專利名稱：：用于地下探測的低噪聲拖曳式電磁系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：一般來說，本發(fā)明涉及用于地球的地下覆蓋層探測的電磁勘探設(shè)備的領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及用于檢測由施加在地中的電磁場引起的感應(yīng)電壓的檢測器電極及其陣列的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：除了其它目的外，電磁勘探還用于確定地球的地下覆蓋層中含烴結(jié)構(gòu)的存在。電磁勘探包括稱為“受控源”勘探技術(shù)的技術(shù)。受控源電磁勘探技術(shù)包括當(dāng)在陸地上進(jìn)行這些勘探時，在泥土中施加電流或磁場；或者當(dāng)在海洋環(huán)境中進(jìn)行這些勘探時，對水底(海底)以下的沉積物施加電流或磁場。這些技術(shù)包括測量設(shè)置于地表面或海底上的電極、天線和/或磁力計中所感應(yīng)的電壓和/或磁場。這些電壓和/或磁場是通過由施加在地下覆蓋層中(在海洋勘探中穿過水底)的電流和/或磁場引起的電磁場與地下覆蓋層構(gòu)造物相互作用而感應(yīng)產(chǎn)生的。本領(lǐng)域中已知的海洋受控源電磁勘探通常包括通過對由勘探船拖曳的偶極電極施加來自通常設(shè)置在該勘探船上的源的電流，來對水底以下的沉積物施加交變流電。偶極電極通常是絕緣電纜，在該絕緣電纜的選定間距(有時是300-1000米或更大)上有兩個電極。交流電具有一個或多個選定的頻率，這些頻率通常在約0.1-100Hz范圍內(nèi)。多個檢測器電極設(shè)置在水底上隔開的位置，并且這些檢測器電極連接到記錄這些電極的不同電極對上所感應(yīng)的電壓的裝置。該勘探稱為頻域受控源電磁(f-CSEM)勘探。例如，在Sinha，MC.Patel，P.D.，Unsworth，M.J.，Owen，T.R.E.和MacCormack，M.G.R.(1990)，Anactivesourceelectromagneticsoundingsystemformarineuse，MarineGeophysicalResearch，12，29-68中描述了f-CSEM勘探技術(shù)。其它描述電磁地下勘探的物理學(xué)和判讀的出版物包括Constable，S.C.和Edwards，R.N.(1991)，ElectricalexplorationmethodsfortheseafloorInvestigationinGeophysicsNo.3，Electromagneticmethodsinappliedgeophysics，vol.2，application，partB，931-966；以及Cheesman，S.J.，Edwards，R.N.和Chave，A.D.(1987)，OnthetheoryofseafloorconductivitymappingusingtransientelectromagneticsystemsGeophysics，52，No.2，204-217。本領(lǐng)域中已知的用于電磁勘探地下構(gòu)造物的另一技術(shù)是瞬態(tài)受控源電磁(t-CSEM)勘探。在t-CSEM勘探中，利用與如上文所說明用于f-CSEM的電極相似的位于電纜上的電極，來對地下覆蓋層施加電流。該電流可以是直流電(DC)。在一個或多個選定的時間，切斷電流，并且通常相對于選定時間間隔內(nèi)的時間，利用之前如參照f-CSEM勘探所說明的設(shè)置在水底上的電極，來測量感應(yīng)電壓。通過感應(yīng)電壓的時間分布，來推斷地下覆蓋層的結(jié)構(gòu)和組成。例如，在Strack，K.-M.(1992)，Explorationwithdeeptransientelectromagnetic，Elsevier，373pp.(1999年再版)中描述了t-CSEM勘探技術(shù)。不管利用何種技術(shù)，因?yàn)楹瑹N結(jié)構(gòu)的電阻率在幾歐姆-米到幾百歐姆-米的范圍內(nèi)，而相鄰的不含烴的構(gòu)造物的電阻率在約0.2歐姆-米到幾歐姆-米的范圍內(nèi)，所以通過這兩種結(jié)構(gòu)之間的電阻率常數(shù)，可以推斷含烴結(jié)構(gòu)的存在。上述電磁勘探技術(shù)不僅耗時，而且執(zhí)行起來比較昂貴，這主要是因?yàn)闄z測器電極通常設(shè)置在部署于水底上的電纜中。部署這些檢測器電極電纜通常包括從勘探船或另一部署船退繞這些電纜；在部署電纜后，確定電極的大地位置；并在完成勘探后收回電纜。因此，為了勘探地下覆蓋層的實(shí)質(zhì)區(qū)域，需要沿水底在不同位置部署大量的這樣的電纜和/或重復(fù)部署電纜。