Seismologia de reflexie este utilizată pe scară largă într-o serie de domenii, iar aplicațiile sale pot fi clasificate în trei grupe, fiecare dintre ele fiind definită de adâncimea de investigare:

• Aplicații aproape de suprafață – o aplicație care are ca scop înțelegerea geologiei la adâncimi de până la aproximativ 1 km, utilizată de obicei pentru studii de inginerie și de mediu, precum și pentru explorarea cărbunelui și a mineralelor. O aplicație mai recent dezvoltată pentru reflexia seismică este cea pentru studiile privind energia geotermală, deși adâncimea de investigare poate fi de până la 2 km în acest caz.
• Explorarea hidrocarburilor – utilizată de industria hidrocarburilor pentru a furniza o hartă de înaltă rezoluție a contrastelor de impedanță acustică la adâncimi de până la 10 km în subsol. Aceasta poate fi combinată cu analiza atributelor seismice și cu alte instrumente geofizice de explorare și poate fi utilizată pentru a ajuta geologii să construiască un model geologic al zonei de interes.
• Explorarea minerală – Abordarea tradițională a explorării mineralelor din apropierea suprafeței (<300 m) a constat în utilizarea cartografiei geologice, a analizei geochimice și a utilizării metodelor de teren cu potențial aerian și terestru, în special pentru explorarea greenfield, în ultimele decenii seismul de reflecție a devenit o metodă valabilă pentru explorarea în medii cu roci dure.
• Studii ale scoarței terestre – investigarea structurii și originii scoarței terestre, până la discontinuitatea Moho și dincolo de aceasta, la adâncimi de până la 100 km.

O metodă similară seismologiei prin reflexie, care utilizează unde electromagnetice în loc de unde elastice și are o adâncime de penetrare mai mică, este cunoscută sub numele de Ground-penetrating radar sau GPR.

Explorarea hidrocarburilorEdit

Seismologia de reflexie, denumită mai frecvent „reflexie seismică” sau prescurtată „seismică” în cadrul industriei hidrocarburilor, este utilizată de geologii și geofizicienii petroliști pentru a cartografia și interpreta potențialele rezervoare de petrol. Dimensiunea și amploarea studiilor seismice au crescut odată cu creșterea semnificativă a puterii calculatoarelor de la sfârșitul secolului XX. Acest lucru a făcut ca industria seismică să treacă de la achiziția laborioasă – și, prin urmare, rară – de sondaje 3D de mici dimensiuni în anii 1980 la achiziția de rutină de sondaje 3D de înaltă rezoluție la scară largă. Obiectivele și principiile de bază au rămas aceleași, dar metodele s-au schimbat ușor de-a lungul anilor.

Mediile primare pentru explorarea seismică a hidrocarburilor sunt cel terestru, zona de tranziție și cel marin:

Teren – Mediul terestru acoperă aproape toate tipurile de teren care există pe Pământ, fiecare aducând propriile probleme logistice. Exemple ale acestui mediu sunt jungla, deșertul, tundra arctică, pădurea, mediile urbane, regiunile muntoase și savana.

Zona de tranziție (ZT) – Zona de tranziție este considerată a fi zona în care pământul întâlnește marea, prezentând provocări unice, deoarece apa este prea puțin adâncă pentru navele seismice mari, dar prea adâncă pentru utilizarea metodelor tradiționale de achiziție pe uscat. Exemple ale acestui mediu sunt deltele râurilor, mlaștinile și mlaștinile, recifele de corali, zonele de maree de pe plajă și zona de surf. Echipele seismice din zona de tranziție vor lucra adesea pe uscat, în zona de tranziție și în mediul marin de mică adâncime în cadrul unui singur proiect, pentru a obține o hartă completă a subsolului.

Mare – Zona marină se află fie în zone de apă de mică adâncime (adâncimi ale apei mai mici de 30-40 de metri sunt considerate în mod normal zone de apă de mică adâncime pentru operațiunile seismice marine 3D), fie în zonele de apă adâncă asociate în mod normal cu mările și oceanele (cum ar fi Golful Mexic).

