時(shí)頻電磁（TFEM)技術(shù)油氣檢測原理與方法

中圖分類號：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.20250146

Abstract： Electromagnetic methods are naturally superior in identifying whether deep targets contain fluids. It is of great significance for oil and gas field exploration and development to study high-precision electromagnetic detection technology for reservoir fluids.Based on the capillary modeland electrochemical theory，we consider that the polarized electric field is closely related to fluid concentration，microscopic charge migration，and acumulation，and has time and frequency dependencies. The essence of polarization efects can be explained through the electric diffusion hypothesis and thin film polarization theory.Based on Maxwel's equations and the equivalent complex resistivity model，we derive the basic formula for electromagnetic hydrocarbon detection.The accurate characterization of electrical anomalies in oil and gas reservoirs by relevant parameters is further analyzed， especially the performance of induced polarization effects related to oil and gascontent in electro magnetic field amplitude and phase curves. In practice，the induced polarization effect can be effectively extracted and the distribution of oil and gas reservoirs can be identified only by optimizing parameters such as transmissionand reception distance and frequency.At last，we analyze the characteristics of the induced polarization effect on electromagnetic field phase and differentialcurves through numerical simulation，which is consistent with theoretical mathematical characterization. We clarify the effective parametersand critical frequency for dataacquisition of the induced polarization efect in reservoirs.Finally，we discuss the applicabilityof this method in fluid detection and propose a construction method technology based on characteristic curves，providing theoretical support for the practical application of electromagnetic hydrocarbon detection.

Keywords：time-frequency electromagnetic method，hydrocarbon detection，parameteroptimization，induced po larizationeffect，electricaldouble-layereffect

何展翔，陳濤，陳本池，等，時(shí)頻電磁（TFEM）技術(shù)——油氣檢測原理與方法[J].石油地球物理勘探，2025， 60（4） ：1032-1045. HE Zhanxiang，CHEN Tao，CHEN Benchi，et al. Time-frequency electromagnetic techniques： hydrocarbon detection principle and methods[J]. Oil Geophysical Prospecting，2025，60（4） ：1032-1045.

1概述

早在二十世紀(jì)五十年代，地球物理學(xué)家就預(yù)言電磁法將成為油氣勘探的主要方法，這是因?yàn)榈叵掠蜌獾碾娮杪逝c地下礦化水的電阻率的差別至少為三個(gè)數(shù)量級，儲層孔隙介質(zhì)含油與含水必然會形成顯著的電性差異[1-8]。但是，由于當(dāng)時(shí)電磁方法的探測效果差，未能發(fā)展形成有效方法，因而沒有得到推廣和應(yīng)用。相關(guān)探索一直沒有停止，電法專家在很多油氣田上方發(fā)現(xiàn)明顯的激發(fā)極化異常[9-16]，認(rèn)為其機(jī)理主要是油氣運(yùn)移到近地表氧化一還原環(huán)境下產(chǎn)生的黃鐵礦化，通過檢測這類激發(fā)極化效應(yīng)就能順藤摸瓜發(fā)現(xiàn)油氣藏。

1972年，Zonge等據(jù)此提出了應(yīng)用于油田檢測的激發(fā)極化法，開啟了利用激電法探測油氣的新領(lǐng)域。自改革開放后，中國的學(xué)者們深入開展了關(guān)于激發(fā)極化找油的研究和試驗(yàn)，其后的十多年中，中科院地球物理所、地質(zhì)科學(xué)院、中國地質(zhì)大學(xué)、地礦部一物、石油物探局、成都地質(zhì)學(xué)院等單位對此進(jìn)行了大量的研究和試驗(yàn)[10-16]。在機(jī)理研究方面，有關(guān)學(xué)者通過對孔隙巖石的油熏標(biāo)本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明了含油氣的標(biāo)本能夠產(chǎn)生激電效應(yīng)[16]，即含油孔隙介質(zhì)具備產(chǎn)生激電效應(yīng)的機(jī)理?xiàng)l件；Vinegar等7提出黏土礦物與烴類共同作用下的激電響應(yīng)理論，奠定了含油砂巖極化機(jī)制的研究基礎(chǔ)；Pelton18建立了復(fù)電阻率頻散模型，分析了含烴地層電磁場的實(shí)部與虛部分量的極化特性;近年來，Yan等[19]、Burtman 等[20]通過研究證明了在頁巖儲層巖石中可以觀察到顯著的激發(fā)極化效應(yīng)，進(jìn)一步分析了孔隙中含鹽水的砂巖及孔隙中充滿非飽和油氣的砂巖和碳酸鹽巖都有激電響應(yīng)。Tong[21]通過實(shí)驗(yàn)證明含油氣砂巖和碳酸鹽巖具有明顯的激電響應(yīng)特征，油相飽和度與激電虛分量（相位角）具有負(fù)相關(guān)性，指出利用虛電阻率能夠直接判斷儲層中的流體是油還是水（圖1）。

圖1含油氣與含水時(shí)虛部分量電阻率曲線

二十世紀(jì)80年代，激發(fā)極化相關(guān)機(jī)理的研究推動了激發(fā)極化法找油的應(yīng)用，幾乎所有的油田都在利用激發(fā)極化法直接找油。基于大量的激發(fā)極化法野外實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，學(xué)者們總結(jié)了激電異常與油氣的關(guān)系，探討了不同油氣田激電異常的差異與共性以及異常成因與油氣藏的關(guān)系[9-15]，厘清了油氣激發(fā)極化機(jī)理，并形成了相關(guān)找油理論。地球物理學(xué)家們認(rèn)為油氣田上方的近地表激發(fā)極化效應(yīng)是下部儲層含油氣的標(biāo)志，其機(jī)理是：油氣向上運(yùn)移過程中會在近地表形成次生黃鐵礦，次生黃鐵礦會產(chǎn)生明顯的激電異常[13]。通過對大量勘探實(shí)例的分析，認(rèn)為利用激電原理探測油氣的成功率不高的主要原因是激電異常受油氣藏至近地表的地質(zhì)構(gòu)造影響，以及受到淺層淡水巖層的激電效應(yīng)的干擾[10-11.3]。為了改進(jìn)探測效果，學(xué)者們提出了頻譜激電法（復(fù)電阻率法），利用頻譜激電效應(yīng)探測油一氣一水的生成、運(yùn)移、聚集和逸散所形成的復(fù)雜綜合體，即將“油氣藏至近地表的地質(zhì)構(gòu)造”作為研究目標(biāo)，推動了復(fù)電阻率方法在油氣探測領(lǐng)域的應(yīng)用[1.11];胡文寶等[2]以雙電層模型為理論基礎(chǔ)，明確儲層巖石含不同流體時(shí)電磁響應(yīng)的低頻頻散機(jī)理和油氣檢測方法；肖占山等[16]在實(shí)驗(yàn)室測量了不同含油氣飽和度巖石的復(fù)電阻率，證明了含油氣巖石具有激發(fā)極化效應(yīng)，并且隨著含油飽和度的升高，電阻率和極化率也隨之增大。

但是，由于激發(fā)極化效應(yīng)（IP）與電磁耦合效應(yīng)（EMCoupling）在實(shí)測數(shù)據(jù)中呈現(xiàn)耦合疊加特征，如何有效分離二者始終是數(shù)據(jù)處理解釋中的核心問題。基于激電效應(yīng)和電磁效應(yīng)在總效應(yīng)中簡單的代數(shù)迭加假設(shè)，何繼善等[23-24]和羅延鐘[25]提出了多種解耦方法，特別是采用兩個(gè)或者多個(gè)Cole-Cole模型模擬視復(fù)電阻率頻散中的激電效應(yīng)和電磁效應(yīng)[26-27]；Revil2開發(fā)了基于Cole-Cole模型的參數(shù)反演算法，可直接估算儲層含油飽和度。

