CN101128747A - 针对电阻体或导电体的电磁勘探 - Google Patents

Abstract

描述了一种对来自海底(6)的被认为或者已知包含电阻体或导电体的区域的电磁勘探数据，例如来自地下油气藏(12)的电磁勘探数据进行分析的方法。所述方法包括以下步骤：提供由至少一个接收器(125)从至少一个水平电偶极子发射器(22)获得的水平电磁场数据。对于所述电磁场数据的沿着第一方向的第一分量，并且对于所述电磁场数据的沿着第二方向的第二分量，确定所述电磁场数据中的水平斜度。所述第一分量和第二分量可以是沿着第一方向和第二方向的电场，或者垂直于所述第一方向和第二方向的磁场。所述斜度随后被组合以提供组合响应数据。因为所述组合响应数据对于发射信号的横向电(TE)模式分量相对不敏感，所以所述方法使得能够在浅水中也可勘探油气藏，其中在该浅水中，在其它情况下，与空气相互作用的TE模式分量将占优势。

Description

针对电阻体或导电体的电磁勘探

技术领域

本发明涉及针对电阻体和/或导体的海底电磁勘探，所述电阻体和/或导体例如为石油和其它油气藏或者地下盐体。

背景技术

图1示意性示出利用标准技术[1]从事对地下地层结构的受控源电磁(CSEM)勘测的水面舰艇14。在本示例中的地下地层结构包括覆盖层8、下伏岩层(underburden layer)9以及油气藏12。水面舰艇14在海水4的深度为h米时漂浮在水体的水面2上。装载有水平电偶极子(HED)发射器22形式的源的潜水工具19通过脐带缆线附接到水面舰艇14。这样提供了潜水工具19与水面舰艇14之间的电连接和机械连接。HED发射器被提供有驱动电流，使得其向海水4中广播HED电磁(EM)信号。HED发射器被定位于海底6之上的高度z’处(典型地大约50米)。EM信号包括横向电(TE)模式分量和横向磁(TM)模式分量。

一个或者更多个远程接收器25位于海底6上。接收器25中的每一个包括仪器包26、探测器24、浮选设备28以及压载重物(未示出)。探测器24包括位于海底6上方高度z处的一对正交的水平电偶极子探测器和一对正交的水平磁场探测器。通常，探测器位于海底上，从而z实际上为0。水平电偶极子探测器用于感测由HED发射器感生的在接收器25附近的电场的水平分量，并且由此产生电场探测器信号。水平磁场探测器用于感测磁场的水平分量，例如由HED发射器感生的在接收器25附近的磁通量密度，并且由此产生磁场探测器信号。仪器包26记录所述探测器信号以便以后分析。康斯特布尔(Constable)[8]和US 5770945[9]描述了适当接收器的示例。

HED发射器22对EM信号进行广播，所述EM信号向外传播到上覆水柱4中并且向下传播到海底6和地下岩层8、9、12。在此方法的实际频率下，并且在各介质4、8、9、12的典型电阻率给定的情况下，通过电磁场的扩散而发生传播。信号的振幅的衰减率和相移受几何扩散和趋肤深度效应(skin depth effect)两者的控制。因为通常地下岩层8、9、12具有比海水4更大的电阻，因此在地下岩层8、9、12中的趋肤深度更长。因此，由以适当水平间隔设置的接收器测量的电磁场被所发射的EM信号中的沿如下方向传播的分量所支配：向下透过海底6、在地下岩层8、9、12中沿其传播、以及向上传播返回到探测器24，而不是被直接经过海水4传播的那些分量所支配。

相对于仅具有含水沉积物的地表下结构，包括油气藏的地表下结构(诸如图1所示)导致在接收器处测得的水平电场分量振幅的可测值增加。这是因为油气藏与其它地下岩层(典型地为1Ωm)相比具有相对高的电阻率(典型地为100Ωm)，从而使得EM信号衰减得少。这种水平电场振幅的增加已被用作探测油气藏[1]的基础。

当针对油气藏进行探测时，重要的是认真地考虑由所发射的EM信号所感生的电流的方向。海水和地下岩层(一般包括平面水平层)对EM信号的响应通常对于TE模式分量(其主要激励出水平电流)和TM模式分量(其主要激励垂直电流分量)差别很大。

对于TE模式分量，包括地下岩层的多层之间的耦合是较大的电感耦合。这意味着较薄电阻层(表示油气藏)的存在没有显著影响在表面检测到的EM场，因为大规模电流模式不会受该较薄层的影响。另一方面，对于TM模式分量，层之间的耦合包括显著的电耦合分量(即，由于层之间的电荷的直接转移)。对于TM模式，即使较薄电阻层也能强烈影响在接收器处检测到的EM场，因为大规模电流模式被该电阻层中断。因此，在石油勘探领域中，已知需要显著的TM模式分量来满意地执行EM勘测。

然而，单纯依赖于TM模式分量对薄电阻层的存在的灵敏度可能导致模糊。由于薄电阻层的存在而导致的对所检测出的EM场的影响可能无法与由其它实际上大规模地下岩层结构所引起的影响相区分。为了解决这些模糊，已知确定地下岩层对TM模式分量的响应(即电感耦合)和对TE模式分量的响应(即电耦合)[1]。TE模式对大规模地下岩层最敏感，而TM模式对薄电阻层更敏感。

图1所示的HED发射器22同时生成TE模式分量和TM模式分量，各模式对在接收器处的信号的相对贡献依赖于HED源接收器的取向。在HED发射器轴侧向(broadside)的接收器位置处，TE模式支配响应。在与HED发射器轴同线的接收器位置处，TM模式更强(虽然TE模式仍然存在)[1、2、3、4]。在同向和侧向结构中的接收器位置处的响应都由TE模式和TM模式分量的组合来支配，并且它们趋于起相反的作用。

在对于一维分层地下岩层的同线接收器位置处，在接收器处感生的电场是径向的(即平行于将源连接到接收器的线)，而在侧向接收器位置处，在接收器处感生的电场是有方位角的(azimuthal)(即垂直于将源连接到接收器的线)。对于上述两个位置之间的位置，感生电场的方向将依赖于发射器与探测器之间的对于TE模式和TM模式的相对耦合，而相对耦合将依赖于地下岩层的电阻率结构，例如其是否包含油气藏。为此，重要的是利用已知的勘测技术来测量探测器的取向以便知晓感生电场的方向。然而，很难精确地进行上述操作，因此当对数据进行解译时可能导致明显的错误源。

为了确定地下岩层对于TE和TM模式的不同响应，已知的是依赖于所述模式的几何分流，即，收集针对不同源-接收器队列的电场振幅数据。这种方法提供了对所发送的EM信号的TE和TM模式分量具有不同敏感度的补充水平电场振幅数据集合。在分析时，这些补充数据集合被组合来显示发送器与探测器之间的TE模式和TM模式耦合之间的差别。这些差别表示地下油气藏的存在与否。

上述勘测和分析技术的问题在于，它们通常不能为浅水区中进行的勘测提供良好的结果。这是由于在接收器处存在由HED发射器感生的EM场中的气波(airwave)分量。此气波分量是由于来自HED发射器的EM信号与空气的相互作用。由于空气是非导电的，并且因此不引起衰减，所以气波分量能够支配接收器处的场。气波分量主要是由于TE模式分量。这是因为TE模式分量穿过海-空分界面而有效地电感耦合。另一方面，TM模式分量穿过此边界时不发生良好耦合，因此对气波分量没有显著影响。因为气波分量没有与地下岩层相互作用，所以气波分量几乎不包含关于地下电阻率的信息。因此，如果气波构成接收器处的由HED发射器感生的EM场的主要分量，则对地下电阻率结构(诸如油气藏)的感测技术的灵敏度将极大削弱。在图1中通过以AW标出的虚线来示意性地示出示例气波分量的路径。作为源与接收器之间的间隔的函数，气波分量的量级仅因几何扩散而减小。然而，气波分量因其经过传导海水而强衰减。这意味着在相对深的水中(h较大时)，接收器处的气波分量不是非常显著，因此不是主要问题。然而，在浅水中(h较小时)，气波分量没有经过大量海水，因此在接收器处对由HED发射器感生的EM场造成较大影响。这种影响随着源-接收器水平间隔的增加仍在变大。这是因为由于气波分量行进的任何额外距离几乎全部在非衰减空气中，所以(除了由于几何扩散之外)气波分量的强度在宽范围的水平间隔上相对恒定。在接收器处由HED感生的EM场的其它分量，诸如经过地下岩层并且受关注的那些分量，传播通过较低电阻率介质，并且它们传播得越深入就衰减得越多。因为这些原因，对于在浅水中进行的勘测，气波分量趋于支配在接收器处的由HED发射器感生的EM场，特别是在较大的源-接收器水平间隔的情况下。

作为探测器信号的支配分量的气波分量的存在限制了上述勘探和分析技术的适用性。在浅水中，其上能够应用上述技术的源-接收器间隔被极大地减小。这不仅导致需要采用更多的接收器位置来充分覆盖给定区域，而且还限制了上述技术能感测到的海底下的深度。这可能意味着即使在深水中探测到埋藏的油气藏，也无法探测到浅水中的同样的油气藏。

图2A是示意性地示出图1中所示类型的EM勘探的两个示例的一维建模的结果。一个示例对应于在深水中执行的勘探(虚线)，另一个示例对应于在浅水中执行的勘探(实线)。对于每个模型勘探，针对每单位发射器偶极距，计算响应于HED EM发射器而在接收器处感生的水平电场分量的振幅，并且将振幅绘制为HED发射器与接收器之间的水平间隔r的函数。对于两个模型勘探，地下岩层结构是电阻率为1Ωm的半无限同质半空间。在深水示例中，地下岩层结构被定位于海水的无限延伸之下。在浅水示例中，地下岩层结构被定位于海水的500米深度之下。在两种情况下，海水的电阻率为0.3Ωm。发射器与接收器沿着贯穿HED发射器的轴的线(成一直线的取向)被隔开。所探测到的电场沿着这个方向所分解出的分量在图2A中绘出。以0.25Hz频率的交流(AC)驱动信号来驱动HED发射器。

在接收器处，气波分量对由HED发射器感生的EM场的振幅的的影响是清晰的。在深水模型勘探中，不存在气波分量(因为海水深度是无限的)，所计算出的电场振幅随着水平间隔的增加而稳定地下降。然而，在浅水模型中，存在较强的气波分量，振幅下降的速率在源-接收器水平间隔为大约5000m处锐减。

图2B是示出图2A中所示的两个曲线的比率p的曲线图。图2B中可见的相对于1的较大偏离表明了这些曲线之间的差异。由于两个模型勘探之间的唯一差异在于是否存在气波分量，所以图2A中绘出的比率有效地示出了对于浅水模型勘探，探测信号中的气波分量与通过地下岩层的分量相比较的相对强度。

从图2A和2B中显见，对于除了非常短的水平间隔(小于1000m)之外的所有间隔，对于浅水模型所探测到的电场都显著变大。例如，对于2500m的水平间隔，深水模型勘探中所探测到的信号的振幅大约为10^-12V/Am²。在浅水模型勘探中，所探测到的信号的振幅大约为10^-11.5V/Am²。这是由于气波分量的额外贡献所导致的。这种增加水平示出气波分量具有比经过地下岩层的分量的振幅大两倍的振幅，并且因此探测器信号的三分之二以上的信号几乎没有承载任何关于地下岩层的信息。对于最大水平间隔，气波分量更为占优势。具体来说，在超过大约5000m时，气波分量变得特别显著。此时，所探测到的电场振幅随着水平间隔增加而下降的速率出现了停顿。在大约7000m的水平间隔处，浅水示例中的气波分量具有大约大于经过地下岩层的信号振幅二十倍的振幅。这显然意味着对在这些种水平间隔下收集的数据的信噪比的高要求，正如通常当较小信号存在于较大背景上时的情况下。显然，气波显著地限制了这些勘探和分析技术在浅水中的应用。

