使用受控源电磁勘探数据和地震数据的综合地层评测方法

摘要

一种确定大地地表下特性的空间分布的方法，包括在大地地表下的一个勘探区域上获得地震数据。基本上是在相同的勘探区域上获得受控源电磁勘探数据。对于该地震数据和电磁数据中的每个生成大地地表下的初始模型。其他数据可以包括重力、磁力、地震和任意类型的钻井数据。基于至少一个模型参数优化每个模型。确定该模型之间的一致性，并且调节该至少一个模型参数并且重复该优化和确定一致性步骤直到该模型一致。从该数据集连续获得约束并且对于可用的储备数据进行交叉检验。

说明书

发明背景

技术领域

本发明一般涉及受控源电磁勘探领域。更特别地，本发明涉及用于解释瞬时电磁勘探以及其他岩石数据以便能够更容易识别地表下(subsurface)特征的方法。

背景技术

电磁地理勘探包括“受控源”电磁勘探。受控源电磁勘探包括向大地表面下施加电流或磁场，测量设置在大地表面或海底之上或附近的电极、天线和/或磁力计中感应的电压和/或磁场。该电压和/或磁场响应于通过源施加到大地表面下的电流和/或磁场而感应产生。

本领域已知的受控源电磁勘探典型地包括向海底施加交流电流。该交流电流具有一个或多个选择的频率。这种勘探被称为频域受控源电磁(f-CSEM)勘探。例如，在Sinha，M.C.Patel，P.D.，Unsworth，M.J.，Owen，T.R.E.，and MacCormack，M.G.R.，1990，An active sourceelectromagnetic sounding system for marine use，MarineGeophysical Research，12，29-68中公开了f-CSEM勘探技术。其他公开了地表下电磁勘探的物理学和解释的公开文献包括：Edwards，R.N.，Law，L.K.，Wolfgram，P.A.，Nobes，D.C.，Bone，M.N.，Trigg，D.F.，and DeLaurier，J.M.，1985，Firstresults of the MOSES experiment：Sea sediment conductivity and thickness determination，Bute Inlet，British Columbia，by magnetometric offshore electrical sounding：Geophysics 50，No.1，153-160；Edwards，R.N.，1997，On theresource evaluation of marine gas hydrate deposits using thesea-floor transient electric dipole-dipole method：Geophysics，62，No.1，63-74；Chave，A.D.，Constable，S.C.and Edwards，R.N.，1991，Electrical exploration methods for the seafloor：Investigation in geophysics No.3，Electromagnetic methods inapplied geophysics，vol.2，application，part B，931-966；andCheesman，S.J.，Edwards，R.N.，and Chave，A.D.，1987，On thetheory of sea-floor conductivity mapping using transientelectromagnetic systems：Geophysics，52，No.2，204-217。

以下介绍公开了电磁地表下大地勘探的多个专利公开。授予Constable的美国专利第5770945号公开了一种用于海底石油勘查的(天然源)大地电磁(MT)系统。该公开的系统包括：第一防水压力箱，其包含处理器、AC耦合磁场后置放大器和电场放大器；第二防水压力箱，其包含声学导航/释放系统；安装在悬臂上的四个银-氯化银电极，和至少两个磁感应线圈传感器。这些部件被一起安装在塑料和铝框架上，与之相伴的还有漂浮装置和用于调度到海底的锚。该声学导航/释放系统用于通过响应于船载单元所发出的“砰砰”声来定位测量系统，并且接收启动与锚分离的释放命令，从而使得浮力组件(buoyant package)浮到海面上以恢复。用于检测电场的电极被配置成接地的偶极子天线。将该电极安装到框架上的悬臂被设置成X形布置以形成两个正交的偶极子。该两个正交的偶极子用于测量完整的向量电场。该磁场传感器是多匝的Mu金属核线圈，用于检测典型地用于基于陆地的MT勘探的频率范围内的磁场。该磁场线圈被装入防水压力箱中并通过高压防水电缆连接到记录组件。该记录单元包括用于放大从各个传感器接收的信号的放大器，然后将该信号提供到控制计时、记录、存储和电力切换操作的处理器。在该处理器的内部和/或周边提供临时和海量存储。

