研学借鉴油气地震勘探技术—可控源音频大地电磁法迷途

郑州地象科技有限公司 寇伟

地震勘探采集的是地震波信号，电磁勘探采集的是电磁波信号，虽然物性参数不同，但都属于频谱分析方法。应用地震技术成功找油气的分析方法、判定手段，对于电磁物探技术来讲可借鉴之处颇多。

1、可控源音频大地电磁法不属于大地电磁法

大地电磁测深法（MagnetotelluricSounding，MT）是苏联学者Tikhonov和法国学者Cagniard在上世纪50年代初提出来的利用天然交变电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法。大地电磁信号，顾名思义就是大地天然固有的电磁信号。不论大地电磁信号是来自地壳之下的地核和地幔层动态地磁场的辐射，还是在天空中的电磁场源辐射到地下又被反射上来的电磁波，都属于天然场源形成的。虽然在1971年，加拿大多伦多大学的博士生在MT和AMT的基础上创立了CSAMT法理论基础，直到1984年加拿大凤凰公司才研制了可控源音频大地电磁法仪器及软件系统，并于1985年推向中国市场，很快在中国销售了几百套设备。

可控源大地音频电磁法（CSAMT）是通过人工强制性对大地发射大电流脉冲信号，人为形成增强的地磁场来获取地下岩层信息的。虽然它是套用大地电磁法的概念、通过模拟生成大地电磁波信号实现勘探的，但因其不可能满足AMT的假设条件，采集的并非天然场源的大地电磁波信号，所以其不能称为可控源大地音频电磁法，只能称其为可控源电磁法。

2、自陷矛盾中的可控源电磁法

由于来自地下的大地电磁信号非常微弱，加上使用成对电极和横置的磁传感器在地面上采集信号时受电磁干扰过大，现有的MT和AMT方法存在采集数据可靠性差等问题。发展CSAMT的目的就是通过发射大功率电磁波形成的电磁场来增强接收信号、提高抗干扰能力。简单解释CSAMT的做法，就是通过场源发射电磁波在天上形成近似无穷远的半圆形电磁场，在收发距为8倍（V8要求）左右勘探深度的远场位置形成了近似于均匀平面波投射于地面上，基本上可视为天然场的大地电磁波了，即可按照大地电磁法采集信号并反演分析。

从原理上看收发距与采集信号强度就是一个矛和盾的关系，收发距越大、所形成的电磁场越接近于大地电磁法描述的垂直于地面的均匀平面波，勘探深度就越大；离发射场源距离越远，实际接收到的信号越弱，人工源的优势就趋于消失，这就违背了设计可控源的本意。其根源是由于强套大地电磁法的概念、造成原理上的缺陷，形成了无解的矛和盾。为了弥补大地电磁法卡尼娅视电阻率在低频段存在严重的近场效应问题，国内有人通过数学推导反演提出了近场校正或全区视电阻率等解决方案，但都是基于发射机和接收端之间介质均匀的假设，理论上还是要套用大地电磁法的概念，实在是有点牵强附会，效果自知。

3、可控源电磁法用于油气勘探的局限及问题

由于在油气勘探中作为主流的地震法会受地层地貌限制很难施展，人们寄希望于可控源电磁法，在海相碳酸盐岩、山前带、火成岩、黄土塬、沙漠、非常规等区域能够替代地震法勘探油气资源，但在实践中往往是效果不佳、得不偿失。两次拜读“中国物探技术的发展历程—裘慰庭先生访谈录”一文，裘先生说“电磁场最大的一个问题是它的分辨率很低”，其根源是“电磁场测是体积效应”。开始感觉不以为然，再次阅读细品才知道他所讲的是可控源电磁法，确实因其可达深度小（V8为2000米）、深层分辨率低、采集信号可信度低等原因，存在对于油气构造的识别、较薄储层的辨识等能力较差诸多问题。

总的来看，可控源电磁法用于油气勘探存在几方面固有的的局限和问题：一是原理问题，本来天然场源的大地电磁波是一个很简单的信号源，为了追求达到天然场源产生均匀平面波的效果，仿效大地电磁法的分析方法，可控源电磁法从场源发射到信号、从假设计算到模拟分析把问题整体复杂化了，即使是做了许多工作，但在根本上就不是大地电磁场，局限太多很难仿的像；二是体积效应问题，CSAMT规程要求“接收偶极距MN长度根据所勘查的地质目标体的规模和电信号的强弱确定，通常在20～500米之间选择。”点间距的大小不但决定了勘探剖面横向分辨率的精度，最大的问题是所测数据包含了两两电极圈柱状体内共有的岩性信息，存在明显的体积效应，不可能识别小的构造和岩层变化；三是每次发射的频点有限（V8最多为46个），每个频点对应一个深度层（46层），2000米内分层间隔约45米，纵向分辨率远低于地震勘探；四是每次发射设置的接收测点不可能多，一般V8配备的接收机只有3—5台，接收机的成本远高于地震采波器，盲目地效仿地震方法增加测点、费用远高于地震方法，得不偿失。

2022年6月21日