CN102197318A

CN102197318A - 用于确定电磁勘探传感器取向的方法

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Publication number: CN102197318A
Application number: CN2009801418750A
Authority: CN
Inventors: Y·马丁尼斯; N·C·阿勒加; L·A·汤森; C·斯托耶
Original assignee: KJT ENTPR Inc
Current assignee: KJT ENTPR Inc
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2029-09-02
Also published as: CN102197318B; CA2741011A1; US20100102820A1; EA018145B1; WO2010047885A2; CA2741011C; US8164340B2; EP2350700A2; EA201170360A1; WO2010047885A3

Abstract

一种用于确定电磁勘探传感器的取向的方法包括在水体的底部上的选定位置处部署传感器。在该水体的选定位置处生成电磁场。在传感器处沿着至少两个正交方向检测电磁场的一部分。将所检测电磁场的一部分选择为仅在包括源位置和传感器位置两者的垂直面中行进。根据选定部分来确定电磁场的选定部分的极化方向。使用所确定的极化方向来确定传感器取向。

Description

用于确定电磁勘探传感器取向的方法

技术领域

本发明大体上涉及电磁地球物理勘探的领域。更具体地，本发明涉及用于准确地确定被部署为执行此类勘探的电磁传感器的取向的方法。

背景技术

电磁勘探系统和方法提供关于地下（subsurface）地层的多种数据；包括例如地球的地下中的电阻率的空间分布。除其它目的之外，解释并评估此类数据是为了改善来自给定储层（reservoir）或场的油和气生产的预测，检测新的油和气藏，提供地下地层和储层的图片或模型以便促进碳氢化合物的去除，和/或降低风险或以其它方式增强井定位的过程。

受控源电磁（“CSEM”）勘探包括向地下地球地层中注入（impart）电流或磁场（通过海洋勘探中的海床或通过钻孔勘探中的井内流体）并测量在设置在地球表面附近、海床上或钻孔中的电极、天线和/或磁强计中感生的电压和/或磁场。电压和/或磁场是响应于注入地球地下中的电流和/或磁场而感生的，并且在地球内的电阻率的分布、感生极化等方面来解释所记录的信号。

本领域中已知的受控源勘探通常包括向地下注入连续的交流电流。该交流电流可以具有一个或多个选定频率。此类勘探称为频域受控源电磁（f-CSEM）勘探。例如Sinha、M.C. Patel、P.D.、Unsworth、M.J.、Owen、T.R.E.和MacCormack、M.G.R.等人在1990年的An active source electromagnetic sounding system for marine use, Marine Geophysical Research, 12, 29-68.中描述了f-CSEM勘探技术。描述电磁地下勘探的物理学和解释的其它出版物包括：Edwards, R.N., Law, L.K., Wolfgram, P.A., Nobes, D.C., Bone, M.N., Trigg, D.F., and DeLaurier, J.M., 1985, First results of the MOSES experiment: Sea sediment conductivity and thickness determination, Bute Inlet, British Columbia, by magnetometric offshore electrical sounding: Geophysics 50, No. 1, 153-160；Edwards, R.N., 1997, On the resource evaluation of marine gas hydrate deposits using the sea-floor transient electric dipole-dipole method: Geophysics, 62, No. 1, 63-74；Chave, A.D., Constable, S.C. 和 Edwards, R.N., 1991, Electrical exploration methods for the seafloor: Investigation in geophysics No 3, Electromagnetic methods in applied geophysics, vol. 2, application, part B, 931-966；以及Cheesman, S.J., Edwards, R.N., 和 Chave, A.D., 1987, On the theory of sea-floor conductivity mapping using transient electromagnetic systems: Geophysics, 52, No. 2, 204-217。Strack（美国专利No. 6,541,975 B2、6,670,813、和6,739,165）和Hanstein等人（美国专利No. 6,891,376）描述了典型的钻孔相关应用。提出的方法不限于此类应用，因为其比这些特定背景更加全面。

