專利名稱：用于消弱海洋瞬變電磁勘探中空氣波響應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從海洋電磁勘探數(shù)據(jù)中去除稱作“空氣波(airwave)”的不需 要的響應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
多孔地下沉積巖層由于在沉積過(guò)程中已經(jīng)沉淀在水體中，因此通常充滿了流體。 因此，流體最初全是水。在一些地下地層中，孔隙中的水已經(jīng)在沉積后在一定程度上被諸如 石油和天然氣之類的碳水化合物所取代。因此，在一些現(xiàn)代地下地層中，其孔隙中的流體可 以是水、天然氣或石油，或它們的混合物。對(duì)具有小于完全水飽和的孔隙的地層(即在石油或天然氣存在于孔隙中時(shí))的檢 測(cè)具有顯著的經(jīng)濟(jì)利益。用于檢測(cè)這類地層的一些技術(shù)包括確定地下中異常高電阻率的存 在。這類檢測(cè)的原理基于以下事實(shí)電流通過(guò)多孔巖層的流動(dòng)與孔隙相對(duì)于總巖石體積的 體積分量、孔隙的空間構(gòu)造、以及填充孔隙的流體的電學(xué)特性有關(guān)。因?yàn)辂}水是一種相對(duì)良 好的電導(dǎo)體，而碳水化合物通常是良好的電絕緣體，所以例如鹽水飽和的多孔巖層通常比 在一些孔隙或所有孔隙中具有碳水化合物的相同巖層的電阻小得多。用于測(cè)量地下巖層的電阻率的各種技術(shù)是本領(lǐng)域已知的，例如瞬變可控源電磁勘 探技術(shù)，如在國(guó)際專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)No. W0/03/023452中描述的，其內(nèi)容通過(guò)引用被并入此 文。這類技術(shù)通常包括將電磁場(chǎng)傳播(impart)到地下中，以及測(cè)量響應(yīng)于傳播的電磁場(chǎng)而 在地下中感應(yīng)的電和/或磁場(chǎng)。對(duì)于這類測(cè)量技術(shù)，可以使用電場(chǎng)發(fā)射器來(lái)傳播電磁場(chǎng)，所 述電場(chǎng)發(fā)射器例如是配置成使電流通過(guò)偶極電極的裝置。可替代地，可以使用磁場(chǎng)發(fā)射器， 例如被配置成使電流通過(guò)線環(huán)(wire loop)或多個(gè)這類環(huán)的裝置。用來(lái)檢測(cè)響應(yīng)電磁場(chǎng)的 接收器可以是例如用來(lái)測(cè)量勢(shì)差(電場(chǎng)電勢(shì))的偶極電極，或者可以是線環(huán)，多個(gè)線環(huán)或用 來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)幅值和/或磁場(chǎng)幅值的時(shí)間導(dǎo)數(shù)的磁力計(jì)。在瞬變可控源電磁勘探中，通過(guò)發(fā)射器的用于傳播電磁場(chǎng)的電流可被控制以提供 電流幅值的一個(gè)或多個(gè)階躍變化。發(fā)射器電流中的階躍變化引起被稱作“瞬變”電磁場(chǎng)的 現(xiàn)象，并且由接收器測(cè)量的響應(yīng)與地球地下中地層的瞬變響應(yīng)相關(guān)。發(fā)射器電流中的階躍 變化可通過(guò)接通電流、切斷電流、反轉(zhuǎn)極性或前述的組合來(lái)得到。用來(lái)傳播可控源電磁場(chǎng)的 發(fā)射器電流切換配置的特別有利的形式是所稱的“偽隨機(jī)二進(jìn)制序列”(PRBS)。典型的海洋電磁勘探系統(tǒng)包括設(shè)置在勘探船或輔助船上的可控電流源。船牽引處 于或接近水底的發(fā)射器電纜，以通過(guò)在發(fā)射器上設(shè)置的兩個(gè)電極之間傳送瞬變電流而將電 磁場(chǎng)發(fā)射到水底下面的地層中。包括水和水底下面的地層的系統(tǒng)的電磁響應(yīng)是由設(shè)置在水 底或水底附近電纜上的接收器來(lái)測(cè)量的。接收器可以是這樣的電極對(duì)，其配置成使得每個(gè) 接收器測(cè)量其電極對(duì)之間的勢(shì)差。所有的電極通常在同一垂直平面上。在一些勘探系統(tǒng)中， 可以使用不同的船來(lái)牽引發(fā)射器和接收器，使得發(fā)射器-接收器間隔(“偏移”)能夠被更容 易地調(diào)節(jié)。