Sejsmologia refleksyjna jest szeroko wykorzystywana w wielu dziedzinach, a jej zastosowania można podzielić na trzy grupy, z których każda jest definiowana przez głębokość badania:

• Zastosowania przypowierzchniowe – zastosowanie, które ma na celu zrozumienie geologii na głębokości do około 1 km, zazwyczaj wykorzystywane do badań inżynieryjnych i środowiskowych, a także do poszukiwania węgla i minerałów. Ostatnio rozwiniętym zastosowaniem refleksji sejsmicznej są badania energii geotermalnej, chociaż w tym przypadku głębokość badania może wynosić do 2 km.
• Poszukiwanie węglowodorów – wykorzystywane przez przemysł węglowodorowy w celu uzyskania wysokiej rozdzielczości mapy kontrastów impedancji akustycznej na głębokości do 10 km w podpowierzchni. Może to być połączone z analizą atrybutów sejsmicznych i innymi narzędziami geofizyki poszukiwawczej i wykorzystane do pomocy geologom w budowie modelu geologicznego interesującego ich obszaru.
• Poszukiwanie minerałów – Tradycyjne podejście do poszukiwań minerałów w pobliżu powierzchni (<300 m) polegało na zastosowaniu map geologicznych, analizy geochemicznej i wykorzystaniu lotniczych i naziemnych metod terenowych, w szczególności w przypadku poszukiwań prowadzonych od podstaw.
• Badania krystaliczne – badanie struktury i pochodzenia skorupy ziemskiej, aż do nieciągłości Moho i dalej, na głębokości do 100 km.

Metoda podobna do sejsmologii refleksyjnej, która wykorzystuje fale elektromagnetyczne zamiast sprężystych i ma mniejszą głębokość penetracji, znana jest jako radar penetrujący grunt lub GPR.

Poszukiwanie węglowodorówEdit

Sejsmologia refleksyjna, bardziej powszechnie określana jako „refleksja sejsmiczna” lub w skrócie „sejsmiczna” w przemyśle węglowodorów, jest wykorzystywana przez geologów naftowych i geofizyków do mapowania i interpretowania potencjalnych zbiorników ropy naftowej. Rozmiar i skala badań sejsmicznych wzrosła wraz ze znacznym wzrostem mocy obliczeniowej komputerów od końca XX wieku. Doprowadziło to do tego, że przemysł sejsmiczny przeszedł od pracochłonnego – a przez to rzadkiego – wykonywania małych badań 3D w latach 80-tych do rutynowego wykonywania dużych badań 3D o wysokiej rozdzielczości. Cele i podstawowe zasady pozostały takie same, ale metody nieco się zmieniły na przestrzeni lat.

Podstawowe środowiska dla sejsmicznych poszukiwań węglowodorów to ląd, strefa przejściowa i morze:

Ląd – Środowisko lądowe obejmuje prawie każdy rodzaj terenu występujący na Ziemi, z których każdy niesie ze sobą własne problemy logistyczne. Przykładami tego środowiska są dżungla, pustynia, arktyczna tundra, las, tereny miejskie, regiony górskie i sawanna.

Strefa przejściowa (TZ) – Za strefę przejściową uważa się obszar, w którym ląd styka się z morzem, co stanowi wyjątkowe wyzwanie, ponieważ woda jest zbyt płytka dla dużych statków sejsmicznych, ale zbyt głęboka, aby można było zastosować tradycyjne metody akwizycji na lądzie. Przykładami tego środowiska są delty rzek, bagna i mokradła, rafy koralowe, obszary pływowe na plażach i strefa surfingu. Ekipy sejsmiczne pracujące w strefie przejściowej często pracują na lądzie, w strefie przejściowej i w płytkowodnym środowisku morskim w ramach jednego projektu w celu uzyskania kompletnej mapy podpowierzchni.

Morska – strefa morska znajduje się albo w obszarach płytkowodnych (głębokość wody poniżej 30-40 metrów jest zwykle uznawana za płytkowodną w przypadku morskich badań sejsmicznych 3D), albo w obszarach głębokowodnych zwykle związanych z morzami i oceanami (takich jak Zatoka Meksykańska).

Pozyskiwanie danych sejsmicznychEdit

Pozyskiwanie danych sejsmicznych to pierwszy z trzech odrębnych etapów eksploracji sejsmicznej, pozostałe dwa to przetwarzanie danych sejsmicznych i interpretacja sejsmiczna.