本领域中已知的用于地下地球地层的电磁勘探的另一技术是瞬变受控源电磁勘探（t-CSEM^TM）。在t-CSEM中，以与f-CSEM类似的方式但是以瞬变的方式在地球表面处向地球注入电流。初始电流可以是直流（DC）。在选定时间，切断电流，并且通常是在地球的表面处在选定时间间隔上相对于时间来测量感生电压和/或磁场。该开关构成对给技术给定其名称的瞬变事件；与f-CSEM（也涉及开关）的某些实现相反，在t-CSEM中，在发起下一个瞬变之前经历长的时间间隔，长到足以使感生场衰减消失，使得在源不活动的同时发生检测。由感生电压和/或磁场的时间分布来推断地下的电结构。例如在Strack, K.-M., 1992, Exploration with deep transient electromagnetics, Elsevier, 373 pp.中（1999再版）描述了t-CSEM技术。

下面描述了描述电磁地下地球勘探的各种方面的多个专利公开。颁发给Srnka的美国专利No. 6,603,313 B1公开了一种用于储层性质的表面估计的方法，其中，首先使用在地下地质地层附近的地质和地球物理数据来确定在地下地质地层之上、之下和水平地与之接近的位置和平均地球电阻率。然后，使用该位置和平均地球电阻率来确定用于电磁源的尺度和探测频率以基本上使得地下地质地层处的传送垂直和水平电流最大化。接下来，在大约在地下地质地层中心处之上的地表处或附近激活电磁源，并用接收机阵列来测量电磁响应的多个分量。使用地质和地球物理数据来确定几何和电参数约束。最后，使用几何和电参数约束来处理电磁响应以生成倒置垂直和水平电阻率深度图像。可选地，可以将倒置电阻率深度图像与地质和地球物理数据组合以估计储层流体和泥质性质。这种方法采用用本发明对其加以改进的用于确定接收机取向的简单技术。

颁发给Eidesmo等人的美国专利No. 6,628,110 B1公开了一种用于确定其大约几何结构和位置已知的地下储层的性质的方法。公开的方法包括向包含储层的地层施加时变电磁场；检测电磁波场响应；以及分析对已经由该储层引起的所检测场的特性的影响，从而基于该分析来确定储层的含量。这种方法采用用本发明对其加以改进的用于确定接收机取向的简单技术。

颁发给Strack的美国专利No. 6,541,975 B2和美国专利No. 6,670,813公开了一种用于生成穿透地层的钻孔周围的地球地层的图像的系统。使用DC测量来测量地层的电阻率，并且用时域信号或AC测量来测量地层的电导率和电阻率。还测量地层的声速。将DC电阻率测量结果、用时域电磁信号进行的电导率测量结果、用时域电磁信号进行的电阻率测量结果和声速测量结果组合以生成地球地层的图像。在这种方法中，使用常规钻孔方法来确定接收机的取向，并且本发明不适用于此背景。

颁发给Strack的美国专利No. 6,739,165公开了一种其中用位于钻孔中且另一个位于地表上的接收机或发射机来执行瞬变电磁测量的方法。将任何一个在瞬变源（和EM能量用地球进行的后续传输）的开始至其中重复实验的新位置之间移动。在数据处理之后，获得储层的流体含量变化的图像。这种方法采用用本发明对其加以改进的用于确定表面接收机的取向的简单技术。

国际专利申请公开No. WO 0157555 A1公开了一种用于检测地下储层或确定地下储层的性质的系统，该地下储层的位置和几何结构已从先前的地震勘探得知。用发射机在海床上施加电磁场，并且还用天线在海床上进行检测。在波场响应中寻找折射波分量，以确定存在的任何储层的性质。这种方法采用用本发明对其加以改进的用于确定接收器取向的简单技术。

国际专利申请公开No. WO 03048812 A1公开了一种用于勘探先前被潜在地识别为包含海底油气层的区域的电磁勘探方法。该方法包括用相对于相同或不同接收机的位置正对或侧面地对准的电磁源来获得第一和第二勘探数据集。本发明还涉及使用这种方法来规划勘探，并涉及允许对在接收机处收集的信号的电流贡献与感应效应形成对比的以组合方式进行的勘探数据的分析和信号衰减的效应的分析，该分析高度地取决于岩石层、上覆水和勘探区域处的空气的局部性质。这对于使用电磁勘探来识别油气储量并将其与地下结构的其它类别区别开的成功而言非常重要。这种方法采用用本发明对其加以改进的用于确定接收器取向的简单技术。

