Reflektionsseismologi används i stor utsträckning inom ett antal områden och dess tillämpningar kan kategoriseras i tre grupper, som var och en definieras av undersökningsdjupet:

• Användningar nära ytan – en tillämpning som syftar till att förstå geologin på upp till cirka 1 km djup, och som vanligtvis används för ingenjörsarbete och miljöundersökningar samt för prospektering av kol och mineraler. En mer nyligen utvecklad tillämpning för seismisk reflektion är undersökningar av geotermisk energi, även om undersökningsdjupet kan vara upp till 2 km djupt i detta fall.
• Kolväteprospektering – används av kolväteindustrin för att ge en högupplöst karta över kontraster av akustisk impedans på upp till 10 km djup i underjorden. Detta kan kombineras med seismisk attributanalys och andra geofysiska verktyg för prospektering och användas för att hjälpa geologer att bygga upp en geologisk modell av det aktuella området.
• Mineralprospektering – Det traditionella tillvägagångssättet för prospektering av mineraler nära ytan (<300 m) har varit att använda sig av geologisk kartläggning, geokemisk analys och användning av flyg- och markbaserade metoder för potentiell fältverksamhet, särskilt för prospektering på nya områden, men under de senaste årtiondena har seismisk reflektion blivit en giltig metod för prospektering i miljöer med hård berggrund.
• Krustestudier – undersökning av strukturen och ursprunget hos jordskorpan, fram till Moho-diskontinuiteten och längre bort, på djup upp till 100 km.

En metod som liknar reflektionsseismologi, men som använder elektromagnetiska i stället för elastiska vågor, och som har ett mindre penetrationsdjup, är känd som markpenetrerande radar eller GPR.

KolväteutvinningRedigera

Reflexionsseismologi, vanligen kallad ”seismisk reflektion” eller förkortat ”seismisk” inom kolväteindustrin, används av petroleumgeologer och geofysiker för att kartlägga och tolka potentiella petroleumreservoarer. Storleken och omfattningen av seismiska undersökningar har ökat i takt med den betydande ökningen av datorkraften sedan slutet av 1900-talet. Detta ledde till att den seismiska industrin från att på 1980-talet mödosamt – och därför sällan – förvärva små 3D-undersökningar till att rutinmässigt förvärva storskaliga 3D-undersökningar med hög upplösning. Målen och grundprinciperna har förblivit desamma, men metoderna har ändrats något under årens lopp.

De primära miljöerna för seismisk kolväteprospektering är land, övergångszonen och havsmiljön:

Land – Landmiljön omfattar nästan alla typer av terräng som finns på jorden, och var och en av dem medför sina egna logistiska problem. Exempel på denna miljö är djungel, öken, arktisk tundra, skog, stadsmiljöer, bergsområden och savann.

Övergångszonen (TZ) – Övergångszonen anses vara det område där land möter havet, vilket innebär unika utmaningar eftersom vattnet är för grunt för stora seismiska fartyg men för djupt för att använda traditionella metoder för insamling på land. Exempel på denna miljö är floddeltan, träsk och kärr, korallrev, strandområden med tidvatten och surfzonen. Seismiska besättningar i övergångszoner arbetar ofta på land, i övergångszonen och i den marina miljön på grunt vatten i ett och samma projekt för att få en fullständig kartläggning av underjorden.

Marint – Den marina zonen finns antingen i områden med grunt vatten (vattendjup på mindre än 30-40 meter skulle normalt betraktas som områden med grunt vatten för 3D-marinseismiska operationer) eller i områden med djupt vatten som normalt är förknippade med hav och oceaner (såsom Mexikanska golfen).

Seismisk datainsamlingRedigera

Seismisk datainsamling är det första av de tre distinkta stegen i seismisk prospektering, de andra två är seismisk databehandling och seismisk tolkning.

Seismiska undersökningar utformas vanligtvis av nationella oljebolag och internationella oljebolag som anlitar tjänsteföretag som CGG, Petroleum Geo-Services och WesternGeco för att förvärva dem. Ett annat företag anlitas sedan för att bearbeta uppgifterna, även om detta ofta kan vara samma företag som förvärvade undersökningen. Slutligen levereras den färdiga seismiska volymen till oljebolaget så att den kan tolkas geologiskt.

