Электромагнитное исследование углеводородных коллекторов

Электромагнитное исследование углеводородных коллекторов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к электромагнитному исследованию с управляемым источником для запасов нефти и других углеводородов.

Электромагнитное исследование с управляемым источником является ценным инструментом исследования, используемым для обнаружения местоположения запасов нефти и углеводородов. При типичном электромагнитном исследовании с управляемым источником на морском дне или вблизи него располагают источник электромагнитного поля и некоторое количество приемников электромагнитного поля. Сигналы, передаваемые источником электромагнитного поля, проходят в нижележащую морскую воду и вниз в морское дно и подземные пласты. При наличии типичного удельного сопротивления соответствующих сред прохождение происходит благодаря диффузии электромагнитных полей. Компоненты передаваемого сигнала, которые обнаруживаются приемниками, несут информацию об электрических свойствах сред, с которыми они взаимодействовали. Последующий анализ принятых сигналов, основанный на методах геофизической инверсии, обеспечивает возможность идентификации особенностей подземных пластов. Например, могут быть идентифицированы области высокого удельного сопротивления, которые обычно связаны с запасами углеводородов. Для тщательного исследования участка морского дна источник электромагнитного поля обычно буксируют на протяжении исследуемой зоны, вследствие чего могут быть собраны данные для некоторого количества геометрий расстановки источник-приемник.

Хотя электромагнитные исследования с управляемым источником могут дать представление об электрических свойствах подземных пластов, обычный способ электромагнитного исследования с управляемым источником и способы анализа данных находятся под влиянием ряда ограничений.

Для современных способов анализа обычно требуются данные, которые должны быть собраны с использованием комбинаций специализированных геометрий расстановки источник-приемник [1, 2, 3, 4]. Это справедливо как в части относительного размещения источников и приемников, так и в части их относительных ориентаций. Требованием к данным, собираемым для некоторого количества геометрий расстановки источник-приемник, накладываются ограничения на то, как много полезных данных может быть собрано в пределах группы приемников во время буксировки источника электромагнитного поля. Кроме того, поскольку электромагнитные исследования с управляемым источником часто осуществляют путем многократной буксировки единственного источника электромагнитного поля в пределах группы приемников для получения данных для различных ориентаций расстановки источник-приемник, то процесс исследования с целью получения данных, которые являются пригодными для обычных способов геофизического инверсионного анализа, может быть продолжительным.

Делались попытки разрешить трудности, связанные с получением данных, более пригодных для обычного инверсионного анализа. Например, были предложены [5] конфигурации специализированных источников электромагнитного поля.

Дополнительное ограничение, связанное с обычным электромагнитным исследованием с управляемым источником и способами анализа данных, заключается в том, что они не обеспечивают быстрого получения легко интерпретируемого выходного представления об электрических свойствах подземных пластов под площадью исследования. Это означает, что может быть трудно в реальном времени оказывать ответное воздействие на результаты исследования, например, для сосредоточения внимания на области, которая потенциально может быть особенно интересной в пределах большего района. Типичные первоначальные результаты электромагнитного исследования с управляемым источником содержат кривые, отражающие сочетания данных при различных ориентациях расстановки источник-приемник и для различных расстояний между парами источник-приемник [1]. Функциональная форма этих кривых определяется изменениями удельных сопротивлений подземных пластов. Однако их форма не определяется способом, который является сразу же интерпретируемым для получения оценок глубины, протяженности, удельного сопротивления и т.д. возможных подземных углеводородных коллекторов. Вместо этого к данным, представленным кривыми, применяют способы геофизической инверсии для получения, например, карт удельного сопротивления подземных пластов. Хотя этот процесс может приводить в результате к точным моделям подземных пластов, время и объем вычислений, необходимых для волновой трехмерной инверсии, могут быть очень большими. Неоправданно для выполнения анализа зарегистрированных данных способом геофизической инверсии отводить несколько дней. В дополнение к этому для процесса инверсии часто необходимо иметь много априорных сведений относительно конфигурации подземных пластов и может требоваться корректировка многих параметров методом проб и ошибок. Кроме того, сущность способов геофизической инверсии подразумевает, что они в большинстве случае приводят только к гладкой параметризации грунта.

Поэтому существует необходимость в способах, которые обеспечивают возможность сбора данных при меньших геометрических ограничениях путем электромагнитного исследования с управляемым источником и более быстрого представления таких данных при легкой интерпретации, чтобы положение и границы углеводородных коллекторов могли быть быстро и наглядно идентифицированы.

