摘要：地球物理探测技术在石油勘探开发领域一直占据着举足轻重的地位，同时仍面临着诸多问题和技术挑战。自2012年开始创新研发、理论方法自成一系的VCT大地电磁成像探测仪，在浅层和深层找水定井实践中已印证其具有很高的吻合性和准确度，在工程物探和矿藏勘探领域也初见成效，期待在石油勘探领域与石油勘探开发工作者一道共同深入探索和研究，迎接挑战、合作开发、解决难题，通过不断创新、改进得以斩获。
关键词：VCT成像，大地电磁，石油勘探，技术挑战
地球物理探测技术一直在石油勘探开发领域占据着举足轻重的地位，它不仅能在油源勘探中揭示地质构造、圈闭、地质岩层、岩层储油特性等，为开发石油资源提供科学、准确的资料和依据，而且在油田开发中的储层圈定、油藏描述以及油藏检测等方面也能够提供非常关键的技术资料，节省石油勘探业的成本。因此，研究和发展地球物理探测技术在石油勘探开发中的应用具有非常重大的实际意义。
一、地震勘探技术在石油勘探中的地位及不足
应用于石油勘探领域的地球物理探测技术主要包括地震勘探技术和遥感、磁法、重力、电磁法、化探法等非常规（或非地震）勘探技术。从把地震勘探技术称为常规勘探技术这一点来看，就可知地震勘探技术在石油勘探领域具有霸主地位。而在我国石油勘探业发展中，地震勘探技术在油气的发现数量和储量上确实做出了突出的贡献。
地震勘探技术主要包括反射地震技术、数字地震技术和三维地震技术。随着计算机技术的发展，又出现了一些新的更加先进的地震勘探技术，例如高分辨率地震技术、多波多分量技术、油藏描述技术、时移地震技术、思维地震监测技术等等，这些技术有效提高了勘探的成功率和新老油区的开发储量，使得地震勘探技术在油气开发中的作用越来越突出。
然而，由于地震勘探技术在原理方法上的痼疾及硬件和软件技术尚待进一步提高，使其在实践中依然存在着短时期难以解决的问题：一是地震勘探属于有源探测，从地震波的发射、反射、折射到采集，都存在很多的不定性，导致分析结果存在着很大的不一致性和多解性；二是不同的地质条件和地层构成对于地震波的反应千差万别，无论通过何种反演解释方法都很难贴切展现地下真实情况；三是受硬件技术、场源设备和勘探成本限制，勘探深度和精度不能满足市场需求。
二、非地震勘探技术在石油勘探应用中的现状及问题
目前在石油勘探中应用中的非地震勘探技术主要包括重力、磁法、遥感、化探和电磁法等几大类。这些技术以其效率高、投入少、见效快的优势，配合地震技术在石油勘探中得到推广应用，取得了一定效果。
重力勘探技术是通过测定地下岩层的深度与密度从而判断出勘探地的岩层性质与成因；磁法勘探技术依据岩石与矿石所具有不同磁性所产生不同的磁场、形成不同的地磁异常，来确定盆地基底面的大致深度、盆地基岩的性质和时代、大型基地断裂带的分布；遥感技术用于油气勘探是通过遥感影像描述可以获取构造信息和直接提取烃类微渗漏信息找油气；化探技术是通过r能谱测量和氡气测量来寻找断裂破碎带和岩溶裂隙、判断是否存在矿异常。这几类非地震勘探方法在油气资源早期区域勘探中已成为地震勘探技术的有力补充，发挥着配套勘探的作用。
以天然交变电磁场为场源的大地电磁测深法（MT）为主的电磁探测技术，因其探测深度只与电磁场的频率有关，具有穿透能力强、不受高阻屏蔽层影响、勘探深度大等优点，可应用于地震勘探难以奏效的高电阻率碳酸盐岩地层、地表条件复杂多变的山区、黄土塬等地区，通过对大地电磁测深资料的分析，可推测断层、研究构造圈闭、划分主要地层界面、进行相带划分等，在石油地质勘探中具有广阔的应用前景和重要意义。遗憾的是由于受现有MT方法和仪器存在不足的限制，目前在国内石油勘探中应用较少、作用一般。
三、目前石油勘探业面临的问题和技术挑战
