(57)【要約】  炭化水素貯留層を含む地層の構成を検出するように構成された海中探査データを処理し、変換して写像化する方法を提案する。該方法はａ）制御された信号源による海底探査、及びそれによって該海底の地層中で励起された電磁応答値を測定するステップと、ｂ）前記電磁応答値を分析し、前記測定した応答値の滑らかな曲線での近似させるステップと、  ｃ）前記電磁応答値の第１の導関数の決定するステップと、ｄ）前記近似及び前記第１の導関数の比抵抗値対深さのグラフへ変換するステップと、ｅ）炭化水素貯留層を含む地層の構成をイメージングし、写像化するために前記グラフを適用するステップと、ｆ）逆写像化のベースモデルを構築する場合の前記グラフの適用するステップとを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底炭化水素探査からの電磁データをイメージングし、変換して写像化する方法であって、
ａ）制御された信号源による海底探査、及びそれによって該海底の地層中で励起された電磁応答値を測定するステップと、
ｂ）前記電磁応答値を分析し、前記測定した応答値の滑らかな曲線での近似させるステップと、
ｃ）前記電磁応答値の第１の導関数の決定するステップと、
ｄ）前記近似及び前記第１の導関数の比抵抗値対深さのグラフへ変換するステップと、
ｅ）炭化水素貯留層を含む地層の構成をイメージングし、写像化するために前記グラフを適用するステップと、
ｆ）逆写像化のベースモデルを構築する場合の前記グラフの適用するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電磁応答値が、時間領域で測定されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記測定された時間応答値を滑らかな曲線で近似するステップに追加の情報及び制約条件を使用することを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記第１の導関数を決定するステップに追加の情報及び制約条件を使用することを特徴とする、請求項1乃至３いずれか1記載の方法。
【請求項５】
比抵抗値対深さのグラフに加えて、見掛け比抵抗値対時間のグラフが構築されることを特徴とする、請求項1乃至４いずれか1記載の方法。
【請求項６】
見掛け比抵抗値対時間のグラフと比抵抗値対深さのグラフが両方とも、炭化水素貯留層を含む地層の構成のイメージング及び写像化に使用されることを特徴とする、請求項1乃至５いずれか1記載の方法。
【請求項７】
逆写像化の基礎モデルを構築する場合に比抵抗値対深さのグラフ及び第１の時間導関数が使用されることを特徴とする請求項1乃至6いずれか1記載の方法。
【請求項８】
前記周波数領域で逆写像化の基礎モデルを構築する場合、電磁応答値を測定し、第１の導関数を計算して使用することを特徴とする、請求項1乃至７いずれか1記載の方法。
【請求項９】
電磁海底炭化水素探査データをイメージングし、変換して写像化する請求項１から８いずれか１項記載の方法を実施するために、インストールされた機械可読命令を有することを特徴とするコンピュータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素貯留層を含む地層の構成を写像化する目的で電磁場データを分析、処理及び変換する方法に関する。本発明の１つの用途は、ＴＥＭＰ−ＶＥＬ／ＯＥＬ炭化水素探査システムを適用することにより海底探査中に測定した電磁場データをイメージングし、逆写像化することである。
【背景技術】
【０００２】
ＴＥＭＰ−ＶＥＬ（＝過渡電磁海底探査−鉛直電気ケーブル）及びＴＥＭＰ−ＯＥＬ（＝過渡電磁海底探査−直交電気ケーブル）炭化水素探査システムが、それぞれノルウェー特許第３２３８８９号及びノルウェー特許出願第２００６５４３６号に記載されている。その内容は、参照により全体を本明細書に組み込むものとする。
【０００３】
既存の電気・制御信号源電磁探査（ＣＳＥＭ）法による炭化水素探査方法では、通常、フィールドデータを提示し、視覚化する簡略化した定性的形態に基づき、炭化水素貯留層が局地異常として識別される。海底炭化水素探査の結果をイメージングし、写像化する場合、又はデータを逆写像化し、解釈する場合、研究者は「・・・分析とは、取得した測定結果を、貯留層及びその上の表土（overburden）の状態に関する周知の特性に基づく数学シミュレーションモデルの結果と比較することを含む」（Ｅｉｄｅｓｍｏ他、２００６（米国特許第７，０２６，８１９号））のような一般的な言葉にとどめることがある。
