CN101046517A - 用于地下探测的低噪声拖曳式电磁系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于海洋电磁勘探系统的检测器包括外壳，该外壳设置成使得将外壳拖曳穿过水体时的紊流最小，并且使外壳沿拖曳方向以外的任何方向的运动最小。该外壳包括与它相关的电场和磁场传感元件中的至少一个传感元件。

Description

用于地下探测的低噪声拖曳式电磁系统
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C 119(e)要求2006年3月29日提交的序列号为60/787,042的美国临时申请的优先权，该临时申请题为“用于地下探测的低噪声拖曳式电磁系统(Low Noise，Towed ElectromagneticSystem for Subsurface Exploration)”，通过引用将其公开内容全部结合于本文。
技术领域
一般来说，本发明涉及用于地球的地下覆盖层探测的电磁勘探设备的领域。更具体地说，本发明涉及用于检测由施加在地中的电磁场引起的感应电压的检测器电极及其阵列的结构。
背景技术
除了其它目的外，电磁勘探还用于确定地球的地下覆盖层中含烃结构的存在。电磁勘探包括称为“受控源”勘探技术的技术。受控源电磁勘探技术包括：当在陆地上进行这些勘探时，在泥土中施加电流或磁场；或者当在海洋环境中进行这些勘探时，对水底(海底)以下的沉积物施加电流或磁场。这些技术包括测量设置于地表面或海底上的电极、天线和/或磁力计中所感应的电压和/或磁场。这些电压和/或磁场是通过由施加在地下覆盖层中(在海洋勘探中穿过水底)的电流和/或磁场引起的电磁场与地下覆盖层构造物相互作用而感应产生的。
本领域中已知的海洋受控源电磁勘探通常包括：通过对由勘探船拖曳的偶极电极施加来自通常设置在该勘探船上的源的电流，来对水底以下的沉积物施加交变流电。偶极电极通常是绝缘电缆，在该绝缘电缆的选定间距(有时是300-1000米或更大)上有两个电极。交流电具有一个或多个选定的频率，这些频率通常在约0.1-100Hz范围内。多个检测器电极设置在水底上隔开的位置，并且这些检测器电极连接到记录这些电极的不同电极对上所感应的电压的装置。该勘探称为频域受控源电磁(f-CSEM)勘探。例如，在Sinha，MC.Patel，P.D.，Unsworth，M.J.，Owen，T.R.E.和MacCormack，M.G.R.(1990)，Anactive source electromagnetic sounding system for marine use，MarineGeophysical Research，12，29-68中描述了f-CSEM勘探技术。其它描述电磁地下勘探的物理学和判读的出版物包括：Constable，S.C.和Edwards，R.N.(1991)，Electrical exploration methods for the seafloor：Investigation in Geophysics No.3，Electromagnetic methods in appliedgeophysics，vol.2，application，part B，931-966；以及Cheesman，S.J.，Edwards，R.N.和Chave，A.D.(1987)，On the theory of seafloorconductivity mapping using transient electromagnetic systems：Geophysics，52，No.2，204-217。
本领域中已知的用于电磁勘探地下构造物的另一技术是瞬态受控源电磁(t-CSEM)勘探。在t-CSEM勘探中，利用与如上文所说明用于f-CSEM的电极相似的位于电缆上的电极，来对地下覆盖层施加电流。该电流可以是直流电(DC)。在一个或多个选定的时间，切断电流，并且通常相对于选定时间间隔内的时间，利用之前如参照f-CSEM勘探所说明的设置在水底上的电极，来测量感应电压。通过感应电压的时间分布，来推断地下覆盖层的结构和组成。例如，在Strack，K.-M.(1992)，Exploration with deep transient electromagnetic，Elsevier，373 pp.(1999年再版)中描述了t-CSEM勘探技术。
