Способ и система морской разведки

Циолковски Энтони Марьян (GB) Способ устранения влияний воздушной волны из данных морской электромагнитной разведки,включающий размещение в воде электромагнитного источника и по меньшей мере одного приемника, измерение электромагнитного отклика на первом расстоянии источник-приемник, определение масштабированной версии отклика воздушной волны на таком расстоянии источникприемник, при котором "земляной" отклик пренебрежимо мал, и использование масштабированного отклика воздушной волны для определения "земляного" отклика, измеренного на первом расстоянии. При использовании этого способа может быть достигнута улучшенная оценка "земляного" отклика. 016986 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к способу устранения сигнала воздушной волны из данных морской электромагнитной разведки. Изобретение в особенности относится к методике ослабления влияния воздушной волны на результаты многоканальных измерений при морской электромагнитной разведке методом множественных переходных процессов (МТЕМ: Multi-Transient Electromagnetic Method - электромагнитная разведка методом множественных переходных процессов). Предшествующий уровень техники Пористые породы насыщены флюидами. Эти флюиды могут представлять собой воду, газ, нефть или смесь всех трех субстанций. Протекание тока в земле определяется удельными электрическими сопротивлениями таких пород, а на величину этих сопротивлений влияют насыщающие флюиды. Так, например, пористые породы, насыщенные рассолом, обладают значительно меньшим удельным сопротивлением, чем те же самые породы, наполненные углеводородами. И, замеряя удельные сопротивления геологических формаций, можно определить наличие в них углеводородов. Следовательно, измерения удельного сопротивления для определения наличия углеводородов можно проводить на стадии геологоразведки - до бурения. Известны различные методики измерения удельного сопротивления геологических формаций; к ним относится, например, методика электромагнитных измерений во временной области, описанная в документе WO 03/023452, содержание которого включено в настоящий текст посредством ссылки. Обычно при электромагнитной разведке во временной области используются передатчик и один или несколько приемников. Передатчик может представлять собой электрический источник, то есть заземленный диполь, или магнитный источник, то есть ток в одновитковой или многовитковой рамочной антенне. В качестве приемников могут применяться заземленные диполи для измерения разности потенциалов, а также одновитковые и многовитковые рамочные антенны или магнитометры для измерения величин магнитных полей и/или временных производных магнитных полей. Переданный сигнал часто формируется ступенчатым изменением тока в электрическом или магнитном источнике, но может использоваться любой сигнал переходного процесса, включая, например, псевдослучайную двоичную последовательность. Измерения могут проводиться на суше или в водной среде. На фиг. 1 показана типовая схема морской электромагнитной разведки методом переходных процессов. В ней имеется расположенный на дне или вблизи от дна моря дипольный токовый источник со средней точкой xs для передачи сигнала переходных процессов при протекании тока между двумя электродами. В качестве временной зависимости сигнала может применяться простое ступенчатое изменение тока или более сложная функция, например псевдослучайная двоичная последовательность. Отклик системы земля-вода замеряется линией дипольных приемников, расположенных на дне или вблизи от дна моря; каждый приемник характеризуется положением своей средней точки xr и замеряет разность потенциалов между парой электродов. Все эти электроды располагаются существенно в одной вертикальной плоскости. На практике электромагнитный сигнал, созданный источником фиг. 1, может прийти к электродам приемников по трем траекториям, а именно: непосредственно через землю, непосредственно через воду или через воду, воздух и снова воду. Сигнал, переданный по этой третьей траектории, называется воздушной волной. На глубокой воде влияние воздушной волны пренебрежимо мало. На мелкой воде, напротив, пренебрежимо слаб сигнал, переданный через воду, а воздушная волна может оказывать значительное влияние, затрудняя тем самым интерпретацию собранных данных. Сущность изобретения Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается способ устранения влияний воздушной волны из данных морской электромагнитной разведки, включающий