专利名称：使用虚拟源阵列对地下岩层成像的方法
技术领域：
本发明涉及地球物理应用中的可控源电磁探测领域。更具体地说，本发明涉及一种使用虚拟源阵列对地下岩层成像的方法。
背景技术：
地球物理探测中使用的电磁源通常会产生未聚焦的地下激励区。未聚焦的激励不仅由在地球上传播低频电磁波的散射特性，而且由在测量过程中使用相对单一的源结构所造成。当需要进行面向目标的测量时，例如当希望探察在一个可能存在复杂的地理背景的位置上的预期岩层的电特性时，未聚焦的激励是一个很严重的缺陷。
为了克服未聚焦测量的缺陷，在2000年9月6日申请的美国专利申请No.09/656,191中公开了一种源聚焦的方法(下文中称作“Srnka”)。该方法，称作远程储层电阻率映像方法(“R3M”)，使用一种放置在地球表面或者接近海底的地方的空间扩展接地电磁源阵列来使电磁能聚焦到地下目标上。该源阵列包括两个同心电极环，电极环的半径根据对在地下目标的近似深度使地下激励聚焦的理论建模来进行优化确定。然而，Srnka方法的局限性是对于范围在500米到超过5000米的典型的储层深度，需要同心电极环的电极线的总长度在大约23.5公里到超过235公里的范围。
这些电极线的极限长度增加了很多操作上的难度。举例来说，可能涉及处理和配置这些电极线的问题，以及确保在期望的电极环位置准确安放这些电线的问题，并且需要避免在期望的电极环位置的区域上出现干扰，以及对电极沿着其长度统一接地的需求。其它影响测量的经济方面的问题包括电极线的大笔花费，每一次测量中某些电极线有可能被破坏或耗损，还有与动员、遣散、部署和电线回收相关的大量劳动及后勤方面的花费。
由于上述这些因素，Srnka还公开了一种可替代的方法，这种方法用一组等距的径向电偶极子来减少所需电极线的长度，每一个偶极子都具有和两个同心环的半径长度之差相等的长度。附
图1描述了R3M同心环方法和该径向偶极子替代方法。同心的电极环4和5放在地球2的表面1上并且分别具有半径a和b，中心7一般在储层3之上。在径向偶极子的替代方法中这些同心环被径向偶极子源6替代。每一个偶极子源6具有L＝b-a的长度。Srnka公开了最少六个径向偶极子源6是最好的情况。通过累加由接收器从每一个偶极子源6中接收的信号来算术产生一个等同于接收器阵列从所述同心环源阵列接收的信号的信号(为了方便，附图1中没有描述接收器阵列的位置)。该允许模拟同心环源阵列的替代方法被称作虚拟的同心环源阵列方法或者是径向偶极子方法，其和R3M物理同心环源的方法相比大大减少了电极线的所需长度。
然而，这种虚拟的同心环源方法仍然使用了长度相对长的电极线，并且本质上保留了很多R3M物理源同心环源方法的操作上的困难。另外，两种方法都存在别的内在缺陷，尤其是对于地下电阻率成像问题的某些方面。特别地，两种方法都在接近一个预先指定的地下激励焦点深度处产生最大响应(换句话说，在目标的近似深度处)，但是对于该深度的一个可感知的垂直范围内的特征仅提供很小的差动灵敏度。更为特别的是，独立成像目标上或下少于表面之下的目标深度的百分之五的距离的特征的能力是有限的。这种限制极大的妨碍了重叠储层的成像。另外，放大器饱和效应会影响数据质量并且妨碍对数据的分析。第三个问题是这两种方法在目标区域主要产生垂直地下电流。这些地下电流对于成像储层电宏观各向异性(垂直电各向同性)来说是不够的，例如由于页岩夹层的存在而存在于储层中的电宏观各项异性。成像这种各向异性对于估计储层净和毛容积以及确定碳氢化合物空隙的容积来说是很重要的。
因此，希望得到一种既能保留R3M物理源同心环源和径向偶极子的方法的有益的电磁响应又能减少或者消除这些方法中的缺陷的方法。本发明满足这种要求。
