CN105116453B - 一种冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法及装置，该方法包括：获取勘探区的勘探数据；根据冻土数据、土壤电阻率数据及岩石电阻率数据分析不同深度地层岩性的视电阻率特征，确定视电阻率的分布模式；根据地质数据及探井数据确定勘探区的地质构造特征，并确定瞬变电磁数据采集的测线、测点；采集勘探区的瞬变电磁数据；采用全时间道方式及时间道分段方式根据瞬变电磁数据计算各自的视电阻率，并生成相应的视电阻率断面图；根据分布模式确定实际视电阻率断面图；根据视电阻率特征、地质构造特征及实际视电阻率断面图判断天然气水合物赋存层的分布情况。

Description

一种冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法及装置

技术领域

本发明是关于天然气水合物勘探技术，具体地，是关于利用具有深度探测能力的电磁技术进行冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法及装置。

背景技术

天然气水合物是一种绝缘固体，电阻率很大，具有电磁法勘探的物性基础，利用电阻率测井进行深部天然气水合物的识别，是目前天然气水合物勘探常用的一种手段。瞬变电磁法(TEM，Transient Electromagnetic Method)也可以探测深部地质体的电性特征，利用接地线源(电偶源)或者不接地回线(磁源)向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场，研究其随时间的变化规律来探测介质的电性特征。

在可能存在天然气水合物的冻土地区，国外目前常用的电磁法的应用研究，在大多数情况下探测到的目标是冻土层，究其原因是所使用的电磁仪器分辨率有限，导致无法探测到深部的高阻层。

以寻找天然气水合物为目的，国内在冻土带也开展了多次电磁法的应用研究，例如，用GDP-32Ⅱ型多功能电测仪进行永久冻土层的分布规律研究，能够有效地划分出反射界面和电性层位，并推断出永久冻土层的分布。或者，用V8多功能电法仪开展可控源音频大地电磁法(CSAMT)的天然气水合物探测实验，这种方法很好的分辨出天然气水合物形成、运移所需要的冻土盖层和断裂构造，但没有识别出天然气水合物的电阻率异常，主要原因是区内天然气水合物分布零散、藏储个体规模有限，而且仅伏在冻土层之下难以形成足够的电阻率差异。

以上所述的这些研究显示，电磁法没有探测到深部的天然气水合物，一方面是埋藏太深，目前的电磁仪器无法探测到，例如，俄罗斯Messoyakha多年冻土厚320m，水合物埋藏深度500～1500m；美国阿拉斯加多年冻土厚度174～630m，水合物埋深320～700m；加拿大马更些三角洲，多年冻土510～740m，水合物埋深800～1300m；另一方面是天然气水合物规模太小，一些电磁设备分辨率无法识别。比如国内木里地区的冻土厚度一般50～70m，最厚95m，水合物埋深为133～396m，冻土厚度和天然气水合物的埋深都小于国外的深度，而目前电磁法设备的探测能力，远远大于这一深度，说明有可能是设备分辨率或者浅层高阻对下伏高阻的屏蔽结果。以上这些原因，都会影响对深部的天然气水合物的探测结果。因此，如何提供一种有效的天然气水合物的勘探方法，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法及装置，从而有效地对冻土带天然气水合物进行勘探，以获取更加准确的勘探数据。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法，所述的瞬变电磁勘探方法包括：步骤a：获取勘探区的勘探数据，所述的勘探数据包括：冻土数据、土壤电阻率数据、岩石电阻率数据、地质数据及探井数据；步骤b：根据所述冻土数据、土壤电阻率数据及岩石电阻率数据分析不同深度地层岩性的视电阻率特征，以确定勘探区地下视电阻率的分布模式；步骤c：根据所述地质数据及探井数据确定勘探区的地质构造特征，并根据所述地质构造特征确定勘探区瞬变电磁数据采集的测线、测点；步骤d：根据所述测线、测点采集勘探区的瞬变电磁数据；步骤e：采用全时间道方式根据所述瞬变电磁数据计算全时间道视电阻率，并生成全时间道视电阻率断面图；以及采用时间道分段方式根据所述瞬变电磁数据计算时间道分段视电阻率，并生成时间道分段视电阻率断面图；步骤f：根据所述分布模式确定所述全时间道视电阻率断面图及时间道分段视电阻率断面图的其中之一作为实际视电阻率断面图；步骤g：根据所述的视电阻率特征、地质构造特征及实际视电阻率断面图判断天然气水合物赋存层的分布情况。

在一实施例中，在上述的步骤c及步骤d之间，该瞬变电磁勘探方法还包括：步骤h：应用卫星遥感影像对所述的测线、测点位置进行优化，根据所述卫星遥感影像剔除或修改所述的测线、测点，以规避瞬变电磁干扰源。

