JP2009523233A - 地球の自然変動する電磁場の主に垂直磁気成分を用いて外洋地震構造の抵抗率を決定する方法と装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は抵抗性のあるボディ(構造)の端を表すゼロ以外の鉛直成分Hzを有する場所を決定するために、海底の複数の地点で同時に自然発生源(MT)に起因している磁場の鉛直成分Hzを測定する。そして、海底地層の地質構造(海洋地震測定値から公知の)が、周囲の岩との抵抗率対照を呈するか否かを決定する。そして、正の抵抗率対照(ポジティブコントラスト)があるとき、構造の中に炭化水素を含有していると解釈される。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
本発明は海底および地下の貯留層の性質を決定する方法と装置に関する。より詳しくは、本発明は、貯留層または、より詳しくは、概して形状および位置が地震探査技術から公知である地質構造が、炭化水素または水を含むか否かを決定することに関し、そして、外洋海底地層構造の決定に関する。
1998年から、石油会社により、海洋地震探査技術によって既に発見された外洋(沖合)地層構造(ありうる炭化水素トラップ)の電気抵抗値を主に決定するEM(電磁気)地球物理学的技術が発達している。地震探査技術は通常、かなり詳細な地質学的階層および構造を明らかにすることができるが、しかし、トラップにある油と水とを確実に区別することができない。
主要な多国籍石油会社(通常、「メジャー」と呼ばれる)は、主に外洋探査、主として深海に興味がある。陸の炭化水素資源の直接的な所有と関連した発行の結果として、この種の資源は、現在、主に国営石油会社によって管理されている。メジャーもまた、活動のスケールから、非常に大きい(数億バレル以上もの)発見を必要とする。このように巨大な炭化水素の蓄積を探し求めるのに最も見込みのある場所は、外洋(沖合)である。外洋炭化水素探査のための大部分の最先端の専門知識は、メジャーおよびそれらの連合供給元に集中する。但し、一部の国営石油会社は重要な外洋活動および専門知識を有する。
これらの理由により、メジャーはますます外洋探査に集中し、これまでより深い海に段階的に移動した。それは現在、2000mまでの水深またはより深くにおいて掘削することが可能であり、希ではない。
深海掘削(ドリリング)は、しかしながら、非常に高価であり、抗井1本(またはそれ以上)につき、2000万米ドルから5000万米ドルまで概してコストがかかる。これらは、大きい石油会社でさえ重要な費用である。
それゆえに、海洋掘削リスクを低減することができる技術に石油会社は関心がある。
炭化水素は電気的に抵抗があるので、炭化水素を含有する海成堆積物(堆積岩)は、「新しい」海成堆積物(概して1〜3Ωm)の典型的地質断面に比べて、著しく高い電気抵抗値(100Ωmから250Ωm)を有する。ここで、Ωmは電気抵抗の単位である。
地震波と比較して、地球物質におけるEM波の異なる物理的性質のため、EM技術はそれ自体、主要な炭化水素探査ツールとして使用されるには、不十分な垂直解像度を有すると考えられる。従って、メジャーは、地震探査技術(以後、「構造」または「地震学的構造」または「発見された地震学的構造」と呼ばれる)によって既に発見された有望な外洋地質構造が、周囲の岩より著しく高い抵抗率を有するか否かを感知するために海洋EM技術を使用することに主として興味があり、その場合、その構造は炭化水素を含有していると解釈される。一方、構造が、より導電性のある周囲の岩と対照してほとんど抵抗値を呈しない場合、それは「湿っている」、すなわち、主に比較的導電性のある累層の鹹水(ブライン)のみ、またはそれが殆どであると解釈される。
上記のように、非生産的な外洋掘削抗井、いわゆる「ドライホール」の非常に高いコストを回避することに、意義がある。
以前は、外洋構造の抵抗値を検出する唯一の成功した技術は、ノルウェー(Statoil)のステート石油会社によって開発され、ウェブ・サイトwww.emgs.noで言及されるその後の特許出願と同様に米国特許第6,628,119号B1の主題である、海洋制御震源EM(MCSEM)であると考えられていた。
米国特許第6,628,119号B1の保有者は、MCSEM技術のための商品名「海底検層(Sea Bed Logging)」を使用する。
MCSEM技術の最初の現地試験(概念の証明)において、上述の特許の保有者は、新しい目的のために、既存の技術を新しい方法で適用した。海洋制御震源EM装置および海洋MT(マグネトテルリク)装置を含む既存の技術は、一般の地質学的研究または構造的研究のための学術研究者によって既に開発された。MCSEM装置は、2つの部分に分けられる。電場の2つの直交/水平成分を測定するために使用する、「トランスミッタ」または制御震源(目標を照らすために用いる電磁場の人工震源)と、それに伴う「レシーバ」装置である。既存のMCSEMレシーバ装置に加えて、最初のMCSEM試験では、レシーバとして、既存の海洋MT(MMT)レシーバ装置を使用した。これは、以下で示されるように、そのレシーバ装置が、2つの直交/水平電磁成分を測定する能力を含むからである。
MCSEMおよびMMTレシーバ装置は、適切に安定した搭載式水晶発振器を使用する同期機能を含む。データ収集の後、レシーバ装置(測量船からの音響命令を受けると)は、取付けられたアンカー(通常、消耗式のコンクリート柱)を解除するために「燃焼シーケンス」を始める。付属の浮力部材はその後、レシーバ装置を海面に浮上させ、レシーバ装置は、ラジオビーコンおよび他の手段で捜索され、測量船上へ回収され、次の後処理のためにデータが抽出される。
上述のMT技術は、EM技術とは異なり、1950年代初期に発明されて、主に大規模な地質学的構造調査のために、そして、通常は地質断面に一つ以上の高密度岩層が存在することから、主に地震データの品質が不満足である領域の炭化水素探査のために、主として陸上で使われる。陸のMTは、概略1990年代初期に始まっている外洋石油探鉱(「海洋MT」またはMMT)に適していて、最初はいかなる新規な装置(器材)も使用せず、単に、一般の海底地層解析のための海洋学者によって以前に開発された既存の海洋MT装置を使用した。テンソルMT/MMT技術は、自然の電場の2つの直交水平成分と、電場の成分と同方向において測定される自然の磁場の2つの直交成分の測定を必要とする。結果データは、抵抗率対地下の深さ画像を得るために処理されることができる。「テンソル」は、磁場成分および電場成分が2つの直交水平方向において同時に測定されることを意味する。MCSEM試験が、既存のMMT装置を使用することが可能だったにもかかわらず、磁場成分ではなく、電場成分だけは、MCSEM技術で測定されることを必要とした。
「制御震源EM」という用語は、目標を調査するために用いるEM場の震源が、人工であるか、人工震源であることを意味する。これは、マグネトテルリク(MT)技術とは対照的である。マグネトテルリク(MT)技術は、「受動的」または「自然発生源」技術であり、そしてそれは、記録装置における地球の深さ画像対抵抗値を得る、地球の自然のEM場のバリエーションを使用する。
MCSEMにおいて、制御震源は、曳航式水平ダイポール(海底より上方30mの高度で曳航される)である。MCSEM技術の明快な解説は、例えば(ファレリー他、2004)および(Ellingsrud他、2002)のように、さまざまな刊行物および表現において提供されていた。少なくとも数百アンペアの低周波(1Hz)交流電流を、ダイポール(双極子)に流し続けることが強制される。これは、EM場(「一次場」)を、海中および海底に放出する。ダイポール(双極子)は、適切な調査船によって、数日の期間中、適切な予め計画したパターンに沿って曳航(牽引)される。「二次場」(調査中の構造が有する一次場のインタラクションに起因している信号)は、概して電場の2つの直交水平成分を測定する特殊な海底受信装置の列によって測定される。データ処理の後、結果は、正規化マグニチュード対オフセット(MVO)プロフィールとして表示される。変則的に高い値(構造を離れた背景値と比較して)は、調査中の構造の炭化水素蓄積に起因すると解釈される。正規化異常は、3または4回背景でもよい。図5(ファレリー他、2004)は、約4回背景(300%)が北海の巨大なトロール(Troll)フィールドを通じて測定された異常を示す。