利用部署在水底的(固定)檢測器電纜的主要原因是，由于電磁效應(yīng)而在電極對上感應(yīng)的電壓小至足以使電纜穿過水時在電極中感應(yīng)的噪聲使得難以測量由電磁效應(yīng)感應(yīng)產(chǎn)生的電壓。本領(lǐng)域中已知，拖曳電纜上的電極可以用于某些類型的海洋勘探，尤其是如上所述，用于對水底以下的構(gòu)造物施加電場。但是，利用本領(lǐng)域中已知用于電磁感應(yīng)電壓檢測的拖曳式電極難以利用本領(lǐng)域中已知的電極來執(zhí)行，特別是因?yàn)橥弦肥诫娎|在穿過水時會發(fā)生振動。因?yàn)檫@種現(xiàn)象會影響到安裝在電纜上的電極，所以早就針對水下接收天線研究了這種現(xiàn)象。該研究的結(jié)果是，識別到多個噪聲源。例如，參見M.L.Burrows，IEEETrans.Comm.，22(1974)540。一個重要的噪聲源是由電極和互連電纜在地球的地磁場內(nèi)的運(yùn)動(即，電磁感應(yīng))引起的。當(dāng)電纜穿過水時，沿電纜的壓力波動會激發(fā)運(yùn)動，從而使電纜開始振動。對于長電纜，研究表明，運(yùn)動感應(yīng)電壓與v5/2/f2成比例，其中v和f分別是拖曳速度和信號頻率。用于水下通信天線的頻率高于60Hz，并且由于噪聲的頻率相依性，所得噪聲可以進(jìn)行處理。但是，對于常用于烴探測的約為0.4-0.8Hz的頻率來說，感應(yīng)噪聲難以處理。利用由Burroughs開發(fā)并且在前述IEEE出版物中公開的公式，預(yù)期在感興趣的頻率和5節(jié)的拖曳速度下，噪聲電平約為0.3μV/Hzm。相對于預(yù)期在典型的電磁勘探中測量到的電壓，該噪聲電平高得不能接受。其它重要的噪聲源有電極噪聲、水運(yùn)動噪聲和熱噪聲。電極噪聲由擾亂電極表面處的電化學(xué)雙層的水運(yùn)動引起。水運(yùn)動噪聲與地磁場中由水紊流引起的感應(yīng)相關(guān)。如果在電極附近存在溫度梯度，那么熱噪聲將總是存在。需要一種用于采集電磁勘探數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，可以類似于地震拖纜系統(tǒng)那樣在水中拖曳該系統(tǒng)，以便提高采集電磁勘探數(shù)據(jù)的速度和效率。該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)配置成使得由于水運(yùn)動經(jīng)過傳感元件以及傳感元件沿拖曳方向以外的方向運(yùn)動而在傳感元件中感應(yīng)的噪聲最小。
發(fā)明內(nèi)容從最普遍的意義來說，本發(fā)明是用于海洋電磁勘探系統(tǒng)的檢測器，該檢測器包括外殼，該外殼設(shè)置成使將外殼拖曳穿過水體時的紊流最小，并且使外殼沿拖曳方向以外的任何方向的運(yùn)動最小。該外殼包括與它相關(guān)的電場或磁場傳感元件。本發(fā)明的另一個方面是海洋電磁勘探系統(tǒng)檢測器。根據(jù)本發(fā)明的這個方面的檢測器包括由基本上不導(dǎo)電的材料形成的外殼。該外殼的形狀經(jīng)過設(shè)計以便提供用于放置電極的表面，當(dāng)外殼移動穿過水時，該電極位于基本上層狀流動的水中。該外殼的形狀經(jīng)過設(shè)計以便對穿過的水流提供最小的阻力。翼片耦合到外殼，并且從外殼向外突出。翼片的形狀經(jīng)過設(shè)計以便使外殼穿過水的運(yùn)動保持穩(wěn)定，并且每個翼片為拖曳電纜提供附接位置。這些翼片關(guān)于外殼對稱設(shè)置。該檢測器包括設(shè)置在外殼的這個表面上的電極。該電極由基本上為非金屬的導(dǎo)電材料組成。在一個實(shí)施例中，外殼定義其中具有電壓測量電路的內(nèi)部腔室。本發(fā)明的另一個方面是海洋電磁勘探系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的這個方面的電磁勘探系統(tǒng)包括設(shè)置成將電纜拖曳穿過水體的勘探船。該勘探船上具有用于使源電極通電的裝備。該裝備包括用于記錄與至少一對檢測器之間檢測到的電壓相對應(yīng)的信號的記錄裝置。該系統(tǒng)包括沿電纜設(shè)置在選定位置的至少兩個源電極和耦合在電纜的尾端后面的至少一對檢測器。每個檢測器包括由基本上不導(dǎo)電的材料組成的外殼。每個外殼的形狀經(jīng)過設(shè)計以便提供用于放置電極的表面，當(dāng)每個這樣的外殼移動穿過水時，該電極位于基本上層狀流動的水中。每個外殼的形狀經(jīng)過設(shè)計以便對穿過的水流提供最小的阻力。每個檢測器都包括翼片，這些翼片耦合到各自的外殼，并且從每個各自的外殼向外突出。這些翼片的形狀經(jīng)過設(shè)計以便使各自的外殼穿過水的運(yùn)動保持穩(wěn)定，并且為拖曳電纜提供附接位置。這些翼片關(guān)于外殼對稱設(shè)置。每個檢測器包括設(shè)置在該表面上的電極。