PL201670B1 - Sposób i urządzenie do odwzorowywania podpowierzchniowych kontrastów rezystywności - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób odwzorowania podpowierzchniowych kontrastów rezystywności przez dokonywanie wielokanałowych pomiarów elektromagnetycznych stanów przejściowych (MTEM - multichannel transient electromagnetic measurements) na powierzchni ziemi lub w jej pobliżu z zastosowaniem przynajmniej jednego źródła, środków odbiorczych do pomiaru odpowiedzi układu i przynajmniej jednego odbiornika do pomiaru wynikowej odpowiedzi ziemi. Wszystkie sygnały z tej lub z każdej pary źródło - odbiornik są przetwarzane z odtworzeniem odpowiedniej odpowiedzi w postaci impulsów elektromagnetycznych ziemi i takie odpowiedzi impulsowe lub dowolne transformacje takich odpowiedzi impulsowych są obrazowane stanowiąc reprezentację podpowierzchniowych kontrastów rezystywności. Wynalazek pozwala na lokalizację i identyfikację podpowierzchniowych złóż płynów oraz na monitorowanie przemieszczeń takich płynów.

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 201670 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 368318 ^{(13) B1} (22) Data zgł oszenia: 09.09.2002 ^{(51) Int.Cl.}

G01V 3/02 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

09.09.2002, PCT/GB02/04121 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

20.03.2003, WO03/023452 PCT Gazette nr 12/03

Sposób i urządzenie do odwzorowywania podpowierzchniowych kontrastów rezystywności

	(73) Uprawniony z patentu:
(30) Pierwszeństwo:	MTEM LIMITED,Edinburgh,GB
07.09.2001,GB,0121719.9	(72) Twórca(y) wynalazku:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	David Allan Wright,Edinburgh,GB
21.03.2005 BUP 06/05	Antoni Marjan Ziolkowski,Edinburgh,GB Bruce Alan Hobbs,Penicuik,GB
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.04.2009 WUP 04/09	(74) Pełnomocnik:
	Ludwicka Izabela, PATPOL Sp. z o.o.

(57) Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do odwzorowania kontrastów rezystywności przez dokonywanie wielokanałowych pomiarów elektromagnetycznych stanów przejściowych MTEM na powierzchni ziemi lub w jej pobliżu z zastosowaniem przynajmniej jednego źródła i ś rodków odbiorczych do pomiaru odpowiedzi systemowej. Sposób charakteryzuje się tym, że pomiar wynikowej odpowiedzi gruntu przeprowadza się za pomocą środków odbiorczych z zastosowaniem procesu rozplotu zmierzonego sygnału do zmierzonej odpowiedzi systemowej z pary lub każdej pary źródło-odbiornik i odzyskuje się przyporządkowaną elektromagnetyczną impulsową odpowiedź gruntu, a następnie wyświetla się te odpowiedzi impulsowe lub ich transformacje i tworzy się podpowierzchniową reprezentację kontrastów rezystywności. Urządzenie charakteryzuje się tym, że jest zaopatrzone w przynajmniej jeden odbiornik do pomiaru wynikowej odpowiedzi gruntu, w ś rodki przetwarzania do przeprowadzania procesu rozplotu zmierzonego sygnału do zmierzonej odpowiedzi systemowej z pary lub każdej pary źródło-odbiornik dla odzyskania przyporządkowanej elektromagnetycznej impulsowej odpowiedzi gruntu oraz w środki wyświetlające dla utworzenia podpowierzchniowej reprezentacji z tych impulsowych odpowiedzi.

PL 201 670 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do odwzorowywania podpowierzchniowych kontrastów rezystywności, z zastosowaniem do lokalizacji płynów. Sposób umożliwia detekcję i lokalizację podpowierzchniowych kontrastów rezystywności, co z kolei umożliwia rozróżnienie, na przykład, między wodą (solanką lub wodą słodką), która jest przewodząca, a węglowodorami (gazem, lub ropą naftową), które są rezystywne.

Porowate skały są nasączone płynami. Płyny te mogą być wodą (solanką lub wodą słodką), lub węglowodorami (gazem, lub ropą naftową). Rezystywność skał nasyconych węglowodorami stanowi często rząd wielkości większy od rezystywności skał nasyconych wodą (na przykład 1000 Ωτπ w przypadku węglowodoru w porównaniu z 1 ihm w przypadku wody). Znaczy to, że węglowodory są rezystywne, a woda jest przewodząca. Jeżeli następuje odkrycie potencjalnie roponośnej podpowierzchniowej struktury geologicznej, na przykład w wyniku badania sejsmicznego, to ważne jest aby wiedzieć, przed wierceniem, czy struktura jest rezystywna (węglowodory), czy przewodząca (woda). Sposoby elektromagnetyczne potencjalnie powinny nadawać się do dokonywania tego rozróżnienia i w ten sposób zmniejszać ryzyko wiercenia suchych otworów.

Jednakże mimo dziesięcioleci badań i rozwoju na tym polu, w dalszym ciągu nie ma rutynowej procedury zbierania i przetwarzania danych elektromagnetycznych dla dokonywania tego rozróżnienia i do otrzymywania podpowierzchniowych map przedstawiających różnice rezystywności.

Konwencjonalnie, w badaniach elektromagnetycznych w dziedzinie czasowej wykorzystuje się nadajnik i odbiornik, lub nadajnik i pewną liczbę odbiorników. Nadajnik może być dipolem uziemionym (źródłem elektrycznym) lub pętlą bądź wielopętlą (źródłem magnetycznym), a odbiornik bądź odbiorniki mogą być dipolami uziemionymi (odbiornikami elektrycznymi - rejestrującymi potencjalne różnice lub pola elektryczne) lub pętlami z drutu lub bądź wielopętlami lub magnetometrami (odbiornikami magnetycznymi - rejestrującymi pola magnetyczne i/lub pochodne względem czasu pól magnetycznych). Nadawany sygnał jest zwykle kształtowany przez zmianę skoku w źródle magnetycznym.

Jeden ze znanych sposobów postępowania przy pomiarze obejmuje metodykę postępowania często zwaną TDEM, i często wybieraną do implementowania źródła magnetycznego i odbiornika magnetycznego, tzw. metodę OTEK - metodę elektromagnetyczną z długim przesunięciem w dziedzinie czasowej, opracowaną dla badań lądowych, metodę elektromagnetyczną w środowisku morskim, rejestrację dna morskiego SBL wykorzystującą jednoczęstotliwościowe pomiary elektromagnetyczne w środowisku morskim i sposób pomiarów wielokanałowych MTEM.