不管利用何种技术，因为含烃结构的电阻率在几欧姆-米到几百欧姆-米的范围内，而相邻的不含烃的构造物的电阻率在约0.2欧姆-米到几欧姆-米的范围内，所以通过这两种结构之间的电阻率常数，可以推断含烃结构的存在。
上述电磁勘探技术不仅耗时，而且执行起来比较昂贵，这主要是因为检测器电极通常设置在部署于水底上的电缆中。部署这些检测器电极电缆通常包括：从勘探船或另一部署船退绕这些电缆；在部署电缆后，确定电极的大地位置；并在完成勘探后收回电缆。因此，为了勘探地下覆盖层的实质区域，需要沿水底在不同位置部署大量的这样的电缆和/或重复部署电缆。利用部署在水底的(固定)检测器电缆的主要原因是，由于电磁效应而在电极对上感应的电压小至足以使电缆穿过水时在电极中感应的噪声使得难以测量由电磁效应感应产生的电压。
本领域中已知，拖曳电缆上的电极可以用于某些类型的海洋勘探，尤其是如上所述，用于对水底以下的构造物施加电场。但是，利用本领域中已知用于电磁感应电压检测的拖曳式电极难以利用本领域中已知的电极来执行，特别是因为拖曳式电缆在穿过水时会发生振动。因为这种现象会影响到安装在电缆上的电极，所以早就针对水下接收天线研究了这种现象。该研究的结果是，识别到多个噪声源。例如，参见M.L.Burrows，IEEE Trans.Comm.，22(1974)540。
一个重要的噪声源是由电极和互连电缆在地球的地磁场内的运动(即，电磁感应)引起的。当电缆穿过水时，沿电缆的压力波动会激发运动，从而使电缆开始振动。对于长电缆，研究表明，运动感应电压与v5/2/f2成比例，其中v和f分别是拖曳速度和信号频率。用于水下通信天线的频率高于60Hz，并且由于噪声的频率相依性，所得噪声可以进行处理。但是，对于常用于烃探测的约为0.4-0.8Hz的频率来说，感应噪声难以处理。利用由Burroughs开发并且在前述IEEE出版物中公开的公式，预期在感兴趣的频率和5节的拖曳速度下，噪声电平约为0.3μV/Hzm。相对于预期在典型的电磁勘探中测量到的电压，该噪声电平高得不能接受。
其它重要的噪声源有电极噪声、水运动噪声和热噪声。电极噪声由扰乱电极表面处的电化学双层的水运动引起。水运动噪声与地磁场中由水紊流引起的感应相关。如果在电极附近存在温度梯度，那么热噪声将总是存在。
需要一种用于采集电磁勘探数据的系统，可以类似于地震拖缆系统那样在水中拖曳该系统，以便提高采集电磁勘探数据的速度和效率。该系统应当配置成使得由于水运动经过传感元件以及传感元件沿拖曳方向以外的方向运动而在传感元件中感应的噪声最小。
发明内容
从最普遍的意义来说，本发明是用于海洋电磁勘探系统的检测器，该检测器包括外壳，该外壳设置成使将外壳拖曳穿过水体时的紊流最小，并且使外壳沿拖曳方向以外的任何方向的运动最小。该外壳包括与它相关的电场或磁场传感元件。
本发明的另一个方面是海洋电磁勘探系统检测器。根据本发明的这个方面的检测器包括由基本上不导电的材料形成的外壳。该外壳的形状经过设计以便提供用于放置电极的表面，当外壳移动穿过水时，该电极位于基本上层状流动的水中。该外壳的形状经过设计以便对穿过的水流提供最小的阻力。翼片耦合到外壳，并且从外壳向外突出。翼片的形状经过设计以便使外壳穿过水的运动保持稳定，并且每个翼片为拖曳电缆提供附接位置。这些翼片关于外壳对称设置。该检测器包括设置在外壳的这个表面上的电极。该电极由基本上为非金属的导电材料组成。
在一个实施例中，外壳定义其中具有电压测量电路的内部腔室。
