专利名称：利用多个频率空间上解释电磁数据的方法
技术领域：
0002本发明一般涉及地球物理勘探领域，并且更具体地是，涉及电 磁勘探领域。特定地，本发明是一种数据解释方法，所述数据是由近海 环境中的受控源电磁勘测所采集的(其中受控电磁发射器拖拽在固定于 海底的电磁接收器上)。
背景技术：
0003在受控源电磁("CSEM")勘探中，电场和磁场由接收器测量， 之后分析该电场和磁场以确定表面或海底之下地表结构(地面下地层) 的电阻率，因为电阻率与孔隙中流体类型和饱和度强相关是公知的。参 见例如，Srnka的美国专禾U6,603，313号。
0004在碳氢化合物存在时，储层的体电阻率经常明显增加。这种增 加在百分之一百到一千的量级。然而，仅仅只有增加的地层电阻率不能 唯一指示碳氢化合物。例如，碳酸盐、火山岩、和煤也有可能是高阻抗 的。然而，高地层电阻率与势阱的空间相关性可以提供石油或燃气存在 的较强证据以及有关其浓度的有价值信息，所述空间相关性由地震或地 震属性数据反映。
0005近期的CSEM勘测显示，地表浅层电阻率会掩盖地表中埋藏较深 的阻抗性碳氢化合物的电磁响应(错误否定)。相反地，浅层电阻率会 被曲解为指示存在较深储层电阻率(错误肯定)。
0006解释海洋受控源电磁(CSEM)数据的传统方法是将实验观测到 的电磁响应与特定频率(典型地l/4Hz)处巳选择的参考实验相比。参考
实验假定代表背景电阻率；其他位置上的观测数据和参考数据之间发现
的任何差异解释为电阻率异常(S. Ellingsrud et al.， 7Tze ￡eaAwg 21, 972-982, Oct. 2002)。选择频率以产生储层深度处电阻率异常的最佳响应。 不幸的是，该频率对较浅层异常也敏感，而这些较浅层异常会掩盖(或 被误当作)较深层异常。
0007例如，图1显示综合海洋CSEM勘测实例中的电阻率异常，其中 1/4Hz频率用于l欧姆米的背景电阻率。参考实验定位在无电阻率异常的 地质向斜/向斜层中的4。异常是相对所述参考定义的。如果接收器记录的 电磁响应接近参考接收器记录的数据，则在接收器位置呈现一个三角形 符号。圆形符号表示数据看起来比参考有更好的传导性，而方形符号表 示数据看起来比参考数据有更大的阻抗。菱形到六边形到星形符号递增 地显示相对于参考接收器的异常高阻抗表现。异常图的方位物或突出特 征(prominent feature) l对应于6欧姆米的非常浅层电阻率异常(通道由 低饱和气体填充)。较深但仍相对浅的石油区域(40欧姆米异常)在2可 见，但所述较深主要区域3被所述浅层异常叠加完全掩盖。注意在实际 操作中，优选利用彩色定标来呈现电阻率差异。
0008本领域从业者公知的是电磁场数据的穿透深度依赖于信号频率。
数据的振幅在距离"SO琳/ff时减弱到l/e (e为自然对数的底数)，其 中R是单位为欧姆米的电阻率，f是单位为赫兹的频率，5是单位为米的趋 肤深度。高频电磁数据从源迅速衰减，且对深度异常不敏感。低频数据 衰减较少且可穿透较深层，其对浅层和深层电阻率结构都敏感。参见例 如,Keller, G. V.禾口Friscknecht, F. C.， ￡7ec/,,'c<7/ 7We〃70fife /." C7eo/ / jw.c"/ 尸m^ecri"g r邀錄A激遭学激叛^游敏学方法J ， Pergamon Press,卯-196和 299-353 (1966); Olm， M.C., E7eC'owag"ert.c Sca/e Afode/ 5Vwtfy o/ Ae Z)wa/ /,e Me"cy "^erew"'"g r"/7m々we OT^^分发术^凌^^薪^":^,秀^MSc. A&s7、 Co/oraob iSWzoo/ M/"es， Pergamon Press, N. Y. (1981); Kaufmann， A. A.