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KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 1

Reflexionsseismik

PrinzipDatenbearbeitung


Relexionsseismik ProzessingschemaField 'tapes' Observer's log

PREPROCESSINGDemultiplexEditingGain recoveryField geometryApplication of field statics

DECONVOLUTIONDeconvolutionTrace equalizing

CMP SORTING

VELOCITY ANALYSISResidual statics

VELOCITY ANALYSIS

NMO CORRECTION

STACKING BRUTE STACK DISPLAY

DISPLAY DISPLAY

Time-varying filterGain

MIGRATIONGain

2


Common Midpoint Gather (Wdh.)

• common midpoint gather:– Seismogrammsektion, die die Reflex-

ionen von den gleichen Untergrund-punkten enthalten, die von unter-schiedlichen Quell-Empfängergeo-metrieen erreicht wurden

– bei ebener Lagerung werden von unterschiedlichen Quell-Empfängerkombinationen genau die gleichen Punkte im Untergrund erreicht

– common depth point gather

– bei geneigten Schichten wird der Reflexionspunkt verschmiert

– common midpoint gather

GeophoneQuellen



• common midpoint gather:– Seismogrammsektion, die die Reflex-

ionen von den gleichen Untergrund-punkten enthalten, die von unter-schiedlichen Quell-Empfängergeo-metrieen erreicht wurden

DirekteWelle

Refelxionshyperbeln

GeophoneQuellen

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common midpointCMP

• Arbeitsweise:– Geophonkette und Quellen

werden entlang des Profils verschoben

• Überdeckungsfrad (fold):– Anzahl wie oft ein Punkt von

einem Wellenstrahl erreicht wird

– im Beispiel 6-fold

• In der Praxis:– Ingenieurseismik 1-6-fold– Öl-Exploration: 50/100-1000 fold





CMP SORTING


VELOCITY ANALYSIS

NMO CORRECTION


DISPLAY DISPLAY


MIGRATIONGain

4


• die Ermittlung der Verteilung der seismischen Geschwindigkeiten im Untergrund ist eine des Schlüsselaufgaben bei seismischen Explorationsverfahren

• die Geschwindigkeit ist unerlässlich, um Zeitsektionenin Tiefensektionen und letztlich geologische Modelle zu transformieren

• dummreweise sind reflexionsseismische Messungen nicht sehr empfindlich im Hinblick auf die Geschwindigkeitsbestimmung– in der Praxis werden daher oft zusätzlich Refraktions-

messungen zur besseren Eingrenzung der Geschwindigkeiten durchgeführt

Geschwindigkeitsanalyse


• um aus refelktionsseismischen Daten Geschwindigkeiten zu ermitteln braucht man:– eine Anzahl von Empfängern entalng einer Auslage an der EOF– damit sind die meisten Wellenstrahlen nicht senkrecht– das heisst hier verlassen wir gewollt des einfache Echolotpinzip

• bei horizontaler Schichtung ist der kürzeste reflektierte Wellenweg der Vertikale (normal incidence)

• Strahlen zu weiter entfernten Geophonen brauchen Extralaufzeit (normal move out, NMO)

• im Laufzeitdiagramm (Zeit gegen Entfernung) führt dieses zu einer Hyperbel als Laufzeitkurve


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• die Geometrie eines CMP gather führt zu eine hyperbolischen Form der Reflexionshyperbeln

• mit wachsender Geschwindigkeit werden die Hyperbeln flacher


• Normal move out:– Extralaufzeit für Wellenstrahlen, die

nicht vertikal zum Reflexionspunkt laufen, sondern zu entfernteren Geophonen

– die NMO Zeit ist der Schlüssel zur Geschwindigkeitsanalyse

Reflexions-hyperbeln

werden flacher mit wachsender

Tiefe und Geschwindigkeit


• die Extrazeit Δt hängt ab von: – der Geschwindigkeit v– der Schichtdicke h

• sie berechnet sich aus:– vertikale TWT, t0, ist die

doppelte Tiefe dividiert durch v

Normal Move Out NMO

112 vh– die TWT zum Geophon bei R ist:

0t

Entfernung (x)

Hyperbel

Zeit

(t)

0

2x

tΔ

A

Rx+x−

x+

11 vh

2v

S 11 2 vSAvSAR =– mit Pytagoras folgt:

( )2

21

10 2

2⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=Δ+=

xhv

ttt

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• beide Seiten quadrieren und 2h1/v1ersetzen durch t0

Normal Move Out NMO

0t

Entfernung (x)

Hyperbel

Zeit

(t)