如上文提及的WO 03/023452公開(kāi)物中描述的，接收器中的信號(hào)以及由發(fā)射器發(fā) 射的信號(hào)被測(cè)量。通過(guò)用測(cè)量的發(fā)射器信號(hào)去卷積測(cè)量的接收器信號(hào)，來(lái)獲得對(duì)于特定發(fā)射器_接收器配置的地下的脈沖響應(yīng)。實(shí)際上，由發(fā)射器產(chǎn)生的電磁信號(hào)可沿3個(gè)一般傳輸路徑到達(dá)(一個(gè)或多個(gè))接收 器，這些路徑通過(guò)水底下面的地層，通過(guò)水層本身，并通過(guò)水層上的空氣。在深水中，例如 2千米或更深，其中發(fā)射器和接收器被設(shè)置在水底附近(這在已知的勘探技術(shù)中是典型的)， 通過(guò)空氣傳播的信號(hào)部分對(duì)由(一個(gè)或多個(gè))接收器檢測(cè)的信號(hào)的影響可忽略，其原因是隨 著來(lái)自發(fā)射器的電磁信號(hào)移動(dòng)到水面并返回到水底上的(一個(gè)或多個(gè))接收器，該電磁信號(hào) 從瞬變電流事件的時(shí)間起隨時(shí)間被大大削弱和延遲。相比較而言，在淺水中，例如100米或 更淺，移動(dòng)通過(guò)水的信號(hào)部分相對(duì)于總測(cè)量信號(hào)是相當(dāng)大的。結(jié)果，認(rèn)為淺水電磁勘探是不 切實(shí)際的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于測(cè)量水體底部下面的地層的電磁響應(yīng)的方法包括 在水體中放置至少一個(gè)電磁發(fā)射器和至少一個(gè)電磁接收器，其均處于水面下面的所選深度 處。瞬變電流通過(guò)所述至少一個(gè)發(fā)射器。在所述至少一個(gè)電磁接收器處檢測(cè)電磁信號(hào)。所 述深度被選擇成使得在檢測(cè)的電磁信號(hào)中，來(lái)自水體上面的空氣的對(duì)通過(guò)發(fā)射器的電流的 基本所有電磁響應(yīng)出現(xiàn)在源自于水底下面的地層中的響應(yīng)開(kāi)始之前。通過(guò)下文的描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。


圖1示出海洋環(huán)境中的一個(gè)示例瞬變響應(yīng)。圖2示出海洋環(huán)境中的另一個(gè)示例瞬變響應(yīng)。圖3示出海洋瞬變響應(yīng)的示例分解。圖4示出使用根據(jù)本發(fā)明的方法的海洋采集的例子。
具體實(shí)施例方式如在本文的背景技術(shù)部分說(shuō)明的，在瞬變電磁勘探中，由發(fā)射器電流中的一個(gè)或 多個(gè)階躍變化產(chǎn)生的電場(chǎng)或磁場(chǎng)被傳播到地球的地下，并且對(duì)傳播的瞬變電磁場(chǎng)的響應(yīng)被 測(cè)量。該測(cè)量可以是感應(yīng)電壓、磁場(chǎng)或其組合。完全脈沖響應(yīng)是通過(guò)針對(duì)測(cè)量的瞬變發(fā)射 器電流對(duì)測(cè)量的瞬變響應(yīng)去卷積得到的。圖1示出來(lái)自北海的實(shí)際海洋總脈沖響應(yīng)的一個(gè)例子，其中水深約100米，并且 源-接收器間隔2千米。在電流切換事件之后剛出現(xiàn)的初始幅值峰值2是空氣波。在電流 切換事件之后約0. 25秒的第二個(gè)稍微更大的峰值4來(lái)自于地下響應(yīng)?？傢憫?yīng)是空氣波和 地下響應(yīng)的總和。圖2示出來(lái)自北海的總脈沖響應(yīng)的另一個(gè)例子，其中水深約100米，并且源-接收 器間隔4千米。大約在0. 1秒出現(xiàn)的初始峰值6是空氣波。大約在0. 9秒出現(xiàn)的第二較小 的峰值8來(lái)自于地球脈沖響應(yīng)。又如在本文的背景技術(shù)部分說(shuō)明的，在設(shè)計(jì)海洋電磁勘探時(shí)的一個(gè)特別考慮是水 深。對(duì)于本領(lǐng)域已知的海洋電磁勘探技術(shù)，其中發(fā)射器和接收器通常被設(shè)置在水體底部附 近，預(yù)期如果水深不夠，則空氣波將對(duì)接收器測(cè)量有重要影響。圖3示出對(duì)由水層和水層下面的地層組成的淺水海洋環(huán)境計(jì)算的合成瞬變電磁響應(yīng)。