NO327007B1 - Fremgangsmate for elektromagnetisk geofysisk kartlegging av undersjoiske bergartsformasjoner - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte for elektromagnetisk geofysisk utforskning av bergartsformasjoner (1) under en sjøbunn (3) omfattende de følgende trinn: - tauing av første og andre vekselfelt (El, E2) -utsendende kilder (S1, S2) i første og andre dybder under sjøoverflaten, hvor det første feltet (El) har en første fase (F1); - hvor det andre vekselfeltet (E2) gis en andre fase (F2) forskjellig fra den første fasen (F1), hvor kildene (Sl, S2) utgjør en faset-array senderantenne med direktivitet for utsendelse av en større andel av den kombinerte elektriske energi nedover, - hvor de første og andre feltene (El, E2) skal forplante seg delvis ned gjennom sjøbunnen (3) og bli reflektert og / eller refraktert gjennom bergartsformasjonene (1) og delvis forplante seg tilbake gjennom sjøbunnen (3); - hvor de første og andre feltene (El, E2) skal gå sammen til et totalfelt og måles ved elektromagnetiske mottakere (r,, r2, r,) som registrerer tilsvarende feltregistreringer (Erl(t), Er2(t), Er3(t), .... Ern(t)).

Description

Fremgangsmåte for elektromagnetisk geofysisk undersøkelse av under-sjøiske bergartsformasjoner

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder en metode for elektromagnetisk geofysisk undersøkelse av undersjøiske bergartsformasjoner. Metoden omfatter tauing av første og andre vekselfelt-utsendende kilder i første og andre dybder eller elevasjoner over sjøbunnen, hvor senderkildene styres for å ha forskjellige faser og amplituder for å utgjøre en "faset array" senderantenne med direktivitet. Direktiviteten er nyttig for å redusere oppover-forplantende energi som fører til en frontbølge eller "luftbølge", og også for å sikre at en større andel av den utsendte energien forplanter seg inn i de undersjøiske formasjonene.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Bergartsformasjonene under sjøbunnen er vannmettet og de saline porefluidene inneholder ioner, noe som gir bergartsformasjonene en høy elektrisk konduktivitet, eller lav resistivitet, p=0.7-10 Qm. I denne beskrivelsen vil begrepet resistivitet benyttes, uttrykt i Ohm-meter, forkortet Qm. Hydrokarboner som olje og gass erstatter vann i porerommene i porøse petroleumsførende bergartsformasjoner. Petroleum løser ikke opp salter og medfører således en lav elektrisk konduktivitet for petroleumsførende bergarter, tilsvarende en høy resistivitet, p=20-300 Qm, og i noen tilfeller en resistivitet så høy som p= 1000 Qm. Deler av den ellers oljeførende formasjonen fylt med brakkvann ("brine") som porefluid er kanskje ikke mulig å skille fra de overlagrende bergartene. Sjøvann inneholder flere oppløste salter og gir vanligvis en resistivitet på om lag p=0.3 Qm.

Slike begravde potensielt petroleumsførende sedimentære bergartsformasjoner er målet for de fleste geofysiske undersøkelser. Geologiske strukturer kan være gjenstand for seismiske undersøkelser, f.eks. refleksjons- eller refraksjonsseismikk, amplitudevariasjon med offset, osv., men petroleumsførende deler av en sedimentær bergartsformasjon fremviser ikke alltid seismiske karakteristika som kan skilles fra vannførende deler av tilsvarende formasjoner som er gjenstand for den seismiske analysen.

Bakgrunnsteknikk på området

I deres patentsøknad US 2003/0052685, "Fremgangsmåte og apparat for bestemmelse av egenskapene til underjordiske reservoarer", og en artikkel kalt "Remote detection of hydrocarbon filled layers using marine controlled source electromagnetic sounding" (Fjerndetektering av hydrokarbonfylte lag ved bruk av marin lyttemetoder med elektromagnetisk styrt kilde) , EAGE 64th Conference & Exhibition, Firenze, Italia, 27-30 Mai 2002, beskriver Eidesmo et al. elektromagnetiske undersøkelser ved bruk av en horisontalt anbrakt elektrisk dipolsender og elektriske dipol-mottakerantenner anordnet over en sjøbunn med et dypt begravd hydrokarbonlag. Mottaker-dipolantennene er to horisontalt anordnede ortogonale sett av elektroder. Eidesmo et al. bruker faseinformasjon ekstrahert fra en antatt refraktert bølgerespons for å bestemme hvorvidt der finnes til stede et høy-resistivitets potensielt petroleumsførende underjordisk reservoar.