在一实施例中，上述的步骤f包括：将所述全时间道视电阻率断面图及时间道分段视电阻率断面图中与所述分布模式中的相同点更多的一个作为合理视电阻率断面图；应用GPS测量的测点高程值和勘探区冻土底界的深度值，校正所述合理视电阻率断面图中相应测点地下视电阻率的深度误差，生成所述的实际视电阻率断面图。

在一实施例中，应用GPS测量的测点高程值和勘探区冻土底界的深度值，校正所述合理视电阻率断面图中相应测点地下视电阻率的深度误差，包括：应用所述GPS测量的测点高程值，校正地形引起的深度误差；以及应用所述勘探区冻土底界的深度值，校正深度反演引起的深度误差。

在一实施例中，上述的步骤g包括：根据所述实际视电阻率断面图中的浅部高阻特征，判断冻土层的分布情况；根据所述实际视电阻率断面图中的深部高阻特征，判断天然气水合物赋存层的分布情况；以及根据所述的视电阻率特征、地质构造特征及实际视电阻率断面图判断天然气水合物赋存层的厚度及展布情况。

本发明实施例还提供一种冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探装置，所述的瞬变电磁勘探装置包括：勘探数据获取单元，用于获取勘探区的勘探数据，所述的勘探数据包括：冻土数据、土壤电阻率数据、岩石电阻率数据、地质数据及探井数据；分布模式确定单元，用于根据所述冻土数据、土壤电阻率数据及岩石电阻率数据分析不同深度地层岩性的视电阻率特征，以确定勘探区地下视电阻率的分布模式；测点及测线确定单元，用于根据所述地质数据及探井数据确定勘探区的地质构造特征，并根据所述地质构造特征确定勘探区瞬变电磁数据采集的测线、测点；瞬变电磁数据采集单元，用于根据所述测线、测点采集勘探区的瞬变电磁数据；视电阻率断面图生成单元，用于采用全时间道方式根据所述瞬变电磁数据计算全时间道视电阻率，并生成全时间道视电阻率断面图；以及采用时间道分段方式根据所述瞬变电磁数据计算时间道分段视电阻率，并生成时间道分段视电阻率断面图；实际视电阻率断面图确定单元，用于根据所述分布模式确定所述全时间道视电阻率断面图及时间道分段视电阻率断面图的其中之一作为实际视电阻率断面图；分布情况判断单元，用于根据所述的视电阻率特征、地质构造特征及实际视电阻率断面图判断天然气水合物赋存层的分布情况。

在一实施例中，上述的瞬变电磁勘探装置还包括：测线及测点优化单元，用于应用卫星遥感影像对所述的测线、测点位置进行优化，根据所述卫星遥感影像剔除或修改所述的测线、测点，以规避瞬变电磁干扰源。

在一实施例中，上述的实际视电阻率断面图确定单元包括：

合理视电阻率断面图确定模块，用于将所述全时间道视电阻率断面图及时间道分段视电阻率断面图中与所述分布模式中的相同点更多的一个作为合理视电阻率断面图；实际视电阻率断面图生成模块，用于应用GPS测量的测点高程值和勘探区冻土底界的深度值，校正所述合理视电阻率断面图中相应测点地下视电阻率的深度误差，生成所述的实际视电阻率断面图。

在一实施例中，上述的实际视电阻率断面图生成模块具体用于：应用所述GPS测量的测点高程值，校正地形引起的深度误差；应用所述勘探区冻土底界的深度值，校正深度反演引起的深度误差；以及将经过深度误差校正后的合理视电阻率断面图作为所述实际视电阻率断面图。

在一实施例中，上述的分布情况判断单元包括：冻土层分布情况判断模块，用于根据所述实际视电阻率断面图中的浅部高阻特征，判断冻土层的分布情况；天然气水合物赋存层分布情况判断模块，用于根据所述实际视电阻率断面图中的深部高阻特征，判断天然气水合物赋存层的分布情况；以及厚度及展布情况判断模块，用于根据所述的视电阻率特征、地质构造特征及实际视电阻率断面图判断天然气水合物赋存层的厚度及展布情况。

通过本发明，根据天气水合物的高阻特性，应用瞬变电磁法进行深部天然气水合物的探测，采集勘探区深部的电磁数据，采用全时间道和时间道分段处理方式，开展滤波和视电阻率计算，对这两种处理方式得到的视电阻率断面图应用勘探区电阻率分布模式进行合理性检验，根据检验合理的视电阻率数据生成勘探区最终的视电阻率断面图。再结合冻土、地质和探井等数据，判别视电阻率断面图中的天然气水合物赋存层，实现天然气水合物的资源潜力评价。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法的流程图；

图2为本发明实施例的青海木里勘探区瞬变电磁数据采集测线测点分布图；

图3为本发明实施例的瞬变电磁数据采集方式示意图；

图4为本发明实施例的视电阻率处理结果对比图；

图5为本发明实施例的实际视电阻率断面图；

图6为本发明实施例的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探装置的结构示意图；

图7为本发明实施例的实际视电阻率断面图确定单元的结构示意图；

图8为本发明实施例的分布情况判断单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法及装置。以下结合附图对本发明进行详细说明。

