Сейсмологиямен жер қойнауын зерттеу

Кіріспе

Сейсмологиямен жер асты қасиеттерін зерттеу, жер бетіндегі сейсмикалық іздеулер

Рефлекциялық сейсмология (немесе сейсмикалық рефлексия) – сейсмология принциптерін қолданып, жер қойнауының қасиеттерін шағылысқан сейсмикалық толқындар арқылы бағалауға арналған географиялық физиканың әдісі. Бұл әдіс динамит немесе Товекс жарылысы, арнайы пневмоқұбыр немесе сейсмикалық вибратор сияқты бақыланатын сейсмикалық энергия көзін қажет етеді. Рефлекциялық сейсмология сонар және эхолокацияға ұқсас.

Тарих

Жердің геологиялық интерфейстеріндегі сейсмикалық толқындардың шағылысуы мен сындырылуы алғаш рет жер сілкінісінен туған сейсмикалық толқындардың тіркемелерінде байқалды. Жердің терең ішкі құрылымының негізгі моделі жер сілкінісінен туған сейсмикалық толқындардың Жердің ішкі бөлігі арқылы өтуіне қатысты байлауларға негізделген (мысалы, Мохоровичич, 1910). Жер қыртысының жоғарғы бірнеше километрінің геологиясын егжей-тегжейлі картаға түсіру үшін адам жасаған сейсмикалық толқындарды қолдану одан көп ұзамай басталды және негізінен коммерциялық қызмет, әсіресе мұнай өнеркәсібінің арқасында дамыды. Сейсмикалық толқынды зерттеу әдісі тұз күмбездерімен байланысты мұнайды табу үшін қолданылатын сейсмикалық сындыру зерттеу әдісінен өркендеді. 1914 жылы неміс кенші-геодезисі Люджер Минтроп механикалық сейсмографты ойлап тапты және оны Германияда тұз күмбездерін анықтау үшін сәтті пайдаланды. Ол 1919 жылы неміс патентіне өтініш берді, ол 1926 жылы мақұлданды. 1921 жылы ол Техас және Мексикада сейсмикалық барлау жүргізу үшін шақырылған Seismos компаниясын құрды, нәтижесінде 1924 жылы сындыру сейсмикалық әдісін қолдану арқылы мұнайдың алғашқы коммерциялық жатыны табылды. 1924 жылы Техастағы Орчард тұз күмбезінің табылуы Мексика шығанағының жағалауында сейсмикалық сындыру зерттеулерінің өркендеуіне әкелді, бірақ 1930 жылға қарай бұл әдіс жағалаудың көп бөлігіндегі Луанн тұз күмбездерінің көп бөлігін анықтады және сейсмикалық сындыру әдісі тоқырады. Геологиялық инженерлік компания мұнай бағасының төмендеуіне байланысты таратылды. 1925 жылы мұнай бағасы қайта көтерілді және Карчер мұнай компаниясы Amerada құрамында Geophysical Research Corporation (GRC) құруға көмектесті. 1930 жылы Карчер GRC-ден кетіп, Geophysical Service Incorporated (GSI) компаниясын құруға көмектесті. GSI 50 жылдан астам уақыт бойы ең табысты сейсмикалық келісімшартты компаниялардың бірі болды және одан да табысты компания - Texas Instruments-тың негізін қалады. GSI-нің ертедегі қызметкері Генри Сальватори 1933 жылы компанияны тастап, тағы бір ірі сейсмикалық мердігер - Western Geophysical компаниясын құрды. Көмірсутектерді іздеу, гидрология, инженерлік зерттеулер және басқа да қолдану салаларында толқынды сейсмологияны қолданатын көптеген басқа компаниялар бұл әдіс алғаш рет ойлап табылғаннан бері құрылды. Соңғы жылдары ірі қызмет көрсету компанияларына CGG, ION Geophysical, Petroleum Geo Services, Polarcus, TGS және WesternGeco кірді, бірақ 2015 жылғы мұнай бағасының құлдырауынан кейін Polarcus сияқты сейсмикалық қызметтер ұсынушылар қаржылық қиындықтарды бастан кешіруде, ал CGG және WesternGeco сияқты сейсмикалық деректерді алу саласындағы көшбасшы компаниялар сейсмикалық деректерді алу ортасынан толығымен шығып, қазіргі сейсмикалық деректер кітапханаларына, сейсмикалық деректерді басқаруға және сейсмикалық емес мұнай өнеркәсібіне қызмет көрсетуге бағытталды.

