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用于测量海床 电阻率的系统和方法

阅读：167发布：2020-07-12

专利汇可以提供用于测量海床电阻率的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且描述了一种用来测量海床地层电阻率的方法。使用至少一个固定远程发射机产生电磁场。电磁场的频率介于ULF/ELF范围之间和/或包括ULF/ELF范围。测量电磁场的至少一个分量。基于至少一个所测量的分量确定电导率分布。将所确定的电导率分布与地质层组和/或油气沉积物相关。，下面是用于测量海床电阻率的系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于测量海床地层电阻率的方法，包括：
使用至少一个固定远程发射机产生电磁场，其中由长度大于三公里的接地电偶极子系统或半径大于三公里的线圈形成的发射机产生所述电磁场，其中电磁场的频率介于ULF/ELF范围之间或包括ULF/ELF范围；
使用多个接收机测量所述电磁场的至少一个分量，其中所述多个接收机与所述至少一个固定远程发射机远程地布置；
基于所述至少一个所测量的分量确定电导率分布；和
将所确定的电导率分布与地质层组和/或油气沉积物相关。
2.根据权利要求1所述的方法，其中产生电磁场进一步包括在多个频率上产生电磁场。
3.根据权利要求1所述的方法，其中产生电磁场进一步包括在时域中产生电磁场。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在时域中产生电磁场进一步包括使用磁流体发电机。
5.根据权利要求1所述的方法，其中产生电磁场进一步包括在陆地上或水下安置发射机。
6.根据权利要求5所述的方法，其中发射机是海底通信电缆。
7.根据权利要求1所述的方法，其中测量所述电磁场的至少一个分量进一步包括使用至少一个电流接收机和/或至少一个感应接收机。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括记录在至少一个所述接收机中检测的电压。
9.根据权利要求1所述的方法，其中测量所述电磁场的至少一个分量进一步包括测量电磁场的幅度和/或相位。
10.根据权利要求1所述的方法，其中测量所述电磁场的至少一个分量进一步包括使用至少一个置于海床上的接收机和/或至少一个置于海床钻孔内的接收机。
11.根据权利要求1所述的方法，其中测量所述电磁场的至少一个分量进一步包括使用至少一个置于水下的移动接收机。
12.根据权利要求1所述的方法，其中测量所述电磁场的至少一个分量进一步包括使用测量电磁场的磁分量和/或电分量的接收机。
13.根据权利要求2所述的方法，其中测量所述电磁场的至少一个分量进一步包括使用在多个频率上测量电磁场的接收机。
14.根据权利要求4所述的方法，其中测量所述电磁场的至少一个分量进一步包括使用在时域中测量电磁场的接收机。
15.根据权利要求1所述的方法，其中基于电磁场的多个所测量的分量确定电导率分布，并且其中通过使用电磁场的多个所测量的分量确定至少一个传递函数，来确定电导率分布。
16.根据权利要求15所述的方法，其中确定至少一个传递函数进一步包括确定选自由电传递函数、磁传递函数、阻抗传递函数和导纳传递函数构成的组的至少一个传递函数。
17.根据权利要求15所述的方法，其中确定至少一个传递函数进一步包括使用电磁场第一分量和电磁场第二分量之间的线性关系。
18.一种用于定位油气沉积物的方法，包括：
使用至少一个固定远程发射机产生电磁场，其中电磁场的频率介于ULF/ELF范围之间或包括ULF/ELF范围，所述电磁场通过电离层波导和/或地下波导传播到多个接收机；
使用多个接收机测量所述电磁场的至少一个分量，其中所述多个接收机与所述至少一个固定远程发射机远程地布置；
基于所述至少一个所测量的分量确定至少一个传递函数，其中所述至少一个传递函数不依赖于所述至少一个固定远程发射机的位置；以及
将所确定的传递函数与地质层组和/或油气沉积物相关。
19.一种用于定位油气沉积物的方法，包括：
使用至少一个承载频域电流的海底通信电缆产生电磁场，其中所述电磁场的频率在ELF范围内；
使用被置于海底的多个磁和/或电接收机测量所述电磁场的多个分量，其中所述多个接收机在多个频率上测量电磁场，其中所述多个磁和/或电接收机与所述至少一个海底通信电缆远程地布置；
基于多个所测量的分量确定至少一个传递函数，其中至少一个传递函数选自由电传递函数、磁传递函数、阻抗传递函数和导纳传递函数构成的组；
通过使用基于所述电磁场的多个所测量分量的正则化三维聚焦非线性反演的三维反演技术确定三维电导率分布，将所确定的至少一个传递函数与地质层组和/或油气沉积物相关；
通过使用梯度类方法和/或失配泛函和稳定子将参数泛函最小化来比较观测数据和预测数据；以及
将电磁场的多个所测量分量与在另一周期测量的电磁场相应的多个所测量分量叠加。

说明书全文

用于测量海床电阻率的系统和方法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请与2006年12月6日提出的名称为“用于测量海床电阻率的系统和方法”的美国临时专利申请No.60/868905以及2007年2月20日提出的名称为“用于测量海床电阻率的系统和方法”的美国发明专利申请No.11/676936相关并要求其优先权。这些申请的发明人为Evgeniy P.Velikhov和Michael S.Zhdanov，并且通过引用合并于此。

技术领域

[0003] 本发明大体涉及地球物理测量。更具体地，本发明涉及用于海上油气勘探的测量海床电阻率的系统和方法。

背景技术

[0004] 传统上，使用地震法进行油和气的勘探。这种地球物理技术提供地下构造的合理的几何图像，该图像描绘油气沉积物可能的位置和形状的轮廓。然而，地震法在区别水填充的沉积物与油或气填充的沉积物方面可能会遇到困难。但是，水填充的沉积物和油气填充的沉积物的电学性质可以显著地不同，因为油和气通常具有很高的电阻率(达到约8
10Ω·m)，而岩层中的水溶液通常导电性很好(约1Ω·m及以下)。

