专利名称：Mtem参数的优化的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于估计地球对于电磁脉冲的响应从而来探测含烃地层与含水地层(water-bearing)的多瞬态电磁(MTEM)测量技术。特别是，本发明涉及多瞬态电磁(MTEM)测量的参数的优化方法。
背景技术：
多孔岩石浸透了液体。该液体可能是水，气，油或者三者的混合物。地球中电流的流量由这些岩石的电阻率决定，该电阻率受渗透液体影响。例如，渗透盐水的多孔岩石的电阻远小于浸透了烃类的相同多孔岩石。通过测量地质构造的电阻率，可以确定是否有烃类存在。这是很有用的，因为如果使用其他方法例如地震探测的测试显示地质构造潜在地含有烃类，可在钻孔之前利用电阻率测量来提供关于地质构造是否实际上包括烃类或者是否主要含水的指示。
一个基于电阻率技术确定烃类的实例中使用了时域电磁技术。常规的，时域电磁勘测使用发射器和一个或多个接收器。该发射器可以是电源，也就是是接地的双极，或者磁源，例如单线圈或者多线圈中的电流。接收器可以是用于测量电势差的接地双极，或者用来测量磁场和/或磁场的时间导数的单线圈、多线圈或者磁力计。所发射的信号通常由电源或磁源中电流的阶式变化形成，但是可能使用任何瞬时信号，例如，伪随机二进制序列(PRBS)。伪随机二进制序列(PRBS)是一个在伪随机时刻在两个电平间转换的序列，这些时刻是基本时间步长Δt的整数倍。伪随机二进制序列(PRBS)的转换频率为fs＝l/Δt，伪随机二进制序列(PRBS)具有宽的频率带宽，其上限为转换频率fs的一半。
近年来，研究出的一种基于多信道瞬态电磁信号的新的测量技术发展良好。文章“Hydrocarbon detection and monitoring with a multichannel transientelectromagnetic(MTEM)survey”，Wright，D.，Ziolkowski，A.和Hobbs，B.，(2002)，The Leading Edge，21，852-864，描述了多信道瞬态电磁方法。在该情况中，有通常为电流的电源作用在一对接地电极之间，还有接收器，通常测量线路上电极间的电势差。同样在WO03/023452中也有描述。
多瞬态电磁测量生成某方面类似于地震反射波和地震折射波数据的地球物理学数据。然而，地球中电流的扩散实质上不同于声波在相同地球中的传播，并且所产生的响应完全不同，特别是响应的偏移和过载电阻率的变化轮廓。MTEM测量技术的目的是得到地下电阻率变化的布局图。产生这种布局图的能力完全依靠所进行的测量的质量。本发明意识到这一点并且建立了用于MTEM数据质量控制的框架来获得用于后续处理和反演制作地下电阻率布局图的优质数据。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种优化电磁测量的方法，包括在电流双极源上施加电流，在一个或多个电压双极接收器上接收信号，并且记录该接收信号，其特征在于该方法涉及作为源-接收器间距的函数变化一个或多个获得参数。
本发明的实现在于MTEM测量的优化数据获得参数能够作为源-接收器间距的函数明显变化。这是先前没有意识到的。这种实现允许优化测量参数的选择，这里先前仅仅使用经验和推测因素。这一点在本领域是明显的进步。
变化的获得参数可能是在源处的转换频率fs和记录系统中的采样频率fr中的至少一个。转换频率fs和采样频率fr与源-接收器间距的平方成反比，因此，在这种情况下，改变转换频率和/或采样频率的步长可能与源-接收器间距的平方相反地变化。
源电极间的间距和接收器电极间的间距可以是变化的，优选的作为目标测量深度的函数。
