專利名稱：：采用垂直電場(chǎng)測(cè)量的海底地質(zhì)勘測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及通過大地電磁勘測(cè)或受控源電磁勘測(cè)來對(duì)海底電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量。
背景技術(shù)：
：大地電磁(MT)方法是一種通過測(cè)量自然界產(chǎn)生的電磁場(chǎng)來確定地表下巖石的電阻率或電導(dǎo)率的已有技術(shù)。MT勘測(cè)利用對(duì)電磁場(chǎng)的正交分量的時(shí)序測(cè)量來判定表面阻抗。此阻抗在寬頻帶和表面上得到觀察，它決定了緊靠表面下方的電導(dǎo)率分布，此時(shí)大地水平層在數(shù)學(xué)上被模擬為一個(gè)傳輸線的多個(gè)分段。影響地表下物質(zhì)電阻率的主要因素包括溫度、壓力、流體飽和度、結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、成分和電化學(xué)參數(shù)。電阻率信息可用于測(cè)繪主要的地層學(xué)單元，確定相對(duì)孔隙度或?yàn)榈刭|(zhì)學(xué)解釋提供支持。MT勘測(cè)的一個(gè)重要應(yīng)用是石油勘探。此外，MT勘測(cè)可用于地震、重力以及磁場(chǎng)數(shù)據(jù)勘探。比較單獨(dú)使用任何一種可能的技術(shù)，集合兩種或兩種以上不同勘測(cè)方法得到的數(shù)據(jù)將導(dǎo)致對(duì)地表下結(jié)構(gòu)更全面的了解，當(dāng)這種結(jié)構(gòu)是使用一種給定技術(shù)無(wú)法確定時(shí)尤甚。例如，某些特定結(jié)構(gòu)如埋藏于鹽、玄武巖或碳酸鹽下的沉積物只具有微弱的地震特性和產(chǎn)生率(productivity)。這些結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射和回響，從而僅利用聲學(xué)方法很難對(duì)埋藏的沉積物進(jìn)行成像。另一方面，由于MT方法不涉及對(duì)人為地震事件響應(yīng)的測(cè)量，因此可用于替代或與地震方法結(jié)合以降低由反射引入的誤差。雖然MT方法已在陸上作為石油勘探的輔助手段使用多年，但將其應(yīng)用于海底大陸架勘探還是最近的事情。遠(yuǎn)程參考數(shù)據(jù)獲取、加強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和多維建模和反演已經(jīng)被需要用來對(duì)從MT勘測(cè)得到的可用信號(hào)產(chǎn)生有意義的響應(yīng)。近年來在海底MT數(shù)據(jù)的采集能力上取得了重要的進(jìn)展。過去，限制MT作為海底測(cè)繪的一個(gè)主要原因是高頻會(huì)被海水快速地衰減，導(dǎo)致海底電磁場(chǎng)功率在小于1000秒周期內(nèi)的急劇損耗。然而，為實(shí)用于在對(duì)應(yīng)石油勘探深度下測(cè)繪大陸架結(jié)構(gòu)，MT測(cè)量必須在0.1-1000秒的周期內(nèi)進(jìn)行。本發(fā)明人已經(jīng)通過開發(fā)一種系統(tǒng)和方法著手解決此困難，此系統(tǒng)和方法公開在1998年6月23日授權(quán)的題為“用于石油勘探的海底大地電磁系統(tǒng)和方法”的第5,770,945號(hào)美國(guó)專利中，該專利與本申請(qǐng)共同轉(zhuǎn)讓并且作為參考合并于此。該專利中公開的系統(tǒng)和方法利用水平電、磁場(chǎng)測(cè)量來繪制在石油勘探中所關(guān)心的海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖。該公開的系統(tǒng)和方法所提供的一項(xiàng)重要改進(jìn)來自于對(duì)更高頻率(約1HZ)的使用，使其與現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)相比更適用于石油探測(cè)。單獨(dú)測(cè)量水平場(chǎng)只能提供所期望的詳細(xì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖的部分信息。然而垂直電場(chǎng)不存在于地表，而存在于海洋中。因此，為了完全開發(fā)MT技術(shù)以用于海底勘探，將其用于測(cè)量可優(yōu)先感知地質(zhì)結(jié)構(gòu)的側(cè)向變化的垂直大地電磁阻抗將是有利的。以往在垂直電場(chǎng)測(cè)量方面的嘗試使用了有噪聲的帶纜設(shè)備，例如沿著一個(gè)拖拽于船后的柔性電纜的長(zhǎng)度方向每隔一段距離連接于其上的電極。