響應(yīng)示于圖3的圖形中，該響應(yīng) 是來(lái)自1安培計(jì)(Ampere-meter)偶極矩發(fā)射器的電流的階躍變化后測(cè)量的電壓的時(shí)間導(dǎo) 數(shù)。在圖3中所示的模擬中，模擬的水層為100米深，并且電導(dǎo)率為3. 3西門(mén)子/米(S/m)。 模擬的發(fā)射器到接收器的偏移為2千米，并且模擬的地下地層由1歐姆-米電阻率(1 S/m 電導(dǎo)率)的半空間來(lái)表示。示于18的總響應(yīng)包括由空氣波引起的響應(yīng)，該響應(yīng)被分解成 示于16的單獨(dú)曲線；以及地下地層的響應(yīng)，其被分解成示于20的單獨(dú)曲線?？梢杂^察到空 氣波開(kāi)始于高幅值，短持續(xù)時(shí)間峰值，然后隨時(shí)間衰減。不過(guò)，在地層響應(yīng)開(kāi)始時(shí)，空氣波仍 具有相當(dāng)大的幅值。由于上述原因，空氣波會(huì)大大影響水層下面的地層的明顯響應(yīng)。空氣 波因此會(huì)在檢測(cè)之前污染(contaminate)已經(jīng)穿過(guò)地層的已發(fā)射的電磁部分，該部分包含 關(guān)于感興趣的地下電阻率的信息。本發(fā)明提供一種大大降低空氣波在海洋電磁勘探數(shù)據(jù)中的影響的方法，因此增強(qiáng) 了對(duì)來(lái)自水底下面的地層的感興趣信號(hào)的檢測(cè)。本發(fā)明基于以下觀察在相對(duì)較淺的水中， 水層對(duì)空氣波有顯著影響。圖4示出可以根據(jù)本發(fā)明使用的示例海洋電磁勘探系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括一個(gè)或 多個(gè)勘探船，一個(gè)勘探船示于22，其在諸如湖或海洋之類的水體30中牽引電磁發(fā)射器電纜 24。同一船22或不同船(未示出)可在水30中牽引電磁接收器電纜26。船22可包括本領(lǐng) 域已知類型的用來(lái)啟動(dòng)發(fā)射器電纜24并檢測(cè)和記錄來(lái)自接收器電纜26上的一個(gè)或多個(gè)接 收器26A的信號(hào)的設(shè)備(未單獨(dú)示出)。接收器電纜26可終止于尾標(biāo)28，尾標(biāo)28上有多種 導(dǎo)航和信號(hào)處理裝置(未單獨(dú)示出)。發(fā)射器電纜24上的發(fā)射器可以是一對(duì)電極25。接收器電纜26上的一個(gè)或多個(gè)接 收器可以是一對(duì)電極，每個(gè)這樣的電極對(duì)示于26A、26B、26C。使用電極對(duì)來(lái)測(cè)量電場(chǎng)響應(yīng)并 不是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。其它系統(tǒng)可替代或附加地使用各種磁場(chǎng)裝置，如測(cè)量對(duì)感應(yīng)的 電磁場(chǎng)的磁場(chǎng)響應(yīng)的線圈或線環(huán)。因?yàn)樗?特別是海水)是電的導(dǎo)體，所以水與電極25和電極26A、26B、26C的接觸提 供從此處到水底下面的地層32的電耦合。發(fā)射器信號(hào)可以僅根據(jù)施加到發(fā)射器電極25兩 端的電流中的階躍變化，但也可以是任何瞬變切換信號(hào)，包括例如偽隨機(jī)二進(jìn)制序列。接收 器26A、26B、26C可以測(cè)量勢(shì)差，或者例如由發(fā)射器信號(hào)模擬的磁場(chǎng)的變化率。所記錄的來(lái) 自接收器26A、26B、26C的響應(yīng)可以下載到通用可編程計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)或其它存儲(chǔ)介質(zhì)。為了方便在去卷積信號(hào)中將空氣波響應(yīng)與地層響應(yīng)分離，在本發(fā)明中，發(fā)射器和 接收器可被布置于水中表示為w或更小的所選擇的深度水平處，w通常是幾米。不要求發(fā) 射器和接收器處于相同深度，但要求W不能太大。當(dāng)發(fā)射器和接收器被設(shè)置在水面下的該 深度時(shí)，空氣波大約等于空氣和水的系統(tǒng)對(duì)深度W的響應(yīng)，并且地下響應(yīng)是在選擇的深度W 下面該系統(tǒng)的響應(yīng)。