1 引言

作为地震方法的重要补充，电磁法勘探是基于地层存在电阻率差异的一种地球物理方法，具有勘探深度大、不受高阻层屏蔽、对低阻层分辨灵敏等优点，在油气资源勘探中正发挥着日益重要的作用。目前国内外可用于油气资源深部勘探的电磁方法主要有大地电磁法（MT）、可控源音频大地电磁法（CSAMT）、瞬变电磁法（TEM）等。MT探测深度大，但测量精度和工作效率低；CSAMT在浅部波区测量精度高，但深部探测精度小；TEM工作效率相对较低，受地形条件影响严重，探测深度难以加大。原有电磁法无法满足油气资源、矿产资源大深度精细勘探的要求。中南大学何继善院士发明的广域电磁法和其研发的具有完全自主知识产权的大深度、高精度地下探测技术与装备，为电磁法勘探开辟了新航路。广域电磁法的核心优势包括：

（1）突破了CSAMT近似定义视电阻率导致无法进行大深度探测的理论局限和技术缺陷，解决了传统人工源电磁法探测深度小、测量效率低、三维探测能力差等重大问题，可进行大面积、大深度、高精度、高效率、多参数探测；

（2）实现了不限数量分布式接收机阵列式测量，野外效率大大提高，抗干扰能力强，信息量大，有利于大面积快速扫面，测量精度明显提高，为实现真正的三维电磁法勘探打下坚实基础；

（3）基于CPU/GPU高性能计算平台开发的广域电磁法资料处理解释软件系统（与重磁电三维反演成像解释一体化系统共享部分算法），采用有限元和无限元结合的方法实现广域电磁法数值模拟，采用共轭梯度法迭代求解非线性问题线性化形成的线性方程组，实现了任意复杂地形条件下海量数据的广域电磁法快速精细反演成像。

2 广域电磁法原理

广域电磁法从场的统一性出发，将“近区”、“过渡区”和“远区”有机地统一起来，定义了广域视电阻率，改善了非远区的畸变效应，使得测深能在广大的、不局限远区的区域进行，且在同等收发距上较CSAMT拥有更大的勘探深度。广域电磁法根据场源形式或观测方式可以做更详细的划分，考虑到野外实际情况，一般采用水平电流源发射信号，测量电场的x分量的E-E_x广域电磁法应用最为广泛。下面以电场水平分量E_x来说明E-E_x广域电磁法和广域电阻率的概念。

准静态极限下，均匀大地表面水平电流源的电场x分量表示为(1)

其中：I为供电电流；dL为电偶极源的长度；i为纯虚数；k为均匀半空间的波数；r为收发距；σ为电导率；为电偶极源方向和源的中点到接收点矢径之间的夹角。

视电阻率是地下电性不均匀体和地形起伏的一种综合反映，主要反映介质电性的空间变化，或者说视电阻率是空间上介质真电阻率的复杂加权平均。从均匀大地表面水平谐变电偶极子的电场x分量表达式（１）可知，该电场与地下电阻率参数有关，通过对该式的迭代计算一定可以求得电阻率

令：    

（2）~（4）式中：是两点（M、N）之间的电位差，MN为测量电极极距。于是广域视电阻率可以表示为

式（5）就是以电场水平分量E_x分量定义的广域视电阻率。从其定义可以看出，只要测量出电位差、发送电流以及有关的极距参数，采用迭代法计算，便可提取出地下的视电阻率信息。由上述推演可知广域视电阻率有严格的定义，其中没有经过任何近似和舍弃。

可控源音频大地电磁法仿照MT的做法，提取的卡尼亚视电阻率，其定义为

式（6）是在满足“远区”条件下舍弃了一些高次项而得出的一个近似计算公式．当不满足“远区”条件时公式（6）不能成立，因此CSAMT只适用于“远区”测量。而广域视电阻率定义中不存在近似条件，不必限制在“远区”，可以在广大非“远区”工作。

