1）挪威近海气田的CSEM探测
自海洋CSEM方法诞生以来，学者们都认为海洋CSEM方法在水深大于1 000 m的深水才能取得较好的勘探效果，原因是浅水层难以压制空气波的干扰而影响数据质量。挪威地球物理电磁服务公司（EMGS）为了验证其设备在浅水中的应用效果，2025年12月—2025年1月在挪威北海大陆坡的东北部Troll海域进行了CSEM勘探。此海域水深333～350 m，西南浅东北深，海区油气已知分布如图5.26所示，共有西部油区、西部气田及东北部气田。油气层电阻率为250Ω·m，而覆盖层的侏罗纪砂岩电阻率为2.5Ω·m，电阻率的差异为海洋CSEM方法提供了良好的物性基础。
图5.26 挪威近海Troll工区CSEM探测施工布置图（图片源自Johnstad，2005）
图5.27展示了R16、R25、R41三个测站的资料处理结果，左面为MVO曲线，右面为PVO曲线。两幅图都清晰地显示在2.5～10 km，相对于R41作为参考点（已知没有油气异常的点位），R25与R16测站的MVO与PVO曲线都有明显差异。这一结果证明CSEM方法在浅水油气勘探的有效性。
图5.27 挪威近海海洋CSEM探测结果对比图（图片源自Johnstad，2005）
图5.28 Troll海域地质结构简图（图片源自Johansen，2005）
图5.28是EMGS公司在Troll海域西部气田区块进行的一次勘探试验的海区地质简图。其中右上角小图为CSEM施工方案，粗线为接收机站位，细线描述了发送源的航迹图，此次试验共投放了24台接收机，水深在330～360 m。图5.28的左面描述了31／2-1井位电阻率测井结果，与图中间显示的西部气田储层对应一致。图5.29说明了CSEM资料处理结果——归一化场值异常图，在偏移距为（6.5±0.5）km的位置出现了异常极大值，这一结果与图下方的西部气田地震资料解释结果基本吻合。这一试验也再次证明CSEM方法在浅水海域油气勘探应用的正确性与可行性。
图5.29 CSEM结果与地震资料解释对比图（图片源自Johansen，2005）
2）美国西海岸水合物调查
图5.30 美国西海岸近海可燃冰勘探位置示意图（图片源自Weitemeyer，2006）
图5.30为美国加州大学Scripps海洋研究所于2025年8月在美国西海岸进行的水合物探测案例地形概图。此区域之前已经进行了三维地震勘探、钻探与测井工作，水深在800～1 200 m，图中紫色方块显示了接收机投放点位，由西向东共投放25台接收机，点距600 m，共14.4 km。25台接收机中12台仪器观测水平分量的电场磁场信号共四分量，另外13台只观测相互正交的三分量电场信号，而不记录磁场信号，所有仪器采样率设置为125 Hz。图中粗实线为发送源拖曳航迹，黑色圆点为ODP点位，沿线共有四个ODP点位（ODP1245、ODP1246、ODP1244、ODP1252），同时也是地震230测线的施工路线。发送源共进行了三次拖曳航行，第一次发送电流5 Hz、峰值102 A、源偶极距90 m，第二次发送电流15 Hz、峰值200 A、极距90 m，第三次发送电流15 Hz、峰值200 A（后降至100 A）、极距200 m。整个航行发送过程中发送电极距离海底高度约为100 m，速度约2 km／h。
图5.31 CSEM与地震、测井资料对比图（图片源自Weitemeyer，2006）
资料处理结果对比如图5.31所示，图5.31a和b分别为发送频率为15 Hz、5 Hz时的资料处理饱和度与电阻率断面图，图上方标示了不同饱和度对应的电阻率值。15 Hz发送频率的断面图反映了海底300 m以浅的电阻率信息，5 Hz发送频率的断面图反映了海底500 m以浅的电阻率信息，两幅图的信息在海底300 m以浅基本吻合。在S18～S25区间为盆地，电阻率值较小，而在S1～S5区间电阻率值较大，指示可能有高阻体存在。图5.31c为几个标记点的一维反演结果。图5.31d为230线地震资料结果，地震资料显示图中似海底反射层的存在，在S1～S5之间的区域存在GH（gas hydrate），这一结果与CSEM方法处理结果是一致的。图5.31e为测井电阻率资料，三次钻井资料与地震剖面资料吻合较好，同时也证实了地震资料结果的正确性。钻孔资料显示了高阻体的存在，这一结果与5 Hz发送频率的电阻率断面图结果一致，而15 Hz发送频率的电阻率断面图未显示更深部的高阻信息。
通过这一案例得知，海洋CSEM方法借助高频人工电磁场源，实现了距海底数百米的电阻率成像，弥补了MT方法的不足。在水合物勘探的成功应用证实了海洋CSEM方法在水合物探测上是切实可行的。
3）南海神狐海域水合物调查