禾口 Keller, G. V., F/^wewqy朋d Jhms/eW /SbwwW"g^ f凝 率^7凝^^^P , Elsevier, N. Y.， XVII-XXI, 213-314， 411-450, 621-678 (1983); B. R Spies, Geo/ /zjwh 54， 872- 888 (1989); Zhdanov, M. S，禾口 Keller, G. V.， r/ze Geoe/ecWca/Me^oiis1 z," Geop/z戸'ca/五xp/orado" f邀球激谬学勘,0游邀培方法;> ，Elsevier, N. Y., 347-450， 585-674, 692-701 (1994)。这些资料来源是电磁学从业者的标准参考；然而，这些几乎不包 含海洋环境中的CSEM探测技术，且其中也没有讲授如何在海洋CSEM勘 测中通过较深电阻率目标的电磁响应确定较浅电阻率结构的影响。本发 明满足此需求。
发明内容
0009在一个实施例中，本发明是一种数据处理方法，其用于在地下 区域电磁勘测中降低浅层电阻率结构的掩蔽效应，包括(a)选择在第一 源频率生成的第一组勘测数据，所述第一源频率选择为只穿透所述浅层 电阻率结构；(b)选择与低于所述第一源频率的第二源频率相对应的第二 组勘测数据，从而揭示所述地面下区域较深处存在的电阻率结构和所述 浅层电阻率结构；(c)通过利用在所述第一源频率生成的勘测数据组来求 解电磁场方程组，计算所述浅层电阻率结构；和(d)利用所述计算出的浅 层电阻率结构和来自所述第二勘测的所述电磁数据，从较深处响应中区 分浅层响应。
0010步骤(c)可通过迭代模型正演或反演来实施。在一些通过模型正演 实施步骤(c)的实施例中，利用以下步骤(a)假定一个初始浅层电阻率结构； (b)利用电磁场方程和所述假定的浅层电阻率结构计算在所述第一源频率的 所述勘测的理论电磁响应；(c)将所述计算出的响应和所述第一勘测数据组 比较；和(d)根据需要调整所述假定的浅层电阻率结构并重复步骤(b)-(d)， 直到所述计算出的响应与所述第一勘测数据组在预先选定的公差内一致。 在步骤(c)的反演方法中，在一些实施例中，浅层电阻率结构通过在所述第 一源频率反转电磁波方程组预测得到，以求解对应于从所述第一勘测得出 的探测参数和电磁数据组的电阻率结构。
0011在一些实施例中，本发明产生一个消除或降低了浅层电阻率影响 的二维异常图。在一些实施例中这是通过以下方式实现的(a)利用电磁场 方程和所述计算出的浅层电阻率结构，计算在所述第二源频率的所述勘测 的理论电磁响应；(b)将所述计算出的电磁响应和第二勘测数据组比较，以 消除所述浅层电阻率结构对所述第二勘测数据组的影响。
0012在其他实施例中，电阻率结构可生成为深度的函数，其分辨率取 决于可获得电磁勘测数据的源频率的数量和分布。在一些实施例中，这是 通过利用计算出的浅层电阻率结构(如上文所述获得)和估算出的较深电
阻率结构以及以下这些步骤来实现的(a)采用所述计算出的浅层电阻率结
构并用估算出的较深电阻率结构补充该电阻率模型，以生成覆盖浅层和较
深区域的假定电阻率模型；(b)利用所述电磁场方程组和所述假定电阻率模 型计算在第二源频率的所述勘测的理论电磁响应；(c)将所述计算出的响应 与所述第二勘测数据组相比较；和(d)根据需要调整所述假定电阻率模型并 重复步骤(b)-(d)，直到所述计算出的响应与所述第二勘测数据组在预选择的 公差内一致。这一程序提供了对应于所述第一和第二源频率趋肤深度的两 个深度区域的电阻率模型。更多区域和更好分辨率可通过获得额外源频率 勘测数据并通过重复该程序来实现。