盡管如此，由于常規(guī)激發(fā)極化法、頻譜激電法等方法的探測深度和精度的限制，對于油氣藏本身的電阻率和激發(fā)極化異常的規(guī)律研究較少，沒有形成有效的電磁油氣檢測理論和應(yīng)用體系。在1990年初召開的全國非地震技術(shù)交流會上，新疆油田的專家們總結(jié)并介紹了激發(fā)極化法在油田的應(yīng)用效果，通過鉆井取芯在淺部地層巖石中并未提取到與目標(biāo)工業(yè)油流相關(guān)的黃鐵礦化數(shù)據(jù)，因而基本否定了依據(jù)淺層黃鐵礦化暈激發(fā)極化找油的機(jī)理。此后，在中國利用激發(fā)極化原理進(jìn)行油氣檢測的研究和應(yīng)用進(jìn)入了瓶頸期。

到了二十一世紀(jì)初，海洋領(lǐng)域的可控源電磁法油氣檢測技術(shù)取得突破，在深海勘探中取得良好效果，并快速得到了商業(yè)化應(yīng)用和推廣[29-30]，推動了電磁油氣檢測研究和應(yīng)用高潮。幾乎同時(shí)，中國石油集團(tuán)東方物探公司發(fā)展了大功率時(shí)間域一頻率域電磁勘探（TFEM）法[31-33]，主要測量頻率域電場分量E_x 和時(shí)間域磁場分量 H_z ，提出了油氣異常空間分布的“環(huán)狀三層樓”電性異常模式[34]，同時(shí)認(rèn)為儲層電阻率異常 （ρ） 與儲層孔隙度和孔隙流體導(dǎo)電率相關(guān)，極化率異常（IP）與儲層飽和度和滲透率相關(guān)，提出了一個(gè)新的油氣檢測參數(shù)—I =IP×ρ 異常[35]，采用IPR異常可有效識別油氣，大大提高了油氣檢測的成功率，在油氣勘探中得到廣泛應(yīng)用。近年來，時(shí)頻電磁方法在數(shù)據(jù)采集、處理和反演領(lǐng)域的研究和應(yīng)用取得了長足進(jìn)步[36-42]，本文主要介紹該方法的油氣檢測機(jī)理和理論以及相應(yīng)的方法技術(shù)。

2 電磁油氣檢測機(jī)理及理論

電磁油氣檢測是一種基于電磁場理論的地球物理勘探分支方法，通過分析地下介質(zhì)對應(yīng)電磁場的響應(yīng)特征，對油氣儲層空間分布及物性參數(shù)進(jìn)行研究。其核心機(jī)理是：油氣儲層因孔隙流體（烴類一水）差異，呈現(xiàn)顯著的電阻率和極化率異常；基于Maxwell方程組構(gòu)建頻域一時(shí)域電磁波傳播模型，量化儲層介質(zhì)電導(dǎo)率（o）和極化率 （η） 對電磁場衰減/相位的影響，為后期電磁數(shù)據(jù)的處理和反演及應(yīng)用提供理論支撐。

2.1油氣儲層激發(fā)極化效應(yīng)的微觀機(jī)理及表征

油氣儲層的激發(fā)極化（IP）效應(yīng)是多種物理、化學(xué)機(jī)制共同作用的結(jié)果，主要包括電荷遷移、分子極化、孔隙與界面效應(yīng)三大機(jī)制，三者相互作用，均受儲層微觀結(jié)構(gòu)和流體性質(zhì)的控制。

Jian等43提出了硫化礦物—電解質(zhì)界面的電荷遷移模型；Wait44闡明了過電位（overvoltage）與極化效應(yīng)的關(guān)系，揭示了電子一離子耦合機(jī)制，為電子轉(zhuǎn)移與離子擴(kuò)散耦合的極化機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。Jung等[45]、Revil[46]、Placencia-g6mez[47]和 Zhang[48]發(fā)現(xiàn)碳質(zhì)有機(jī)物（如石墨、煤）中的共軛 π 電子體系可遷移形成電流，使得局部電荷積累并產(chǎn)生極化，肯定了碳質(zhì)有機(jī)物對極化效應(yīng)的貢獻(xiàn)，為油氣檢測提供了機(jī)理支撐；Hammett49提出了哈米特方程，描述了反應(yīng)速率及平衡常數(shù)和反應(yīng)物取代基類型之間線性自由能的關(guān)系，提出了通過官能團(tuán)的極化效應(yīng)來調(diào)節(jié)分子的電性，即分子極化理論；姜亦忠等[50研究了分子極化效應(yīng)對含油砂巖介電響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)油相、氣相分子偶極矩在交變電場下的弛豫現(xiàn)象及孔隙尺度機(jī)制，得到了孔隙直徑與水的弛豫時(shí)間的定量關(guān)系。

王謙[5進(jìn)一步基于CT掃描數(shù)據(jù)建立了孔隙拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型，認(rèn)為孔喉半徑分布通過拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)影響弛豫時(shí)間譜；Lesmes等[52]發(fā)現(xiàn)低孔、低滲儲層因“曲折度—極化率\"效應(yīng)導(dǎo)致IP響應(yīng)弱化；Revil4建立了孔隙一顆粒界面雙電層（EDL）極化定量模型，證明陽離子交換容量（CEC）對IP信號有調(diào)控作用；童茂松等[53采用奇異值分解法對泥質(zhì)砂巖的激發(fā)極化衰減譜進(jìn)行多指數(shù)反演，認(rèn)為巖石的弛豫時(shí)間譜與巖石的孔徑分布能夠較好地吻合，可以用激發(fā)極化弛豫時(shí)間譜表征孔隙結(jié)構(gòu)；關(guān)繼騰等[54利用毛管模型研究泥質(zhì)砂巖電化學(xué)響應(yīng)機(jī)理，認(rèn)為含水泥質(zhì)砂巖激發(fā)極化現(xiàn)象是在電流場和濃度梯度場的共同作用下，由孔隙中離子濃度濃差極化電位和雙電層形變電位形成的。因此，電化學(xué)模型模擬及實(shí)際資料分析表明，含油氣儲層主要包括兩類孔隙與界面效應(yīng)： ① 有機(jī)物一無機(jī)物界面：電荷在雙電層中重新分布； ② 有機(jī)物一水界面：含水環(huán)境中雙電層電荷遷移主導(dǎo)極化作用。Binley[55發(fā)現(xiàn)油水兩相體系中殘余油飽和度與相位角呈非線性正相關(guān)關(guān)系，并總結(jié)了油氣儲層激發(fā)極化效應(yīng)的四大主控因素為黏土礦物、孔隙結(jié)構(gòu)、流體性質(zhì)、溫壓條件，為多因素協(xié)同影響的理論體系奠定了基礎(chǔ)。

油氣儲層巖石中的有機(jī)物/固體礦物界面/水界面三者之間形成的雙電層在外加電場作用下，界面電荷發(fā)生遷移并重新分布，形成界面極化[21-22.56]，這一極化機(jī)制是目前主流的和公認(rèn)的雙電層激發(fā)極化機(jī)制。下面主要討論界面極化機(jī)理及油氣檢測理論。

在孔隙介質(zhì)中，正負(fù)離子主要分布在固一液雙電層界面。當(dāng)施加外電場時(shí)，這些離子會發(fā)生遷移，在孔隙界面兩側(cè)出現(xiàn)電荷分離現(xiàn)象，形成電偶極子，從而引發(fā)極化效應(yīng)。雙電層離子導(dǎo)體的激發(fā)極化效應(yīng)對電解質(zhì)溶液中的離子輸運(yùn)行為具有重要影響。激發(fā)極化的形成過程主要依賴于雙電層形變的速度以及放電的快慢。在固一液界面或電導(dǎo)率梯度區(qū)域，離子電流的受限遷移是激發(fā)極化的核心物理機(jī)制。由于離子沿顆粒表面的遷移速度和路徑長度存在差異，巖石顆粒的尺寸越大，其時(shí)間常數(shù)（即充放電時(shí)間）也越大。這一特性構(gòu)成了利用激發(fā)極化法（IP法）探測地下含流體儲層的物理基礎(chǔ)。根據(jù)毛管模型和電化學(xué)理論[21-22.56]，單一毛管中的電流強(qiáng)度可表示為

