способ электромагнитных геофизических исследований подводных пластов пород

Формула изобретения

1. Способ электромагнитных геофизических исследований пластов (1) пород ниже морского дна (3), отличающийся следующими этапами, на которых

буксируют излучающие первое и второе переменные поля (E₁, Е₂) источники (s₁, s₂) на первой и второй глубинах (d₁, d ₂), при этом указанное первое поле (E₁) имеет первую фазу ( ₁);

указанному второму переменному полю (Е₂) придают вторую фазу ( ₂), отличающуюся от указанной первой фазы ( ₁), при этом указанные источники (s₁ , s₂) образуют излучающую фазированную антенную решетку с направленностью для излучения основной пропорциональной части объединенной электромагнитной энергии вниз и для излучения значительно меньшей пропорциональной части энергии вверх;

при этом указанные первое и второе поля (E₁, E₂) распространяются частично вниз через морское дно (3) и отражаются и/или преломляются на указанных пластах (1) пород, и частично отражаются обратно через морское дно (3);

указанные первое и второе поля (E₁, Е₂) объединяют в суммарное поле и измеряют с помощью приемников (r₁, r₂ , , r_n) электромагнитного поля, регистрируя соответствующие отсчеты (E_r1(t), E_r2(t), E_r3 (t), , E_rn(t)) поля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные приемники (r₁, r₂, , r_n) электромагнитного поля располагают, в основном, по направлению линии вдоль морского дна (3).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при регистрации и обработке используют вертикальные электрические поля, горизонтальные или вертикальные магнитные поля и сочетания из этих составляющих.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что при регистрации и обработке используют вертикальные электрические поля, горизонтальные или вертикальные магнитные поля и сочетания из этих составляющих.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что число элементов в решетке может выходить за пределы двух антенн (s), и тем, что решетка может включать в себя вертикальные и горизонтальные смещения элементов для дополнительного вытягивания диаграммы направленности антенны.

6. Способ электромагнитных геофизических исследований пластов (1) пород ниже морского дна (3), содержащий следующие этапы, на которых

буксируют излучающий первое переменное поле (E₁) источник (s_[1]) на первой глубине (d₁), при этом указанное первое поле (E₁) имеет первую фазу ( ₁), указанное первое поле (E₁) распространяется частично вниз через морское дно (3) и отражается и/или преломляется на указанных пластах (1) пород, и частично распространяется обратно через морское дно (3);

указанное первое поле (E₁ ) измеряют с помощью приемников (r₁, r₂ , , r_n) электромагнитного поля и регистрируют соответствующие отсчеты (E_1r1(t), E_1r2(t), E_1r3(t), , E_1rn(t)) первого поля, отличающийся тем, что

буксируют излучающий второе переменное поле (E₂ ) источник (s_[2]) на второй глубине (d₂ ), указанному второму переменному полю (Е₂) придают вторые фазу ( ₂) и амплитуду (А₂), необязательно отличающиеся от указанных первых фазы ( ₁) и амплитуды (А₂), при этом указанное второе поле (Е₂) распространяется частично вниз через морское дно (3) и отражается и/или преломляется на указанных пластах (1) пород, и частично распространяется обратно через морское дно (3), указанное второе поле (Е₂) измеряют с помощью приемников (r₁, r₂, , r_n) электромагнитного поля и регистрируют соответствующие отсчеты (E_2r1(t), E_2r2(t), E_2r3(t), , E_2rn(t)) второго поля;

объединяют на этапе обработки отсчеты (E_1r1(t)+E_2r1 (t), E_1r2(t)+E_2r2(t), E_1r3(t)+E _2r3(t), , E_1rn(t)+E_2rn(t)) указанных первого и второго полей в суммарное поле (E_r1(t), E_r2 (t), E_r3(1), , E_rn(t)) с заданными разностью фаз и отношением амплитуд для имитации результатов измерений, являющихся следствием излучения от излучающей фазированной антенной решетки, состоящей из источников (s₁, s₂) переменного поля, имеющей направленность для излучения основной пропорциональной части энергии переменного поля вниз через морское дно (3) и значительно меньшей пропорциональной части энергии переменного поля вверх.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанные приемники (r₁, r₂, , r_n) электромагнитного поля располагают, в основном, по направлению линии вдоль морского дна (3).

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанную буксировку указанного первого источника (s₁) на первой глубине (d₁) ниже поверхности моря или высоте (h₁ ) выше морского дна (3) и указанного второго источника (s ₂) на второй глубине ниже поверхности моря или высоте (h ₂) выше морского дна совершают за два последовательных галса в море поверх приемников (r₁, r₂, , r_n).