MCSEM技術で正規化異常が2〜4回背景でもよい場合であっても、それはMCSEM(そして、MMT)技術で判断される電圧の違いが、絶対項(MTおよびMMTテクニックによって測定されるそれらと同等の)において非常に小さい点に注意する。注意深く設計された低騒音器材が、全ての場合に必要とされる。
前に言及されたMT地球物理学的テクニックは、そのエネルギー源として地球の電磁場における自然に生じる変化を使用する。電場は、テルリクフィールド(地球(テルス)のためのラテン名に基づいて)とも呼ばれる。MTテクニックの名前は、その基本手順、すなわち磁場成分および電場成分の同時測定を意味する。詳細に立ち入らずに、測定場所の下方の地球抵抗率が、電場成分および磁場成分の比率に由来すると充分述べられる。そして、両方の成分の測定値は、自然のフィールドバリエーションを使用する抵抗率の算出ができるようにするために必要とされる。また、MCSEMテクニックの実務家が、磁場(電場が測定される場所とより少ない場所で)の水平成分の測定が望ましいとわかった点に注意する。換言すれば、MMT測定は、海底地層抵抗率の「背景モデル」を提供するためになされる。そして、それはMCSEMデータのより信頼性が高い解釈ができるようにする。
MCSEMテクニックだけが沖合地震学的構造の抵抗率を確実に決定することができるとこれまで思われた。その理由は、次のことにある。MMTテクニックは、比較的薄い抵抗性のあるボディ(例えば典型的沖合炭化水素鉱床)にあまりに無関心であり、そして、自然のフィールドに起因している異常が確実に検出されるにはあまりに小さいと考えられるからである。
図1(Um他から、2005)は、炭化水素含有外洋地質構造20の典型的抵抗率モデル(断面)を示す。炭化水素含有構造は、紙面と直交する長軸を有する背斜である。長軸は「無限に」長いと考慮され、この種のモデルは二次元のモデルと呼ばれて、特性は2つの次元だけにおいて変化する。この種のモデルは、長軸が短軸の3倍を越えると申し分ない。背斜は、500mの垂直リリーフで幅約4kmである。炭化水素含有層は、100Ωmの抵抗率で厚さ100mである。背景岩は、0.7Ωmの抵抗率を有する。これは、(ファレリー他2004)で研究される、1〜2.5Ωmの背景岩において抵抗率最大250Ωmを有し、幅約10km、厚さ最高300mの炭化水素含有断面を有するトロール(Troll)フィールドと同等である。
図2((ファレリー他、2004)に提供されるパラメータを用いるTrollフィールドのモデルを示す)は、自然発生源MTテクニックに関連した海底地層目標の異常な応答を推定して、研究するために、本発明の発明者によって使われた。Trollフィールドのモデルを使用することの利点は、それが実例だということであり、また、本発明を用いて予想される(ファレリー他、2004)で報告されるMCSEM応答との比較ができることである。図2において、垂直(深さ)および水平(距離)の尺度は、メートル(m)である。仮想測定場所は、海底上の一連の小さい黒丸30(番号2−66)である。本モデルにおいて、炭化水素含有層40は、左側が厚さ100m、他は厚さ300m、断面が水平の角柱に近似し、抵抗率200Ωm、幅9.8kmである。図1のように、海底地層構造の長軸は、紙面と直交し、長さは「無限」とみなされる。背景岩は、抵抗率2Ωmである。海水は、深さ340m、抵抗値0.25Ωmである。
図3は、周期(垂直軸)対距離(水平軸)が、それぞれTE抵抗率、TE位相、TM抵抗率およびTM位相を示す図2のモデルに基づくモデリング研究の結果のグラフである。モデリング研究の結果は、図2に示すように海底地層目標の上方の実測寸法を作ることによって得られるものである。図3は、構造の長軸と平行な方向(「TE」方向と呼ばれる)において測定される(海底レシーバのアレイによる)抵抗率を示す。図4は、対応するTE位相を示す。図5は、構造の長軸に直交する方向(「TM」方向と呼ばれる)において測定される(海底レシーバのアレイによる)抵抗率を示す。図6は、対応するTM位相を示す。
これらの図において、図2のように、縦軸は、EM波の周期を対数(10を基礎とする)で示し、横軸は、距離をメートル(m)で示す。
図3および図5において、抵抗率の異常な応答が約15%であると述べられることができる。図4および図6は、位相における異常な応答が約4度または約10%であることを示す。これらの図において例示される抵抗率および位相パラメータが、水平方向の磁場および電場だけによる測定値から計算されることに注意されたい。
図2のモデルからの異常な自然フィールド(MT)応答の大きさは、(ファレリー他、2004)に記載されている300%(4回背景)と多いMCSEM異常と比較されることができる。しかしながら、(ファレリー他、2004)はまた、10キロメートルと遠く離れた位置で非常に小さい異常を信頼性高く示すことに注意されたい。0.05(5%)と少ない正規化した異常の大きさが、信頼性が高いとみなされるということを、図5および関連した言及は示す。換言すれば、特に全てのパターンが一貫した空間バリエーションを呈し、調査中の周知の目標を有する意味のあるものとするときに、小さい異常はより大きい異常と連動して観察される。
図3〜図6は、4成分海洋MTテクニックを用いて予想されることができる抵抗率および位相における最も大きい異常の大きさが、MCSEMテクニックを使用して検出されることができる最大の異常の大きさよりかなり小さいこと、そして、MCSEMテクニックで信頼性が高いとみなされる最も小さい異常の大きさと事実上同等であること、を示す。
自然に発生する(MT)水平方向の電場および磁場が、真の水平状態からのエラーに比較的強くまた比較的無関心であるので、そして、海洋環境が土地環境(人工のEMノイズのない)と比較して非常に静かであるので、一般的な仮定に反して、モデリングの結果および上記の比較は、適切なパターン抽出技術に連結する良好なデータの品質(抵抗率1%、位相1度)を有する4成分MMTサウンディングの比較的密集したネットが、Trollフィールドのような炭化水素含有外洋構造を伴う正の抵抗率異常を検出することが可能かもしれないことを示す。しかしながら、真の測定値には、さまざまな発生源からの不可避のノイズがあり、これは、小さい異常を隠すために作用する。そして、すべての構造がTrollフィールドほど大きいというわけではない。また、MMT測定点のためのコストは、MCSEM測定点のためのコストに比べて、著しく小さくはない。双方とも、必要な船の運用コストによって支配されるからである。これらの理由から、MCSEMテクニックが存在し、そして、4成分MCSEMレシーバが可能で、かつ、MMTレシーバとして使用されることから、本願明細書において記載されている目的のためのMCSEMに代わるものとして、MMTを単独で使用することはほとんど動機付けにならない。
CSEMテクニックで使用する船は比較的高コストであり(1日当たり約70,000米ドル)、単一の海洋MT±CSEM測定点は約7,000米ドルがかかる。
つぎのような関心のある基本的な問題に答えることができるコストがより低い海洋EMテクニックを有することは従って、興味がある。発見された沖合地震学的構造は、周囲の岩との間で抵抗率対照を呈するか、そして第2に、異常の徴候(極性)は何か?