Сущность изобретения

Согласно первому аспекту изобретения предложен способ анализа результатов подводного электромагнитного исследования района, который, как предполагается или известно, содержит подземный углеводородный коллектор, заключающийся в том, что: подготавливают данные электромагнитного поля, полученные в результате подводного электромагнитного исследования с управляемым источником на множестве дискретных частот между 0,01 Гц и 60 Гц для определенных местоположений источника и приемника; осуществляют экстраполяцию волнового поля данных для местоположений источника и приемника для каждой из множества частот для получения соответствующего множества распределений коэффициента рассеяния электромагнитных волн как функции местоположения и глубины; и объединяют распределения для получения выходной карты коэффициента рассеяния электромагнитных волн как функции местоположения и глубины.

Путем применения экстраполяции волнового поля к данным электромагнитного исследования с управляемым источником можно точно реконструировать изменения электрических свойств внутри подземных пластов. Это может быть сделано намного быстрее, чем обычным инверсионным анализом. Например, в случае типичного массива данных в течение нескольких минут способ может обеспечить легко интерпретируемое представление изменения коэффициента рассеяния в подземных пластах. Сравните это с инверсионным анализом, для выполнения которого может требоваться несколько дней. Это означает, например, что выходная карта может быть отображена для оператора электромагнитного исследования с управляемым источником, по существу, почти в реальном времени в виде легко интерпретируемого изображения.

В дополнение к этому для способа не требуется детального априорного знания подземных пластов под площадью исследования. Например, исходная модель для экстраполяции волнового поля может представлять собой простую модель постоянного удельного сопротивления. Кроме того, способ может быть осуществлен несколько раз с получением выходной карты на основании одного выполнения, образующей основу исходной модели для экстраполяции волнового поля при последующем выполнении.

Способ может быть применен к данным, собранным для произвольных геометрий расстановки источник-приемник. Это обеспечивает возможность, например, сбора полезных данных для всех местоположений источника, буксируемого по произвольной траектории в пределах группы приемников. Отсутствует требование по выбору геометрий исследований конкретных видов, необходимых для обычного инверсионного анализа. Это уменьшает время (и расходы), необходимые для выполнения исследований, и обеспечивает намного более эффективный сбор полезных данных.

Кроме того, для анализа необходимо относительно немного компонент электромагнитного поля. Например, для получения приемлемой выходной карты можно выполнить измерения радиального электрического и/или магнитного поля на исключительно небольшом количестве дискретных частот. Для получения данных могут быть использованы обычные источник (источники) и приемник (приемники), например, могут быть использованы горизонтальные электрические дипольные источник (источники) и приемник (приемники).

С научной точки зрения предложенный способ некоторым образом связан со способами анализа, используемыми при широкополосном акустическом геофизическом исследовании. Например, Claerbout [6] описал способы анализа, основанные на построении изображения сейсмического волнового поля. В данной области техники эти способы называют построением геофизического изображения или геофизической миграцией (в отличие от геофизической инверсии).

Было установлено, что средства построения геофизического изображения могут быть применены при широкополосных электромагнитных исследованиях с пассивным источником, например, как описали Lee et al. [7] и Zhdanov et al. [8]. Электромагнитные исследования с пассивным источником основаны на обнаружении отклика подземных пластов на широкополосные магнитотеллурические волны естественного происхождения, создаваемые в земной ионосфере. Применительно к магнитотеллурическим данным Lee et al. и Zhdanov et al. использовали стандартные сейсмические способы построения изображения в частотно-временной области. Магнитотеллурические данные пригодны для такого анализа, поскольку они обеспечивают широкополосные сигналы, например, Zhdanov et al. представили результаты анализа данных, которые охватывают пять декад частоты (то есть периодов от 0,1 с до 10⁴ с). Также рассматривалась проблема использования других широкополосных источников [9]. Однако они отличаются от узкополосных источников, используемых при электромагнитном исследовании с управляемым источником.

Множество дискретных частот согласно настоящему изобретению может содержать от 3 или 4 до 15 частот. Хотя может быть использовано большее количество частот, например до 20 или 30, заявитель обнаружил, что обычно достаточно 15 частот и что 9 частот или около этого количества отражает приемлемый компромисс между легкостью сбора данных и качеством выходных данных.