Przykładem metody TDEM jest sprzęt komercyjny, jak na przykład PROTEM firmy Geonics Ltd., SMARTem z firmy ElectroMagnetic Imaging Technology Pty Ltd (EMIT), UTEM z University of Toronto i PATEM, (pulled-array) z University of Aarhus. W tych systemach wykorzystuje się magnetyczne źródła i magnetyczne odbiorniki w konfiguracjach pętli centralnej, pętli koincydencji, pętli przesunięcia, lub w konfiguracjach odwiertów i w konsekwencji sporządzania wykresu przewodzenia, a nie obiektów rezystywnych. Mierzą one napięcie indukowane w cewce odbiornika w pewnej liczbie okresów czasowych (nazywanych bramkami) po wyłączeniu prądu nadajnika. Następnie kształtowana jest krzywa zaniku, która modelowana jest albo bezpośrednio, albo przy wykorzystaniu różnych miar pozornych rezystywności, jak na przykład rezystywności pozornej wczesnej i późnej, lub obrazowana z użyciem procedury szybkiej inwersji. Modelowanie wykorzystuje niewielką liczbę parametrów i daje pojęcie o charakterystyce wyłączeniowej źródła, na przykład o tym, że jest ona funkcją skoku idealnego lub idealnego liniowego zbocza. We wszystkich metodach TDEM nie ma rozpoznawania ważności pomiaru odpowiedzi systemu, a zamiast tego wkłada się dużo wysiłku w generowanie sygnału stanu przejściowego o małym czasie wyłączenia lub możliwie liniowym wyłączaniu. Systemy z przyporządkowanym oprogramowaniem nie wyznaczają funkcji odpowiedzi gruntu.

Znana metoda LOTEM, której głównymi twórcami są Vozoff, Strack i Hordt i podobny system opracowany w Colorado School of Mines, wykorzystuje źródło elektryczne o dużym wymiarze, zwykle 1-2 km długości z odbiornikami elektrycznymi i magnetycznymi umieszczonymi kilka kilometrów od źródła. Przeznaczona jest do badań lądowych. Krzywe zaniku mierzone przez odbiorniki można przetwarzać na różne krzywe rezystywności pozornej. Te krzywe zaniku lub krzywe rezystywności są modelowane z użyciem niewielkiej liczby parametrów dobranych do reprezentowania warunków podpowierzchniowych tylko pod odbiornikami. Reprezentację obrazu stanowi zbiór przekształconych krzywych z sąsiednich odbiorników.

PL 201 670 B1

Sposób obejmuje odpowiedni pomiar odpowiedzi systemu. Zaleca się dokonywanie tego albo w laboratorium, albo w terenie na pocz ątku. Metoda LOTEM wyznacza odpowiedź systemu jako odpowiedź w postaci wprowadzanej funkcji delta, która jednak nie może być osiągnięta w praktyce. Zamiast tego wprowadza się przebieg prostokątny, a otrzymany wynik różniczkuje się. W rzeczywistości nie jest możliwe również wprowadzanie dokładnie prostokątnego przebiegu. Zwykle otrzymuje się tylko jedną odpowiedź systemu, wyznaczoną jako wartość średnia z reprezentatywnej statystycznie liczby nadawanych impulsów. Zakłada się, że pod obciążeniem parametry przełączania nie zmieniają się.

Większość metod interpretacji w literaturze opiera się na znajomości odpowiedzi na skok. Jest ona niemożliwa do osiągnięcia bez oczyszczania aktywnego (tzw. procesu rozplotu) zmierzonych danych, które, jak stwierdzono, są niestabilne z natury. Metoda LOTEM zaleca, aby albo każda krzywa rezystywności pozornej była wyznaczana po operacji oczyszczania aktywnego (rozplotu) w dziedzinie czasu z zastosowaniem procedury iteracyjnej, albo dane syntetyczne z modelowania były splatane z odpowiedzią systemową przed porównaniem z danymi zmierzonymi. Regułą praktyczną jest, że należy tego dokonać, kiedy długość odpowiedzi systemowej jest większa od jednej trzeciej długości stanu przejściowego.

Metoda LOTEM nie uwzględnia ważności pomiaru odpowiedzi systemu na każdy źródłowy stan przejściowy w polu i nie uwzględnia faktu, że krzywe zaniku są funkcją materiału przesłaniającego znajdującego się między źródłem i odpowiednim odbiornikiem przy przepływie indukowanych prądów.

System odwzorowania dna morskiego EM uniwersytetu University of Toronto składa się z pewnej liczby konfiguracji, obejmujących stacjonarny odbiornik elektryczny na dnie morskim i holowany nadajnik elektryczny, oraz źródło magnetyczne i kilka kolinearnych odbiorników magnetycznych stanowiących strukturę, która jest holowana wzdłuż dna morskiego. We wcześniejszych eksperymentach mierzono odpowiedź systemu w wolnej przestrzeni i splatano z teoretyczną odpowiedzią impulsową prostego modelu wody morskiej i znajdującego się pod nią gruntu, dla wymodelowania mierzonych danych. W późniejszych eksperymentach, w przypadku źródła elektrycznego, zmierzony prąd wprowadzany do nadajnika jest splatany z odpowiedzią impulsową odbiornika, również mierzoną w wolnej przestrzeni, a następnie z odpowiedzią impulsową modelu, dając sygnał syntetyczny do porównania z mierzonym. W pobliżu nadajnika nie umieszcza się odbiorników do określania odpowiedzi systemu pod obciążeniem.

Te systemy dały rozległą bibliotekę rozwiązań analitycznych i rekursywnych procedur dla odpowiedzi prostych modeli geologicznych źródeł zmian skokowych. Modele nieodmiennie mają niewielką liczbę parametrów, a interpretacje zmierzonych krzywych zaniku oparte są na sposobie podejścia z modelowaniem.

Wspomniana metoda nie uwzględnia ważności pomiaru odpowiedzi systemowej na każdy źródłowy stan przejściowy, i wykorzystania jej do oczyszczania aktywnego (procesu rozplotu) mierzonych stanów przejściowych, z otrzymaniem estymowanych funkcji impulsowej odpowiedzi gruntu.

Znana metoda SBL (rejestracja dna morskiego) jest pewną realizacją metody CSEM (ze sterowanym źródłem elektromagnetycznym) i została opracowana przez firmę Electromagnetic Geoservices Ltd (EMGS) wspieraną przez Statoil, w połączeniu z uniwersytetami University of Cambridge, University of Southampton, oraz firmą Scripps Institution of Oceanography. Obejmuje ona pewną liczbę autonomicznych dwuskładnikowych odbiorników elektrycznych w położeniach statycznych na dnie morza na i źródło elektryczne holowane około 50 m powyżej dna morskiego. Odbiorniki pozostają w swoich położeniach ma dnie morskim, prowadzą c ciąg łą rejestrację aż do otrzymania rozkazu wynurzenia się dla odtworzenia na powierzchni morza na końcu badania. Źródło DASI (głęboko holowany aktywny przyrząd źródłowy) jest poziomym dipolem elektrycznym o długości 100 m. Do monitorowania pól nadawczych służą elektrody rozmieszczone wzdłuż dipola źródłowego. Umożliwiają one normalizowanie danych odbiornika przez moment dipolowy źródła dla porównania z wynikami modelowania. W odróż nieniu od powyższych systemów ze stanami przejściowymi, w metodzie SBL źródło nadaje na tylko jednej częstotliwości, którą operatorzy optymalizują dla celu podlegającego badaniu. Metoda opiera się na zanurzonym ruchomym źródle tworzącym dane dla kilku oddzielanych par źródło-odbiornik, i te dane są interpretowane przez modelowanie. Sposób nie wykorzystuje źródła stanów przejściowych i nie uwzględnia odpowiedzi systemu.