本発明は、正確にこの種の変形例を示す。
本発明は、海底の比較的多数の地点で、自然MTフィールドの鉛直成分Hzを同時に測定することが必要である。測定は、研究される構造を横断する最適に配置されたプロフィールに沿って行われる。「生産」のための測定は、構造を離れた参照場所で作られるHzの測定値に正常化される。とりわけ、これは原フィールドの時間的変化の効果を除去する。本発明の目的は、海洋地震探査技術によってすでに発見された外洋(沖合)地質構造中における、炭化水素を伴う海底地層抵抗率異常の存在、境界および震央を、可能な限り経済的に決定することである。計測器のいくつかの順次配備がなされることができ、そして、全てが同じ参照場所に正常化される。
測定値を正常化するために、少なくとも1つの参照(正常化)場所と、1つの「生産」場所とで、Hzを同時に測定する必要がある点に注意する。自然のフィールドの振幅および位相(特定周波数での)は、時間内のいかなる特定の瞬間にも予測されることができない。しかしながら、自然フィールドの特性は、一次場が、即座に至る所で、高周波では2〜3キロメートルの距離が、低周波では数百キロメートルの距離でさえも、同じことである。そこで、固定参照場所に正常化されることは、一次場の準ランダムな振幅および相変異(時問依存性)の効果を除去し、そして、同じ参照場所に正常化されている限り、異なる時間に作成した測定値の使用を許容し、更に、異常な応答のよりはっきりした認識ができるようにする、参照場所のバックグラウンド応答を取り除く。多くの地点で同時に「生産」測定をすることは、他で記載する利点を提供することと同様に技術の生産性を改善する。
本発明はまた、標準4コンポーネントMMT測定値(同じ装置に組み込まれるか、または自主的な装置により近くで測定される)に垂直磁場測定(本願明細書において記載されている)を追加することが、自然フィールド発生源の水平成分だけを用いたときに予想される比較的小さい大きさ異常の信頼性を増加させることができる補足的な診断情報を提供する。これは、垂直フィールドと関連した異常が、背景すなわち同程度の大きさの5〜10倍でよく、または、MCSEMテクニックによって観察される異常よりさらに大きい大きさでもよいことが理由である。
周知のタイプの、すぐに利用可能な、適切な搭載式同期デバイスによって、測定地点のセットまたはサブセットでのすべての測定が同時になされることを理解すべきであることに注意されたい。また、降下、上昇、または海底据え付け中における測定装置の配備は、例えば既存の音響ピンガ技術を用いることにより公知である。また、MTの周知の遠隔参照雑音低減法(ギャンブル他、1979)が使われることができる。
本発明の更なる態様は、好ましくは、かなり少数の場所での測定を含み、しかし、必ずしも正確にHzが測定される場所と同じでなくてもよい。そして、明白に抵抗率異常の「徴候」を決定するために、磁場の水平成分HxおよびHyは自然発生源に起因する。
本発明の更なる態様は、サブセットの地点で、磁場の三成分に加えて、好ましくは磁場の2つの水平成分と同じか近くの場所でそれと同方向の2つの電場の水平成分を測定すること、および、抵抗率を算出するために、そして、海底地層岩の背景抵抗率構造のモデルを開発するために、電場からの追加情報を使用することが必要である。
本発明のさらに別の態様によれば、ベースおよび、ベースから上方へ延び、Hzセンサを振り子のように下方へ吊り下げてスイング可能に支持するためのサポートが設けられている。記録および制御装置が、ベースに載置されて、Hzセンサと通信する。電源が、記録および制御装置に電力を供給するため記録および制御装置に接続されている。
Hzセンサは、海洋環境から保護するための非磁性圧力容器に載置されることができる。記録および制御装置も、海洋環境から保護するための圧力容器に載置されることができる。バッテリは、海洋環境用に最適に封止されることができる。
Hzセンサが載置される非磁性圧力容器は、海洋環境の水流からHzセンサを保護するために、ベースに固着したスリーブ内に取り付けられる。
記録・制御装置および電源は、サポートに支持されたハウジング内に載置されることができる。Hzセンサは、ハウジングに固着することもできる。
Hzセンサは、ハウジングとベースとの間で作用する取り外し可能な締着手段によって、ベースに取り外し可能に固着することができる。
ハウジングは、ベースからの解放に応じて、ハウジングおよびHzセンサを浮上させるための加圧浮上手段を更に含むことができる。
ハウジングは、解放に続くハウジングの検索を支援するための検索支援部材を含むことができる。
スリーブはハウジングに固定することができ、取り外し可能な締着手段はスリーブとハウジングとの間で直接作用することができる。
検索支援部材は、フラグ、無線送信機、閃光灯および、フロートを有するストレイライン(strayline)からなる群から選択される少なくとも1つの部材である。
開放機構は、タイマーおよび信号レセプタの一方または両方によって起動することができる。
本発明の第1の好ましい実施例によれば、自然発生源(人工発生源(人工震源)または制御発生源(制御震源)とは対照的に)に起因している磁場の鉛直成分Hzは、調査中の構造に関して最適に位置する海底の複数の位置で同時に測定される。ノイズがない場合、磁場の鉛直成分「Hz」の大きさ(すなわち徴候に関係ない振幅)は、抵抗率境界32を横断する|Hz|(垂直軸)のバリエーションを示す図7(マクニール他から、1991)に例示したように、抵抗率境界50又はその近くだけゼロではないことが公知である。ここで、「|Hz|」は、垂直磁場Hzの大きさを意味する数学的記法である。図7において我々が左または右のある距離を別の境界と想像する場合、横に拡張するモデルは、興味ある対象としての、空間的に有限な外洋の、炭化水素を含有する、抵抗性のある海底地層構造のそれに近い。他のモデルは、炭化水素探査における比較的小さい抵抗率対照とともに、発表文献で見つけることができる。図8aおよび図8b(ラム他から、1982)は、負の抵抗率構造のモデルを示す。図9(ラム他から、1982)は、自然のEM信号の異なる周期において、異常な抵抗率構造全体の|Hz|の横方向バリエーションを示す。
図9に図示すように、|Hz|は、この種の抵抗率境界より上に極大を示し、境界から遠くではゼロに減少し、2本の横方向の境界の間に存在している変則的に抵抗性のあるゾーンの震央で、極小に減少する。このように、本発明は、抵抗率が未決定である地下地震学的構造を横断する適切なプロフィール(s)に沿って比較的多数のHzセンサを配備することによって、原価節約およびデータ冗長度を予知する。単一のコンポーネント・センサシステムの使用が複数のコンポーネントを有する計測系の使用と比較して相当な運転費および軽量化を提供すると認められることができる。また、海洋配備の計装のゼロ以外の損失(1%のオーダーの)があるから、測定器のコストを最小化することは、不可避の損失に起因するコストも最小化する。
上述のごとく、Hzは、抵抗率境界又はその近くでだけゼロではない。大きさ測定として、|Hz|は、探査中の地質構造と関連した抵抗率対照の「徴候」(背景と比較して、相対的に正または負の)を考慮しない。|Hz|は従って、抵抗率異常の「徴候」を推定するのではなく、抵抗率境界を示すことだけに使われることができる。発見された構造がその周囲より抵抗性がないと思われないように、抵抗率対照の証拠が観察される場合、異常の極性がわかっていない場合であっても、正の抵抗率異常に起因することは相当確実に推定されることができる。
異常の徴候に関する明白な情報を得るために、空間的に変動する正規化Hzフィールド(振幅および位相)の他の性能の相対的な空間バリエーションを利用することは可能である。そしてそれは、すでに述べたように、その境界を示すことに加えて、おそらく地下抵抗率異常の極性を示すことができる。
