A reflexiós szeizmológiát számos területen széles körben használják, és alkalmazásai három csoportba sorolhatók, amelyeket a vizsgálati mélységük alapján határoznak meg:

• Földközeli alkalmazások – olyan alkalmazás, amelynek célja a geológia megértése legfeljebb körülbelül 1 km mélységben, jellemzően mérnöki és környezetvédelmi felmérésekhez, valamint szén- és ásványkincsek feltárásához használják. A szeizmikus reflexió egy újabban kifejlesztett alkalmazása a geotermikus energia felmérése, bár a vizsgálati mélység ebben az esetben akár 2 km mélységig is terjedhet.
• Szénhidrogén-kutatás – a szénhidrogénipar használja az akusztikus impedancia kontrasztok nagy felbontású térképének elkészítésére akár 10 km mélységben is a felszín alatt. Ez kombinálható a szeizmikus attribútumelemzéssel és más feltáró geofizikai eszközökkel, és felhasználható a geológusoknak az érdeklődésre számot tartó terület geológiai modelljének felépítéséhez.
• Ásványkutatás – A felszínközeli (<300 m) ásványkutatás hagyományos megközelítése a geológiai térképezés, a geokémiai elemzés és a légi és földi potenciális terepi módszerek alkalmazása volt, különösen a zöldmezős feltárások esetében, az utóbbi évtizedekben a reflexiós szeizmika a kemény kőzetekben történő feltárás érvényes módszerévé vált.
• Kéregkutatás – a földkéreg szerkezetének és eredetének vizsgálata a Moho-diszkontinuitásig és azon túl, akár 100 km mélységben is.

A reflexiós szeizmológiához hasonló módszer, amely rugalmas hullámok helyett elektromágneses hullámokat használ, és kisebb behatolási mélységgel rendelkezik, a talajradar vagy GPR.

Szénhidrogén-kutatásSzerkesztés

A reflexiós szeizmológiát, amelyet a szénhidrogéniparban gyakrabban “szeizmikus reflexiónak” vagy rövidítve “szeizmikusnak” neveznek, a kőolajgeológusok és geofizikusok használják a potenciális kőolaj-tározók feltérképezésére és értelmezésére. A 20. század vége óta a számítógépek teljesítményének jelentős növekedésével párhuzamosan a szeizmikus felmérések mérete és terjedelme is megnőtt. Ez vezetett oda, hogy a szeizmikus ipar az 1980-as években a kis méretű 3D felmérések fáradságos – és ezért ritkán végzett – beszerzésétől a nagyméretű, nagy felbontású 3D felmérések rutinszerű beszerzéséig jutott el. A célok és az alapelvek ugyanazok maradtak, de a módszerek kissé megváltoztak az évek során.

A szeizmikus szénhidrogén-kutatás elsődleges környezetei a szárazföld, az átmeneti zóna és a tenger:

Szárazföld – A szárazföldi környezet a Földön létező szinte minden tereptípust magában foglal, amelyek mindegyike saját logisztikai problémákkal jár. Példák erre a környezetre: dzsungel, sivatag, sarkvidéki tundra, erdő, városi környezet, hegyvidék és szavanna.

Átmeneti zóna (TZ) – Az átmeneti zónának azt a területet tekintjük, ahol a szárazföld és a tenger találkozik, ami egyedi kihívásokat jelent, mivel a víz túl sekély a nagy szeizmikus hajók számára, de túl mély ahhoz, hogy a szárazföldön hagyományos módszereket lehessen alkalmazni. Példák erre a környezetre a folyódelták, mocsarak és lápok, korallzátonyok, tengerparti árapályterületek és a hullámzóna. Az átmeneti zónában dolgozó szeizmikusok gyakran dolgoznak a szárazföldön, az átmeneti zónában és a sekélyvízi tengeri környezetben egyazon projekten annak érdekében, hogy teljes térképet kapjanak a felszín alatti területről.

Marine – A tengeri zóna vagy a sekély vizű területeken (a 3D tengeri szeizmikus műveletekhez általában a 30-40 méternél kisebb vízmélységű területek számítanak sekély vizű területnek) vagy az általában a tengerekhez és óceánokhoz tartozó mélyvízi területeken (például a Mexikói-öbölben) található.

Szeizmikus adatgyűjtésSzerkesztés

A szeizmikus adatgyűjtés a szeizmikus feltárás három különböző szakasza közül az első, a másik kettő a szeizmikus adatfeldolgozás és a szeizmikus értelmezés.

