NO844614L - Fremgangsmaate og apparat for elektromagnetisk kartlegging av undersjoeiske formasjoner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte anordnet for elektromagnetisk undersøkelse av undersjøiske formasjoner. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte og apparat for anbringelse av en elektrisk veksel-strømskilde i en vannmasse og måling av karakteristikkene til det resulterende elektriske og magnetiske feltet i vannmassen ved steder fjernt fra strømkilden.

Elektromagnetiske kartleggingssystemer er i stor grad blitt anvendt for å lete etter olje og gass på land. Til nå har praktiske metoder for leting etter olje og gass ved offshore-omgivelser blitt begrenset til måling av det naturlige magnetiske feltet og gravotasjonsfeltet ved jordens overflate, og refleksjonen til seismisk energi fra underjordiske strukturer eller siv av kjemiske substanser fra mineralavsetninger under sjøbunnen inn i sjøvannet eller til atmosfæren. Selv om passive teknikker slik som naturlig jordmagnetkilder kan gi nyttig informasjon om den nedre skorpen og den øvre mantelen er elektromagnetiske lydteknikker som anvender en aktiv kilde bedre egnet for undersøkelse av underjordiske formasjoner innenfor fem til ti km under sjøbunnen. P.g.a. at praktiske teknikker for elektromagnetiske lydavgivelse til jordformas joner under sjøbunnen til nå ikke har vært kjent er den elektriske strukturen til kontinentalsokkelen og bassenget forblir stort sett ukjent på tross av de vitenskapelige og økonomiske betydningene til disse områdene.

Magnetismemetoder (magnetelleriske metoder) for undersøk-else av elektriske strukturer til slike relativt grunne geologiske formasjoner under sjøbunnen har praktisk blitt begrenset p.g.a. mangel på et signal ved de høye frekvens-ene (over 0,1 Hz) for å undersøke steiner avsatt ved de grunne dybdene under sjøbunnen. Innfallende elektromagnetiske bølger med slike høye frekvenser blir dempet av sjøbunnen. Ved grunne vannområder hvor denne dempningen blir redusert kan elektromagnetisk støy gjøre slike

metoder upraktiske.

"Resistivitets" metodene anvender en aktiv kilde med like-strøm eller en vekselsesstrømskilde med svært lav frekvens (som har en frekvens tilstrekkelig lav for at induksjons-påvirkningene er ubetydelige) har blitt foreslått for å bestemme åpenbare resistiviteter for geologiske formasjoner under sjøbunnen. US-Patent nr. 4 298 840 beskriver f.eks. en metode og anordning for å bestemme åpenbar resistivitetsprofil til sjøbunnen ved å anvende en bunnslepekabel. Bunnslepekabelen i nevnte patent innbefatter et par strømtilførselseselektroder for å tilføre elektrisk vekselstrøm av lav frekvens til bunnen. Bunnslepekabelen innbefatter også flere mottakerelek-troder. Potensialforskjellene mellom parene med mottaker-elektroder blir målt. Nevnte US-patenter beskriver ingen elektromagnetiske lydfrembringende metode som anvender en variabel frekvenskilde og beskriver ikke den optimale absolutte mellomrommet mellom kilden og senterpunktet for hver mottagerelektrodepar og heller ikke hvorledes den optimale drifsfrekvensen for kilden kan bli valgt. Nevnte US-patent beskriver heller ikke noen metode for å bestemme dybden til et resistivt lag under sjøbunnen og heller ikke antyder den sleping av kilde og mottagerelektrode over sjøbunnen.

US-patent nr. 3 052 836 beskriver en metode og anordning for elektrisk marineundersøkelse som anvender en veksel-strømkilde med to elektroder og en elektrisk mottagerkrets med to ektroder. Dette patentet beskriver at det er nød-vendig med minst en strømkildeelektrode og begge mottager-kretselektrodene blir slepet gjennom vannet i en avstand på rundt en meter fra sjøbunnen. Dette patentet beskriver at der vil være iboende elektromagnetisk kobling direkte mellom kilde og mottagerkretser, hvis kobling er uavhengig av karakteristikken til jordformasjonen under sjøbunnen. For å eliminere virkningen av den direkte koblingen på signalet målt av mottagerkretsen beskriver nevnte US-patent anbringelsen av en justerbar overføringsimpedans mellom kilden og mottagerkretsene. Nevnte US-patent beskriver imidlertid ikke hvorledes avstanden mellom kilden og mottagerkretsen kan bli justert for å redusere den direkte elektromagnetiske koblingen mellom disse. Heller ikke blir beskrevet noen foretrukket lyd-mottager-mellomrom og heller ikke optimal kildedriftfrekvens. Videre er det heller ikke beskrevet noen metode for å bestemme dybden til et resistivt lag under sjøbunnen.

US-patent nr. 2 531 088 beskriver en annen metode for å måle resistiviteten til en geologisk formasjon under en vannmasse som innbefatter sleping av en kabel innbefattende et par med strømmeelektroder og flere potensiale elektroder langs bunnen. Kildeelektrodene stråler ut et sinusformet signal med en svært lav frekvens (mindre enn 1/3 Hz) eller et periodisk reversert likestørrelsessignal (med en frekvens mindre enn 2/3 Hz). Potensialforskjellen mellom parene på potensialelektroder blir målt. Det beskrives her imidlertid ikke noen metode som anvender en variabel frekvenskilde eller en annen metode for å bestemme dybden til et resistivt lag under sjøbunnen.