本发明的另一个方面是海洋电磁勘探系统。根据本发明的这个方面的电磁勘探系统包括设置成将电缆拖曳穿过水体的勘探船。该勘探船上具有用于使源电极通电的装备。该装备包括用于记录与至少一对检测器之间检测到的电压相对应的信号的记录装置。该系统包括沿电缆设置在选定位置的至少两个源电极和耦合在电缆的尾端后面的至少一对检测器。每个检测器包括由基本上不导电的材料组成的外壳。每个外壳的形状经过设计以便提供用于放置电极的表面，当每个这样的外壳移动穿过水时，该电极位于基本上层状流动的水中。每个外壳的形状经过设计以便对穿过的水流提供最小的阻力。每个检测器都包括翼片，这些翼片耦合到各自的外壳，并且从每个各自的外壳向外突出。这些翼片的形状经过设计以便使各自的外壳穿过水的运动保持稳定，并且为拖曳电缆提供附接位置。这些翼片关于外壳对称设置。每个检测器包括设置在该表面上的电极。该电极由基本上为非金属的导电材料组成。
在一个实施例中，每个外壳定义其中具有电压测量电路的内部腔室。
本发明的另一个方面是海洋电磁勘探方法。根据本发明的这个方面的方法包括将场源发生器移动穿过水体。在选定时间，电流流过该场源发生器，并且在该发生器处，在水体底部以下的地层中感应时变磁场和时变电场中的至少一种场。将至少一个传感元件沿拖曳方向移动穿过水体。利用该传感元件，检测由感应场与构造物相互作用而引起的磁场和电场中的至少一种场。执行移动，以便使水中的紊流最小，并且使传感元件沿拖曳方向以外的方向的运动最小。
通过阅读以下说明和所附权利要求，本发明的其它方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1示出根据本发明的电磁勘探系统的一个实施例。
图2示出与根据本发明的勘探系统一起使用的电极的一个实施例。
图3示出可用于本发明的各个实施例中的检测和遥测电路的一个实施例。
图4示出用于将检测器及其相关的拖曳电缆附接到由勘探船拖曳的电缆的尾端的耦合的一个实施例。
图5示出利用天线作为传输元件并利用其中具有磁性传感器的检测器的采集系统的备选实施例。
图6示出其中具有磁力计的检测电路的备选实施例。
具体实施方式
在本文对本发明的描述中，术语“检测器”用于表示电缆上由勘探船或其它船拖曳的装置，该装置包括一个或多个用于检测电磁场与地球的地下覆盖层中的构造物的相互作用的一个或多个方面的传感元件。这些电磁场可以通过在水面以下的选定深度处的水体中产生时变电场或时变磁场而在地下覆盖层中感应产生。通常，这个或这些传感元件可以是设置在外壳上的电流电极，或是设置在外壳内的磁场传感器。该外壳配置成使在将外壳拖曳穿过水体时的水紊流最小，并且配置成使外壳沿外壳的拖曳方向以外的任何方向的运动最小。
图1示出根据本发明的海洋受控源电磁勘探系统的一个实施例。在图1的实施例中，通过在水面以下的选定深度处产生时变电场来对地下覆盖层施加电磁场。在本实施例中，通过在一对隔开的源电极上施加电流来产生电场。在图1中，勘探船10沿诸如湖泊或海洋之类的水体11的表面移动。勘探船10上可以包括电子装置，图中统一示为通过各个电极来对水底21以下的构造物20施加勘探电流的“记录系统”12。记录系统12中的装备还可包括用于检测和记录与一对或多对检测器18上检测到的电压相对应的信号的装置(图中没有单独示出)，每个这样的检测器上都具有至少一个电极(如图2所示)。记录系统12中的装备还可包括用于确定船10和系统内的各个检测器18的大地位置的装置(图中没有单独示出)。下文将参照图2更详细地说明检测器18上的电极。
在本实施例中，可以通过相互间隔选定距离的源电极的偶极对16A、16B来施加勘探电流。其中，该选定的距离取决于将要勘探的地下覆盖层20中的深度和地下覆盖层中的构造物的预期电阻率。可以通过由勘探船10或另一船部署的合适的勘探电缆14来拖曳源电极16A、16B。勘探电缆14可以包括用于将勘探电流从记录装置12传送到源电极16A、16B以及用于向记录系统12传送与施加在各对不同的检测器18上的电极上的电压相关的信号的电导线(图中没有单独示出)，下文将对此作进一步的说明。源电极16A、16B的结构在本领域中已知。图1中将源电极16A、16B示为设置成水平电偶极。在其它实施例中，可以将源电极设置成垂直电偶极。