Achiziționarea datelor seismiceEdit

Achiziția datelor seismice este prima dintre cele trei etape distincte ale explorării seismice, celelalte două fiind prelucrarea datelor seismice și interpretarea seismică.

Cercetarea datelor seismice este proiectată, de obicei, de companiile petroliere naționale și de companiile petroliere internaționale care angajează companii de servicii precum CGG, Petroleum Geo-Services și WesternGeco pentru a le achiziționa. O altă companie este apoi angajată pentru a prelucra datele, deși aceasta poate fi adesea aceeași companie care a achiziționat sondajul. În cele din urmă, volumul seismic finalizat este livrat companiei petroliere pentru a putea fi interpretat geologic.

Achiziționarea de sondaje terestreEdit

Sesizările seismice terestre tind să fie entități mari, necesitând sute de tone de echipamente și angajând între câteva sute și câteva mii de persoane, desfășurate pe zone vaste timp de mai multe luni. Există o serie de opțiuni disponibile pentru o sursă seismică controlată într-un studiu terestru și alegerile deosebit de comune sunt Vibroseis și dinamita. Vibroseis este o sursă neimpulsivă, ieftină și eficientă, dar care necesită un teren plat pentru a funcționa, ceea ce face ca utilizarea sa să fie mai dificilă în zonele nedezvoltate. Metoda cuprinde unul sau mai multe vehicule grele, de teren, care coboară o placă de oțel pe sol, care este apoi vibrată cu o anumită distribuție de frecvență și amplitudine. Aceasta produce o densitate scăzută de energie, ceea ce permite utilizarea ei în orașe și în alte zone construite, unde dinamita ar provoca daune semnificative, deși greutatea mare atașată unui camion Vibroseis poate provoca propriile daune mediului. Dinamita este o sursă impulsivă care este considerată ca fiind sursa geofizică ideală datorită faptului că produce o funcție de impuls aproape perfectă, dar are dezavantaje evidente pentru mediu. Pentru o lungă perioadă de timp, aceasta a fost singura sursă seismică disponibilă până când a fost introdusă scăderea greutății în jurul anului 1954, permițând geofizicienilor să facă un compromis între calitatea imaginii și daunele aduse mediului. În comparație cu Vibroseis, dinamita este, de asemenea, ineficientă din punct de vedere operațional, deoarece fiecare punct sursă trebuie să fie forat și dinamita trebuie plasată în gaură.

Un studiu seismic terestru necesită un sprijin logistic substanțial. În plus față de operațiunea seismică de zi cu zi în sine, trebuie să existe, de asemenea, sprijin pentru tabăra principală (pentru catering, gestionarea deșeurilor și spălătorie etc.), tabere mai mici (de exemplu, atunci când distanța este prea mare pentru a se întoarce la tabăra principală cu camioanele cu vibratoare), întreținerea vehiculelor și a echipamentelor, personal medical și securitate.

Ca și în cazul studiilor seismice marine, geometriile terestre nu sunt limitate la trasee înguste de achiziție, ceea ce înseamnă că, de obicei, se achiziționează o gamă largă de decalaje și azimuturi, iar cea mai mare provocare este creșterea ratei de achiziție. Rata de producție este în mod evident controlată de viteza cu care sursa (Vibroseis în acest caz) poate fi trasă și apoi să treacă la următoarea locație a sursei. S-au făcut încercări de a utiliza mai multe surse seismice în același timp pentru a crește eficiența sondajului, iar un exemplu de succes al acestei tehnici este Independent Simultaneous Sweeping (ISS).

Achiziție de sondaj marin (streamer)Edit

Sesizările seismice marine tradiționale se efectuează cu ajutorul unor nave special-echipate special care tractează unul sau mai multe cabluri care conțin o serie de hidrofoane la intervale constante (a se vedea diagrama). Cablurile sunt cunoscute sub numele de streameri, în cazul sondajelor 2D se utilizează doar 1 streamer, iar în cazul sondajelor 3D se utilizează până la 12 sau mai multe (deși 6 sau 8 sunt mai frecvente). Streamerii sunt amplasați chiar sub suprafața apei și se află la o distanță prestabilită față de navă. Sursa seismică, de obicei o armă cu aer comprimat sau o serie de arme cu aer comprimat, dar sunt disponibile și alte surse, este de asemenea amplasată sub suprafața apei și se află între navă și primul receptor. Două surse identice sunt adesea folosite pentru a obține o rată de tragere mai rapidă. Studiile seismice marine generează o cantitate semnificativă de date, fiecare streamer poate avea o lungime de până la 6 sau chiar 8 km, conținând sute de canale, iar sursa seismică este de obicei trasă la fiecare 15 sau 20 de secunde.