US-patent nr. 3 182 250, nr. 2 872 638, og nr. 2 839 721 beskriver også metoder for å måle resistiviteten til undersjøiske jordformas joner ved anvendelse og aktive kilder med likestrøm eller svært lave frekvenser, men beskriver ikke noen metode som anvender en variabel frekvenskilde.

I tillegg til slike resistivitetsmetoder har det blitt foreslåtte elektromagnetiske lydavgivende metoder som anvender en aktiv kilde med variabel frekvens. Artikkelen "Electromagnetic Investigation of the Seafloor", Geophysics, volum 35, Nr. 3 (juni 1970) side 476-489, av J. H. Coggon et al beskriver f.eks. bakgrunnen for teorien som ligger til grunne for metoden med aktiv kilde som har variabel frekvens og antyder at underjordiske strukturer kunne effektivt bli sondert av et system som anvender en vertikal magnetisk dipolkilde anbragt ved eller rett over sjøbunnen og drevet ved et valgt frekvensområde avhengig av den underjordiske strukturens konduktivitet og avstanden mellom kilde og mottager. Denne artikkel beskriver kun et undersøkelsesystem som anvender en vertikal magnetisk dipolkilde og antyder ikke noen metode som anvender en avstemt mottagerrekke eller en annen metode for å bestemme dybden på et resistivt lag under sjøbunnen.

US-patent nr. 4 047 098 beskriver en metode med elektromagnetisk aktiv lydavgivende kilde som anvender en elektrisk eller magnetisk dipolkilde og mottagere slepet ved overflaten til en vannmasse bak et seismisk fartøy. Dette patentet anvender et par elektroder som en mottager for å motta de elektriske komponentene på tvers av sleperet-ningen. Patentet antyder også målinger av radiale og vertikale komponenter til det magnetiske feltet ved vann-overflaten, men beskriver ikke noen bestemt anordning for måling av radiale og vertikale magnetiske felt. Videre beskrives at lyd-mottagermellomrommet skulle være stort relativt i forhold til den ønskede undersøkelsesdybden og skulle fortrinnsvis være minst dobbelt så stor som den ønskede undersøkelsesdybden. Det antydes ikke en foretrukket driftfrekvens for dipolkilden og heller ikke anbringelse av kilden eller mottageren nær sjøbunnen eller ved en annen posisjon under overflaten til vannmassen. Nevnte US-patent antyder heller ikke noen metode for å anvende en avstemt rekke med elektriske dipolmottagere eller en annen metode for å bestemme dybden til et resistivt lag under sjøbunnen.

Ifølge fremgangsmåten i samsvar med foreliggende oppfinnelse taues en elektrisk dipolstrømkilde fra et under-søkelsesfartøy i en vannmasse hovedsaklig parallelt med overflaten til vannmassen og adskilt fra bunnen med en avstand mindre enn tilnærmet lik en kvart og avstanden mellom overflaten og bunnen. Elektrisk vekselstrøm be-virkes til å flyte i kilden, idet strømmen innbefatter minst en sinusformet frekvenskomponent. I minst en elektrisk dipoldetektor innbefattende et par detektorelektroder slepes også fra undersøkelsesfartøyet hovedsaklig kollineært med strømkilden og anbragt med avstand fra strømkilden med en avstand hovedsaklig lik et helt antall bølgelengder med elektromagnetisk strålingsut-bredelse i vannet og med en frekvens lik den til sinuskomponenten. Karakteristikken for strømmen utfølt av kilden og karakteristikken for potensialforskjellen mellom elektrodeparene måles. Ut fra disse målingene bestemmes en karakteristikk for den komplekse fellesimpedansen til strømkilden og dipoldetektoren. Strømmen strålet ut av kilden innbefatter fortrinnsvis flere sinuskomponenter hver med en bestemt frekvens. Flere dipoldetektorer slepes fortrinnsvis kollineært med kilden. Målingene av strømkarakteristikken og potensialforskjellkarakteri-stikken skulle fortrinnsvis bli gjort ved et antall frekvenser for hvert kildedetektorpar.

I tillegg til den elektriske dipoldetektorgruppen slepes en gradientdetektorgruppe av undersøkelsesfartøyet i en posisjon i sideretningen adskilt fra eller under midtpunktet til strømkilden. Gradientdetektorgruppen inneholder et par dipolantenner som hver avsluttes i et par elektroder elektromagnetisk koblet med vannet og adskilt av den avstand mindre enn avstanden mellom kildeelektrodene. En dipolantenne er orientert hovedsaklig parallelt med strømkilden og den andre orientert hovedsaklig ortogonalt i forhold til strømkilden. En gruppe med treaksede magnetiske feltsensorer montert i styrbare instrumentkapsler slepes dessuten av undersøkelsesfartøyet på flankene til strømkilden.

Potensialt forskjellsmålinger ved elektrodeparet til gradientgruppene og dipolrekken og magnetiske feltmålinger ved magnetiske feltsensorer blir gjort mens fartøyet be-veger seg eller er stasjonert og målingene blir tolket for å tillate detektering av hydrokarboner eller andre mineralavsetninger eller områder endret av deres > tilstedeværelse i den undersjøiske geologiske formasjonen dekket av vannmassen. Frekvensdomene målinger av magnetiske og elektriske feltdata analyseres for å konstruere komplekse impedansspektre til den undersjøiske formasjonen under hver undersøkelsesstasjon. Tidsdomene målinger kan dessuten bli gjort innbefattende integrering av deler av magnetiske og elektriske feltdata opptegnet som følger en transient utgangspuls fra strømkilden på å måle konven-sjonell ladbarhet i den underjordiske formasjonen.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et vertikalt snitt gjennom en vannmasse og jordstrataen under vannet, som viser i forenklet form den fordelaktige utførelsesformen av et elektromagnetisk offshore-undersøkeIsessystem ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et sett ovenfra av et elektromagnetisk offshore-undersøkelsessystem som viser den foretrukne utførelsesformen av oppfinnelsen.