それに代えて、または加えて、抵抗率異常の極性を明白に決定するために、我々は、技術的に周知の「インダクション(誘導)ベクトル(Vector)」(以下「IV」と呼ぶ)と呼ばれている他の標準MTパラメータを利用することができる。IVは、実部(実成分)および虚部(虚成分)を有する複合の量である。IVは、磁場の全部で3つの成分、すなわち、同じか又は近くの場所でのHz(鉛直成分)およびHxおよびHy(直交水平成分)の成分の測定を必要とする。両方の水平センサが直交している限り、HxおよびHyの実際のアジマスは通常決定的ではなく、それらを強固なフレームに固定することによって実際には達成できる。水平センサの姿勢は、通常±1度であることが公知であり、これで通常充分である。後述するように、垂直センサの方向づけの精度は、より決定的である。
IVが、電界成分の測定を必要としないことに注意されたい。
図10(ラム他から、1982)に示されるように、使用する通常のプロッティングにおいて、IVの実部は、異常を検出する周波数帯域中で、負の抵抗率異常(周囲より抵抗が小さい)へ向かい、そして、正の抵抗率異常(周囲より抵抗が大きい)から離れる。
スペース(抵抗率異常に対する横方向位置)、および/または周波数、および/または時間に関するIVの実部および虚部の更なる周知の関係は、おそらく、大体の地質累層と同様に、地下抵抗率異常の存在と徴候を推定するために用いることができる。
しかしながら、全ての場合に、垂直地磁気検出器の正確な垂直方向が常に必要とされる点に注意する。これは、特にHzが、一般に、地上配備MT調査の場合に比べて通常より小さいと思われる海洋適用のために決定的である。
MCSEMテクニックも海洋MTテクニックも、垂直磁気成分Hzまたはその通常計測を要求されないという点で、本願明細書において記載されている方法は、ある意味で周知の技術と対照をなす。
上述したように、自然に生じる水平な電磁場だけの測定は、薄い抵抗性のある目標(炭化水素構造)を一般に確実に検出することができないと考えられた。
しかしながら、すでに述べたように、横方向の抵抗率境界の存在は、ゼロ以外の鉛直成分Hzを有する第2の(異常な)フィールドを作成する。この種の横方向の抵抗率境界が不在の場合、この鉛直成分は至る所でゼロでなければならない。
図9に示すように、|Hz|の空間バリエーションは、変則的に抵抗性のある目標周辺で特性パターンを有する。
図2に示されるモデルから算出されるように、図12は「ティッパーマグニチュード(先端の大きさ)」(公知技術)と呼ばれているMTパラメータを示す。ティッパー(IVと類似しているが、必ずしもIVと同じではない)は、測定された水平磁場HxおよびHyに対するHzの比率の線形結合として測定された垂直磁場Hzを表すことによって引き出される。ティッパーマグニチュードは、徴候ではなく、振幅だけを考慮する。ティッパーマグニチュードはHzに由来するので、異常が交差したとき、Hzと|Hz|とは同じ空間変動特性を示す。これとは別に、我々は上述のごとく、HxおよびHyは通常Hzと同じ位置で測定される点に注意する。しかし、HxおよびHyの水平変動率は、Hzの水平変動率よりも通常少ないかそれ未満であるので、距離があまり大きくない限り、Hzと異なる場所でHxおよびHyを測定することも許される。
図12は、最大部が、特定の周波数帯域(約200秒を中心とする)中で発生し、かつ、図2に示す抵抗性のある構造40の端部60、62と横に一致した、同じ場所の合わせた水平フィールドHxおよびHyの0.017または1.7%と同程度大きなティッパーマグニチュードを示す。陸の経験から、この種の比較的小さいティッパーマグニチュードが、陸のMT調査において観察され、陸の構造探査において確実に使用できたことが公知である。
上述したように、Hzは、横方向の抵抗率境界から遠くではゼロであるので、Hzの上昇は、Hzに由来するティッパーマグニチュードである。同様に、IV(それは、また、Hzに由来する)の大きさは、いかなる横方向の抵抗率対照も存在しないあらゆる所で、ゼロでなければならない。
Hzは横方向の抵抗率境界から遠くでゼロでなければならないにもかかわらず、ティッパー異常が確認されなければならない背景値はゼロではなく、測定値の暗騒音によって定義される若干のゼロ以外の大きさである。ノイズはさまざまな発生源に起因する。重要な発生源は次に述べられる。
第1フィールドおよび、炭化水素蓄積ゾーンに起因している第2(異常な)フィールド双方は、海水および海底地層堆積物を通過する距離の関数として、指数的に減らされる。計測器暗騒音は、しかしながら、所与の周波数でほとんど一定のままである。同じ周波数帯のセンサ雑音に対する信号強度(またはより正確に言うと、スペクトル・エネルギー密度)の比率は、センサS/N(信号対雑音)比を定める。陸の測定に使用する通常のHzセンサを海洋環境で測定するときのS/N比は、スタッキングによって得られる改良前は、0.5:1から約5:1の範囲(測定時の信号強度次第)である。(ガウス雑音が、スタッキングN評価によってSQRT(N)倍に減らされることができることに注意されたい。)換言すれば、陸のMTに使用するセンサは、海洋でのHzの測定に使用されるには、充分に低い暗騒音を有する。
他の周知の誤差源は、測定中のセンサの温度変化である。海底での媒体(海水)の温度は、至る所で深層水のほとんど恒常的な4度Cであることが公知であるように、温度関連の変化は重要な懸念でない。計測器はこの温度で較正されることができ、および/または、周知の温度関連バリエーションが正確に計算されることができて、修正のために使われることができる。
他の誤差源は、不十分に正確なセンサ較正である。これは、較正回路(通常使用されるかまたは陸のMTのために必要な較正より正確な)の精密な関連したコンポーネントを用いて緩和されることができる。この種のエラーが、一群の独立センサ全体にガウスでもあり、ランダムでもある点に注意する。さもなければ、同じセンサの反復較正全体に、同じセンサのNセンサまたはN較正の結果の積み重ねが、SQRT(N)の要因によってこの種のノイズを減らす。
他の雑音源は、ゼロ以外の海底傾斜である。図1および図2は、明らかに予想される異常な応答を示すのに必要な水平の海底を仮定する。(フェアリー他2004)は、20キロメートル線に沿って17mの深さの変化を報告する。これは、0.085%または0.05度(3分)と等価の海底傾斜に対応する。傾斜した海底が微妙である(表面上)が、本当の巨視的横方向の抵抗率境界を構成すると認められることができる。傾斜が検出される特定の周波数帯域の中で、傾斜した海底の効果は、このように、至る所で測定領域全体の|Hz|のゼロ以外のバックグラウンドレベルを生み出す。
所望の異常な徴候が見られるこの周波数帯域の重なりおよび傾斜効果は、従って、理解されなければならず、補償されなければならない。この発生源に起因している暗騒音(バックグラウンドノイズ)の大きさは、海水と堆積物、海底傾斜および水深の抵抗率次第である。これらが公知であるので、適切な修正は計算されることができて、適用されることができる。本願明細書において他で言及される正規化処理が、参照場所で検出されるこの発生源からノイズを取り除くことに注意されたい。この発生源(ノイズスペクトル)のノイズの周波数依存性は、いくぶん水深によって変化する。それが至る所で同じではないので、正規化だけですべてのこの種のノイズを取り除くというわけではない。但し、そのほとんどを取り除くと思われることができる。「傾斜ノイズ」の大きさは、すべての他の要素が等しいとき、傾斜によって変化し、1度で一定の海底傾斜は、ほぼ0.014のティッパーマグニチュードの暗騒音を発生する。一定の1度海底傾斜において、興味ある(20キロメートルの距離以上)所与の周波数のノイズ背景の変化は、ほぼ0.001であり、正規化がこのノイズのほとんどを取り除く。