根据本发明的另一个方面，提供了电磁测量系统，包括电流双极源，一个或者多个电压二元电极接收器，和记录接收到的信号的记录器，其特征在于由源和/或每一个接收器使用的一个或多个获得参数被选作源-接收器间距的函数。
获得参数可能是在源处的转换频率fs和记录系统中的采样频率fr中的至少一个。转换频率和/或采样频率可能被选择为与源-接收器间距的平方相反。
优选地，提供多个接收器并且源可操作的用来提供多个不同频率的电流，每一个频率被选作从源到一个接收器的间距的函数。
该源可操作地用来提供在不同带宽范围内的电流信号。作为替换，该源可能包括不同的源，每个源可操作用来以不同频率带宽提供电流。
该电流源可包括至少一个电流双极源。该/每一个电压接收器可包括至少一个电压双极接收器。
源电极间的间距和接收器电极间的间距选作目标探测深度的函数。
本发明的多个方面将通过一个实施例和参考附图来进行详细描述，其中 图1是MTEM源/接收器配置的结构图； 图2是影响MTEM测量的参数图表；以及 图3是作为时间函数的地球脉冲响应幅值的简图。
具体实施例方式 图1示出了典型的MTEM源-接收器配置，具有电流双极源和它的两个电极A和B，和与源在一条直线上的接收器线路，测量接收器电极对间的电压，例如C和D。与每一对接收器电极关联的是记录设备，用来数字化的采样和记录接收到的信号。随时间变化的电流在两个源电极间产生并在每一个接收器中测量并且数字化记录。接收器通常连接到询问接收器并且下载记录数据的计算机。电流输入可能是针对浅度目标的一个简单步骤，更可能是其他函数，例如，伪-随机二进制序列(PRBS)。在每个接收器中测量并记录地球的随时间变化的电压响应。在数据处理中所测量的电压被针对测量的输入电流反卷积，以获得地球脉冲响应。这些响应随后被倒置以获得地球的地下电阻率变量。
数据处理和倒置的质量由源和接收器测量的质量确定。不好质量的数据不能在处理和倒置过程中被校正。因此，必须保证在该区域中得到的数据是足够好的。实际上这由于大量的潜在变化获得参数(参见图2表格)而是一个巨大的挑战。因此，实际上，必须保持一些获得参数是基本恒定的，其他参数的变化要认真控制。
通过下面的方程式可以展示地球响应的峰值电压与获得参数的关系 分母中的因子r5使得在大的源-接收器偏移时很难获得好的信号，特别是如果过载电阻率ρ-从地球表面到目标的平均电阻率-是低的。
为解决目标的顶部和底部，发现最大偏移量必须大约4倍于目标深度；也就是说，rmax≈4d。例如，对于40信道的系统(Nbax＝40)下面的布局参数可以被使用 ·Δxs＝d/10(2) ·Δxr＝d/10(3) ·rmin＝5Δxs(＝d/5)(4) ·rmax＝5Δxs+39Δxr(＝4.4d)(5) 随着目标深度的增加，最大偏移量也增大，根据公式(1)这导致接收器上的电压急剧下降。这种情况在某种程度上被Δxs和Δxr的缩放减轻。为了特殊的目的这些参数通常保持合理的恒定，尽管对于更长的偏移，从公式(5)Δxs≤r最大化Δxs是有利的。然而，其它的参数是更加可变的，这是电流I，源转换频率fs，接收器采样频率fr，PRBS样本数目NPRBS，应答时间TLIST，应答样本次数NLIST，每个周期中记录的样本数NT和在一次运行中记录的周期数NCYC。本发明基于识别这些获得参数中的一些可能随着源-接收器偏移量变化。
电流I 接收信号的强度直接正比于输入地的电流I，并且因而信噪比与电流I成比例。如果信噪比出现问题，特别是在大的源-接收器偏移量的时候，在所施加的电压的范围内最大化源电流的水平是重要的。这可以通过减少在源电极上的地接触电阻来实现。许多公知的方式能够使用，包括使用平行电极，向电极中加水，和添加斑脱土。