式中： J 為外加電流強(qiáng)度； n₀ 為單位面積上的毛管數(shù)；F₀=9.65×10⁴C?mol^-1 為法拉第常數(shù)； Z 為組分的價(jià)數(shù)； W_± 為毛管中正、負(fù)離子的流量，其計(jì)算公式為 式中： V_± 為毛管中正、負(fù)離子的遷移率； u 為毛管中的電位； C₀ 為毛管中的離子濃度； C_± 為毛管內(nèi)溶液正、負(fù)離子分布濃度； γ₀ 為最大毛管半徑； D_± 為毛管

中正、負(fù)離子的擴(kuò)散系數(shù)。

進(jìn)一步地，一定溫度下毛管中正、負(fù)離子的流量W_± 及分布濃度 C_± 毛管中的電位 u 、毛管半徑 γ 的正比微觀關(guān)系為

式中： ：R=8.314J/（K?mol） 為氣體普適常數(shù)； T 為溫度； C_x 表示離子分布濃度沿 x 方向的變化量。

關(guān)繼騰等[54討論了毛管中激發(fā)極化的微觀機(jī)制，得出放電過程中微電流與電位時(shí)間導(dǎo)數(shù)具有線性關(guān)系。依據(jù)毛管中正、負(fù)離子流量分布滿足質(zhì)量守恒方程這一理論，充電結(jié)束時(shí)刻毛管兩端電位為u₀ ，雙電層形變電位為 Δu₀ ，即放電開始時(shí)刻的電位為 。放電過程中毛管兩端電位為 u_t ，形變電位差為 Δu_t，t 表示時(shí)間，形成的微電流為 j_IP ，在微觀孔隙中可以近似認(rèn)為毛管中的微電流 j₀ 與 j_P 對時(shí)間的一次導(dǎo)數(shù)成正比，即

式中： τ 為時(shí)間常數(shù)； u+△u為t時(shí)刻的極化率 ;j_IP 的表達(dá)式為

上式表明，除了傳統(tǒng)的電磁參數(shù)外，雙相介質(zhì)中需要增加兩個(gè)物理量來表征電磁場特征，即極化率η_t 和時(shí)間常數(shù) τ 。基于此，在考慮極化效應(yīng)的影響時(shí)，涉及電荷遷移和積累，具有時(shí)間依賴性和頻率依賴性，因此采用復(fù)數(shù)電導(dǎo)率的形式來描述巖石的導(dǎo)電性和極化特性是電磁油氣檢測的基礎(chǔ)。目前，已經(jīng)發(fā)展了十余種復(fù)電阻率模型，最常用的是ColeCole模型。但是，考慮到時(shí)頻電磁采用的是低頻信號，同時(shí)為了理論推導(dǎo)方便，本文采用下面的簡化模型[57-59]

式中： σ₀ 表示零頻電導(dǎo)率； ω 表示角頻率。

2.2電磁油氣檢測理論

上面分析表明，對于孔隙介質(zhì)儲層，無論哪種極化機(jī)制下，都會因?yàn)殡婋x子載體聚集從而產(chǎn)生電流密度和電荷增加項(xiàng)，在麥克斯韋方程組中需要采用

增加項(xiàng)來表征。此時(shí)，電磁場全微分方程為

式中： 和 分別表示磁場強(qiáng)度矢量和感應(yīng)磁場強(qiáng)度矢量； 和 分別表示電場強(qiáng)度和電位移 是電流密度矢量； 是由激發(fā)極化形成的電流密度矢量；δ₀ 是自由體電荷密度； δ_IP 表示由激發(fā)極化效應(yīng)產(chǎn)生的自由體電荷密度。

對于如圖2所示的導(dǎo)電非極化半空間大地，均勻大地表面 x 方向的接地電偶極源的頻率域電磁分量 E_x 和磁場分量 H_z 可表示為

圖2極化均勻大地表面電偶極源及坐標(biāo)系

式中： 為波數(shù)，其中 μ 為介質(zhì)的磁導(dǎo)率； Jdl 是場源電流矩，其中d表示偶極子長度； r 和φ 是接收點(diǎn)相對于場源中心點(diǎn)的半徑和方位。

對于極化的大地導(dǎo)電半空間，依據(jù)式（6）復(fù)電導(dǎo)率表征方式，可以將雙相介質(zhì)中電偶極子激發(fā)下的E_x 展開為如下形式

式中 ：F=3cos²β-1. 其中 β 為偶極子與收一發(fā)連線的夾角;

式（10）中： 表示直流項(xiàng)（后文稱第一項(xiàng)）;im 是與大地極化特性相關(guān)的項(xiàng)（后文稱第二項(xiàng)）； （后文稱第三項(xiàng)）和 （后文稱第四項(xiàng)）是與大地電磁感應(yīng)相關(guān)的項(xiàng)。因此，電場分量E_x 中的直流分量、電磁感應(yīng)（ （Q_EM） 和激發(fā)極化效應(yīng)C Q_IP） 這三部分具有簡單的疊加性。特別地，在電磁感應(yīng)特征參數(shù) 兩種極端情況下（即：rgt;1時(shí)，式（10）中的第一項(xiàng)（感應(yīng)項(xiàng)）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第二項(xiàng)和第三項(xiàng)； kr?1 時(shí)，式（10）中的第三項(xiàng)和第四項(xiàng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前面的項(xiàng)），隨著r的變化，為了量化激電效應(yīng)與電磁效應(yīng)的此消彼長的關(guān)系，用 Q 量化電磁感應(yīng)與激電效應(yīng)的影響大小

從式（11）可以看出，隨著收發(fā)距 r 和零頻電導(dǎo)率 σ₀ 的降低，或者 η 和 τ 的增大，電磁感應(yīng)的影響逐漸減弱，激化極化響應(yīng)的影響逐漸增強(qiáng)。

① 感應(yīng)參數(shù)很小 （kr?1） 時(shí)，對于可控源時(shí)頻電磁油氣勘探系統(tǒng)，此時(shí)激發(fā)極化占主導(dǎo)。

式（11）中的分母是式（10）中的第二項(xiàng)，只與激電參數(shù)相關(guān)；式（11）中的分子是式（10）中的電磁感應(yīng)項(xiàng)，只與式（10）中的第三項(xiàng)和第四項(xiàng)相關(guān)。為了提高探測目標(biāo)的激電效應(yīng)比例，只需分析式（11）中的三個(gè)參數(shù) σ₀ ： 對參數(shù) Q 的影響。

進(jìn)一步，基于式（10）中的 項(xiàng)與 項(xiàng)相關(guān)的電磁感應(yīng)和激發(fā)極化效應(yīng)項(xiàng)的虛部（虛部可用相位表征），其電場相位可近似

表示為

在 kr?1 時(shí)，式（12）可以直接近似為

由式（13）可見，電場相位 ?_Ex 與極化率 η 成正比，與時(shí)間常數(shù) τ 及角頻率 ω 的平方根成正比。有趣的是，隨著頻率的進(jìn)一步增大，上述條件 （kr?1） （2號就不滿足了。因此， ?_Ex 存在一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率 f₀ ，低于該頻率時(shí)以激電效應(yīng)為主，高于該頻率則以電磁感應(yīng)為主，這一特征在下節(jié)的相位一頻率曲線分析中進(jìn)行詳細(xì)分析。

進(jìn)一步地，電場相位 ?_Ex 對角頻率 ω 的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)分別為