【０００４】
Ｓｒｎｋａ（１９８６（米国特許第４，６１７，５１８号））は、多少の距離だけ隔置された電極で２つ以上の周波数にて電場を測定し、それを使用して、海底から様々な深さに位置する領域の一部の平均比抵抗値を決定することを提案している。これは実際には、陸で広く使用されている一般的な方法、すなわちＶＥＳ法の説明である。
【０００５】
Ｅｉｄｅｓｍｏ他（２００２）、Ｅｌｌｉｎｇｓｒｕｄ他（２００２）、Ａｍｕｎｄｓｅｎ他（２００４）、Ｊｏｈａｎｓｅｎ他（２００５）などは、任意の周波数で任意のプロファイルに沿って測定した電磁場応答値が、地中炭化水素貯留層が存在すると推定されるか、存在することが知られている領域の外側に位置する任意の基準点にて測定した応答に合わせて正規化されているので、最も簡単な変換を使用している。この方法は、送信機の構成及び送信機電流の強度を排除するという利点を有するが、この方法の異常値は、基準点における応答に依存し、基準点における電場の振幅が小さいことにより、非常に粗くなることがあり得る。また、この変換は分解能が低く、電気探査の一般的なパラメータ、すなわち比抵抗値や深さではなく、電場の無次元値で表現された探査結果を表す。
【０００６】
Ｗｒｉｇｈｔ他（２００６（欧州特許第１４２５６１２号））は、その発明で、「・・・地層のインパルス応答の・・・多チャンネル過渡測定（ＭＴＥＭ）を実行し、それを表示するか、又はこのようなインパルス応答の変換を実行し、比抵抗コントラストの表示を生成する」ことを提案している。この発明で可能な変換に関する説明はない。
【０００７】
測定した場のフィールドデータを変換するために、往々にして見掛け比抵抗が使用される。見掛け比抵抗は、海底構造の十分な知見を提供するので、電磁場に対して有意な利点を有する。
【０００８】
見掛け比抵抗の値は通常、（所与の送信機／受信機構成によって構成され）現地試験で登録したものと同じインパルス応答値を有する均質な半空間の比抵抗値として決定される。
【０００９】
海洋の用途では、Ｅｄｗａｒｄｓ他（１９８４）が、
【数１】
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として見掛け比抵抗値の形態でイメージングしたデータでのＭＯＳＥＳ法を提案している。ここで、ρ０は海水の比抵抗、ｄは水深、Ｉは送信機からの電流、ｒは送信機と受信機間の距離、Ｈφは海底で測定した磁場のアジマス（方位角）成分である。この式は、幾つかの制限がある。すなわち、送信機の鉛直ケーブルの長さが水深に等しく、第１の地殻層の平均比抵抗値と海水のそれとの比率が１０より大きい場合に有効である。したがって式は浅水域でのみ有効であり、深水域では良好な近似を生じない。
【００１０】
見掛け比抵抗に関する別の式がＷｏｌｆｇｒａｍ他（１９８６）によって提案されている。すなわち
【数２】
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である。この式は、上部電極が無限大にあり、浅水域、すなわちｄ／ｒ＜１０で有効である。
【００１１】
Ｃｈｅｎ及びＯｌｄｅｎｂｕｒｇ（２００６）は、ＥｄｗａｒｄとＷｏｌｆｇｒａｍの式を両方とも有意に改良し、半無限電極によって励起された２層構造の、より一般的な１次元地層基準モデルを考察した。それらの式は、磁場の半分析項に基づき、浅水域と深水域の両方で使用することができる。
【００１２】
電気探査では、時間領域で作用する方法が、炭化水素の標的に関しては直流又は交流方法より高い分解能を提供することが分かっている。以下では、ＥＭ測深を時間領域で、特にＴＥＭＰ−ＶＥＬ／ＯＥＬ法（Ｂａｒｓｕｋｏｖ他、２００７（国際公開第２００７／０５３０２５号））で評価することにする。ここで提案するように、何らかの修正の後、その方法及びアルゴリズムは周波数領域と直流の両方の測深に使用することができる。
【００１３】
時間領域では、同質半空間の応答値が、可能であれば任意の時間τで分析的に、又はその前後の時間では漸近公式を使用して計算される（Ｋａｕｆｍａｎｎ及びＫｅｌｌｅｒ、１９８３；Ｓｐｉｅｓ及びＦｒｉｓｃｈｋｎｅｃｈｔ、１９９１；Ｗｉｌｔ及びＳｔａｒｋ、１９８２；他）。過渡電気双極子−双極子の設定では、Ｅｄｗａｒｄｓ（１９９７）が式