本发明实施例提供一种冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法，如图1所示，该瞬变电磁勘探方法主要包括以下各步骤：

步骤S101：获取勘探区的勘探数据，勘探数据包括：冻土数据、土壤电阻率数据、岩石电阻率数据、地质数据及探井数据；

步骤S102：根据冻土数据、土壤电阻率数据及岩石电阻率数据分析不同深度地层岩性的视电阻率特征，以确定勘探区地下视电阻率的分布模式；

步骤S103：根据地质数据及探井数据确定勘探区的地质构造特征，并根据地质构造特征确定勘探区瞬变电磁数据采集的测线、测点；

步骤S104：根据测线、测点采集勘探区的瞬变电磁数据；

步骤S105：采用全时间道方式根据瞬变电磁数据计算全时间道视电阻率，并生成全时间道视电阻率断面图；以及

采用时间道分段方式根据瞬变电磁数据计算时间道分段视电阻率，并生成时间道分段视电阻率断面图；

步骤S106：根据分布模式确定全时间道视电阻率断面图及时间道分段视电阻率断面图的其中之一作为实际视电阻率断面图；

步骤S107：根据视电阻率特征、地质构造特征及实际视电阻率断面图判断天然气水合物赋存层的分布情况。

通过上述的步骤S101～步骤S107，根据天气水合物的高阻特性，应用瞬变电磁法进行深部天然气水合物的探测，采集勘探区深部的电磁数据，采用全时间道和时间道分段处理方式，进行滤波和视电阻率计算，并对这两种处理方式得到的视电阻率断面图应用勘探区电阻率分布模式进行合理性检验，根据检验合理的视电阻率数据生成勘探区最终的视电阻率断面图。再结合冻土、地质和探井等数据，判别视电阻率断面图中的天然气水合物赋存层，实现天然气水合物的资源潜力评价。

以下结合上述各步骤对本发明实施例的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法进行详细说明。

上述的步骤S101，获取勘探区的勘探数据。本发明实施例的冻土带天然气水合物瞬变电磁勘探方法，首先收集勘探区冻土、土壤电阻率、岩石电阻率、地质、探井等相关数据，在这些数据的基础上对冻土带天然气水合物进行探测。

在获取了相应的数据后，执行上述的步骤S102，根据冻土数据、土壤电阻率数据及岩石电阻率数据分析不同深度地层岩性的视电阻率特征，以确定勘探区地下视电阻率的分布模式。具体地，上述的冻土数据，主要是冻土分布范围和冻土深度数据，根据该冻土数据可获取勘探区冻土分布和厚度特征；根据地质数据及探井数据，获取勘探区地层岩性、构造特征；根据冻土数据、土壤电阻率数据及岩石电阻率数据，获取不同岩性的视电阻率特征；然后根据上述的各种特征，建立勘探区地下视电阻率分布模式。

上述的视电阻率分布模式，是对勘探区电阻率分布的初步认知，冻土层内的土壤岩石，其电阻率比深层非冻土部分高1-5倍，因而一般浅部冻土层一般为高阻，深部非冻土层为低阻。如果存在天然气水合物，深部非冻土层就会存在高阻。因此可根据勘探区的高阻、低阻的分布来初步确定是否存在天然气水合物。以青海木里勘探区为例，根据勘探区冻土数据，该勘探区冻土层厚度为60-90m，天然气水合物探井的井温测井数据确定探井位置的冻土层底界为90m，根据电阻率测井数据，该勘探区冻土层内的地层岩性电阻率普遍高于冻土层下对应岩性的视电阻率。根据天然气水合物探井，可探知天然气水合物的位置是地下133-400m深度范围，天然气水合物横向和纵向上都不连续。根据以上信息，可以初步认为，勘探区存在一个浅部连续冻土高阻层和一个深部不连续天然气水合物高阻层。

上述步骤S103，根据地质数据及探井数据确定勘探区的地质构造特征，并根据地质构造特征确定勘探区瞬变电磁数据采集的测线、测点。由地质数据和探井数据可获知地质构造信息，并且在实际应用中，采用垂直构造方向可以获取更多信息。因此，在本发明实施例中，是通过地质数据和探井数据确定勘探区的地质构造特征，并进一步根据该地质构造特征来确定勘探区瞬变电磁数据采集的测线、测点。具体实施时，以青海木里勘探区为例，图2是野外瞬变电磁数据采集的测线及测点分布图，从图2中可以看出，设计路线垂直构造、穿过了已知探井位置，保证瞬变电磁的采集结果可以用已知探井数据进行标定。