該電極由基本上為非金屬的導(dǎo)電材料組成。在一個實(shí)施例中，每個外殼定義其中具有電壓測量電路的內(nèi)部腔室。本發(fā)明的另一個方面是海洋電磁勘探方法。根據(jù)本發(fā)明的這個方面的方法包括將場源發(fā)生器移動穿過水體。在選定時間，電流流過該場源發(fā)生器，并且在該發(fā)生器處，在水體底部以下的地層中感應(yīng)時變磁場和時變電場中的至少一種場。將至少一個傳感元件沿拖曳方向移動穿過水體。利用該傳感元件，檢測由感應(yīng)場與構(gòu)造物相互作用而引起的磁場和電場中的至少一種場。執(zhí)行移動，以便使水中的紊流最小，并且使傳感元件沿拖曳方向以外的方向的運(yùn)動最小。通過閱讀以下說明和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的電磁勘探系統(tǒng)的一個實(shí)施例。圖2示出與根據(jù)本發(fā)明的勘探系統(tǒng)一起使用的電極的一個實(shí)施例。圖3示出可用于本發(fā)明的各個實(shí)施例中的檢測和遙測電路的一個實(shí)施例。圖4示出用于將檢測器及其相關(guān)的拖曳電纜附接到由勘探船拖曳的電纜的尾端的耦合的一個實(shí)施例。圖5示出利用天線作為傳輸元件并利用其中具有磁性傳感器的檢測器的采集系統(tǒng)的備選實(shí)施例。圖6示出其中具有磁力計的檢測電路的備選實(shí)施例。具體實(shí)施例方式在本文對本發(fā)明的描述中，術(shù)語“檢測器”用于表示電纜上由勘探船或其它船拖曳的裝置，該裝置包括一個或多個用于檢測電磁場與地球的地下覆蓋層中的構(gòu)造物的相互作用的一個或多個方面的傳感元件。這些電磁場可以通過在水面以下的選定深度處的水體中產(chǎn)生時變電場或時變磁場而在地下覆蓋層中感應(yīng)產(chǎn)生。通常，這個或這些傳感元件可以是設(shè)置在外殼上的電流電極，或是設(shè)置在外殼內(nèi)的磁場傳感器。該外殼配置成使在將外殼拖曳穿過水體時的水紊流最小，并且配置成使外殼沿外殼的拖曳方向以外的任何方向的運(yùn)動最小。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的海洋受控源電磁勘探系統(tǒng)的一個實(shí)施例。在圖1的實(shí)施例中，通過在水面以下的選定深度處產(chǎn)生時變電場來對地下覆蓋層施加電磁場。在本實(shí)施例中，通過在一對隔開的源電極上施加電流來產(chǎn)生電場。在圖1中，勘探船10沿諸如湖泊或海洋之類的水體11的表面移動?？碧酱?0上可以包括電子裝置，圖中統(tǒng)一示為通過各個電極來對水底21以下的構(gòu)造物20施加勘探電流的“記錄系統(tǒng)”12。記錄系統(tǒng)12中的裝備還可包括用于檢測和記錄與一對或多對檢測器18上檢測到的電壓相對應(yīng)的信號的裝置(圖中沒有單獨(dú)示出)，每個這樣的檢測器上都具有至少一個電極(如圖2所示)。記錄系統(tǒng)12中的裝備還可包括用于確定船10和系統(tǒng)內(nèi)的各個檢測器18的大地位置的裝置(圖中沒有單獨(dú)示出)。下文將參照圖2更詳細(xì)地說明檢測器18上的電極。在本實(shí)施例中，可以通過相互間隔選定距離的源電極的偶極對16A、16B來施加勘探電流。其中，該選定的距離取決于將要勘探的地下覆蓋層20中的深度和地下覆蓋層中的構(gòu)造物的預(yù)期電阻率?？梢酝ㄟ^由勘探船10或另一船部署的合適的勘探電纜14來拖曳源電極16A、16B。勘探電纜14可以包括用于將勘探電流從記錄裝置12傳送到源電極16A、16B以及用于向記錄系統(tǒng)12傳送與施加在各對不同的檢測器18上的電極上的電壓相關(guān)的信號的電導(dǎo)線(圖中沒有單獨(dú)示出)，下文將對此作進(jìn)一步的說明。源電極16A、16B的結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域中已知。圖1中將源電極16A、16B示為設(shè)置成水平電偶極。在其它實(shí)施例中，可以將源電極設(shè)置成垂直電偶極。在本實(shí)施例中，勘探電纜14可以在其尾端包括轉(zhuǎn)換接頭和遙測裝置，大致如18A所示。本實(shí)施例中的轉(zhuǎn)換接頭和遙測裝置18A在勘探電纜14的尾端和用于拖曳檢測器18中的兩個或兩個以上檢測器的檢測器拖曳電纜18C之間形成機(jī)械和電連接。檢測器18可以沿檢測器拖曳電纜18C設(shè)置在隔開的位置，如圖1所示。其它實(shí)施例中的拖曳電纜18C可以直接耦合到船10。其中，電磁勘探系統(tǒng)的任何特定實(shí)施例中所用的檢測器18的數(shù)量和間距取決于勘探結(jié)果所需的分辨率和地下覆蓋層20中的構(gòu)造物的電阻率。檢測器18可以由如圖1所示的勘探船10拖曳，或者也可以由不同的船拖曳。