Badania sejsmiczne są zazwyczaj projektowane przez krajowe i międzynarodowe spółki naftowe, które zatrudniają do ich wykonania firmy usługowe, takie jak CGG, Petroleum Geo-Services i WesternGeco. Inna firma jest następnie zatrudniana do przetwarzania danych, choć często może to być ta sama firma, która wykonała badania. Ostatecznie gotowy wolumen sejsmiczny jest dostarczany do spółki naftowej, aby można go było poddać interpretacji geologicznej.

Pozyskiwanie danych sejsmicznych na lądzieEdit

Sondaże sejsmiczne lądowe są zwykle dużymi jednostkami, Wymagają użycia setek ton sprzętu i angażują od kilkuset do kilku tysięcy osób, rozmieszczonych na rozległych obszarach przez wiele miesięcy. Istnieje wiele opcji kontrolowanych źródeł sejsmicznych w badaniach lądowych, szczególnie często wybierane są wibroseje i dynamit. Wibroizolacja jest źródłem nieimpulsowym, tanim i wydajnym, ale wymaga płaskiego podłoża, co utrudnia jej zastosowanie na terenach niezabudowanych. Metoda ta polega na tym, że jeden lub więcej ciężkich pojazdów terenowych opuszcza na grunt stalową płytę, która następnie jest poddawana wibracjom o określonym rozkładzie częstotliwości i amplitudzie. Metoda ta charakteryzuje się niską gęstością energii, co pozwala na stosowanie jej w miastach i innych obszarach zabudowanych, gdzie dynamit mógłby spowodować znaczne szkody, choć duża masa ciężarówki wibroizolacyjnej może powodować szkody dla środowiska. Dynamit jest źródłem impulsowym, które jest uważane za idealne źródło geofizyczne ze względu na wytwarzanie prawie idealnej funkcji impulsu, ale ma oczywiste wady środowiskowe. Przez długi czas było to jedyne dostępne źródło sejsmiczne, aż do momentu, gdy około 1954 roku wprowadzono zrzucanie ciężarków, co pozwoliło geofizykom na kompromis pomiędzy jakością obrazu a szkodliwością dla środowiska. W porównaniu z wibroizolacją, dynamit jest również nieefektywny operacyjnie, ponieważ każdy punkt źródła musi zostać wywiercony, a dynamit umieszczony w otworze.

Lądowe badania sejsmiczne wymagają znacznego wsparcia logistycznego. Poza codziennymi pracami sejsmicznymi, konieczne jest także wsparcie dla głównego obozu (catering, gospodarka odpadami, pralnia itp.), mniejszych obozów (np. tam, gdzie odległość jest zbyt duża, by można było wrócić do głównego obozu ciężarówkami z wibratorami), konserwacja pojazdów i sprzętu, personel medyczny i ochrona.

Inaczej niż w przypadku morskich badań sejsmicznych, geometria lądowa nie jest ograniczona do wąskich ścieżek akwizycji, co oznacza, że zwykle pozyskiwany jest szeroki zakres offsetów i azymutów, a największym wyzwaniem jest zwiększenie tempa akwizycji. Największym wyzwaniem jest zwiększenie szybkości akwizycji. Szybkość produkcji jest oczywiście kontrolowana przez to, jak szybko źródło (w tym przypadku Vibroseis) może zostać wystrzelone, a następnie przejść do następnej lokalizacji źródła. Podejmowane są próby jednoczesnego wykorzystania wielu źródeł sejsmicznych w celu zwiększenia wydajności badań, a udanym przykładem takiej techniki jest Independent Simultaneous Sweeping (ISS).

Akwizycja badań morskich (streamer)Edycja

Tradycyjne morskie badania sejsmiczne są prowadzone przy użyciu specjalniewyposażonych statków, które holują jeden lub więcej kabli zawierających serię hydrofonów w stałych odstępach (patrz diagram). Kable te nazywane są streamerami, przy czym w badaniach 2D wykorzystuje się tylko 1 streamer, a w badaniach 3D do 12 lub więcej (choć częściej stosuje się 6 lub 8). Strumienice są rozmieszczane tuż pod powierzchnią wody i znajdują się w ustalonej odległości od statku. Źródło sejsmiczne, zwykle działo powietrzne lub zestaw dział powietrznych, ale dostępne są również inne źródła, jest również rozmieszczane pod powierzchnią wody i znajduje się między statkiem a pierwszym odbiornikiem. Często stosuje się dwa identyczne źródła, aby uzyskać szybsze tempo wystrzeliwania. Morskie badania sejsmiczne generują znaczną ilość danych, każdy streamer może mieć do 6, a nawet 8 km długości, zawierając setki kanałów, a źródło sejsmiczne jest zwykle wystrzeliwane co 15 lub 20 sekund.