授予Srnka的美国专利6603313B1号公开了一种表面估计地表下的地质结构的储备特性的方法，其中首先使用该地表下地质结构附近的地质和地理数据来确定所选择的地表下结构上方、下方和水平邻近的位置和平均大地电阻率。然后使用该位置和平均大地电阻率确定电磁源的维数(dimensions)和探测频率，从而基本最大化在该地表下地质结构处传输的垂直和水平电流。接着，大约在该选择的地表下地质结构上方的表面或其附近激活该电磁源，并且利用接收器阵列测量电磁响应的多个成分。使用该地质和地理数据确定几何和电力参数约束条件。最后，使用该几何和电力参数约束条件处理该电磁响应以产生倒置的垂直和水平电阻率深度图像。可选地，可以将该倒置的电阻率深度图像与该地质和地理数据相结合来估计储备的流体和页岩(shaliness)特性。

授予Eidesmo等的美国专利6628110B1号公开了一种确定已知近似几何形状和位置的地下储备的性质的方法。该公开的方法包括：向包含该储备的地层施加时间变化电磁场；检测该电磁波场响应；和分析该储备对该检测场的特性所产生的影响，从而基于该分析来确定该储备的内容。

授予Strack的美国专利6541975B2号公开了一种用于产生穿透地层(earth formation)的钻井周围的构造的图像的系统。使用DC测量来测量该构造的电阻率，并且使用时域信号或AC测量来测量该构造的传导率和电阻率。还测量该构造的声速。DC电阻率测量、利用时域电磁信号完成的传导率测量、利用时域电磁信号完成的电阻率测量和该声速测量相结合以生成该地层的图像。

国际专利申请公开第WO0157555A1号公开了一种用于检测地下储备或确定地下储备的性质的系统，该地下储备的位置和几何形状可以从在先的地震勘探得知。利用海底的个发射器来施加电磁场，并且利用也在海底的天线来检测该电磁场。在该波场响应中寻找折射波成分以确定任何存在的储备的性质。

国际专利申请公开第WO03048812A1号公开了一种用于勘探在先识别为可能包含海底烃储备的区域的电磁勘探方法。该方法包括利用相对于相同或不同接收器在端点和舷侧对齐(aligned end-on andbroadside)的电磁源获得第一和第二勘探数据集合。该发明还涉及使用这种方法来设计勘探，以及分析勘探数据，考虑对于在接收器采集的信号的电流影响，与感应效应和信号衰减效应相对比，其高度依赖于在该勘探区域上覆盖的水、空气和岩层结构的局部特性。这样使用电磁勘探来识别烃储备和从其他结构类型中辨别它们的成功被认为是非常重要的。

授予Conti等的美国专利6842006B1号公开了一种用于获得地层的水下大地电磁(MT)测量的海底电磁测量设备。该设备包括一个中心结构，其具有与其枢轴连接的臂。该枢轴旋转臂使得能够容易地配置和存放该设备。电极和磁力计被附着到每个臂以分别测量电场和磁场，磁力计远离该中心结构从而不会探测到其中存在的电场。一种用于实施海底测量的方法包括与该结构相距一定距离来测量电场和在该同一位置测量磁场。

授予Rueter等的美国专利第5467018号公开了一种基岩勘查系统。该系统包括作为传输流中的突然变化而生成的瞬变，其通过发射器传输到大地的地表下。从而产生的感应电流由多个接收单元测量。该接收单元的测量值被传送到中央单元。在该测量点数字化和存储从该接收单元获得的测量值，并且利用一种遥测链接将该中央单元与该测量点相链接。通过该遥测链接，可以将该接收单元中的数据存储中的数据接连传送到中央单元。

授予Tasci等的美国专利第5563913号公开了一种用于提供沉积地表下的电阻率测量数据的方法和设备。该数据被用于显影和映射增强的异常电阻率图案。该增强的地表下电阻率图案与在沉积地表下的底层之下的各个深度的油阱和/或气阱相关，并且有助于寻找该油阱和/或气阱。该设备被设置在地表上，包括连接到具有一定长度导线和接地电极的发射器的发电机。当从发射点通过该发射器和导线发送具有较大振幅、较长周期的方波电流时，在地表下感应出次级涡流。该涡流感应地表下的磁场变化，其可以在大地表面用磁力计或感应线圈测量。在每个探测(sounding)点将该磁场变化接收和记录为时间变化的电压。从该测量的磁场信号的振幅和形状可以推导出地表下构造的电阻率变化信息，并且在应用适当的数学公式后绘成时间的函数。该探测点被以绘图(plot-like)方式布置以确保可以准备该地表下构造的电阻率变化的表面轮廓图(areal contour maps)和截面图。