概述本发明总体上涉及一种使用一个或者多个偶极子源来模拟电磁源信号的方法。在该方法中在对应于要模拟的电磁源的一段的激励位置上定位一个偶极子源。激活该偶极子源，并且在一个或多个接收器位置记录电磁信号。对于与正模拟的电磁源的另外段对应的另外的激励位置重复此过程。对从偶极子源激励位置序列中得到的数据进行处理以确定该电磁源(120)的模拟信号。
附图的简要说明从下面参照附图的描述中本发明的特征将会变得更加明显。在多个附图中使用的参考数字在每幅图中指的是相同的含义。
附图1描述了Srnka方法的透视视图。
附图2是本发明的第一实施例的执行步骤的流程图。
附图3描述了一个本发明的第一实施例的透视视图。
附图4描述了本发明的第二实施例的平面视图。
附图5描述了用于本发明的一个实施例的海上应用的数据采集过程。
附图6描述了用于附图5中的海上应用采集数据的方法的平面视图。
附图7描述了本发明目标深度位置和焦点位置可以进行变化的一个实施例的平面视图。
附图8描述了使用偶极子源处理例子的一个模型目标。
附图9描述了为附图8所示的偶极子源处理例子计算的总电场。
附图10描述了使用本发明利用偶极子来模拟由附图8所示的偶极子源采集的数据的实施例的一个模型目标。
附图11描述了根据附图10中描述的方法的实施例计算的总电场。
在不脱离本发明范围的情况下可以对这些具体描述的实施例作出各种变化和修改，本发明的范围仅由所附的权利要求书限定。
本发明的详细描述本发明是一种通过极大减少电极线数量的同心环源阵列或其径向偶极子等效物来模拟电阻率储层的有益的多分量电磁响应来激励的方法。在一个优选的实施例中，为了获得在将要成像的地下目标区域中电场测量期间的测量数据，这种方法使用一个或者多个短的偶极子源，每个偶极子源按次序定位在和将被模拟的径向偶极子的位置相对应的源激励位置上。相位和振幅接收器数据与来自源位置的数据是同步的，并且使用格林函数积分求和来确定目标的响应。该方法具有通过改变结合在接收器数据中的源激励位置的数量和位置来产生大量的虚拟源结构的内在性能，从而促使接近表面的位置以及对于其他的深度获得比以前提出的方法所能获得的更高的空间分辨率。通过使用格林函数互反条件可以产生另外的虚拟源结构，使用该条件可以使所作的电场记录与交换发送器和检测器位置关联。
本方法允许记录来自大量线性电源的信号。从这些线性源中积分接收器数据可以促使将成为同心环源阵列的焦点的区域外部的地下电阻率的成像。此优点允许在一深度范围内测量地下水平电阻率响应，并且允许检测储层电阻率的各向异性。使用多样性源的优点是产生地下目标的电流探测的多样性，这对于数据冗余可以具有正面效应。
本发明的方法可以参照附图2所示的流程图和附图3描述的实施例作更充分的说明。开始步骤，附图2中的步骤100，需要计算R3M方法中用于关注的地下目标的同心电极环的尺寸。在附图3中，大地2中的地下目标3在地表1下方深度D处，同心电极环4′和5′分别具有直径a和b。环4′和5′不是物理电极环，而是单独用在目前的方法所需的计算中(正如在此使用的，参考数字上加上素数表示参考项是虚拟源、即要模拟的源的一部分，虚拟源与物理源相对。举例来说，在附图1的R3M方法中，电极环4和5是物理源，但在附图3中，电极环4′和5′是虚拟源)。如在Srnka中详细说明的那样，如果a/D＝1.5并且b/a≥9，则最好在深度D处使源激励最大化。另外，Srnka还公开了最小比率b/a≥4在深度D提供足够的源激励的内容。
接着，附图2的步骤102，必须确定用于Srnka虚拟同心环源方法中的径向偶极子源的数量、长度和位置。Srnka公开了最少六个偶极子源，每一个长度为L＝b-a对于径向偶极子方法是最优的情况。正如会从Srnka中理解到的，使用这些偶极子源提供了一种用于在目标3的深度D处产生一个电磁源焦点的结构。在Srnka方法中，径向偶极子源(例如附图1中的偶极子源6)是物理源。本发明的一个目的就是使用较短的物理源，称作偶极子源来模拟这些径向偶极子源，从而简化电磁测量数据的采集。因此，在本方法中，附图2的步骤102使得计算要模拟的径向偶极子源的数量、长度和位置。为了简单起见，附图3仅示出了一个模拟径向偶极子源6′的位置。
