海洋em勘探中的改进的制作方法

专利名称：海洋em勘探中的改进的制作方法
海洋EM勘探中的改进
本发明涉及用于从海洋电磁数据中去除空气波的方法。特别地， 本发明涉及用于减少空气波对基于海洋的多通道瞬态电磁(MTEM ) 测量的影响的技术。
背景技术：
多孔岩石充满了流体。流体可是水、气或油或所有这三者的混合。 地球中电流的流量是由这些岩石的电阻决定的，而岩石的电阻受充满 的流体影响。例如，充满盐水的多孔岩石的电阻比充满碳氬化合物的 同样岩石的低得多。通过测量地质构造的电阻，可以探测碳氬化合物。 因此，电阻测量可以在勘探阶段实施以在钻探之前探测碳氬化合物。
已知多种用于测量地质构造电阻的技术，例如在WO 03/023452 中说明的时域电》兹技术，这里通过引用将其内容结合于本文。常规地， 时域电磁调查使用发射器以及一个或一个以上接收器。发射器可是电 源即接地的双极，或磁力源即在导线线圈或多线圏中的电流。接收器 可是用于测量电势差的接地双极，或用于测量f兹场和/或磁场时间导数 的导线线圈或多线圈或^f兹强计。发射的信号通常是由电源或-兹力源中 电流的阶跃变化形成，但可使用包括例如伪随机二进制序列的任何瞬 态信号。测量可以在陆地上或水下环境中实施。
图1示出用于瞬态电磁海洋勘探的典型装备的平面图。这具有在 海底或海底附近的用于在两个电极之间传输瞬态电流的双极电流源。 电流的时间函数可为电流的简单的阶跃变化或例如伪随机二进制序 列等更复杂的信号。地水系统的响应通过在海底或海底附近的一排双 才及接收器测量，每个接收器测量电极对之间的电势差。所有的电极基 本在同一个垂直面上。在使用中，由图1中的源产生的电^兹信号可以沿三条传输途径到接收器电极，三条途径是通过大地、通过水或通过 空气。在深水中，空气波具有可被忽略的影响。相反在浅水中，通过 水传输的信号可忽略，^~空气波可以具有显著的影响并且>^人而<吏数据 的判读变得困难。

发明内容
根据本发明的 一个方面，提供了 一种用于从海洋电磁数据中去除 空气波的影响的方法，此方法包括在水下提供源以及至少 一个接收
器；测量两个源-接收器间隔处的电磁响应；以及使用这两个测量将空 气波的贡献从较短间隔处的测量中去除，从而提供在较短间隔处大地 响应的改进估计。这可以通过以系数缩放在较大间隔处的测量并且将 此缩放的测量从较短间隔处的测量中减去来完成，此系数是较大间隔 距离与较小间隔距离的比的函数或与其有关。这样，可以重新获得在 较短间隔处大地响应的改进测量。
这个方法对于碳氢化合物的勘探特别有用，其中勘测深度大约在 侈'W口 200m到4km。
该函数可与较大间隔距离与较小间隔距离的比的立方相等或相关。
间隔的比可大约是五或以上。可选择使得接收器处的大地响应可 忽略、理想地大致上为零的较大间隔，那么测得的响应实质上是空气 波响应。
与水深相比，两个间隔可都是大的；即，至少五倍大。源的深度 在两个测量中可都是相同的并且接收器的深度在两个测量中可都是 相同的。
才艮据本发明的另 一个方面，4是供了 一种用于测量对在浅水环境中 施加的电磁信号的大地响应的系统，此系统包括设置在水中以能够在 两个或两个以上的源接收器间隔处获取测量的源和至少一个接收器； 以及用于使用在这些间隔中4交大间隔处的测量来估计在较短间隔处
6的测量中空气波贡献的部件。这可以通过以系数缩放在较大间隔处的 测量并且将此缩放的测量从较短间隔处的测量中减去来完成，此系数 是l^大间隔距离与l^小间隔距离的比的函数或与其有关。这4f,可以 重新获得在较短间隔处大地响应。
该函数可与较大间隔距离与较小间隔距离的比的立方相等或相 关。间隔的比可大约是5或以上。
与水深相比两个间隔可都是大的；即，至少五倍大。源的深度在
两个测量中可都是相同的并且接收器的深度在两个测量中可都是相 同的。
