Отражательная сейсмология

Эта статья может сбить с толку или непонятной для читателей . Помогите, пожалуйста, прояснить статью . На странице обсуждения может быть обсуждение этого вопроса . ( Октябрь 2017 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Данные сейсмического отражения

Отражение сейсмология (или сейсмические отражения ) представляет собой метод разведочной геофизики , который использует принципы сейсмологии для оценки свойств Земли геологической среды «ы из отраженных сейсмических волн . Для этого метода требуется контролируемый сейсмический источник энергии, такой как динамит или взрыв Tovex , специализированная пневматическая пушка или сейсмический вибратор, широко известный под торговой маркой Vibroseis. Отражательная сейсмология похожа на сонар и эхолокацию . Эта статья о наземных сейсмических исследованиях; для вертикальных сейсмических профилей см.ВСП .

Очертания сейсмического отражения

История [ править ]

Отражения и преломления сейсмических волн на геологических границах раздела внутри Земли были впервые обнаружены при регистрации сейсмических волн, вызванных землетрясениями. Базовая модель глубинных недр Земли основана на наблюдениях за сейсмическими волнами, вызванными землетрясениями, проходящими через недра Земли (например, Mohorovičić, 1910). ^[1] Использование созданных человеком сейсмических волн для детального картирования геологии верхних нескольких километров земной коры последовало вскоре после этого и получило развитие в основном благодаря коммерческим предприятиям, в частности, нефтяной промышленности.

Разведка сейсмических отражений выросла из метода исследования сейсмической рефракции , который использовался для поиска нефти, связанной с соляными куполами . ^[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 сейсмических исследований преломления вдоль побережья Мексиканского залива, но к 1930 году этот метод привел к открытию большей части неглубоких соляных куполов Луанна , и сейсмический метод рефракции исчез. ^[2]

Канадский изобретатель Реджинальд Фессенден был первым, кто придумал использовать отраженные сейсмические волны для определения геологии. Первоначально его работа была посвящена распространению акустических волн в воде, мотивированных затоплением Титаника айсбергом в 1912 году. Он также работал над методами обнаружения подводных лодок во время Первой мировой войны . 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 Clarence Karcher обнаружил сейсмические отражения независимо, работая в США бюро стандартов (теперь Национальный институт стандартов и технологий) о методах звуковой локации для обнаружения артиллерии . В ходе обсуждения с коллегами возникла идея, что эти размышления могут помочь в разведке месторождений нефти . Вместе с несколькими другими, многие из которых связаны с Университетом Оклахомы , Карчер помог сформировать Инженерно-геологическую компанию , зарегистрированную в Оклахоме в апреле 1920 года. Первые полевые испытания были проведены недалеко от Оклахома-Сити, штат Оклахома, в 1921 году.

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 Geophysical Research Corporation (GRC) как часть нефтяной компании Amerada . 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 являлась материнской компанией еще более успешной компании Texas Instruments . Один из первых сотрудников GSI Генри Сальватори покинул эту компанию в 1933 году, чтобы основать другого крупного подрядчика по сейсморазведке, Western Geophysical . Многие другие компании, использующие сейсмологию отражений при разведке углеводородов, гидрологии, инженерные исследования и другие приложения были сформированы с момента изобретения метода. Сегодня основные сервисные компании включают CGG , ION Geophysical , Petroleum Geo-Services , 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 [ править ]

Сейсмические волны - это механические возмущения, которые распространяются по Земле со скоростью, определяемой акустическим импедансом среды, в которой они распространяются. Акустический (или сейсмический) импеданс Z определяется уравнением:

${\ Displaystyle Z = v \ rho \}$,

где v - скорость сейсмической волны, а ρ ( греч. rho ) - плотность породы.

Когда сейсмическая волна, распространяющаяся через Землю, встречает границу раздела между двумя материалами с разными акустическими импедансами, часть энергии волны будет отражаться от границы раздела, а часть преломляться через поверхность раздела. По своей сути метод сейсмического отражения состоит из генерации сейсмических волн и измерения времени, необходимого для того, чтобы волны распространялись от источника, отражались от границы раздела и были обнаружены набором приемников (или геофонов ) на поверхности. ^[5] Зная время прохождения от источника до различных приемников и скорость сейсмических волн, геофизик затем пытается восстановить пути волн, чтобы построить изображение геологической среды.

Как и другие геофизические методы, сейсмология отражений может рассматриваться как разновидность обратной задачи . То есть, учитывая набор данных, собранных экспериментально, и законы физики, применимые к эксперименту, экспериментатор желает разработать абстрактную 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.