размещение в воде источника и по меньшей мере одного приемника, измерение электромагнитного отклика на первом расстоянии источник-приемник, определение масштабированной версии отклика воздушной волны на таком расстоянии источник-приемник, при котором "земляной" отклик пренебрежимо мал, и использование масштабированного отклика воздушной волны для определения "земляного" отклика, измеренного на первом расстоянии. Этап определения масштабированной воздушной волны может включать измерение или оценку отклика воздушной волны. Для импульсного тока источника отклик воздушной волны при больших, сравнительно с глубиной воды, расстояниях спадает приблизительно пропорционально кубу расстояния источник-приемник, в то время как отклик составляющей, идущей непосредственно через землю, спадает приблизительно пропорционально пятой степени расстояния источник-приемник. Следовательно, при очень больших удалениях основную часть суммарного отклика дает воздушная волна. В таком случае, путем измерения электромагнитного отклика на больших расстояниях источник-приемник, где "земляной" отклик пренебрежимо мал, можно определить меру влияния воздушной волны на этом расстоянии источник-приемник. Это - масштабированная версия отклика воздушной волны при первом расстоянии замера источникприемник; она может быть использована для устранения из измеренных данных влияния воздушной волны и, следовательно, для более точного замера "земляного" отклика на первом расстоянии источникприемник.-1 016986 Использование масштабированного отклика воздушной волны для определения "земляного" отклика может включать нахождение обратного фильтра f(t) масштабированного отклика воздушной вол; свертку этого обратного фильтра f(t) с данными замеров x(t) для сжатия воздушной волны в ны импульс; устранение импульса воздушной волны из результата свертки с данными воздушной волны и для восстановления "земсвертку результата с масштабированной определенной воздушной волной ляного" отклика без воздушной волны. Предпочтительно, чтобы источник представлял собой токовый диполь или магнитную рамочную антенну. Предпочтительно, чтобы приемник представлял собой дипольный приемник или магнитную рамочную антенну. Предпочтительно, чтобы источник и приемник располагались на дне или вблизи от дна моря. Электромагнитные измерения в данном случае представляют собой электромагнитные измерения переходных процессов; то есть отклик на входной сигнал источника должен достигать существенно установившейся величины до окончания измерения. Предпочтительно, чтобы большее расстояние источник-приемник было приблизительно в пять или более раз больше, чем меньшее расстояние. В идеале оба расстояния источник-приемник должны быть по меньшей мере в пять раз больше, чем глубина воды. Большее расстояние источник-приемник выбирается так, чтобы "земляной" отклик, измеренный приемником, по существ, был равным нулю. Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается компьютерная программа, предпочтительно записанная на машиночитаемом носителе или накопителе данных, для устранения влияний воздушной волны из данных морской электромагнитной разведки, измеренных с использованием по меньшей мере одного источника и по меньшей мере одного приемника, причем эта компьютерная программа включает код или команды использования отклика воздушной волны на таком расстоянии источник-приемник, при котором величина "земляного" отклика пренебрежимо мала, для устранения отклика воздушной волны из измерений на более коротком расстоянии источник-приемник, позволяя тем самым определить "земляной" отклик. Предпочтительно, чтобы большее расстояние было приблизительно в пять или более раз больше,чем меньшее расстояние. Большее расстояние предпочтительно выбирается так, чтобы "земляной" отклик, измеренный приемником, по существу был равным нулю. Предпочтительно, чтобы программа включала код или команды для вычитания определенной воздушной волны из измерения на меньшем расстоянии. Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предлагается система для определения "земляного" отклика на электромагнитный сигнал, включающая в себя размещенные в воде электромагнитный источник и по меньшей мере один приемник, выполненная с возможностью измерения электромагнитного отклика на первом расстоянии источник-приемник, определения отклика воздушной волны или его масштабированной версии на таком расстоянии источник-приемник, при котором величина "земляного" отклика пренебрежимо мала, и использования определенного отклика воздушной волны для определения "земляного" отклика, измеренного на первом расстоянии. Система может быть выполнена с возможностью использования отклика воздушной волны для определения "земляного" отклика путем нахождения обратного фильтра f(t) масштабированного отклика воздушной волны, свертки фильтра f(t) с откликом, измеренным на первом расстоянии источникприемник, для получения результата, включающего импульс воздушной волны, удаления импульса возвоздушной волны душной волны из результата свертки и свертки остатка с определенным откликом для восстановления "земляного" отклика на первом расстоянии источник-приемник без воздушной волны. Система может быть выполнена с возможностью определения "земляного" отклика посредством измерения или оценки отклика воздушной волны. Большее расстояние может быть приблизительно в пять или более раз больше, чем меньшее расстояние. Оба расстояния могут быть по меньшей мере в пять раз больше, чем глубина воды. Большее расстояние может быть выбрано так, чтобы "земляной" отклик, измеренный приемником,по существу, был равным нулю. Источник может представлять собой токовый диполь или магнитную рамочную антенну. Приемник может представлять собой дипольный приемник или магнитную рамочную антенну. Источник и приемник могут располагаться на дне или вблизи от дна моря. Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предлагается способ измерения электромагнитного отклика, включающий расположение электромагнитного источника и по меньшей мере одного электромагнитного приемника под водой, передачу электромагнитного сигнала от источника к приемнику, причем переданный сигнал включает "земляную" составляющую и составляющую воздушной волны,а приемник размещают относительно источника так, чтобы измеренный отклик по существу определялся-2 016986 воздушной волной. Для всех аспектов настоящего изобретения переданный сигнал может быть сформирован ступенчатым изменением тока в электрическом или магнитном источнике, хотя может использоваться любой сигнал переходного процесса, включая, например, псевдослучайную двоичную последовательность. Перечень фигур чертежей Различные особенности настоящего изобретения будут описаны ниже исключительно на примерах со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых представлены: Фиг. 2 изображает схему системы фиг. 1. На фиг. 3 показан импульсный отклик на 2 км для схемы фиг. 2, при удельном сопротивлении земли 1 Омм; на фиг. 3(a) показан отклик в масштабе 9 с, а на фиг. 3(b) показан тот же отклик в масштабе 1 с. На фиг. 4 показан импульсный отклик на удалении 10 км для удельного сопротивления полупространства под слоем воды 100 м, равного 1 Омм, при расположении дипольных источника и приемника на морском дне; на фиг. 4 (а) показан отклика в масштабе 9 с, а на фиг. 4 (b) показан тот же отклик в масштабе 1 с. На фиг. 5 показаны импульс морского отклика, импульс "земляного" отклика и воздушная волна для измерений на удалении 2 км и на фиг. 6(a) и (b) показан результат устранения воздушной волны из импульсного отклика фиг. 3. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Настоящее изобретение предлагает способ устранения влияния воздушной волны из данных морской мелководной электромагнитной разведки. Изобретение иллюстрируется с использованием схемы фиг. 2, на которой показан слой морской воды глубиной d и удельного сопротивления pw, перекрывающий однородное изотропное полупространство. Дипольный источник расположен на морском дне, и электрическое поле вдоль линии наблюдений рассчитано для положения приемника на морском дне на некотором удалении r от источника. Для примера принято, что толщина слоя воды равна 100 м, его удельное сопротивление 0,3 Омм, а удельное сопротивление полупространства 1 Омм. На фиг. 3 показан импульсный отклик на 2 км для схемы фиг. 2. На фиг. 3(a) показан отклик в масштабе 9 с, а на фиг. 3(b) показан тот же отклик в масштабе 1 с. Острый начальный пик возникает через 0,008 с и имеет амплитуду 1,82 Е-10 В/м/с. Это воздушная волна. У нее конечное время подъема до пикового значения и длинный "хвост". На фиг. имеется и второй, намного более широкий пик, возникающий примерно через 0,45 с и имеющий амплитуду 2,4 Е-11 В/м/с. Это пик "земляного" отклика. Задача заключается в разделении импульсов отклика воздушной волны и земли. После восстановления из свертки отклика системы для данного удаления, величины импульсного отклика, являющиеся нешумовыми, могут быть выражены следующим