根据本发明的另 一个方面，提供了 一种优选在计算机可读取媒体 或数据记录媒体上的计算机程序或处理器，用于将空气波的影响从通 过至少 一个源和至少 一个接收器从而测得的浅水海洋电^t数据中去 除，计算机程序或处理器具有代码或指令，其用于使用在两个不同的 源接收器间隔处取得的测量以估计在较短间隔处的空气波贡献并且 用此来确定较短间隔处的大地响应。
代码或指令可被提供用于以系数缩放在较大间隔处的测量，此系 数是较大间隔距离与较小间隔距离的比的函数或与其有关，从而估计 对在较短间隔处测量的空气波贡献，并且将此缩放的测量从较短间隔 处的测量中减去。这样，可以重新获得在较短间隔处的大地响应。
根据本发明的另 一个方面，提供了 一种用于测量电^兹响应的方
法，此方法包括在水下放置电磁源以及至少一个电^兹接收器；从源向 接收器传输电磁信号，其中传输的信号包括大地分量和空气波分量， 并且接收器相对于源放置使得测得的响应大致上取决于空气波。


现在仅通过例子的方式以及参考

本发明的不同方面，其
中
图2是图1中系统的模型；图3示出在图2中接收器之一上计算得到的脉冲，和大地脉冲与 空气波脉冲的估计；
图4示出无量纲的大地脉冲响应；
图5示出对于在海底的1Am双极源和接收器、在2km处的对于 100m水下的1欧姆米(ohmm)半空间的脉冲响应；
图6示出对于与图5相同的双极源和接收器、对于100m水下的 1欧姆米半空间的乐P中响应；
图7 (a)示出在0至ls期间与解析函数相比较的重新获得的大 地脉冲响应；
图7(b)示出与图7(a)相同的大地脉冲响应和解析函数，但是 在0至9s期间的；
图8示出与解析函数相比较、使用空气波的改进估计重新获得的 大地脉冲响应，以及
图9示出作为无量纲频率的函数的图4中脉沖响应的振幅频谱。
具体实施例方式
本发明提供用于将空气波的影响从浅水海洋电磁数据中去除的 方法，这是通过改变源-接收器的间隔以及使用在不同的源-接收器间 隔处做出的测量来估计空气波对在接收器处测得的信号^^出的贡献 贡献。本发明使用图2中的模型说明，其横向不变，因此响应只取决 于源接收器间隔r和时间f 。
图2示出图1中系统的简化模型，其中源和接收器由海底的双极 代替。这里，位于大地上方的海水具有深度d以及电阻率Av，大地的 电阻率一般大于/^。海底的共线接收器与双极源间隔距离r。在使用 中，由源产生的电磁信号可以沿三条不同传输路径到接收器电极，第 一条是通过大地，其当然是期望的路径并且给出大地响应的测量，第 二条是通过水以及第三条是通过空气。如图所示，空气波由三个部分 组成从源到海面的扩散传播分量，在空气中的瞬时电感效应，以及的扩散传播效应。这表示为源处向上的箭头、海面的 直线以及"^妻收器处向下的箭头。
在将对于系统响应的测得的数据去巻积后，所得的脉冲响应数据
可以表示为
其中x(x"jc,，O是海洋脉冲响应，a(;x,，。是空气波响应，w(x,，jc^)是 水层的响应，g(x,，x,，O是大地脉冲响应。如果水浅(即，如果(1<々)，
空气波的大部分在大地响应的大部分之前到达，并且因为 一般大地的 电阻比海水大，大地响应的大部分在通过水的传输的大部分之前到 达。由于水的电阻率(~0.3欧姆米)通常基本上比大地的电阻率少， 通过水的水平传播比大地响应更慢并且衰减得更多，并且因此水层响 应w(x,，x^)经常可以忽略。因此，对于浅水只有空气波和大地脉冲响
应必须考虑。
图3示出海洋脉冲响应以及两个它的分量空气波和大地脉冲响 应的图表。空气波开始突然上升到峰值，接着是长的单调衰减到零。 这与陆地的情况不同，在陆地的情况中，空气波是限定在开始时间f = 0的脉冲。在陆地的情况中脉冲空气波在大地脉冲响应之前到达并且 到时候与它分离。在海洋的情况中空气波的振幅和形状耳又决于源和 接收器之间的距离；源和接收器处水的深度；水的电阻率以及海底下 大地的电阻率。随着水的深度趋向于零，空气波变为完美的脉冲；即， 它趋向于陆地的情况。在深水中，比方说超过lkm,空气波的振幅对 于有用的电磁频率来说是可忽略的，因此可以使用连续方波源信号以 产生可用的电磁数据。相反地，在浅水中，比方说少于300m，空气 波是不可忽略的并且对数据的判读是困难的。
