【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及海洋电磁地球物理勘探的领域。更加具体地，本专利技术涉及用于采集、记录和传输所产生的用于次表层(subsurface) 大地勘探的电磁信号的电缆和相关设备。
技术介绍
电》兹地球物理勘探包括可控源和天然源电》兹勘探。可控源 电磁勘探包括将电场或.磁场施加于大地地层、在海洋勘探中在海底下 面的那些地层，并且通过测量在电极、天线感生的电压差和/或询问设 置在地表或在海底上或上方的;兹力计测量电场幅度和/或^兹场幅度。电 和/或》兹场响应于施加于大地次表层的电场和/或》兹场而感生，并且关 于大地次表层的电导率的空间分布的推断由感生的电和/或磁场的记 录做出。天然源电磁学包括多分量海底接收器站，并且通过取用垂直场分 量的比，人们可以排除对知道天然源的需要。到此时，用于海洋应用 的天然源电磁学被限制在自主记录站。本领域内已知的可控源电磁勘探包括将交流电流施加于在海底 下面的地层中。该交流电流具有一个或多个选定频率。这样的勘^:已 知为频域可控源电磁(f-CSEM)勘探。f-CSEM勘探技术例如在Sinha, M.C. Patel, P.D.， Unsworth, M.J., Owen, T.R.E.,和MacCormack， M.G.R., 1990, An active source electromagnetic sounding system for marine use (海洋用主动源电》兹法测深系统)，Marine Geophysical Research, 12, 29-68中描述的。描述电磁次表层勘探的物理学和解释的 其他出版物包括...
【技术保护点】
一种海洋电磁传感器电缆，包括： 沿电缆设置在间隔开的位置的多个传感器模块，每个模块包括至少一对与其关联的电极，所述电极设置成用以测量在沿着电缆方向的方向上的电场；并且 其中所述电缆设置成以形成闭合模式。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-4-30 11/742,359;US 2007-4-30 11/742,352中将是 清楚的。附图说明图1示出根据本发明的各种方面的海洋EM采集系统，其可包括 采集模块。图2示出可与在图1中示出的系统连用的采集4莫块的一个示例。图3示出采集模块的另一个示例。图4示出采集系统的另 一个示例图5示出在大地次表层中的感生磁场。具体实施方式海洋电磁(EM)勘探采集系统的一个示例在图1中示意地示出。 该系统可包括勘探船10，其沿例如湖或海洋等的水体11的表面移动。 勘探船10包括在其上的某些设备，其在12处大体上示出并且为了方 便称为记录系统，，。记录系统12可包括(为了图示清楚下列中没 有一个单独示出)导航装置、源激励和控制设备，和用于记录和处理 由在采集系统中的各种传感器做出的测量的装置。船10可拖带例如 空气枪或这样的空气枪的阵列等的地震能源14、包括垂直间隔幵的电 极16C、 16D的垂直电偶极子源天线19和可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典 型地由流过从电极16C或16D到勘探船10的线路中之一的电流来加 电。另一条线路可是电不活动的并且仅用于保持垂直偶极子天线处于 优选形状中。在源天线17、 19上的电极为了方便可被称为源电极。 记录系统12可包括可控电源(没有单独示出)以为了在水底13下面 的次表层中感生电磁场而对源电极加电。在本示例中分别在各个天线17、 19上的源电极16A、 16B和16C、 16D可以间隔开大约50米，并且可以由电源(没有示出)加电使得 大约1000安培的电流流过电极。这是与在本领域内已知的使用100 米长的发射器偶极子并且使用500安培电流的典型电磁勘探实践中产 生的那个等效的源矩(source moment)。在任一情况下源矩可以是大 约5xl(^安培-米。在任何特定的实现中使用的源矩不是要限制本发 明的范围。如果系统配置以记录瞬态EM信号，则用于对源电极加电的电流 可以是在特定时间或多个特定时间切断的直流(DC)。这样的切换时 间可方便地相关于信号记录时间指数等于零。然而应该认识到切断 DC只是电流切换的一个实现，其可操作以在大地次表层中引起瞬态 电万兹效应。在其他示例中，电流(DC)可-史接通，可/人一个极性切换 到另一个(双极切换)，或可在伪随机二进制序列(PRBS)或这样的切换序列的任何混合衍生物中切换。参见，例如，Duncan, P.M., Hwang, A.， Edwards, R.N., Bailey, R.C.,和Garland， G.D., 1980, The development and applications of a wide band electromagnetic sounding system using pseudo-noise source (使用伪噪声源的宽带电；兹观'J深系统 的发展和应用)，Geophysics, 45, 1276-1296 ,用于PBRS切换的说明。 