本领域已知的f-CSEM技术的一个限制是它们通常被限制为相对较大的水深，即800-1000米左右，或者海洋水深与地表下储备深度(从海底测量的储备深度)的比率为大于大约1.5到2.0。

典型的f-CSEM海洋勘探可以描述如下。一艘记录船(vessel)包括连接到设置在海底附近的电极的电缆。该船上的一个电源为该电极充电以使得选定幅度的电流流经海底并进入海底以下的地层中。在距离该源电极选定距离(“偏移”)的位置，接收器电极被设置在海底上并且耦合到电压测量电路，其可以被包含在接收器中或设置在船上。然后分析被施加到该接收器电极上的电压以推断出地表下的地层的结构和电特性。

本领域已知的另一种电磁勘探地表下地层的技术是瞬时受控源电磁勘探(t-CSEM)。在t-CSEM中，以与f-CSEM相似的方式在大地表面上向大地施加电流。该电流可以是直流(DC)。在一个选定的时间，该电流被切断，并且典型地相对于选定的时间间隔上的时间在大地表面上测量所感应的电压和/或磁场。通过所感应的电压和/或磁场的时间分布来推断该地表下的结构。例如，在Strack，K.-M.，1992，Explorationwith deep transient electromagnetics，Elsevier，373pp.(1999年重印)中介绍了t-CSEM技术。

美国专利申请公开第2004/232917号涉及一种通过在大地表面上或附近进行多通道瞬时电磁(MTEM)测量来映射地表下电阻率对比的方法，其使用至少一个源、用于测量系统响应的装置和至少一个用于测量所产生的大地响应的接收器。来自该一个或多个源-接收器对的所有信号被处理以恢复大地的相应电磁脉冲响应，并且这种脉冲响应或者这种脉冲响应的任何变换被显示以形成电阻率对比的地表下表示。该系统和方法使得能够定位和识别地表下流体沉积物和监视这种流体的移动。替代地，该源电流可以以更复杂的方式变化，例如伪随机二进制数列，只要该电流在每个变化之后保持基本不变，并且足够长以使得涡电流基本衰减。

电磁勘探数据如果与地震和其他岩石勘探数据相结合以生成大地地表下的完整模型，将是非常有用的。特别地，地震数据响应于大地地表下的弹性速度和密度的差别。地震数据可以很容易用于识别在地层的孔隙内包含气体的地表下地层。对于辨别含有油的地层来说，地震数据不如EM数据有用，因为含油岩石中的地震能量速度基本上与含水岩石中相似。另一方面，由于油和水之间的导电率差别，电磁勘探数据很容易用于从含水构造中辨别出含油构造来。然而，由于油和气体具有相似的导电率，所以电磁勘探数据对于辨别含油构造和含气构造来说不很有用。因此，需要能够结合地震数据和电磁勘探数据，特别地，能够解决含有油、气和水的地表下地层的结构和流体内容。

本领域已知有用于结合各种勘探数据来获得大地地表下的“结合”或“组合”模型的方法。在授予Frenkel等的美国专利第5870690号中介绍了一个这种结合解释技术。在Frenkel等的5870690号专利中介绍的技术包括在希望的间隔上生成地层的初始模型。该初始模型包括多层，每层具有特殊的几何形状、电阻率、密度和声速。基于该初始模型根据特定的勘探设计来合成声学和电磁数据。根据该相同的勘探设计，确定该合成数据和测量数据之间的差别。调节该初始模型，并且重复合成该数据和确定差别的步骤直到该差别足够小为止，从而生成地层的最终模型。该调节步骤包括确定该地层的声速和电阻率之间的耦合关系，并且相对于该几何形状和耦合关系生成电阻率和声速的灵敏度函数的逆Jacobian矩阵。

应用Frenkel等的5870690号专利中公开的技术来结合解释地震和电磁勘探数据的一个限制是，每个数据集合是地表下构造的完全不同的响应特性的结果。由于该不同的响应特性，应用结合反转(jointinversion)以获得全局最小误差函数并进而得到最终模型会提供不是最优的结果，或者会代表物理不可能的地表下大地构成。因此，需要提供一种组合两个或更多勘探类型并且产生更好表示大地地表下实际条件的最终模型的解释·技术。

发明内容

本发明的一个方面是一种确定大地地表下特性的空间分布的方法，其包括在大地地表下的勘探区域上获得地震数据。基本上是在相同的勘探区域上获得受控源电磁勘探数据。对于该地震数据和电磁数据中的每个生成大地地表下的初始模型。基于至少一个模型参数优化每个模型。确定该模型之间的一致性，并且调节该至少一个模型参数并且重复该优化和确定一致性步骤直到该模型一致。