近年来采用高分辨率地震调查手段，在琼东南盆地发现了指示天然气水合物底界面的似海底反射（bottom simulating reflector，BSR）。但是由于研究区海底较为平缓，BSR与海底地层近于平行，且极性反转特征并不明显，加之多次波、气泡效应等在形态上与BSR相似，从而增加了BSR识别难度，这极大地影响了该海域天然气水合物评价与成藏模式的研究。2025年广州海洋地质调查局联合中国地质大学（北京），在琼东南盆地进行了CSEM剖面探测任务（工区位置如图5.32所示），获得了研究区的电阻率断面图像，结合水合物稳定带的估算与反射地震剖面资料，对研究区水合物分布和游离气运移等问题进行分析，可以初步给出研究区海底水合物的成藏模式。
(https://www.daowen.com)
图5.32 琼东南盆地海洋CSEM探测位置（红色矩形框，景建恩等，2018）
根据区域地质构造走向，布设了一条垂直地质走向的NW-SE向CSEM剖面。这条剖面长4.5 km，设计10个接收站位（编号R1～R10），站间距为500 m（图5.33）。接收机按照设定的坐标进行投放，当沉至海底后，利用多点声学斜距测量技术，确定水下接收机的相对位置，并参考调查船的GPS坐标得到每台接收机在海底的实际地理坐标。通过铠装的光电复合拖缆，发射机被施放至距离海底约50 m高度处，从观测剖面一端5 km外开始激发，以约2节的速度沿观测剖面均速拖曳行进，到达剖面另一端点外侧5 km处停止发射。为了对浅海底水合物稳定带及游离气的运移通道进行电磁成像，激发了0.5 Hz和1.5 Hz组合频率、2 Hz单频、8 Hz单频的双极性方波信号，发射电流达到210 A。
图5.33 琼东南盆地海洋可控源电磁探测发射与接收布置图
对10个测站0.5 Hz和1.5 Hz、2 Hz、8 Hz的数据进行了处理，获得各分量的MVO与PVO数据。图5.34给出了各站位的处理结果，图中横轴为测线距离。MVO曲线纵轴为归一化振幅的常用对数，电场单位为V／（A·m2），磁场单位为T／（A·m）。由图5.34可知，0.5 Hz和1.5 Hz有效信号的收发距可达到4 000 m；2 Hz有效信号的收发距可达到3 500 m；8 Hz有效信号的收发距可达到2 000 m。系统本底噪声水平在1.5 Hz频率处低于10-14 V／（A·m2）。
在前述数据处理的基础上，对10个测站的MVO数据进行合并处理与二维反演。对0.5 Hz和1.5 Hz数据进行9个反演任务的尝试，对不同频率、不同类型的电磁数据进行反演，最后将数据的均方根残差降到2.0以下，停止迭代，得到较为可靠的二维电阻率模型，如图5.35所示。
图5.34 各站位的处理结果
图5.35 0.5 Hz和1.5 Hz组合数据二维反演电阻率模型（景建恩等，2018）
根据有效观测信号的最大收发距，估计0.5 Hz和1.5 Hz组合电磁数据的探测深度约为1 000 m。
剖面中在浅海底约60 m以上，地层电阻率多表现为低阻特征，除R3、R4和R5外，低阻层的横向分布较为连续。在海底的60～320 m，地层中出现多个规模不一的高阻异常体，高阻体的电阻率介于2～10Ω·m，它们在横向上具有不连续的分块特征。320～660 m深度主要出现三处高阻异常体，这些异常体呈树杈状结构，并与其上的高阻体相连。R3～R9测点下方的660～800 m深度处，海底地层电阻率表现为中高阻层状特征，电阻率值大于5Ω·m。800 m深度之下，地层表现为高阻特征，电阻率值在10Ω·m上下。
根据上述电阻率分布特征，对剖面下方的地层进行分层处理，分层结果如图5.36中虚线所示。由上至下共分为五层，第一层为低阻沉积盖层，第二层可能为天然气水合物稳定带，第三层为游离气运移带，第四层为饱气带，第五层为高阻基底（可能含游离气）。根据高阻体的特征推断，第三层中的高阻异常体可能对应着深部游离气向上运移的三个通道，如图中箭头所示。深部来源的游离气有可能通过这三个运移通道向水合物稳定带聚集，最后在第二层中局部富集而形成天然气水合物。
图5.36 0.5 Hz和1.5 Hz组合数据二维反演电阻率模型及地质解释（景建恩等，2018）
将上述解释结果与对应的地震剖面叠加，如图5.37所示。可以看到，电阻率剖面的解释结果与地震所反映的地质特征具有很好的对应关系。图中箭头所示的运移通道与地震反射空白特征相对应，且反射同相轴出现明显的不连续或错断特征；根据电阻率推断的水合物稳定带底界也与地震推断的BSR基本一致（图中粗实线）。
图5.37 推断解释结果与地震剖面叠合图（景建恩等，2018）
针对水合物调查需求，海洋CSEM方法实现了海底以下介质电阻率的二维成像，根据反演的电阻率断面，参考反射地震剖面资料，将研究区海底划分为四个电性层。在BSR模糊不清或不确定时，综合利用电阻率、热力学条件和地震反射信息，推断天然气水合物稳定带的底界深度，给出水合物稳定带的内部结构及游离气运移通道，这为研究区天然气水合物资源预测与钻探目标优选提供了依据。
随着近年来的不断发展，海洋CSEM方法已经成为海洋油气及水合物勘探有效手段之一，在完善传统地震资料解释并提高钻井成功率方面发挥着举足轻重的作用。未来海洋CSEM方法必将得到更为广泛的应用。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