图3A和3B针对两种不同的水深，示意性地示出了传统CSEM勘探对海底之下的电阻率结构的建模敏感度S的灰度级标识。对于图3A，海水深度h是无限的，而对于图3B海水深度是50m。在0.25Hz的传输频率下进行模型勘探，并且假设地球是电阻率ρ＝1Ωm的均匀半空间。将敏感度作为海底之下的深度d与源和接收器之间间隔r的函数而绘出。在深水中(图3A)，CSEM勘探数据对之敏感的海底之下的深度d随着源-接收器间隔而增加(作为基本经验法则，该数据对于下至大约源-接收器间隔一半的深度的结构敏感)。气波在浅水中的影响(图3B)在于减少了该数据对之敏感的深度。因此不能检测深处目标。

提出的一种气波支配浅水勘探问题的方案是依赖于垂直电场分量的测量[10]。这是因为垂直电场分量受气波影响较小。然而，在实践中，利用这种方法可能存在实际勘探中的问题。这是因为垂直电场的测量更为明显地易于引起比传统的水平分量测量更多的噪音。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种对来自被认为或者已知包含地下电阻体或导电体的区域的电磁勘探的结果进行分析的方法，所述方法包括以下步骤：提供由至少一个接收器从至少一个水平电偶极子发射器获得的水平电或磁场数据；确定所述电或磁场数据的第一分量沿着第一方向的水平斜度；确定所述电或磁场数据的第二分量沿着第二方向的水平斜度；以及组合沿着所述第一方向和第二方向的水平斜度以生成组合响应数据。

在此情况下，提到水平方向表示各个信号的重要分量(优先的主要分量)应该与水平轴对齐。不需要信号完全与水平轴对齐，虽然精确对齐对于提供强信号以及减少分析复杂度而言更为优选。例如在+/-30°内的对齐是期望的。

电阻体和导体可以是比周围岩层具有更高电阻的体，诸如油气藏(例如油、气、甲烷氢氧化物)或者盐体，或者比周围岩层具有更高导电率的体，诸如硅质沉积。

所述电或磁场数据的第一分量可以是与所述第一方向平行的电场强度，而第二分量是与所述第二方向平行的电场强度。通过形成它们之和来组合斜度。

另选的是，第一分量可以是与第一方向垂直的磁场强度，而第二分量是与第二方向垂直的磁场强度。通过形成它们之差来组合斜度。

通过在分析中生成组合响应数据，可以对先前已获得的浅水中的勘探结果进行分析。这是因为组合响应数据对穿过空气传播、并且倾向于支配利用在先方法分析的勘探结果的横向电(TE)模式分量不敏感。

这种组合响应数据在功能上与电磁场数据的垂直分量中的垂直导数类似。因此，组合响应数据提供了与利用来自垂直电场检测器的数据可实现的那些益处类似的益处，诸如在GB 2402745 A[10]中描述的益处。然而，利用本发明，可在不依赖于垂直电磁场测量的情况下实现这些优势。这样的益处在于，如上所述，垂直场测量可能更易于导致噪音，特别是由海下水流所导致的运动感生噪音。

此外，组合响应数据独立于第一和第二方向相对于发射器偶极子的取性。这意味着无需知道用于采集从中导出组合响应数据的数据的接收器的取向。

第一和第二方向可以彼此正交。这提供了对TE模式特别不敏感的组合响应数据。

水平斜度可以通过在水平间隔位置处对电场或磁场进行测量来确定。另选的是，根据互补原则，水平斜度等同地可通过在水平间隔位置处进行的电磁场的传输来确定。

本发明进一步包括特别为被勘探的区域提供背景数据，并且将组合响应数据与背景数据进行比较以获得对地下电阻体或导电体的存在敏感的差异数据。

这样的益处在于由于组合响应数据与背景数据的比较，可帮助确定组合响应数据的特征是表明电阻体或导电体，还是由于一些其它局部背景结构所导致的。背景数据可以通过对所进行的EM勘探进行建模来获得，以获得具有模型背景地下岩层结构的组合响应数据。背景模型岩层结构优选地应该与被勘探区域中的实际背景结构非常近似。

可以多种方式获得背景数据，例如通过受控源电磁勘探获得，通过大地电磁法电磁勘探获得，通过在不同时间进行另一类似勘探获得，或者通过岩层模型获得。如果使用岩层模型，则岩层模型应该优选地包括电阻率，并且可从地质数据和电阻率数据的组合中导出。地质数据可来自于地震勘探，并且电阻率数据可来自测井。也可使用其它信息源，诸如中子数据或者其它来自测井的多孔估计。

在一些示例中，背景数据可基于与用于生成组合响应数据的电磁场数据类似的电磁场数据获得。这可通过提供另一水平电场或磁场数据并且以不同方式对数据进行组合来实现。例如，通过确定另一电场或磁场数据的沿着第三方向的第一分量的水平斜度；确定另一电场或磁场数据的沿着第四方向的第二分量的水平斜度；并且将沿着第三方向和第四方向的水平斜度相组合来生成所述背景数据。

在此情况下，另一电场或磁场数据的第一分量可以是与第三方向垂直的电场强度并且第二分量可以是与第四方向垂直的电场强度。随后可通过形成它们的差来组合沿着第三和第四方向的水平斜度。

另选的是，另一电场或磁场数据的第一分量可以是与第三方向平行的磁场强度，并且第二分量可以是与第四方向平行的磁场强度。随后可通过形成它们的和来组合沿着第三方向和第四方向的水平斜度。

第三方向和第四方向彼此成直角，并且它们也可分别与第一方向和第二方向相同。

作为所勘探区域内的位置的函数，差分数据可以表示组合响应数据与背景数据之间的差异，并且分析可包括识别地下电阻体或导体的边界的位置。

根据本发明的第二方面，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品载有用于执行根据本发明的第一方面的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法的机器可读指令。

根据本发明的第三方面，提供一种计算机装置，所述计算机装置装载有用于执行根据本发明的第一方面的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法的机器可读指令。

根据本发明的第四方面，提供一种对被认为或者已知包含地下电阻体或导电体的区域的电磁勘探进行规划的方法，所述方法包括以下步骤：创建待勘探的区域的模型，所述区域包括具有假定电阻体或导电体的岩层和所述岩层之上的水体；设置针对水深、假定电阻体或导电体的深度、以及所述岩层的电阻率结构的值；以及计算由至少一个模拟接收器对来自至少一个模拟水平电偶极子发射器的信号进行探测而获得的水平电或磁场数据，从而在所述勘探区域的模型中执行电磁勘探的模拟；确定所述电或磁场数据的第一分量沿着第一方向的水平斜度；确定所述电或磁场数据的第二分量沿着第二方向的水平斜度；以及组合沿着所述第一方向和第二方向的所述水平斜度以生成组合响应数据。

所述规划方法还包括调整所述模型以便去除假定电阻体或导电体；和重复所述模拟，以获得用于与所述组合响应数据进行比较的背景数据。

针对多个源-接收器水平间隔和多个发射器信号频率来重复所述模拟，以便选择在源-接收器水平间隔和频率方面对于探查电阻体或导电体而言最佳的勘探条件。也可对不同接收器阵列结构和发射器线路的效果和用途进行建模。

另外，电阻体或导电体可以是比周围岩层具有更高电阻的导体，诸如油气藏。

根据本发明的第五方面，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品载有用于执行根据本发明的第四方面的对电磁勘探进行规划的方法的机器可读指令。

根据本发明的第六方面，提供一种计算机装置，所述计算机装置装载有用于执行根据本发明的第四方面的对电磁勘探进行规划的方法的机器可读指令。

根据本发明的第七方面，提供一种电磁接收器，所述电磁接收器在对被认为或者已知包含地下电阻体或导电体的区域的电磁勘探中使用，其中，所述接收器包括两对电或磁偶极子探测器，其中的第一对沿着第一方向被隔开，并且其中的第二对沿着第二方向被隔开，所述第一方向和第二方向在接收器正常使用时是水平方向。

所述第一对偶极子探测器可以是与基本上平行于所述第一方向的它们的轴对齐的电偶极子探测器，所述第二对偶极子探测器可以是与基本上平行于所述第二方向的它们的轴对齐的电偶极子探测器。

所述第一对偶极子探测器可以包括沿着所述第一方向隔开的至少三个电极，并且所述第二对偶极子可以包括沿着所述第二方向隔开的至少三个电极。

此外，单个公共电极可提供第一对偶极子探测器的电极之一和第二对偶极子探测器的电极之一。

另选的是，所述第一对偶极子探测器可以是与基本上垂直于所述第一方向的它们的轴对齐的水平磁偶极子探测器，并且所述第二对偶极子探测器可以是与基本上垂直于所述第二方向的它们的轴对齐的水平磁偶极子探测器。

在此情况下，所述第一对偶极子探测器可包括一对线圈，并且每个线圈设置在当接收器正常使用时为垂直的、并且平行于所述第一方向的平面上，并且所述第二对偶极子探测器可包括一对线圈，并且每个线圈设置在当接收器正常使用时为垂直的、并且平行于所述第二方向的平面内。

第一方向和第二方向可彼此正交。

所述接收器还可包括另两对电或磁偶极子探测器，其中的第一对沿着第三方向隔开，并且其中的第二对沿着第四方向隔开，并且所述第三方向和第四方向当接收器正常使用时是水平方向。

所述另两对电或磁偶极子探测器的第一对可以是与基本上垂直于所述第三方向的它们的轴对齐的水平电偶极子探测器，并且所述另两对电或磁偶极子探测器的第二对可以是与基本上垂直于所述第四方向的它们的轴对齐的水平电偶极子探测器。

另选的是，所述另两对电或磁偶极子探测器的第一对可以是与基本上平行于所述第三方向的它们的轴对齐的磁偶极子探测器，并且所述另两对电或磁偶极子探测器的第二对可以是与基本上平行于所述第四方向的它们的轴对齐的磁偶极子探测器。

第三和第四方向可以彼此正交。此外第三方向和第四方向可以分别与第一方向和第二方向相同。

本发明的第七方面的接收器可用于提供用于根据本发明的第一方面的分析的数据。

根据本发明的第八方面，提供一种应用于被认为或者已知含有地下电阻体或导电体的勘探区域的电磁勘探方法，所述电磁勘探方法包括以下步骤：提供分别用于电磁信号的发送和探测的至少一个发射器和至少一个根据本发明第七方面所述的接收器；和通过在勘探区域上的多个不同位置处进行探测和/或传输来获得电磁场数据。

这种勘探方法包括提供如下数据，该数据允许确定电场数据的斜度，使得可根据本发明的第一方面的方法来分析所述数据。

根据本发明的第九方面，提供一种在被认为或者已知包含地下电阻体或导电体的区域的电磁勘探中使用的电磁源，其中，所述源包括：两对电或磁偶极子发射器，其中的第一对沿着第一方向隔开，并且其中的第二对沿着第二方向隔开，所述第一方向和第二方向在所述源正常使用时是水平方向。

所述第一对偶极子发射器可以是与基本上平行于所述第一方向的它们的轴对齐，并且所述第二对偶极子发射器可以是与基本上垂直于所述第二方向的它们的轴对齐的。

第一方向和第二方向可彼此正交。

根据本发明的第九方面的电磁源可以用于提供用于根据本发明的第一方面的分析的数据。

根据本发明的第十方面，提供一种应用于被认为或者已知包含地下电阻体或导电体的勘探区域的电磁勘探方法，所述电磁勘探方法包括以下步骤：提供分别用于电磁信号的发射和探测的至少一个根据本发明的第九方面的源和至少一个接收器；和通过在所述勘探区域上的多个不同位置处进行传输和/或探测来获得电磁场数据。