轉(zhuǎn)換接頭和遙測裝置18A還可包括用于將與施加在各個檢測器18上的檢測到的電壓相關(guān)的信號轉(zhuǎn)換成用于傳輸?shù)接涗浵到y(tǒng)12的電或光遙測格式的電路(圖1中未示出)，或者也可以是勘探電纜14和檢測器拖曳電纜18C之間的簡單的機(jī)械和電連接。除此之外或者作為替代，轉(zhuǎn)換接頭和遙測裝置18A可以包括用于本地記錄與檢測到的電壓相對應(yīng)的信號的電路(未示出)。在操作如圖1所示的系統(tǒng)中，當(dāng)勘探船10穿過水11時，記錄系統(tǒng)使勘探電流施加在源電極16A、16B上。如果系統(tǒng)想要測量瞬態(tài)電磁效應(yīng)，那么電流可以是切換的直流電，即極性交替直流電，它可以不連續(xù)地切換，也可以按照諸如偽隨機(jī)雙態(tài)的順序切換。如果系統(tǒng)想要測量頻域電磁效應(yīng)，那么電流可以是具有在約0.1-100Hz范圍內(nèi)的一個或多個頻率的交流電。交流電的波形可以是正弦波、三角波、方波或其它周期波形，這取決于其所需的頻率內(nèi)容。當(dāng)這樣使源電極16A、16B通電時或在此之后(取決于正在測量的是瞬態(tài)效應(yīng)還是頻域效應(yīng))，測量選定的多對檢測器18上的電壓。接著，利用對應(yīng)于感應(yīng)電壓的振幅和/或相位(相對于施加在源電極16A、16B上的電流的相位)和/或相對于電流切換時間的振幅的測量值來推斷地下覆蓋層20的結(jié)構(gòu)和/或組成?？梢栽谂c源電極16A、16B相同或不同的深度拖曳檢測器18。圖2更詳細(xì)地示出檢測器18的一個實(shí)施例。檢測器18可以包括通常為魚雷形的外殼32，該外殼32優(yōu)選由玻璃纖維增強(qiáng)塑料或類似的高強(qiáng)度且不導(dǎo)電的耐蝕材料組成。外殼32可以包括通常為鈍圓形的頭部31，在該頭部31上，適宜地設(shè)置了傳感元件，在該實(shí)施例中，該傳感元件為電極30。電極30可以由石墨或其它導(dǎo)電的非金屬材料組成，以免因?yàn)楦g而使它的電阻抗發(fā)生任何改變，如果電極30使用許多金屬，那么就會出現(xiàn)這種情況。當(dāng)外殼32穿過水時，頭部31一般位于層流水內(nèi)。因此，這樣設(shè)置的電極30中就不太容易引入由紊流誘導(dǎo)的電噪聲。外殼32可以包括通常為橢圓形的中部40和通常為圓錐形的尾部42。外殼32的各個部分(頭部31、中部40和尾部42)的形狀優(yōu)選是這樣的使得外殼32可以在最小的水力阻力下穿過水(圖1中的11)，在水中引起盡可能少的紊流，并且為將位于基本上層狀流動的水中的電極30提供表面。外殼32穿過水的運(yùn)動可以通過沿外殼32在合適的位置耦合通常為翅形的翼片34來加以穩(wěn)定?？梢詫⒁砥?4固定到外殼32，或者翼片34可以與外殼32一體形成。每個翼片34的最外面的邊也可以是將檢測器拖曳電纜18C耦合到外殼32的位置。如圖2所示，可以將檢測器拖曳電纜18C固定到翼片34的最外面的邊，以便沿檢測器拖曳電纜18C的運(yùn)動方向大致相互平行地延伸。翼片34優(yōu)選相對于外殼32對稱地設(shè)置在外殼的相對兩側(cè)上。盡管圖2中示為在水平方向上分離，但是檢測器拖曳電纜18C也可以在垂直方向上分離。拖曳電纜18C的水平分離可以減小由拖曳電纜18C在地球的地磁場內(nèi)的運(yùn)動而引起的感應(yīng)噪聲，下文將參照圖3對此作進(jìn)一步的解釋。外殼32還可在外殼32的尾端附近包括兩個或兩個以上通常為圓周對稱設(shè)置的穩(wěn)定器42。翼片34和穩(wěn)定器42可以與外殼32一體形成，或者也可以單獨(dú)形成并固定到外殼32。協(xié)同地，翼片34和穩(wěn)定器42使外殼32在高方向穩(wěn)定性下穿過水。在其它可能的益處中，高方向穩(wěn)定性可以減小由拖曳電纜18C相對于地球的地磁場的不當(dāng)運(yùn)動而在拖曳電纜18C中感應(yīng)的噪聲量。外殼32還可以形成為用于定義一個或多個密封的內(nèi)部隔間33，在這些隔間33內(nèi)包含油或類似的不導(dǎo)電且基本上不可壓縮的流體?？梢赃x擇隔間的總體積和該流體的密度(以及下文將進(jìn)一步說明的定義的腔室的封閉體積)，以便使外殼32在水中具有大體為中性的浮力。外殼32還可以形成為用于定義密封的內(nèi)部腔室35，在該腔室35內(nèi)，可以設(shè)置合適的放大和遙測電路，大致如36所示。電路36用于檢測施加在電極30和沿檢測器拖曳電纜18C設(shè)置的檢測器18中的另一個檢測器中的類似形成的另一電極上的電壓。電路36可以通過如38所示的合適的配線電連接到每個檢測器拖曳電纜18C。下文將參照圖3更詳細(xì)地說明電路36和配線38。本實(shí)施例包括兩條對稱設(shè)置且基本上共面的檢測器拖曳電纜18C，這兩條檢測器拖曳電纜18C耦合到各自的翼片34，以便實(shí)現(xiàn)幾個目標(biāo)。