目前，以地震勘探技术为主的国内外石油勘探开发业仍面临以下诸多问题和技术挑战：一是地表以丘陵、沙漠、巨厚黄土塬、斜坡带为主的沉积相带地层，地震波吸收衰减严重、低降速带厚、信噪比低，主动场源的地震波法很难克服；二是高陡山地岩性多变落差大、地下构造复杂，储层非均质性强、横向变化大，导致地震波速异常、深层成像精度差，难以准确识别岩性、落实圈闭；三是火山岩储层对地震反射形成很强的散射和屏蔽，具有高速、高密度、低孔、低渗的特点，难以提高信噪比和分辨率；四是碳酸盐岩储层埋藏深、储层薄、时代老，储层控制因素复杂、缝洞储层发育、非均质性强，依靠勘探深度有限的地震技术很难达到精确描述储层空间展布及进行烃类检测；五是对于致密砂岩薄存储、薄互层存储、低孔隙度和低渗透率储层、孔隙-裂隙型流体储层的预测难度大；六是老油区剩余油藏分布比较杂乱、难以进行动态检测，深层勘探困难、很难发现新的石油储备；七是海洋油气勘探技术落后，缺乏有效的物探设备。
虽然在石油物探工作者的辛勤努力下我国石油勘探技术取得了长足发展，有些技术已经位列世界先进水平。但纵观我国油气普查、勘探、开发不同阶段，无论是现有物探队伍、技术装备，还是科研力量和资金，几乎都集中在地震勘探技术上了，除了一些特殊的复杂山地和黄土塬地震勘探配套分析软件、地震采集设计软件及可控震源设备位列国际领先水平之外，其它都难及国际先进水平。从国内有关资料和研究单位所列油气勘探技术需求与研发清单来看，绝大多数都是地震勘探技术，目标都是要赶超国际先进水平，很难摆脱购进破解抄仿的套路。
四、专为石油勘探应用研发的VCT大地电磁成像探测仪
VCT大地电磁成像探测仪系列是作者自2012年开始创新研发的天然场源物探仪，经过七年来不断的探索和改进，已经形成了一套独有的大地电磁物探理论，探测深度为600米的VCT探水仪已以其高成功率被市场认可，探测深度达4000米的VCT深层构造探测仪近三年来用于地热资源勘探定井已进入成熟推广期，在工程物探和矿藏勘探领域已初有斩获。
应用于某种专业领域的物探仪器从研发走向成熟，必须经过不断认知、改进、提升的过程，而且还要在应用中学习专业知识、了解该专业对于物探的需求、探究目标介质的物性反应及特点。无论是用于浅层找水定井、深层勘探地热资源，还是用于找矿、找油气资源，只有研发人自己深入其中，在实践中认知专业特点、探寻目标特征、掌握探测方法、总结分析技术，才能够研发出具有实用价值的高性能物探设备。
郑州地象科技有限公司出品的第一款专门用于油气勘探的VCT-5000M型大地电磁成像探测仪，完全按照作者研发的大地电磁理论框架设计，一套探测仪仅包含一个数据采集仪器、一个高灵敏度电磁感应探头和专用的计算机分析软件，总重量仅为8公斤。主要性能指标为：单点采集数据时间4分钟，一人一天可以探测100点；纵向探测深度为5000米，纵深成像分层精度为0—2000米深度内为1米、2000—3000米深度内为3米、3000—5000米深度内为5米；横向成像精度（点间距）可以在0-100米之内任意设定，单线最大显示探测点数为999点。单人10天可探测一条探测点数999个的勘探线路，设定点间距5米时累计探测距离4900米，通过VCT-5000M成像分析软件对探测数据进行处理后，即可形成纵向（精度）显示2733层和横向（精度）显示999列（点）组成的含有2732.7万个探测数据的线剖面图。
五、VCT大地电磁成像探测仪在石油勘探应用中的比较优势
与石油勘探业现有地震等勘探技术相比较，专用于石油勘探的VCT-5000M型大地电磁成像探测仪具有以下比较优势：
1、采集的是地壳之下大地电磁场源向地表传播的电磁波信号，不需要对地下人工发射地震波或电磁波，不受场源强弱大小、发射位置角度的影响，与地表之上的气候、时间、地域无关。
