Способ морской геоэлектроразведки и исследовательский комплекс для его осуществления

Способ морской геоэлектроразведки и исследовательский комплекс для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области геофизических исследований, а более конкретно к морским способам геоэлектроразведки с использованием искусственных (контролируемых) источников электромагнитного поля, и предназначено для поисков и оконтуривания геологических объектов, например углеводородных (УВ) залежей, имеющих аномалии электрофизических параметров, в том числе за счет вызванной поляризации (ВП) среды, связанной с частотной дисперсией ее электропроводности.

Актуальность разработки новых подходов в геофизических методах поиска УВ сырья в море велика, так как стоимость разведочного бурения на морском шельфе достигает десятков миллионов долларов США на бурение одной скважины. А «коэффициент подтверждаемости» наличия нефти или газа в исследуемом геологическом объекте из года в год остается низким, и в настоящее время этот коэффициент, например, не превышает 20% величину на оставшихся не разбуренными средних и малых сейсмических структурах в Северном море [1]. То есть продуктивной может оказаться только одна скважина из 5. Ясно, что проведение в море разведки скоплений углеводородов на основе только структурно-поисковых исследований экономически малоэффективно. Необходима дополнительная геофизическая информация о наличии в исследуемой ловушке скоплений УВ, чтобы снизить финансовые риски нефтедобывающих компаний при закладке, по крайней мере, разведочных скважин на морском шельфе. Такую информацию можно получать, применяя электромагнитные методы поиска залежей нефти и газа, так как электрофизические параметры (удельное электрическое сопротивление (удельная электропроводность), коэффициент вызванной поляризации (ВП) и постоянная времени спада потенциалов ВП) в области данных геологических объектов отличается от тех же параметров во вмещающей среде. Следовательно, аномалии электрофизических параметров в области нефтегазовых скоплений могут служить информационным признаком при производстве электроразведочных работ по поиску и оконтуриванию месторождений углеводородов на морском шельфе. Решив обратную задачу геоэлектроразведки, можно определить эти параметры.

Известно много способов морской геоэлектроразведки с использованием электромагнитного поля, искусственно возбуждаемого в исследуемой среде с помощью электрического диполя или двухэлектродной генераторной линии, пропуская через них прямоугольные импульсы тока. По способу приема полезных сигналов способы разведки отличаются тем, что в одном случае генераторная и приемная электродные линии, встроенные в кабельную косу, буксируются в водном слое над исследуемым объектом, в другом - приемные станции размещаются на морском дне по профилю исследования нефтегазового объекта, а генераторная линия буксируется в водной среде вдоль того же профиля, как правило, в непосредственной близости от дна.

Известен, в частности, способ морской электроразведки «Controlled source electromagnetic (CSEM) method» [2, 3], основанный на выявлении аномалий удельного электрического сопротивления среды в области известного месторождения углеводородов, путем воздействия на среду низкочастотным электромагнитным полем. При этом приемными устройствами служат дорогостоящие донные измерительные станции с взаимно перпендикулярно расположенными в пространстве двухэлектродными датчиками электрического поля. Измерительные станции (до 25 изделий) расставляются на морском дне вдоль профиля секущего исследуемый объект. А горизонтальную генераторную двухэлектродную линию, возбуждающую непрерывно импульсное электромагнитное поле в геологической среде с определенной частотой (обычно это частота, равная 0,25 Гц), буксируют судном в непосредственной близости от дна (~30÷50 м) вдоль этого профиля, далеко выходя за пределы изучаемой залежи: на (5÷15) километров. Обеспечение измерений полезных сигналов на таком отстоянии между генератором и приемником необходимо для реализации данного метода поиска УВ. Метод CSEM позволяет получить поисковые аномалии электрического сопротивления (до 10÷20%) только над крупномасштабными в пространстве, высококонтрастными по сопротивлению нефтегазовыми объектами (как правило, в 50 и более раз превышающими фоновые значения характеристик среды по данному параметру) [3]. Структур же меньших размеров по латерали, обнаруженных сейсмическими методами, потенциально содержащих УВ, но отличающихся от окружающих пород по электрическому сопротивлению, не более чем на порядок, в сотни раз больше по численности. Но разбуривать их без дополнительной проверки на наличие в них УВ очень рискованно. Кроме того, данный метод встречает очень большие трудности при поисках нефти и газа при относительно малых глубинах моря, примерно менее 150 м, в так называемой «транзитной» зоне перехода от суши к глубокому морю. Ибо здесь полезный сигнал от нефтегазовой залежи забивается мешающей электромагнитной волной, проникающей от значительно удаленного генератора к приемнику через воздушное полупространство. Но в «транзитной» зоне находится большое количество объектов, перспективных на наличие УВ, которые к тому же легче разбуривать, чем структуры на шельфе при глубинах моря более 150÷200 м.