第一，可以將電力傳導(dǎo)到電路36，可以從電路36傳導(dǎo)信號，并且可以沿基本上對稱的檢測器拖曳電纜18C內(nèi)的電導(dǎo)線(參見圖4)傳輸電壓或其它代表性信號，以免在電極30中感應(yīng)雜散電壓。第二，通過如圖2所示將檢測器拖曳電纜18C設(shè)置成基本上共面且相對于檢測器18對稱，可以提高檢測器18穿過水的運(yùn)動的穩(wěn)定性。優(yōu)選地，檢測器拖曳電纜18C具有盡可能小的直徑，以便減小由檢測器拖曳電纜18C穿過水而引起的任何紊流的影響。另外，利用兩條檢測器拖曳電纜是為了基本上抵消如前所述的由檢測器18和檢測器拖曳電纜18C在地球的地磁場內(nèi)的任何運(yùn)動不穩(wěn)定性而在檢測器拖曳電纜18C中感應(yīng)的任何電壓。優(yōu)選地，檢測器拖曳電纜18C相對于由拖曳電纜18C承載所需的曳力盡可能地細(xì)，這樣不僅可以如前所述減小阻力，而且還可以增加拖曳電纜18C中由紊流引起的任何振動的振動頻率。此外，利用細(xì)的拖曳電纜使得其質(zhì)量最小，從而使拖曳電纜18C對檢測器18的運(yùn)動的任何影響最小。如圖1所示的實(shí)施例包括設(shè)置成能夠在水平電極對上測量電壓的檢測器。在其它實(shí)施例中，可以將其中一個或多個檢測器設(shè)置成利用分離的拖曳電纜和用于保持各個檢測器的相對位置的合適的結(jié)構(gòu)來測量垂直或其它取向上的電壓。圖3示意性地示出電路36的一個實(shí)施例。電路36可以包括功率變換器140，該功率變換器140通過合適的對稱連接(如配線38中的電導(dǎo)線140A、140B)從檢測器拖曳電纜(圖2中的18C)內(nèi)的導(dǎo)線接受電力。在優(yōu)選實(shí)施例中，通過導(dǎo)線140A和140B來提供直流電(DC)電壓，并且功率變換器140是DC-DC轉(zhuǎn)換器。在備選實(shí)施例中，將交流電(AC)電力提供給功率變換器140，該AC電力優(yōu)選為相對較高的頻率，如500Hz或更高，以免在電極(圖2中的18)中感應(yīng)可檢測出的電壓，并且功率變換器140是AC-DC轉(zhuǎn)換器。功率變換器140可以將合適的電力提供給前置放大器142、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)144和遙測收發(fā)器146。前置放大器142具有一個電耦合到電極(圖2中的30)的輸入端子。前置放大器的另一輸入端子可以通過例如導(dǎo)線142A、142B電耦合到沿檢測器拖曳電纜(圖2中的18C)設(shè)置的電極(圖2中的18)中的一個選定的電極?？梢酝ㄟ^ADC144將前置放大器142的輸出數(shù)字化，并將其傳導(dǎo)到遙測收發(fā)器146，用于包含在任何合適的遙測方案中。遙測收發(fā)器可以電耦合到配線38中的合適的導(dǎo)線146A、146B。各條導(dǎo)線142A、142B、146A、146B耦合到檢測器拖曳電纜18C中的相應(yīng)導(dǎo)線，下文將參照圖4對此作更詳細(xì)的說明。在一些實(shí)施例中，可以將控制信號傳輸?shù)竭b測收發(fā)器146(通常從圖1中的記錄裝置12傳輸)，以便使前置放大器142在一個輸入端子選擇性地耦合到導(dǎo)線142A、142B，從而使施加到前置放大器142的輸入端的電壓介于沿檢測器拖曳電纜(圖1中的18C)設(shè)置的檢測器(圖1中的18)中的選定檢測器之間。因此，在這些實(shí)施例中，檢測器和它們上面的相應(yīng)電極之間的間距可以選擇。圖4示意性地示出轉(zhuǎn)換接頭和遙測裝置18A的一個實(shí)施例。裝置18A可以包括由鋼或其它高強(qiáng)度材料組成的密封的抗壓外殼118A。外殼118A包括耦合到位于勘探電纜14的尾端的一個或多個加強(qiáng)部件14A的負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置114A。負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置114A將加強(qiáng)部件14A承載的張力耦合到外殼118A。外殼118A優(yōu)選設(shè)置成密封地嚙合勘探電纜14，以便防止水進(jìn)入勘探電纜14和外殼118A的內(nèi)部。形成線束14B的一部分的電和/或光導(dǎo)線穿過開口進(jìn)入外殼118A的內(nèi)部，并且在操作上耦合到各條檢測器拖曳電纜18C內(nèi)的各自的電力導(dǎo)線118C和遙測導(dǎo)線218C。每條檢測器拖曳電纜18C都可包括防水外部護(hù)套518C，該防水外部護(hù)套518C適于密封地嚙合外殼118A，以便防止水進(jìn)入外殼118A和每條電纜18C的內(nèi)部。