Den foretrukne utførelsesformen av oppfinnelsen skal beskrives nærmere med henvisning til fig. 1 og 2 hvor det på fig. 1 er vist et snitt tatt i en plan perpendikulært på overflaten 21 til vannmassen 20, som viser i forenklet form en del av den foretrukne utførelsesformen. Undersøk-elsesf artøyet 1 sleper en fleksibel, elektrisk kabel 30 i nøytral oppdrift i en vannmasse 20. Kabelen 30 blir ført ut fra en rull 31 til vannmassen 20. Til kabelens 30 frie ende er festet en fisk 40, hvis posisjon og dybde er styrbar som reaksjon på styresignalene generert ombord på far-tøyet 1. Selv om en fisk er vist på fig. 1 kan det være festet flere til kabelen 30. Fisken 40 kan bli valgt fra de som vanligvis brukes for å styre posisjonen til en seismisk streamer relativt i forhold til et seismisk fartøy, slik som de fremstilt av Edo Corporation. Andre innretninger for å styre dybden og sideposisjonen til noen av de her beskrevne slepekabelene kan også bli anvendt, f.eks. en paravane.

Uttrykket "vann" som anvendt her er ment å innbefatte sjø-vann, ferskvann, sumpvann, slam, og andre væsker som inneholder tilstrekkelig vann for å muliggjøre driften av oppfinnelsen.

Kabelen 30 inneholder i det minste seks ledere (ikke vist) være omgitt av isolerende materialer. Kildeelektroden 33,

elektrisk forbundet med vannmassen 20, er dannet av egnet fjernings- og isolasjonsmateriale fra første leder til en kabel 30. Et ledende element med et stort overflateområde kan bli forbundet med den avisolerte lederen og montert på kabelen 30 for å danne kildeelektroden 33. Kildeelektroden 34 er likeledes dannet ved avisolering fra den andre leder til kabelen 30. Elektrodene 33 og 34 er adskilt med en avstand a og vil heretter bli betegnet en elektrisk dipolstrømkilde 2. Den første og andre lederen til kabelen 30 er festet til en elektrisk generator (ikke vist) ombord på fartøyet 1 som aktiviserer elektrisk dipolstrømkilden 2. Generatoren kan frembringe forskjellige utgangsstrømmer (innbefattende sinusstrøm eller strøm innbefattende i det minste to sinuskomponenter med klare frekvenser) mellom elektrodene 33 og 34. Den elektriske generatoren kan bli valgt fra de som er kjent og kan generere mellom kildeelektrodene 33 og 34 høytoppstrømmer (fra omkring 10 A til omkring 10 A) ved lave spenninger (fra omkring 20 volt til 200 volt) på en regulert måte.

For å gjøre den nødvendige størrelsen på kabelen 30 til et minimum og energitapet i løpet av overføringen til et minimum kan alternativt vekselsstrømsenergi ved 60 Hz av høy spenning bli overført fra en generator ombord på far-tøyet 1 til en transformator nær elektrodene 33 og 34 som i tur og orden strømforsyner en variabel frekvenssender forbundet med elektroden 33 og 34. Et signal indikativ for utgangsstrømmen mellom kildeelektroden 33 og 34 blir generert og opptegnet av instrumentene (ikke vist) ombord på fartøyet 1.

Detektorelektrodene 36, 37, 38 og 39 kan være utformet på en lignende den ved elektroden 33 og 34 er utformet ved avisolasjon fra bestemte ledere i kabelen 30. Selv om fire detektorelektroder er vist på fig. 1 er det innenfor rammen av oppfinnelsen å anvende flere eller færre enn fire elektroder. Potensialforskjellene mellom elektrodene 36 og 37 og mellom detektorelektroden 38 og 39 blir målt og forsterket og deretter videre behandlet og opptegnet av elektrisk utstyr (ikke vist) ombord på fartøyet 1. Måle-dataer blir tolket på en måte som skal bli beskrevet nedenfor for å tillate en karakterisering av jordformasjonen 23 under sjøbunnen 24 under vannmassen 20 og for å lokalisere områder i den underjordiske formasjonen 23 som har "anomale" egenskaper indikative for mineralavsetninger. Ved en spesiell anvendelse blir de målte dataene tolket for å bestemme tilstedeværelsen og dybden på et resistivt lag under sjøbunnen, slik som et resistivt lag 25 som har en resistivitetsforskjell fra gjennomsnittsresistiviteten til den delen av formasjonen 23 som ligger over det resistive laget 25.

Hvert par med detektorelektroder mellom hvilke en potensi-alforskjell (eller spenning) karakteristikk er målt vil kollektivt bli henvist til som en elektrisk dipoldetektor. De elektriske dipoldetektorene vil kollektivt bli henvist til som elektrisk dipoldetektorgruppe.

