EA018171B1 - Морской кабель с электромагнитными датчиками и способ электромагнитной геофизической разведки - Google Patents

Abstract

Изобретение включает способ морской электромагнитной разведки и морской геофизический кабель, используемый при такой разведке, который включает группу сенсорных модулей, пространственно разнесенных вдоль кабеля. Каждый модуль включает по крайней мере одну пару электродов, связанных с модулем. Электроды размещаются так, чтобы обеспечить возможность измерения электрического поля в направлении вдоль кабеля. Кабель располагается так, чтобы образовался замкнутый контур. Другой морской геофизический кабель включает группу сенсорных модулей, пространственно разнесенных вдоль кабеля. Каждый модуль включает по крайней мере одну пару связанных с ним электродов. Электроды располагаются так, чтобы обеспечить возможность измерения электрического поля в направлении вдоль кабеля. Группа пространственно разнесенных датчиков магнитного поля связана с каждым модулем и размещается так, чтобы иметь возможность определять амплитуды электрического поля в направлении, поперечном по отношению к направлению кабеля, по данным о градиенте магнитного поля.

Description

Изобретение относится, в общем, к области морской геофизической электромагнитной разведки (ЭМР). Более конкретно, изобретение относится к кабелям и связанной с ними аппаратурой, предназначенной для сбора, регистрации и передачи электромагнитных (ЭМ) сигналов, используемых для исследования геологической среды.

Сведения о предшествующем уровне техники

Геофизическая ЭМР включает ЭМР с использованием управляемых источников (далее - ЭМРУИ) и ЭМР с использованием естественных источников. ЭМРУИ предусматривает возбуждение электрического или магнитного поля в геологических формациях (причем в случае морской разведки геологические формации находятся под морским дном) и измерение амплитуды электрических и/или магнитных полей с помощью замеров разности потенциалов, индуцированных в электродах, антеннах и/или с помощью опрашиваемых магнитометров, расположенных на (или вблизи) поверхности Земли, на морском дне или над ним. Электрические и/или магнитные поля индуцируются в результате возбуждения электрических и/или магнитных полей в геологической среде, и из регистрируемых данных об индуцированных (вторичных) электрических и/или магнитных полях можно извлечь информацию о пространственном распределении проводимости в геологической среде.

При ЭМР с использованием естественных ЭМ источников применяются многокомпонентные океанические придонные приемные станции, и, если брать в качестве данных отношения между величинами вертикальных составляющих поля, то можно устранить необходимость иметь точную информацию о естественных источниках. Здесь отметим, что морская разведка с применение естественных ЭМ источников ограничивалась применением автономных регистрирующих станций.

ЭМРУИ для данного уровня техники предусматривает ввод переменного тока в геологические формации, или пласты, находящиеся под морским дном. Переменный ток характеризуется одной или несколькими выбранными частотами. Этот вид ЭМР известен как ЭМР с управляемым диапазоном частот (далее ЭМРудч). Способы ЭМРудч описаны, например, в публикации 8шка М.С., Ра1с1 Ρ.Ό., Ипзтеойк М.Г. О\\еп Т.К.Е., апб МасСогтаск М.С.К.. Морская система электромагнитного зондирования с управляемым источником, Матше Сеорку81са1 Кезеатск, 1990, 12, 29-68. Другие публикации, в которых описываются физические процессы и интерпретация результатов ЭМР геологической среды, включают следующие публикации: Ебтеатбз Р.№ Бате Ь.К., \Уо1Гдгат Р.А., ЫоЬек И.С., Вопе Μ.Ν., Тпдд Ό.Γ., апб ПеЬаштет ГМ. Первые результаты эксперимента МО8Е8 по определению удельной проводимости и толщины морских осадочных формаций фиорда Бухта Бьют (Британская Колумбия) с использованием экваториального магнитометрического электрозондирования, Сеоркумсз, 1985, ν. 50, №. 1, 153-160; Ебтеатбз Κ..Ν. Об оценке ресурсов морских газогидратных отложений с использованием способа электродипольно-электродипольных переходных электромагнитных процессов в геологической среде под морским дном, Оеорйу51с5, 1997, ν. 62, №. 1, 63-74; Скате А.И., Соп51аЬ1е 8.С., апб Ебтеатбз Κ..Ν. Способы ЭМР морского дна, 1пуе5бда1юп ίη деоркузкз, 1991, №. 3; Е1ес1тотадпейс те!кобз ίη аррБеб деоркузкз, 1991, ν. 2, приложение, часть В, 931-966 и Скеектап 8.1., Ебтеагбк Β.Ν., апб Скате А.И. О теории картирования удельной проводимости геологической среды морского дна с использованием систем на основе переходных процессов, Оеоркузюз, 1987, ν. 52, №. 2, 204-217. Другие представляющие интерес публикации в области ЭМР включают Ебтеагбк Ν. Морская ЭМРУИ: принципы, методология, будущие коммерческие применения, 8игуеу5 ш Оеоркузкз, 2005, №. 26, 675-700; СопйаЫе 8. Способы морской ЭМР: новые средства для исследований, проводимых вблизи береговой линии, Тке Ьеабшд Ебде, ν. 25, 2006, № 4, 438-444; Скп81еп8еп Ν.Β. апб Иоббз К. Одномерное обратное преобразование и анализ разрешающей способности данных морской ЭМРУИ, Оеоркузкз, ν. 72, 2007, \УА27; Скеп 1., Нотегйеп С.М., Уазсо И., ВиЬш Υ. апб Нои Ζ. Одна байесовская модель оценки газонасыщенности с использованием сейсмических данных о зависимости амплитуды отраженных волн от угла падения (АУА) и данных ЭМРУИ, Оеоркузкз, ν. 72, 2007, \УА85; Сопз1аЬ1е 8. апб 8гпка ЬД. Введение в способы морской ЭМРУИ, служащие для поиска и разведки месторождений углеводородов, Оеоркузюз, ν. 72, 2007, \УА3; Еνаη8 В.Ь. Применение способов ЭМРУИ для отображения мелководной области морского дна от береговой линии до границы континентального склона, Оеоркузкз, ν. 72, 2007, \УА105; Иатпе! М., Скоо М.С.К., Р1е881х Β.Ό., Козепдшз! М.Ь, У|р-Скеопд К., 81тз Е., апб Уооп 1АУ.К. Обнаружение углеводородных месторождений поданным ЭМРУИ в комплексных осадочных отложениях: применение на глубоководной акватории штата Сабах, Малайзия, Оеоркузкз, ν. 72, 2007, \УА97; СпЬепко А. апб Ζкбаηоν М. Точное решение трехмерной обратной задачи по данным морской ЭМРУИ, основанное на применении интегральных уравнений, Оеоркузкз, ν. 72, 2007, \УА73; Ы Υ. апб Кеу К. Двумерное моделирование для морской ЭМРУИ. Часть 1. Адаптивный проекционно-разностный алгоритм, СеоркуМсз, ν. 72, 2007, \УА51; Ы Υ. апб Сопз1аЬ1е С. Двумерное моделирование для морской ЭМРУИ. Часть 2. Влияние батиметрических характеристик, Оеоркузкз, ν. 72, 2007, \УА63; 8ско11 С. апб Ебтеагбк ΚΝ. Морская скважина, используемая при диполь-дипольных способах донной ЭМР, и разрешение исследуемых объектов по данным об электрическом сопротивлении, Оеоркузюз, ν. 72, 2007, \УА39; Тотркшз М.1. апб 8тка Ь.1. Способы морской ЭМРУИ. Введение, Оеоркузкз, ν. 72, 2007, \УА1; Ит Е.8. апб А1итЬаидк ΌΕ. О физических основах одного способа морской ЭМРУИ, Оеоркузкз, ν. 72, 2007,