Seismic vessel with 2 sources and towing a single streamer is known as a Narrow-Azimuth Towed Streamer (or NAZ or NATS). Na początku XXI wieku uznano, że ten rodzaj akwizycji jest przydatny do wstępnych prac poszukiwawczych, ale nieodpowiedni do prac rozwojowych i produkcyjnych, w których konieczne jest precyzyjne pozycjonowanie odwiertów. Doprowadziło to do opracowania systemu Multi-Azimuth Towed Streamer (MAZ), który próbował przełamać ograniczenia liniowego schematu akwizycji NATS poprzez akwizycję kombinacji badań NATS na różnych azymutach (patrz diagram). Dzięki temu udało się zwiększyć oświetlenie podpowierzchni i uzyskać lepszy stosunek sygnału do szumu.

Właściwości sejsmiczne soli stanowią dodatkowy problem dla morskich badań sejsmicznych, tłumi ona fale sejsmiczne, a jej struktura zawiera trudne do zobrazowania nawisy. Doprowadziło to do powstania kolejnej odmiany badań NATS – holowanego streamera o szerokim azymucie (WAZ lub WATS), który został po raz pierwszy przetestowany na polu Mad Dog w 2004 roku. Ten typ badania obejmował 1 statek holujący wyłącznie zestaw 8 streamerów i 2 oddzielne statki holujące źródła sejsmiczne, które znajdowały się na początku i końcu ostatniej linii odbiorników (patrz schemat). Konfiguracja ta była „kafelkowana” 4 razy, przy czym statek odbiorczy za każdym razem oddalał się od statków źródłowych, uzyskując efekt badania z 4-krotnie większą liczbą streamerów. W efekcie końcowym uzyskano zbiór danych sejsmicznych o większym zakresie szerszych azymutów, co stanowiło przełom w obrazowaniu sejsmicznym. Są to obecnie trzy powszechnie stosowane rodzaje morskich badań sejsmicznych z użyciem holowanych streamerów.

Pozyskiwanie danych sejsmicznych z dna morskiego (ocean bottom seismic (OBS))Edycja

Pozyskiwanie danych sejsmicznych z dna morskiego nie jest ograniczone do statków sejsmicznych; możliwe jest także układanie kabli geofonów i hydrofonów na dnie morskim w sposób podobny do tego, w jaki kable są wykorzystywane w lądowych badaniach sejsmicznych, oraz korzystanie z oddzielnego statku źródłowego. Metoda ta została pierwotnie opracowana ze względu na konieczność operacyjną, aby umożliwić prowadzenie badań sejsmicznych w obszarach z przeszkodami, takimi jak platformy produkcyjne, bez konieczności pogorszenia jakości obrazu. Kable oceaniczne (OBC) są również szeroko stosowane w innych obszarach, w których nie można użyć statku sejsmicznego, na przykład w płytkich wodach morskich (głębokość wody <300 m) i w środowiskach strefy przejściowej, a także mogą być rozmieszczane przez zdalnie sterowane pojazdy podwodne (ROV) w głębokich wodach, gdy ceniona jest powtarzalność (patrz 4D, poniżej). Konwencjonalne badania OBC wykorzystują odbiorniki dwuskładnikowe, łączące czujnik ciśnienia (hydrofon) i czujnik prędkości cząstek w pionie (geofon pionowy), ale najnowsze opracowania rozszerzyły tę metodę do stosowania czujników czteroskładnikowych, tj. hydrofonu i trzech ortogonalnych geofonów. Czujniki czteroskładnikowe mają tę zaletę, że mogą również rejestrować fale ścinające, które nie przechodzą przez wodę, ale nadal mogą zawierać cenne informacje.

Oprócz zalet operacyjnych, OBC ma również zalety geofizyczne w porównaniu z konwencjonalnym badaniem NATS, które wynikają z większego zagięcia i szerszego zakresu azymutów związanych z geometrią badania. Jednak, podobnie jak w przypadku badań lądowych, szersze azymuty i większe zagięcie wiążą się z kosztami, a możliwości prowadzenia badań OBC na dużą skalę są poważnie ograniczone.

W 2005 roku nad polem naftowym Atlantis w ramach współpracy BP i Fairfield Geotechnologies po raz pierwszy wypróbowano oceaniczne węzły denne (OBN) – rozszerzenie metody OBC wykorzystujące zasilane bateryjnie odbiorniki bez kabli umieszczone w głębokiej wodzie. Rozmieszczenie tych węzłów może być bardziej elastyczne niż kabli w OBC i są one łatwiejsze do przechowywania i wdrażania ze względu na ich mniejszy rozmiar i niższą wagę.