Det er foretrukket at den elektriske dipolstrømkilden 2 og de elektriske dipoldetektorene kan bli slepet hovedsaklig kollineært og hovedsaklig parallelt med overflaten 21 og i tilnærmet den nedre fjerdedelen av vannsøylen mellom overflaten 21 og bunnen 24. Etter som dybden under overflaten 21 ved hvilken dipolstrømkilden 22 og dipoldetektoren blir slepet avtar til mindre enn tre fjerdedeler av avstanden mellom bunnen 24 og overflaten 21 vil styrken på signalet ved dipoldetektorene som er indikative for den elektriske resistiviteten til det underjordiske formasjonen 23 (anomale signal) hurtig redusert p.g.a. maskeringen av vannet mellom bunnen 24 og dipoldetektoren. Det er dessuten ønskelig å slepe anordningen innenfor den nedre fjerdedelen av vannsøylen mellom overflaten 21 og bunnen 24 p.g.a. at i det området er følsomheten for det anomale signalet i forhold til høyden over sjøbunnen 24 ved hvilken anordning blir slepet tilstrekkelig svakt at fisken 40 kun må styres til den aktuelle slepedybden innenfor omkring 5% av den ønskede slepedybden.

Dersom elektrodene 33 og 34 er adskilt av en første avstand og tilliggende par med elektroder 36, 37, 38 og 39 også er adskilt av hovedsaklig den første avstanden skulle så for den direkte detekteringen av det resistive laget 25 under sjøbunnen lokalisert ved den andre avstanden D under sjøbunnen 24, midtpunkt til strømkilden 2 og midtpunkt til strømkilden 2 og midtpunktet til en av de elektriske dipoldetektorene blir adskilt ved de minste avstand 2D og fortrinnsvis adskilt med en avstand minst 3D. Også ved detektering av det underjordiske lag 25 skulle utgangs-strømmen til strømkilden 2 fortrinnsvis innbefatte en sinuskomponent mellom frekvens lik "skinndybdefrekvensen" forbundet med resistive lag 25. Slik skinndybdefrekvens, lik p/ Ty D , hvor P og y er henholdsvis g jennomsnitts-resistiviteten og den magnetiske permeabiliteten til området av jordformasjonen 23 over laget 25 er den frekvensen som gjør den elektromagnetiske skinndybden i det undersøkte området til jordformasjonen 23 lik dybden D for det resistive lag 25. Den effektive dybden som under-søkelsen kan trenge ned til jordformasjonen 23 er bestemt av den elektromagnetiske skinndybden d, gitt av d =

(nyaf)- -1 1 /2, hvor f er kildefrekvensen, og y og 0 er henholdsvis det gjennomsnittlige magnetiske permeabilitet og gjennomsnittlige konduktivitet for delen av jordformasjonen 23 som skal bli undersøkt, y vil normalt være lik yO, den magnetiske permeabiliteten til det frie mellomrommet .

Det har blitt funnet at påvirkningen av den elektromagnetiske koblingen direkte mellom kilden 2 og hver dipoldetektor (hvilke koblinger er uavhengig av karakteristikkene til jordformasjonen 23) på de potensiale differ-ansemålingene ved slike dipoldetektorene kan bli betydelig redusert ved anbringelse av hver slik dipoldetektor fra avstanden av kilden med et helt antall n bølgelengder A w, til det elektromagnetiske signalet fra kilden 2. Bølge-lengden A w er gitt av uttrykket Aw = 2(ttpw/ Of)<1/2>, hvor p w er denelektriske lavfrekvensresistiviteten til vannmassen 20, yO er den magnetiske permeabiliteten til det frie rommet, og f er kildef rekvensen. Dersom kilden 2 og hver dipoldetektor er anbragt med avstand fra hverandre er alle endringer i fasen til signalet målt ved hver detektor (relativt i forhold til fasen til utgangsstrømmen ved kilden 2) p.g.a. elektromagnetiske signaler som utbreder seg langs eller under sjøbunnen 24.

Gruppen med dipoldetektorer kan således bli avstemt for maksimal følsomhet mot den geologiske strukturen ved å justere kildefrekvensen og mellomrommet mellom kilden og dipoldetektorene.

Dersom det er ønskelig å utføre undersøkelsessystemet spesielt følsomt mot et resistivt lag ved en dybde D under sjøbunnen 24 og dersom det gjennomsnittlige konduktivi- teten a til jordformasjonen 23 er kjent fra en dybde rett over dybden D så skulle seperasjonen mellom kilden 2 og hver dipoldetektor bli valgt til å være hovedsaklig lik et integralmultiple av 2iTD(pwa)<1/2>og kildestrømmen som blir valgt for således å innbefatte en sinuskomponent med en frekvens hovedsaklig lik skinndybdefrekvensen forbundet med dybden D.

Det er ønskelig å generere fra potensialforskjellsmål-ingene utført ved hver dipoldetektor et signal som er indikativ for den komplekse felles impedansen til kilden 2 og en slik detektor. Ut fra analysen av variasjoner eller "anomalier" i fasen og amplituden til et slik kompleks felles impedansesignal kan tilstedeværelsen av et resistivt lag, slik som lag 25, bli bestemt. Det er blitt funnet at dybden på slike lag kan bli vurdert ved å anvende flere detektordipoler i den elektriske dipoldetektorgruppen og variable frekvensdipolkilder og så utføre potensialforskjellsmålinger ved hver detektor for hver av antall bestemte kildefrekvenser. Det er således blitt funnet at frekvensen ved hvilken fase eller amplitudeanomaliene indikative for laget 25 er ved den topp (eller maksimum) vil reduseres når separasjonen mellom kilden og detektoren øker slik som separasjonen øker til en kritisk separasjon lik tre ganger dybden av laget 25 under sjøbunnen 24. Under slike kritiske separasjoner foreblir verdien for kildefrekvensen som gir toppsignal anomaliene hovedsaklig konstant. Ved å bestemme verdien til en slik hovedsaklig konstant frekvens fc kan dybden på det resistive laget 25 bli vurdert som D = ( iTyafc) ' , hvor y og a er henholdsvis gjennomsnittlig magnetisk permeabilitet og konduktivitet til formasjonen 23 over laget 25. Som nevnt ovenfor er y vanligvis i det vesentlig lik<y>O, den magnetiske permeabiliteten til det frie rommet.

