用于地下探测的低噪声拖曳式电磁系统技术方案

一种用于海洋电磁勘探系统的检测器包括外壳，该外壳设置成使得将外壳拖曳穿过水体时的紊流最小，并且使外壳沿拖曳方向以外的任何方向的运动最小。该外壳包括与它相关的电场和磁场传感元件中的至少一个传感元件。

【技术实现步骤摘要】

一般来说，本专利技术涉及用于地球的地下覆盖层探测的电磁勘探设备的领域。更具体地说，本专利技术涉及用于检测由施加在地中的电磁场引起的感应电压的检测器电极及其阵列的结构。
技术介绍
除了其它目的外，电磁勘探还用于确定地球的地下覆盖层中含烃结构的存在。电磁勘探包括称为“受控源”勘探技术的技术。受控源电磁勘探技术包括当在陆地上进行这些勘探时，在泥土中施加电流或磁场；或者当在海洋环境中进行这些勘探时，对水底(海底)以下的沉积物施加电流或磁场。这些技术包括测量设置于地表面或海底上的电极、天线和/或磁力计中所感应的电压和/或磁场。这些电压和/或磁场是通过由施加在地下覆盖层中(在海洋勘探中穿过水底)的电流和/或磁场引起的电磁场与地下覆盖层构造物相互作用而感应产生的。本领域中已知的海洋受控源电磁勘探通常包括通过对由勘探船拖曳的偶极电极施加来自通常设置在该勘探船上的源的电流，来对水底以下的沉积物施加交变流电。偶极电极通常是绝缘电缆，在该绝缘电缆的选定间距(有时是300-1000米或更大)上有两个电极。交流电具有一个或多个选定的频率，这些频率通常在约0.1-100Hz范围内。多个检测器电极设置在水底上隔开的位置，并且这些检测器电极连接到记录这些电极的不同电极对上所感应的电压的装置。该勘探称为频域受控源电磁(f-CSEM)勘探。例如，在Sinha，MC.Patel，P.D.，Unsworth，M.J.，Owen，T.R.E.和MacCormack，M.G.R.(1990)，Anactive source electromagnetic sounding system for marine use，MarineGeophysical Research，12，29-68中描述了f-CSEM勘探技术。其它描述电磁地下勘探的物理学和判读的出版物包括Constable，S.C.和Edwards，R.N.(1991)，Electrical exploration methods for the seafloorInvestigation in Geophysics No.3，Electromagnetic methods in appliedgeophysics，vol.2，application，part B，931-966；以及Cheesman，S.J.，Edwards，R.N.和Chave，A.D.(1987)，On the theory of seafloorconductivity mapping using transient electromagnetic systemsGeophysics，52，No.2，204-217。本领域中已知的用于电磁勘探地下构造物的另一技术是瞬态受控源电磁(t-CSEM)勘探。在t-CSEM勘探中，利用与如上文所说明用于f-CSEM的电极相似的位于电缆上的电极，来对地下覆盖层施加电流。该电流可以是直流电(DC)。在一个或多个选定的时间，切断电流，并且通常相对于选定时间间隔内的时间，利用之前如参照f-CSEM勘探所说明的设置在水底上的电极，来测量感应电压。通过感应电压的时间分布，来推断地下覆盖层的结构和组成。例如，在Strack，K.-M.(1992)，Exploration with deep transient electromagnetic，Elsevier，373 pp.(1999年再版)中描述了t-CSEM勘探技术。不管利用何种技术，因为含烃结构的电阻率在几欧姆-米到几百欧姆-米的范围内，而相邻的不含烃的构造物的电阻率在约0.2欧姆-米到几欧姆-米的范围内，所以通过这两种结构之间的电阻率常数，可以推断含烃结构的存在。上述电磁勘探技术不仅耗时，而且执行起来比较昂贵，这主要是因为检测器电极通常设置在部署于水底上的电缆中。部署这些检测器电极电缆通常包括从勘探船或另一部署船退绕这些电缆；在部署电缆后，确定电极的大地位置；并在完成勘探后收回电缆。