(57)【要約】【課題】  海底における地質構成の横方向の変化を測定する垂直電界の能力を利用することができるシステムおよび方法を提供する。【解決手段】  海底の電気伝導度の地図を作成するシステムは、複数のデータ記録装置を組み込み、それぞれのユニット（１００）は水平の電界および磁界を測定するため海底位置の設置されるのに適している。ユニット組立体に強固に取り付けられ垂直方向に伸びるのは、実質的に剛体のアーム（１５８）で、垂直方向に離れて配置される電極（１６０、１６２）が、垂直方向を向いた双極子アンテナを生成するようにアームに取り付けられる。電極は組立体内に配置される増幅器と電気的な通信を行い、増幅器は増幅した信号を発生させて組立体内に配置されるデータ記録装置に提供する。プロセッサは時系列的に増幅された電界および磁界信号を、予め設定された期間にわたって収集する。
2005530135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底の電気伝導度をモデル化するシステムにおいて、システムは海底の種々の位置に設置される複数のユニットから構成され、それぞれのユニットは、
海底の水平電界の測定に適合した枠を備えた組立体と、
枠に取り付けられ、枠から上方に伸びる垂直な延長部と、
双極子を形成するため、垂直延長部の海底上の固定した高さに垂直方向に距離を置いて配置し、それぞれの電極は組立体内の増幅器と電気的通信を行う複数の電極と、
から構成されるシステム。
【請求項２】
第２の電極と対となる下側の電極が、枠より上の高さに配置される請求項１に記載するシステム。
【請求項３】
垂直の延長部が、枠に取り付けられた実質的に剛体のアームから構成される請求項１に記載するシステム。
【請求項４】
実質的に剛体のアームは、１ないし２ｍの範囲の長さを有する請求項３に記載するシステム。
【請求項５】
請求項３に記載するシステムにおいて、さらに、
枠に取り付けられ枠から伸びるケーブルと、
ケーブルの端末に配置される浮子と、
第３の電界信号を発生するためケーブルに垂直方向に距離を置いて配置された対の電極から構成され、かつ、第２の垂直双極子は第１の垂直双極子よりも実質的に長く、少なくとも第１の増幅器の１つと電気的な通信を行う第２の垂直双極子と、
から構成されるシステム。
【請求項６】
垂直延長部はケーブルから構成され、さらにケーブルの端末に配置された浮子から構成される請求項１に記載するシステム。
【請求項７】
請求項１に記載するシステムにおいて、さらに、
枠に互いに直交して水平に配置される少なくとも２つの磁界誘導センサと、
少なくとも１つのハウジングに配置され、それぞれの誘導センサによって発生する磁界信号を増幅するため誘導センサと電気的通信を行い、かつ電源に接続され、データ記録プロセッサに増幅された磁界信号を提供する第２の増幅器と、
から構成されるシステム。
【請求項８】
海底の電気伝導度をモデル化するシステムにおいて、システムは海底に設置される複数のユニットから構成され、それぞれのユニットは、
海底に設置するに適した枠と、
第１の対の電界信号を発生するため互いに直交する方向に向いて枠から伸びる１対の水平双極子と、
枠から伸びる垂直の延長部と、
第２の電界信号を発生する垂直な双極子を形成するため、垂直の延長部に沿って垂直方向に距離をおいて配置される１対の電極と、
第１および第２の電界信号のそれぞれを増幅するため、水平および垂直の双極子と電気的通信を行う、低い入力インピーダンスおよび高いゲインを有する少なくとも１つの第１の増幅器と、
第１のそれぞれの増幅器と増幅された電界信号を受信するため電気的通信を行い、その代表的なデータを記憶するデータ記録プロセッサと、
データ記録プロセッサをシステム内の別のユニットにおけるデータ記録プロセッサと同期して操作するための時計装置と、
データ記録装置、時計装置および第１および第２の増幅器との電気的通信の電源と、
海水中の腐食および圧力抵抗に適合した、データ記録プロセッサ、時計装置、第１の増幅器および電源を収納する少なくとも１つのハウジングと、
ユニットを海底に設置するための手段と、
ユニットを海底から回収するための手段と、
から構成されるシステム。
【請求項９】
一対の第２の電極の下側の電極が、枠より上の高さに設置される請求項８に記載するシステム。
【請求項１０】
垂直な延長体が、枠に取り付けられた実質的に剛体のアームである請求項８に記載するシステム。
【請求項１１】
実質的に剛体であるアームは１ないし２ｍの範囲の長さを有する請求項１０に記載するシステム。
【請求項１２】
請求項１０に記載するシステムにおいて、さらに、
枠に取り付けられ枠から伸びるケーブルと、
ケーブルの端末に配置される浮子と、
第３の電界信号を発生するためケーブルに垂直方向に距離を置いて配置された対の電極から構成され、かつ第２の垂直双極子は第１の垂直双極子よりも実質的に長く、少なくとも第１の増幅器の１つと電気的な通信を行う第２の垂直双極子と、
から構成されるシステム。
【請求項１３】
垂直な延長体はケーブルによって構成され、さらにケーブル端末に配置された浮子から構成される請求項８に記載するシステム。
【請求項１４】