并且，在具体实施中，还可结合卫星遥感影像对确定的测线、测点位置进行优化。卫星遥感影像数据提供地表信息，为地表野外采集顺利实施、规避瞬变电磁干扰源提供依据。因此，可根据该卫星遥感影像调整测点、测线的位置，修改或删除处在瞬变电磁干扰源附近的测点、测线。如图2中所示，优化后的测线和测点没有延伸至北部的露天煤矿和南部的山丘。

在确定了进行瞬变电磁数据采集的测点、测线后，通过上述的步骤S104，采集瞬变电磁数据。在实际应用中，可选用专门的瞬变电磁仪采集瞬变电磁数据。在本发明实施例中，是选用CUGTEM-8智能深部勘查型瞬变电磁仪进行勘探区的瞬变电磁数据采集。

首先，通过该CUGTEM-8智能深部勘查型瞬变电磁仪以重叠回线方式布设发送回线和接收回线，连接发送机和接收机，检验其是否工作正常；然后，针对高阻勘探区，选择仪器相应的采集参数，包括：供电电流设置为200A，叠加次数设置为15次，用于提高信噪比；供电脉宽设置为20ms，采样率设置为1微秒，用于提高勘探深度。在具体实施时，在野外沿着测线、测点重叠回线采集方式可如图3所示。在实际采集过程中，判断归一化电位差曲线是否平滑衰减，如果不平滑则说明噪声很大，此时，需要调整采集参数，增加叠加次数，重新采集数据，直至数据符合要求。

需要说明的是，上述的选用CUGTEM-8智能深部勘查型瞬变电磁仪进行瞬变电磁数据采集仅为举例说明本发明实施例中的步骤S104的数据采集过程，而并非用以限制本发明。在实际应用中，可根据具体的地质情况的不同和勘探工作的需要而选用不同的采集仪器进行数据采集，本发明并不以此为限。

采集到瞬变电磁数据之后，需根据该瞬变电磁数据来生成相应的视电阻率断面图，即上述的步骤S105，采用全时间道方式根据瞬变电磁数据计算全时间道视电阻率，并生成全时间道视电阻率断面图；以及采用时间道分段方式根据瞬变电磁数据计算时间道分段视电阻率，并生成时间道分段视电阻率断面图。在具体实施时，可首先进行采集数据的质量检查，按照实际采集要求设定针对采集数据的标准值，根据该标准值判别和剔除坏数据。然后对瞬变电磁数据采用两种处理方式获取地下视电阻率断面图，一种是全时间道方式，另一种是时间道分段方式。针对全时间道处理方式，选择三点滤波，计算全时间道下的视电阻率，并得到全时间道下的地下视电阻率断面图；在时间道分段处理方式中，将时间道分为三段，对三段时间道分别进行三点滤波和视电阻率计算，并将三段计算结果合并，得到时间道分段下的地下视电阻率断面图。上述两种处理方式所得的视电阻率断面图如图4所示，图4中上半部分的视图是全时间道处理结果，下半部分的视图是时间道分段处理结果。

得到不同处理方式下的视电阻率断面图后，执行上述步骤S106，根据分布模式确定全时间道视电阻率断面图及时间道分段视电阻率断面图的其中之一作为实际视电阻率断面图。具体地，是根据勘探区的探井、地质和冻土等数据，分析两种视电阻率断面图中所显示的勘探区具有浅层冻土高阻和深层水合物赋存层高阻的分布特征与步骤S102所得出的分布模式存在的相同点，将与步骤S102所得出的分布模式具有更多相同点的一个作为合理视电阻率断面图。如图4所示，木里勘探区具有浅层冻土高阻和深层水合物赋存层高阻的双层模式，由此可见，时间道分段处理的结果更符合勘探区的实际情况，因此，将时间道分段方式下的视电阻率断面图作为该合理视电阻率断面图。

在实际应用中，为了提高视电阻率数据的准确性，可对视电阻率数据进行校正。由于在本发明实施例的视电阻率计算过程中，是默认地表均是平坦状态的。但在实际的地质环境中，地表部分是随地面高程起伏的。因此，为了使计算出的视电阻率更接近实际的地质条件下的视电阻率，需要对上述的合理视电阻率断面图结果进行地形和深度校正。在本发明实施例中，是分别采用地面GPS采集的高程值和冻土底界的深度值来实现误差校正。具体地，是采用GPS测点高程值，校正地形引起的深度误差；利用冻土层底界深度值，校正深度反演引起的误差。校正后的视电阻率断面图(实际视电阻率断面图)如图5所示，在图5中可以看出，地表部分随地面高程起伏，浅部的连续高阻层与冻土层对应，深部的不连续高阻层，与水合物探井获取的水合物赋存层深度上对应。

