3 Residual gravity anomaly in study area and its adjacent region

浅海磁力与陆地磁力主要区别是，浅海磁力需进行船磁校正。船磁校正根据方位曲线进行[13]，通常以主测线方向的校正值为零，将其他航向上的观测值减去相对零线的方位偏离值。

浅海大地电磁采用海陆分离，需要进行海水校正，电场在海底测量，磁场在陆上测量，这时平面电磁波通过海洋时振幅发生衰减，从而造成陆上接收的磁场信号与海底测点位置的磁场信号强度不同，尤其对于高频段，因此使用陆上磁场信号进行海底测点资料处理时就必须对电磁波进行校正。于鹏、王家林提出了模拟海水模型正演计算模拟海水对电磁场畸变[15]，进而对实测数据进行校正。这里采取将陆上测到的磁信号转换成水底测量结果的方法。根据Chave和Filloux(1984)给出了海底对海面的水平电场和磁场的衰减系数。

电场衰减系数为：

CE=(1+P)e-γ h/(1+Pe-2γ h)

(1)

磁场衰减系数为：

CH=(1-P)e-γ h/(1-Pe-2γ h)

(2)

由式(1)、(2)可以计算不同R1、R2、h组合下衰减系数振幅和相位的曲线，从而得到校正后的视电阻率和相位曲线。

图4为实测的曲线校正前后对比图，从图4可以看出，校正前，由于电场通过高导的海水而衰减，使得视电阻率曲线首支段下掉比较厉害，首支曲线呈近45度上升，明显与陆上大地电磁测深曲线不符。而通过校正后，其主体形态吻合较好，仅改变首支段曲线形态，视电阻率曲线首支已上抬到正常位置，消除了海水的影响。

图4 MT曲线校正前后对比Fig.4 Comparison of MT curve corrected before and after

4 浅海重磁电联合应用效果

浅海重磁电联合，与陆地方法基本一致，只是需要考虑浅层海水。以地球物理性质为前提，重磁电异常分析为基础，进行重磁电顺序联合反演，以大地电磁方法为主，建立模型，重磁方法为辅，通过重磁拟合情况修改模型，使各自的目标函数的函极值逐渐减小，最终得到符合重磁电信息的地球物理模型。重磁剖面正演采用2.5D正演公式，反演采用最优化选择法，通过二维连续介质反演，使用“电磁场传输函数向上延拓技术”，向上延拓处理后，既可克服地形和地表浅层不均匀体的影响，又可得到最终用于地质解释的连续电性断面。联合反演主要步骤如下：

1)先进行大地电磁反演，并将反演结果作为初始模型进行地质层位解释，以该地质解释为基本模型，充填密度和磁化率；

2)分别计算重磁模型响应，并求出与实测值之间的差值，做出剩余曲线， 根据剩余曲线的情况修改模型，得到新地质模型；

3)用上述模型进行大地电磁反演，获得新的电阻率模型；

4)用新的模型再进行重磁计算，修改模型，如此反复直到达到重磁电三种方法都满意的拟合要求。

探区西南部QD凹陷已有二维地震和钻井qd1井，qd1井主要层位为Es4-Ek，完钻2 430 m。试验线西侧地层标定以qd1井及地震资料为基础。如图3所示，在研究区内部有md1、md2、md3三口钻井，这三口井电测井曲线如图5所示。其中md1井和md2井有良好油气显示。钻井资料揭示，沙河街组为中低电阻，孔店组具有次高阻特征，这与反演剖面规律一致。

如图6是试验剖面的重磁电联合反演最终结果。联合反演以物性为前提，利用地质、MT、地震等资料综合建模，通过交互反演、人机联作实现重磁力拟合，获得最终较为合理的地质解释成果。

图5 区内三口钻井电测井曲线Fig.5 Electrical logging curves of three wells in study area

从图6中可清晰看出该区地质构造特征。测线西部F1断裂在图4中表现明显，断距可达2 km。该断裂属郯庐主断裂的一部分，也是渤海湾盆地渤中坳陷东部边界断裂的一部分，分隔了渤中坳陷和辽东隆起。F1以西为重力负异常区，低电阻率地层厚度大，是QD凹陷的反映；F1以东是重力正异常，电阻率相对高，低电阻率地层浅、厚度小，为胶辽隆起的反映。但该断裂往东依据重磁电联合反演地质模型提示了“两凹夹一隆”结构，两凹为FR凹陷和HX凹陷，一隆为辛庄隆起。FR凹陷位于测线西南部，南深北浅，南部埋深大于1 600 m，北部埋深小于1 400 m；HX凹陷位于测线东北部，南浅北深，南部埋深约1 300 m，北部埋深大于1 800 m；两个凹陷赋存地层电阻率变化一般为10～50·m，为上第三系—下第三系沙河街组地层的反映。辛庄隆起为火成岩出露区，地表可见花岗岩和花岗闪长岩。该火成岩出露区在剩余重力异常图上表现为重力高，磁力异常图上也表现为强磁异常。根据HX凹陷和FR凹陷深度发育特征，断陷边界断裂可以为油气运移提供通道和形成断层圈闭。西部QD凹陷埋深大、临近郯庐断裂构造高位置，可作为油气运移的指向区，是辽东隆起区有利油气勘探目标。

图6 试验剖面重磁电联合反演最终方案Fig.6 Joint interpretation of MT-gravity of the test profile

图7为区内某地震剖面，其位置如图3中红线所示。其对FR凹陷北次凹的构造形态有较清晰的揭示，与重磁及MT反演剖面反映特征一致。

图7 区内某地震剖面Fig.7 Seismic profile in study area

5 结 论

这次浅海重磁电联合勘探试验，探索了一套高效重磁电联合采集方法，解决了浅海大地电磁数据校正问题。在后期处理解释中，采用重磁电联合反演技术，直接获得地质解释模型，推断解释出试验区基本地质结构，比如郯庐断裂和QD凹陷分布特征等。地质认识与已知井、震、露头地质资料吻合，其后布设的二维地震勘探验证了FR凹陷和HX凹陷的存在。对于我国近海浅水油气勘探具有指导意义，可资借鉴。

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The Experiment of Gravity-magnetic-electric Joint Exploration in Shallow Sea and Its Effect

Shi Yalan1,Zheng Qiugen1,Shi Yanling2,3,Wei Qiang2,Liu Tianjiang2,Liu Zebin2

Gravity-magnetic-electric(GME) prospecting in shallow sea is always difficult due to its particularity. The shallow water area is large in the offshore with rich natural resources in China, so it is of great significant to study the GME method in shallow sea. On the basis of previous experience, after numerous experimental investigation, we adopt the improved equipment to carry out the joint land-sea data acquisition in the shallow area of Bohai Gulf, and develope the corresponding data processing and interpretation methods, showing the effect of joint land-sea method on study of oil and gas geological structure.

shallow sea; gravity-magnetic-electric; joint exploration; oil-bearing geological structure

1672—7940(2016)05—0615—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.05.010

石亚兰(1992-)，女，硕士研究生，主要研究方向为含油气盆地的综合分析。E-mial：shiyl09@foxmail.com

P631

A

2015-10-03