請求項８に記載するシステムにおいて、さらに
枠に互いに直交して水平に取り付けられる少なくとも２つの磁界誘導センサと、
少なくとも１つのハウジング内に配置され、それぞれの誘導センサによって発生された磁界信号を増幅するため、誘導センサと電気的通信を行う、かつ、電源に接続され、増幅された磁界信号をデーテ記録プロセッサに提供する第２の増幅器と、
から構成されるシステム、
【請求項１５】
海底の電気伝導度をモデル化する方法において、海底の関心のある地域の種々の位置に複数のユニットを設置し、それぞれのユニットは、
海底の水平電界の測定に適合した枠を備えた組立体と、
枠に取り付けられ、枠から伸びる垂直な延長部と、
第１の垂直双極子を形成するため、垂直アーム上に垂直方向に距離を置いて配置され、それぞれの電極は組立体内の増幅器と電気的通信を行う複数の電極とから構成され、かつ、
垂直アームは電極が海底上の固定点に配置されるよう実質的に剛体であり、
水平および垂直の電界を予め選定したスペクトル範囲にわたって検出し、
複数のユニットのそれぞれが検出した電界に対応するデータを収集し、
収集したデータを使用して抵抗のモデルを作成する方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載する方法において、さらに、
枠より上のケーブルに第２の垂直双極子を延長させ、第２の垂直双極子は第１の垂直双極子よりずっと長くし、
検出のステップは、第２の垂直双極子を使用して第２の垂直電界の検出を含む方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６の何れかに記載する方法において、さらに、
ＥＭ送信機を関心のある地域内で海底に近く曳航し、
検出ステップはＥＭ送信機によって発生した電界の検出から構成される方法。
【請求項１８】
組立体はさらに磁界の測定に適したものである請求項１５に記載する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本申請は、２００２年６月１１日に提出された米国仮特許出願第６０／３８７７８４号に基づく優先権を主張する。この出願は、現在特許第５７７０９４５が付与された米国特許出願第０８／６７０９３９号に関連するものである。両方の出願の開示内容は、その全体が参照としてここに包括される。
【０００２】
技術分野
本発明は、海底の電気伝導度を地磁気地電流または制御電源電磁調査によって測定することに関するものである。
【０００３】
背景技術
地磁気地電流（ＭＴ）法は、水面下の岩石の電気抵抗または電気伝導度を求めるため、自然に発生している電磁界の測定を使用する確立された技術である。ＭＴ調査は、表面のインピーダンスを明確に定める電界および磁界の直角成分の時系列測定を使用する。広い帯域の周波数および広い表面を観測して得られたこのインピーダンスは、送信線の範囲と数理的に類似している地球の水平層を含めた表面の下における電気伝導度の分布を決定する。水面下の物質の抵抗に影響を与える主要な要素は、温度、圧力、液体の飽和、構成、組織、成分および電気化学的パラメータである。抵抗の情報は地図を作成するための主要な層序単位に使用することが可能で、相対的な多孔性を決定するか、または地質的な判定を支援する。ＭＴ調査の重要な適用は石油の探査である。ＭＴ調査は地震、重力および磁気的なデータの調査に加えて実施される。２つ以上の異なった調査方法によるデータの組合せは、特に適用した技術を使用した測定が不適切な構成な場所に対して、単一の技術のみを使用したものより、水面下の構成をより完全に理解することができる。例えば、塩、玄武岩または炭酸塩の下に埋蔵された沈積物などの特定の構成においては、地震特性および生産性が劣る。これらの構成は強度の反射および反響が発生し、埋蔵された沈積物のイメージを得ることは音響的な方法のみでは困難である。他方では、ＭＴ法は人工的に発生させた地震に対する反応の測定ができないので、反射によって誘起される誤差を低減するため、地震法に変わって利用するか、地震法と組み合わせて使用する。
【０００４】
ＭＴ法は地上においては石油探査を目的として永年にわたって使用されてきたが、海洋大陸棚の探索への適用は最近である。遠隔参考データの取得、確実なデータの処理および多次元のモデル化および転換が、ＭＴ調査から得られた信号に対して有意義な応答を生み出すために必要とされてきた。
【０００５】
海底のＭＴデータを収集する能力は、最近著しく進歩した。過去において、海底の地図作成に対するＭＴの限定された使用の主な理由は、１０００秒より短い期間に海底において電界および磁界電力の著しい消耗を生じさせる、海水による高周波の急速な減衰である。しかし、石油の探査に関連した深さにおける大陸棚の構成の地図作成に有用とするためには、ＭＴ測定は０．１ないし１０００秒の期間に行わなければならない。本発明者はこの困難性に対して、１９９８年６月２３日に開示された米国特許第５７７０９４５号に開示された「石油探査のための海底地磁気地電流システムおよび方法」と題するシステムおよび方法を開発して対処してきており、この特許を本出願とともに指定し参照としてここに包括する。当該特許に開示されたシステムおよび方法は、石油調査において関心のある海底地質構成の地図を作成するため、水平方向の電界および磁界測定を利用する。開示されたシステムおよび方法によって提供された重要な改善は、１Ｈｚのレベルの高周波を使用することによって、従来の技術と比較して石油の探査により適合させたことである。
