专利名称：：具有可折叠传感器臂组件的海洋电磁信号获取设备的制作方法
技术领域：
：本发明总体上涉及海洋电磁地球物理勘测领域。更具体地，本发明涉及用于获取、记录和传输为勘测地球的地表下而产生的电磁信号的设备。
背景技术：
：电磁(EM)地球物理勘测技术是自然源或受控源。在自然源电磁勘测中，测量地球的地表下对地球的磁场的自然变化的响应。在受控源电磁勘测中，测量地球的地表下对外部施加的电磁场的响应。大地电磁(MT)是自然源电磁勘测的示例。在MT测量中，地球的磁场的自然变化在地球的地表下感应出电流。测量自然电磁场的正交的电场分量和磁场分量，并且将其用于确定被称为张量阻抗的、电场分量对磁场分量的特定比率。张量可以用于获得对地球的地表下的传导性的空间分布的了解。海洋电磁地球物理勘测通常包括在水垫(waterbottom)上部署多个多分量获取设备。每个多分量获取设备可以包括用于接收在勘测水垫下方的地表下期间产生的电磁信号的一个或多个传感器以及用于记录在(一个或多个)传感器处接收的电磁信号的电子器件。本领域已知的受控源电磁勘测包括向海床下方的地层中给予交流电流。在频率受控源电磁(f-CSEM)勘测中，交流电流具有一个或多个所选频率。例如，在Sink，Μ.C.Patel,P.D.,Unsworth,Μ.J.,Owen,Τ·R.Ε·禾口MacCormack,Μ.G.R.,1990,Anactivesourceelectromagneticsoundingsystemformarineuse,MarineGeophysicalResearch,12，29-68中描述了f-CSEM勘测技术。描述电磁地表下勘测的物理学和解释的其它公布包括Edwards，R.N.，Law,L.K.，WolfgramjP.A.，NobesjD.C.，Bone,M.N·，Trigg,D.F.和DeLaurierjJ.M.，1985，FirstresultsoftheMOSESexperiment:Seasedimentconductivityandthicknessdetermination,ButeInlet,BritishColumbia,bymagnetometrieoffshoreelectricalsounding:Geophysics50，No.1，153-160；Edwards,R.N.,1997，Ontheresourceevaluationofmarinegashydratedepositsusingthesea-floortransientelectricdipole-dipolemethod:Geophysics,62，No.1，63-74;ChavejA.D.,Constable,S.C.禾口Edwards，R.N.,1991，Electricalexplorationmethodsfortheseafloor:InvestigationingeophysicsNo3，Electromagneticmethodsinappliedgeophysics,vol.2，application,partB，931-966;以及CheesmanjS.J.，Edwards,R.N.禾口Chave，A.D.，1987，Onthetheoryofsea-floorconductivitymappingusingtransientelectromagneticsystems:Geophysics,52，No.2，204_217o典型的f-CSEM海洋勘测可以被描述如下。记录船(vessel)包括连接到布置在海床附近的电极的线缆。船上的电力电源对电极充电，以使得所选一个或多个频率的、所选幅度的交流电流流过海床并且进入海床下方的地球地层。在距源电极的所选距离(“偏移”)处，接收器电极布置在海床上并且耦合到电压测量电路，该电压测量电路可以布置在该船上或不同的船上。然后对给予到接收器电极中的电压进行分析，以推断出地表下的地球地层的结构和电特性。本领域已知的用于地表下地球地层的电磁勘测的另一技术是暂态受控源电磁勘测(t-CSEM)。