在本发明的方法中，每个长度为L的径向偶极子源被长度l＝b/N的N-1个较短的径向偶极子源所代替，如附图2的步骤104所示。长度l被限制为l≤a以便内部虚拟同心环4′的半径是至少一个径向偶极子源的长度，以减少下述步骤之后的数据积分。对于典型的储层目标深度D，其范围可以是从500米到5000米，以及对于典型的为减轻配置目的范围从100米到1000米的长度l的值，数字N可以是从大约3到超过300的范围。
接着，附图2的步骤106，确定接收器阵列12的位置。在设计和确定接收器阵列的位置时要考虑的因素进一步在Srnka中论述，这些因素本领域技术人员将会理解。
接着，附图2的步骤108，第一径向偶极子源放置在和将被模拟的第一偶极子源相对应的第一源激励位置。在附图3中，将被模拟的第一偶极子源是6′，并且长度为l的径向偶极子源8放置在沿着虚拟同心外环5′的半径9的第一源激励位置101上。在附图3中，第一源激励位置101沿着内部半径9从虚拟同心外环5′朝着中心7延伸。本方法并不局限于该第一源激励位置101的位置。如Srnka的用于虚拟同心环源的方法中指出的，径向偶极子源8应当在超过长度l的至少百分之十的距离的每一个末端接地，并且正如本领域技术人员将会理解的，应当通过变频(优选10-4-104赫兹)、高电流(优选102-106安培)的电源和控制器发动。有关在电磁测量中使用的源的进一步详细描述由Srnka来提供。
接着，附图2的步骤110中，必须确定在源激励位置101的径向偶极子源8的物理位置。该位置的确定可以通过本领域技术人员公知的测量或其他方法进行。对于径向偶极子源的每一个末端所需的定位精确度最好在陆地为1米在海平面为5到10米。
接着，附图2的步骤112，激励径向偶极子源并记录该源信号的振幅和相位。在每一个源激励位置的源信号最好保持不变，其中相位的变化限定在0.1度，振幅的变化限定在0.1％，正如Srnka进一步描述的。
在附图2的步骤114中，记录接收器阵列12中的响应的振幅和相位。
附图2的步骤116，对于位于第二源激励位置的径向偶极子源重复由图2的步骤108到114所包含的序列。在附图3中，第二源激励位置用102来表示。随后，对于其余的源激励位置103，104，...10N-1重复步骤108到114的处理直到已沿着正被模拟的径向偶极子源6’的整个长度记录了测量结果。在附图3中，这个长度等于从虚拟电极环5′向虚拟电极环4′延伸的半径9的一部分。这个过程完成了对于模拟径向偶极子源6′必要的源激励和接收器响应的记录。
本方法的数学计算要求使多分量接收器响应对于每一个源激励位置记录的源电偶极子信号(振幅和相位)进行归一化。归一化确保了在接收器信号中由于源耦合或电源电流的变化引起的不期望的改变被从接收器数据中消除。如上所述，源相位和振隔控制以及源输出的记录最好在相位上具有0.1度的精确度，在振幅上具有0.1％的精确度。为了获得噪声抑制和聚焦效果，额外的处理步骤可以包括控制传送电偶极子时的电流。偶极子电流的控制可以在数据记录过程中或者在数据被记录之后由计算装置获得。
然后对于第二和每一个后续的偶极子源位置，附图2的步骤118，重复由图2的步骤108到116所包含的序列，正如在图2的步骤102中指示的(将被模拟的第二和后续的偶极子源没有在附图3中示出)。此处理过程完成了在本方法中计算附图3中目标3的响应所需的数据的记录。
