CN101688927A - 海洋em勘探中的改进 - Google Patents

Abstract

用于从海洋电磁数据中去除空气波影响的方法，其包括在水中提供电磁源和至少一个接收器；测量在第一源－接收器间隔处的电磁响应；确定在源－接收器间隔处(其处大地响应是可忽略的)的空气波响应的缩放版，以及使用缩放的空气波响应以确定在第一间隔处测得的大地响应。使用这个方法，可以实现大地响应的改进的估计。

Description

海洋EM勘探中的改进

技术领域

本发明涉及用于从海洋电磁数据中去除空气波的方法。特别地，本发明涉及用于减少空气波在基于海洋的多通道瞬态电磁(MTEM)测量中的影响的技术。

发明背景

多孔岩石充满了流体。流体可是水、气或油或所有这三者的混合。地球中电流的流量是由这些岩石的电阻决定的，而岩石的电阻受充满的流体影响。例如，充满盐水的多孔岩石的电阻比充满碳氢化合物的同样岩石的低得多。通过测量地质构造的电阻，可以探测碳氢化合物。因此，电阻测量可以在勘探阶段实施以在钻探之前探测碳氢化合物。

已知多种用于测量地质构造电阻的技术，例如在WO 03/023452中说明的时域电磁技术，这里通过引用将其内容结合于本文。常规地，时域电磁调查使用发射器以及一个或一个以上接收器。发射器可是电源，即接地的双极，或磁力源，即在导线线圈或多线圈中的电流。接收器可以是用于测量电势差的接地双极，或用于测量磁场和/或磁场时间导数的导线线圈或多线圈或磁强计。发射的信号通常是由电源或磁力源中电流的阶跃变化形成，但可使用包括例如伪随机二进制序列的任何瞬态信号。测量可以在陆地上或水下环境中实施。

图1示出用于瞬态电磁海洋勘测的典型装备的视图。这具有在海底或海底附近的用于在两个电极之间传输瞬态电流的具有中点x_s的双极电流源。电流的时间函数可为电流的简单的阶跃变化或例如伪随机二进制序列等更复杂的信号。地水系统的响应通过在海底或海底附近的一排双极接收器测量，每个接收器特征在于它的中点位置x_r以及测量电极对之间的电势差。所有的电极大致上在同一个垂直平面中。

在使用中，由图1中的源产生的电磁信号可以沿三条传输途径到接收器电极，该三条途径是直接通过大地、直接通过水以及经由水通过空气并且再次返回通过水。由这个第三种途径传输的信号被称为空气波。在深水中，空气波具有可被忽略的影响。相反在浅水中，通过水传输的信号可忽略，但空气波可具有显著的影响并且从而使数据的判读变得困难。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于从海洋电磁数据中去除空气波的影响的方法，此方法包括：在水中提供源以及至少一个接收器；测量在第一源-接收器间隔处的电磁响应；确定在其处大地响应可忽略的源-接收器间隔处的缩放版空气波响应；以及使用该缩放的空气波响应以确定在所述第一间隔处测得的大地响应。确定该缩放的空气波的步骤可包含测量或估计空气波响应。

对于脉冲源电流，空气波响应在与水深相当大的间隔处大约以源-接收器间隔的立方衰减，而直接通过大地传播的分量的响应大约以源-接收器间隔的五次方衰减。因此空气波在非常大的偏移处在整个响应中占主要。因此，通过在大的源-接收器间隔处(其处大地响应可忽略)测量电磁响应，可以确定在该源-接收器间隔处的空气波的测量。这是在第一源-接收器测量间隔处的空气波响应的缩放版，并且可以用于能够从测量数据中去除空气波和从而获得在第一源-接收器间隔处的大地响应更准确的测量。