Jednostki University of Edinburgh, University of Cologne, Deutsch Montan Technologie i Compagne Generale de Geophysique współpracowały w ramach projektu THERMIE OG/0305/92/NL-UK Komisji Europejskiej (który trwał od 1992 do 1998), obejmując zebranie wielokanałowych danych elektromagnetycznych stanów przejściowych MTEM (multichannel transient electromagnetic) w 1994

PL 201 670 B1 i 1996 dotyczą cych zł o ż a gazu w St. Illiers la Yille, we Francji. Eksperyment ten jest szczegół owo opisany w raporcie końcowym komisji europejskiej (Final Technical Report of European Commission). Projekt miał dwa cele, opracowanie metody bezpośredniego wykrywania węglowodorów oraz monitorowanie przemieszczeń węglowodorów w znanym zasobie. Żaden z tych celów nie został osiągnięty. W projekcie nie uwzględniono ważności pomiaru odpowiedzi systemu na źródłowe stany przejściowe.

Z publikacji US 4 417 210 znany jest sposób geofizycznych poszukiwa ń, w którym dipol nadawczy i dipol odbiorczy, który jest czuły na pole elektromagnetyczne, są zlokalizowane w kooperacji z podł o ż em. Impulsywny prą d wzbudzenia jest doprowadzony w sposób powtarzalny do dipola nadawczego, prąd wzbudzenia zawiera grupę impulsów o naprzemiennej polaryzacji, z każdorazowym przejściem prądu przez zero. Sygnał przejściowy, który jest przy tym wytwarzany na wyjściu dipola odbiorczego, jest powtarzalnie poddawany detekcji, a sygnały przejściowe są przetwarzane, aby uzyskać obrazową reprezentację zjawiska przejściowego, co ułatwia interpretację geofizyczną. Określone są interwały czasowe, które pojawiają się po impulsach wzbudzających i jednocześnie z przejściem prądu wzbudzenia przez zero. Te interwały czasowe mają uprzednio określony czas trwania, wybrany dla realnego pokrycia wszystkich użytecznych części zjawiska przejściowego. Sygnał przejściowy jest wykrywany w funkcji czasu przynajmniej w czasie trwania interwałów i jest próbkowany, ponumerowany i zarejestrowany, czasowo oznaczony. Przeprowadzany jest proces przetwarzania, który rozpoczyna się przetwarzaniem, w którym nieprzetworzona numeryczna reprezentacja zjawiska przejściowego w funkcji czasu jest poddana statystycznemu oszacowaniu elementów numerycznej rejestracji, która odpowiada czasowo kolejnym interwałom czasowym następującym przy wygładzającym filtrowaniu cyfrowym, co zapewnia wygładzoną numeryczną reprezentację zjawiska przejściowego, oczyszczonego ze znacznej części szumu otoczenia.

Sposób odwzorowywania podpowierzchniowych kontrastów rezystywności, obejmujący realizowanie wielokanałowych pomiarów elektromagnetycznych stanów przejściowych MTEM z wykorzystaniem przynajmniej jednego źródła i środków odbiorczych dla pomiaru odpowiedzi systemowej oraz pomiaru odpowiedzi systemowej dla pary lub każdej pary źródło-odbiornik, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pomiar wynikowej odpowiedzi gruntu przeprowadza się za pomocą środków odbiorczych z zastosowaniem procesu rozplotu zmierzonego sygnału do zmierzonej odpowiedzi systemowej z pary lub każdej pary źródło-odbiornik i odzyskuje się przyporządkowaną elektromagnetyczną impulsową odpowiedź gruntu, a następnie wyświetla się te odpowiedzi impulsowe lub ich transformacje i tworzy się podpowierzchniową reprezentację kontrastów rezystywności.

Korzystnie, odpowiedź impulsową gruntu otrzymuje się z równania: ak (xs, xr, t) = sk (xs, xr, t) * g(xs, xr, t) +nk (xr, t) gdzie k oznacza k-ty pomiar w zbiorze wyników pomiarów dla danej pary źródło-odbiornik, ak (xs, xr, t) jest to zmierzona odpowiedź na stan przejściowy dla danej pary źródło-odbiornik pomiarów MTEM, * oznacza splot, sk (xs, xr, t) oznacza odpowiedź systemową, g ( xs, xr, t) jest odpowiedzią impulsową gruntu, i jest ustalona dla danej pary źródło-odbiornik, a nk (xr, t) jest nieskorelowanym szumem elektromagnetycznym w odbiorniku.

Korzystnie, stosuje się źródło zawierające prąd w przewodzie drutowym uziemionym na każdym końcu oraz odbiornik zawierający urządzenie do pomiaru różnicy potencjałów pomiędzy dwoma uziemionymi elektrodami.

Korzystnie, stosuje się źródło zawierające prąd w przewodzie drutowym uziemionym na każdym końcu oraz odbiornik zawierający urządzenie do pomiaru prądu indukowanego w przynajmniej jednej poziomej pętli.

Korzystnie, stosuje się źródło zawierające przynajmniej jedną prądową pętlę oraz odbiornik zawierający urządzenie do pomiaru różnicy potencjałów pomiędzy dwoma uziemionymi elektrodami.

Korzystnie, stosuje się źródło zawierające przynajmniej jedną prądową pętlę i odbiornik zawierający urządzenie do pomiaru prądu indukowanego w przynajmniej jednej pętli odbiorczej.

Korzystnie, stosuje się źródło zawierające prąd w przewodzie drutowym uziemionym na każdym końcu, a odpowiedź systemową mierzy się za pomocą miernika prądu do pomiaru prądu w przewodzie drutowym.

Korzystnie, stosuje się źródło zawierające przynajmniej jedną prądową pętlę, a odpowiedź systemową mierzy się za pomocą miernika prądowego do pomiaru prądu w pętli.

Korzystnym jest, że odpowiedź systemową mierzy się za pomocą systemu rejestrującego mającego te same parametry charakterystyczne jak system wykorzystywany do rejestracji pomiaru wartości odpowiedzi ak (xs, xr, t).

PL 201 670 B1

Korzystnym jest, że odpowiedź systemową mierzy się za pomocą systemu rejestrującego mającego inne parametry charakterystyczne niż system wykorzystywany do rejestracji pomiaru wartości odpowiedzi ak (xs, xr, t), przy czym te różnice eliminuje się z wykorzystaniem transformaty Fouriera jako funkcji przenoszenia między tymi dwoma systemami rejestracyjnymi.

Korzystnym jest, że estymatę impulsowej odpowiedzi gruntu z szumem otrzymuje się w procesie rozplotu wymienionego równania.

Korzystnym jest, że przebiegi przejściowe poddaje się stertowaniu, a estymatę impulsowej odpowiedzi gruntu otrzymuje się w procesie rozplotu odpowiedzi systemowej.

Korzystnie, estymatę impulsowej odpowiedzi gruntu poprawia się przez stertowanie estymowanych odpowiedzi impulsowych.

