專利名稱：：用于確定電磁勘探傳感器取向的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明大體上涉及電磁地球物理勘探的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及用于準確地確定被部署為執(zhí)行此類勘探的電磁傳感器的取向的方法。
背景技術(shù)：
：電磁勘探系統(tǒng)和方法提供關(guān)于地下(subsurface)地層的多種數(shù)據(jù)；包括例如地球的地下中的電阻率的空間分布。除其它目的之外，解釋并評估此類數(shù)據(jù)是為了改善來自給定儲層(reservoir)或場的油和氣生產(chǎn)的預測，檢測新的油和氣藏，提供地下地層和儲層的圖片或模型以便促進碳氫化合物的去除，和/或降低風險或以其它方式增強井定位的過程。受控源電磁(“CSEM”)勘探包括向地下地球地層中注入(impart)電流或磁場(通過海洋勘探中的海床或通過鉆孔勘探中的井內(nèi)流體)并測量在設(shè)置在地球表面附近、海床上或鉆孔中的電極、天線和/或磁強計中感生的電壓和/或磁場。電壓和/或磁場是響應于注入地球地下中的電流和/或磁場而感生的，并且在地球內(nèi)的電阻率的分布、感生極化等方面來解釋所記錄的信號。本領(lǐng)域中已知的受控源勘探通常包括向地下注入連續(xù)的交流電流。該交流電流可以具有一個或多個選定頻率。此類勘探稱為頻域受控源電磁(f-CSEM)勘探。例如Sinha、Μ.C.Patel、P.D.、Unsworth>Μ.J.、Owen、Τ.R.Ε.禾口MacCormack、Μ.G.R.等人在1990年白勺Anactivesourceelectromagneticsoundingsystemformarineuse,MarineGeophysicalResearch,12，29-68.中描述了f-CSEM勘探技術(shù)。描述電磁地下勘探的物理學和解釋的其它出版物包括Edwards,R.N.，Law,L.K.，ffolfgram,P.A.，Nobes,D.C.,Bone,Μ.N.,Trigg,D.F.,andDeLaurier,J.Μ.,1985,FirstresultsoftheMOSESexperiment:Seasedimentconductivityandthicknessdetermination，ButeInlet，BritishColumbia,bymagnetometrieoffshoreelectricalsounding:Geophysics50,No.1,153-160；Edwards,R.N.,1997,Ontheresourceevaluationofmarinegashydratedepositsusingthesea-floortransientelectricdipole-dipolemethod·.Geophysics,62,No.1,63-74；Chave,A.D.,Constable,S.C.禾口Edwards,R.N.,1991,Electricalexplorationmethodsfortheseafloor:InvestigationingeophysicsNo3,Electromagneticmethodsinappliedgeophysics,vol.2,application,partB,931-966；Lii1^Cheesman,S.J.,Edwards,R.N.,禾口Chave,A.D.,1987,Onthetheoryofsea-floorconductivitymappingusingtransientelectromagneticsystems·.Geophysics,52,No.2,204—217。Strack(美國專利No.6，541，975B2、6，670，813、和6，739，165)和Hanstein等人(美國專利No.6，891，376)描述了典型的鉆孔相關(guān)應用。提出的方法不限于此類應用，因為其比這些特定背景更加全面。本領(lǐng)域中已知的用于地下地球地層的電磁勘探的另一技術(shù)是瞬變受控源電磁勘探(t-CSEM)。在t-CSEM中，以與f-CSEM類似的方式但是以瞬變的方式在地球表面處向地球注入電流。初始電流可以是直流(DC)。在選定時間，切斷電流，并且通常是在地球的表面處在選定時間間隔上相對于時間來測量感生電壓和/或磁場。該開關(guān)構(gòu)成對給技術(shù)給定其名稱的瞬變事件；與f-CSEM(也涉及開關(guān))的某些實現(xiàn)相反，在t-CSEM中，在發(fā)起下一個瞬變之前經(jīng)歷長的時間間隔，長到足以使感生場衰減消失，使得在源不活動的同時發(fā)生檢測。