由Wright等人提交的美国专利申请公开No. 2004/232917涉及一种通过使用至少一个源、用于测量系统响应的装置和用于测量结果地球响应的至少一个接收机来在地球的表面上或附近进行多通道瞬变电磁（MTEM）测量来映射地下电阻率对比的方法。处理来自所述或每个源-接收机对的所有信号以恢复地球的相应电磁脉冲响应，并且显示此类脉冲响应或此类脉冲响应的任何变换以产生电阻率对比的地下表示。所述系统和方法使得能够对地下流体沉积进行定位和识别并监视此类流体的移动。这种方法采用用本发明对其加以改进的用于确定接收器取向的简单技术。

颁发给Rueter等人的美国专利No. 5,467,018公开了一种岩床探测系统。该系统包括作为传输流中的突然变化生成的瞬变，所述传输流被发射机传送至地球的地下。用多个接收机单元来测量这样生成的感生电流。来自接收机单元的测量值被传递至中央单元。从接收机单元获得的测量值被数字化并存储在测量点处，并且中央单元被遥测链路与测量点链接在一起。借助于遥测链路，可以连续地将来自接收机单元中的数据仓库的数据传递到中央单元上。这种方法采用用本发明在海洋背景下对其加以改进的用于确定接收器取向的简单技术。

颁发给Tasci等人的美国专利No. 5,563,913公开了一种在提供沉淀地下的电阻率测量数据中使用的方法和设备。该数据被用于检测和映射异常电阻率模式。模拟地下电阻率模式与下至沉淀地下的底层的各种深度处的油和/或气陷阱相关联，并且是用于发现它们的辅助。所述设备被设置在地面上并包括连接到发射机的发电机，所述发射机具有一定长度的具有接地电极的导线。当通过发射机和导线从传输点发送电流的大振幅、长周期方波时，在地下中感生二次涡流。该涡流在地下中感生可以用磁强计或感应线圈在地球的表面处测量的磁场变化。该磁场变化被接收并作为时变电压被记录在每个探测点处。信息接收机，并且在应用适当的数学方程之后，从作为时间的函数绘图的测量电磁场信号的振幅和形状导出地下地层的电阻率变化。以类似于地块（plot-like）的方式来布置探测点以确保能够准备地下地层的电阻率变化的区域等高线图和横截面。在这种方法中，使用常规陆地勘探法来确定接收器的取向，并且本发明不适用于此背景。

涉及t-CSEM勘探的其它专利包括颁发给Strack等人的美国专利No. 7,388,382、颁发给Stoyer等人的美国专利No. 7,356,411、颁发给Strack等人的美国专利No. 7,328,107和颁发给Strack等人的美国专利No. 7,340,348，其全部被转让给本发明的受让人。

许多前述电磁勘探技术是通过在水体的底部上部署电和/或磁场传感器阵列来执行。出于使用此类电磁勘探技术来准确地映射地质结构的目的，能够确定单独传感器的大地取向以及其大地位置通常是重要的。用于确定大地取向的技术可以包括为每个传感器提供定向感测设备。其它技术包括沿两个或三个相互正交的方向测量电磁信号的相对振幅并使用电磁信号源和接收机的大地位置作为用于信号的大地取向的参考。后来的技术具有消除了对为每个电磁传感器提供定向感测设备的需要的优点，该定向感测设备在大型传感器阵列中可能是成本上不可接受的，并且由于传感器的数目而不可靠。然而，后来的技术可能是不准确的，因为在确定信号方向时进行的简化假设是电磁能在包括源和接收机两者的垂直面中传播，并且极化方向与传播方向是正交的。由于地下中的电导率不是均匀的，所以此类假设不是精确的；替代地，能量传播可能离开此垂直面。需要的是一种用于确定电磁传感器取向的方法，其使用电磁信号传播方向，然而避免与通过地下的电磁波传播相关联的不准确性，所述通过地下的电磁波传播可能在此垂直面之外。

发明内容

根据本发明的一方面的用于确定电磁勘探传感器的取向的方法包括在水体的底部上的选定位置处部署传感器。在该水体的选定位置处生成电磁场。在传感器处沿着至少两个正交方向检测电磁场的一部分。所检测的部分被识别为仅在垂直面内行进，所述垂直面包括电磁场的源的位置和传感器位置两者。根据所检测部分以及源和接收机的已知位置来确定该部分电磁场的极化方向。使用所确定的极化方向来确定传感器取向。