Korzystnie, mierzoną odpowiedź systemową i przyporządkowane jej zmierzone przebiegi przejściowe synchronizuje się.

Korzystnie, mierzy się i kompensuje wszelkie różnice czasu początkowego między zmierzoną odpowiedzią systemu a odpowiednim zmierzonym przebiegiem przejściowym.

Korzystnie, wielokanałowe pomiary elektromagnetycznych stanów przejściowych MTEM przeprowadza się na powierzchni gruntu.

Korzystnie, wielokanałowe pomiary elektromagnetycznych stanów przejściowych MTEM przeprowadza się na, lub w pobliżu, powierzchni dna morskiego powierzchni ziemi.

Korzystnie, odpowiedź systemowa jest w przybliżeniu stopniem, a aproksymację do procesu rozplotu tworzy się przez różniczkowanie.

Urządzenie do odwzorowywania podpowierzchniowych kontrastów rezystywności, zawierające środki realizowania wielokanałowych pomiarów elektromagnetycznych stanów przejściowych MTEM, zawierające przynajmniej jedno źródło, środki odbiorcze do pomiaru odpowiedzi systemowych, środki przetwarzania do pomiaru odpowiedzi systemowej dla pary lub każdej pary źródło-odbiornik i środki wyświetlania takich odpowiedzi lub dowolnej transformacji takich odpowiedzi, z utworzeniem podpowierzchniowej reprezentacji kontrastów rezystywności, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jest zaopatrzone w przynajmniej jeden odbiornik do pomiaru wynikowej odpowiedzi gruntu, w środki przetwarzania do przeprowadzania procesu rozplotu zmierzonego sygnału do zmierzonej odpowiedzi systemowej z pary lub każdej pary źródło-odbiornik dla odzyskania przyporządkowanej elektromagnetycznej impulsowej odpowiedzi gruntu oraz w środki wyświetlające dla utworzenia podpowierzchniowej reprezentacji z tych impulsowych odpowiedzi.

Zgodnie z wynalazkiem, opracowano rutynowe procedury zbierania i przetwarzania danych elektronicznych dla umożliwienia odwzorowywania podpowierzchniowych kontrastów rezystywności.

Rozmieszczenie kontrastów rezystywności można wyznaczyć z konfiguracji źródło-odbiornik, i propagacji elektromagnetycznej zarówno powyż ej, jak i poniż ej odbiorników.

Sposób umożliwia wykrywanie i lokalizację kontrastów rezystywności, na przykład umożliwia rozróżnienie między wodą (solanką lub wodą słodką), która jest przewodząca, a węglowodorami (gazem lub ropą naftową), które są rezystywne. Sposób umożliwia również monitorowanie przemieszczeń takich płynów. Sposób może być wykorzystywany również do wyszukiwania podziemnych formacji wodonośnych.

Przedmiot wynalazku objaśniony zostanie w przykładzie wykonania w odniesieniu do załączonego rysunku, na którym fig. 1 przedstawia typowe rozmieszczenie ukazujące lokalizacje źródła elektromagnetycznego i odbiorników elektromagnetycznych dla realizacji sposobu odwzorowywania kontrastów rezystywności według wynalazku, fig. 2a-c przedstawiają kształt przebiegu źródłowego i wynikowej odpowiedzi przejściowej, fig. 3 przedstawia w uproszczeniu przekrój gruntu pod St. Illiers la Ville, we Francji, z ukazaniem gazu uwięzionego powyżej wody w antyklinie porowatego piaskowca, fig. 4 - schematycznie plan typowego rozmieszczenia źródeł i odbiorników wielokanałowego systemu do pomiaru elektromagnetycznych stanów przejściowych w podpowierzchniowej objętości gazu, służącego do realizacji sposobu według wynalazku, fig. 5 - różnicę potencjałów elektrycznych między dwiema elektrodami znajdującymi się w odstępie paru cm, i w odległości paru cm od prądowego źródła dipolowego o długości 250 m, fig. 6 - normalizowane odpowiedzi systemowe dla prądów źródłowych 8 A, 16 A i 32 A, z ukazaniem nieliniowości odpowiedzi systemu w funkcji prądu, fig. 7 - typowy gradient wzdłużny elektrycznego potencjału odpowiedzi na skok prądowy w źródle, fig. 8 - pojedynczą przybliżoną odpowiedź na impuls gruntowy dla separacji źródło-odbiornik wynoszącej 1 km, fig. 9 - przekrój z jednakowym przesunię ciem 1 km pochodnej aproksymowanej odpowiedzi gruntu w przypadku danych dotyczących pomiarów w miejscu przedstawionym na fig. 3, dokonanych w 1994 roku,

PL 201 670 B1 fig. 10 - przekrój z jednakowym przesunięciem 1 km pochodnej aproksymowanej odpowiedzi gruntu w przypadku danych dotyczących pomiarów w miejscu przedstawionym na fig. 3, dokonanych w 1993 roku, a fig. 11 przedstawia odcinek z jednakowym przesunięciem odpowiedzi impulsowej gruntu od odpowiedzi impulsowych gruntu z 1996 roku, odjętej od pochodnej aproksymowanej odpowiedzi impulsowych gruntu z 1994 roku, z przesunięciem 1 km.

Wielokanałowe dane elektromagnetycznych stanów przejściowych (dane MTEM - Multichannel Transient ElectroMagnetic) mogą być zbierane na różne sposoby. Jedynie dla przykładu, opisano poniżej elementy systemu akwizycji danych, jak stosowany w projekcie THERMIE OG/0305/92/NL-UK. Na fig. 1 przedstawiono typową konfigurację źródła i linii odbiorników. Źródło jest prądem w przewodzie drutowym uziemionym na obu końcach. W tym przypadku te dwa końce znajdują się w odległości od siebie 250 m. Odbiorniki są reprezentowane przez kwadraty na fig.1, każdy z dwoma kanałami, i są rozproszone na linii prostej, o długości 2 km, na której przedłużeniu znajduje się, w tym przypadku, źródło. Odbiorniki mierzą dwa rodzaje odpowiedzi elektromagnetycznej: różnice potencjałów, i szybkość zmian pola magnetycznego. Różnice potencjałów są mierzone między dwiema uziemionymi elektrodami, zwykle w odległości wzajemnej 125 m, natomiast szybkość zmiany pola magnetycznego jest mierzona za pomocą pętli przewodu drutowego, zwykle pętli o kształcie kwadratu 50 m na 50 m o wielu zwojach. Na fig. 1 przedstawiono trzydzieści dwa odbiorniki i osiem pętli mierzących szybkość zmian pola magnetycznego. Pętle występują wzdłuż linii na przemian z odbiornikami ustawionymi poprzecznie. Ta konfiguracja była wynikiem ograniczeń narzucanych przez ograniczenia liczby dwukanałowych skrzynek rejestracyjnych i odległości, na której sygnały mogą być transmitowane z tych jednostek do dysku przechowującego dane w komputerze. Źródło może znajdować się na zewnątrz lub wewnątrz rozpiętości odbiornika, a w praktyce, źródło lub rozpiętość odbiornika lub jedno i drugie, mogą się przemieszczać, zależnie od zastosowania. Zapisane odpowiedzi przejściowe z odbiorników są odpowiednio załadowywane na twardy dysk, lub na inny nośnik pamięciowy komputera.