在本实施例中，勘探电缆14可以在其尾端包括转换接头和遥测装置，大致如18A所示。本实施例中的转换接头和遥测装置18A在勘探电缆14的尾端和用于拖曳检测器18中的两个或两个以上检测器的检测器拖曳电缆18C之间形成机械和电连接。检测器18可以沿检测器拖曳电缆18C设置在隔开的位置，如图1所示。其它实施例中的拖曳电缆18C可以直接耦合到船10。其中，电磁勘探系统的任何特定实施例中所用的检测器18的数量和间距取决于勘探结果所需的分辨率和地下覆盖层20中的构造物的电阻率。检测器18可以由如图1所示的勘探船10拖曳，或者也可以由不同的船拖曳。转换接头和遥测装置18A还可包括用于将与施加在各个检测器18上的检测到的电压相关的信号转换成用于传输到记录系统12的电或光遥测格式的电路(图1中未示出)，或者也可以是勘探电缆14和检测器拖曳电缆18C之间的简单的机械和电连接。除此之外或者作为替代，转换接头和遥测装置18A可以包括用于本地记录与检测到的电压相对应的信号的电路(未示出)。
在操作如图1所示的系统中，当勘探船10穿过水11时，记录系统使勘探电流施加在源电极16A、16B上。如果系统想要测量瞬态电磁效应，那么电流可以是切换的直流电，即极性交替直流电，它可以不连续地切换，也可以按照诸如伪随机双态的顺序切换。如果系统想要测量频域电磁效应，那么电流可以是具有在约0.1-100Hz范围内的一个或多个频率的交流电。交流电的波形可以是正弦波、三角波、方波或其它周期波形，这取决于其所需的频率内容。当这样使源电极16A、16B通电时或在此之后(取决于正在测量的是瞬态效应还是频域效应)，测量选定的多对检测器18上的电压。接着，利用对应于感应电压的振幅和/或相位(相对于施加在源电极16A、16B上的电流的相位)和/或相对于电流切换时间的振幅的测量值来推断地下覆盖层20的结构和/或组成。可以在与源电极16A、16B相同或不同的深度拖曳检测器18。
图2更详细地示出检测器18的一个实施例。检测器18可以包括通常为鱼雷形的外壳32，该外壳32优选由玻璃纤维增强塑料或类似的高强度且不导电的耐蚀材料组成。外壳32可以包括通常为钝圆形的头部31，在该头部31上，适宜地设置了传感元件，在该实施例中，该传感元件为电极30。电极30可以由石墨或其它导电的非金属材料组成，以免因为腐蚀而使它的电阻抗发生任何改变，如果电极30使用许多金属，那么就会出现这种情况。当外壳32穿过水时，头部31一般位于层流水内。因此，这样设置的电极30中就不太容易引入由紊流诱导的电噪声。
外壳32可以包括通常为椭圆形的中部40和通常为圆锥形的尾部42。外壳32的各个部分(头部31、中部40和尾部42)的形状优选是这样的：使得外壳32可以在最小的水力阻力下穿过水(图1中的11)，在水中引起尽可能少的紊流，并且为将位于基本上层状流动的水中的电极30提供表面。
外壳32穿过水的运动可以通过沿外壳32在合适的位置耦合通常为翅形的翼片34来加以稳定。可以将翼片34固定到外壳32，或者翼片34可以与外壳32一体形成。每个翼片34的最外面的边也可以是将检测器拖曳电缆18C耦合到外壳32的位置。如图2所示，可以将检测器拖曳电缆18C固定到翼片34的最外面的边，以便沿检测器拖曳电缆18C的运动方向大致相互平行地延伸。翼片34优选相对于外壳32对称地设置在外壳的相对两侧上。尽管图2中示为在水平方向上分离，但是检测器拖曳电缆18C也可以在垂直方向上分离。拖曳电缆18C的水平分离可以减小由拖曳电缆18C在地球的地磁场内的运动而引起的感应噪声，下文将参照图3对此作进一步的解释。
外壳32还可在外壳32的尾端附近包括两个或两个以上通常为圆周对称设置的稳定器42。翼片34和稳定器42可以与外壳32一体形成，或者也可以单独形成并固定到外壳32。协同地，翼片34和稳定器42使外壳32在高方向稳定性下穿过水。在其它可能的益处中，高方向稳定性可以减小由拖曳电缆18C相对于地球的地磁场的不当运动而在拖曳电缆18C中感应的噪声量。
外壳32还可以形成为用于定义一个或多个密封的内部隔间33，在这些隔间33内包含油或类似的不导电且基本上不可压缩的流体。可以选择隔间的总体积和该流体的密度(以及下文将进一步说明的定义的腔室的封闭体积)，以便使外壳32在水中具有大体为中性的浮力。