最后，在附图2的步骤120中，所接收的用于对应每个偶极子源的偶极子源激励的信号使用所接收的相对于源信号的信号的振幅和相位控制在频域或时间域内被积分。这个过程被称作振幅和相位归一化格林函数积分。如果在图2的步骤102中指定的每个位置上的长度为L＝b-a并且从虚拟电极环5′向虚拟电极环4′延伸的物理径向偶极子源已被用作物理源时，，每一次积分都构造已记录的信号。所述积分导致在图2的步骤102中指定的每一个位置上产生一个虚拟径向偶极子源。在完成这些积分以后，可以应用Srnka的虚拟同心环源方法来确定目标的特征。
本发明的第二个新颖的方面涉及创建大量虚拟同心环源阵列结构的能力(换句话说，是获取具有范围值a和b的虚拟同心环的模拟数据)。这一优点从改变在接收器数据中求和的源激励的数量和位置的能力中得出，并且允许在一个比可由R3M或者虚拟同心环源阵列方法表征的深度更宽的范围内的精确的目标特性。附图4举例说明了本发明的这个方面。
附图4描述了直径为b1，b2，b3...bm的外部虚拟同心电极环251，252，253...25m的序列和直径为a1，a2，a3...am的内部虚拟同心电极环241，242，243...24m的序列。所有环的中心为27。将被模拟的第一虚拟偶极子径向源，从环241延伸到环251，表示为261。偶极子源激励位置301，302，303...30n从环251向内沿着半径29朝中心27延伸(在讨论图4时为了方便，另外表示虚拟源和物理源之间的差别的素数标记已被省略)。
如上所述已确定了虚拟同心电极环25i和24i的直径bi与ai以及在每一个偶极子源激励位置30i使用的偶极子源的长度l。应当注意，上面提到的约束条件1≤a将确定最内部，内同心电极环24m的半径。这个约束条件将确定本发明的该实施例中的虚拟同心电极环的总数。因为除去一个在零半径的电极末端还存在N-1个径向偶极子位置(换句话说，满足约束条件1≤a)，其遵循公知的数学二项式定理即存在((N-1)！)/(2！(N-3)！)个虚拟环源组合。这将很容易被本领域技术人员所理解。这些虚拟环源组合覆盖了虚拟外同心环半径和虚拟内同心环半径的长宽比的范围(换句话说，比率bi/ai的范围)，包括接近于产生狭窄(环形)和浅表面激励的单位1的比率。因此，可以模拟较宽范围的虚拟偶极子源26i，使得可以在一个比以前可能的深度更宽的范围内描述地下区域的特征。还应当注意，正如将为本领域技术人员所知的，使用格林函数对称性可以产生额外的虚拟源阵列结构。
举例来说，使用bl＝10km和l＝500m给定N＝20，其允许产生19！/(2！17！)＝171个虚拟环源。具有半径长度比b/a≥4的环源的组合产生范围为深度的5倍的聚焦的垂直电场激励。对于b/a＝4的情况，深度的范围从接近表面(D＝333m)到较深的地下(D＝1.67km)。如Srnka所述，对于每一个如此构造的虚拟同心环源来说，最大垂直电场激励半径接近2a。同时应当注意，对于每一个虚拟环的激励的最佳频率由于透入深度效应随着D减少而增加，允许接近表面的地方获得更高的空间分辨率，换句话说，小D值激励。
本实施例的实现直接按照上述附图2和3的讨论来进行。为每一个沿着半径29的整个长度延伸的源激励位置记录源和接收器数据。对照附图3所示的过程，这些源激励位置从外同心环251沿着半径29向最里面的内同心环24m延伸。对于每一个半径29持续此数据记录过程，沿着该半径虚拟径向偶极子源将被模拟(在图4中仅描述了第一半径29)。如上提到的，最好是最少有六个虚拟偶极子源，以不超过60度分隔。
本实施例中数据的处理过程也遵循如上附图2和3的讨论，除了在本实施例中采集的额外数据量增加了额外的处理步骤。首先，参照图4，处理对应于从外同心环251延伸到内同心环241的虚拟径向偶极子源261的源激励位置的数据。对于每一个相应于外同心环251和内同心环241的其它虚拟径向偶极子源重复此处理步骤。对应于这些虚拟径向偶极子源的数据处理过程允许描述在中心在D1的深度处的地下特征。