Wybierając x jako współrzędną wzdłużną, y jako współrzędną poprzeczną, a z jako współrzędną pionową, opracowuje się zapis wartości zmierzonych. Położenie odbiornika może być oznaczone jako Xr = (xr, yr, zr), a położenie źródła może być oznaczone jako xs = (xs, ys, zs).

Na fig. 2 przedstawiono w uproszczeniu zależność wzajemną między prądem wejściowym, przedstawionym w tym przypadku jako natychmiastowa zmiana biegunowości, a spodziewaną odpodH_z wiedzią. Ex jest różnicą potencjałów w kierunku wzdłużnym, czyli kierunku x, a-- jest prędkością dt zmiany składowej pionowej pola magnetycznego, mierzonego pętlą poziomą. Na fig. 2 można zauważyć, że te odpowiedzi zmieniają się z czasem po odwróceniu polaryzacji prądu w źródle. W praktyce każda z tych wielkości zmienia się wraz z pozycją źródła i pozycją odbiornika.

Istotnym dla rozwiązania problemu jest odtworzenie odpowiedzi impulsowej gruntu. W tę konfigurację wchodzi źródło elektromagnetyczne, na przykład dipol z prądem lub dipol magnetyczny w lokacji xs i odbiornik, na przykład dwie elektrody potencjałowe lub pętla magnetyczna w lokacji xr. Mierzoną wartość odpowiedzi można opisać jako ak (xs, xr, t) = sk (xs, xr, t) * g (xs, xr, t) +nk (xr, t) (1) i można to powtarzać wiele razy. W tym równaniu gwiazdka * oznacza splot, a indeks dolny k oznacza, że jest to k-ty pomiar w zbiorze wyników pomiarów dla danej pary źródło-odbiornik, sk (xs, xr, t) jest znany jako odpowiedź systemowa i może w zasadzie być inna dla każdego pomiaru, g (xs, xr, t) jest odpowiedzią impulsową gruntu, i jest ustalona dla dowolnej pary źródło-odbiornik, a nk (xr, t) jest nieskorelowanym szumem elektromagnetycznym w odbiorniku, i zmienia się od pomiaru do pomiaru. To równanie musi być rozwiązane dla odpowiedzi impulsowej gruntu g (xs, xr, t). Aby tego dokonać, musi być znana odpowiedź systemowa sk (xs ,xr, t).

Przy akwizycji danych do odtwarzania impulsów odpowiedzi gruntu i ich przetwarzaniu, występują trzy krytyczne etapy, które po raz pierwszy zostały sformułowane w niniejszym dokumencie. Są to:

- pomiar odpowiedzi systemu dla każdej pary źródło-odbiornik i w zasadzie dla każdego stanu przejściowego,

- wydzielanie (proces rozplotu) ze zmierzonego sygnału odpowiedzi mierzonego układu i odtworzenie estymowanej odpowiedzi impulsowej gruntu dla każdej pary źródło-odbiornik i w zasadzie dla każdego stanu przejściowego, oraz

- stertowanie tych estymowanych odpowiedzi impulsowych dla poprawienia stosunku sygnału do szumu oraz otrzymywanie poprawionego estymatora odpowiedzi impulsowej gruntu dla każdej pary źródło-odbiornik.

PL 201 670 B1

Obecnie te etapy zostaną bardziej szczegółowo opisane. Odpowiedź systemu sk (xs ,xr, t) należy wyznaczyć przez pomiar w terenie. Zależy ona od położenia xs źródła i położenia xr odbiornika, i może również zależeć od liczby k stanów przejściowych w sekwencji, zwłaszcza, jeżeli wystę pują problemy synchronizacyjne. Istnieje kilka sposobów pomiaru odpowiedzi systemu. W przypadku źródła w postaci dipola prądowego, przedstawionego na fig. 1, pomiaru odpowiedzi systemu na pole elektryczne można dokonać dwiema elektrodami, rozmieszczonymi bardzo blisko źródła (rzędu kilku cm), przy bardzo małej znanej odległości miedzy nimi (rzędu kilku cm), dla uniknięcia generowania zbyt dużych napięć. W przypadku odpowiedzi systemu z polem magnetycznym, niewielką poziomą pętlę można umieścić blisko (rzędu kilku cm) źródła. Inną możliwością jest bezpośredni pomiar prądu wejściowego. Układ rejestracyjny stosowany do pomiaru odpowiedzi systemu powinien, korzystnie, mieć te same parametry, co układ wykorzystywany do rejestracji wyników pomiaru ak (xs, xr, t) opisanych równaniem (1) i, jeżeli zapis jest cyfrowy, to wymaga usunięcia interferencji geometrycznych (aliasing). Jeżeli systemy rejestracji nie są identyczne, funkcja przenoszenia pomiędzy obydwoma musi być znana, tak że mogą być wyeliminowane różnice. Wygląda to w sposób następujący.

Przyrząd rejestrujący wykorzystywany do pomiaru odpowiedzi systemu przy źródle ma odpowiedź impulsową r (xs, t), która musi być znana, podczas gdy przyrząd rejestrujący służący do pomiaru ak (xs, xr, t) przy odbiorniku ma odpowiedź r (xr, t), która również musi być znana. Wtedy odpowiedź r (x r, t) może być odniesiona do odpowiedzi r (xs, t) przez równanie:

r (x r, t) = r (x s, t) * f (x s, x r, t), (2) w którym gwiazdka * reprezentuje splot, a f (x s, xr, t), jest transformacją Fouriera funkcji przenoszenia mającą zastosowanie do tych dwóch odpowiedzi. Jeżeli funkcją czasową sygnału wejściowego przy źródle jest hk (xs, t), to wtedy odpowiedzią systemu potrzebną do rozwiązania równania (1) jest sk(xs, xr, t) = hk (xs, t) * r (xr, t). (3)

Odpowiedzią systemu mierzoną środkiem pomiarowym i układem zapisowym przy źródle n będzie sk (xs, xs, t) = hk (xs, t) * r (xs ,t). (4)

Odpowiedź systemu potrzebna do rozwiązania równania (1) otrzymuje się z równań (2), (3) i (4) jako sk (xs, xr, t) = sk (xs, xs, t) * f (xs, xr, t). (5)

Wydzielanie odpowiedzi stanowi tzw. oczyszczanie aktywne (deconvolution), a odbywa się w procesie rozplotu danych. Odpowiedź impulsową gruntu g (xs, xr, t) można estymować, wraz z szumem, na podstawie równania (1), przez wydzielenie odpowiedzi układu na drodze rozplotu (deconvolution), przy danej odpowiedzi impulsowej s_k (x_s, x_r, t). To znaczy, że estymator g (x_s, x_r, t) odpowiedzi impulsowej otrzymuje się przez proces rozplotu równania (1). Na przykład g (x_s, x_r, t) można otrzymać jako filtr najmniejszych kwadratów Wienera, który, będąc w splocie ze znaną funkcją sk (xs, xr, t), daje znaną funkcję ak (xs, xr, t). Wszelkie niepewności co do czasu powstania odpowiedzi są rozstrzygane automatycznie w tym etapie oczyszczania aktywnego, zakładając, że odpowiedź systemu sk (xs, xr, t) i wynik pomiaru ak (xs, xr, t) są prawidłowo zsynchronizowane. Synchronizacja jest ważna, ponieważ parametr czasowy t ma ten sam punkt wyjściowy we wszystkich czterech funkcjach (ak (xs, xr, t), sk (xs, xr, t), g (xs, xr, t) i hk (xs, t)) z równania (1).