经过上述步骤S101～步骤S106确定了实际视电阻率断面图后，通过步骤S107，结合视电阻率特征、地质构造特征及实际视电阻率断面图判断天然气水合物赋存层的分布情况，从而评价勘探区天然气水合物资源潜力。具体的判断过程可分为以下几个步骤：根据实际视电阻率断面图中的浅部高阻特征，判断冻土层的分布情况；根据实际视电阻率断面图中的深部高阻特征，判断天然气水合物赋存层的分布情况；结合岩性、断裂、探井等数据，对天气水合物赋存层的厚度、展布情况进行解释，实现勘探区天然气水合物资源的潜力评价。

本发明实施例的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法，与现有的冻土带天然气水合物的直接或间接探测技术方法相比，具有一个显著特点：针对天然气水合物具有高阻的特性，采用具有深部电阻率探测能力的瞬变电磁勘探方法，直接探测天然气水合物赋存层的高阻信息，在瞬变电磁数据处理中，提出了时间道分段处理的方法，提高了地下电阻率的分辨率，消除了浅部冻土层高阻对深部天然气水合物赋存层高阻的屏蔽现象。

本发明实施例还提供一种冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探装置，如图6所示，该瞬变电磁勘探装置主要包括：勘探数据获取单元1、分布模式确定单元2、测点及测线确定单元3、瞬变电磁数据采集单元4、视电阻率断面图生成单元5、实际视电阻率断面图确定单元6及分布情况判断单元7等。

其中，该勘探数据获取单元1用于获取勘探区的勘探数据，勘探数据包括：冻土数据、土壤电阻率数据、岩石电阻率数据、地质数据及探井数据；分布模式确定单元2用于根据冻土数据、土壤电阻率数据及岩石电阻率数据分析不同深度地层岩性的视电阻率特征，以确定勘探区地下视电阻率的分布模式；测点及测线确定单元3用于根据地质数据及探井数据确定勘探区的地质构造特征，并根据地质构造特征确定勘探区瞬变电磁数据采集的测线、测点；瞬变电磁数据采集单元4用于根据测线、测点采集勘探区的瞬变电磁数据；视电阻率断面图生成单元5用于采用全时间道方式根据瞬变电磁数据计算全时间道视电阻率，并生成全时间道视电阻率断面图；以及采用时间道分段方式根据瞬变电磁数据计算时间道分段视电阻率，并生成时间道分段视电阻率断面图；实际视电阻率断面图确定单元6用于根据分布模式确定全时间道视电阻率断面图及时间道分段视电阻率断面图的其中之一作为实际视电阻率断面图；分布情况判断单元7用于根据视电阻率特征、地质构造特征及实际视电阻率断面图判断天然气水合物赋存层的分布情况。

通过上述的各个部分之间的协同动作，根据天气水合物的高阻特性，应用瞬变电磁法进行深部天然气水合物的探测，采集勘探区深部的电磁数据，采用全时间道和时间道分段处理方式，进行滤波和视电阻率计算，并对这两种处理方式得到的视电阻率断面图应用勘探区电阻率分布模式进行合理性检验，根据检验合理的视电阻率数据生成勘探区最终的视电阻率断面图。再结合冻土、地质和探井等数据，判别视电阻率断面图中的天然气水合物赋存层，实现天然气水合物的资源潜力评价。

以下结合上述各个部分对本发明实施例的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探装置进行详细说明。

上述的勘探数据获取单元1用以获取勘探区的勘探数据。在本发明实施例的冻土带天然气水合物瞬变电磁勘探装置对冻土带天然气水合物进行勘探的过程中，首先通过该勘探数据获取单元1收集勘探区冻土、土壤电阻率、岩石电阻率、地质、探井等相关数据，在这些数据的基础上对冻土带天然气水合物进行探测。

在获取了相应的数据后，触发上述的分布模式确定单元2，根据冻土数据、土壤电阻率数据及岩石电阻率数据分析不同深度地层岩性的视电阻率特征，以确定勘探区地下视电阻率的分布模式。具体地，上述的冻土数据，主要是冻土分布范围和冻土深度数据，根据该冻土数据可获取勘探区冻土分布和厚度特征；根据地质数据及探井数据，获取勘探区地层岩性、构造特征；根据冻土数据、土壤电阻率数据及岩石电阻率数据，获取不同岩性的视电阻率特征；然后根据上述的各种特征，建立勘探区地下视电阻率分布模式。

上述的视电阻率分布模式，是对勘探区电阻率分布的初步认知，冻土层内的土壤岩石，其电阻率比深层非冻土部分高1-5倍，因而一般浅部冻土层一般为高阻，深部非冻土层为低阻。如果存在天然气水合物，深部非冻土层就会存在高阻。因此可根据勘探区的高阻、低阻的分布来初步确定是否存在天然气水合物。以青海木里勘探区为例，根据勘探区冻土数据，该勘探区冻土层厚度为60-90m，天然气水合物探井的井温测井数据确定探井位置的冻土层底界为90m，根据电阻率测井数据，该勘探区冻土层内的地层岩性电阻率普遍高于冻土层下对应岩性的视电阻率。根据天然气水合物探井，可探知天然气水合物的位置是地下133-400m深度范围，天然气水合物横向和纵向上都不连续。根据以上信息，可以初步认为，勘探区存在一个浅部连续冻土高阻层和一个深部不连续天然气水合物高阻层。