由式（14）和式（15）可見，此時(shí)電場相位的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)與極化率 η 和時(shí)間常數(shù) τ 的平方根成正比，而與激發(fā)頻率 ω 成反比。隨著頻率的進(jìn)一步升高，一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)逐漸減小。因此，計(jì)算低頻電場相位的微分能夠更有效地突出激電效應(yīng)。

② 感應(yīng)參數(shù)很大 （kr?1） 時(shí)，式（10）中第二項(xiàng)（激電效應(yīng)）與后面第三項(xiàng)、第四項(xiàng)（感應(yīng)項(xiàng)）相比可以忽略，即

很明顯，此時(shí)相位只與感應(yīng)項(xiàng)相關(guān)，即只與導(dǎo)電性相關(guān)，而與激發(fā)極化無關(guān)。同樣可導(dǎo)出 E_x 的相位對角頻率的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)分別為

可見此時(shí)相位的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)只有感應(yīng)項(xiàng)，即只與導(dǎo)電性相關(guān)，與激發(fā)極化無關(guān)。

同樣地，可以將雙相介質(zhì)中的電偶極子激發(fā)的磁場分量 H_z 展開成如下低階級數(shù)的近似形式

可將上式進(jìn)一步近似簡化為

分析上式可見：第一項(xiàng) 為半空間的一次場項(xiàng);第二項(xiàng) （kr²） 與 項(xiàng)是乘積關(guān)系，即與 σ₀ 和 η 都是乘積關(guān)系，即感應(yīng)和極化作用不是簡單的疊加關(guān)系，而是互相增強(qiáng)的。為進(jìn)一步求取磁場相位參數(shù)，通過對式（19）進(jìn)一步做簡化和近似處理，可以得到

式中 ，表征極化響應(yīng)的頻率依賴性，反映介質(zhì)極化的弛豫速率，與巖性及流體類型相關(guān)。

下面討論兩種極端條件，即感應(yīng)參數(shù)很小或很大情況下， H_z 相位的特征。

① 感應(yīng)參數(shù)很小時(shí)，即 kr?1 ，有

根據(jù)上式可知，磁場相位中的 項(xiàng)為純感應(yīng)項(xiàng)， 項(xiàng)為極化與感應(yīng)項(xiàng)的乘積

項(xiàng)為感應(yīng)項(xiàng)與弛豫速率項(xiàng)的乘積。因此，磁場相位隨頻率、電導(dǎo)率、收發(fā)距及極化率的增大而增大。

進(jìn)一步地，磁場相位對角頻率的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)分別為

由式（22）可見，在感應(yīng)參數(shù)很小的情況下，磁場相位微分主要取決于大地電性參數(shù)和收發(fā)距，因此受感應(yīng)效應(yīng)的影響較小。第一項(xiàng)r2 為純傳導(dǎo)項(xiàng)，第二項(xiàng) 由傳導(dǎo)與極化項(xiàng)共同決定，第三項(xiàng)or23g 由傳導(dǎo)項(xiàng)與弛豫速率項(xiàng)共同決定。當(dāng)激發(fā)頻率很低時(shí)，第三項(xiàng)遠(yuǎn)小于1，此時(shí)磁場相位的微分主要由傳導(dǎo)項(xiàng)與極化項(xiàng)決定，可以據(jù)此定性評價(jià)激發(fā)極化效應(yīng)的強(qiáng)弱，后文第3.2節(jié)會詳細(xì)敘述。

需要注意的是，激電參數(shù)（極化率和時(shí)間常數(shù)）間是疊加關(guān)系。在低頻和時(shí)間常數(shù)低值條件下，磁場相位微分主要受極化率控制。研究發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)特征頻率點(diǎn) ，此時(shí)參數(shù) g=1 ，式（21）～式（23）可分別簡化為 O。此時(shí)，磁場相位及其微分不反映極化效應(yīng)； 時(shí)，極化效應(yīng)會降低磁場相位及其導(dǎo)數(shù)的值 時(shí)，極化效應(yīng)會加大磁場相位及其導(dǎo)數(shù)的值。

當(dāng)極化率很小 時(shí)，如純砂巖、花崗巖等特殊情形下的不極化介質(zhì)，可利用相位微分曲線特征分析時(shí)間常數(shù) τ 的變化規(guī)律。由于時(shí)間常數(shù)與巖石顆粒尺寸/形狀具有更直接的關(guān)聯(lián)性，在分層約束反演中應(yīng)充分利用這一特性。

磁場相位的二階微分表現(xiàn)出以下特征：與極化率無關(guān)，與時(shí)間常數(shù)、大地電導(dǎo)率及收發(fā)距正相關(guān)，與頻率成反比。通過相位微分曲線的極值點(diǎn)分析可以優(yōu)化觀測頻率范圍，利用相位微分峰值對應(yīng)的弛豫時(shí)間反演地下介質(zhì)的極化率。

② 感應(yīng)參數(shù)很大時(shí)，即krgt;1，有

此時(shí)，等式右端感應(yīng)項(xiàng) 與極化項(xiàng)相比要大得多，感應(yīng)項(xiàng)和弛豫速率項(xiàng)對磁場相位起到增強(qiáng)作用，而極化對磁場相位是降低的作用。進(jìn)一步求取磁場相位的一階導(dǎo)數(shù)

由式（25）可見，感應(yīng)參數(shù)較大時(shí)，等式右端項(xiàng)（204號

中的頻率項(xiàng)不可忽略，感應(yīng)項(xiàng)占主導(dǎo)作用。磁場相位的一次導(dǎo)數(shù)與激發(fā)頻率相關(guān)，即主要受感應(yīng)效應(yīng)的影響，頻率較高時(shí)極化率的影響可以忽略不計(jì)。

3電磁油氣檢測方法技術(shù)

基于前面的機(jī)理及理論分析研究，下面進(jìn)一步討論油氣檢測方法技術(shù)。大地的導(dǎo)電性、數(shù)據(jù)采集過程中的收發(fā)距及頻率是時(shí)頻電磁法工作中影響激電效應(yīng)提取效果的關(guān)鍵參數(shù)。因此，對于電磁油氣檢測方案，依據(jù)大地導(dǎo)電性進(jìn)行收發(fā)距和頻率的優(yōu)化設(shè)計(jì)是電磁油氣檢測的關(guān)鍵。通過深人分析介質(zhì)特性的影響因素，合理設(shè)計(jì)施工參數(shù)，可以獲得最佳的激電效應(yīng)，提高電磁方法油氣檢測效果。本節(jié)通過對感應(yīng)數(shù)（r）和電磁一激電效應(yīng)比值（Q）分析討論時(shí)頻電磁勘探方法的適用性。

3.1基于激電一電磁效應(yīng)分區(qū)特征的施工參數(shù)優(yōu)化

感應(yīng)數(shù)r是電磁場特征分析的關(guān)鍵參數(shù)，其數(shù)值大小直接影響電磁場傳播的遠(yuǎn)區(qū)、近區(qū)及過渡區(qū)的劃分，而用 Q 來分析電磁感應(yīng)與激電效應(yīng)的影響大小，對有效分離激電一電磁效應(yīng)時(shí)頻電磁勘探施工參數(shù)的設(shè)計(jì)具有重要意義。

（1）關(guān)鍵參數(shù)影響分析：在一定條件下，根據(jù)式（10）的簡化形式，設(shè)置激發(fā)方波周期為 0.01～ 100s，收發(fā)距為 0.5～10km ，大地電阻率分別為1、10.100Ω?m ，構(gòu)建地電模型，計(jì)算得到kr和 Q 分布特征見圖3。根據(jù)圖3左揭示的 kr 分布特征可知，圖中左下區(qū)域的 kr 值較小，該區(qū)域?qū)?yīng)的激發(fā)頻率