由感生電壓和/或磁場的時間分布來推斷地下的電結(jié)構(gòu)。例如在Mrack，K.-M.，1992，Explorationwithdeeptransientelectromagnetics,Elsevier,373pp.中(1999再版)描述了t-CSEM技術(shù)。下面描述了描述電磁地下地球勘探的各種方面的多個專利公開。頒發(fā)給Srnka的美國專利No.6,603,313Bl公開了一種用于儲層性質(zhì)的表面估計的方法，其中，首先使用在地下地質(zhì)地層附近的地質(zhì)和地球物理數(shù)據(jù)來確定在地下地質(zhì)地層之上、之下和水平地與之接近的位置和平均地球電阻率。然后，使用該位置和平均地球電阻率來確定用于電磁源的尺度和探測頻率以基本上使得地下地質(zhì)地層處的傳送垂直和水平電流最大化。接下來，在大約在地下地質(zhì)地層中心處之上的地表處或附近激活電磁源，并用接收機陣列來測量電磁響應的多個分量。使用地質(zhì)和地球物理數(shù)據(jù)來確定幾何和電參數(shù)約束。最后，使用幾何和電參數(shù)約束來處理電磁響應以生成倒置垂直和水平電阻率深度圖像?？蛇x地，可以將倒置電阻率深度圖像與地質(zhì)和地球物理數(shù)據(jù)組合以估計儲層流體和泥質(zhì)性質(zhì)。這種方法采用用本發(fā)明對其加以改進的用于確定接收機取向的簡單技術(shù)。頒發(fā)給Eidesmo等人的美國專利No.6,628,110Bl公開了一種用于確定其大約幾何結(jié)構(gòu)和位置已知的地下儲層的性質(zhì)的方法。公開的方法包括向包含儲層的地層施加時變電磁場；檢測電磁波場響應；以及分析對已經(jīng)由該儲層引起的所檢測場的特性的影響，從而基于該分析來確定儲層的含量。這種方法采用用本發(fā)明對其加以改進的用于確定接收機取向的簡單技術(shù)。頒發(fā)給Mrack的美國專利No.6，541，975B2和美國專利No.6，670，813公開了一種用于生成穿透地層的鉆孔周圍的地球地層的圖像的系統(tǒng)。使用DC測量來測量地層的電阻率，并且用時域信號或AC測量來測量地層的電導率和電阻率。還測量地層的聲速。將DC電阻率測量結(jié)果、用時域電磁信號進行的電導率測量結(jié)果、用時域電磁信號進行的電阻率測量結(jié)果和聲速測量結(jié)果組合以生成地球地層的圖像。在這種方法中，使用常規(guī)鉆孔方法來確定接收機的取向，并且本發(fā)明不適用于此背景。頒發(fā)給Mrack的美國專利No.6，739，165公開了一種其中用位于鉆孔中且另一個位于地表上的接收機或發(fā)射機來執(zhí)行瞬變電磁測量的方法。將任何一個在瞬變源(和EM能量用地球進行的后續(xù)傳輸)的開始至其中重復實驗的新位置之間移動。在數(shù)據(jù)處理之后，獲得儲層的流體含量變化的圖像。這種方法采用用本發(fā)明對其加以改進的用于確定表面接收機的取向的簡單技術(shù)。國際專利申請公開No.WO0157555Al公開了一種用于檢測地下儲層或確定地下儲層的性質(zhì)的系統(tǒng)，該地下儲層的位置和幾何結(jié)構(gòu)已從先前的地震勘探得知。用發(fā)射機在海床上施加電磁場，并且還用天線在海床上進行檢測。在波場響應中尋找折射波分量，以確定存在的任何儲層的性質(zhì)。這種方法采用用本發(fā)明對其加以改進的用于確定接收器取向的簡單技術(shù)。國際專利申請公開No.WO03048812Al公開了一種用于勘探先前被潛在地識別為包含海底油氣層的區(qū)域的電磁勘探方法。該方法包括用相對于相同或不同接收機的位置正對或側(cè)面地對準的電磁源來獲得第一和第二勘探數(shù)據(jù)集。本發(fā)明還涉及使用這種方法來規(guī)劃勘探，并涉及允許對在接收機處收集的信號的電流貢獻與感應效應形成對比的以組合方式進行的勘探數(shù)據(jù)的分析和信號衰減的效應的分析，該分析高度地取決于巖石層、上覆水和勘探區(qū)域處的空氣的局部性質(zhì)。這對于使用電磁勘探來識別油氣儲量并將其與地下結(jié)構(gòu)的其它類別區(qū)別開的成功而言非常重要。這種方法采用用本發(fā)明對其加以改進的用于確定接收器取向的簡單技術(shù)。由feight等人提交的美國專利申請公開No.2004/232917涉及一種通過使用至少一個源、用于測量系統(tǒng)響應的裝置和用于測量結(jié)果地球響應的至少一個接收機來在地球的表面上或附近進行多通道瞬變電磁(MTEM)測量來映射地下電阻率對比的方法。