- 1 018171 νΑ13; ОеИ'Ауегеапа Р. Улучшение интерпретации данных ЭМРУИ, проводимой на мелководье, Т1зе Ьеабшд Ебде, 26, 2007, 332; НокЦай К. апй Войеп Т. О соотношениях между глубинами областей, охватываемых данными ЭМРУИ и сейсмическими данными, Т11е Ьеабшд Ебде, 26, 2007, 342; 1ойап8еп 8.Е., \νίο1<1ι.ιηά Т.А., апб Атипбккеп Н.Е.Е. Пример интерпретации данных ЭМРУИ, Тйе Ьеабшд Ейде, ν. 26, 2007, 348 и МасСгедог Ь., Вагкег Ν., ОтеПоп А., Моойу 8., апб ВобесоИ Ό. Перспективы снижающих риски поисково-разведочных работ с использованием объединения сейсмических и электромагнитных данных. Практический пример: Фолклендские острова, Тйе Ьеабшд Ебде, ν. 26, 2007, 356.

Далее описаны несколько патентных публикаций, в которых излагаются различные аспекты ЭМР геологической среды. В патенте и.8. 5770945, полученном СопЦаЫе. описывается магнитотеллурическая (МТ) система для поиска и разведки месторождений нефти под морским дном. Раскрытая система включает первый стойкий к давлению водонепроницаемый блок, содержащий процессор, связанные по переменному току пост-усилители магнитного поля и усилители электрического поля, второй стойкий к давлению водонепроницаемый блок, содержащий акустическую систему навигации/освобождения, четыре хлорсеребряных электрода, установленных на штангах, и по крайней мере два соленоидальных датчика магнитной индукции. Все эти элементы совместно устанавливаются на изготовленном из пластмассы и алюминия каркасе вместе с якорем и приспособлениями для поддержания плавучести, служащими для размещения системы на морском дне. Акустическая система навигации/освобождения служит для определения местоположения измерительной системы с использованием отраженных акустических импульсов, генерируемых находящимся на судне акустическим навигационным устройством; система также может принять команду освободиться, инициализирующую отделение от якоря, благодаря чему всплывающий модуль поднимается на поверхность воды и может быть извлечен из воды. Электроды, служащие для измерения электрического поля, сконфигурированы в виде заземленных дипольных антенн. Штанги, с помощью которых электроды установлены на каркас, расположены Х-образно, создавая два ортогональных диполя. Два ортогональных диполя служат для измерения суммарного электрического векторного поля. Датчики магнитного поля представляют собой многовитковые проволочные катушки (соленоиды) с сердечником из мю-металла, измеряющие магнитные поля в частотном диапазоне, обычно используемом при наземной магнитотеллурической разведке. Соленоиды датчиков магнитного поля помещаются в стойкий к давлению водонепроницаемый блок и соединяются с регистрирующим модулем стойкими к давлению водонепроницаемыми кабелями. Регистрирующий модуль содержит усилители, служащие для усиления сигналов, получаемых от различных датчиков и поступающих далее к процессору, управляющему синхронизацией, регистрацией, сохранением и операциями включения/выключения питания. Временная память и память большой емкости предоставляется процессором и/или его периферийными устройствами. В таких МТ способах активные источники не применяются, используются только естественные ЭМ поля.

В патенте и.8. 6603313 В1, полученном 8гпка, раскрывается применяемый на поверхности Земли способ оценки свойств месторождений, при котором положение и среднее удельное сопротивление среды в областях, примыкающих сверху, снизу и в горизонтальном направлении к исследуемой геологической формации сначала определяются с использованием геологических и геофизических данных о ближней окрестности формации. Затем определяются такие размеры и частота зондирования ЭМ источника, при которых приблизительно максимизируются генерируемые в геологической формации вертикальные и горизонтальные электрические токи; при этом используются данные о пространственном распределении и средних значениях удельного сопротивления среды. Затем активируется находящийся приблизительно над центром исследуемой геологической формации ЭМ источник, расположенный на (или вблизи) поверхности, и массив приемников измеряет ряд компонент вторичного ЭМ поля (поля отклика). С помощью геологических и геофизических данных определяются ограничения на геометрические и электрические параметры. Наконец, данные об ЭМ отклике обрабатываются (с учетом ограничений на геометрические и электрические параметры) для построения (в результате решения обратной задачи) диаграмм зависимости вертикального и горизонтального удельного сопротивления от глубины. Если желательно, полученные в результате решения обратной задачи диаграммы зависимости удельного сопротивления от глубины могут использоваться совместно с геологическими и геофизическими данными для оценки свойств флюидов и глинистых составляющих пласта (областей пласта, включающих содержащие глину породы, называемые 8Йа1е - сланцевыми глинами).

В патенте и.8. 6628110 В1, полученном ЕИекто и др., раскрывается способ определения характера пласта, для которого в некотором приближении уже известны положение и геометрия. Раскрытый способ включает возбуждение изменяющегося во времени ЭМ поля в стратах, содержащих пласт; измерение характеристик поля ЭМ волн отклика и анализ влияния пласта на измеряемые характеристики поля отклика с целью определения содержимого пласта на основе анализа.

В патенте и.8. 6541975 В2, полученном 81гаск, раскрывается система построения диаграмм для геологической формации, окружающей проникающую в нее скважину. Удельное сопротивление внутри формации измеряется с помощью замеров по постоянному току, и удельная проводимость и удельное сопротивление внутри формации измеряются с использованием способа становления поля на некотором временном интервале или с помощью замеров по переменному току. Измеряется также скорость распро

- 2 018171 странения в формации акустических волн (акустическая скорость). Результаты измерений удельного сопротивления по постоянному току и удельной проводимости, выполненных способом становления поля на некотором временном интервале, результаты измерений удельного сопротивления, выполненных способом становления поля для ЭМ сигнала на некотором временном интервале, и результаты измерений акустической скорости комплексно используются для генерации представления (образа) геологической формации.

В международной заявке на патент νθ 0157555 А1 раскрывается система, предназначенная для обнаружения пласта или для выяснения его природы, если положение и геометрия пласта уже известны благодаря проведенным ранее сейсмическим исследованиям. ЭМ поле индуцируется передатчиком, или генератором, находящимся на морском дне, и измеряется с помощью антенн, также расположенных на дне. Чтобы определять природу пласта, во вторичных волнах пытаются выделить составляющие, обусловленные преломленными волнами.