（d）r=10km

圖3不同收發(fā)距條件下kr（左）和Q（右）分布特征

和收發(fā)距以及相應(yīng)的地電條件適用于激電效應(yīng)探測方法；圖3左的右上區(qū)域?yàn)橹递^大的區(qū)域，該區(qū)域?qū)?yīng)的激發(fā)頻率和收發(fā)距以及相應(yīng)的地電條件適用于電磁效應(yīng)勘探方法。根據(jù)圖3右所示 Q 分布特征可知，圖中的左下區(qū)域 Q 值較小，該區(qū)域所對應(yīng)的激發(fā)頻率和收發(fā)距以及相應(yīng)的地電條件下激電效應(yīng)占主導(dǎo)地位；圖中的右上區(qū)域的 Q 值較大，該區(qū)域相應(yīng)的激發(fā)頻率和收發(fā)距以及相應(yīng)的地電條件下電磁效應(yīng)占主導(dǎo)地位。因此，在kr區(qū)域低值區(qū) （krlt; 0.3），極化項(xiàng)顯著強(qiáng)于感應(yīng)項(xiàng)，適用于激電效應(yīng)的提取；在kr高值區(qū) （kr）?4） ，電磁效應(yīng)占主導(dǎo)（ Qgt; 4），與感應(yīng)項(xiàng)相比，極化項(xiàng)可以忽略，此時(shí)僅適用于電磁感應(yīng)勘探方法。

（2）下面根據(jù)圖3左分析不同收發(fā)距下kr和 Q 的分布特征。在近區(qū)（ _r=0.5km） ，當(dāng)大地電阻率大于 2Ω?m 時(shí)，在 kr 低值區(qū) （krlt;0.3） ，比值 Qlt;0.3 說明該條件下適于激電效應(yīng)的提取。然而，即使在遠(yuǎn)區(qū)（收發(fā)距為 5km^? ，只要大地電阻率足夠大（大于 100Ω?m? 、頻率足夠低（小于 0.1Hz） ，仍然可以提取激電效應(yīng)。對于大地電阻率較小（小于 12?m） 的情況，即使頻率較低（小于 0.1Hz ）、收發(fā)距較小（比如1km） ，仍然難以提取激電效應(yīng)。在遠(yuǎn)區(qū)（大于10km） ，在值小于0.3的等值線下方只在一個(gè)極窄的頻段內(nèi)及高阻地電環(huán)境下才適用于激電效應(yīng)的提取，大部分區(qū)域內(nèi)的電磁效應(yīng)遠(yuǎn)強(qiáng)于激電效應(yīng)。

（3）時(shí)間常數(shù) τ 對施工參數(shù)影響：根據(jù)上節(jié)弛豫速率概念可知，時(shí)間常數(shù) τ 對激電效應(yīng)也有一定的影響。圖4為極化率為 30% 、收發(fā)距為 3km 時(shí)， τ= 1、10、100、1000s時(shí) Q 值隨頻率 f 與大地電導(dǎo)率σ 變化的特征。可見時(shí)間常數(shù) τ 很小時(shí)（1s），適用于激電效應(yīng)探測的有效參數(shù)范圍也很小；隨著時(shí)間常數(shù) τ 的增大（大于10s），有效范圍逐步擴(kuò)展，尤其在低電導(dǎo)率（高電阻率）和低頻區(qū)表現(xiàn)更優(yōu)。對比圖4d與圖3a，可見激發(fā)頻率和大地導(dǎo)電率一定的情況下，激電一電磁感應(yīng)比 Q 值較小的區(qū)域 （lt;0.3） 有很大的擴(kuò)展，說明此時(shí)更適用于激電效應(yīng)的提取。

圖4不同時(shí)間常數(shù)下 Q 分布特征

3.2基于相位激電一電磁效應(yīng)特征的采集技術(shù)

采用Cole-Cole等效電導(dǎo)率模型計(jì)算均勻極化大地的電磁場響應(yīng)，通過分析振幅和相位曲線揭示激發(fā)極化效應(yīng)與感應(yīng)效應(yīng)的相互作用規(guī)律。以收發(fā)距為 1km 、時(shí)間常數(shù) τ=10s 頻率相關(guān)系數(shù) c=0.5 為例，下面分析不同參數(shù)下電場與磁場相位及其微分曲線的特征。

3.2.1基于電磁場相位曲線特征的分析

圖5為均勻大地模型收發(fā)距分別為 1.5.10km 時(shí)不同電阻率和極化率下電場分量 E_x 相位曲線。

由圖5可見，收發(fā)距較小 （1km） 時(shí)，大地電阻率不同時(shí)電場相位曲線表現(xiàn)出不同的特征，總體上激電效應(yīng)影響較大。以圖5a為例，當(dāng)大地電阻率為100Ω?m 時(shí)（黑實(shí)線與黑虛線）可以分三個(gè)區(qū)： ① 極化主導(dǎo)區(qū)（ ：極化率差異導(dǎo)致相位變化顯著（如 η=10% 與 30% 曲線分離明顯），感應(yīng)效應(yīng)可忽略； ② 過渡區(qū)（ 1～500Hz， ：極化與感應(yīng)效應(yīng)共同作用，相位差異隨頻率升高逐漸減小， 70Hz 為臨界頻率，此時(shí)相位出現(xiàn)極大值，表明小于該頻點(diǎn)時(shí)激電效應(yīng)占主導(dǎo)地位，可以有效提取激電效應(yīng)數(shù)據(jù)，大于該頻率則以電磁效應(yīng)為主，不適合提取激電效應(yīng)； ③ 感應(yīng)效應(yīng)主導(dǎo)區(qū) （gt;500Hz ：相位趨近固定值，極化效應(yīng)可忽略，說明此時(shí)電磁場的相位趨近于純傳導(dǎo)介質(zhì)的極限值。

根據(jù)圖5a分析大地電阻率對相位曲線特征的影響規(guī)律： ① 大地電阻率為 10Ω?m 時(shí)，極化效應(yīng)主導(dǎo)區(qū)的最小頻率為 0.1Hz ，臨界頻率為 8Hz ，感應(yīng)效應(yīng)主導(dǎo)區(qū)頻率為 60Hz ② 大地電阻率為 1Ω?m 時(shí)，極化效應(yīng)占主導(dǎo)的頻率降至 0.01Hz ，臨界頻率降至 0.5Hz ，感應(yīng)效應(yīng)占主導(dǎo)的頻率降至 4Hz 。

由圖5可知極化率對相位曲線的影響：隨著大地極化率的增大，相位幅值減小，臨界頻率及極化主導(dǎo)區(qū)的最小頻率也隨之降低。

根據(jù)圖5可以分析收發(fā)距對電場相位曲線特征的影響：隨著收發(fā)距的增大，電場相位曲線整體往低頻移動。大地電阻率較大（ 100Ω?m） 時(shí)，極化效應(yīng)影響的臨界頻率隨收發(fā)距增大頻率逐步降低，即由40Hz 逐步降至 0.3Hz ，激電效應(yīng)的極化強(qiáng)度和頻帶影響范圍逐漸減小；隨著大地電阻率逐漸降至10Ω?m ，隨收發(fā)距的增大，極化效應(yīng)影響的臨界頻率逐步降低（由 3.5Hz 降至 ，激電效應(yīng)只出現(xiàn)在較低頻率；隨著大地電阻率降低至 1Ω?m ，激電效應(yīng)只出現(xiàn)在小收發(fā)距的較低頻率段，對于大收發(fā)距，則需要極低的頻率才能觀測到激電效應(yīng)。

圖5不同收發(fā)距條件下均勻大地模型電場分量 E_x 相位曲線

圖中曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為相位幅值反號點(diǎn)。圖7同。

磁場相位曲線與電場相位曲線特征相比表現(xiàn)迥異。圖6是均勻大地模型在收發(fā)距為 1km 時(shí)間常數(shù) τ=10s， 頻率相關(guān)系數(shù) c=0.5 條件下不同電阻率和極化率情況下的磁場分量 H_z 相位曲線。在收發(fā)距較小時(shí)，不同大地電阻率條件下磁場相位曲線特征具有相應(yīng)的單調(diào)變化特征，隨著大地電阻率的增大，相位曲線特征頻率向高頻移動。