例如，參見Srnka的第4,047,098號(hào)美國(guó)專利或者DeWitte的第2,839,721號(hào)美國(guó)專利。由于這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)也使用了低頻放大器，因此它們?nèi)耘f受限于前述海底石油勘探應(yīng)用中的頻率限制。第5,770,945號(hào)美國(guó)專利中描述的設(shè)備的一種附加用途是用于受控源電磁探測(cè)，其中一個(gè)電磁(EM)發(fā)射器被置于或牽引于海水中，優(yōu)選地放置于海底或靠近海底。發(fā)射信號(hào)的幅度和相位用來確定地表下巖石和流體的電阻率。受控電磁源方法在本領(lǐng)域是公知的，并已幾乎成為由很淺直至深海海水中測(cè)繪海底電導(dǎo)率的例行方法，它可在5公里水中獲得高達(dá)30公里的海底穿透深度。然而，這些已知方法均未能識(shí)別和/或利用垂直電場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)及其測(cè)量海底地表下結(jié)構(gòu)側(cè)向變化的能力。因此，對(duì)能夠使用垂直場(chǎng)測(cè)量海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)側(cè)向變化的系統(tǒng)和方法存在需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于測(cè)量垂直大地電磁阻抗的海底大地電磁系統(tǒng)和方法。本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種用于海底地表下測(cè)繪的方法和系統(tǒng)，其可優(yōu)先感知地質(zhì)結(jié)構(gòu)的側(cè)向變化。本發(fā)明還一個(gè)目的是提供一種通過對(duì)電磁發(fā)射器的響應(yīng)而產(chǎn)生的垂直電場(chǎng)的測(cè)量來進(jìn)行海底地表下測(cè)繪的方法和系統(tǒng)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，具有多個(gè)探測(cè)單元以用于地質(zhì)探測(cè)的系統(tǒng)中所使用的一個(gè)探測(cè)單元包括這樣一種結(jié)構(gòu)，其包括垂直排布(verticallydisplaced)的電極，這些電極被穩(wěn)定地支撐在已部署有海底數(shù)據(jù)記錄器的海底位置附近。該結(jié)構(gòu)由絕緣材料制成，并且可以在一種形式上牢固地安裝在海底數(shù)據(jù)記錄器上。這些電極與一個(gè)放大器相連，其優(yōu)選地為高增益、低輸入阻抗、高頻的放大器，放大器與用于記錄被放大的信號(hào)的數(shù)據(jù)記錄處理器相連。這種多部分的結(jié)合體適合于測(cè)量由受控電磁源產(chǎn)生的電場(chǎng)的垂直分量，或使用垂直電場(chǎng)和水平電場(chǎng)或水平磁場(chǎng)之間的轉(zhuǎn)移函數(shù)來計(jì)算垂直的大地電磁阻抗。測(cè)得的控制信號(hào)的值(或大地電磁阻抗)可被用于推斷海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面所述，一種用于測(cè)繪海底電導(dǎo)率的系統(tǒng)包括多個(gè)數(shù)據(jù)記錄單元，每個(gè)單元包括一個(gè)適合部署于海底上的某一位置以用來測(cè)量水平電磁場(chǎng)的裝置。與單元裝置牢固連接并從其中垂直延伸出的是一個(gè)垂直定向的具有足夠剛性的臂，臂上設(shè)置有多個(gè)垂直排布的電極，每個(gè)電極都位于單元裝置之上。這些電極與位于裝置內(nèi)的放大器電連接，放大器產(chǎn)生一個(gè)放大的信號(hào)并將其提供給同樣位于該裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄處理器。處理器在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)(例如幾百秒至幾天)收集放大的電磁場(chǎng)信號(hào)的時(shí)序。被探測(cè)到的電場(chǎng)可以是自然產(chǎn)生的或使用電磁(EM)源人工產(chǎn)生的。在一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)電纜被與裝置連接，優(yōu)選地連接在單元的上部位置，并且第二組垂直排布的電極與其相連。至少一個(gè)浮子連接在電纜上，因此第二組垂直排布的電極沿著一個(gè)大致豎直的方向漂浮于高于該裝置的平面。