Srnka og Carazzones US-patentsøknad 2003/0050759 gjelder en metode for å simulere utsendelse av et signal av en elektromagnetisk kilde ved bruk av en eller flere dipolkilder. En dipolkilde er plassert på en eksiteringsplass som tilsvarer et segment av den elektromagnetiske kilden som skal simuleres. Den virtuelle elektromagnetiske kilden omfatter et mønster av dipoler fordelt i et horisontalt plan i sjøen. Dipolkilden aktiveres, og et elektromagnetisk signal registreres ved en eller flere mottakerplasseringer. Prosessen gjentas for ytterligere eksiteringssteder som tilsvarer ytterligere segmenter i det virtuelle mønsteret som skal fylles ut av den elektromagnetiske kilden.

Et viktig formål ved Srnka-patentsøknaden er å bruke en virtuell dipolkilde for å simulere en svært stor sirkulær sender for å simulere fokusering av den elektromagnetiske energien på målet under overlagringen. Metoden til Srnka gir ingen løsning på problemet med luftbårne elektromagnetiske bølger. Mye av den elektromagnetiske energien utsendt fra antennen vil forplante seg oppover mot sjøoverflaten og forplante seg gjennom luften. Noe av den oppover-forplantende energien som utsendes fra antennen vil også reflekteres fra sjøoverflaten og tilsløre det opprinnelig overførte signalet. Der er et behov for å redusere det oppover-forplantende utsendte elektromagnetiske signalet. Der foreligger også et behov for å produsere et sterkere elektromagnetisk signal til å forplante seg nedover fra senderantennen og gjennom sjøbunnen for å forplante seg gjennom bergartsformasjonene som skal undersøkes.

Kort sammendrag av oppfinnelsen

Noen av ulempene ved bakgrunnsteknikken kan reduseres vesentlig ved begge av to alternative utførelser av den foreliggende oppfinnelsen: en første utførelse av oppfinnelsen anvender et reelt senderantenne-array som omfatter minst to senderantenner;

en andre og alternativ utførelse av oppfinnelsen anvender et virtuelt antennearray omfattende minst to taueundersøkelser med en senderantenne.

Det første, materielt reelle alternativet av oppfinnelsen er en metode for elektromagnetisk geofysisk undersøkelse av bergartsformasjoner under sjøbunnen, omfattende de følgende trekkene: Tauing av første og andre elektromagnetiske felt E1t E2- utsendende kilder s^ s2 i

første og andre dybder eller elevasjoner h1f h2 over sjøbunnen 3,

hvor det første feltet E : har en første fase tø og amplitude

hvor det andre vekselfeltet E2 er gitt en andre fase <|>2 og amplitude A2 forskjellig fra den første fasen tø og amplituden A^ hvor kildene s1( s2 utgjør en faset-array senderantenne med direktivitet for å overføre en større andel av energien nedover og for overføring av en vesentlig mindre andel av energien oppover mot

sjøoverflaten;

hvor det første og andre feltet Ei E2 forplanter seg delvis ned gjennom sjøbunnen 3 og blir reflektert og / eller refraktert gjennom bergartsformasjonene 1 og delvis

forplanter seg tilbake gjennom sjøbunnen 3:

hvor det første og andre feltet E1f E2 slår seg sammen til et kombinert felt og måles ved elektromagnetiske mottakere n, r2, ... rn som registrerer tilsvarende feltregistreringer Er1(t), E^t), E^t) ..., Ern(t).

Ideelt sett burde andelen av energi som overføres oppover være så liten som mulig, nær null.

I denne første, materielt reelle, alternative utførelsen av oppfinnelsen, vil faseforskjellen og amplitudeforholdet mellom de to senderne være fast dersom en enkelt grunnfrekvens anvendes. Et formål ved oppfinnelsen er å benytte et array av to vertikalt adskilte horisontale dipolsendere, elektrisk eller magnetisk, med et amplitudeforhold to en faseforskjell, og avhengig av deres vertikale adskillelse og dybde og høyde over sjøbunnen, å interferere destruktivt umiddelbart under sjøoverflaten, slik at sjøoverflaterefleksjonen blir vesentlig redusert eller fullstendig eliminert.

Resiprokt kan man oppnå et lignende resultat ved å bruke vertikalt forskjøvne par av mottakere, en løsning som ikke elaboreres videre her.