根據(jù)圖6可以分析大地電阻率對磁場相位的影響：大地電阻率為 100Ω?m 時(shí)，在低頻段（ Φlt;1Hz 黑實(shí)線（ %=10% 與黑虛線（ η=30% 的相位均很小，且兩條曲線幾乎重合，接近于0；當(dāng)大地電阻率降至10Ω?m 時(shí)，極化效應(yīng)影響區(qū)域的臨界頻率在 0.1Hz 附近；大地的電阻率繼續(xù)降低至 1Ω?m 時(shí)，極化效應(yīng)影響區(qū)域的臨界頻率降低至 0.01Hz 附近。

圖6均勻大地模型不同電阻率和極化率下磁場分量 H_z 相位曲線

3.2.2基于振幅相位微分曲線特征的分析

下面進(jìn)一步對比分析電場相位曲線和振幅微分曲線以及磁場振幅微分和相位微分曲線的特征。設(shè)計(jì)的模型參數(shù)為：大地電阻率為 100Ω?m ，收發(fā)距為10km ，時(shí)間常數(shù) τ=10s ，頻率相關(guān)系數(shù) c=0.5 圖7展示了該模型的電場和磁場振幅相位微分曲線，可見電場和磁場的振幅微分、相位微分曲線均表現(xiàn)出三個(gè)特征區(qū)域： ① 極化效應(yīng)主導(dǎo)區(qū)（低頻段），在該區(qū)域內(nèi)激發(fā)極化效應(yīng)顯著，感應(yīng)效應(yīng)可忽略； ② 過渡區(qū)（中頻段），在該區(qū)域內(nèi)極化與感應(yīng)效應(yīng)共同作用，對電場和磁場的振幅和相位及其微分曲線的影響此消彼長，電場相位的臨界頻率為 0.35Hz ，電場振幅微分曲線的臨界頻率為 0.5Hz ，磁場相位微分和磁場振幅微分的臨界頻率相同，都是 2Hz ③ 感應(yīng)效應(yīng)主導(dǎo)區(qū)（高頻段），在該區(qū)域內(nèi)感應(yīng)效應(yīng)占主導(dǎo)，極化效應(yīng)影響微弱，可忽略。電場振幅微分與相位變化規(guī)律一致，但電場振幅微分的臨界頻率比電場相位臨界頻率高一些，因此電場雙頻振幅參數(shù)更適合提取激發(fā)極化效應(yīng)。磁場相位微分曲線與磁場振幅微分曲線的變化規(guī)律基本一致，但磁場微分曲線的臨界頻率高于電場。因此，采用磁場提取激電效應(yīng)時(shí)可以利用更高頻段的數(shù)據(jù)。

圖7均勻大地模型電、磁場振幅相位微分曲線

4結(jié)論

本文通過理論分析和機(jī)理研究，進(jìn)一步完善了時(shí)頻電磁法油氣檢測機(jī)理、理論及技術(shù)體系，為該方法的實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。通過研究激發(fā)極化效應(yīng)的界面極化機(jī)制、雙電層效應(yīng)以及離子遷移過程，對電磁油氣檢測的機(jī)理進(jìn)行了深入理論探討。通過分析不同介質(zhì)界面的極化特性，揭示了極化效應(yīng)對電磁場的影響規(guī)律。探討了電場和電荷遷移對電磁感應(yīng)的影響，進(jìn)一步完善了電磁油氣檢測的理論模型。基于理論分析，將孔隙介質(zhì)油氣儲層的激發(fā)極化效應(yīng)機(jī)理與電磁勘探理論相結(jié)合，構(gòu)建了完整的電磁油氣檢測理論體系。這一理論體系不僅涵蓋了電磁場的傳播特性，還考慮了介質(zhì)孔隙對電場和磁場的影響，為電磁油氣檢測提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

為了最大化時(shí)頻電磁法的實(shí)際應(yīng)用效果，本文基于等效復(fù)電阻率模型和電磁場傳感波場特征提出了針對激電一電磁效應(yīng)施工方法的優(yōu)化策略：通過分析不同收發(fā)距對電磁場的影響，提出了優(yōu)化收發(fā)距的依據(jù)和方法；根據(jù)目標(biāo)層的特性，提出了頻率選擇的關(guān)鍵原則；提出了基于電場和磁場相位曲線的分析方法，揭示了不同頻率條件下極化效應(yīng)與感應(yīng)效應(yīng)的主導(dǎo)關(guān)系。在感應(yīng)參數(shù)較小的條件下：極化效應(yīng)占主導(dǎo)，電場相位受極化效應(yīng)的影響更顯著，而磁場相位表現(xiàn)出特定的特征；在感應(yīng)參數(shù)較大的條件下：感應(yīng)效應(yīng)占主導(dǎo)，電場和磁場的相位曲線表現(xiàn)出不同的變化趨勢。因此，通過優(yōu)化收發(fā)距和頻率等參數(shù)，可以顯著提高電磁法的探測效果。低頻和高頻條件下感應(yīng)效應(yīng)表現(xiàn)出不同的主導(dǎo)關(guān)系，這為電磁法施工參數(shù)的選擇提供了重要參考。

本文主要基于頻率域理論分析了激電效應(yīng)與電磁感應(yīng)的分離方法及相關(guān)施工方法技術(shù)，但相關(guān)理論及方法技術(shù)同樣適用于時(shí)間域電磁相關(guān)問題。

時(shí)頻電磁法作為一種創(chuàng)新的可控源電磁勘探方法，通過理論與技術(shù)的結(jié)合，為油氣勘探提供了新的思路和方法。本文的研究成果為時(shí)頻電磁法在復(fù)雜地層條件下的應(yīng)用提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持，同時(shí)也為提高油氣勘探的精度和可靠性奠定了基礎(chǔ)。未來的研究方向是進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù)，探索更廣闊的實(shí)際應(yīng)用場景，為該方法的推廣和應(yīng)用提供更全面的支持。

感謝東方物探公司綜合物化探經(jīng)理部的董衛(wèi)斌、王志剛、覃荊城、田志權(quán)、楊俊、黃州、何鐵志、趙國、崔志偉、王重陽、楊國世等專家對本研究的貢獻(xiàn)！

參考文獻(xiàn)

[1]KELLERGV，F(xiàn)RISCHKNECHTFC.Electrical MethodsinGeophysical Prospecting[M].Oxford：Pergamon Press，1966.

[2] WAIT J R. Geo-electromagnetism[M]. New York： AcademicPress，1982.

[3] NABIGHIAN M N. Electromagnetic Methods in Ap pliedGeophysics[M].Tulsa：SEG，1987.

[4] ZHDANOV M S. Geophysical Electromagnetic Theory andMethods[M].Amsterdam：Elsevier， 2009.

[5] SPIESBR，EGGERSDE.Theuse and misuseof apparent resistivity in electromagnetic methods[J]. Geophysics，1986，51（7）：1462-1471.

[6]KAUFMAN A A，KELLER G V. Frequency and Transient Sounding[M]. Amsterdam：Elsevier，1983.

[7］KAUFMAN A A，HOEKSTRA P. Electromagnetic Sounding[M]. Amsterdam： Elsevier，2001.

[8]KAUFMAN A A，KELLER G V. Electromagnetic Sounding of Frequency Domain and Time Domain [M]. Beijing： Geology Press，1987.

[9] ZONGEKL，SAUCKW，SUMNERJS.Comparison of time， frequency and phase measurements in induced polarization[J]. Geophysical Prospecting，1972， 20（3）：626-648.

