Reflectie seismologie wordt op grote schaal gebruikt op een aantal gebieden en de toepassingen kunnen worden onderverdeeld in drie groepen, elk gedefinieerd door de diepte van het onderzoek:

• Toepassingen dicht bij de oppervlakte – een toepassing die gericht is op het begrijpen van de geologie op een diepte tot ongeveer 1 km, die typisch wordt gebruikt voor engineering en milieuonderzoek, alsmede voor de exploratie van kolen en mineralen. Een meer recent ontwikkelde toepassing van seismische reflectie is voor geothermische energieonderzoeken, hoewel de onderzoeksdiepte in dit geval tot 2 km diep kan zijn.
• Koolwaterstofexploratie – gebruikt door de koolwaterstofindustrie om een kaart met hoge resolutie van akoestische impedantiecontrasten op dieptes tot 10 km in de ondergrond te verkrijgen. Dit kan worden gecombineerd met seismische attribuutanalyse en andere instrumenten voor geofysische exploratie en worden gebruikt om geologen te helpen een geologisch model van het betrokken gebied op te bouwen.
• Mineral exploration – The traditional approach to near-surface (<300 m) mineral exploration has been to employ geological mapping, geochemical analysis and the use of aerial and ground-based potential field methods, in particular for greenfield exploration, in the recent decades reflection seismic has become a valid method for exploration in hard-rock environments.
• Korstonderzoek – onderzoek naar de structuur en de oorsprong van de aardkorst, tot aan de Moho-discontinuïteit en verder, op diepten tot 100 km.

Een met reflectie-seismologie vergelijkbare methode, waarbij gebruik wordt gemaakt van elektromagnetische in plaats van elastische golven, en die een geringere penetratiediepte heeft, staat bekend als Ground-penetrating radar of GPR.

KoolwaterstofexploratieEdit

Reflectie seismologie, meer algemeen aangeduid als “seismische reflectie” of afgekort tot “seismisch” binnen de koolwaterstofindustrie, wordt gebruikt door petroleumgeologen en geofysici om potentiële petroleumreservoirs in kaart te brengen en te interpreteren. De omvang en de schaal van seismisch onderzoek zijn samen met de aanzienlijke toename van de computerkracht sinds het einde van de 20e eeuw toegenomen. Dit heeft ertoe geleid dat de seismische industrie van het moeizaam – en dus zelden – verwerven van kleine 3D-onderzoeken in de jaren tachtig is overgegaan op het routinematig verwerven van grootschalige 3D-onderzoeken met hoge resolutie. De doelstellingen en basisprincipes zijn hetzelfde gebleven, maar de methoden zijn in de loop der jaren enigszins veranderd.

De primaire omgevingen voor seismisch onderzoek naar koolwaterstoffen zijn land, de overgangszone en marien:

Land – Het landmilieu omvat bijna elk type terrein dat op aarde bestaat, elk met zijn eigen logistieke problemen. Voorbeelden van deze omgeving zijn oerwoud, woestijn, arctische toendra, bos, stedelijke omgevingen, berggebieden en savanne.

Overgangszone (TZ) – De overgangszone wordt beschouwd als het gebied waar het land de zee ontmoet, wat unieke uitdagingen met zich meebrengt omdat het water te ondiep is voor grote seismische schepen, maar te diep voor het gebruik van traditionele methoden van acquisitie op het land. Voorbeelden van deze omgeving zijn rivierdelta’s, moerassen en moerassen, koraalriffen, getijdengebieden op stranden en de brandingszone. Overgangszone seismische ploegen zullen vaak werken op het land, in de overgangszone en in het ondiepe water mariene milieu op een enkel project om een volledige kaart van de ondergrond te verkrijgen.

Mariene – De mariene zone bevindt zich ofwel in gebieden met ondiep water (waterdiepten van minder dan 30 tot 40 meter worden normaal gesproken beschouwd als gebieden met ondiep water voor seismische 3D-operaties op zee) ofwel in de diepwatergebieden die normaal gesproken worden geassocieerd met de zeeën en oceanen (zoals de Golf van Mexico).

Seismische data-acquisitieEdit

Seismische data-acquisitie is de eerste van de drie onderscheiden stadia van seismische exploratie, de andere twee zijn seismische dataverwerking en seismische interpretatie.