上述的测点及测线确定单元3用于根据地质数据及探井数据确定勘探区的地质构造特征，并根据地质构造特征确定勘探区瞬变电磁数据采集的测线、测点。由地质数据和探井数据可获知地质构造信息，并且在实际应用中，采用垂直构造方向可以获取更多信息。因此，在本发明实施例中，是通过地质数据和探井数据确定勘探区的地质构造特征，并进一步根据该地质构造特征来确定勘探区瞬变电磁数据采集的测线、测点。具体实施时，以青海木里勘探区为例，图2是野外瞬变电磁数据采集的测线及测点分布图，从图2中可以看出，设计路线垂直构造、穿过了已知探井位置，保证瞬变电磁的采集结果可以用已知探井数据进行标定。

并且，在具体实施中，本发明实施例的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探装置还包括测线及测点优化单元(图中未示出)，通过该测线及测点优化单元可结合卫星遥感影像对确定的测线、测点位置进行优化。卫星遥感影像数据提供地表信息，为地表野外采集顺利实施、规避瞬变电磁干扰源提供依据。因此，可根据该卫星遥感影像调整测点、测线的位置，修改或删除处在瞬变电磁干扰源附近的测点、测线。如图2中所示，优化后的测线和测点没有延伸至北部的露天煤矿和南部的山丘。

在确定了进行瞬变电磁数据采集的测点、测线后，通过上述的瞬变电磁数据采集单元4，采集瞬变电磁数据。在实际应用中，可选用专门的瞬变电磁仪来实现该瞬变电磁数据采集单元4的功能，采集瞬变电磁数据。在本发明实施例中，是选用CUGTEM-8智能深部勘查型瞬变电磁仪进行勘探区的瞬变电磁数据采集。

首先，通过该CUGTEM-8智能深部勘查型瞬变电磁仪以重叠回线方式布设发送回线和接收回线，连接发送机和接收机，检验其是否工作正常；然后，针对高阻勘探区，选择仪器相应的采集参数，包括：供电电流设置为200A，叠加次数设置为15次，用于提高信噪比；供电脉宽设置为20ms，采样率设置为1微秒，用于提高勘探深度。在具体实施时，在野外沿着测线、测点重叠回线采集方式可如图3所示。在实际采集过程中，判断归一化电位差曲线是否平滑衰减，如果不平滑则说明噪声很大，此时，需要调整采集参数，增加叠加次数，重新采集数据，直至数据符合要求。

需要说明的是，上述的选用CUGTEM-8智能深部勘查型瞬变电磁仪进行瞬变电磁数据采集仅为举例说明本发明实施例中的瞬变电磁数据采集单元4的数据采集过程，而并非用以限制本发明。在实际应用中，可根据具体的地质情况的不同和勘探工作的需要而选用不同的采集仪器进行数据采集，本发明并不以此为限。

采集到瞬变电磁数据之后，需根据该瞬变电磁数据来生成相应的视电阻率断面图，即通过上述的视电阻率断面图生成单元5，采用全时间道方式根据瞬变电磁数据计算全时间道视电阻率，并生成全时间道视电阻率断面图；以及采用时间道分段方式根据瞬变电磁数据计算时间道分段视电阻率，并生成时间道分段视电阻率断面图。在具体实施时，视电阻率断面图生成单元5还可首先进行采集数据的质量检查，按照实际采集要求设定针对采集数据的标准值，根据该标准值判别和剔除坏数据。然后，视电阻率断面图生成单元5对瞬变电磁数据采用两种处理方式获取地下视电阻率断面图，一种是全时间道方式，另一种是时间道分段方式。针对全时间道处理方式，选择三点滤波，计算全时间道下的视电阻率，并得到全时间道下的地下视电阻率断面图；在时间道分段处理方式中，将时间道分为三段，对三段时间道分别进行三点滤波和视电阻率计算，并将三段计算结果合并，得到时间道分段下的地下视电阻率断面图。上述两种处理方式所得的视电阻率断面图如图4所示，图4中上半部分的视图是全时间道处理结果，下半部分的视图是时间道分段处理结果。

得到不同处理方式下的视电阻率断面图后，触发上述的实际视电阻率断面图确定单元6，根据分布模式确定全时间道视电阻率断面图及时间道分段视电阻率断面图的其中之一作为实际视电阻率断面图。具体地，如图7所示，实际视电阻率断面图确定单元6包括：合理视电阻率断面图确定模块61及实际视电阻率断面图生成模块62。其中，合理视电阻率断面图确定模块61是根据勘探区的探井、地质和冻土等数据，分析两种视电阻率断面图中所显示的勘探区具有浅层冻土高阻和深层水合物赋存层高阻的分布特征与分布模式确定单元2所得出的分布模式存在的相同点，将与分布模式确定单元2所得出的分布模式具有更多相同点的一个作为合理视电阻率断面图。如图4所示，木里勘探区具有浅层冻土高阻和深层水合物赋存层高阻的双层模式，由此可见，时间道分段处理的结果更符合勘探区的实际情况，因此，将时间道分段方式下的视电阻率断面图作为该合理视电阻率断面图。