[0005] 许多现有的用于海洋油气勘探的电磁技术通常基于使用大地电磁法或将可控源放置在直接接近目标处。海洋可控源电磁法(MCSEM)具有众所周知的与受限的勘测深度相关的实际限制。为了增加电磁场的穿透深度，通常应使用大的发射机/接收机偏移以及，相应地，非常强力的发射机。这些要求都会增加MCSEM测量的技术难度和成本。

[0006] 大地电磁测量通常基于对由电离层/磁性层内的源所导致的电场和磁场在海底的变化的研究。由于其区域性，大地磁场在水平方向几乎是均匀的，并且会产生相对较弱的垂直电流。因此，大地磁场针对对于海底油气沉积物为典型的薄的水平阻性目标通常具有非常有限的灵敏度和分辨率。另外，向下传播的大地磁场在海水导电层内会迅速减弱，这会限制大地磁场法在深水测量中的实际应用。因此存在改进测量海床电阻率的系统和方法的需要。附图说明

[0007] 结合附图，通过下面的说明书和所附权利要求将更加充分地明白本发明的示例性实施例。应理解这些附图仅仅描述示例性实施例，因此不应被认为限制本发明的范围，将通过使用附图来描述本发明的示例性实施例及附加特性和细节，其中：

[0008] 图1为图解用于测量海床电阻率的系统的一个实施例的概念性框图；

[0009] 图2为用于测量海床电阻率的方法的一个实施例的流程图；

[0010] 图3为图解用于测量海床电阻率的系统的另一个实施例的概念性框图；

[0011] 图4为图解用于测量海床电阻率的系统的进一步的实施例的概念性框图；

[0012] 图5为图解用于测量海床电阻率的系统的更进一步的实施例的概念性框图；

[0013] 图6为图解用于测量海床电阻率的系统的进一步的实施例的概念性框图；

[0014] 图7为用于测量海床电阻率的方法的另一个实施例的流程图；

[0015] 图8为用于测量海床电阻率的方法的进一步的实施例的流程图；

[0016] 图9为用于测量海床电阻率的方法的更进一步的实施例的流程图；

[0017] 图10为用于测量海床电阻率的方法的进一步的实施例的流程图；以及

[0018] 图11图解可以在计算设备中利用的各种部件。

发明内容

[0019] 描述了一种用于矿产勘探的测量海床地层电阻率的方法，该方法利用由置于陆地上和/或海中的远程发射机所产生的ULF/ELF电磁信号，目标是对海床油气沉积物进行远程检测和成像。可以使用置于海底和/或置于海底钻孔内的一系列电的(电流的)和/或磁的(感应)接收机来获取电磁数据以测量ULF/ELF信号的电场和磁场中的频域或时域响应的幅度和相位。信号可以由安置于陆地上和/或海洋中的远程发射机产生。可以使用电磁场不同分量间的线性关系由所观测的ULF/ELF信号确定相应的电磁传递函数。海底地质层组内的3D电导率分布可以用3D电磁反演技术确定。可以将得到的电导率模型与已知的地质层组相关，用于海床材料特性表征、海床油气沉积物的远程检测及成像。

[0020] 描述了一种用于测量海床地层电阻率的方法。使用至少一个固定远程发射机产生电磁场。电磁场的频率介于ULF/ELF范围之间和/或包括ULF/ELF范围。测量电磁场的至少一个分量。基于至少一个所测量的分量确定电导率分布。将所确定的电导率分布与地质层组和/或油气沉积物相关。

[0021] 在某些实施例中，产生电磁场包括在多个频率上产生电磁场。在其它实施例中，产生电磁场包括在时域产生电磁场。在进一步的实施例中，在时域产生电磁场包括使用磁流体(MHD)发电机。在某些实施例中，测量电磁场的至少一个分量包括使用在多个频率上测量电磁场的接收机。在其它实施例中，测量电磁场的至少一个分量包括使用在时域测量电磁场的接收机。

[0022] 在某些实施例中，产生电磁场包括在陆地或水下安置发射机。在进一步的实施例中，发射机是海底通信电缆。

[0023] 在某些实施例中，电磁场由这样的发射机产生：该发射机由长度为若干公里的接地的电偶极子系统构成，或由半径为若干公里的线圈构成。例如，发射机的长度和/或半径可以大于约三公里。在进一步的实施例中，测量电磁场的至少一个分量进一步包括使用至少一个电流接收机(galvanic receiver)和/或至少一个感应接收机。在更进一步的实施例中，在至少一个接收机中检测到的电压被记录。

[0024] 在某些实施例中，测量电磁场的至少一个分量包括测量电磁场的幅度和/或相位。在进一步的实施例中，测量电磁场的至少一个分量包括使用至少一个安置于海床上的接收机和/或至少一个安置于海床钻孔内的接收机。

[0025] 在某些实施例中，测量电磁场的至少一个分量包括使用至少一个位于水下的移动接收机。在进一步的实施例中，测量电磁场的至少一个分量包括使用测量电磁场的磁分量和/或电分量的接收机。

[0026] 在某些实施例中，基于电磁场的多个所测量分量确定电导率分布，并且通过使用电磁场的多个所测量分量确定至少一个传递函数，来确定电导率分布。在进一步的实施例中，确定至少一个传递函数包括确定至少一个电传递函数、磁传递函数、阻抗传递函数和/或导纳传递函数。

[0027] 在某些实施例中，确定至少一个传递函数包括使用电磁场的第一分量与电磁场的第二分量之间的线性关系。在进一步的实施例中，确定至少一个传递函数包括使用最小二乘法。

[0028] 在某些实施例中，将所确定的电导率分布与地质层组和/或油气沉积物相关包括表征海床材料、远程检测海床油气沉积物和/或对海床油气沉积物成像。

[0029] 在某些实施例中，将所确定的电导率分布与地质层组和/或油气沉积物相关包括确定三维电导率分布。在进一步的实施例中，确定三维电导率分布包括使用三维反演技术。在更进一步的实施例中，三维反演技术基于电磁场的至少一个所测量分量的正则化三维聚焦非线性反演。