每條檢測器拖曳電纜都可包括加強(qiáng)部件318C，該加強(qiáng)部件318C優(yōu)選由纖維繩組成，如商標(biāo)為VECTRAN(它是HoeschtCelaneseCorp.，NewYork，NewYork的注冊商標(biāo))的纖維。各個加強(qiáng)部件318C耦合到外殼118A內(nèi)的各自的負(fù)載轉(zhuǎn)移裝置418C，以便將來自外殼118A的張力負(fù)載轉(zhuǎn)移到各條檢測器拖曳電纜18C。如前所述，本領(lǐng)域中已知的電磁勘探包括對地下覆蓋層施加時變磁場；并檢測由所施加的時變場與地下覆蓋層中的各種構(gòu)造物相互作用而引起的磁場。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另一個實(shí)施例，它包括用于這些目的的磁場產(chǎn)生和檢測裝置。圖5示出穿過水體11的勘探船10，在該勘探船10上具有記錄系統(tǒng)12，如上文參照圖1所說明。船10拉動合適的勘探電纜14穿過水11。在本實(shí)施例中，在勘探電纜14的末端拖曳環(huán)形天線17。該環(huán)形天線17可以耦合到記錄系統(tǒng)12中與參照圖1所說明的勘探電流源類似的勘探電流源。在圖5的實(shí)施例中，當(dāng)電流流過環(huán)形天線17時，感應(yīng)產(chǎn)生磁場。如圖5所示的天線17產(chǎn)生垂直磁偶極，但是其它實(shí)施例中也可以利用其它偶極取向。在天線17的尾端，與參照圖4所說明的轉(zhuǎn)換接頭和遙測裝置類似的轉(zhuǎn)換接頭和遙測裝置18A可以用于將勘探電纜14的末端耦合到拖曳電纜18C，基本上如參照圖4所說明的。拖曳電纜18C耦合到至少一個檢測器118，并且優(yōu)選耦合到沿拖曳電纜位于隔開的位置的多個這樣的檢測器(與圖1所示類似)。圖5中的檢測器118內(nèi)可以包括一個或多個磁場傳感器元件(磁力計)，并且可以包括也可以不包括如參照圖2所說明的電流電極。檢測器118的結(jié)構(gòu)基本上與上文參照圖2所說明的結(jié)構(gòu)類似，特別是包括設(shè)置成使紊流的產(chǎn)生最小并且使其沿拖曳方向以外的方向的運(yùn)動最小的外殼。下文將對磁力計作出說明，它檢測由所施加的電磁場與地下覆蓋層20相互作用而引起的磁場，并且產(chǎn)生相應(yīng)信號，這些信號可以記錄在記錄系統(tǒng)12內(nèi)或其它位置，以便用于判讀。利用所檢測到的磁場的各個方面來推斷地下覆蓋層20中的各種構(gòu)造物的結(jié)構(gòu)和組成。如果本實(shí)施例中使用磁力計，那么檢測器外殼優(yōu)選由基本上為非磁性的材料制成。當(dāng)然，參照圖2所說明的塑料組合物就具有這些性質(zhì)。如果不在檢測器118的任何部分上設(shè)置電極，那么檢測器外殼可以(但不一定)具導(dǎo)電性，但它應(yīng)當(dāng)是非磁性的。這些實(shí)施例中可以使用蒙乃爾合金之類的材料。本實(shí)施例的檢測器118可以包括上文參照圖2所說明的外殼的任何或所有特征，前提條件是將檢測器118設(shè)置成使紊流和沿拖曳方向以外的方向的運(yùn)動最小。參照圖6，如圖5所示的檢測器中可以使用電路136，該電路136可以包括一個或多個磁力計。電路136的大多數(shù)組件可以與上文參照圖3所說明的電路大體類似，它包括ADC144、前置放大器142、電源140和遙測收發(fā)器146。本實(shí)施例可以包括一個或多個磁力計，如M1、M2、M3所示。磁力計M1、M2、M3可以是磁通門裝置，如用于檢測地球的地磁場的裝置或類似裝置。為方便起見，圖6中的磁力計M1、M2、M3可以基本上相互垂直地取向，或者也可以是其它取向。磁力計M1、M2、M3的信號輸出耦合到插入在它們與前置放大器142之間的多路器147的相應(yīng)輸入端子。多路器147可以包括另外的輸入端子，如示為E1的輸入端子，如果任何特定實(shí)施例中使用一個或多個電極，那么該輸入端子E1耦合到這個或這些電極。在本實(shí)施例中，檢測器(圖5中的118)中可以同時使用如參照圖2所說明的電極和至少一個磁力計。本實(shí)施例的檢測器(圖5中的118)還可與如圖1所示的電場產(chǎn)生裝置一起使用。在這些實(shí)施例中，磁力計M1、M2、M3檢測由時變電場與地下覆蓋層(圖1中的20)中的各種構(gòu)造物相互作用而引起的磁場。與特定實(shí)施例無關(guān)，不管是產(chǎn)生電場并檢測電壓，或是感應(yīng)并檢測磁場，或其任意組合，通過使水紊流和檢測器沿拖曳方向以外的方向的運(yùn)動最小，都將使傳感元件檢測到的噪聲最小，這本質(zhì)上可以增強(qiáng)在檢測器移動時進(jìn)行電磁勘探的能力。這些勘探技術(shù)可以提高電磁勘探的速度和效率。