专利名称：用于减弱可控源电磁勘探数据中的相关噪声的方法
技术领域：
本发明大体上涉及在大地次表层(subsurface)中的地层的电磁勘探的领域。更 加特别地，本发明涉及用于减弱来自可控源电磁勘探数据的某些类型的噪声的方法。
背景技术：
电磁勘探除其他目的之外，用于确定在大地次表层中的碳氢化合物承载结构的存 在。电磁勘探包括称作"可控源"勘探技术。可控源电磁勘探技术包括将电流或磁场给予 大地(当这样的勘探在陆地上实施时)，或将其给与水体底部(海底)下面的沉积物(当这 样的勘探在海洋环境中实施时)。该技术包括测量在设置在大地表面、在海底上或水中选定 的深度处的电极、天线和/或磁力计中的感应电压和/或磁场。该电压和/或磁场由给予 具有次表层大地地层的大地次表层(在海洋勘探中穿过水体底部)的电流和/或磁场引起 的电磁场的相互作用而感生。 本领域内已知的海洋可控源电磁勘探包括通过从通常设置在勘探船上的源施加 电流到由探测船牵引的双极电极而将交流电流给予水体底部下面的沉积物中。双极电极典 型地是被绝缘了的电缆，在其上具有处于有时300至1000米或更大的选定的间距的两个电 极。交流电流具有一个或多个选定的频率，典型地在大约0. 1至100Hz的范围内。多个探 测器电极设置在水体底部上的间隔开的位置处，并且探测器电极连接到记录横跨各种不同 的这样的电极对的感应电压的装置。这样的勘探称为频域可控源电磁勘探。
本领域内已知的另一个用于次表层大地地层的电磁勘探的技术是瞬态可控源电 磁勘探。在瞬态可控源电磁勘探中，电流可以使用与那些上文说明如用于频域勘探类似 的在电缆上的电极给与大地次表层。电流可是直流(DC)。在选定的时间或多个时间处， 切断电流，并且使用如之前关于频域勘探说明的设置在水体底部的电极，来测量感应电压 (典型地关于在选定的时间间隔期间的时间)。通过感应电压的时间分布来推断大地次 表层的结构禾口组成。例如，在Strack， K. _M. (1992) ， Exploration with de印transient electromagnetics (采用深处瞬态电磁的勘查)，Elsevier, 373pp. (1999重印)中说明了 t-CSEM勘探技术。 在可控源电磁勘探中的噪声源是称作地球电磁场(magnetotelluricfield)的自 然出现的电磁场。地球电磁场被认为是由电离层中的电磁活动与大地次表层中的导电地层 的相互作用而产生。相关的噪声，特别是地球电磁场，是在瞬态电磁数据中的特别问题。地 球电磁噪声以大约1Hz的最高频率出现在这样的数据中并且在幅度方面大约按照频率的 倒数而增加。lHz及以下是许多瞬态可控源电磁勘探数据的频带。瞬态电磁勘探数据的脉冲响应的带宽通常在频率方面关于目标岩层的次表层中的深度而减小并且随覆盖层(在 目标上方的材料)变得更加导电而减小。例如在浅水(大约IOO米)海洋电磁勘探数据中， 水对地球电磁场几乎不具有减弱影响。这与2km深或更深的水形成对比，在2km深或更深 的水处的海底处的地球电磁场噪声被导电的海水层大大地减弱。 在本领域内已知地球电磁场噪声(具体为从那里感生的电场)在相当大的距离范 围内是相当大地相干的，如在来自在北海中记录的勘探数据的噪声记录中示出的。参见， 例如，Wright, D.禾卩Ziolkowski， A. ，2007， Suppression of noise in multi transient EM data(在多瞬态EM数据中的噪声抑制)，Expanded Abstracts, SEG San Antonio AnnualMeeting。具有用于从可控源电磁勘探数据中减弱例如地球电磁噪声等的相关噪声 的方法是可取的。
发明内容
根据本发明的一个方面用于减弱在瞬态电磁勘探信号中的相关噪声的方法包括
从第一接收器测得的瞬态电磁信号，产生大地响应的估计以及来自在大地响应开始之前和
/或在大地响应已经大幅衰减之后出现的该信号的一部分的相关噪声的估计。使用大地响
应的估计在来自第一接收器的整个测得的信号上确定相关噪声的估计。来自该整个信号的