接着处理对应于从外同心环252延伸到内同心环242的虚拟径向偶极子源的源激励位置(没有在图4中示出)的数据。对于每一个相应于外同心环252和内同心环242的其它虚拟径向偶极子源重复此处理步骤。对应于这些虚拟径向偶极子源的数据处理过程允许描述中心在D2的深度处的地下特征。
对于相应于每一对额外的同心环25i和24i的源激励位置重复此数据处理序列，每一对同心环促使描述在深度为Di的地下特征。相应于深度Di的特征从相当于同心环对25i和24i的尺寸的比率bi/ai中导出。如上所述，这个比率一般为b/a＝4。对于其它b/a＞4的比率的情况通过产生额外的同心环对来执行对数据的额外处理。举例来说，在图4中，对于沿着半径29从环251延伸到环242的源激励位置的数据可以被处理，从而产生一个明显的将被模拟的虚拟偶极子和一个明显的地下目标深度。因此，在本方法中，可以在覆盖关注目标的大地表面的表面区域内以多处理序列采集数据一次，该多处理序列用于提高描述在该表面区域之下的整个地下的特征的能力。
尽管在本发明中可以同时或者按次序使用一个或多个短偶极子源，但是一个基于地面测量的优选实施例仅使用了一个按照径向朝内，朝外或者在两个方向上以交替次序顺序移动的电磁偶极子源。仅使用一个偶极子源将源电极线的总数从成十或者成百公里缩减为仅几百米，正如由指定的偶极子长度l所确定的。为了最小化必需的源位置的数量，基于陆地测量的偶极子长度l优选为500-1000米，因为在陆地上接地源偶极子的配置是相当困难的。该配置困难主要因为需要穿过陆地的表面物理移动电极线，还因为需要在每一个新位置将电极末端接地。在陆地测量的完成过程中，源偶极子占用对应于将被模拟的第一偶极源的位置301，302，303等等(附图4)。对每一个将被模拟的偶极子源重复此过程。
附图5和6示出了在海上情况下连续的源偶极子的运动。本发明在海上实施比在基于陆地上测量更具优势，包括源偶极重新定位的方便以及改进的源电极到海底和/或海水的电耦合，从而不必费劲地将电极末端接地。附图5示出了在一泓水的表面60上的测量容器35和在一泓水的底部61上或接近的地方但是优选在50米的范围之内例如海底所放置的电源偶极子63。源偶极子63在海上的情况下具有典型的为100-500米的长度l，以便使远程控制源并从测量容器精确测量该源的位置的困难最小化。通过容器所进行的测量既可以是1)顺序地将所述源从第一源激励位置641移动到第二源激发位置642，其中连续的源激励位置集中在由所述源偶极子的长度l分隔的距离，然后在源激励的过程中保持不变，对于要求模拟关注偶极子源的源激励位置重复执行这个过程；或者是2)当源没有被激励时不断地以低速拖拽偶极子(典型的是1到4个结，大约是每秒0.5到2.0米)。在拖拽偶极子源的情况下，源的拖拽速度必须足够慢以便可以忽略由于多普勒效应而产生的源激励波形的失真。在地球上扩散电磁波的情况下，如本发明所涉及的，由于多普勒效应在一个固定的电磁接收器上检测到的源频率f的微小变化Δf等于波的相位速度νp＝3,162×(ρf)1/2除源速度νs，其中的ρ是平均电阻率。对于典型的νs＝1米/秒，f＝0.5赫兹，以及ρ＝1Ω-m，的离岸流域电磁测量值来说，Δf＝0.045％，其可以忽略不计。这种分析将被本领域技术人员很好的理解。在陆地的情况下，这样形成的虚拟偶极子的长度为N×l。