垂直磁場Hzを測定する際の他の重要な誤差源は、センサの垂直方向におけるエラーである。垂直センサが本当に垂直でない場合、垂直センサは、測定点で(非常に強い)水平磁場HxおよびHyの小さい部分を実際に検出する。一旦海底に設置され、測定中ずっと、本当の垂直線(90度)未満の角度で方向(固定された姿勢)が静止しているままの場合、そのHzセンサは、この理由のためいくらかの明確なエラーを常に検出する。この種のエラーは常に正(「偏り誤差」)であり、そして、同じセンサによる連続した(遅れない)評価の積重ね(スタッキング)および平均化、または、一組のこの種のセンサ全体の積重ね(スタッキング)によって、満足に低減することはありえない。
図12において、異常な垂直フィールドパラメータ(「ティッパーマグニチュード」)は、水平磁場HxおよびHyを合成した大きさのほぼ1.7%(0.017)である。換言すれば、合成した水平フィールドは、予想される垂直フィールドより大きさにおいて60倍大きい。Hzセンサの垂直方向における小さいエラーは、このように、水平フィールドからの不必要な貢献のため大きいエラーを生じることができる。垂直方向におけるエラーに起因するHzフィールド測定におけるエラーは、エラー角度の正弦に比例している。
我々が確実に約0.017のティッパーマグニチュード(または同等に、相対的な|Hz|大きさ異常)を測定したいと仮定する。他の誤差源が、同じセンサによる連続した(遅れない)評価の積重ねおよび平均化、または、一組のこの種のセンサ全体の積重ね(スタッキング)、あるいは、その他の処理によって、満足に低減していたと仮定する。我々が垂直姿勢誤差に起因している約0.0017のエラー上限、または、図12の異常の大きさの十分の一を有したいと仮定する。単純な三角法の計算(アークサイン(.0017))は、垂直方向の0.097度(6分(アークミニッツ)、または1.7ミリラジアン)のエラーが、約0.0017のエラーを生じさせることを示す。所望のエラーが0.003である場合、対応するエラー角度制限は、0.17度(10分)である。0.004のエラーには、エラー角度制限は、0.23度または14分(アークミニッツ)である。垂直方向のこの精度は、すでに(または直ぐに)本願明細書において海洋環境に適用したように、高精度の傾斜計および自動レベリング・デバイスのような周知の有効技術を用いることで、抑制的な効果またはコストなしで達成可能である。
あるいは、下記に説明し、請求する新規な技法を、垂直方向の必要精度を確実にするために用いることができる。
複数の関連したHz測定は、単一の垂直方向の磁気センサ(地磁気検出器)を組み込んだ一組の同一の測定ユニットを使用して行うことができる。適切なセンサは、陸の測量作業のために使用するタイプであり、海洋で使用するために周知の方法で適合される。非常に正確な垂直方向性を確保することに加えて、海洋で使用するための主要な適合は、磁気センサおよび電子回路の必須コンポーネントを、例えばアルミニウムまたはガラスでできた適切な非磁性圧力容器(複数)に収容(インストール)することである。非導電性で、したがって測定されたHz成分の大きさを低減させないことから、ガラスは、Hzセンサのために好ましく、そして、我々はそれが小さいことを予想する。他の関連した適合は、特製の海洋コネクタ、消耗式のアンカー(命令により取り外し可能な)、浮力部材等のような部材が必要である。しかし、これらの部材は、この種のシステムに精通している人の技術の範囲内で公知である。
磁場(Hz)の単一成分だけを測定する上述の装置は、現在使用されている装置に比べて、非常に小さく、シンプルで、安価である。現在使用されている、空気中で(コンクリート・アンカーを含めて)最高300kgのレシーバ装置は、大きい設置面積(付属の電気センサを含めて最高10m)を有し、より重いアンカー、より大きい浮力部材、より大きい蓄電池容量、配備および回収のための大きい船上クレーン、より大きくより高コストの船、より多くのクルー、その他を必要とする。付加的な重要なコストは、測定期間中の、MCSEM制御震源装置およびその配備の資本費に起因する。上記のように、MCSEM/MMTレシーバは、約1%の損失率になる。制御震源自体、および/または、その高価な専用牽引ケーブル(数十万ドルを要する)は、ゼロでない損失率となる。
このように、本願明細書において記載されている方法については、多くのセンサシステムが、同じ領域または同じラインに沿って配備されるにも関わらず、前述のように、重要な原価節約を実現することができる。本願明細書において記載される自然のフィールドMT異常を確実に測定するのに必要な効果は、他の効果と同様に、コストの重要な減少によって補償される。
同時により多くのセンサを配備することの効果は、生産性に加えて、データ冗長度および空間エイリアシングの減少である。
データ冗長度は、より独立の測定値が、興味ある領域の中で利用できることを意味する。これらのサブセット(複数)は従って、S/N(信号対雑音)比を改善するために、積み重ねて平均値化することができる(またはそれ以外は処理された関連した周知のアルゴリズムおよび手順)。例えば、図12において例示される異常なパターンは、三次元パターンである。一次元、二次元、三次元、四次元、またはより高次元のパターン認識技法が他の分野で開発され、それらの技法は、S/N比が比較的低いときでも、ノイズ背景に対してこの種のパターンを確認するために利用されることができる。冗長性の第2の態様は、データの損失に対する堅牢性および、この種の海底設置式の海洋センサシステムのゼロ以外の損失率に起因する器材の損失である。
測定される異常なパターンがセンサ間の間隔より小さいときに、空間エイリアシングは起こり、したがって、その本当の横方向限界は過大評価されることができる。|Hz|の最大が、横方向の抵抗率境界より上で、すなわち、本願明細書においては抵抗性のある炭化水素蓄積構造の端部で、直接発生することは公知である。
正の抵抗率異常の有無を決定することに加えて、我々も、ローカル抵抗率バリエーションと共にできるだけ正確に横方向の端部の位置を知っていたい。これは、プロフィールに沿って、または、二次元のネットワークで、より多くのセンサをより緊密に配備することによって達成される。
上記の考察は、通常、Hzの大きさだけ、すなわち、その相対的徴候または位相(すべての「生産」測定値が正規化される静かな異常を離れた参照場所と関連して)の考慮なしで、考えた。これらの追加特性は、同時に多くの場所で記録されるHzの時系列の途中において抽出されることができる。これらの特性は、また、相対的な空間バリエーション特性(例えば、(Rokityansky 1982)参照)を表示することは公知で、|Hz|のために前述したと同様の方法の有利さに分析されることもできる。明らかなように、正の海底地層の抵抗率異常に関して診断不変パターンを示すことができるいずれかは、他のフィールド成分の測定に関係なく、異常の極性を確認するために用いることができる。
正規化は、本願明細書において言及したように、同時に最低2つの場所での測定を要求することに注意する。いかなる所与の場所での瞬間的な応答も、誘導している準周期的なだけのEMフィールド(MTフィールド)の瞬間的な特性と比例している。そして、正規化はこのように予測不可能な時間的バリエーションを取り除く。また、それは、参照サイトのバックグラウンド応答を取り除いて、このように調査領域の異常な応答だけを示す。