使用该缩放的空气波响应以确定大地响应可包含：确定该缩放的空气波响应

的反滤波器f(t)；将反滤波器f(t)与测得的数据x(t)进行卷积以压缩空气波为脉冲；从对空气波数据的卷积的结果中去除空气波脉冲以及将结果与缩放的确定的空气波

进行卷积以重新获得没有空气波的大地响应。

优选地，源是电流双极或磁力线圈。优选地，接收器是双极接收器或磁力线圈。优选地，源和接收器被置于海底或海底附近。

电磁测量是瞬态电磁测量；即对该源处的输入信号的响应必须在测量完成前已基本上达到稳定状态。

优选地，较大的源-接收器间隔大约是较短间隔的五倍或五倍以上。理想地，两个源-接收器间隔都是水深的至少五倍。

选择较大源-接收器间隔使在接收器处测得的大地响应大致上为零。

根据本发明的另一个方面，提供优选地在计算机可读媒体或数据载体上的计算机程序，用于从由至少一个源和至少一个接收器测得的海洋电磁数据中去除空气波的影响，此计算机程序具有代码或指令，其用于使用在源-接收器间隔处(其处大地响应可忽略)的空气波响应以能够去除在较小源-接收器间隔处测量中的空气波响应，从而能够确定大地响应。

优选地，较大间隔是较短间隔的大约五倍或五倍以上。

优选地，选择较大间隔使在接收器处测得的大地响应大致上为零。

优选地，程序具有代码或者指令，用于从较小间隔处的测量中减去所确定的空气波。

根据本发明的另一个方面，提供有使用水中的电磁源和至少一个接收器以用于确定对电磁信号的大地响应的系统，该系统适用于：测量在第一源-接收器间隔处的电磁响应；确定在源-接收器间隔处(其处大地响应是可忽略的)的空气波响应或其缩放版，以及使用所确定的空气波响应以确定在所述第一间隔处测得的大地响应。

系统可适用于使用空气波响应以确定大地响应，其包含：获得缩放的空气波响应

的反滤波器f(t)；将滤波器f(t)与在第一源-接收器间隔处测得的响应进行卷积以提供包含空气波脉冲的结果；从该卷积的结果中去除空气波脉冲，以及将剩余部分与确定的空气波响应

进行卷积以重新获得在第一源-接收器间隔处的没有空气波的大地响应。

系统可适用于通过测量或估计空气波响应以确定大地响应。

较大间隔可以是较短间隔的大约五倍或五倍以上。两个间隔都可以是水深的至少五倍。

选择较大间隔使得在接收器处测得的大地响应大致上为零。

源可以是电流双极或磁力线圈。接收器可以是双极接收器或磁力线圈。

源和接收器可以位于海底或在海底附近。

根据本发明的另一个方面，提供测量电磁响应的方法，此方法包括：在水下放置电磁源和至少一个电磁接收器；从源发射电磁信号到接收器，其中发射的信号包括大地分量和空气波分量，以及接收器相对于源放置使得测得的响应基本上取决于空气波。

在本发明的任何方面，发射的信号可以是由电源或磁力源中电流的阶跃变化形成，但可使用包括例如伪随机二进制序列的任何瞬态信号。

附图说明

现在仅通过例子的方式以及参考附图说明本发明的不同方面，其中：

图2是图1中系统的模型；

图3示出对于图2的设置的在2km处的脉冲响应，其中大地电阻率是1欧姆米(ohm-m)；图3(a)示出响应到9s，而图3(b)示出它到1s；

图4示出对于水下100m、1欧姆米半空间的在10km偏移处的脉冲响应，其中双极源和接收器在海底；图4(a)示出响应到9s，而图4(b)示出它到1s；

图5示出对于2km偏移处测得的海洋脉冲响应、大地脉冲响应和空气波，以及

图6(a)和(b)示出从图3的脉冲响应中去除空气波的结果。

具体实施方式

本发明提供用于将空气波的影响从浅水海洋电磁数据中去除的方法。本发明使用图2中的模型来说明，其中示出具有深度d和电阻率ρ_w的海水层，其位于同质的各向同性的半空间上面。双极源位于海底并且计算在海底离该双极源某偏移r处的接收器位置处的共线电场。为了举例说明，将假定水层是100m深并且具有0.3欧姆米(ohm-m)的电阻率，并且该半空间具有1ohm-m的电阻率。