Det andre alternativet av metoden ifølge den foreliggende oppfinnelsen fremskaffer en virtuell dobbel dipol-senderarray som i sin enkleste utførelse krever bruk av en enkelt senderantenne. Den er definert som en metode for elektromagnetisk geofysisk undersøkelse av bergartsformasjoner 1 under en sjøbunn 3 omfattende følgende trinn: <*> - tauing av en første elektromagnetisk vekselfelt Ei -utsendende kilde sm i en første dybde eller elevasjon hi over sjøbunnen 3, - hvor det første feltet Ei har en første fase tø og amplitude Ai; - hvor det første feltet Ei forplanter seg delvis nedover gjennom sjøbunnen 3 og blir reflektert og / eller refraktert gjennom bergartsformasjonene 1 og delvis forplanter seg tilbake gjennom sjøbunnen 3; - hvor det første feltet Ei måles ved hjelp av elektromagnetiske mottakere r1p r2, ... rn og registrering av tilsvarende første feltregistreringer E1ri(t), E1r2(t), E1r3(t),

.... <E>1rn(t).

De karakteriserende trinnene av denne alternative utførelsen er de følgende:

- tauing av en andre alternerende felt E2 -utsendende kilde s[2l i en andre dybde eller elevasjon h2 over sjøbunnen 3, - hvor det andre alternerende feltet E2 er gitt en andre fase <J>2 og amplitude A2 som ikke nødvendigvis må skille seg fra tilsvarende for det første feltet; - hvor det andre feltet E2 forplanter seg delvis nedover gjennom sjøbunnen 3 og reflekteres og / eller refrakteres gjennom bergartsformasjonene 1 og delvis forplanter seg tilbake gjennom sjøbunnen 3; - hvor det andre feltet E2 måles ved hjelp av elektromagnetiske mottakere r1? r2) .., rn og registrering av tilsvarende andre feilregistreringer E2n(t), E2r2(t), E2r3(t), .... <E>2rn(<t>);

<*> - kombinering av de første og andre registrerte feltene E1r1(t)+E2n(t), E1r2(t)+ E2r2(t), E1r3(t)+ E2r3(t), .... Eir n(t)+ E2rn(t) med en påført faseforskjell og amplitudeforhold til et totalfelt Er1(t), E^t), E^t), .... Ern(t) slik at det kombinerte feltet emulerer målinger resulterende fra emisjon fra en faset-array senderantenne sammensatt av alternerende feltkilder s1t s2 med direktivitet i den hensikt å sende en større andel av vekselfeltenergi nedover mot sjøbunnen 3 og en sterkt redusert andel av energi oppover.

Andelen av den kombinerte energien sendt oppover burde være så liten som mulig for denne alternative virtuelle dobbel-dipol-utføreisen på samme måte som den burde være for den reelle dobbel-dipol-utførelsen

Under denne andre vekselfelt E2 -utsendelsen, er amplituden A2 ikke påkrevet å skille seg fra amplituden for det første feltet, fordi man under begge feltutsendelses-traversene benytter en elektromagnetisk kilde med styrt utsendelse, og at man vanligvis ville foretrekke å sende ut med maksimalt tillatt effekt i den hensikt å motta et sterkt og klart signal på mottakersiden. Amplitudeforholds-justeringen for det kombinerte signalet kan utføres under de påfølgende prosesseringstrinnene.

I denne andre og alternative utførelsen av oppfinnelsen kan fasen og amplituden på fordelaktig måte varieres i analysen i henhold til geofysikerens ønske for å utnytte en fase- og amplitudeforskjell som gir en fordelaktig direktivitet eller nyttige registreringer av en potensiell petroleumsførende formasjon. I denne virtuell-array-utførelsen av oppfinnelsen kan de registrerte signalene kombineres for å simulere destruktiv interferens umiddelbart under sjøoverflaten for å redusere sjøoverflate-refleksjon og kansellering av luftbølger.

Videre utviklinger av denne ideen kan man forestille seg hvor de horisontale elektriske dipolene kan erstattes av andre kilder, slik som vertikale elektriske dipoler, horisontale eller vertikale magnetiske dipoler. Videre kan enkel vertikal adskillelse av to vertikalt adskilte kilder utvides til mer kompliserte arrayer av tre eller flere vertikalt adskilte kilder for å fremskaffe et ønsket antennemønster, eller utvidelse av det vertikalt adskilte kildemønsteret til å omfatte en horisontal del av arrayet for å øke direktiviteten. På lignende måte kan justering av faseforskjellen og amplitudeforskjellen i prosesseringen i den andre utførelsen kombineres med samtidig tauing av kildene av den første utførelsen dersom signalene fra de to kildene kan skilles fra hverandre ved en eller annen form for multipleksing.