根据以下说明和所附的权利要求将会清楚本发明的其他方面和优点。

附图说明

图1A示出了使用水平电偶极子电流源和地震源的海洋瞬时电磁勘探系统。

图1B示出了使用垂直电偶极子电流源的海洋瞬时电磁勘探系统。

图2A示出了根据本发明设置在多个海底电缆中以用于采集勘探的t-CSEM传感器阵列。

图2B示出了可用于一些实施例中的地震采集系统。

图3示出了海底t-CSEM系统传感器的一个实施例。

图4示出了一种使用磁场来激励大地的替代性方式。

图5示出了根据本发明的方法的一个实施例的流程图。

图6示出了使用如参照图5所述的方法的大地结构和成分的综合分析的一个实施例。

具体实施方式

图1A示出了用于根据本发明各个方面的方法的海洋瞬时受控源电磁(t-CSEM)勘探系统的一个实施例。该系统包括勘探船10，其以预定模式沿着水体10(例如湖或海洋)的表面移动。该船10上包括总体表示为12的源激励、记录和导航设备，这里称为“记录系统”。该记录系统12包括可控电流源，用于对在其底部13附近的水11中拖行的电极16A、16B供电以向该水底13以下的地表下构造15、17施加电场。它还包含地震源9。该记录系统12包括用于随时确定该船10的大地位置(geodetic position)的设备，例如可以使用全球定位系统(GPS)接收器等来实现。该记录系统12包括用于传输来自一个或多个记录浮标22的信号的设备。该记录浮标22从设置在该水底13的多个t-CSEM传感器20中的每个接收并存储信号。该传感器可以沿着电缆18设置。电缆18可以是用于与布置在该水底的地震传感器相连接的类型，本领域称为“海底电缆”。该传感器20检测由流经电极16A、16B的电流在大地地表下感应的电场所产生的各种电场和/或磁场。下面将参照图3更具体地说明该传感器20。记录浮标22可以包括遥测设备(未单独显示)，用于将来自该接收信号的数据发送到船10，和/或可以本地存储该信号以用于该记录系统12或另一询问设备询问。

船10上的电流源(未单独显示)通过电缆14A耦合到电极16A、16B。该电缆14A被配置成使得电极16A、16B可以在水底13附近基本上水平拖行，如图1A所示。在本实施例中，该电极可以间隔大约50米，并且可以被供电以使得大约1000安培的电流流经该电极16A、16B。这是一个与在本领域已知的典型电磁勘探实践中使用100米长的发射偶极子和500安培电流产生的源矩等效的源矩。在任一种情况下该源矩可以是大约5×10⁴安培米。用于对发射电极16A、16B供电的电流可以是在等于零的时间索引处断开的直流(DC)。然而，应当认识到，该DC断开仅仅是可用于感应瞬时电磁效应的一种电流变化的方式。在其他实施例中，该电流可以被接通，可以从一个极性切换为另一极性(双极切换)，或者可以以伪随机二进制序列(PRBS)来切换或这种切换序列的任何混合派生来切换。PRBS切换的说明例如可以参见Duncan，P.M.，Hwang，A.，Edwards，R.N.，Bailey，R.C.，and Garland，G.D.，1980，Thedevelopment and applications of a wide band electromagneticsounding system using pseudo-noise source.Geophysics，45，1276-1296。

前面的说明是关于所谓“瞬时”受控源电磁(t-CSEM)勘探的方面。t-CSEM勘探相对于本领域技术人员所知的其它类型的CSEM勘探具有多个优点。其他实施例可以使用CSEM勘探的不同形式，例如频域勘探(f-CSEM)。

在本实施例中，当经过发射电极16A、16B的电流被切换时，在记录浮标22和/或记录系统12中记录由各个传感器20所检测的电场和/或磁场的时间索引记录，这取决于在记录浮标22和记录系统12中的记录和/或遥测设备的特定配置。

图1A所示的系统可以包括用于基本上在采集电磁勘探数据的同时采集地震数据的组件。在图1A中，勘探船10可以拖行地震能量源9例如具有本领域公知结构的气枪或气枪阵列。电缆18还可以包括地震传感器21，例如本领域已知的四部件类型，它包括三个地震检波器或类似的运动传感器，每个具有沿着不同方向定向的感测轴，以及响应于水压或其自身压力变化的水听器或类似传感器。在船10工作期间，记录系统12使得地震能量源9在选择的时间激活，并且向记录浮标22传导由传感器21检测的地震信号以便本地记录和/或传输到记录系统12中。