處理來自所述或每個源-接收機對的所有信號以恢復地球的相應電磁脈沖響應，并且顯示此類脈沖響應或此類脈沖響應的任何變換以產(chǎn)生電阻率對比的地下表示。所述系統(tǒng)和方法使得能夠?qū)Φ叵铝黧w沉積進行定位和識別并監(jiān)視此類流體的移動。這種方法采用用本發(fā)明對其加以改進的用于確定接收器取向的簡單技術(shù)。頒發(fā)給Rueter等人的美國專利No.5，467，018公開了一種巖床探測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括作為傳輸流中的突然變化生成的瞬變，所述傳輸流被發(fā)射機傳送至地球的地下。用多個接收機單元來測量這樣生成的感生電流。來自接收機單元的測量值被傳遞至中央單元。從接收機單元獲得的測量值被數(shù)字化并存儲在測量點處，并且中央單元被遙測鏈路與測量點鏈接在一起。借助于遙測鏈路，可以連續(xù)地將來自接收機單元中的數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)傳遞到中央單元上。這種方法采用用本發(fā)明在海洋背景下對其加以改進的用于確定接收器取向的簡單技術(shù)。頒發(fā)給Tasci等人的美國專利No.5，563，913公開了一種在提供沉淀地下的電阻率測量數(shù)據(jù)中使用的方法和設(shè)備。該數(shù)據(jù)被用于檢測和映射異常電阻率模式。模擬地下電阻率模式與下至沉淀地下的底層的各種深度處的油和/或氣陷阱相關(guān)聯(lián)，并且是用于發(fā)現(xiàn)它們的輔助。所述設(shè)備被設(shè)置在地面上并包括連接到發(fā)射機的發(fā)電機，所述發(fā)射機具有一定長度的具有接地電極的導線。當通過發(fā)射機和導線從傳輸點發(fā)送電流的大振幅、長周期方波時，在地下中感生二次渦流。該渦流在地下中感生可以用磁強計或感應線圈在地球的表面處測量的磁場變化。該磁場變化被接收并作為時變電壓被記錄在每個探測點處。信息接收機，并且在應用適當?shù)臄?shù)學方程之后，從作為時間的函數(shù)繪圖的測量電磁場信號的振幅和形狀導出地下地層的電阻率變化。以類似于地塊(plot-like)的方式來布置探測點以確保能夠準備地下地層的電阻率變化的區(qū)域等高線圖和橫截面。在這種方法中，使用常規(guī)陸地勘探法來確定接收器的取向，并且本發(fā)明不適用于此背景。涉及t-CSEM勘探的其它專利包括頒發(fā)給Mrack等人的美國專利No.7，388，382、頒發(fā)給Moyer等人的美國專利No.7，356，411、頒發(fā)給Mrack等人的美國專利No.7，328，107和頒發(fā)給Mrack等人的美國專利No.7，340，348，其全部被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。許多前述電磁勘探技術(shù)是通過在水體的底部上部署電和/或磁場傳感器陣列來執(zhí)行。出于使用此類電磁勘探技術(shù)來準確地映射地質(zhì)結(jié)構(gòu)的目的，能夠確定單獨傳感器的大地取向以及其大地位置通常是重要的。用于確定大地取向的技術(shù)可以包括為每個傳感器提供定向感測設(shè)備。其它技術(shù)包括沿兩個或三個相互正交的方向測量電磁信號的相對振幅并使用電磁信號源和接收機的大地位置作為用于信號的大地取向的參考。后來的技術(shù)具有消除了對為每個電磁傳感器提供定向感測設(shè)備的需要的優(yōu)點，該定向感測設(shè)備在大型傳感器陣列中可能是成本上不可接受的，并且由于傳感器的數(shù)目而不可靠。然而，后來的技術(shù)可能是不準確的，因為在確定信號方向時進行的簡化假設(shè)是電磁能在包括源和接收機兩者的垂直面中傳播，并且極化方向與傳播方向是正交的。由于地下中的電導率不是均勻的，所以此類假設(shè)不是精確的；替代地，能量傳播可能離開此垂直面。需要的是一種用于確定電磁傳感器取向的方法，其使用電磁信號傳播方向，然而避免與通過地下的電磁波傳播相關(guān)聯(lián)的不準確性，所述通過地下的電磁波傳播可能在此垂直面之外。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于確定電磁勘探傳感器的取向的方法包括在水體的底部上的選定位置處部署傳感器。在該水體的選定位置處生成電磁場。在傳感器處沿著至少兩個正交方向檢測電磁場的一部分。所檢測的部分被識別為僅在垂直面內(nèi)行進，所述垂直面包括電磁場的源的位置和傳感器位置兩者。根據(jù)所檢測部分以及源和接收機的已知位置來確定該部分電磁場的極化方向。使用所確定的極化方向來確定傳感器取向。