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1、 博士学位论文博士学位论文伪随机海洋可控源多道电磁测深法研究伪随机海洋可控源多道电磁测深法研究作者姓名：罗 维 斌学科专业：地球探测与信息技术学院（系、所）：信息物理工程学院指导教师：汤井田 教授中 南 大 学 2007 年 10 月分类号 VDC 密级 博士学位论文博士学位论文伪随机海洋可控源多道电磁测深法研究伪随机海洋可控源多道电磁测深法研究 Study on Pseudorandom Marine Controlled-Source Electromagnetic sounding with multi-offsets作者姓名：罗 维 斌学科专业：地球探测与信息技术学院（系、所）： 信息
2、物理工程学院指导教师：汤井田 教授论文答辩日期 答辩委员会主席 中 南 大 学 2007 年 10 月原原 创创 性性 声声 明明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。 与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的 说明。作者签名： 日期： 年 月 日关于学位论文使用授权说明关于学位论文使用授权说明本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被
3、查阅和借阅；学校可以公布学 位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学 位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签名： 导师签名 日期： 年 月 日中南大学博士学位论文 摘要摘摘 要要本文研究了伪随机海洋可控源多道或多偏移距电磁测深方法， 提出海底油气藏的时、频电磁相关辨识观测方案。 目前海洋可控源电磁法对海底油气藏的探测多在频率域观测一 个或少数几个离散频率的电磁场，通过数值模拟对比来推断海底的 电导率分布。只用了电导率参数来推断是否有油气储层。本文通过 数值模拟计算，提出了采用宽频带的伪随机信号作场源的海洋可控 源电磁法时频观测方案。基于多频伪随机信号激
4、励，采用水平电偶 极-偶极装置多偏移距同时测量的观测方式，提出的瞬变冲激时刻道 间变化率、频散率道间变化率以及相对相位道间变化率等几个电性 参数，对海底油气高阻薄层有很好的分辨能力。 本文的研究取得了以下主要成果： 1. 通过对场源信号的分析与比较，针对变频法电磁勘探的不足， 基于系统的相关辨识原理，提出了地电系统的伪随机相关辨识勘探 方法及伪随机海洋电磁法时、频观测方案。不仅可在频率域同时测 量多个频率的电磁场的幅度和相位，更重要的是采用逆重复 m 序列 伪随机信号作为激励场源，可高精度的相关辨识海洋地电系统的冲 激响应和频率特性，合理选择参数可以很好地压制各种随机干扰， 从而实现在时、频双
5、域多参数辨识海底地层的电性分布。 2. 编制程序计算了同线水平电偶极-偶极多道观测系统的海洋均 匀双半空间、海底层状介质的电场阶跃响应和冲激响应。提出了瞬 变冲激时刻的概念。计算结果表明，瞬变冲激时刻可直接指示海底 地层电导率的变化，采用同线多偏移距测量方式对高阻薄层有较高 的分辨力，计算瞬变冲激时刻道间变化率对高阻薄层的反映更灵敏。 通过数值计算，分析了海水深度变化对海底冲激响应的影响以及瞬 变冲激时刻的横向电阻等效现象。 3. 基于柯尔-柯尔模型，分析了海底油气藏地质模型的激发极化 响应。采用伪随机多频信号，在频率域利用估计的频率特性计算复 电阻率及其随收发距的道间变化率，并用两个频率的电
6、场幅度计算中南大学博士学位论文 摘要ii频散率及其随收发距的道间变化率；用两个频率的电场幅度的道间 变化量计算频散率；选择观测频率的两个高频信号计算相对相位及 其随收发距的道间变化率。这些参数是伪随机多频信号激励，多偏 移距同时观测所特有的，可以很容易计算这些参数，且参数计算简 单，对高阻层反映灵敏，并能根据异常对应的收发距大致估计高阻 层的埋深，可用于现场数据处理和解释。 4. 对伪随机时频观测系统进行了功能定义及概念设计，介绍了 多制式伪随机波形的硬件产生方法以及 GPS 同步方案，水下电磁场 接收器的定位及定向等。本文的场源信号设计同时采用了 2n系列伪 随机信号和逆重复 m 序列伪随机
7、信号，并通过 CPLD 和 VHDL 实现 了波形的硬件产生。2n系列伪随机信号从三频波到十三频波可选， 逆重复 m 序列伪随机信号从 3 级到 32 级可选，信号时钟频率有 104 个可选。满足海洋可控源电磁法勘探的建场要求。 在论文的结论中还提出了进一步的工作方向及建议。关键词关键词 伪随机相关辨识，海洋可控源电磁法，瞬变冲激时刻，频 散率道间变化率，相对相位道间变化率中南大学博士学位论文 ABSTRACTABSTRACTThe pseudorandom multi-frequency marine controlled-source electromagnetic (PRMF-mCSEM
8、) method was studied in this thesis. Two types of pseudorandom multi-frequency waveform were adopted as source signal. Based on correlation identifyication the detection program for seafloor hydrocarbon reservoir both in frequency domain and in time domain was proposed.The promising marine CSEM expl
9、oration for seafloor hydrocarbon reservoir was mainly surveyed in frequency-domain with one or a few of discreted frequency now. The seafloor electrical conductivity was then maped by numerical modeling. And only the seafloor electrical conductivity was used to identify the seafloor hydrocarbon rese
10、rvoir. So the pseudorandom binary signal with broadband frequency was adoped for mrine CSEM exploration in this thesis. The electric field response was simultaneous observed with multi electric dipole receivers configuring inline with source dipole. The frequency characteristic and impulse response
11、of seafloor geoelectric system was correlation identified. So the seafloor thin resistor can be detected both in time domain and frequency domain. The transient impulse peak time can be an indicator for seafloor conductivity in time domain. The percent frequency effect, differentiation of percent fr
12、equency effect with offset and differentiation of relative phase with offset computed with multi frequency electric field response can be used to detect the seafloor thin resistor in frequency domain. So the seafloor hydrocarbon reservoir can be identified by multi parameters. The result was derived
13、 from 1D numerical modeling in this dissertation. The main works were listed as following:1. Based on correlation system identification principle, aimed at the shortage of variable-frequency method of mCSEM, two type of pseudorandom binary signal were selected as source signal for their multi-frquen
14、cy and very good correlation function property similar with white noise. The step response and impulse response of the marine geoelectricity can be correlation identified with high resolution using the invert-repeated m binary sequency. Some kinds of random disturbance can be surpressed very good by
15、 properly select the signal generation parameter and map the seafloor electrical conductivity with multi parameters. 2. The step response and impulse response of homogeneous earth half space , marine 中南大学博士学位论文 ABSTRACTdouble half space and multi-layer earth models with multi-offsets to horizontal electric dipole source were computed using Gaver-Stehfest inverse Laplace transforms and numerical integration Hankel transforms. A concep