如图3所示，大地脉冲响应g(r一从零开始，上升到峰值，接着
再次衰减；在足够长的时间后它衰减到零。虽然只显示了单个峰值， 存在超过一个峰值是可能的。考虑均匀半空间的情况。对于电阻率为p欧姆米的均匀半空间的大地脉冲响应由下列解析函数描述
厂，0 = ; 3 exp(~^~> 2 ( 2 )
其中？是以秒为单位的时间，r是以米为单位的源和接收器之间的间 隔，c2 =户/ a并且= 4;r. 10—7亨利/米(henry/m)。这个函数从零开始， 上升到峰值，接着再次衰减到零。峰值的时间是
Z =Z (3)
拜a, i。 、」,
图4示出大地脉沖响应作为无量纲时间T的函数绘制的图表，其
中
r = ~ ~。 (4)
峰值的时间以源-接收器之间间隔的平方增加。在峰值时间的大地 脉冲响应的振幅通过将公式(3)带入(2)给出
10鲁J-5、^， (5)
6Xp
2
得到，从中清楚可见振幅以一减小。这不仅对峰值并且对整个时间函 数当然都是正确的。
在空气中电；兹波的衰减可忽略并且源双极的共线电场l展幅以厂3 衰减。如果水具有均匀深度，在源和接收器处的垂直传播效应是相同 的，不用考虑偏移。因此作为时间的函数的空气波的形状与偏移无关， {旦以广3衰减。这可以表示如下
,r 、3、。
"o(ro，0， (6)
其中r。是某个基准偏移；典型地，^至少是5r。因此空气波的振幅以 厂3衰减，而大地响应的振幅以厂s衰减。此外，达到大地脉沖响应的 峰值的时间以一增加。接着在足够大的偏移处，直到一定的时间大地 响应与空气波相比可忽略。为了判读以及转化数据已知兴趣时间不大
10于10 ^,。因此原则上，空气波可以通过在足够大的偏移r。下实施测 所得的测量可以被认为是几乎纯的空气波a。一")。那么在&处的测量
可以在方程式(6)中使用以估计在偏移r处的空气波，其从在r处的 数据中减去以重新获得大地脉沖响应。
图5示出在2km偏移处，对于在100m深、电阻率为0.3欧姆米 的水层下1欧姆米的半空间的脉沖响应；1A m双极源和接收器在海 底。陡峭的初始峰在0.008s处出现并且具有1.82E-10V/m/s的振幅。 在大约0.45s处存在第二个宽得多的峰，其振幅为2.4E-llV/m/s。合 成阶跃响应的派生物是"永冲响应。空气波的形状可以通过查看与这个 偏移相比足以使得对于兴趣时间大地响应可忽略的足够大的偏移来 估计。
图6示出在10km偏移处，对于在100m水下的1欧姆米的半空 间的脉冲响应；双极源和接收器在海底。陡哨的初始峰在0.008s处出 现并且具有1.46E-12V/m/s的振幅。没有可识别的第二个峰。然而， 可以看到空气波的峰出现在与对于2km脉冲响应的完全相同的时间。 因此，这可以被认为是几乎纯的空气波^^^)，其中化是10km。根
据方程式(5)将它缩放，使用r =2kn^々*a(fV) = 125 b,0。结果
在图3中显示。图3中估计的大地响应是通过将估计的空气波^v海洋 脉冲响应减去获得。
衡量这个结果的品质是将重新得到的脉沖响应与解析函数比较 使用公式(2)计算在2km偏移处、1欧姆米的半空间的脉冲响应。 这个比较在图7 (a)中显示O到ls以及图7 (b)中显示O到9s。重 新获得的大地脉冲响应和解析函数彼此非常相似，尽管在初期和后期 有存在误差。在早期，特别在0.2s之前，存在可能由在数值模拟、插 值以及数值微分中的误差导致而不是理论导致的偏差。在后期，重新 获得的响应在大约5.1s后变为负的。这是因为空气波稍微估计多了，因为在较大间隔处的测量不纯粹是空气波的结果，而是包括一些大地 脉冲响应。可以通过修正&处的空气波估计做出在偏移r处空气波的