В международной заявке на патент νθ 03048812 А1 раскрывается способ ЭМР, предназначенный для исследования области, ранее идентифицированной как область, потенциально содержащая подводный углеводородный пласт. Способ включает получение первого и второго наборов данных ЭМР, проводимой для случаев, когда ЭМ источник ориентирован параллельно или перпендикулярно направлению раскрытия антенн одного приемника или нескольких разных приемников. Изобретение также затрагивает вопросы планирования разведки с использованием данного способа и вопросы анализа полученных данных, которые в совокупности позволяют контрастно выделить вклад в собранные приемником данные гальванической составляющей сигналов, индуктивных эффектов и влияния затухания сигналов (эти эффекты сильно зависят от локальных свойств покрышки продуктивной свиты, перекрывающей водные и воздушные компоненты исследуемой области. Это весьма важно для успешного использования данных ЭМР для определения запасов углеводородов и выделения соответствующих пластов из структур, принадлежащих другим классам.

В патенте И.8. 6842006 В1, полученном СоиД и др., раскрывается морское донное электромагнитное измерительное устройство, предназначенное для получения подводных магнитотеллурических (МТ) измерений характеристик геологических формаций. Устройство включает центральный блок с манипуляторами, прикрепленными к нему с поворотной подвижностью. Поворачиваемые манипуляторы позволяют легко развернуть и свернуть систему. Электроды и магнитометры, прикрепленные к каждому манипулятору, служат для измерения электрических и магнитных полей соответственно; магнитометры удалены от центрального блока, а поэтому магнитные поля, создаваемые им, не регистрируются. Способ измерений на морском дне предусматривает измерение электрических полей на некотором расстоянии от центрального блока и измерение магнитных полей в тех же областях.

Заявка на патент И.8. 2004/232917 и патент И.8. 6914433 Распознавание контрастов проводимости и его применение для определения расположения флюидов (\νπ§1ιΙ и др.) связана со способом картирования контрастных по удельному сопротивлению областей с использованием многоканальных измерений, выполняемых при переходных ЭМ процессах на (или вблизи) поверхности Земли с применением по крайней мере одного источника, измерительных устройств, служащих для получения данных об отклике системы, и по крайней мере одного приемника, измеряющего сигналы отклика геологической среды. Все сигналы, получаемые от одной или нескольких пар источник-приемник, обрабатываются с целью восстановления (извлечения) соответствующего отклика геологической среды на ЭМ импульсы, и импульсные передаточные функции (или результаты любых преобразований таких функций) представляются так, чтобы получить образы областей, контрастных по удельному сопротивлению. Указанные система и способ дают возможность определить положение и идентифицировать геологические формации, содержащие флюиды, а также отслеживать движение флюидов.

В патенте И.8. 5467018, полученном Рис1сг и др., раскрывается система поисково-разведочных работ для коренных пород. В системе используются переходные процессы, генерация которых осуществляется в виде резких переходов в потоке сигналов, вводимых генератором в геологическую среду. Вторичные электрические токи, индуцированные таким способом, измеряются несколькими приемниками. Измеренные величины поступают от приемников к центральному блоку. Измеренные величины, получаемые от приемных модулей, переводятся в цифровую форму и сохраняются в пунктах измерений, а центральный блок соединен с пунктами измерений телеметрической связью. Посредством телеметрической связи данные из памяти приемных модулей могут последовательно передаваться центральному модулю.

В патенте И.8. 5563913, полученном Та§с1 и др., раскрываются способ и устройство для измерений удельного сопротивления геологических сред осадочного характера. Данные используются для выявления и улучшенного отображения областей аномального удельного сопротивления. Такое улучшенное отображение областей аномального удельного сопротивления соответствует расположенным на разных глубинах, вплоть до геологического основания осадочного слоя, складкам, или моноклиналями, являющимися ловушками для нефти и газа, и помогает обнаружить эти ловушки. Устройство, находящееся на поверхности Земли, включает электрогенератор, связанный с передатчиком, представляющим собой провод некоторой протяженности длины с заземленными электродами. Когда из пункта генерации сиг

- 3 018171 налов через передатчик и провод посылаются прямоугольные импульсы тока, имеющие большую амплитуду и продолжительный период, в среде индуцируются вторичные вихревые токи. Вихревые токи вызывают в среде изменения магнитного поля, которые могут быть измерены на поверхности Земли с помощью магнитометра или соленоида. Изменения магнитного поля воспринимаются и регистрируются в виде изменяющегося во времени напряжения в каждом пункте зондирования. Информация о вариациях удельного сопротивления геологических формаций извлекается из данных об амплитуды и форме измеренных характеристик вторичного магнитного поля, которые после решения соответствующих математических уравнений наносятся на график/диаграмму как функции времени. Размещение пунктов зондирования подобно размещению точек на графике/диаграмме, что обеспечивает возможность получения карт изолиний региона и разрезов, отражающих изменения удельного сопротивления геологических формаций.

Другие патентные документы США, дающие информацию об уровне техники для данного изобретения, включают следующие документы:

патент И.8. 4535292 Передатчик для системы ЭМР с улучшенной системой переключения питания (Епыпд);

патент И.8. 5130655 Датчик магнитного поля с несколькими соленоидами - последовательно соединенными главными соленоидами и параллельно соединенными соленоидами (обмотками) обратной связи (Сопб);

патент И.8. 5877995 Способы геофизической разведки (ТНотркоп и др.);

патент И.8. 5955884 Способ и устройство для измерения электромагнитной и электроэнергетической компонент переходных процессов, развивающихся в геологической среде (Рау1оп и др.);

патент И.8. 6188221 Способ и устройство для передачи электромагнитных волн и анализа отклика для выяснения расположения залегания флюидов (Уап бе Кор и др.);

патент И.8. 6225806 Электросейсмические способы измерения свойств пород, окружающих буровую скважину (Мб1ат и др.);

патент И.8. 6339333 Динамические способы прямой ЭМР нефтяных месторождений (Кио);

патент И.8. 6628119 Способ и устройство для определения содержимого месторождений (Е1бе8шо и др.);

патент И.8. 6664788 Нелинейные электросейсмические способы при поисково-разведочных работах (8со11 С. НотпЬо81е1 и др.);

патент И.8. 6696839 Электромагнитные способы и устройство для определения содержимого месторождений (8ует ЕШпдктиб и др.);

патент И.8. 6717411 Электромагнитный способ и устройство для определения характера месторождений, использующие преломленные электромагнитные волны (ЕШпдктиб и др.);

патент И.8. 6859038 Способ и устройство для определения характера месторождений с использованием преломленных электромагнитных волн (8ует ЕШпдктиб и др.);

патент И.8. 6864684 Электромагнитные способы и устройство для определения содержания месторождений (ЕШпдктиб и др.);

патент И.8. 7023213 Системы и способы для построения представлений проводимости геологической среды (Еб\\агб МсНоЕ);

патент И.8. 7038456 Способ и устройство для определения характера месторождений (ЕШпдктиб и др.);

патент И.8. 7042801 Система геофизической разведки, использующая индуцирование электрокинетического эффекта (Апбгеу Вегд);

патент И.8. 7126338 ЭМР месторождений углеводородов (МасСгедог, Ьису и др.);

патент И.8. 7141968 Системы со встроенными датчиками для измерения компонент векторов электрического и/или магнитного поля (Н1ЬЬк и др.);

