用於消弱海洋瞬變電磁勘探中空氣波響應的方法

2023-04-24 17:40:11 2

專利名稱：用於消弱海洋瞬變電磁勘探中空氣波響應的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於從海洋電磁勘探數據中去除稱作「空氣波(airwave)」的不需 要的響應的方法。
背景技術：
多孔地下沉積巖層由於在沉積過程中已經沉澱在水體中，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，孔隙中的水已經在沉積後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。對具有小於完全水飽和的孔隙的地層(即在石油或天然氣存在於孔隙中時)的檢 測具有顯著的經濟利益。用於檢測這類地層的一些技術包括確定地下中異常高電阻率的存 在。這類檢測的原理基於以下事實電流通過多孔巖層的流動與孔隙相對於總巖石體積的 體積分量、孔隙的空間構造、以及填充孔隙的流體的電學特性有關。因為鹽水是一種相對良 好的電導體，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。用於測量地下巖層的電阻率的各種技術是本領域已知的，例如瞬變可控源電磁勘 探技術，如在國際專利申請公開號No. W0/03/023452中描述的，其內容通過引用被併入此 文。這類技術通常包括將電磁場傳播(impart)到地下中，以及測量響應於傳播的電磁場而 在地下中感應的電和/或磁場。對於這類測量技術，可以使用電場發射器來傳播電磁場，所 述電場發射器例如是配置成使電流通過偶極電極的裝置。可替代地，可以使用磁場發射器， 例如被配置成使電流通過線環(wire loop)或多個這類環的裝置。用來檢測響應電磁場的 接收器可以是例如用來測量勢差(電場電勢)的偶極電極，或者可以是線環，多個線環或用 來測量磁場幅值和/或磁場幅值的時間導數的磁力計。在瞬變可控源電磁勘探中，通過發射器的用於傳播電磁場的電流可被控制以提供 電流幅值的一個或多個階躍變化。發射器電流中的階躍變化引起被稱作「瞬變」電磁場的 現象，並且由接收器測量的響應與地球地下中地層的瞬變響應相關。發射器電流中的階躍 變化可通過接通電流、切斷電流、反轉極性或前述的組合來得到。用來傳播可控源電磁場的 發射器電流切換配置的特別有利的形式是所稱的「偽隨機二進位序列」(PRBS)。典型的海洋電磁勘探系統包括設置在勘探船或輔助船上的可控電流源。船牽引處 於或接近水底的發射器電纜，以通過在發射器上設置的兩個電極之間傳送瞬變電流而將電 磁場發射到水底下面的地層中。包括水和水底下面的地層的系統的電磁響應是由設置在水 底或水底附近電纜上的接收器來測量的。接收器可以是這樣的電極對，其配置成使得每個 接收器測量其電極對之間的勢差。所有的電極通常在同一垂直平面上。在一些勘探系統中， 可以使用不同的船來牽引發射器和接收器，使得發射器-接收器間隔(「偏移」)能夠被更容 易地調節。如上文提及的WO 03/023452公開物中描述的，接收器中的信號以及由發射器發 射的信號被測量。通過用測量的發射器信號去卷積測量的接收器信號，來獲得對於特定發射器_接收器配置的地下的脈衝響應。實際上，由發射器產生的電磁信號可沿3個一般傳輸路逕到達(一個或多個)接收 器，這些路徑通過水底下面的地層，通過水層本身，並通過水層上的空氣。在深水中，例如 2千米或更深，其中發射器和接收器被設置在水底附近(這在已知的勘探技術中是典型的)， 通過空氣傳播的信號部分對由(一個或多個)接收器檢測的信號的影響可忽略，其原因是隨 著來自發射器的電磁信號移動到水面並返回到水底上的(一個或多個)接收器，該電磁信號 從瞬變電流事件的時間起隨時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，移動通過水的信號部分相對於總測量信號是相當大的。結果，認為淺水電磁勘探是不 切實際的。