通过以下说明和所附权利要求，本发明的其它方面和优点将是显而易见的。

附图说明

图1A示出使用水平电偶极子电流源的海洋电磁勘探系统。

图1B示出使用垂直电偶极子电流源的海洋电磁勘探系统。

图1C示出使用磁场来激励地球的地下的替换方式。

图2示出洋底电磁系统传感器的一个示例。

图3A示出在未取向接收机的两个组件上记录的数据。

图3B示出旋转至勘探坐标系统的两个组件的数据。

图4A至4D示出典型的f-CSEM数据及其处理。

具体实施方式

图1A示出了供与根据本发明的各种方面的方法一起使用的海洋受控源电磁勘探系统的一个示例。该系统包括沿着诸如湖泊或海洋的水体11的表面以预定模式移动的勘探船10。船10在其上面包括源致动、信号记录和导航设备，一般地在12处示出且在本文中称为“控制/记录系统”。控制/记录系统12包括可控电流源（未单独示出），其用来激励（energize）在水体11的底部13附近在水体11中牵引的电极16A、16B以在水11的底部13下面的地下地层15、17中施加电场。控制/记录系统12通常包括在任何时间确定船10的大地位置的仪器（未单独示出），诸如可以使用全球定位系统（GPS）接收机等来执行。本示例中的控制/记录系统12可以包括传输来自一个或多个记录浮标22的信号的设备。记录浮标22可以接收并存储来自位于水底13上的选定位置处的多个电磁（EM）传感器20中的每一个的信号。可替换地，可以本地地和自主地记录传感器的信号，并且可以在勘探结束时获取此类记录。如本发明的目的一样，一般在没有必须单独地推断的最终取向的控制的情况下从水的表面部署传感器20作为自主节点。可以用例如本领域中已知的声波定位技术在部署时确定传感器20的位置。将以下面更详细地解释的方式来使用传感器的位置。

还可以沿着电缆18来设置传感器20。在这种情况下，由单独地确定的电缆的位置来约束其取向。然而，即使在这种情况下，接收机的取向的推断也可能是不完美的，尤其是在崎岖的海床条件下，因此在这种情况下本发明也可以是有用的。电缆18可以是与本领域中已知的部署在水底上的地震传感器相结合地使用的通常称为“洋底电缆”的类型。传感器20检测由通过穿过电极16A、16B的电流在地球的地下中感生的电场引起的电/磁场。下面将参考图2来更详细地解释传感器20。记录浮标22可以包括遥测设备（未单独示出）以将来自接收到的信号的数据传送至船10，和/或可以将信号本地地存储以供控制/记录系统12或另一询问设备稍后询问。可替换地，可以本地地和自主地记录传感器的信号，并且可以在勘探结束时获取此类记录。可以用例如本领域中已知的声波定位技术在部署时确定传感器20的位置。将以下面更详细地解释的方式来使用传感器的位置。

船10中的电流源（未单独示出）通过电缆14A耦合到电极16A、16B。电缆14A被配置为使得能够如图1A所示地在基本上水平地在水底13附近牵引电极16A、16B。在本示例中，电缆可以间隔开约50米，并且可以被激励，使得约1000安培的电流流过电极16A、16B。这是与使用100米长的发射机偶极和使用500安培电流在本领域中已知的典型电磁勘探实践中生成的等效的震源矩。在任一种情况下，震源距可以约为5×10⁴安培-米。用来激励发射机电极16A、16B的电流可以是在等于零的信号记录时间索引处被切断的直流（DC）。然而，应理解的是将DC切断仅仅是可操作用于感生瞬变电磁效应的电流变化的一种实施方式。在其它示例中，电流可以被接通，可以从一个极性切换至另一个（双极开关），或者可以按照伪随机二进制序列（PRBS）或此类开关序列的任何混合衍生物来切换。关于PRBS开关的描述，参见例如Duncan, P.M.、Hwang, A.、Edwards, R.N.、Bailey, R.C.和Garland, G.D.在1980年的The development and applications of a wide band electromagnetic sounding system using pseudo-noise source. Geophysics, 45, 1276-1296。在本示例中，当通过发射机电极16A、16B的电流被切换时，根据传感器20、记录浮标22和控制/记录系统12中的记录和/或遥测设备的特定配置，在传感器中、在记录浮标22中和/或在控制/记录系统12中，记录由各种传感器20检测的电和/或磁场的时间索引记录。