噪声估计和该部分估计用于估计在来自至少第二接收器的瞬态信号中的相关噪声。 根据本发明的另一个方面用于电磁勘探的方法包括将电磁发射器和多个间隔开
的电磁接收器设置在要被勘探的大地次表层的一部分上方。在选定的时间处电流通过发射
器。电流包括至少一个切换事件以在次表层部分中感生电磁效应。响应于通过发射器的电
流，在多个接收器的每个处接收到信号。从这些接收器中的第一接收器，做出大地响应的估
计并且从在大地响应开始之前和/或在大地响应已经大幅衰减之后出现的该信号的一部
分做出相关噪声的估计。然后使用大地响应的估计在来自第一接收器的整个测得的信号之
上确定相关噪声的估计。来自该整个信号的噪声估计和部分估计用于估计在来自至少这些
接收器中的第二接收器的瞬态信号中的相关噪声。 本发明的其他方面和优势从下面的说明和附属权利要求中将是清楚的。
图1示意地示出海洋电磁勘探的例子。 图2A示出在多个电磁信号测量中的地球电磁信号。 图2B示出图2A的信号测量，其现在还包括模拟的瞬态可控源电磁信号。
图3A示出在对于测得的源输入电流的去巻积后测得的瞬态可控源电磁信号。
图3B示出在去除相关的地球电磁噪声后的图3A的测量。 图4示出具有地球电磁噪声的瞬态可控源电磁地层响应的图形、具有减弱的噪声
的地层响应的图形和拟合的噪声曲线。 图5是该方法的例子实现的流程图。
具体实施例方式图1示出根据本发明的可采集用于处理的瞬态可控源电磁勘探信号的示范海洋
4电磁勘探系统。该系统可包括勘探船IO，其沿例如湖或海洋等的水体12的表面12A移动。 船10可包括在其上的设备，为了方便称为"记录系统"并且大体上在14处示出，其用于产 生要被给与在水体12的底部下面的地层24中的电磁信号并且用于记录来自那里的响应。 记录系统14可包括(为了图示的清楚没有单独示出)导航装置以确定船10的大地位置； 用于确定一个或多个电磁发射器和接收器的大地位置和/或航向(下面说明)；用于将电 流给予到发射器的装置；和用于记录由一个或多个接收器探测的信号的数据存储设备。
在本例子中的电磁发射器可以是双极电极，在沿着由船10牵引的电缆16而设置 的16A、16B处示出。在选定的时间，记录系统14可使电流通过电极16A、16B。优选地电流 被配置以在地层24中感生瞬态电磁场。这样的电流的例子包括切换的直流，其中电流可被 接通、切断、反转极性或如伪随机二进制序列("PRBS")等的持续的一组切换事件。
在本例子中，船10可牵引一个或多个接收器电缆18，在其上沿着电缆的间隔开的 位置处具有多个双极电极18A、18B。双极电极18A、18B将具有横跨它们而给予的与从地层 24发射的电磁场的电场分量的幅度有关的电压。在船10上的记录系统14如上文说明的可 包括用于记录由电极18A、18B产生的信号的装置。每个接收器的响应的记录典型地相对于 基准时间(例如在发射器电流中的电流切换事件等)来标记。例如磁场传感器(磁力计) 或电流表等的传感器17可邻近发射器设置并且可用于测量与流过发射器的电流量有关的 参数，这些参数的测量可用在如下面说明的处理接收器信号中。 在本例子中，代替或补充于船10牵引的接收器电缆18，水体底部电缆20可沿着 水体12的底部设置，并且可包括多个在配置上与在牵弓I电缆上的电极18A、 18B类似的双极 电极20A、20B。电极20A、20B可与靠近水体表面12A或在水体底部的可记录信号(由电极 20A、20B探测)的记录浮标22或类似的装置进行信号通信。 本领域内那些技术人员将意识到本发明不限于在图1中示出的发射器和接收器 布置的范围。代替或补充于图1中示出的双极电极，其他的例子可使用线圈或线环用于发 射器，以将时间变化的磁场给予到地层24中。接收器电缆18、20可包括其他的传感装置， 例如磁力计或线环或线圈等以从地层24中探测感应电磁场的磁场分量。