Det er foretrukket at det i tillegg til den elektriske dipoldetektorene vist på fig. 1 ytterligere elektriske felt og magnetiske sensorer (ikke vist på fig. 1) skulle bli slepet etter undersøkelsesfartøyet 1. Konstruksjonen og funksjonen til slike ytterligere sensorer vil bli beskrevet med henvisning til fig. 2.

Fig. 2 viser et toppsideriss av et elektromagnetisk offshore-undersøkelsessystem over en foretrukken utfør-elsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen. Anordningen innbefatter en elektrisk dipolstrømkilde 2 og et elektromagnetisk mottagersystem slepet bak undersøkelsesfartøyet 1, som flyter i vannmassen 20. Den elektriske dipolstrøm-kilden 2 er slepet fra undersøkelsesfartøyet 1 ved hjelp av en fleksibel, elektrisk kabel 30 i nøytral oppdrift. Elektrodene 33 og 34, som kan være naken metall og dannet som ovenfor beskrevet med henvisning til fig. 1 skulle ha store overflateområder for å holde toppstrømtettheten så liten som mulig. Elektrodene 23 og 34 er elektrisk forbundet med en elektrisk generator (ikke vist) ombord på fartøyet 1. Generatoren kan frembringe variabel strøm ved elektrodene 33 og 34 som beskrevet ovenfor med henvisning til fig. 1. Motholdet i systemet innbefatter en elektrisk dipoldetektorgruppe innbefattende detektorelektrodene 36, 37, 38 og 39. Det er innenfor oppfinnelsens ramme å anvende flere eller mindre enn fire detektorelektroder i dipoldetektorgruppen. Denne styrbare fisken 40 er festet til den elektriske kabelens 30 frie ende for anbringelse av kilden 2 og dipoldetektorgruppen ved en ønsket dybde i løpet av en stasjonær eller seg bevegende undersøkelse. Andre innretninger for å frigjøre dybdene eller sideposisjonen til noen av de beskrevende slepekablene kan f.eks. være en paravane. Dipoldetektorgruppen blir slepet i hovedsaklig kollineært med den elektriske dipolstrømkilden 2 hovedsaklig parallelt med overflaten 21 til vannmassen

20. For å utføre en direkte undersøkelse (ved hvilken målet til undersøkelsen er ved en bestemt avstand under sjøbunnen 24 og de elektriske egenskapene til delene av jordformasjonen 23 over målet er hovedsaklig uendret av målet) for jordformasjonen 23 til en tilstrekkelig dybde for hydrokarbonundersøkelsen, enn separasjon på ca. 4,83 km mellom strømkilden 2 og dipoldetektoren kan være ønskelig. Ved en slik separasjon skulle kilden 2 ha dipolbevegelse (definert som produktet av toppstrømmen og separasjonen mellom kildeelektrodene) i størrelsesorden av 10 A-meter for signal/støyforholdet ved dipoldetektorene for å være akseptable. Ved å utføre en indirekte "skorstein-detektering" undersøkelse er en mye mindre kildedipolbevegelse (i størrelsesorden av 10 A-meter) og mye mindre kilde-til-detektorseparasjon tilstrekkelig.

For å utføre direkte undersøkelsesmetode skulle dipoldetektoren fortrinnsvis ha en tilstrekkelig følsomhet mot detekterte variasjoner i det elektriske feltet i størrelsesorden i av 2 x 10" volt/meter for drift i sjøvann hvor kilde-til-detektormellomrommet er omkring 4,83 km, idet kildedipolmomentet er omkring 10^ A-meter og detektorgruppeslepehøyden over sjøbunnen er omkring 100 m og vanndybden overskrider omkring 400 m. Egnede detektorelektroder kan bli dannet slik som beskrevet med henvisning til fig. 1. Sølv-sølvkloriddetektorelektroder forbundet ved saltbroer kan være egnet.

En resistivitetsgjenstand, slik som et lag 25 under sjø-bunnen, kan elektrisk endre en sone med underjordisk formasjon 23 (kjent som en "skorstein") som strekker seg over gjenstanden svært nær bunnen 24. I tilfeller hvor laget 25 er forbundet med en slik skorstein som strekker seg oppover til en svært grunn dybde under sjøbunnen 24 kan skorsteinen være detekterbart mål for delsystemet som består av kilden 2 og den elektriske dipoldetektorgruppen. Som nevnt ovenfor vil den nødvendige separasjonen mellom kilden 2 og dipoldetektorene til den elektriske dipoldetektorgruppen være vesentlig mindre enn den i tilfellet

hvor ingen slik skorstein er forbundet med laget 25.

En antenne 41 hvis funksjon blir beskrevet nedenfor, er festet til, men elektrisk isolert fra kabelen 30. Styrbare fisker 42 og 43 er festet til antennens 41 ende for styring av antennens orientering.

Det elektromagnetiske mottagersystemet innbefatter også fleksibel signalkabel 16 med nøytral oppdrift som sleper første gradientgruppe dipolantennen 17 orientert hovedsaklig parallelt med den elektriske dipolstrømkilden 2 og en andre gradientgruppe dipolantenne 18 orientert hovedsaklig perpendikulært på den elektriske dipolstrømkilden 2. Gradientgruppe dipolantennene 17 og 18 vil kollektivt bli heretter henvist til som "gradientgruppe". En styrbar fisk 19 er festet til kabelens 16 frie ende for anbringelse av gradientgruppen ved en ønsket posisjon relativt i forhold til strømkilden 2. Det elektromagnetiske mottagersystemet innbefatter fleksibel signal og strømforsyn-ingskabel 14 med en nøytral oppdrift og et fleksibelt signal og strømforsyningskabel 15 med nøytral oppdrift som sleper henholdsvis første magnetiske feltsensorkapsel 12 og andre magnetiske feltsensorkapsler 13.