【数３】
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を提案し、この式は電場応答値を見掛け比抵抗値に変換する。ここでＥｒは電気双極子送信機から距離ｒに配置された受信機が測定した電場のインライン成分、ＩΔＩは送信機のモーメントである。この式は水深、ケーブルの実際の長さ、時間遅れを考慮していない。何故なら、これは第１の地殻層の平均比抵抗値と海水のそれとの比率が１０より大きいと仮定しているからである。なお、これらの条件が、変換の可能性を制限していることは明白である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、従来技術の欠点の少なくとも１つを解消又は低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的は、以下の説明及び特許請求の範囲に記載の特徴によって解決される。
【００１６】
ここでは、任意の電流によって励起され、任意の受信機によって測定された１次元２層基準モデルに基づく海底ＣＳＥＭ探査データの高速イメージング及び逆写像化方法を提案する。
【００１７】
第１の態様では、本発明は特に、海底炭化水素探査からの電磁データをイメージングし、変換して写像化する方法に関し、この方法は、以下のステップを含むことを特徴とする。
ａ）制御された信号源による海底探査、及びそれによって海底の地層中で励起された電磁応答値の測定を実行するステップと。
ｂ）上記電磁応答値を分析し、測定した応答値を滑らかな曲線で近似させるステップと。
ｃ）上記電磁応答値の第１の導関数を決定するステップと。
ｄ）上記近似及び上記第１の導関数を比抵抗値対深さのグラフに変換するステップと。
ｅ）上記グラフを使用して炭化水素貯留層を含む地層の構成をイメージングし、写像化するステップと。
ｆ）逆写像化のベースモデルを構築する場合に、上記グラフを使用するステップとからなる。
【００１８】
電磁応答値の測定は、時間領域で測定することができる。
【００１９】
上記測定された時間応答値を滑らかな曲線によって近似するステップでは、追加の情報及び制約条件を使用することができる。
【００２０】
上記第１の時間導関数を決定するステップでは、追加の情報及び制約条件を使用することができる。
【００２１】
比抵抗値対深さのグラフに加えて、見掛け比抵抗値対時間のグラフを構築することができる。
【００２２】
見掛け比抵抗値対時間のグラフ及び比抵抗値対深さのグラフは両方とも、炭化水素貯留層を含む地層の構成のイメージング及び写像化に使用することができる。
【００２３】
逆写像化のベースモデルを構築する場合に、比抵抗値対深さのグラフ及び第１の導関数を使用することができる。
【００２４】
周波数領域で逆写像化のベースモデルを構築する場合に、電磁応答値を測定し、第１の導関数を計算して、使用することができる。
【００２５】
第２の態様では、本発明は、上述した方法により電磁海底炭化水素探査データをイメージングし、変換して写像化する方法を実施するために、インストールした機械可読命令を有することを特徴とするコンピュータ装置に関する。
【００２６】
以下では、添付の図面で視覚化した好ましい実施形態の例について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】見掛け比抵抗値の曲線の構造図面を示す。
【図２】見掛け比抵抗値の写像化した結果を実際に示す。
【図３】ＴＥＭＰ−ＶＥＬ応答値の見掛け比抵抗値への変換を示す。
【図４】提案された方法により、シミュレーションした３次元応答関数（電圧）から受信したトロール領域を写像化し、比抵抗値対深さに変換した結果を示す。両方の図の矩形は、実際の貯留層の幾何学的な配置状態を示す。上図は「ロギング」法で、下図は「イメージング」法で断面を表す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
視覚化及び逆写像化方法は、下記の２段階で実行される。
【００２９】
段階１：見掛け比抵抗値ρａ（ｔ）の曲線を構築する。この段階は、３つの順次ステップで構成される。
【００３０】
ステップ１：測定した電磁応答値の近似及び第１の導関数の計算。
【００３１】
このステップは不安定であり、安定化を必要とする。安定化には幾つかの制約条件及び追加の情報を使用しなければならない。例えば、指数関数の重ね合わせによる場の近似（Ｂａｒｓｕｋｏｖ、Ｓｖｅｔｏｖ、１９８４）である。