图2A示出用例如在图1中示出的那个的接收器系统测量的示范电磁信号的图形。 在图2A中的曲线表示关于时间(纵轴)测得的电压(横轴)。如上文说明的，时间典型地 相对于发射器电流中的切换事件来标记。在图2A的例子中，没有电磁能量由发射器给与次 表层；如在图2A中示出的测得的信号因此是自然出现的(地球电磁的)信号加上非相关的 噪声。图2B示出图2A所示的相同的信号的图形，但是图2B中还存在通过模拟对发射器的 通电而产生的模拟的瞬态可控源电磁响应。本发明提供方法以从如在图2B中模拟的总的 测得的瞬态电磁响应中减弱图2A的自然出现的信号响应的大体部分，其可被称为"相关噪 声"。 在每个接收器(例如，在图1中的电极对20A、20B)处测得的响应可数学地表示为 如下的信号分量的组合 E (巧，t) = S (t) *G (巧，t) +MT (巧，t) +N (巧，t)
E (r2 ， t) = S (t) *G (r2 ， t) +MT (r2 ， t) +N (r2 ， t)
. E (rn， t) = S (t) *G (rn， t) +MT (rn， t) +N (rn， t) (1) 其中E(iv t)(k= 1，2， ...， n)表示在按照以米计的接收器长度(例如电极间距)的标准化后在每个接收器k处测得的电场(例如如在图1中示出的对于电极接收器 以volts/m计)。参数rk(k二 1，2， . . . ， n)表示发射器和每个接收器之间的横向距离，称 为"偏移"，并且在本例子中，偏移对应于接收器标号(index)逐渐变得更大，即，巧<r2 <...<rn。参数S(t)表示关于时间施加到发射器的电流(例如，如由上文说明的传感器 测得的)，G(ivt) (k= l，2，...，n)表示对于每个接收器的大地真实的电磁瞬态脉冲响应， MT(rk， t) (k = 1，2， . . . ， n)表示在每个接收器信号中的相关噪声，N(rk， t) (k = 1， 2，...， n)表示在每个接收器信号中的非相关噪声或随机噪声。在上述的表达式的每个中的t标号 指示每个数量是时间的函数，该时间典型地相对于发射器电流中该相同的电流切换事件来 标记(index)。 本发明的方法的目的是减弱相关噪声并且从每个接收器的信号恢复大地脉冲响 应。在上述表达式和那些在本说明书后面的那些中，符号*表示巻积。该方法的第一要素 可以是用可如上文说明测量的对应于发射器电流的信号S(t)来对测得的接收器信号去巻 积，以获得对于每个接收器的明显的瞬态响应。去巻积可由以下表达式表示
Y(rl， t) = f (t)*E(rl， t) = G(rl， t)+MTf (rl， t)+Nf (rl， t)
Y (r2 ， t) = f (t) *E (r2 ， t) = G (r2 ， t) +MTf (r2 ， t) +Nf (r2 ， t)
Y (rn， t) = f (t) *E (rn， t) = G (rn， t) +MTf (rn， t) +Nf (rn， t) (2)
其中S(t)的反滤波器f (t)定义为
f(t)*S(t) = S (t) (3) 上述的去巻积可被执行，例如，如发给Wright等人的美国专利号6， 914， 433中说 明的。图3A示出应用到实际数据(其中相关噪声是存在的)的例子的这样去巻积的例子。 根据本发明的方法可以通过利用以下事实来减弱相关噪声在足够小的偏移r处大地脉冲 响应G(iv t)是相对短的持续时间，因此在这样的接收器响应中的相关噪声可在瞬态大地 响应到达时间之前或在瞬态响应已经大幅衰减之后的时间期间从这样的接收器的记录的 响应来估计。假定在短的偏移rs处信噪比是相对高的，使得
G (rs， t) > > MT (rs， t) +n (rs， t) (4) 通常该情况是s = l，意味着使用来自最短偏移接收器的信号，但可以是最少噪声 的、最适合的信号是来自一些其他偏移的接收器的情况，因此，本发明不限于使用在所说明 的过程中的来自最短偏移的接收器的信号。为了从处于偏移^的接收器信号减弱剩余的 相关噪声，非线性曲线拟合可在处于偏移rs的脉冲响应上实施以恢复基本上平滑的响应。 可使用适合的数学函数。优选使用在形状上与半空间GH(r， t)的脉冲响应类似的函数， 其在Ziolkowski， A. ， Hobbs， B. A. ， Wright, D. ，2007， Multitransient electromagnetic demonstration survey in France (在法国的多瞬态电石兹不范勘探)，Geophysics, 72， pp 197-209的附录D中说明。这样的函数可由与下列类似的表达式表示