В целом, этот метод технологически сложный и дорогостоящий, так как, помимо стоимости самих подвсплывающих измерительных станций и оплаты стоимости относительно длительного фрахта корабельного обеспечения, требуется достаточно сложная процедура размещения станций на дне и нахождения их после всплытия (по команде, после окончания измерений) в динамично меняющейся обстановке ветрового волнения моря. А также дальнейшая переустановка станций на следующем профиле исследования по площади прогнозируемого нефтегазового объекта, если это предусмотрено геологическим заданием.

Но принципиально важный недостаток данного метода состоит в том, что он предназначен для выявления в геологической среде только одного поискового признака присутствия УВ в исследуемом объекте, а именно аномалии удельного электрического сопротивления, чего явно недостаточно для более полного описания свойств геоэлектрической среды. Экспериментально и теоретически было установлено [4-7], что отдельным геологическим формациям, в том числе осадочным породам и нефтегазовым объектам, присуща низкочастотная дисперсия электропроводности, которая приводит к различной по интенсивности вызванной поляризации геологической среды во время воздействия на нее импульсным электромагнитным полем. Поэтому современные методы геоэлектроразведки должны, помимо определения аномалий удельного сопротивления, учитывать эффекты, связанные с вызванной поляризацией исследуемой геологической структуры.

K.S. Cole and R.H. Cole [7, с.23] предложили эмпирическую формулу, которая с хорошим приближением описывает данное явление для различных геоэлектрических ситуаций:

где σ(iω) - комплексная электропроводность элементов геологической среды с учетом низкочастотной дисперсии ее проводимости, приводящей к ВП геологических формаций;

iω - комплексная гармоническая частота возбуждения зондирующего поля;

σ₀ - удельная электропроводность среды на высоких частотах, на которых не проявляется эффект вызванной поляризации;

η - коэффициент вызванной поляризации;

τ - постоянная времени спада потенциалов ВП;

c - показатель степени, значение которого либо варьируют в пределах 0≤с≤1, либо принимают фиксированной величиной, равной 0,5. Такое упрощение с хорошим приближением справедливо для учета геоэлектрических характеристик среды при выполнении низкочастотной электроразведки залежей углеводородов. Поэтому эффективные методы электроразведки УВ должны базироваться на использовании в качестве поисковых признаков пространственные аномалии в геологической среде значений, по крайней мере, трех электрофизических параметров (σ, η, τ), представленных в формуле (1).

В патенте [8] была предпринята попытка учесть эффект ВП при производстве геоэлектроразведки в море на нефть и газ. В указанном патенте предусматривается использование осевых электрозондирующих установок, совмещенных в одной кабельной косе: так называемую, «дипольно-осевую» установку ABMN и «симметричную» AMNB, где АВ означают электроды генераторной линии, a MN - электроды измерительного датчика электрического поля. Сами же генераторная и приемные линии расположены соосно или коллиниарно (отсюда и отмеченное выше название такой установки). Для получения электроразведочной информации по данному патенту предусматривается использование одного из вариантов известного метода переходных процессов (так называемый метод «становления поля (СП)») [9]. Возбуждение электромагнитного поля в исследуемой среде осуществляется посредством пропускания через нее с помощью двухэлектродной генераторной линии прямоугольных импульсов тока с паузами после каждого из них (длительность паузы равна длительности импульса тока), и измерение первых пространственных разностей потенциалов электрического поля осуществляется с помощью двухэлектродных датчиков на разных расстояниях от источника поля. И хотя указанная работа направлена на разделение в переходном процессе эффектов, связанных с электропроводностью и вызванной поляризацией среды, однако, из текста патента не очевидно, что такое разделение корректно и эффективно возможно.