патент И.8. 7141987 Системы датчиков для измерения одной или нескольких компонент векторов электрического поля (Н1ЬЬк и др.);

патент И.8. 7145341 Способ и устройство для извлечения углеводородов из месторождений (Е1Нпдктиб и др.);

патент И.8. 7191063 ЭМР месторождений углеводородов (Тошркиъ);

заявка на патент И.8. 2006/0091889 Способ и устройство для определения характера месторождений (ЕШпдктиб, 8ует и др.). Заявка Ыо. 11/301,010 зарегистрирована 12 декабря 2005 г., и в соответствии с заявкой 10 апреля 2007 получен патент И.8. 7202669;

заявка на патент И.8. 2006/0129322 ЭМР месторождений углеводородов (МасСгедог, Ьису и др.); заявка на патент И.8. 2006/0132137 ЭМР месторождений углеводородов (МасСгедог, Ьису и др.); заявка на патент И.8. 2006/0197532 Способ и устройство для определения характера подводных месторождений (Е1бе8шо, Теде и др.);

заявка на патент И.8. 2007/0021916 ЭМР месторождений углеводородов (МасСгедог, Ьису и др.);

заявка на патент И.8. 2007/0075708 Система ЭМР с несколькими источниками (Кебб1д, Вапкот и др.).

- 4 018171

Типичное исследование по способу ЭМРудч на море может быть описано следующим образом. От гидрографического судна идут кабели, соединенные с электродами, расположенными вблизи морского дна. Источник электроэнергии на судне подает питание на электроды таким образом, что переменный ток выбранной амплитуды с выбранной частотой (частотами) поступает через поверхность морского дна в находящуюся под ним геологическую среду. На выбранном расстоянии (смещении) от электродовисточников на морском дне помещают электроды-приемники, соединенные со схемами измерения потенциала, которые могут находиться как внутри приемника, так и на том же (или другом) судне. Значения потенциалов, наведенных в электродах приемника, далее анализируются с целью извлечения информации о структурных и электрических свойствах формаций геологической среды.

Другим способом ЭМР геологических формаций среды, известным в данной области, является ЭМР с использованием переходных процессов с управляемым источником (ЭМРпп). При ЭМРпп электрический ток вводится в геологическую среду через поверхность Земли способом, подобным способу, применяемому при ЭМРудч. Электрический ток может представлять собой постоянный ток. В выбранные моменты времени ток включается, выключается или меняет полярность, и на поверхности Земли или водной поверхности измеряются электрические и/или магнитные поля отклика, обычно с регистрацией моментов времени на выбранном интервале. Возможны альтернативные стратегии, как более подробно объясняется ниже. Информация о структуре геологической среды извлекается из распределения во времени значений напряженности индуцированных потенциалов или магнитных полей. Способы ЭМРпп описаны, например, в публикации §1таек К.-М. Поисково-разведочные работы с использованием глубинных переходных электромагнитных процессов, ЕЕеОег. 1992, 373 с. (переиздана в 1999 г.).

Сущность изобретения

Существует необходимость разработки новых, более совершенных типов морских кабелей для геофизической разведки, в частности электромагнитной (кабелей с электромагнитными датчиками (геофизический кабель), и новых, более совершенных способов определения компоненты отклика электрического поля геологической среды на изменяемое во времени электромагнитное поле (индуцированное в геологической среде), которые могут использовать эти кабели. А именно, есть необходимость разработки геофизического кабеля и способа, позволяющих достичь следующих технических результатов: проведения большего числа измерений компонент ЭМ поля с возможностью проверки качества данных, обеспечения большей простоты использования системы (при ее развертывании) по сравнению с другими кабельными системами ЭМР и обеспечение эффективного отделения друг от друга электромагнитных, сейсмических, гравитационных и магнитных кабельных сенсорных систем.

Для достижения указанных технических результатов разработан морской кабель с электромагнитными датчиками, устанавливаемый с образованием замкнутого контура и включающий группу сенсорных модулей, пространственно разнесенных вдоль кабеля, при этом каждый модуль содержит по меньшей мере одну пару связанных с ним электродов, установленных с возможностью измерения электрического поля в направлении вдоль кабеля. Каждый модуль может дополнительно включать по меньшей мере один трехмерный датчик магнитного поля и датчик высокочастотного магнитного поля. Каждый модуль может дополнительно включать по меньшей мере один узел держателя датчика, проходящий в поперечном направлении и прикрепленный к модулю, при этом по меньшей мере один узел держателя датчика содержит по меньшей мере один электрод. По меньшей мере один узел держателя датчика может содержать по меньшей мере один датчик магнитного поля. По меньшей мере один узел держателя датчика может содержать группу пространственно разнесенных датчиков магнитного поля. Каждый модуль может дополнительно включать узел держателя датчика, проходящий в вертикальном направлении и прикрепленный к модулю, при этом по меньшей мере один узел держателя датчика содержит по меньшей мере один электрод. Узел держателя датчика может содержать по меньшей мере один датчик магнитного поля. Узел держателя датчика может содержать группу пространственно разнесенных датчиков магнитного поля. Каждый модуль может включать по меньшей мере один сейсмический датчик. Кабель может содержать сейсмический датчик типа трехмерного геофона. Кабель может содержать по меньшей мере один датчик магнитного поля, а каждый модуль может включать электронную схему для оцифровки и передачи сигналов, регистрируемых по меньшей мере одной парой электродов и по меньшей мере одним датчиком магнитного поля. Каждый модуль может включать по меньшей мере один датчик магнитного поля. Каждый модуль может включать гравитационный датчик.

Для достижения указанных технических результатов разработан способ определения компоненты отклика электрического поля геологической среды на изменяемое во времени электромагнитное поле, индуцированное в геологической среде, в котором измеряют отклик электрического поля вдоль практически замкнутого контура по меньшей мере в двух точках, одна из которых расположена на поверхности Земли, а другая - на донной поверхности, лежащей под слоем водных масс, определяют отклик электрического поля в направлении нормали к направлению измеряемого отклика электрического поля с помощью измерений отклика электрического поля, выполненных в противоположных относительно замкнутого контура положениях. В способе можно создавать индуцированное электромагнитное поле посредством возбуждения переходного магнитного поля в геологической среде. Можно создавать индуцированное электромагнитное поле посредством возбуждения переходного электрического поля в геологической

- 5 018171 среде. В способе можно дополнительно измерять градиент магнитного поля вдоль по меньшей мере двух взаимно ортогональных направлений и ортогональных направлению, в котором определяют отклик электрического поля, определять эквивалентный отклик электрического поля по измеренным градиентам магнитного поля и сравнивать определенный отклик электрического поля с определенным эквивалентным откликом электрического поля.