A szeizmikus felméréseket jellemzően a nemzeti és nemzetközi olajtársaságok tervezik, amelyek az adatszerzésre olyan szolgáltató cégeket bíznak meg, mint a CGG, a Petroleum Geo-Services és a WesternGeco. Ezután egy másik céget bíznak meg az adatok feldolgozásával, bár ez gyakran ugyanaz a cég lehet, amelyik a felmérést végezte. Végül a kész szeizmikus kötetet átadják az olajtársaságnak, hogy azt geológiailag értelmezni lehessen.

Szárazföldi felmérés beszerzéseSzerkesztés

A szárazföldi szeizmikus felmérések általában nagy egységek, több száz tonna felszerelést igényelnek, és néhány száz és néhány ezer fő közötti létszámot foglalkoztatnak, és több hónapon keresztül hatalmas területeken végzik. A szárazföldi felmérés során számos lehetőség áll rendelkezésre egy ellenőrzött szeizmikus forrásként, és különösen gyakori választás a vibroseis és a dinamit. A vibroseis egy nem impulzív forrás, amely olcsó és hatékony, de sík talajra van szükség a működéshez, ami megnehezíti a használatát a fejletlen területeken. A módszer lényege, hogy egy vagy több nehéz, terepjáró jármű egy acéllemezt enged le a talajra, amelyet aztán meghatározott frekvenciaeloszlással és amplitúdóval rezegtetnek. A módszer alacsony energiasűrűséget eredményez, így városokban és más beépített területeken is alkalmazható, ahol a dinamit jelentős károkat okozna, bár a Vibroseis teherautóhoz kapcsolt nagy súlya maga is környezeti károkat okozhat. A dinamit egy impulzusforrás, amelyet ideális geofizikai forrásnak tartanak, mivel szinte tökéletes impulzusfüggvényt produkál, de nyilvánvaló környezeti hátrányai vannak. Hosszú ideig ez volt az egyetlen elérhető szeizmikus forrás, amíg 1954 körül be nem vezették a súlycseppentést, ami lehetővé tette a geofizikusok számára, hogy kompromisszumot kössenek a képminőség és a környezeti károk között. A vibroseishez képest a dinamit operatív szempontból sem hatékony, mivel minden egyes forráspontot meg kell fúrni, és a dinamitot a lyukba kell helyezni.

A szárazföldi szeizmikus felmérés jelentős logisztikai támogatást igényel. Magán a napi szeizmikus műveleten kívül szükség van a főtábor (étkeztetés, hulladékkezelés, mosoda stb.), a kisebb táborok (például ahol a távolság túl nagy ahhoz, hogy a vibrátoros teherautókkal vissza lehessen hajtani a főtáborba), a járművek és berendezések karbantartása, az egészségügyi személyzet és a biztonsági személyzet támogatására.

A tengeri szeizmikus felmérésekkel ellentétben a szárazföldi geometriák nem korlátozódnak szűk felvételi útvonalakra, ami azt jelenti, hogy általában az eltolódások és azimutok széles skáláját kell felvenni, és a legnagyobb kihívást a felvételi sebesség növelése jelenti. A kitermelési sebességet nyilvánvalóan az szabályozza, hogy milyen gyorsan lehet a forrást (ebben az esetben a Vibroseis-t) kilőni, majd továbblépni a következő forrás helyére. A felmérés hatékonyságának növelése érdekében kísérleteket tettek több szeizmikus forrás egyidejű használatára, és ennek a technikának sikeres példája az Independent Simultaneous Sweeping (ISS).

Tengeri szeizmikus felmérés felvétele (streamer)Edit

A hagyományos tengeri szeizmikus felméréseket speciálisan erre a célra szolgáló hajókkal végzik.felszerelt hajókkal, amelyek egy vagy több hidrofonokat tartalmazó kábelt vontatnak állandó időközönként (lásd az ábrát). A kábeleket streamereknek nevezik, a 2D-s felméréseknél csak 1 streamerrel, a 3D-s felméréseknél pedig akár 12 vagy több streamerrel (bár a 6 vagy 8 a gyakoribb). A streamereket közvetlenül a vízfelszín alatt helyezik ki, és a hajótól meghatározott távolságban vannak. A szeizmikus forrást – általában egy légpuskát vagy légpuskák csoportját, de más források is rendelkezésre állnak – szintén a vízfelszín alatt helyezik el, és a hajó és az első vevő között helyezkedik el. A gyorsabb lövési sebesség elérése érdekében gyakran két azonos forrást használnak. A tengeri szeizmikus felmérések jelentős mennyiségű adatot generálnak, minden egyes streamer akár 6 vagy akár 8 km hosszú is lehet, több száz csatornát tartalmaz, és a szeizmikus forrást általában 15-20 másodpercenként lövik ki.