【数４】
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ここで、Ｅ（ｓ）は、測定したデータから決定された指数関数型スペクトルである。第１の導関数はＥ（ｓ）及び（１）から計算される。
【００３２】
滑らかな曲線によってフィールドデータを近似した後、見掛け比抵抗値対時間の曲線で場の応答値を表すことが適切である−ステップ２。
【００３３】
ステップ２：見掛け比抵抗値対時間の曲線での応答値の表示。
【００３４】
最初に、見掛け比抵抗値の第１の近似を構築するために、全空間又は半空間又は２層モデルで近距離又は遠距離ゾーンの電磁場の挙動を表す漸近式を使用する。
【００３５】
ＴＥＭＰ−ＶＥＬ／ＯＥＬ法の場合、見掛け比抵抗値の第１の近似を計算するために、２層構造にわたる電場の最終ステージにおける漸近挙動に従って見掛け比抵抗値の計算に基づいて応答関数を表すことが非常に現実的である。
【数５】
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ここで、Ｐ＝ＴＲ＿ｌｅｎ＊ＲＥＣ＿ｌｅｎ（ｍ×ｍ）であり、ＴＲ＿ｌｅｎ及びＲＥＣ＿ｌｅｎはそれぞれ送信機ケーブル及び受信機ケーブルの長さであり、ｈ０＝水深−ＴＲ＿ｌｅｎ／２（ｍ）であり、ｔは時間（秒）であり、ｐｕｌｓｅはパルス電流の継続時間（秒）であり、Ｕはパルス電流（Ｖ／Ａ）に合わせて正規化された信号であり、μ０＝４π×１０−７Ｈ／ｍである。図１（三角形の場のドットでマークした滑らかな線の「フィールドデータ」）は、図の右上隅に示した条件からなる２層モデルに関する見掛け比抵抗値の曲線の例を示す。
【００３６】
ステップ３：応答関数の見掛け比抵抗値ρａ（ｔ）への変換。
【００３７】
測定した電圧（電場）を見掛け比抵抗値に変換する後のステージで有効である漸近式の使用は、早期ステージにおける応答関数（浅い深さ）の情報を失わせるが、早期ステージで有効な漸近式を使用すると、断面で深部にある構造に関する情報が失われる。
【００３８】
これらの欠点は、過渡プロセス全体で正確な式を使用する場合にはない。幾つかの簡単なケースでは、過渡プロセス全体で正確な式を見つけることが可能である。通常のケース（海中に任意に沈められ傾斜した電気ケーブルによって励起され、任意に沈められ傾斜した電気受信機ケーブルによって記録された２層構造）では、正確な式がなく、数値法しか使用することができない。
【００３９】
このケースでは、非線形方程式ｐ（ｔ）＝Ｆ（ｔ，ｈ１，ρ１，ρ２）を解くことによって見掛け比抵抗値が決定される。図１は、該非線形方程式ｐ（ｔ）を解くプロセスを示す。フィールドデータ（図中の円内）と同じ応答値（Ωｍ）を与える時間ｔにおける比抵抗値ρ２は、時間ｔにおける見掛け比抵抗値ρａとして認められる。逆写像化及び写像化の際には、時間のスケールを深さのスケールで置き換える。表面の深さは、有効（見掛けの）測深深さと見なされる。
【数６】
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【００４０】
全ての遅延で見られる見掛け比抵抗値の曲線は、プロセス全体に関する情報を含む。このような見掛け比抵抗値の曲線は、フィールドデータ対時間のイメージング及び写像化に使用し、これらのデータを曲線ρｔｒ（ｈａ）に変換（逆写像化）する基礎曲線として使用することができる。
【００４１】
図２は、正方形の標的について計算したＴＥＭＰ−ＶＥＬモデリングデータの逆写像化及び写像化に上述した方法を適用することを示す。Ｅｚ（ｔ）−「フィールド」データは、３次元プログラムによってシミュレーションされた。該シミュレーションモデルのパラメータは以下の通りである。すなわち水深は１ｋｍ、その比抵抗値は０．２８Ωｍに等しい。サイズが４×４ｋｍの正方形の測定部は、海底からｈ＝１ｋｍの深さに位置し、横比抵抗値Ｔ＝２０００Ωｍ２を有する（４０メートルの厚さ及び５０Ωｍの比抵抗値）。マップは、上述したアルゴリズムに従い、ｔ＝６秒の時間遅延で構築された。これで分かるように、標的の位置、サイズ及び形状が正確に決定される。
【００４２】
フレーズ２：見掛け比抵抗値ρａ（ｔ）の比抵抗値ρｔｒ（ｈａ）への変換（逆写像化）。
【００４３】
提案される変換アルゴリズムは以下の通りである。
【００４４】