Суммируя различные аспекты изобретения, подчеркнем его основные моменты и некоторые важные дополнительные детали, позволяющие понять общий контекст изобретения. Кабель с электромагнитными датчиками (далее геофизический кабель) согласно одному аспекту изобретения включает группу сенсорных модулей, распределенных вдоль кабеля на некотором расстоянии друг от друга (разнесенных вдоль кабеля). Каждый модуль включает по крайней мере один датчик магнитного поля и по крайней мере одну пару электродов, связанных с модулем. Электроды размещаются так, чтобы обеспечить возможность измерять электрическое поле в направлении вдоль кабеля. Кабель пространственно расположен так, что образует замкнутую схему. Морская ЭМР включает судно, буксирующее в толще воды по крайней мере одну электромагнитную антенну. Управляемый источник электрического тока расположен на судне. Система включает группу сенсорных модулей, пространственно разнесенных вдоль кабеля. Каждый модуль включает по крайней мере один датчик магнитного поля и по крайней мере одну пару электродов, с ним связанных. Электроды размещаются так, чтобы обеспечить возможность измерять электрическое поле в направлении вдоль кабеля. Кабель расположен в пространстве так, что образует замкнутый контур. Система включает средства регистрации сигналов, генерируемых электродами и датчиками магнитного поля - сигналов отклика на поступление энергии электромагнитного поля в геологическую среду при пропускании электрического тока по крайней мере через одну антенну. Другой аспект изобретения - морской геофизический кабель, несущий группу сенсорных модулей, пространственно разнесенных вдоль кабеля. Каждый модуль включает по крайней мере одну пару связанных с ним электродов. Электроды размещаются так, чтобы обеспечить возможность измерять электрическое поле в направлении вдоль кабеля. Группа пространственно разнесенных датчиков магнитного поля связана с каждым модулем и размещается таким образом, чтобы обеспечить возможность определения амплитуды электрического поля в направлении, поперечном по отношению к направлению кабеля, по данным о градиенте магнитного поля. Морская ЭМР может включать судно, буксирующее по крайней мере одну электромагнитную антенну в водной массе. Управляемый источник электрического тока расположен на судне. Система включает группу сенсорных модулей, пространственно разнесенных вдоль кабеля. Каждый модуль включает по крайней мере одну пару связанных с ним электродов. Электроды размещаются так, чтобы обеспечить возможность измерять электрическое поле в направлении вдоль кабеля. Группа пространственно разнесенных датчиков магнитного поля связана с каждым модулем и размещается так, чтобы обеспечить возможность определения амплитуды электрического поля в направлении, поперечном по отношению к направлению кабеля, по данным о градиенте магнитного поля. Способ измерения магнитотеллурических влияний на геологическую среду включает измерения электромагнитного отклика геологической среды при переходных процессах с управляемым источником под водной массой с помощью нескольких активаций ЭМ передатчика. Данные измерений отклика при переходных процессах накапливаются, и накопленные данные об отклике при переходных процессах вычитаются из измеренных данных о полном ЭМ отклике геологической среды за период времени, включающий ряд измерений отклика, чтобы получить данные о магнитотеллурических влияниях. Способ для определения компоненты отклика электрического поля на изменяемое во времени электромагнитное поле, возбужденное в геологической среде, согласно другому аспекту изобретения включает измерение по крайней мере в двух взаимно ортогональных направлениях градиента магнитного поля, являющегося откликом на возбужденное электромагнитное поле, и определение отклика электрического поля в направления нормали к измеряемому градиенту магнитного поля. Другой аспект изобретения - это способ определения компоненты отклика электрического поля геологической среды на изменяемое во времени электромагнитное поле, индуцированное в геологической среде. Согласно этому аспекту изобретения способ включает измерение отклика электрического поля вдоль практически замкнутого контура по крайней мере в одном из двух положений - на поверхности Земли или на дне, под водной массой, - и определение отклика электрического поля в направлении нормали к измеряемому отклику электрического поля с использованием измерений отклика электрического поля, выполненных в противоположных относительно замкнутого контура положениях. Другие аспекты и преимущества изобретения будут очевидны из следующего далее описания и прилагаемой формулы изобретения.

Перечень чертежей и иных материалов

На фиг. 1 показана система сбора данных морской ЭМР, которая может включать модули сбора данных в соответствии с различными аспектами изобретения;

на фиг. 2 - один пример модуля сбора данных, применимого совместно с системой, показанной на фиг. 1;

на фиг. 3 - другой пример модуля сбора данных;

на фиг. 4 - другой пример системы сбора данных;

на фиг. 5 - процесс возбуждения магнитных полей в геологической среде.

- 6 018171

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Один пример морской система сбора данных ЭМР схематично показан на фиг. 1. Система может включать гидрографическое судно 10, которое перемещается по поверхности 11 воды, например поверхности озера или океана. Гидрографическое судно 10 несет некоторое оборудование, показанное в целом как блок 12, далее называемый для удобства регистрирующей системой. Регистрирующая система 12 может включать следующее оборудование (которое для ясности чертежей на них не показано): навигационные приборы, средства активизации источников, контрольно-измерительную аппаратуру и устройства для регистрации и обработки результатов измерений, выполненных различными датчиками системы сбора данных. Судно 10 может буксировать источник 14 энергии для сейсмического воздействия, например пневматическую пушку для сейсмических исследований или ряд таких пушек, вертикальную антенну-источник 19, представляющую собой электрический диполь, включающую пространственно разнесенные по вертикали электроды 16С, 16Ό, и горизонтальную антенну-источник 17, представляющую собой электрический диполь, включающий пространственно разнесенные по горизонтали электроды 16А, 16В. Разнесенные по вертикали электроды 16С, 16Ό обычно питаются током, протекающим через одну из линий, идущих от электрода 16С или электрода 16Ό к гидрографическому судну 10. Другая линия может быть электрически не активной и использоваться только для сохранения предпочтительной вертикальной формы дипольной антенны. Электроды на антеннах-источниках 17, 19 для удобства назовем электродами-источниками. Регистрирующая система 12 может содержать управляемый источник питания (отдельно не показан), служащий для питания электродов-источников при возбуждении электромагнитных полей в геологической среде ниже дна 13.

В данном примере электроды-источники 16А, 16В и 16С, 16Ό, находящиеся соответственно на антеннах 17 и 19, могут быть пространственно разнесены примерно на 50 м; они могут получать питание от источника питания (не показан) таким образом, что через них будет проходить ток приблизительно 1000 А. Это создает момент источника, эквивалентный моменту, генерируемому при обычной для данного уровня техники практике ЭМР, когда используется диполь передатчика длиной 100 м и применяется ток 500 А. В обоих случаях момент источника может составлять примерно 5х10⁴ А-м. Величина момента источника, указанная для любой конкретной реализации, не должна ограничивать область, охватываемую данным изобретением.

Если система сконфигурирована для регистрации сигналов при переходных ЭМ процессах, то электрический ток, применяемый для питания электродов-источников, может быть постоянным током, выключаемым в определенный момент или определенные моменты времени. Такой момент переключения может быть подходящим образом соотнесен с нулевым моментом (началом отсчета) регистрации сигналов. Должно быть, однако, понятно, что выключение постоянного тока является лишь одним из способов возбуждения переходных электромагнитных эффектов в геологической среде.