Электроразведка с использованием генераторно-приемной кабельной косы, буксируемой одним судном, что, в частности, предусмотрено рассматриваемым патентом [8], является наиболее дешевым и производительным способом поиска углеводородов на морском шельфе. Однако описанный в данном патенте способ обладает следующими существенными недостатками:

а) При использовании любой осевой электрозондирующей установки в полной мере сказывается экранирующее влияние со стороны высокопроводящего слоя морской воды. Токи возбуждения первичного электромагнитного поля, в основном, замыкаются через морскую среду и слабо проникают в менее проводящие донные породы. Как следствие, в море уменьшается сигнал электромагнитного отклика от относительно глубоко расположенной залежи УВ и соответственно ухудшается отношение полезный сигнал/помеха по сравнению с аналогичными наземными исследованиями нефтегазового объекта. При этом имеются в виду равные геоэлектрические характеристики осадочного чехла, вмещающего нефтегазовую залежь, и глубины залегания искомого объекта: относительно дневной поверхности на суше и относительно поверхности дна моря в морских условиях.

б) В любой и применяемой здесь осевой электрозондирующей установке существует сильное влияние так называемых «боковых» или «геологических» помех при приеме электромагнитного отклика от нефтегазового объекта. Эти помехи вызываются паразитными электромагнитными сигналами, отраженными от горизонтальных геоэлектрических неоднородностей, случайным неизвестным образом распределенных в некоторой окрестности точки зондирования. Особенно интенсивные помехи такого рода связаны с отражениями от приповерхностных геоэлектрических неоднородностей (где возбуждающее первичное поле наиболее интенсивно), в том числе от неоднородностей в море, возникающих из-за переменной батиметрии в районе исследований.

в) Качество информации, получаемой при измерении датчиками электрического поля, разнесенными в пространстве на разное расстояние от генераторной линии неодинаково, что имеет место и в данном патенте. На датчиках будет различное отношение сигнал/помеха, так как напряженность зондирующего поля (Е_х) и соответственно электромагнитный отклик исследуемой среды убывают обратно пропорционально третьей степени разноса зондирующей установки: Е_х≈1/r³, здесь r - указанный разнос, то есть расстояние между центрами генераторной и приемных электродных линий. Поэтому возможность получения исходной электроразведочной информации заданной точности, а в итоге и производительность работ, будут определяться необходимостью обеспечения требуемого превышения сигнала над помехой, получаемого на самом удаленном датчике электрического поля.

Другая разновидность способа поиска залежей УВ в море с использованием донных приемных станций [10], но уже с учетом аномальных распределений в осадочном чехле трех указанных выше электрофизических параметров среды, предусматривает использование вертикального диполя, генерирующего знакопеременные импульсы электромагнитного поля, который во время проведения электроразведочных работ также буксируют над донными измерительными станциями. При этом налагаются следующие ограничительные условия: чтобы верхний конец диполя (генераторной линии) находился по вертикали не дальше 200 м от поверхности моря, а нижний - не более 100 м от морского дна, а оптимально - на расстоянии 20÷30 м. С помощью станций регистрируют изменение во времени вертикальной и горизонтальной компонентов электромагнитного поля как во время пропускания тока, так и в паузе при его отсутствии. Анализируя полученные данные, определяют удельное электрическое сопротивление среды и ее поляризационные характеристики и сопоставляют их с аналогичными параметрами среды из района, в котором заведомо нет искомых УВ.