丄 ,2、 5 <formula>formula see original document page 6</formula>
其中禾P o分别是半空间的导磁率和电导率。曲线拟合的一个例子是假定G(iv t)具有通式，<formula>formula see original document page 7</formula>冲响应的估计。在62处，曲线拟合可用于恢复"平滑的"脉冲响应。 根据本发明的方法可提供可控源电磁勘探测量，其具有减少的相关噪声的影响。
尽管本发明已经关于有限数量的实施例说明，本领域内那些具有这个公开的益处 的技术人员，将意识到可以设计其他的实施例，其不偏离如于此公开的本发明的范围。因 此，本发明的范围应该只被附上的权利要求限制。
权利要求
一种用于减弱瞬态电磁勘探信号中的相关噪声的方法，包括从第一接收器测得的瞬态电磁信号，产生大地响应的估计以及来自在大地响应开始之前和/或在所述大地响应已经大幅衰减之后出现的该信号的一部分的相关噪声的估计；使用所述大地响应的估计来确定在来自所述第一接收器的整个测得的信号上的相关噪声的估计；以及使用来自所述整个信号的噪声估计和所述部分估计以估计在来自至少第二接收器的瞬态信号中的相关噪声。
2. 如权利要求1所述的方法，其中瞬态电磁信号由多个离发射器间隔开选定距离的接 收器测得。
3. 如权利要求1所述的方法，其中所述第一接收器比任何其他接收器更接近于发射器。
4. 如权利要求1所述的方法，还包括使用来自所述第一接收器的噪声估计以确定来自 其的噪声减弱的瞬态电磁响应。
5. 如权利要求1所述的方法，还包括使用来自所述至少第二接收器的噪声估计以确定 来自其的噪声减弱的响应。
6. 如权利要求1所述的方法，还包括通过将所述第一接收器测得的电压与同经过电磁 发射器的电流量有关的参数进行去巻积来确定大地瞬态电磁响应。
7. —种用于电磁勘探的方法，包括设置电磁发射器和多个间隔开的电磁接收器在待勘探的部分大地次表层上方； 在选定时间处使电流经过发射器，所述电流包括至少一个切换事件以在所述次表层部 分中感生瞬态电磁效应；响应于经过发射器的电流而在多个接收器的每个处测量信号；从这些接收器中的第一接收器，产生大地响应的估计和来自在所述大地响应开始之前 和/或在所述大地响应已经大幅衰减之后出现的该信号的一部分的相关噪声的估计；使用所述大地响应的估计确定在来自所述第一接收器的整个测得的信号上的相关噪 声的估计；以及使用来自所述整个信号的噪声估计和所述部分估计以估计在来自这些接收器中的至 少第二接收器的瞬态信号中的相关噪声。
8. 如权利要求7所述的方法，其中所述第一接收器比任何其他接收器更接近于发射器。
9. 如权利要求7所述的方法，还包括使用来自所述第一接收器的噪声估计以确定来自 其的噪声减弱的瞬态电磁响应。
10. 如权利要求7所述的方法，还包括使用来自所述至少第二接收器的噪声估计以确 定来自其的噪声减弱的响应。
11. 如权利要求7所述的方法，还包括通过所述第一接收器测得的电压与同经过电磁 发射器的电流量有关的参数进行去巻积来确定大地瞬态电磁响应。
全文摘要
用于减弱在瞬态电磁勘探信号中的相关噪声的方法包括，从第一接收器测得的瞬态电磁信号，产生大地响应的估计和来自在大地响应开始之前和/或在大地响应大幅衰减之后出现的该信号的一部分的相关噪声的估计。使用大地响应的估计在来自第一接收器整个测得的信号上确定相关噪声的估计。来自整个信号的噪声估计和部分估计用于估计在来自至少第二接收器的瞬态信号中的相关噪声。
文档编号G01V3/04GK101793974SQ20091017283
公开日2010年8月4日 申请日期2009年8月28日 优先权日2008年8月29日
发明者A·M·齐奥尔科夫斯基, D·A·赖特 申请人:Mtem有限公司