Reflections and refractions of seismic waves at geologic interfaces within the Earth were first observed on recordings of earthquake generated seismic waves. The basic model of the Earth's deep interior is based on observations of earthquake generated seismic waves transmitted through the Earth's interior (e. g., Mohorovičić, 1910). The use of human generated seismic waves to map in detail the geology of the upper few kilometers of the Earth's crust followed shortly thereafter and has developed mainly due to commercial enterprise, particularly the petroleum industry. Seismic reflection exploration grew out of the seismic refraction exploration method, which was used to find oil associated with salt domes. Ludger Mintrop, a German mine surveyor, devised a mechanical seismograph in 1914 that he successfully used to detect salt domes in Germany. He applied for a German patent in 1919 that was issued in 1926. In 1921 he founded the company Seismos, which was hired to conduct seismic exploration in Texas and Mexico, resulting in the first commercial discovery of oil using the refraction seismic method in 1924. The 1924 discovery of the Orchard salt dome in Texas led to a boom in seismic refraction exploration along the Gulf Coast, but by 1930 the method had led to the discovery of most of the shallow Louann Salt domes, and the refraction seismic method faded. The Geological Engineering Company folded due to a drop in the price of oil. In 1925, oil prices had rebounded, and Karcher helped to form Geophysical Research Corporation (GRC) as part of the oil company Amerada. In 1930, Karcher left GRC and helped to found Geophysical Service Incorporated (GSI). GSI was one of the most successful seismic contracting companies for over 50 years and was the parent of an even more successful company, Texas Instruments. Early GSI employee Henry Salvatori left that company in 1933 to found another major seismic contractor, Western Geophysical. Many other companies using reflection seismology in hydrocarbon exploration, hydrology, engineering studies, and other applications have been formed since the method was first invented. Major service companies in recent years have included CGG, ION Geophysical, Petroleum Geo Services, Polarcus, TGS and WesternGeco, but since the oil price crash of 2015, providers of seismic services have continued to struggle financially such as Polarcus, whilst companies that were seismic acquisition industry leaders just ten years ago such as CGG and WesternGeco have now removed themselves from the seismic acquisition environment entirely and restructured to focus upon their existing seismic data libraries, seismic data management and non seismic related oilfield services.

Қалқындылық / бас толқыны / конустық толқын

Бас толқын интерфейсте сындырылып, оның бойымен және төменгі ортада таралады, интерфейске параллель тербелістік қозғалыс тудырады. Бұл қозғалыс жоғары ортада бұзылыс тудырып, оны жер бетінде анықтауға болады. Су қоймасының түбінен және су-ауа интерфейсінен пайда болатын қайталама толқындар теңіз сейсмикалық деректерінде көп кездеседі және сейсмикалық өңдеу арқылы жойылды.

Мәдениет шуы

Мәдени шуға ауа райының әсерінен туындаған шу, ұшақтар, тікұшақтар, электр желілерінің тіректері және кемелерден (теңіз зерттеулері жағдайында) келетін шулар кіреді, олардың барлығын қабылдағыштар анықтай алады.

Электромагниттік шу

Қалалық аймақтарда, әсіресе электр желілерінде, бұл кедергілерді жою өте қиын. Мұндай жағдайларда осы кедергілерді азайту үшін микроэлектромеханикалық жүйелер (МЭМ) сияқты арнайы сенсорлар қолданылады.

2D және 3D

Сейсмикалық шағылысудың бастапқы әдісі жер қыртысы арқылы екі өлшемді тік профильді алуды қамтиды, қазір бұл 2D деректер деп аталады. Бұл тәсіл геологиялық құрылымы салыстырмалы түрде қарапайым және аз көлбеулі жерлер үшін жақсы жұмыс істеді. Дегенмен, күрделі құрылымды аймақтарда 2D техникасы жазықтықтан тыс шағылыстар және басқа да артефактілерге байланысты жер астын дұрыс бейнелеуге қабілетсіз болды. 2D деректерде сызықтар арасындағы шешілімнің жетіспеуінен туындаған кеңістіктік алиасинг те мәселе болып табылады. 1960 жылдардағы алғашқы тәжірибелерден бастап сейсмикалық әдіс толық үш өлшемді алу және өңдеу мүмкіндігін зерттеді. 1970 жылдардың соңында алғашқы ірі 3D деректер жинақтары алынды, ал 1980 және 1990 жылдары бұл әдіс кеңінен қолданыла бастады.