O navă seismică cu 2 surse și care tractează un singur streamer este cunoscută sub numele de Narrow-Azimuth Towed Streamer (sau NAZ sau NATS). La începutul anilor 2000, s-a acceptat faptul că acest tip de achiziție era util pentru explorarea inițială, dar inadecvat pentru dezvoltare și producție, în care puțurile trebuie să fie poziționate cu precizie. Acest lucru a dus la dezvoltarea sistemului Multi-Azimuth Towed Streamer (MAZ), care a încercat să elimine limitările modelului de achiziție liniară al unui sondaj NATS prin achiziția unei combinații de sondaje NATS la azimuturi diferite (a se vedea diagrama). Acest lucru a oferit cu succes o iluminare sporită a subsolului și un raport semnal/zgomot mai bun.

Proprietățile seismice ale sării reprezintă o problemă suplimentară pentru studiile seismice marine, aceasta atenuează undele seismice și structura sa conține supraînălțări care sunt dificil de imaginat. Acest lucru a dus la o altă variație a tipului de sondaj NATS, streamerul remorcat cu azimut larg (sau WAZ sau WATS) și a fost testat pentru prima dată pe câmpul Mad Dog în 2004. Acest tip de sondaj a implicat 1 navă care tracta exclusiv un set de 8 streameri și 2 nave separate care tractau surse seismice care au fost amplasate la începutul și la sfârșitul ultimei linii de recepție (a se vedea diagrama). Această configurație a fost „aranjată” de 4 ori, nava receptoare îndepărtându-se de fiecare dată de navele-sursă și creând în cele din urmă efectul unui sondaj cu un număr de 4 ori mai mare de streameri. Rezultatul final a fost un set de date seismice cu o gamă mai largă de azimuturi mai largi, oferind o descoperire în domeniul imagisticii seismice. Acestea sunt acum cele trei tipuri obișnuite de studii seismice marine cu streameri remorcați.

Achiziția de studii marine (ocean bottom seismic (OBS))Edit

Achiziția de studii marine nu se limitează doar la navele seismice; este, de asemenea, posibil să se întindă cabluri de geofoni și hidrofoane pe fundul mării, într-un mod similar cu modul în care sunt utilizate cablurile într-un studiu seismic terestru, și să se utilizeze o navă sursă separată. Această metodă a fost inițial dezvoltată ca urmare a unei necesități operaționale pentru a permite efectuarea de studii seismice în zone cu obstacole, cum ar fi platformele de producție, fără a compromite calitatea imaginii rezultate. Cablurile de fund oceanic (OBC) sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în alte zone în care nu poate fi utilizată o navă seismică, de exemplu în mediile marine de mică adâncime (adâncime a apei <300 m) și în zonele de tranziție, și pot fi desfășurate de vehicule submarine telecomandate (ROV) în ape adânci atunci când este importantă repetabilitatea (a se vedea 4D, mai jos). Sondajele OBC convenționale utilizează receptoare cu două componente, combinând un senzor de presiune (hidrofon) și un senzor de viteză verticală a particulelor (geofon vertical), dar evoluțiile mai recente au extins metoda pentru a utiliza senzori cu patru componente, adică un hidrofon și trei geofoni ortogonali. Senzorii cu patru componente au avantajul de a putea înregistra, de asemenea, undele de forfecare, care nu se deplasează prin apă, dar care pot totuși conține informații valoroase.