[0030] 在某些实施例中，将所确定的电导率分布与地质层组和/或油气沉积物相关包括比较观测数据和预测数据。在进一步的实施例中，比较观测数据和预测数据包括最小化参数泛函(parametric functional)。在更进一步的实施例中，最小化参数泛函包括使用梯度类方法和/或失配泛函(misfitfunctional)和稳定子(stabilizer)。

[0031] 在某些实施例中，将所确定的电导率分布与地质层组和/或油气沉积物相关包括将电磁场的至少一个所测量分量与在另一周期测量的电磁场的相应的至少一个分量叠加(stacking)。

[0032] 描述了用于定位油气沉积物的方法的另一个实施例。使用至少一个固定远程发射机产生电磁场。电磁场的频率介于ULF/ELF范围之间和/或包括ULF/ELF范围。使用多个接收机测量电磁场的至少一个分量。基于至少一个所测量分量确定至少一个传递函数。将所确定的传递函数与地质层组和/或油气沉积物相关。

[0033] 描述了用于定位油气沉积物的方法的进一步的实施例。使用至少一个承载频域电流的海底通信电缆产生电磁场。电磁场的频率在ULF/ELF范围内。使用多个安置于海底的磁和/或电接收机测量电磁场的多个分量，其中多个接收机在多个频率上测量电磁场。基于多个所测量分量确定至少一个传递函数。至少一个下面的传递函数是电传递函数、磁传递函数、阻抗传递函数和/或导纳传递函数。通过使用基于电磁场的多个所测量分量的正则化三维聚焦非线性反演的三维反演技术确定三维电导率分布，将所确定的至少一个传递函数与地质层组和/或油气沉积物相关。通过使用梯度类方法和/或失配泛函和稳定子将参数泛函最小化，比较观测数据和预测数据。

[0034] 现在参照附图描述本发明的各种实施例。如此处的附图中所广泛描述和图解的，本发明的实施例可以被设置和设计为具有多种不同的配置。因此，如在图中所表现的，下面对本发明若干示例性实施例的更为具体的描述不是要限定如所要求保护的本发明的范围，而仅是本发明的实施例的代表。

[0035] “示例性”在此处专门用来表示“用作例子、实例或例证”的意思。任何在此描述为“示例性”的实施例不一定被解释为是优选的或优于其它实施例。

[0036] 此处所公开的实施例的许多特征可以作为计算机软件、电子硬件或两者的结合被实现。为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，将从其功能的方面对各种部件进行描述。这种功能以硬件还是软件的形式实现取决于具体的应用和整体系统的设计限制。本领域技术人员可以就每个具体的应用以不同的方式实施所描述的功能，但这种实施决定不应被解释为导致了脱离本发明的范围的内容。

[0037] 如果所描述的功能被作为计算机软件实现，这种软件可以包括位于存储设备内的和/或作为电子信号在系统总线或网络上传输的任何类型的计算机指令或计算机可执行代码。实现与此处所描述的部件相关的功能的软件可以包括单个指令或许多指令，并且可以被分配在若干不同的代码段、不同的程序和若干存储设备。

[0038] 除非另外明确指定，如在此所使用的，“一实施例”、“实施例”、“多个实施例”、“该实施例”、、“该多个实施例”、“一个或更多个实施例”、“一些实施例”、“某些实施例”、“一个实施例”、“另一个实施例”等等表示“所公开的发明的一个或更多个(但不一定是全部)实施例”的意思。

[0039] “确定”(及其语法变型)被用于极广泛的含义。“确定”包含多种行为，因此“确定”可以包括计算(calculating)、计算(computing)、处理、推导、研究、查询(例如，查询表、数据库或其它数据结构)、查明等等。并且，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、存取(例如，在存储器中存取数据)等等。并且，“确定”可以包括解决、挑选、选择、建立等等。

[0040] 除非另外明确指定，“基于”不表示“只基于”的意思。换句话说，“基于”描述“只基于”和“至少基于”。

[0041] 相比于现有的大地电磁和海洋可控源电磁(MCSEM)技术而言，提供一种利用可以穿透足够深度以到达油气沉积物的大约0.01Hz到30Hz范围内的超低和极低频(ULF和ELF)无线通信信号的用于直接的沉积物成像及其地电参数定量评估的系统和方法是具有优势的。ULF和ELF信号可以提供几乎全世界的覆盖范围，这使其成为用于地球物理勘探的有吸引力并且可靠的源。ULF/ELF无线通信系统还以具有极窄并且稳定的频率范围以及很窄的频率偏移为特点，从而允许将被记录的信号进行叠加以改善信噪比。

[0042] 海底通信电缆可以代表另一类型的低频发射系统。海底电缆的网络普遍覆盖世界海洋的广泛区域，提供几乎免费的发射电磁能量的源，还可以被有效地用于地球物理勘探。

[0043] 此处所公开的系统和方法可以用于使用远程强力电磁通信发射机的ULF/ELF电磁信号的油气沉积物海床电阻率成像，其中发射机可以安置于陆地和/或海底。还描述了使用海底通信电缆作为ULF/ELF电磁信号源的油气勘探的地球物理方法。描述了对在海水层内和在海底被测量的ULF/ELF场进行定量解释的方法和数值方案。虽然此处提供的例子通常针对油气沉积物的海底电阻率成像，然而也考虑了其它的应用。另外，虽然描述了油气沉积物的检测，然而也可以考虑没有检测到油气沉积物的区域的测绘、二者的结合和/或其它应用。

[0044] 提供了使用远程电磁发射机的ULF/ELF信号测量海床地层电阻率并成像海床油气沉积物的系统和方法。该方法可以包括测量由在ULF/ELF范围(大约0.01Hz到约30Hz)操作的固定发射机产生的磁场和电场。固定发射机可以被置于陆地或海底。可以通过安置于距发射机较远距离(例如，从大约十公里到大约一千公里)的海水层内一定深度的、和/或海底的、和/或海底钻孔内的一系列接收机进行测量。