|Hz|が横方向の抵抗率境界より直接上に極大を有するという事実は、MCSEMテクニックの周知の脆弱さに勝る利点を提供する。すなわち、MCSEMを使用する際、抵抗性のある目標の横方向の境界は、発生源−センサ−目標の相互配置および相互姿勢に一部起因するエラー(時々考慮される)を決定するのが困難でもよい。
深さ反転(極性反転)は、いくつかの理由のため、MCSEMでは困難である。これらは、(当該技術が狭い周波数レンジでのみ作動可能だった時から)発生源の限られたバンド幅を含む。
また、目標(火山岩の土台のような抵抗性のある岩層からの正の抵抗率異常の形で)より上の付加的な地質学的雑音の存在によって、MCSEMデータの信頼性の高い解釈を非常に難しくして、それが使用不可能に(Dell’Aversana、2005)さえできることは、MCSEMの実務家にとって周知である。
対照的に、MTの深さ極性反転はよく発達し、自然のEM信号は、広い周波数レンジで常に利用できる(無料で)。Hz単独に基づく深さ極性反転は不正確であるけれども、それにもかかわらず、我々は、構造が炭化水素を蓄積している場合、すなわち、周囲に関して正の抵抗率異常を示す場合、応答の概略特性が予想した予測の検討の下に、目標の周知の幾何学を利用することによってそれを改良することができる。
異なる深さの異なる抵抗性のあるボディからのMT応答は、異なる周波数レンジで起こる。自然のMT信号は、海底(数十年間)で役立つ非常に広い範囲の周波数を提供する。そして、充分な垂直間距離を与えられて、周波数を有する応答の変化は、目標の存在を推定するために用いることができ、地質断面において他の抵抗性のあるゾーンと区別することができる。上述のごとく、異常の予想される特性が、この方法の支援に使われることもできる。自然フィールドMT測定の広い周波数範囲は、異なる深さで抵抗性のある目標の識別ができるようにサポートする。そして、その目標(深さおよび垂直間距離次第である)は、測定された周波数スペクトルの異なる周波数帯において、Hz関連のおよび他のMT異常として現れることができる。
上記したように、Hzセンサの正確な垂直方向は、決定的である。これは、既存の技術(例えば精密な傾斜メーター、精密な能動式レベリング・デバイス)を用いて達成されることができる。しかしながら、コストを減らすために、Hzセンサの正確な垂直方向を確実にするための代わりの機構を有することが望ましい。図13は、地球の重力場を用いて、受動的かつ自動的に、Hzセンサ110を正しい位置に置く単純で有効な方法を利用しているセンサ装置100を例示する。
センサ装置100は、類似の海洋学的な計装において共通して使うように、例えばコンクリートまたは他の適切な非磁性体のような何らかの適切な非磁性材料からなる消耗式のベースまたはアンカー120を備えている。ベース120は、プラスチック(または他の非磁性体)からなる支持脚アセンブリ130を支持する。支持脚アセンブリ130は、複数の脚132(概して安定のための少なくとも3本)を備えていて、Hzのセンサ110と、付随するハウジング150との両方を支持する。
ハウジング150は、図示するように脚132より上に支持されることができる。端部が開口した管状スリーブ160は、ハウジング150からベース120へ向かって下向きに伸びて示される。Hzセンサ110は、圧力容器140内に取り付けられ、圧力容器140は、Hzセンサ110を垂直から揺らす可能性のあるいかなる流れからもスリーブ160によって保護されるように、スリーブ160内に取り付けられる。
Hzセンサ110は、振り子のように自由に揺れることを可能にする方法で、上端部112がスイング可能に取り付けられる。Hzセンサ110は、上端部112とは反対側の下端部114に、重り116を更に備えている。
スリーブ160およびハウジング150は、ベース120とスリーブ160との間に作用する開放機構170(下で更に詳細に述べられる)によって、ベース120に固着することができる。支持脚アセンブリ130は、スリーブ160およびハウジング150の解放に応じてベースに残されるために、ベース120に固着することができる。
任意に、支持脚アセンブリ130は、スリーブ160およびハウジング150からリリースすることができる。
安定器アーム180が、更にスリーブ160を安定させるために、支持脚アセンブリ130の脚部132とスリーブ160との間に設けられることができる。スリーブ160は、Hzセンサ110にアクセスを許容するためのアクセスパネル162を備えることができる。傾斜メーター/精密レベリング機構190が、Hzセンサ110とスリーブ160との間に、任意に設けることができる。しかしながら、傾斜メーター/精密レベリング機構190は、出費および複雑さを加えるから、したがって、下で更に詳細に記載されている振り子ベースのシステムが効果的でないと考えられる場合だけ、設けることが望ましい。
ハウジング160は、記録・制御装置を含む圧力容器152および記録・制御装置に電力を供給するためのバッテリ154を収納することができる。浮力球体156は、ベース120からの解放に応じて、ハウジング150およびHzセンサ110を海面に向けて浮かせるために設けられることができる。
音響ピンガ158は、配備に応じて装置100の位置の地図を作ることを援助するため、ハウジング150に取り付けられることができる。ラジオビーコン220、フロート222を有するストレイライン(strayline)、閃光灯224およびフラグ226のような検索援助は、ハウジング150に取り付けられることができる。ラジオビーコン220および閃光灯224は、概して、Hzセンサの感知を妨げないために、そして、バッテリーパワーを節約するために、回収モードのときだけ作動する。
Hzセンサアセンブリ110は、いかなる力も妨げられない重力の下で正確に垂直に吊り下げられるような方法で、製造されて、懸吊される。このように、全体装置100のベース120が海底(それは、通常のケースである)に真に水平でない状態であっても、Hzセンサ部はそれにもかかわらず、いかなる能動レベリングまたは補償なしで、非常に小さい角度誤差の中で垂直に吊り下げられていることを常に強いられる。上述した装置のHzセンサ部は、垂直センサ110が「腕」であり、かつ、垂直センサ110の下端部114の重り116が振り子「浮動」である、古典的減衰振り子を構成する。この種の振り子が、外力によって生じる真の鉛直からの少ない偏差に対して動的に安定であることはよく知られている。いずれの種類の偏差も、振り子に、振り子の長さと特定の場所での重力加速度のみに比例した周期によって左右に揺動(または「振動」)させる。振り子浮動の重量は、振動の周波数に影響を及ぼさず、装置の総必要重量にペナルティを加えない。そして、その重量はいずれにせよ、横方向の力および垂直方向の力(浮力)に充分によく抵抗するために、海底に「固定」するのに充分でなければならない。スリーブ160内部の海水が、例えば、海流の変動によって生じる水平力の変動によって生じるかもしれない、真の鉛直についてのHzセンサ「振り子」110のいかなる振動の粘性減衰も提供することに注意されたい。
上述したように、垂直センサは、図13に示したように、スリーブ160によって、底層水の直接作用からも保護される。スリーブ160は、単に、Hzセンサの圧力容器140よりいくらか大きい直径のプラスチックパイプでもよい。スリーブ110は、海水が入ることができるために、上端部164および下端部166が開いている。全体装置が海底に完全に水平に停止しない場合(それは、通常のケースである)、Hzセンサは、重力の下で垂直に吊り下げられているときに、スリーブ160の側壁と平行でない点に注意する。このように、スリーブ160の直径は、Hzセンサ110として作用する圧力容器140の直径よりいくらか大きくなければならない。装置100が海底に静止しているとき、Hzセンサをスリーブ160の側壁に接触させずに垂直に吊り下げることが充分できるために。
