世界能源發(fā)展的趨勢(shì)表明，儲(chǔ)量在1000億噸至2000億噸的海洋石油和天然氣將是各大石油公司未來(lái)能源領(lǐng)域爭(zhēng)奪的重點(diǎn)，其資源量約占全球石油資源總量的34%，探明率30%左右，尚處于勘探早期階段。全球深海石油生產(chǎn)能力自2000年以來(lái)增長(zhǎng)三倍多，根據(jù)劍橋能源的統(tǒng)計(jì)，全球深海(超過(guò)2000英尺，即610米)石油生產(chǎn)能力2000年為150萬(wàn)桶/日，2009年超過(guò)500萬(wàn)桶/日，2015年可能增至1000萬(wàn)桶/日。
各大有實(shí)力的石油公司競(jìng)相加大海上投資，用資金和技術(shù)實(shí)力爭(zhēng)奪海洋資源。加上海洋中最重要的替代能源--天然氣水合物儲(chǔ)量中的甲烷總量達(dá)到1.8×1016立方米，也十分驚人。由此可以斷定：掌握了尖端深�？碧胶蜕a(chǎn)技術(shù)的石油公司將會(huì)在未來(lái)能源市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位�；谏鲜稣J(rèn)識(shí)，中國(guó)石油正在加快進(jìn)軍深海石油勘探，或在2015年后開(kāi)始相關(guān)深海油氣田的勘探開(kāi)發(fā)，計(jì)劃未來(lái)形成海上300萬(wàn)噸以上產(chǎn)能規(guī)模。
但是，目前我國(guó)三大石油公司深海石油勘探和生產(chǎn)的能力有限，中國(guó)海洋勘探技術(shù)還局限于水深200米以內(nèi)的淺海，而水深900米到1200米甚至更深的深海石油勘探和開(kāi)發(fā)則仍處于探討階段。我國(guó)的海上地震勘探技術(shù)起步晚，技術(shù)力量薄弱，加上這種技術(shù)自身的局限性，決定了即使我國(guó)石油公司慢慢掌握了海洋地震勘探技術(shù)，也注定遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方油公司。
正如電信行業(yè)目前正在大力發(fā)展3G技術(shù)的應(yīng)用，但是同時(shí)4G技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)也正在制定和開(kāi)發(fā)中。中國(guó)移動(dòng)公司在3G這一市場(chǎng)中的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)處在一個(gè)劣勢(shì)地位，因此也就不難理解為何要跳過(guò)3G技術(shù)開(kāi)發(fā)而轉(zhuǎn)向大力推進(jìn)4G技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。同樣，如果說(shuō)海洋地震勘探是目前的3G技術(shù)，那么，電磁波勘探將會(huì)是未來(lái)流行的4G技術(shù)。
海洋地震是目前海洋石油勘探的主流技術(shù)，它可以精細(xì)地描繪可能的油氣構(gòu)造，但是這項(xiàng)技術(shù)也有自身的局限和技術(shù)上無(wú)法逾越的瓶頸。因此，地震勘探固有的弱點(diǎn)驅(qū)動(dòng)著科學(xué)家們探尋更好的勘探方法。隨著科學(xué)理論的發(fā)展和人類對(duì)電磁波認(rèn)識(shí)的深入，人們正在逐漸地掌握利用電磁波進(jìn)行勘探的技術(shù)。
20世紀(jì)80年代，電磁波在液體中的傳導(dǎo)還被看做是天方夜譚，但在如今，已有使用超低頻電磁波而非傳統(tǒng)的地震機(jī)械波的勘探技術(shù)出現(xiàn)。與傳統(tǒng)方式相比，電磁波勘探具有天然的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，代表了海洋石油勘探技術(shù)的潮流。