图1B示出了信号生成和记录的一个替代实施方式，其中发射电极16A、16B被布置成使得它们基本上沿着电缆14B垂直定向，配置成使得该电极16A、16B基本上垂直定向，如图1B所示。基本上如上参照图1A所述的一样，对电极16A、16B进行供电，检测和记录信号。

图2A示出了根据本发明的海底电缆18的一个典型布置，其上具有位于间隔位置的传感器20用于采集t-CEEM勘探。每个电缆18可以基本上在一个选定方向沿着一条线设置在要被勘探的一部分大地地表下的上方。每个电缆上的传感器20之间的纵向距离在图2A中用x表示，在本实施例中可以是大约100到200米。每个电缆18被显示为在对应的记录浮标22终止，如上参照图1A所述。电缆18优选地基本上互相平行，并且以表示为y的横向间隔分离。在本实施例中，y优选地基本上等于x，并且是大约100到200米。在进行勘探时，船10沿着水11的表面移动，记录系统12如上所述周期性地对发射电极16A、16B供电。在一些实施例中，该发射电极16A、16B被供电以使得船10在接连的传输之间移动大约100米。由各个传感器20检测的信号被记录有与电极16A、16B供电的时间相关的时间索引，从而可以进行关于大地地表下的结构和组成的推断。在本实施例中，船10被显示为基本上与电缆18平行地移动。在一个实施例中，当该船在平行于电缆18的方向上，基本上在水底13上每个电缆18的位置上方移动后，该船10会基本沿着水底13上每个电缆18上的相应传感器20的位置上方的航线横向于电缆18移动。下面将进一步解释该船10平行和横向移动的原因。在另一实施例中，接收器是自主节点(autonomous nodes)(或互连的海底电缆)。在海底拖缆(streamer)的实施例中，该数据可以通过一些形式的遥测发送到记录单元12或记录浮标22。这些节点可以包括其他地理传感器例如地震传感器和引力传感器。

因此，在本实施例中，在每个传感器20进行多次测量，每个表示该发射电极16A、16B相对于每个传感器20的独特几何形状。在一些实施例中可以使用该多次测量(其中每个测量具有发射器-传感器几何形状的独特布置)来产生各种形式的组合或“堆叠(stacked)”测量，从而改善使用t-CSEM测量所生成图像的质量。

还可以使用表面采集设备来采集本发明的各个实施例中使用的地震数据，如图2B所示。图2B所示的采集系统包括勘探船10和其上的记录系统12。船10可以在水中拖行一个或多个地震能量源9或这种源的阵列。该船10拖行多个地震拖缆23，每个在其上具有多个地震传感器21。该拖缆23被拖行设备保持为相对于彼此的横向位置，该拖行设备包括耦合到船10上的引入电缆25。该引入电缆25被扫雷器(paravanes)27A在水中的动作横向分离。该扫雷器27A被扩张电缆27以选定的横向间隔固定。该拖缆23被固定到扩张电缆27。地震传感器21A可以是水听器或其他压力或压力梯度传感器，或者可以是压力响应传感器。例如可以参见Tenghamn等提交的美国专利申请公开第2004/0042341号来获得对于“双传感器”拖缆及其应用的说明。其他实施例可以包括更多或更少的这种拖缆23。因此，上述地震数据采集系统的配置不是对本发明范围的限制。

图3更具体地示出了传感器20的一个实施例。传感器20被封闭在由致密、不导电、非磁性材料(例如高密度塑料)制成的壳体23中，从而使得该传感器20沉浸在水中并且停留在水底(图1A中为13)。电极26A、26B、28A、28B被设置在壳体23底部以使得它们接触水底(图1A中为13)。该电极被布置成偶极子对。一对26A、26B被沿着电缆(图2A中的18)的长度定向，并且沿着该电缆的方向测量电压。另一电极对28A、28B被横向于该电缆(图2A中的18)定向，并且测量横向于该电缆(图2A中的18)感应的电压。该电极对可以跨越大约1到10米的距离。该电极对26A、26B和28A、28B可以耦合到组合放大器/数字信号处理器24中以将检测到的电压转换为对应于选定时间点的电压幅度的数字字码。传感器20的本实施例可以包括沿着互相正交的方向定向的一个或多个磁力计30、32、34。在本实施例中，两个磁力计30、32可以被定向为使得它们的感测轴沿着与对应电极对26A、26B和28A、28B的偶极矩相同的方向定向。每个磁力计30、32、34的信号输出可以耦合到数字信号处理器24。该信号处理器24的数字信号输出可以耦合到记录浮标(图2A中的22)以传输到记录系统(图1A中的12)或者稍后被该记录系统(图1A中的12)询问。