образом: где a(t) - это импульсный отклик воздушной волны, a g(t) - импульсный отклик земли, причем g(0) = 0. Соответствующая методика восстановления из свертки описана, например, в работе Д. Райта (Wright,D.) с сотрудниками "Hydrocarbon detection and monitoring with a multichannel transient electromagnetic(MTEM) survey": The Leading Edge, 21, 852-864. Предполагается, что импульс воздушной волны является минимально фазовым. Это означает, что импульс дает воздушная волна без воды, а эффекты распространения в воде должны выражаться коэффициентами, содержащими экспоненты спада, которые являются минимально фазовыми. Принимается оценка Это оценка формы, но точная амплитуда А воздушной волны неизвестна. Далее должен быть найден такой фильтр f(t), чтобы где звездочка обозначает свертку, a (t) - это импульсная функция: Как отмечено выше, предполагается, что a(t) и, следовательно,являются минимально фазовыми. Таким образом, обратный фильтр f(t) является нешумовым, физически осуществимым и минимально фазовым, то есть он существует только для t0 и имеет конечную амплитуду. Выполнив свертку фильтра f(t) с данными, получим-3 016986 Теперь, просто приняв t0, мы устраняем воздушную волну; таким образом: Теперь можно произвести свертку этого результата с что позволяет восстановить замеренный импульс отклика земли, но уже без воздушной волны. Это то, что нужно, и оказывается, что неизвестный амплитудный коэффициент А не важен. Следовательно,импульс отклика земли может быть определен просто исходя из оценки или меры формы воздушной волны. не может быть использовано. Ввиду наличия помех точное обращение Первое выражение (1) переписывается для включения помех: Далее, для определения нового фильтра f1 (t) выражение (2) модифицируется так, чтобы где d(t) - это импульс с ограниченной полосой, интеграл которого равен единице, например, гауссос частотой , близкой к наивысшей представляющей интерес ва функция вида частоте в данных, и временем задержки r, введенным для того, чтобы сделать f1(t) нешумовым. Интеграл от d(t) равен 1. Произведя свертку этого фильтра с данными, получаем Значениевыбирается возможно большим, но не настолько большим, чтобы чрезмерно усилились высокочастотные составляющие помех. Тогда Функция y(t) приравнивается нулю для То есть Приближенно обратной функцией для f1(t) является выражением (9). Далее, после свертки За исключением известной временной задержки , это то, что требуется, плюс помехи. Временную задержку легко можно удалить. Форму воздушной волны можно оценить посредством рассмотрения достаточно большого, по сравнению с данным, удаления, при котором сравнительно велико ослабление "земляного" отклика. Исходя из предположения о том, что, начиная с определенной величины удаления, форма воздушной волны не зависит от удаления для одномерного (1-D) "земляного" отклика, выдвинута гипотеза о возможности замера почти чистой воздушной волны при условии достаточной величины удаления и ограниченности временного окна. Это дает оценку формы воздушной волны, и эта оценка описанным выше способом позволяет устранить влияние воздушной волны на измерение расстояний источник-приемник. На фиг. 4 показан импульсный отклик на удалении 10 км для удельного сопротивления полупространства под 100 м воды, равного 1 Омм, при расположении дипольного источника и приемника на морском дне. На фиг. 4 (а) показан отклик в масштабе 9 с, а на фиг. 4 (b) показан тот же отклик в масштабе 1 с. Острый начальный пик возникает через 0,008 с и имеет амплитуду 1,46 Е-12 В/м/с. Различимого второго пика не наблюдается. Следует отметить, что пик от воздушной волны появляется точно в то же время, что и импульсный отклик на удалении 2 км. На фиг. 5 показаны импульс морского отклика, импульс "земляного" отклика и воздушная волна для измерений на удалении 2 км. Импульс "земляного" отклика был получен по вышеописанной схеме; воздушная волна была получена путем вычитания импульса "земляного" отклика из импульса морского отклика. Меру качества данного результата дает сравнение восстановленного импульса отклика с аналитической функцией импульсного отклика полупространства с удельным сопротивлением 1 Омм на удалении 2 км. На фиг. 6 показан результат устранения воздушной волны из импульсного отклика фиг. 3. Этот результат очень близок к аналитической функции импульсного отклика полупространства с удель-4 016986 ным сопротивлением 1 Омм. В частности, хорошо согласуются времена и амплитуды пиков этих двух функций. Настоящее изобретение