0

2x

tΔ

A

Rx+x−

x+

11 vh

2v

S

( )2

21

10 2

2⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=Δ+=

xhv

ttt

( ) 21

2200 v

xtttt +=Δ+=

• wenn der Offest klein ist gegen die Reflexionstiefe folgt:

021

2

0 2 tvxttt ≈−=Δ


• das ist der normal move out• die große Bedeutung liegt darin,

dass sich aus der Glichung die Geschwindigkeit freistellen lässt:

Normal Move Out NMO

0t

Entfernung (x)

Hyperbel

Zeit

(t)

0

2x

tΔ

A

Rx+x−

x+

11 vh

2v

S

021

2


ttxvΔ

≈0

1 2

• x ist bekannt und t0 und Δt sind aus der Seismogrammsektion zu bestimmen

7


• auf der aneren Seite brauchen wir die Geschwindigkeit(en) um in der Sektion die Hyperbelkrümmung zu korrigieren

• NMO Korrektur

Normal Move Out NMO

0t

Entfernung (x)

Hyperbel

Zeit

(t)

0

2x

tΔ

A

Rx+x−

x+

11 vh

2v

S

021

2


• nach der Korrektur können die Wellenformen gestapelt werden





CMP SORTING


VELOCITY ANALYSIS

NMO CORRECTION


DISPLAY DISPLAY


MIGRATIONGain

8


– für jede denkbare Geschwindigkeit werden die Hyperbeln berechnet und die Wellenformen gestapelt

– bei der richtigen Geschwindigkeit summieren sich die Amplituden auf– für die entsprechende Tiefe (Laufzeit) wird diese Geschwindigkeit

ausgewählt


021

2

0 2 tvxtttNMO ≈−=Δ=

• die Geschwindigkeiten ergeben sich aus einem trial and errorVerfahren:

t

0t

x

1

23

0t

t

velocity

power peak

1 2 3


Geschwindigkeitsanalyse (Beispiel)

TWT

Stapelgeschwindigkeit

– für 24 Stapelgeschwindigkeiten wurden die NMO Korrekturen durchgeführt und die Sektionen gestapelt

– an drei Positionen sind gute Reflexionssignale markiert, die mit der richtigen Geschwindigkeit korrigiert wurden

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Geschwindigkeitsanalyse (Beispiel)

http://sioseis.ucsd.edu/vpick-example.html

Sektion semblence Isolinienplot


Mehrschichtfall

021

2

0 2 tvxtttNMO ≈−=Δ=

• die Gleichungen gelten nur im Einschichtfall

• in der Regel haben wir es aber mit vielen Schichten zu tun

• um die Geschwindigkeit auch bei mehreren Schichten zu ermitteln, müssen wir drei Geschwindigkeiten definieren:

ttxvΔ

≈0

1 2

• Intervall Geschwindigkeit – interval velocity

• Durchschnitts Geschwindigkeit – average velocity

• RMS Geschwindigkeit – root mean square velocity

iii tzv =

0TZv =

∑∑=

i

iiRMS t

tvv

2

1v

2v

3v

4v

5v

1z

2z

3z

4z

5z

Z0T

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Mehrschichtfall• TWT eines an der n-ten Grenzfläche

in Tiefe z reflektierten Strahls:

• Intervall Geschwindigkeit – interval velocity

• Durchschnitts Geschwindigkeit – average velocity

• RMS Geschwindigkeit – root mean square velocity

iii tzv =

0TZv =

∑∑=

i

iiRMS t

tvv

2

1v

2v

3v

4v

5v

1z

2z

3z

4z

5z

Z0T

RMSn v

zxt22 4+

=

• Intervall Geschwindigkeit von Schicht n aus RMS Geschw. und TWT zut n-ten und n-1. Schicht

( ) ( )1

12

1,2

,int

−

−−

−−

=nn

nnRMSnnRMS

tttvtv

v

• Dix'sche Formel: die Intervall Geschwindigkeit kann von oben nach unten, Schicht für Schicht aus der RMS Geschwindigkeit bestimmt werden


Geschwindikeitsanalyse: Beispiel Zweischichtmodell

• tiefes Modell

Für 5 km offset:

s km/s s km/s s km/s

044.05.6062.05.5052.00.6

1

1

1

⇒=

⇒=

⇒=

ααα

km km/s 2061 == zα

Gleichung der Reflexionshyperbel 4

40031

42 22

2

1

xxzt +=+=α

NMO Korrektur4802

2

021

2 xt

xtNMO ==Δα

• sind dieses signifikante Unterschiede?• wie könnten wir die Geschwindigkeits-

auflösung verbessern?