0013本发明及其优点通过査阅下面的详细说明和附图将更容易理解， 附图中
图1说明由浅层异常掩盖的深层电阻率异常；
图2说明由本发明方法处理后图1中相同的电阻率异常； 图3是流程图，其显示本发明的一个实施例的主要步骤；和
图4是流程图，其显示如何在本发明方法中利用反演来代替模型正演。0014将结合其优选实施例来描述本发明。然而，在某种意义上来说， 后面的具体实施方式
对于本发明的特定实施例或特定使用是特殊的，这 仅仅是说明性的，而不应理解为对本发明范围的限制。相反，如所附的 权利要求所定义的，其旨在涵盖所有包含在本发明的精神和范围内的替 代品、改进和等价物。
具体实施例方式
0015本发明提出一种以级联方式解释在不同频率的电磁场数据的方法。 其顺序利用一定范围内的频率来确定较浅电阻率结构在海洋CSEM勘测中 对较深电阻率目标的电磁响应的影响。其降低了解法的非唯一性，并加强
不同深度电阻率异常的辨别。可通过模型正演(图3所示一个实施例)和 反演(图4所示一个实施例)来应用。
0016高频率数据(典型地高于1.5Hz)对浅层电阻率结构非常敏感。 (因为趋肤效应，高频率辐射不能穿透超过浅层深度。)参考图3的流程 图，潜在浅层阻抗体可从地震数据301中画出302，若失败，直接从电磁 数据中画出(图3中未给出)。通过将所述电阻率结构与来自地震反射、 折射或发射数据所识别的地质结构联合，然后利用一个或多个公知的方 法(例如地震阻抗与电阻率的关系)估算在地震识别结构中的电阻率值， 从地震数据解释中获得原始浅层电阻率结构。可选地，初始浅层电阻率 是猜出的，或者如果可得到的话可从测井资料中估算。模型的电磁响应 302 (背景电阻率和浅层电阻异常)通过这种一维、二维或三维(图3显 示三维)仿真代码生成303，所述仿真代码作为软件产品由电磁模拟和反 演协会(Consortium for Electromagnetism Modeling and Inversion (CEMI， 犹他大学))或Sandia国家实验室(Sandia National Laboratories) (iVe術wa"
Zwerw'o" o" Afaw/v^y尸ara〃e/ Ccwpwfera (大夫见t莫并fiH十算机三维电磁丰莫 拟禾口反演),5"""t/z.a 7 e/ oW iS^iVZ)9(5-( 552 TVa/Zcwa/丄a6oraton,es
"M^)开发。实质上，嵌入计算机程序或模块用于实际效用的技术将源 位置、源波形、接收器定位和电阻率形式的输入信息作为探测地下区域 位置的函数，并求解麦克斯韦方程组，以便为每个源位置在接收器位置 产生电场和磁场作为结果(有时称作电磁场响应)。尽管计算精密复杂， 但本技术领域技术人员无需进一步的指导就可以知道如何利用方法以实 施。仿真高频率数据与观测到的高频率电磁场数据304 (实际数据)比较 305。模型中浅层电阻率302可被减弱或增加以更好的符合实际数据。环 路302到305重复，直到仿真和实际数据间达到良好一致。为降低解法的 非一致性，优选利用尽可能多的数据电场和磁场在线数据(接收器靠 近发射器拖拽线)和离线数据(接收器远离发射器托拽线)。0017
一旦高频率仿真和真实数据之间达到良好一致305，对应的电阻 率模型306在下一组低频率被仿真。按照本发明，该仿真307产生参考电 磁数据，与真实低频率数据308比较。任何差异都对应于真实、较深电阻
率异常(即不能由浅层地质解释说明的东西)，并且可绘制成异常图，
例如图2。低频率处的异常图309则有意义。图2示出了在应用本发明方法