見掛け比抵抗値の対数導関数をν＝ν（ｔ）と定義する。
【数７】
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【００４５】
核関数ｋ（ｔ）を下式の通りとする。
【数８】
2011527437.tif 000010
【００４６】
これで、任意の時間遅れｔの変換した見掛けの比抵抗値ρｔｒ（ｔ）は下式となる。
【数９】
2011527437.tif 000011
【００４７】
各関数ｋ（ｔ）及び係数ｍ＝３／２は、変換した見掛け比抵抗値の曲線の上昇する分枝における余分な増加、及び下降する分枝における余分な減少を補正するために使用される。任意の時間ｔにおける有効（見掛けの）深さｈａは下式のように計算される。
【数１０】
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【００４８】
関数β（ｒｅｓ）は比抵抗値と相似し、単位［Ωｍ］を有して、変換の分解能を制御するためにアルゴリズムに挿入される。β（ｒｅｓ）の値は、ρａ（ｔ）（「変換していない」見掛け比抵抗値）からρｔｒ（ｔ）までの範囲内で変更することができ、実質的に見掛け比抵抗値ρｔｒ（ｈａ）の曲線の形状を変更することができる。コントラストが低い媒体の場合はβ→ρｔｒ、コントラストが高い媒体の場合はβ→ρａ、中位のコントラストの媒体ではβ＝（ρｔｒρａ）１／２である。β（ｒｅｓ）におけるρｔｒとρａの関係は、特殊なパラメータ「ｒｅｓ」すなわち「変換の分解能」で調整される。
【００４９】
上述の方法は、測定された電圧応答値を電気的断面、すなわち比抵抗値対深さに変換し、実際に逆写像化問題への解決法を出す。これは、炭化水素貯留層を含む地層の構成を視覚化し写像化する簡単で迅速なツールを提供する。
【００５０】
図３は、ＴＥＭＰ−ＶＥＬ信号を、すなわち電圧対時間を見掛け比抵抗値対深さに変換した結果を示す。モデルのパラメータは、ｈ１＝３００ｍ、ρ１＝０．２８Ωｍ、ｈ２＝１４００ｍ、ρ２＝１Ωｍ、ｈ３＝４０ｍ、ρ３＝１００Ωｍ、ρ４＝２Ωｍである。
【００５１】
これで分かるように、変換した曲線は、モデルの区間を定性的に正確に表す。
【００５２】
図４は、提案された方法を炭化水素を対象物とした写像化に応用することを示す。トロール領域の簡略化したモデルに関して、ＴＥＭＰ−ＶＥＬ設定の３次元電圧応答値を計算し（Ｊｏｈａｎｓｅｎ他、２００５）、次に比抵抗値対深さに変換した。
【００５３】
提案された写像化方法は、対象物の正確な位置、サイズ及び深さを生成することが明白であり、対象物の下にある多少の反射は、深さの連続関数として小さく薄い標的層を近似した結果である。
【００５４】
構築されたモデルは、３次元逆写像化の良好な基礎モデルとして使用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５５】
【特許文献１】米国特許第３２３８８９号
【特許文献２】米国特許出願第２００６５４３６号
【特許文献３】米国特許第４，６１７，５１８号
【特許文献４】米国特許第００５２６８５  Ａ１号
【特許文献５】米国特許第００４８１０５  Ａ１号
【特許文献６】米国特許第６，６２８，１１９  Ｂ１号
【特許文献７】米国特許出願第２００６／１３２１３７号
【特許文献８】米国特許第７，０２６，８１９号
【特許文献９】国際公開ＷＯ０１／５７５５５号
【特許文献１０】国際公開ＷＯ０２／１４９０６号
【特許文献１１】国際公開ＷＯ０３／０２５８０３号
【特許文献１２】国際公開ＷＯ０３／０３４０９６号
【特許文献１３】国際公開ＷＯ０３／０４８８１２号
【特許文献１４】国際公開ＷＯ２００４／０４９００８  Ａ１号
【特許文献１５】国際公開ＷＯ２００６／０７３３１５号
【特許文献１６】欧州特許ＥＰ  １  ４２５  ６１２号
【特許文献１７】国際公開ＷＯ２００７／０５３０２５号
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【図１】
2011527437.tif 000013
【図２】
2011527437.tif 000014
【図３】
2011527437.tif 000015
【図４】
2011527437.tif 000016
【国際調査報告】
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2011527437.tif 000018