源转换频率fs 图3示出了在陆地情况下地球脉冲响应的形态，其中t0是时间断点，或者数据的开始，tPEAK是到达地球脉冲响应的峰值的时间。在t0源脉冲以大约光速穿过地球表面并且几乎瞬时到达接收器。这是空气波。扩散性的地球脉冲响应也遵循这样。接收信号是全部脉冲响应-空气波和地球响应-与输入信号的卷积。从公式(1)中能够看出接收信号的幅值与源转换频率fs成反比。因此，信噪比随着源转换频率fs的下降而上升。这点在大源-接收器偏移量时是尤其重要的。根据上述的，对fs低到什么程度有一个极限转换之间的最小时间Δts与到达地球脉冲响应峰值的时间相比应该小 典型的，我们需要 因此，最好使用仍允许地球脉冲响应峰值与空气波分离的最低转换频率fs。
为了优化测量，并且根据本发明，认识到在所有的偏移量时使用单一转换频率fs不可能得到好的分辨率和好的信噪比。相反地，通常需要随着偏移量变换fs。因而，对于图1中的MTEM测量配置，原则上转换频率fs对于每一个源-接收器对来说是不同的。
在海洋的情况中，“空气波”的波形和发生在陆地情况下的尖脉冲(sharpimpulse)不同。其波形由水深，海洋表面下的源和接收器的深度，及源-接收器的间距决定。原则上海洋数据可能被认作和在陆地的情况是相同的，但是，脉冲式陆地空气波被较长持续时间的波代替，该较长持续时间的波被添加到地球脉冲响应上。
接收器采样频率fr 在所有的源-接收器偏移量时数据理想情况下应该满足两个标准(1)地球脉冲响应的峰值应当与空气波分离-这是浅度特征的分辨率所需要的，和(2)脉冲响应长度TLIST-t0应当大于到达峰值的时间tpeak-t0的四倍；也就是说，TLIST-t0＞4(tpeak-t0)。这是数据倒置以解析目标所必要的。
对于半空间，在这种情况下是地球表面下面的空间，到达峰值的时间随着源-接收器偏移量r(m)的平方增长并与电阻率ρ(ohm m)成反比 在SI单位下常数k的值为4π.10-8。在短的偏移量时，举例来说，rmin，并且对于大的电阻率ρ，这个时间是短的并且需要高接收器采样率。对于长的偏移量，举例来说rmax，脉冲更长并且接收器采样率能够更小。在长偏移量时，信号变弱并且源转换频率fs应当尽量低。
对接收数据过采样没有意义，但是接收数据必须被足够采样，因此，接收器采样率fr必须等于或大于源转换频率 fr≥fs (9) 理想时fr＝fs，但是实际上因为接收器电子器件的限制这是不可能的。如果这样的话，在fr恰好是fs的倍数时就是方便的 fr＝mf1 (10) 其中m是整数。
PRBS样本数NPRBS 在源处PRBS样本数是NPRBS＝2n-1，这里n公知为PRBS的级数。假如源转换频率fs足够低，去卷积后信号幅值的处理增益几乎等于NPRBS或者略大于
为了用最低成本得到足够的数据，使用一个长PRBS并且只记录一个记录。
应答时间TLIST和应答样本数NLIST 去卷积后恢复的脉冲响应必须足够长，也就是说，脉冲响应的可恢复长度必须大于到达峰值的时间的4倍，与上面解释的一样。应答时间和应答样本数定义如下 ·TLIST-t0≥4(tpeak-t0) (11) ·NLIST＝TLIST/fr (12) 每个周期中记录的样本数NT 如果源转换频率和采样率在接收器中是相等的(也就是说如果fr＝fs)，记录的样本总数等于PRBS样本数加上应答样本数 ·NT＝NPBRS+NLIST (13) 如果源转换频率和采样率在接收器中是不相等的(也就是说fr＝mfs)，样本总数更大 · 在一次运行中记录的周期数NCYC 如果记录系统内存太小，就不可能利用一个PRBS周期得到足够的信噪比也就是说，每个通道只能一个NT样本记录。在这种情况下，对每个信道记录NCYC周期的一次运行和累计或者堆叠所得到的追踪结果，以提高去卷积前的信噪比。信噪比随着