之后，即从观测到的电磁场数据中移除计算出的浅层影响之后，图l的数
据。图2的异常图显示当较浅层、无用异常l的印记被移除之后的较深油 田的区域3 (未被六边形或菱形符号表现出来的)。中间深度的油田2(太 深以至于不作为浅层异常考虑，也不包含在模型306中)仍然可见。首先 调整浅层电阻率，之后在低频率处仿真结果以解释真实低频率数据，上 述处理进程比起由通过忽略循环302到305和只关注低频率信息所得，明 显改进了较深异常的绘图。
0018在图1和图2中，低频率的振幅数据通过参考数据标定。这种标 定是本发明在产生图2的异常图的特定实施例中如何移除浅层异常的掩 蔽效应l。在该实施例中，标定通过将在所给x、 y位置的所观测的振幅308 除以相同位置的仿真振幅307来实现。除了简单的相除，对于本领域技术 人员很显然可用用其他方式。在图l的传统手段中，用来除测量数据以定 标的参考振幅是在单一位置得出的测量结果，S卩，参考信号被假定为恒 定背景且不依赖于位置。因此，在两幅图中，不同符号代表的数量是无 维度的数量。如果在图1和2中用彩色标定代替不同符号来代表电阻率， 则选择红色来指示真实数据比参考更强阻抗。从事CSEM工作的技术人员 将明白如何确定测量数据是否指示比对应的参考具有更大还是更小阻 抗。本质上，更多信号表示与更高阻抗对应的更少衰减。黄色可以表示 比参考更强阻抗，但低于红色。蓝色可以指示比参考更小阻抗。例如， 有盐水饱和沉淀物的盐丘附近地区可以显示为蓝色。可选择白色来指示 测量振幅和参考振幅比例大约一致，即，观测数据与参考数据相同且没 有电阻率异常。其他色彩可以用来完成可能在图中彩色定标所指示的阻 抗振幅范围。在图1和图2中电阻率标定利用同一刻度，尽管这不意味着 定量测定应从图2中得出。在图中，浅层结构1与较深结构2部分重叠(结 构2更深)。每个结构是有阻抗的并利用图l的参考显示六边形符号。但 是，在图1中，公共地区异常(六边形)都归因于浅层结构1和较深结构2。 图2中，浅层电阻(即图l)影响被移除，剩余异常归因于较深层电阻。 因为结构2阻抗较高(比结构l阻抗大的多)，异常仍以六边形呈现。
0019然而图2是二维图。可通过将图2与图1比较推断出，阻抗体3处 于比阻抗体l更深位置，但图2不能预测异常3有多深。在图2中，油田3看 起来比油田2小，然而事实上其更大。因为它更深，所以其电磁响应就更 小。本发明方法可超越产生例如图2的图的异常绘图309，并估算深异常 中电阻率的的区域、深度和振幅，即，可估算电阻率的整个三维容量， 解释说明所有频率的实际观测数据。更深地震解释310可通过与步骤301 和302描述类似的方式，建立较深阻抗体311的几何形状(浅层电阻率结 构306是高频率迭代分析的结果)。深层潜在异常中的初始电阻率一般可 从特定区域井控制(regional well control)中推断，但井信息不是必要的。 仿真低频率数据312将与观测到的低频率数据308相比较313。然后深层电 阻率值被调整到更适合真实数据。重复循环311到313直到在仿真和真实 数据间达到良好一致。然后，最终电阻率结构314是观测到数据的良好解 释说明。
0020如果可得到非常低的源频率，处理进程可为日益增多的更低频 率和更深目标重复，但考虑到当前CSEM源波形的窄频率带宽， 一个两 步骤处理进程一般就足够了。所述处理进程类似于地震学和重量测定中 的分层剥采手段，但物理和控制方程组完全不同。