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2、因自下而上传播的电磁波信号中的电场分量和磁场分量同样都携带有地下各层介质的电磁反应特性信息，VCT成像探测仪仅需要一个高效电磁感应探头垂直采集大地电磁波磁场信号，不存在地下介质反射角度和路径变化、折射滑动干扰等问题。
3、由于仅使用一个电磁感应探头采集到的电磁波能量序列值即可完全表征地壳自下而上各介质层的电磁反应物性参数值，所以无需远距离拉线布电极、无需多点同时检波，4分钟即可完成单点采集2733个深度层数据的任务，快捷方便。
4、VCT在地表采集的是电磁波穿过地壳介质层衰减后相对稳定的剩余能量值，反映的是地下各介质层的电磁反应特性，与介质层电阻率无关。不存在不能穿透的高阻层或低阻带，更不存在人工场源发射电磁波或地震波因地形地貌地层不同向下传播能量被吸收衰减程度不一、受阻后可达深度不同等问题。无论是在黄土塬、沙漠、丘陵等沉积相地层，还是高陡山地、火山岩层、碳酸盐岩等复杂地层，都能够正常采集到有效、真实的数据。
5、VCT的有效场源是来自于地球内部的动态电磁场，因把地表之上所有电磁场信号都视为干扰信号而采取一系列措施将其屏蔽掉，抗电磁干扰能力强，在离220千伏高压线50米处能够正常探测，在城镇、工厂等较强电磁干扰环境下都可以正常勘探。
6、VCT仅用一个探头垂直放置在地面上即可采集数据，不用布线和插埋电极、不用钻孔放炮、不受地形地貌限制，在水泥地面、岩石、山林、田野、沙漠、冻土上都可以探测。
7、VCT大地电磁法认定在地表采集大地电磁信号的每个频率测值与地下相应波长深度层介质的电磁反映特性值互为镜像关系，即每一个频率点都对应着一个固定不变的深度层（波长），据此实现了间隔1米显示一层的高分辨率。若再增加采样时间，分辨率可以做到更高、勘探深度可以做到更深，这是人工场源物探法和现有MT法无法实现的。
8、VCT认为大地电磁场源各频率电磁波经过地壳层整体性衰减后携带介质信息到达地表，各个频率的衰减程度基本相同，若不考虑数据采集器硬件限制，探测深度可以通达地壳之下。
9、可充分利用VCT大地电磁法单电磁感应探头采集数据、可将探头除底面接收信号外全用金属层封闭、探头接近海底稳定后即可通过人工或遥控指令采集数据、单点采集数据自动存储后可连续探测等功能特点，将VCT的探头与数据采集器做成一体放在密闭容器内，通过拖缆或潜浮装置移动点位、遥控或自动采集数据，进行浅海或深海大地电磁数据采集工作。从现有技术来看，只有VCT大地电磁成像法可以通过上述做法，实现低成本、高效率、全频域的深海石油等矿藏勘探作业，这是MT法和地震法无法做到的。
六、VCT大地电磁成像探测仪在石油勘探中的应用分析方法
VCT认为电磁波辐射穿透地壳到达地表过程中，各介质层对入射电磁波会产生一定的折射、吸收作用，绝大部分电磁波能量在传播过程中经过介质内摩擦、热传导、分子碰撞等作用被吸收损耗掉。VCT是通过采集电磁波到达地面后剩余能量的序列数值，由各频点与地层深度的关系得知各地层介质对于电磁波的吸收和衰减特性，进而判知其电磁特性和介质属性。电磁波被介质吸收掉的能量越少，在地面上采集到的剩余能量值就越高，说明地层介质的电磁穿透性好，诸如空气、坚硬介质等；反之，电磁波被介质吸收掉的能量越多，在地面上采集到的剩余能量值就越少，说明地层介质的电磁穿透性越差，诸如水、液态介质等。
VCT大地电磁场成像探测仪是将在地表采集到的大地电磁场测值直接作为分析数据、无人为干预剔除的全部展现出来，供用户全面、客观地进行分析使用的。探测数据的有效测值约在0—30微伏范围内，在不同分析功能模式中都会将数值显示出来供比较分析。因探测数据量太大不易查看，我们用蓝、绿、黄、红四色分别代表四段测值，每种颜色均有10种色差来区分同色测值的相对高低。0—2微伏显示为蓝色，2—4微伏显示为绿色，4—8微伏显示为黄色，8—30微伏显示为红色，分析时直接观察色块集中反映即可判定介质的属性。