上文将图1A所示的系统（以及在图1B和图1C中示出并参考图1B和1C进行解释的系统）描述为使用切换DC来在地下中生成电磁场。出于本发明的目的，仅仅需要切换发射机电流以生成至少一个瞬变电磁场。下面将进一步解释此类瞬变电磁场在涉及本发明时的目的。还可以使用通常用来执行频域电磁勘探的类型的正弦交流，或者电磁能的许多更复杂连续发射中的任何一个。下面将进一步解释此类连续发射的电磁场在涉及本发明时的目的。

图1B示出信号生成和记录的替换实施方式，其中，发射机电极16A、16B被布置为使得其沿着被配置为促使电极16A、16B如图1B所示基本上垂直地取向的电缆14B基本上垂直地取向。基本上如上文参考图1A所解释地执行激励电极16A、16B，检测和记录信号。

再次参考图1A，在某些示例中，还可以使用船10（或未示出的第二船）来牵引一般在9处示出的地震能源。地震能源通常是气枪阵列，但是可以是本领域中已知的任何其它类型的地震能源。此类示例中的控制/记录系统12包括用于在选定时间对震源9进行致动的控制电路（未单独示出）和用于记录由地震传感器生成的信号的记录电路（未单独示出）。在此类示例中，洋底电缆18还可以包括地震传感器21。地震传感器21优选地是“四组件”传感器，其如本领域中已知的那样包括三个正交地震检波器或与水听器或可对压力进行响应的类似传感器仪器配置的类似运动或加速传感器。四组件洋底电缆地震传感器在本领域中是众所周知的。参见例如颁发给Gaiser等人的美国专利No. 6,021,090。

在某些示例中，可以通过周期性地对地震能源9进行致动并记录由地震传感器21检测的信号来执行基本上同时的地震勘探。可以使用本领域中已知的技术来执行地震信号的解释。

图2更详细地示出EM传感器20的一个示例。EM传感器20可以被封闭在由诸如高密度塑料之类的稠密、非导电、非磁性材料制成的外壳23中，使得EM传感器20将沉在水中并停靠在水底（图1A中的13）上。电极26A、26B、28A、28B位于外壳23的底部上，使得其接触水底（图1A中的13）。电极被布置成偶极对。如果传感器被沿着电缆设置，则一对26A、26B可以沿着电缆（图2中的18）的长度取向，并沿着一个方向测量电压。另一电极对28A、28B测量与第一对横向地感生的电压。如果传感器未被沿着电缆设置，则其仍可以包含基本上相互正交的两个偶极对。电极对可以跨越0.1至10米的距离。附图不一定按比例绘制。可以将偶极对26A、26B和28A、28B耦合到组合放大器/数字信号处理器24以便在选定时刻将所检测的电压转换成对应于电压振幅的数字字。传感器20的本示例可以包括沿着相互正交的方向取向的一个或多个磁强计30、32、34。在本示例中，两个磁强计30、32可以被定向为使得其灵敏轴沿着与相应电极对26A、26B和28A、28B的偶极矩相同的方向取向。每个磁强计30、32、34的信号输出可以被耦合到数字信号处理器24。可以将信号处理器24的数字化信号输出耦合到记录浮标（图1A中的22）以便传输到控制/记录系统（图1A中的12）或供控制/记录系统（图1A中的12）稍后询问，或者本地地存储以供稍后恢复。

图1A和图1B所示的系统的示例使用施加于电极的电流来向地球的地下中注入电场。注入电场的替换是注入磁场，并且这将参考图1C来解释。在图1C中，船10牵引被连接到两个环路发射机（loop transmitter）17A和17B的电缆14C。第一环路发射机17A包围垂直于水底13的区域。周期性地，控制/记录系统12促使电流流过第一环路发射机17A。电流可以采取与参考图1A所述的相同的任何形式，包括切换DC、PBRS、交变极性DC和切换AC。当电流被切换时，具有沿着方向M_A的偶极矩的瞬变磁场被注入地球。在相同或不同的时间，向第二环路发射机17B施加电流。第二环路发射机可以是螺线管或线圈的形式，具有沿着方向M_B的磁矩。可以基本上根据上文参考图1A解释的勘探模式来执行使用磁场环路发射机17A、17B的勘探。