Этот вариант имеет еще большие трудности, чем указанный способ CSEM, для использования его в «транзитной» зоне исследований, при глубинах моря менее 150÷200 м. Авторы сами сознают это и планируют использовать этот способ при глубинах моря не менее 1000 м. При этом стоит учесть, что кроме обычных технических сложностей, связанных с размещением на дне приемных станций (установка, подъем и переустановка их на новые точки зондирования), существует еще и необходимость строго обеспечивать во время зондирования вертикальное положение генераторной линии (учитывая существование морских течений) как при буксировке линии, так и во время свободного дрейфа судна.

Проблема разделения гальванических и поляризационных составляющих в общем переходном процессе есть насущная потребность, стоящая перед любым современным методом электромагнитного зондирования геологической среды, в частности, на нефть и газ, использующим низкочастотные переменные электромагнитные поля. Даже в тех случаях, когда ставится исследовательская задача определения распределения с глубиной только электропроводности, необходимо учитывать влияние фоновой поляризации геологических образований, ибо поляризация присуща в разной степени всем осадочным породам. Без учета этого влияния будут получаться искаженные в количественном отношении данные об электропроводности (сопротивлении) исследуемого объекта.

Попытки решения указанной проблемы неоднократно предпринимались в СССР, России и за рубежом. Однако наилучших результатов в этом отношении удалось достичь с использованием дифференциально-нормирующего метода электроразведки (ДНМЭ) [6, 7, 11, 12÷19]. Этот метод позволяет наиболее эффективно разделить области превалирования гальванических и поляризационных эффектов в переходном процессе в геологической среде после воздействия на нее импульсным электромагнитным полем. Наземный вариант ДНМЭ [7] и [11] предусматривает поочередное размещение на поверхности земли двухэлектродной генераторной линии симметрично с противоположных сторон (например, слева (пр.) и справа (обр.)) относительно одного или двух измерительных трехэлектродных эквидистантных датчиков электрического поля (триполей), средний электрод которых является общим и расположен в точке, к которой относят результаты зондирования. В рассматриваемом случае, при использовании двух триполей, один из них ориентируют в «осевом направлении» по координатной оси (X), по которой располагается генераторная линия, а другой - в «ортогональном направлении» по оси (Y), перпендикулярно генераторной линии. При указанных положениях генераторной линии относительно этих триполей через среду пропускают токовые импульсы с паузами между ними, равными длительности самого импульса. И с помощью указанных триполей измеряют дискретно по времени первые (ΔU_x,(y)(t_i)пр.;ΔU_x,(y)(t_i)обр.) и вторые (Δ²U_x,(y)(t_i)пр.;Δ²U_x,(y)(t_i)обр.) пространственные разности потенциалов электрического поля во время указанного поочередного пропускания импульса тока через среду и во время переходного процесса в среде, наблюдаемого в паузе между токовыми импульсами. Первые разности представляют собой разность потенциалов между крайними электродами измерительного триполя (пропорциональны горизонтальной компоненте напряженности электрического поля на участке измерений), а вторые - это разности двух разностей потенциалов между средним электродом соответствующего триполя и его крайними электродами (пропорциональны пространственному градиенту напряженности электрического поля на измерительной базе данного триполя). Измеренные в указанных осевом и в ортогональном направлениях первые и вторые пространственные разности потенциалов используют для составления дифференциально-нормированных электрических (ДНЭ)-параметров, представляющих собой в различных сочетаниях отношения второй пространственной разности потенциалов к первой или второй разности. Для каждого отдельного (слева или справа) расположения генераторной линии относительно указанного измерительного триполя/триполей составляются «односторонние» дифференциально-нормированные параметры, каждый из которых представляет собой отношение друг к другу различных комбинаций указанных потенциалов, измеренных при одном направлении зондирующего поля относительно участка измерений, например

Здесь t_i - дискретное время измерения (отсчетный момент) указанных пространственных разностей потенциалов на всем протяжении импульсов тока и пауз между ними, синхронизованное с моментом включения или выключения тока в генераторной линии.