【０００６】
水平電磁界のみの測定は、地質構成の詳細な地図を作成するために望ましい情報の一部しか提供されない。垂直電界は地上表面には存在しないが、海洋には存在する。従って、海底探査のためＭＴ技術を充分に活用するためには、地質構成の横方向の変化に特に鋭敏な垂直地磁気地電流インピーダンスの測定を実施することが有利である。垂直電界を測定するより前の試みは、騒音の多い制約された計測器、例えば船舶の後方に曳航される可撓性ケーブルに間隔を設けて取り付けた電極である。例えば、スルンカ（Ｓｒｎｋａ）による米国特許第４０４７０９８号、またはデウィッテ（ＤｅＷｉｔｔｅ）による米国特許第２８３９７２１号を参照すること。これらの従来技術によるシステムも、上述の海底石油探査への適用に対する周波数の制約によって低周波増幅機を使用している。
【０００７】
米国特許第５７７０９４５号に説明される計測器の追加的使用は、電磁（ＥＭ）的送信機が海底か海底の近くであることが好ましい、海水中に設置されるか曳航される制御電源電磁的調査のためのものである。送信される信号の振幅および位相は、水面下の岩石または流体の電気的抵抗を求めるために使用される。制御ＥＭ電源法は、当業界では良く知られており、非常に浅い海水から深い海水までの海底における電気伝導度の地図の作成に対しほぼ日常的に使用され、５ｋｍの水中で３０ｋｍにおよぶ海底浸透深さを達成している。しかしこれらの既知の方法は、垂直電界の水面下の海底における構成の横方向の変化を測定する能力を認知し、および／または利用することに失敗している。
【０００８】
従って、海底における地質構成の横方向の変化を測定する垂直電界の能力を利用することができる、システムおよび方法の必要性が残されている。
【０００９】
発明の概要
垂直地磁気地電流インピーダンスを測定する海底地磁気地電流システムおよび方法を提供することが、本発明の１つの目的である。
【００１０】
地質構成の横方向の変化に特に鋭敏な水中海底地図作成用の方法およびシステムを提供することが本発明の別の目的である。
【００１１】
さらに、電磁的送信機に反応して発生する垂直電界の測定によって、水中海底地図作成用の方法およびシステムを提供することが本発明の目的である。
【００１２】
代表的な実施態様において、地質調査のため複数の調査ユニットのシステムで使用する調査ユニットは、海底データ記録装置が設置される海底の位置に近接して、安定した方法で支持される垂直に配置された電極から構成される構造物を構成する。構造物は絶縁材料から製作され、１つの形態では海底のデータ記録装置に強固に固定される。電極は増幅器に結合され、増幅器は増幅された信号を記録するデータ記録装置に接続される、高いゲイン、低い入力インピーダンスの高周波増幅器であることが好ましい。この構成要素の組み合わせは、制御されたＥＭ電源によって発生された電界の垂直成分の測定に適用されるか、または垂直地磁気地電流インピーダンスを計算するため、垂直電界および水平電界または水平磁界間の伝達関数を使用してもよい。測定された制御信号の値または地磁気地電流インピーダンスは、海底の地質構成を推定するため使用することができる。
【００１３】
本発明の１つの面において、海底の電気伝導度の地図作成システムは複数のデータ記録装置ユニットを構成し、それぞれのユニットは水平電界および水平磁界測定のため海底に設置する組立体から構成される。ユニット組立体に強固に取り付けられ垂直方向に伸びるのは、それぞれの電極がユニット組立体より上に位置するように垂直方向に配置された、複数の電極を有する垂直方向に向いた実質的に剛体のアームである。電極は組立体内に配置された増幅器と電気的に通信し、増幅器は増幅した信号を発生し、同じく組立体内に配置されたデータ記録プロセッサに提供する。プロセッサは時間系列で増幅された電界および磁界信号を予め規定した時間、例えば数百秒ないし数日にわたって収集する。検出された電界は自然発生したものか、または制御された電磁（ＥＭ）電源を使用して人工的に発生させたものである。
【００１４】
１つの実施態様において、第２の複数の垂直方向に配置された電極が取り付けられたケーブルが組立体に取り付けられ、取り付け位置はユニットの上部であることが好ましい。第２の複数の垂直方向に配置された電極が、組立体より高いレベルでほぼ垂直の方向に浮上するように、少なくとも１つの浮子がケーブルに取り付けられる。この第２の電極のグループは、データ収集のためデータ記録プロセッサに信号を提供するため、組立体の第２の増幅器と電気的に通信する。
【００１５】