通過以下說明和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將是顯而易見的。圖IA示出使用水平電偶極子電流源的海洋電磁勘探系統(tǒng)。圖IB示出使用垂直電偶極子電流源的海洋電磁勘探系統(tǒng)。圖IC示出使用磁場來激勵地球的地下的替換方式。圖2示出洋底電磁系統(tǒng)傳感器的一個示例。圖3A示出在未取向接收機的兩個組件上記錄的數(shù)據(jù)。圖;3B示出旋轉(zhuǎn)至勘探坐標系統(tǒng)的兩個組件的數(shù)據(jù)。圖4A至4D示出典型的f_CSEM數(shù)據(jù)及其處理。具體實施例方式圖IA示出了供與根據(jù)本發(fā)明的各種方面的方法一起使用的海洋受控源電磁勘探系統(tǒng)的一個示例。該系統(tǒng)包括沿著諸如湖泊或海洋的水體11的表面以預定模式移動的勘探船10。船10在其上面包括源致動、信號記錄和導航設(shè)備，一般地在12處示出且在本文中稱為“控制/記錄系統(tǒng)”。控制/記錄系統(tǒng)12包括可控電流源(未單獨示出)，其用來激勵(energize)在水體11的底部13附近在水體11中牽引的電極16A、16B以在水11的底部13下面的地下地層15、17中施加電場?？刂?記錄系統(tǒng)12通常包括在任何時間確定船10的大地位置的儀器(未單獨示出)，諸如可以使用全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機等來執(zhí)行。本示例中的控制/記錄系統(tǒng)12可以包括傳輸來自一個或多個記錄浮標22的信號的設(shè)備。記錄浮標22可以接收并存儲來自位于水底13上的選定位置處的多個電磁(EM)傳感器20中的每一個的信號?？商鎿Q地，可以本地地和自主地記錄傳感器的信號，并且可以在勘探結(jié)束時獲取此類記錄。如本發(fā)明的目的一樣，一般在沒有必須單獨地推斷的最終取向的控制的情況下從水的表面部署傳感器20作為自主節(jié)點?？梢杂美绫绢I(lǐng)域中已知的聲波定位技術(shù)在部署時確定傳感器20的位置。將以下面更詳細地解釋的方式來使用傳感器的位置。還可以沿著電纜18來設(shè)置傳感器20。在這種情況下，由單獨地確定的電纜的位置來約束其取向。然而，即使在這種情況下，接收機的取向的推斷也可能是不完美的，尤其是在崎嶇的海床條件下，因此在這種情況下本發(fā)明也可以是有用的。電纜18可以是與本領(lǐng)域中已知的部署在水底上的地震傳感器相結(jié)合地使用的通常稱為“洋底電纜”的類型。傳感器20檢測由通過穿過電極16A、16B的電流在地球的地下中感生的電場引起的電/磁場。下面將參考圖2來更詳細地解釋傳感器20。記錄浮標22可以包括遙測設(shè)備(未單獨示出)以將來自接收到的信號的數(shù)據(jù)傳送至船10，和/或可以將信號本地地存儲以供控制/記錄系統(tǒng)12或另一詢問設(shè)備稍后詢問。可替換地，可以本地地和自主地記錄傳感器的信號，并且可以在勘探結(jié)束時獲取此類記錄?？梢杂美绫绢I(lǐng)域中已知的聲波定位技術(shù)在部署時確定傳感器20的位置。將以下面更詳細地解釋的方式來使用傳感器的位置。船10中的電流源(未單獨示出)通過電纜14A耦合到電極16A、16B。電纜14A被配置為使得能夠如圖IA所示地在基本上水平地在水底13附近牽引電極16A、16B。在本示例中，電纜可以間隔開約50米，并且可以被激勵，使得約1000安培的電流流過電極16A、16B。這是與使用100米長的發(fā)射機偶極和使用500安培電流在本領(lǐng)域中已知的典型電磁勘探實踐中生成的等效的震源矩。在任一種情況下，震源距可以約為5X104安培-米。用來激勵發(fā)射機電極16A、16B的電流可以是在等于零的信號記錄時間索引處被切斷的直流(DC)。然而，應理解的是將DC切斷僅僅是可操作用于感生瞬變電磁效應的電流變化的一種實施方式。在其它示例中，電流可以被接通，可以從一個極性切換至另一個(雙極開關(guān))，或者可以按照偽隨機二進制序列(PRBS)或此類開關(guān)序列的任何混合衍生物來切換。關(guān)于PRBS開關(guān)的描述，參見例如Duncan,P.Μ.、Hwang,Α.、Edwards,R.N.、Bailey,R.C.禾口Garland,G.D.在1980年的<9developmentandapplicationsofawidebandelectromagneticsoundingsystemusingpseudo-noisesource.Geophysics,45,1276—1296。