Отражательная сейсмология - Reflection seismology

эта статья может быть сбивает с толку или неясно читателям. Пожалуйста, помоги нам прояснить статью. Возможно обсуждение этого вопроса на страница обсуждения. (Октябрь 2017 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Данные сейсмического отражения

Отражательная сейсмология (или сейсмическое отражение) - метод разведочная геофизика который использует принципы сейсмология оценить свойства Земля Подповерхность из отраженный сейсмические волны. Метод требует контролируемого сейсмический источник энергии, такой как динамит или Tovex взрыв, специализированный пневматический пистолет или сейсмический вибратор, широко известный под торговой маркой Vibroseis. Отражательная сейсмология похожа на сонар и эхолокация. Эта статья о наземных сейсмических исследованиях; для вертикальных сейсмических профилей см. ВСП.

Очертания сейсмического отражения

История

Сейсмические испытания 1940 г.

Отражения и преломления сейсмических волн на геологических границах раздела внутри Земли были впервые обнаружены при регистрации сейсмических волн, вызванных землетрясениями. Базовая модель глубоких недр Земли основана на наблюдениях сейсмических волн, генерируемых землетрясениями, проходящих через недра Земли (например, Mohorovičić, 1910).^[1] Вскоре после этого последовало использование созданных человеком сейсмических волн для детального картирования геологии верхних нескольких километров земной коры, которое получило развитие в основном благодаря коммерческим предприятиям, особенно нефтяной промышленности.

Исследование сейсмических отражений выросло из сейсмическая рефракция метод разведки, который использовался для поиска нефти, связанной с соляные купола.^[2] Людгер Минтроп, немецкий маркшейдер, в 1914 году изобрел механический сейсмограф, который он успешно использовал для обнаружения соляных куполов в Германии. В 1919 году он подал заявку на получение немецкого патента, выданного в 1926 году. В 1921 году он основал компанию Seismos, которую наняли для проведения сейсмических исследований в Техасе и Мексике, что привело к первому коммерческому открытию нефти с использованием метода рефракционной сейсморазведки в 1924 году.^[3] Открытие в 1924 году соляного купола Орчард в Техасе привело к буму исследований сейсмической рефракции вдоль побережья Мексиканского залива, но к 1930 году этот метод привел к открытию большей части мелководных участков. Луанн Соль купола, и метод рефракционной сейсморазведки исчез.^[2]

Канадский изобретатель Реджинальд Фессенден был первым, кто задумал использовать отраженные сейсмические волны для определения геологии. Первоначально его работа была посвящена распространению акустических волн в воде, мотивированных крушением Титаника айсбергом в 1912 году. Он также работал над методами обнаружения подводные лодки в течение Первая Мировая Война. Он подал заявку на первый патент на метод сейсморазведки в 1914 году, который был выдан в 1917 году. Из-за войны он не смог развить эту идею. Джон Кларенс Керхер независимо обнаружил сейсмические отражения, работая на Соединенные Штаты Бюро стандартов (ныне Национальный институт стандартов и технологий ) о методах звуковой локации для обнаружения артиллерия. В ходе обсуждения с коллегами возникла идея, что эти размышления могут помочь в исследовании нефть. Вместе с несколькими другими, многие из них связаны с Университет Оклахомы, Керхер помог сформировать Инженерно-геологическая компания, включены в Оклахома в апреле 1920 г. Первые полевые испытания были проведены около г. Оклахома-Сити, Оклахома в 1921 г.

Многие в нефтяной промышленности скептически относились к ранней сейсмологии отражений. Один из первых сторонников этого метода прокомментировал:

«Как человек, лично пытавшийся внедрить этот метод в общую консультационную практику, старший писатель определенно может вспомнить много раз, когда размышления даже не рассматривались наравне с гадальной жезлой, по крайней мере, это устройство имело традицию».^[4]

Инженерно-геологическая компания закрылась из-за падения цен на нефть. В 1925 году цены на нефть восстановились, и Керхер помог сформировать Корпорация геофизических исследований (GRC) в составе нефтяной компании Амерада. В 1930 году Керхер покинул GRC и помог основать Geophysical Service Incorporated (GSI). GSI была одной из самых успешных компаний-подрядчиков в области сейсморазведки более 50 лет и была материнской компанией еще более успешной компании, Инструменты Техаса. Ранний сотрудник GSI Генри Сальватори покинул эту компанию в 1933 году, чтобы основать другого крупного сейсмического подрядчика, Западный геофизический. Многие другие компании, использующие сейсмологию отражений при разведке углеводородов, гидрология, инженерное дело исследования и другие приложения были сформированы с момента изобретения метода. Основные сервисные компании сегодня включают CGG, ИОН Геофизический, Нефтяные гео-услуги, Polarcus, TGS и WesternGeco. Большинство крупных нефтяных компаний также активно проводят исследования сейсмических методов, а также собирают и обрабатывают сейсмические данные, используя свой собственный персонал и технологии. Отражательная сейсмология также нашла применение в некоммерческих исследованиях академических и правительственных ученых по всему миру.