本発明の別の面において、海底の電気伝導度をモデル化する方法が提供され、この方法は下記により構成される複数のユニットを海底の関心のある地域の種々の位置に設置する方法であって、それぞれのユニットは、海底の水平電界および水平磁界を測定するのに適合する枠を有する組立体、枠に取り付けられ枠から伸びる垂直アーム、第１の垂直双極子を形成する垂直アームに垂直に間隔を置いて配列される複数の電極、から構成され、それぞれの電極は組立体内の増幅器と電気的に通信し、垂直アームは実質的に剛体で電極を海底上の固定位置に配置し、予め選定したスペクトルにわたって水平および垂直電解を検出し、複数のユニットのそれぞれから検出した電界に対応するデータを収集し、収集したデータを使用して抵抗のモデルを作成する。
【００１６】
本発明の構成および操作の方法に関して、図面に関連した以下の説明を参照することによりより深く理解されるであろう。
【００１７】
地質構成の横方向の変化に特に鋭敏な水中海底地図作成用の方法およびシステムが提供される。
【００１８】
好ましい実施の形態の詳細な説明
本発明によれば、地質調査システムは海底の構成地図作成に関心のある領域内の海底上の異なる位置に配置される、複数の調査ユニットから構成される。一般的に調査ユニットは、例えばクレーンまたは伸長できるアームを備えた、ユニットの効率的な操作のために選定された船舶から配置される。それぞれのユニットに蓄積されたデータは、処理のために収集される。このようなシステムの設置に関する説明の詳細は、特許第５７７０９４５号に述べられおりここでは繰り返しを避ける。ここで説明するすべての材料および述べられた寸法を含むユニットは、実験的な目的のため発明者によって製作された試験ユニットに対応し、調査ユニットをどのように製作することができるかの例を提供している。従って以下の代表的な実施態様に対する詳細な説明は、制約することを意図したものではない。
【００１９】
図１および２は、本発明のシステムおよび方法を海底に設置するための、調査ユニット１００の代表的実施態様を示している。代表的実施態様において、調査ユニット１００は一般に４つの主要構成要素にグループ化される。第１の構成要素である記録ユニットは、多チャンネルのデジタルデータ記録プロセッサ、磁界ポスト増幅器および電界増幅器を備え、そのすべてが第１の水密圧力ケース１１２に内蔵される。第２の構成要素は第２の水密圧力ケース１１４で、音響操作／放出システム１１６を内蔵している。当業者には明らかなように、記録ユニットおよび操作／放出システムは１つの水密圧力ケース内に組み合わせるか、または電子的計測器を収納するため２つ以上の水密容器を使用することができる。従って、ここで説明した構成要素を２つの圧力ケースに分割することは、例として示しただけで制約すれることを意図したものではない。
【００２０】
第３の構成要素は、５ｍ長さの支柱１３９−１４２の先端に装着された４つの銀−塩化銀（Ａｇ−ＡｇＣｌ）電極１１８−１２１、および垂直アーム１５８の長さに沿って異なった位置に配置される銀−塩化銀（Ａｇ−ＡｇＣｌ）電極１６０、１６２である。第４のユニットは磁気誘導コイルセンサ１２２−１２４である。システムのすべての要素は耐食性プラスチック、例えばポリエチレン、およびアルミニウムまたはステンレス鋼の枠１３８に、浮揚のためのガラス球１２６および海底に設置するための固定装置１２８とともに装着されるかまたは取り付けられる。吊り上げ横木１０２は枠１３８の上部または枠と一体化されて、設置および回収時の取り扱いに便利となるよう取り付けられる。
【００２１】
図３を参照すると、代表的な実施態様において圧力ケース１１２は、耐食のため陽極酸化し塗装され、Ｏリングによってシールされた端部キャップ付きの内径が１５ｃｍのアルミニウム管から構成される。当業者においては明白な、異なった寸法および材料を使用してもよい。圧力ケース１１２の１つの端部キャップには遠隔センサ１１８−１２１、１６４、１６６に接続するケーブルとの接続用高圧水中用コネクタが設けられている。全体のシステムは６０００ｍ（最大８０００ｐｓｉ．）までの深さの水圧に耐えることができる。代表的な実施態様において、マサセーチュッシュ州のノース  ファルマウス（Ｎｏｒｔｈ  Ｆａｌｍｏｕｔｈ）にあるビリングス  インダストリ（Ｂｉｌｌｉｎｇｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ）またはベンソス  インコーポレーテッド（Ｂｅｎｔｈｏｓ  Ｉｎｃ．）から入手できる４個の１３インチの浮揚ボールがユニットに取り付けられる。代りにマサセーチュッシュ州のアボンダール（Ａｖｏｎｄａｌｅ）にあるキューミング  コーポレーション（Ｃｕｍｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手できるシンタクチックフォーム浮子、またはその他の合成物の浮子をガラスの代りに使用してもよい。追加の浮子が枠１３８の上部に取り付けられ贅索漂遊線用の浮子１２７としての役目を果たす。回収ストロボ灯（図示されていない）およびラジオ送信機（図示されていない）が浮子１２７内に収納され、海面での調査ユニット１００の位置の特定および回収を容易にしても良い。
【００２２】
圧力ケース１１４は圧力ケース１１２と同様な方法で製作され、別の電気的構成要素との電気的通信用ケーブルと接続することができる適切な端子を備えている。大形のガラス球を含む別の形式の圧力ケースを使用しても良い。
【００２３】