Эксперимент с отражением [ править ]

Общий принцип сейсмического отражения состоит в том, чтобы посылать упругие волны (с использованием источника энергии, такого как взрыв динамита или вибросейс ) в Землю, где каждый слой в пределах Земли отражает часть энергии волны назад и позволяет остальным 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 аналоговый электрический сигнал. В воде гидрофоныиспользуются, которые преобразуют изменения давления в электрические сигналы. Реакция каждого приемника на одиночный выстрел известна как «след» и записывается на устройство хранения данных , затем местоположение выстрела перемещается и процесс повторяется. Обычно записанные сигналы подвергаются значительной обработке, 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 сейсмические исследования отражений содержат большой объем данных и поэтому требуют больших объемов компьютерной обработки, часто выполняемой на суперкомпьютерах иликомпьютерные кластеры . ^{[ необходима цитата ]}

Отражение и передача при нормальном падении [ править ]

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. Амплитуды отраженной волны прогнозируется путем умножения амплитуды падающей волны сейсмического коэффициент отражения , определяется импеданс контраст между этими двумя материалами.${\ displaystyle R}$

Для волны, которая попадает на границу при нормальном падении (лобовой), выражение для коэффициента отражения просто

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

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

Точно так же амплитуда падающей волны умножается на коэффициент передачи, чтобы предсказать амплитуду 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 . ^{[ необходима цитата ]}

Отражение и передача при ненормальном падении [ править ]

Ситуация значительно усложняется в случае ненормального падения из-за преобразования мод между P-волнами и S-волнами и описывается уравнениями Цепприца . В 1919 году Карл Зепприц вывел 4 уравнения, которые определяют амплитуды отраженных и преломленных волн 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. Практическому использованию феномена ненормального падения, известного как AVO (см. Зависимость амплитуды от смещения ), способствовала теоретическая работа по выведению работоспособных приближений к уравнениям 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 в случае сейсморазведки) и приведено ниже: ^[8]

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

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

Интерпретация отражений [ править ]

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

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

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

Серию явно связанных отражений на нескольких сейсмограммах часто называют отражением . Путем сопоставления событий отражений сейсмолог может создать расчетное поперечное сечение геологической структуры, которая породила отражения. Интерпретация больших съемок обычно выполняется с помощью программ, использующих высокопроизводительную трехмерную компьютерную графику .

Источники шума [ править ]

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 [ править ]

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

Крен / волна Рэлея / волна Шольте / поверхностная волна [ править ]

Рэлея волны , как правило , распространяется вдоль свободной поверхности твердого тела, но упругие константы и плотность воздуха очень мала по сравнению с теми , горных пород , так что поверхность Земли находится примерно в свободной поверхности . Волны Рэлея с низкой скоростью, низкой частотой и высокой амплитудой часто присутствуют на сейсмических записях и могут скрыть сигнал, ухудшая общее качество данных. В отрасли они известны как «грунтовые волны» и представляют собой пример когерентного шума, который можно ослабить с помощью тщательно разработанной сейсмической разведки. ^[9] Шольте волна похожа на первый рулон , но происходит на морской день (жидкость / твердое тело интерфейса) , и , возможно , он может скрыть и замаскировать 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 [ править ]

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 при сейсмической рефракции .

Множественное отражение [ править ]

Событие в сейсмической записи, вызвавшее более одного отражения, называется множественным . Множества могут быть либо короткими (колышки), либо 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 обработкой сейсмических данных .

Культурный шум [ править ]

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 [ править ]

Отражательная сейсмология широко используется в ряде областей, и ее приложения можно разделить на три группы ^[14], каждая из которых определяется глубиной изучения:

• Приповерхностные приложения - приложение, предназначенное для понимания геологии на глубинах до примерно 1 км, обычно используется для инженерных и экологических изысканий, а также для разведки угля ^[15] и полезных ископаемых. ^[16] Недавно разработанное приложение для сейсмического отражения предназначено для геотермальных энергетических исследований, ^[17] хотя в этом случае глубина исследования 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 анализом сейсмических атрибутов и другими инструментами разведочной геофизики и использовать, чтобы помочь геологам построить геологическую модель интересующей области.
• Разведка полезных ископаемых - Традиционный подход к разведке приповерхностных (<300 м) полезных ископаемых заключался в использовании геологического картирования, геохимического анализа и использовании методов потенциальных полей с воздуха и земли, в частности, для разведки с нуля ^[19] в В последние десятилетия сейсморазведка на отражение стала действенным методом разведки в твердых горных породах.
• Исследования земной коры - изучение структуры и происхождения земной коры , вплоть до разрыва Мохо и за его пределами, на глубинах до 100 км.