Akwizycja poklatkowa (4D)Edycja

Badania poklatkowe lub 4D to badania sejsmiczne 3D powtarzane po pewnym czasie. 4D odnosi się do czwartego wymiaru, którym w tym przypadku jest czas. Badania poklatkowe są wykonywane w celu obserwacji zmian zachodzących w zbiorniku podczas produkcji i identyfikacji obszarów, w których występują bariery dla przepływu, które mogą być niewykrywalne w konwencjonalnych badaniach sejsmicznych. Badania poklatkowe składają się z badania podstawowego oraz badania monitorującego lub powtórnego, wykonywanego po rozpoczęciu eksploatacji złoża. Większość z tych badań to powtarzane badania NATS, ponieważ są one tańsze w wykonaniu, a większość pól w przeszłości miała już wykonane badanie bazowe NATS. Niektóre z tych badań są wykonywane przy użyciu kabli dennych, ponieważ po ich usunięciu można je dokładnie umieścić w poprzednim miejscu. Lepsze powtórzenie dokładnej lokalizacji źródła i odbiornika prowadzi do poprawy powtarzalności i lepszego stosunku sygnału do szumu. Szereg badań 4D przeprowadzono również nad polami, na których zakupiono i trwale rozmieszczono kable denne. Metoda ta znana jest pod nazwą Life of Field Seismic (LoFS) lub Permanent Reserve Monitoring (PRM).

OBN okazała się być kolejnym bardzo dobrym sposobem na dokładne powtórzenie akwizycji danych sejsmicznych. Pierwsze na świecie badanie 4D z wykorzystaniem węzłów zostało pozyskane nad polem naftowym Atlantis w 2009 roku, przy czym węzły zostały umieszczone przez ROV na głębokości wody 1300-2200 m w odległości kilku metrów od miejsca, w którym zostały wcześniej umieszczone w 2005 roku.

Przetwarzanie danych sejsmicznychEdit

W przetwarzaniu danych sejsmicznych występują trzy główne procesy: dekonwolucja, układanie w stos CMP (common-midpoint) i migracja.

Dekonwolucja jest procesem, który próbuje wyodrębnić serię refleksyjności Ziemi, przy założeniu, że ślad sejsmiczny jest po prostu serią refleksyjności Ziemi skolimowaną z filtrami zniekształcającymi. Proces ten poprawia rozdzielczość czasową poprzez załamanie falki sejsmicznej, ale nie jest on jednoznaczny, chyba że dostępne są dalsze informacje, takie jak rejestry otworowe, lub przyjęte są dalsze założenia. Operacje dekonwolucji mogą być wykonywane kaskadowo, przy czym każda pojedyncza dekonwolucja ma na celu usunięcie określonego typu zniekształceń.

CMP stacking jest solidnym procesem, który wykorzystuje fakt, że dana lokalizacja w głębi ziemi była próbkowana wiele razy i w różnych odstępach. Pozwala to geofizykowi na skonstruowanie grupy śladów o różnych offsetach, które wszystkie próbkują tę samą lokalizację podpowierzchniową, znaną jako Common Midpoint Gather. Średnia amplituda jest następnie obliczana wzdłuż próbki czasu, co powoduje znaczne obniżenie losowego szumu, ale również utratę wszystkich cennych informacji o relacji pomiędzy amplitudą sejsmiczną a offsetem. Mniej znaczące procesy, które są stosowane na krótko przed stosem CMP, to korekcja przesunięcia normalnego i korekcja statyki. W przeciwieństwie do sejsmicznych danych morskich, sejsmiczne dane lądowe muszą zostać skorygowane o różnice wysokości między miejscem ujęcia a miejscem odbioru. Korekta ta ma postać pionowego przesunięcia w czasie do płaskiego układu odniesienia i jest znana jako korekta statyki, ale będzie wymagać dalszej korekty w dalszej części sekwencji przetwarzania, ponieważ prędkość bliskiej powierzchni nie jest dokładnie znana. Ta dalsza korekta jest znana jako szczątkowa korekta statyki.

Migracja sejsmiczna to proces, w którym zdarzenia sejsmiczne są geometrycznie przenoszone w przestrzeni lub czasie do miejsca, w którym zdarzenie miało miejsce w podpowierzchni, a nie do miejsca, w którym zostało zarejestrowane na powierzchni, tworząc w ten sposób dokładniejszy obraz podpowierzchni.

Interpretacja sejsmicznaEdit