圧力ケース１１２は、操作中に計測器を損傷から保護するため枠１３８に支持される。枠１３８はさらに浮子１２６、音響操作／放出システム１１６を収納する圧力ケース１１４、磁力計コイル１２２−１２４、電極支柱１３９−１４２および組立体の底を形成するコンクリート固定装置を支持している。
【００２４】
音響放出システム１１６は、記録期間の終わりにユニット１００を海底から開放する手段を備えている。１つの実施態様では、機械的開放装置１１０、１１１が固定装置１２８をユニットのそれ以外の部分から切り離すことに使用することができ、開放された構成要素を回収のため海面に浮き上がらせる。ベンソス  インコーポレーテッド（Ｂｅｎｔｈｏｓ  Ｉｎｃ．）製を含む、バーンワイヤおよびその他の技術による多数の水中音響放出システムが市場で入手することができ、この目的に使用することができる。
【００２５】
水平電界または地電流センサは、接地された双極子アンテナである。代表的な実施態様において、支柱１３９−１４２は２インチ程度の直径を持つ５ｍ長さの半剛体プラスチック（例えばＰＶＣまたはポリプロピレン）製パイプである。パイプは、電極１１８−１２１を内部に配置し、例えばユニットの設置および回収などの取り扱い時に保護されるような充分な太さを持つことが好ましい。絶縁された銅導線（図示されていない）が、電極１１８−１２１を増幅器に接続するためパイプに沿って敷設される。代りに支柱１３９−１４２は、１ｃｍないし２ｃｍまたはそれ以上（０．５ないし１．０インチまたはそれ以上）の直径を持つガラスファイバまたはその他の耐久性のある一体の棒で形成しても良い。適切な直径の選定は使用される材料の種類による。代替実施態様においては、電極１１８−１２１はそれぞれの支柱の外側に保持され、増幅器に接続する絶縁導線は棒の外側に沿って敷設され、支柱の長さの数点においてクランプまたはケーブル結束などの結束体を使用して固定することが好ましい。
【００２６】
支柱を「Ｘ」形に形成することによって、２つの直交する１０ｍの双極子が製作される。重要な点は、双極子の希望する長さに対応する支柱全体の長さを設けることであるので、２本の１０ｍの支柱を用いて同じ効果を達成することができる。当業者にとっては明らかなように、異なった長さの双極子アンテナも使用されることがある。双極子端部の接地はＡｇ−ＡｇＣｌ電解液充填電極１１８−１２１によって行われる。
【００２７】
垂直電界検出に対し、好ましい実施態様においては円筒チューブである垂直アーム取り付け体１６０が、海底に対して垂直方向に枠１３８に取り付けられる。垂直アーム１６２は取り付け体１６０に挿入され、枠１３８およびユニット１００の電気的構成要素の上に垂直に伸びることができるように適切な固定装置によって固定される。垂直アーム１６２は管または棒の形状の実質的に剛性の材料である。望ましい剛性を得るため、アーム１６２はポリカーボネート樹脂例えばレクサン（Ｌｅｘａｎ（登録商標））または類似の耐久性のあるプラスチックから形成することが好ましい。ＰＶＣ（ポリビニールクロライド）、ポリプロピレンなどのその他の材料は、強化されるかまたは増加された剛性を与える材料で充填すれば使用できると思われる。第１および第２の垂直方向に変位した電極１６４および１６６は、垂直アーム１６２の長さに沿って異なる点に、垂直方向に向いた双極子アンテナを形成するため配置される。電極１６４および１６６は銀−塩化銀電極、すなわち水平電磁界の測定に使用される電極と同じものから構成されることが好ましく、絶縁導線１６８（図２に示されている）およびケーブル１６９によって、電子装置収納ハウジング１１２に収納されているデータ記録装置１０４にそれぞれ接続される。好ましい実施態様において、両方の電極１６４、１６６はアーム１６２の内部に保持され、偏向された水平電磁界による品質低下を低減し、調査ユニット１００の本体内の金属およびプラスチック部品との近接による歪みを避けるため、下側の電極１６４はユニット１００の本体より高い高さに設置する。電極１１６は垂直アーム１６２の末端かまたはその近くに配置することが望ましい。
【００２８】
一般に、垂直電界測定電極設置される位置と記録装置およびユニットの枠などの騒音源からの距離が離れている程、信号における騒音の比率は改善される。しかし、水中におけるアームの運動は別の騒音源である。従って、垂直アーム１６２は、海水中の潮流その他の動きによる過度の動揺を生じることなく、ユニット組立体１００からの電極の距離を最大とするよう選定した長さおよび剛性としなければならない。さらに、垂直アームの長さはユニットの配置を妨害する程長くしてはならない。好ましい実施態様においては、垂直アーム１６２は１ないし２ｍ程度の長さを備えている。
【００２９】