Важно, что ДНЭ-параметры не зависят от величины тока в генераторном диполе. Этот первичный ток возбуждения электромагнитного поля в геологической среде никак не контролируется и неизвестным образом растекается по линии наименьшего сопротивления. Поэтому нормировка первой пространственной разности потенциалов на амплитуду тока в генераторном диполе, что производится в классическом методе сопротивлений, в частности в методе СП, позволяет получить только кажущееся сопротивление некоего объема геологических пород в области исследуемого объекта. Но с помощью такой обобщенной электроразведочной характеристики сложно картировать маломощные нефтегазовые структуры, да еще на фоне указанных геологических помех. Существует также серьезный проблемный вопрос: к какой точке пространства следует отнести результаты измерения «кажущегося» сопротивления среды, полученные данным методом.

Принципиально важно, что за счет операции нормировки (деления) друг на друга указанных пространственных разностей потенциалов сами ДНЭ-параметры становятся линейно независимыми (что является ключевым фактором при решении обратной задачи геоэлектрики с использованием этих параметров), хотя исходные разности потенциалов, представленные в числителе и знаменателе ДНЭ-параметров, являются линейно зависимыми временными функциями. Односторонние ДНЭ-параметры можно непосредственно использовать как картировочные параметры при проведении профильных электроразведочных работ в области нефтегазового объекта [7, 11], но они подвержены боковому влиянию - не защищены от действия геологических помех.

Этот недостаток в большой мере устраняется при использовании так называемых «двухсторонних» ДНЭ-параметров типа (3) [7, 17], получаемых суммированием с соответствующим знаком и весом «односторонних» ДНЭ-параметров.

Такое суммирование направлено на компенсацию горизонтальных токов, сохраняя «фокусировку тока» в вертикальном направлении под точкой зондирования, практически удваивая величину этого тока. Двухсторонние ДНЭ-параметры рассчитываются по измерениям на каждом отдельном исследуемом участке геологической среды (перекрываемом упомянутыми триполями) указанных пространственных разностей потенциалов при поочередном симметрично-встречном включении источников зондирующего поля с противоположных сторон относительно измерительных триполей. Именно такое включение источников поля и обеспечивает указанную фокусировку тока под средней точкой участка (точкой зондирования), совпадающей в пространстве с положением общего центрального электрода указанных измерительных триполей. При этом измерительные триполи сознательно размещаются в фокусной области вертикальных токов, зондирующих геологическую среду.

Двухсторонние ДНЭ-параметры, в силу их лучшей защищенности от действия геологических помех, более успешно (по сравнению с односторонними параметрами) используются в электроразведке в качестве картируемых параметров. И по аномальному их значению по сравнению с параметрами вмещающей среды выносят суждение о наличии/отсутствии нефти или газа в исследуемой геологической формации [7, 21].

Исторически ДНМЭ развивался вначале как метод, в котором в результате электропрофилирования выявлялись, именно, аномалии ДНЭ-параметров над залежью УВ [7, 11]. Затем в работах [12÷14] начинается их использование для нахождения уже аномалий самих электрофизических параметров в области нефтегазового месторождения путем решения обратной задачи геоэлектрозондирования с использованием ДНЭ параметров и учетом явления ВП в геологической среде. При этом геоэлектрическая модель среды послойно задается указанным соотношением (1). При использовании ДНМЭ результаты каждого частного решения данной задачи относят к указанной точке зондирования. Точки зондирования объединяют в отработанный профиль зондирования и по нему строят временные (эквивалентно глубинные) геоэлектрические разрезы, дающие картину распределения по глубине искомых электрофизических параметров σ, η, τ. [21]. Местоположение нефтегазовой залежи определяется по зоне их аномальных значений относительно тех же параметров, свойственных вмещающим породам.

Известен способ геоэлектроразведки [15, 16], предназначенный для поисков углеводородов в море с использованием принципов ДНМЭ. Способ предполагает использование буксируемой прямыми галсами (только в одном направлении) генераторно-приемной косы, представляющей собой осевую электрозондирующую установку, включающую в себя генераторную двухэлектродную линию и многоэлектродную приемную линию. Измерительные электроды приемной линии объединяют таким образом, чтобы получались три перекрывающихся по профилю электрозондирования измерительных триполя. По мысли авторов это делается для обеспечения пространственного дифференцирования измеряемого электрического поля.