Краткое описание метода

Сейсмические волны механические возмущения, которые движутся по Земле со скоростью, определяемой акустический импеданс среды, в которой они путешествуют. Акустический (или сейсмический) импеданс, Z, определяется уравнением:

${ Displaystyle Z = В ро }$,

где V сейсмический скорость волны и ρ (Греческий ро ) это плотность скалы.

Когда сейсмическая волна, распространяющаяся через Землю, встречает границу раздела между двумя материалами с разными акустическими сопротивлениями, часть энергии волны будет отражать вне интерфейса, и некоторые будут преломлять через интерфейс. По своей сути, метод сейсмического отражения состоит из генерации сейсмических волн и измерения времени, необходимого для того, чтобы волны прошли от источника, отразились от границы раздела и были обнаружены группой приемников (или геофоны ) на поверхности.^[5] Зная время прохождения от источника до различных приемников и скорость сейсмических волн, геофизик затем пытается восстановить траекторию волн, чтобы построить изображение геологической среды.

Как и другие геофизические методы, сейсмология отражений может рассматриваться как тип обратная задача. То есть, учитывая набор данных, собранных экспериментирование и физических законов, которые применяются к эксперименту, экспериментатор хочет развить абстрактная модель изучаемой физической системы. В случае сейсмологии отражений экспериментальные данные представляют собой записанные сейсмограммы, а желаемый результат - модель структуры и физических свойств земной коры. Как и в случае с другими типами обратных задач, результаты, полученные с помощью сейсмологии отражений, обычно не уникальны (более одной модели адекватно соответствуют данным) и могут быть чувствительны к относительно небольшим ошибкам при сборе, обработке или анализе данных. По этим причинам следует проявлять большую осторожность при интерпретации результатов сейсморазведки на отражение.

Отражение эксперимент

Общий принцип сейсмического отражения заключается в отправке упругие волны (с использованием источника энергии, например динамит взрыв или Вибросейс ) в Землю, где каждый слой внутри Земли отражает часть энергии волны назад и позволяет остальной части преломляться. Эти отраженные энергетические волны записываются в течение заранее определенного периода времени (называемого длиной записи) приемниками, которые обнаруживают движение земли, на которой они находятся. На суше обычно используется небольшой портативный прибор, известный как геофон, который преобразует движение грунта в аналог электрический сигнал. В воде, гидрофоны используются, которые преобразуют изменения давления в электрические сигналы. Реакция каждого получателя на одиночный выстрел известна как «след» и записывается на устройство хранения данных, затем место выстрела перемещается и процесс повторяется. Обычно записанные сигналы подвергаются значительному воздействию обработка сигнала прежде, чем они будут готовы к интерпретации, и это область значительных активных исследований в промышленности и научных кругах. В целом, чем сложнее геология исследуемой области, тем более сложные методы необходимы для удаления шума и повышения разрешения. Современные сейсморазведочные работы содержат большой объем данных и поэтому требуют большой компьютерной обработки, часто выполняемой на суперкомпьютеры или компьютерные кластеры.^{[нужна цитата ]}

Отражение и передача при нормальном падении

P-волна отражается от поверхности раздела при нормальном падении

Когда сейсмическая волна встречает границу между двумя материалами с разными акустическими импедансами, часть энергии в волне будет отражаться на границе, а часть энергии будет передаваться через границу. В амплитуда отраженной волны прогнозируется путем умножения амплитуды падающей волны на сейсмический коэффициент отражения ${ displaystyle R}$, определяемый сопротивление контраст между двумя материалами.

Для волны, которая достигает границы при нормальный падения (лобовое), выражение для коэффициента отражения просто

${ displaystyle R = { frac {Z_ {2} -Z_ {1}} {Z_ {2} + Z_ {1}}}}$,

где ${ displaystyle Z_ {1}}$ и ${ displaystyle Z_ {2}}$ - импеданс первой и второй среды соответственно.

Точно так же амплитуда падающей волны умножается на коэффициент передачи для прогнозирования амплитуды волны, прошедшей через границу. Формула для коэффициента передачи при нормальном падении:

${ Displaystyle T = 1-R = { frac {2Z_ {1}} {(Z_ {2} + Z_ {1})}}}$.^[6]

Поскольку сумма квадратов амплитуд отраженной и прошедшей волн должна быть равна квадрату амплитуды падающей волны, легко показать, что

${ displaystyle Z_ {1} (1-R ^ {2}) = { frac {Z_ {1} (Z_ {2} + Z_ {1}) ^ {2} -Z_ {1} (Z_ {2} -Z_ {1}) ^ {2}} {(Z_ {2} + Z_ {1}) ^ {2}}} = { frac {4Z_ {2} Z_ {1} ^ {2}} {(Z_ {2} + Z_ {1}) ^ {2}}} = Z_ {2} T ^ {2}}$.