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что излучающие указанные поля источники (s₁, s₂) являются одним и тем же излучающим источником (s), проводимым за два отдельных пробега поверх приемников (r ₁, r₂, , r_n).

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанные первое и второе поля (E₁, Е ₂) представляют собой поля (E_1H, E_2H ) горизонтальных электрических диполей.

11. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанное объединение указанных первого и второго полей, (E_1r1(t)+E_2r1(t), E _1r2(t)+E_2r2(t), E_1r3(t)+E_2r3 (t), , E_1rn(t)+E_2rn(t)) осуществляют с помощью алгоритма в вычислительном устройстве после указанной регистрации отсчетов (E_1r1(t), E_1r2(t), E_1r3(t), , E_1rn, (t)), (E_2r1(t), E_2r2 (t), E_2r3(t), , E_2rn(t)) указанных первого и второго полей.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что указанное суммирование указанных первого и второго полей осуществляют при помощи указанного алгоритма, изменяя разность ( ₂- ₁) фаз между второй фазой ( ₂) и первой фазой ( ₁) с тем, чтобы повысить имитируемую направленность указанной имитируемой излучающей фазированной решетки.

13. Способ по п.6, отличающийся тем, что при регистрации и обработке используют вертикальные электрические поля, горизонтальные или вертикальные магнитные поля и сочетания из этих составляющих.

14. Способ по п.7, отличающийся тем, что при регистрации и обработке используют вертикальные электрические поля, горизонтальные или вертикальные магнитные поля и сочетания из этих составляющих.

15. Способ по п.6, отличающийся тем, что при регистрации и обработке используют вертикальные электрические поля, горизонтальные или вертикальные магнитные поля и сочетания из этих составляющих.

16. Способ по п.7, отличающийся тем, что при регистрации и обработке используют вертикальные электрические поля, горизонтальные или вертикальные магнитные поля и сочетания из этих составляющих.

17. Способ по п.8, отличающийся тем, что при регистрации и обработке используют вертикальные электрические поля, горизонтальные или вертикальные магнитные поля и сочетания из этих составляющих.

18. Способ по п.9, отличающийся тем, что при регистрации и обработке используют вертикальные электрические поля, горизонтальные или вертикальные магнитные поля и сочетания из этих составляющих.

19. Способ по п.10, отличающийся тем, что при регистрации и обработке используют вертикальные электрические поля, горизонтальные или вертикальные магнитные поля и сочетания из этих составляющих.

20. Способ по п.11, отличающийся тем, что при регистрации и обработке используют вертикальные электрические поля, горизонтальные или вертикальные магнитные поля и сочетания из этих составляющих.

21. Способ по п.12, отличающийся тем, что при регистрации и обработке используют вертикальные электрические поля, горизонтальные или вертикальные магнитные поля и сочетания из этих составляющих.

22. Способ по любому из пп.6-21, отличающийся тем, что число элементов в решетке может выходить за пределы двух антенн (s), и тем, что решетка может включать в себя вертикальные и горизонтальные смещения элементов для дополнительного вытягивания диаграммы направленности антенны.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу электромагнитных геофизических исследований подводных пластов пород. Способ содержит буксировку излучающих первое и второе переменные поля источников на первой и второй глубинах или высотах выше морского дна, при этом излучающие источники управляются, чтобы имелись различные фазы и амплитуды для образования излучающей фазированной антенной решетки с направленностью. Направленность является полезной для снижения распространяющейся вверх энергии, которая приводит к головной волне или «воздушной волне», и также для гарантии того, что основная пропорциональная часть излученной энергии распространится вниз в подводные пласты.

Предпосылки создания изобретения

Пласты пород ниже морского дна насыщены водой, а соленая поровая жидкость содержит ионы, придающие пластам пород высокую электрическую удельную проводимость или низкое удельное сопротивление, =0,7-10 Ом·м. В этом описании будет использоваться удельное сопротивление, выраженное в единицах Ом·метр, сокращенно Ом·м. Углеводороды, такие как нефть и газ, замещают воду в поровых пространствах пористых нефтеносных пластов пород. Нефть не растворяет солей, и это приводит к низкой электрической удельной проводимости нефтеносных пород, соответствующей высокому удельному сопротивлению, =20-300 Ом·м, а в некоторых случаях удельное сопротивление достигает =1000 Ом·м. В других случаях участки нефтеносного пласта, заполненного соляным раствором в качестве порового флюида, нельзя отличить электромагнитным способом от перекрывающей породы. Морская вода содержит некоторое количество растворенных солей и обычно дает удельное сопротивление около =0,3 Ом·м.