降下中(左右に揺動してスリーブの側壁に接触するのを防止するため)、スリーブ160内でHzアセンブリ110を安定させることが望ましい。スリーブ160内にセンサ110を安定させる簡潔な方法は、海洋配備の直前に、スリーブ160のアクセスドアを開いて、Hzセンサのまわりの「カラー」として適当なサイズの「氷ブッシュ」200を設置することである。氷ブッシュ200を二個以上のパーツに分けることが、Hzセンサ110を含む圧力容器の周辺に氷ブッシュ200を設置するのを容易にすることはいうまでもない。氷ブッシュ200は、概して、適当な内径と外径とを有する中空円筒の形である。装置100の降下率が0.5m/秒の命令の中であるとき、装置100は、急速に水温躍層以下に沈み、回収作業が始められるまで、約+4度Cの温度で海中にとどまる。氷ブッシュ200はゆっくりと溶け、一旦溶解すると、Hzセンサ110は重力の下で垂直に吊り下げられることができる。フランジ202は、氷ブッシュ200が上方へ浮動することを制限するために、スリーブ160の内部に設けられることができる。
他の「任意の」部材は、音響受信機またはトランスポンダシステム210である。既存のMCSEM/MMTレシーバは、この種のシステムを組み込み、それは比較的高コストである。通常の手順は、以下の通りである。データ収集期間が充分で、終了できると考えられるときに、測量船は、検索されるデバイスの通信範囲内に配置されて、海底装置に搭載された音響受信機またはトランスポンダシステムによって受信される符号化音響「解放」信号を送る。解放信号を受けると、海底装置は、「燃焼シーケンス」を始めて、その結果、約15〜30分後にアンカーを解放する。この種のアンカー開放機構(「burnwireシステム」)は、当該技術にとって周知である。
コストを減らすために、本発明は、音響システムのレシーバ部を(任意に)事前調整し、予めプログラムした時間に解放シーケンスを始める。海底配備の予想される継続が24時間〜48時間のオーダーであるので、そして、天気がずっと前にリーズナブルに予報できることから、この方法が結果として重要なロジスティックまたはコストのペナルティになるとは思われない。
上記の実施例は、Hzセンサのアレイを、主として又はそれのみを考慮する。重要部分またはこれのみとして、Hzセンサを使用する動機付けが記載されている。この方法は、ロジスティックの単純性および非常に重要な原価節約を提供する。
インダクションベクトル(Induction Vector「IV」)(抵抗から離れて導体に向かうウエスタンプロッティング慣例において)の計算は、鉛直成分Hzが測定されるのと同じ場所又はその近くで、磁場の2つの直交する水平成分の測定を必要とする。わずかな場合、2成分ステーションは、調査中の海底地層地震学的構造のいずれの側にも配置されることが好ましい。
本発明において、抵抗性の又は導電性の目標に関するMT・EMフィールドの固有の性質は、費用対効果が高いつぎのような質問の答えキーに利用される。目標は、その周囲と抵抗率対照を示すか? 肯定の場合、何が異常の徴候であるか? その横方向の境界は何か? その逆にした深さは何か?
本発明は、ロジスティックの単純性を制限せず、コストの削減を含むいくつかの効果を提供し、また、目標の横方向の境界のより良好な定義を提供する。本発明によって観察可能な異常は、MCSEMテクニックによって観察した異常と、大きさにおいて相当し、または、おそらく、より大きくなる。本発明は、各パスがパスを最適化するために器材を使用する複数パス方法論を、許容はするが要求はしない。これらのパスは、いかなる適切なおよび経済的に有利な方法でも結合されることができるかまたは置換されることができる。
パス1は、地下の目標がその周囲との抵抗率対照を示すかどうか決定するために、上記の通りに複数のHz測定値を利用する。目標が、背景岩(より抵抗性があるだけ、すなわち、炭化水素を含有した)より著しく抵抗性がないと思われないので、|Hz|(大きさ)異常の単なる存在は、横方向の境界と同様に、正の抵抗率異常の存在に相当な信頼性のある推測をするために、そして第2に、目標の概要の中で抵抗率の粗い変化を決定するために、使用されることができる。他で言及されるように、相対(正規化)Hz位相の空間バリエーションおよびそのバリエーションの徴候は、抵抗率異常の徴候を明白に決定することができる。
パス2は、インダクションベクトル(複数)の、そして、抵抗率異常の徴候の明白な計算ができるようにするために、1セット以上のHxおよびHy測定値(Hzを測定している場所又はその近くで実行される)を加える。このパスは、目標の範囲内でおよびその周辺で、導電率バリエーションのより詳細な図を提供する。この測定値の横方向の感度によって、目標が測定点から横にある距離で検出されることができる。IVフィールドの地図を作ることは、この横方向の感度の点で固有の空間不正確性を取り除いて、通常、人間のオブザーバが視覚化して解釈するのが容易な空間パターンを提供する。低いS/N比を有するより微妙なパターンは、他にゆだねられるパターン認識技法によって抽出されることができる。
磁場だけでできている測定値が、周知のMT「静的シフト」効果がなくて、海底の小規模の地形変化(トポグラフィック・バリエーション)にも無関心である(興味がある周波数で)ことに注意されたい。海底地形による変化は、より深い海底の異常による非常に高い周波数で測定される。深層水において、それらの高い周波数の一次場が、システム暗騒音以下であることができる。海底傾斜のための修正は、前述してある。
パス3は、電場の2つの水平(Ex、Ey)成分を(Hx、HyおよびHzに加えて)測定する器材を使用する。これは、抵抗率算出および抵抗率対深さ極性反転を許容して、海底地層抵抗率構造の一次元、二次元および三次元モデルを開発するために用いることができる。
経費を最適化するために、上記の3パスを使用する中で、3種類のセンサを配備することができる。3種類のセンサの使用は、図11aの平面図および図11bの垂直断面図に、典型的なセンサ配備が示される。図の中心部は、炭化水素を含有する構造20内の炭化水素を含有する層40である。センサ配備は、Hzのみのセンサ70、Hz+Hx+Hyセンサ72およびHz+Hx+Hy+Ex+Eyセンサ74を含む。センサ70、72および74は、炭化水素含有層40を横断する2本の平行線において配備される。他の配備パターンが、使われることができる。遠隔Hz+Hx+Hyセンサ72は、炭化水素含有層40から遠く離れた参照場所に置かれる。
センサ配置の大半が、上記のように、3つのタイプのセンサのうち最も安価なHzセンサ70だけを利用する点に注意される。それより少ないHz+Hx+Hyセンサ72が利用され、更に少ないHz+Hx+Hy+Ex+Eyセンサ74が利用される。
一旦発見され、そして、経済的な場合、炭化水素含有構造は、生産される価値がありうる。生産は、基本的に、構造内の炭化水素を可能な限り、ある最適率で、吸引することを意味する。吸引された炭化水素は、累層ブライン(背景岩と同じ抵抗率を有する)によって、および/または注入された海水によって、および/または炭化水素とともに生じる注入された地層水によって交換される。明らかに、生産プロセスは、従って、炭化水素含有領域、いわゆる「油と水」または「ガスと水」接点、の横方向および縦方向の抵抗率境界を変える。炭化水素は水より軽い、したがって、生産中、炭化水素および地層水間の下部接点は上方へ移動する。また、炭化水素の横方向の境界は、採収井の方へ、そして、構造の地形上最も高い部分の方へ進む。