[10] 張賽珍，羅延鐘，王慶乙．中國電法勘探發(fā)展概況 [J].地球物理學(xué)報(bào)，1994，37（增刊1）：408-424. ZHANG Saizhen，LUO Yanzhong，WANG Qingyi. Development of electrical prospecting in China[J]. Chinese Journal of Geophysics，1994，37（S1） ：408-424.

[11］吳之訓(xùn)，崔先文．復(fù)電阻率法直接探測油氣藏的效 果[C].第十三屆國際地質(zhì)大會，1996. WU Zhixun， CUI Xianwen. Effectiveness of complex resistivity method in direct hydrocarbon detection[C]. Proceedings of the 13th International Geological Congress，1996.

[12]劉任．應(yīng)用激發(fā)極化法尋找油氣藏[J].石油地球物 理勘探，1980，15（4）：50-54. LIU Ren. Application of induced polarization method forhydrocarbon exploration[J]. Oil Geophysical Prospecting，1980，15（4）： 50-54.

[13］張賽珍，李英賢，周季平，等．激發(fā)極化法探測油氣 田一 一異常成因及其與油氣藏關(guān)系的探討[J].地球 物理學(xué)報(bào)，1986，29（6）：597-612，647-648. ZHANG Saizhen， LI Yingxian， ZHOU Jiping，et al. Induced polarization method for oil-gas field detection： Origin of anomalies and their relationship with hydrocarbon reservoirs[J]. Chinese Journal of Geophysics， 1986，29（6） ：597-612，647-648.

[14］聶馨五，張賽珍．激發(fā)極化法探測油氣田 效果 及異常模式探討[J].地球物理學(xué)報(bào)，1987，30（4）：412- 422. NIE Xinwu，ZHANG Saizhen. Study on the effectiveness and anomaly patterns of induced polarization method in oil-gas field detection[J]. Chinese Journal of Geophysics，1987，30（4）： 412-422.

［15］王妙月，王謙身，石昆法，等．天然氣直接探測技術(shù) 機(jī)理基礎(chǔ)研究[J].天然氣地球科學(xué)，1996，7（6）：1- 65. WANG Miaoyue，WANG Qianshen，SHI Kunfa，et al.Fundamental research on the mechanism of natural gas direct detection technology[J]. Natural Gas Geoscience，1996，7（6）：1-65.

[16］肖占山，徐世浙，羅延鐘，等．巖石復(fù)電阻率頻散特 性的機(jī)理研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版），2006，33（5）： 584-587. XIAO Zhanshan，XU Shizhe，LUO Yanzhong，et al. Mechanism study on frequency dispersion characteristics of rock complex resistivity[J]. Journal of Zhejiang University （Science Edition），2006，33（5）：584-587.

[17］VINEGAR H J，WAXMAN M H. Induced polarizauoI OI snaiy sanusLjj. Geopnysics，1vo4，4y＼o/：1207- 1287.

[18]PELTON W H. Interpretation of complex resistivity and dielectric data[J]. Geophysical Surveys，1978， 3（4） ：313-363.

[19] YANLJ，XIANGK，LIPF，et al.Study on the induced polarization model in the exploration for shale gas in southern China[C]. SEG Technical Program Expanded Abstracts，2014. DOI：10.1190/segam2014- 0186.1.

[20] BURTMAN V，F(xiàn)U H，ZHDANOV M S. Experimental study of induced polarization effect in unconventional reservoir rocks[J].Geomaterials，2Ol4，4（4）： 117.

[21]TONG M. Influence of oil saturation upon spectral induced polarization of oil-bearing porous media[J]. Geophysical Prospecting，2006， 54（1） ：11-22.

[22］胡文寶，沈金松，嚴(yán)良俊．可控源電磁法儲層流體預(yù) 測原理與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2022. HU Wenbao，SHEN Jinsong，YAN Liangjun.Principles and Applications of Controlled Source Electromagnetic Method for Reservoir Fluid Prediction[M]. Beijing：Science Press，2022.

［23］何繼善，熊彬，鮑力知，等．激發(fā)極化觀測中電磁耦 合的時(shí)間特性[J].地球物理學(xué)報(bào)，2008，51（3）：280- 287. HE Jishan，XIONG Bin，BAO Lizhi，et al.Time characteristics of electromagnetic coupling in induced polarization observation[J]. Chinese Journal of Geophysics，2008，51（3）： 280-287.

［24］何繼善．提取和利用EM效應(yīng)和IP效應(yīng)的方波相干 法[C].中國地球物理學(xué)會年刊，1994. HE Jishan. Square wave coherence method for extractionand utilization of EM and IP effects[C]. Annual Journal of Chinese Geophysical Society，1994.

[25]羅延鐘．利用多頻測量作“變頻法\"電磁耦合校正 [J].地質(zhì)與勘探，1980，16（10）：43-52. LUO Yanzhong. Electromagnetic coupling correction using multi-frequency measurement in“frequency conversion method\"[J].Geology and Exploration，1980， 16（10） ：43-52.

[26]LUO Y，ZHANG G． Theory and Application of Spectral Induced Polarization[M]. Tulsa： SEG，1998.

[27] HE Z，HU Z，LUO W，et al. Mapping reservoirs based on resistivity and induced polarization derived from continuous 3D electromagnetic profiling：Case study from Qaidam basin，China[J].Geophysics， 2010，75（1） ：B25-B33.

[28]REVIL A. Spectral induced polarization porosimetry [J].Geophysical Journal International，2Ol5，202（2）： 1456-1471.

[29] EIDESMO T，ELLINGSRUD S，MACGREGOR L M，et al.Sea bed logging （SBL），a new method for remote and direct identification of hydrocarbon filled layers in deep water areas[J]. First Break，2002， 20（3） ：144-152.

[30］何展翔，余剛．海洋電磁勘探技術(shù)及新進(jìn)展[J].勘探 地球物理進(jìn)展，2008，31（1）：1-8. HE Zhanxiang，YU Gang. Marine electromagnetic expIUiauun teuoiugy anu ncw piugicssLj」. 1 iugicss Exploration Geophysics，2008，31（1） ：1-8.

[31] 何展翔，王緒本，孔繁恕，等．時(shí)一頻電磁測深法 [C].中國地球物理學(xué)會年刊2002- 中國地球物理 學(xué)會第十八屆年會論文集，2002. HE Zhanxiang，WANG Xuben，KONG Fanshu，et al.Time-frequency electromagnetic sounding method [C]. Annual Journal of Chinese Geophysical Society， 2002 Proceedings of the 18th Annual Meeting，2002.

[32] 何展翔.人工源時(shí)間一頻率電磁測深方法： ZL03150098.6[P]. 2006. HE Zhanxiang. Artificial source time-frequency electromagnetic sounding method： ZL03150098.6[P]. 2006.

[33]HE Z，HUANG Z，LIU X. Mapping reservoir boundary using TFEM technique：One case study[C]. SEG Technical Program Expanded Abstracts，2Oo5. https： //doi.org/10.1190/1.2144400

[34] 何展翔，王緒本．油氣藏電性異常模式與電磁法油 氣檢測[J].石油地球物理勘探，2007，42（1）：102- 106. HE Zhanxiang，WANG Xuben. Electrical anomaly patterns of hydrocarbon reservoirs and electromagnetic detection methods[J]. Oil Geophysical Prospecting， 2007，42（1）：102-106.

［35］何展翔，劉雪軍，王志剛，等．一種能準(zhǔn)確評價(jià)碎屑 巖盆地含油氣目標(biāo)的方法：ZL200810007295.X[P]. 2008. HE Zhanxiang，LIUXuejun，WANG Zhigang，etal. Amethod for accurately evaluating hydrocarbon targets in clastic basins： ZL200810007295.X[P]. 2008.

[36] 何展翔．時(shí)頻電磁勘探技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化[C].2016年中 國地球科學(xué)聯(lián)合學(xué)術(shù)年會，2016. HE Zhanxiang. Time-frequency electromagnetic exploration technology and industrialization[C]. 2016 China Earth Science Joint Annual Conference，2016.