Seismisch onderzoek wordt gewoonlijk ontworpen door nationale en internationale oliemaatschappijen die dienstverlenende bedrijven, zoals CGG, Petroleum Geo-Services en WesternGeco, inhuren om de gegevens te verzamelen. Vervolgens wordt een ander bedrijf ingehuurd om de gegevens te verwerken, hoewel dit vaak hetzelfde bedrijf kan zijn dat het onderzoek heeft verworven. Tenslotte wordt het voltooide seismische volume aan de oliemaatschappij geleverd, zodat het geologisch kan worden geïnterpreteerd.

Landmeetkundige acquisitieEdit

Seismisch onderzoek op het land heeft de neiging om grote entiteiten te zijn, waarvoor honderden tonnen apparatuur nodig zijn en waar enkele honderden tot enkele duizenden mensen werken, die gedurende vele maanden over uitgestrekte gebieden worden ingezet. Er zijn een aantal opties beschikbaar voor een gecontroleerde seismische bron in een landonderzoek en bijzonder gangbare keuzes zijn Vibroseis en dynamiet. Vibroseis is een niet-impulsieve bron die goedkoop en efficiënt is, maar een vlakke ondergrond vereist om op te werken, waardoor het gebruik ervan moeilijker is in onontwikkelde gebieden. De methode omvat een of meer zware terreinvoertuigen die een stalen plaat op de grond laten zakken, die vervolgens met een specifieke frequentieverdeling en amplitude in trilling wordt gebracht. De energiedichtheid is laag, zodat de methode kan worden gebruikt in steden en andere bebouwde gebieden waar dynamiet aanzienlijke schade zou veroorzaken, hoewel het grote gewicht dat aan een Vibroseis-truck hangt zijn eigen milieuschade kan veroorzaken. Dynamiet is een impulsieve bron die wordt beschouwd als de ideale geofysische bron omdat hij een bijna perfecte impulsfunctie produceert, maar hij heeft duidelijke nadelen voor het milieu. Lange tijd was het de enige beschikbare seismische bron, totdat rond 1954 de gewichtsvermindering werd ingevoerd, waardoor geofysici een afweging konden maken tussen beeldkwaliteit en milieuschade. Vergeleken met vibroseis is dynamiet ook operationeel inefficiënt omdat elk bronpunt moet worden geboord en het dynamiet in het gat moet worden geplaatst.

Een seismisch onderzoek op land vereist aanzienlijke logistieke ondersteuning. Naast de dagelijkse seismische operatie zelf, moet er ook ondersteuning zijn voor het hoofdkamp (voor catering, afvalbeheer en wasserij, enz.), kleinere kampen (bijvoorbeeld wanneer de afstand te ver is om met trilmotortrucks naar het hoofdkamp terug te rijden), onderhoud van voertuigen en apparatuur, medisch personeel en beveiliging.

In tegenstelling tot seismisch onderzoek op zee, zijn landgeometrieën niet beperkt tot smalle paden voor acquisitie, hetgeen betekent dat gewoonlijk een breed scala van offsets en azimuths wordt verworven en de grootste uitdaging is het verhogen van de acquisitiesnelheid. De acquisitiesnelheid wordt uiteraard bepaald door hoe snel de bron (Vibroseis in dit geval) kan worden afgevuurd en vervolgens naar de volgende bronlocatie kan worden overgebracht. Er zijn pogingen ondernomen om meerdere seismische bronnen tegelijk te gebruiken om de efficiëntie van het onderzoek te verhogen en een succesvol voorbeeld van deze techniek is Independent Simultaneous Sweeping (ISS).

Acquisitie van zeeonderzoek (streamer)

Traditioneel seismisch onderzoek op zee wordt uitgevoerd met speciaaluitgeruste schepen die een of meer kabels met een reeks hydrofoons met constante tussenpozen slepen (zie diagram). De kabels staan bekend als streamers, waarbij voor 2D-onderzoek slechts 1 streamer wordt gebruikt en voor 3D-onderzoek tot 12 of meer (hoewel 6 of 8 gebruikelijker is). De streamers worden vlak onder het wateroppervlak uitgezet en bevinden zich op een vaste afstand van het schip. De seismische bron, gewoonlijk een airgun of een reeks airguns maar er zijn ook andere bronnen beschikbaar, wordt eveneens onder het wateroppervlak uitgezet en bevindt zich tussen het vaartuig en de eerste ontvanger. Vaak worden twee identieke bronnen gebruikt om een hogere opnamesnelheid te bereiken. Seismisch onderzoek op zee genereert een aanzienlijke hoeveelheid gegevens, elke streamer kan tot 6 of zelfs 8 km lang zijn, honderden kanalen bevatten en de seismische bron wordt doorgaans om de 15 of 20 seconden afgevuurd.