Данному способу морской электроразведки присущи два основных недостатка:

а) использование здесь осевой зондирующей установки ограничивает (как было отмечено выше) зону успешного поиска УВ на морском шельфе по трем указанным электрофизическим параметрам. Эта зона перекрывает глубины моря не более 50-70 м [17];

б) так как в этом патенте не предусмотрена фокусировка тока под точкой зондирования, то данный способ электроразведки не обладает помехоустойчивостью в отношении «бокового влияния» - геологических помех, в том числе связанных с переменной батиметрией в районе исследований. Для данного метода (так же как и для других методов без фокусировки тока) это важно, ибо в прибрежной части морского шельфа, где он применим, толщина слоя морской воды может значительно меняться от точки к точке по полигону исследования. А это приводит к существенному изменению суммарной продольной проводимости этого слоя в точках измерения, что и является дополнительным специфическим для моря видом геоэлектрических неоднородностей. Их влияние на принимаемый сигнал можно, но очень сложно учесть при расчетах и интерпретации данных зондирования в море.

Известен способ морской геоэлектроразведки [18] на основе ДНМЭ с использованием также осевой электрозондирующей установки, буксируемой по прямолинейным профилям. Генераторно-приемная коса здесь состоит из встроенных в нее двухэлектродной генераторной линии и двух разнесенных в пространстве (по длине косы) измерительных триполей, которые вместе с генераторной линией образуют две электрозондирующие установки с различными разносами. Относительно указанного способа следует отметить, что:

а) варианты по п.п.1-3 указанного способа работоспособны, но обладают плохой производительностью, так как для получения двухсторонних помехоустойчивых в отношении геологических помех ДНЭ-параметров приходится дважды отрабатывать в прямом и обратном направлениях один и тот же прямолинейный профиль зондирования в зоне предполагаемой залежи УВ. Это делается с тем, чтобы в каждой точке зондирования получить исходные измерения указанных первых и вторых разностей потенциалов при расположении генераторной линии с противоположных сторон от точки зондирования, что требуется по описанной выше технологии ДНМЭ;

б) варианты по п.п.4-6 [18] данного способа геоэлектроразведки лишены смысла: знак минус перед вторым слагаемым при расчете двусторонних ДНЭ-параметров приводит к вычитанию однотипных сигналов зондирования, полученных на одном и том же участке профиля при одностороннем расположении генераторной линии относительно измерительных триполей. При этом сигналы еще имеют разную интенсивность и несут различную глубинную геоэлектрическую информацию, так как они измеряются триполями, встроенными в генераторно-приемную косу на разных расстояниях от генераторной линии.

в) варианты по п.п.7-9 способа [18] не предусматривают использование «фокусировки тока» и получение двусторонних ДНЭ-параметров. Следовательно, данные варианты зондирования не помехоустойчивы относительно геологических помех.

Важным общим недостатком рассмотренных способов [15 и 16, 18 (варианты по п.п.1-3)], предусматривающих перемещение генераторно-приемной косы только по прямолинейному профилю, является то, что в них нет возможности использовать для зондирования ортогональную (E_y) компоненту поля. А зондирование, как показал еще в 1947 г. Шейнман С.М. [20], целесообразно осуществлять на основе измерения, именно ортогональной компоненты поля, в том случае, если в геоэлектрическом разрезе верхний слой является высокопроводящим (при морском зондировании как раз этот факт имеет место). В таких геоэлектрических условиях ортогональная компонента поля E_y менее подвержена экранирующему влиянию высокопроводящего слоя морской воды по сравнению с осевой компонентой (Е_х). И как следствие, в общем сигнале переходного процесса в E_y-компоненте поля, наблюдаемом в той или иной точке пространства, практически отсутствует (на порядок меньше) парциальный вклад от верхнего слоя морской воды по сравнению с E_x-компонентой. А это означает, что при использовании E_y-компоненты полезный сигнал может быть выделен при меньших временах наблюдения за кривой переходного процесса и, поэтому отношение сигнал/помеха в таком случае будет выше, то есть при прочих равных условиях исходную электроразведочную информацию можно получить лучшего качества.