Dla poprawienia stosunku sygnału do szumu przy wykorzystaniu zestawu pomiarów, w których k zmienia się na przykład od 1 do n, lepszy estymator g (xs, xr, t) otrzymuje się przez zastosowanie stertowania (stacking). Znaczy to, że udoskonalonym estymatorem jest g(*s*r,t = ~Σ gk^s^r,t). (6) n k=i

Następne przetwarzanie estymowanych odpowiedzi impulsowych g (x_s, x_r, t) i wyświetlanie wyników dla różnych par źródło-odbiornik przeprowadza się z wykorzystaniem metod ogólnie znanych, wykorzystywanych przy badaniach sejsmicznych.

Jeżeli odpowiedź systemowa sk (xs, xr, t) jest identyczne dla wszystkich n pomiarów wykonanych dla danej pary źródło-odbiornik, stertowanie przeprowadza się wpierw, a oczyszczania aktywne w drugiej kolejności.

Odpowiedź impulsowa gruntu, g (xs, xr, t) trwa typowo tylko kilka milisekund lub dziesiątek milisekund. Zatem, w zasadzie w ciągu kilku minut można dokonywać tysięcy powtarzanych pomiarów odpowiedzi.

Wynalazek zilustrowano następującym nie ograniczającym przykładem.

PL 201 670 B1

W ramach projektu THERMIE OG/0305/92/NL-UK Komisji Europejskiej, w latach 1994 i 1996 otrzymano zbiory MTEM danych dotyczących złoża gazu w St. Illiers la Ville, we Francji. Na fig. 3 przedstawiono uproszczony przekrój przez podziemne złoże gazu i przedstawiono złoże z odwiertami monitorującymi. Fig. 4 przedstawia plan profilu MTEM w odniesieniu do brzegu podziemnego „pęcherza gazowego”. Sprzęt, którego użyto do rejestrowania odpowiedzi ak (xs, xr, t) składał się z szesnastu dwukanałowych kaset produkcji Deutsch Montan Technologie. Podczas zbierania danych nie stwierdzono, aby było konieczne rejestrowanie odpowiedzi systemu dla każdej pary źródło-odbiornik. Mówiąc dokładniej, przy tym sprzęcie byłoby niemożliwe prawidłowe pomierzenie odpowiedzi systemu, ponieważ filtry dolnoprzepustowe były niewystarczające do wyeliminowania interferencji danych w czasie trwania próbki 1 ms stosowanym przy rejestracji.

Źródłowym sygnałem wprowadzanym w grunt była w zasadzie zmiana biegunowości prądu o wartości około 30 amperów wytwarzanego przez prądnicę i nadajnik Zonge w przewodzie drutowym o długości 250 m, uziemionym na obu końcach. W rzeczywistości źródłowa funkcja czasu nie była doskonałym skokiem i występowały niewielkie oscylacje, które można było zauważyć na kilku splecionych wartościach pomiarowych odpowiedzi układu zrealizowanego w 1996 r. Jedna z takich wartości jest widoczna na fig. 5. Można zauważyć, że oscylacje systemowe zmieniały się wraz z poziomem prądu, który zmieniał się wraz ze zmianą położenia źródła. Fig. 6 przedstawia w powiększeniu zmierzoną odpowiedź systemową dla trzech różnych poziomów prądu, normalizowaną do wartości maksymalnej. Widoczne jest, że oscylacje różnią się, zależnie od poziom prądu. Innymi słowy, z perspektywy czasu widać, że odpowiedź systemu była w zasadzie różna dla każdej z par źródło odbiornik i wymagała pomiaru. Prawdę mówiąc, nie moż na takiego pomiaru dokonać za pomocą dotychczas dostępnego sprzętu.

Na fig. 7 przedstawiono typowy wynik pomiaru ak (xs, xr, t).

Etap oczyszczania aktywnego 2 nie jest możliwy do stosowania do tych danych, ponieważ odpowiedzi systemu nie były mierzone dla każdej pary źródło-odbiornik. Przy tworzeniu przybliżonego estymatora funkcji odpowiedzi impulsowej przyjmujemy, że odpowiedź ak (xs, xr, t) jest przybliżeniem odpowiedzi, w etapie:

ak (Xs, Xr, t) * H(t) * g (x_s, x_r, t), (7) w którym H(t) jest funkcją Heaviside'a, czyli funkcją skoku. W tym przybliżeniu pomija się oscylacje obserwowane w odpowiedziach systemowych przedstawionych na fig. 6.

Różniczkowanie obu stron równania (7) daje ^dak ^(xs ^{, x}r ^{, t}) dt dH (t) * dt * g^(xs ^{, x}r ^{, t}) ~^δ() * g^(xs ^{, x}r ^{, t}) ~ g^(Xs ^{, X}t^{, t). (8)}

Znaczy to, że pochodna z mierzonej odpowiedzi jest w przybliżeniu równa odpowiedzi impulsowej gruntu. Te estymowane odpowiedzi impulsowe miały błędy synchronizacji rzędu ±3 ms. Te błędy były skutkiem wadliwego działania systemu akwizycji danych, lecz możliwe byłyby do wyeliminowania, gdyby można było mierzyć odpowiedź systemu. W praktyce, błędy taktowania można estymować, ponieważ estymowana odpowiedź impulsowa ma na początku bardzo ostry wyskok, który powinien nadejść w tym samym czasie w przypadku wszystkich odpowiedzi dla tej samej pary źródło-odbiornik. Fig. 8 przedstawia estymator odpowiedzi impulsu gruntu g (x_s ,x_r, t), po złożeniu skorygowanych czasowo odpowiedzi impulsowych gruntu dla jednej pary źródło-odbiornik.

Na fig. 9 przedstawiono równo przesunięty odcinek pochodnej czasowej estymowanych odpowiedzi impulsowych gruntu dla danych z 1994 roku, w którym ustalona jest odległość źródło-odbiornik. Na osi poziomej odmierzana jest odległość między źródłem a odbiornikiem, a na osi pionowej odmierzany jest czas. Widoczny jest wyraźnie efekt zwiększania się rezystywności nad pokładami wypełnionymi gazem. Fig. 10 przedstawia odpowiedni przekrój dla danych z 1996 roku. Również i w tym przypadku efekt zwiększania się rezystywności nad pokładami wypełnionymi gazem jest wyraźnie widoczny. Wystąpiło niewielkie przemieszczenie zawartości wodno-gazowej między październikiem 1994 roku, kiedy złoże było pełne, a sierpniem 1996 roku, kiedy było mniej wypełnione. Odejmowanie odpowiedzi impulsowych gruntu z 1996 roku od odpowiedzi impulsowych z 1996 roku, daje w wyniku różnicę odpowiedzi, i wskazuje, jak zmienia się rezystywność skały przy zmianie zawartości płynu. Fig. 11 ukazuje

PL 201 670 B1 przekrój z jednakowym przesunięciem tych różnic i wyraźnie wskazuje, że w nagle opadającej południowej części złoża 1994 roku było więcej gazu.