Det finnes enkelte viktige fordeler på grunn av direktiviteten av de vertikalt adskilte antennene ifølge oppfinnelsen: en fordel er at man kan utføre eller simulere utsending av et sterkere elektromagnetisk signal i nedover-retningen for bedre å finne og observere de petroleumsførende formasjonene som er målene for undersøkelsene. En andre og viktig fordel er at man vesentlig kan redusere den oppover-forplantende energien, enten ved reelle eller virtuelle midler, og således på vesentlig måte redusere uønskede luftbølger og om mulig kansellere sjøoverflaterefleksjoner og mulige multipler i sjøen.

Kort figurforklaring

Fig. 1 illustrerer en første alternativ utførelse av oppfinnelsen, en reell-array-fremgangsmåte omfattende samtidig tauing av to horisontalt utstrakte elektriske dipoler Si og s2 gjennom sjøen. Dipolene er vertikalt adskilte i forhold til hverandre, og opereres ved forskjellige faser tø og<t>2, og amplituder At og A2, respektive. Elektromagnetiske mottakere n, r2, ..., rn så som elektriske dipolantenner eller magnetiske mottakere er anordnet langs sjøbunnen 3 for måling av det elektromagnetiske feltet som har forplantet seg, fortrinnsvis gjennom bergartene. En potensiell petroleumsførende formasjon 2 kan sees under en geologisk overlagring 1. Refleksjons- og refraksjonsbaner er illustrert. En kildenormalisert elektrisk feltintensitetskurve er også illustrert for en enkelt mottaker, her mottakeren r4. Fig. 2 illustrerer en slik kildenormalisert elektrisk feltintensitetskurve illustrert for en enkelt mottaker, rn. Fig. 3 illustrerer den andre og alternative virtuell-array-utførelsen av oppfinnelsen, hvor to adskilte tauestrekninger blir utført under bruk av en sender s på forskjellige dybder (eller forskjellige elevasjoner) langs den samme banen over sjøbunnen. De første feltregistreringene E1r1(t), E1r2(t), E1r3(t) E1rn(t) fra den første tauestrekningen og de andre feltregistreringene E2ri(t), E2r2(t), E2r3(t) E2rn(t) fra den andre strekningen kan deretter bli addert eller kombinert gjennom signal-postprosessering til Er1(t), Er2(t), Er3(t) ..., Er n(t) for emulering av målinger resulterende fra emisjon fra et faset-array utsendende antennesett av vekselfeltkilder s1t s2 som har direktivitet for å simulere utsendelse av en større andel av vekselfeltenergi nedover gjennom sjøbunnen 3 og intet oppover. Fig. 4 illustrerer noen geometriske aspekter om refleksjon og refraksjon av elektromagnetiske bølger ved sjøoverflaten. Fig. 5 er en illustrasjon av et vertikalsnitt av sjøen og sjøbunnen, og viser retningene for de elektriske feltene som forplanter seg oppover- og nedover. Fig. 6 viser retningene og amplitudene for nedover - og oppovergående elektriske og magnetiske felter. Fig. 7 er et modellert eksempel på fjerning av luftbølgen ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen

Fig. 1 illustrerer en reell-array alternativ utførelse av oppfinnelsen. Fremgangsmåten omfatter samtidig tauing av to horisontale elektriske dipoler S! and s2 gjennom sjøen. Dipolene er vertikalforskjøvet i forhold til hverandre og opereres ved forskjellige faser

<t>i og fe, og amplituder ^ og A2, respektive. Elektromagnetiske mottakere r1f r2 rn som for eksempel elektriske dipolantenner eller magnetiske mottakere er anordnet langs sjøbunnen 3 for måling av det utbredte elektromagnetiske feltet som har

forplantet seg, selv sterkt dempet, gjennom sjøen og fortrinnsvis gjennom bergartsformasjonene 1, 2. En potensielt petroleumsførende formasjon 2, f.eks. en porøs sandsteinsformasjon er indikert begravd under en geologisk overlagring 1, f.eks. skifere og vannførende sandsteinsformasjoner. Refleksjons- og refraksjonsbaner er illustrert ved brutte og kontinuerlige linjer respektive. En kildenormalisert elektrisk feltkurve er også grovt skissert for en enkelt mottaker, her mottaker r4, for et mobilt kildearray som beveges gjennom sjøen langs og over mottakerne. Sender-dipolantennene ville ikke på økonomisk forsvarlig måte forflyttes fra sted til sted og holdes statisk i deres ønskelige dybder i sjøen over et geofysisk lovende geologisk formasjon som befinner seg under sjøbunnen, så det er sterkt ønskelig å taue senderantennene bak et marint fartøy. Spesifikt omfatter den første, reell-array-dobbel dipol senderutføreisen av metoden ifølge oppfinnelsen følgende trinn: Tauing av første og andre vekselfelt- El E2 utsendende kilder s,, s2 i første og andre dybder under sjøoverflaten eller elevasjoner h1f h2 over sjøbunnen 3, hvor

det første feltet E1 har en første fase tø.