[0045] 发射机的位置可以选择在陆地上露出的阻性(resistive)地壳基层(basement)的区域，或者直接在海底，以确保由发射机产生的电磁场沿低频波的两条传播路径传播：第一条路径可以由地-电离层波导形成，第二路径可以由地壳的阻性厚度形成的地下波导为代表。因此，被ULF/ELF电磁场穿透的地层的电阻率分布可以通过考虑由地-电离层波导和由地壳阻性厚度形成的地下波导到达接收机的电磁信号来确定。因此，该方法甚至可以在深水环境中使用，在该环境下大地磁场和从电离层传播的部分ULF/ELF信号通常都不能穿过厚的海水导电层。

[0046] 该系统和方法可以用于利用可以在海底地层内穿透足够深以到达油气沉积物的大约0.01Hz到大约30Hz范围内的超低频和极低频(ULF和ELF)电磁信号进行直接的沉积物成像及其地电参数的定量评估。在本实施例中，信号的频率可以在大约0.01Hz到大约30Hz的范围内。

[0047] 在本发明的一个实施例中，可以由置于海底的一系列固定的电和/或磁接收机进行测量。可以选择一个接收机的位置作为参考位置(参考站)。可以计算在参考站位置和在该系列接收机内的电磁数据之间相应的传递函数。这些传递函数可以不依赖于发射机的配置和位置而可以只依赖于地质层组内的电阻率分布。被观测数据的定量解释和海底油气沉积物的成像可以基于对相应的电磁传递函数的分析。

[0048] 在本发明的一个可选实施例中，可以由移动的和固定的电和/或磁接收机组进行测量，并且可以在移动接收机组和固定接收机组之间计算相应的传递函数。

[0049] 在本发明的另一个实施例中，发射机中可以产生至少若干频率的频域电流，并且接收机可以在若干频率测量信号。多频率测量可以用于利用通过地-电离层波导和通过由地壳的阻性厚度形成的地下波导到达接收机的电磁信号进行接收机位置的介质的频率电磁测深(frequencyelectromagnetic sounding)。

[0050] 本发明的另一个实施例可以提供用于使用时域内的远程电磁发射机ULF/ELF信号确定海床油气沉积物的电阻率成像的新的电磁系统和方法。时域测量可以用于使用通过地-电离层波导和通过由地壳阻性厚度形成的地下波导到达接收机的电磁信号进行接收机位置的介质的瞬变电磁测深(transient electromagnetic sounding)。

[0051] 在另一个实施例中，置于陆地或海底的发射机中的时域电流可以由强力脉冲磁流体(MHD)发电机产生。

[0052] 由远程发射机在超低频或极低频(ULF/ELF)产生的电磁场可以被利用于离岸油气沉积物的海床电阻率成像。

[0053] 在所图解的实施例中，通常可以使用两种主要类型的发射设施以有效地利用通过由地壳阻性厚度形成的地下波导传播到海底接收机的电磁场：(1)固定发射机可以被置于陆地上，优选地，在露出的阻性地壳基层区域，而电磁发射机可以由长度为若干公里(多达约100公里)的接地的电偶板子系统和/或由半径为若干公里的水平的电线圈构成，以及，(2)固定发射机可以被置于海底并且可以由承载频域电流的长的海底通信电缆构成。在其它实施例中，可以使用其它类型的发射设施来利用通过由地壳形成的地下波导进行传播的电磁场。

[0054] 通过考虑通过地-电离层波导和通过由地壳阻性厚度形成的地下波导到达接收机的电磁信号，某些实施例可以提供用于确定被ULF/ELF电磁场穿透的地层的电导率分布的新的能力。为了增强这种能力，陆地上的发射设施可以由向地层内发送电流的接地的电偶极子形成。在海底电缆发射机的情况下，尤其是在深海区域，所产生的电磁场的主要部分还可能通过海底地层传播。

[0055] 图1为图解用于测量海床电阻率的系统100的一个实施例的概念性框图。系统100可以包括电磁发射机102和接收机104。电磁发射机102可以产生电磁场。

[0056] 所产生的电磁场可以通过地-电离层波导106和/或在地壳内形成的地下波导108传播。所产生的电磁场可以到达接收机104。可以使用接收机104测量该电磁场的至少一个分量。

[0057] 油气沉积物110可以位于海床112内。例如，海床112可以包括具有已知电导率分布的地质层组。

[0058] 图2为用于测量海床电阻率的方法200的一个实施例的流程图。方法200可以包括产生202电磁场。电磁场可以由电磁发射机102产生202。

[0059] 可以测量204电磁场的至少一个分量。至少一个接收机104可以测量204电磁场。例如，至少一个接收机104可以测量204电磁场的至少一个分量。在某些实施例中，可以测量204电磁场的幅度和/或相位。在进一步的实施例中，可以测量204电磁场的磁分量和/或电分量。

[0060] 可以基于至少一个被测量的分量确定206电导率分布。电导率分布可以包括油气沉积物110、地质层组和/或其它地层和/或沉积物的电导率分布。

[0061] 可以将所确定的电导率分布与地质层组和/或油气沉积物110相关208。

[0062] 图3为图解用于测量海床电阻率的系统300的另一个实施例的概念性框图。系统300可以包括电磁发射机302和至少一个接收机304。

[0063] 可以将电磁发射机302置于陆地314上。电磁发射机302可以是固定的远程发射机。在本实施例中，电磁发射机302可以是接地电偶极子系统。接地电偶极子系统的长度可以大于三公里。在其它实施例中，电磁发射机302可以是线圈。线圈可以具有大于三公里的半径。

[0064] 可以将至少一个接收机304置于海水316中。在其它实施例中，可以将接收机304置于淡水中，等等。可以将接收机304置于海床112上。在其它实施例中，可以将接收机304置于钻孔内。例如，可以将接收机置于海床112内的钻孔内。在本实施例中，接收机304可以是固定的。

[0065] 在本实施例中，可以使用三个接收机304。在其它实施例中，可以使用更多或更少的接收机304。在某些实施例中，系统300可以是使用一个在陆地上的电磁发射机302和一系列固定的海底的电场和/或磁场接收机304的ULF/ELF海床电磁(USBEM)测量配置。