Такие погребенные, потенциально нефтеносные пласты осадочных пород являются объектами исследований большей части геофизических исследований. Геологические структуры могут быть подвергнуты сейсмическим исследованиям, например сейсмическим исследованиям методом преломленных или отраженных волн, путем анализа амплитуды отражения от удаления и т.д., но нефтеносные участки пласта осадочной породы не всегда проявляют сейсмические характеристики, которые позволяют отличить их от водоносных участков аналогичных пластов, которые подвергают сейсмическому анализу.

Уровень техники

Eidesmo и соавторы в заявке № 2003/0052685 на патент США под названием Method and apparatus for determining the nature of subterranean reservoirs и в статье под названием Remote detection of hydrocarbon filled layers using marine controlled source electromagnetic sounding , EAGE 64th Conference & Exhibition, Florence, Italy, 27-30 May 2002, описывают электромагнитные исследования с использованием горизонтально расположенного электрического дипольного излучателя и электрических дипольных приемных антенн, расположенных выше морского дна, в случае глубоко погребенного углеводородного слоя. Приемные дипольные антенны представляют собой два горизонтально расположенных ортогональных набора электродов. Eidesmo и соавторы используют фазовую информацию, извлекаемую из характеристики предположительно преломленной волны, для определения, имеется ли потенциально нефтеносный подземный коллектор с высоким удельным сопротивлением.

Заявка № 2003/0050759 (Srnka and Carazzone) на патент США относится к способу имитации излучения сигнала источником электромагнитного поля с использованием одного или нескольких дипольных источников. Дипольный источник располагают в пункте возбуждения, соответствующем сегменту источника электромагнитного поля, подлежащего имитации. Виртуальный источник электромагнитного поля содержит группу диполей, распределенных в горизонтальной плоскости моря. Дипольный источник возбуждают и электромагнитный сигнал регистрируют в одном или нескольких приемных пунктах. Процесс повторяют для дополнительных пунктов возбуждения, соответствующих дополнительным сегментам в виртуальной решетке, подлежащих заполнению источником электромагнитного поля. Данные из последовательности пунктов возбуждения дипольных источников последовательно обрабатывают для определения получаемого имитацией сигнала источника электромагнитного поля.

Один важный замысел патентной заявки Srnka заключается в использовании решетки виртуальных дипольных источников для имитации очень большого кругового излучателя, чтобы имитировать фокусировку электромагнитной энергии на объект исследований под перекрывающей породой. Способ Srnka не обеспечивает решения проблемы воздушных электромагнитных волн. Значительная часть электромагнитной энергии, излученной от антенны, будет распространяться вверх к поверхности моря и распространяться по воздуху. Некоторая часть распространяющейся вверх энергии, излученной от антенны, также будет отражаться от поверхности моря и затемнять первоначально излученный сигнал. Имеется необходимость в уменьшении излучаемого вверх электромагнитного сигнала. Кроме того, имеется превалирующая необходимость в получении более сильного электромагнитного сигнала для распространения вниз от излучающей антенны и через морское дно, чтобы он распространялся через пласты пород, подлежащих исследованию.

Краткая сущность изобретения

Некоторые недостатки из предшествующего уровня техники могут быть значительно ослаблены с помощью любого из двух вариантов осуществлений настоящего изобретения:

- в первом осуществлении изобретения используют реальную излучающую антенную решетку, содержащую, по меньшей мере, две излучающие антенны;

- во втором и альтернативном осуществлении изобретения используют виртуальную антенную решетку, и оно содержит, по меньшей мере, два исследования с буксировкой излучающей антенны.

Первый, материально реальный вариант изобретения представляет собой способ электромагнитных геофизических исследований пластов пород ниже морского дна, содержащий следующие этапы, на которых:

- буксируют излучающие первое и второе переменные электромагнитные поля Е₁, Е₂ источники s₁, s₂ на первой и второй глубинах или высотах h₁, h₂ выше морского дна 3;

- при этом указанное первое поле Е₁ имеет первые фазу ₁ и амплитуду А₁;

- указанному второму переменному полю Е₂ придают вторые фазу ₂ и амплитуду А₂, отличающиеся от указанных первых фазы ₁ и амплитуды А₁, при этом указанные источники s₁, s₂ образуют излучающую фазированную антенную решетку с направленностью для излучения основной пропорциональной части энергии вниз и для излучения значительно меньшей пропорциональной части энергии вверх к поверхности моря;

- при этом указанные первое и второе поля Е₁, Е₂ распространяются частично вниз через морское дно 3 и отражаются и/или преломляются на указанных пластах 1 пород, и частично распространяются обратно через морское дно 3;

- указанные первое и второе поля Е₁, Е₂ объединяют в объединенное поле и измеряют с помощью приемников r₁, r₂ , , r_n электромагнитного поля, регистрируя соответствующие отсчеты E_r1(t), E_r2(t), E_r3(t), , E_rn(t) поля.

