Refleksionsseismologi anvendes i vid udstrækning inden for en række områder, og dens anvendelser kan inddeles i tre grupper, der hver især er defineret efter deres undersøgelsesdybde:

• Anvendelser nær overfladen – en anvendelse, der har til formål at forstå geologien i dybder på op til ca. 1 km, og som typisk anvendes til tekniske og miljømæssige undersøgelser samt til kul- og mineraludvinding. En nyere udviklet anvendelse af seismisk refleksion er geotermisk energiundersøgelser, selv om undersøgelsesdybden i dette tilfælde kan være op til 2 km dybde.
• Kulbrinteefterforskning – anvendes af kulbrinteindustrien til at give et kort med høj opløsning over akustiske impedanskontraster i dybder på op til 10 km i undergrunden. Dette kan kombineres med seismisk attributanalyse og andre efterforskningsgeofysiske værktøjer og bruges til at hjælpe geologer med at opbygge en geologisk model af det pågældende område.
• Mineralefterforskning – Den traditionelle tilgang til efterforskning af mineraler nær overfladen (<300 m) har været at anvende geologisk kortlægning, geokemisk analyse og brug af luft- og jordbaserede potentielle feltmetoder, især til efterforskning i grønne områder, men i de seneste årtier er refleksionsseismik blevet en valid metode til efterforskning i miljøer med hård klippe.
• Krustestudier – undersøgelse af jordskorpens struktur og oprindelse til og med Moho-diskontinuiteten og videre, i dybder på op til 100 km.

En metode, der ligner refleksionsseismologi, men som anvender elektromagnetiske i stedet for elastiske bølger og har en mindre indtrængningsdybde, er kendt som jordgennemtrængende radar eller GPR.

KulbrinteefterforskningRediger

Refleksionsseismologi, mere almindeligt omtalt som “seismisk refleksion” eller forkortet til “seismisk” inden for kulbrinteindustrien, bruges af oliegeologer og geofysikere til at kortlægge og fortolke potentielle jordoliereservoirer. Størrelsen og omfanget af de seismiske undersøgelser er steget sideløbende med den betydelige stigning i computerkraft siden slutningen af det 20. århundrede. Dette førte til, at den seismiske industri gik fra at foretage små 3D-undersøgelser i 1980’erne, som var besværlige – og derfor sjældent – til rutinemæssigt at foretage store 3D-undersøgelser i høj opløsning i stor skala. Målene og grundprincipperne har været de samme, men metoderne har ændret sig en smule gennem årene.

De primære miljøer for seismisk kulbrinteefterforskning er land, overgangszonen og havet:

Land – Landmiljøet dækker næsten alle de terræntyper, der findes på Jorden, og de medfører hver især deres egne logistiske problemer. Eksempler på dette miljø er jungle, ørken, arktisk tundra, skov, bymiljøer, bjergområder og savanne.

Overgangszone (TZ) – Overgangszonen anses for at være det område, hvor land møder havet, hvilket giver unikke udfordringer, fordi vandet er for lavt til store seismiske fartøjer, men for dybt til brug af traditionelle metoder til opsamling på land. Eksempler på dette miljø er floddeltaer, moser og sumpområder, koralrev, tidevandsområder ved strande og surfzonen. Seismiske besætninger i overgangszonen arbejder ofte på land, i overgangszonen og i det lavvandede havmiljø på et enkelt projekt for at opnå et fuldstændigt kort over undergrunden.

Marint – Den marine zone befinder sig enten i lavvandsområder (vanddybder på mindre end 30-40 meter vil normalt blive betragtet som lavvandsområder for 3D-seismiske operationer på havet) eller i de dybvandsområder, der normalt er forbundet med havene og oceanerne (som f.eks. den Mexicanske Golf).

Seismisk dataindsamlingRediger

Seismisk dataindsamling er den første af de tre forskellige faser af seismisk efterforskning, de to andre er seismisk databehandling og seismisk tolkning.