Вообще говоря, коэффициент рассеяния электромагнитных волн должен быть комплексным. Выходная карта может соответствовать действительной части, мнимой части или сочетанию действительной и мнимой частей коэффициента рассеяния электромагнитных волн. Эти различные представления обеспечивают возможность получения карт, которые по-разному чувствительны к изменениям удельного сопротивления подземных пластов.

Способ может также включать в себя определение глубины, на которой энергия, связанная с компонентой данных, не взаимодействующей с грунтом (то есть с подземными пластами в районе исследования), находится на выходной карте. Это позволяет, например, легко идентифицировать вклад компоненты атмосферной волны в данные и учесть его в отображаемом изображении выходной карты.

Для способа не требуются одновременно собранные данные, и он может быть применен к данным электромагнитного поля, полученным при нескольких исследованиях района электромагнитным способом с управляемым источником, выполненных в разное время.

Согласно второму аспекту изобретения предложен компьютерный программный продукт, содержащий машиночитаемые инструкции для реализации способа анализа результатов подводного электромагнитного исследования с управляемым источником в соответствии с первым аспектом изобретения.

Согласно третьему аспекту изобретения предложено вычислительное устройство, загруженное машиночитаемыми инструкциями для реализации способа анализа результатов подводного электромагнитного исследования с управляемым источником в соответствии с первым аспектом изобретения.

Согласно четвертому аспекту изобретения предложен способ выполнения подводного электромагнитного исследования района, который, как предполагается или известно, содержит подземный углеводородный коллектор, заключающийся в том, что подготавливают по меньшей мере один источник и по меньшей мере один приемник для передачи и обнаружения электромагнитных сигналов; получают данные электромагнитного поля при передаче и обнаружении на множестве дискретных частот между 0,01 Гц и 60 Гц для конкретных положений источника и приемника; выполняют экстраполяцию волнового поля данных для местоположений источника и приемника для каждой из множества частот для получения соответствующего множества распределений коэффициента рассеяния электромагнитных волн как функции местоположения и глубины; и объединяют распределения для получения выходной карты коэффициента рассеяния электромагнитных волн как функции местоположения и глубины.

Данные на особой одной из множества дискретных частот могут быть получены в одно и то же время с одним источником, в одно и то же время с несколькими источниками или в разное время с одним источником. Источник (источники) может быть неподвижным или буксируемым. Точно так же приемник (приемники) может быть неподвижным или буксируемым.

По меньшей мере одна из дискретных частот может быть гармоникой другой дискретной частоты. Взаимосвязью гармоник такого вида обеспечивается возможность относительно легкого формирования нескольких частотных компонент одним источником.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания изобретения и демонстрации того, как оно фактически может быть осуществлено, теперь обратимся только для примера к сопровождающим чертежам, на которых:

фиг.1 - схематический вид надводного судна 14, выполняющего исследование конфигурации подземных пластов электромагнитным способом с управляемым источником;

фиг.2 - схема последовательности операций, схематически иллюстрирующая этапы обработки при анализе данных электромагнитного исследования с управляемым источником;

фиг.3А - схематический вид модельной одномерной конфигурации подземных пластов;

фиг.3В - схематический вид результатов применения анализа способом экстраполяции волнового поля к синтетическим данным электромагнитного исследования с управляемым источником, содержащим различные количества дискретных частотных составляющих, для конфигурации подземных пластов, показанной на фиг.3А;

фиг.4А - схематический вид модельной двумерной конфигурации подземных пластов;

фиг.4B-4D - иллюстрации результатов последовательных итераций применения анализа способом экстраполяции волнового поля к синтетическим данным электромагнитного исследования с управляемым источником для конфигурации подземных пластов, показанной на фиг.4А;

фиг.5А - схематический вид модельной одномерной конфигурации подземных пластов;

фиг.5В - схематическая иллюстрация результата применения анализа способом экстраполяции волнового поля к синтетическим данным электромагнитного исследования с управляемым источником для конфигурации подземных пластов, показанной на фиг.5А;

фиг.6А - схематический вид модельной двумерной конфигурации подземных пластов;

фиг.6B-6D - схематические виды соответственно действительной компоненты, мнимой компоненты и среднего из действительной и мнимой компонент, полученных в результате применения анализа способом экстраполяции волнового поля к синтетическим данным электромагнитного исследования с управляемым источником, для конфигурации подземных пластов, показанной на фиг.6А;