无论是使用诸如图1A或1B所示的源还是任何其它源，都向地下注入电磁能，并且可以使用诸如图2所示的传感器来检测，沿着两个基本上正交的方向测量电和/或磁场的分量振幅。根据本领域中已知的技术，可以使用所测量的分量振幅来在电磁场到达每个单独传感器（例如，图1A中的20）时确定其极化方向。本领域的技术人员应认识到接收机记录由于记录系统的“系统响应”而失真的入射电磁场的度量；此失真不影响接收机的取向的确定，只要其对于两个基本上正交的感测方向中的两者而言是相同的即可。

从麦克斯韦等式已知如果接收机的位置处的介质是电各向同性的，并且如果电磁能从单个方向到达接收机，则电磁能的极化与该方向正交。此外，如果地球的地下中的电阻率分布是横向不变的，则EM传播将存在于包括源和接收机位置两者的垂直面中。发射机和接收机的位置是已知的，或者是可根据辅助信息确定的。使用前述假设，可以使用已知或已确定位置和已测量极化方向来确定传感器取向。本发明的方法认识到上述假设并不总是有效的，并定义了避免此类假设的改进方法。

下面，在具有电偶极源和电偶极接收机的示例性实施方式中描述本发明；本领域的技术人员将认识到具有普通修改的相同基本原理可以扩展至其它类型的源和接收机，并且所有这些变体被包括在本发明的范围内。假设传感器测量场的正交水平分量，不过可以由本领域的技术人员以简单的方式将本发明扩展至其中接收机传感器不正交和/或倾斜的情况。下面是t-CSEM方法、然后是f-CSEM方法的描述。

在根据本发明的t-CSEM方法中，当电流被切换以产生瞬变电磁场时，此类电磁场的一部分将通过水直接地行进，因此其被传感器检测。电磁场的其它部分还可能在被传感器检测之前在空气-水界面之上通过空气行进。电磁场的其它部分还可能在被传感器检测之前通过在水底之下的地层行进。此类地下行进可能由于地下中的电阻率的复杂分布而偏离包括源和接收机两者的垂直面。结果，此类能量可以从未知的方向到达接收机。在这种情况下，在传感器处测量的到达极化不能用来测量传感器的取向（尽管其实际上与到达方向是正交的），这是因为到达方向本身是未知的。此外，通过地下到达的电磁能可能同时从多个方向到达（“多路径”），在这种情况下不存在唯一到达方向。再次地，在这种情况下，所测量的到达极化不能用来确定接收机的取向。此外，地下可以是电各向异性的，使得到达极化不与到达方向正交，即使到达方向是已知的。在这种情况下，再次地，所测量的到达极化不能用来确定接收机的取向。

通过选择仅在包括源和接收机两者的垂直面中行进的那部分测量电磁场，可以在没有由在此平面之外的电磁场通过电学复杂的地下地层的传播引起的误差的情况下确定传感器的取向。例如，如果源-接收机偏移足够小，则早期到达（即在t-CSEM瞬变开始之后不久到达的那些）将通过水直接到达传感器，或者可能还通过空气，或者可能还沿着海床被折射。在这些情况下，上述假设是更准确的，使得能量传播基本上在包括源和传感器两者的垂直面中发生，因为在这些主体（分别为水、空气和泥）中的每一个中，电阻率的空间分布是简单的。在这种情况下，所测量的电磁场的所述“选定部分”是早期部分。

为了举例说明前述示例，考虑存在于图3A、3B中的矢端曲线（hodogram）中的数据。矢端曲线是被显示为二分量轴上的曲线的二分量时间序列的图。E场和H场两者都被显示，都在接收机的取向确定之前（图3A）和之后（图3B）。在图3A中，图的轴是如所部署的接收机的轴，具有未知取向；在图3B中，图的轴被推断为是勘探的那些，即纵坐标（“y轴”）在包括源和接收机两者的垂直面中，并且横坐标（“x轴”）与其正交。请注意，显示了t-CSEM数据的多个循环（每个场的多个环路，具有不同的振幅，每个环路对应于不同的源-接收机间隔）。电（E）场环路例如是不对称的。每个环路是时间序列的，因此不对称意味着后到达的能量来自与先到达的能量不同的方向。选择最佳拟合取向的任何算法将对这些各种取向求平均值（如在旋转的图3B中）。方向的此多样性是地下电阻率分布的结果，并且与真实接收机取向无关。在图3B中，到推断勘探轴的旋转已经使用此类最佳拟合取向，这是组成上文参考的现有技术的“简单”取向算法的典型代表。