在本Tj^i列中，當通過發(fā)射機電極16A、16B的電流被切換時，根據(jù)傳感器20、記錄浮標22和控制/記錄系統(tǒng)12中的記錄和/或遙測設(shè)備的特定配置，在傳感器中、在記錄浮標22中和/或在控制/記錄系統(tǒng)12中，記錄由各種傳感器20檢測的電和/或磁場的時間索引記錄。上文將圖IA所示的系統(tǒng)(以及在圖IB和圖IC中示出并參考圖IB和IC進行解釋的系統(tǒng))描述為使用切換DC來在地下中生成電磁場。出于本發(fā)明的目的，僅僅需要切換發(fā)射機電流以生成至少一個瞬變電磁場。下面將進一步解釋此類瞬變電磁場在涉及本發(fā)明時的目的。還可以使用通常用來執(zhí)行頻域電磁勘探的類型的正弦交流，或者電磁能的許多更復雜連續(xù)發(fā)射中的任何一個。下面將進一步解釋此類連續(xù)發(fā)射的電磁場在涉及本發(fā)明時的目的。圖IB示出信號生成和記錄的替換實施方式，其中，發(fā)射機電極16A、16B被布置為使得其沿著被配置為促使電極16A、16B如圖IB所示基本上垂直地取向的電纜14B基本上垂直地取向。基本上如上文參考圖IA所解釋地執(zhí)行激勵電極16A、16B，檢測和記錄信號。再次參考圖1A，在某些示例中，還可以使用船10(或未示出的第二船)來牽引一般在9處示出的地震能源。地震能源通常是氣槍陣列，但是可以是本領(lǐng)域中已知的任何其它類型的地震能源。此類示例中的控制/記錄系統(tǒng)12包括用于在選定時間對震源9進行致動的控制電路(未單獨示出)和用于記錄由地震傳感器生成的信號的記錄電路(未單獨示出)。在此類示例中，洋底電纜18還可以包括地震傳感器21。地震傳感器21優(yōu)選地是“四組件”傳感器，其如本領(lǐng)域中已知的那樣包括三個正交地震檢波器或與水聽器或可對壓力進行響應的類似傳感器儀器配置的類似運動或加速傳感器。四組件洋底電纜地震傳感器在本領(lǐng)域中是眾所周知的。參見例如頒發(fā)給(Raiser等人的美國專利No.6，021，090。在某些示例中，可以通過周期性地對地震能源9進行致動并記錄由地震傳感器21檢測的信號來執(zhí)行基本上同時的地震勘探?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中已知的技術(shù)來執(zhí)行地震信號的解釋。圖2更詳細地示出EM傳感器20的一個示例。EM傳感器20可以被封閉在由諸如高密度塑料之類的稠密、非導電、非磁性材料制成的外殼23中，使得EM傳感器20將沉在水中并?？吭谒?圖IA中的13)上。電極^AJ6BJ8A、28B位于外殼23的底部上，使得其接觸水底(圖IA中的13)。電極被布置成偶極對。如果傳感器被沿著電纜設(shè)置，則一對沈八、26B可以沿著電纜(圖2中的18)的長度取向，并沿著一個方向測量電壓。另一電極對^A、28B測量與第一對橫向地感生的電壓。如果傳感器未被沿著電纜設(shè)置，則其仍可以包含基本上相互正交的兩個偶極對。電極對可以跨越0.1至10米的距離。附圖不一定按比例繪制。可以將偶極對^A、26B和^A、28B耦合到組合放大器/數(shù)字信號處理器對以便在選定時刻將所檢測的電壓轉(zhuǎn)換成對應于電壓振幅的數(shù)字字。傳感器20的本示例可以包括沿著相互正交的方向取向的一個或多個磁強計30、32、34。在本示例中，兩個磁強計30、32可以被定向為使得其靈敏軸沿著與相應電極對26A、26B和^AJSB的偶極矩相同的方向取向。每個磁強計30、32、34的信號輸出可以被耦合到數(shù)字信號處理器M。可以將信號處理器M的數(shù)字化信號輸出耦合到記錄浮標(圖IA中的22)以便傳輸?shù)娇刂?記錄系統(tǒng)(圖IA中的12)或供控制/記錄系統(tǒng)(圖IA中的12)稍后詢問，或者本地地存儲以供稍后恢復。圖IA和圖IB所示的系統(tǒng)的示例使用施加于電極的電流來向地球的地下中注入電場。注入電場的替換是注入磁場，并且這將參考圖IC來解釋。在圖IC中，船10牽引被連接到兩個環(huán)路發(fā)射機(looptransmitter)17A和17B的電纜14C。第一環(huán)路發(fā)射機17A包圍垂直于水底13的區(qū)域。周期性地，控制/記錄系統(tǒng)12促使電流流過第一環(huán)路發(fā)射機17A。電流可以采取與參考圖IA所述的相同的任何形式，包括切換DC、PBRS、交變極性DC和切換AC。當電流被切換時，具有沿著方向Ma的偶極矩的瞬變磁場被注入地球。在相同或不同的時間，向第二環(huán)路發(fā)射機17B施加電流。第二環(huán)路發(fā)射機可以是螺線管或線圈的形式，具有沿著方向Mb的磁矩?？梢曰旧细鶕?jù)上文參考圖IA解釋的勘探模式來執(zhí)行使用磁場環(huán)路發(fā)射機17A、17B的勘探。