外壳32还可以形成为用于定义密封的内部腔室35，在该腔室35内，可以设置合适的放大和遥测电路，大致如36所示。电路36用于检测施加在电极30和沿检测器拖曳电缆18C设置的检测器18中的另一个检测器中的类似形成的另一电极上的电压。电路36可以通过如38所示的合适的配线电连接到每个检测器拖曳电缆18C。下文将参照图3更详细地说明电路36和配线38。
本实施例包括两条对称设置且基本上共面的检测器拖曳电缆18C，这两条检测器拖曳电缆18C耦合到各自的翼片34，以便实现几个目标。第一，可以将电力传导到电路36，可以从电路36传导信号，并且可以沿基本上对称的检测器拖曳电缆18C内的电导线(参见图4)传输电压或其它代表性信号，以免在电极30中感应杂散电压。第二，通过如图2所示将检测器拖曳电缆18C设置成基本上共面且相对于检测器18对称，可以提高检测器18穿过水的运动的稳定性。优选地，检测器拖曳电缆18C具有尽可能小的直径，以便减小由检测器拖曳电缆18C穿过水而引起的任何紊流的影响。另外，利用两条检测器拖曳电缆是为了基本上抵消如前所述的由检测器18和检测器拖曳电缆18C在地球的地磁场内的任何运动不稳定性而在检测器拖曳电缆18C中感应的任何电压。
优选地，检测器拖曳电缆18C相对于由拖曳电缆18C承载所需的曳力尽可能地细，这样不仅可以如前所述减小阻力，而且还可以增加拖曳电缆18C中由紊流引起的任何振动的振动频率。此外，利用细的拖曳电缆使得其质量最小，从而使拖曳电缆18C对检测器18的运动的任何影响最小。
如图1所示的实施例包括设置成能够在水平电极对上测量电压的检测器。在其它实施例中，可以将其中一个或多个检测器设置成利用分离的拖曳电缆和用于保持各个检测器的相对位置的合适的结构来测量垂直或其它取向上的电压。
图3示意性地示出电路36的一个实施例。电路36可以包括功率变换器140，该功率变换器140通过合适的对称连接(如配线38中的电导线140A、140B)从检测器拖曳电缆(图2中的18C)内的导线接受电力。在优选实施例中，通过导线140A和140B来提供直流电(DC)电压，并且功率变换器140是DC-DC转换器。在备选实施例中，将交流电(AC)电力提供给功率变换器140，该AC电力优选为相对较高的频率，如500Hz或更高，以免在电极(图2中的18)中感应可检测出的电压，并且功率变换器140是AC-DC转换器。功率变换器140可以将合适的电力提供给前置放大器142、模数转换器(ADC)144和遥测收发器146。
前置放大器142具有一个电耦合到电极(图2中的30)的输入端子。前置放大器的另一输入端子可以通过例如导线142A、142B电耦合到沿检测器拖曳电缆(图2中的18C)设置的电极(图2中的18)中的一个选定的电极。可以通过ADC 144将前置放大器142的输出数字化，并将其传导到遥测收发器146，用于包含在任何合适的遥测方案中。遥测收发器可以电耦合到配线38中的合适的导线146A、146B。各条导线142A、142B、146A、146B耦合到检测器拖曳电缆18C中的相应导线，下文将参照图4对此作更详细的说明。
在一些实施例中，可以将控制信号传输到遥测收发器146(通常从图1中的记录装置12传输)，以便使前置放大器142在一个输入端子选择性地耦合到导线142A、142B，从而使施加到前置放大器142的输入端的电压介于沿检测器拖曳电缆(图1中的18C)设置的检测器(图1中的18)中的选定检测器之间。因此，在这些实施例中，检测器和它们上面的相应电极之间的间距可以选择。