Метод, подобный отражательной сейсмологии, который использует электромагнитные волны вместо упругих и имеет меньшую глубину проникновения, известен как георадар или георадар.

Разведка углеводородов [ править ]

Отражательная сейсмология, более известная как «сейсмическое отражение» или сокращенно «сейсмическая» в углеводородной промышленности, используется геологами-нефтяниками и геофизиками для картирования и интерпретации потенциальных нефтяных коллекторов . 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.

Основными средами для сейсмической разведки углеводородов являются суша, переходная зона и море:

Земля. Наземная среда охватывает практически 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. Примерами такой среды являются дельты рек, болота ^[20], коралловые рифы, пляжные зоны приливов и 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.

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

Сбор сейсмических данных [ править ]

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

Сейсмические исследования обычно разрабатываются национальными нефтяными компаниями и международными нефтяными компаниями, которые нанимают сервисные компании, такие как CGG , Petroleum Geo-Services и WesternGeco, для их проведения. 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 [ править ]

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 наземной съемке, и наиболее распространенными вариантами являются вибросейсмический и динамитный. 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 производит почти идеальную импульсную функцию, но имеет очевидные экологические недостатки. В течение долгого времени это был единственный сейсмический источник, доступный до тех пор, пока около 1954 г. 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]

Приобретение морской разведки (коса) [ править ]

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 косы , при 2D-съемках используется только 1 коса, а в 3D-съемках используется до 12 или более кос (хотя 6 или 8 более распространены). Стримеры размещаются прямо под поверхностью воды и находятся на заданном расстоянии от судна. Сейсмический источник, обычно пневматическая пушка или группа пневматических пушек, но доступны и другие источники, также размещается под поверхностью воды и находится 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 двумя источниками и буксирующей одной косой известно как узкоазимутальная буксируемая коса (или NAZ или NATS). К началу 2000-х годов было признано, что этот тип сбора данных был полезен для первоначальной разведки, но недостаточен для разработки и добычи ^[28], в которых скважины необходимо было точно позиционировать. Это привело к разработке многоазимутальной буксируемой косы (MAZ), которая попыталась преодолеть ограничения линейной схемы сбора данных при съемке NATS путем получения комбинации съемок NATS на разных азимутах (см. Диаграмму). ^[29] Это успешно обеспечило увеличенную освещенность подповерхностного слоя 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 съемки NATS - широкоазимутальной буксируемой косе (или WAZ или WATS), которая впервые была испытана на месторождении Mad Dog в 2004 году ^[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.

Приобретение морской разведки (сейсмика морского дна (OBS)) [ править ]

Проведение морских исследований 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 сейсмических исследований в областях с препятствиями, таких как производственные платформы , без ущерба для качества получаемого изображения. ^[31] Океанские 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 с помощью дистанционно управляемых подводных аппаратов ( ROV) в глубокой воде, когдаоценивается повторяемость (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. Датчики Четыре компоненты имеет преимущество быть в состоянии записывать сдвиговые волны , ^[32] , которые не проходят через воду , но все еще 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 возможности крупномасштабных съемок OBC сильно ограничены.

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 нефтяном месторождении Atlantis в партнерстве между BP и Fairfield Geotechnologies . ^[34] Размещение этих узлов может быть более гибким, чем размещение кабелей в OBC, и их легче хранить и развертывать из-за их меньшего размера и меньшего веса.

Покадровая съемка (4D) [ править ]

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 [ править ]

В обработке сейсмических данных есть три основных процесса: деконволюция , суммирование по общей средней точке (CMP) и миграция . ^[37]

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

Накопление ОГТ - это надежный процесс, который использует тот факт, что из определенного места в геологической среде будут отбираться пробы много раз и с разными смещениями. Это позволяет геофизику построить группу трасс с диапазоном смещений, каждая из которых отбирает одно и то же место под землей , известное как сбор общей средней точки . ^[39] Затем вычисляется средняя амплитуда по временной выборке, что приводит к значительному снижению случайного шума, но при этом теряется вся ценная информация о взаимосвязи между сейсмической амплитудой и удалением. Менее значительными процессами, которые применяются незадолго до суммирования CMP, являются коррекция нормального ухода и коррекция статики. В отличие от морских сейсмических данных, наземные сейсмические данные должны корректироваться с учетом разницы высот между точками взрыва и приемника. Эта поправка представляет собой вертикальный сдвиг во времени к плоской точке отсчета и известна как статическая поправка , но потребует дальнейшей корректировки позже в последовательности обработки, поскольку скорость приповерхностного слоя точно неизвестна. Эта дополнительная коррекция известна как коррекция остаточной статики.