На суше, наряду с E_x-компонентой, используется ортогональная E_y-компонента поля. Здесь и осевую, и ортогональную зондирующие установки технически не трудно реализовать [7, 11, 12, 14]. Но в море до недавнего времени было неизвестно каким образом осуществить буксируемую ортогональную электрозондирующую установку с большими межэлектродными измерительными базами приемных линий - датчиков электрического поля длиной в несколько сотен метров. Такие размеры линий необходимы для получения на выходе таких датчиков необходимой величины отношения сигнала к помехе, возникающей в датчике при его буксировке вводной среде.

Этот пробел был восполнен в известном способе морской геоэлектроразведки с фокусировкой электрического тока (вариант 1) [19]. В нем впервые предложено техническое решение, позволяющее реализовать ортогональную электрозондирующую установку в море при буксировке генераторно-приемной косы по круговому профилю.

Кроме того, здесь предложена «оптимальная фокусировка» зондирующего тока под «точкой» зондирования вертикально вниз, в земные породы при расчете «двухсторонних» ДНЭ-параметров - уравнения (4) путем сложения «односторонних» ДНЭ-параметров с весовым множителем k(t_i), определяемым из уравнения (5):

где t_i - дискретное, с шагом Δt, время измерения (отсчетный момент) указанных пространственных разностей потенциалов на всем протяжении импульсов тока и пауз между ними, синхронизованное с моментом включения или выключения тока в генераторной линии;

ΔU_y(t_i) - мгновенное значение первой ортогональной пространственной разности потенциалов;

Δ²U_y(t_i) - мгновенное значение второй ортогональной пространственной разности потенциалов;

ΔU_y(t_i, Δt)=ΔU_y(t_i,+Δt)-ΔU_y(t_i) - разности ближайших мгновенных значений первой ортогональной пространственной разности потенциалов, разделенных промежутком времени Δt;

Δ²U_y(t_i, Δt)=Δ²U_y(t_i+,Δt)-Δ²U_y(t_i) - разности ближайших мгновенных значений второй ортогональной пространственной разности потенциалов, разделенных промежутком времени Δt;

k(t_i) определяется из уравнения оптимальной фокусировки

Уместно, дополнительно к сказанному выше, разъяснить физические предпосылки, которые обеспечивают преимущества дифференциально-нормирующего метода геоэлектроразведки с оптимальной фокусировкой тока под точкой зондирования (ДНМЭ-ФТ) перед другими методами электроразведки.

Во-первых, в данном методе исследуются геоэлектрические свойства среды с учетом эффектов вызванной поляризации, что обеспечивает наиболее полное исследование геологического объекта, перспективного на наличие в нем скоплений УВ. При этом обратная задача геоэлектрозондирования решается с использованием «двухсторонних» ДНЭ-параметров типа (4). Линейная независимость ДНЭ-параметров важна для получения корректного решения обратной задачи геоэлектрозондирования с учетом числа (согласно соотношению (1)) переменных электрофизических параметров среды, от которых зависит результат решения этой задачи. Действительно, при решении обратной задачи, как отмечалось выше, необходимо варьировать, по крайней мере, тремя параметрами среды (1): σ₀ - удельной электропроводностью (удельным сопротивлением ρ=1/σ₀), η - коэффициентом вызванной поляризации и τ - постоянной времени спада потенциалов ВП, зафиксировав c - показатель степени, например, значением 0,5. Следовательно, для устойчивого и корректного решения обратной задачи необходимо иметь не менее трех линейно независимых ДНЭ-параметров (под которые можно составить необходимое количество независимых уравнений), что в рамках рассматриваемого метода легко осуществляется.