图4示意性地示出转换接头和遥测装置18A的一个实施例。装置18A可以包括由钢或其它高强度材料组成的密封的抗压外壳118A。外壳118A包括耦合到位于勘探电缆14的尾端的一个或多个加强部件14A的负载转移装置114A。负载转移装置114A将加强部件14A承载的张力耦合到外壳118A。外壳118A优选设置成密封地啮合勘探电缆14，以便防止水进入勘探电缆14和外壳118A的内部。形成线束14B的一部分的电和/或光导线穿过开口进入外壳118A的内部，并且在操作上耦合到各条检测器拖曳电缆18C内的各自的电力导线118C和遥测导线218C。每条检测器拖曳电缆18C都可包括防水外部护套518C，该防水外部护套518C适于密封地啮合外壳118A，以便防止水进入外壳118A和每条电缆18C的内部。每条检测器拖曳电缆都可包括加强部件318C，该加强部件318C优选由纤维绳组成，如商标为VECTRAN(它是Hoescht Celanese Corp.，NewYork，New York的注册商标)的纤维。各个加强部件318C耦合到外壳118A内的各自的负载转移装置418C，以便将来自外壳118A的张力负载转移到各条检测器拖曳电缆18C。
如前所述，本领域中已知的电磁勘探包括：对地下覆盖层施加时变磁场；并检测由所施加的时变场与地下覆盖层中的各种构造物相互作用而引起的磁场。图5示出根据本发明的系统的另一个实施例，它包括用于这些目的的磁场产生和检测装置。图5示出穿过水体11的勘探船10，在该勘探船10上具有记录系统12，如上文参照图1所说明。船10拉动合适的勘探电缆14穿过水11。在本实施例中，在勘探电缆14的末端拖曳环形天线17。该环形天线17可以耦合到记录系统12中与参照图1所说明的勘探电流源类似的勘探电流源。在图5的实施例中，当电流流过环形天线17时，感应产生磁场。如图5所示的天线17产生垂直磁偶极，但是其它实施例中也可以利用其它偶极取向。
在天线17的尾端，与参照图4所说明的转换接头和遥测装置类似的转换接头和遥测装置18A可以用于将勘探电缆14的末端耦合到拖曳电缆18C，基本上如参照图4所说明的。拖曳电缆18C耦合到至少一个检测器118，并且优选耦合到沿拖曳电缆位于隔开的位置的多个这样的检测器(与图1所示类似)。图5中的检测器118内可以包括一个或多个磁场传感器元件(磁力计)，并且可以包括也可以不包括如参照图2所说明的电流电极。检测器118的结构基本上与上文参照图2所说明的结构类似，特别是包括设置成使紊流的产生最小并且使其沿拖曳方向以外的方向的运动最小的外壳。下文将对磁力计作出说明，它检测由所施加的电磁场与地下覆盖层20相互作用而引起的磁场，并且产生相应信号，这些信号可以记录在记录系统12内或其它位置，以便用于判读。利用所检测到的磁场的各个方面来推断地下覆盖层20中的各种构造物的结构和组成。如果本实施例中使用磁力计，那么检测器外壳优选由基本上为非磁性的材料制成。当然，参照图2所说明的塑料组合物就具有这些性质。如果不在检测器118的任何部分上设置电极，那么检测器外壳可以(但不一定)具导电性，但它应当是非磁性的。这些实施例中可以使用蒙乃尔合金之类的材料。本实施例的检测器118可以包括上文参照图2所说明的外壳的任何或所有特征，前提条件是将检测器118设置成使紊流和沿拖曳方向以外的方向的运动最小。
参照图6，如图5所示的检测器中可以使用电路136，该电路136可以包括一个或多个磁力计。电路136的大多数组件可以与上文参照图3所说明的电路大体类似，它包括ADC 144、前置放大器142、电源140和遥测收发器146。本实施例可以包括一个或多个磁力计，如M1、M2、M3所示。磁力计M1、M2、M3可以是磁通门装置，如用于检测地球的地磁场的装置或类似装置。为方便起见，图6中的磁力计M1、M2、M3可以基本上相互垂直地取向，或者也可以是其它取向。磁力计M1、M2、M3的信号输出耦合到插入在它们与前置放大器142之间的多路器147的相应输入端子。多路器147可以包括另外的输入端子，如示为E1的输入端子，如果任何特定实施例中使用一个或多个电极，那么该输入端子E1耦合到这个或这些电极。在本实施例中，检测器(图5中的118)中可以同时使用如参照图2所说明的电极和至少一个磁力计。
本实施例的检测器(图5中的118)还可与如图1所示的电场产生装置一起使用。在这些实施例中，磁力计M1、M2、M3检测由时变电场与地下覆盖层(图1中的20)中的各种构造物相互作用而引起的磁场。与特定实施例无关，不管是产生电场并检测电压，或是感应并检测磁场，或其任意组合，通过使水紊流和检测器沿拖曳方向以外的方向的运动最小，都将使传感元件检测到的噪声最小，这本质上可以增强在检测器移动时进行电磁勘探的能力。这些勘探技术可以提高电磁勘探的速度和效率。