фиг.7А - схематический вид модельной одномерной конфигурации подземных пластов;

фиг.7В и 7С - схематическая демонстрация результатов применения анализа способом экстраполяции волнового поля к синтетическим данным электромагнитного исследования с управляемым источником для конфигурации подземных пластов, показанной на фиг.7А, для различных исходных моделей;

фиг.8А - схематический вид модельной двумерной конфигурации подземных пластов;

фиг.8В-8Е - схематическая демонстрация результатов применения анализа способом экстраполяции волнового поля к синтетическим данным электромагнитного исследования с управляемым источником для конфигурации подземных пластов, показанной на фиг.8А, для различных исходных моделей.

Подробное описание

На фиг.1 схематически показано надводное судно 14, осуществляющее электромагнитные исследования с управляемым источником конфигурации подземных пластов с использованием стандартных способов [1]. Подземные пласты в этом примере включают в себя слой 8 перекрывающих пород, слой 9 нижележащих пород и углеводородный коллектор 12. Надводное судно 14 плывет по поверхности 2 массы воды, и в этом случае глубина морской воды 4 составляет h метров. Подводный аппарат 19, несущий источник в виде горизонтального электрического дипольного излучателя 22, присоединен к надводному судну 14 посредством жизнеобеспечивающего кабеля-троса 16. Этим обеспечивается электрическое, оптическое и механическое соединения между подводным аппаратом 19 и надводным судном 14. На горизонтальный электрический дипольный излучатель подается ток возбуждения, так что он передает электромагнитный сигнал горизонтального электрического диполя в морскую воду 4.

Один или несколько удаленных приемников 25 расположены на морском дне 6. Каждый из приемников 25 включает в себя приборную панель 26, датчик 24, устройство 28 обеспечения всплытия и балластный груз (не показанный). Детектор 24 содержит три ортогональных дипольных датчика электрического поля и три ортогональных датчика магнитного поля. В других примерах на приемнике может быть измерено меньшее количество компонент электромагнитных полей.

Дипольные датчики электрического поля чувствительны к компонентам электрических полей, наводимых горизонтальным электрическим дипольным излучателем вблизи приемника 25, и посредством них формируются сигналы датчиков электрического поля. Датчики магнитного поля чувствительны к компонентам магнитных полей, например, к плотности магнитного потока, наводимых горизонтальным электрическим дипольным излучателем вблизи приемника 25, и посредством них формируются сигналы датчиков магнитного поля. Сигналы датчиков записываются в приборной панели 26 для более позднего анализа.

Типичные удельные сопротивления сред 4, 8, 9, 12 означают, что прохождение электромагнитных сигналов происходит благодаря диффузии электромагнитных полей. Скорость спада амплитуды и фазовый сдвиг сигнала обуславливаются эффектами геометрического расхождения и глубины проникновения. Поскольку в большинстве случаев нижележащие пласты 8, 9, 12 являются более резистивными, чем морская вода 4, то глубины проникновения в нижележащие пласты 8, 9, 12 будут большими. В результате этого в электромагнитных полях, измеряемых приемником, расположенным на соответствующем горизонтальном расстоянии, преобладают те компоненты прошедшего электромагнитного сигнала, которые до обнаружения проходят вниз через морское дно 6 и взаимодействуют с нижележащими пластами 8, 9, 12.

Теперь будет описан алгоритм анализа данных, основанный на экстраполяции волнового поля, который может быть применен к данным, полученным при исследованиях, типа показанных на фиг.1. Анализ будет рассмотрен при обращении к прямоугольной системе координат xyz, в которой морское дно 6 параллельно плоскости xy, а возрастающая глубина ниже морского дна, как показано на чертеже, соответствует увеличению z.

Принципы экстраполяции волнового поля

Экстраполяция волнового поля (также называемая продолжением вниз) является формой распространения волны, в которой пространственная фильтрация используется вместо моделирования волнового уравнения.