在连续拖拽偶极子的情况下另外主要考虑的是使源电流的一个或多个传输周期中由于其速度νs引起的源位置的几何拖尾效应最小化。该几何效应必须最小化处理以便对一个给定的源位置使用格林函数方法所得到的接收器数据积分是精确的。在频率f的发射电流的M周期过程中移动的长度为l的一个源偶极子的微小长度Δl/l由Δl/l＝(M×νs)/(l×f)来给定。优选的，Δl/l＜＜1，以便仅仅从一个源位置的激励被并入到接收器数据中。对于从事本领域的人员所公知的是M值，也称作数据堆栈，比通常要求在接收器中获得可接受的信噪比的值要大。如果数据堆栈值M＜＜50，则对于典型的离岸流域电磁测量参数，换句话说，l＝100米，f＝0.5赫兹，以及νs＝1米/秒是优选的。在海上电磁领域中公知的是和M＝5一样小的数据堆栈可以导致对于接收器数据来说可接受的信噪比值，依赖于在测量区域中的环境条件。M＝20或者更高一些的数据堆栈适合于较深的目标和较长的发送器到检则器的偏移。通过将测量结果和包括拖尾效应的模型相比较来减轻发送器的拖尾效应。
在图6中描述了一种对于海上情况下采集数据的优选方法。容器35沿着虚拟同心环381的第一直径371拖动长度为l的电偶极子源36。在沿着直径371的整个长度完成数据采集后，容器35旋转并开始沿着和第一直径371分隔一定角度φ的第二直径372采集数据。沿着一系列的直径37i重复这个过程(这里下标i指的是每一个沿着其来采集数据的单独的直径)，优选的为3到16个，由相同的角度φ分隔，如上所述，允许形成直径比bi/ai的一系列虚拟同心源环。对模型的研究表明3到16个等距直径更接近同心环源。
除了模拟源和由同心圆环源产生的接收器信号，本方法允许模拟大量的线性源。这些模拟从使用其它通过短偶极子的激励得到的信号组合积分数据而导出，因而执行起来没有任何附加的测量费用。本发明的这个方面允许在同心环源的中心聚焦区的外部对地下电阻率成像，例如在上述处理过程中接近模拟的外部同心电极环的位置。举例来说，在附图7中，描述了一组和虚拟同心环441，442...44M以及451，452...45M相对应的全直径偶极子源401，402...40D。如上所述，这些全直径偶极子源的每一个都可以使用本发明的方法来模拟。在本方法的数据采集阶段，最好在最里面的内同心环44M和中心47之间采集数据。这个优选过程导致为每一个全直径偶极子源的整个长度记录源和接收器数据。
如上所述，用来模拟每一个全直径偶极子源的偶极子源位置的数据采集在延伸到深度近似等于外同心环451的直径的深度的深度范围内产生有效的垂直和水平电场激励，并且关于同心环中心47中心对称。然而在本实施例的方法中，在模拟的偶极子源的第一末端偶极源激励位置可以从格林函数积分中被排除，从而在远离源被排除的末端的方向上沿着模拟偶极源从中心47移动对称点。该排除过程还减少了激励的有效深度，并允许探查一个不同的中心聚焦带，换句话说，是一个在深度和源焦点要被估价的不同地下区域。例如，在涉及对应于全直径401的源激励位置所获得的所有数据的第一处理序列中，源焦点将直接在直径401的中点之下，换句话说直接在中心47之下。在第二处理序列中对应于偶极子源激励位置401A的数据从格林函数积分中被排除。这个排除过程尽管将源焦点移动到在直径401之下的点，但是该点远离位置401A被水平移动1/2的距离。对应于偶极子源激励位置401B的数据的第二排除过程将在此方向上移动源焦点1/2的额外距离。这些排除过程中的每一个过程还将减少源焦点的深度。连续重复这个过程提供了一种开发更广的地下特征的方法。从积分中这些单独的偶极子源位置的激励产生的水平电场激励，当由于虚拟同心环源而与主要的垂直激励结合时，允许检测储层电阻率的各向异性，如Srnka论述的那样。
对于通过接地的线性偶极子源激励(如图8和9)大地的电磁响应的数值计算和根据本发明使用总计八个偶极子源(图10和11)所计算的响应已进行了比较，在下文中将作进一步的说明。