0021上面描述的向下延拓建模方法(由解释人员执行的模型正演以 及仿真数据和真实数据的比较，见步骤305和313)是耗时的迭代处理进 程。其可通过一维、二维、或三维反演来完全自动操作。基本上，循环 302-305和311-313 (图3)的反复试验是自动操作完成的。对于反演编码， 见例如，iVewwaw C7.vl， ^4/wm6awg/z ￡)丄，T7zree d/me"w'o""/￡7ecfTOW<2g"e^'c M (ie/一朋d /"ve^y/ow o" Ma肌've/少尸flra〃e/ Com/ 她^y, (Sawfta i e/ or/ &47VD^5-Sa"&'a/Va"om7/丄Woraton^ (75^0。为减少结果的非唯一 性，推荐利用尽可能多的信息(电场和磁场，靠近发射器线的接收器， 和远离发射器线的接收器)。类似模型正演，反演可在一维、二维或三 维完成；图4的流程图表示三维反演，其给出最佳结果，但耗时和花费最 大。
0022真实高频率数据401首先被反演402以估算浅层电阻率结构403 (通常降低到最低高频率数据的透入深度的2或3倍)。本领域技术人员
将认识到嵌入到有现实效用的软件程序或模块的反演技术402，解决了在
步骤303由模型正演模块或程序的反演问题。换句话说，它用输出量(作 为位置的函数的电场和磁场成分)来求解303的输入变量(电阻率结构)。0023所得到的浅层电阻率模型403之后用于作为初始模型或约束低频 率数据404反演。尽管优选有一些重叠(典型的最小高频率的透入深度的 一半)，低频率反演405在比高频率反演较深层的窗口实施(即，浅层结 构403不允许改变)。反演结果是三维电阻率模型406，其可显示反演窗 口之间分界线处的一些非地质粗糙度。可选地，可用高频率数据401和低 频率数据404运行最终反演407，以确保最终电阻率模型408和所有数据一 致。由于起始模型406应靠近最终解答，这个最终步骤通常很快。本领域 技术人员将理解反演402、 405、和407必须以许多方法来实施，即反复试 验。因此，对答案的良好的首次猜测会加速处理进程。然而，关键点是 在本发明模型正演实施例中，由反演算法实施的迭代循环(图4中未给出) 可不需人工干预及电阻率结构的后继调整而令人满意地实施，所述不是 步骤305和313的情形。为简单化说明，说明方法描述成利用两个频率组 的实施例，更低频率数据组和更高频率数据组。然而，如果记录的频谱 足够宽，反演循环404-406可在更低频率再次运行。优选可得到的最宽频 谱来降低反演后电阻率深度图像的非唯一性。典型的，CSEM源波形有一 个大约十倍的带宽，即，有明显关联振幅的最高频率成分(在傅立叶分 解中)有约十倍于最低频率成分频率的频率。为利用现有源得到更宽的 带宽(富含更高或者更低频率的)，勘测需要以不同的波形重复若千次。 对于勘测在不同深度间隔的目标可以重复多少次，经济情况是一个限制 因素。
0024前面的描述涉及本发明的特殊实施例，其旨在示例说明目的。 然而，对本领域技术人员显而易见的是，对此处描述的实施例可作出各 种改进和变化。所有这些改进和变化都在本发明的范围内，如所附权利 要求所定义的那样。
权利要求
1.一种数据处理方法，其用于降低在地面下区域电磁勘测中浅层电阻率结构的掩蔽效应，所述方法包括(a)选择在第一源频率生成的第一勘测数据组，所述第一源频率被选择为只穿透所述浅层电阻率结构；(b)选择对应于低于所述第一源频率的第二源频率的第二勘测数据组，从而揭示所述地面下区域的较深电阻率结构以及所述浅层电阻率结构；(c)通过利用所述第一源频率生成的勘测数据组来求解电磁场方程组，计算所述浅层电阻率结构；和(d)利用计算出的浅层电阻率结构和来自第二勘测的电磁数据，以从较深响应中区分浅层响应；