A 2 forrással rendelkező, egyetlen streamerrel vontatott szeizmikus hajót Narrow-Azimuth Towed Streamer (vagy NAZ vagy NATS) néven ismerik. A 2000-es évek elejére elfogadták, hogy ez a fajta adatgyűjtés hasznos a kezdeti feltárásokhoz, de nem megfelelő a fejlesztéshez és a termeléshez, ahol a kutakat pontosan kell pozícionálni. Ez vezetett a Multi-Azimuth Towed Streamer (MAZ) kifejlesztéséhez, amely a NATS-felmérés lineáris adatgyűjtési mintázatának korlátait a NATS-felmérések különböző azimutok szerinti kombinációjával próbálta áthidalni (lásd az ábrát). Ez sikeresen növelte a felszín alatti rétegek megvilágítását és jobb jel/zaj arányt eredményezett.

A só szeizmikus tulajdonságai további problémát jelentenek a tengeri szeizmikus felmérések számára, mivel csillapítja a szeizmikus hullámokat, és szerkezete olyan túlnyúlásokat tartalmaz, amelyeket nehéz leképezni. Ez vezetett a NATS felmérési típus egy másik variációjához, a széles aszimmetriájú vontatott streamerhez (vagy WAZ vagy WATS), amelyet először 2004-ben teszteltek a Mad Dog mezőn. Ennél a felmérési típusnál 1 hajó vontatta a 8 streamert, és 2 külön hajó vontatta a szeizmikus forrásokat, amelyek az utolsó vevővonal elején és végén helyezkedtek el (lásd az ábrát). Ezt a konfigurációt 4 alkalommal “cserélték”, a vevőhajó minden alkalommal távolabb került a forráshajóktól, és végül olyan hatást keltett, mintha négyszer annyi streamerrel végezték volna a felmérést. A végeredmény egy olyan szeizmikus adatkészlet lett, amely szélesebb azimutok nagyobb tartományát tartalmazza, és áttörést jelentett a szeizmikus képalkotásban. Ez ma már a tengeri vontatott streameres szeizmikus felmérések három gyakori típusa.

Tengeri felmérés felvétele (óceánfenék-szeizmikus (OBS))Edit

A tengeri felmérés felvétele nem csak a szeizmikus hajókra korlátozódik; a tengerfenéken geofonokból és hidrofonokból álló kábeleket is le lehet fektetni, hasonlóan ahhoz, ahogyan a szárazföldi szeizmikus felméréseknél a kábeleket használják, és külön forráshajót használnak. Ezt a módszert eredetileg operatív szükségszerűségből fejlesztették ki annak érdekében, hogy a szeizmikus felméréseket olyan területeken is el lehessen végezni, ahol akadályok vannak, például kitermelő platformok, anélkül, hogy a kapott kép minősége romlana. Az óceánfenék-kábeleket (OBC) széles körben használják más olyan területeken is, ahol a szeizmikus hajó nem használható, például sekély tengeri (vízmélység <300 m) és átmeneti zónás környezetben, és a mély vízben távolról működtetett víz alatti járművekkel (ROV) telepíthetők, ha fontos a megismételhetőség (lásd alább a 4D-t). A hagyományos OBC-felmérések kétkomponensű vevőket használnak, amelyek egy nyomásérzékelőt (hidrofon) és egy függőleges részecske-sebességérzékelőt (függőleges geofon) kombinálnak, de az újabb fejlesztések a módszert négykomponensű érzékelők, azaz egy hidrofon és három ortogonális geofon használatára bővítették. A négykomponensű szenzorok előnye, hogy képesek a nyíróhullámok rögzítésére is, amelyek nem haladnak a vízben, de így is értékes információkat tartalmazhatnak.

Az üzemeltetési előnyök mellett az OBC geofizikai előnyökkel is rendelkezik a hagyományos NATS felméréssel szemben, amelyek a nagyobb hajtogatásból és a felmérési geometriával kapcsolatos szélesebb azimut-tartományból adódnak. A szárazföldi felmérésekhez hasonlóan azonban a szélesebb azimutok és a megnövekedett hajtás ára van, és a nagyszabású OBC felmérések lehetősége erősen korlátozott.