这种勘探方法提供如下数据，所述数据允许确定电磁场数据中的斜度，使得可根据本发明的第一方面的方法来对所述数据进行分析。

附图说明

为了更好地理解本发明并示出如何实现本发明，现在通过示例方式来参考附图，其中：

图1以示意垂直剖面图示出了根据标准技术在深水中进行EM勘探的水面舰艇；

图2A是绘出从根据上述方法进行分析的两个模型勘探中计算出的探测器信号的曲线图，其中一个模型勘探是在深水中执行的(虚线)，另一个模型勘探是在浅水中执行的(实线)；

图2B是绘出图2A中所示的两条曲线之比的曲线图；

图3A和3B示意性示出所建模的CSEM勘探对于两种不同水深的地下电阻率敏感度；

图4是示出柱面极坐标系的平面图；

图5A-5F示出对于覆盖在一维地下电阻率结构之上的有限海水层中的HED发射器而言，与麦克斯韦等式对于电场(E)和磁场(B)的径向(r)分量、方向角分量(φ)以及垂直分量(z)的解相对应的等式(等式1到6)；

图5G示出在根据本发明的实施方式的对勘探数据进行分析的方法中使用的、对沿着正交方向测量的水平电场数据中的斜度的线性组合进行定义的等式(等式7)；

图5H示出在根据本发明的实施方式的对勘探数据进行分析的方法中使用的、对沿着正交方向测量的水平磁场数据中的斜度的线性组合进行定义的等式(等式8)；

图6以垂直剖面图示意性示出了进行根据本发明的实施方式的EM勘探的水面舰艇；

图7A和7B示出对于一个水深范围的、在图6中示出的模型地下岩层结构的传统EM勘探过程中收集的电场数据的径向分量的建模振幅和相位；

图7C和7D示出对于一个水深范围的、在图6中示出的模型地下岩层结构的前述EM勘探的过程中收集的电场数据的垂直分量的模拟振幅和相位；

图7E和7F示出对于一个水深范围的、根据本发明实施方式的提供电TM模式分解数据的图6中示出的模型地下岩层结构的EM勘探过程中收集的电场数据的水平斜度的组合的模拟振幅和相位；

图8以示意性垂直剖面图示出模型油气藏承载地下岩层结构；

图9A和9B示出对于一个油气藏电阻率范围的、在对图8中示出的模型地下岩层结构的传统EM勘探过程中收集的电场数据的径向分量的建模振幅和相位；

图9C和9D示出对于一个油气藏电阻范围的、在对图8中示出的模型地下岩层结构的前述EM勘探过程中收集的电场数据的垂直分量的建模振幅和相位；

图9E和9F示出对于一个油气藏电阻范围的、根据本发明实施方式的提供电TM模式分解数据的对图8中示出的模型地下岩层结构的EM勘探过程中收集的电场数据的水平斜度组合的建模振幅和相位；

图10A是示意性示出对于电阻率为ρ＝100Ωm的油气藏的图9A(径向电场分量)、9C(垂直电场分量)以及9E(电TM模式分解)中绘出的曲线与没有可探测的油气藏时的对应曲线之比；

图10B是示意性示出对于电阻率为ρ＝100Ωm的油气藏的图9B(径向电场分量)、9D(垂直电场分量)以及9F(电TM模式分解)中绘出的曲线与没有可探测的油气藏时的各自对应曲线之间的相位差；

图11A以示意性垂直剖面图示出模型油气藏承载地下岩层结构；

图11B以示意性垂直剖面图示出电阻率随着深度不断增加的模型增加电阻率地下岩层结构；

图12A是示意性示出对于图11A和11B所示的模型地下岩层结构所计算出的电TM模式分解数据与对于无限水深的图6所示的背景模型地下岩层结构所计算出的电TM模式分解数据之比的曲线图；

图12B是示意性示出对于图11A和11B所示的模型地下岩层结构所计算出的电TE模式分解数据与对于无限水深的图6所示的背景模型地下岩层结构所计算出的电TE模式分解数据之比的曲线图；

图13A示出了在根据本发明实施方式的对勘探数据进行分析的方法中使用的、限定了沿着正交方向测量的水平电场数据的斜度的线性组合的等式(等式9)；

图13B示出了在根据本发明实施方式的对勘探数据进行分析的方法中使用的、限定了沿着正交方向测量的水平磁场数据的斜度的线性组合的等式(等式10)；

图14A-14C示出可用于获得TM模式分解数据的示例探测器结构；

图14D和14E示出可用于获得TE模式分解数据的示例探测器结构；

图15A和15B分别对于实际探测器和理论探测器，示出针对图11A所示的地下岩层结构而获得的建模电TM模式分解数据的量级的示意性灰度级表示；

图15C和15D分别对于实际探测器和理论探测器，示出针对图11A所示的地下岩层结构而获得的建模电TM模式分解数据的相位的示意性灰度级表示；

图16A和16B示出相对于理论探测器的多个不同的实际探测器结构，在与发射器同线的位置处获得的TM模式分解数据之间的百分比误差；

图17A和17B示出分别对于随意取向的探测器阵列和对齐的探测器阵列、针对图11A中示出的地下岩层结构而获得的建模电TM模式分解数据的量级的示意性灰度级表示；

图18A和18B示出分别对于随意取向的探测器阵列和均匀对齐的探测器阵列、针对图11A中示出的地下岩层结构而获得的建模电TM模式分解数据的相位的示意性灰度级表示；

图19A和19B示出对于相对于均匀对齐的探测器阵列的随意取向探测器阵列，在与发射器同线的位置处获得的TM模式分解数据之间的百分比误差；

图20A和20B示出对于相对于理论探测器的具有平移弯曲臂的探测器，在与发射器同线的位置处获得的TM模式分解数据之间的百分比误差；

图21A和21B示出对于相对于理论探测器的具有旋转弯曲臂的探测器，在与发射器同线的位置处获得的TM模式分解数据之间的百分比误差；

图22A以垂直剖面图示意性示出3D模型地下岩层结构；

图22B以水平剖面图示意性示出图22A中示出的模型地下岩层结构；

图23A和23B示出对于图22A中所示的地下岩层结构和对于具有无限水平延伸的油气藏的相似模型而获得的建模电TM模式分解数据的量级和相位的示意性灰度级表示；

图24A和24B示意性示出对于图22A所示的地下岩层结构和对于具有无限水平延伸的油气藏的相似模型，在与发射器同线的位置处获得的建模TM模式分解数据的量级和相位；

图25A、25B和图26A、26B分别与图23A、23B和图24A、24B相类似，但示出了被标准化为均匀背景地下岩层结构的数据；

图27A和28A示出图23A所示的数据的示意性灰度级表示，但所述示意性灰度级表示通过与发射器和接收器之间的距离相对应的附加因子来计量(分别成正方形或者立方形)；

图27B和28B示意性示出图24A所示的建模TM模式分解数据的量级，但所述量级通过与发射器和接收器之间的距离相对应的附加因子来计量(分别成正方形或者立方形)；

图29A和29B示出可用于获得TM模式分解数据的示例源配置；以及

图30示出可用于获得TM模式分解数据的另一示例源配置。

具体实施方式

图4是示出用于描述图1所示的那种HED发射器22和接收器25的相对放置的坐标系的示意性平面图。以HED发射器22的中心为坐标系的原点，在柱面极坐标中对接收器25相对于HED发射器22的位置进行最适当的描述。通过方位角φ和间距(或者范围)r来定义接收器25的位置。从经过并且与HED发射器轴平行延伸的线(如图4中由φ＝0°标记的线)顺时针测量方位角φ。沿着这条线设置(即，使得接收器的方位角为0°)的接收器被设置在同线或端点位置处。具有90°方位角φ的接收器(即位于图4中的由φ＝90°标记的线上)被设置在侧向的位置。接收器处的电场被认为可分解为径向分量Er和正交方位角分量E_φ(如图中所示)。接收器处的磁通量密度可类似地被认为分解成径向分量B_r和正交方位角分量B_φ。轴坐标z远离海底垂直延伸。

控制地球中的电磁感应的基本方程是麦克斯韦等式。在一般用于CSEM勘探的频率下，位移电流可被忽略，从而给出：.B＝0，.E＝0，×E+iωB＝0以及×B-iωμ₀ε₀ E＝μ₀ J，其中E是电场强度，B是磁通量密度，σ是介质的传导率，μ₀是导磁率(假设取其自由空间值)，ε₀是自由空间的介电常数，J是源电流密度，并且考虑与e^iωt成比例的单个傅立叶分量。针对点HED发射器，以二维或者三维方式对麦克斯韦等式进行数值求解，然而仅针对一维结构存在闭式解。Chave&Cox[7]对于海水无限深度的HED发射器的情况，得出对于一维地下岩层结构的解(即，其中电阻率仅在垂直z方向上变化)。

本发明将对Chave&Cox[7]中提出的分析进行扩展，以模拟有限海水深度h中的HED发射器。对于覆盖一维地下电阻率结构的有限海水层中的HED发射器的麦克斯韦等式的求解提供了对于电场(E)和磁通量密度(B)的径向(r)、方位角φ以及垂直(z)分量的等式，如图5A到5F所示。虽然已知执行了针对一维岩层结构的这种建模，但也可对二维或者三维岩层结构执行类似建模。

其中“±”或者“”可选运算符出现在这些等式中(或者任何其它本文中存在的等式中)，当z’＞z时使用上面的符号，而当z’＜z时使用下面的符号。在这些等式中，z’和z分别是海底上的HED发射器和探测器的高度，h是海水的深度，μ₀是自由空间的磁导率，P是发射器偶极距， $J_0\left(\mathrm{kr}\right)={\mathrm{\Σ}}_{l=0}^{\∞}\frac{{(-1)}^l}{2^{2l}{(l!)}^2}{\left(\mathrm{kr}\right)}^{2l}$ 和 $J_1\left(\mathrm{kr}\right)={\mathrm{\Σ}}_{l=0}^{\∞}\frac{{(-1)}^l}{2^{2l+1}l!(1+l)!}{\left(\mathrm{kr}\right)}^{2l+1}$ 分别是零阶和第一阶贝塞耳函数，ρ₀是海水的电阻率，k是类似于傅立叶积分中的波数的参数， ${\mathrm{\β}}_0=\sqrt{k^2-\frac{\mathrm{i\ω}{\mathrm{\μ}}_0}{{\mathrm{\ρ}}_0}},$ R_L ^TM和R_L ^TM是定义了与海底的TM和TE模式交互的系数，这些系数依赖于地下岩层结构的电阻率结构，并且R_A ^TE是定义了与空气的TM模式交互的系数。

在图5A、5B、5D和5E中的等式1、2、4和5(它们是描述了场的水平分量的等式)的表达中，等式被分成了四行文本，每一行文本具有一个左分量和一个右分量。每行中的左分量被标记为“TM”，并且是从所发射信号的TM模式分量得出的结果，并且右分量被标记为“TE”，并且是从发射信号的TE模式分量得出的结果。

如上所述，气波分量主要由于TE模式与空气的相互作用而导致，即由R_A ^TE系数确定。从等式1和2可见，E_r和E_φ包括TM和TE分量并且受气波影响。这就是基于电场振幅增强对CSEM勘探的结果进行分析的已知方法不能在浅水中起到良好效果的原因。

如图5G所示，等式7限定了沿着第一水平方向x的电场数据中的斜度(即，E_x/x)和沿着第二正交水平方向y的电场数据中的斜度(即，E_y/y)的线性组合，其可用于根据本发明实施方式的对结果进行分析的方法中。

图5H所示的等式8限定了沿着y测量的磁场数据的x方向的水平斜度(即，B_y/x)和沿着x测量的磁场数据的y方向的水平斜度(即，B_x/y)的线性组合，其可用于根据本发明实施方式的对结果进行分析的方法中。

诸如图5G和5H所示的电场或者磁场数据的组合被称为组合响应数据。注意，虽然x-方向和y-方向彼此正交，但它们相对于垂直的z轴的绝对取向完全是任意的。就是说，由图5G和5H所示的等式所限定的组合响应数据不依赖于沿其测量场数据的实际方向，只要这些方向是正交即可。