该系统还可配置以与记录瞬态信号联合或者作为其备选来记录频 域信号。电源(没有示出)在这样的例子中可产生连续的交流电流， 其具有一个或多个选定分量频率以执行这样的频域电磁勘探。记录系统12可包括可在选定时间激励地震源14的设备(源控制 器)并且可包括记录或接受来自地震传感器(在下文中参照图2解释) 的记录以用于处理的装置，地震传感器可设置在传感器电缆24中或 在采集系统中的别处。在本示例中，传感器电缆24示出设置在水底13上用于做出对应 于在水底13下面的大地地层的测量。传感器电缆24可包括在其上的 多个纵向间隔开的传感器模块22。在每个传感器模块22中的部件的 示例将在下文中参照图2和3进一步解释。每个传感器模块22可具 有插入其的上侧的大致上垂直延伸的传感器臂22A。垂直延伸的传感 器臂22A的一个示例的细节将在下文中参照图3解释。优选地垂直延 伸的传感器臂22A包括在其中或在其上的某种浮力装置或结构(没有 单独示出)以协助保持传感器臂22A在相对于重力的大致上垂直的取 向上。每个传感器模块22可包括从它的下侧延伸的尖状物22C,如例 如在Scholl, C.和Edwards, N., 2007, Marine downhole to seafloor dipole-dipole electromagnetic methods and the resolution of resistive targets (海洋向下钻孔到海底偶极子-偶极子电磁方法和电阻性靶的分 辨率)，Geophysics, 72, WA39中描述的，用于穿透在水底13上存在 的沉积物到在其中选定深度。围绕邻近每个传感器模块22的每个纵 向端的传感器电缆24的部分外部的可以是流电电极(galvanic electrode) 23,其用于测量涉及对在次表层中的感生电石兹场的电场响应的某些分量的电压。在本示例中，侧向延伸的传感臂22B可从每个 传感器模块22的一侧或两侧设置。这样的传感臂22B将参照图3更 详细地解释。传感器电缆24在某些实现中可设置在水底13上处于闭 合模式，其将参照图4进一步解释。由与每个模块22和电缆24关联的各种传感装置采集的信号可被 传输到并且存储在记录节点26中。这样的传输可通过包括在电缆24 中的一个或多个电和/或光导体(没有示出)进行以传导电功率和/或 数据信号。记录节点26可设置在水底13上如由系统设计者决定设置 在浮标(没有示出)中示出的。记录节点26可包括任何形式的数据 存储装置，例如兆兆字节大小的硬盘或固态存储器。如果如在图1中 示出的设置在水底13上，记录节点26可由船l(M人水底13取回以询 问存储装置(没有示出)，或者存储装置(没有示出)可通过连接数 据转移电缆(没有示出)到在记录节点26上的适合的连接器或端口(没有示出)而被访问用于询问。关于节点26的数据存储和转移的 方式可根据众所周知的技术并且不是要限制本发明的范围。传感器模块22的一个示例在图2中以剖视图示出。传感器模块 22可包括在沿电缆24的选定位置处固定到电缆24的密封的、耐压外 壳28。外壳28可通过电缆内的编接、通过在其上模塑外壳28或通过 在电缆24和外壳28中的每个上使用不透水、耐压的电和机械连接器(例如在向Scott发出的美国专利号7，113,448中示出的连接器等)而 固定到电缆24。外壳28的内部可限定压力密封的隔间，其可包括下文描述的部 件中的一些或所有。在模块22中的传感元件可包括三轴线;兹力计M 其包括水平Mx、 My和垂直Mz分量》兹场传感器。三分量地震质点运 动传感器G也可设置在外壳28中。地震质点运动传感器G可包括三 个互相正交的运动传感器Gx、 Gy、 Gz，例如地震4企波器或加速计等。 地震传感器G探测由地震源(在图1中的14)引起的地震波场的质 点运动分量。传感器模块22还可包括与水(在图1中的11)压力相联的用于探测由地震源(在图1中的14)引起的地震波场的压力分量的水中听音器30。传感器模块22在外壳28内还可包括重力传感器GR。传感器模块22可包括电压测量电路39、 40以测量跨接沿电缆24设置在模块22的相对侧上的流电电极对(在图1中的23)所加的电压。在本示例中，电极对还可包括沿垂直传感臂22A (在23B处示出的电极)和尖状物22C (在23A处示出的电极)中的每个或在其末端设置的电极。垂直传感臂22A可以如将在下文中参照图3解释的方式联接于外壳28。由上文描述的传感装置中的每个产生的信号可进入多路复用器32。多路复用器32的输出可通过前置放大器34传导。前置放大器可耦合于模拟数字转换器(ADC) 36的输入，其转换来自前置放大器34的模拟电压为用于存储和由中央处理器38处理的数字字，中央处理器38可是任何本领域内已知的基于微处理器的控制器和关联的数据緩冲和/或存储装置。