在石油勘探中应用VCT大地电磁成像探测仪，对于勘探数据的分析和判定方法：
1、查找断裂构造。断裂构造是存在构造型圈闭的主要特征之一，一般断裂构造都是张性的，断裂内含水裂隙发育。因水及其它液体对于电磁波的导通性较好，测值一般是在0—1微伏范围内。测值小于1微伏的蓝色块连通性好时可以判定为含水裂隙，若自上而下有多处存在V形聚合的含水裂隙即可判定其为含水断裂构造。
2、判断孔隙含油成藏构造。石油对于电磁波的吸收衰减特性略小于水、但明显高于固态介质。沉积岩孔隙含油成藏构造的判断方法：一是含水多的聚水区测值一般在0--0.6之间，而石油的稠度和粘性明显高于水，测值大约在0.4--1之间；二是水的流动性好、孔隙间易于连通和聚集，在VCT剖面图上含水裂隙显示为较多的蓝色块连接在一起，而油藏孔隙间连通性差、相对低值蓝色块较为分散；三是在VCT剖面图上蓝色块组成的含水裂隙连通性好、数量少，油藏构造的蓝色块颜色浅、数量多、连通性差。
3、判断裂隙含油成藏构造。页岩、火山岩等裂隙含油成藏构造的判断方法：能够形成含油裂隙基岩属于硬度较大的固态介质，对于电磁波吸收衰减相对较少，测值大约在2--6之间，明显高于液体石油小于1的测值；石油的稠度和粘性大，在裂隙内的流动性差、连续性不好，在VCT剖面图上显示连接在一起的蓝色块短、集聚量不大、裂隙间关联性不强；一般的含油裂隙纹细、分布不规律、规模小，一般为主断裂侧面次生断裂周围发育的裂隙，明显不同于主断裂内含水裂隙的成像形态。
4、根据油气成藏形态判断圈闭类型和储量。与地震勘探通过圈闭找油的路径正好相反，使用VCT大地电磁方法可以在剖面图上直接观察探测数值和色块成图，看到疑似含油成藏构造形态和测值后，再进一步扩大探测范围、增密勘探线路，查看疑似含油构造的范围、产状、形态、岩性及与围岩的关系等，判断是否符合形成圈闭的条件、属于何种圈闭，查明储集层、盖层、阻止油气继续运移造成油气聚集的遮挡物位置、形态和规模，根据圈闭的最大有效容积来估量油气藏的储量大小。
七、VCT大地电磁成像探测仪在石油勘探应用中的研发方向
虽然VCT大地电磁成像探测仪的理论方法自成一系，在浅层和深层找水定井实践中已印证其吻合性和准确度很好，在工程物探和矿藏勘探领域也初见成效，但是在油气勘探领域尚未窥见一斑。若要应用于油气勘探领域，有许多的课题需要与油气勘探开发工作者一道共同深入探索和研究，在实践中认识问题、解决问题，通过不断创新、改进得以斩获和提高。
为适应油气勘探开发对物探设备性能和精度的需要，郑州地象科技有限公司将在现有研发成果基础上对专用于油气勘探的VCT大地电磁成像探测仪开展进一步的研发和改进：
（1）进一步提高电磁感应器（探头）拾取超低频信号能力和抗干扰性能；
（2）进一步增强低频数据采集放大性能，将有效勘探深度拓展至2万米；
（3）进一步提升储层描述精度，纵向分层精度实现5000米之上为2米/层、9000米之上为5米/层；
（4）根据油气勘探领域特点和需要对VCT成像分析软件进行改进及增加新的功能；
（5）研制适用于水下勘探的专用VCT大地电磁成像探测仪。
参考文献：
【1】寇伟，寇通，对现有大地电磁法理论的几点异论，工程技术，2017（1）
【2】凌云，郭向宇 等，油藏地球物理面临的技术挑战与发展方向，石油物探，2010（7），49卷（4）
【3】刘振武，撒利明 等，中国石油物探国际领先技术发展战略研究与思考，石油科技论坛，2014（6）
论文作者:寇伟,寇通
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/30
标签：电磁论文; 技术论文; 石油勘探论文; 大地论文; 电磁波论文; 介质论文; 裂隙论文; 《基层建设》2019年第4期论文;