В частотной области экстраполяция волнового поля может быть получена из решения одномерного волнового уравнения

Решения для него имеют вид

где E(z) - волновое поле (электрическое или магнитное) на глубине z геологической среды (то есть на глубине z ниже морского дна), i - квадратный корень из -1, k(z) - волновое число электромагнитной волны на глубине z, и А и В - постоянные масштабирования. В правой части уравнения (2) представлено решение в виде плоских волн одномерного волнового уравнения. Особенно значимым обстоятельством является то, что E(z) на глубине z может быть представлено линейной комбинацией возрастающего экспоненциального члена и убывающего экспоненциального члена. Как таковое, волновое поле E(z) в подземных пластах может рассматриваться как содержащее компоненту (положительную экспоненциальную) рассеянных волн и компоненту (отрицательную экспоненциальную) первичной волны. Для случая распространения плоских волн между местом нахождения источника и местом нахождения приемника волновое поле может быть вычислено (то есть экстраполировано) в любой точке по его траектории путем использования исходной модели, соответствующей предполагаемому распределению свойств геологической среды (то есть при наличии форм решений, показанных уравнением (2). В таком случае одномерные экстраполяции волнового поля обращаются в

для первичного и рассеянного волновых полей соответственно. E^d обозначает первичное волновое поле (экстраполированное на основании сигнала источника), E^u обозначает рассеянное волновое поле (экстраполированное на основании сигнала приемника). Подземные пласты рассматриваются как содержащие ряд слоев (глубинных срезов), пронумерованных как 1...j... сверху вниз. k_j представляет собой волновое число электромагнитной волны в слое j, а dz_j является толщиной слоя j. Экспоненциальные члены представляют собой экстраполяторы волн. Суммированием по волновым числам и глубинным срезам наглядно показывается, что экстраполяция осуществляется рекурсивно от морского дна, где расположены источник (источники) и приемник (приемники), до глубины z, то есть осуществляется продолжение вниз. Любое волновое поле может быть продолжено вниз от поверхности до любой глубинной точки путем использования одного из уравнений (3). Показательная функция в экстраполяции (E^d) первичного волнового поля (источника) является отрицательной, поскольку энергия теряется с увеличением глубины вследствие рассеяния, когда волна пробегает через подземные пласты. Противоположное справедливо для рассеянного волнового поля (E^u), поскольку энергия возрастает при обратном распространении на глубину зарегистрированных на поверхности данных. В рассмотренной выше экстраполяции волновое число k(z) является комплексным числом. Вследствие этого экстраполяция волнового поля является комплекснозначной. В данном случае экспоненциальные члены могут считаться пространственными фазовыми фильтрами, тогда как члены E^{d, u} могут считаться экстраполяционными коэффициентами.

В экстраполяциях волнового поля в уравнении (3) принято во внимание распространение только плоских волн, поэтому энергия, обусловленная расхождением волнового фронта, должна учитываться отдельно. Это может быть сделано до экстраполяции путем применения к данным поправки за геометрическое расхождение. Однако это не является необходимым. Это вытекает из того, что в процессе экстраполяции оцениваются относительные свойства геологической среды, например отношения амплитуд. При желании можно выполнить масштабирование распределения для получения «истинных» отношений свойств.

В принципах экстраполяции волнового поля, описанных выше, предполагается, что физические характеристики, определяющие распространение волн (например, волновое число), изменяются только с глубиной и являются постоянными в поперечном направлении. Вообще говоря, хотя и не всегда, предположение об отсутствии изменения волнового числа в поперечном направлении можно применять в случаях, когда изменения не являются экстремальными или структурные падения небольшие. Если это предположение не является справедливым, экстраполяция волнового поля должна включать в себя зависимости горизонтального волнового числа. Это может быть решено многими способами, но наиболее эффективный способ заключается в решении двумерной разностной задачи экстраполяции волнового поля.

На основе работ Claerbout [9], Lee et al. [7] и Zhdanov et al. [8] двумерная задача экстраполяции волнового поля может быть численно представлена в виде волнового конечно-разностного решения. Поскольку экстраполяция волнового поля является формой распространения волны, то процесс удовлетворяет уравнению Гельмгольца. При двумерной экстраполяции используется одна и та же форма для первичной и рассеянной распространяющихся волн:

где E^u соответствует экстраполяционным коэффициентам компоненты (положительной экспоненциальной функции) рассеянной волны, E^d соответствует экстраполяционным коэффициентам компоненты (отрицательной экспоненциальной функции) первичной волны, а w является угловой частотой. Уравнение (4) соответствует подземным пластам, когда электрические свойства подземных пластов изменяются по x и z и являются постоянными по y. Теперь после дифференцирования уравнения (4) по z, нахождения решения для игнорирования третьих производных по z и сокращения подобных членов уравнение (4) становится