該第二組電極與位于裝置內(nèi)的第二放大器電連接，以為用于數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)記錄處理器提供信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面所述，它提供了一種用于對(duì)海底電導(dǎo)率建模的方法，該方法包括在海底上所關(guān)心區(qū)域中的不同位置處部署多個(gè)單元，其中所述各個(gè)單元包括適于測(cè)量海底水平電場(chǎng)和磁場(chǎng)的裝置，所述裝置包括框架；垂直臂，其與所述框架相連并從框架伸出；多個(gè)垂直排布的電極，其設(shè)置于所述垂直臂上以形成第一垂直偶極子，其中每個(gè)電極與所述裝置中的放大器電連接；并且其中所述垂直臂具有足夠的剛性，從而使所述電極設(shè)置在高于海底的固定位置上；在預(yù)先選定的頻譜內(nèi)感測(cè)水平和垂直電場(chǎng)；收集與來自所述多個(gè)單元中的每個(gè)單元的感測(cè)到的電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；以及利用收集的數(shù)據(jù)建立電阻率模型。附圖簡(jiǎn)要說明通過參考以下描述并結(jié)合附圖，可以對(duì)本發(fā)明的工作機(jī)制和方式有進(jìn)一步理解，其中圖1為具有水平和垂直電場(chǎng)傳感器以及水平磁場(chǎng)傳感器的勘測(cè)單元的立體示意圖；圖2為依照本發(fā)明構(gòu)造的定位在海底上的系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖3為依照一個(gè)可選實(shí)施例的用于測(cè)量垂直電場(chǎng)的勘測(cè)單元的示意圖；以及圖4為本發(fā)明的記錄單元的一個(gè)示例性實(shí)施方案的方框圖。具體實(shí)施方案根據(jù)本發(fā)明，一種用于地質(zhì)勘探的系統(tǒng)包括多個(gè)勘測(cè)單元，它們部署在海底上的不同位置上，這些位置處在有興趣對(duì)海底結(jié)構(gòu)進(jìn)行繪制的區(qū)域當(dāng)中。典型的，通過例如起重機(jī)或可伸長(zhǎng)的臂從適合于有效操作這些單元的船上部署這些勘測(cè)單元。每個(gè)單元中累積的數(shù)據(jù)被收集以進(jìn)行處理。對(duì)于構(gòu)建此類系統(tǒng)的進(jìn)一步描述已提供于第5,770,945的專利中，在此不再重復(fù)。此處所描述的單元(包括所有材料和任何標(biāo)明的尺寸)相應(yīng)于發(fā)明人構(gòu)造的一個(gè)用于實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡臏y(cè)試單元，并提供了如何可以構(gòu)造一個(gè)勘測(cè)單元的示例。因此，以下示例性實(shí)施方案的詳細(xì)描述的意圖并非是限制性的。圖1和圖2示出了在本發(fā)明的系統(tǒng)和方法中用來部署于海底的勘測(cè)單元100的示例性實(shí)施方案。在該示例性實(shí)施方案中，勘測(cè)單元100基本上可以分為四個(gè)主要部分。第一部分為記錄單元，包括多通道數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)記錄處理器，磁場(chǎng)后置放大器和電場(chǎng)放大器，它們均包含于第一防水壓力罩112中。第二部分為第二防水壓力罩114，其包含有聲學(xué)導(dǎo)航/釋放(release)系統(tǒng)116。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)明白的那樣，記錄單元和導(dǎo)航/釋放系統(tǒng)這兩部分可合并為一個(gè)單獨(dú)的防水壓力罩，或者可使用兩個(gè)以上的防水罩來容納這些電子裝置。因此，在此所描述的將該部分劃分為兩個(gè)壓力罩僅為示例性的而非限制性的。第三部分由四個(gè)固定于長(zhǎng)度為5米的懸臂(boom)尾部的銀-氯化銀(Ag-AgCl)電極118-121和兩個(gè)位于沿著豎直臂158的長(zhǎng)度方向上的不同位置的銀-氯化銀(Ag-AgCl)電極160，162組成。第四部分包括磁感應(yīng)線圈傳感器112-114。該系統(tǒng)的所有部件與用于漂浮的玻璃球126和用于部署于海底的錨128一起被固定于或連接于抗腐蝕塑料(如聚乙烯)和鋁或不銹鋼框架上。一個(gè)提升斗(liftingbail)102被連接在框架138的頂部或合并于其中，以方便部署和回收時(shí)的操作。如圖3所示，在該示例性實(shí)施方案中，壓力罩112包括一個(gè)內(nèi)直徑為15厘米的經(jīng)過電鍍和噴漆以抗腐蝕的鋁管，其端帽被O型環(huán)密封。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，也可使用不同的尺寸和材料。壓力罩112的一個(gè)端帽包括高壓水下連接裝置，用以與連接遙控傳感器118-121、164、166的電纜相連。整個(gè)系統(tǒng)可以抵抗深度為6000米時(shí)的水壓(多大8000psi.)