無論是使用諸如圖IA或IB所示的源還是任何其它源，都向地下注入電磁能，并且可以使用諸如圖2所示的傳感器來檢測，沿著兩個基本上正交的方向測量電和/或磁場的分量振幅。根據(jù)本領(lǐng)域中已知的技術(shù)，可以使用所測量的分量振幅來在電磁場到達每個單獨傳感器(例如，圖IA中的20)時確定其極化方向。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應認識到接收機記錄由于記錄系統(tǒng)的“系統(tǒng)響應”而失真的入射電磁場的度量；此失真不影響接收機的取向的確定，只要其對于兩個基本上正交的感測方向中的兩者而言是相同的即可。從麥克斯韋等式已知如果接收機的位置處的介質(zhì)是電各向同性的，并且如果電磁能從單個方向到達接收機，則電磁能的極化與該方向正交。此外，如果地球的地下中的電阻率分布是橫向不變的，則EM傳播將存在于包括源和接收機位置兩者的垂直面中。發(fā)射機和接收機的位置是已知的，或者是可根據(jù)輔助信息確定的。使用前述假設(shè)，可以使用已知或已確定位置和已測量極化方向來確定傳感器取向。本發(fā)明的方法認識到上述假設(shè)并不總是有效的，并定義了避免此類假設(shè)的改進方法。下面，在具有電偶極源和電偶極接收機的示例性實施方式中描述本發(fā)明；本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到具有普通修改的相同基本原理可以擴展至其它類型的源和接收機，并且所有這些變體被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。假設(shè)傳感器測量場的正交水平分量，不過可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員以簡單的方式將本發(fā)明擴展至其中接收機傳感器不正交和/或傾斜的情況。下面是t-CSEM方法、然后是f-CSEM方法的描述。在根據(jù)本發(fā)明的t-CSEM方法中，當電流被切換以產(chǎn)生瞬變電磁場時，此類電磁場的一部分將通過水直接地行進，因此其被傳感器檢測。電磁場的其它部分還可能在被傳感器檢測之前在空氣-水界面之上通過空氣行進。電磁場的其它部分還可能在被傳感器檢測之前通過在水底之下的地層行進。此類地下行進可能由于地下中的電阻率的復雜分布而偏離包括源和接收機兩者的垂直面。結(jié)果，此類能量可以從未知的方向到達接收機。在這種情況下，在傳感器處測量的到達極化不能用來測量傳感器的取向(盡管其實際上與到達方向是正交的)，這是因為到達方向本身是未知的。此外，通過地下到達的電磁能可能同時從多個方向到達(“多路徑”)，在這種情況下不存在唯一到達方向。再次地，在這種情況下，所測量的到達極化不能用來確定接收機的取向。此外，地下可以是電各向異性的，使得到達極化不與到達方向正交，即使到達方向是已知的。在這種情況下，再次地，所測量的到達極化不能用來確定接收機的取向。通過選擇僅在包括源和接收機兩者的垂直面中行進的那部分測量電磁場，可以在沒有由在此平面之外的電磁場通過電學復雜的地下地層的傳播引起的誤差的情況下確定傳感器的取向。例如，如果源-接收機偏移足夠小，則早期到達(即在t-CSEM瞬變開始之后不久到達的那些)將通過水直接到達傳感器，或者可能還通過空氣，或者可能還沿著海床被折射。在這些情況下，上述假設(shè)是更準確的，使得能量傳播基本上在包括源和傳感器兩者的垂直面中發(fā)生，因為在這些主體(分別為水、空氣和泥)中的每一個中，電阻率的空間分布是簡單的。在這種情況下，所測量的電磁場的所述“選定部分”是早期部分。為了舉例說明前述示例，考慮存在于圖3A、3B中的矢端曲線(hodogram)中的數(shù)據(jù)。矢端曲線是被顯示為二分量軸上的曲線的二分量時間序列的圖。E場和H場兩者都被顯示，都在接收機的取向確定之前(圖3A)和之后(圖;3B)。在圖3A中，圖的軸是如所部署的接收機的軸，具有未知取向；在圖3B中，圖的軸被推斷為是勘探的那些，即縱坐標(“y軸”)在包括源和接收機兩者的垂直面中，并且橫坐標(“χ軸”)與其正交。請注意，顯示了t-CSEM數(shù)據(jù)的多個循環(huán)(每個場的多個環(huán)路，具有不同的振幅，每個環(huán)路對應于不同的源-接收機間隔)。電(E)場環(huán)路例如是不對稱的。每個環(huán)路是時間序列的，因此不對稱意味著后到達的能量來自與先到達的能量不同的方向。選擇最佳擬合取向的任何算法將對這些各種取向求平均值(如在旋轉(zhuǎn)的圖:3B中)。方向的此多樣性是地下電阻率分布的結(jié)果，并且與真實接收機取向無關(guān)。