Поскольку уравнение (5) имеет только первые производные по z, оно может быть решено конечно-разностными методами. Центрально-разностное решение уравнения (5) получили Claerbout [9], Lee [7] и Zhdanov [8], и оно не будет повторно приводиться здесь. Однако заслуживает упоминания то, что для решения этой задачи необходимы начальные условия на поверхности Земли (как зарегистрированное рассеянное поле и первичное поле источника (функция источника)) и левое и правое граничные условия на каждой глубине. Если эти условия соблюдаются, линейная система, получающаяся в результате дискретизации уравнения (5), может быть решена в явном виде путем использования простого алгоритма образования глубинных срезов и обратной подстановки. Левые и правые граничные условия могут быть определены с помощью одномерного аналитического продолжения полей источника и приемника на краях миграционной области (то есть области, на протяжении которой осуществляют экстраполяции волнового поля).

Поскольку уравнения Гельмгольца для электрического и магнитного полей имеют одинаковую форму, это двумерное экстраполяционное решение можно использовать для электрического (Е) или магнитного (Н) полей, а также для любой субкомпоненты этих полей.

После нахождения решения для E^{u, d} значения могут быть подставлены в уравнение, соответствующее уравнению (3) для одномерного случая, для осуществления вычисления волновых полей по вычисленным экстраполяционным коэффициентам (E^{u, d}). Этим обеспечиваются продолженные вниз электромагнитные поля в подземных пластах.

Построение изображения диффузного волнового поля

После продолжения вниз во все точки исследуемой геологической среды как волновых полей источника, так и зарегистрированных волновых полей условия построения изображения могут быть применены к каждой точке геологической среды для формирования реконструкций изображений необходимых физических свойств (построения изображения волнового поля). Из работы Claerbout [6, 9] следует, что если существует точка рассеяния в геологической среде, то фазы первичной и рассеянной бегущих волн являются идентичными в этой точке (вследствие непрерывности энергии). Это означает, что если первичное и рассеянное экстраполированное волновые поля просуммировать с учетом фазы, то они будут складываться до постоянного значения в точке рассеяния (где они находятся в фазе) и вычитаться в другом месте. Этот принцип позволяет создавать изображение геологической среды путем сканирования модельного пространства (области, в пределах которой осуществляют экстраполяции в подземных пластах (геологической среде)) и идентификации местоположений, где энергия от экстраполированных полей складывается и вычитается.

Для выражения этой идеи в математических терминах условия построения изображения в точке (x, z) в модельном пространстве (например, на вычислительной сетке, на протяжении которой выполняют анализ) для данных Е электромагнитного поля определим в виде комплексного коэффициента рассеяния:

где черта над членом означает, что он может быть комплекснозначным, E^{d, u} представляют собой экстраполированные волновые поля, receivers указывают на количество приемников при исследовании, а freq - на количество частот, регистрируемых при исследовании. Для получения изображения удельной проводимости геологической среды осуществляют экстраполяцию волнового поля, показанную в (одномерном) уравнении (3) или (двумерном) уравнении (5), и определяют отношение первичного и рассеянного волновых полей в каждой точке (x, z) в модельном пространстве.

Поскольку этот процесс построения изображения фазового поля и продолжения выполняют в частотной области, выражение, показанное в уравнении (6), усредняют по многочисленным частотам. В дополнение к этому изображение может быть сформировано для каждой пары источник-приемник, и эти изображения могут быть просуммированы. Это аналогично миграции взрывных профилей (см., например, Biondo [10]). Как показал Zhdanov [8], коэффициент рассеяния является идентификатором геометрических границ. При нормировании амплитуды комплексного коэффициента рассеяния

результат зависит только от разности фаз между продолженными вниз первичным и рассеянным волновыми полями. Поэтому только фазовая информация необходима в качестве входных данных электромагнитного поля, при этом способ является нечувствительным к амплитудам.

В рассеивающей точке (или на границе) фаза является постоянной (и независящей от частоты), хотя на расстоянии от этой точки разность фаз изменяется. Поэтому, если изображения на различных частотах усреднять, изображения будут конструктивно интерферировать в точках рассеяния (на геометрических границах) и деструктивно интерферировать в других местах. Таковым является процесс образования мигрированного изображения диффузного волнового поля на основании зарегистрированных данных электромагнитного поля. Хотя коэффициент геоэлектрического рассеяния является комплекснозначным параметром, изображения могут быть сформированы, например, путем использования только действительной части комплексного коэффициента рассеяния:

На фиг.2 схематически показаны этапы алгоритма, разработанного заявителем, предназначенного для применения описанного выше анализа к данным электромагнитного исследования с управляемым источником, собираемым в процессе исследований того вида, который показан на фиг.1.