。在該示例性實(shí)施方案中，四個(gè)例如可從BillingsIndustries或Benthos公司(馬薩諸塞的北法爾茅斯)獲得的13英寸的浮球被連接在單元上。可選地，也可使用如可從Cuming公司(馬薩諸塞的艾文戴爾)獲得的合成泡沫浮體或其它復(fù)合泡沫取代玻璃?？蚣?38的上部連接有附加的浮子，其被用作飄泊線路浮子(straylinefloat)127。一個(gè)回收閃光燈(未示出)以及無(wú)線電發(fā)射機(jī)(未示出)可被置于浮子127中以便于在海面上定位和回收勘測(cè)單元100。壓力罩114按照與罩112類似的形式構(gòu)造，其具有適當(dāng)?shù)亩丝谝耘c電纜相連，從而允許與其它電子部件進(jìn)行電連接。也可使用包括大容量的玻璃球在內(nèi)的其它類型的壓力罩。壓力罩112被支撐于框架138的內(nèi)部以保護(hù)裝置在操作過程中免受損壞。框架138同時(shí)支撐浮子126、包含有聲學(xué)導(dǎo)航/釋放系統(tǒng)的壓力罩114、磁強(qiáng)計(jì)線圈122-124、電機(jī)懸臂139-142以及形成裝置底部的混凝土錨。聲學(xué)釋放系統(tǒng)116提供了在記錄周期結(jié)束時(shí)從海底釋放單元100的裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，機(jī)械釋放部分110、111可用來將錨128與單元的其它部分分離，使得浮子將被釋放的部分升至水面以實(shí)現(xiàn)回收。許多水下聲學(xué)釋放系統(tǒng)，例如那些基于燃燒線(burnwire)和其它技術(shù)的水下聲學(xué)釋放系統(tǒng)，其在市場(chǎng)上是可得到的并且也可用于實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，它包括Benthos公司制造的產(chǎn)品。水平電場(chǎng)或大地傳感器為接地的偶極子天線。在本示例性實(shí)施方案中，懸臂139-142是長(zhǎng)度為5米、直徑約為2英寸的半剛性塑料(例如聚氯乙稀或聚丙烯)管。該管優(yōu)選為具有足夠的直徑以將電極118-121置入其中，從而在操作(例如部署和回收)單元的過程中保護(hù)電極。絕緣的銅線(未示出)穿過管子與放大器的電極118-121相連?？蛇x地，懸臂139-142可由固體桿形成，例如玻璃纖維或其它耐用材料，其直徑約為1至2厘米或更大(.05至1.0英寸或更大)。應(yīng)根據(jù)所用材料的類型來選擇合適的直徑。在本可選實(shí)施方案中，電極118-121將被保留在它們各自的懸臂以外，并且用于連接放大器的絕緣線將沿著桿的外表面延伸，優(yōu)選地使用扣件例如夾子或電纜結(jié)將其固定于沿著懸臂長(zhǎng)度方向的點(diǎn)上。通過形成“X”形的懸臂以產(chǎn)生兩個(gè)正交的10米長(zhǎng)偶極子。使用兩個(gè)10米長(zhǎng)的懸臂也可達(dá)到同樣的效果，因?yàn)殛P(guān)鍵是要提供與期望的偶極子長(zhǎng)度一致的總懸臂長(zhǎng)度。也可使用長(zhǎng)度不同的偶極子天線，這一點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。偶極子末端的接地可以由充滿銀-氯化銀電解液的電極118-121提供。為進(jìn)行垂直電場(chǎng)探測(cè)，一個(gè)在優(yōu)選實(shí)施方案中為圓柱形管的垂直臂底座160以相對(duì)于海底垂直的方向連接在框架138上。垂直臂162被插入底座160中并通過適當(dāng)?shù)木o固裝置被固定，因此其垂直伸出于框架138和單元100的電部件之上。垂直臂162為具有足夠剛性的材料管或桿的形式。為了得到所期望的硬度，優(yōu)選使用聚碳酸酯(例如Lexan)或類似的耐用塑料來形成臂162。如果使用加固或填充以用來提供硬度的材料，則也可使用其它材料如PVC(聚氯乙稀)、聚丙烯或類似材料。第一和第二垂直排布(verticallydisplaced)的電極164和166被設(shè)置在沿著垂直臂162的長(zhǎng)度方向的不同點(diǎn)上以形成垂直導(dǎo)向的偶極子天線。電極164和166優(yōu)選地包括銀-氯化銀電極，即，與水平場(chǎng)測(cè)量所用的相同的電極，該電極通過絕緣線168(圖2中可見)和電纜169分別與包括在電子罩112內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄器104相連。在優(yōu)選實(shí)施方案中，電極164，166均被保持在臂162的內(nèi)部，同時(shí)較低的電極164被設(shè)置在高于單元100主體的高度處，以減小來自任何偏轉(zhuǎn)的水平場(chǎng)的不利影響并避免由于接近勘測(cè)單元100主體中的金屬和塑料部分而導(dǎo)致的失真。