虽然电场的水平场分量和磁通量密度是取决于TM和TE的(参见等式1、2、4和5)，但是等式7和8所示的组合仅仅依赖于TM模式。为此，由等式7和8限定的组合响应数据被称为TM模式分解数据。具体来说，等式7中所示的TM模式分解被称为电TM模式分解数据，并且等式8中所示的TM模式分解被称为磁TM模式分解数据。

因为TM模式分解数据不包括对TE模式的任何依赖，所以TM模式分解数据对阻碍了传统分析方法在浅水中的良好效果的气波分量非常不敏感。对于等式7，缺乏对TE模式的依赖是因为Ez缺乏对TE模式的依赖(参见等式3)，以及在缺乏电荷时对电场通量的保持。就是说， $\▿.\underset{\‾}{E}=\frac{\∂\mathrm{Ex}}{\∂x}+\frac{\∂\mathrm{Ey}}{\∂y}+\frac{\∂\mathrm{Ez}}{\∂z}=0,$ 因此 $\frac{\∂\mathrm{Ex}}{\∂x}+\frac{\∂\mathrm{Ey}}{\∂y}=-\frac{\∂\mathrm{Ez}}{\∂z},$ 并且因为

是独立于TE的(因为E_z独立于TE)，所以

也不依赖于TE。因为 $\frac{\∂\mathrm{By}}{\∂x}-\frac{\∂\mathrm{Bx}}{\∂y}\∝\mathrm{Ez},$ 所以根据对于在缺乏位移电流时磁场向z轴弯曲的麦克斯韦等式的投射，等式8独立于TE。

图6示意性示出利用根据本发明实施方式的勘探方法进行地下岩层结构的受控源电磁(CSEM)勘探的水面舰艇14。表面舰艇14在海水4水深h米时漂浮在水体的表面2上。携带HED发射器22方式的源的潜水工具19通过提供潜水工具19与表面舰艇14之间的电连接和机械连接的脐带缆线16被附连到表面舰艇14。HED发射器被提供有驱动电流，使得该发射器向海水4中广播HED EM信号。HED发射器位于海底6之上的高度z’(一般为大约50米)处。表面舰艇14、潜水器19、脐带缆线16和HED发射器22可以是传统的。

一个或者更多个远程接收器125位于海底6上。接收器25中的每一个包括仪器包126、探测器124、浮选设备128以及压载重物(未示出)。每个探测器都能够测量两个正交水平方向中的电场斜度以允许获得如等式7所限定的电TM模式分解数据。在此示例中，探测器还能够测量两个正交水平方向上的磁场斜度，以便允许获得如等式8所定义的磁TM模式分解数据。下面将进一步描述适当探测器的示例。探测器被设置在海底处或者恰在海底之上。仪器包126记录了来自探测器的信号以便稍后分析。

在图6中，对模型背景地下岩层结构执行勘探。在此结构中，海水具有0.3Ωm的电阻率，并且因为海底6之下是具有1Ωm电阻率的均匀半空间沉积结构。该沉积结构的低电阻率主要是由于孔隙的含水饱和状态而导致的。这些沉积结构均匀地向下无限延伸。

图7A是示意性示出建模径向电场分量振幅的对数(log₁₀(E))的曲线图，所述径向电场分量是响应于作为发射器与接收器之间的间隔r的函数的HED发射器广播信号而在同线取向的接收器处看到的径向电场分量。这是之前用作CSEM勘探数据的分析基础的场分量，并且在此为了比较的目的示出。如图中所示，示出了对于不同海水深度(H＝1500m、1000m、500m、200m和100m)的曲线。HED发射器受0.25Hz频率下的AC驱动信号的驱动，并且针对每单位发射器电偶极距来计算电场。图7A例示出由等式1给出的电场的径向分量在浅水中是如何变得更为受发射信号的气波分量的支配。例如，在大约9000m的间隔处，100m水深中所计算出的径向电场大于1500m水深中的径向电场大约300倍。这是由于相对增加的气波分量的作用所导致的。即使在大约2000m的间隔处，水深100m下观察到的增加的气波作用导致了比更深的水中观察到的电场大大约十倍的径向电场。

图7B是示意性示出相对于HED发射器AC驱动信号的、图7A中绘出的建模径向电场分量的相位χ的曲线图。从图7B显见，对于有限水深，例如在超出大约r＝2000m，h＝100m处，一旦气波分量开始起支配作用，则随着间隔的增加，相位增进得很少。这是因为信号的支配分量迅速通过非导电空气行进。

图7C和7D分别类似于图7A和7B，并且可根据图7A和图7B而了解。然而，虽然图7A和7B示出了径向电场数据，但图7C和7D示出了作为间隔r的函数的、用于电场的垂直分量的数据。这些曲线示出了垂直电场分量基于不依赖于水深h。因此，在先已经建议将垂直电场数据用于浅水勘探[10]。

图7E是示意性示出响应于HED发射器广播信号乘以源-接收器间隔r(其为同线取向情况下的源-接收器间隔的函数)，在接收器125处获得的由等式7给出的建模电TM模式分解的对数的曲线图。对于其它方位角φ，这些曲线在功能上类似，但是通过因子cos(φ)来计量。乘以r来提供对于TM模式分解的等价电场参数化。如图7A和7C所示，针对多个不同水深h来计算曲线。再次通过0.25Hz频率的AC驱动信号来驱动HED发射器，并且对于每单位发射器电偶极距计算TM模式分解。从图7E清晰可见：与7A不同，对于不同水深的曲线之间的差别很小。这反映了这样的事实：即与图7C所示的电场的垂直分量一样，TM模式分解不包括TE模式依赖，其中TE模式是对气波分量贡献最大的模式。

图7F是示意性示出相对于HED发射器AC驱动信号的图7E中绘出的建模TM模式分解的相位χ的曲线图。从图7F显见，对于全部水深，随着间隔的增加，相位稳定地提升。这再次表明在浅水中由等式7给出的TM模式分解对于气波分量不敏感。

虽然未示出，然而与图7E和7F所示的曲线类似、但针对由等式8给出的磁TM模式分解而计算出的曲线表明了磁TM模式分解对于气波分量也不敏感。

针对图6所示的模型背景地下岩层结构，已经看出在浅水中TM模式分解对于气波分量不敏感。然而，此模型不包括油气藏。因此，重要的是示出如果TM模式分解要具有实用价值，则TM模式分解要对于油气藏的存在敏感。

图8以示意性垂直剖面图示出模型油气藏地下岩层结构。海底6的截面位于海水4的100m深度之下(电阻率为0.3Ωm)。在海底6之下的岩层结构包括设置在油气藏12之上的1000m厚的覆盖层8(表示沉积物)。覆盖层8具有1Ωm的电阻率，这也主要是由于孔隙的含水饱和状态)。油气藏12是100m厚，并且具有ρΩm的电阻率。由于在孔隙内存在非导电油气，所以该电阻率一般大于周围层的电阻率。在油气藏12之下是沉积下伏岩层9，沉积下伏岩层与覆盖层一样具有1Ωm的电阻率。下伏岩层向下实际上无限延伸。因此，在h＝100m的情况下，除了油气藏12的存在与否，图8的油气藏地下岩层结构与图6的背景地下岩层结构相同。还示出了HED发射器22和接收器125。

图9A是示意性示出在具有图8所示的油气藏地下储备的情况下，响应于作为发射器与接收器之间的间隔r的函数的HED发射器广播信号，而在接收器处看到的建模径向电场分量振幅的对数(log₁₀(E))的曲线图。为了比较的目的也示出了通常使用的场分量。如图所示，针对油气藏的多个不同电阻率ρ(ρ＝1Ωm(即，事实上不可探测的藏)，10Ωm，20Ωm，50Ωm以及100Ωm)来计算曲线。还是通过0.25Hz频率的AC驱动信号来驱动HED发射器，并且对于每单位发射器电偶极距计算电场。图9A所示的曲线彼此非常类似，即使油气藏电阻率的范围较宽。这是因为水深只有100m，径向电场分量受TE模式的气波分量支配，并且不能用于适当地识别是否存在油气藏。

图9B是示意性示出相对于HED发射器AC驱动信号的图9A所绘出的建模径向电场分量的相位χ的曲线图。从图9B显见，针对全部油气藏电阻率，相位随着间隔增加而推进得较少。这也是因为发射信号的支配分量经过非导电空气。

图9C、9D分别与图9A、9B类似，并且可从图9A、9B来理解。然而，图9A和9B示出了径向电场数据，而图9C和9D示出了电场的垂直分量的数据。这些曲线示出了与径向电场数据不同，垂直电场数据对于油气藏电阻率敏感。这还是因为在先针对浅水勘探提出的垂直电场数据[10]。

图9E是示意性示出针对图8的油气藏地下岩层结构的，响应于作为源-接收器间隔的函数而由源-接收器间隔乘以HED发射器22广播信号、在接收器125处看到的建模电TM模式分解的对数的曲线图。如前所述，通过乘以r提供TM模式分解的等同电场参数化。与图9A一样，曲线是针对多个不同油气藏电阻率来计算的。还是通过0.25Hz频率的AC驱动信号来驱动HED发射器，并且计算每单位发射器电偶极距的TM模式分解。从图9E清晰可见，与图9A的气波支配径向电场曲线不同，在TM模式分解的计算响应中，存在对油气藏电阻率的较强依赖，即使海水深度仅为100m。此外，与图9C所述的数据不同，在不使用垂直偶极子探测器(其倾向于有噪声)的情况下也可实现对油气藏的敏感。实际上，TM模式分解数据在功能上与垂直电场数据类似，但通过对电场的水平测量而获得。

对于ρ＝100Ωm的油气藏电阻率，在r＝11000m的间隔处，TM模式分解信号比对于ρ＝1Ωm(即，实际上是不可探测的油气藏)情况大300倍左右。这清楚地表明电TM模式分解对油气藏的存在与否敏感。

图9F是示意性示出相对于HED发射器AC驱动信号的、图9E中绘出的建模TM模式分解的相位χ的曲线图。从图9B显见，在不同的油气藏电阻率下相位以不同的速率前进。这再次表明通过等式7给出的电TM模式分解对于油气藏的存在敏感。

虽然仍未示出，但与图9E和9F所示的曲线类似、但是对于通过等式8给出的TM模式分解而计算出的曲线还表明磁TM模式分解对于油气藏敏感。

图10A是示意性示出油气藏的电阻率ρ＝100Ωm情况下的图9A(径向电场分量)、9C(垂直电场分量)和9E(电TM模式分解)中绘出的曲线与不存在可探测到的油气藏(即ρ＝1Ωm)时的对应曲线的比率P的曲线图。这些曲线分别由对于径向电场的E_r、对于垂直电场的E_z以及对于电TM模式分解的TM^E来标记。图10A表明作为间隔r以及其与垂直电场数据的相似度的函数的电TM模式分解对于油气藏的存在敏感。这从该曲线与1偏离较大可以看出。如上所述，在间隔r＝11000m处，电TM模式分解在ρ＝100Ωm油气藏的情况下比不存在可探测油气藏(即ρ＝1Ωm)时大大约300倍左右。还显见，径向电场分量对于油气藏的存在不敏感(由于气波分量支配了该信号)。

图10B是示意性地示出对于电阻率ρ＝100Ωm的油气藏，图9B中绘出的曲线(径向电场分量)、9D中绘出的曲线(垂直电场分量)以及9F中绘出的曲线(电TM模式分解)与不存在可探测油气藏(即ρ＝1Ωm)情况下的各自对应曲线之间的相位差Δχ。这些曲线分别由Er，Ez以及TM^E来标记。图10B再次表明作为距离r的函数的TM模式分解对于油气藏的存在敏感。这从Δχ的绝对值的累进增加中可见。还可见径向电场分量对于油气藏的存在相对不敏感。