предлагает очень простую и эффективную методику устранения влияния воздушной волны из данных, замеренных методом МТЕМ. Кратко эта методика может быть изложена следующим образом: оценивают форму воздушной волны с использованием сигнала воздушной волны на большом расстояния источник-приемник и на основе сделанной оценки воздушной волны находят фильтр f(t). Далее производится свертка этого фильтра с данными замеров x(t). В результате получают очень беспорядочные данные, но при времени t =них имеется очень острый пик. Это воздушная волна. Далее пик воздушной волны вырезается. Оставшиеся данные возвращают в их исходную форму посредством свертки с масштабированной воздушной волной a(t). Эта операция обращает эффект свертки с фильтром f(t). Результатом являются исходные данные, то есть "земляной" отклик, но без воздушной волны. Полученные таким образом данные могут обрабатываться согласно настоящему изобретению с использованием любого подходящего оборудования и программного обеспечения. Специалисту понятно, что возможны модификации раскрытых вариантов осуществления настоящего изобретения, не выходящие за его объем. Соответственно, вышеприведенное описание конкретного варианта осуществления дано только для примера и не имеет ограничительной цели. Специалисту понятно, что при осуществлении изобретения возможны небольшие модификации, не вносящие значительных изменений в описанную методику. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ определения земляного отклика на электромагнитный сигнал, предусматривающий использование размещенного в воде источника для передачи электромагнитного сигнала по меньшей мере одному размещенному в воде приемнику, в котором измеряют первый электромагнитный отклик на первом расстоянии источник-приемник; измеряют второй электромагнитный отклик на большем втором расстоянии источник-приемник, при котором земляной отклик пренебрежимо мал, определяют по второму электромагнитному отклику отклик воздушной волны на втором расстоянии источник-приемник и используют определенный отклик воздушной волны и измеренный первый электромагнитный отклик для определения земляного отклика на первом расстоянии источник-приемник, причем земляной отклик содержит сигнал, переданный по траектории непосредственно через землю. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что использование определенного отклика воздушной волны и измеренного первого электромагнитного отклика для определения земляного отклика включает нахождение обратного фильтра f(t) определенного отклика воздушной волны; свертку фильтра f(t) с откликом, измеренным на первом расстоянии источник-приемник, для получения результата, включающего импульс воздушной волны; удаление импульса воздушной волны из результата свертки и свертку освоздушной волны для восстановления земляного отклика на пертатка с определенным откликом вом расстоянии источник-приемник без воздушной волны. 3. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что определение земляного отклика включает измерение или оценку отклика воздушной волны на втором расстоянии источникприемник. 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что определение отклика воздушной волны включает оценку ее формы. 5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что второе расстояние источник-приемник приблизительно в пять или более раз больше, чем первое расстояние источникприемник. 6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что как первое, так и второе расстояния источник-приемник по меньшей мере в пять раз больше, чем глубина воды. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что второе расстояние источник-приемник выбирают так, чтобы земляной отклик, измеренный приемником, по существу, был равным нулю. 8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что источник представляет собой токовый диполь или магнитную рамочную антенну. 9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что приемник представляет собой дипольный приемник или магнитную рамочную антенну. 