Seismiske undersøgelser udformes typisk af nationale olieselskaber og internationale olieselskaber, som hyrer servicevirksomheder som CGG, Petroleum Geo-Services og WesternGeco til at erhverve dem. Derefter hyres et andet selskab til at behandle dataene, selv om det ofte kan være det samme selskab som det, der har erhvervet undersøgelsen. Til sidst afleveres det færdige seismiske volumen til olieselskabet, så det kan fortolkes geologisk.

LandundersøgelseserhvervelseRediger

Landseismiske undersøgelser har en tendens til at være store enheder, der kræver hundredvis af tons udstyr og beskæftiger alt fra et par hundrede til et par tusinde mennesker, der er indsat over store områder i mange måneder. Der er en række muligheder for en kontrolleret seismisk kilde i en landundersøgelse, og særligt almindelige valg er vibroseis og dynamit. Vibroseis er en ikke-impulsiv kilde, der er billig og effektiv, men som kræver fladt terræn at operere på, hvilket gør det vanskeligere at anvende den i ubebyggede områder. Metoden omfatter et eller flere tunge terrængående køretøjer, der sænker en stålplade ned på jorden, som derefter vibreres med en bestemt frekvensfordeling og amplitude. Den producerer en lav energitæthed, hvilket gør det muligt at anvende den i byer og andre bebyggede områder, hvor dynamit ville forårsage betydelig skade, selv om den store vægt, der er knyttet til en Vibroseis-lastbil, kan forårsage sin egen miljøskade. Dynamit er en impulskilde, der anses for at være den ideelle geofysiske kilde, fordi den producerer en næsten perfekt impulsfunktion, men den har åbenlyse miljømæssige ulemper. I lang tid var det den eneste seismiske kilde, der var til rådighed, indtil vægtdropning blev indført omkring 1954, hvilket gav geofysikerne mulighed for at foretage en afvejning mellem billedkvalitet og miljøskader. Sammenlignet med vibroseis er dynamit også operationelt ineffektivt, fordi hvert kildepunkt skal bores, og dynamitten skal placeres i hullet.

En seismisk landundersøgelse kræver betydelig logistisk støtte. Ud over selve den daglige seismiske operation skal der også være støtte til hovedlejren (til forplejning, affaldshåndtering og vaskeri osv.), mindre lejre (f.eks. hvor afstanden er for stor til at køre tilbage til hovedlejren med vibratortrucks), vedligeholdelse af køretøjer og udstyr, lægepersonale og sikkerhed.

I modsætning til seismiske undersøgelser til havs er landgeometrier ikke begrænset til snævre opsamlingsveje, hvilket betyder, at der normalt opsamles en bred vifte af offsets og azimuths, og den største udfordring er at øge opsamlingshastigheden. Fremstillingshastigheden er naturligvis styret af, hvor hurtigt kilden (Vibroseis i dette tilfælde) kan affyres og derefter bevæge sig videre til den næste kildeplacering. Der er gjort forsøg på at anvende flere seismiske kilder på samme tid for at øge undersøgelseseffektiviteten, og et vellykket eksempel på denne teknik er Independent Simultaneous Sweeping (ISS).

Marin måleopsamling (streamer)Rediger

Traditionelle seismiske havundersøgelser udføres ved hjælp af special-udstyrede fartøjer, der trækker et eller flere kabler med en række hydrofoner med konstante intervaller (se diagram). Kablerne er kendt som streamers, og ved 2D-undersøgelser anvendes kun 1 streamer og ved 3D-undersøgelser op til 12 eller flere (dog er 6 eller 8 mere almindeligt). Streamerne udlægges lige under vandoverfladen og befinder sig i en bestemt afstand fra fartøjet. Den seismiske kilde, som normalt er et luftkanon eller en række luftkanoner, men der findes også andre kilder, er også udlagt under vandoverfladen og befinder sig mellem fartøjet og den første modtager. Der anvendes ofte to identiske kilder for at opnå en hurtigere skudhastighed. Havseismiske undersøgelser genererer en betydelig mængde data, hver streamer kan være op til 6 eller endog 8 km lang og indeholde hundredvis af kanaler, og den seismiske kilde affyres typisk hvert 15. eller 20. sekund.