可利用标准技术(例如地球物理反演(geophysical inversion))对从图6所示的这种实际CSEM勘探中得出的图9和图10中所示的该种曲线进行进一步分析，从而产生被勘探区域的地下电阻率地图。这些分析技术可广泛地类似于对于图9A所示的该种径向电场数据的深水勘探中在先使用的技术，所述径向电场数据用于例如勘探的传统CSEM勘探数据分析技术。

因为在实践中，地下岩层结构通常不像在上述模型勘探中使用的地下岩层结构那样简单，因此很难直接根据在实际勘探中获得的图9E和9F中所示的类型的曲线来直接识别所述曲线是包含了表示埋藏油气藏的特征，还是仅包含与具有更大规模的局部背景结构相关联的特征。具体来说，在均匀电阻率背景中包含薄电阻油气藏的情况下观察到的TM模式分解数据的类型可与在包括电阻率随深度增加的层的地下岩层结构中观察到的类似。这种渐增-电阻率结构是一些例如海底沉积盆地的特征，并且起因于传导孔溶液因上升的覆盖层压力而随着深度的增加所发生的渐进排出。因此，为了可靠地确定TM模式分解数据中的特征是由埋藏的油气藏引起的还是由大规模背景结构所引起的，知晓从中获得待分析的勘探数据的区域中的地下岩层的大规模背景结构是有帮助的。

图11A和11B示出用于示出在薄电阻率油气藏(图11A)与电阻率随深度增加而稳定增加的油气藏(图11B)之间进行区分时的困难的两个地下岩层模型结构。图11A示出与针对其中油气藏电阻ρ＝100Ωm的情况的图8的结构类似的油气藏地下模型结构。然而，与图8的100m海水深度相反，图11A的模型地下岩层结构包括无限深的海水。在图11B的渐增电阻率地下岩层结构模型中，海底6的截面位于无限深的海水4之下。海底6下的岩层包括一系列电阻率渐增的沉积层。第一层10具有1Ωm的均匀电阻率和400m的深度。第二层13具有5Ωm的均匀电阻率和1000m的深度。第二层13之下是第三层15，第三层15具有10Ωm的电阻率和向下无限延伸的深度。还示出了HED发射器22和接收器125。

图12A是示出与图10A中所示的TM模式分解曲线类似并且可从该曲线来理解的电TM模式分解数据的建模曲线的曲线图，但该建模曲线是针对图11A中所示的油气藏地下岩层结构而计算出的(被标记为TM^HC)，和针对图11B所示的渐增电阻率地下岩层结构而计算出的(被标记为TM^non HC)。很清楚，针对油气藏模型计算出的TM模式分解数据与对渐增电阻率模型计算出的TM模式分解数据类似。这表明当尝试在具有油气藏的地下岩层结构与其它大规模地下岩层结构之间进行区分时会因TM模式分解数据而发生混淆。

因为这种可能的混淆，为了确定地下岩层结构是否包含薄油气藏而对勘探数据进行的分析通常涉及生成诸如由等式7(电)或者8(磁)限定的TM模式分解数据。即使在浅水中，这些响应数据也对地下油气藏的存在敏感。然而，另外，为了可靠地确定TM模式分解数据的特征是表明油气藏还是表明局部背景结构，确定如果不存在油气藏，则给定地下岩层结构的TM模式分解数据将表现出何种特征是非常有益处的。

通常被称为标准化的这种分析步骤通常是在背景数据的辅助下进行的。背景数据对于被勘探的区域是特殊的，并且可以各种方式获得。一种方式是对执行的EM勘探进行建模以利用模型背景地下岩层结构来获得TM模式分解数据。该背景模型应该尽可能地与被勘探区域中的实际背景结构非常匹配。TM模式分解数据与背景数据的比较提供了对包含在背景地下岩层结构内的地下油气藏的存在可能性、范围和位置敏感的差别数据。例如，如果TM模式分解数据与背景数据非常匹配，则不可能存在埋藏油气藏。如果另一方面，在与背景数据进行比较的TM模式分解数据中存在差别(即异常)，例如，增加的接收器信号振幅，则可以在埋藏油气藏的征兆方面在数量上对该差别进行评估。在不同的水平间隔处异常的变化提供了关于油气藏的深度和延伸的信息。例如，如果TM模式分解数据与背景数据之间的差别仅仅在较大的源-接收器水平间隔时才明显，这可能表明油气藏埋藏的相对较深。类似的是，作为水平间隔的函数的TM模式分解数据中的不连续性可能表明在不连续位置处的油气藏的边界或者边缘。

在生成背景数据时使用的适当背景模型可以多种方式获得。

获得对于构造适当背景模型所需的信息的一个方式是利用传统MT电磁勘探技术。如上所述，这些技术能够提供关于大规模背景电阻率结构的信息，即使它们通常不能直接探测到油气藏。

获得对于构造适当背景模型所需的信息的另一方式是从CSEM勘探数据获得。如上所述，能够提供关于背景结构的信息的发射信号的TM模式分量是CSEM勘探。TE模式响应数据可以从与对于等式7和等式8中的TM模式给出的电或磁场数据中的斜度的线性组合类似的线性组合来获得。

图13A中所示的等式9定义了相对于x的、沿着y测得的电场数据的斜度(即，E_y/x)和相对于y的、沿着x测得的电场数据的斜度(即，E_x/y)的线性组合。等式9定义了仅包括TE模式依赖性而没有TM模式依赖性的组合响应数据。

图13B中所示的等式10定义了相对于y的、沿着x测得的磁场数据的斜度(即，B_x/y)和相对于x的、沿着y测得的磁场数据的斜度(即，B_y/x)的线性组合。等式10也定义了仅包括TE模式依赖性而没有TM模式依赖性的组合响应数据。

通过等式9给出的组合响应数据被称为电TE模式分解数据，并且等式10中所示的组合响应数据被称为磁TE模式分解数据。

图12B是与图12A类似并且可从图12A来理解的曲线图。然而，图12A描绘了对于图11A和图11B中所示的模型地下岩层而计算出的电TM模式分解的数据，而图12B描绘了对于该同一模型地下岩层结构而计算出的电TE模式分解的数据。对于图11A中示出的油气藏地下岩层结构而计算出的曲线被标记为TE^HC，并且对于图11B中示出的渐增电阻率地下岩层结构的曲线被标记为TE^non HC。很清楚，对于油气藏模型计算出的TE模式分解数据与对于渐增电阻率模型而计算出的TE模式分解数据非常不同。

因此获得在等式9和10中定义的该种TE模式分解数据可有助于区分不同地下岩层结构，诸如图11A和11B中所示的地下岩层结构，它们提供了对于TM模式分解的类似响应。在进行了此操作的情况下，一旦提供了TM模式分解数据(如由等式7或者8定义的)和TE模式分解数据(如等式9或者10定义的)，则可与应用于传统同线(受TM响应支配)和侧向(受TE响应支配)CSEM数据的分析技术类似的方式来对它们进行分析。

然而，应当注意，在浅水中，利用TE模式分解来帮助区分不同大规模背景结构易于遇到与上述气波分量相关的困难。通过采用相对低频率的EM信号可将气波分量的影响减小到一定程度。低频率信号在它们通过地下岩层时经受较少衰减，从而使得气波分量在由通过较低频率AC电流驱动的HED发射器在接收器处所感生的EM场中不起到支配作用。为此，低频率信号能够提供关于大规模背景电阻率结构的生成背景模型所需的信息。(低频率信号在直接识别薄电阻层时并非如此有用，这是由于与它们的长波长相关的减少的空间分辨率。)

在一些情况下，待勘探的区域可能已被在先勘探很好地表征。例如，在产油田和产油的省中，可能存在大量现有地震和测井数据。在这些情况下，可从岩层模型来计算背景模型。岩层模型可以从地震数据中创建，并且随后利用从测井数据获得的电阻将电阻率分配给岩石结构中的各种分量。(如果不能获得可直接应用的测井数据，则可以通过与来自相似地理结构中的附近钻井的电阻率数据进行比较来估计电阻率值。用于获得对于构造适当背景模型所需的信息的技术特别适合于在现有油田中的应用，诸如监控储备的长期损耗。

当监控损耗时，不使用岩石模型，而直接比较多次(例如隔几周或者几月)获得的TM模式分解数据就足够了。换言之，所使用的背景数据是来自在先类似勘探的数据。在多次获得的TM模式分解数据中的差异表明在提取数据的多次之间已发生的油气藏的变化。为此，这种比较提供了有益的监控工具。较早提取的TM模式分解数据由此实际上用作背景数据，以与较晚提取的TM模式分解数据进行比较。

图14A以平面图示意性地示出了在图6中所示的该种CSEM勘探过程中可能在接收器125中使用的示例探测器40。探测器40允许获得电TM模式分解数据。探测器40包括两个正交臂。x臂42定义了x方向，而y臂44定义了y方向。x臂42支持由Vx1、Vx2、Vx3和Vx4标记的四个电极。y臂44支持由Vy1、Vy2、Vy3和Vy4标记的另四个电极。这些电极连接到用于测量和记录每个电极的电位的传统电路(未示出)。这些电极形成各个对，Vx1和Vx2形成第一对，Vx3和Vx4形成第二对，Vy1和Vy2形成第三对，并且Vy3和Vy4形成第四对。每对分开相同的距离δ，并且在同一支持臂上的每对的中间点分开距离Λ。

电位测量Vx1和Vx2(对应于在图14A中相应标记的电极处测得的电位)允许在Vx1与Vx2之间的中间点处测量电场强度的x分量(即 $\mathrm{Ex}1=\frac{\mathrm{Vx}1-\mathrm{Vx}2}{\mathrm{\δ}}$ )。电场的x分量的类似测量可在电极Vx3和Vx4之间进行(即， $\mathrm{Ex}2=\frac{\mathrm{Vx}3-\mathrm{Vx}4}{\mathrm{\δ}}$ )。因此可确定由

给出的斜度E_x/x。可如下对可针对y臂上的电极进行以给出对于通过等式7限定的电TM模式分解的测量进行近似计算：

$\frac{\∂E_x}{\∂x}+\frac{\∂E_y}{\∂y}\≈\left(\frac{\mathrm{Vx}1-\mathrm{Vx}2-\mathrm{Vx}3+\mathrm{Vx}4}{\mathrm{\δ\Λ}}\right)+\left(\frac{\mathrm{Vy}1-\mathrm{Vy}2-\mathrm{Vy}3+\mathrm{Vy}4}{\mathrm{\δ\Λ}}\right)$

由于假设斜度是线性的，所以示出的仅为近似恒等式。在斜度在探测器的长度量度上并非线性的情况下，由于不是在同一位置处采样的电位斜度和电场斜度而将存在轻微的不精确性(即，在各对电极的中间点和相应探测器的中间点。)

图14B以平面图示意性示出允许获得电TM模式分解数据的另一示例探测器50。探测器50也包括x臂52和正交y臂54。x臂52支持由Vx1和Vx2标记的两个电极。y臂54支持由Vy1和Vy2标记的另两个电极。由Vc标记的中央电极(即两个臂的公共电极)位于探测器的中央。电极Vx1、Vx2、Vy1和Vy2中的每一个距离中央电极Vc相同距离Λ。图14B所示的探测器可被认为是对图14A中所示的探测器的改进，在图14A中所示的探测器40的电极Vx2、Vx3、Vy2和Vy3重合(即δ＝Λ)，从而提供相同电位测量Vc。因此，利用图14B所示的探测器50，可如下计算由等式7限定的电TM模式分解：

$\frac{\∂\mathrm{Ex}}{\∂x}+\frac{\∂\mathrm{Ey}}{\∂y}\≈\left(\frac{\mathrm{Vx}1-2\mathrm{Vc}+\mathrm{Vx}2}{{\mathrm{\Λ}}^2}\right)+(\frac{\mathrm{Vy}1-2\mathrm{Vc}+\mathrm{Vy}2}{{\mathrm{\Λ}}^2}$