В идеальном случае пропорциональная часть энергии, излучаемой вверх к поверхности моря, должна быть по возможности небольшой, близкой к нулю.

В этом первом, материально реальном варианте осуществления изобретения разность фаз и отношение амплитуд между двумя излучателями могут быть фиксированными при использовании одной отдельной основной частоты. Одна задача изобретения заключается в использовании решетки из двух разнесенных по вертикали горизонтальных дипольных излучателей, электрических или магнитных, имеющих отношение амплитуд или разность фаз, и в зависимости от разнесения их по вертикали и глубины или высоты над морским дном в деструктивной интерференции непосредственно под морским дном, чтобы отражение от поверхности моря значительно снижалось или полностью исключалось.

На основе взаимности можно достичь аналогичного результата, используя смещенные по вертикали пары приемников (решение, которое в дальнейшем не будет разъясняться в настоящей заявке).

Во втором варианте способа согласно настоящему изобретению предусмотрена излучающая решетка с виртуальным двойным диполем, для которой при простейшем осуществлении ее требуется использовать одну отдельную излучающую антенну. Способ формулируется как способ электромагнитных геофизических исследований пластов 1 пород ниже морского дна 3, содержащий следующие этапы, на которых:

- буксируют излучающий первое переменное электромагнитное поле Е₁ источник s_[1] на первой глубине или высоте h ₁ выше морского дна 3;

- при этом указанное первое поле Е₁ имеет первые фазу ₁ и амплитуду А₁;

- при этом указанное первое поле Е₁ распространяется частично вниз через морское дно 3 и отражается и/или преломляется на указанных пластах 1 пород, и частично распространяется обратно через морское дно 3;

- указанное первое поле Е ₁ измеряют с помощью приемников r₁, r₂ , , r_n электромагнитного поля и регистрируют соответствующие отсчеты (E_1r1(t), E_1r2(t), E_1r3 (t), , E_1rn(t)) первого поля.

Отличительными этапами этого варианта осуществления являются следующие, на которых:

- буксируют излучающий второе переменное поле Е ₂ источник s_[2] на второй глубине или высоте h₂ выше морского дна 3;

- указанному второму переменному полю Е₂ придают вторые фазу ₂ и амплитуду А₂, которые необязательно отличаются от фазы и амплитуды первого поля;

- при этом указанное второе поле Е₂ распространяется частично вниз через морское дно 3 и отражается и/или преломляется на указанных пластах 1 пород, и частично распространяется обратно через морское дно 3;

-указанное второе поле Е ₂ измеряют с помощью приемников r₁, r₂ , , r_n электромагнитного поля и регистрируют соответствующие отсчеты E_2r1(t), E_2r2(t), E_2r3 (t), , E_2rn(t) второго поля;

- объединяют указанные первое и второе зарегистрированные поля E_1r1 (t)+E_2r1(t), E_1r2(t)+E_2r2(t), E_1r3(t)+E_2r3(t), , E_1rn(t)+E_2rn(t) при заданных разности фаз и отношении амплитуд в суммарное поле E_r1(t), E_r2(t), E_r3(t), , E_rn(t), так что объединенное поле имитирует результаты измерений, являющиеся следствием излучения от излучающей фазированной антенной решетки, состоящей из источников s ₁, s₂ переменного поля, имеющей направленность для излучения основной пропорциональной части энергии переменного поля вниз через морское дно 3 и значительно меньшей пропорциональной части энергии переменного поля вверх.

Пропорциональная часть объединенной энергии, излучаемой вверх, должна быть как можно меньше в случае этого варианта осуществления с виртуальным двойным диполем, такой же, какой она должна быть для осуществления с реальным двойным диполем.

Во время излучения указанного второго переменного поля Е₂ не требуется, чтобы указанная амплитуда А₂ отличалась от амплитуды первого поля, поскольку во время проходов с излучением обоих полей используют управляемый источник электромагнитного излучения, и обычно предпочтительно излучать максимально допустимую мощность, чтобы принимать сильный и четкий сигнал на приемных концах. Подстройка отношения амплитуд для объединенного сигнала может быть выполнена во время последующих этапов обработки.