10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что источник и приемник размещают на дне или вблизи от дна моря. 11. Система для определения земляного отклика на электромагнитный сигнал, включающая в себя размещенные в воде электромагнитный источник, по меньшей мере один приемник, выполненный с возможностью измерения первого электромагнитного отклика на первом расстоянии источник-приемник и с возможностью измерения второго электромагнитного отклика на втором расстоянии источник-приемник,-5 016986 при котором земляной отклик пренебрежимо мал, и процессор, выполненный с возможностью определения по второму электромагнитному отклику воздушной волны на втором расстоянии источник-приемник и с возможностью использования определенного отклика воздушной волны и измеренного первого электромагнитного отклика для определения земляного отклика на первом расстоянии источник-приемник,причем земляной отклик содержит сигнал, переданный по траектории непосредственно через землю. 12. Система по п.11, отличающаяся тем, что процессор выполнен с возможностью использования определенного отклика воздушной волны и измеренного первого электромагнитного отклика для опревозделения земляного отклика путем нахождения обратного фильтра f(t) определенного отклика душной волны; свертки фильтра f(t) с откликом, измеренным на первом расстоянии источник-приемник,для получения результата, включающего импульс воздушной волны; удаления импульса воздушной волвоздушной волны для восны из результата свертки и свертки остатка с определенным откликом становления земляного отклика на первом расстоянии источник-приемник без воздушной волны. 13. Система по п.11 или 12, отличающаяся тем, что процессор выполнен с возможностью определения земляного отклика посредством определения отклика воздушной волны на первом расстоянии источник-приемник. 14. Система по любому из пп.11-13, отличающаяся тем, что второе расстояние источник-приемник приблизительно в пять или более раз больше, чем первое расстояние источник-приемник. 15. Система по любому из пп.11-14, отличающаяся тем, что как первое, так и второе расстояния источник-приемник по меньшей мере в пять раз больше, чем глубина воды. 16. Система по любому из пп.11-15, отличающаяся тем, что второе расстояние источник-приемник выбрано так, чтобы земляной отклик, измеренный приемником, по существу, был равным нулю. 17. Система по любому из пп.11-16, отличающаяся тем, что источник представляет собой токовый диполь или магнитную рамочную антенну. 18. Система по любому из пп.11-17, отличающаяся тем, что приемник представляет собой дипольный приемник или магнитную рамочную антенну. 19. Система по любому из пп.11-18, отличающаяся тем, что источник и приемник расположены на дне или вблизи от дна моря. 20. Машиночитаемый носитель с сохраненной на нем компьютерной программой, служащей для обработки данных морской электромагнитной разведки, измеренных с использованием по меньшей мере одного источника и по меньшей мере одного приемника, с целью устранения влияний воздушной волны и включающей код или команды использования отклика воздушной волны на втором расстоянии источник-приемник, при котором величина земляного отклика пренебрежимо мала, для устранения отклика воздушной волны из измерений на более коротком первом расстоянии источник-приемник, обеспечивая тем самым возможность определения земляного отклика, причем земляной отклик содержит сигнал, переданный по траектории непосредственно через землю. 21. Машиночитаемый носитель по п.20, отличающийся тем, что сохраненная на нем компьютерная воздушной волны на втопрограмма сформирована для нахождения обратного фильтра f(t) отклика ром расстоянии источник-приемник, при котором величина земляного отклика пренебрежимо мала,свертки фильтра f(t) с измеренным откликом на более коротком первом расстоянии источник-приемник для получения результата, включающего импульс воздушной волны, устранения импульса воздушной волны из результата свертки и свертки остатка с определенным откликом воздушной волны для восстановления земляного отклика на более коротком первом расстоянии источник-приемник без воздушной волны. 22. Машиночитаемый носитель по п.20 или 21, отличающийся тем, что сохраненная на нем программа включает код или команды для оценки отклика воздушной волны на втором расстоянии источник-приемник, при котором величина земляного отклика пренебрежимо мала. 23. Способ измерения электромагнитного отклика, в котором размещают электромагнитный источник и по меньшей мере один электромагнитный приемник под водой, передают электромагнитный сигнал от источника к приемнику, причем переданный сигнал включает земляную составляющую, сигнал которой передается по траектории непосредственно через землю, и составляющую воздушной волны,сигнал которой передается по траектории через воду, воздух и снова воду, а приемник размещают относительно источника так, чтобы измеренный отклик, по существу, определялся воздушной волной.