图14C以透视图的方式示意性示出可在图6所示的该种CSEM勘探过程中用在接收器125中的示例探测器60。探测器60允许获得磁TM模式分解数据。探测器60包括两个正交臂。x臂62定义了x方向，而y臂64定义了y方向。x臂62支持用于获得磁场数据的两个传统线圈(由Cx1和Cx2标记)。这些线圈设置在xz平面内。y臂64支持由Cy1和Cy2标记的设置在yz平面内的另两个线圈。所述线圈连接到用于测量和记录通过每个线圈的磁通量密度的传统电路(未示出)。

由此，Cx1测量沿着y方向的第一磁场By1，Cx2测量沿着y方向的第二磁场By2，Cy1测量沿着x方向的第一磁场Bx1并且Cy2测量沿着x方向的第二磁场Bx2。每个臂上的线圈中心间隔相同距离Λ。因此，利用图14C中所示的探测器60，由等式8定义的磁TM模式分解可被计算如下：

$\frac{\∂B_y}{\∂x}-\frac{\∂B_x}{\∂y}\≈\left(\frac{\mathrm{By}2-\mathrm{By}1-\mathrm{Bx}2+\mathrm{Bx}1}{\mathrm{\Λ}}\right)$

图14D以平面图示意性示出可用于允许获得电TE模式分解数据的示例探测器70。探测器70包括两个正交臂。x臂72定义x方向而y臂74定义了y方向。x臂72支持由Vx1、Vx2、Vx3以及Vx4标记的四个电极。y臂74支持由Vy1、Vy2、Vy3以及Vy4标记的另四个电极。与图14A所示的探测器40相同，这些电极连接到用于测量并记录每个电极的电位的传统电路(未示出)。电极成对地一个一侧地设置在臂的各端部的两侧。每对隔开相同的距离δ，并且在相同支持臂上的各对的中点隔开相同的距离Λ。探测器70允许测量电场中的适当斜度，以使得可如下计算由等式9定义的电TE模式分解：

$\frac{\∂E_y}{\∂x}-\frac{\∂E_x}{\∂y}\≈\left(\frac{\mathrm{Vx}2-\mathrm{Vx}1-\mathrm{Vx}4+\mathrm{Vx}3}{\mathrm{\δ\Λ}}\right)-\left(\frac{\mathrm{Vy}2-\mathrm{Vy}1-\mathrm{Vy}4+\mathrm{Vy}3}{\mathrm{\δ\Λ}}\right)$

图14E以透视图示意性示出允许获得磁TE模式分解数据的示例探测器80。该探测器80包括正交臂62和64。每个臂支持用于获得磁场数据的两个线圈(由Cx1、Cx2、Cy1以及Cy2标记)。探测器80类似于图14C所示的探测器，但每个线圈绕着垂直轴旋转90度。因此Cx1测量沿着x方向的第一磁场Bx1，Cx2测量沿着x方向的第二磁场Bx2，Cy1测量沿着y方向的第一磁场By1，并且Cy1测量沿着y方向的第二磁场By2。另外，每个臂上的线圈的中央都间隔相同的距离Λ。因此，利用探测器80，可如下计算由等式10定义的磁TE模式分解：

$\frac{{\∂B}_x}{\∂x}+\frac{\∂B_y}{\∂y}\≈\left(\frac{\mathrm{Bx}2-\mathrm{Bx}1+\mathrm{By}2-\mathrm{By}1}{\mathrm{\Λ}}\right)$

应该理解，探测器的其它排列也可实现待测量的电场数据和/或磁场数据中的适当水平斜度，从而可以获得上述电和/或磁TM和/或TE模式分解。还应该理解，在一些勘探接收器中可包括适于测量组合响应数据的不同组合的探测器。例如，为了简便，基本勘探可仅使用图14A或者14B所示的该种探测器来仅测量电TM模式分解数据。另一勘探可能类似地仅使用图14C所示的该种探测器来获得磁TM模式分解数据。然而，为了提供改进的采样统计，在另一勘探中采用的接收器可能具有用于获得电TM模式分解数据和磁TM模式分解数据的探测器。另外，在使用TE数据来提供背景结构数据的勘探中，可能使用具有用于获得在等式7、8、9和10中定义的全部四个分解的探测器的接收器。

现在以示例方式考虑用于获得电TM模式分解数据的图14A所示的该种探测器的性能分析。

图15A是针对每单位源偶极子获得的作为图11A中所示的模型地下岩层结构之上的10千米正方形海底区域中的位置的函数的建模电TM模式分解数据的量级的示意性灰度级表示。再次通过用以提供等价电场的发射器-接收器间隔来计量该数据。对于由A和B轴定义的规则笛卡儿网格上以200m间隔排列的接收器阵列，而对数据进行建模。HED发射器是位于A＝B＝0处的点偶极子，其偶极子轴与A轴平行并且在0.25Hz频率下由AC驱动信号来驱动。每个接收器的探测器的取向被假设成使得对于全部接收器来说x方向与A轴相平行。探测器电极按照Λ＝1m的方式排列(参见图14A)。在实际勘探中，δ的值可被选择为足够大以使得测量精确度允许在电极对之间测量斜度的预期量级。对于图15A所示的数据，δ的取值难以察觉得小。

图15B对应于图15A，但图15B示出了利用点探测器的理想理论建模响应(即Λ＝δ＝0)。

图15C和15D类似于图15A和15B，但图15C和15D示出了建模电TM模式分解数据的相位而不是量级。

从图15A-D可见，与来自理想点探测器的数据相比，探测器得有限范围不会严重影响建模数据。

在图16A中用Λ＝1m标记的曲线示出在图15A中所示的建模数据与图15B中的建模数据相比的百分比误差ε，所述百分比误差ε是对于与偶极子轴同线的接收机的范围(即，源接收器间隔)的函数(即作为针对B＝0时的A的函数)。由Λ＝5m、Λ＝10m、Λ＝25m以及Λ＝50m标记的曲线示出针对较大Λ值的类似曲线(如所标记的那样)。在每种情况下，除了源附近的间断外，百分比误差低于1％。这也是对于除了极端的φ＝90度以外的所有方位角的情况，在φ＝90度时，对于一维(ID)地球的电TM模式分解具有零量级。图16B与图16A类似，但图16B示出了相位数据而非量级数据。另外，百分比误差基本上低于1％。这些附图表明对于CSEM勘探的TM模式分解方法可利用实际的有限大小探测器来执行。

图17A、17B、18A以及18B分别与图15A、15B、15C以及15D类似，并且可从图15A、15B、15C以及15D来理解。然而，图15A-15D示出了针对Λ＝1m的接收器阵列的建模TM模式分解，其中每个接收器被设置为使得其x轴平行于A轴(即也平行于偶极子轴)，而在图17和18中，示出了在Λ＝10m并且各自接收器随意取向的情况下的建模数据。

图19A和19B示出了图17A和18A中所示的建模数据分别与图17B和18B中所示的建模数据相比较的百分比误差ε，所述百分比误差ε为与偶极子轴同线的接收机的范围的函数。另外，除了源附近的中断之外，所有接收器的百分比误差基本上为0％。这对于全部方位角的情况(除了φ＝90度)也是如此。如上所述，这表明每个接收器的x轴和y轴相对于接收器方位角的取向不会影响TM模式分解计算。这是TM模式分解方法的优势，即，它无需记录或者考虑所部署的探测器的取向。

图20A和20B与图19A和19B类似，但图20A和20B示出与图14A所示的该种探测器相关联的与理想响应数据相比较的百分比误差，其中A＝10m但x轴和y轴都平移3m(即，使得x臂和y臂在其中心点处不交叉)。显见虽然百分比误差在小范围内相对较大(即场斜度最陡)，但超过1km后的所有误差低于5％。这表明TM模式分解数据对于探测器内的特定电极位置较为鲁棒。

图21A和21B与图20A和20B类似，但图21A和21B示出与图14A所示的该种探测器相关联的与理想响应数据相比较的百分比误差，其中Λ＝10m但每个探测器的x臂和y臂之间的角度任意变化(即它们的臂并非完全正交)。对于包括接收器阵列的探测器，与正交状态的偏差通常按照1度的标准偏差分布。与平移臂(如图20A和20B所示)相比误差稍大，但通常低于10％。这表明TM模式分解对于由于例如探测器臂的振动所引起的影响不敏感。

上述分析例示了基于电磁场中的水平斜度的TM模式分解对于1D地球结构(即无限水平延伸的岩层)的应用。实际上，地球是3D的，这可能意味着对所探测到的信号有贡献的TM模式和TE模式将以比对于简单的1D地球的方式更复杂的方式进行混合。3D地球通常包括可被建模成嵌入在1D背景中的3D结构的地下岩层。如果嵌入1D结构中的3D结构相对较小，则唯独在嵌入结构的位置处，TM模式分解将与1D结构的不同。因此在数据中将出现标识3D结构的位置的产物(artifact)。如果3D结构较大，则TM模式分解将表现出在嵌入结构的边界处的产物。这意味着TM模式分解方法可以是用于探测油气藏边缘的强大工具。

图22A以示意性垂直剖面图示出3D模型地下岩层结构。还示出了HED发射器22和接收器125。3D模型地下岩层结构包括在海水4(电阻率为0.3Ωm)的深度120米以下的海底6的截面。海底6之下的岩层包括无限水平延伸和半无限垂直延伸的其它均匀背景结构92内的有限延伸的油气藏90。均匀背景结构具有1Ωm的电阻率。有限延伸的油气藏具有50m的垂直厚度和在水平平面中的6000m×6000m的正方形延伸，其上表面在海底之下1575m，并且油气藏具有100Ωm的电阻率。

图22B示出通过图22A中所示的3D模型地下岩层结构内的有限延伸油气藏90的中央的示意性水平剖面。发射器22的投影位置由十字94标记出。

图23A是对于每单位源偶极子获得的、作为在图22A和22B中示出的3D模型海底岩层结构之上的14千米的海底正方形区域中的位置的函数的建模电TM模式分解数据的量级的示意性灰度级表示。该数据也是通过用于提供等价电场的发射器-接收器间隔来计量。与图15A类似，针对在由A和B轴定义的笛卡儿网格上以200m间隔排列的规则正方形接收器阵列，对数据进行建模。HED发射器是位于A＝-5km，B＝0km处的点偶极子，其偶极子轴平行于A轴。发射器由频率为0.25Hz的AC驱动信号驱动。埋藏的有限延伸油气藏的位置通过白线示出轮廓。正方形油气藏的边缘与A轴和B轴平行，并且位于A＝-6km和0km，B＝-3km和3km处。因此，如图23A所示，发射器在油气藏的左手边界内侧的1km处。

图23B与图23A类似，但图23B示出建模电TM模式分解数据的相位，而非量级。

在图24A中由TM^3D标记的曲线绘出作为与偶极子轴同线的接收器的范围(即，源接收器间隔)的函数(即作为B＝0处A的函数)的图23A所示的模拟数据。由TM^1D标记的曲线示出地下岩层结构的类似建模数据，其与图22A中所示的类似，但油气藏是无限水平延伸的(即1D模型)。图24B与图24A类似，但图24B绘出了相位数据而非量级数据。在图24A和图24B中，在A＝-6km(左手边界)和A＝0km(右手边界)处的油气藏边界的位置由虚线示出。

可以看出，不管模型地下岩层的3D特性如何，TM模式分解仍然有效，并且组合响应数据没有被气波严重损坏。另外，从图24A可见在A＝0km处的油气藏边缘在油气藏边缘正上方的数据中产生了产物。当与没有边缘的情况相比较时(即1D模型)，可看出，边缘的影响是局部地增加了TM模式分解信号。在边缘之外，1D TM模式分解信号因埋藏电阻率油气藏的连续影响而较大。对于3D情况，在与油气藏外部的接收器相对应的范围内，油气藏的影响因发射器与接收器之间的有限水平延伸而被削减，因此信号增强较小。对于与发射器较小的距离处(即图24A中的A＝-5km的任一侧)，两条曲线类似。这是因为在较小偏移量时，两条曲线对于埋藏油气藏(在1575m深度处)都不敏感。