發明內容
根據本發明的一個方面，用於測量水體底部下面的地層的電磁響應的方法包括 在水體中放置至少一個電磁發射器和至少一個電磁接收器，其均處於水面下面的所選深度 處。瞬變電流通過所述至少一個發射器。在所述至少一個電磁接收器處檢測電磁信號。所 述深度被選擇成使得在檢測的電磁信號中，來自水體上面的空氣的對通過發射器的電流的 基本所有電磁響應出現在源自於水底下面的地層中的響應開始之前。通過下文的描述和所附權利要求，本發明的其它方面和優點將變得明顯。


圖1示出海洋環境中的一個示例瞬變響應。圖2示出海洋環境中的另一個示例瞬變響應。圖3示出海洋瞬變響應的示例分解。圖4示出使用根據本發明的方法的海洋採集的例子。
具體實施例方式如在本文的背景技術部分說明的，在瞬變電磁勘探中，由發射器電流中的一個或 多個階躍變化產生的電場或磁場被傳播到地球的地下，並且對傳播的瞬變電磁場的響應被 測量。該測量可以是感應電壓、磁場或其組合。完全脈衝響應是通過針對測量的瞬變發射 器電流對測量的瞬變響應去卷積得到的。圖1示出來自北海的實際海洋總脈衝響應的一個例子，其中水深約100米，並且 源-接收器間隔2千米。在電流切換事件之後剛出現的初始幅值峰值2是空氣波。在電流 切換事件之後約0. 25秒的第二個稍微更大的峰值4來自於地下響應。總響應是空氣波和 地下響應的總和。圖2示出來自北海的總脈衝響應的另一個例子，其中水深約100米，並且源-接收 器間隔4千米。大約在0. 1秒出現的初始峰值6是空氣波。大約在0. 9秒出現的第二較小 的峰值8來自於地球脈衝響應。又如在本文的背景技術部分說明的，在設計海洋電磁勘探時的一個特別考慮是水 深。對於本領域已知的海洋電磁勘探技術，其中發射器和接收器通常被設置在水體底部附 近，預期如果水深不夠，則空氣波將對接收器測量有重要影響。圖3示出對由水層和水層下面的地層組成的淺水海洋環境計算的合成瞬變電磁響應。響應示於圖3的圖形中，該響應 是來自1安培計(Ampere-meter)偶極矩發射器的電流的階躍變化後測量的電壓的時間導 數。在圖3中所示的模擬中，模擬的水層為100米深，並且電導率為3. 3西門子/米(S/m)。 模擬的發射器到接收器的偏移為2千米，並且模擬的地下地層由1歐姆-米電阻率(1 S/m 電導率)的半空間來表示。示於18的總響應包括由空氣波引起的響應，該響應被分解成 示於16的單獨曲線；以及地下地層的響應，其被分解成示於20的單獨曲線。可以觀察到空 氣波開始於高幅值，短持續時間峰值，然後隨時間衰減。不過，在地層響應開始時，空氣波仍 具有相當大的幅值。由於上述原因，空氣波會大大影響水層下面的地層的明顯響應。空氣 波因此會在檢測之前汙染(contaminate)已經穿過地層的已發射的電磁部分，該部分包含 關於感興趣的地下電阻率的信息。本發明提供一種大大降低空氣波在海洋電磁勘探數據中的影響的方法，因此增強 了對來自水底下面的地層的感興趣信號的檢測。本發明基於以下觀察在相對較淺的水中， 水層對空氣波有顯著影響。圖4示出可以根據本發明使用的示例海洋電磁勘探系統。該系統可以包括一個或 多個勘探船，一個勘探船示於22，其在諸如湖或海洋之類的水體30中牽引電磁發射器電纜 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 域已知類型的用來啟動發射器電纜24並檢測和記錄來自接收器電纜26上的一個或多個接 收器26A的信號的設備(未單獨示出)。接收器電纜26可終止於尾標28，尾標28上有多種 導航和信號處理裝置(未單獨示出)。發射器電纜24上的發射器可以是一對電極25。接收器電纜26上的一個或多個接 收器可以是一對電極，每個這樣的電極對示於26A、26B、26C。使用電極對來測量電場響應並 不是對本發明範圍的限制。其它系統可替代或附加地使用各種磁場裝置，如測量對感應的 電磁場的磁場響應的線圈或線環。因為水(特別是海水)是電的導體，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。