Сейсмическая миграция - это процесс, с помощью которого сейсмические события геометрически перемещаются либо в пространстве, либо во 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 [ править ]

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 по всему набору 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, чтобы ограничить решение, например, в форме дальнейших сейсмических съемок, данных каротажа скважины или данных гравиметрической и магнитной разведки . 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 как геологами, так и геофизиками., при этом большинство сейсмических интерпретаторов понимают оба поля.

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

Анализ сейсмических атрибутов [ править ]

Анализ сейсмических атрибутов включает в себя извлечение или получение количества из сейсмических данных, которые могут быть проанализированы, чтобы улучшить информацию, которая может быть более тонкой в ​​традиционном сейсмическом изображении, что приводит к лучшей геологической или геофизической интерпретации данных. ^[43] Примеры атрибутов, которые могут быть проанализированы, включают среднюю амплитуду, которая может привести к разграничению ярких и тусклых пятен , когерентность и амплитуду в зависимости от смещения . Атрибуты, которые могут указывать на присутствие углеводородов, называются прямыми индикаторами углеводородов .

Исследования земной коры [ править ]

Использование отраженной сейсмологии в исследованиях тектоники и земной коры было впервые предложено в 1970-х годах такими группами, как Консорциум континентального профилирования отражений (COCORP), которые вдохновили глубокие сейсмические исследования в других странах, таких как BIRPS в Великобритании и ECORS во Франции. . ^[44] Синдикат отражения профилей британских институтов (BIRPS) был создан в результате разведки нефтяных углеводородов в Северном море. Стало ясно, что отсутствует понимание тектонических процессов, которые сформировали геологические структуры и исследуемые осадочные бассейны . Усилия дали некоторые важные результаты и показали, что можно профилировать такие особенности, как надвиги.проникающие через кору в верхнюю мантию с помощью морских сейсмических исследований. ^[45]

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Как и все виды деятельности человека, сейсмические исследования отраженных волн оказывают определенное влияние на природную среду Земли, и как углеводородная промышленность, так и экологические группы участвуют в исследованиях, направленных на изучение этих эффектов.

Земля [ править ]

На суше для проведения сейсморазведки может потребоваться строительство дорог для транспортировки оборудования и персонала, а также может потребоваться очистка растительности для размещения оборудования. Если съемка проводится на относительно неосвоенной территории, значительная среда обитаниямогут 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 [ править ]

Основная экологическая проблема при морских сейсмических исследованиях - это потенциальная возможность шума, связанного с высокоэнергетическим сейсмическим источником, беспокоить или травмировать жизнь животных, особенно китообразных, таких как киты , морские свиньи и дельфины , поскольку эти млекопитающие используют звук в качестве основного метода связи. друг с другом. ^[46] Высокоуровневый и продолжительный звук может вызвать физический ущерб, например потерю слуха, тогда как низкий уровень шума может вызвать временные сдвиги пороговых значений в слухе, заглушать звуки, жизненно важные для морской жизни, или нарушать поведение. ^[47]

Исследование показало ^[48], что мигрирующие горбатые киты оставляют зазор не менее 3 км между собой и работающим сейсмическим судном, при этом отдыхающие стада горбатых китов с коровами проявляют повышенную чувствительность и оставляют увеличенный зазор на 7–12 км. И наоборот, исследование показало, что самцов горбатых китов привлекала одна работающая пневматическая пушка, поскольку считалось, что они путали низкочастотный звук со звуком, исходящим от поведения китов . Помимо китов, морских черепах , рыб и кальмароввсе 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.

Серый кит избежит его регулярного мигрирующий и нагула от> 30 км в районах сейсморазведки. ^{[ необходима цитата ]} Подобным образом 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 г. IOGP рекомендовал ^[50] , чтобы во избежание помех во время съемки:

• 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 радиусом не менее 500 метров вокруг источника звука.
• Обученные наблюдатели и 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, отодвинуться по мере того, как звук становится громче.

См. Также [ править ]

• 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
• Seismic Unix , программное обеспечение с открытым исходным кодом для обработки данных сейсмических отражений
• Сейсмическая волна
• Фильтр набухания
• Синтетическая сейсмограмма

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

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 оригинального 18 августа 2015 года.
• 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: multiple names: authors list (link)
• Chapman, CH. (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 Общества геофизиков-исследователей , Американского геофизического союза и Европейской ассоциации геофизиков и инженеров .

Внешние ссылки [ править ]

• 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