Hier sehen Sie eine seismische Sektion von etwa 13 km Länge.
Die seismischen Aufzeichnungen sind dabei als gestapelte Zero-Offset
-Sektion dargestellt.
Rot- und blaue Anteile stellen jeweils positive und negative
Ausschläge der über 1000 Seismogramme dar.
Solche aufwendigen Messungen dienen der Rohstoff-Exploration.
Aber was kann man in dieser Sektion erkennen?
Lassen sich hier bereits Tiefenstrukturen ablesen, die auf
Rohstoffvorkommen schließen lassen?
Hallo und herzlich willkommen!
In diesem Video erfahren Sie, wie aus seismischen Sektionen in der
Reflexionsseismik Informationen über die Reflektoren im Untergrund
gewonnen werden können.
Diesen Prozess nennt man in der Seismik Migration.
Ich zeige Ihnen, welche Annahmen und Voraussetzungen dazu nötig sind
und wie eine spezielle Form, die Kirchhoff-Migration, durchgeführt
wird.
Anhand einfacher Beispiele werden Sie sehen, was die Migration
praktisch bewirkt.
Dabei lernen Sie, wie wichtig sie für die Auswertung aufwendiger 3D
-Seismik -Messungen ist.
Seismische Sektionen setzen sich aus vielen hundert oder tausend
gemessenen Seismogrammen zusammen.
Die Aufzeichnungen enthalten Informationen über die Strukturen im
Erduntergrund.
Im Eingangsbeispiel sehen Sie hier offenbar horizontale Schichten, die
zur Mitte des Bildes hin ansteigen.
Allerdings ist eine solche seismische Sektion noch kein Abbild der
Erde.
Zunächst stellen diese Wellenformen vielmehr die Auswirkungen
verschiedener Untergrundstrukturen auf die seismischen Quellsignale
dar.
Die Superposition aller Laufwege von verschiedenen Reflektoren im
Untergrund ergibt das Wellenfeld, das von den Geophonen an der
Erdoberfläche gemessen wird.
Wenn man die Lage der Reflektoren und die Ausbreitungseffekte auf dem
Weg zur Oberfläche kennt, kann man daraus das beobachtete Wellenfeld
berechnen.
Der umgekehrte Fall ist die Aufgabe der Migration, von der Beobachtung
des Wellenfelds an der Erdoberfläche auf die genaue Lage des
Reflektors im Untergrund zurückschließen.
Migration ist also die Abbildung von Wellenformen auf ihren wahren
Ursprungsort in der Tiefe.
Dazu zeige ich Ihnen die Auswirkungen der Wellenausbreitung an einem
einfachen Beispiel.
Ein punktförmiger Streukörper in einem Medium mit konstanter
Wellenausbreitungsgeschwindigkeit reflektiert seismische Wellen in
alle Richtungen.
Geophone an der Erdoberfläche zeichnen die Signale auf.
Zuerst erreicht das Signal die Station direkt über dem Streukörper.
An den entfernteren Stationen kommt das Signal verzögert an.
Jetzt sehen Sie die zugehörige seismische Sektion in der Zero-Offset
-Geometrie dargestellt.
Für die zentrale Station wird das Laufzeitsignal direkt am Ort der
Station dargestellt.
Für die benachbarte Station kommt das Signal später an.
Allerdings wird es in der Zero-Offset-Darstellung auch hier am Ort der
Station dargestellt, obwohl der punktförmige Streukörper abseits davon
liegt.
Da die Ausbreitung radialsymmetrisch ist, erzeugt der punktförmige
Streukörper eine hyperbelförmige Kurve in der seismischen Sektion.
Man nennt sie auch Diffraktionshyperbel und den zugehörigen
Streukörper Diffraktor.
Hier sehen Sie das komplette Wellenfeld dazu.
Es setzt sich aus Seismogrammen zusammen, die entlang der Oberfläche
synthetisch berechnet wurden.
Zusätzlich sehen Sie darunter den Tiefenschnitt mit dem ursprünglichen
Streukörper.
Um die Welleneinsätze besser zu erkennen, sind positive Ausschläge
schwarz eingefärbt.
Diese Vorwärtsberechnung soll nun durch die Migration rückgängig
gemacht werden.
Anders ausgedrückt, die Migration stellt das Wellenfeld dar, das zum
Zeitpunkt der Reflexion entstanden ist.
Formell gibt es verschiedene Migrationsmethoden.
Eine weit verbreitete ist die Kirchhoff-Migration.
Die Idee dahinter ist diese.
Alle Punkte der seismischen Sektion, die entlang einer Hyperbel
liegen, resultieren von einem einzelnen Punktreflektor im Untergrund.
Will man also den Ursprung dieser Hyperbel im Untergrund finden,
summiert man zunächst alle Signale entlang dieser Hyperbel.
Diese Summe wird einem Tiefenschnitt dem entsprechenden Diffraktor
zugeordnet.
Diesen Punkt nennt man Apex.
Für jeden einzelnen Punkt in der Tiefe werden so entsprechende
Hyperbelverläufe in der seismischen Sektion ausgewählt und summiert.
Ausgedehnte Reflektoren, also Schichtgrenzen, erscheinen in der
seismischen Sektion als ganze Scharen von Diffraktionshyperbeln.
Durch das Summieren werden die Signale einzelner Hyperbeln in
einzelnen Tiefenpunkten abgebildet.