在t-CSEM中，以与f-CSEM类似的方式，将电流给予到地球表面(或海床)处的地球中。电流可以是直流电流。在所选时间处，电流被关断、接通、或者使其极性改变，并且在地球的表面或水表面处，通常在所选时间间隔上关于时间测量所感应的电压和/或磁场。如将在以下更详细地解释的，备选的切换策略是可能的。通过所感应的电压和/或磁场的时间分布来推断出地表下的结构。例如，在Mrack,K.-M.，1992，Explorationwithdeeptransientelectromagnetics,Elsevier,373pp.(1999再印)中描述了t-CSEM技术。颁发给Conti等人的美国专利No.6，842，006Bl公开了用于获得地球的地表下的MT测量的海底电磁测量系统。该系统包括可以将电极附连到其的中心结构。臂经由铰链可绕枢轴旋转地附连到中心结构。铰链可以包括单针连接。铰链还可以包括允许垂直枢轴运动并在宽广区域上分布张力的宽广附连构件。电极和至少两个磁力计耦合到每个臂。磁力计形成正交磁场测量系统。臂被适配成围绕铰链枢轴转动，以使得在电磁系统置于所选位置中时，电极和磁力计放置在海床上。
发明内容根据本发明的第一方面，一种海洋电磁获取设备包括传感器模块，其具有与其相关联的至少一个传感器；传感器臂组件，其包括至少一个传感器臂，该传感器臂组件具有沿至少一个传感器臂布置的至少一个传感器；以及致动器，其耦合到传感器臂组件，用于在折叠位置与展开位置之间移动传感器臂组件。在本发明的第一方面的某些实施例中，当传感器臂组件处于折叠位置时，至少一个传感器臂基本上平行于传感器模块。在本发明的第一方面的某些实施例中，致动器由压力来开动。在本发明的第一方面的某些实施例中，致动器由外部控制信号来开动。在本发明的第一方面的某些实施例中，致动器包括可移动地布置在汽缸内的活O在本发明的第一方面的某些实施例中，致动器还包括线性到旋转机构，该线性到旋转机构将至少一个传感器臂耦合到活塞并且被配置成响应于活塞两端的压力差而相对于传感器模块旋转所述至少一个传感器臂。在本发明的第一方面的某些实施例中，传感器模块包括多个传感器，所述多个传感器中的每个都包括电极、磁场传感器、地震传感器、重力传感器和加速计以及地震检波器中的至少一个。在本发明的第一方面的某些实施例中，与传感器模块相关联的至少一个传感器包括电极或磁场传感器，并且沿至少一个传感器臂布置的至少一个传感器包括电极或磁场传感器。在本发明的第一方面的某些实施例中，传感器模块还包括用于数字化和传送由传感器模块中的至少一个传感器和沿至少一个传感器臂布置的至少一个传感器所检测的信号的电子电路。在本发明的第一方面的某些实施例中，传感器臂组件包括多个臂和沿多个臂中的每个臂布置的至少一个传感器。在本发明的第一方面的某些实施例中，当传感器臂组件处于折叠位置时，多个臂基本上平行于传感器模块的一侧。在本发明的第一方面的某些实施例中，当传感器臂组件处于展开位置时，多个臂形成四面体形状。在本发明的第一方面的某些实施例中，设备还包括线缆、沿线缆布置在间隔开位置处的多个传感器模块以及耦合到传感器模块的多个传感器臂组件。在本发明的第一方面的某些实施例中，与每一个传感器模块相关联的至少一个传感器包括用于测量在沿线缆的方向上的电场的电极对。在本发明的第一方面的某些实施例中，每一个传感器模块还包括多个间隔开的磁场传感器。在本发明的第一方面的某些实施例中，与每一个传感器模块相关联的至少一个传感器包括电极或磁场传感器，并且沿每一个臂布置的至少一个传感器包括电极或磁场传感ο在本发明的第一方面的某些实施例中，每一个传感器模块包括多个传感器，所述多个传感器中的每一个都包括电极、磁场传感器、地震传感器、重力传感器、加速计以及地震检波器中的至少一个。本发明的其它方面和优点将从以下的描述和所附权利要求而变得显而易见。图1示出了根据本发明的各种方面的可以包括获取模块的海洋电磁获取系统。图2示出了可以与图1所示的系统一起使用的获取模块的一个示例。图3示出了获取模块的另一示例。