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近年来,海洋可控源电磁方法(CSEM)已经在油气资源勘探和海底天然气水合物探测中取得了明显的应用效果。随着海洋CSEM方法的应用环境由深海扩展至浅海,空气层与地底岩石层之间的电磁信号耦合(空气波信号)已无法再被忽视,这将使得利用频率域电磁方法寻找海底高阻薄层存在困难。由于在时间域的电磁响应中,空气波信号与地底电磁信号将会在时间上分离开,这有利于对地底电磁信号的分析和解释。因此,作为在浅水环境下避免空气波干扰的可能手段,时间域海洋CSEM方法近年来受到了广泛的关注。时间域海洋CSEM方法当前主要被用于海底天然气水合物的勘探。海底天然气水合物储层和低阻沉积围岩之间存在明显的电阻率差异,观测这种电阻率差异所产生的电磁异常,有可能确定天然气水合物的分布范围和饱和度。本文基于海洋时间域CSEM一维正演结果,把观测误差和噪音干扰等因素考虑在内,引入有效异常的概念用于评价时间域海洋CSEM方法对天然气水合物储层的探测能力,并通过建立具有不同孔隙度和天然气水合物饱和度的一维地电模型,分析时间域海洋可控源电磁(CSEM)响应和有效异常的特征,探讨天然气水合物储层的孔隙度、饱和度与时间域海洋CSEM有效异常的关系。模拟结果显示,时间域海洋CSEM有效异常可以很好地识别天然气水合物储层。另一方面,随着海洋CSEM方法越来越多地被应用于商业勘探,其在复杂海底地形区的应用效果也开始受到关注。时间域海洋CSEM方法也经常在海底地形起伏明显的海域被用于对天然气水合物进行探测。在具有复杂海底地形区域进行海洋CSEM勘探时,忽视海底地形的影响可能会导致对海底地质构造的错误解释。本文提出了一套时间域海洋CSEM二维自适应有限元正演程序,采用非结构三角形网格精确模拟海底起伏地形,通过与国外时间域CSEM二维差分正演结果进行对比验证了本文二维有限元算法的可靠性和精度,并采用并行化算法提高正演速度。基于该二维正演算法,本文计算了时间域海洋可控源电磁场二维地形影响,分别讨论了浅水环境和深水环境下海底起伏地形对时间域CSEM响应的影响特征,并用比较法地形改正方法对畸变后的海洋瞬变电磁响应进行地形改正。改正后的结果基本显示海底水平地形下二维高阻储层的时间域海洋可控源电磁响应特征。