Et seismisk fartøj med 2 kilder og slæbende en enkelt streamer er kendt som en Narrow-Azimuth Towed Streamer (eller NAZ eller NATS). I begyndelsen af 2000’erne blev det accepteret, at denne type opsamling var nyttig til indledende efterforskning, men utilstrækkelig til udvikling og produktion, hvor brønde skulle placeres nøjagtigt. Dette førte til udviklingen af Multi-Azimuth Towed Streamer (MAZ), som forsøgte at bryde begrænsningerne ved det lineære opsamlingsmønster i en NATS-undersøgelse ved at opsamle en kombination af NATS-undersøgelser i forskellige azimutter (se diagrammet). Dette gav en øget belysning af undergrunden og et bedre signal/støjforhold.

Saltets seismiske egenskaber udgør et yderligere problem for seismiske undersøgelser i havet, idet det dæmper de seismiske bølger, og dets struktur indeholder overhæng, der er vanskelige at afbilde. Dette førte til en anden variation af NATS-undersøgelsestypen, wide-azimuth towed streamer (eller WAZ eller WATS), og blev første gang afprøvet på Mad Dog-feltet i 2004. Denne type undersøgelse involverede 1 fartøj, der udelukkende bugserede et sæt af 8 streamers, og 2 separate fartøjer, der bugserede seismiske kilder, som var placeret ved starten og slutningen af den sidste modtagerlinje (se diagrammet). Denne konfiguration blev “flisebelagt” 4 gange, idet modtagerfartøjet hver gang flyttede sig længere væk fra kildeskibene og til sidst skabte effekten af en undersøgelse med 4 gange så mange streamers. Slutresultatet var et seismisk datasæt med et større udvalg af bredere azimuths, hvilket gav et gennembrud inden for seismisk billeddannelse. Dette er nu de tre mest almindelige typer af seismiske undersøgelser med slæbede streamere på havet.

Indsamling af marine undersøgelser (ocean bottom seismic (OBS))Edit

Indsamling af marine undersøgelser er ikke kun begrænset til seismiske fartøjer; det er også muligt at lægge kabler med geofoner og hydrofoner på havbunden på samme måde, som man bruger kabler i seismiske undersøgelser på landjorden, og bruge et separat kildeskib. Denne metode blev oprindeligt udviklet ud fra en operationel nødvendighed for at gøre det muligt at foretage seismiske undersøgelser i områder med hindringer, f.eks. produktionsplatforme, uden at det går ud over den resulterende billedkvalitet. Havbundskabler (OBC) anvendes også i vid udstrækning i andre områder, hvor et seismisk fartøj ikke kan anvendes, f.eks. i lavvandede havområder (vanddybde <300 m) og overgangszonemiljøer, og de kan udlægges af fjernstyrede undervandsfartøjer (ROV’er) på dybt vand, når gentagelighed er vigtig (se 4D, nedenfor). Konventionelle OBC-undersøgelser anvender tokomponentmodtagere, der kombinerer en tryksensor (hydrofon) og en vertikal partikelhastighedssensor (vertikal geofon), men nyere udviklinger har udvidet metoden til at anvende firekomponentsensorer, dvs. en hydrofon og tre ortogonale geofoner. Firekomponent-sensorer har den fordel, at de også kan registrere shearbølger, som ikke bevæger sig gennem vand, men som stadig kan indeholde værdifulde oplysninger.

Ud over de operationelle fordele har OBC også geofysiske fordele i forhold til en konventionel NATS-undersøgelse, som skyldes den øgede fold og det større udvalg af azimuths, der er forbundet med undersøgelsesgeometrien. Ligesom ved landmåling har de bredere azimuths og den øgede fold imidlertid en pris, og muligheden for OBC-undersøgelser i stor skala er stærkt begrænset.