Und aus diesen Punkten setzt sich dann die migrierte Sektion zusammen.
Am Punkt des ursprünglichen Reflektors findet eine konstruktive
Interferenz statt.
Alle anderen Punkte zeigen hauptsächlich unkorreliertes Rauschen.
Ich zeige Ihnen das hier.
Wird eine seismische Welle an einer horizontalen Schichtgrenze
reflektiert, entstehen darauf nach dem Heugenschen Prinzip unendlich
viele Elementarwellen.
Hier zeichne ich beispielhaft drei davon ein.
Wie Sie gesehen haben, ergibt sich daraus jeweils eine Hyperbel in der
seismischen Sektion.
In der Zero-Offset-Geometrie liegen sie genau am Ort der Punkte im
Untergrund.
Je mehr Hyperbel ich einzeichne, desto deutlicher bildet sich eine
horizontale Linie heraus.
Diese Linie entspricht dem Reflektor.
Auf ihr findet konstruktive Interferenz statt.
Für eine geneigte Schicht entstehen in der Sektion auch Hyperbeln.
Wieder zeichne ich beispielhaft drei Punkte im Untergrund ein.
Allerdings befinden sie sich weiter nach rechts verschoben.
Sie liegen gerade am Ort der reflektierten Laufwege.
Der Grund für diese Verschiebung ist die Zero-Offset-Geometrie.
Dabei werden die Seismogramme direkt am Ort der Geophone aufgetragen,
obwohl der Reflektionspunkt hier weiter links liegt.
Ziel der Migration ist es, gerade diesen Effekt, diese Verzerrung
rückgängig zu machen.
Die Erde ist natürlich wesentlich komplexer aufgebaut als nur aus
horizontalen Schichten.
Eine typische Struktur ist zum Beispiel die einer Mulde.
Die daraus resultierende seismische Sektion zeige ich Ihnen jetzt.
Die Laufzeitkurven in der seismischen Sektion ähneln hier der Form
einer Krawattenschleife oder Fliege, während das migrierte Bild einer
einfachen Mulde als Schichtgrenze im Untergrund zeigt.
In diesem Fall gibt es an einem Empfänger mehrere Zero-Offset
-Strahlen.
Alle stehen an verschiedenen Positionen senkrecht auf dem Reflektor.
Die Strahlen haben hier unterschiedliche Längen, d.h.
die zugehörigen Reflexionsereignisse werden zu unterschiedlichen
Seiten registriert.
Das Beispiel zeigt, wie unterschiedlich Muster in der seismischen
Sektion zu den Strukturen im Untergrund sein können.
Eine wichtige Voraussetzung der Migration ist allerdings, dass man das
zugrunde liegende Geschwindigkeitsmodell im Untergrund kennt.
Nur so ist es möglich, den Verlauf der Diffraktionskurven in der
seismischen Sektion zu berechnen und aufzusummieren.
Im Falle nicht-homogener Medien mit komplexer Geschwindigkeitsstruktur
werden aus den Hyperbeln nämlich unregelmäßig geformte, gekrümte
Kurven.
Diese müssen im Allgemeinen numerisch berechnet werden.
Praktisch wird also vor der Migration ein Geschwindigkeitsmodell mit
einer anderen Methode bestimmt.
Für das reale Beispiel vom Anfang liegt ein solches Modell vor.
Dies ist die bereits gestapelte Sektion von Seismogrammen.
Offensichtlich liegen hier im Untergrund keine einfachen
Schichtgrenzen vor.
Vielmehr wird das Bild dominiert von einer Struktur mit großer
vertikaler und horizontaler Ausdehnung.
Um die Sektion zu migrieren, ist folgendes Modell der
Geschwindigkeitsstruktur im Untergrund gegeben.
Für jeden Punkt im Untergrund können nun mithilfe des
Geschwindigkeitsmodells Diffraktionskurven berechnet werden.
Eine solche Kurve ist hier beispielhaft aufgezeigt.
Wie Sie sehen, entspricht sie nicht mehr einer Hyperbel, wie im
homogenen Fall.
Für die Kirchhoff-Migration wird jetzt entlang der Kurve summiert und
das Ergebnis in der migrierten Sektion aufgetragen.
Viele solcher Summationskurven ergeben also die migrierte Sektion und
damit ein konkretes Abbild der Strukturen im Untergrund.
In diesem Fall ist die typische Form eines Salzstockes zu sehen.
Da das Salz relativ homogen ist, sind darin keine Schichtgrenzen zu
erkennen.
Die weitere Interpretation im geologischen Kontext ist dann die
nächste Aufgabe für Geowissenschaftlerinnen und Wissenschaftler.
In diesem Video habe ich Ihnen das Konzept der Migration vorgestellt.
Ich habe Ihnen gezeigt, wie Diffraktionskurven der seismischen
Sektionen in wahre Untergrundstrukturen übersetzt werden können.
Sie haben gelernt, dass sich Punktreflektoren im Untergrund in der
Zero -Offset-Sektion als Hyperbeln darstellen.
Komplexere Strukturen resultieren in komplexeren Diffraktionskurven.
Bei der Kirchhoff-Migration werden Diffraktionskurven der seismischen
Sektion aufsummiert und diese Summierungen werden auf die
entsprechenden Punkte im Untergrund projiziert und bilden so das
migrierte Abbild der gesuchten Untergrundstruktur.