图3示出对于图2的设置的在2km处的脉冲响应。图3(a)示出响应到9s，而图3(b)示出它到1s。初始陡峰在0.008s处出现并且具有1.82E-10V/m/s的幅值。这是空气波。对于该峰这具有有限的上升时间和长的拖尾。在大约0.45s处存在第二个宽得多的峰，其幅值为2.4E-11V/m/s。这由大地响应引起。目的是要将空气波和大地脉冲响应分开。

在给定偏移处和对系统响应去卷积后，脉冲响应数据(其是因果的)可以表达为：

x(t)＝a(t)+g(t)，t≥0，

x(t)＝0，t＜0，                          (1)

其中a(t)是空气波，g(t)是大地脉冲响应，且g(0)＝0。适合的去卷积技术例如由Wright，D.等在文章Hydrocarbon detection andmonitoring with a multichannel transient electromagnetic(MTEM)surveying(通过多通道瞬态电磁(MTEM)勘测的碳氢化合物探测和监测)：The Leading Edge，21，852-864中说明。

空气波期望是最小相位的。由此这意味着没有水的话，空气波是脉冲并且在水中的传播效应一定是包含衰减指数的因子，其是最小相位的。

假定空气波的估计使得

$A\hat{a}\left(t\right)\≈a\left(t\right).---\left(2\right)$

这是形状的估计，但准确的空气波幅值A未知。下一步必须获得滤波器f(t)，使得

$f\left(t\right)*\hat{a}\left(t\right)=\mathrm{\δ}\left(t\right),---\left(3\right)$

其中星号代表卷积，以及δ(t)是脉冲函数：

δ(t)＝0，t≠0

${\∫}_{-\∞}^{+\∞}\mathrm{\δ}\left(t\right)\mathrm{dt}=1.---\left(4\right)$

如上述的a(t)以及因此的期望是最小相。因此反f(t)是因果的、可实现的和最小相位的；即仅对于t≥0时它存在，并且具有有限幅值。

将滤波器f(t)与数据进行卷积得到

$f\left(t\right)*x\left(t\right)\≈f\left(t\right)*A\hat{a}\left(t\right)+f\left(t\right)*g\left(t\right)=\mathrm{A\δ}\left(t\right)+f\left(t\right)*g\left(t\right).---\left(5\right)$

现在通过仅考虑t＞0，去除空气波，使得：

f(t)*x(t)＝f(t)*g(t)，t＞0，                   (6)

这个结果然后可以与

进行卷积：

$\hat{a}\left(t\right)*f\left(t\right)*g\left(t\right)=\mathrm{\δ}\left(t\right)*g\left(t\right)=g\left(t\right).---\left(7\right)$

这使作为测得的大地脉冲能够重新获得，但没有空气波。这是所需要的，并且结果是未知的幅值因子A是不相关的。因此，仅通过估计或测量的空气波形状，大地脉冲可以确定。

由于噪声的存在，不能使用的准确的反函数。重写第一方程(1)以包括噪声：

x(t)＝a(t)+g(t)+n(t)            (8)

修正方程(2)以定义新的滤波器f₁(t)，使得

$f_1\left(t\right)*\hat{a}\left(t\right)=d(t-\mathrm{\τ}),---\left(9\right)$

其中d(t)是有限带宽的脉冲(其积分是一)，例如d(t)＝αexp(-πα²t²)形式的高斯函数，其中α是接近数据中感兴趣的最高频率的频率，并且τ是引入的时间延迟以使f₁(t)是因果的。d(t)的积分是1。将这个滤波器与数据进行卷积产生：

$f_1\left(t\right)*x\left(t\right)=f_1\left(t\right)*A\hat{a}\left(t\right)+f_1\left(t\right)*g\left(t\right)+f_1\left(t\right)*n\left(t\right)$