В других примерах постоянный ток может включаться, изменять полярность (биполярно переключаться), переключаться, следуя некоторой псевдослучайной двоичной последовательности, или переключаться по любой схеме, являющейся результатом сочетания таких последовательностей переключений; см., например, Эппсаи Р.М., Н\тапд А., Еб\тагб8 Ρ.Ν.. ВаПеу Р.С.. аиб Саг1апб Ο.Ό. Разработка и применение широкополосной системы электромагнитного зондирования, использующей источник псевдо шума, Оеорйу81С8, 1980, ν. 45, 1276-1296, где имеется описание способа, при котором переключения выполняются в соответствии с псевдослучайной двоичной последовательностью. Система также может быть сконфигурирована так, чтобы одновременно с регистрацией переходных сигналов или альтернативно к ней регистрировать частоты сигналов в некотором диапазоне частот. Источник питания (не показан) может при таких реализациях генерировать непрерывный переменный ток, характеризуемый одной или несколькими выбранными частотными компонентами, обеспечивающими выполнение ЭМР на некотором диапазоне частот. Регистрирующая система 12 может включать оборудование (контроллер источников), который может в выбранные моменты времени приводить в действие сейсмический источник 14, а также включать устройства, которые регистрируют или получают для обработки данные, регистрируемые сейсмическими датчиками (что объясняется ниже со ссылками на фиг. 2), которые могут быть расположены на геофизическом кабеле 24 или в любом пункте системы сбора данных.

В данном примере геофизический кабель 24 показан расположенным вблизи дна 13, под толщей воды; он служит для измерения данных, относящихся к геологической среде, находящейся под морским дном. Геофизический кабель 24 может нести на себе ряд пространственно разнесенных сенсорных модулей 22. Примеры компонент каждого из сенсорных модулей 22 будут далее описаны со ссылками на фиг. 2 и 3. Каждый сенсорный модуль 22 может быть снабжен отходящим от его верхней стороны приблизительно в вертикальном направлении устройством держателя датчика 22А. Один пример вертикально направленного устройства держателя датчика 22А будет подробно описан далее со ссылками на фиг. 3. Предпочтительно, чтобы вертикально направленное устройство держателя датчика 22А включало или несло на себе какой-либо элемент, обеспечивающей плавучесть, или структуры (отдельно не показаны), помогающие поддерживать приблизительно вертикальную ориентацию устройства держателя датчика 22А, то есть параллельную или антипараллельную гравитационному полю. Каждый сенсорный модуль 22 может нести отходящий от его нижней стороны заостренный стержень 22С (описанный, например, в

- 7 018171 публикации 8с1ю11 С. апб Еб^атбб Κ.Ν. Морская скважина, используемая при диполь-дипольных способах донной ЭМР, и разрешение исследуемых объектов по данным об электрическом сопротивлении, Оеорйу81С8, ν. 72, 2007, ^А39), предназначенный для проникновения на заданную глубину в осадочные породы на дне 13. Вблизи участков геофизического кабеля 24, соседних (по длине кабеля) с сенсорными модулями 22, могут располагаться гальванические электроды 23, которые служат для измерения потенциалов, связанных с некоторыми компонентами отклика электрического поля на индуцированные в геологической среде электромагнитные поля. В данном примере отходящие в латеральном направлении устройства держателя датчика 22В могут отходить от одной стороны или от обеих сторон каждого сенсорного модуля 22. Устройства 22В будут описаны далее более подробно со ссылками на фиг. 3. Геофизический кабель 24 в некоторых реализациях может располагаться на дне (вблизи дна) 13 в виде замкнутого контура, что будет далее объяснено со ссылками на фиг. 4.

Сигналы, регистрируемые различными датчиками, связанными с каждым модулем 22 и с кабелем 24, могут передаваться блоку 26 регистрации и запоминаться в нем. Такая передача может осуществляться имеющимся в кабеле 24 электрическим и/или оптическим проводником или несколькими такими проводниками (не показаны), предназначенными для передачи электроэнергии и/или сигналов данных. Блок 26 регистрации может быть расположен вблизи дна 13, как показано на чертеже, или находится в буе (не показан) по выбору разработчика системы. Блок 26 регистрации может содержать запоминающее устройство любого вида, например жесткий диск емкостью несколько терабайт или твердотельное запоминающее устройство. Если блок 26 регистрации расположен на дне 13, как показано на фиг. 1, то он может быть поднят со дна 13 на судно 10 для извлечения информации из запоминающего устройства (не показано); альтернативно, запоминающее устройство (не показано) может опрашиваться через кабель передачи данных (не показан), подсоединенный через подходящий разъем или порт (не показаны) на блоке 26 регистрации. Способ хранения передачи данных в блок 26 и способ хранения в нем данных могут выбираться в соответствии с известным уровнем техники, что не должно ограничивать область, охватываемую данным изобретением.

Пример сенсорного модуля 22 дан на фиг. 2 в разрезе. Сенсорный модуль 22 может иметь герметичный стойкий к действию давления корпус 28, присоединенный к кабелю 24 в выбранном положении вдоль длины кабеля 24. Корпус 28 может быть присоединен к кабелю 24 с помощью сопрягающих соединений, литья или штамповки корпуса 28 на кабеле или с использованием водонепроницаемых стойких к давлению электрических и механических разъемов, имеющихся как на кабеле 24, так и на корпусе 28, например, таких как разъемы, представленные в патенте И.8. 7113448, полученном 8со11.

Внутренняя область корпуса 28 определяет герметичный защищенный от давления отсек, который может содержать все или некоторые из компонент, описанных ниже. Сенсорные элементы модуля 22 могут включать трехмерный магнитометр М, который имеет датчики для горизонтальных компонент Мх, Му и вертикальной компоненты Μζ магнитного поля. Трехмерный сейсмический датчик движения частиц также может находиться в корпусе 28. Сейсмический датчик С движения частиц может включать три взаимно ортогональных датчика перемещений Сх, Су, Οζ, таких как геофоны или акселерометры. Сейсмический датчик С измеряет компоненты движения частиц под воздействием сейсмического волнового поля, индуцированного сейсмическим источником (14 на фиг. 1). Сенсорный модуль 22 может также включать гидрофон 30, воспринимающий давление воды (11 на фиг. 1), служащий для измерения компонент давления сейсмического волнового поля, индуцированного сейсмическим источником (14 на фиг. 1). Сенсорный модуль 22 также может включать гравитационный датчик СК, расположенный в корпусе 28. Сенсорный модуль 22 может включать схемы 39, 40 измерения напряжения, служащие для измерения разности потенциалов на парах гальванических электродов (23 на фиг. 1), расположенных на противоположных (по отношению к направлению кабеля 24) сторонах модуля 22. В данном примере пары электродов могут также включать электрод, расположенный на вертикальном устройстве 22А или на его конце (этот электрод показан как 23В), и стержень 22С (этот электрод показан как 23А). Вертикальное устройство 22А может быть соединено с корпусом 28 способом, который будет объяснен ниже со ссылками на фиг. 3.

Сигналы, вырабатываемые каждым из датчиков, описанных выше, могут поступать в уплотнитель каналов связи, или мультиплексор, 32. Выходной сигнал мультиплексора 32 может проходить через предусилитель 34. Предусилитель может быть присоединен к входу аналого-цифрового преобразователя 36, который преобразует аналоговый сигнал напряжения, поступающий от предусилителя 34, в цифровые последовательности, предназначенные для обработки центральным процессором 38, которым может быть любой контроллер на основе микропроцессора, и запоминания в соответствующем запоминающем устройстве, известном для данного уровня техники. Данные, представленные цифровыми последовательностями, могут быть отформатированы для телеметрической передачи по кабелю 24 в блок регистрации (26 на фиг. 1) в форме, подходящей для дальнейшего поиска и обработки, например регистрирующей системой (12 на фиг. 1). Сенсорный модуль 22 может также включать один или несколько высокочастотных магнитометров М, обменивающихся сигналами с мультиплексором 32 и компонентами, соединенными с выходом.