尽管上文就有限几个实施例描述了本发明，但得益于本公开的本领域的技术人员将明白，可以在不偏离本文所公开的本发明的范围的情况下设想其它实施例。因此，本发明的范围应当只能由所附权利要求限制。

Claims (32)

1.一种海洋电磁勘探系统检测器，包括：
由基本上不导电的材料形成的外壳，所述外壳的形状经过设计以便提供用于放置电极的表面，当所述外壳移动穿过水时，所述电极位于基本上层状流动的水中，所述外壳的形状经过设计以便对穿过的水流提供最小的阻力；
耦合到所述外壳并从所述外壳向外突出的翼片，所述翼片的形状经过设计以便使所述外壳穿过水的运动保持稳定，并且每个翼片为拖曳电缆提供附接位置，所述翼片关于所述外壳对称设置；以及
设置在所述表面上的电极，所述电极由基本上为非金属的导电材料形成。
2.如权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述电极包括石墨。
3.如权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述外壳定义其中具有电压测量电路的内部腔室。
4.如权利要求3所述的检测器，其特征在于，所述电路包括设置成选择性地耦合在设置于拖曳电缆上隔开位置处的多个检测器中的两个检测器的相应电极之间的电压测量电路。
5.如权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述外壳包括纤维增强塑料。
6.如权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述外壳包括通常为椭圆形的中部和通常为圆锥形的尾部。
7.如权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述外壳包括至少两个稳定器，所述稳定器在靠近所述尾部的位置耦合到所述外壳，并且设置在所述外壳的相对两侧上。
8.如权利要求1所述的检测器，其特征在于，所述外壳定义至少一个内部隔间，所述隔间内填充有基本上不可压缩的不导电流体，所述隔间的体积和所述流体的密度经过选择用于使所述外壳在水中具有基本上中性的浮力。
9.一种海洋电磁勘探系统，包括：
配置成拖曳至少一对隔开的检测器的勘探船，每个检测器包括由基本上不导电的材料形成的外壳，所述外壳的形状经过设计以便提供用于放置电极的表面，当所述外壳移动穿过水时，所述电极位于基本上层状流动的水中，所述外壳的形状经过设计以便对穿过的水流提供最小的阻力，每个检测器包括耦合到所述外壳并从所述外壳向外突出的翼片，每个翼片的形状经过设计以便使所述外壳穿过水的运动保持稳定，并且每个翼片为拖曳电缆提供附接位置，所述翼片关于所述外壳对称设置，每个检测器包括设置在所述表面上的电极，所述电极由基本上为非金属的导电材料形成；以及
两个基本上共面的平行拖曳电缆，所述拖曳电缆由所述勘探船拖曳，并且各自耦合到每个外壳上的所述附接位置的一个附接位置，所述拖曳电缆配置成在所述两个外壳之间传导信号。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电极包括石墨。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述外壳定义其中具有电压测量电路的内部腔室。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述电路包括设置成选择性地耦合在设置于拖曳电缆上隔开位置处的多个检测器中的两个检测器的相应电极之间的电压测量电路。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述外壳包括纤维增强塑料。
14.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述外壳包括通常为椭圆形的中部和通常为圆锥形的尾部。