I 2005 blev ocean bottom nodes (OBN) – en udvidelse af OBC-metoden, der anvender batteridrevne kabelløse modtagere placeret på dybt vand – først afprøvet over Atlantis-oliefeltet i et partnerskab mellem BP og Fairfield Geotechnologies. Placeringen af disse knudepunkter kan være mere fleksibel end kablerne i OBC, og de er lettere at opbevare og opstille på grund af deres mindre størrelse og lavere vægt.

Time lapse acquisition (4D)Edit

Time lapse- eller 4D-undersøgelser er 3D-seismiske undersøgelser, der gentages efter et vist tidsrum. 4D henviser til den fjerde dimension, som i dette tilfælde er tid. Time lapse-undersøgelser foretages for at observere ændringer i reservoiret under produktionen og identificere områder, hvor der er hindringer for strømningen, som måske ikke kan påvises ved konventionel seismik. Tidsforløbsundersøgelser består af en basislinjeundersøgelse og en monitor- eller gentagelsesundersøgelse, der foretages, efter at feltet har været i produktion. De fleste af disse undersøgelser har været gentagne NATS-undersøgelser, da de er billigere at erhverve, og de fleste felter historisk set allerede har haft en NATS-grundlinjeundersøgelse. Nogle af disse undersøgelser er indsamlet ved hjælp af havbundskabler, fordi kablerne kan placeres nøjagtigt på deres tidligere placering efter at være blevet fjernet. En bedre gentagelse af den nøjagtige placering af kilden og modtageren fører til bedre gentagelighed og bedre signal/støj-forhold. Der er også blevet iværksat en række 4D-undersøgelser over felter, hvor der er blevet købt og permanent udlagt havbundskabler. Denne metode kan kaldes life of field seismic (LoFS) eller permanent reservoir monitoring (PRM).

OBN har vist sig at være en anden meget god metode til nøjagtig gentagelse af en seismisk opsamling. Verdens første 4D-undersøgelse ved hjælp af knudepunkter blev optaget over Atlantis-oliefeltet i 2009, hvor knudepunkterne blev placeret af en ROV i en vanddybde på 1300-2200 m med en nøjagtighed på få meter fra det sted, hvor de tidligere blev placeret i 2005.

Seismisk databehandlingRediger

Der er tre hovedprocesser i seismisk databehandling: dekonvolution, common-midpoint (CMP) stacking og migration.

Dekonvolution er en proces, der forsøger at udtrække jordens reflektivitetsserie under den antagelse, at et seismisk spor blot er jordens reflektivitetsserie konvolveret med forvrængende filtre. Denne proces forbedrer den tidsmæssige opløsning ved at kollapse den seismiske wavelet, men den er ikke entydig, medmindre der er yderligere oplysninger til rådighed, f.eks. brøndlogs, eller der er foretaget yderligere antagelser. Dekonvolutionsoperationer kan kaskaderes, hvor hver enkelt dekonvolution er designet til at fjerne en bestemt type forvrængning.

CMP stacking er en robust proces, der udnytter det faktum, at et bestemt sted i undergrunden vil være blevet prøvetaget adskillige gange og med forskellige forskydninger. Dette gør det muligt for en geofysiker at konstruere en gruppe af spor med forskellige forskydninger, som alle tager prøver fra samme sted i undergrunden, kendt som et Common Midpoint Gather (fælles midtpunktssamling). Den gennemsnitlige amplitude beregnes derefter langs en tidsprøve, hvilket resulterer i en betydelig reduktion af den tilfældige støj, men også i tab af alle værdifulde oplysninger om forholdet mellem den seismiske amplitude og forskydning. Mindre betydningsfulde processer, der anvendes kort før CMP-stakken, er Normal moveout-korrektion og statisk korrektion. I modsætning til seismiske data fra havet skal seismiske data fra landjorden korrigeres for højdeforskelle mellem skud- og modtagerpositionerne. Denne korrektion er i form af en vertikal tidsforskydning til et fladt datum og er kendt som en statisk korrektion, men skal korrigeres yderligere senere i behandlingssekvensen, fordi hastigheden i overfladen nær overfladen ikke er nøjagtigt kendt. Denne yderligere korrektion er kendt som en residual statisk korrektion.