Gradientgruppe dipolantennen 17 innbefatter detektorelektrode 44 og 45 som kan være konstruert på samme måte som elektrodene 36, 37, 38 og 39. Detektorelektrodene 44 og 45 er adskilt med en avstand mindre enn avstanden mellom tilliggende par av elektrodene 36, 37, 38 og 39. Gradientgruppe dipolantennen 18, som innbefatter detektorelektroder 46 og 47 er identisk med antennen 17, men er orientert ortogonalt i forhold til denne. Antennen 17 kan bli holdt ortogonalt i forhold til antennen 18 med barduner (ikke vist). Antennene 17 og 18 kan vekselsvis være omhyllet i en egnet instrumentkapsel (ikke vist) som kan være valgt fra de vanligvis anvendt for marinebruk. Antennene 17 og 18 skulle bli slepet i en posisjon tilliggende kildens to midtpunkt, men anbragt under eller sidemessig forskjøvet fra denne og orientert slik at antennene er hovedsaklig parallelle med overflaten 21. Potensialforskjellene mellom elektrodene til antennen 17 og mellom antennen 18 blir målt og opptegnet ved hjelp av elektriske instrumenter (ikke vist) ombord på fartøyet 1. Den målte dataen, som har en høy oppløsning relativ for dataen opptegnet ved elektrodene 36, 37, 38 og 39 blir anvendt for å karakterisere de elektriske egenskapene til formasjonen 23 i området hovedsaklig direkte under kilden 2 og innenfor en kort avstand fra sjøbunnen 24.

De magnetiske feltsensorkapslene 12 og 13 er identiske. Hver inneholder en magnetisk tre-aksefeltsensor valgt fra de vanligvis anvendt for å tilveiebringe sanne magnetiske vektorfeltmålinger og en anordning for å måle orienteringen til det magnetiske feltsensoren. En treakset flux-portvektorinstrumentpakke av typen fremstilte av TRW, Inc. ville f. eks. være egnet for bruk som en magnetisk feltsensor. En treakset akslerometerpakke av typen fremstilt av Sperry Corporation ville være egnet for bruk som en orienteringsmåleanordning. Kapsler 12 og 13 kan bli valgt fra de vanligvis anvendt for å styre de vertikale og hori-sontale posisjoner til en seismisk streamer rettet i forhold til seismisk fartøy, slik som de fremstilt av Edo Corporation. Kapslene skulle fortrinnsvis bli slepet symmetrisk i forhold til kilden 2, hver i en posisjon med avstand i sideretningen og ved en dybde i vannmassen 20 hovedsaklig lik dybden ved hvilken den elektriske dipoldetektorgruppen blir slepet. Det er innenfor rammen av oppfinnelsen å slepe magnetiske feltsensorkapsler 12 og 13 ved en hver ønsket dybde i vannmassen 20. Den målte magnetiske vektorfeltdataen blir sendt gjennom kablene 14 og 15 til elektriske instrumenter ombord på fartøyet 1 og opptegnet. Elektriske feltsensorer kan også bli innbe-fattet i kapslene 12 og 13 og koblet med elektriske instrumenter ombord på fartøyet 1. Det er innenfor rammen av oppfinnelsen å anvende mer enn et par magnetiske feltsensorkapsler anbragt symmetrisk i forhold til kilden 2.

Gjenstander av en endelig størrelse nedgravd i den underjordiske formasjonen 23 og med en resistivtet som står i kontrast med den gjennomsnittlige resistiviteten til den underjordiske formasjonen vil frembringe en reaksjon på den elektriske strømmen utstrålt av dipolkilden 2 elektromagnetiske feltkomponenter i vannmassen 20 i retninger for perpendikulær på den elektriske dipolkildens 2 akse. Styrken av slike perpendikulære elektromagnetiske feltkomponenter vil være størst over kanten av den nedkravde gjenstanden (eller den tilknyttede skorstein derover). Slike uregelmessigheter detektert i dataen målt gradientgruppe dipolantennen 18 og i de magnetiske feltsensorene i kapslen 12 og 13 vil beskrive stedet for slik kanter.

For å forenkle beskrivelsen av kantene til de endelige nedgravde målene blir også isolerte trådantenner 41 festet til den elektriske kabelen 30. Orienteringen av antennen 41 er styrt av styrbar fisk 43 og styrbar fisk 42 festet henholdsvis til antennens 41 ende. Som reaksjon på styresignalene generert ombord på fartøyet 1 kan fiskene 42 og 43 bli styrt for å styre orienteringen av antennen 41. Ved orientering av antennen 41 hovedsaklig parallelt til overflaten 21 kan nærmere bestemt endringer i horisontal-komponenten til det elektriske feltet ved antennen 41 bli målt og analysert for å beskrive kantene til et nedgravd resistivt mål i den underjordiske formasjonen 23. Flere antenner lik antennen 41 kan om ønskelig festes til kabelen 30 forskjellige adskiller seg fra kilden 2. En alternativ utførelsesform kan antennen 41 bli opprettholdt i en posisjon hovedsaklig perpendikulær på kabelen 30 ved hjelp av barduner.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for å undersøke og karakterisere et område med jordformas jon under en vannmasse med en overflate og en bunn, idet området strekker seg til en første dybde under bunnen, karakterisert ved anbringelse av en elektrisk dipolstrømkilde, innbefattende et par med kildeelektroder adskilt av en første avstand,

