对术语，其被用来表明钻孔的深度小于处在1500米到3000米或更深的范围内的 断裂的深度位置。HED接收器18被布置在表面17上（例如z轴上的Om处）。HED表面接 收器18可以是商用多瞬态电磁（MTEM)接收器，或者是使用在油气或采矿勘测应用中的任 何类型的商用电磁（EM)接收器。
[0020] 图2示出了根据本发明的一个实施例的断裂所处的深度处（例如大约2200米处） 的模拟深度剖面20的剖面图。深度剖面20的垂直轴（y轴）代表沿着深度剖面20的NS 方向的距离。深度剖面20的水平轴（X轴）代表沿着深度剖面20的东-西（EW)方向的距 离。NS深度剖面10在其中被表示为线10。模拟井12也被表示在图2中。模拟断裂区块 14也被示出在深度剖面20中并且由一个椭圆形定界。模拟断裂区块14由具有大约740米 长度的一个椭圆区段近似。
[0021] 在一个实施例中，可以通过经由井将导电流体注入到岩层中来产生断裂区块14， 所述导电流体通过取代自然存在于岩层内的孔隙、裂缝和断裂中的导电性较低的流体而提 高了断裂岩层的电导率。可以利用等效介质（equivalent media)理论来计算在X、Y和 Z方向上具有给定断裂密度的一定岩石体积的各向异性电导率，此类理论的一个实例是由 Berryman和Hoversten发展的理论。
[0022] 为了在使得岩层断裂（例如水力压裂岩层）之后随着断裂区块属性的改变找到并 确定所述属性，必须由所述改变产生相对较大的响应。为了携带足以通过任何逆成像方法 进行定位和区分的信息，所测量的响应必须大于所测量的响应中的任何其他噪声源。虽然 在这里使用了术语"水力压裂"（"hydro-fracturing"或"hydro-fracking"），但是所述断 裂不限于水力压裂。实际上可以使用任何类型的断裂机制在岩层内产生或生成断裂，其中 包括而不限于水力压裂、液体压裂、振动断裂、爆炸断裂等等。
[0023] 在一个实施例中，通过作为在关闭向VED源16供能的传送器中的阶梯函数之后的 时间的函数计算来自VED源16的HED响应，模拟HED接收器18的响应。实施两项计算。计 算断裂（例如水力压裂）之前的系统VED-HED对未受扰动的背景的第一响应R1，其中不存 在断裂区块。随后确定如图1和2中所示的在断裂（例如水力压裂）之后存在断裂区块的 情况下的第二响应R2。随后将所述两项响应（第一和第二响应）求差（R2-R1)，并且可以 例如使用等式（1)作为空间和时间的函数计算百分比改变（C)。
[0024]
【主权项】
1. 一种用于检测岩层中的断裂或断裂区块的表面电磁（EM)勘探系统，所述系统包括： 电磁源，其被配置成在岩层的附近或其表面处生成电磁场，其中所述电磁源包括设置 在所述表面附近或者设置在所述表面处的一个或多个电偶极源，以生成基本上垂直的电 场； 与电磁源相关联的电磁接收器，所述电磁接收器被配置成测量岩层表面处的电磁场的 分量；以及 处理器，其被配置成把在电磁接收器处测量的电磁场的所测分量转换成电磁源的每单 位磁矩的电磁场响应，其中所述电磁场响应提供关于所述断裂或断裂区块的特性参数的信 息。
2. 根据权利要求1的系统，其中，所述一个或多个电偶极源被垂直地布置在岩层内的 距离表面的浅深度处。
3. 根据权利要求1的系统，其中，所述电磁源包括水平地布置并且围绕中心点径向地 指向的多个电偶极源，从而在所述中心点下方产生基本上垂直的电场。
4. 根据权利要求1的系统，其中，所述断裂或断裂区块的特性参数包括所述断裂或断 裂区块的指向、所述断裂或断裂区块的位置、所述断裂或断裂区块的大小、或者所述断裂或 断裂区块的范围、或者其任意组合。
5. 根据权利要求1的系统，其中，所述电磁接收器包括被配置成在时域内或者在频域 内进行测量的一个或多个电场或磁场接收器。