Seismisk migration er den proces, hvorved seismiske hændelser geometrisk omplaceres i enten rum eller tid til det sted, hvor hændelsen fandt sted i undergrunden i stedet for det sted, hvor den blev optaget ved overfladen, hvorved der skabes et mere nøjagtigt billede af undergrunden.

Seismisk tolkningRediger

Målet med seismisk tolkning er at få en sammenhængende geologisk historie ud fra kortet over de bearbejdede seismiske refleksioner. På det mest enkle niveau indebærer seismisk tolkning sporing og korrelering langs kontinuerlige reflektorer i hele 2D- eller 3D-datasættet og anvendelse af disse som grundlag for den geologiske tolkning. Formålet hermed er at fremstille strukturelle kort, der afspejler den rumlige variation i dybden af bestemte geologiske lag. Ved hjælp af disse kort kan kulbrintefælder identificeres, og der kan skabes modeller af undergrunden, som gør det muligt at foretage volumenberegninger. Et seismisk datasæt giver imidlertid sjældent et billede, der er klart nok til at gøre dette. Dette skyldes hovedsagelig den vertikale og horisontale seismiske opløsning, men ofte resulterer støj og behandlingsvanskeligheder også i et billede af lavere kvalitet. Derfor er der altid en vis grad af usikkerhed i en seismisk tolkning, og et bestemt datasæt kan have mere end én løsning, der passer til dataene. I så fald vil der være behov for flere data for at begrænse løsningen, f.eks. i form af yderligere seismiske data, borehulslogning eller data fra gravitations- og magnetiske undersøgelser. I lighed med mentaliteten hos en seismisk processor opfordres en seismisk fortolker generelt til at være optimistisk for at tilskynde til yderligere arbejde snarere end til at opgive undersøgelsesområdet. Seismisk tolkning udføres af både geologer og geofysikere, og de fleste seismiske tolkere har en forståelse for begge områder.

I kulbrinteefterforskning er de træk, som tolkeren især forsøger at afgrænse, de dele, der udgør et olieforekomstreservoir – kildebjergarten, reservoirbjergarten, forseglingen og fælden.

Seismisk attributanalyseRediger

Seismisk attributanalyse indebærer, at man uddrager eller udleder en størrelse fra seismiske data, som kan analyseres for at forbedre oplysninger, der kan være mere subtile i et traditionelt seismisk billede, hvilket fører til en bedre geologisk eller geofysisk fortolkning af dataene. Eksempler på attributter, der kan analyseres, omfatter middelamplitude, som kan føre til afgrænsning af lyse pletter og svage pletter, kohærens og amplitude i forhold til forskydning. Attributter, der kan vise tilstedeværelsen af kulbrinter, kaldes direkte kulbrinteindikatorer.

KrustestudierRediger

Anvendelsen af refleksionsseismologi i studier af tektonik og jordskorpen blev banebrydende i 1970’erne af grupper som Consortium for Continental Reflection Profiling (COCORP), der inspirerede til dybdeseismisk udforskning i andre lande som BIRPS i Storbritannien og ECORS i Frankrig. British Institutions Reflection Profiling Syndicate (BIRPS) blev startet som følge af olie- og kulbrinteefterforskning i Nordsøen. Det blev klart, at der manglede en forståelse af de tektoniske processer, der havde dannet de geologiske strukturer og sedimentbassiner, som blev udforsket. Indsatsen gav nogle betydningsfulde resultater og viste, at det er muligt at profilere træk som f.eks. trykforkastninger, der trænger gennem jordskorpen til den øvre kappe, med marine seismiske undersøgelser.