   hovedsaklig parallelt med overflaten til vannmassen og adskilt av bunnen med den andre avstanden, idet den andre avstanden er mindre enn tilnærmet lik en fjerdedel av avstanden mellom overflaten og bunnen,

   bevirkning av at en elektrisk vekselstrøm flyter i kilden,

   idet strømmen innbefatter en første sinuskomponent med en valgt frekvens,

   måling av en strømkarakteristikk for strømmen,

   samtidig anbringelse av i det minste en elektrisk dipoldetektor, inbefattende et par med detektorelektrode adskilt av en tredje avstand hovedsaklig lik den første avstanden, hovedsaklig kollineær med strømkilden og anbragt med avstand fra strømkilden med en fjerde avstand,

   måling av en karakteristikk for potensialforskjellen mellom parene med detektorelektrodene, og

   bestemmelse av en karakteristikk for den komplekse fellesimpedansen til strømkilden og i det minste en dipoldetektor fra strømkarakteristikken og potensialforskjellskarak-teristikken.

   2.

   Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved en fjerde avstand med tilnærmet lik et helt multiple av den første avstanden.

   3 .

   Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved en fjerde avstand med tilnærmet lik et helt multiple av bølgelengden til den elektromagnetiske strålingen med den valgte frekvensen i vannmassen.

   4.

   Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den valgte frekvensen er frekvensen med hvilken elektromagnetiske skinndybden i jordformasjonen er tilnærmet lik den første dybden.

   5.

   Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved den første avstanden er tilnærmet lik bølgelengden for den elektromagnetiske strålingen med den valgte frekvensen i vannmassen.

   6.

   Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved den fjerdeavstanden overskrider omkring tre ganger den første dybden.

   7.

   Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at vekselstrømmen bevirker til at det er strøm i kilden også innbefatter en andre sinuskomponent med den andre frekvens forskjellig fra den valgte frekvensen.

   8.

   Fremgangsmåte for å undersøke og karakterisere et område av en jordformas jon under en vannmasse med en overflate og en bunn, karakterisert ved at den innbefatter:

   anbringelse av en elektrisk dipolstrømkilde innbefattende et par med kildeelektrode adskilt av en første avstand hovedsaklig parallell med overflaten til vannmassen og adskilt fra bunnen med den andre avstand, idet den andre avstanden er mindre enn tilnærmet lik en fjerdedel av avstanden mellom overflaten og bunnen,

   bevirkning av at en elektrisk vekselstrøm flyter i kilden,

   idet strømmen innbefatter i det minste to sinuskomponenter hver med en bestemt valgfrekvens,

   måling av en strømkarakteristikk for strømmen,

   samtidig anbringelse av i det minste en elektrisk dipoldetektor, innbefattende et par med detektorelektroder adskilt av en tredje avstand hovedsaklig lik den første avstanden, hovedsaklig kollineær med strømkilden og anbragt med avstand fra strømkilden til en fjerde avstand,

   måling av en karakteristikk for potensialforskjellen mellom paret med detektorelektroder, og

   bestemmelse av en karakteristikk for den komplekse felles impedansen for strømkilden og den i det minste en elektrisk dipoldetektor fra strømkarakteristikken og poten-sialforsk jellkarakteristikken, idet felles impedansekarakteristikken er indikativ for gjennomsnittsresistiviteten for området.

   9.

   Fremgangsmåte for å undersøke og karakterisere et område til en jordformas jon under en vannmasse med en overflate og en bunn, karakterisert ved den innbefatter:

   anbringelse av en elektrisk dipolstrømkilde innbefattende et par kildeelektroder adskilt av en første avstand hovedsaklig parallelt med overflaten til vannmassen og adskilt fra bunnen med den andre avstanden, idet den andre avstanden er mindre enn tilnærmet lik en fjerdedel av avstanden mellom overflaten og bunnen,

   bevirkning av at en elektrisk strøm flyter i kilden, idet kilden innbefatter minst to sinuskomponenter som hver har en bestemt valgfrekvens,

   måling av en strømkarakteristikk forbundet med hver av nevnte minste to sinuskomponenter til strømmen,

   samtidig anbringelse av i det minste en elektrisk dipoldetektor innbefattende et par med detektorelektrode adskilt av en tredje avstand hovedsaklig lik den første av stand, hovedsaklig kollineært med strømkilden og anbragt med avstand fra strømkilden med en fjerde avstand,

   måling for hver av i det minste to sinuskomponenter av strømmen en karakteristikk for potensialforskjellen mellom i det minste et par av detektorelektroder, og bestemmelse for hver av i det minste to sinuskomponenter til strømmen en karakteristikk for den komplekse felles impedansen til strømkilden i det minste en elektrisk dipoldetektor.

   10.