t

0t

x

1

23

Für 5 km offset:

s km/s s km/s s km/s

360.05.3600.05.2417.00.3

1

1

1

⇒=

⇒=

⇒=

ααα

km km/s 531 == zα

425

5.11 2xt +=

60

2xtNMO =Δ

• flaches Modell

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Frequenzfilterung

• Hochpass: – um ground roll (Oberflächenwellen)

zu unterdrücken

• Tiefpass: – um hochfrequenten Noise (jitter)

zu entfernen

• Notchfilter: – um Einzelfrequenz zu entfernen

niedrig hoch

Am

plit

ude

niedrig

Am

plit

ude

niedrig

Am

plit

ude

niedrig

Am

plit

ude

hoch hoch

hochFrequenz

Frequenz

Frequenz

Frequenz


Auflösungsvermögen: vertikal

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v1

v2

v3

• wenn zwei Grenzflächen näher aneinander rücken, überlagern sich einfallends und reflektiertes Signal immer mehr

• ab einem bestimmten Punkt sind sie nicht mehr zu unterscheiden• v3 > v2 > v1



v1

v2

v1

Auflösungsvermögen: vertikal• wenn zwei Grenzflächen näher aneinander rücken, überlagern sich

einfallends und reflektiertes Signal immer mehr• ab einem bestimmten Punkt sind sie nicht mehr zu unterscheiden• v3 = v1

•end 2010-06-25

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• In der Praxis sind die Impulse schwer zu trennen, wenn sie un weniger als eine halbe Wellenlänge getrennt sind

• da der Impuls von der Unterkante zusätzlich zweimal die Schichtmächtigkeit durchlaufen muss, muss eine Schicht dicker als ¼ der Wellenlänge sein, um sie aufzulösen

• das ist ein theoretischer Wert 1/2 ist besser!• wie kann man die vertikale Auflösung verbessern?

– man muss Signale mit höherer Frequenz verwenden• welcher Nachteil ergibt sich daraus?

– höherfrequente Signale werden schneller absorbiert, d.h. die Eindrungtiefe nimmt ab


4λδ >h


• einfache vertikale Stufe• um detektierbar zu sein muss die Stufe

eine Verzögerung ¼ bis ½ Wellenlänge erzeugen

• d.h. die Höhe der Stufe h muss 1/8 bis ¼der Wellenlänge sein (Zweiwegelaufzeit)

• Zahlenbeispiel:• 20 Hz, α = 4.8 km/s

– wie groß ist die Wellenlänge?– λ = 240 m

• d.h. die Stufe muss min. 30 m betragen• kleinere Wellenlängen (höhere Frequenzen)

ergeben bessere Vertikalauflösung

Auflösungsvermögen: vertikal (Beispiel)

tΔ

Entfernung

TWT

h

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• bei einer graduellen Änderung der Geschwindigkeit kann es auch sein, dass sich keine Reflexion ergibt

• wir können diesen Fall betrachten wie einen Vielschichtfall aus dünnen Schichten, zu dünn um detektiert zu werden


v v

z z


• erste Fresnel Zone: – Fläche eines Reflekrors die innerhalb des

ersten Halbzyklus Energie zum Empfänger refelktiert

• die Breite der ersten Fresnel Zone, w ist:

• wenn eine Grenzfläche kleiner als die erste Frenel Zone ist erschein sie als punktförmiger Diffraktor

• Zahlenbeispiel: – 30 Hz Signal, 2 km Tiefe, α = 3 km/s – λ = 0.1 km – und Breite der ersten Fresnel Zone w= 0.63 km

Auflösungsvermögen: horizontal

42

242

2

22

2

λλ

λ

+=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +

dw

wdd

4λ

Quelle undEmpfänger

erste Frenel Zone

4λ

+dd

P Q2w

2w2w

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CMP SORTING


VELOCITY ANALYSIS

NMO CORRECTION

STACKING


DISPLAY

BRUTE STACK DISPLAY

MIGRATIONGain

DISPLAY


Zusammenfassung

• Wichtige Begriffe:

– Geschwindigkeitsanalyse velocity analysis– normal move out Korrektur editing NMO– Intervall Geschwindigkeit interval velocity– Mittlere Geschwindigkeit average velocity– RMS Geschwindigkeit root mean square v. RMS– vertikale Auflösung vertical resolution– Lamda-viertel – horizontale Auflösung horizontal resolution– erste Frenel Zone

geneigteSchichten

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