Det andre vekselfeltet E2 er gitt en andre fase fe som er forskjellig fra den første fasen tø, og en andre amplitude A2. Disse to kildene s^ s2 utgjør en faset-array senderantenne med direktivitet for å sende en større andel av den kombinerte

elektromagnetiske energien nedover.

Tauing av første og andre felt- E1? E2 emitterende kilder s^ s2 i første og andre dybder d1( d2 under sjøoverflaten (eller elevasjoner h1t h2 over sjøbunnen 3), hvor

det første feltet E1 har en første fase tø og amplitude Av

det andre vekselfeltet E2 er gitt en andre fase fe og amplitude A2 som er forskjellig fra den første fasen tø og amplitude Ai. disse to kildene Si, s2 utgjør en faset emitterantenne med direktivitet for å sende en større andel av den kombinerte

elektromagnetiske energien nedover og ingen oppover.

De første og andre feltene Ei, E2 vil forplante seg delvis nedover gjennom sjøbunnen 3 og bli reflektert og / eller refraktert gjennom bergartsformasjonene 1

og delvis forplante seg tilbake gjennom sjøbunnen 3.

Det kombinerte feltet E = E1 + E2 blir målt med elektromagnetiske mottakere r1f r2,

.., r„som registrerer tilsvarende feltregistreringer EM(t), E^t), E^t),.... Ern(t).

Fig. 3 illustrerer en andre, virtuell-array-utføreise av oppfinnelsen, hvori metoden omfatter tauing av en horisontal elektrisk dipol gjennom sjøen to ganger suksessivt langs den samme banen. Dipoldybdene under overflaten (eller høyder over sjøbunnen) er vertikalt forskjøvet i forhold til hverandre mellom de to passeringene, og dipolene opereres ved faser tø ogfø, og amplituder At and A2, respektive, under de to passeringene. Ettersom disse parametrene kan justeres ved å endre fasene eller ved å skalere ned eller opp de målte felt-intensitetene i løpet av de påfølgende prosesseringstrinnene, så er det ikke påkrevet at de aktuelle fasene og amplitudene gjøres forskjellige for de to passeringene over sjøen. Elektromagnetiske mottakere r-,, r2 rn slik som elektriske dipolantenner eller magnetiske mottakere er anordnet langs sjøbunnen 3 som vist i Figurene 1 og 3 for måling av det elektromagnetiske feltet som har forplantet seg fra senderne, gjennom sjøen og bergartene, og i dette tilfellet også gjennom luften, en komponent som skal reduseres vesentlig gjennom prosesseringstrinnene. En potensiell petroleumsførende formasjon 2 kan sees under en geologisk overlagring 1, som i Fig. 1. De elektromagnetiske mottakerne n, r2, .., rn kan være fordelt med jevne avstander hovedsakelig langs en linje langs sjøbunnen 3 som vist i Fig. 1 og 3, men kan også være fordelt i hvilket som helst nettmønster på sjøbunnen eller i sjøen. Spesifikt kan den andre alternative utførelsen av metoden omfatte følgende trinn: Tauing suksessivt av første og andre vekselfelt Ei, E2 -utsendende kilder Si, s2 i løpet av adskilte passeringer, i første og andre dybder d1( d2 under sjøoverflaten (eller elevasjoner hi, h2 over sjøbunnen 3), hvor det første feltet E, har en første

fase tø og amplitude A:.

Det andre vekselfeltet E2 er gitt en andre fase tø. og amplitude A2 som i utgangspunktet ikke behøver å skille seg fra den første fasen tø og amplituden A^ Både fasen og amplituden kan påtrykkes under de påfølgende prosesseringstrinnene, og således er det enkelt og greit påkrevet at alle

signalutsendelsene og signalmålingene er skikkelig tidsregistrert.

De første og andre feltene E1; E2 vil forplante seg hver for seg, til hver sine tider,

delvis gjennom sjøbunnen 3 og bli reflektert og / eller refraktert gjennom bergartsformasjonene 1 og delvis forplantet tilbake gjennom sjøbunnen 3. Mye av

energien under hver utsendelse kan lekke til luften.