На этапе S1 определяют (или задают в случае моделирования) элементы данных исследования, подлежащих анализу. Они включают в себя идентификацию относительных местоположений конкретных пар источник-приемник (например, их разнесения и положения на протяжении района исследования) и частотные компоненты, содержащие данные.

На этапе S2 задают расчетную сетку, соответствующую модельному пространству (то есть области, на протяжении которой должны быть осуществлены экстраполяции в подземных пластах).

На этапе S3 получают данные исследования. Эти данные включают в себя данные электрического и/или магнитного поля после вычитания «первичного» поля источника из зарегистрированных данных, а также элементы сигнала источника, переданного излучателем. Этап S3 может включать в себя предварительную обработку данных электрического поля, например, для определения радиальной компоненты или амплитуды большой оси эллипса поляризации, обусловленного ортогональными горизонтальными компонентами обнаруживаемых электрических или магнитных полей, подлежащих использованию в качестве основы при дальнейшей обработке.

На этапе S4 выбирают исходную (первоначальную) модель, подлежащую использованию при экстраполяции волнового поля. Как будет видно позднее, удобно, чтобы она содержала полупространство постоянного удельного сопротивления, например, имеющее удельное сопротивление, аналогичное ожидаемому крупномасштабному фоновому удельному сопротивлению района исследования.

На этапе S5 определяют экстраполяционные коэффициенты для точек геологической среды на расчетной сетке, характеризующей модельное пространство. В двумерном случае их определяют, например, путем нахождения решения уравнения (5) для E^{u, d} для каждого конкретного положения источника и положения приемника, образующих пару, и каждой частоты.

На этапе S6 осуществляют продолжение вниз на основе соотношения, приведенного в уравнении (3).

На этапе S7 определяют коэффициент (Scat) рассеяния электромагнитных волн на основании экстраполированных волновых полей в соответствии с соотношением, показанным в уравнении (7). Это осуществляют на протяжении модельного пространства, заданного на этапе S2, для получения распределения коэффициента рассеяния электромагнитных волн как функции местоположения и глубины.

Как показано этапом S8, этапы с S4 по S7 повторяют для каждой частотной компоненты и каждой пары источник-приемник, образующих данные исследования. (При минимальной конфигурации может быть только одна пара источник-приемник)

На этапе S9 множество выходных карт, определенных при повторных выполнениях этапов с S4 по S7, осуществленных в соответствии с этапом S8, объединяют для получения выходной карты коэффициента рассеяния электромагнитных волн в районе исследования в зависимости от местоположения и глубины.

Как показано посредством этапа S10, в этом примере способ применяют итерационно, хотя и необязательно. На этапе S10 образуют подвергнутую ревизии исходную модель, основанную на выходной карте. Возвращаются к этапу S4 обработки для еще одной итерации из этапов с S4 по S9, на которых используемой исходной моделью является подвергнутая ревизии исходная модель, основанная на выходной карте. Этап S10 может быть повторен любое желаемое число раз, например три раза. После того как на основании этапа S10 выполняют желаемое количество итераций, обработку продолжают, начиная с этапа S9, по этап S11. На этапе S11 выходную карту отображают в виде изображения, например в виде изображения, характеризующего структурный разрез коэффициента рассеяния в модельном пространстве.

Должно быть понятно, что этапы, показанные на фиг.2, необязательно должны выполняться в показанной последовательности. Кроме того, должно быть понятно, что при некоторых реализациях не требуются все этапы. Например, не всегда необходимо отображать выходную карту в виде изображения (то есть этап S11 не используется) или должна быть осуществлена единственная итерация (то есть этап S10 не используется).

Алгоритмы, основанные на обработке, показанной на фиг.2, были использованы для исследования применимости способов экстраполяции волнового поля к данным такого же вида, как получаемым при электромагнитных исследованиях с управляемым источником, и были использованы для получения результатов, описанных ниже.

Влияния частот на изображение волнового поля

На фиг.3А схематически показана модель одномерной конфигурации подземных пластов, использованная для демонстрации результата пр