Наблюдая за изменениями силы отражателей, сейсмологи могут сделать выводы об изменениях сейсмического сопротивления. В свою очередь, они используют эту информацию, чтобы сделать вывод об изменениях свойств горных пород на границе раздела, таких как плотность и модуль упругости.^{[нужна цитата ]}

Отражение и передача при ненормальном падении

Диаграмма, показывающая преобразования мод, которые происходят, когда P-волна отражается от границы раздела при ненормальном падении

Ситуация значительно усложняется в случае ненормального падения из-за преобразования мод между Зубцы P и S-волны, и описывается Уравнения Цепприца. В 1919 году Карл Зепприц вывел 4 уравнения, определяющих амплитуды отраженный и преломленный волны на плоской границе раздела для падающей P-волны в зависимости от угла падения и шести независимых упругих параметров.^[5] Эти уравнения имеют 4 неизвестных и могут быть решены, но они не дают интуитивного понимания того, как амплитуды отражения меняются в зависимости от свойств породы.^[7]

Коэффициенты отражения и пропускания, которые определяют амплитуду каждого отражения, меняются в зависимости от угла падения и могут использоваться для получения информации (среди прочего) о содержании жидкости в породе. Практическое использование феномена аномальной заболеваемости, известного как AVO (см. амплитуда в зависимости от смещения ) был облегчен теоретической работой по получению рабочих приближений к Уравнения Цепприца и за счет развития вычислительной мощности. Исследования AVO пытаются с некоторым успехом предсказать содержание жидкости (нефть, газ или вода) в потенциальных коллекторах, снизить риск бурения непродуктивных скважин и выявить новые нефтяные залежи. Наиболее часто используемое трехчленное упрощение уравнений Цепприца было разработано в 1985 году и известно как «уравнение Шуи». Дальнейшее двухчленное упрощение, известное как «приближение Шуи», действительно для углов падения менее 30 градусов (обычно это имеет место при сейсмических исследованиях) и приводится ниже:^[8]

${ Displaystyle R ( theta) = R (0) + G sin ^ {2} theta}$

где ${ Displaystyle R (0)}$ = коэффициент отражения при нулевом удалении (нормальное падение); ${ displaystyle G}$ = AVO градиент, описывающий поведение отражения на промежуточных удалениях и ${ Displaystyle ( тета)}$ = угол падения. Это уравнение сводится к уравнению нормального падения при ${ Displaystyle ( тета)}$=0.

Интерпретация отражений

Время, необходимое для того, чтобы отражение от конкретной границы достигло геофона, называется время поездки. Если скорость сейсмической волны в породе известна, то время пробега можно использовать для оценки глубины до отражателя. Для простой вертикально бегущей волны время пробега ${ displaystyle t}$ от поверхности до отражателя и обратно называется двухсторонним временем (TWT) и определяется формулой

${ displaystyle t = 2 { frac {d} {V}}}$,

где ${ displaystyle d}$ - глубина отражателя и ${ displaystyle V}$ - скорость волны в породе.

Серию явно связанных отражений на нескольких сейсмограммах часто называют событие отражения. Сопоставляя события отражения, сейсмолог может создать расчетное поперечное сечение геологический структура, которая породила отражения. Интерпретация больших съемок обычно выполняется программами, использующими высококачественные трехмерные изображения. компьютерная графика.

Источники шума

Источники шума на сейсмической записи. Вверху слева: воздушная волна; вверху справа: головная волна; внизу слева: поверхностная волна; внизу справа: несколько.

В дополнение к отражениям от границ раздела в геологической среде существует ряд других сейсмических откликов, обнаруженных приемниками, которые либо нежелательны, либо не нужны:

Воздушная волна

Воздушная волна распространяется непосредственно от источника к приемнику и является примером когерентный шум. Его легко узнать, поскольку он движется со скоростью 330 м / с. скорость звука в воздухе.

Крен / волна Рэлея / волна Шольте / поверхностная волна

А Волна Рэлея обычно распространяется по свободной поверхности твердого тела, но упругие постоянные и плотность воздуха очень низки по сравнению с камнями, поэтому поверхность Земли составляет примерно свободная поверхность. Волны Рэлея с низкой скоростью, низкой частотой и высокой амплитудой часто присутствуют на сейсмических записях и могут скрыть сигнал, ухудшая общее качество данных. Они известны в отрасли как «грунтовые волны» и представляют собой пример когерентного шума, который можно ослабить с помощью тщательно разработанной сейсмической разведки.^[9] В Шольте волна похож на земную волну, но происходит на морском дне (граница раздела жидкость / твердое тело) и, возможно, может скрывать и маскировать глубокие отражения в морских сейсмических записях.^[10] Скорость этих волн зависит от длины волны, поэтому говорят, что они являются дисперсионными, а форма волнового потока меняется с расстоянием.^[11]

Рефракция / Головная волна / Коническая волна

Головная волна преломляется на границе раздела, перемещаясь по ней в нижней среде, и производит колебательное движение, параллельное границе раздела. Это движение вызывает возмущение в верхней среде, которое обнаруживается на поверхности.^[5] То же явление используется в сейсмическая рефракция.

Множественное отражение

Событие в сейсмической записи, вызвавшее более одного отражения, называется множественный. Множества могут быть короткими (колышками) или длинными, в зависимости от того, мешают они первичным отражениям или нет.^[12][13]

Множественные волны от дна водоема и от границы раздела воздух-вода являются обычным явлением в морских сейсмических данных и подавляются обработка сейсмических данных.

Культурный шум

Культурный шум включает в себя шум от погодных явлений, самолетов, вертолетов, электрических опор и кораблей (в случае морских исследований), все из которых могут быть обнаружены приемниками.