增长。明显最大化NPRBS和最小化NCYC是最有效的。这可以通过仅仅在记录盒中提供足够的存储器就能够得到。
操作注意事项 从以上可以明显的看出最长偏移量rmax与最短偏移量rmin的比值大约是10。由于转换频率fs和采样率fr都可随着偏移量的平方变化，那么这两个频率从最短偏移量到最大偏移量变化大约两个幅度级。在图1中的配置中，尽管可能在所有接收器上同时测量并且记录，但是对于单个源不可能实现同时在不同频率间转换。为了满足上述需要，为每一个源位置使用一个源转换频率范围，基于源-接收器偏移量选择每一个源转换频率以针对特定的接收器范围。如图1中的单个源的例子，这意味着源将代表性的发射由不同转换频率确定的不同频率带宽的信号，并且接收器/记录系统利用相应的采样率进行记录。根据偏移量分类这些数据且用合适的带宽源信号处理这些数据。作为替换，具有未重叠的频率带宽的多源信号可被使用。在这种情况下，多个信号被同时发射。然而，在这样发射时，接收器/记录系统组合必须被配置为能够分离不同频率带宽。在任何情况下，记录系统必须具有灵活性来处理MTEM数据形成的频率带宽范围。
本领域的技术人员应该意识到在不违背本发明的情况下可能对公开的装置做出变化。选择性的配置完全是可能。依据上述特定实施例描述仅仅是作为案例而不是出于限定的目的。在不对上面描述的操作做出重大变化的情况下所做的微小的修改对本领域技术人员来说是显而易见的。
权利要求
1、一种优化电磁测量的方法，包括将电流施加于电流源，在一个或多个电压接收器中接收信号并且记录接收的信号，其特征在于该方法包括作为电源和接收器间距的函数来变化一个或多个获得参数。
2、如权利要求1所述的方法，其中所变化的获得参数包括源的转换频率和记录系统中的采样率中的至少一个。
3、如权利要求2所述的方法，包括与源-接收器间距的平方相反地变化转换频率和/或采样频率。
4、如前面任一权利要求所述的方法，包括变化源电极间的间距和接收器电极间的间距。
5、如权利要求4所述的方法，其中所述间距的变化与目标测量深度和/或源与接收器间的距离成比例。
6、一种电磁测量系统，包括电流源，和一个或者多个用于接收或者记录接收信号的电压接收器，其特征在于，源和/或每一个接收器所使用的一个或多个获得参数被选择为源-接收器间距的函数。
7、如权利要求6所述的系统，其中获得参数是源的转换频率和记录系统中的采样频率中的至少一个。
8、如权利要求7所述的系统，其中转换频率和/或采样频率被选择为与源-接收器间距的平方相反。
9、如前面权利要求6至8任一权利要求所述的系统，其中源电极间的间距和接收器电极间的间距被选择为目标测量深度和/或源和接收器间的间距的函数。
10、如前面权利要求6至9任一权利要求所述的系统，其中提供多个接收器并且源可操作来提供多个不同的频率带宽的电流，每一个频率带宽被选择为从源到一个接收器之间的间距的函数。
11、如权利要求10所述的系统，其中源包括多个不同的源，每一个源可操作地提供不同频率范围的电流。
12、如前面的权利要求6至11中的任一权利要求所述的系统，其中电流源包括至少一个双极电流源，和每一个电压接收器包括至少一个电压双极接收器。
全文摘要
一种电磁测量优化方法，包括将电流施加于电流源，在一个或多个电压接收器接收信号并且记录接收的信号，其特征在于作为电源和接收器间距的函数变化一个或多个获得参数。
文档编号G01V3/12GK101405621SQ200780008350
公开日2009年4月8日 申请日期2007年3月9日 优先权日2006年3月10日
发明者A·齐奥尔科夫斯基 申请人:Mtem有限公司