Een seismisch vaartuig met 2 bronnen dat één streamer sleept, staat bekend als een Narrow-Azimuth Towed Streamer (of NAZ of NATS). Tegen het begin van de jaren 2000 was men het erover eens dat dit type acquisitie nuttig was voor de eerste exploratie, maar ontoereikend voor ontwikkeling en productie, waarbij putten nauwkeurig moeten worden gepositioneerd. Dit leidde tot de ontwikkeling van de Multi-Azimuth Towed Streamer (MAZ), waarmee werd getracht de beperkingen van het lineaire acquisitiepatroon van een NATS-survey te doorbreken door een combinatie van NATS-surveys op verschillende azimutsen te verzamelen (zie diagram). Dit leidde tot een betere belichting van de ondergrond en een betere signaal-ruisverhouding.

De seismische eigenschappen van zout vormen een extra probleem voor seismisch onderzoek op zee: het verzwakt de seismische golven en de structuur bevat overhangen die moeilijk in beeld te brengen zijn. Dit leidde tot een andere variatie op het NATS-surveytype, de wide-azimuth towed streamer (of WAZ of WATS) en werd voor het eerst getest op het Mad Dog-veld in 2004. Dit type onderzoek omvatte 1 vaartuig dat uitsluitend een set van 8 streamers sleepte en 2 afzonderlijke vaartuigen die seismische bronnen sleepten die zich aan het begin en het einde van de laatste ontvangerlijn bevonden (zie diagram). Deze configuratie werd 4 keer “getegeld”, waarbij het ontvangerschip telkens verder weg kwam te liggen van de bronschepen, zodat uiteindelijk het effect ontstond van een onderzoek met 4 maal het aantal streamers. Het eindresultaat was een seismische dataset met een groter bereik van bredere azimuths, wat een doorbraak betekende in de seismische beeldvorming. Dit zijn nu de drie gangbare typen seismisch onderzoek op zee met gesleepte streamers.

Aankoop van seismisch onderzoek op zee (seismisch onderzoek van de oceaanbodem (OBS))

Aankoop van seismisch onderzoek op zee is niet alleen beperkt tot seismische schepen; het is ook mogelijk om kabels van geofoons en hydrofoons op de zeebodem te leggen op een vergelijkbare manier als kabels worden gebruikt bij seismisch onderzoek op het land, en daarbij een apart bronschip te gebruiken. Deze methode is oorspronkelijk ontwikkeld uit operationele noodzaak om seismisch onderzoek mogelijk te maken in gebieden met obstructies, zoals productieplatforms, zonder dat de resulterende beeldkwaliteit in het gedrang hoeft te komen. Oceaanbodemkabels (OBC) worden ook op grote schaal gebruikt in andere gebieden waar een seismisch vaartuig niet kan worden ingezet, bijvoorbeeld in ondiepe mariene (waterdiepte <300 m) en overgangszone-omgevingen, en kunnen worden ingezet door op afstand bediende onderwatervoertuigen (ROV’s) in diep water wanneer herhaalbaarheid belangrijk is (zie 4D, hieronder). Conventioneel OBC-onderzoek maakt gebruik van ontvangers met twee componenten, een combinatie van een druksensor (hydrofoon) en een sensor voor de verticale deeltjessnelheid (verticale geofoon), maar recentere ontwikkelingen hebben de methode uitgebreid tot het gebruik van sensoren met vier componenten, d.w.z. een hydrofoon en drie orthogonale geofoons. Viercomponentensensoren hebben het voordeel dat zij ook afschuifgolven kunnen registreren, die zich niet door water verplaatsen, maar toch waardevolle informatie kunnen bevatten.

Naast de operationele voordelen heeft OBC ook geofysische voordelen ten opzichte van een conventioneel NATS-onderzoek, die voortvloeien uit de grotere vouw en de bredere waaier van azimutsen die samenhangen met de geometrie van het onderzoek. Net als bij landmetingen gaan de grotere azimut en de grotere plooi echter ten koste van de mogelijkheid om grootschalige OBC-onderzoeken uit te voeren.

In 2005 is in het kader van een partnerschap tussen BP en Fairfield Geotechnologies voor het eerst boven het Atlantis-olieveld geëxperimenteerd met ocean bottom nodes (OBN) – een uitbreiding van de OBC-methode waarbij gebruik wordt gemaakt van in diep water geplaatste kabelloze ontvangers op batterijen. De plaatsing van deze nodes kan flexibeler zijn dan de kabels in OBC en ze zijn gemakkelijker op te slaan en in te zetten door hun kleinere formaat en lagere gewicht.