作为替代，如图3B所指示的，应从矢端曲线的早的严格直线的部分获取正确的旋转角。此早到达的能量已经仅通过水（和可能的空气和可能的底部附近的泥）行进，因此相当准确地满足理论的假设。通过较深地下到达的后到达的能量已经由于较深地下中的电阻率的分布而偏离主测线（inline）方位角。这以矢端曲线与严格直线形式的偏离示出，这是用于简单地层的理论所要求的。正确角和平均角之间的偏差很显然是地点相关的，但是由于偶极辐射图的强方位角依赖性，即使小的偏差也可能是重要的。

海洋勘探中的直线运动的持续时间主要是水深和源-接收机偏移的函数，并且必须根据数据来确定。EM能量通常在深地下中比在水或浅地下中行进得更快，因为电阻率在深处通常更大。因此，在远源-接收机偏移处，首先到达的能量可以通过间接的、比通过水的直接到达更深的路径行进。在这种情况下，如上文所讨论的，由于深地下电阻率的复杂分布，此首先到达的能量可以从未知方向到达。因此，可能不存在针对此类源-接收机偏移在矢端曲线上显示的严格直线的图案。

此问题的解决方案是从勘探数据集中选择实际上显示矢端曲线的初始直线部分的那些源-接收机偏移。（正常地，此子集将在最短源-接收机偏移的情况下发生，其中，记录信号并不是如此强而非线性地驱动记录设备）。如上所述，然后根据数据的此子集来确定接收机取向，并且其对于假设此接收机取向在勘探的持续时间内保持不变而言通常是有效的，只要接收机未被船员干扰即可。因此，可以假设此相同取向，即使是针对对此确定没有贡献的那些源-接收机偏移。

特别地对于短偏移而言，源-接收机方位角可以不同于预先标绘的值或平均值。这是因为接收机可以位于预先标绘的线之外（由于部署的不准确性），并且因为源船可能由于风或水流而漂移到预先标绘的线之外。（实际上，图3B示出E环路的直线部分的略微可变方位角中的这些效果）。这些效果将不引起接收机的取向方面的困难，只要在计算中使用实际源-接收机方位角而不是预先标绘的方位角即可。

为了增加准确度，可以针对多个源-接收机偏移单独地确定每个接收机的取向，并且可以对结果求平均值，假设实际接收机取向不变。

对于本领域的技术人员来说很清楚的是可以在每个接收机处将本发明单独地应用于电场，并且在利用由于其相对于电场的正交性而引起的适当修改的情况下应用于磁场。可以一起（例如通过求平均）或单独地（例如通过数据质量分析）使用这些单独的取向确定来改进接收机的确定。

在根据本发明的f-CSEM方法中，不存在“早期时间”，因为源是持续活动的。EM能量总是从一系列的源位置和多种传输通道到达接收机。因此，不能应用上述t-CSEM方法。克服这一点的一个方式是在选定源-接收机偏移处中断f-CSEM源序列，转换成源的t-CSEM模式以确定每个接收机取向，然后在其它源-接收机偏移处重新开始正常的f-CSEM操作。这组成上述t-CSEM程序的变体，但是可能在操作上不方便。

使用从斯克里普斯海洋研究所的网站http://marineemlab.ucsd.edu获取的图4A至4D来描述另一f-CSEM方法。图4A中的二分量“时间序列”示出了五秒的记录信号，其被记录为沿着勘探线的源船蒸汽（steams）。此类记录信号在给定传感器处作为源-接收机偏移的函数被处理成作为“振幅”的图4B所示的形式和作为“相位”的图4C所示的形式。同样地，在图4D中，使用上述简单算法将记录的信号旋转至勘探坐标系中，虽然同样如上文所解释的，矢端曲线未形成椭圆，但形成了更复杂的图案。