2005-ben a BP és a Fairfield Geotechnologies együttműködésében először az Atlantis olajmező felett próbálták ki az ocean bottom nodes (OBN) módszert – az OBC módszer kiterjesztését, amely mély vízben elhelyezett, akkumulátorral működő, kábel nélküli vevőkészülékeket használ – az Atlantis olajmezőn. E csomópontok elhelyezése rugalmasabb lehet, mint a kábeleké az OBC-ben, és kisebb méretük és kisebb súlyuk miatt könnyebben tárolhatók és telepíthetők.

Időzített felvétel (4D)Edit

Az időzített vagy 4D felmérések olyan 3D szeizmikus felmérések, amelyeket egy idő után megismételnek. A 4D a negyedik dimenzióra utal, ami ebben az esetben az idő. A time lapse felméréseket azért szerzik be, hogy megfigyeljék a kitermelés során a tározóban bekövetkező változásokat, és azonosítsák azokat a területeket, ahol olyan áramlási akadályok vannak, amelyek a hagyományos szeizmikus mérésekkel esetleg nem mutathatók ki. A time lapse felmérések egy alapfelmérésből és egy monitor vagy ismétlődő felmérésből állnak, amelyet a mező kitermelése után végeznek. A legtöbb ilyen felmérés ismételt NATS felmérés, mivel ezek beszerzése olcsóbb, és a legtöbb mezőn történelmileg már volt NATS alapfelmérés. E felmérések egy részét óceánfenéki kábelek segítségével végzik, mivel a kábelek eltávolításuk után pontosan visszahelyezhetők a korábbi helyükre. A forrás és a vevő pontos helyének jobb megismétlése jobb megismételhetőséget és jobb jel-zaj arányt eredményez. Számos 4D felmérést is végeztek olyan területeken, amelyeken óceánfenéki kábeleket vásároltak és helyeztek el tartósan. Ezt a módszert nevezhetjük a mező teljes élettartama alatt végzett szeizmikus (LoFS) vagy állandó tározófigyelésnek (PRM).

Az OBN egy másik nagyon jó módszernek bizonyult a szeizmikus felvételek pontos megismétlésére. A világ első csomópontokat használó 4D felmérését 2009-ben végezték az Atlantis olajmező felett, ahol a csomópontokat egy ROV segítségével 1300-2200 méteres vízmélységben néhány méteren belülre helyezték el attól a helytől, ahol korábban, 2005-ben elhelyezték őket.

Szeizmikus adatok feldolgozásaSzerkesztés

A szeizmikus adatfeldolgozásnak három fő folyamata van: dekonvolúció, közös-középpont (CMP) stacking és migráció.

A dekonvolúció olyan folyamat, amely megpróbálja kinyerni a Föld reflexiós sorozatát, abból a feltételezésből kiindulva, hogy a szeizmikus nyom csak a Föld torzító szűrőkkel konvolvált reflexiós sorozata. Ez az eljárás javítja az időbeli felbontást a szeizmikus hullámok összeomlásával, de nem egyedi, hacsak nem állnak rendelkezésre további információk, például kútnaplók, vagy további feltételezések. A dekonvolúciós műveletek kaszkádszerűen elvégezhetők, és minden egyes dekonvolúciót úgy terveznek, hogy egy adott típusú torzítást távolítson el.

A CMP stacking egy robusztus eljárás, amely kihasználja azt a tényt, hogy egy adott helyről a felszín alatt számos alkalommal és különböző eltolódásokban vettek mintát. Ez lehetővé teszi a geofizikus számára, hogy olyan nyomvonalak csoportját hozza létre, amelyek különböző eltolódásokkal rendelkeznek, és amelyek mind ugyanazt a felszín alatti helyet vizsgálják, amit közös középponti gyűjtésnek nevezünk. Az átlagos amplitúdót ezután egy időminta mentén számítják ki, ami jelentősen csökkenti a véletlenszerű zajt, de ugyanakkor elveszít minden értékes információt a szeizmikus amplitúdó és az eltolás közötti kapcsolatról. Kevésbé jelentős folyamatok, amelyeket röviddel a CMP stack előtt alkalmaznak, a Normal moveout korrekció és a statikai korrekció. A tengeri szeizmikus adatokkal ellentétben a szárazföldi szeizmikus adatokat korrigálni kell a lövés és a vevőkészülék helye közötti magasságkülönbségek miatt. Ez a korrekció függőleges időeltolódás formájában történik egy sík dátumhoz képest, és statikai korrekciónak nevezik, de a feldolgozási folyamat későbbi szakaszában további korrekcióra lesz szükség, mivel a felszínközeli sebességet nem ismerjük pontosan. Ezt a további korrekciót maradék statikai korrekciónak nevezik.