Za pomocą tej przybliżonej analizy wykazano, że możliwe jest wykrywanie i lokalizowanie obecności węglowodorów metodą MTEM oraz monitorowanie przemieszczania się płynów w złożu. Na podstawie wszystkich aproksymacji wykonanych przy otrzymywaniu tego wyniku jest jasne, że dużo lepsze wyniki można osiągnąć stosując sposób akwizycji i przetwarzania danych według wynalazku.

Korzystnie, dane powinny być rejestrowane cyfrowo i przetwarzane w komputerze, albo w czasie rzeczywistym, albo po utworzeniu podpowierzchniowej reprezentacji kontrastów rezystywności.

Pomiary MTEM są wykonywane na, lub w pobliżu, powierzchni gruntu, co obejmuje również dno morza. W przypadku pomiarów na dnie morza, lub przy dnie morza, pomiary będą wykonywane w morzy w pobliżu dna morskiego rzeczywistego ze względu na konduktywność wody morskiej.

Z powyższego opisu jasno wynika, że kluczowy dla wynalazku jest pomiar i oczyszczanie aktywne odpowiedzi systemowej sk (xs, xr, t), łącznie z synchronizacją odbiornika dla każdej mierzonej odpowiedzi ak (xs, xr, t) przejściowej, określonej w równaniu. Obejmuje to wszelką jej aproksymację, na przykład jak opasana powyżej w odniesieniu do danych otrzymywanych uprzednio, w której odbywała się aproksymacja oczyszczania aktywnego przez różniczkowanie ak (xs, xr, t), to znajdowane błędy były następnie korygowane.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do odwzorowywania podpowierzchniowych kontrastów rezystywności, i system do odwzorowywania podpowierzchniowych kontrastów rezystywności.

Wynalazek znajduje zastosowanie przy lokalizowaniu i rozpoznawaniu podziemnych złóż płynów, na przykład węglowodorów i wody.

Znane rozwiązania przedstawione są na przykład w następujących dokumentach:

[1] McNeill, J.D., 1999, Principles and application of time domain electromagnetic techniques for resistivity sounding (Zasady i stosowanie metod elektromagnetycznych dziedziny czasowej w przypadku sondowania rezystywności), Technical Note TN-27, Geonics Ltd.

[2] Zhdanov, M.S., i Keller, G.V., 1994, The geoelectrical methods in geophysical exploration (Metody geoelektryczne w poszukiwaniach geofizycznych): Elsevier.

[3] Eaton, P.A., i Hohmann, G.W., 1989, A rapid inversion technique for transient electromagnetic soundings (Szybka metoda inwersyjna w sondowaniu z elektromagnetycznymi stanami przejściowymi): Physics of the Earth and Planetary Interiors, 53, 384-404.

[4] Strack. K.-M, 1992, Exploration with deep transient electromagnetics (Poszukiwania z głębokimi elektromagnetycznymi stanami przejściowymi): Elsevier

[5] Christensen, N.B., 2002, A generic 1-D imaging method for transient electromagnetic data (Ogólna metoda obrazowania jednowymiarowego danych przejściowych stanów elektromagnetycznych): Geophysics, 67, 438-447.

[6] Strack, K.M., 1985, Das Transient-Elektromagnetische Tiefensondierungsverfahren angewandt auf die Kohlenwasserstoff- und Geothermie-Exploration (Metody sondowania głębokiego z elektromagnetycznymi stanami przejściowymi stosowane w poszukiwaniach węglowodorów i poszukiwaniach geotermicznych, w: Ebel, A., Neubauer, F.M., Raschke, E., i Speth, P., (Wyd.), Mitteilungen aus dem Institut fur Geophysik und Meteorologie der Universitat zu Koln (Doniesienia z Instytutu Geofizyki i Meteorologii Uniwersytetu w Kolonii) 42.

[7] Cheesman, S.J., Edwards, R.N., i Law, L.K., 1990, A test of a short-base-line seafloor transient electromagnetic system (Badanie systemu elektromagnetycznych stanów przejściowych z krótką linią podstawową w przypadku dna morskiego): Geophysical Journal International, 103, 2, 43143 7.

[8] Cairns, G.W., Evans, R.L. & Edwards, R.N., 1996. A time domain electromagnetic survey of the TAG hydrothermal mound (Badania elektromagnetyczne w dziedzinie czasowej kopca hydrotermicznego TAG), Geophys.Res.Lett., 23,3455-3458.

[9] Cheesman, S. J., Edwards, R. N., i Chave, A. D., 1987, On the theory of sea-floor conductivity mapping using transient electromagnetic systems (O teorii odwzorowywania przewodnictwa dna morskiego z wykorzystaniem układów elektromagnetycznych stanów przejściowych): Geophysics, 52, 204217.

[10] Yu, L., Evans, R.L., i Edwards, R.N., 1997, Transient electromagnetic responses in seafloor with triaxial anisotropy (Odpowiedzi elektromagnetycznych stanów przejściowych dna morskiego z anizotropi¹ trójosiow¹): Geophysical Journal International, 129, 300-306.

[11] Eidesmo, T., Ellingsrud, S., MacGregor, L.M., i Constable, S., Sinha, M.C., Johansen, S., Kong, F.N., i Westerdahl, H., 2002, Sea Bed Logging (SBL), a new method for remote and direct Identification of

PL 201 670 B1 hydrocarbon filled layers in deepwater areas (Rejestracja dna morskiego (SBL-Sea Bed Logging), nowa metoda zdalnej i bezpośredniej identyfikacji wypełnionych węglowodorami warstw w obszarach głebinowych): First Break, 20, 144-152.

[12] MacGregor, L.M., Constable, S., i Sinha, M.C., 1998, The RAMESSES experiment III. Controlled-source electromagnetic sounding of the Reykjanes Ridge at 57 45N (Eksperyment RAMESSES III. Elektromagnetyczne sondowanie ze sterowanym źródłem, grzbietu Reykjanes Ridge na współrzędnych 57 45N): Geophysical Journal International, 135, 773-789.

[13] MacGregor, L.M., Sinha, M.C., i Constable, S., 2001, Electrical resistivity structure of the Valu Fa Ridge, Lau basin, from marinę controlled source electromagnetic sounding (Struktura elektrycznej rezystywnooeci grzbietu Valu Fa Ridge, Lau basin, na podstawie morskiego sondowania elektromagnetycznego ze sterowanym źródłem), Geophys. J. Int., 146, 217-236.

[14] Ziolkowski, A., Hobbs, B.A., Andrieux, P., Riiter, H., Neubauer, F., i Hordt, A., 1998. Delineation and monitoring of reservoirs using seismic and electromagnetic methods (Wykreślne przedstawianie i monitorowanie zbiorników z użyciem metod sejsmicznych i elektromagnetycznych): Project Number OG/0305/92/NL-UK, Final Technical Report to European Commission, May 1998.