所述产物在图24B所示的相位数据中不明显。在A＝0km的边缘之上可观察到曲线之间的轻微偏离，并且如所预期的，超过该边缘，1D模型的相位提升得较快(即较低斜度)。这是因为对于油气藏外侧的范围，电阻油气藏在1D模型中比在3D模型中跨越了发射器与接收器之间的更大延伸距离。

图25A和25B与图23A和23B类似，并且可从图23A和23B来理解。然而，虽然图23A和23B示出了TM模式分解数据的绝对量级和相位(相对于发射器信号)，但图25A和25B示出了被标准化为均匀背景地下岩层的数据(即如图22A所示，但没有油气藏90)。以与关于图10A和10B的上述方式类似的方式进行上述操作。就是说，图23A所示的TM模式分解数据相对于对应背景模型的TM模式分解数据的比率在图25A中绘出，并且相位的相应差在图25B中绘出。油气藏边缘处的产物在图25A中非常清晰，即，为与油气藏边缘邻接的明亮区域(也通过白正方形表示)。

图26A和26B与图24A和24B类似，并且可从图24A和24B来理解，但图26A和26B绘出与图25A和25B相对应的标准化数据，而不是图23A和23B中所示的数据。由与通过两个图中的E所标记的箭头指示出与油气藏的边界相关的产物。

从图26A可观察到，针对图22A所示的模型和对应1D模型的TM模式分解信号在与发射器偏离大约3km(即A＝-2km)处，开始与均匀背景模型(没有油气藏)不同。显见，在此位置处两条曲线都偏离1。这是因为在3km偏移处，数据变得对于埋藏在大约1.5km深度处的油气藏敏感。对应特性也可从图26B绘出的相位看出。超过此偏移量并且在边缘附近，可以看到与ID模型地下岩层结构的情况相比，边缘趋于增加TM模式分解数据，并且延迟相位。

图27A和27B分别与图23A和24A类似，并且可从图23A和24A来理解。然而，在图23A和图24A中，TM模式分解数据通过用以提供等价电场的范围来计量(即乘以从发射器到接收器的距离)，而在图27A和27B中，TM模式分解数据通过立方范围来计量。这补偿了与球面发散相关联的能量扩散。与边缘相关的产物甚至更明显，并且在方位角接近90度处的影响也更清晰(图27A)。

图28A和28B分别与图27A和27B类似，并且可从图27A和27B来理解，但在图28A和28B中，TM模式分解数据通过四次幂的范围来计量(即，通过立体范围计量的等价电场)。边缘产物在这些附图中更加清晰。

显见，TM模式分解方法不仅能标识地下油气藏的存在，还能标识具有有限延伸的埋藏油气藏的边缘。

应该理解，虽然上述描述更集中于电TM模式分解数据，但磁TM模式分解数据也表现出大致类似的形式，并且能够等同地在实际CSEM勘探中使用。

此外，还应该理解，虽然上述描述是基于在接收器处观察到的水平电场中的斜度，但由于互补原理，也可等同地采用基于由源引起的斜度的方案。这可利用其间具有适当相移的多个水平电偶极子发射器来实现。这些被称为互补排列(然而，哪个排列被认为是重要的以及哪个被认为是互补的当然是任意的)。

图29A和29B以平面图示意性示出在CSEM勘探中被用作源的示例发射器结构。为了简单，与沿着x轴和y轴的斜度测量相关联的发射器分别在图29A和29B中单独示出，并且分别被称为第一发射器对和第二发射器对。为了进行比较，与图14A中所示的探测器相关联的对应结构在每个图的上半部分中示出，而示例发射器结构在下半部分中示出。

图29A示出沿x轴对齐的用于广播待由水平电偶极子探测器(D)接收的信号的第一(Tx1)和第二(Tx2)水平电偶极子发射器。这种排列使得在该图的上半部分中(和图14A中)示出的Vx1、Vx2和Vx3、Vx4电极对形成的偶极子探测器和与图14A所示的探测器排列一起使用的单个偶极子发射器T互补。发射器Tx1和Tx2的中央分开Λ，并且形成探测器D的电极V1和V2分开δ。发射器Tx1和Tx2被示为沿着x轴分开，然而，在另一实施例中它们也可在一定程度上交叠。

图29B示出沿y轴对齐的用于广播待由水平电偶极子探测器(D)接收的信号的第一(Ty1)和第二(Ty2)水平电偶极子发射器。这种排列使得在图的上半部分中(和图14A中)示出的Vy1、Vy2和Vy3、Vy4电极对形成的偶极子探测器互补。发射器Ty1和Ty2的中心也分开Λ。

可通过驱动Tx1和Tx2来计算电场的x分量沿着x轴的水平斜度，以同时广播具有相位差π的信号。斜度测量是通过被发射器之间的间隔Λ分开的探测器D来测量的信号。发射器信号之间的相位差π自动地提供了表示发射器响应差的测量。作为另选方案，在两个不同时间驱动发射器Tx1和Tx2(或者如果响应不是强烈依赖于频率的，则可同时以不同频率驱动)，以使得对于每个发射器的响应可以相分离，并且形成它们之间的差异。可类似地通过驱动Ty1和Ty2来进行电场的y分量的沿y轴的水平斜度的计算，以同时广播具有π相位差从而将测得信号分开Λ的信号。

因为互补原理，这些斜度测量与结合等式7的上述斜度测量相对应，并且类似分析可应用于具有所求出的类似结果的数据。

利用这种互补排列的一个问题是第一和第二发射器对不能以相同频率并在同一时间驱动。这是因为每个斜度计算随后将被其它斜度所影响。因此，数据必须在不同时间在两个相位处采集，或者在不同频率下同时采集。这样使得在探测器中，与各个发射器对相关联的信号能够相分离。如果发射器与探测器之间的耦合的变化强烈地依赖于频率，则优选地在不同时间从第一和第二发射器对采集数据。该操作是通过利用第一发射器对并且随后利用第二发射器对或者例如通过时域复用来进行电磁数据的第一采集而实现的。按照失真的接收器几何结构的上述讨论来类推，无需严格地使得第一和第二发射器对的中心在精确相同的位置上(或者在拖曳过程中沿着相同牵引轨道)。这些中心可以偏离，而不显著影响TM分解。更重要的是包括第一和第二发射器对的发射器接近于平行。

如果探测器取向没有相对于源阵列的发射器偶极子对齐，则会引发第二问题。为了提供此情况下的最佳结果，每个发射器的相对位置应该被调整，以使得连接第一发射器对中的发射器中心的线与探测器偶极子相平行。形成第二发射器对的发射器的位置应该类似地被调整。因此，如果探测器的取向不可控制，则发射器的相对位置应该是为了提供最佳结果。

图30示出解决了引起图29A和29B中所示的互补排列的问题的另一互补发射器结构。该结构包括由八个偶极子发射器(T1-T8)形成的源和包括单个单极电极探测器V的接收器(即电位传感器)。在此排列中，同步驱动所有发射器。以彼此相同的相位来驱动发射器T1、T4、T5以及T8。与发射器T1、T4、T5以及T8相差π相位地驱动发射器T2、T3、T6以及T7。通过下列等式给出TM模式分解：

其中V是在电位探测器处测得的信号，并且Λ和δ与图中所示的发射器间隔相关联。在此示例中，发射器具有高度的对称性，虽然实际中，没有必要使所有发射器对的所有间隔相等。

因为可在全部发射器同时广播的情况下进行TM模式分解，所以无需在不同时间采集数据，或者使用对于不同频率的数据。此外，因为探测器是简单的电位传感器，所以不存在与探测器相对于发射器的取向相关的问题。此外，因为在接收器上仅需存在一个探测通道，所以几乎不存在待解决的关于校准等的问题。实际上，TM模式分解(即，等式7中所示的两个水平斜度的和)是根据发射器-探测器结构而被物理地测量和累加的，与数学地操作相反。

可按照例如与图6所示的方式类似的方式，通过提供在舰艇或者潜水器后面牵引的三个海洋地震拖缆，来在实际CSEM勘探中实施上述讨论的互补结构中的发射器阵列。这些可利用例如由“扫雷器”引导的传统海洋地震拖缆装备来进行，诸如对于地震勘探执行。另选的是，发射器中的每一个可逐一牵引。

应该理解，虽然上面已经描述了电TM模式分解(参见等式7)的互补结构，但也可针对利用适当磁/电偶极子的磁TM分解(等式8)和TE模式分解(等式9和10)等同地形成类似互补结构。

对于基于TE和TM模式响应的几何分离的传统CSEM勘探，利用位于相对窄的方位角范围(例如在针对TM模式的同线的+/-15度内和针对TE模式的侧向的+/-15度内)之上的接收器来收集最可靠的数据。这是因为在中间方位角处，例如45度，TM和TE模式都对测得信号有显著贡献，所以仅能测得混合响应。因为最佳数据不仅是针对其中一个模式支配另一模式的方位角来获得的，所以勘探在数据采集方面效率相对较低。然而，上述TM模式分解数据可提供非常广泛方位角范围上的可靠数据。这是因为虽然TM模式分解信号的强度随着方位角的增加而下降(由于其cos(φ)依赖性)，但仍不存在TE模式贡献。因此，在45度方位角处，例如虽然TM模式分解信号的量级与从同线取向观察时相比下降了因子，但只要信号足够强以便能够被测量到，则其仍然能够提供对未被TE影响的TM模式的地下岩层响应的表示。这样允许在比传统勘探更广泛的方位角范围上收集可用数据，从而提供更有效率的勘探。只要发射器提供充分强的信号(TM模式分解数据的量级与任何噪音相比足够大)，则可获得针对任何方位角的可用数据。

应该理解，虽然上文描述了一种牵引式HED发射器，但所述方法也可应用在固定装置中。例如，所述方法可用于对正从中提取油汽的油气藏的变化进行监控。在这种情况下，采用处于相对于接收器阵列的固定位置中的一个(或者更多个)HED发射器比起进行频繁牵引行进的勘探更适当。HED发射器可例如锚定到海底或者从石油钻塔平台悬下。在其它示例中，HED发射器可设置在水平井中或者钻孔中，即土工钻孔中。在生产油田的情况下，地下结构可能从在先地球物理勘探和钻孔结果中已知。实际上，来自油田的在先地球物理和地质信息可用于构建上述背景模型。

虽然以上描述集中于将本发明的实施方式应用于油气藏，但应该理解，上述技术也可用于其它CSEM勘探。这是因为CSEM勘探对于地球的地电特性(即，地下岩层的电阻率)敏感，而并非唯独对油气藏敏感。因此，本发明的实施方式可同样应用于对于其它电阻体或导体(即，具有与背景周围岩层不同的电阻率的电阻体或导体)的勘探，而不仅仅针对油气探测。

本发明的实施方式可应用于对例如盐体或者玄武岩的结构映射，并且也可应用于对地球中存在的更导电的地层(诸如硅酸沉积)的位置进行结构映射。在这些情况下，技术和数学运用(包括进行分解以克服浅水问题)实质上是相同的。

除了勘探油和气，上述该种CSEM勘探技术可能有用的具体勘探环境示例包括下列：

海洋石油气体氢氧化物。基于许多原因，存在对研究石油氢氧化物沉积物的关注。首先，认为它们是在钻探海底时要避免的危险。这是因为它们可能引起地下岩层的不稳定，并且导致海底崩塌，并且因为由于它们是强温室气体的源而导致它们向大气的释放将破坏环境。第二，这种氢氧化物是潜在能源。海洋石油气体氢氧化物一般出现在海底的上几百米中。它们的电阻率随着氢氧化物成份而变化，但通常在2-6Ωm级别。当应用上述技术来勘探海洋石油气体氢氧化物时，较高的频率和较小的偏移量(其对于浅结构更敏感)可能在获得CSEM数据过程中是优选的。