另外，广域电磁法发送的是伪随机电流信号，而不是沿用CSAMT的变频方法，一次所发送的伪随机电流信号中包含多个主频成分，其振幅值相近。而且只需要测量电磁场的一个分量，即可有效提高勘探速度和精度。

3 广域电磁法数据处理与解释

数据处理采用《地球物理资料综合处理解释一体化系统》GME_3DI（V4.2）。数据处理以研究区收集到的资料为基础，结合区域地质信息和地层岩性的电性资料，建立测区的地电模型。首先对所采集的广域电磁法实测数据进行预处理如去噪处理、静态校正和定性分析（曲线类型分析和拟断面图分析），在此基础上再进行一维/二维连续介质反演成像；然后以一维、二维反演成像的结果为基础，再进行三维层状介质反演成像；最后基于三维反演成果，在视电阻率剖面上进行地质分层及成果推断解释。广域电磁法资料综合处理解释流程如图1所示。

图1  广域电磁法资料综合处理解释流（引自文献[1]）

4 广域电磁法应用案例

采用广域电磁法在以宁夏固原地区为代表的鄂尔多斯盆地西南缘含油富集区的探测研究，野外工作所采用的仪器设备是由中南大学研制的广域电磁观测系统，主要设备有：广域电磁发射机、广域电磁接收机、200kW大功率发电机等。设计测线11条，每条测线长10km，总计110km，测区面积约100km²，测区成矩形．野外工作布置如图2所示。

研究工作的目标层主要是三叠系延长组、侏罗系延安组地层，根据已有勘探成果，该区主要目的油层在深度1860~2200m范围内，要求本次工作的勘探深度不低于3km，依据理论计算和野外踏勘试验结果，设计供电极距AB为1.5km，最小收发距R为13.5km（L1线），最大收发距为23.5km（L11线），测量频率范围：0.0117~8192Hz，供电电流150A。

图3是利用反演后的三维数据体，过“演38”“演202”井的南北向数据切片。图中可以看出上部第四系、白垩系以及侏罗系直罗—安定组电性界面分界明显；延安组地层电阻率总体上略大于延长组地层；三叠系延长组长3、长4+5以下层位电性差异较小不易分辨。

图2  广域电磁法野外工作布置（引自文献[1]）

图3  三维反演东西向过演38~202#切片（-1100～0m开窗图示）（引自文献[1]）

图4是东西方向过井“演77”的三维广域反演切片。与南北向切片结果相类似，东西过井切片中，上部第四系、白垩系以及侏罗系直罗—安定组电性界面分界明显；延安组地层电阻率总体上略大于延长组地层；三叠系延长组长3、长4+5以下层位电性差异较小不易分辨。

勘探实践证明，广域电磁法在鄂尔多斯盆地西南缘含油富集区探测中的应用效果良好，作为非地震勘探的广域电磁法不仅能够在油气藏勘探新区做普查工作，解决盆地的区域地质构造问题，而且可以在目标勘探中发挥重要作用。广域电磁法在地震勘探困难区、空白区，如山前带、高陡构造带、盆地深层、黄土覆盖区等，可作为地震勘探法的补充甚至替代。

图4  三维反演东西向过演77#切片（-1100～0m开窗图示）（引自文献[1]）

参考文献

[1] 王宏宇, 李帝铨, 柳建新, 薛国强, 郭文波. 广域电磁法在鄂尔多斯盆地西南缘含油富集区探测中的应用[J]. 地球物理学进展, 2020, 35(3): 1038-1047.

[2] 底青云, 薛国强, 殷长春等. 中国人工源电磁探测新方法[J]. 中国科学: 地球科学, 2020, 50(9): 1219-1227.

[3] 符超. 广域电磁法在湘西北海相页岩气勘探中的应用[J]. 地球物理学进展, 2018, 33(4): 1486-1490.