De første og andre feltene E1t E2 måles separat ved elektromagnetiske mottakere ri, r2l .., rn som registrerer tilsvarende første og andre feltregistreringer E1r1(t), EiæW, E1l3(t) E1r n(t) and E2r1(t), E2r2(t), E2r3(t) E2rn(t) ved hver sensorstasjon. Feltregistreringene kombineres til et kombinert registrert felt Er1(t), Er2(t), Er3(t) Er n(t). Dette utføres for å emulere målinger som resulterer fra utsendelse fra et virtuelt faset-array-antennesett med vekselfeltkilder Si, s2 med direktivitet for å sende en større andel av vekselfeltenergi nedover gjennom sjøbunne 3. Dette kan på en virtuell måte kansellere en vesentlig andel av luftbølgen eller sjømultipler i målingene.

Ifølge den virtuelle metoden ifølge oppfinnelsen utføres addisjonen av det første og andre feltet E1r1(t)+E2r1(t), E1r2(t)+ E2r2(t), E1r3(t)+ E2r3(t) E1r n(t)+ E2rn(t) av en algoritme i en regneinnretning som et post-prosesseringstrinn etter registreringen av de første og andre feltregistreringene E1r1(t), E1r2(t), E1r3(t) ..., E1r „(t), E2r1(t), E2r2(t), E2r3(t) E2rn(t).

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen utføres den virtuelle metoden med addisjon av det første og andre feltet i algoritmen ved å variere faseforskjellen fe - fe mellom den andre fasen fe og den første fasen fe for å forsterke den emulerte direktiviteten av det emulerte fasede senderarrayet.

Et flertall av passasjer over sjøen kan utføres mens man tauer senderantennen i mer enn to dybder, og en kombinasjon av de mottatte signalene utføres for å oppnå forbedret direktivitet av de simulerte utsendte signalene og forbedret magnitude av det virtuelt kombinerte mottatte signalet. De utvalgte registreringene kombineres med påført amplitudeforhold og faseforskjell på en slik måte at det kombinerte feltet emulerer feltet fra et retningsarray som i den første, reelle utførelsen.

Fig. 4 illustrerer noen geometriske aspekter ved refleksjon og refraksjon ved sjøoverflaten. For bølger på 1 Hz, er utbredelseshastigheten om lag 1760 m/s i sjøvann som har en konduktivitet på a = 3,2 S/m. Utbredelseshastigheten i luften kan settes til å være c=3<*>10<8> m/s.

sin(ec) = vw/c,

således er den kritiske vinkelen for den elektromagnetiske bølgen Gc-IO"<4> grader fra normalen på sjøoverflaten, som er praktisk talt vertikalt. Dette betyr at en ekstremt smal konus av det utsendte signalet vil trenge gjennom overflaten for å forplante seg som en halvkuleformet bølge i luften. Overgangen omkring den kritiske vinkelen er ikke så skarp som for ikke-ledere. Deler av bølgen innenfor den kritiske vinkelen vil bli reflektert som en del av en sfærisk bølgefront. Bølgen ved den kritiske vinkelen vil gi

opphav til en frontbølge som utbrer seg nesten vertikalt nedover. Bølgen bortenfor den kritiske vinkelen vil bli fullstendig internt reflektert som man ser i høyre del av tegningen. Empirisk vet man at de ovennevnte reflekterte bølgene ikke kan ses bort fra dersom man ønsker å oppnå akseptable modeller og tolkninger av målingene.

Den grunnleggende ideen er således å forsøke å benytte i det minste to vertikalt forskjøvne dipoler og justere deres relative fase og amplituder for å kansellere en sum av oppover-forplantende elektromagnetiske bølger like under sjøoverflaten, og således minimalisere så langt som praktisk mulig den vertikalt oppover-utsendte elektromagnetiske bølgene.

Den grunnleggende ideen om å bruke forskjøvne dipolarrayer for å danne en direktiv antenne stammer fra G. H. Brown, 1937: "Directional antennas", Proe. I.R.E. 25, 78-145. Han forutsetter at et par av reelle dipolantenner har like amplituder i de to dipolene. Slike dobbelt-dipolarrayer kan ikke anvendes direkte i et absorberende medium slik som sjøvann og undergrunnen. Luft-senderantennene må erstattes med et par av vertikalt adskilte tauede senderelektrodepar, eller videre ved et virtuelt array av slike tauede marine senderelektrodepar med forskjellige amplituder i de to dipolene. Således har ideen blitt videreutviklet og tilpasset for bruk i marin geofysikk i denne patentbeskrivelsen.