[0066] 电磁发射机302可以产生电磁场。在本实施例中，电磁场的频率可以介于和/或包括ELF和ULF范围。在其它实施例中，电磁场的频率可以在另一范围内。例如，频率可以在ELF、SLF、ULF和/或另一频率范围内。可以基于该频率范围是否可以通过地-电离层波导106和/或形成于地壳内的地下波导108传播来选择频率范围。

[0067] 所产生的电磁场可以通过地-电离层波导106和/或形成于地壳内的地下波导108传播。所产生的电磁场可以到达接收机304。

[0068] 可以用接收机304测量电磁场的至少一个分量。接收机304可以是电流的、感应的和/或其它接收机类型。至少一个接收机304可以记录由至少一个接收机304检测的电压。接收机304可以测量电磁场的至少一个分量。例如，接收机304可以测量电磁场的幅度和/或相位。在另一个例子中，接收机304可以测量电磁场的磁分量和/或电分量。

[0069] 油气沉积物110可以位于海床112内。例如，海床112可以包括具有已知电导率分布的地质层组。

[0070] 图4为图解用于测量海床电阻率的系统400的进一步实施例的概念性框图。系统400可以包括电磁发射机402和至少一个接收机304。

[0071] 可以将电磁发射机402置于海水316中。电磁发射机402可以是海底通信电缆。可以将电磁发射机402置于海床112上。在本实施例中，电磁发射机402被置于海底。

[0072] 可以将至少一个接收机304置于海水316中。在其它实施例中，可以将接收机304置于淡水中，等等。可以将接收机304置于海床112上。在其它实施例中，可以将接收机304置于钻孔内。例如，可以将接收机304置于海底的钻孔内。

[0073] 在本实施例中，可以使用三个接收机304。在其它实施例中，可以使用更多或更少的接收机304。在某些实施例中，系统400可以是使用海底电缆电磁发射机402和一系列固定的海底电场和/或磁场接收机304的ULF/ELF海底电磁(USBEM)测量配置。

[0074] 电磁发射机402可以产生电磁场。在本实施例中，电磁场的频率可以介于ELF和ULF范围之间和/或包括ELF和ULF范围。在其它实施例中，电磁场的频率可以在另一范围内。例如，频率可以在ELF、SLF、ULF和/或另一频率范围内。可以基于该频率范围是否可以通过地-电离层波导106和/或形成于地壳内的地下波导108传播来选择频率范围。

[0075] 所产生的电磁场可以通过地-电离层波导106和/或形成于地壳内的地下波导传播。所产生的电磁场可以到达接收机304。

[0076] 可以使用接收机304测量电磁场的至少一个分量。接收机304可以是电流的、感应的和/或其它接收机类型。至少一个接收机304可以记录由至少一个接收机304检测的电压。接收机304可以测量电磁场的至少一个分量。例如，接收机304可以测量电磁场的幅度和/或相位。在另一个例子中，接收机304可以测量电磁场的磁分量、电分量和/或其它分量。

[0077] 油气沉积物110可以位于海床112内。例如，海床112可以包括具有已知电导率分布的地质层组。

[0078] 图5为图解用于测量海床电阻率的系统500的更进一步实施例的概念性框图。系统500可以包括电磁发射机302和至少一个接收机304。

[0079] 可以将电磁发射机302置于陆地314上。电磁发射机302可以是固定的远程发射机。在本实施例中，电磁发射机302可以是接地的电偶极子系统。接地的电偶极子系统的长度可以为若干公里。例如，接地的偶极子系统的长度可以大于三公里。在其它实施例中，电磁发射机302可以是线圈。线圈的半径可以大于若干公里。例如，线圈可以具有大于三公里的半径。

[0080] 可以将接收机304置于海水316中。在其它实施例中，可以将接收机304置于淡水中，等等。可以将接收机304置于海床112上。在其它实施例中，可以将接收机304置于钻孔内。例如，可以将接收机304置于海底的钻孔内。在本实施例中，系统400可以包括至少一个被置于海床112上的接收机304和/或至少一个移动接收机504。至少一个移动接收机504可以由测量船518拖动。在本实施例中，只示出了一个移动接收机504。在其它实施例中，可以使用多个移动接收机504。在某些实施例中，系统500可以是使用陆地上的电磁发射机302、一组固定的海底接收机304和另一组由测量船518拖动的移动的电场和/或磁场接收机504的USBEM测量配置。

[0081] 电磁发射机302可以产生电磁场。在本实施例中，电磁场的频率可以介于ELF和ULF范围之间和/或包括ELF和ULF范围。在其它实施例中，电磁场的频率可以在另一范围内。例如，频率可以在ELF、SLF、ULF和/或另一频率范围内。可以基于该频率范围是否可以通过地-电离层波导106和/或形成于地壳内的地下波导108传播来选择频率范围。

[0082] 所产生的电磁场可以通过地-电离层波导106和形成于地壳内的地下波导108传播。所产生的电磁场可以到达接收机304、504。

[0083] 可以使用接收机304、504测量电磁场的至少一个分量。接收机304、504可以是电流的、感应的和/或其它接收机类型。至少一个接收机304、504可以记录由至少一个接收机304、504检测的电压。接收机304、504可以测量电磁场的至少一个分量。例如，接收机304、504可以测量电磁场的幅度和/或相位。在另一个例子中，接收机304、504可以测量电磁量的磁分量、电分量和/或其它分量。

[0084] 油气沉积物110可以位于海床112内。例如，海床112可以包括具有已知电导率分布的地质层组。

[0085] 图6为图解用于测量海床电阻率的系统600的进一步实施例的概念性框图。系统600可以包括电磁发射机402和至少一个接收机304、504。

[0086] 可以将电磁发射机402置于海水316中。电磁发射机402可以是海底通信电缆。可以将电磁发射机402置于海床112上。在本实施例中，电磁发射机402被置于海底。