A szeizmikus migráció az a folyamat, amelynek során a szeizmikus eseményeket térben vagy időben geometrikusan áthelyezik arra a helyre, ahol az esemény a felszín alatt történt, nem pedig arra a helyre, ahol a felszínen rögzítették, ezáltal pontosabb képet alkotva a felszín alatti területről.

Szeizmikus értelmezésSzerkesztés

A szeizmikus értelmezés célja, hogy a feldolgozott szeizmikus reflexiók térképéből egy összefüggő geológiai történetet kapjunk. A legegyszerűbb szinten a szeizmikus értelmezés magában foglalja a 2D vagy 3D adatkészletben található folyamatos reflexiók mentén történő nyomon követést és korrelációt, és ezek felhasználását a geológiai értelmezés alapjául. Ennek célja olyan szerkezeti térképek készítése, amelyek tükrözik az egyes földtani rétegek mélységének térbeli változásait. E térképek segítségével szénhidrogéncsapdákat lehet azonosítani, és olyan modelleket lehet készíteni a felszín alatti rétegekről, amelyek lehetővé teszik a mennyiségi számítások elvégzését. A szeizmikus adatok azonban ritkán adnak elég tiszta képet ehhez. Ez főként a függőleges és vízszintes szeizmikus felbontás miatt van így, de gyakran a zaj és a feldolgozási nehézségek is rosszabb minőségű képet eredményeznek. Emiatt a szeizmikus értelmezésben mindig van egy bizonyos fokú bizonytalanság, és egy adott adatkészlethez több olyan megoldás is tartozhat, amely megfelel az adatoknak. Ilyen esetben további adatokra van szükség a megoldás korlátozásához, például további szeizmikus felvételek, fúrólyukfelmérések vagy gravitációs és mágneses felmérési adatok formájában. A szeizmikus feldolgozó mentalitásához hasonlóan a szeizmikus értelmezőt is általában optimizmusra ösztönzik, hogy a felmérési terület elhagyása helyett további munkára ösztönözzék. A szeizmikus értelmezést geológusok és geofizikusok egyaránt végzik, a legtöbb szeizmikus értelmező mindkét területhez ért.

A szénhidrogén-kutatásban azok a jellemzők, amelyeket az értelmező különösen a kőolaj-tartalékot alkotó részek – a forráskőzet, a tároló kőzet, a tömítés és a csapda – körülhatárolására törekszik.

Seismic attribute analysisEdit

A szeizmikus attribútumelemzés során a szeizmikus adatokból olyan mennyiséget vonnak ki vagy vezetnek le, amely elemezhető annak érdekében, hogy a hagyományos szeizmikus képen esetleg finomabbnak tűnő információkat feljavítsák, ami az adatok jobb geológiai vagy geofizikai értelmezéséhez vezet. Az elemezhető attribútumok közé tartozik például az átlagos amplitúdó, amely a fényes és a halvány foltok, a koherencia és az amplitúdó és az eltolás közötti összefüggés meghatározásához vezethet. Azokat az attribútumokat, amelyek szénhidrogének jelenlétét mutathatják ki, közvetlen szénhidrogén-indikátoroknak nevezik.

KéregkutatásokSzerkesztés

A reflexiós szeizmológia alkalmazását a tektonika és a földkéreg vizsgálatában az 1970-es években olyan csoportok kezdték el alkalmazni, mint a Consortium for Continental Reflection Profiling (COCORP), amelyek más országokban, például Nagy-Britanniában a BIRPS és Franciaországban az ECORS mélyszeizmikus kutatásokat inspiráltak. A British Institutions Reflection Profiling Syndicate (BIRPS) az északi-tengeri szénhidrogén-kutatás eredményeként jött létre. Világossá vált, hogy nem értették eléggé azokat a tektonikai folyamatokat, amelyek a feltárásra kerülő geológiai struktúrákat és üledékes medencéket kialakították. Az erőfeszítések jelentős eredményeket hoztak, és megmutatták, hogy tengeri szeizmikus felmérésekkel lehetséges a kéregen keresztül a felső köpenybe hatoló tektonikai törésekhez hasonló jellegzetességek, mint például a tolótörések profilozása.