在圖3B中，到推斷勘探軸的旋轉(zhuǎn)已經(jīng)使用此類最佳擬合取向，這是組成上文參考的現(xiàn)有技術(shù)的“簡單”取向算法的典型代表。作為替代，如圖IBB所指示的，應從矢端曲線的早的嚴格直線的部分獲取正確的旋轉(zhuǎn)角。此早到達的能量已經(jīng)僅通過水(和可能的空氣和可能的底部附近的泥)行進，因此相當準確地滿足理論的假設(shè)。通過較深地下到達的后到達的能量已經(jīng)由于較深地下中的電阻率的分布而偏離主測線(inline)方位角。這以矢端曲線與嚴格直線形式的偏離示出，這是用于簡單地層的理論所要求的。正確角和平均角之間的偏差很顯然是地點相關(guān)的，但是由于偶極輻射圖的強方位角依賴性，即使小的偏差也可能是重要的。海洋勘探中的直線運動的持續(xù)時間主要是水深和源-接收機偏移的函數(shù)，并且必須根據(jù)數(shù)據(jù)來確定。EM能量通常在深地下中比在水或淺地下中行進得更快，因為電阻率在深處通常更大。因此，在遠源-接收機偏移處，首先到達的能量可以通過間接的、比通過水的直接到達更深的路徑行進。在這種情況下，如上文所討論的，由于深地下電阻率的復雜分布，此首先到達的能量可以從未知方向到達。因此，可能不存在針對此類源-接收機偏移在矢端曲線上顯示的嚴格直線的圖案。此問題的解決方案是從勘探數(shù)據(jù)集中選擇實際上顯示矢端曲線的初始直線部分的那些源-接收機偏移。(正常地，此子集將在最短源-接收機偏移的情況下發(fā)生，其中，記錄信號并不是如此強而非線性地驅(qū)動記錄設(shè)備)。如上所述，然后根據(jù)數(shù)據(jù)的此子集來確定接收機取向，并且其對于假設(shè)此接收機取向在勘探的持續(xù)時間內(nèi)保持不變而言通常是有效的，只要接收機未被船員干擾即可。因此，可以假設(shè)此相同取向，即使是針對對此確定沒有貢獻的那些源-接收機偏移。特別地對于短偏移而言，源-接收機方位角可以不同于預先標繪的值或平均值。這是因為接收機可以位于預先標繪的線之外(由于部署的不準確性)，并且因為源船可能由于風或水流而漂移到預先標繪的線之外。(實際上，圖:3B示出E環(huán)路的直線部分的略微可變方位角中的這些效果)。這些效果將不引起接收機的取向方面的困難，只要在計算中使用實際源-接收機方位角而不是預先標繪的方位角即可。為了增加準確度，可以針對多個源-接收機偏移單獨地確定每個接收機的取向，并且可以對結(jié)果求平均值，假設(shè)實際接收機取向不變。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很清楚的是可以在每個接收機處將本發(fā)明單獨地應用于電場，并且在利用由于其相對于電場的正交性而引起的適當修改的情況下應用于磁場?？梢砸黄?例如通過求平均)或單獨地(例如通過數(shù)據(jù)質(zhì)量分析)使用這些單獨的取向確定來改進接收機的確定。在根據(jù)本發(fā)明的f-CSEM方法中，不存在“早期時間”，因為源是持續(xù)活動的。EM能量總是從一系列的源位置和多種傳輸通道到達接收機。因此，不能應用上述t-CSEM方法。克服這一點的一個方式是在選定源-接收機偏移處中斷f-CSEM源序列，轉(zhuǎn)換成源的t-CSEM模式以確定每個接收機取向，然后在其它源-接收機偏移處重新開始正常的f-CSEM操作。這組成上述t-CSEM程序的變體，但是可能在操作上不方便。使用從斯克里普斯海洋研究所的網(wǎng)站httpV/marineemlab.ucsd.edu獲取的圖4A至4D來描述另一f-CSEM方法。圖4A中的二分量“時間序列”示出了五秒的記錄信號，其被記錄為沿著勘探線的源船蒸汽(steams)。此類記錄信號在給定傳感器處作為源-接收機偏移的函數(shù)被處理成作為“振幅”的圖4B所示的形式和作為“相位”的圖4C所示的形式。同樣地，在圖4D中，使用上述簡單算法將記錄的信號旋轉(zhuǎn)至勘探坐標系中，雖然同樣如上文所解釋的，矢端曲線未形成橢圓，但形成了更復雜的圖案。在圖4B、4C和4D的中心處示出了最短偏移，其中振幅圖表(圖4B)示出已經(jīng)由于在最短偏移處發(fā)生的上述非線性效應被修剪(clip)的平坦區(qū)。如本文先前所述的，此現(xiàn)象還在t-CSEM數(shù)據(jù)中發(fā)生。對于適當記錄的偏移而言，根據(jù)圖4B至4D，僅僅比其中發(fā)生修剪的上文所示的那些長，EM能量以比對于較長偏移而言更大的振幅到達。來自這些選定源-接收機偏移的最強能量已經(jīng)由存在于如上所述的垂直面中的上述直接路徑到達，并且從未知的方向(由電阻率的未知地下分布引起)通過不同路徑到達的能量具有較低振幅。