Сенсорный модуль 22 на фиг. 2, взятый в качестве примера, показан на фиг. 3 в виде сверху. Гори- 8 018171 зонтальные устройства держателя датчика 42 (показанные также как 22В на фиг. 1) могут быть присоединены к корпусу 28 с помощью герметичных стойких к давлению электрических разъемов 42А, совместимых с соответствующими разъемами 41 на корпусе 28. Альтернативно, устройства 42 могут быть постоянно присоединены к сенсорному модулю 22, а также могут быть складываемыми. Разъемы 42А, 41 включают один или несколько изолированных электрических контактов, служащих для подачи энергии и/или передачи сигналов к различным сенсорным элементам, находящимся на горизонтальных устройствах 42. Сенсорные элементы могут включать ряд пространственно разнесенных многомерных датчиков 44 магнитного поля и гальванический электрод 46. Вертикальное устройство держателя датчика 22А может быть устроено аналогичным образом, тогда на нем имеется один электрод и группа магнитных датчиков. Аналогично, заостренный стержень (22С на фиг. 1) также может быть снабжен такими датчиками. Различные устройства держателя датчика и стержень могут быть сконструированы таким образом, что, как показано, их можно быстро и с высокой надежностью устанавливать в корпус при наращивании и погружении в воду (11 на фиг. 1) кабеля 24, развертываемого с гидрографического судна (10 на фиг. 1).

Сенсорный модуль 22, устроенный так, как объяснено со ссылками на фиг. 2 и 3, включает датчики, служащие для измерения электрического поля в трех направлениях, магнитного поля в трех направлениях и градиента магнитного поля по крайней мере в двух направлениях. Градиент магнитного поля может быть измерен относительно направления вдоль кабеля 24 (третьему направлению) с помощью оценки разности между величинами магнитного поля, измеряемыми в смежных модулях 22 или в модулях 22, более удаленных друг от друга по длине кабеля 24, чем смежные модули. Измеряя пространственные компоненты градиента магнитного поля, можно определить компоненты электрического поля в направлении, поперечном к направлению измерений градиента магнитного поля. Закон полного тока Ампера утверждает, что пространственный градиент магнитного поля равен сумме производной по времени поля диэлектрического смещения и плотности свободного тока, как видно из уравнения (1) (1)

Так как поле диэлектрического смещения связано с электрическим полем Е через коэффициент с диэлектрической проницаемостью, то может быть рассчитано изменение во времени у-компоненты Еу электрического поля, если известно пространственное изменение ζ-компоненты Ηζ магнитного поля по отношению к положению х вдоль кабеля и пространное изменение направления кабеля в магнитном поле Нх относительно вертикальной оси ζ. Таким образом, измеряя, как это здесь показано, с помощью кабельной системы градиент магнитного поля вдоль выбранных направлений, можно определить поперечную составляющую электрического поля.

Пример развертывания кабельной системы показан на фиг. 4. Кабель 24 может иметь хвостовой буй 48, находящийся на удаленном от блока 26 регистрации конце кабеля, и может располагаться на дне, формируя практически замкнутый контур. Отметим, что система, показанная на фиг. 4, может и не содержать горизонтальных устройств (42 на фиг. 3), служащих для определения поперечных компонент электрического поля. Это возможно потому, что сумма компонент электрического поля в замкнутом контуре равна нулю. Поэтому, когда электроды 23 расположены на замкнутом контуре, как показано на фиг. 4, поперечные составляющие электрического поля между противоположными в латеральном направлении парами электродов (в положениях относительно замкнутого контура) могут быть рассчитаны исходя из измерений электрического поля между разнесенными в продольном направлении электродами, находящимися в указанных противоположных положениях. Альтернативно, могут быть предусмотрены и горизонтальные устройства (42 на фиг. 3), и изменения электрического поля и градиента магнитного поля могут использоваться для проверки правильности определения латеральной (поперечной) компоненты электрического поля, определенной по измерениям градиента магнитного поля и разностей значений напряженности электрического поля в выбранных на замкнутом контуре положениях.

Если компоненты электрического поля, поперечные к направлению кабеля, определены с помощью измерений градиента магнитного поля или с использованием установленных датчиков на поперечных устройствах держателей датчиков, то ЭМР может проводиться и в том случае, когда кабель не представляет собой замкнутый контур, показанный на фиг. 4. Но система, показанная на фиг. 4, может обеспечить некоторые преимущества, как объяснялось выше.

Система, показанная на фиг. 1, включает горизонтальные и/или вертикальные антенны - электрические диполи, служащие для возбуждения электрического поля в геологической среде, измерения электрического и магнитного отклика которой проводятся. Должно быть понятно, что изобретение в равной мере применимо и в том случае, когда возбуждаются магнитные поля. Обратимся к фиг. 5, где показано гидрографическое судно 10, которое буксирует на конце кабеля 21 петлевые, или рамочные, антенны 21А, 21В. Регистрирующая система 12 может пропускать ток через горизонтальную рамочную антенну 21 с целью возбуждения в геологической среде вертикального магнитного поля тА и через вертикальную рамочную антенну 21В для возбуждения в геологической среде горизонтального магнитного поля тВ. Различными датчиками системы (см. фиг. 2-4) могут быть выполнены измерения данных, относящихся к отклику на указанные магнитные поля. Для каких-либо конкретных видов ЭМР может дополни

- 9 018171 тельно или альтернативно к возбуждению электрических полей применяться возбуждение магнитных полей.

Специалистам в данной области будет также очевидно, что геофизический кабель (24 на фиг. 1) может также иметь форму незамкнутой кривой, особенно в тех случаях, когда применяются горизонтальные устройства держателя датчиков и/или когда пространственно разнесенные датчики магнитного поля применяются для определения поперечных составляющих электрического поля по данным о градиенте магнитного поля.

Геофизический кабель 24 может также использоваться в магнитотеллурических способах измерений, и его применение не ограничено способами ЭМРУИ. В одном взятом в качестве примера способе ЭМР, соответствующем изобретению, применяется ряд ЭМ измерений для переходных процессов с управляемым источником (ЭМРпп), включая одно или несколько измерений с помощью кабеля электрического поля и магнитного поля вдоль одного или нескольких выбранных направлений, как показано на фиг. 4. Предпочтительно, чтобы такие измерения электрического и магнитного поля производились в трех взаимно ортогональных направлениях. Для такой группы измерений предпочтительно, чтобы антенна-источник (фиг. 1) имела практически фиксированное положение. Результаты измерений электрических и магнитных полей объединяются или накапливаются. В результате накопления данных достигается высокое качество измерений сигналов отклика при ЭМРпп. Накопленные данные о сигналах отклика при ЭМРпп могут затем вычитаться из сигналов, регистрация которых велась в течение значительного времени. Результатом будет магнитотеллурический (МТ) отклик, измерение которого выполнялось всеми различными сенсорными элементами, находящимися на кабеле. МТ отклик может быть обработан способами, известными для данного уровня техники; см., например, патент И.8. 6950747, полученный Вуег1у.