發射器信號可以僅根據施加到發射器電極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，包括例如偽隨機二進位序列。接收 器26A、26B、26C可以測量勢差，或者例如由發射器信號模擬的磁場的變化率。所記錄的來 自接收器26A、26B、26C的響應可以下載到通用可編程計算機的硬碟或其它存儲介質。為了方便在去卷積信號中將空氣波響應與地層響應分離，在本發明中，發射器和 接收器可被布置於水中表示為w或更小的所選擇的深度水平處，w通常是幾米。不要求發 射器和接收器處於相同深度，但要求W不能太大。當發射器和接收器被設置在水面下的該 深度時，空氣波大約等於空氣和水的系統對深度W的響應，並且地下響應是在選擇的深度W 下面該系統的響應。選擇W值，使得對於超過幾百米的發射器-接收器偏移，空氣波脈衝響 應可容易地從深度W下面的水層30和地下地層32的總脈衝響應中分離出來。為了確保空氣波響應可以從地層/水層響應中分離出來，選擇的深度w應足夠小， 使得基本所有的空氣波脈衝響應在地層脈衝響應開始之前到達接收器，並且因而在時間上 足夠隔開，以便容易地從地層響應中去除。發射器和接收器的深度越淺，前面的近似越接近 地表示實際系統響應，並且空氣波變得更尖銳，且更可分離。通過將發射器和(一個或多個) 接收器設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。在去除空氣波之後，接收器響應的剩餘部分包括對水底下面的地層的響應，且它還包括對發射器和接收器 下的水層的響應，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 可由傳統的電磁反演方法確定，但在計算中包括已知水層。 儘管已經相對於有限的幾個實施例描述了本發明，但本領域技術人員受益於本公 開，會認識到可設計出不偏離如本文公開的本發明範圍的其它實施例。因此，本發明的範圍 應該只由所附權利要求限制。
權利要求
1.一種用於測量水體底部下面的地層的電磁響應的方法，包括在水體中放置至少一個電磁發射器和至少一個電磁接收器，其均處於水面下面的所選 深度處；通過所述至少一個發射器傳導瞬變電流； 在所述至少一個電磁接收器處檢測電磁信號；其中所述深度被選擇成使得在檢測的電磁信號中，來自水體上面的空氣的對通過發射 器的電流的基本所有電磁響應出現在源自於水底下面的地層中的響應開始之前。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述至少一個發射器是電偶極子。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其中瞬變電流包括電流的階躍變化。
4.根據權利要求3所述的方法，其中瞬變電流包括偽隨機二進位序列。
5.根據前述權利要求中任一項權利要求所述的方法，其中所述至少一個接收器是電 偶極子。
6.根據前述權利要求中任一項權利要求所述的方法，進一步包括估計水體的響應，以 及從檢測的電磁信號中去除水響應。
7.根據權利要求6所述的方法，其中水響應是通過測量水的電阻率和水體的深度來 估計的。
全文摘要
一種用於測量水體底部下面的地層的電磁響應的方法，包括在水體中放置至少一個電磁發射器(25)和至少一個電磁接收器(26A)，其均處於水面下面的所選深度處。瞬變電流通過所述至少一個發射器。在所述至少一個電磁接收器(26A)處檢測電磁信號。所述深度被選擇成使得在檢測的電磁信號中，來自水體上面的空氣的對通過發射器的電流的基本所有電磁響應出現在源自於水底下面的地層中的響應開始之前。
文檔編號G01V3/12GK102099706SQ200980127415
公開日2011年6月15日 申請日期2009年6月23日 優先權日2008年7月15日
發明者M. 齊奧爾科夫斯基 A., A. 賴特 D. 申請人:Mtem 有限公司