Förvärv av landundersökningarRedigera

Landseismiska undersökningar tenderar att vara stora enheter, De kräver hundratals ton utrustning och sysselsätter allt från ett par hundra till ett par tusen personer som används över stora områden under många månader. Det finns ett antal alternativ för en kontrollerad seismisk källa i en landundersökning och särskilt vanliga är vibroseis och dynamit. Vibroseis är en icke-impulsiv källa som är billig och effektiv, men kräver plan mark att arbeta på, vilket gör det svårare att använda den i outvecklade områden. Metoden innebär att ett eller flera tunga terrängfordon sänker ner en stålplatta på marken, som sedan vibreras med en viss frekvensfördelning och amplitud. Metoden ger en låg energitäthet, vilket gör att den kan användas i städer och andra bebyggda områden där dynamit skulle orsaka stor skada, även om den stora vikt som är knuten till en Vibroseis-lastbil kan orsaka sin egen miljöskada. Dynamit är en impulskälla som anses vara den ideala geofysiska källan eftersom den producerar en nästan perfekt impulsfunktion, men den har uppenbara miljömässiga nackdelar. Under lång tid var det den enda tillgängliga seismiska källan tills viktnedfall infördes omkring 1954, vilket gjorde det möjligt för geofysikerna att göra en avvägning mellan bildkvalitet och miljöskador. Jämfört med Vibroseis är dynamit också operativt ineffektivt eftersom varje källpunkt måste borras och dynamiten placeras i hålet.

En landseismisk undersökning kräver betydande logistiskt stöd. Förutom den dagliga seismiska verksamheten i sig måste det också finnas stöd för huvudlägret (för catering, avfallshantering och tvätt etc.), mindre läger (t.ex. där avståndet är för långt för att köra tillbaka till huvudlägret med vibratortruckar), underhåll av fordon och utrustning, sjukvårdspersonal och säkerhet.

Till skillnad från seismiska undersökningar till havs är landgeometrierna inte begränsade till snäva förvärvsstigar, vilket innebär att ett brett spektrum av förskjutningar och azimutaler vanligen förvärvas, och den största utmaningen är att öka förvärvsfrekvensen. Produktionstakten styrs naturligtvis av hur snabbt källan (Vibroseis i det här fallet) kan avfyras och sedan gå vidare till nästa källplats. Försök har gjorts att använda flera seismiska källor samtidigt för att öka undersökningseffektiviteten och ett framgångsrikt exempel på denna teknik är Independent Simultaneous Sweeping (ISS).

Förvärv av marina undersökningar (streamer)Edit

Traditionella havsbaserade seismiska undersökningar utförs med hjälp av special-utrustade fartyg som bogserar en eller flera kablar med en serie hydrofoner med jämna mellanrum (se diagram). Kablarna kallas streamers, där 2D-undersökningar använder endast en streamer och 3D-undersökningar använder upp till 12 eller fler (även om 6 eller 8 är vanligare). Strömmorna placeras ut strax under vattenytan och befinner sig på ett bestämt avstånd från fartyget. Den seismiska källan, vanligen en luftkanon eller en grupp av luftkanoner, men det finns även andra källor, placeras också under vattenytan och är placerad mellan fartyget och den första mottagaren. Två identiska källor används ofta för att uppnå en snabbare skjuthastighet. Havsseismiska undersökningar genererar en betydande mängd data, varje streamer kan vara upp till 6 eller till och med 8 km lång och innehålla hundratals kanaler och den seismiska källan avfyras vanligen var 15:e eller 20:e sekund.

Ett seismiskt fartyg med 2 källor och som bogserar en enda streamer kallas Narrow-Azimuth Towed Streamer (eller NAZ eller NATS). I början av 2000-talet accepterade man att denna typ av insamling var användbar för inledande prospektering men otillräcklig för utveckling och produktion, där brunnarna måste positioneras exakt. Detta ledde till utvecklingen av Multi-Azimuth Towed Streamer (MAZ), som försökte bryta begränsningarna i det linjära förvärvsmönstret för en NATS-undersökning genom att förvärva en kombination av NATS-undersökningar i olika azimut (se diagram). Detta gav en ökad belysning av underjorden och ett bättre signal-brusförhållande.

Saltets seismiska egenskaper utgör ytterligare ett problem för marina seismiska undersökningar, eftersom det dämpar de seismiska vågorna och dess struktur innehåller överhäng som är svåra att avbilda. Detta ledde till en annan variant av NATS-undersökningstypen, wide-azimuth towed streamer (eller WAZ eller WATS) och testades för första gången på Mad Dog-fältet 2004. Denna typ av undersökning innebar att 1 fartyg enbart bogserade en uppsättning av 8 streamers och 2 separata fartyg bogserade seismiska källor som var placerade i början och slutet av den sista mottagarlinjen (se diagrammet). Denna konfiguration ”kaklades” fyra gånger, varvid mottagarfartyget rörde sig längre bort från källfartygen för varje gång, vilket till slut gav effekten av en undersökning med fyra gånger så många strömmare som antalet strömmare. Slutresultatet blev en seismisk datamängd med ett större utbud av bredare azimutlinjer, vilket innebar ett genombrott inom seismisk avbildning. Detta är nu de tre vanligaste typerna av seismiska undersökningar med havsdragna streamer.

