A study on the modeling of marine controlled-source electromagnetic methods for offshore resources

Abstract

주파수영역 인공송신원 해양 전자탐사법은 심해의 탄화수소 저류층 탐지에 성공적으로 적용되어왔다. 하지만 수평의 송신기와 수신기를 이용하는 일반적인 방법은 목표 심도에 따라 큰 송수신 간격을 필요로 한다. 수직전기장은 깊은 저항층에 민감하기 때문에 수직의 송신기와 수신기를 이용하는 시간영역 전자탐사 시스템은 하나의 대안이 될 수 있다. 주파수영역과 시간영역에서 유한 길이의 다중 송수신 쌍극자에 의한 1차원 전자기 반응을 측정하기 위해 컴퓨터 프로그램들을 개발하였다. 주파수영역의 1차원 프로그램을 이용하여, 얕은 수심의 가스하이드레이트층에 대한 해양 전자탐사법의 감도분석을 시도해냈다. 본 연구에서는 하이드레이트층의 탐지 가능성을 결정하기 위해 전자기장의 정규화된 진폭과 진폭의 차이를 동시에 이용하였다. 반응 진폭은 하이드레이트층을 포함하지 않는 배경매질 모델로 정규화하였다. 그러나 정규화된 진폭은 수치적으로 클 수 있지만, 반응 진폭이 측정 한계치보다 작다면 이는 잘못 된 결과이며 유용하지 않다. 목표층을 탐지하기에 충분히 진폭 차이가 큰 영역에서 유용한 송수신 간격들과 주파수들이 많음을 알 수 있었다. 게다가 공기파의 영향은 진폭 차이에서 거의 나타나지 않는다. 시간영역 프로그램을 이용하여, 1차원 탄화수소 저류층 모델에 대한 step-off 반응들을 계산하였다. 수직전기장은 수평전기장에 비해 신호의 크기가 작음에도 불구하고, 수직의 송신기에 의해 발생된 수직 전류는 저항층에 민감하다. 모델링 결과는 탄화수소로 가득 찬 저류층과 해수로 가득 찬 저류층 사이에서 큰 차이를 보여주며, 이러한 차이는 상대적으로 짧은 송수신 간격의 후기 시간대에서 인지 할 수 있다. 최대 차이는 4초 이후에 발생하며, 탄화수소층의 심도에 따라 그 발생시간은 지연된다.

A frequency-domain, marine controlled-source electromagnetic (CSEM) method has been applied successfully in deep water areas for detecting hydrocarbon (HC) reservoirs. However, a typical technique with horizontal transmitters and receivers requires large source-receiver separations with respect to the target depth. A time-domain EM system with vertical transmitters and receivers can be an alternative because vertical electric fields are sensitive to deep resistive layers. Computer programs have been developed to evaluate EM responses for a one-dimensional (1-D) model with multiple source and receiver dipoles that are finite in length in both frequency- and time-domain. Using the frequency-domain code, we conducted sensitivity analysis of marine CSEM methods to a gas-hydrate layer in the shallow section. In this study we used a normalized amplitude and amplitude difference of EM fields simultaneously in determining the detection capability of the hydrate layer. The field amplitude must be normalized by the one for the corresponding background model without the hydrate layer. The normalized amplitude can be numerically large, but if the field amplitude is smaller than the threshold, it would be misleading and therefore is useless. From these numerical experiments, we found that there are plenty of useful offset ranges and frequencies where amplitude difference is large enough to detect the target layer. Furthermore, an effect of air waves is almost absent in amplitude difference. With the use of time-domain code, we calculated step-off responses for 1-D HC reservoir models. Although the vertical electric field has much smaller amplitude of signal than the horizontal field, vertical currents resulting from a vertical transmitter are sensitive to resistive layers. The modeling shows a significant difference between step-off responses of HC- and water-filled reservoirs, and the contrast can be recognized at late times at relatively short offsets. A maximum contrast occurs at more than 4 s, being delayed with the depth of the HC layer.