Приложения

Отражательная сейсмология широко используется в ряде областей, и ее приложения можно разделить на три группы:^[14] каждый определяется своей глубиной исследования:

• Приповерхностные приложения - приложение, предназначенное для понимания геологии на глубинах до примерно 1 км, обычно используется для инженерное дело и экологический опросы, а также уголь^[15] и минеральная исследование.^[16] Недавно разработанное приложение для сейсмического отражения предназначено для геотермальная энергия опросы,^[17] хотя глубина исследования в этом случае может достигать 2 км.^[18]
• Разведка углеводородов - используется в углеводородной промышленности для получения карты контрастов акустического импеданса с высоким разрешением на глубинах до 10 км в пределах геологической среды. Это можно комбинировать с сейсмический атрибут анализ и другие разведочная геофизика инструменты и используются, чтобы помочь геологи построить геологическая модель интересующей области.
• Разведка полезных ископаемых - Традиционный подход к разведке приповерхностных (<300 м) полезных ископаемых заключался в использовании геологического картирования, геохимического анализа и использования методов потенциальных полей с воздуха и земли, в частности, для разведки с нуля,^[19] в последние десятилетия сейсморазведка на отражение стала действенным методом разведки в твердых горных породах.
• Исследования земной коры - исследование структуры и происхождения земной коры, через Разрыв Мохо и далее, на глубинах до 100 км.

Метод, аналогичный сейсмологии отражений, который использует электромагнитный вместо упругих волн и имеет меньшую глубину проникновения, известна как Георадар или георадар.

Разведка углеводородов

Отражательная сейсмология, более известная как «сейсмическое отражение» или сокращенно «сейсмическая» в углеводородной промышленности, используется геологами-нефтяниками и геофизиками для картирования и интерпретации потенциальных нефтяные резервуары. Размер и масштаб сейсмических исследований увеличились вместе со значительным увеличением мощности компьютеров с конца 20 века. Это привело к тому, что сейсмическая отрасль перешла от кропотливого - и поэтому редко - получения небольших трехмерных съемок в 1980-х годах к регулярному получению крупномасштабных трехмерных съемок с высоким разрешением. Цели и основные принципы остались прежними, но методы немного изменились с годами.

Основные среды для сейсмических разведка углеводородов бывают наземные, переходные и морские:

Земля - Наземная среда охватывает почти все типы местности, существующие на Земле, и каждый из них имеет свои логистические проблемы. Примеры этой среды - джунгли, пустыня, арктическая тундра, лес, городские районы, горные районы и саванна.

Переходная зона (TZ) - Переходная зона считается районом, где суша встречается с морем, что создает уникальные проблемы, поскольку вода слишком мелкая для больших сейсмических судов, но слишком глубокая для использования традиционных методов сбора данных на суше. Примеры такой среды - дельты рек, болота и топи,^[20] коралловые рифы, пляжные приливные зоны и зона прибоя. Сейсмические бригады переходной зоны часто работают на суше, в переходной зоне и в мелководной морской среде над одним проектом, чтобы получить полную карту недр.

Схема оборудования, используемого для морских сейсмических исследований

морской - Морская зона находится либо в мелководных районах (глубины от 30 до 40 метров обычно считаются мелководными для морских сейсмических операций 3D), либо в глубоководных районах, обычно связанных с морями и океанами (например, Мексиканский залив).

Сбор сейсмических данных

Сбор сейсмических данных - это первый из трех отдельных этапов сейсморазведки, два других - обработка сейсмических данных и интерпретация сейсмических данных. ^[21]

Сейсмические исследования обычно разрабатываются Национальные нефтяные компании и Международные нефтяные компании которые нанимают сервисные компании, такие как CGG, Нефтяные геосервисы и WesternGeco приобрести их. Затем для обработки данных нанимается другая компания, хотя часто это может быть та же компания, которая заказала опрос. Наконец, готовый объем сейсморазведки доставляется в нефтяную компанию для геологической интерпретации.

Приобретение земельного участка

Сейсмический лагерь в пустыне

Приемная линия на пустынной бригаде с самописцем

Наземные сейсморазведочные работы, как правило, представляют собой крупные объекты, требующие сотни тонн оборудования и задействующие от нескольких сотен до нескольких тысяч человек, размещенные на обширных территориях в течение многих месяцев.^[22] Существует ряд опций, доступных для контролируемого сейсмического источника при съемке местности, и наиболее распространенными вариантами являются: Вибросейс и динамит. Вибросейсмический сигнал - это неимпульсный источник, дешевый и эффективный, но для работы на котором требуется ровная поверхность, что затрудняет его использование на неосвоенных территориях. Способ включает в себя один или несколько тяжелых вездеходов, которые опускают на землю стальную пластину, которая затем подвергается вибрации с определенным распределением частоты и амплитудой.^[23] Он производит низкую плотность энергии, что позволяет использовать его в городах и других населенных пунктах, где динамит может нанести значительный ущерб, хотя большой вес, прикрепленный к грузовику с вибросейсмикой, может нанести ущерб окружающей среде.^[24] Динамит - это импульсный источник, который считается идеальным геофизическим источником, поскольку он дает почти идеальное импульсная функция но у него есть очевидные экологические недостатки. Долгое время это был единственный доступный сейсмический источник, пока около 1954 года не было введено снижение веса.^[25] позволяя геофизикам находить компромисс между качеством изображения и экологическим ущербом. По сравнению с вибросейсмическими аппаратами динамит также неэффективен с точки зрения эксплуатации, поскольку необходимо просверлить каждую точку источника и поместить динамит в отверстие.