在实际应用中，为了提高视电阻率数据的准确性，可对视电阻率数据进行校正。由于在本发明实施例的视电阻率计算过程中，是默认地表均是平坦状态的。但在实际的地质环境中，地表部分是随地面高程起伏的。因此，为了使计算出的视电阻率更接近实际的地质条件下的视电阻率，需要通过实际视电阻率断面图生成模块62对上述的合理视电阻率断面图结果进行地形和深度校正。在本发明实施例中，实际视电阻率断面图生成模块62是分别采用地面GPS采集的高程值和冻土底界的深度值来实现误差校正。具体地，是采用GPS测点高程值，校正地形引起的深度误差；利用冻土层底界深度值，校正深度反演引起的误差。校正后的视电阻率断面图(实际视电阻率断面图)如图5所示，在图5中可以看出，地表部分随地面高程起伏，浅部的连续高阻层与冻土层对应，深部的不连续高阻层，与水合物探井获取的水合物赋存层深度上对应。

在确定了实际视电阻率断面图后，通过分布情况判断单元7，结合视电阻率特征、地质构造特征及实际视电阻率断面图判断天然气水合物赋存层的分布情况，从而评价勘探区天然气水合物资源潜力。具体地，如图8所示，分布情况判断单元7包括：冻土层分布情况判断模块71、天然气水合物赋存层分布情况判断模块72和厚度及展布情况判断模块73。其中，冻土层分布情况判断模块71用于根据实际视电阻率断面图中的浅部高阻特征，判断冻土层的分布情况；天然气水合物赋存层分布情况判断模块72用于根据实际视电阻率断面图中的深部高阻特征，判断天然气水合物赋存层的分布情况；厚度及展布情况判断模块73用于结合岩性、断裂、探井等数据，对天气水合物赋存层的厚度、展布情况进行解释，实现勘探区天然气水合物资源的潜力评价。

本发明实施例的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探装置，与现有的冻土带天然气水合物的直接或间接探测技术方法相比，具有一个显著特点：针对天然气水合物具有高阻的特性，采用具有深部电阻率探测能力的瞬变电磁勘探方法，直接探测天然气水合物赋存层的高阻信息，在瞬变电磁数据处理中，提出了时间道分段处理的方法，提高了地下电阻率的分辨率，消除了浅部冻土层高阻对深部天然气水合物赋存层高阻的屏蔽现象。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，比如ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法，其特征在于，所述的瞬变电磁勘探方法包括：

步骤a：获取勘探区的勘探数据，所述的勘探数据包括：冻土数据、土壤电阻率数据、岩石电阻率数据、地质数据及探井数据；

步骤b：根据所述冻土数据、土壤电阻率数据及岩石电阻率数据分析不同深度地层岩性的视电阻率特征，以确定勘探区地下视电阻率的分布模式；

步骤c：根据所述地质数据及探井数据确定勘探区的地质构造特征，并根据所述地质构造特征确定勘探区瞬变电磁数据采集的测线、测点；

步骤d：根据所述测线、测点采集勘探区的瞬变电磁数据；

步骤e：采用全时间道方式根据所述瞬变电磁数据计算全时间道视电阻率，并生成全时间道视电阻率断面图；以及

采用时间道分段方式根据所述瞬变电磁数据计算时间道分段视电阻率，并生成时间道分段视电阻率断面图；

步骤f：根据所述分布模式确定所述全时间道视电阻率断面图及时间道分段视电阻率断面图的其中之一作为实际视电阻率断面图；

步骤g：根据所述的视电阻率特征、地质构造特征及实际视电阻率断面图判断天然气水合物赋存层的分布情况；

其中，采用全时间道方式根据所述瞬变电磁数据计算全时间道视电阻率，包括：

选择三点滤波，计算所述全时间道视电阻率；

采用时间道分段方式根据所述瞬变电磁数据计算时间道分段视电阻率，包括：

将时间道分为三段，对三段时间道分别进行三点滤波和视电阻率计算，并将三段计算结果合并，得到所述时间道分段视电阻率。

2.根据权利要求1所述的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法，其特征在于，在所述的步骤c及步骤d之间，所述的瞬变电磁勘探方法还包括：

步骤h：应用卫星遥感影像对所述的测线、测点位置进行优化，根据所述卫星遥感影像剔除或修改所述的测线、测点，以规避瞬变电磁干扰源。

3.根据权利要求1所述的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法，其特征在于，所述的步骤f包括：