[0087] 可以将接收机304、504置于海水316中。在其它实施例中，可以将接收机304、504置于淡水中，等等。可以将某些接收机304置于海床112上。在其它实施例中，可以将某些接收机304置于钻孔内。例如，可以将接收机304置于海床112内的钻孔内。在本实施例中，系统400可以包括至少一个被置于海床112上的接收机304和/或至少一个移动接收机504。至少一个移动接收机504可以由测量船518拖动。在本实施例中，只示出了一个移动接收机。在其它实施例中，可以使用多个移动接收机504。在某些实施例中，系统600可以是使用海底电缆电磁发射机402、一组电磁发射机402、一组固定的海底接收机304和另一组由测量船518拖动的移动的电场和/或磁场接收机504的USBEM测量配置。

[0088] 电磁发射机402可以产生电磁场。在本实施例中，电磁场的频率可以介于ELF和ULF范围之间和/或包括ELF和ULF范围。在其它实施例中，电磁场的频率可以在另一范围内。例如，频率可以在ELF、SLF、ULF和/或另一频率范围内。可以基于该频率范围是否可以通过地-电离层波导106和/或形成与地壳内的地下波导108传播来选择频率范围。

[0089] 所产生的电磁场可以通过地-电离层波导106和/或形成与地壳内的地下波导108传播。所产生的电磁场可以到达接收机304、504。

[0090] 可以使用接收机304、504测量电磁场的至少一个分量。接收机304、504可以是电流的、感应的和/或其它接收机类型。至少一个接收机304、504可以记录由至少一个接收机304、504检测的电压。接收机304、504可以测量电磁场的至少一个分量。例如，接收机304、504可以测量电磁场的幅度和/或相位。在另一个例子中，接收机304、504可以测量电磁场的磁分量、电分量和/或其它分量。

[0091] 油气沉积物110可以位于海床112内。例如，海床112可以包括具有已知电导率分布的地质层组。

[0092] 图7为用于测量海床电阻率的方法700的一个实施例的流程图。方法700可以包括产生702电磁场。可以由电磁发射机102产生702电磁场。可以如图3和图5中描述的电磁发射机302，将电磁发射机102置于陆地314上；或者如图4和图6中描述的电磁发射机402，将发射机102置于水下。

[0093] 可以测量704电磁场的多个分量。接收机104可以测量704电磁场的多个分量。在某些实施例中，可以使用一个接收机104测量704电磁场的多个分量。例如，一个接收机
104可以测量704电场的x和y分量。在其它实施例中，可以使用多个接收机104测量704电磁场的多个分量。例如，两个接收机104可以测量704磁场的x分量。可以由一个或更多个接收机104测量704电磁场的电和/或磁部分的其它方向分量。

[0094] 可以确定706至少一个传递函数。可以基于电磁场的多个所测量的分量确定传递函数。可以将所确定的至少一个传递函数与地质层组和/或油气沉积物110相关708。

[0095] 例如，可以将至少一个接收机104置于具有某笛卡尔坐标的矢径r0的点处并且可以将至少一个其它接收机104置于具有可变矢径r的点处。接收机104可以测量704电磁场分量：{Ex，Ey，Ez，Hx，Hy，Hz}的任意组合。在r点观测的电磁场分量与在参考点r0观测的电磁场分量成线性比例

[0096]

[0097]

[0098]

[0099]

[0100] 其中Tαβ，Mαβ，Zαβ，和Yαβ是标量电磁传递函数。Tαβ和Mαβ分别是电传递函数和磁传递函数，而Zαβ和Yαβ分别是阻抗传递函数和导纳传递函数。在本实施例中，可以基于电磁场的多个所测量的分量确定706至少一个传递函数。

[0101] 传递函数Tαβ，Mαβ，Zαβ，和Yαβ依赖于观测点的坐标r和r0、频率ω和/或介质中的电导率分布σ(r)。然而，传递函数Tαβ，Mαβ，Zαβ，和Yαβ不依赖于发射机102中电流的强度和配置。与所测量的电场和磁场相比，传递函数Tαβ，Mαβ，Zαβ，和Yαβ只携带地球内部地电结构的信息。在其它实施例中，其他传递函数可以包括除Tαβ，Mαβ，Zαβ，和Yαβ之外的传递函数。

[0102] 例如，在图5所示的实施例中，可以将固定接收机304置于r0点处，并且可以将移动接收机504置于具有矢径r的点处。固定接收机304可以测量电磁场分量{Ex，Ey，Ez，Hx，Hy，Hz}的任意组合，移动接收机504可以测量电磁场分量的任意组合，例如，电场分量Ey。在这种情况下，即当测量电磁场的所有分量时，可以确定706代表沿测量剖面或测量区域上的电传递函数和阻抗传递函数的六个场Tyβ(r，ro)和Zyβ(r，ro)。

[0103] 在另一个例子中，在图6所示的实施例中，可以将固定接收机置于r0点，并且可以将移动接收机504置于具有矢径r的点。固定接收机304可以测量电磁场分量{Ex，Ey，Ez，Hx，Hy，Hz}的任意组合；移动接收机504也可以测量电磁场分量的任意组合，例如电场分量Ey。

[0104] 可以使用最小二乘法确定706至少一个传递函数。例如，假设我们有ULF/ELF信号在给定频率ω的一系列测量值

[0105] Eix，Eiy，Eiz，Hix，Hiy，Hiz i＝1，2，...，N.

[0106] 作为例子，考虑电传递函数Tαβ。

[0107] 根据式(1)，我们得到：

[0108]

[0109] 其中eαi可以是由数据中的噪声导致的误差项。

[0110] 最小二乘法可以允许我们求出传递函数，该传递函数可以使线性关系中的误差绝对值的加权平方和最小：

[0111]

[0112]

[0113] 其中权重wαi可以与误差的散布成反比：

[0114] wαi＝1/σ2αi. (7)

[0115] 可以关于传递函数将变分型算子作用于泛函φ，并且可以使结果等于零以得到具有以下的解的Tαβ的线性方程系统：

[0116] Tαβ(r，r0)＝Sαβ(r，r0)/Sαβ(r0)， (8)

[0117] 其中

[0118]

[0119] 总之，带有权重的最小二乘法可以允许我们排除或者降低来自ULF/ELF数据的传递函数计算结果的不相等散布误差的影响。在其它实施例中，可以使用其它方法确定706至少一个传递函数。

[0120] 可以将所确定的至少一个传递函数与地质层组和/或油气沉积物110相关708。可以与地质层组和/或油气沉积物110相关708的所确定的至少一个传递函数可以用来确定油气沉积物110的位置。

[0121] 可以使用如下示例步骤完成对所确定的至少一个传递函数的相关708。例如，通常我们可以考虑海底地质层组的适合的地质模型。可以针对在海底测量704的USBEM数据将解释问题形式化。

[0122] 由接收机104测量704的场可以表示为背景电磁场{Eb，Hb}与异常的部分{Ea，Ha}b b的和，其中，背景电磁场{E，H}可以在海水和沉积层形成的背景模型中产生，异常的部分a a
{E，H}与存在于海底内的异常电导率Δσ(电导率不均匀性)相关：

[0123] E＝Eb+Ea，H＝Hb+Ha.