图1A和图1B的实施例使用应用到电极的电流来向大地地表下施加电场。电场的一个替代方式是使用磁场，这将参照图4进行解释。在图4中，船10拖行连接到两个环路发射器17A和17B的电缆14C。第一环路发射器17包围了垂直于水底13的区域。记录系统12周期性地使得电流流经该第一环路发射器17A。该电流可以是与参照图1A所述相同的形式，包括切换DC、PRBS和交替极性DC。当电流变化时，具有沿着方向MA的偶极矩的瞬时磁场被施加到大地。在相同或不同的时间，向第二环路发射器17B施加电流。该第二环路发射器可以是螺线圈(solenoidcoil)的形式，具有沿着方向MB的磁矩。可以根据上面参照图2A所述的勘探模式来实现使用磁场环路发射器17A、17B的勘探。

图2A所示的系统还可以包括提供地震数据的采集，包括由勘探船10拖行的地震能量源9和设置在沿着电缆18的间隔位置上的地震传感器21。

前述实施例已经在海洋电磁勘探的情况下被进行了说明。应当清楚地认识到，前述实施例可以等效应用于在大地表面的陆地上实施的勘探中。当在大地表面的陆地上实施时，该传感器可以被配置成与图1所示基本相似的模式。勘探电流源可以以如图1A所示的电流形式应用在大地表面上，或者以如图4所示和参照其所述的磁场形式。为了限定本发明范围的目的，可以说把各种勘探设备设置在待勘探大地地表下区域的顶部。该大地地表下的顶部是在海洋勘探中的水底，和在基于陆地的勘探中的大地表面，或者在实施这种勘探的浮冰层顶部上。

作为本发明的一部分，可以采集地震数据以便近似研究与各种形式t-CSEM数据相同的地表下体积。有很多地震领域的技术人员公知的方式，其中任一种都可以用于本发明，包括但不限于图2A所示的实施例。该地震勘探采集几何布置的细节可以与t-CSEM勘探采集几何布置相同或不同。地震接收器可以物理耦合在与t-CSEM传感器相同或不同的电缆中或壳体内。在海洋实施中，地震接收器可以在如图2A所示的水底附近，或者在水表面附近的拖缆中，如本领域所公知的。

在图5的流程图中示出了根据本发明的综合分析方法的一个实施例。典型地，分别如30A和30B所示，在准备调查大地地表下的相似或基本相同体积的区域上采集地震数据和电磁勘探数据。这种区域可以称为勘探区域。地震数据可以使用公知的三维地震采集技术来采集，包括如参照图2所述的技术。该电磁勘探数据可以是如上参照图1-4所述采集的t-CSEM数据。对于地震和CSEM每种勘探数据，可以分别在32A和32B使用适于地震数据和t-CSEM勘探数据中每个的适当反演技术来构建大地地表下的初始模型。大地地表下的一个典型模型将包括具有各种物理特性的地层的地表下空间分布。空间分布的特性例如包括，大地的各个构造层的深度，和所得到的层厚度、密度和声速(对于地震数据模型)以及各个构造层的导电率(对于t-CSEM数据模型)。除了前述的密度、声速和导电率之外，还可以对次要特性例如孔隙(孔隙度)的体积分数和这种孔隙充满水的体积分数(水饱和度)、岩石矿物成分(岩相学)和其他特性进行建模。

在34A和34B，分别对于地震和t-CSEM数据，选择每个模型中的一个特定的相应的第一参数，然后相对于该特定的第一参数优化这两个模型。优化例如可以包括最小化从该优化模型计算的预期地震响应和实际地震数据之间的差别。相应的优化可以对t-CSEM数据执行。替代地，该参数可以是间接耦合到该原始模型的那些直接参数(例如密度、声速、导电率)的物理参数。这些间接耦合的参数可以包括例如，岩石构造的孔隙度(孔隙的体积分数)，水饱和度(充满水的孔隙度的体积分数)等。这些“间接耦合的参数”可以通过辅助关系与该直接地震参数、直接t-CSEM参数或者二者相关。这种关系可以是确定性的(deterministic)、经验确定的或者其它确定的(determined)。当分别在34A和34B对每个模型优化之后，在36比较该模型。如果在第一选择参数优化的模型相互一致，那么该过程就继续相对于第二选择参数来优化该模型，分别在40A和40B显示。如果该模型不一致，那么就调节该第一参数的值，重复进行优化该模型和确定该模型之间的一致性，直到该模型基本上互相一致。在联合一致性确定中，例如可以通过在38A、38B对具有更高分辨率的数据集赋予更大的权值来区别对待地震和t-CSEM数据。