15.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述外壳包括至少两个稳定器，所述稳定器在靠近所述尾部的位置耦合到所述外壳，并且设置在所述外壳的相对两侧上。
16.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述外壳定义至少一个内部隔间，所述隔间内填充有基本上不可压缩的不导电流体，所述隔间的体积和所述流体的密度经过选择用于使所述外壳在水中具有基本上中性的浮力。
17.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述耦合到每个检测器的拖曳电缆基本上共面，并且关于每个检测器对称设置。
18.一种电磁勘探检测器，包括：
设置成被拖曳穿过水体的外壳，所述外壳的形状经过设计以便使当所述外壳穿过所述水时引起的紊流最小，所述外壳的形状经过设计以便使其沿拖曳方向以外的方向的运动最小；以及
与所述外壳相关的电场传感元件和磁场传感元件中的至少一个传感元件。
19.如权利要求18所述的检测器，其特征在于，所述外壳由基本上不导电的材料形成。
20.如权利要求19所述的检测器，其特征在于，所述至少一个传感元件包括电极。
21.如权利要求18所述的检测器，其特征在于，所述外壳由基本上为非磁性的材料组成。
22.如权利要求21所述的检测器，其特征在于，所述至少一个传感元件包括磁力计。
23.如权利要求18所述的检测器，其特征在于，所述外壳包括耦合到所述外壳并从所述外壳向外突出的翼片，所述翼片的形状经过设计以便使所述外壳穿过水的运动保持稳定，并且每个翼片为拖曳电缆提供附接位置，所述翼片关于所述外壳对称设置。
24.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述外壳包括纤维增强塑料。
25.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述外壳包括通常为椭圆形的中部和通常为圆锥形的尾部。
26.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述外壳包括至少两个稳定器，所述稳定器在靠近所述尾部的位置耦合到所述外壳，并且设置在所述外壳的相对两侧上。
27.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述外壳定义至少一个内部隔间，所述隔间内填充有基本上不可压缩的不导电流体，所述隔间的体积和所述流体的密度经过选择用于使所述外壳在水中具有基本上中性的浮力。
28.一种用于海洋电磁勘探的方法，包括：
使场源发生器移动穿过水体；
在选定的时间，使电流流过所述场源发生器，并在所述发生器处，在所述水体底部以下的构造物中感应时变磁场和时变电场中的至少一种场；
使至少一个传感元件沿拖曳方向移动穿过所述水体；以及
利用所述传感元件来检测由感应场与所述构造物相互作用而引起的磁场和电场中的至少一种场，执行所述移动以便使所述水中的紊流最小，并且使所述传感元件沿所述拖曳方向以外的方向的运动最小。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述检测包括测量两个相互隔开并移动穿过所述水的传感元件之间的电压，每个传感元件的移动使所述水中的紊流最小，并使所述传感元件沿所述拖曳方向以外的方向的运动最小。
30.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述检测包括测量磁场的性质。
31.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述感应包括感应垂直偶极磁场。
32.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述感应包括感应水平偶极电场。
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