[37] WANG C，HE Z，GE Y. Lithology study using TFEM technique in western Qaidam Basin[C]. SEG Technical Program Expanded Abstracts，2O06，25： 825-829.

[38] HE Z， ZHAO Z，LIU H，et al. TFEM for oil detection： Case studies[J]. TheLeading Edge，2Ol2，31（5）： 518-521.

[39] 何展翔，陳忠昌，任文靜，等．時(shí)頻電磁（TFEM）勘 探技術(shù)：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].石油地球物理勘探，2020， 55（5）：898-905. HE Zhanxiang，CHEN Zhongchang，REN Wenjing， et al.TFEM exploration technology： Data acquisition system[J]. Oil Geophysical Prospecting，2020，55（5）： 898-905.

[40] 何展翔，楊國仕，陳思琪，等．時(shí)頻電磁（TFEM）技 術(shù)：數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)計(jì)[J].石油地球物理勘探，2019， 54（4）：898-905. HE Zhanxiang，YANG Guoshi，CHEN Siqi，et al. TFEM technology： Data acquisition parameter design [J].Oil Geophysical Prospecting，2019，54（4）： 898- 905.

[41] 何展翔，董衛(wèi)斌，趙國，等．時(shí)頻電磁（TFEM）技術(shù)： 數(shù)據(jù)處理[J].石油地球物理勘探，2021，56（6）：1391- 1399. HE Zhanxiang，DONG Weibin，ZHAO Guo，etal. TFEM technology： Data processing[J]. Oil Geophysical Prospecting，2021，56（6）：1391-1399.

[42]何展翔，胡祖志，王志剛，等．時(shí)頻電磁（IFEM）技 術(shù)：數(shù)據(jù)聯(lián)合約束反演[J].石油地球物理勘探，2020， 55（4）：898-905. HE Zhanxiang，HU Zuzhi，WANG Zhigang，et al. TFEM technology： Data joint constrained inversion[J]. Oil Geophysical Prospecting，2020，55（4） ：898-905.

[43]JIAN P，WU D. Stable interface between sulfide solid electrolyte and room -temperature liquid lithium anode[J]. ACS Nano，2023，17（13）.DOI：10.1021/ acsnano.3c03532.

[44] WAIT JR.Overvoltage Research and Geophysical Applications[M]. Oxford： Pergamon Press，1985.

[45]JUNG S K，GWON H. Understanding the effects of chemical reactions at the cathode-electrolyte interface in sulfide based all-solid-state batteries[J]. Journal of Materials Chemistry A，2019，7．DOI：10.1039/ C9TA08517C.

[46]REVIL A. Induced polarization signature of carbonaceous compounds in porous media[J]. Geophysical ResearchLetters，2015，42（13）：5276-5285.

[47]PLACENCIA-GOMEZ E. Electron transfer at mineral-organic matter interfaces in pyrite and graphite[J]. Environmental Science amp;. Technology，20l3，47（18）： 10385-10393.

[48]ZHANG C.Dielectric properties of humic acid and its complexeswith clayminerals[J]. Environmental Science amp; Technology，2012，46（17） ：9398-9405.

[49]HAMMETT L P. The effect of structure upon the re actions of organic compounds.Benzene derivatives[J]. Journal of the American Chemical Society，1937， 59（1）：96-103.

［50］姜亦忠，井連江．不同孔徑內(nèi)水的弛豫特征研究[J]. 國外測井技術(shù)，2014，184（4）：40-42. JIANG Yizhong， JING Lianjiang. Study on relaxation characteristics of water in different pore sizes[J]. Foreign Well Logging Technology，2014，184（4） ：40-42.

[51］王謙．含水泥質(zhì)砂巖激發(fā)極化效應(yīng)的微觀機(jī)理及數(shù) 值模擬研究[D].北京：中國石油大學(xué)（北京），2010. WANG Qian.Microscopic Mechanism and Numerical Simulation of Induced Polarization Efct in Waterbearing Argillaceous Sandstone[D]. Beijing：China University of Petroleum（Beijing），2010.

[52]LESMESD P，F(xiàn)RIEDMANSP.Relationships between the electrical and hydrogeological properties of rocks and soils[C]. Springer，20o5：87-128.

[53］童茂松，李莉，王偉男，等．巖石激發(fā)極化弛豫時(shí)間 譜與孔隙結(jié)構(gòu)、滲透率的關(guān)系[J].地球物理學(xué)報(bào)， 2005，48（3）：710-716. TONG Maosong，LI Li，WANG Weinan，et al. Relationship between induced polarization relaxation time spectrum and pore structure/permeability of rocks[J]. Chinese Journal ofGeophysics，2005，48（3）：710-716.

[54］關(guān)繼騰，王謙，范業(yè)活，等．利用毛管模型研究泥質(zhì) 砂巖電化學(xué)測井響應(yīng)機(jī)理[J].地球物理學(xué)報(bào)，2010， 53（1）：214-223. GUAN Jiteng，WANGQian，F(xiàn)ANYehuo，et al. Study on electrochemical logging response mechanism ofshaly sandstone based on capillary model[J]. Chinese Journal of Geophysics，2010，53（1）：214-223.

[55] BINLEY A. The relationship between spectral induced polarization and hydraulic properties of saturated and unsaturated sandstone[J].Water Resources Re search，2005，41（12）：2179-2187.

[56] 譚功賢，向葵，嚴(yán)良俊，等．頁巖儲層復(fù)電阻率與孔 喉結(jié)構(gòu)關(guān)系研究[J].石油物探，2023，62（3）：548-556. TAN Gongxian，XIANG Kui，YANLiangjun，et al. Relationship between complex resistivityand porethroat structure in shale reservoirs[J]. Geophysical ProspectingforPetroleum，2023，62（3）：548-556.

[57] POLICKYG，IVERSON WP. Electrodepolarizationin geological materials：A theoretical model based on the double-layer concept[J]. Geophysics，1988， 53（5）：588-597.

[58] KULIKOVAB，SHEMIAKINEA.ElectricalProspectingUsing the Phase Method of Induced Polarization[M].Moscow：Nedra，1978.

[59] KULIKOV A B. Study on Conductivity and Induced Polarization Effect of Geoelectrical Profile Using Multi-frequency Phase Method[D].Moscow：Moscow StateUniversity，1978.

（本文編輯：劉海櫻）

作者簡介

何展翔南方科技大學(xué)研究員，深圳市國家級領(lǐng)軍人才，1962年生；1986年獲武漢地質(zhì)學(xué)院金屬物探專業(yè)學(xué)士學(xué)位，1989年獲中國地質(zhì)大學(xué)應(yīng)用地球物理專業(yè)碩士學(xué)位，2006年獲成都理工大學(xué)地球探測與信息技術(shù)專業(yè)博士學(xué)位。曾任中國石油集團(tuán)公司高級技術(shù)專家、中國地球物理學(xué)會電磁專業(yè)委員會副主任、淺層地球物理專業(yè)委員會常務(wù)副主任，中國石油學(xué)會、SEG、EAGE會員，全國首席科學(xué)傳播專家。主持完成科技部課題5項(xiàng)，完成省部級科研項(xiàng)目15項(xiàng)。獲省部級科技進(jìn)步特等獎1項(xiàng)、一等獎5項(xiàng)。發(fā)表論文100余篇，撰寫行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)10項(xiàng)。擁有包括人工源時(shí)間頻率電磁勘探方法在內(nèi)的發(fā)明專利共50余項(xiàng)。主要研究方向?yàn)榈厍螂姶艑W(xué)和綜合地球物理方法技術(shù)及其在油氣礦產(chǎn)地?zé)豳Y源勘探、水文工程環(huán)境勘查、海洋探測、深部地下結(jié)構(gòu)研究等領(lǐng)域的應(yīng)用。