概略的に図３に示す別の実施態様において、追加の垂直電界測定は、垂直方向に配置された第２の一対の電極１９２、１９４を備えた可撓性ケーブル１９０をユニット１００に追加して取り付けることによって行われる。ケーブルがユニットの上に浮揚するように、１つ以上の浮子１９６がケーブル１９０に取り付けられる。第１の垂直双極子のように、下側の電極は組立体のその他の部分からの騒音を低減するため、枠より高い高さに配置しなければならない。増幅器に接続する絶縁導線１９８は、ケーブル１９０に沿ってその外側または好ましくは内側を、またはケーブルを取巻くスリーブまたはカバーを通る。垂直に配置された第２の一対の電極１９２、１９４は、垂直電界測定用の第２の双極子アンテナとして機能する。ケーブルを使用することによって遥かに長い双極子を作成することができ、電極を剛体のアームによって実現される寸法に比べてずっと離れて配置することができる。前述のように、アンテナが長いほどシグナルノイズ比（ＳＮＲ）は改善されるが、水中における電極の動きは追加的な騒音を引き起こす。従ってＳＮＲを最適化するため、第２の垂直アンテナ配列における長さの選定には妥協が必要である。代表的な実施態様において、ケーブル１９０は、第２の配列によって形成される双極子アンテナを１０ｍ程度とするために充分な長さとする。ＳＮＲが希望する測定に対して充分であれば、３０ｍ以上の長さのケーブルも使用される。
【００３０】
ホバーステン，ジー．エム．（Ｈｏｖｅｒｓｔｅｎ，Ｇ．Ｍ）、エッチ  エフ  モリソン（Ｈ．Ｆ．Ｍｏｒｒｉｓｏｎ）およびエス  コンステーブル（Ｓ．Ｃｏｎｓｔａｂｌｅ）によって、論文の表題「石油探査用海洋地磁気地電流、パートＩＩ：サブソルト（塩基性塩）分解能（resolution）の数値解析」Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ、６３巻、Ｎｏ．３（１９９８）８２６−８４０ページに説明されているような伝達関数が、垂直電界測定から垂直地磁気地電流インピーダンスを求めるために使用される。当業者は別の伝達関数を、本発明の目標を達成するため使用してもよいことを認めるであろう。一般に伝達関数は、振幅および位相成分を有する、測定された垂直電界の測定された水平電界または水平磁界に対する比である。垂直電界データは水平電界および／または水平磁界は単一のＭＴ値を得るために組み合わせることができる。これは水平電界の水平磁界に関する普通は２×２複合マトリックスＭＴテンソルの寸法を、垂直成分を含む大きなテンソルに効果的に拡大することによって達成することができる。一方テンソルの個別の構成要素を、分析において考慮することができる。代表的な実施態様において、結果の判定はＭＴデータの判定用の市場で入手できるソフトウエアパッケージにより、正方向（１、２および３次元）および／または逆方向（１および２次元）のモデル化を使用して実施することができる。このようなソフトウエアパッケージの例は、テキサス州のオースチン（Ａｕｓｔｉｎ）にあるジオツールズ  コーポレーション（Ｇｅｏｔｏｏｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）およびコロラド州のゴールデン（Ｇｏｌｄｅｎ）にあるインタープレックス  インコーポレーションン（Ｉｎｔｅｒｐｌｅｘ  Ｉｎｃ．）から入手できるジオツールズ（Ｇｅｏｔｏｏｌｓ（登録商標））ＭＴソフトウエアである。
【００３１】
再び図１を参照すると、磁界センサ１２２、１２４（磁力計）は、地上のＭＴ調査にも使用される多ターン複合金属鉄心コイルに類似したものである。好ましい実施態様において、コイルは重量を軽減するためアルミニウム線を使用して形成されるが、コイルを製作するのに適した別の導線、例えば銅を使用しても良い。地磁気地電流電源磁界は、好ましくは０．００１Ｈｚから１０Ｈｚまでの幅広い周波数スペクトルにわたって測定される。それぞれの磁気センサ１２２、１２４は、ほぼ６ｃｍの直径で１．３ｍ長さを持ち、枠１３８に直交して配置されるアルミニウムの圧力ケース１５０、１５２に包まれる。２つの磁界コイルを使用して、重量、浮力および安定度のデータを記録することができる。３つのコイルを使用してＨｘ、Ｈｙ、Ｈｚを測定するため直交して配置した場合は、全部の３次元磁気ベクトルを記録することができる。
【００３２】
それぞれの磁力計１２２、１２４からの信号は、特許第５７７０９４５号に説明されるチョッパ増幅器１０６（図４に示される）に入力される。増幅器によって得られるゲインは約１０５である。
【００３３】
データ記録プロセッサ１０４は、適切なインターフェイスを備えたＣＰＵおよび記憶装置のような分離した構成要素との組み合わせ、または市場で入手できる地球物理計測器に使用するよう適合させたデータ記録装置である。適切なデータ記憶プロセッサの選定基準は、当事者には既知である。図４に示されるように、圧力ケース１１２内に保持されているデータ記録プロセッサ１０４は、６つの構成要素の操作用に構成されている。データ記憶装置は、図示されるようにハードディスクドライブ２１４によって設けられるか、または別のＲＡＭ装置のような大容量記憶装置である。海洋における電界測定用の水平双極子アンテナは、ＡＣ結合電極１１８−１１９および１２０−１２１によって形成され、それぞれ高ゲイン増幅器１０８、１１０に入力する。磁力計コイル１１２−１２４によって発生した信号は増幅するため増幅器１０６に供給される。垂直双極子アンテナは、ＡＣ結合電極１６４および１６６によって形成され、増幅器１０８、１１０と同じ形式の増幅器２０８に入力する。さらにＤＣ電位の測定のため、これらのアンテナは地球の磁界によって生成される電磁誘導から生ずる垂直電磁界を測定する。電磁界の変化は海面下の構成の層内における横方向のコントラストによるものである。