Förvärv av havsundersökningar (ocean bottom seismic (OBS))Redigera

Förvärv av havsundersökningar är inte bara begränsat till seismiska fartyg; det är också möjligt att lägga ut kablar med geofoner och hydrofoner på havsbottnen på ett liknande sätt som kablar används vid seismiska undersökningar på land, och använda ett separat källfartyg. Denna metod utvecklades ursprungligen av operativa skäl för att göra det möjligt att utföra seismiska undersökningar i områden med hinder, t.ex. produktionsplattformar, utan att behöva kompromissa med den resulterande bildkvaliteten. Havsbottenkablar (OBC) används också i stor utsträckning i andra områden där ett seismiskt fartyg inte kan användas, t.ex. i grunda marina miljöer (vattendjup <300 m) och övergångszoner, och kan användas av fjärrstyrda undervattensfarkoster (ROV) på djupt vatten när upprepningsbarheten är viktig (se 4D, nedan). Konventionella OBC-undersökningar använder tvåkomponentsmottagare som kombinerar en trycksensor (hydrofon) och en vertikal partikelhastighetssensor (vertikal geofon), men på senare tid har man utvidgat metoden till att använda fyrkomponentsensorer, dvs. en hydrofon och tre ortogonala geofoner. Fyrakomponentsensorer har den fördelen att de även kan registrera skjuvvågor, som inte rör sig genom vatten men som ändå kan innehålla värdefull information.

Förutom de operativa fördelarna har OBC också geofysiska fördelar jämfört med en konventionell NATS-undersökning, som uppstår på grund av den ökade vikningen och det bredare utbudet av azimutaler som är förknippade med undersökningsgeometrin. I likhet med en landmätning har dock de bredare azimuterna och den ökade vikningen en kostnad och möjligheten till storskaliga OBC-mätningar är starkt begränsad.

Under 2005 testades för första gången ocean bottom nodes (OBN) – en utvidgning av OBC-metoden som använder batteridrivna kabellösa mottagare placerade på djupt vatten – över oljefältet Atlantis i ett samarbete mellan BP och Fairfield Geotechnologies. Placeringen av dessa noder kan vara mer flexibel än kablarna i OBC och de är lättare att lagra och sätta in tack vare sin mindre storlek och lägre vikt.

Time lapse acquisition (4D)Edit

Time lapse- eller 4D-undersökningar är 3D-seismiska undersökningar som upprepas efter en tidsperiod. 4D hänvisar till den fjärde dimensionen som i det här fallet är tid. Tidsförloppsundersökningar förvärvas för att observera reservoarförändringar under produktion och identifiera områden där det finns flödeshinder som kanske inte kan upptäckas med konventionell seismik. Tidsförloppsundersökningar består av en baslinjeundersökning och en övervakning eller upprepad undersökning som görs efter det att fältet har varit i produktion. De flesta av dessa undersökningar har varit upprepade NATS-undersökningar eftersom de är billigare att förvärva och de flesta fält historiskt sett redan har haft en NATS-grundundersökning. En del av dessa undersökningar samlas in med hjälp av havsbottenkablar eftersom kablarna kan placeras exakt på sin tidigare plats efter att ha avlägsnats. Bättre upprepning av den exakta käll- och mottagarplatsen leder till bättre repeterbarhet och bättre signal-brusförhållande. Ett antal 4D-undersökningar har också genomförts på områden där havsbottenkablar har köpts in och installerats permanent. Denna metod kan kallas life of field seismic (LoFS) eller permanent reservoir monitoring (PRM).

OBN har visat sig vara ett annat mycket bra sätt att exakt upprepa en seismisk mätning. Världens första 4D-undersökning med hjälp av noder förvärvades över oljefältet Atlantis 2009, där noderna placerades av en ROV på ett vattendjup av 1300-2200 m inom några få meter från den plats där de tidigare placerades 2005.

Bearbetning av seismiska dataRedigera

Det finns tre huvudprocesser inom seismisk databehandling: dekonvolution, stackning med gemensam mittpunkt (CMP) och migration.

Dekonvolution är en process som försöker extrahera jordens reflektivitetsserier, med antagandet att en seismisk spårning bara är jordens reflektivitetsserier konvolverade med förvrängande filter. Denna process förbättrar den tidsmässiga upplösningen genom att kollapsa den seismiska våglängden, men den är inte unik om inte ytterligare information finns tillgänglig, t.ex. brunnsloggar, eller om ytterligare antaganden görs. Dekonvolutionsoperationer kan kaskaderas, där varje enskild dekonvolution är utformad för att avlägsna en viss typ av förvrängning.

