CN105044782B - 一种海洋地下介质总有机碳含量的获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋地下介质总有机碳含量的获取方法，该方法先将采集到的勘探区域电磁场数据进行Occam反演计算，获得勘探区域的电阻率，再将电阻率信息通过Cole‑Cole模型转化为复数电阻率后进行Occam反演计算，获得极化率，最后利用极化率与总有机碳含量的正相关系获得勘探区域的总有机碳含量信息。与现有技术相比，本发明在不钻井的情况下就可获得有机碳含量在平面上的分布规律，对预测含油气地层、指导海洋油气勘探和提高钻探与开发的成功率具有十分重要的意义。

Description

一种海洋地下介质总有机碳含量的获取方法

技术领域

本发明涉及一种海洋可控源电磁勘探方法，特别是涉及一种海洋地下介质总有机碳含量的获取方法。

背景技术

海洋可控源电磁方法(MCSEM)能够有效反映构造圈闭中流体物理性质，在海洋油气勘探领域获得了广泛的关注。该方法的发射源采用水平电偶极源，布置于海底上方几十米高度的水中。接收装置布置在海底，用于测量电场值和磁场值，接收装置包括两个水平电偶极、一个垂直电偶极、以及磁力计、声控仪和记录仪等。该方法通过将采集到的场值信息，利用可控源电磁法反演得出电阻率分布信息来探测含油气高阻薄层，进而对油气和天然气水合物进行直接识别。但由于并非所有的高阻体都是含油气地层，如火山岩等，因此利用电阻率信息进行判断可能会对目标体产生误判。

利用总有机碳含量(TOC)信息可分辨高阻地层(如火山岩)与含油气储层，但有机碳含量信息通常是通过分析钻井获取的岩心样品和典型露头样品获取的，由于目前海洋油气勘探开发还处于初级阶段，钻井数量总体较少，因此获取的岩心样品的数量有限，利用有限的岩心样品分析获得的有机碳含量只能代表有限的点，不能代表整个平面上分布的总有机碳含量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需钻井就能获得海洋地下介质总有机碳含量的方法。

本发明提供的海洋地下介质总有机碳含量的获取方法包括如下步骤：

(1)在勘探区域的海水中布置发射源，用于发射固定频率的交变电流；同时在该区域的海底布置接收装置，用于采集海洋电磁数据；

(2)拖动发射源使其从起点沿测线移动到终点，每完整地拖动一次完成一个频率的海洋电磁场数据采集；

(3)将采集到的勘探区域电磁场数据进行Occam反演计算，获得勘探区域的电阻率；

(4)将上述电阻率通过Cole-Cole模型转化为复数电阻率；

(5)将复数电阻率进行Occam反演计算，获得极化率；

(6)利用极化率与总有机碳含量的正相关系获得勘探区域的总有机碳含量信息。

本发明是基于如下理论和观点：

(1)在电磁效应的低频部分，当同时存在激电和电磁效应时，实测的复电阻可以表示成如下方式:

式中ρ^*复电阻率，ρ₀是已经获得的电阻率，m是极化率，τ是时间常数，c是一个与频率有关系数。

(2)极化率参数与总有机碳含量(TOC)符合正相关关系(见Vladimir Burtman,ect，2014年发表的文章Experimental Study of Induced Polarization Effect inUnconventional Reservoir Rocks)。

本发明的具体技术路径如下：

将M个实测的电磁场数据表示数据向量d∈E^M,反演初始电阻率模型记为m∈E^N，正演问题的解表示为：d_j＝F_j[m],j＝1,2,…,M，F_j是与第j个数据相联系的正演函数，用向量可表示为d＝F[m]。数据拟合差可写为：

X²＝||Wd-WF[m]||² (1)

式中W＝diag{1/σ₁,1/σ₂,…,1/σ_M}。

引入拉格朗日乘子μ^-1，构造无约束的目标函数：

式中，R₁为粗糙度矩阵，为反演所要求达到的拟合差。

Occam反演流程如图1所示，在反演迭代过程中，为使总目标函数最小，我们求取目标函数的梯度，并令▽_mU＝0，这时模型向量m满足:

式中，J是M×N阶的雅克比矩阵，可以通过差分求取：

J＝▽_mF (4)

其矩阵元素的形式为：

依据式(1)，在迭代过程开始前，我们给定一个初始模型m₁，如果F在m₁处可微，则对于足够小的向量Δ有：

F[m₁+Δ]＝F[m₁]+J₁Δ (5)