当最小化该层边界空间分布和相应的构成特性之间的差别时，可以确定模型之间的一致性。相应的构成特性是能够同时影响地震和t-CSEM测量的那些特性，例如孔隙度和层厚度。在第一选择参数优化之后，该过程继续进行第二选择参数。

在40A、40B对第二选择参数优化之后，在42比较所得到的模型以确定它们之间的一致性。如果该模型不一致，那么就分别在41A和41B对于地震和t-CSEM数据用不同的权值来约束该第二参数，例如使用基于分辨率的权值。该过程被重复直到该模型相对于该第二参数一致。随后该过程重复直到分别在44A、44B对该地震和t-CSEM数据使用最后一个选择参数来优化该模型。在46检验该模型的一致性，如果不一致，则在48A、48B对于该两个数据集实用不同的权值来约束该最后一个参数。该过程被重复直到该模型基本一致，于是在50，该对于多个参数优化的模型基本上相互一致。如果希望，可以用40A、40B或44A、44B的约束和结果来迭代该从34A、34B开始的整个反演过程。

这种综合分析与全局联合反演相比的一个优点是，该模型考虑了两个数据集中的全部数据，从而可以更好地代表大地地表下的构成特性的实际空间分布。

参照图5说明的综合分析方法31可以适用于从大地地表下的相似体积采集的任意两个或更多不同类型的地理数据集。在一个实施例中，执行多个不同类型地理数据集的综合分析，从而可以使用大地地表下的结构和/或成分模型来约束其他模型的随后或相似分析。图6示出了图5的综合分析方法的一个应用，包括其他类型的勘探数据用于约束地层结构和成分的模型。在33A、33B和33C开始，采集地理数据以确定大地地表下的基岩空间分布。基岩典型地是火成的(固化岩浆)或变质的(由于长时间暴露于热量和压力下而经受了化学变化的火成岩或沉积岩)，从而典型地在地表下烃储备的勘察中不受关注。用于确定基岩空间分布的典型地理勘探包括大地电磁勘探33A。大地电磁勘探包括测量由于太阳活动而在大地上感应产生的电场和磁场。大地电磁勘探可用于确定可导电地层(例如水饱和沉积岩)与典型地不强导电的基岩之间的边界的空间分布。

重力勘探33B可用于确定地层的平均密度分布。从而可以使用重力勘探来估计大地地表下的沉积厚度，从而为根据大地电磁勘探生成的基岩模型提供补充数据。

最后，可以使用大地天然磁场33C的勘探来补充前两个勘探33A、33B。这三个勘探可以用于在31A执行综合分析，基本上如参照图5所述。对基层勘探33A、33B和33C的综合分析结果是该勘探区域中的大地基层结构的空间分布模型。

在30A和30B，分别在基本上相同的勘探区域采集地震和t-CSEM数据。在31B，基本上如参照图5所述执行综合分析，不同在于，现在是通过该基层的空间分布模型来约束该大地地表下模型。利用该基层分布约束该模型的一个方面是，为了根据t-CSEM数据分析导电率分布，可以将该导电率设置为等于零并且在该基层的上表面之下。综合分析31B的结果是该基层上方的地层的空间分布模型54。该空间分布模型可以包括沉积地层的某些特性的空间分布，包括总岩石体积中的孔隙的体积分数，以及充满原生水的该孔隙的体积分数，和其他特性。