Refleksjonskoefissienten for den nedover-forplantende utbredende bølgen ved sjøbunnen er

vennligst se Fig. 5. Den kombinerte effekten av to vertikalt forskjøvne dipoler er det oppover-utstrålte feltet fra begge dipolene pluss det nedover-utstrålte feltet som reflekteres fra sjøbunnen.

Fig. 6 er en illustrasjon av et snitt av sjøen og sjøbunnen, og viser de vertikalt oppover og nedover forplantende elektromagnetiske feltretningene, både for de elektriske og for de magnetiske feltene. Byttet av fortegn for det magnetiske feltet sikrer at kompenseringen for det elektriske feltet like under sjøoverflaten for dobbelt-dipolen også vil kompensere for magnetfeltet like under sjøoverflaten. Dette sikrer at vi kan bytte ut elektriske senderantenner med magnetiske senderantenner og oppnå den ønskede luftbølge-kansellerende virkning.

Kansellering av de oppover-forplantende bølgene oppnås ved å justere faseforskjellene og amplitudeforskjellene mellom den nedre og den øvre horisontale elektromagnetiske dipoltransmitteren på en skikkelig måte. En kansellering av oppover forplantende bølger vil resultere i unngåelsen av den ovenfor nevnte frontbølgen. Videre vil såkalte luftbølge-multipler som oppstår fra "gjenklangs-" - eller "ringende" bølger i vannlaget bli vesentlig redusert eller fjernet. Fig. 7 viser modellerte resultater som fremviser vellykket fjerning av luftbølgen og luftbølgemultipler ved bruk av metodene som er beskrevet her. Den cyan-blå kurven merket med "l" er beregnet for "uendelig" vanndybde slik at ingen luftbølge skal være til stede. Den røde kurven merket med "j" og blå kurven merket med "i" er for dipoler i forskjellige høyder, 150 m og 50 m over sjøbunnen, respektive. Knekken i kurvene "i" og "j" ved 14 km offset er begge forårsaket av luftpulsen som begynner å dominere ved den avstanden. Den magentarøde kurven merket med "k" er resultatet av å kombinere resultatene for de to dipolene ifølge oppfinnelsen. Den viser ingen brått opptredende skarp knekk, spesielt for offset mer enn omtrent 4,5 til 5 km, og ligger nærmest eksakt over den cyan-blå kurven merket med "l" beregnet for uendelig vanndybde som viser at luftbølgen har blitt fjernet på vellykket måte når fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har blitt anvendt.

På grunn av resiprositet kunne man anvende et vertikalt forskjøvet sett av mottakere i et mottakere i et mottakerarray under registreringen av data, i stedet for, eller i tillegg til, anvendelsen av et vertikalforskjøvet array for utsendelse.

Man bør ta i betraktning flere fordeler ved en virtuell dobbel-dipol-array.

<*> For det første kan eksisterende elektromagnetiske sendere umiddelbart tas i bruk.

<*> For det andre er der intet krav at man utvikler spesielle bølgeformer for det utsendte signalet. Eksisterende elektriske dipolkilder som sender ut sinusbølger,

firkantbølger, etc. kan anvendes direkte i oppfinnelsen.

<*> For det tredje, i motsetning til et potensielt problem ved uønskede mer eller mindre kryss-strøms-vekselvirkninger mellom elektroder av forskjellige dipoler med

forskjellige spenninger i den reelle dobbelt-dipol-utførelsen, vil ingen slik uønsket

vekselvirkning kunne forekomme i den virtuelle utførelsen av dobbelt-dipol-arrayet.

<*> For det fjerde, i tillegg til fordelene som forekommer med det reelle vertikalt forskjøvne dobbelt-dipol-arrayet, gir den virtuelt vertikalforskjøvne dobbelt-dipol-arrayet full prosesseringsfleksibllitet ved fritt å kunne variere fase og amplitude ved manipulering av de registrerte dataene.

Claims (10)

1. En fremgangsmåte for elektromagnetisk geofysisk utforskning av bergartsformasjoner (1) under en sjøbunn (3), karakterisert ved de følgende trinn:<*> - tauing av første og andre vekselfelt (Ei, E2) -utsendende kilder (s1t s2) i første og andre dybder (di, d2), hvor feltet (EO har en første fase (<|>i); - hvor det andre vekselfeltet (E2) gis en andre fase (tø) forskjellig fra den første fasen (tø), hvor kildene (si, s2) utgjør en faset-array senderantenne med direktivitet for utsendelse av en større andel av den kombinerte elektriske energi nedover, og for utsendelse av en vesentlig mindre andel av energien oppover; - hvor de første og andre feltene (E1( E2) forplanter seg delvis ned gjennom sjøbunnen (3) og blir reflektert og / eller refraktert gjennom bergartsformasjonene (1) og delvis forplanter seg tilbake gjennom sjøbunnen (3); - hvor de første og andre feltene (Ei, E2) går sammen til et totalfelt og måles ved elektromagnetiske mottakere (r1t r2,.., rn) som registrerer tilsvarende feltregistreringer ( End). E^t), Earø Ern(t)).