使用瞬變電磁場(chǎng)進(jìn)行海洋石油勘探的研究與應(yīng)用已經(jīng)流行了一段時(shí)間。瞬變電磁場(chǎng)法是利用敷設(shè)在地面的不接地回線通以脈沖電流發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，使地下低阻介質(zhì)在此脈沖磁場(chǎng)激勵(lì)下產(chǎn)生感應(yīng)渦流，感應(yīng)渦流產(chǎn)生二次磁場(chǎng)。當(dāng)一次磁場(chǎng)切斷后，感應(yīng)二次場(chǎng)將持續(xù)一段時(shí)間，用靈敏度極高的接收機(jī)可以接收到這一隨斷電時(shí)間而衰減的二次磁場(chǎng)。
瞬變電磁場(chǎng)方法開(kāi)創(chuàng)了利用電磁波進(jìn)行勘探的先河，但是這種技術(shù)的局限性決定它在深海石油勘探中前景并不光明。因?yàn)樗荒芡ㄟ^(guò)發(fā)射一個(gè)很短暫的電磁脈沖來(lái)進(jìn)行探測(cè)，發(fā)射的電磁能量有限，在液體中探測(cè)信號(hào)按照探測(cè)距離6次方的倒數(shù)迅速衰減，所以這種技術(shù)只能在很近的距離上進(jìn)行探測(cè)，對(duì)水深500米以下的勘探則鞭長(zhǎng)莫及。在石油儲(chǔ)量豐富的2000米以下的深海，這種技術(shù)就無(wú)能為力了。另外，這種技術(shù)會(huì)在海水里產(chǎn)生很強(qiáng)的蝸旋電流，其幅度超過(guò)了目標(biāo)產(chǎn)生的信號(hào)的幅度。雖然可以采用一些信號(hào)處理技術(shù)降低噪聲，但是測(cè)量精度還是受到很大限制。
為解決瞬變電磁場(chǎng)的弱點(diǎn)，英國(guó)的科學(xué)家發(fā)明了基于超低頻有源電磁波技術(shù)(Extremely Low Frequency Continuous Wave Detection by Submerged Electromagnetic Source)的新技術(shù)，在海洋電磁波應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位。其工作原理是：由于石油和天然氣電阻率和周?chē)４驳牟町�，通過(guò)對(duì)反射的電磁波信號(hào)的反演處理，就能判斷是否存在石油和大概的存在范圍，這種技術(shù)又叫做電阻率探測(cè)法(Resistivity Sounding)，本文稱其為電磁勘探。
電磁勘探采用超低頻有源連續(xù)電磁波為工具，因此在磁場(chǎng)的強(qiáng)度、探測(cè)的精度方面都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于瞬變電磁場(chǎng)技術(shù)。其核心在于對(duì)電磁波在液態(tài)介質(zhì)中傳播的數(shù)學(xué)建模和對(duì)不同介質(zhì)的物理解釋。與有限元等數(shù)值方法不同，其數(shù)學(xué)建模用了最少的假設(shè)，但是數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程極為復(fù)雜。
以此理論為根基，應(yīng)用者可以嚴(yán)格求解水下電磁天線與海底埋藏物體、各種介質(zhì)之間的復(fù)雜電磁反應(yīng)和現(xiàn)象，可以嚴(yán)格求解電磁波在空氣一海水一海床多層介質(zhì)中的復(fù)雜傳播、反射、折射現(xiàn)象，還可以嚴(yán)格求解水下絕緣天線的電流分布、有效負(fù)載等電磁輻射問(wèn)題。這一系列理論上的重大突破，對(duì)電磁波在各種介質(zhì)中產(chǎn)生的現(xiàn)象都可進(jìn)行精確描述，對(duì)探測(cè)目標(biāo)參數(shù)的設(shè)置可隨機(jī)控制。
與傳統(tǒng)地震勘探比較而言，電磁勘探在以下4個(gè)方面具有天然優(yōu)勢(shì)。
1.地震勘探不能區(qū)分構(gòu)造中含的是油還是水，因?yàn)闃?gòu)造中含油飽和度的變化對(duì)地震波的波速影響不明顯。
另外，地震對(duì)天然氣水合物勘查的一個(gè)主要識(shí)別標(biāo)志是似海底反射層(BSR)，而有BSR標(biāo)識(shí)的區(qū)域并不一定對(duì)應(yīng)著天然氣水合物。如果通過(guò)探井去識(shí)別，則可能面臨著巨額投資浪費(fèi)的風(fēng)險(xiǎn)。