電極166優(yōu)選地設(shè)置在垂直臂162的頂部或在其附近。通常，垂直場(chǎng)測(cè)量電極能放置的離噪聲源(例如記錄器或者單元的框架)越遠(yuǎn)，信噪比越高。然而，臂在水中的運(yùn)動(dòng)又是另一個(gè)噪聲源。因此，應(yīng)選擇垂直臂162的長(zhǎng)度和剛度使得電極與單元裝置100之間的距離為最大，同時(shí)其又不會(huì)受水流和海水中其它運(yùn)動(dòng)的影響而過分?jǐn)[動(dòng)。此外，垂直臂的長(zhǎng)度不應(yīng)太長(zhǎng)以至于影響單元的部署。在優(yōu)選實(shí)施方案中，垂直臂162的長(zhǎng)度約在1至2米之間。在圖3概略示出的一個(gè)可選實(shí)施方案中，通過為單元100添加其上附有第二對(duì)垂直排布的電極192、194的柔性電纜190，可以提供附加的垂直電場(chǎng)測(cè)量。一個(gè)或更多的浮子196連接至電纜190，以使得電纜漂浮在單元上方。像對(duì)第一垂直偶極子那樣，應(yīng)該將其下電極設(shè)置在高于框架的高度處，以使來自其余組件的噪聲達(dá)到最小。用于連接到放大器的絕緣線198從外部或優(yōu)選地從內(nèi)部沿著電纜190或套管或環(huán)繞電纜的外套延伸。該第二對(duì)垂直放置的電極192、194用作垂直場(chǎng)測(cè)量的第二偶極子天線。電纜的采用允許產(chǎn)生更長(zhǎng)的偶極子，即，相對(duì)于剛性臂而言可獲得更遠(yuǎn)的電極間隔。如上所述，天線越長(zhǎng)，信噪比(SNR)越好，然而電極在水中的運(yùn)動(dòng)會(huì)引入其他噪聲。因此，在選擇第二垂直天線陣列的長(zhǎng)度時(shí)必須進(jìn)行權(quán)衡，以優(yōu)化SNR。在示例性實(shí)施方案中，電纜足夠長(zhǎng)，從而由第二陣列構(gòu)成的偶極子天線在10米左右。只要SNR對(duì)于所需測(cè)量是足夠的，則可也以使用30米長(zhǎng)或更長(zhǎng)的電纜。如Hoversten，G.M.，H.F.Morrison和S.Constable在題為“Marinemagnetotelluricsforpetroleumexploration，PartIINumericalanalysisofsubsaltresolution”Geophysics，Vol.63，No.3(1998)，pp.826-840的文章中所述的轉(zhuǎn)移函數(shù)(transferfunction)被用于從垂直電場(chǎng)測(cè)量中產(chǎn)生垂直地磁阻抗值。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，其他轉(zhuǎn)移函數(shù)可用于達(dá)到本發(fā)明的目的。一般來說，轉(zhuǎn)移函數(shù)是測(cè)得的垂直電場(chǎng)與測(cè)得的水平電場(chǎng)或水平磁場(chǎng)的比值，其包括振幅分量和相位分量。垂直電場(chǎng)數(shù)據(jù)可與水平電場(chǎng)和/或水平磁場(chǎng)數(shù)據(jù)結(jié)合，以產(chǎn)生單個(gè)MT值。此舉可以通過將MT張量的大小(其通常為將水平電場(chǎng)與水平磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的2×2復(fù)矩陣)有效地?cái)U(kuò)展至包括垂直分量的更大張量而實(shí)現(xiàn)。另一方面，在分析中可考慮張量的獨(dú)立分量。在本示例性實(shí)施方案中，對(duì)結(jié)果的解析是利用正向(一維、二維或三維)和/或逆向(一維或二維)建模(modeling)來進(jìn)行的，這種建模使用可從市場(chǎng)上得到的軟件包來進(jìn)行MT數(shù)據(jù)的解析。這種軟件包的例子如可從德克薩斯州的奧斯丁的Geotools公司獲得的GeotoolsMT軟件，以及可從科羅拉多州的戈?duì)柕堑腎nterprex公司獲得的EMIXMT軟件。重新參考圖1，磁場(chǎng)傳感器(磁力計(jì))122、144為多匝(muti-turn)鎳鐵高導(dǎo)磁率合金(Mu-metal)芯線圈，其與通常用于陸地MT勘測(cè)的傳感器相類似。在優(yōu)選實(shí)施方案中，使用鋁線形成線圈以降低重量，然而，也可以使用其他適于構(gòu)成線圈的導(dǎo)線例如銅。在較寬的頻譜范圍內(nèi)測(cè)量地磁源場(chǎng)，優(yōu)選地在0.001Hz到至多10Hz之間。每個(gè)磁傳感器122、124都被包在鋁壓力罩150、152中，鋁壓力罩直徑大約為6厘米、長(zhǎng)度約為1.3米，而且壓力罩150、152正交地排列在框架138上。使用兩個(gè)磁場(chǎng)線圈，系統(tǒng)的重量、浮力和穩(wěn)定性的增加被記錄下來。如果使用三個(gè)線圈正交排列以測(cè)量Hx、Hy、Hz，可記錄整個(gè)三維磁矢量。