盐体：在石油勘探环境中，可能关注于对盐体进行映射。这种盐体通常具有较大范围(几千米很寻常)，和较高电阻率(几百Ωm到几千Ωm)，并且可以是几百米到超过千米的厚度。在接近盐体或者盐体下方发现油气藏是常见的。然而，利用传统地震法对盐体进行映射可能具有技术困难，虽然通常可限制盐体的顶部，但它们所引起的高度地震散射可能使得侧面和底部变得更加难以定义。这导致了含糊的释义。在这种环境下，海洋CSEM方法能够提供关于盐体的延伸的有价值的补充信息。

基于类似原因，CSEM数据也可用于补充针对截面中存在侵入火山层的区域的更多传统勘探技术。

最后，应该理解，本发明可同样适用于淡水勘探，例如大湖或者河口，所以，提到海底、海水等不应被认为是限制，而应该解释成涵盖湖床、河床等。实际上，本发明针对浅水的应用使得本发明对于勘探浅湖泊也是理想的。

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[10]GB 2402745 A

Claims (54)

1.一种对来自被认为或者已知包含地下电阻体或导电体的区域的电磁勘探的结果进行分析的方法，所述方法包括以下步骤：

提供由至少一个接收器从至少一个水平电偶极子发射器获得的水平电或磁场数据；

确定所述电或磁场数据的第一分量沿着第一方向的水平斜度；

确定所述电或磁场数据的第二分量沿着第二方向的水平斜度；以及

组合沿着所述第一方向和第二方向的水平斜度以生成组合响应数据。

2.根据权利要求1所述的用于对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述电或磁场数据的第一分量是与所述第一方向平行的电场强度，并且所述电或磁场数据的第二分量是与所述第二方向平行的电场强度。

3.根据权利要求2所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，通过形成所述水平斜度的和来组合所述水平斜度。

4.根据权利要求1所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述电或磁场数据的第一分量是与所述第一方向垂直的磁场强度，并且所述电或磁场数据的第二分量是与所述第二方向垂直的磁场强度。

5.根据权利要求4所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，通过形成所述水平斜度的差来组合所述水平斜度。

6.根据前述任一权利要求所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述第一方向和第二方向彼此正交。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述水平斜度是通过在水平隔开的位置处进行的电或磁场的测量来确定的。

8.根据权利要求1到6中任一项所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述水平斜度是通过在水平隔开的位置处进行的电或磁场的传输来确定的。

9.根据前述任一权利要求所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，所述方法进一步包括以下步骤：

提供专用于被勘探区域的背景数据；和

将所述组合响应数据与所述背景数据进行比较以获得对于地下电阻体或导电体的存在敏感的差异数据。

10.根据权利要求9所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中所述背景数据是通过以下步骤提供的：

提供由至少一个接收器从至少一个水平电偶极子发射器获得的另一水平电或磁场数据；

确定所述另一电或磁场数据的第一分量沿着第三方向的水平斜度；

确定所述另一电或磁场数据的第二分量沿着第四方向的水平斜度；

组合沿着所述第三方向和第四方向的水平斜度以生成组合响应背景数据。

11.根据权利要求10所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述另一电或磁场数据的第一分量是与所述第三方向垂直的电场强度，并且所述另一电或磁场数据的第二分量是与所述第四方向垂直的电场强度。

12.根据权利要求11所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，通过形成沿着所述第三方向和第四方向的所述水平斜度的差来组合沿着所述第三方向和第四方向的所述水平斜度。

13.根据权利要求10所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述另一电或磁场数据的第一分量是与所述第三方向平行的磁场强度，并且所述另一电或磁场数据的第二分量是与所述第四方向平行的磁场强度。

14.根据权利要求13所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，通过形成沿着所述第三方向和第四方向的所述水平斜度的和来组合沿着所述第三方向和第四方向的所述水平斜度。

15.根据权利要求10到14中任一项所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述第三方向和第四方向彼此正交。

16.根据权利要求10到15中任一项所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中所述第三方向和第四方向分别与所述第一方向和第二方向相同。

17.根据权利要求10到16中任一项所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中沿着所述第三方向和第四方向的所述水平斜度是通过在水平隔开的位置处进行的电或磁场的测量来确定的。

18.根据权利要求10到16中任一项所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中沿着所述第三方向和第四方向的所述水平斜度是通过在水平隔开的位置处进行的电或磁场的传输来确定的。

19.根据权利要求9所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述背景数据是从受控源电磁勘探获得的。

20.根据权利要求9所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述背景数据是从大地电磁法电磁勘探获得的。

21.根据权利要求9所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述背景数据是从在不同时间执行的所述区域的另一电磁勘探而获得的另一组合响应数据。

22.根据权利要求9所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述背景数据是从岩层模型计算出的。

23.根据权利要求22所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述岩层模型是从地质数据和电阻率数据的组合导出的。

24.根据权利要求23所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述地质数据来自地震勘探。

25.根据权利要求23或24所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述电阻率数据来自测井。

26.根据前述任一权利要求所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述组合响应数据被作为所述区域内的位置的函数而获得。

27.根据前述任一权利要求所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述电阻体或导电体是电阻体。

28.根据权利要求27所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法，其中，所述电阻体是油气藏。

29.一种载有机器可读指令的计算机程序产品，所述机器可读指令用于执行根据权利要求1到28中任一项所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法。

30.一种加载有机器可读指令的计算机设备，所述机器可读指令用于执行根据权利要求1到28中任一项所述的对来自电磁勘探的结果进行分析的方法。

31.一种对被认为或者已知包含地下电阻体或导电体的区域的电磁勘探进行规划的方法，所述方法包括以下步骤：

创建待勘探的区域的模型，所述区域包括具有假定电阻体或导电体的岩层和所述岩层之上的水体；

设置针对水深、假定电阻体或导电体的深度、以及所述岩层的电阻率结构的值；以及

计算由至少一个模拟接收器对来自至少一个模拟水平电偶极子发射器的信号进行探测而获得的水平电或磁场数据，从而在所述勘探区域的模型中执行电磁勘探的模拟；

确定所述电或磁场数据的第一分量沿着第一方向的水平斜度；

确定所述电或磁场数据的第二分量沿着第二方向的水平斜度；以及

组合沿着所述第一方向和第二方向的所述水平斜度以生成组合响应数据。

32.根据权利要求31所述的对电磁勘探进行规划的方法，所述方法还包括：

调整所述模型以便去除假定电阻体或导电体；和

重复所述模拟，以获得用于与所述组合响应数据进行比较的背景数据。

33.根据权利要求31或32所述的对电磁勘探进行规划的方法，所述方法还包括以下步骤：

针对多个源-接收器水平间隔和多个发射器信号频率来重复所述模拟，以便选择在源-接收器水平间隔和频率方面对于探查电阻体或导电体而言最佳的勘探条件。

34.根据权利要求31到33中任一项所述的对电磁勘探进行规划的方法，其中，所述电阻体或导电体是电阻体。

35.根据权利要求34所述的对电磁勘探进行规划的方法，其中，所述电阻体是油气藏。

36.一种载有机器可读指令的计算机程序产品，所述机器可读指令用于执行根据权利要求31到35中任一项所述的对电磁勘探进行规划的方法。

37.一种加载有机器可读指令的计算机设备，所述机器可读指令用于执行根据权利要求31到35中任一项所述的对电磁勘探进行规划的方法。

38.一种电磁接收器，所述电磁接收器在对被认为或者已知包含地下电阻体或导电体的区域的电磁勘探中使用，其中，所述接收器包括两对电或磁偶极子探测器，其中的第一对沿着第一方向被隔开，并且其中的第二对沿着第二方向被隔开，所述第一方向和第二方向在接收器正常使用时是水平方向。

39.根据权利要求38所述的电磁接收器，其中，所述第一对偶极子探测器是与基本上平行于所述第一方向的它们的轴对齐的电偶极子探测器，所述第二对偶极子探测器是与基本上平行于所述第二方向的它们的轴对齐的电偶极子探测器。

40.根据权利要求39所述的电磁接收器，其中，所述第一对偶极子探测器包括沿着所述第一方向隔开的至少三个电极，并且所述第二对偶极子包括沿着所述第二方向隔开的至少三个电极。

41.根据权利要求40所述的电磁接收器，其中，单个公共电极提供了所述第一对偶极子探测器的所述电极之一，和所述第二对偶极子探测器的所述电极之一。

42.根据权利要求38所述的电磁接收器，其中，所述第一对偶极子探测器是与基本上垂直于所述第一方向的它们的轴对齐的水平磁偶极子探测器，并且所述第二对偶极子探测器是与基本上垂直于所述第二方向的它们的轴对齐的水平磁偶极子探测器。

43.根据权利要求42所述的电磁接收器，其中所述第一对偶极子探测器包括一对线圈，并且每个线圈设置在当接收器正常使用时为垂直的、并且平行于所述第一方向的平面上，并且所述第二对偶极子探测器包括一对线圈，并且每个线圈设置在当接收器正常使用时为垂直的、并且平行于所述第二方向的平面内。

44.根据权利要求38到43中任一项所述的电磁接收器，其中，所述第一方向和第二方向彼此正交。

45.根据权利要求38到44中任一项所述的电磁接收器，其中，所述接收器还包括另两对电或磁偶极子探测器，其中的第一对沿着第三方向隔开，并且其中的第二对沿着第四方向隔开，并且所述第三方向和第四方向当接收器正常使用时是水平方向。

46.根据权利要求45所述的电磁接收器，其中，所述另两对电或磁偶极子探测器的第一对是与基本上垂直于所述第三方向的它们的轴对齐的水平电偶极子探测器，并且所述另两对电或磁偶极子探测器的第二对是与基本上垂直于所述第四方向的它们的轴对齐的水平电偶极子探测器。

47.根据权利要求45所述的电磁接收器，其中，所述另两对电或磁偶极子探测器的第一对是与基本上平行于所述第三方向的它们的轴对齐的磁偶极子探测器，并且所述另两对电或磁偶极子探测器的第二对是与基本上平行于所述第四方向的它们的轴对齐的磁偶极子探测器。

48.根据权利要求45到47中任一项所述的电磁接收器，其中，所述第三方向和第四方向彼此正交。

49.根据权利要求45到48中任一项所述的电磁接收器，其中，所述第三方向和第四方向分别与所述第一方向和第二方向相同。

50.一种应用于被认为或者已知含有地下电阻体或导电体的勘探区域的电磁勘探方法，所述电磁勘探方法包括以下步骤：

提供分别用于电磁信号的发送和探测的至少一个发射器和至少一个根据权利要求38到49中任一项所述的接收器；和

通过在勘探区域上的多个不同位置处进行探测来获得电磁场数据。

51.一种在被认为或者已知包含地下电阻体或导电体的区域的电磁勘探中使用的电磁源，其中，所述源包括：两对电或磁偶极子发射器，其中的第一对沿着第一方向隔开，并且其中的第二对沿着第二方向隔开，所述第一方向和第二方向在所述源正常使用时是水平方向。

52.根据权利要求51所述的电磁源，其中，所述第一对偶极子发射器是与基本上平行于所述第一方向的它们的轴对齐，并且所述第二对偶极子发射器是与基本上垂直于所述第二方向的它们的轴对齐的。

53.根据权利要求51或52所述的电磁源，其中，所述第一方向和第二方向彼此正交。

54.一种应用于被认为或者已知包含地下电阻体或导电体的勘探区域的电磁勘探方法，所述电磁勘探方法包括以下步骤：

提供分别用于电磁信号的发射和探测的至少一个根据权利要求51到53中任一项所述的源和至少一个接收器；和

通过在所述勘探区域上的多个不同位置处进行探测来获得电磁场数据。

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