Когда МТ отклик определен, как описано выше, и обработан одним или несколькими способами, известными для данного уровня техники, тогда оказывается возможным выполнить решение объединенной обратной задачи для откликов, полученных способами ЭМРпп и МТ. Если проводятся частотные измерения в некотором диапазоне частот, то соответствующий электромагнитный отклик также может быть включен в данные для объединенной обратной задачи. Объединенная обратная задача описана, например, в патенте И.8. 5870690, полученном Тгеике1 и др. В частности, преимуществом при решении объединенной обратной задачи, получаемом при применении способов ЭМРУИ и МТ на одном и том же наборе датчиков и при обработке одними и теми же электронными схемами, является то, что объем вычислений, необходимых для перемасштабирования или других преобразований, требуемых для взаимного согласования данных об отклике, существенно сокращается по сравнению с объемом вычислений, который потребовался бы, если бы отклики при МТ и ЭМРУИ измерялись отдельными системами.

Применяя описанный здесь геофизический кабель, можно также осуществлять отображение электрического поля с целью коррекции МТ измерений; см., например, публикацию 81егиЬегд В.К., ХУавйЬигпе ЕС., аиб Ре11е11п Ь. Коррекция введением поправки на статический сдвиг при магнитотеллурических измерениях с использованием электромагнитного зондирования на основе переходных процессов, СеорЬу81С8, νο1. 53, 1988, йене 11, р. 1459-1468. Ранее, до создания и применения описываемого здесь кабеля в более ранней публикации были раскрыты способы, применимые только для наземной геофизической разведки. Однако при использовании кабеля и способа, соответствующих данному изобретению, можно корректировать МТ отклик введением поправки на статические свойства, используя отклик ЭМРпп, измеренный с помощью тех же самых сенсорных элементов на геофизическом кабеле, расположенном на морском дне; см. также публикации Тоггев-Уегбш С. Непрерывное профилирование магнитотеллурических полей, диссертация (РН. Ό Тйевк), иштегвйу о£ СаШогша, 1991 и Тоггев-Уегбш С. аиб Войтск 1г. Т.Х. Принципы пространственной фильтрации поверхностного электрического поля в магнитотеллурических исследованиях: электромагнитное профилирование массива, Сеорйуйсв, ν. 57, 1992, йене 4, р. 603-622. Как объяснялось в одной или нескольких предшествующих публикациях, МТ отклик может испытывать сдвиг по вертикали в логарифмической области.

Такой сдвиг может быть вызван наличием в геологической формации небольших находящихся вблизи дна участков, имеющих относительно высокую или относительно низкую проводимость. Однако на отклик при ЭМРпп такие участки в основном не влияют, и такой отклик может использоваться для калибровки МТ отклика, учитывающей влияние таких участков.

Геофизический кабель, измерительная система для ЭМР и способы, соответствующие различным аспектам изобретения, позволяют проводить большее число измерений компонент ЭМ поля, дают возможность проверки качества данных и могут сделать более простым развертывание системы по сравнению с другими кабельными системами ЭМР, а также позволяют отделить друг от друга электромагнитные, сейсмические, гравитационные и магнитные кабельные сенсорные системы.

Хотя изобретение было описано применительно к ограниченному числу вариантов, специалистам в данной области, которые могут извлечь пользу из данного раскрытия изобретения, должно быть ясно, что могут быть разработаны другие варианты, которые не выходят за пределы области, охватываемой изобретением, как оно здесь раскрыто. Соответственно область, охватываемая изобретением, может быть ограничена только прилагаемой формулой изобретения.

Claims (17)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Морской кабель с электромагнитными датчиками, устанавливаемый с образованием замкнутого контура и включающий группу сенсорных модулей, пространственно разнесенных вдоль кабеля, при этом каждый модуль содержит по меньшей мере одну пару связанных с ним электродов, установленных с возможностью измерения электрического поля в направлении вдоль кабеля.
2. 2. Кабель по п.1, в котором каждый модуль дополнительно включает по меньшей мере один трехмерный датчик магнитного поля и датчик высокочастотного магнитного поля.
3. 3. Кабель по п.1, в котором каждый модуль дополнительно включает по меньшей мере один узел держателя датчика, проходящий в поперечном направлении и прикрепленный к модулю, при этом по меньшей мере один узел держателя датчика содержит по меньшей мере один электрод.
4. 4. Кабель по п.3, в котором по меньшей мере один узел держателя датчика содержит по меньшей мере один датчик магнитного поля.
5. 5. Кабель по п.4, в котором по меньшей мере один узел держателя датчика содержит группу пространственно разнесенных датчиков магнитного поля.
6. 6. Кабель по п.1, в котором каждый модуль дополнительно включает узел держателя датчика, проходящий в вертикальном направлении и прикрепленный к модулю, при этом по меньшей мере один узел держателя датчика содержит по меньшей мере один электрод.
7. 7. Кабель по п.6, в котором узел держателя датчика содержит по меньшей мере один датчик магнитного поля.
8. 8. Кабель по п.7, в котором узел держателя датчика содержит группу пространственно разнесенных датчиков магнитного поля.
9. 9. Кабель по п.1, в котором каждый модуль включает по меньшей мере один сейсмический датчик.
10. 10. Кабель по п.1, в котором содержится сейсмический датчик типа трехмерного геофона.
11. 11. Кабель по п.1, в котором содержится по меньшей мере один датчик магнитного поля, а каждый модуль включает электронную схему для оцифровки и передачи сигналов, регистрируемых по меньшей мере одной парой электродов и по меньшей мере одним датчиком магнитного поля.
12. 12. Кабель по п.1, в котором каждый модуль включает по меньшей мере один датчик магнитного поля.
13. 13. Кабель по п.1, в котором каждый модуль включает гравитационный датчик.
14. 14. Способ определения компоненты отклика электрического поля геологической среды на изменяемое во времени электромагнитное поле, индуцированное в геологической среде, в котором измеряют отклик электрического поля вдоль практически замкнутого контура по меньшей мере в двух точках, одна из которых расположена на поверхности Земли, а другая - на донной поверхности, лежащей под слоем водных масс, определяют отклик электрического поля в направлении нормали к направлению измеряемого отклика электрического поля с помощью измерений отклика электрического поля, выполненных в латеральных противоположных относительно замкнутого контура положениях.
15. 15. Способ по п.14, в котором создают индуцированное электромагнитное поле посредством возбуждения переходного магнитного поля в геологической среде.
16. 16. Способ по п.14, в котором создают индуцированное электромагнитное поле посредством возбуждения переходного электрического поля в геологической среде.
17. 17. Способ по п.14, в котором дополнительно измеряют градиент магнитного поля вдоль по меньшей мере двух взаимно ортогональных направлений и ортогональных направлению, в котором определяют отклик электрического поля, определяют эквивалентный отклик электрического поля по измеренным градиентам магнитного поля и сравнивают определенный отклик электрического поля с определенным эквивалентным откликом электрического поля.