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KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 1
Reflexionsseismik
PrinzipDatenbearbeitung
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 2
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
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 3
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
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 4
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
DirekteWelle
Refelxionshyperbeln
GeophoneQuellen
3
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 5
Common Midpoint Gather (Wdh.)
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
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 6
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
4
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 7
• 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
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 8
• 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
Geschwindigkeitsanalyse
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KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 9
• die Geometrie eines CMP gather führt zu eine hyperbolischen Form der Reflexionshyperbeln
• mit wachsender Geschwindigkeit werden die Hyperbeln flacher
Geschwindigkeitsanalyse
• 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
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 10
• 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
6
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 11
• 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
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 12
• 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
0 2 tvxttt ≈−=Δ
ttxvΔ
≈0
1 2
• x ist bekannt und t0 und Δt sind aus der Seismogrammsektion zu bestimmen
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KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 13
• 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
0 2 tvxttt ≈−=Δ
• nach der Korrektur können die Wellenformen gestapelt werden
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 14
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
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KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 15
– 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
Geschwindigkeitsanalyse
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
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 16
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
9
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 17
Geschwindigkeitsanalyse (Beispiel)
http://sioseis.ucsd.edu/vpick-example.html
Sektion semblence Isolinienplot
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 18
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
10
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 19
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
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 20
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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KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 21
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
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 22
Auflösungsvermögen: vertikal
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KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 23
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
Auflösungsvermögen: vertikal
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 24
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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KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 25
• 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
Auflösungsvermögen: vertikal
4λδ >h
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 26
• 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
14
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 27
• 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
Auflösungsvermögen: vertikal
v v
z z
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 28
• 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
15
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Relexionsseismik ProzessingschemaField 'tapes' Observer's log
PREPROCESSINGDemultiplexEditingGain recoveryField geometryApplication of field statics
DECONVOLUTIONDeconvolutionTrace equalizing
CMP SORTING
VELOCITY ANALYSISResidual statics
VELOCITY ANALYSIS
NMO CORRECTION
STACKING
Time-varying filterGain
DISPLAY
BRUTE STACK DISPLAY
MIGRATIONGain
DISPLAY
KGH Seismische Explorationsverfahren Teil 9 - Slide 30
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