6. 根据权利要求1的系统，其中，所述电磁接收器被配置成在使得岩层断裂之前测量 所述电磁场的分量以获得第一电磁响应，并且在使得岩层断裂之后测量所述电磁场的分量 以获得第二电磁响应，其中使得岩层断裂包括将导电流体注入到岩层中，以通过取代自然 存在于岩层内的导电性较低的流体来提高岩层的电导率。
7. 根据权利要求6的系统，其中，所述电磁源和电磁接收器被布置在一条线内，所述 电磁源和电磁接收器被沿着这条线移动，其中由电磁接收器接收的电磁场的分量沿着这条 线。
8. 根据权利要求6的系统，其中，所述电磁源和电磁接收器被布置在与沿其移动所述 电磁源和电磁接收器的线基本上垂直的一条线中。
9. 根据权利要求1的系统，其中，所述电磁场响应提供关于断裂区块几何结构的信息， 包括指向、范围或密度或者其任意组合。
10. -种用于利用表面电磁（EM)勘探系统检测岩层中的断裂或断裂区块的方法，所述 方法包括： 利用电磁源在岩层的附近或其表面处生成电磁场，所述电磁源包括设置在所述表面附 近或者设置在所述表面处的一个或多个电偶极源，以生成基本上垂直的电场； 利用与电磁源相关联的电磁接收器测量岩层表面处的电磁场的分量；以及 利用处理器把在电磁接收器处测量的电磁场的所测分量转换成电磁源的每单位磁矩 的电磁场响应，其中所述电磁场响应提供关于所述断裂的特性参数的信息，其中所述断裂 或断裂区块的特性参数包括所述断裂或断裂区块的指向、所述断裂或断裂区块的位置、所 述断裂或断裂区块的大小、或者所述断裂或断裂区块的范围或者其任意组合。
11. 根据权利要求10的方法，其中，利用电磁源生成电磁场包括利用被垂直地布置在 岩层内的距离表面的浅深度处的一个或多个电偶极源生成基本上垂直的电场。
12. 根据权利要求10的方法，其中，利用电磁源生成电磁场包括利用水平地布置并且 围绕中心点径向地指向的多个电偶极源生成基本上垂直的电场，从而在所述中心点下方产 生基本上垂直的电场。
13. 根据权利要求10的方法，其中，所述测量包括通过电磁接收器在使得岩层断裂之 前测量所述电磁场的分量以获得第一电磁响应，并且在使得岩层断裂之后测量所述电磁场 的分量以获得第二电磁响应，其中使得岩层断裂包括将导电流体注入到岩层中，以通过取 代自然存在于岩层内的孔隙、裂缝和断裂中的导电性较低的流体来提高岩层的电导率。
14. 根据权利要求13的方法，还包括将电磁源和电磁接收器布置在沿其移动所述电磁 源和电磁接收器的一条线内，由电磁接收器接收的电磁场的分量沿着这条线。
15. 根据权利要求13的方法，还包括将电磁源和电磁接收器布置在与沿其移动所述电 磁源和电磁接收器的线基本上垂直的一条线中。
【专利摘要】本发明提供了一种用于检测岩层中的断裂或断裂区块的表面电磁勘探系统和方法。所述系统包括电磁源，其被配置成在岩层的附近或其表面处生成电磁场。所述电磁源包括被设置生成基本上垂直的电场的一个或多个电偶极源。所述系统还包括：与电磁源相关联的电磁接收器，所述电磁接收器被配置成测量岩层表面处的电磁场的分量；以及处理器，其被配置成把在电磁接收器处测量的电磁场的所测分量转换成电磁源的每单位磁矩的电磁场响应。所述电磁场响应提供关于所述断裂或断裂区块的特性参数的信息。
【IPC分类】G01V3-38, G01V3-08, G01V3-12
【公开号】CN104737035
【申请号】CN201380053718
【发明人】G·M·霍弗斯滕, D·L·阿伦鲍
【申请人】雪佛龙美国公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年11月14日
【公告号】CA2885065A1, US20140239956, WO2014133607A1