[0124] 我们可以用麦克斯韦方程的积分形式表达由接收机104测量704的电磁场：

[0125]

[0126]

[0127] 其中GEαβ(rj|r)和GHαβ(rjr)(α，β＝x，y，z)是为介质定义的电格林张量和磁格林张量的分量，其中背景电导率σb和域D可以表示具有异常电导率分布σ(r)＝σb+Δσ(r)，r∈D的体积。

[0128] 将方程(10)和(11)代入式(1)至(4)，并且关于Tαβ，Mαβ，Zαβ和Yαβ求解最终的方程，我们可以确定706相应的传递函数。

[0129] 为简便，可以将方程(10)至(11)和式(1)至(4)表示的异常电导率Δσ与传递函数Tαβ，Mαβ，Zαβ和Yαβ之间的关系相关708为算符方程：

[0130] d＝A(Δσ)， (12)

[0131] 其中A可以是正演模拟算符，d可以代表从海底接收机所观测(即测量704)到的电磁数据计算出的相应传递函数，而Δσ可以是由目标域中的异常电导率形成的矢量。

[0132] 注意到海水层通常会以大约0.25Ω-m的低电阻率为特征，而海底沉积物也会具有电阻率约1Ω-m的良导电性。与此同时，海底油气沉积物110通常会以从几十Ω-m到几百Ω-m范围内的相对高的电阻率为特征。因此，油气沉积物110会表现具有负的异常电导率Δσ的相对较强的电阻率异常。由接收机104测量704的数据(在本实施例中为被确定的电磁传递函数)的相关708可以被用来确定该异常的位置和形状。可以使用三维(3D)正演和反演电磁模拟进行此确定。

[0133] 图8为用于测量海床电阻率的方法800的一个实施例的流程图。方法800可以包括在多个频率上产生802电磁场。例如，电磁发射机102中的频域电流可以产生至少若干频率的电磁场。可以在多个频率上测量804电磁场的至少一个分量。例如，接收机104可以在若干频率上测量804信号。

[0134] 可以基于至少一个所测量分量确定806电导率分布。例如，可以将多频率测量用于距海底不同距离的介质的频率电磁测深以制作电导率分布的立体图像。可以将所确定的电导率分布与地质层组和/或油气沉积物110相关808。

[0135] 图9为用于测量海床电阻率的方法900的一个实施例的流程图。方法900可以包括在时域中产生902电磁场。例如，发射机中的脉冲(时域)电流可以产生902电磁场。可以在时域中测量904电磁场的至少一个分量。例如，接收机104在不同时刻测量904信号。

[0136] 可以基于至少一个所测量分量确定906电导率分布。例如，瞬变测量可以用于在距海底不同距离处介质的时域电磁测深以制作电导率分布的立体图像。可以将所确定的电导率分布与地质层组和/或油气沉积物110相关908。

[0137] 图10为用于测量海床电阻率的方法1000的一个实施例的流程图。方法1000可以包括产生1002电磁场。电磁场可以由电磁发射机102产生。可以如图3和图5中描述的电磁发射机302将电磁发射机102置于陆地314上，或者如图4和图6中描述的发射机402将电磁发射机102置于水下。

[0138] 可以测量1004电磁场的至少一个分量。接收机104可以测量1004电磁场。例如，固定的和/或移动的接收机304、504可以测量1004电磁场的至少一个分量。在某些实施例中，可以测量1004电磁场的幅度和/或相位。在进一步的实施例中，可以测量1004电磁场的磁分量和/或电分量。

[0139] 可以基于至少一个所测量分量确定1006电导率分布。电导率分布可以包括油气沉积物110、地质层组和/或其他层组和/或沉积物的电导率分布。在某些实施例中，可以通过基于电磁场的多个所测量分量确定706至少一个传递函数来确定1006电导率分布。

[0140] 可以将所确定的电导率分布与地质层组和/或油气沉积物110相关1008。在某些实施例中，可以将所确定的至少一个传递函数与地质层组和/或油气沉积物110相关708。

[0141] 可以将观测数据与预测数据比较1010。传统地，电磁反演可以基于参数泛函αP (Δσ)的最小化，该参数泛函带有相应稳定子(stabilizer)s(Δσ)

[0142] Pα(Δσ)＝φ(Δσ)+αs(Δσ) (13)

[0143] 其中φ(Δσ)可以代表预测数据和观测(即测量1004)数据间的失配泛函，而α为正则化参数。

[0144] 失配泛函可以指示为给定的电导率模型预测的数据与观测数据的符合程度。可以使用稳定泛函(稳定子)将关于地质剖面的希望特性的先验信息带入反演算法。可以使用新的稳定子，使得有可能得到比使用传统的最大平滑(maximum smoothness)稳定子更清楚且更聚焦的反演模型图像。例如，最小支集(MS)和最小梯度支集(MGS)泛函可以有助于地球物理反演问题的解决。这些泛函可以有助于从一类具有特定物理和/或几何特性的解中选择希望的稳定解。在使用ULF/ELF信号对海床油气沉积物110进行成像时，这些特性其中之一可能包括尖锐边界的存在，尖锐边界分隔具有不同物理参数的地质层组，例如，石油勘探中的油和水饱和沉积物。这种方式通常被称为正则化聚焦反演。

