海底大地电磁探测仪——海洋油气资源勘探的福音

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仪器的主要用途：

1、海洋深层油气田、水合物调查。海底大地电磁场的场源信号来自海底地下介质受高空电离层电磁辐射后产生的感应电磁场。该场源携带着海底地下各种不同介质的电性信息。通过对其探测，将采集的信号进行成像反演处理，即可推断海底以下电性异常体的产状及规模，从而为海上油气资源勘探与评价等做出科学分析。

2、在地震勘探进行困难的地区发挥优势。人们发现在海底火山岩覆盖区，碳酸盐岩、珊瑚礁、海底泥底辟等海区，海洋地震勘探十分困难，譬如，在玄武岩、碳酸盐、盐丘等非沉积地质体分布区，从地震速度特征上分析，均属于高速体区域，其下伏地层构造的地震成像十分困难。尤其当存在产状陡立的构造面时，即使是当今占主流地位的三维地震勘探也很难得到好结果。这种情况下，岩层的电阻率参数可以提供重要的地电异常信息。这是因为，这些地质分布区的围岩与矿体（如石油、天然气等）间存在着较大的电性差异。通过探测电磁场源，用电磁成像技术获取地下岩层的电性结构，就可推断地下资源的分布规律。

3、研究高阻基底面的起伏、划分沉积地层、圈定局部构造。海底大地电磁探测除在海洋资源勘探方面又独特用途外，还在地学基础研究中发挥了巨大作用。通过观测海底大地电磁场数据，研究海底以下不同深度的岩层导电性，达到探测地下深部地质构造特征的目的，为海洋岩石圈构造研究提供科学依据。

4、研究海下运动目标泄露的电场。由于军事科技的发展，国际上出现的不少水下武器如潜艇、鱼雷等，都在声隐技术上取得了突破，使得依靠声纳监测、寻找水下运动目标体的战术对策遇到了严峻的挑战。为探索新的监测方法，各国军方都在使用高科技手段，抢占水下舰艇进攻与防御领域的技术制高点。而舰艇电场检测为侦查水下运动目标提供了一条新的技术路线。目前水下舰艇不管在结构上如何改进，其主要组成结构仍为钢铁，舰艇运动时舱内的电器都在工作，因而舰艇在水下就成为一个泄漏电场的场源。对该场源进行检测，可获得水下运动目标体的信息。

仪器的工作原理：

通过观测海底大地电磁场数据，研究海底以下不同深度的岩层导电性，达到探测地下地质构造特征的目的。海底大地电磁场的场源信号来自海底地下介质受高空电离层电磁辐射后产生的感应电磁场。该场源携带着海底地下介质的电性信息。通过对其探测，将采集的信号进行成像反演处理，即可推断海底地下电性异常体的产状及规模，从而可为海洋岩石圈构造研究和海上油气资源勘探与评价等提供有价值的科学依据。

探测过程：作业船携带探测仪器沿预定的测线航行，逐点投放仪器。测线长度和点距根据探测任务预先设计。每台仪器在海面的投放时间约40分钟，这40分钟内需做的事情是，仪器的GPS对钟、采集参数设置、关闭承压密封舱、安装电场测量臂及电场传感器、起吊投放等。仪器测量海底的两路水平正交的电场（Ex，Ey）平与垂直两两正交的磁场（ Hx，Hy，Hz）信号，以及仪器在海底的姿态信息。为消除海底环境因素对测量的影响，便于数据处理时进行各种校正，还附有环境信息的监测功能。仪器在海面被投放之后，自由下沉抵达海底，采集过程全自动化，作业船无需再对其进行干预，海底的仪器自行完成数据采集。电路板和电池安装在承压舱中，舱外的电场与磁场传感器通过水密电缆将电磁信号传送至舱内。每台仪器一般需在海底连续测量数天。作业船完成了仪器投放，可驶离投放点，去执行其他海洋调查任务。待海底的测量完成，作业船驶回原投放点。通过声控释放方式改变海底仪器的浮力性质，使其自动实现上浮，从而在海面上完成设备回收。对所有的探测数据，需带回室内进行统一处理，最后提交被测区域的海底地电模型。