[15] Wright, D.A., Ziolkowski, A., i Hobbs, B.A:; 2001, Hydrocarbon detection with a multichannel transient electromagnetic survey (Detekcja węglowodorów z wielokanałowym skanowaniem elektromagnetycznych stanów przejściowych: Expanded. Abstracts 71st SEG Meeting, 9-14 September, San Antonio, str. 1435-1438.

Claims (19)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób odwzorowywania podpowierzchniowych kontrastów rezystywności, obejmujący realizowanie wielokanałowych pomiarów elektromagnetycznych stanów przejściowych MTEM z wykorzystaniem przynajmniej jednego źródła i środków odbiorczych dla pomiaru odpowiedzi systemowej oraz pomiaru odpowiedzi systemowej dla pary lub każdej pary źródło-odbiornik, znamienny tym, że pomiar wynikowej odpowiedzi gruntu przeprowadza się za pomocą środków odbiorczych z zastosowaniem procesu rozplotu zmierzonego sygnału do zmierzonej odpowiedzi systemowej z pary lub każdej pary źródło-odbiornik i odzyskuje się przyporządkowaną elektromagnetyczną impulsową odpowiedź gruntu, a następnie wyświetla się te odpowiedzi impulsowe lub ich transformacje i tworzy się podpowierzchniową reprezentację kontrastów rezystywności.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odpowiedź impulsową gruntu otrzymuje się z równania:

   ak (xs, xr, t) = sk (xs, xr, t) * g (xs, xr, t) +nk (xr, t) gdzie k oznacza k-ty pomiar w zbiorze wyników pomiarów dla danej pary źródło-odbiornik, ak (xs, xr, t) jest to zmierzona odpowiedź na stan przejściowy dla danej pary źródło-odbiornik pomiarów MTEM, * oznacza splot, sk (xs, xr, t) oznacza odpowiedź systemową, g (xs, xr, t) jest odpowiedzią impulsową gruntu, i jest ustalona dla danej pary źródło-odbiornik, a nk (xr, t) jest nieskorelowanym szumem elektromagnetycznym w odbiorniku.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się źródło zawierające prąd w przewodzie drutowym uziemionym na każdym końcu oraz odbiornik zawierający urządzenie do pomiaru różnicy potencjałów pomiędzy dwoma uziemionymi elektrodami.
4. 4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się źródło zawierające prąd w przewodzie drutowym uziemionym na każdym końcu oraz odbiornik zawierający urządzenie do pomiaru prądu indukowanego w przynajmniej jednej poziomej pętli.
5. 5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się źródło zawierające przynajmniej jedną prądową pętlę oraz odbiornik zawierający urządzenie do pomiaru różnicy potencjałów pomiędzy dwoma uziemionymi elektrodami.
6. 6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się źródło zawierające przynajmniej jedną prądową pętlę i odbiornik zawierający urządzenie do pomiaru prądu indukowanego w przynajmniej jednej pętli odbiorczej.
7. 7. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się źródło zawierające prąd w przewodzie drutowym uziemionym na każdym końcu, a odpowiedź systemową mierzy się za pomocą miernika prądu do pomiaru prądu w przewodzie drutowym.

   PL 201 670 B1
8. 8. Sposób wed ł ug zastrz. 2, znamienny tym, ż e stosuje się ź ródł o zawierają ce przynajmniej jedną prądową pętlę, a odpowiedź systemową mierzy się za pomocą miernika prądowego do pomiaru prądu w pętli.
9. 9. Sposób według zastrz. 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7 albo 8, znamienny tym, ż e odpowiedź systemową mierzy się za pomocą systemu rejestrującego mającego te same parametry charakterystyczne jak system wykorzystywany do rejestracji pomiaru wartości odpowiedzi ak (xs, xr, t).
10. 10. Sposób według zastrz. 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7 albo 8, znamienny tym, że odpowiedź systemową mierzy się za pomocą systemu rejestrującego mającego inne parametry charakterystyczne niż system wykorzystywany do rejestracji pomiaru wartości odpowiedzi ak (xs, xr, t), przy czym te różnice eliminuje się z wykorzystaniem transformaty Fouriera jako funkcji przenoszenia między tymi dwoma systemami rejestracyjnymi.
11. 11. Sposób według zastrz. 2 do 10, znamienny tym, że estymatę impulsowej odpowiedzi gruntu z szumem otrzymuje się w procesie rozplotu wymienionego równania.
12. 12. Sposób według zastrz. 2 do 10, znamienny tym, że przebiegi przejściowe poddaje się stertowaniu, a estymatę impulsowej odpowiedzi gruntu otrzymuje się w procesie rozplotu odpowiedzi systemowej.
13. 13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że estymatę impulsowej odpowiedzi gruntu poprawia się przez stertowanie estymowanych odpowiedzi impulsowych.
14. 14. Sposób według zastrz. 2 do 13, znamienny tym, że mierzoną odpowiedź systemową i przyporządkowane jej zmierzone przebiegi przejściowe synchronizuje się.
15. 15. Sposób według zastrz. 2 do 13, znamienny tym, że mierzy się i kompensuje wszelkie różnice czasu początkowego między zmierzoną odpowiedzią systemu a odpowiednim zmierzonym przebiegiem przejściowym.
16. 16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wielokanałowe pomiary elektromagnetycznych stanów przejściowych MTEM przeprowadza się na powierzchni gruntu.
17. 17. Sposób według zastrz. 1 do 15, znamienny tym, że wielokanałowe pomiary elektromagnetycznych stanów przejściowych MTEM przeprowadza się na, lub w pobliżu, powierzchni dna morskiego powierzchni ziemi.
18. 18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że odpowiedź systemowa jest w przybliżeniu stopniem, a aproksymację do procesu rozplotu tworzy się przez różniczkowanie.
19. 19. Urządzenie do odwzorowywania podpowierzchniowych kontrastów rezystywności, zawierające środki realizowania wielokanałowych pomiarów elektromagnetycznych stanów przejściowych MTEM, zawierające przynajmniej jedno źródło, środki odbiorcze do pomiaru odpowiedzi systemowych, środki przetwarzania do pomiaru odpowiedzi systemowej dla pary lub każdej pary źródło-odbiornik i ś rodki wyświetlania takich odpowiedzi lub dowolnej transformacji takich odpowiedzi, z utworzeniem podpowierzchniowej reprezentacji kontrastów rezystywności, znamienne tym, że jest zaopatrzone w przynajmniej jeden odbiornik do pomiaru wynikowej odpowiedzi gruntu, w ś rodki przetwarzania do przeprowadzania procesu rozplotu zmierzonego sygnału do zmierzonej odpowiedzi systemowej z pary lub każdej pary źródło-odbiornik dla odzyskania przyporządkowanej elektromagnetycznej impulsowej odpowiedzi gruntu oraz w środki wyświetlające dla utworzenia podpowierzchniowej reprezentacji z tych impulsowych odpowiedzi.