在本实施例中，可以通过包含从钻透该勘探区域中的地层的任何钻井采集的数据来进一步约束和改进该基层约束的构成分布模型54。这种数据例如可以包括竖井记录数据35A。竖井记录数据35A可以包括声速、构成密度、导电率、中子孔隙度和粘土矿物含量等数据相对于大地的深度的记录。该竖井记录数据35A与上述表面测量的数据相比，一般相对于大地深度具有很高的分辨率；然而竖井记录数据被相对限制在它们所在的空间体积中(围绕该钻井)。因而，可以使用竖井记录数据35A来进一步将该基层约束模型54约束在该竖井记录数据35A的轴向分辨率限制内。例如可以通过使该竖井记录数据35A与地震数据和t-CSEM数据的特征相关来估计该基层约束模型54的成分和结构中的横向变化。例如参见授予Taner等的美国专利第6957146号来获得对于使竖井记录数据与地震特征相关的方法的说明。其他竖井相关的数据可以包括对于从该钻井获得的地层的核心样本(核心数据35B)的分析。钻井数据还可以包括钻探岩相学数据35C，例如该构成成分与该钻井的钻探速率之间的相关。该钻井数据还可以包括对于该地层中的流体压力(压力数据35D)的测量。前述中的任一个或全部可以被用作另一综合分析31C的约束。该进一步约束的综合分析的结果是最终大地模型56，其包括各种地层特性的空间分布，地层特性可以例如岩相学、孔隙度、流体饱和度(及其逆烃饱和(converse hydrocarbon saturation))、渗透率和其他特性。大地地表下特性的这种空间分布可用于通过仅使用从大地表面和/或海底采集的数据将地表下烃储备更精确地定位在一部分勘探区域中。

在根据本发明的综合分析方法的一个特定实施例中，可以在多个选定的时间对相同的地理区域重复t-CSEM和/或地震测量，以监视地表下储备中的烃/水接触面或气/油接触面的运动。在这种实施方式中，基本上如上参照图1-4所述的那样完成地理测量。使用基本上如参照图5和6所述的组合分析技术来确定流体接触(例如烃/水接触或气/油接触)的空间分布。在从地表下储备开始产生烃后的选定时间，重复t-CSEM和地震测量中的至少一个，再次通过例如根据图5和6的组合分析来确定该接触的空间分布。在一些实施例中，可以在选定的时间重复重力测量以协助确定特别是含气地表下储备的空间分布变化。如果存在可用的穿透该储备的适当的钻井，则可以从这种钻井进行构成特性的测量，从而可以提高该计算的空间分布的分辨率。适当的钻井可以包括流体产生或注入钻井，其流体产生或注入被临时暂停以便从这种钻井中进行测量。其他实施例可以提供在该地表下储备内的永久“监视”钻井。例如参见授予Strack的、名称为Combined surface and wellboreelectromagnetic measurement system and method for determiningformation fluid properties并且转让给本发明申请人的美国专利第6739165号，其中说明了适于流体接触监视的钻井测量类型。这种测量包括但不限于，间隔声速、构成电阻率、密度(离散伽马-伽马或不同重力的)和热中子捕获截面。

在一些实施例中，31C的综合分析可以与来自该建模地表下储备的产生历史信息匹配或被其约束。产生历史匹配包括确定在储备压力和温度条件下从该储备中流失的或注入到该储备中的流体量，从而使得通过重复图6所示的过程而使用随后采集的数据计算的该流体接触的空间分布变化，受到对于这种流体接触分布相对于所计算的从该储备中提取的流体量如何变化的估计的约束或与其匹配。

在一些实施例中，可以将从图6所示综合分析的重复性能确定的该流体接触的建模空间分布与从储备模拟计算机程序确定的该流体接触空间分布的建模变化相比较。这种计算机程序接收例如地震数据、竖井记录数据、核心分析数据、压力测量、流体压力/体积/温度(PVT)数据以及与该地表下储备中的流体的物理特性和空间分布相关的其他测量作为输入数据，此外还有在该各个钻井中的产生和注入历史。该储备模拟程序可用于相对于贯穿该储备的模拟或实际钻井，预测该地表下储备中的流体相对于时间的产出率。该模拟结果可以与该流体接触在各个时间的建模空间分布相比较以约束或调节该综合分析的结果。储备模拟计算机程序是商业可用的，例如以VIP商标由Landmark GraphicsCorp.，Houston，TX销售，或者以ECLIPSE商标由SchlumbergerTechnology Corp.，Sugar Land，TX销售。

根据本发明各个方面的方法可以提供对于大地地表下结构和成分的改进的分析，并且可以提高将钻井钻到产烃储备中的几率。

虽然本发明是针对有限个实施例而进行说明的，但是本领域技术人员在本说明书的教导下，将会认识到可以设计出其他实施方式而不脱离这里所公开的本发明的范围。因此，本发明的范围应当仅由所附的权利要求限制。