Сейсмическая съемка требует существенной материально-технической поддержки. В дополнение к повседневным сейсмическим работам, также должна быть поддержка основного лагеря (для общественного питания, удаления отходов, прачечной и т. Д.), Небольших лагерей (например, если расстояние слишком велико, чтобы ехать обратно к основной лагерь с вибраторами), техническое обслуживание транспортных средств и оборудования, медицинский персонал и охрана.

В отличие от морской сейсморазведки, геометрия суши не ограничивается узкими путями сбора данных, что означает, что обычно регистрируется широкий диапазон смещений и азимутов, и самая большая проблема заключается в увеличении скорости сбора данных. Скорость производства, очевидно, контролируется тем, насколько быстро источник (в данном случае вибросейс) может быть запущен, а затем перейти к следующему месту источника. Были предприняты попытки одновременного использования нескольких сейсмических источников для повышения эффективности разведки, и успешным примером этого метода является независимое одновременное сканирование (ISS).^[26]

Прием морской съемки (коса)

Морская сейсморазведка с использованием буксируемой косы

План съемок NATS и MAZ

Вид сверху обзора WATS / WAZ

Сейсмические данные, собранные USGS в Мексиканский залив

Судно сейсмической поддержки

Традиционные морские сейсмические исследования проводятся с использованием специально оборудованных судов, которые буксируют один или несколько кабелей, содержащих серию гидрофонов с постоянными интервалами (см. Диаграмму). Кабели известны как стримеры, при съемке 2D с использованием только 1 косы и съемке 3D с использованием до 12 или более (хотя чаще встречается 6 или 8). Стримеры размещаются прямо под поверхностью воды и находятся на заданном расстоянии от судна. Сейсмический источник, обычно пневматическое ружье или набор пневматических пушек, но доступны другие источники, также размещены под поверхностью воды и расположены между судном и первым приемником. Для увеличения скорости съемки часто используются два идентичных источника. Морские сейсмические исследования позволяют получить большой объем данных,^[27] каждая коса может иметь длину до 6 или даже 8 км, содержать сотни каналов, и сейсмический источник обычно срабатывает каждые 15 или 20 секунд.

Сейсмическое судно с 2 источниками и буксировкой одной косы известно как Узконазимутальная буксируемая коса (или НАЗ, или НАЦ). К началу 2000-х годов было признано, что этот тип приобретения полезен для первоначальной разведки, но не подходит для разработки и добычи.^[28] в котором колодцы нужно было точно разместить. Это привело к развитию Многоазимутальная буксируемая коса (MAZ), который попытался преодолеть ограничения линейной схемы сбора данных при съемке NATS путем получения комбинации съемок NATS с разными азимутами (см. Диаграмму).^[29] Это успешно обеспечило увеличенное освещение подповерхности и лучшее соотношение сигнал / шум.

Сейсмические свойства соли создают дополнительную проблему для морских сейсмических исследований, она ослабляет сейсмические волны, а ее структура содержит выступы, которые трудно отобразить. Это привело к другому варианту типа опроса NATS, широкоазимутальная буксируемая коса (или WAZ или WATS) и впервые был протестирован на Поле бешеных псов в 2004 г.^[30] В этом типе исследования участвовало 1 судно, буксировавшее только комплект из 8 кос, и 2 отдельных судна, буксирующих сейсмические источники, которые были расположены в начале и в конце последней линии приема (см. Диаграмму). Эта конфигурация была «выложена плиткой» 4 раза, при этом судно-приемник каждый раз удалялось все дальше от судов-источников и, в конечном итоге, создавало эффект съемки с 4-кратным количеством кос. Конечным результатом стал набор сейсмических данных с большим диапазоном и более широкими азимутами, что стало прорывом в построении сейсмических изображений.^[28] В настоящее время это три распространенных типа сейсморазведки с морской буксируемой косой.

Съемка морских исследований (сейсмика морского дна (OBS))

Съемка морской разведки не ограничивается только сейсмическими судами; также можно проложить кабели геофонов и гидрофонов на морском дне аналогично тому, как кабели используются при наземной сейсмической разведке, и использовать отдельное судно-источник. Первоначально этот метод был разработан в связи с производственной необходимостью для проведения сейсморазведки в областях с препятствиями, например, производственные площадки, без ущерба для качества получаемого изображения.^[31] Морские донные кабели (OBC) также широко используются в других областях, где сейсмическое судно не может использоваться, например, на мелководье (глубина воды <300 м) и в условиях переходной зоны, и могут быть развернуты дистанционно управляемые подводные аппараты (ТПА) в глубокой воде, когда повторяемость оценивается (см. 4D ниже). В обычных исследованиях OBC используются двухкомпонентные приемники, сочетающие датчик давления (гидрофон ) и датчик вертикальной скорости частиц (вертикальный геофон ), но более поздние разработки расширили этот метод за счет использования четырехкомпонентных датчиков, то есть гидрофона и трех ортогональных геофонов. Преимущество четырехкомпонентных датчиков заключается в том, что они также могут записывать поперечные волны,^[32] которые не проходят через воду, но могут содержать ценную информацию.