【００３４】
非常に低い騒音（＜０．１３ｎＶ／Ｈｚ１／２）および高いゲイン（１０４ないし１０６）での操作に対して設計された増幅器１０８、１１０および２０８は、それぞれの電界に対応する出力をデータ記憶プロセッサ１０４に発生する。高ゲイン増幅器についてのこれ以上の詳細は特許第５７７００９４５号に述べられており、ここでは繰返さない。
【００３５】
ＭＴ測定に加え、調査ユニット１００は水中深く牽引される計測器、すなわち制御された電磁信号を送信する「制御されたＥＭ電源」から送られる人工的に発生させた信号を測定するために使用することができる。適切なＥＭ送信機の例は、海底近くに近接（１０ないし１００ｍ）して牽引され、１０２ないし１０３アンペアの電流を海水中に流す１００ないし５００ｍの水平電気双極子である。このような送信機は、コンステーブル  エス（Ｃｏｎｓｔａｂｌｅ．Ｓ）およびコックス  シー．エス（Ｃｏｘ、Ｃ．Ｓ）によって、「海洋制御電源電磁測深２．ペガサス実験」Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ、Ｒｅｓ．１０１（１９９６）５５１９−５５３０ページに説明されている。送信機は電界記録装置から１０ｍないし１０ｋｍ離れた距離で牽引される。電極１６４および１６６の間の電位は、送信される信号に適した周波数スペクトルにわたって検出される。このスペクトルは多数の不連続の周波数で０．１ないし１００Ｈｚであることが好ましい。範囲および周波数の関数としての制御された電源送信の振幅および位相は、海底の地質的構成を推定するために使用される。制御されたＥＭ電源測定は、周波数領域に代わって時間領域で行っても良く、この場合不連続の周波数は迅速な送信信号の開閉によって置き換えられる。
【００３６】
地磁気地電流は電気伝導特性を解明する場合、制御されたＥＭ電源技術よりもすぐれている。一方、制御されたＥＭ電源調査は抵抗特性を解明する場合に優れている。従って、特に玄武岩などの抵抗の低い岩石の地域で、優れた解像度を得るためには、２つの技術を組み合わせることが好ましい。
【００３７】
本発明の方法によれば、調査ユニット１００は海底の構成をモデル化するのに関心のある地域内で、海底の種々の位置に設置される。一般的に調査ユニットはユニットを効率的に取り扱うために適した船舶、例えばクレーンまたは延長可能なアームを備えた船舶によって設置される。調査ユニット間の代表的な間隔は、数１０ｍないし数ｋｍで、どこでも１５ないし１００ユニットが設置される。数時間ないし数週間程度の予め設定した期間後に、それぞれの調査ユニットの固定装置からの開放が船舶からの音響信号によって開始され、調査ユニットは回収のため海面に浮上する。データを収集する期間はデータ収集速度およびデータ処理ユニットのデータ記録容量による。それぞれのユニットに蓄積されたデータは収集され、分析およびデータ出力のため処理システムに送信される。好ましい実施態様において、データの判定は関心のある地域の構成の抵抗、または見かけの抵抗の１つ以上のモデルを製作するために実施される。
【００３８】
明らかに本発明の範囲および要旨内であるが、上記で説明されなかった追加の実施態様があることは明らかである。従って、上記の説明および図面は例として示したもので、本発明の範囲は添付した請求項により限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】水平および垂直電界センサおよび水平磁界センサを備えた調査ユニットの概略俯瞰図である。
【図２】本発明により構築され、海底に設置されたシステムの側面図である。
【図３】代替実施態様による垂直電界測定用の調査ユニットの概略図である。
【図４】本発明による記録ユニットの代表的実施態様のブロックダイアグラムである。
【図１】
2005530135.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年12月31日(2003.12.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底の電気伝導度をモデル化するシステムにおいて、システムは海底の種々の位置に設置される複数のユニットから構成され、それぞれのユニットは、
複数の電極を支持する枠を備え、海底に設置するよう構成された組立体と、
枠に関して垂直に離れて互いに装着され双極子を形成するそれぞれの電極が、海底付近に存在する垂直電界によって誘起される信号を備えた出力と電気的に通信する一対の電極と、
から構成されるシステム。
【請求項２】
一対の電極における下側の電極が、枠より上の高さに配置される請求項１に記載するシステム。
【請求項３】
一対の電極が、枠に取り付けられた実質的に剛体のアームに配置される請求項１に記載するシステム。
【請求項４】
実質的に剛体のアームは、１ないし２ｍの範囲の長さを有する請求項３に記載するシステム。
【請求項５】