僅使用這些最高能的到達構(gòu)造的矢端曲線(省略了每個循環(huán)的低振幅到達)將基本上是直線的，因為信號的此選定部分將最密切地符合能量已在包含源和接收機兩者的垂直面中傳播的假設(shè)。如t-CSEM方法一樣，將由數(shù)據(jù)本身來確定選擇適當?shù)臄?shù)據(jù)子集的過程的細節(jié)，由上述論證來指導，但最終基于準確地是直線的矢端曲線的那些部分。根據(jù)本發(fā)明的方法可以提供比使用本領(lǐng)域中已知的方法可能的更準確的電磁傳感器取向的確定。雖然已經(jīng)相對于有限數(shù)目的示例描述了本發(fā)明，但受益于本公開的本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到可以設(shè)計不脫離如本文公開的本發(fā)明的范圍的其它示例。因此，應僅由所附權(quán)利要求來限制本發(fā)明的范圍。權(quán)利要求1.一種用于確定部署在選定位置處的電磁勘探傳感器的取向的方法，包括在待勘探的地球的地下的一部分之上的選定位置處感生電磁場；在傳感器位置處沿著至少兩個基本上正交的方向檢測電磁場的一部分，該部分電磁場僅在包括感生位置和檢測位置的基本上垂直的平面中行進；確定來自所檢測部分的該部分電磁場的極化方向；以及使用所確定的極化方向來確定傳感器的取向。2.權(quán)利要求1的方法，其中，所述電磁場是瞬變電磁場。3.權(quán)利要求2的方法，其中，通過經(jīng)由偶極天線和線盤中的至少一個來切換電流而生成瞬變電磁場。4.權(quán)利要求3的方法，其中，電流包括直流。5.權(quán)利要求3的方法，其中，所述切換包括接通電流、切斷電流、切換電流極性、生成偽隨機二進制序列及其混合中的至少一個。6.權(quán)利要求2的方法，其中，所述檢測包括檢測電場振幅。7.權(quán)利要求2的方法，其中，所述檢測包括檢測磁場振幅。8.權(quán)利要求2的方法，其中，檢測該部分電磁場包括選擇由傳感器檢測的在瞬變電磁場開始之后的選定時間內(nèi)到達的信號的一部分。9.權(quán)利要求8的方法，其中，在垂直面中行進的該部分的檢測基于基本上是直線的所檢測信號的矢端曲線圖。10.權(quán)利要求9的方法，其中，通過選擇至少一個源-接收機偏移來使矢端曲線的直線部分最大化。11.權(quán)利要求10的方法，其中，所述至少一個源-接收機偏移是最近偏移，對于所述最近偏移而言，傳感器在沒有電子飽和或非線性效應的情況下如實地記錄到達的能量。12.權(quán)利要求11的方法，其中，選擇多個適當?shù)脑?接收機偏移，并且根據(jù)來自所述多個偏移的信號來確定平均取向。13.權(quán)利要求1的方法，其中，所述電磁場是基本上連續(xù)的。14.權(quán)利要求13的方法，其中，通過使交流電流通過偶極天線和線盤中的至少一個來生成基本上連續(xù)的電磁場。15.權(quán)利要求13的方法，其中，所述檢測包括檢測電場振幅。16.權(quán)利要求13的方法，其中，所述檢測包括檢測磁場振幅。17.權(quán)利要求13的方法，其中，檢測該部分電磁場包括選擇具有最高能量的所檢測電磁場的一部分。18.權(quán)利要求17的方法，其中，檢測垂直面中的該部分電磁場基于基本上是直線的所檢測信號的矢端曲線圖。19.權(quán)利要求18的方法，其中，通過選擇至少一個適當?shù)脑?接收機偏移來使矢端曲線的直線部分最大化。20.權(quán)利要求18的方法，其中，所述至少一個源-接收機偏移是最近偏移，對于所述最近偏移而言，傳感器在沒有電子飽和或非線性效應的情況下如實地記錄到達的能量。21.權(quán)利要求18的方法，其中，選擇多個源-接收機偏移，并且根據(jù)所述多個偏移來確定平均取向。22.權(quán)利要求1的方法，其中，檢測電磁場的一部分包括測量由電磁場感生的電場，測量由電磁場感生的磁場，并且確定極化包括使用所測量的電和磁場。全文摘要一種用于確定電磁勘探傳感器的取向的方法包括在水體的底部上的選定位置處部署傳感器。在該水體的選定位置處生成電磁場。在傳感器處沿著至少兩個正交方向檢測電磁場的一部分。將所檢測電磁場的一部分選擇為僅在包括源位置和傳感器位置兩者的垂直面中行進。根據(jù)選定部分來確定電磁場的選定部分的極化方向。使用所確定的極化方向來確定傳感器取向。文檔編號G01V3/12GK102197318SQ200980141875公開日2011年9月21日申請日期2009年9月2日優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日發(fā)明者C·斯托耶,L·A·湯森,N·C·阿勒加,Y·馬丁尼斯申請人:Kjt企業(yè)有限公司