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仪器的主要技术指标：

◆频率范围(0.0001～100)Hz
◆6道数据记录器，记录大地电磁场五分量的时间序列，及仪器姿态信息
◆24位A/D转换
◆主控计算机为ARM嵌入式计算机
◆电场观测灵敏度：0.02μV/m
◆磁场观测灵敏度：0.3V/nT
◆同步计时精度：10μs
◆采样率：硬件设置4KHz、1KHz、500Hz、250Hz、125Hz、62.5Hz
◆噪声：磁道<1μV，电道<1μV
◆存储器：1G SD卡或CF卡
◆功耗：4W（工作状态）
◆记录器体积：90×96×170mm3;器重量：约1.0Kg
◆电极：Ag-AgCl固态不极化电极（极距10米）
◆磁探头：感应式磁传感器
◆整机体积： 1.52×1.52×1.65m3（不含测量臂）
◆整机重量（包括锚系）：空气中重量约710kg，水中重量约230kg
◆工作水深：1000m
◆声学通讯距离：10km
◆上浮速度：0.87m/s
◆下沉速度：1.2m/s
◆环境温度：-20℃～+70℃
◆海底系统的方位测量精度：±1°
◆海底系统的倾角测量精度：0.5°
◆振动传感器：工作频带0.5Hz-200Hz,灵敏度10V/g
◆海底温度测量精度：0.1℃

另附：海底大地电磁数据反演成像软件包

和国外同类仪器的对比：

国内研究海底大地电磁探测技术之前，国际上只有美国、加拿大、英国、法国、澳大利亚和日本等少数西方发达国家和俄罗斯掌握这项技术。这些国家所使用的仪器也都是自行研制的，国际上一直没有纯商品性的仪器。目前国内只有中国地质大学（北京）成功研制出海底大地电磁仪。自主研制的五分量海底大地电磁仪与国际上具有代表性的美国Scripps海洋研究院研制的同类产品主要技术参数及研发使用情况对比如下：

国内外海底大地电磁仪主要技术参数及研发使用情况对照表

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对比看出，国内产品在频带宽度、测量精度、同步精度以及仪器噪声等指标上与国外产品持平。受国内材料基础工业的限制，仪器的工作深度与国外仪器有一些差距，国内目前生产的浮球工作水深只能达到2000m，要提高国内产品的承压指标，短期内需要进口。但由于我国海域主要以大陆架延伸的浅海为主，因此在千米水深以浅的陆架区进行地质调查和油气资源勘查，本套仪器与国外同类仪器的技术相当。因为国内所需的投资比国外的价格低很多，所以本套仪器性价比非常好。在仪器回收成功率方面，截止到目前为止的统计，国内所进行的海试没有发生过仪器丢失。鉴于国内的海试规模尚小，次数不是非常多，这一对比指标作为参考。电场测量臂的结构构造与国外产品有所不同，国内产品的设计是针对中国海洋科考船甲板面积小的特点，适合中国现有的国情。另外，受国外核心技术封锁的限制，国外同类仪器不向我国出售。

此外，海底大地电磁探测比人工地震法的价格约低一半，该方法不需连续占用船只，可以用搭载的方式进行海上施工。在仪器投放阶段，每投放一台仪器，仅需1小时。仪器投放后，在数据采集期间，作业船不必在原地等待，可以进行其他方法的勘查施工。待采集结束，作业船回到原投放点进行仪器回收。在回收阶段，每回收一台仪器，约占用1.5小时。因而，海底大地电磁探测作业效率高，效益明显。就目前而言，国内研发的海底大地电磁探测技术，不管在国内市场或国际市场，由于价格低，数据处理手段先进，所以具有非常强的市场竞争力。

本套仪器已在我国东海、南海、黄海做过数次海试，验证了仪器的实用效果，完全可以为资源勘探服务。