В этом втором и альтернативном осуществлении изобретения фазу и амплитуду предпочтительно изменять при анализе в соответствии с желанием геофизика, чтобы использовать разности фаз и амплитуд, которые обеспечивают выгодную направленность или полезные регистрации потенциального нефтеносного пласта. В этом осуществлении с виртуальной решеткой согласно изобретению зарегистрированные сигналы могут быть объединены для имитации деструктивной интерференции ниже поверхности моря с тем, чтобы уменьшить отражение от поверхности моря и подавить воздушные волны.

Можно представить себе дальнейшие развития этой идеи, в которых горизонтальные электрические диполи могут быть заменены другими источниками, такими как вертикальные электрические диполи, горизонтальные или вертикальные магнитные диполи. Кроме того, простое вертикальное разнесение двух разнесенных по вертикали источников может быть распространено на случай более сложных решеток из трех или большего количества разнесенных по вертикали источников для получения желаемой диаграммы направленности антенны или распространено на случай конфигурации из разнесенных по вертикали источников с включением горизонтального участка решетки для повышения направленности. Аналогичным образом подстройка разности фаз и отношения амплитуд при обработке во втором осуществлении может быть объединена с одновременной буксировкой источников из первого осуществления, если сигналы от двух источников являются различимыми при мультиплексировании некоторого вида.

Имеются несколько существенных преимуществ, обусловленных направленностью смещенных по вертикали антенн согласно изобретению: одно преимущество заключается в том, что можно осуществлять на практике или имитировать передачу более сильного электромагнитного сигнала по направлению вниз для лучшего обнаружения и наблюдения целевых нефтеносных пластов. Второе и существенное преимущество заключается в том, что можно значительно уменьшить распространение энергии вниз реальным или виртуальным способом, и поэтому значительно уменьшить нежелательные воздушные волны и, возможно, подавить отражения от поверхности моря и возможные многократные волны в море.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

фиг.1 - иллюстрация первого варианта осуществления изобретения, способа с реальной решеткой, содержащего одновременную буксировку в море двух вытянутых по горизонтали электрических диполей s ₁ и s₂; диполи смещены по вертикали относительно друг друга и работают с различными фазами ₁ и ₂ и амплитудами А₁ и А₂ , соответственно; приемники r₁, r₂, , r_n электромагнитного поля, такие как электрические дипольные антенны или магнитные приемники, расположены вдоль морского дна 3 для измерения электромагнитного поля, которое предпочтительно распространяется через породы; потенциальный нефтеносный пласт 2 виден под геологической перекрывающей породой 1; показаны траектории при отражении и преломлении; кривая нормированной относительно источника интенсивности электрического поля также показана для одного отдельного приемника, в данном случае приемника r₄;

фиг.2 - кривая нормированной относительно источника интенсивности электрического поля для одного отдельного приемника r₄;

фиг.3 - иллюстрация второго и альтернативного осуществления изобретения с виртуальной решеткой, в соответствии с которым два отдельных буксировочных галса осуществляют, используя излучатель s на различных глубинах (или различных высотах), по такому же пути над морским дном; отсчеты E_1r1(t), E_1r2(t), E_1r3(t), , E_1rn(t) первого поля в результате первого галса и отсчеты E_2r1(t), E_2r2(t), E _2r3(t), , E_2rn(t) второго поля в результате второго галса можно последовательно сложить или иным образом объединить во время последующей обработки сигналов с получением E_r1 (t), E_r2(t), E_r3(t), , E_rn(t) для имитации результатов измерений, являющихся следствием излучения от излучающей фазированной антенной решетки, состоящей из источников s₁, s₂ переменного поля, имеющей направленность для имитации передачи основной пропорциональной части энергии переменного поля вниз через морское дно 3, а не вверх;

фиг.4 - иллюстрация некоторых геометрических аспектов относительно отражения и преломления электромагнитных волн на поверхности моря;

фиг.5 - вертикальный разрез моря и морского дна, иллюстрирующий направления распространения электрического поля вертикально вверх и вниз;

фиг.6 - иллюстрация направлений и амплитуд нисходящих и восходящих электрических и магнитных полей; и

фиг.7 - полученный моделированием пример удаления воздушной волны путем использования способа согласно изобретению.