$=\mathrm{Ad}(t-\mathrm{\τ})+f_1\left(t\right)*g\left(t\right)+f_1\left(t\right)*n\left(t\right)=y\left(t\right).---\left(10\right)$

选择α的值尽可能大但不是如此大以使噪声的高频分量放大过多。那么

对于|t|＞3/a的值，d(t)≈0                     (11)

当|t-τ|≤3/α时将函数y(t)设为零，以得到z(t)。即

z(t)＝f₁(t)*g(t)+f₁(t)*n(t)，t-τ＞3/α.      (12)

f₁(t)的近似反函数是

如方程(9)中定义的。

然后

与z(t)进行卷积以得到

$\hat{a}\left(t\right)*z\left(t\right)\≈\hat{a}\left(t\right)*f_1\left(t\right)*g\left(t\right)+\hat{a}\left(t\right)*f_1\left(t\right)*n\left(t\right)$

$\≈d(t-\mathrm{\τ})*g\left(t\right)+d(t-\mathrm{\τ})*n\left(t\right)$

$\≈g(t-\mathrm{\τ})+n(t-\mathrm{\τ}).---\left(13\right)$

除了已知的时间延迟τ之外，这是所期望的，加上噪声。时间延迟可以容易地去除。

空气波的形状可以通过查看与这个偏移相比大的并且其处大地响应的衰减是比较高的偏移来估计。可以猜想空气波的形状随着对于1-D大地的超出一定偏移的偏移是不变的，并且假设是几乎纯的空气波可以被测量，如果偏移足够大并且时间窗口受约束。这给出空气波形状的估计，其根据上文说明的方法将能够去除在测量源-接收器间隔处的空气波的影响。

图4示出对于在水下100m、1ohm-m的半空间的在10km偏移处的脉冲响应，其中双极源和接收器在海底。图4(a)示出响应到9s，以及图4(b)示出它到1s。初始陡峰在0.008s处出现并且具有1.46E-12V/m/s的幅值。没有可识别的第二个峰。可以看到空气波的峰出现在与对于2km脉冲响应的完全相同的时间。

图5示出对于2km偏移测量的海洋脉冲响应、大地脉冲响应和空气波。大地脉冲响应根据上述方案获得；空气波通过从海洋脉冲响应中减去大地脉冲响应获得。这个结果的品质的衡量是将重新获得的脉冲响应与解析函数进行比较：在2km偏移处的1ohm-m的半空间的脉冲响应。图6示出将空气波从图3所示的脉冲中去除的结果。这与对于1ohm-m的半空间的脉冲响应的解析函数非常相似。特别地这两个函数的峰的时间和幅值密切一致。

本发明提供非常简单和有效的技术用于从测得的MTEM数据中去除空气波。这可以归纳如下：使用在大的源-接收器间隔处的空气波估计空气波的形状和基于估计的空气波确定滤波器f(t)。这个滤波器然后与测得的数据x(t)进行卷积。这结果是非常散乱的数据，但是在时间t＝τ处存在陡峰。这是空气波。然后切除空气波峰。剩余数据通过与缩放的空气波a(t)进行卷积而返回到它的初始状态。这个操作消除了与滤波器f(t)进行卷积的影响。结果是原始数据，即没有空气波的大地响应。

采集的数据可根据本发明使用任何适合的硬件或软件处理。

技术人员会认识到对公开的方案的变动是可能的并且没有偏离本发明。因此上文具体的实施例仅用例子的方式进行说明，并且不是为了限制。对于技术人员很明显可做出很小的改动而不会显著改变说明的操作。

Claims (24)

1.一种在水中使用源以发射电磁信号到至少一个接收器以用于确定对所述电磁信号的大地响应的方法，所述方法包括：使用在第一源-接收器间隔处测得的电磁响应；确定在其处大地响应可忽略的源-接收器间隔处的空气波响应或其缩放版；以及使用所确定的空气波响应以确定在所述第一间隔处测得的大地响应。