盡管上文就有限幾個實(shí)施例描述了本發(fā)明，但得益于本公開的本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，可以在不偏離本文所公開的本發(fā)明的范圍的情況下設(shè)想其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)只能由所附權(quán)利要求限制。權(quán)利要求1.一種海洋電磁勘探系統(tǒng)檢測器，包括由基本上不導(dǎo)電的材料形成的外殼，所述外殼的形狀經(jīng)過設(shè)計以便提供用于放置電極的表面，當(dāng)所述外殼移動穿過水時，所述電極位于基本上層狀流動的水中，所述外殼的形狀經(jīng)過設(shè)計以便對穿過的水流提供最小的阻力；耦合到所述外殼并從所述外殼向外突出的翼片，所述翼片的形狀經(jīng)過設(shè)計以便使所述外殼穿過水的運(yùn)動保持穩(wěn)定，并且每個翼片為拖曳電纜提供附接位置，所述翼片關(guān)于所述外殼對稱設(shè)置；以及設(shè)置在所述表面上的電極，所述電極由基本上為非金屬的導(dǎo)電材料形成。2.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其特征在于，所述電極包括石墨。3.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其特征在于，所述外殼定義其中具有電壓測量電路的內(nèi)部腔室。4.如權(quán)利要求3所述的檢測器，其特征在于，所述電路包括設(shè)置成選擇性地耦合在設(shè)置于拖曳電纜上隔開位置處的多個檢測器中的兩個檢測器的相應(yīng)電極之間的電壓測量電路。5.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其特征在于，所述外殼包括纖維增強(qiáng)塑料。6.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其特征在于，所述外殼包括通常為橢圓形的中部和通常為圓錐形的尾部。7.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其特征在于，所述外殼包括至少兩個穩(wěn)定器，所述穩(wěn)定器在靠近所述尾部的位置耦合到所述外殼，并且設(shè)置在所述外殼的相對兩側(cè)上。8.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其特征在于，所述外殼定義至少一個內(nèi)部隔間，所述隔間內(nèi)填充有基本上不可壓縮的不導(dǎo)電流體，所述隔間的體積和所述流體的密度經(jīng)過選擇用于使所述外殼在水中具有基本上中性的浮力。9.一種海洋電磁勘探系統(tǒng)，包括配置成拖曳至少一對隔開的檢測器的勘探船，每個檢測器包括由基本上不導(dǎo)電的材料形成的外殼，所述外殼的形狀經(jīng)過設(shè)計以便提供用于放置電極的表面，當(dāng)所述外殼移動穿過水時，所述電極位于基本上層狀流動的水中，所述外殼的形狀經(jīng)過設(shè)計以便對穿過的水流提供最小的阻力，每個檢測器包括耦合到所述外殼并從所述外殼向外突出的翼片，每個翼片的形狀經(jīng)過設(shè)計以便使所述外殼穿過水的運(yùn)動保持穩(wěn)定，并且每個翼片為拖曳電纜提供附接位置，所述翼片關(guān)于所述外殼對稱設(shè)置，每個檢測器包括設(shè)置在所述表面上的電極，所述電極由基本上為非金屬的導(dǎo)電材料形成；以及兩個基本上共面的平行拖曳電纜，所述拖曳電纜由所述勘探船拖曳，并且各自耦合到每個外殼上的所述附接位置的一個附接位置，所述拖曳電纜配置成在所述兩個外殼之間傳導(dǎo)信號。10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電極包括石墨。11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼定義其中具有電壓測量電路的內(nèi)部腔室。12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電路包括設(shè)置成選擇性地耦合在設(shè)置于拖曳電纜上隔開位置處的多個檢測器中的兩個檢測器的相應(yīng)電極之間的電壓測量電路。13.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼包括纖維增強(qiáng)塑料。14.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼包括通常為橢圓形的中部和通常為圓錐形的尾部。15.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼包括至少兩個穩(wěn)定器，所述穩(wěn)定器在靠近所述尾部的位置耦合到所述外殼，并且設(shè)置在所述外殼的相對兩側(cè)上。