來自每個(gè)磁力計(jì)122、124的輸出信號(hào)被輸入到斬波放大器(chopperamplifier)106(如圖4中所示)，該斬波放大器106具有與在第5,770,945號(hào)專利中所述的電場(chǎng)放大器類似的結(jié)構(gòu)。由放大器106提供的增益約為105。數(shù)據(jù)記錄處理器104可以是具有適當(dāng)接口的分立器件如CPU及存儲(chǔ)器的結(jié)合，或者可以是適于與地質(zhì)儀器一起使用的市場(chǎng)上可獲得的數(shù)據(jù)記錄器。選擇適當(dāng)數(shù)據(jù)記錄處理器的標(biāo)準(zhǔn)是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的。如圖4所示，數(shù)據(jù)記錄處理器104包含在壓力罩112中，其被配置用于六個(gè)部分的操作。通過所示的硬盤驅(qū)動(dòng)器214或其他大容量存儲(chǔ)裝置(如RAM設(shè)備)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。通過將電極118-119和120-121分別交流(AC)耦合至高增益放大器108和110的輸入，從而構(gòu)成用于海洋中電場(chǎng)測(cè)量的水平偶極子天線。由磁力計(jì)線圈112-124產(chǎn)生的信號(hào)被輸入到放大器106中進(jìn)行放大。通過將電極164和166交流耦合至放大器208的輸入，從而形成垂直偶極子天線，放大器208為與放大器108、110相同類型的放大器。除了測(cè)量直流(DC)電位，這些天線還測(cè)量由于地磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的垂直場(chǎng)。場(chǎng)的變化是由于海底結(jié)構(gòu)的各層中的橫向差異引起的。針對(duì)極低噪聲(＜0.13nV/Hz1/2)和高增益(104至106)工作而設(shè)計(jì)的放大器108、110和208產(chǎn)生與其各個(gè)電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)的輸出以傳輸至數(shù)據(jù)記錄處理器104。在第5,770,945號(hào)專利中提供了高增益放大器的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，在此不再重復(fù)。除了MT測(cè)量，勘測(cè)單元100能夠用于測(cè)量人工產(chǎn)生的信號(hào)，如深牽引裝置即“受控EM源”提供的信號(hào)，其發(fā)射受控的電磁信號(hào)。EM發(fā)射器的一個(gè)適當(dāng)?shù)睦邮?00至500米的水平電偶極子，其被牽引著靠近(10-100米)海底并注入102-103安培到海水中。這種發(fā)射器由Constable，S.和Cox，C.S.在“Marinecontrolledsourceelectromagneticsounding2.thePEGASUSexperiment”，J.Geophys.Res.101(1996)PP.5519-5530中進(jìn)行了描述。發(fā)射器被牽引在距離電場(chǎng)記錄器10米-10千米距離處。在與被發(fā)射信號(hào)相適應(yīng)的頻譜范圍內(nèi)讀出電極164和166的電位。此頻譜優(yōu)選為0.1-100Hz的多個(gè)離散頻率。受控源發(fā)射的幅度和相位作為范圍和頻率的函數(shù)而被用于推斷海底地理結(jié)構(gòu)。受控EM源測(cè)量可在時(shí)域上進(jìn)行從而代替在頻域上進(jìn)行，此時(shí)，離散頻率由發(fā)射信號(hào)的快速開和關(guān)所代替。地磁在分析電導(dǎo)特性方面優(yōu)于受控EM源技術(shù)。另一方面，受控EM源勘測(cè)在分析電阻特性方面更好。因此，有必要結(jié)合這兩種技術(shù)以獲得更好的分析，特別是在低電阻性巖石例如玄武巖區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的方法，勘測(cè)單元100設(shè)置在感興趣進(jìn)行海底結(jié)構(gòu)建模的海底區(qū)域的不同位置處。典型地，勘測(cè)單元運(yùn)用在適于有效處理單元的船只上，例如具有起重機(jī)或可延伸臂的船只。在某處部署15至100個(gè)單元時(shí)，勘測(cè)單元之間的典型間隔約為幾十米至幾千米。在預(yù)定時(shí)間周期(該周期可以約為幾小時(shí)至幾天)之后，來自船只的聲學(xué)信號(hào)促使每個(gè)勘測(cè)單元上的錨釋放，從而使勘測(cè)單元升到海面上以進(jìn)行回收。收集數(shù)據(jù)的時(shí)間周期取決于數(shù)據(jù)收集速率和數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。