改进估计。将大地响应的估计从化处的脉冲响应中减去给出空气波更
好的估计。结果在图8中示出。
总的来说，空气波以广3衰减，而大地响应以广5衰减。接着在足 够大的偏移处，直到某个时间限制大地响应与空气波相比可忽略。在 典型为兴趣偏移的五倍或五倍以上的这样的偏移处，脉冲响应几乎是 纯的空气波并且这可以按这个偏移与兴趣偏移的比的立方缩放以提 供在兴趣偏移处的空气波的估计。将这个估计的空气波从在兴趣偏移 处的脉冲响应中减去得到无水层存在的大地脉冲响应的逼近。
考虑到在频域中的问题允许对于这个方法的要求施加更多的限
制。图4的无量纲大地脉沖响应的振幅频语在图9中示出。无量纲频 率参数v定义为
从图9清楚可见最高的可用兴趣无量纲频率不高于 =2。查看 图4，清楚可见响应的大部分在大约7 = 10后结束，对应于无量纲频率 ^ = 1/10。因此，最高与最^[氐可用频率的比大约为 /& = 20。
考虑在两处偏移r和&的测量，其中r。大于r。在偏移r处的兴趣 频带宽度中大地响应被空气波污染。在较大偏移r。处从方程式(3)的 考虑清楚可见，峰的时间以系数^〃f大于在偏移r处的，并且大地 响应振幅频谱的带宽以相同系数向较低频率移动。然而，空气波的带 宽没有变化。通过使系数(r。/。2220，在r和化处大地响应的带宽没有 重叠。因此，在r处的兴趣带宽内，在&的测量包含没有被大地响应 污染的空气波。它遵从(r。/。^V^-4.5。
互易原理指出，当源与接收器互换时大地的响应是相同的。使响 应在源与接收器间隔为r、源深a以及接收器深b的条件下测量。应用互易原理，当源与接收器互换时响应是相同的。响应包括大地响应 和空气波。响应的空气波部分是横向不变的，因此它在偏移r处不管
源是在深度a并且接收器在深度b还是当源在深度b而接收器在深度 a都是相同的。在偏移化处适用相同的论点。因此，如果源和接收器
在水面下的深度相同，对于任何选择的测量频率带宽只需要做出空气 波的单个测量。如果使用相应的源/接收器深度以及相应的选择的带 宽，那么这个测量可以用于对在很多其他源接收器对处获取的测量中 的空气波影响进行改进。
技术人员会认识到对公开的方案的变动是可能的并且没有偏离 本发明。例如，虽然说明主要集中于从瞬态海洋电磁脉冲响应数据中 重新获得大地的脉沖响应，本发明同样可应用与连续电磁数据收集方 法。因此上文具体的实施例^l用例子的方式进行说明，并且不是为了 限制。对于技术人员很明显可做出很小的改动而不会显著改变说明的 操作。
权利要求
1. 一种用于估计使用源和至少一个接收器测得的海洋电磁数据中的空气波的影响的方法，所述方法包括测量两个不同的水下源-接收器间隔处的电磁响应；使用在较大间隔处的一个或多个测量估计在该间隔处的空气波响应，以及用此来估计在较短间隔处测得的响应中的空气波影响。
2. 如权利要求1所述的方法，包括通过系数来缩放在所述较 大间隔处的测量，由此确定在所述较短间隔处的空气波的估计，并且 将此从所述较短间隔处的测量中减去，所述系数是所述较大间隔与所 述较小间隔的比的函数。
3. 如权利要求2所述的方法，其中所述间隔的比大约是五或以上。
4. 如权利要求2或3所述的方法，其中所述函数与所述较大间 隔距离与所述较小间隔距离的比的立方相等或相关。
5. 如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中与水深相比两个间 隔都是大的。
6. 如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述源的深度(a) 在两个测量中都是相同的并且所述接收器的深度(b)在两个测量中 都是相同的。