В дополнение к эксплуатационным преимуществам, OBC также имеет геофизические преимущества по сравнению с традиционной съемкой NATS, которые возникают из-за увеличения кратности и более широкого диапазона азимутов, связанных с геометрией съемки.^[33] Однако, как и при съемке суши, более широкие азимуты и увеличенная кратность имеют свою цену, а возможность крупномасштабных съемок OBC сильно ограничена.

В 2005 году донные узлы океана (OBN) - расширение метода OBC, в котором используются бескабельные приемники с батарейным питанием, размещенные в глубокой воде - были впервые испытаны на Нефтяное месторождение Атлантис в партнерстве между BP и Fairfield Geotechnologies.^[34] Размещение этих узлов может быть более гибким, чем кабели в OBC, и их легче хранить и развертывать из-за их меньшего размера и меньшего веса.

Покадровая съемка (4D)

Интервальная съемка или четырехмерная съемка - это трехмерная сейсмическая съемка, повторяющаяся через определенный период времени. 4D относится к четвертому измерению, которое в данном случае является временем. Интервальная съемка проводится для того, чтобы наблюдать за изменениями коллектора во время добычи и идентифицировать области, где есть препятствия для потока, которые могут быть не обнаружены при традиционной сейсморазведке. Интервальная съемка состоит из базовой съемки и контрольной или повторной съемки, проводимой после того, как месторождение было в эксплуатации. Большинство этих обследований были повторными обследованиями NATS, поскольку их приобретать дешевле, и в большинстве месторождений исторически уже проводилось базовое обследование NATS. Некоторые из этих съемок собираются с использованием кабелей на дне океана, потому что кабели можно точно разместить на прежнем месте после удаления. Лучшее повторение точного местоположения источника и приемника приводит к улучшенной воспроизводимости и лучшему соотношению сигнал / шум. Также был проведен ряд съемок 4D над полями, на которых были закуплены и постоянно проложены донные кабели океана. Этот метод может быть известен как полевой сейсмический анализ (LoFS) или постоянный мониторинг коллектора (PRM).^[35]

OBN оказался еще одним очень хорошим способом точного повторения сейсмических съемок. Первая в мире съемка 4D с использованием узлов была проведена над нефтяным месторождением Атлантис в 2009 году, при этом узлы были размещены с помощью ROV на глубине воды 1300–2200 м с точностью до нескольких метров от того места, где они были ранее размещены в 2005 году.^[36]

Обработка сейсмических данных

При обработке сейсмических данных выделяют три основных процесса: деконволюция, средняя точка (CMP) укладка и миграция.^[37]

Деконволюция представляет собой процесс, который пытается выделить ряды отражательной способности Земли, исходя из предположения, что сейсмическая трасса - это просто ряды отражательной способности Земли, свернутые с помощью искажающих фильтров.^[38] Этот процесс улучшает временное разрешение за счет сжатия сейсмического вейвлета, но он не является уникальным, если не доступна дополнительная информация, такая как каротажные диаграммы, или не сделаны дополнительные предположения. Деконволюция операции могут быть каскадными, при этом каждая отдельная деконволюция предназначена для удаления определенного типа искажения.

Укладка CMP - это надежный процесс, который использует тот факт, что из определенного места в геологической среде будут отбираться пробы много раз и с разных удалений. Это позволяет геофизику построить группу трасс с диапазоном смещений, которые отбирают одно и то же подповерхностное местоположение, известное как Общий сбор средней точки.^[39] Затем вычисляется средняя амплитуда по временной выборке, что приводит к значительному снижению случайного шума, но также к потере всей ценной информации о взаимосвязи между сейсмической амплитудой и удалением. Менее значимые процессы, применяемые незадолго до Стек CMP находятся Коррекция нормального смещения и поправка на статику. В отличие от морских сейсмических данных, наземные сейсмические данные должны корректироваться с учетом разницы высот между точками взрыва и приемника. Эта поправка имеет форму вертикального временного сдвига к плоской системе координат и известна как поправка на статику, но потребуется дальнейшая корректировка позже в последовательности обработки, поскольку скорость приповерхностного слоя точно не известна. Это дальнейшее исправление известно как коррекция остаточной статики.

Сейсмическая миграция представляет собой процесс, с помощью которого сейсмические события геометрически перемещаются в пространстве или времени в то место, где событие произошло в геологической среде, а не в то место, где оно было зарегистрировано на поверхности, тем самым создавая более точное изображение геологической среды.