2. En fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved de følgende trinn:<*> - tauing av et første vekselfelt (EO utsendende kilde ( sm) i en første dybde (di), hvor det første feltet (EO har en første fase (tø), hvor det første feltet (EO utbrer seg delvis gjennom sjøbunnen (3) og blir reflektert og / eller refraktert gjennom bergartsformasjonene (1) og delvis forplanter seg tilbake gjennom sjøbunnen (3); - hvor det første feltet (EO måles ved elektromagnetiske mottakere (ri, r2,.., rn) og registreres som tilsvarende første feltregistreringer ( Eiri(t), E1r2(t), Eir3(t) Eirn(t)),<*> - tauing av en andre felt (E2) -utsendende kilde (s[2]) i en andre dybde (d2), hvor det andre feltet (E2) er gitt en andre fase (tø) og amplitude (A2) som ikke nødvendigvis er forskjellig fra den første fasen (tø), og amplituden (Ai), hvor det andre feltet (E2) utbrer seg delvis ned gjennom sjøbunnen (3) og blir reflektert og/ eller refraktert gjennom bergartsformasjonene (1) og delvis forplanter seg tilbake gjennom sjøbunnen (3), hvor det andre feltet (E2) måles ved elektromagnetiske mottakere (r1t r2,.., rn) og registreres som tilsvarende andre feltregistreringer ( E2r1(t), E2r2(t), E2r3(t),E2rn(t));<*> - kombinasjon av de første og andre feltregistreringene (E1r1(t)+E2ri(t), E1r2(t)+ E2r2(t), E1r3(t)+ E2r3(t) ..., E1rn(t)+ E2rn(t) ) i et prosesseringstrinn til et totalfelt ( Eri(t), Er2(t), Er3(t), ..., Er n(t)) med en påført faseforskjell og amplitudeforhold for å emulere målinger som resulterer fra utsendelse fra et faset array-antennesett av vekselfeltkilder (sl s2) med direktivitet for å sende ut en større andel av vekselfeltenergi nedover gjennom sjøbunnen (3) og en vesentlig mindre andel av vekselfeltenergi oppover.

3. En fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de elektromagnetiske mottakerne (n, r2, .., rn) er anordnet generelt langs en linje langs sjøbunnen (3).

4. En fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at tauingen av den første kilden (s-i) i en første dybde (d-0 under sjøoverflaten eller elevasjon (di) over sjøbunnen (3) og den andre kilden (s2) i en andre dybde (d2) under sjøoverflaten eller elevasjon (h2) over sjøbunnen (3) foregår som to påfølgende sjøpassasjer over mottakerne ( ru r2,.., rn).

5. En fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den feltutsendende kilden (si, s2) er den samme utsendende kilden (s) som kjøres i to adskilte omganger over mottakerne (r1( r2,.., rn).

6. En fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at de første og andre feltene (E^ E2) er horisontale elektriske dipolfelt (E1H, E2H).

7. En fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at kombinasjonen av det første og andre feltet (E1r1(t)<+>E2r1(t), E1r2(t)<+> E2r2(t), E1r3(t)<+> E2r3(t) E1rn(t)+ E2rn(t)) utføres aven algoritme i en regneinnretning etter registreringen av de første og andre feltregistreringene ( Ein(t), E1r2(t), E1r3(t) E1rn(t)), ( E2r1(t), E2r2(t), E2r3(t) E2rn(t)).

8. En fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at addisjonen av det første og andre feltet utføres i algoritmen ved å variere faseforskjellen (tø - tø) mellom den andre fasen (tø) og den første fasen (tø) for å forbedre den emulerte direktiviteten av de emulerte faset-array-senderne.

9. En fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved å benytte vertikale elektriske felter, horisontale eller vertikale magnetiske felter og kombinasjoner av disse komponentene i registreringen og prosesseringen.

10. En fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-9, karakterisert ved at antall elementer i arrayet kan overskride to antenner (s), og at arrayet kan omfatte både vertikale og horisontale forskyvninger av elementene for videre å utvide antennemønsteret.