Описание предпочтительных осуществлений изобретения

На фиг.1 показан вариант осуществления изобретения с реальной решеткой. Способ содержит одновременную буксировку в море двух горизонтальных электрических диполей s₁ и s₂ . Диполи смещены по вертикали относительно друг друга и работают с различными фазами ₁ и ₂ и амплитудами А₁ и А₂ , соответственно. Приемники r₁, r₂, , r_n электромагнитного поля, такие как электрические дипольные антенны или приемники магнитного поля, расположены вдоль морского дна 3 для измерения электромагнитного поля, которое распространяется, хотя и сильно ослабляясь, через морскую воду и предпочтительно через пласты 1, 2 пород. Потенциальный нефтеносный пласт 2, то есть пористый песчаниковый пласт, показан погребенным под геологическими перекрывающими породами 1, то есть под глинистыми сланцами и водоносными песчаниковыми пластами. Траектории при отражении и преломлении показаны соответственно пунктирными и сплошными линиями. Кроме того, кривая нормированной относительно источника интенсивности электрического поля приближенно показана для одного отдельного стационарного приемника, в данном случае приемника r₄, в случае перемещения подвижной решетки источников в море по направлению и поверх приемников. Неэкономно перемещать излучающие дипольные антенны от места к месту и удерживать их неподвижными на заданных глубинах в море над геологическим пластом как объектом геофизических исследований, расположенным ниже морского дна, и поэтому очень желательно буксировать излучающие антенны позади морского судна. В частности, первое осуществление способа согласно изобретению с реальной решеткой в виде двойного дипольного излучателя содержит следующие этапы:

- буксировку излучающих первое и второе переменные поля Е ₁, Е₂ источников s₁ и s₂ на первой и второй глубинах ниже поверхности моря или на высотах h₁, h₂ выше морского дна 3, и при этом первое поле Е₁ имеет первую фазу ₁;

- второму переменному полю Е₂ придают вторую фазу ₂, отличающуюся от первой фазы ₁, и вторую амплитуду А₂. Эти два источника s₁, s₂ образуют излучающую фазированную антенную решетку, имеющую направленность для излучения основной пропорциональной части объединенной электромагнитной энергии вниз;

- буксировку излучающих первое и второе переменные поля Е₁, Е₂ источников s ₁ и s₂ на первой и второй глубинах d₁ , d₂ ниже поверхности моря (или на высотах h₁ , h₂ выше морского дна 3), и при этом первое поле Е₁ имеет первые фазу ₁ и амплитуду А₁;

- второму переменному полю Е₂ придают вторые фазу ₂ и амплитуду А₂, отличающиеся от первых фазы ₁ и амплитуды А₁. Эти два источника s₁, s₂ образуют излучающую фазированную антенную решетку, имеющую направленность для излучения основной пропорциональной части объединенной электромагнитной энергии вниз, а не вверх;

- первое и второе поля Е ₁, Е₂ будут распространяться частично через морское дно 3, и отражаться и/или преломляться на указанных пластах 1 пород, и частично распространяться обратно через морское дно 3;

- объединенное поле Е=Е₁+Е₂ измеряют с помощью приемников r₁, r₂, , r_n электромагнитного поля, регистрируя соответствующие отсчеты E_r1(t), E_r2(t), E_r3(t), , E_rn(t) поля.

На фиг.3 показан второй вариант осуществления изобретения с виртуальной решеткой, в котором способ содержит буксировку горизонтального электрического диполя в море последовательно два раза по одному и тому же пути. Между двумя проходами глубина диполя ниже поверхности (или высота выше морского дна) изменяется по вертикали относительно предыдущей, и во время двух проходов диполь работает с фазами ₁ и ₂ и амплитудами А₁ и А₂ , соответственно. Поскольку эти параметры можно подстроить путем изменения фаз или масштабирования вниз или вверх измеренных интенсивностей поля в течение необходимых последующих этапов обработки, то не требуется делать фактические фазы и амплитуды различающимися для двух морских галсов. Как показано на фигурах 1 и 3, приемники r₁, r₂, , r_n электромагнитного поля, такие как электрические дипольные антенны или приемники магнитного поля, расположены вдоль морского дна 3 для измерения электромагнитного поля, которое распространяется от излучателей через море и породы, и в этом случае также и по воздуху, и эта составляющая должна быть существенно уменьшена на этапах обработки. На фиг.1 потенциальный нефтеносный пласт 2 виден под геологической перекрывающей породой 1. Как показано на фигурах 1 и 3, приемники r₁, r₂ , , r_n электромагнитного поля могут быть распределены с равномерным разнесением в большинстве случаев по линии вдоль морского дна 3, но также могут быть распределены в соответствии с любой желаемой координатной сеткой на морском дне или в море. В частности, второй вариант осуществления способа содержит следующие этапы:

- буксировку последовательно излучающих первое и второе переменные поля Е₁, Е₂ источников s₁ и s₂ во время отдельных галсов на первой и второй глубинах d₁, d₂ ниже поверхности моря (или высотах h₁, h₂ выше морского дна 3), и при этом первое поле Е₁ имеет первые фазу ₁ и амплитуду А₁;

- второму переменному полю Е₂ придают вторые фазу ₂ и амплитуду А₂, при этом нет необходимости, чтобы вначале они отличались от первых фазы ₁ и амплитуды А₁. Фаза и амплитуда могут быть заданы во время последующих этапов обработки, для этого просто требуется, чтобы все излучения сигналов и результаты измерений сигналов были тщательно зарегистрированы во времени;

- первое и второе поля Е₁, Е₂ будут распространяться отдельно, каждое в свое время, частично вниз через морское дно 3 и отражаться и/или преломляться на указанных пластах 1 пород, и частично распространяться обратно через морское дно 3. Во время каждого излучения значительная часть энергии может утекать в воздух;

- первое и второе поля Е₁, Е₂ измеряют отдельно с помощью приемников r₁, r₂, , r_n электромагнитного поля, регистрируя соответствующие отсчеты E_1r1(t), E_1r2(t), E_1r3 (t), , E_1rn(t) и E_2r1(t), E_2r2 (t), E_2r3(t), , E_2rn(t) первого и второго полей на каждой станции датчиков. Отсчеты полей объединяют в объединенное регистрируемое поле E_r1(t), E_r2(t), , E_rn(t). Это делают для имитации результатов измерений, являющихся следствием излучения от виртуальной излучающей фазированной антенной решетки, составленной из источников s ₁, s₂ переменного поля, имеющей направленность для излучения основной пропорциональной части энергии переменного поля вниз через морское дно 3. Так можно виртуальным способом подавить значительную пропорциональную часть воздушной волны или морские многократные волны, имеющиеся в результатах измерений.

В соответствии с виртуальным способом изобретения суммирование первого и второго полей E_1r1(t)+E _2r1(t), E_1r2(t)+E_2r2(t), E_1r3 (t)+E_2r3(t), , E_1rn(t)+E_2rn(t) осуществляют с помощью алгоритма в вычислительном устройстве на этапе последующей обработки после регистрации отсчетов E_1r1(t), E _1r2(t), E_1r3, , E_1rn(t), E_2r1(t), E_2r2 (t), E_2r3(t), , E_2rn(t) первого и второго полей.

В соответствии с предпочтительным осуществлением изобретения виртуальный способ суммирования указанных первого и второго полей осуществляют при помощи указанного алгоритма, изменяя разность ₂- ₁ фаз между второй фазой ₂ и первой фазой ₁ с тем, чтобы повысить имитируемую направленность указанной имитируемой излучающей фазированной решетки.

В море можно сделать множество проходов, буксируя излучающую антенну на более чем двух глубинах, и осуществить объединение принимаемых сигналов, чтобы получить повышенную направленность имитированных излученных сигналов и повышенную величину виртуально объединенных принятых сигналов. Отдельные отсчеты объединяют с заданными отношением амплитуд и разностью фаз так, чтобы объединенное поле имитировало поле от направленной решетки, как и в первом, реальном осуществлении.

На фиг.4 показаны некоторые геометрические аспекты отражения и преломления на поверхности моря. Для волн 1 Гц скорость распространения составляет около 1760 м/с в морской воде, имеющей удельную проводимость =3,2 См/м. Скорость распространения в воздухе может принята равной с=3·10⁸ м/с.

sin( _c)=v_w/c,

поэтому критический угол электромагнитной волны будет составлять _c~10^-4 градусов от нормали к поверхности моря, которая является практически вертикальной. Это означает, что предельно узкий конус излучаемого сигнала будет проникать через поверхность с распространением в виде полусферической волны в воздухе. Переход вокруг критического угла не является таким же отчетливым, как в случае диэлектриков. Часть волны внутри конуса критического угла будет отражаться как часть сферического волнового фронта. Волна при критическом угле будет давать возрастание головной волны, распространяющейся почти вертикально вниз. Как видно из правой части фигуры, волна после критического угла будет претерпевать полное внутреннее отражение. На основе опыта установлено, что упомянутыми выше отраженными волнами нельзя пренебрегать, если желательно получать приемлемые модели и интерпретации результатов измерений.