Сейсмическая интерпретация

Цель сейсмической интерпретации - получить целостную геологическую картину из карты обработанных сейсмических отражений.^[40] На самом простом уровне сейсмическая интерпретация включает в себя отслеживание и корреляцию вдоль непрерывных отражателей в наборе данных 2D или 3D и их использование в качестве основы для геологической интерпретации. Целью этого является создание структурных карт, отражающих пространственные изменения глубины определенных геологических слоев. Используя эти карты, можно идентифицировать ловушки углеводородов и создавать модели геологической среды, которые позволяют производить расчеты объема. Однако набор сейсмических данных редко дает достаточно ясную картину для этого. Это в основном из-за вертикального и горизонтального сейсмического разрешения.^[41] но часто шум и трудности с обработкой также приводят к снижению качества изображения. Из-за этого всегда существует некоторая степень неопределенности в интерпретации сейсмических данных, и конкретный набор данных может иметь более одного решения, которое соответствует данным. В таком случае потребуется больше данных для ограничения решения, например, в форме дальнейших сейсмических съемок, каротаж или сила тяжести и данные магнитной съемки. Подобно менталитету обработчика сейсмических данных, интерпретатора сейсмических данных обычно рекомендуется проявлять оптимизм, чтобы стимулировать дальнейшую работу, а не отказываться от участка исследования.^[42] Интерпретация сейсмических данных выполняется обоими геологи и геофизики, при этом большинство сейсмических интерпретаторов понимают оба поля.

При разведке углеводородов особенности, которые интерпретатор особенно пытается очертить, - это части, составляющие нефтяной пласт - в материнская порода, пластовая порода, печать и ловушка.

Анализ сейсмических атрибутов

Анализ сейсмических атрибутов включает в себя извлечение или определение количества из сейсмических данных, которые могут быть проанализированы, чтобы улучшить информацию, которая могла бы быть более тонкой в ​​традиционном сейсмическом изображении, что приводит к лучшему геологический или геофизический интерпретация данных.^[43] Примеры атрибутов, которые можно проанализировать, включают среднюю амплитуду, которая может привести к выделению яркие пятна и тусклые пятна, согласованность и амплитуда в зависимости от смещения. Атрибуты, которые могут показывать наличие углеводородов, называются прямые углеводородные индикаторы.

Исследования земной коры

Использование сейсмологии отражений в исследованиях тектоника а земная кора была впервые создана в 1970-х годах такими группами, как Консорциум по профилированию континентального отражения (COCORP), которые вдохновили глубокие сейсмические исследования в других странах, таких как BIRPS в Великобритании и ECORS во Франции.^[44] Синдикат аналитического профиля британских институтов (BIRPS) был создан в результате разведки нефтяных углеводородов в Северном море. Стало ясно, что не было понимания тектонических процессов, которые сформировали геологические структуры и осадочные бассейны которые исследуются. Эти усилия дали значительные результаты и показали, что можно профилировать такие функции, как разломы тяги которые проникают сквозь корку к верхняя мантия с морской сейсморазведкой.^[45]

Воздействие на окружающую среду

Как и во всей деятельности человека, сейсморазведка имеет некоторые воздействие на природную среду Земли И углеводородная промышленность, и экологические группы участвуют в исследованиях, направленных на изучение этих эффектов.

Земля

На суше для проведения сейсморазведки может потребоваться строительство дороги, для транспортировки оборудования и персонала, а также может потребоваться очистка растительности для размещения оборудования. Если съемка проводится на относительно неосвоенной территории, значительная место обитания могут возникнуть нарушения, и многие правительства требуют от сейсмических компаний соблюдения строгих правил в отношении разрушения окружающей среды; например, использование динамита в качестве сейсмического источника может быть запрещено. Методы обработки сейсмических данных позволяют отклонять сейсмические линии вокруг естественных препятствий или использовать ранее существовавшие неровные трассы и тропы. При тщательном планировании это может значительно снизить воздействие наземной сейсморазведки на окружающую среду. Более недавнее использование инерциальных навигационных инструментов для топографической съемки вместо теодолитов уменьшило воздействие сейсмики, позволив наматывать геодезические линии между деревьями.

морской

Основной экологической проблемой при морских сейсмических исследованиях является возможность шума, связанного с высокоэнергетическим сейсмическим источником, беспокоить или причинять вред животным, особенно китообразные такие как киты, морские свиньи, и дельфины, поскольку эти млекопитающие используют звук в качестве основного метода общения друг с другом.^[46] Высокоуровневый и продолжительный звук может вызвать физический ущерб, например потерю слуха, тогда как низкий уровень шума может вызвать временные сдвиги порогового уровня слуха, заглушать звуки, жизненно важные для морской жизни, или нарушать поведение.^[47]

Исследование показало^[48] эта миграция горбатые киты между ними и работающим сейсмическим судном останется минимум 3 км, с отдыхающими стадами горбатых китов с коровами, проявляющими повышенную чувствительность, и оставлением увеличенного промежутка на 7–12 км. И наоборот, исследование показало, что самцов горбатых китов привлекала одна работающая пневматическая пушка, поскольку они, как полагали, перепутали низкочастотный звук со звуком нарушение поведения китов. Помимо китов, морские черепахи, рыбы и Кальмар все проявляли тревогу и избегали приближающегося сейсмического источника. Трудно сравнивать отчеты о воздействии шума сейсмической разведки на морскую жизнь, потому что методы и единицы часто недостаточно документированы.

В серый кит позволит избежать его регулярных миграций и мест нагула более чем на 30 км в районах сейсмических испытаний.^{[нужна цитата ]} Точно так же дыхание серых китов было более частым, что указывало на дискомфорт и панику у кита. Такие косвенные свидетельства, как это, заставили исследователей поверить в то, что избегание и паника могут быть причиной увеличения количества выловов китов, хотя исследования по этим вопросам продолжаются.