CMP stacking är en robust process som utnyttjar det faktum att en viss plats i underjorden kommer att ha provtagits många gånger och med olika förskjutningar. Detta gör det möjligt för en geofysiker att konstruera en grupp spår med olika förskjutningar som alla tar prov på samma plats under jordytan, så kallad Common Midpoint Gather (gemensam mittpunktssamling). Den genomsnittliga amplituden beräknas sedan längs ett tidsprov, vilket leder till att det slumpmässiga bruset minskas avsevärt, men att all värdefull information om förhållandet mellan seismisk amplitud och förskjutning går förlorad. Mindre viktiga processer som tillämpas strax före CMP-stapeln är normal flyttningskorrigering och statisk korrigering. Till skillnad från havsseismiska data måste landseismiska data korrigeras för höjdskillnaderna mellan skott- och mottagarplatserna. Denna korrigering sker i form av en vertikal tidsförskjutning till ett platt datum och kallas statisk korrigering, men kommer att behöva korrigeras ytterligare senare i bearbetningssekvensen eftersom hastigheten i det ytnära området inte är exakt känd. Denna ytterligare korrigering är känd som en kvarvarande statisk korrigering.

Seismisk migration är den process genom vilken seismiska händelser geometriskt omlokaliseras i antingen rum eller tid till den plats där händelsen inträffade i underjorden snarare än den plats där den spelades in vid ytan, vilket skapar en mer exakt bild av underjorden.

Seismisk tolkningRedigera

Målet med seismisk tolkning är att få fram en sammanhängande geologisk berättelse från kartan med bearbetade seismiska reflektioner. På sin enklaste nivå innebär seismisk tolkning att spåra och korrelera längs kontinuerliga reflektorer i hela 2D- eller 3D-dataset och använda dessa som grund för den geologiska tolkningen. Syftet med detta är att ta fram strukturella kartor som återspeglar den rumsliga variationen i djupet av vissa geologiska lager. Med hjälp av dessa kartor kan man identifiera kolvätefällor och skapa modeller av underjorden som gör det möjligt att göra volymberäkningar. Seismiska data ger dock sällan en tillräckligt tydlig bild för att göra detta. Detta beror främst på den vertikala och horisontella seismiska upplösningen, men ofta leder även brus och bearbetningssvårigheter till en bild av lägre kvalitet. På grund av detta finns det alltid en viss osäkerhet i en seismisk tolkning, och för ett visst dataset kan det finnas mer än en lösning som passar in på uppgifterna. I sådana fall behövs fler data för att begränsa lösningen, t.ex. i form av ytterligare seismisk datainsamling, borrhålsloggning eller gravitations- och magnetundersökningar. I likhet med mentaliteten hos en seismisk bearbetare uppmuntras en seismisk tolkare i allmänhet att vara optimistisk för att uppmuntra till fortsatt arbete i stället för att överge undersökningsområdet. Seismisk tolkning utförs av både geologer och geofysiker, och de flesta seismiktolkare har förståelse för båda områdena.

I kolväteprospektering är de egenskaper som tolkaren särskilt försöker avgränsa de delar som utgör en oljereservoar – källberget, reservoarberget, förseglingen och fällan.

Seismisk attributanalysRedigera

Seismisk attributanalys innebär att man extraherar eller härleder en kvantitet från seismiska data som kan analyseras för att förstärka information som kan vara mer subtil i en traditionell seismisk bild, vilket leder till en bättre geologisk eller geofysisk tolkning av data. Exempel på attribut som kan analyseras är medelamplitud, som kan leda till en avgränsning av ljusa och svaga fläckar, koherens och amplitud i förhållande till förskjutning. Attribut som kan visa förekomsten av kolväten kallas direkta kolväteindikatorer.

Studier av jordskorpanRedigera

Användningen av reflektionsseismologi i studier av tektonik och jordskorpan banade väg på 1970-talet av grupper som Consortium for Continental Reflection Profiling (COCORP), som inspirerade till djupskeismisk utforskning i andra länder, till exempel BIRPS i Storbritannien och ECORS i Frankrike. British Institutions Reflection Profiling Syndicate (BIRPS) startades som ett resultat av utforskningen av oljekolväten i Nordsjön. Det stod klart att det fanns en bristande förståelse för de tektoniska processer som hade bildat de geologiska strukturer och sedimentära bassänger som utforskades. Arbetet gav en del viktiga resultat och visade att det är möjligt att med marina seismiska undersökningar profilera egenskaper som t.ex. dragförskjutningar som tränger igenom jordskorpan till den övre manteln.