În plus față de avantajele operaționale, OBC are, de asemenea, avantaje geofizice față de un sondaj NATS convențional, care decurg din pliul sporit și gama mai largă de azimuturi asociate cu geometria sondajului. Cu toate acestea, la fel ca în cazul unui sondaj terestru, azimuturile mai largi și pliul mai mare au un cost, iar capacitatea de efectuare a sondajelor OBC pe scară largă este foarte limitată.

În 2005, nodularea fundului oceanic (OBN) – o extensie a metodei OBC care utilizează receptoare fără cablu alimentate de baterii plasate în ape adânci – a fost testată pentru prima dată deasupra câmpului petrolier Atlantis, în cadrul unui parteneriat între BP și Fairfield Geotechnologies. Amplasarea acestor noduri poate fi mai flexibilă decât cablurile din OBC și sunt mai ușor de depozitat și de desfășurat datorită dimensiunilor mai mici și greutății mai reduse.

Achiziție time lapse (4D)Edit

Studiile time lapse sau 4D sunt studii seismice 3D repetate după o perioadă de timp. 4D se referă la a patra dimensiune care, în acest caz, este timpul. Sondajele time lapse sunt achiziționate pentru a observa modificările rezervorului în timpul producției și pentru a identifica zonele în care există bariere în calea curgerii care pot să nu fie detectabile în seismica convențională. Sondajele time lapse constau dintr-un sondaj de bază și un sondaj de monitorizare sau un sondaj repetat, achiziționat după ce câmpul a fost în producție. Cele mai multe dintre aceste studii au fost studii NATS repetate, deoarece sunt mai puțin costisitoare, iar majoritatea zăcămintelor aveau deja, din punct de vedere istoric, un studiu NATS de bază. Unele dintre aceste studii sunt realizate cu ajutorul cablurilor de pe fundul oceanului, deoarece cablurile pot fi plasate cu precizie în locația lor anterioară după ce au fost îndepărtate. O mai bună repetare a locației exacte a sursei și a receptorului duce la o mai bună repetabilitate și la un raport semnal/zgomot mai bun. O serie de sondaje 4D au fost, de asemenea, înființate pe câmpuri în care au fost achiziționate și instalate permanent cabluri de fund oceanic. Această metodă poate fi cunoscută sub numele de life of field seismic (LoFS) sau de monitorizare permanentă a zăcământului (PRM).

OBN s-a dovedit a fi o altă modalitate foarte bună de a repeta cu exactitate o achiziție seismică. Primul sondaj 4D din lume care utilizează noduri a fost achiziționat deasupra câmpului petrolifer Atlantis în 2009, nodurile fiind plasate de un ROV la o adâncime a apei de 1300-2200 m la câțiva metri de locul în care au fost plasate anterior, în 2005.

Prelucrarea datelor seismiceEdit

Există trei procese principale în prelucrarea datelor seismice: deconvoluția, stivuirea punctului median comun (CMP) și migrația.

Deconvoluția este un proces care încearcă să extragă seria de reflexie a Pământului, pornind de la ipoteza că o urmă seismică este doar seria de reflexie a Pământului convoluită cu filtre de distorsiune. Acest proces îmbunătățește rezoluția temporală prin colapsarea undei seismice, dar nu este unic dacă nu sunt disponibile informații suplimentare, cum ar fi jurnalele de sondă, sau dacă nu se fac alte ipoteze. Operațiile de deconvoluție pot fi efectuate în cascadă, fiecare deconvoluție individuală fiind concepută pentru a elimina un anumit tip de distorsiune.

Staționarea CMP este un proces robust care utilizează faptul că o anumită locație din subsol va fi fost eșantionată de numeroase ori și la diferite distanțe. Acest lucru permite geofizicianului să construiască un grup de urme cu o gamă de decalaje care prelevează aceeași locație de subsol, cunoscută sub numele de adunare a punctului median comun. Amplitudinea medie este apoi calculată de-a lungul unui eșantion de timp, ceea ce duce la reducerea semnificativă a zgomotului aleatoriu, dar și la pierderea tuturor informațiilor valoroase despre relația dintre amplitudinea seismică și decalaj. Procesele mai puțin semnificative care sunt aplicate cu puțin timp înainte de stiva CMP sunt corecția Normal moveout și corecția statică. Spre deosebire de datele seismice marine, datele seismice terestre trebuie corectate în funcție de diferențele de elevație dintre locațiile de tragere și cele ale receptorului. Această corecție este sub forma unui decalaj vertical în timp față de un punct de referință plat și este cunoscută sub numele de corecție statică, dar va trebui să fie corectată ulterior în secvența de procesare, deoarece viteza suprafeței apropiate nu este cunoscută cu exactitate. Această corecție suplimentară este cunoscută sub numele de corecție statică reziduală.