7. 如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中对于一个测量所述 源的深度是(a)以及所述接收器的深度是(b),而对于另一测量所 述源的深度是(b)以及所述接收器的深度是(a)。
8. 如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述源是电流双极 或石兹力线圈。
9. 如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述接收器是双极 接收器。
10. 如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述电磁测量是瞬态电磁测量，例如MTEM,或连续电磁测量。
11. 如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中测量在两个以上 不同的水下源-接收器间隔处获取。
12. —种用于测量对在浅水环境中施加的电石兹信号的大地响应的 系统，所述系统包括在所述水中设置成用于使得能够在两个或两个 以上不同的源接收器间隔处获取测量的源和至少一个接收器；以及用 于^f吏用在所述间隔中较大间隔处的测量来估计在较短间隔处测量中 空气波贡献的部件。
13. 如权利要求12所述的系统，包括用于通过系数来缩放在所 述较大间隔处的测量的部件，所述系数是所述较大间隔距离与所述较 小间隔距离的比的函数或与其有关。
14. 如权利要求13所述的系统，包括用于将缩放后的测量从所 述较短间隔处的测量中减去的部件。
15. 如权利要求13或14所述的系统，其中所述函数与所述较大 间隔距离与所述较d、间隔距离的比的立方相等或相关。
16. 如权利要求12至15中任一项所述的系统，其中所述较大间 隔大约是所述较短间隔的五倍或更多倍。
17. 如权利要求12至16中任一项所述的系统，其中两个间隔都 至少是所述水的深度的五倍。
18. 如权利要求12至17中任一项所述的系统，其中选4爭使得所 述接收器处测得的大地响应可忽略、优选地大致上为零的较大间隔。
19. 一种优选在计算机可读取媒体或数据记录媒体上的计算机程 序，用于将空气波的影响乂人通过至少一个源和至少一个接收器测得的 浅水海洋电磁数据中去除，所述计算机程序具有用于使用在两个不同 的源接收器间隔处获取的测量以估计在较短间隔处的空气波贡献并 且用此确定所述较短间隔处的大地响应的代码或指令。
20. 如权利要求19所述的计算机程序，包括用于通过系数缩放 在较大间隔处的测量，从而估计对在所述较短间隔处的测量的空气波贡献的代码或指令，所述系数是所述较大间隔距离与所述较小间隔距 离的比的函数或与其有关。
21. 如权利要求20所述的计算机程序，包括用于将缩放后的测 量从所述较短间隔处的测量中减去的代码或指令。
22. —种用于测量电》兹响应的方法，所述方法包括在水下放置 电磁源以及至少一个电磁接收器；从所述源向所述接收器传输电磁信 号，其中所述传输的信号包括大地分量和空气波分量，并且所述接收 器相对于所述源放置使得测得的响应基本上取决于所述空气波。
全文摘要
一种用于估计使用源和至少一个接收器测得的海洋电磁数据中的空气波的影响的方法。该方法包括在两个不同的水下的源-接收器间隔处测量电磁响应以及使用在较大间隔处的测量估计在该间隔处的空气波响应。然后可以使用在较大间隔处估计的空气波响应确定在较短间隔处测得的响应中空气波的影响。
文档编号G01V3/12GK101523238SQ200780031676
公开日2009年9月2日 申请日期2007年8月28日 优先权日2006年8月25日
发明者A·齐奥尔科夫斯基 申请人:Mtem有限公司