而電磁勘探技術(shù)利用特別設(shè)計(jì)的水下天線發(fā)射頻率可變的電磁波，電磁波在經(jīng)過(guò)多次反射與折射后到達(dá)探測(cè)目標(biāo)。由于探測(cè)目標(biāo)具有導(dǎo)電性，到達(dá)的電磁波會(huì)在目標(biāo)體內(nèi)激勵(lì)產(chǎn)生渦旋電流和軸向電流。這些電流會(huì)發(fā)射2級(jí)電磁波，發(fā)射的2級(jí)電磁波被水下機(jī)器人攜帶的電磁傳感器接收產(chǎn)生探測(cè)信號(hào)。
探測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的信號(hào)處理算法將1級(jí)電磁波分量去除，并準(zhǔn)確給出由目標(biāo)產(chǎn)生的2級(jí)電磁波的幅值和相位。由于不同發(fā)射頻率下最后給出的幅值和相位不同，通過(guò)掃描一個(gè)頻率范圍可以得出一組不同頻率下的探測(cè)信號(hào)。這一組信號(hào)取決于目標(biāo)相對(duì)于傳感器的位置。經(jīng)過(guò)一個(gè)反演算法，目標(biāo)的2維坐標(biāo)就可以求得了。由于不同介質(zhì)、液體中不同含油飽和度的物理特性都有所不同，用電磁勘探技術(shù)可以清晰地分辨出來(lái)。
2.海上地震采集需要專業(yè)的地震船，成本極其高昂。
二維地震采集費(fèi)用大約在8000美元/千米，三維地震采集費(fèi)用在10000美元/平方千米以上。因?yàn)閼?zhàn)略發(fā)展需要，歐美跨國(guó)石油公司在金融危機(jī)的沖擊下，寧愿減少陸上勘探和生產(chǎn)的投資，也要保障海洋勘探生產(chǎn)。因此，無(wú)論原油價(jià)格如何波動(dòng)，海洋勘探和鉆井費(fèi)用都處在上行軌道之中。
電磁勘探系統(tǒng)采用雷達(dá)天線作為發(fā)射源，以電子接收器作為采集體，體積大大減少，因此可將民用船只稍加改造即可實(shí)施海洋勘探數(shù)據(jù)采集工作，極大地節(jié)省了數(shù)據(jù)采集成本。
3.通過(guò)地震采集到的數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)大型計(jì)算機(jī)處理，成本十分高昂。
自20世紀(jì)70年代起，我國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)就在軍事領(lǐng)域和石油勘探等領(lǐng)域使用。目前能進(jìn)行海洋地震數(shù)據(jù)處理的專業(yè)公司必須擁有幾十套以上的先進(jìn)的大、中型計(jì)算機(jī)，上千個(gè)節(jié)點(diǎn)的PC-Cluster機(jī)群系統(tǒng)和多套SUN服務(wù)器等，以及必需的計(jì)算機(jī)保障設(shè)備和專業(yè)場(chǎng)地設(shè)施。另外，還必須投入巨資安裝先進(jìn)的地震數(shù)據(jù)處理、解釋和油藏描述一體化軟件系統(tǒng)，如PG、CGG、VSS、ITA等，才有可能為海上石油勘探開(kāi)發(fā)提供專業(yè)的技術(shù)服務(wù)。
電磁波的傳導(dǎo)雖然更加復(fù)雜，但是由于計(jì)算系統(tǒng)采用了新的數(shù)學(xué)算法，數(shù)據(jù)演算大大優(yōu)化，可在小型服務(wù)器上運(yùn)行。處理數(shù)據(jù)成本可控，且精度有質(zhì)的提高。
4.海上地震采集要求的設(shè)備復(fù)雜，種類繁多，準(zhǔn)備期長(zhǎng)，動(dòng)遷費(fèi)高，設(shè)備使用壽命短，且海上地震隊(duì)伍供不應(yīng)求。
因此在國(guó)際海上勘探區(qū)塊作業(yè)常常面臨著勘探期即將結(jié)束卻無(wú)法找到勘探船隊(duì)的尷尬局面，通常會(huì)給資源國(guó)政府造成負(fù)面印象。
電磁勘探系統(tǒng)不使用機(jī)械方法產(chǎn)生震源，所以設(shè)備的使用壽命較長(zhǎng);整套設(shè)備體積明顯減少，動(dòng)遷時(shí)間可忽略不計(jì);再加上可在作業(yè)區(qū)域附近租用民船，因此，節(jié)省的時(shí)間成本邊際效益可被最大化。
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