在图4B、4C和4D的中心处示出了最短偏移，其中振幅图表（图4B）示出已经由于在最短偏移处发生的上述非线性效应被修剪（clip）的平坦区。如本文先前所述的，此现象还在t-CSEM数据中发生。对于适当记录的偏移而言，根据图4B至4D，仅仅比其中发生修剪的上文所示的那些长，EM能量以比对于较长偏移而言更大的振幅到达。来自这些选定源-接收机偏移的最强能量已经由存在于如上所述的垂直面中的上述直接路径到达，并且从未知的方向（由电阻率的未知地下分布引起）通过不同路径到达的能量具有较低振幅。仅使用这些最高能的到达构造的矢端曲线（省略了每个循环的低振幅到达）将基本上是直线的，因为信号的此选定部分将最密切地符合能量已在包含源和接收机两者的垂直面中传播的假设。如t-CSEM方法一样，将由数据本身来确定选择适当的数据子集的过程的细节，由上述论证来指导，但最终基于准确地是直线的矢端曲线的那些部分。

根据本发明的方法可以提供比使用本领域中已知的方法可能的更准确的电磁传感器取向的确定。

虽然已经相对于有限数目的示例描述了本发明，但受益于本公开的本领域的技术人员将认识到可以设计不脱离如本文公开的本发明的范围的其它示例。因此，应仅由所附权利要求来限制本发明的范围。

Claims

1. 一种用于确定部署在选定位置处的电磁勘探传感器的取向的方法，包括：

在待勘探的地球的地下的一部分之上的选定位置处感生电磁场；

在传感器位置处沿着至少两个基本上正交的方向检测电磁场的一部分，该部分电磁场仅在包括感生位置和检测位置的基本上垂直的平面中行进；

确定来自所检测部分的该部分电磁场的极化方向；以及

使用所确定的极化方向来确定传感器的取向。

2. 权利要求1的方法，其中，所述电磁场是瞬变电磁场。

3. 权利要求2的方法，其中，通过经由偶极天线和线盘中的至少一个来切换电流而生成瞬变电磁场。

4. 权利要求3的方法，其中，电流包括直流。

5. 权利要求3的方法，其中，所述切换包括接通电流、切断电流、切换电流极性、生成伪随机二进制序列及其混合中的至少一个。

6. 权利要求2的方法，其中，所述检测包括检测电场振幅。

7. 权利要求2的方法，其中，所述检测包括检测磁场振幅。

8. 权利要求2的方法，其中，检测该部分电磁场包括选择由传感器检测的在瞬变电磁场开始之后的选定时间内到达的信号的一部分。

9. 权利要求8的方法，其中，在垂直面中行进的该部分的检测基于基本上是直线的所检测信号的矢端曲线图。

10. 权利要求9的方法，其中，通过选择至少一个源-接收机偏移来使矢端曲线的直线部分最大化。

11. 权利要求10的方法，其中，所述至少一个源-接收机偏移是最近偏移，对于所述最近偏移而言，传感器在没有电子饱和或非线性效应的情况下如实地记录到达的能量。

12. 权利要求11的方法，其中，选择多个适当的源-接收机偏移，并且根据来自所述多个偏移的信号来确定平均取向。

13. 权利要求1的方法，其中，所述电磁场是基本上连续的。

14. 权利要求13的方法，其中，通过使交流电流通过偶极天线和线盘中的至少一个来生成基本上连续的电磁场。

15. 权利要求13的方法，其中，所述检测包括检测电场振幅。

16. 权利要求13的方法，其中，所述检测包括检测磁场振幅。

17. 权利要求13的方法，其中，检测该部分电磁场包括选择具有最高能量的所检测电磁场的一部分。

18. 权利要求17的方法，其中，检测垂直面中的该部分电磁场基于基本上是直线的所检测信号的矢端曲线图。

19. 权利要求18的方法，其中，通过选择至少一个适当的源-接收机偏移来使矢端曲线的直线部分最大化。

20. 权利要求18的方法，其中，所述至少一个源-接收机偏移是最近偏移，对于所述最近偏移而言，传感器在没有电子饱和或非线性效应的情况下如实地记录到达的能量。

21. 权利要求18的方法，其中，选择多个源-接收机偏移，并且根据所述多个偏移来确定平均取向。

22. 权利要求1的方法，其中，检测电磁场的一部分包括测量由电磁场感生的电场，测量由电磁场感生的磁场，并且确定极化包括使用所测量的电和磁场。