Во-вторых, указанные двухсторонние ДНЭ-параметры с фокусировкой тока типа (4) обладают свойством пространственной селективности при измерении сигналов геоэлектрозондирования. Физический смысл данных параметров состоит в том, что они представляют собой значение интегральной (по длине измерительной базы триполя - расстояние между крайними электродами) плотности вертикальной составляющей тока возбуждения зондирующего поля, нормированное на величину горизонтального тока на том же участке измерения разностей потенциалов в среде, перекрываемом данным триполем [21]. То есть Δ²U_x(y)(t)/ΔU_x(y)(t)≈J_z/J_x(y). Здесь J_z - вертикальная компонента тока, направленная вниз, в земные породы, a J_{x(y) -} соответственно горизонтальные компоненты. Таким образом, дифференциально-нормированные параметры с «фокусировкой тока» под точкой зондирования не только количественно характеризуют переходные процессы в среде, но и по сути являются еще и пространственно-временными фильтрами, ослабляющими влияние геологических помех («боковое влияние»), порождаемых за счет геоэлектрической неоднородности среды, так как зондирование с вертикальной фокусирокой тока предполагает компенсацию горизонтальных токов на участке зондирования, которые и возбуждают рассматриваемые геологические помехи, обуславливают появление «бокового влияния». Как отмечалось выше, в море к такого рода помехам добавляются помехи, связанные с переменной батиметрией в окрестности «точки зондирования». Важно и то, что за счет пространственного дифференцирования, осуществляемого в рамках ДНМЭ, подавляются сигналы от квазиоднородных в пространстве электромагнитных помех (в том числе магнитотеллурических), существенно увеличивая тем самым отношение сигнал/помеха в числителе слагаемых (4) при расчетах ДНЭ-параметров.

В-третьих, разрешающая способность по расчленению геоэлектрического разреза и улучшение локальности зондирования при использовании ДНМЭ-ФТ возрастают в силу того, что здесь используется относительно узкий «пучок» вертикально сфокусированных токов (протяженность пучка по латерали - менее измерительной базы триполя). Токи такой ориентации наиболее эффективно поляризуют горизонтально протяженные нефтегазовые структуры.

В-четвертых, не менее значимо и то, что благодаря фокусировке тока (высокой локальности зондирования) практически можно пренебречь так называемым в электрокоротаже «плечевым эффектом» - дифракцией или обтеканием тока зондирования вокруг нефтегазовых объектов. И это обоснованно, так как у залежей УВ размеры по горизонтали, как правило, существенно превышают глубину их расположения в толще вмещающих пород. Кроме того, динамическая фокусировка тока, осуществляемая с учетом требования (формула (5)) для каждого дискретного времени измерения переходного процесса в исследуемой среде, физически означающая компенсацию горизонтальных составляющих токов зондирования под точкой измерения на этих временах, практически приводит к тому, что полученная эквивалентная (селективно выделенная) пространственная структура токов зондирования в реальной 3-мерной геоэлектрической среде будет мало отличаться от соответствующей структуры токов в одномерной, горизонтально однородной среде.

Поэтому применяя ДНМЭ-ФТ, можно успешно вести исследование реальных трехмерных геологических объектов в рамках использования одномерных горизонтально-слоистых моделей среды, для которых разработан эффективный (с относительно простым программным обеспечением) математический аппарат для решения прямой и обратной задачи геоэлектрики. И как следствие, при использовании технологии геоэлектроразведки ДНМЭ-ФТ не требуется больших вычислительных мощностей. Двух современных персональных компьютеров достаточно, чтобы проводить электроразведку месторождений УВ и осуществлять интерпретацию полученных данных в квазиреальном масштабе времени на борту исследовательского судна, что технологически целесообразно, так как позволяет, если необходимо, оперативно вводить коррекцию в режим зондирования на исследуемом объекте, не покидая его.

Наиболее близким к предложенному способу, который мы принимаем за прототип, является указанный выше способ морской геоэлектроразведки ([19] вариант 1), в котором зондирование с оптимальной фокусировкой тока ведется с использованием ортогональной зондирующей установки по серии круговых профилей. В данном способе морской геоэлектроразведки возбуждают электромагнитное поле в исследуемой среде путем пропускания через нее с помощью двухэлектродной генераторной линии, встроенной в буксируемую по круговым профилям кабельную генераторно-приемную косу, серии знакопеременных прямоугольных импульсов тока с паузами, равными по длительности указанным импульсам. Измеряют последовательно, дважды на одном и том же участ