图4A-4C示出了传感器线缆的部署的不同示例。图5示出了在地球的地表下的感应磁场。图6是耦合到传感器模块的、包括处于折叠位置的传感器臂的远程获取单元的图。图7是耦合到传感器模块的、包括处于展开位置的传感器臂的远程获取单元的图。图8是包括具有处于折叠位置的多个传感器臂的传感器臂组件的远程获取单元的图。图9是具有处于展开位置的多个传感器臂的传感器臂组件的图。具体实施例方式现在将参照附图详细描述本发明。在该详细描述中，可以阐述许多具体的细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，当可以在没有这些具体细节中的一些或所有的情况下来实践本发明时，这对本领域技术人员来说是显而易见的。在其它实例中，可以不详细描述公知的特征和/或处理步骤，以免不必要地使本发明模糊。另外，相似的或相同的参考标记可以用于识别共同的或类似的元件。图1示出了包括勘测船10的海洋电磁(EM)勘测系统，该勘测船10沿水体11(诸如湖或大海)的表面移动。勘测船10在其上包括通常以12示出并且为了方便而被称为“记录系统”的某些装备。记录系统12可以包括(为了图示的清楚，没有单独示出以下中的一个)导航装置、源致动和控制装备，以及用于记录和处理由获取系统中的各种传感器进行的测量的装置。船10可以拖动诸如气枪或这样的气枪的阵列之类的地震能量源14、包括垂直间隔开的电极16C、16D的垂直电偶极子“源”天线19以及可以包括水平间隔开的电极16A、16B的水平电偶极子“源”天线17。垂直电极16C、16D通常以流过从电极16C或16D去往勘测船10的线路之一的电流来激励。其它线路可以是电气不活动的并且仅用于将垂直偶极天线保持为其优选形状。为了方便，源天线17、19上的电极可以被称为“源电极”。为了在水垫13下方的地表下感应出电磁场，记录系统12可以包括可控电源(未单独示出)，以激励源电极。在本示例中，分别在每个天线17、19上的源电极16A、16B以及16C、16D可以间隔开大约50米，并且可以由电源(未示出)来激励，以使得大约1000安的电流流过电极。这是与在本领域已知的典型电磁勘测实践中使用100米长的发射器偶极子和使用500安的电流生成的源矩等同的源矩。在任一情况下，源矩可以是大约5X104安-米。在任何特定实施方式中使用的源矩不旨在限制本发明的范围。记录系统12可以包括可以在所选时间致动地震源14的装备(源控制器)并且可以包括记录或接受针对来自地震传感器的处理的记录的装置，该地震传感器可以布置在电磁(EM)传感器线缆M或系统中的其他地方中。EM传感器线缆M布置在水垫13上或其附近，以进行与水垫13下方的地球地层对应的测量。EM传感器线缆对可以与自然源或受控源EM勘测一起使用。EM传感器线缆M可以在其上包括多个纵向间隔开的远程获取单元(RAU)25。每个RAU25可以包括传感器模块22。每个传感器模块22可以已将基本上垂直延伸的传感器臂22A插入其上侧中。优选地，垂直延伸的传感器臂22A在其中或其上包括某种类型的浮力装置或结构(未单独示出)，以辅助相对于重力将传感器臂22A保持在基本上垂直定向。每个传感器模块22可以包括从其下侧延伸的长钉22C(如例如在kholl，C.和Edwards,N.,2007,MarinedownholetoseafIoordipole—dipoleelectromagneticmethodsandtheresolutionofresistivetargets,Geophysics,72，WA39中所描述的)，用于穿透存在于水垫13上的沉积物至其中的所选深度。在本示例中，横向延伸的感测臂22B可以从每个传感器模块22的一侧或两侧布置。例如电流电极的测量电极23可以与每个传感器模块22的纵向端部相邻地布置。测量电极23可以用于测量与对地球的地表下的感应电磁场的电场响应的某些分量有关的电压。由与每个传感器模块22和EM传感器线缆M相关联的各种感测装置获取的信号可以被传输到记录节点26并存储在记录节点沈中。