選擇W值，使得對(duì)于超過(guò)幾百米的發(fā)射器-接收器偏移，空氣波脈沖響 應(yīng)可容易地從深度W下面的水層30和地下地層32的總脈沖響應(yīng)中分離出來(lái)。為了確?？諝獠憫?yīng)可以從地層/水層響應(yīng)中分離出來(lái)，選擇的深度w應(yīng)足夠小， 使得基本所有的空氣波脈沖響應(yīng)在地層脈沖響應(yīng)開(kāi)始之前到達(dá)接收器，并且因而在時(shí)間上 足夠隔開(kāi)，以便容易地從地層響應(yīng)中去除。發(fā)射器和接收器的深度越淺，前面的近似越接近 地表示實(shí)際系統(tǒng)響應(yīng)，并且空氣波變得更尖銳，且更可分離。通過(guò)將發(fā)射器和(一個(gè)或多個(gè)) 接收器設(shè)置在海面或靠近海面，可以獲得具有此類特性的電磁勘探信號(hào)。在去除空氣波之后，接收器響應(yīng)的剩余部分包括對(duì)水底下面的地層的響應(yīng)，且它還包括對(duì)發(fā)射器和接收器 下的水層的響應(yīng)，其具有可容易地確定的電阻率和深度。水底下面的地層中電阻率的變化 可由傳統(tǒng)的電磁反演方法確定，但在計(jì)算中包括已知水層。 盡管已經(jīng)相對(duì)于有限的幾個(gè)實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員受益于本公 開(kāi)，會(huì)認(rèn)識(shí)到可設(shè)計(jì)出不偏離如本文公開(kāi)的本發(fā)明范圍的其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明的范圍 應(yīng)該只由所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量水體底部下面的地層的電磁響應(yīng)的方法，包括在水體中放置至少一個(gè)電磁發(fā)射器和至少一個(gè)電磁接收器，其均處于水面下面的所選 深度處；通過(guò)所述至少一個(gè)發(fā)射器傳導(dǎo)瞬變電流； 在所述至少一個(gè)電磁接收器處檢測(cè)電磁信號(hào)；其中所述深度被選擇成使得在檢測(cè)的電磁信號(hào)中，來(lái)自水體上面的空氣的對(duì)通過(guò)發(fā)射 器的電流的基本所有電磁響應(yīng)出現(xiàn)在源自于水底下面的地層中的響應(yīng)開(kāi)始之前。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)發(fā)射器是電偶極子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中瞬變電流包括電流的階躍變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中瞬變電流包括偽隨機(jī)二進(jìn)制序列。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述至少一個(gè)接收器是電 偶極子。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括估計(jì)水體的響應(yīng)，以 及從檢測(cè)的電磁信號(hào)中去除水響應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中水響應(yīng)是通過(guò)測(cè)量水的電阻率和水體的深度來(lái) 估計(jì)的。
全文摘要
一種用于測(cè)量水體底部下面的地層的電磁響應(yīng)的方法，包括在水體中放置至少一個(gè)電磁發(fā)射器(25)和至少一個(gè)電磁接收器(26A)，其均處于水面下面的所選深度處。瞬變電流通過(guò)所述至少一個(gè)發(fā)射器。在所述至少一個(gè)電磁接收器(26A)處檢測(cè)電磁信號(hào)。所述深度被選擇成使得在檢測(cè)的電磁信號(hào)中，來(lái)自水體上面的空氣的對(duì)通過(guò)發(fā)射器的電流的基本所有電磁響應(yīng)出現(xiàn)在源自于水底下面的地層中的響應(yīng)開(kāi)始之前。
文檔編號(hào)G01V3/12GK102099706SQ200980127415
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者M. 齊奧爾科夫斯基 A., A. 賴特 D. 申請(qǐng)人:Mtem 有限公司