Time lapse acquisitie (4D)Edit

Time lapse of 4D onderzoeken zijn 3D seismische onderzoeken die na een periode van tijd worden herhaald. De 4D verwijst naar de vierde dimensie die in dit geval tijd is. Time lapse”-onderzoeken worden uitgevoerd om veranderingen in het reservoir tijdens de productie te observeren en om gebieden te identificeren waar belemmeringen voor de stroming bestaan die met conventionele seismiek misschien niet kunnen worden opgespoord. Time lapse-onderzoeken bestaan uit een basisonderzoek en een monitor- of herhalingsonderzoek, dat wordt uitgevoerd nadat het veld in productie is genomen. De meeste van deze onderzoeken zijn herhaalde NATS-onderzoeken, aangezien deze goedkoper zijn en de meeste velden in het verleden al een NATS-basisonderzoek hadden. Sommige van deze onderzoeken worden uitgevoerd met gebruikmaking van zeebodemkabels, omdat de kabels, nadat zij zijn verwijderd, nauwkeurig op hun vroegere plaats kunnen worden gelegd. Een betere herhaling van de exacte bron- en ontvangerlocatie leidt tot een betere herhaalbaarheid en betere signaal/ruis-verhoudingen. Er zijn ook een aantal 4D-onderzoeken opgezet boven velden waar oceaanbodemkabels zijn aangekocht en permanent zijn geïnstalleerd. Deze methode staat bekend als “life of field seismic” (LoFS) of “permanent reservoir monitoring” (PRM).

OBN is een andere zeer goede manier gebleken om een seismische acquisitie accuraat te herhalen. s Werelds eerste 4D-onderzoek met gebruikmaking van nodes werd in 2009 boven het Atlantis-olieveld verricht, waarbij de nodes door een ROV in een waterdiepte van 1300-2200 m werden geplaatst tot op enkele meters van de plaats waar ze eerder in 2005 waren geplaatst.

Seismische gegevensverwerkingEdit

Er zijn drie belangrijke processen bij de verwerking van seismische gegevens: deconvolutie, common-midpoint (CMP) stacking en migratie.

Deconvolutie is een proces dat probeert de reflectiviteitsreeksen van de aarde te extraheren, onder de veronderstelling dat een seismisch spoor gewoon de reflectiviteitsreeks van de aarde is, geconvolveerd met vervormende filters. Dit proces verbetert de temporele resolutie door het samenvouwen van de seismische wavelet, maar is niet uniek tenzij nadere informatie beschikbaar is, zoals boorputlogboeken, of nadere veronderstellingen worden gemaakt. Deconvolutiebewerkingen kunnen in cascade worden uitgevoerd, waarbij elke deconvolutie afzonderlijk is ontworpen om een bepaald type vervorming te verwijderen.

CMP stacking is een robuust proces dat gebruik maakt van het feit dat een bepaalde plaats in de ondergrond talloze malen en op verschillende offsets zal zijn bemonsterd. Dit stelt een geofysicus in staat een groep sporen te construeren met een reeks offsets die alle dezelfde ondergrondse locatie bemonsteren, bekend als een Common Midpoint Gather. De gemiddelde amplitude wordt dan berekend langs een tijdmonster, waardoor de willekeurige ruis aanzienlijk wordt verminderd, maar ook alle waardevolle informatie over de relatie tussen seismische amplitude en offset verloren gaat. Minder belangrijke processen die kort voor de CMP-stack worden toegepast zijn Normal moveout correctie en statische correctie. In tegenstelling tot seismische gegevens op zee moeten seismische gegevens op land worden gecorrigeerd voor de hoogteverschillen tussen de opname- en ontvangerlocaties. Deze correctie wordt uitgevoerd in de vorm van een verticale tijdverschuiving naar een vlak nulpunt en staat bekend als een statische correctie, maar zal later in de verwerkingsreeks verder moeten worden gecorrigeerd omdat de snelheid van het nabije oppervlak niet nauwkeurig bekend is. Deze verdere correctie staat bekend als een residuele statische correctie.

Seismische migratie is het proces waarbij seismische gebeurtenissen geometrisch worden verplaatst in ruimte of tijd naar de plaats waar de gebeurtenis in de ondergrond plaatsvond in plaats van de plaats waar deze aan de oppervlakte werd geregistreerd, waardoor een nauwkeuriger beeld van de ondergrond wordt verkregen.

Seismische interpretatieEdit