这种传输可以通过在EM传感器线缆24中包括一个或多个电和/或光导体(未示出)以载送电力和/或数据信号来实现。记录节点26可以如所示出的那样被布置在水垫13上或者由系统设计者随意地布置在浮标(未示出)中。记录节点沈可以包括任何形式的数据存储装置，例如百万兆大小的硬盘驱动器或固态存储器。如果如图1所示被布置在水垫13上，则记录节点沈可以由船10从水垫13检索以询问存储装置(未示出)，或者可以通过将数据传递线缆(未示出)连接到记录节点267上的适当的连接器或端口(未示出)来访问存储装置(未示出)以进行询问。关于节点沈的数据存储和传递的方式可以根据公知的技术并且不旨在限制本发明的范围。图2是包括在RAU(图1中的25)中的传感器模块22的一个示例的剖视图。传感器模块22可以包括在沿EM传感器线缆M的所选位置处附于EM传感器线缆M的密封抗压外壳28。外壳观可以通过在线缆内接合、通过在其上模制外壳28或者通过在线缆24和外壳观中的每个上使用防水抗压电和机械连接器(诸如在颁发给&0的美国专利No.7，113，448中示出的连接器)而附于线缆24。外壳28的内部可以定义压力密封隔间，该压力密封隔间可以包括以下描述的部件中的一些或所有。模块22中的感测元件可以包括三轴磁力计M，其包括水平Mx、My和垂直Mz分量磁场传感器。三分量地震粒子运动传感器G也可以布置在外壳观中。地震粒子运动传感器G可以包括三个相互正交的运动传感器Gx、Gy、Gz，诸如地震检波器或加速计。地震传感器G检测由地震源(图1中的14)引起的地震波场的粒子运动分量。传感器模块22还可以包括与水(图1中的11)压力通信的水中地震检波器30，用于检测由地震源(图1中的14)引起的地震波场的压力分量。传感器模块22还可以在外壳观内包括重力传感器GR。传感器模块22可以包括电压测量电路39、40，以测量在测量电极对(图1中的23)两端施加的电压，该测量电极对沿线缆对布置在传感器模块22的相对侧上。在本示例中，电极对还可以包括沿垂直感测臂22A(以2示出的电极)和长钉22C(以23A示出的电极)中的每个或在其端部处布置的电极。垂直感测臂22A可以耦合到外壳观。由每一个上述感测装置生成的信号可以进入多路复用器32。多路复用器32的输出可以通过前置放大器34来传导。前置放大器可以耦合到模拟到数字转换器(ADC)36的输入，该模拟到数字转换器(ADC)36将来自前置放大器34的模拟电压转换成数字词，以由中央处理器38来存储和处理，该中央处理器38可以是任何基于微处理器的控制器和本领域已知的相关联的数据缓冲和/或存储装置。由数字词表示的数据可以针对沿线缆M到记录节点(图1中的26)的信号遥测而被格式化，以用于诸如由记录系统(图1中的12)进行的或在该记录系统中进行的稍后的检索和处理。传感器模块22还可以包括与多路复用器32信号通信的一个或多个高频磁力计MH和耦合到其输出的部件。在图3中的平面图中示出了图2的示例传感器模块22。水平感测臂42(在图1中也被示出为22B)可以使用与外壳观中的对应连接器41配对的压力密封电连接器42A而耦合到外壳观。感测臂42可以备选地被永久地附连到传感器模块22并且也可折叠。连接器42A、41包括一个或多个绝缘电触头，以将功率和/或信号传送到水平传感器臂42中的各种感测元件。感测元件可以包括多个间隔开的单轴或多轴磁场传感器44、以及电流电极46。垂直感测臂22A可以类似地被配置成具有电极和多个磁场传感器。长钉(图2中的22C)可以类似地装配有这样的感测装置。如所示出的，当线缆M从勘测船(图1中的10)延伸到水(图1中的11)中时，各种传感器臂和长钉可以被配置为使得它们可以快速地被安装并锁定到外壳中。如参照图2和3所解释的那样被配置的传感器模块22包括用于测量三个维度上的电场的感测装置和用于测量三个维度上的磁场的感测装置。磁场的时间导数可以通过数值方法从所测量的磁场导出。通过使用垂直于线缆所包围的区域的磁场的时间导数以及沿线缆的电场测量，有可能确定在连接两个传感器模块22的任何方向上(尤其是线缆M的横向的方向上)的电场分量。