在附图8和附图10中，一个假设的模型储层目标50是一个5000米×5000米的正方形板层，20米的厚度，100Ω-m(欧姆-米)电阻率的岩石，埋在1Ω-m的导电岩石51的均匀的地方。目标50的顶端埋在海底下1000米，依次被均匀的0.25Ω-m的1000米海水所覆盖。一个5000米高的绝缘空气层设置在海水的上方。在这两个图中，在两个水平(X和Y)方向上间隔250米的5329个电磁接收器52的均匀网格放置在海底，均匀分布在坐标-9000≤Y≤9000和-9000≤X≤9000内。
在附图8中，单个偶极子53沿着Y轴放置，中心在坐标原点(X＝0，Y＝0)，并且具有长度L＝8000米。假定偶极子53放置在海水中海底之上1米处，并以1.0赫兹的正弦频率发射100安培的电流。附图9示出了以1.0赫兹的频率为附图8中的该单个偶极子模型计算的在接收器位置上以伏特/米为单位的总垂直电场的振幅。该特性曲线在X和Y上平滑地变化，除去在注入电流的偶极子的两端的大的、数学上无穷大的值。对于本领域熟悉的人员来说将会明白在数值计算处理过程中的这些奇异性的来源，并将进一步理解和源偶极子53有一定距离的总的垂直电场的减少。
在附图10中，附图8中8000米的单个电偶极子53已被八个接地电偶极子60替代，每一个偶极子长度为l＝1000米，并且发射100安培的电流，以便保持源的总的瞬间电偶极子(长度乘以电流)。相邻偶极子60的末端在Y方向上被1米所分隔，以为了在数值模拟中更稳定的计算(此分隔过程在图中的网格比例中没有描述)。在其它所有方面，附图10的模型和附图8的模型是完全一致的。附图11示出了对于附图10的模型使用本方法再一次以1.0赫兹的频率所计算的响应。附图10中的响应和附图8的响应实质上是一致的，区别仅受在数值，即格林函数计算中使用的有效位数的限制。应当注意，由于计算网格的比例，其包含100米的水平单元，因此仅示出了总共只有九个奇异点。在该网格比例的计算过程中，对于相邻偶极子60的末端的奇异点作为单个奇异点出现。从附图9和图11的比较中可以看出，如本发明中所述，为了模拟将从整个长度的电磁偶极子源获得的电磁响应，计算结果说明了电磁阵列接地源重叠的原理的性能。
附图11描述了根据本发明的方法为一个指定特征的模型目标所计算的响应。将需要数据处理技术来确定一个目标的电阻率和深度特征，对于该目标已根据本方法采集了数据。这些处理技术一般涉及两种方法之一。曲线匹配技术是第一种这样的方法，其中模拟的响应，例如在图11中，与实际测量数据比较，从而推断数据采集目标的实际特征。第二种方法涉及使用成像算法例如Srnka所描述的，其中使用基于波动方程的算法将所采集的数据转换为包含目标特征的模型。这些处理技术，将被本领域技术人员很好的理解，其进一步在Srnka中论述。
应当理解，前述的内容仅仅是本发明具体实施例的详细说明。也可以使用其它实施例，并且在不脱离本发明精神或范围的情况下，可以根据在此所公开的内容对所公开的实施例作出各种改变。此外，上述实施例中的每一个实施例都在本发明的范围之内。因此，前述描述，并不意味着对本发明的范围进行限制。而是，本发明的范围仅由所附的权利要求书及其等效范围确定。
权利要求
1.一种模拟电磁源信号的方法，包括以下步骤a)在第一激励位置上定位一个偶极子源，所述第一激励位置对应于所述电磁源的第一段；b)激励该偶极子源；c)测量一个或多个接收器位置的电磁信号；d)对于一个或多个额外的激励位置重复步骤a)，b)和c)，所述每一个额外的激励位置对应于所述电磁源的一个额外的段；e)使用所测量的电磁信号来模拟电磁源的信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述的段渐增地实质上包含了所述电磁源的整个长度。