由每個(gè)單元積累的數(shù)據(jù)被收集并被傳送到處理系統(tǒng)，以進(jìn)行分析及數(shù)據(jù)輸出。在優(yōu)選實(shí)施方案中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析，以產(chǎn)生所感興趣的區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)或更多的電阻率或表觀電阻率(apparentresistivity)模型。顯然存在上文中沒有說明的其他實(shí)施方案，但其很明顯包含在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。以上說明和附圖因此僅為示例性的，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求限定。權(quán)利要求1.一種用于對(duì)海底電導(dǎo)率建模的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括部署在海底不同位置上的多個(gè)單元，每個(gè)所述單元包括適于測(cè)量海底水平電場(chǎng)的裝置，所述裝置包括一個(gè)框架；垂直延伸部分，其與所述框架相連并從框架向上延伸出；以及多個(gè)垂直排布的電極，其以高于海底的固定高度設(shè)置在所述垂直延伸部分上以形成偶極子，其中每個(gè)電極與所述裝置中的放大器電連接。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，一對(duì)第二電極中較低的電極被設(shè)置在高于所述框架的高度上。3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述垂直延伸部分包括與所述框架相連的具有足夠剛性的臂。4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述具有足夠剛性的臂具有范圍在1到2米之間的長(zhǎng)度。5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電纜，其與所述框架相連并從框架伸出；浮子，其設(shè)置于所述電纜的末端；以及第二垂直偶極子，其包括一對(duì)垂直排布的電極，所述電極設(shè)置于所述電纜上，用來產(chǎn)生第三電場(chǎng)信號(hào)，其中所述第二垂直偶極子充分長(zhǎng)于所述第一垂直偶極子，并且其中所述第二垂直偶極子與至少一個(gè)第一放大器電連接。6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述垂直延伸部分包括電纜，并進(jìn)一步包括設(shè)置于所述電纜的末端的浮子。7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少兩個(gè)磁場(chǎng)感應(yīng)傳感器，其相互正交地水平設(shè)置于所述框架上；第二放大器，其設(shè)置于至少一個(gè)罩殼中，并與所述感應(yīng)傳感器電連接，以用于放大由每個(gè)感應(yīng)傳感器產(chǎn)生的磁場(chǎng)信號(hào)；并且其中所述第二放大器與電源相連，并為數(shù)據(jù)記錄處理器提供放大的磁場(chǎng)信號(hào)。8.一種用于對(duì)海底電導(dǎo)率建模的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括部署在海底上的多個(gè)單元，每個(gè)所述單元包括適于部署在海底上的框架；一對(duì)水平偶極子，其從所述框架以相互正交的方向伸出，用于產(chǎn)生一對(duì)第一電場(chǎng)信號(hào)；垂直延伸部分，其從所述框架延伸出；一對(duì)電極，其沿著所述垂直延伸部分垂直排布，以形成用來產(chǎn)生第二電場(chǎng)信號(hào)的垂直偶極子；至少一個(gè)第一放大器，其與所述水平和垂直偶極子電連接，用于放大各個(gè)第一和第二電場(chǎng)信號(hào)，所述第一放大器具有低輸入阻抗和高增益；數(shù)據(jù)記錄處理器，其與每個(gè)所述第一放大器電連接，用于接收放大的電場(chǎng)信號(hào)，并存儲(chǔ)表征所述電場(chǎng)信號(hào)的數(shù)據(jù)；定時(shí)裝置，用于使所述數(shù)據(jù)記錄處理器與所述系統(tǒng)中其它單元上的數(shù)據(jù)記錄處理器同步操作；電源，其與所述數(shù)據(jù)記錄處理器、所述定時(shí)裝置以及所述第一和第二放大器電連接；至少一個(gè)罩殼，其用于包容所述數(shù)據(jù)記錄處理器、所述定時(shí)裝置、所述第一放大器以及所述電源，所述至少一個(gè)罩殼適于耐受海水的腐蝕和壓力；用于將所述單元部署在海底的裝置；以及用于從海底回收所述單元的裝置。