[0145] 可以通过使用梯度类方法将参数泛函P(Δσ)最小化。例如，在最小范数稳定子情况下的参数泛函最小化的正则化共轭梯度(RCG)算法可以总结如下：

[0146] rn＝A(Δσn)-d， (α)

[0147]

[0148] (14)

[0149]

[0150]

[0151] 其中kn可以代表迭代步的长度，而可以代表正演模拟算符(12)的梯度方向，该*梯度方向可以使用伴随弗雷谢导数矩阵(adjoint Fréchetderivative matrix)Fn 计算。

[0152] 我们可以将数据权重确定为由背景场的倒数绝对值(inverse absolutevalue)构成的对角矩阵。模型加权矩阵的计算可以基于灵敏度分析。我们可以选择wm为初始模型中灵敏度矩阵的平方根：

[0153]

[0154] 结果，我们可以对于不同模型参数得到一致灵敏度的数据。

[0155] 通过解决电磁反演问题(12)，我们可以制作海底地质层组内的3D电导率分布。电导率模型可以由产生与高电阻率区域相关的海床油气沉积物110的3D图像的所观测USBEM测量数据的反演来推出。

[0156] 在本实施例中，可以将电磁场的所测量的至少一个分量与在另一周期所测量的电磁场的相应至少一个分量叠加1012。

[0157] 可以通过在适合的时间段叠加1012观测信号来实现信噪比的改善。就不相关噪声而言，当被叠加信号的数量为N时，信噪比会提高倍。例如，如果被观测信号的频率是0.1Hz，重复记录此信号两小时就可以足够将信噪比提高约25倍。

[0158] 图11图解了可在计算设备1101中利用的各种部件。接收机104、电磁发射机102和/或其它设备可以作为计算设备1101的例子。所示出的部件可以被置于同一物理结构中或分离的外壳或结构中。

[0159] 计算设备1101可以包括处理器1103和存储器1105。处理器1103可以控制计算设备1101的操作，并且可以具体实施为微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)或其它本领域已知的设备。处理器1103通常基于储存在存储器1105内的程序指令执行逻辑和算术操作。存储器1105内的指令可以是为实现此处所描述的方法的可执行文件。

[0160] 计算设备1101还可以包括用于与其它电磁设备通信的一个或更多个通信接口1107。通信接口1107可以基于有线通信技术、无线通信技术和/或其它通信技术。

[0161] 计算设备1101还可以包括一个或更多个输入设备1109和一个或更多个输出设备1111。输入设备1109和输出设备1111可以有助于使用者输入。不同种类的输入设备1109的例子可以包括键盘、鼠标、麦克风、遥控设备、按钮、操纵杆、轨迹球、触摸板、光笔等。不同种类的输出设备1111的例子可以包括扬声器、打印机等。可以用在计算系统中的一个具体类型的输出设备是显示设备1113。用于此处所公开的实施例的显示设备1113可以利用任意适合的图像投影技术，例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)、气体等离子、电致发光等等。还可以提供显示控制器1115，用于将储存在存储器1105内的数据转换为显示在显示设备1113上的文本、图像和/或动态图像(根据适合的情况)。还可以提供其它部件作为计算设备1101的一部分。

[0162] 图11只示出了计算设备1101的一种可能的配置。可以利用各种其它的结构和部件。

[0163] 可以使用多种不同技术和方法中的任何技术和方法代表信息和信号。例如，在以上描述中可能提及的数据、指令、命令、信息、信号、字节、符号和码片(chips)可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子，或其任意组合代表。

[0164] 结合此处所公开的实施例描述的各种说明性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的结合。为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，前面已经大致就其功能对各种说明性的部件、块、模块、电路和步骤进行了描述。这种功能以硬件还是软件的方式实现取决于具体的应用以及整个系统的设计限制。本领域技术人员可以为每种具体应用以不同的方法实现所述的功能，但这种实施决定不应被解释为导致脱离本发明的范围的内容。

[0165] 结合此处所公开的实施例描述的各种说明性的逻辑块、模块和电路可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列信号(FPGA)或其它可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或为实现此处所述的功能而设计的其任意组合实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是可选择地，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以作为计算设备的组合实现，例如，DSP和微处理器、多个微处理器、结合DSP核心的一个或更多个微处理器的组合，或任何其它此种配置。

[0166] 例如执行(executing)、处理、进行(performing)、运行、确定、通报、发送、接收、存储、请求和/或其它的功能可以包括使用网络服务执行该功能。网络服务可以包括设计用来支持在例如因特网的计算机网络上可互操作的机器对机器相互作用的软件系统。网络服务可以包括可以用来在应用程序或系统间交换数据的各种协议和标准。例如，网络服务可以包括信息传递规范、安全规范、可靠信息传递规范、处理规范、元数据规范、XML规范，管理规范和/或业务处理规范。可以使用常用规范，比如SOAP、WSDL、XML和/或其它规范。

[0167] 结合此处公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接以硬件、由处理器执行的软件模块或是两者结合的形式具体实施。软件模块可以存在于RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或任何其它本领域已知的存储介质形式中。一个示例性存储介质被耦合到处理器从而处理器可以从存储介质读取信息以及将信息写入存储介质。或可选择地，可以将存储介质集成到处理器。处理器和存储介质可以存在于ASIC中。ASIC可以存在于用户终端。或可选择地，处理器和存储介质可以作为分立元件存在于用户终端。

[0168] 此处公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或更多个步骤或行动。可以将方法步骤和/或行动彼此互换而不脱离本发明的范围。换句话说，除非实施例的适当操作需要步骤或行动的特定顺序，否则可以对特定步骤和/或行动的顺序和/或使用进行调整而不脱离本发明的范围。

[0169] 虽然已经说明和描述了本发明的具体实施例和应用，应该理解本发明并不局限于此处所公开的确切的配置和部件。本领域技术人员应该明白，可以对此处公开的本发明的方法和系统的设置、操作和细节做各种修改、改变和变化而不脱离本发明的精神和范围。

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