将所述全时间道视电阻率断面图及时间道分段视电阻率断面图中与所述分布模式中的相同点更多的一个作为合理视电阻率断面图；

应用GPS测量的测点高程值和勘探区冻土底界的深度值，校正所述合理视电阻率断面图中相应测点地下视电阻率的深度误差，生成所述的实际视电阻率断面图。

4.根据权利要求3所述的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法，其特征在于，应用GPS测量的测点高程值和勘探区冻土底界的深度值，校正所述合理视电阻率断面图中相应测点地下视电阻率的深度误差，包括：

应用所述GPS测量的测点高程值，校正地形引起的深度误差；以及

应用所述勘探区冻土底界的深度值，校正深度反演引起的深度误差。

5.根据权利要求1所述的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探方法，其特征在于，所述的步骤g包括：

根据所述实际视电阻率断面图中的浅部高阻特征，判断冻土层的分布情况；

根据所述实际视电阻率断面图中的深部高阻特征，判断天然气水合物赋存层的分布情况；以及

根据所述的视电阻率特征、地质构造特征及实际视电阻率断面图判断天然气水合物赋存层的厚度及展布情况。

6.一种冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探装置，其特征在于，所述的瞬变电磁勘探装置包括：

勘探数据获取单元，用于获取勘探区的勘探数据，所述的勘探数据包括：冻土数据、土壤电阻率数据、岩石电阻率数据、地质数据及探井数据；

分布模式确定单元，用于根据所述冻土数据、土壤电阻率数据及岩石电阻率数据分析不同深度地层岩性的视电阻率特征，以确定勘探区地下视电阻率的分布模式；

测点及测线确定单元，用于根据所述地质数据及探井数据确定勘探区的地质构造特征，并根据所述地质构造特征确定勘探区瞬变电磁数据采集的测线、测点；

瞬变电磁数据采集单元，用于根据所述测线、测点采集勘探区的瞬变电磁数据；

视电阻率断面图生成单元，用于采用全时间道方式根据所述瞬变电磁数据计算全时间道视电阻率，并生成全时间道视电阻率断面图；以及

采用时间道分段方式根据所述瞬变电磁数据计算时间道分段视电阻率，并生成时间道分段视电阻率断面图；

实际视电阻率断面图确定单元，用于根据所述分布模式确定所述全时间道视电阻率断面图及时间道分段视电阻率断面图的其中之一作为实际视电阻率断面图；

分布情况判断单元，用于根据所述的视电阻率特征、地质构造特征及实际视电阻率断面图判断天然气水合物赋存层的分布情况；

其中，采用全时间道方式根据所述瞬变电磁数据计算全时间道视电阻率，包括：

选择三点滤波，计算所述全时间道视电阻率；

采用时间道分段方式根据所述瞬变电磁数据计算时间道分段视电阻率，包括：

将时间道分为三段，对三段时间道分别进行三点滤波和视电阻率计算，并将三段计算结果合并，得到所述时间道分段视电阻率。

7.根据权利要求6所述的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探装置，其特征在于，所述的瞬变电磁勘探装置还包括：

测线及测点优化单元，用于应用卫星遥感影像对所述的测线、测点位置进行优化，根据所述卫星遥感影像剔除或修改所述的测线、测点，以规避瞬变电磁干扰源。

8.根据权利要求6所述的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探装置，其特征在于，所述的实际视电阻率断面图确定单元包括：

合理视电阻率断面图确定模块，用于将所述全时间道视电阻率断面图及时间道分段视电阻率断面图中与所述分布模式中的相同点更多的一个作为合理视电阻率断面图；

实际视电阻率断面图生成模块，用于应用GPS测量的测点高程值和勘探区冻土底界的深度值，校正所述合理视电阻率断面图中相应测点地下视电阻率的深度误差，生成所述的实际视电阻率断面图。

9.根据权利要求8所述的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探装置，其特征在于，所述的实际视电阻率断面图生成模块具体用于：

应用所述GPS测量的测点高程值，校正地形引起的深度误差；

应用所述勘探区冻土底界的深度值，校正深度反演引起的深度误差；以及

将经过深度误差校正后的合理视电阻率断面图作为所述实际视电阻率断面图。

10.根据权利要求9所述的冻土带天然气水合物的瞬变电磁勘探装置，其特征在于，所述的分布情况判断单元包括：

冻土层分布情况判断模块，用于根据所述实际视电阻率断面图中的浅部高阻特征，判断冻土层的分布情况；

天然气水合物赋存层分布情况判断模块，用于根据所述实际视电阻率断面图中的深部高阻特征，判断天然气水合物赋存层的分布情况；以及

厚度及展布情况判断模块，用于根据所述的视电阻率特征、地质构造特征及实际视电阻率断面图判断天然气水合物赋存层的厚度及展布情况。