感应定律表明通过一定面积的磁通量的积分改变等于沿该面积的边界的积分电场，如以下等式(1)所示权利要求1.一种海洋电磁获取设备，包括传感器模块，其具有与其相关联的至少一个传感器；传感器臂组件，其耦合到所述传感器模块，所述传感器臂组件具有至少一个传感器臂和沿所述至少一个传感器臂布置的至少一个传感器；以及致动器，其耦合到所述传感器臂组件，用于在折叠位置与展开位置之间移动所述传感器臂组件。2.根据权利要求1所述的设备，其中，当所述传感器臂组件处于所述折叠位置时，所述至少一个传感器臂基本上平行于所述传感器模块。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述致动器由压力来开动。4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述致动器由外部控制信号来开动。5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述致动器包括可移动地布置在汽缸内的活塞。6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述致动器还包括线性到旋转机构，所述线性到旋转机构将所述至少一个传感器臂耦合到所述活塞并且被配置成响应于跨越所述活塞的压力差而相对于所述传感器模块旋转所述至少一个传感器臂。7.根据权利要求2所述的设备，其中，所述传感器模块包括多个传感器，所述多个传感器中的每个包括电极、磁场传感器、地震传感器、重力传感器、加速计以及地震检波器中的至少一个。8.根据权利要求2所述的设备，其中，与所述传感器模块相关联的至少一个传感器包括电极或磁场传感器，并且沿所述至少一个传感器臂布置的所述至少一个传感器包括电极或磁场传感器。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传感器模块还包括用于数字化和传送由所述传感器模块中的所述至少一个传感器和沿所述至少一个传感器臂布置的所述至少一个传感器所检测的信号的电子电路。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传感器臂组件包括多个臂和沿所述多个臂中的每个臂布置的至少一个传感器。11.根据权利要求10所述的设备，其中，当所述传感器臂组件处于所述折叠位置时，所述多个臂基本上平行于所述传感器模块的一侧。12.根据权利要求11所述的设备，其中，当所述传感器臂组件处于所述展开位置时，所述多个臂形成四面体形状。13.根据权利要求2所述的设备，还包括线缆、沿所述线缆布置在间隔开位置处的多个所述传感器模块以及耦合到所述传感器模块的多个传感器臂组件。14.根据权利要求13所述的设备，其中，与每一个传感器模块相关联的所述至少一个传感器包括用于测量在沿所述线缆的方向上的电场的电极对。15.根据权利要求14所述的设备，其中，每一个传感器模块还包括多个间隔开的磁场传感器。16.根据权利要求13所述的设备，其中，与每一个传感器模块相关联的所述至少一个传感器包括电极或磁场传感器，并且沿每一个臂布置的所述至少一个传感器包括电极或磁场传感器。17.根据权利要求13所述的设备，其中，每一个传感器模块包括多个传感器，所述多个传感器中的每一个包括电极、磁场传感器、地震传感器、重力传感器、加速计以及地震检波器中的至少一个。全文摘要一种海洋电磁获取设备包括具有与其相关联的至少一个传感器的传感器模块(22)。传感器臂组件(49)耦合到传感器模块。传感器臂组件具有至少一个传感器臂(22A)和沿至少一个传感器臂布置的至少一个传感器(22B)。致动器(50)耦合到传感器臂组件，用于在折叠位置与展开位置之间移动传感器臂组件。文档编号G01V3/12GK102472829SQ201080038230公开日2012年5月23日申请日期2010年7月27日优先权日2009年8月28日发明者M.斯特拉克K.,L.赫尔维希S.申请人:Kjt企业有限公司