2.如权利要求1所述的方法，其中使用所述空气波响应以确定所述大地响应包含：获得所确定的空气波响应的反滤波器f(t)；将所述滤波器f(t)与在所述第一源-接收器间隔处测得的响应进行卷积以提供包含空气波脉冲的结果；从该卷积的结果中去除所述空气波脉冲，以及将剩余部分与所确定的空气波响应

进行卷积以重新获得在所述第一源-接收器间隔处的没有空气波的大地响应。

3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其中确定的步骤包含：测量或估计所述空气波响应。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中确定所述空气波响应包含：估计它的形状。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中较大间隔是较短间隔的大约五倍或五倍以上那么大。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中该两个间隔都是水深的至少五倍那么大。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中较大间隔选择成使得在所述接收器处测得的大地响应大致上为零。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述源是电流双极或磁力线圈。

9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，所述接收器是双极接收器或磁力线圈。

10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其包括：将所述源和接收器置于海底或海底附近。

11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其包括：在所述第一源-接收器间隔处测量电磁响应。

12.一种在水中使用电磁源和至少一个接收器以用于确定对电磁信号的大地响应的系统，所述系统适用于：测量在第一源-接收器间隔处的电磁响应；确定在其处大地响应是可忽略的源-接收器间隔处的空气波响应或其缩放版，以及使用所确定的空气波响应以确定在所述第一间隔处测得的大地响应。

13.如权利要求12所述的系统，其适用于使用所述空气波响应以确定所述大地响应，这包含：获得所确定的空气波响应

的反滤波器f(t)；将所述滤波器f(t)与在所述第一源-接收器间隔处测得的响应进行卷积以提供包含空气波脉冲的结果；从该卷积的结果中去除所述空气波脉冲以及将剩余部分与所确定的空气波响应

进行卷积以重新获得在所述第一源-接收器间隔处的没有空气波的大地响应。

14.如权利要求12或13所述的系统，其适用于通过测量或估计所述空气波响应以确定所述大地响应。

15.如权利要求12-14中任一项所述的系统，其中较大间隔是较短间隔的大约五倍或五倍以上。

16.如权利要求12-15中任一项所述的系统，其中该两个间隔都是水深的至少五倍。

17.如权利要求12-16中任一项所述的系统，其中较大间隔选择为使得在所述接收器处测得的大地响应大致上为零。

18.如权利要求12-17中任一项所述的系统，其中所述源是电流双极或磁力线圈。

19.如权利要求12-18中任一项所述的系统，其中所述接收器是双极接收器或磁力线圈。

20.如权利要求12-19中任一项所述的系统，其中所述源和接收器被置于海底或海底附近。

21.一种用于处理通过至少一个源和至少一个接收器测得的海洋电磁数据以去除空气波影响的、优选地在计算机可读媒体或数据载体上的计算机程序和/或计算机程序产品和/或处理器，其中所述计算机程序/产品/处理器具有代码或指令，其用于使用在其处大地响应是可忽略的源-接收器间隔处的空气波响应以能够去除在较短源-接收器间隔处的测量中的空气波响应，从而能够确定大地响应。

22.如权利要求21所述的计算机程序和/或处理器，其配置成以获得在其处大地响应是可忽略的源-接收器间隔处的空气波响应

的反滤波器f(t)；将所述滤波器f(t)与在较短源-接收器间隔处测得的响应进行卷积以提供包含空气波脉冲的结果；从该卷积的结果中去除所述空气波脉冲，以及将剩余部分与所确定的空气波响应

进行卷积以重新获得在该较短源-接收器间隔处的没有空气波的大地响应。

23.如权利要求21或22所述的计算机程序和/或处理器，具有代码或指令，其用于估计在其处大地响应是可忽略的源-接收器间隔处的空气波响应。

24.一种用于测量电磁响应的方法，其包括：在水下放置电磁源和至少一个电磁接收器；从所述源向所述接收器发射电磁信号，其中所发射的信号包括大地分量和空气波分量，并且所述接收器相对于所述源放置使得测得的响应大致上取决于空气波。

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