   Fremgangsmåte for å undersøke og karakterisere et område av en jordformas jon under en vannmasse ved en overflate og en bunn, idet området strekker seg til den første dybde under bunnen, karakterisert ved anbringelse av en elektrisk dipolstrømkilde innbefattende et par kildeelektroder adskilt av en første avstand,

   hovedsaklig parallell med overflaten til vannmassen og adskilt fra bunnen med en andre avstand mindre enn tilnærmet lik en fjerdedel av avstanden mellom overflaten til bunnen,

   samtidig anbringelse av minst to elektriske dipoldetektorer i vannmassen, i det hver av detektorene innbefatter et par detektorelektroder adskilt av en tredje avstand,

   hovedsaklig lik den første avstanden, hovedsaklig kollineær med og anbragt med avstand fra strømkilden,

   bevirkning av at den elektriske vekselstrøm flyter i kilden, i det strømmen innbefatter i det minste to sinuskomponenter, som hver har en bestemt valgfrekvens,

   måling av en strømkarakteristikk tilknyttet hver av i det minste to sinuskomponenter for strømmen,

   måling for minst to sinuskomponenter for strømmen,

   karakterisert ved at potensialforskjellen mellom paret med detektorelektroder til hver av de minste to detektorene,

   bestemmelse for hver av i det minste to detektorenen og for hver av de to sinusformede komponentene av strømmen en karakteristikk av den komplekse felles impedansen til strømkilden fra strømkarakteristikken og potensialfor-sk jellskarakteristikken forbundet med sinuskomponentene og detektoren.

   Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at sinuskomponenten med lavest frekvens til i det minste to sinuskomponenter for strømmen og den felles impedansekarakteristikken forbundet med den laveste fre-kvenssinuskomponenten velges slik at felles impedansekarakteristikken forbundet med sinuskomponenten med lavest frekvens bestemmer gjennomsnittlig resistivitet til en del av området innenfor en andre dybde fra bunnen, i det den andre dybden er mindre enn første dybde.

   12.

   Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at flere elektriske dipoldetektorer anbringes i vannmasse og den komplekse felles impedansekarakteristikken er indikativ for tilstedeværelsen av et resistivt lag som har resistivitetsforskjell fra den gjennomsnittlige resistiviteten og anbragt i området ved den tredje dybde under sjøbunnen, idet den tredje dybden er større enn den andre dybden, innbefattende:

   (a) bestemmelse av den sinuskomponenten for hvilke størr-elsen på den komplekse felles impedansekarakteristikken forbundet med den første av flere detektorer er et ekstrem,

   (b) gjentakelse av trinn (a) hvor et tilstrekkelig antall forskjellige detektorer er valgt fra flere detektorer for å bestemme en minimumsavstand fra kilden under hvilken minimumsavstanden til samme sinuskomponent er forbundet med ekstremstørrelsen for den felles impedanskarakteristikken forbundet med hver detektor adskilt fra kilden med en avstand større enn minimumsavstanden, og

   (c) bestemmelse av den tredje dybden fra minimumsavstanden og gjennomsnittsresistiviteten.

   13.

   System for å undersøke og karakterisere en jordformas jon under vannmasse med en overflate og en bunn, karakterisert ved at den innbefatter:

   et flytende fartøy,

   en elektrisk dipolstrømkilde innbefattende et par kildeelektroder adskilt med en første avstand, slepet fra det flytende fartøyet i vannmassen hvor det står parallelt med overflaten til vannmassen,

   innretning for å generere vekselstrøm i den elektriske dipolstrømkilden,

   i det minste en elektrisk dipoldetektor innbefattende et

   par detektoreelektroder adskilt med den andre avstand hovedsaklig lik den første avstanden slepet av det flytende fartøyet i vannmassen hovedsaklig kollineært med strømkilden og anbragt med avstand fra strømkilden med den tredje avstand tilnærmet lik et helt multiple av den første avstand,

   innretning elektrisk forbundet med en elektrisk strøm-genereringsinnretning for å måle en strømkarakteristikk for strømmen,

   innretning elektrisk forbundet med i det minste en elektrisk dipoldetektor for å måle en karakteristikk for potensialforskjellen mellom paret med detektorelektroder,

   og innretning elektrisk forbundet med strømkarakteristikk-måleinnretningen og potensialforskjellskarakteristikkmåle-innretningen for å bestemme karakteristikk for kompleks felles impedans for strømkilden og i det minste en detektor ut fra strømkarakteristikken og potensialforskjell-karakteristikken.

   14.

   System ifølge krav 13, karakterisert ved innretning for å styre dybden under overflaten med hvilken strømkilden og detektoren er slepet slik at strømkilden og detektoren kan bli slepet ved en valgt dybde større enn tilnærmet lik tre fjerdedeler. av avstanden mellom overflaten og sjøbunnen.

   15.

   System ifølge krav 13, karakterisert ved at den innbefatter i det minste en antenne med en akse slepet av fartøyet i vannmassen slik at aksen er hovedsaklig perpendikulært på den elektriske dipolstrømkilden.

   16.

   System ifølge krav 13, karakterisert ved at den innbefatter en gradientdetektorgruppe slepet fra fartøy i en posisjon adskilt fra midtpunktet til paret med kildeelektroder innbefattende første par med elektrode orientert hovedsaklig parallelt med strømkilden adskilt av en fjerde avstand mindre enn første avstand og innbefattende et andre par med elektrode orientert hovedsaklig ortogonalt i forhold til strømkilden og adskilt av en femte avstand mindre enn den første avstand,

   en første og andre styrbar kapsel, som hver blir slepet av fartøyet i en posisjon adskilt i sideretningen fra strøm-kilden,

   en første treakset magnetisk feltsensor montert i den første kontrollerbare instrumentkapselen for å tilveiebringe sanne magnetiske vektavfeltmålinger, og en andre treakset magnetisk feltsensor montert i den andre styrbare instrumentkapselen for tilveiebringelse av sanne magnetiske vekt og feltmålinger.

   17.

   System ifølge krav 16, karakterisert ved at den første treaksede magnetiske feltsensoren innbefatter et første orienteringsmålesystem, og at den andre treaksede magnetiske feltsensoren innbefatter et andre orienterende målesystem.