Предлагая другую точку зрения, в совместном документе Международной ассоциации геофизических подрядчиков (IAGC) и Международной ассоциации производителей нефти и газа (IOGP) утверждается, что шум, создаваемый морскими сейсмическими исследованиями, сопоставим с естественными источниками сейсмического шума. :^[49]

"Звук, производимый во время сейсмических исследований, сопоставим по величине со многими естественными и другими искусственными источниками звука. Кроме того, конкретные характеристики сейсмических звуков и рабочие процедуры, используемые во время сейсмических исследований, таковы, что ожидаются связанные с этим риски для морских млекопитающих. быть исключительно низким. Фактически, три десятилетия всемирной сейсмической разведки и различных исследовательских проектов не выявили никаких доказательств, которые позволяли бы предположить, что звук от сейсмических работ по разведке и добыче привел к каким-либо физическим или слуховым повреждениям любого вида морских млекопитающих. "

В 2017 году IOGP рекомендовал^[50] что во избежание неудобств при съемке:

• Защитные меры используются для решения конкретных условий окружающей среды для каждой операции, чтобы гарантировать, что звуковое воздействие и движение судов не причинят вреда морским млекопитающим.
• Обследования планировались таким образом, чтобы избежать известных уязвимых зон и периодов времени, таких как районы размножения и кормления.
• Запретные зоны обычно устанавливаются вокруг сейсмического источника для дополнительной защиты морской фауны от любого потенциально вредного воздействия звука. Зона отчуждения обычно представляет собой круг с радиусом не менее 500 метров вокруг источника звука.
• Обученные наблюдатели а подслушивающие устройства используются для визуального и акустического мониторинга этой зоны на предмет наличия морских млекопитающих и других охраняемых видов до начала каких-либо звукоизвлекающих операций. Эти наблюдатели помогают обеспечить соблюдение защитных мер во время работы, а их подробные отчеты предоставляют информацию о биоразнообразии исследуемой территории местным органам власти.
• Производство звука обычно начинается с «плавного пуска» или «наращивания мощности», что включает постепенное увеличение уровня звука от источника пневматической пушки от очень низкого уровня до полного рабочего уровня в начале сейсмических линий - обычно выше От 20 до 40 минут. Эта процедура плавного пуска предназначена для того, чтобы дать время любому животному, которое может быть близко к источнику звука, отойти от него по мере того, как звук становится громче.

Смотрите также

• Деконволюция
• Преобразование глубины, преобразование времени двустороннего распространения акустических волн в фактическую глубину
• Геологоразведочная геофизика
• LIGO
• Одностороннее волновое уравнение
• Пассивная сейсмика
• SEG-Y, популярный формат файлов для данных сейсмических отражений
• Сейсмическая миграция
• Сейсмическая рефракция
• Сейсмический Unix, программное обеспечение с открытым исходным кодом для обработки данных сейсмических отражений
• Сейсмическая волна
• Фильтр набухания
• Синтетическая сейсмограмма

использованная литература

дальнейшее чтение

Следующие книги охватывают важные темы сейсмологии отражений. Большинство из них требует некоторых знаний математики, геологии и / или физики на уровне университета или выше.

• Браун, Алистер Р. (2004). Интерпретация трехмерных сейсмических данных (шестое изд.). Общество геофизиков-разведчиков и Американская ассоциация геологов-нефтяников. ISBN  0-89181-364-0.
• Бионди, Б. (2006). 3D-сейсмические изображения: трехмерное сейсмическое изображение. Общество геофизиков-разведчиков. ISBN  0-07-011117-0.
• Клаербут, Джон Ф. (1976). Основы обработки геофизических данных. Макгроу-Хилл. ISBN  1-56080-137-9.
• Икелле, Люк Т. и Лассе Амундсен (2005). Введение в нефтегазовую сейсмологию. Общество геофизиков-разведчиков. ISBN  1-56080-129-8.
• Весы, Джон (1997). Теория построения сейсмических изображений. Голден, Колорадо: Самиздат Пресс. Архивировано из оригинал 18 августа 2015 г.
• Йилмаз, Оз (2001). Анализ сейсмических данных. Общество геофизиков-разведчиков. ISBN  1-56080-094-1.
• Милсом Дж., Университетский колледж Лондона (2005 г.). Полевая геофизика. Публикации Wiley. ISBN  978-0-470-84347-5.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
• Чепмен, Ч. (2004). Основы распространения сейсмических волн. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-81538-3.

Дальнейшие исследования в области сейсмологии отражений можно найти, в частности, в книгах и журналах Общество геофизиков-исследователей, то Американский геофизический союз, а Европейская ассоциация геологов и инженеров.

внешние ссылки

• Биография Генри Сальватори
• Доказательство того, что метод сейсмического отражения действительно работает - Геофизическое общество Талсы
• Литература по отражательной сейсмологии в Стэнфордском исследовательском проекте
• Сайт Международной ассоциации геофизических подрядчиков
• Документ с изложением позиции IAGC / IOGP по сейсмическим исследованиям и морским млекопитающим (PDF)
• Учебное пособие по обработке данных сейсмических отражений
• Информация об использовании сейсморазведки при разведке нефти и газа в Австралии