9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一對(duì)第二電極中較低的電極被設(shè)置在高于所述框架的高度上。10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述垂直延伸部分包括與所述框架相連的具有足夠剛性的臂。11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述具有足夠剛性的臂具有范圍在1到2米之間的長(zhǎng)度。12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電纜，其與所述框架相連并從框架伸出；浮子，其設(shè)置于所述電纜末端；以及第二垂直偶極子，其包括一對(duì)垂直排布的電極，所述電極設(shè)置于所述電纜上，用來產(chǎn)生第三電場(chǎng)信號(hào)，其中所述第二垂直偶極子充分長(zhǎng)于所述第一垂直偶極子，并且其中所述第二垂直偶極子與所述至少一個(gè)第一放大器電連接。13.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述垂直延伸部分包括電纜，并進(jìn)一步包括設(shè)置于所述電纜末端的浮子。14.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少兩個(gè)磁場(chǎng)感應(yīng)傳感器，其相互正交地水平設(shè)置于所述框架上；第二放大器，其設(shè)置于所述至少一個(gè)罩殼中，并與所述感應(yīng)傳感器電連接，用于放大由各個(gè)感應(yīng)傳感器產(chǎn)生的磁場(chǎng)信號(hào)；并且其中所述第二放大器與所述電源相連，并為所述數(shù)據(jù)記錄處理器提供放大的磁場(chǎng)信號(hào)。15.一種用于對(duì)海底電導(dǎo)率建模的方法，包括在海底上所關(guān)心區(qū)域中的不同位置處部署多個(gè)單元，其中所述各個(gè)單元包括適于測(cè)量海底水平電場(chǎng)的裝置，所述裝置包括框架；垂直臂，其與所述框架相連并從框架伸出；多個(gè)垂直排布的電極，其設(shè)置于所述垂直臂上以形成第一垂直偶極子，其中每個(gè)電極與所述裝置中的放大器電連接；并且其中所述垂直臂具有足夠的剛性，從而使所述電極設(shè)置在高于海底的固定位置上；在預(yù)先選定的頻譜內(nèi)感測(cè)水平和垂直電場(chǎng)；收集與來自所述多個(gè)單元中的每個(gè)單元的感測(cè)到的電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；以及利用收集的數(shù)據(jù)建立電阻率模型。16.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括將位于電纜上的第二垂直偶極子伸展至所述框架之上，其中所述第二垂直偶極子遠(yuǎn)長(zhǎng)于所述第一垂直偶極子；其中所述感測(cè)步驟包括使用所述第二垂直偶極子來感測(cè)第二垂直電場(chǎng)。17.如權(quán)利要求15或16中之一所述的方法，進(jìn)一步包括將電磁發(fā)射器拖至靠近所關(guān)心區(qū)域之中的海底；其中所述感測(cè)步驟包括探測(cè)由所述電磁發(fā)射器產(chǎn)生的電場(chǎng)。18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述裝置還適用于測(cè)量磁場(chǎng)。全文摘要一種用于測(cè)繪海底電導(dǎo)率的系統(tǒng)結(jié)合了多個(gè)數(shù)據(jù)記錄單元，其中每個(gè)單元(100)都是適于部署于海底上的某一位置用來測(cè)量水平電場(chǎng)和磁場(chǎng)的裝置。與單元裝置牢固連接并從其中垂直延伸出的是垂直定向的具有足夠剛性的材料(158)，臂上設(shè)置有一對(duì)垂直排布的電極(160，162)，用于構(gòu)成垂直定向的偶極子天線。這些電極與位于裝置內(nèi)的放大器電連接，放大器產(chǎn)生放大的信號(hào)并將其提供給同樣位于該裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄處理器。處理器在預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)收集放大的電磁場(chǎng)信號(hào)的時(shí)序。文檔編號(hào)G01V3/12GK1659450SQ03813721公開日2005年8月24日申請(qǐng)日期2003年6月11日優(yōu)先權(quán)日2002年6月11日發(fā)明者史蒂文·C·康斯特布爾申請(qǐng)人:加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)