式中Δ＝m₂-m₁，如果将式(4)代入式(1)，则在m₂会出现如下的线性问题：

上式右端第二项圆括号中的表达式是一种数据向量，记作d₁。接着，定义m₂为这种近似下使U取得最小值时的模型，则有

选取μ以达到期望的拟合差，在迭代中m₂可由系列m₁,m₂,…中后面的模型依次取代，该一系列中每一个前面的向量都是下个向量的初始近似值。

假设第k次迭代已完成，定义向量：

用一系列的μ值计算模型m_k+1(μ)的真正拟合差

X_k+1(μ)＝||Wd-WF[m_k+1(μ)]|| (9)

最终获得勘探区域最佳电阻率信息ρ₀。

将已经计算得到的勘探区域的电阻率经过Cole-Cole模型由直流电阻率转化为复数电阻率,其中时间常数τ＝2，系数c＝0.3。

将ρ^*作为电阻率参数代入进行Occam反演计算得到与极化率相关的电磁场值；然后我们将ρ₀作为极化率反演的初始模型，再进行极化率的Occam反演(反演流程如图1所示)，得到待求的极化率m；进而通过极化率信息得到描述地下介质总有机碳含量TOC含量的信息。

本发明通过利用海洋电磁属性来获取海洋地下介质的总有机碳含量信息，在不钻井的情况下就可获得有机碳含量在平面上的分布规律，对预测含油气地层、指导海洋油气勘探和提高钻探与开发的成功率具有十分重要的意义。

附图说明

图1为Occam反演流程图。

图2为海洋可控源勘探区域地电结构及测点位置图。

图3为不同参数条件下海洋可控源模勘探区域地电结构图。

图4为海洋可控源电磁法反演计算电阻率与真实地电结构的对比图。

图5为海洋可控源电磁法反演计算的极化率结果图。

具体实施方式

(1)如图2所示，在海底上方10—50m的海水中布置一个或多个偶极装置作为发射源，将其连接在发电机上，发射固定频率(低频，0.01～10Hz)的交变电流，可以发射一个或几个频率的连续的方波信号，电流峰值一般为100～1000A；同时在海底布置一个或多个偶极装置作为接收装置，用于接收海洋电磁数据，每个接收点相距1000m，接收装置距离发射源的最近距离为100～500m，最远的可达到十几公里以上，依据研究目标的深度而决定；

(2)使用船舶拖着电偶极子发射源从一个起点开始沿着测线拖到终点，每完整地拖动一次完成一个频率的海洋可控源数据采集，要想采集多个频率的电磁场，就需要船舶来回拖动电偶极子发射源多次，发射源沿测线移动时，偏移距不断变化，每个测点处的接收装置都可以接收到相对应的电磁场数据；

(3)将采集到的勘探区域实际电磁场数据进行Occam反演计算，获得勘探区域的电阻率ρ₀，反演计算结果如图4所示，本实施例是采用Ey方向电场进行分析计算的；

(4)将计算得到的勘探区域的电阻率通过Cole-Cole模型由直流电阻率转化为复数电阻率ρ^*,其中时间常数τ＝2，系数c＝0.3，

(5)将ρ^*作为电阻率参数进行Occam反演计算得到与极化率相关的y方向的电场值Ey；然后将ρ₀作为极化率反演的初始模型，进行极化率的Occam反演，得到极化率m，计算结果如图5所示；

(6)利用极化率m与总有机碳含量TOC的正相关系获得描述勘探区域地下介质的总有机碳含量TOC的信息。

本发明除了适用于图2所示的地质条件外，还适用于图3所示的其它地质条件。

以上所述仅是本发明较好的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种海洋地下介质总有机碳含量的获取方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)在勘探区域的海水中布置发射源，用于发射固定频率的交变电流；同时在该区域的海底布置接收装置，用于采集海洋电磁数据；

(2)拖动发射源使其从起点沿测线移动到终点，每完整地拖动一次完成一个频率的海洋电磁场数据采集；

(3)将采集到的勘探区域电磁场数据进行Occam反演计算，获得勘探区域的电阻率；

(4)将电阻率通过Cole-Cole模型转化为复数电阻率；

(5)将复数电阻率进行Occam反演计算，获得极化率；

(6)利用极化率与总有机碳含量的正相关系获得勘探区域的总有机碳含量信息。