さらに枠に関して垂直に離れて互いに装着され第２の双極子を形成し、第２の双極子におけるそれぞれの電極が、海底付近に存在する垂直電界によって誘起される信号を備えた第２の出力と、電気的に通信する第２の一対の電極とから構成される請求項１に記載するシステム。
【請求項６】
さらに、第２の対の電極間間隔が、第１の対の電極間間隔より実質的に長い第２の双極子が取り付けられ、枠に結合されるケーブルから構成される請求項５に記載するシステム。
【請求項７】
電極が枠に取り付けられたケーブルに装着され、さらにケーブルの末端に取り付けられた浮子から構成される請求項１に記載するシステム。
【請求項８】
さらに、少なくとも２つ磁界誘導センサが水平に互いに直交して枠に取り付けられる請求項１に記載するシステム。
【請求項９】
海底の電気伝導度をモデル化するシステムにおいて、システムは海底に設置される複数のユニットから構成され、それぞれのユニットは、
海底に設置するに適した枠と、
第１の対の電界信号を発生するため互いに直交する方向に向いて枠から伸びる１対の水平双極子と、
第２の電界信号を発生用の垂直な双極子を形成するため、枠から垂直に伸び、互いに垂直に変位して垂直方向に距離をおいて配置される１対の電極と、
第１および第２の電界信号のそれぞれを増幅するため、水平および垂直の双極子と電気通信を行う、低い入力インピーダンスおよび高いゲインを備えた少なくとも１つの第１の増幅器と、
第１のそれぞれの増幅器と増幅された電界信号を受信するため電気的通信を行い、その代表的なデータを記憶するデータ記録プロセッサと、
データ記録プロセッサをシステム内の別のユニットにおけるデータ記録プロセッサと同期して操作させるための時計装置と、
データ記録装置、時計装置および第１および第２の増幅器との電気的通信の電源と、
海水中の腐食および圧力抵抗に適合した、データ記録プロセッサ、時計装置、第１の増幅器および電源を収納する少なくとも１つのハウジングと、
ユニットを海底に設置するための手段と、
ユニットを海底から回収するための手段と、
から構成されるシステム。
【請求項１０】
一対の第２の電極におけるの下側の電極が、枠より上の高さに設置される請求項９に記載するシステム。
【請求項１１】
垂直に変位する電極が、枠に取り付けられた実質的に剛体のアームに配置される請求項９に記載するシステム。
【請求項１２】
実質的に剛体であるアームは１ないし２ｍの範囲の長さを有する請求項１１に記載するシステム。
【請求項１３】
請求項１１に記載するシステムにおいて、さらに、
枠に取り付けられ枠から伸びるケーブルと、
ケーブルの端末に配置される浮子と、
第３の電界信号を発生するためケーブルに垂直方向に距離を置いて配置された第２の対の電極から構成され、かつ第２の垂直双極子は第１の垂直双極子よりも実質的に長く、少なくとも第１の増幅器の１つと電気的な通信を行う第２の垂直双極子と、
から構成されるシステム。
【請求項１４】
垂直に距離を置く電極がケーブルに配置され、さらにケーブル端末に配置された浮子から構成される請求項９に記載するシステム。
【請求項１５】
請求項９に記載するシステムにおいて、さらに
枠に互いに直交して水平に取り付けられる少なくとも２つの磁界誘導センサと、
少なくとも１つのハウジング内に配置され、それぞれの誘導センサによって発生された磁界信号を増幅するため、誘導センサと電気的通信を行い、かつ、電源に接続され、増幅された磁界信号をデーテ記録プロセッサに提供する第２の増幅器と、
から構成されるシステム、
【請求項１６】
海底の電気伝導度をモデル化する方法において、海底の関心のある地域の種々の位置に複数のユニットを設置し、それぞれのユニットは、
複数の電極を支持する枠を備え、海底の設置に適合するよう構成した組立体と、
第１の垂直双極子を形成するため枠に対して垂直方向に互いに距離を置いて配置され、双極子のそれぞれの電極は、海底に近く存在する垂直垂直磁界によって誘起される信号を備えた出力と電気的通信を行う一対の電極と、
から構成され、
水平および垂直の電界を予め選定したスペクトル範囲にわたって検出するためユニットを使用し、
複数のユニットのそれぞれが検出した電界に対応するデータを収集し、かつ、
収集したデータを使用して抵抗のモデルを作成する方法。
【請求項１７】
それぞれのユニットは、枠に取り付けられたケーブルに、第１の対の電極間における垂直変位より大きく互いに垂直に変位して装着した第２の対の電極を備え、第２の垂直双極子を形成する請求項１６による方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７の何れかに記載する方法において、さらに、
ＥＭ送信機を関心のある地域内で海底に近く曳航し、
検出ステップはＥＭ送信機によって発生した電界の検出から構成される方法。
【請求項１９】
組立体はさらに磁界の測定に適したものである請求項１６に記載する方法。
【請求項２０】
海底の電気伝導度を探査する方法において、
複数の位置において、それぞれの位置の垂直方向に向いた電界によって誘起された信号を提供するため、複数の垂直に変位させた電極を使用し、かつそれぞれの位置の信号と関連した測定値を得る方法。
【国際調査報告】
2005530135.tif 000007