Поэтому основная идея заключается в попытке использования, по меньшей мере, двух смещенных по вертикали диполей и подстройке относительных фазы и амплитуд для подавления суммы распространяющихся вверх электромагнитных волн несколько ниже поверхности моря, чтобы тем самым минимизировать, насколько это практически возможно, излучаемую вертикально вверх электромагнитную волну.

Основная идея использования смещенных дипольных решеток для образования направленной антенной решетки проистекает из Brown G.B., 1937: Directional antennas , Proc. IRE, 25, 78-145. В статье предполагается пара реальных дипольных антенн, имеющих одинаковые амплитуды на двух диполях. Такие двойные дипольные решетки не могут быть непосредственно использованы в поглощающей среде, такой как морская вода и подземная среда. Излучающая антенная решетка должна быть заменена парой, состоящей из разнесенных по вертикали буксируемых морских излучающих электродных пар или также виртуальной решеткой из таких буксируемых морских излучающих электродных пар с различными амплитудами на двух диполях. Поэтому в этом патентном описании идея дополнительно проработана и приспособлена для использования в морской геофизике.

Коэффициент отражения от морского дна распространяющейся вниз волны имеет вид

(см. фиг.5). Совместный эффект от двух смещенных по вертикали диполей заключается в излучаемом вверх поле от обоих диполей с добавлением излучаемого вниз поля, которое отражается от морского дна.

На фиг.6 представлен участок моря и морского дна с показом направлений распространяющихся вертикально вверх и вниз электромагнитных полей как электрических, так и магнитных полей. Изменением знака магнитного поля гарантируется, что при компенсации электрического поля несколько ниже поверхности моря в случае двойного электрического диполя также будет осуществляться компенсация магнитного поля несколько ниже поверхности моря. Этим гарантируется, что можно заменять электрические излучающие антенны магнитными излучающими антеннами и получать желаемый эффект подавления воздушной волны.

Подавление распространяющихся вверх волн достигается соответствующей настройкой разностей фаз и отношения амплитуд между нижним и верхним горизонтальными дипольными излучателями электромагнитного поля. Подавление распространяющихся вверх волн будет приводить к исключению упомянутой выше головной волны. Кроме того, так называемые многократные воздушные волны, возникающие в результате волн реверберации в водном слое, будут в значительной степени ослабляться или удаляться. На фиг.7 показаны модельные результаты, показывающие успешное удаление воздушной волны и многократных воздушных волн путем использования способов, описанных в настоящей заявке. Бирюзовая кривая, обозначенная l , вычислена для бесконечной глубины воды, так что воздушная волна не присутствует. Красная кривая, обозначенная j , и синяя кривая, обозначенная i , представлены для диполей на различных высотах, 150 м и 50 м выше морского дна, соответственно. Изгиб кривых i и j на удалении 14 км обусловлен воздушной волной, начинающей преобладать при этом удалении. Пурпурная кривая, обозначенная k , является следствием объединения результатов для двух диполей в соответствии с изобретением. Она показана не имеющей неожиданно возникающего крутого изгиба и, в частности, при больших удалениях чем от около 4,5 до около 5 км лежит почти точно поверх бирюзовой кривой, обозначенной l , вычисленной для бесконечной глубины воды, и иллюстрирует, что воздушная волна успешно удаляется при применении способа согласно изобретению.

Вследствие принципа взаимности набор вертикально смещенных приемников в приемной решетке может быть использован при регистрации данных вместо использования смещенных по вертикали элементов решетки для излучения или в дополнение к ним.

Следует рассмотреть некоторые преимущества, обусловленные излучающей решеткой с виртуальным двойным диполем.

Во-первых, могут непосредственно использоваться существующие излучатели электромагнитного поля.

Во-вторых, отсутствует требование в отношении разработки специальных форм излучаемых сигналов. Существующие электрические дипольные источники, излучающие синусоидальные волны, меандры и т.д., могут непосредственно использоваться в изобретении.

В-третьих, в противоположность потенциальной проблеме более или менее нежелательного взаимодействия перекрестных токов между электродами различных диполей, имеющих разные напряжения в осуществлении с реальным двойным диполем, такое нежелательное взаимодействие не наблюдается в осуществлении с решеткой из виртуального двойного диполя.

В-четвертых, в дополнение к преимуществам, имеющимся в случае решетки с реальным двойным диполем со смещенными по вертикали частями, решетка с виртуальным двойным диполем со смещенными по вертикали частями обеспечивает полную гибкость обработки, заключающуюся в свободном изменении фазы и амплитуды при обработке зарегистрированных данных.