由数字字表示的数据可被格式化用于沿电缆24信号遥测到记录节点(在图1中的26)用于以后的^r索和处理，例如由或在记录系统(在图1中的12)中。传感器模块22还可包括一个或多个与多路复用器32和耦合于其的输出的部件信号通信的高频f兹力计MH。图2的示例传感器模块22在图3中以平面图示出。水平传感臂42 (也在图1中示为22B)可使用压力密封电连接器42A (与在外壳28中对应的连接器41紧密配合)联接于外壳28。传感臂42备选地可永久地连到传感器模块22并且也可以是可折叠的。连接器42A、41包括一个或多个绝缘的电接触以向在水平传感器臂42中的各种传感元件传送电力和/或信号。传感元件可包括多个间隔开的单或多轴线石兹场传感器44和流电电极46。垂直传感臂22A可类似地配置以具有电极和多个磁场传感器。尖状物(在图1中的22C)可类似地装备有这样的传感装置。各种传感器臂和尖状物可配置使得它们可锁定地并且快速地安装进入外壳，如当电缆24从勘探船(在图1中的10)延伸进入水(在图1中的11)时所示出的。如参照图2和3解释配置的，传感器模块22包括传感装置以测量在三维中的电场、在三维中的^兹场和在至少两个方向上的^兹场梯度。磁场梯度可沿电缆24的方向(第三方向)通过测量沿电缆24在相邻模块22中做出的磁场测量之间或连续更多的间隔开的模块22之间的差别而测量。通过测量磁场梯度的空间分量，确定在与磁场梯度测量横向的方向上的电场分量可以是可能的。安培定律说明磁场的空间梯度等于电介质位移场的时间导数加上自由电流密度，如在下面方程(1)中示出的& ( 1 )因为电介质位移场由电介电常数e耦合到电场E,如果磁场的z分量Hz关于沿电缆的位置x的空间变化和在》兹场Hx中关于垂直z的电缆方向空间变化是已知的，则电场的y分量Ey场关于时间的变化可以被计算。因而，通过使用如本文示出的电缆系统测量沿选定方向的;兹场梯度，确定电场的横向分量是可能的。电缆系统的部署的一个示例在图4中示出。电缆24在离记录节点26的其远端可包括尾标48,并且可以大致上闭合模式设置在7K底上。注意在图4中示出系统可省略用于确定电场的横向分量的水平传感臂(在图3中的42)。这是因为在闭合回路内的电场分量的和等于零。因此，当电极23以如在图4中示出的闭合模式设置时，侧向相对的电极对(沿闭合模式的位置)之间的电场的横向分量可从在这样相对的位置处的纵向间隔电极之间做出的电场测量推导出。备选地，可包括水平传感臂(在图3中的42)并且可使用电场和磁场梯度的测量以质量4企查侧向电场分量的确定，其由》兹场梯度测量并且由在沿闭合模式的选定位置处的电场差别确定而确定。如果横向于电缆方向的电场分量通过测量磁场梯度或通过使用横向安装的传感臂确定，则进行勘探而不具有电缆(以如在图4中示出的闭合回路配置)可以是可能的。在图4中示出的系统可提供如上文解释的某些优势。在图1中示出的系统包括水平和/或垂直电偶极子天线用于在大地次表层中感生电场，其中大地的电和磁响应被测量。应认识到本发明同样可应用于感生磁场的地方。参考图5，勘探船10可拖带在电缆21的末端的回路天线21A21B。记录系统12可通过水平回路天线21A传递电流以在次表层中感生垂直》兹场mA,并且通过垂直回路天线21B以在次表层中感生水平磁场mB。由在系统(参见图2至4)中的各种传感装置做出的测量可响应于这样的磁场做出。除电场之外而且作为电场的备选，磁场可感生以用于任何特定的电磁勘探。对于本领域内那些技术人员将也是明显的，传感器电缆(在图1中的24)还可以设置成一条线，特别在使用水平传感臂的地方，和/或在使用间隔开的磁场传感器的地方，以从》兹场梯度确定电场的横向分量。传感器电缆24还可与地球电石兹测量方法一起使用并且不限于可控源电^f兹测量方法。在才艮据本发明的方法的一个示例中，包括电场和磁场中的一个或多个的多个瞬态可控源电磁测量(t-CSEM)可沿一个或多个选定方向使用如在图4中示出的电缆^f故出。优选地，这样的电和磁场测量沿三个正交方向做出。对于这样的多个测量，优选地源天线(图1 )处于大致上固定的位置。电和》兹场测量^R求和或堆叠。堆叠的结果是高质量t-CSEM信号响应。然后可从在相当大时间段期间记录的信号中减去堆叠的t-CSEM信号响应。该结果将是由在电缆上的所有各种传感元件测量的地球电磁(MT)响应。MT响应可根据本领域内已知的技术处理。参见，例如，向Byerly发出的美国专利号6,950,747。当MT响应被如上文解释的确定，并且根据本领域内已知的一种或多种技术处理时，那么执行t-CSEM和MT响应的l关合反演成为可能。如果频域电磁响应被测量，这样的响应也可被联合反演。联合反演例如对Frenkel等发出的美国专利号5，870,690中描述。为了耳...
【专利技术属性】
技术研发人员：KM斯特拉克，SL赫尔维希，
申请(专利权)人：KJT企业有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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