3.如权利要求1所述的方法，其中将被模拟的电磁源是一个径向偶极子源。
4.如权利要求1所述的方法，其中将被模拟的电磁源是一个同心环源。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述的同心环源从六个或更多的模拟径向偶极源进行模拟。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述的模拟过程从所测量的电磁信号的格林函数积分中获得。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述积分在时域中进行。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述积分在频域中进行。
9.如权利要求1所述的方法，其中所测量电磁信号对于相应的源信号被归一化。
10.一种模拟接地同心环源的信号的方法，包括以下步骤a)在第一激励位置上定位一个偶极子源，所述第一激励位置对应于第一径向偶极子源的第一段；b)激励该偶极子源；c)测量一个或多个接收器位置的电磁信号；d)对于一个或多个额外的激励位置重复步聚a，b和c，每一个所述额外的激励位置对应于所述第一径向偶极子源的一个额外的段；e)使用所测量的电磁信号来模拟所述第一径向偶极子源的信号。f)对至少五个另外的径向偶极源重复步骤a，b，c，d和e。g)使用径向偶极子源的模拟信号来模拟所述接地同心环源的信号。
11.一种成像地下岩层的方法，包括以下步骤a)计算聚焦在岩层上的接地电磁同心环源的内外半径；b)使用该半径计算对应于所述环源的径向电偶极子的长度；c)使用该径向电偶极子的长度来确定径向偶极子源的长度；d)将径向偶极子源定位在沿环源的半径的第一位置；e)激励偶极子源；f)测量一个或多个接收器位置的电磁信号；g)对于径向偶极子源沿半径的一个或多个额外的位置重复步骤d，e和f；h)使用所测量的电磁信号来计算一个对应于半径的虚拟径向偶极子源的信号；i)对环源的至少五个另外的半径重复步骤d，e，f，g和h；以及j)使用虚拟径向偶极子的信号对所述岩层成像。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述岩层的成像使用从利用格林函数的互反条件产生的虚拟源结构来产生。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述岩层在两个或多个深度成像，所述每一个深度对应于一组特定的虚拟同心环源，其中使用对应于所述每一组虚拟同心环源的虚拟径向偶极子的信号对在相应于所述虚拟同心环源的深度上的所述岩层成像。
14.一种改变偶极子源的中心聚焦区的方法，包括以下步骤a)顺序使用实质上沿着线性偶极子源的整个长度的偶极子源来采集电磁数据以模拟所述线性偶极子源；b)对于第一中心聚焦区使用所述数据的第一组合对地下成像；c)对于另外的中心聚焦区重复步聚b)一次到多次来对地下成像。
全文摘要
一种使用一个或多个偶极子源(100－120)来模拟电磁源信号的方法。在对应于该电磁源(110)的一段(102)的激励位置上定位一个偶极子源。激活该偶极子源(112)并在一个或多个接收器位置(114)记录电磁信号。对于和电磁源(116)的另外段对应的另外的激励位置重复该过程。对从偶极子源激励位置序列中得到的数据进行处理以确定该电磁源(120)的模拟信号。
文档编号G01V3/12GK1552035SQ02817365
公开日2004年12月1日 申请日期2002年8月28日 优先权日2001年9月7日
发明者伦纳德·J·瑟恩卡, 詹姆斯·J·卡拉佐尼, J 卡拉佐尼, 伦纳德 J 瑟恩卡 申请人:埃克森美孚上游研究公司