従って、本発明の付加的な実施例は、生産プロセス中、炭化水素含有構造の海底地層抵抗率構造の変化をモニタするために、海底(おそらく、海底に穿孔されるホールに設置される垂直センサで)で永久的または準永久的なセンサアレイのインストールに関すると認められる。この種の地球物理学的測定値は、「経時」または「4−D」測定値と呼ばれ、通常の3つの空間次元x−y−zと、第4の次元である時間とからなる。4−D炭化水素貯留層モニタリングにおいて使用する主要な技術は、三次元地震探査技術である。海洋環境におけるこの種の反復地震探査は、百万ドル単位のコストがかかり、他の地震探査技術は、油/水接点を充分には感知できない。
生産する貯留層の上方に取り付けられるこの種の永久的なアレイにおいて、各装置は、操作上自動的である必要はない。採収井は、海底アセンブリに対する電力の伝達のための、そして、双方向データおよび/または命令伝送のためのケーブルによってと同様に、生成される炭化水素用の導管によって、常に、半永久的な海面設備(FPSOまたはFloating Production、StorageおよびOffloading容器のような)と繋がっている。この種の構成において、海底MTセンサアレイは、表面から電源を受信し、データおよび/または命令の双方向通信のために、いかなる重要なコストもロジスティックペナルティもなしで、物理的に海面設備との関連があることができる。
前記説明は、図示する内容に限定されず、バリエーションとして、下で述べられる請求項に記載の本発明の範囲内において、関連した技術に熟練した人々にとって明らかである。例えば、本発明が海洋探査への適用に関して主に上で記載されているにもかかわらず、陸の探査用に構成されることもできる。
さらにまた、センサ装置およびマルチパス方法論が、適応されまた制御震源測定値に関連して使われることができる。
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Claims (20)
- 概して形状および位置が公知である外洋海底地質構造が、周囲の岩と比べて、抵抗率の対照、当該構造に炭化水素が存在すると解釈される正の抵抗率対照を呈するかどうか決定する方法であり、以下を含む:
前記地質構造を横断する少なくとも1つのプロフィールに沿って、どの場所が、横方向の抵抗率対照に異常の境界を示す変則的対照|Hz|を有するか決定するために、海底の複数の場所で同時にマグネトテルリク(MT)フィールドの鉛直成分(Hz)を測定し;
負の抵抗率対照の予想を遠ざける抵抗率対照の徴候を推定する。 - 概して形状および位置が公知である外洋海底地質構造が、周囲の岩と比べて、抵抗率の対照、当該構造に炭化水素が存在すると解釈される正の抵抗率対照を呈するかどうか決定する方法であり、以下を含む:
前記地質構造を横断する少なくとも1つのプロフィールに沿って、どの場所が、横方向の抵抗率対照に異常の境界を示す変則的対照|Hz|を有するか決定するために、海底の複数の場所で同時にマグネトテルリク(MT)フィールドの鉛直成分(Hz)を測定し;
外れた異常参照場所に対してHz測定値を正常化し、徴候の空間バリエーションおよび正規化Hzフィールドの位相から、前記対照の徴候を決定する。 - 概して形状および位置が公知である外洋海底地質構造が、周囲の岩と比べて、抵抗率の対照、当該構造に炭化水素が存在すると解釈される正の抵抗率対照を呈するかどうか決定する方法であり、以下を含む:
前記地質構造を横断する少なくとも1つのプロフィールに沿って、どの場所が、横方向の抵抗率対照に異常の境界を示す変則的対照|Hz|を有するか決定するために、海底の複数の場所で同時にマグネトテルリク(MT)フィールドの鉛直成分(Hz)を測定し;
前記Hzを測定している場所または近くで前記地質構造に隣接した最低1つの場所で、海底のマグネトテルリックフィールドの水平成分(Hx、Hy)を測定し、これから、抵抗率異常の徴候を決定する。 - 請求項3の方法において:
前記決定は、水平および鉛直測定値(Hz、Hy、Hz)からインダクションベクトルフィールドの計算、および、ティッパー、ティッパーマグニチュード、インダクションベクトルの実成分および虚成分の計算の一方によってなされる。 - 請求項4の方法は、更に以下を含む:
データを抵抗率計算および抵抗率対深さ転換に提供するため、前記場所でのマグネトテルリックフィールドの2つの直交水平成分(Ex、Ey)を測定する。 - 請求項1〜5のいずれかの方法において:
前記マグネトテルリックフィールド成分の前記測定値は、海底へ沈むことができ、かつ、記録装置に接続された浮上装置のアクティブ化によって海面まで浮上して検索できるように開発されたセンサ、と関連した記録装置を用いて記録される。 - 請求項1〜6のいずれかの方法において:
前記測定は、前記海底に半永久的に取り付けられ、海面の半永久的設備にリンクされて当該設備から電力を供給され、かつ、当該設備と通信するセンサアレイによってなされる。 - 請求項7の方法において:
前記センサアレイは、海底に穿孔されたホール内に設置されるセンサを含む。 - Hzセンサ装置は、以下を含む:
ベース;
Hzセンサを振り子のように吊り下げてスイング可能に支持するための、前記ベースから上方へ伸びたサポート;
前記ベースに搭載されて、前記Hzセンサと通信する記録および制御装置;および
前記記録および制御装置に接続されて、当該記録および制御装置に電力を供給する電源。 - 請求項9のHzセンサ装置において:
前記Hzセンサは、当該Hzセンサを海洋環境から保護するための非磁性圧力容器内に取り付けられ;
前記記録および制御装置は、当該記録および制御装置を海洋環境から保護するための圧力容器内に取り付けられ;そして
前記バッテリは、海洋環境で使用されるため最適に封止される。 - 請求項10のHzセンサ装置において:
前記Hzセンサが取り付けられ前記非磁性圧力容器は、前記海洋環境の海流から前記Hzセンサを保護するために、前記ベースに固定されたスリーブ内に取り付けられる。 - 請求項11のHzセンサ装置において:
前記記録および制御装置および前記電源は、前記サポートに支持されたハウジング内に取り付けられ;そして
前記Hzセンサは、前記ハウジングに固定される。 - 請求項12のHzセンサ装置において:
前記Hzセンサは、前記ハウジングと前記ベースとの間で開放可能な固定手段によって、前記ベースに取り外し可能に固定される。 - 請求項13のHzセンサ装置において:
前記ハウジングは、前記ハウジングおよび前記Hzセンサを前記ベースから開放して浮上させる浮上手段を更に含む。 - 請求項14のHzセンサ装置において:
前記ハウジングは、当該ハウジングの解放に続く海面での当該ハウジングの検索を支援するための少なくとも1つの検索目標を含む。 - 請求項14のHzセンサ装置において:
前記スリーブは、前記ハウジングに固定され;そして
前記開放可能な固定手段は、前記スリーブと前記ハウジングとの間で直接作用する。 - 請求項15のHzセンサ装置において:
前記検索目標は、フラグ、無線送信機、閃光灯および、フロートを有するストレイライン(strayline)からなる群から選ばれる少なくとも1つの部材である。 - 請求項16のHzセンサ装置において:
前記開放機構は、タイマーおよび信号レセプタの1つによって起動する。 - 配備中、可動部材をスリーブ内で一時的に安定させる方法であり、前記方法は、前記可動部材のまわりに氷ブッシュを、前記可動部材と前記スリーブとの間に伸ばして配置する。
- 前記氷ブッシュが、配置を援助するために部分から成り立つ請求項19の方法。
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