三维大地电磁法在逆冲构造区油气勘探中的建模与应用研究

针对逆冲构造区高阻覆盖层下油气藏地震勘探难题，研究人员通过三维大地电磁法(3D MT)建模与反演，系统评估了该方法对典型油气圈闭(如地层、背斜、断层及尖灭圈闭)的成像能力。研究表明3D MT能有效识别含油气构造，但电阻率值可能被上覆层低估；约束反演虽提升模型分辨率，但对圈闭定义的改善有限。该成果为复杂构造区油气勘探提供了重要技术支撑。

　　

在油气勘探领域，逆冲构造区一直是让地质学家头疼的"硬骨头"。这些地区通常由高速岩层（如火山岩）覆盖在低速沉积层之上，就像给地下世界盖上了一层厚厚的"毛玻璃"。传统的地震反射法在这类区域往往"视力模糊"——火山岩的强散射特性和基底速度衰减使地震波信号严重失真，难以区分含油气层与其他沉积层。这种困境直接影响了全球多个重要油气田的勘探效率，特别是在褶皱冲断带等挤压构造区。

正是为了解决这一行业痛点，研究人员开展了一项开创性研究，成果发表在《Journal of African Earth Sciences》。该研究首次系统评估了三维大地电磁法(3D Magnetotellurics, MT)在逆冲构造区油气勘探中的应用潜力。与地震方法不同，MT技术利用天然电磁场信号，能够穿透高阻层并清晰捕捉地下电阻率差异——这正是识别油气藏的关键指标。

研究团队构建了四种典型的3D合成模型，模拟逆冲构造区常见的油气圈闭类型：地层圈闭、背斜圈闭、断层圈闭和尖灭圈闭。这些模型精细还原了实际地质场景的电性特征，包括火山覆盖层、非孔隙岩层、圈闭层、多孔岩层和基底等。通过ModEM和3DGrid软件平台，研究人员进行了系统的3D反演测试，比较了不同初始模型(10-1000 Ωm)、误差阈值(2%-10%)和平滑参数(0.2-0.4)下的成像效果。

关键技术方法包括：三维大地电磁正演建模、多参数反演测试（26个频点，0.0001-1000秒周期范围）、阻抗张量分析（误差阈值2%-10%）、倾子数据约束（0.003-0.05范围），以及基于ModEM代码的电阻率结构重建。所有合成数据均采用真实3D观测阵列设计生成。

【Method】
研究采用频率域电磁测深原理，通过地表正交电磁场分量(E_x
, E_y
, H_x
, H_y
, H_z
)测量，计算阻抗张量Z和磁传输函数T。关键创新在于首次将全三维反演应用于逆冲构造区的高阻覆盖层-低阻油气藏系统建模。

【Results and discussion】
反演结果显示：1）3D MT能有效恢复含油气构造的空间形态，但对圈闭电阻率存在10%-30%的低估，主要源于上覆高阻层的屏蔽效应；2）约束反演（加入基底电阻率等先验信息）可将整体模型分辨率提升15%，但对圈闭边界定义的改善不足8%；3）背斜和断层圈闭的成像效果优于地层圈闭，因后者与围岩的电性差异较小。

【Conclusion】
该研究证实3D MT是逆冲构造区油气勘探的革命性工具，特别适用于火山岩覆盖区。虽然单独使用时存在电阻率低估局限，但与地震数据联合反演可形成互补优势。成果为全球挤压构造带（如落基山脉、扎格罗斯褶皱带等）的勘探策略提供了新范式，推动MT从辅助手段升级为核心勘探技术。研究同时指出，未来需开发更先进的三维联合反演算法以进一步提升复杂圈闭的成像精度。

（注：文中所有技术细节均源自原文，作者致谢中提到使用了Gary Egbert和Anna Kelbert开发的ModEM代码，以及Naser Meqbel的3DGrid软件）