16.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼定義至少一個內(nèi)部隔間，所述隔間內(nèi)填充有基本上不可壓縮的不導(dǎo)電流體，所述隔間的體積和所述流體的密度經(jīng)過選擇用于使所述外殼在水中具有基本上中性的浮力。17.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合到每個檢測器的拖曳電纜基本上共面，并且關(guān)于每個檢測器對稱設(shè)置。18.一種電磁勘探檢測器，包括設(shè)置成被拖曳穿過水體的外殼，所述外殼的形狀經(jīng)過設(shè)計以便使當(dāng)所述外殼穿過所述水時引起的紊流最小，所述外殼的形狀經(jīng)過設(shè)計以便使其沿拖曳方向以外的方向的運(yùn)動最?。灰约芭c所述外殼相關(guān)的電場傳感元件和磁場傳感元件中的至少一個傳感元件。19.如權(quán)利要求18所述的檢測器，其特征在于，所述外殼由基本上不導(dǎo)電的材料形成。20.如權(quán)利要求19所述的檢測器，其特征在于，所述至少一個傳感元件包括電極。21.如權(quán)利要求18所述的檢測器，其特征在于，所述外殼由基本上為非磁性的材料組成。22.如權(quán)利要求21所述的檢測器，其特征在于，所述至少一個傳感元件包括磁力計。23.如權(quán)利要求18所述的檢測器，其特征在于，所述外殼包括耦合到所述外殼并從所述外殼向外突出的翼片，所述翼片的形狀經(jīng)過設(shè)計以便使所述外殼穿過水的運(yùn)動保持穩(wěn)定，并且每個翼片為拖曳電纜提供附接位置，所述翼片關(guān)于所述外殼對稱設(shè)置。24.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼包括纖維增強(qiáng)塑料。25.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼包括通常為橢圓形的中部和通常為圓錐形的尾部。26.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼包括至少兩個穩(wěn)定器，所述穩(wěn)定器在靠近所述尾部的位置耦合到所述外殼，并且設(shè)置在所述外殼的相對兩側(cè)上。27.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼定義至少一個內(nèi)部隔間，所述隔間內(nèi)填充有基本上不可壓縮的不導(dǎo)電流體，所述隔間的體積和所述流體的密度經(jīng)過選擇用于使所述外殼在水中具有基本上中性的浮力。28.一種用于海洋電磁勘探的方法，包括使場源發(fā)生器移動穿過水體；在選定的時間，使電流流過所述場源發(fā)生器，并在所述發(fā)生器處，在所述水體底部以下的構(gòu)造物中感應(yīng)時變磁場和時變電場中的至少一種場；使至少一個傳感元件沿拖曳方向移動穿過所述水體；以及利用所述傳感元件來檢測由感應(yīng)場與所述構(gòu)造物相互作用而引起的磁場和電場中的至少一種場，執(zhí)行所述移動以便使所述水中的紊流最小，并且使所述傳感元件沿所述拖曳方向以外的方向的運(yùn)動最小。29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述檢測包括測量兩個相互隔開并移動穿過所述水的傳感元件之間的電壓，每個傳感元件的移動使所述水中的紊流最小，并使所述傳感元件沿所述拖曳方向以外的方向的運(yùn)動最小。30.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述檢測包括測量磁場的性質(zhì)。31.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述感應(yīng)包括感應(yīng)垂直偶極磁場。32.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述感應(yīng)包括感應(yīng)水平偶極電場。全文摘要一種用于海洋電磁勘探系統(tǒng)的檢測器包括外殼，該外殼設(shè)置成使得將外殼拖曳穿過水體時的紊流最小，并且使外殼沿拖曳方向以外的任何方向的運(yùn)動最小。該外殼包括與它相關(guān)的電場和磁場傳感元件中的至少一個傳感元件。文檔編號G01V3/00GK101046517SQ20071009363公開日2007年10月3日申請日期2007年3月29日優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日發(fā)明者R·S·L·滕漢恩,R·J·M·馬特森,P·G·克里斯泰德特,M·F·卡爾松,U·P·林奎斯特,P·A·戴維松申請人:Pgs地球物理公司