Migrația seismică este procesul prin care evenimentele seismice sunt relocate geometric, fie în spațiu, fie în timp, în locația în care evenimentul a avut loc în subsol, mai degrabă decât în locația în care a fost înregistrat la suprafață, creând astfel o imagine mai precisă a subsolului.

Interpretare seismicăEdit

Obiectivul interpretării seismice este de a obține o poveste geologică coerentă din harta de reflexii seismice procesate. La nivelul său cel mai simplu, interpretarea seismică presupune urmărirea și corelarea de-a lungul reflectoarelor continue în tot setul de date 2D sau 3D și utilizarea acestora ca bază pentru interpretarea geologică. Scopul este de a produce hărți structurale care să reflecte variația spațială în adâncime a anumitor straturi geologice. Cu ajutorul acestor hărți pot fi identificate capcanele de hidrocarburi și pot fi create modele ale subsolului care să permită calcularea volumului. Cu toate acestea, un set de date seismice oferă rareori o imagine suficient de clară pentru a face acest lucru. Acest lucru se datorează în principal rezoluției seismice verticale și orizontale, dar adesea zgomotul și dificultățile de procesare duc, de asemenea, la o imagine de calitate inferioară. Din acest motiv, există întotdeauna un grad de incertitudine în interpretarea seismică și un anumit set de date ar putea avea mai mult de o soluție care să se potrivească cu datele. În acest caz, vor fi necesare mai multe date pentru a constrânge soluția, de exemplu sub forma unor achiziții seismice suplimentare, a unor măsurători de foraj sau a unor date de sondaj gravitațional și magnetic. În mod similar cu mentalitatea unui procesor seismic, un interpret seismic este, în general, încurajat să fie optimist pentru a încuraja continuarea lucrărilor, mai degrabă decât abandonarea zonei cercetate. Interpretarea seismică este completată atât de geologi, cât și de geofizicieni, majoritatea interpreților seismici având o înțelegere a ambelor domenii.

În explorarea hidrocarburilor, caracteristicile pe care interpretul încearcă în mod special să le delimiteze sunt părțile care alcătuiesc un rezervor de petrol – roca sursă, roca rezervor, sigiliul și capcana.

Analiza atributelor seismiceEdit

Analiza atributelor seismice presupune extragerea sau derivarea unei cantități din datele seismice care poate fi analizată pentru a spori informațiile care ar putea fi mai subtile într-o imagine seismică tradițională, ceea ce duce la o mai bună interpretare geologică sau geofizică a datelor. Exemple de atribute care pot fi analizate includ amplitudinea medie, care poate duce la delimitarea punctelor luminoase și a punctelor slabe, coerența și amplitudinea în raport cu decalajul. Atributele care pot arăta prezența hidrocarburilor se numesc indicatori direcți de hidrocarburi.

Studii de crustăEdit

Utilizarea seismologiei de reflexie în studiile privind tectonica și scoarța terestră a fost inițiată în anii 1970 de grupuri precum Consortium for Continental Reflection Profiling (COCORP), care a inspirat explorarea seismică de adâncime în alte țări, precum BIRPS în Marea Britanie și ECORS în Franța. British Institutions Reflection Profiling Syndicate (BIRPS) a fost înființat ca urmare a explorării hidrocarburilor petroliere în Marea Nordului. A devenit clar că exista o lipsă de înțelegere a proceselor tectonice care au format structurile geologice și bazinele sedimentare care erau explorate. Efortul a produs unele rezultate semnificative și a arătat că este posibil să se profileze caracteristici cum ar fi falii de împingere care pătrund prin scoarță până la mantaua superioară cu ajutorul prospecțiunilor seismice marine.

.