因此，为了勘探地下覆盖层的实质区域，需要沿水底在不同位置部署大量的这样的电缆和/或重复部署电缆。利用部署在水底的(固定)检测器电缆的主要原因是，由于电磁效应而在电极对上感应的电压小至足以使电缆穿过水时在电极中感应的噪声使得难以测量由电磁效应感应产生的电压。本领域中已知，拖曳电缆上的电极可以用于某些类型的海洋勘探，尤其是如上所述，用于对水底以下的构造物施加电场。但是，利用本领域中已知用于电磁感应电压检测的拖曳式电极难以利用本领域中已知的电极来执行，特别是因为拖曳式电缆在穿过水时会发生振动。因为这种现象会影响到安装在电缆上的电极，所以早就针对水下接收天线研究了这种现象。该研究的结果是，识别到多个噪声源。例如，参见M.L.Burrows，IEEE Trans.Comm.，22(1974)540。一个重要的噪声源是由电极和互连电缆在地球的地磁场内的运动(即，电磁感应)引起的。当电缆穿过水时，沿电缆的压力波动会激发运动，从而使电缆开始振动。对于长电缆，研究表明，运动感应电压与v5/2/f2成比例，其中v和f分别是拖曳速度和信号频率。用于水下通信天线的频率高于60Hz，并且由于噪声的频率相依性，所得噪声可以进行处理。但是，对于常用于烃探测的约为0.4-0.8Hz的频率来说，感应噪声难以处理。利用由Burroughs开发并且在前述IEEE出版物中公开的公式，预期在感兴趣的频率和5节的拖曳速度下，噪声电平约为0.3μV/Hzm。相对于预期在典型的电磁勘探中测量到的电压，该噪声电平高得不能接受。其它重要的噪声源有电极噪声、水运动噪声和热噪声。电极噪声由扰乱电极表面处的电化学双层的水运动引起。水运动噪声与地磁场中由水紊流引起的感应相关。如果在电极附近存在温度梯度，那么热噪声将总是存在。需要一种用于采集电磁勘探数据的系统，可以类似于地震拖缆系统那样在水中拖曳该系统，以便提高采集电磁勘探数据的速度和效率。该系统应当配置成使得由于水运动经过传感元件以及传感元件沿拖曳方向以外的方向运动而在传感元件中感应的噪声最小。
技术实现思路
从最普遍的意义来说，本专利技术是用于海洋电磁勘探系统的检测器，该检测器包括外壳，该外壳设置成使将外壳拖曳穿过水体时的紊流最小，并且使外壳沿拖曳方向以外的任何方向的运动最小。该外壳包括与它相关的电场或磁场传感元件。本专利技术的另一个方面是海洋电磁勘探系统检测器。根据本专利技术的这个方面的检测器包括由基本上不导电的材料形成的外壳。该外壳的形状经过设计以便提供用于放置电极的表面，当外壳移动穿过水时，该电极位于基本上层状流动的水中。该外壳的形状经过设计以便对穿过的水流提供最小的阻力。翼片耦合到外壳，并且从外壳向外突出。翼片的形状经过设计以便使外壳穿过水的运动保持稳定，并且每个翼片为拖曳电缆提供附接位置。这些翼片关于外壳对称设置。该检测器包括设置在外壳的这个表面上的电极。该电极由基本上为非金属的导电材料组成。在一个实施例中，外壳定义其中具有电压测量电路的内部腔室。本专利技术的另一个方面是海洋电磁勘探系统。根据本专利技术的这个方面的电磁勘探系统包括设置成将电缆拖曳穿过水体的勘探船。该勘探船上具有用于使源电极通电的装备。该装备包括用于记录与至少一对检测器之间检测到的电压相对应的信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋电磁勘探系统检测器，包括：　　　　由基本上不导电的材料形成的外壳，所述外壳的形状经过设计以便提供用于放置电极的表面，当所述外壳移动穿过水时，所述电极位于基本上层状流动的水中，所述外壳的形状经过设计以便对穿过的水流提供最小的阻力；　　　　耦合到所述外壳并从所述外壳向外突出的翼片，所述翼片的形状经过设计以便使所述外壳穿过水的运动保持稳定，并且每个翼片为拖曳电缆提供附接位置，所述翼片关于所述外壳对称设置；以及　　　　设置在所述表面上的电极，所述电极由基本上为非金属的导电材料形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RSL滕汉恩，RJM马特森，PG克里斯泰德特，MF卡尔松，UP林奎斯特，PA戴维松，
申请(专利权)人：PGS地球物理公司，
类型：发明
国别省市：NO[挪威]