2. 如权利要求l所述的方法，其中所述浅层电阻率结构预测如下(a) 假定一个初始浅层电阻率结构；(b) 利用电磁场方程和假定的浅层电阻率结构为所述第一源频率的所述 勘测计算理论电磁响应；(C)将计算出的响应和所述第一勘测数据组比较；和(d)调整所述假定的浅层电阻率结构，按需要重复步骤(b)-(d)，直到所述 计算出的响应与所述第一勘测数据组在预选择公差内一致。
3. 如权利要求1所述的方法，其中所述浅层响应通过如下方法从所述 较深响应中区分开(a) 利用电磁场方程和所述计算出的浅层电阻率结构为所述第二源频 率的勘测计算理论电磁响应；和(b) 将所述计算出的电磁响应和所述第二勘测数据组比较，以移除由所 述浅层电阻率结构引起的对所述第二勘测数据组的影响。
4. 如权利要求2所述的方法，其中所述初始浅层电阻率结构通过将所 述电阻率结构与来自地震反射、折射或发射数据所识别的地质结构联合，之后通过相互关联地震阻抗估算地震辨别结构中的电阻率值，从地震数据 解释获得。
5. 如权利要求1所述的方法，其中所述浅层电阻率结构通过如下方法 预测在所述第一源频率反转电磁波方程组以求解电阻率结构，该电阻率 结构与来自所述第一勘测的获得参数和电磁数据组相对应。
6. 如权利要求l所述的方法，进一步包括利用所述计算出的浅层电阻 率结构和估算出的较深电阻率结构，为所述地面下区域计算依-赖深度的电 阻率结构；所述依赖深度的电阻率结构包含与所述第一和第二源频率的趋肤深度相对应的至少两个深度地域。
7. 如权利要求6所述的方法，其中所述依赖深度的电阻率结构的计算 包括(a) 采用所述计算出的浅层电阻率结构，并用估算出的较深电阻率结构 补充该电阻率模型，以生成覆盖浅层和较深区域的假定的电阻率模型；(b) 利用所述电磁场方程组和所述假定的电阻率模型，计算在所述第二 源频率的勘测的理论电磁响应；(c) 将所述计算出的响应与所述第二勘测数据比较；和(d) 调整所述假定的电阻率模型，根据需要重复步骤(b)-(d)，直到所述计 算出的响应与所述第二勘测数据组在预选择公差内一致。
8. 如权利要求6所述的方法，其中所述估算出的较深电阻率结构通过 将所述电阻率结构与从地震反射、折射或发射数据所识别的地质结构联合， 之后通过相互关联地震阻抗估算而在地震识别结构中的电阻率值，从地震 数据解释获得。
9. 如权利要求6所述的方法，其中所述依赖于深度的电阻率结构以如 下方法计算出在所述第二源频率反转电磁波方程组，以求解电阻率结构， 所述电阻率结构与来自所述第二勘测的获得参数和所述电磁数据组相对 应。
10. 如权利要求6所述的方法，迸一步包括选择与第三源频率相对应的 第三勘测数据组，向所述计算出的依赖于深度的电阻率结构增加第三深度 地域，从而改进地面下电阻率结构的深度分辨率。
11. 如权利要求10所述的方法，进一步包括重复所描述处理进程以增 加至少一个额外深度区域。
12. 如权利要求3所述的方法，其中通过利用所述计算出的浅层电磁响 应将所述浅层电阻率结构影响从所述第二勘测数据组移除，以逐个位置标 定所述第二勘测数据组。
13. 如权利要求12所述的方法，其中标定的第二勘测数据组与侧面位 置对比在图上画出，利用彩色定标来代表标定数据。
全文摘要
本发明公开了一种方法，其在电磁勘测数据中移除浅层电阻率结构的效应，以创建一个低频率电阻率异常图，或可选地在其合适的深度层反映电阻率结构。本方法包含用模型正演或反演求解麦克斯韦电磁场方程组，要求至少两组勘测数据，一组在选择用以穿透目标深度的源频率处获得，另一组在能够只穿透浅层深度的较高频率处获得。
文档编号G01V3/00GK101194184SQ200680006482
公开日2008年6月4日 申请日期2006年2月23日 优先权日2005年3月7日
发明者D·A·帕福洛夫, J·J·卡拉左尼, O·M·布尔兹 申请人:埃克森美孚上游研究公司