Сейсмикалық деректерді алу

Сейсмикалық деректерді жинау – сейсмикалық барлаудың үш бөлігінің біріншісі, ал қалған екеуі – сейсмикалық деректерді өңдеу және сейсмикалық интерпретация. Сейсмикалық іздеулерді әдетте ұлттық және халықаралық мұнай компаниялары жоспарлайды, олар CGG, Petroleum Geo Services және WesternGeco сияқты қызмет көрсететін компанияларды деректерді жинау үшін жалдайды. Содан кейін деректерді өңдеу үшін тағы бір компания шақырылады, бірақ бұл жинаған компанияның өзі болуы мүмкін. Ақырында, дайын сейсмикалық көлем мұнай компаниясына геологиялық интерпретация жасау үшін жіберіледі.

Жерді зерттеуді сатып алу

Жердегі сейсмикалық іздеулер көлемді болып табылады, жүздеген тонна жабдық пен бірнеше жүзден бірнеше мыңға дейін адамды жұмысқа тартады және көптеген айлар бойы кең аумақтарда жүргізіледі. Жердегі сейсмикалық толқынды жасау үшін бірнеше әдіс бар, олардың ішінде Вибросейс және динамит ең көп қолданылады. Вибросейс – импульстік емес, арзан және тиімді әдіс, бірақ оның жұмыс істеуі үшін тегіс жер қажет, бұл оны дамытпаған аймақтарда қолдануды қиындатады. Бұл әдіс бір немесе бірнеше ауыр, кез келген жерге жүре алатын көліктердің жерге болат пластинаны түсіруінен тұрады, содан кейін ол белгілі бір жиілік диапазоны мен амплитудасымен дірілдейді. Ол төмен энергия тығыздығын қамтамасыз етеді, сондықтан оны қалаларда және динамит елеулі зақым келтіруі мүмкін басқа да құрылыс аймақтарында қолдануға болады, бірақ Вибросейс көлігіне қосылған үлкен салмақ өзі де қоршаған ортаға зиян келтіруі мүмкін. Динамит – импульстік әдіс, ол жақсы импульстік функцияны тудыратындықтан, идеалды геофизикалық көз болып саналады, бірақ оның айқын экологиялық кемшіліктері бар. Ұзақ уақыт бойы ол 1954 жылы салмақ түсіру әдісі енгізілгенге дейін жалғыз сейсмикалық көз болды, бұл геофизиктерге сурет сапасы мен қоршаған ортаға зиян арасында таңдау жасауға мүмкіндік берді. Вибросейске қарағанда, динамит операциялық тұрғыдан да тиімсіз, өйткені әрбір нүктеде тесік қазылып, оған динамит орналастырылуы керек. Теңіздегі сейсмикалық іздеулерден айырмашылығы, жердегі геометрия тар жолдармен шектелмейді, яғни кең ауқымды офсеттер мен азимуттар әдетте алынады және ең үлкен қиындық – деректерді жинау жылдамдығын арттыру болып табылады. Өндіріс жылдамдығы, әрине, көздің (осы жағдайда Вибросейс) қаншалықты жылдам жұмыс істейтініне және келесі нүктеге қаншалықты тез өтетініне байланысты. Іздеу тиімділігін арттыру үшін бірнеше сейсмикалық көздерді бір уақытта пайдалануға талпыныстар жасалды және осы техниканың сәтті мысалы – тәуелсіз синхронды дірілдету (ISS) әдісі. Жердегі сейсмикалық іздеуге айтарлықтай логистикалық қолдау қажет; күнделікті сейсмикалық операциядан басқа, негізгі лагерьті жабдықтау, медициналық көмек көрсету, лагерь мен жабдықты күтіп ұстау, қауіпсіздік, персонал алмасу және қалдықтарды басқару да қажет. Кейбір операциялар күнделікті негізгі лагерьге оралу үшін тым алыс жерде орналасқан кішігірім "ұшқыш" лагерьлерді де пайдалана алады, оларға да үнемі логистикалық қолдау қажет болады.

Land seismic surveys tend to be large entities, requiring hundreds of tons of equipment and employing anywhere from a few hundred to a few thousand people, deployed over vast areas for many months. There are a number of options available for a controlled seismic source in a land survey and particularly common choices are Vibroseis and dynamite. Vibroseis is a non impulsive source that is cheap and efficient but requires flat ground to operate on, making its use more difficult in undeveloped areas. The method comprises one or more heavy, all terrain vehicles lowering a steel plate onto the ground, which is then vibrated with a specific frequency distribution and amplitude. It produces a low energy density, allowing it to be used in cities and other built up areas where dynamite would cause significant damage, though the large weight attached to a Vibroseis truck can cause its own environmental damage. Dynamite is an impulsive source that is regarded as the ideal geophysical source due to it producing an almost perfect impulse function but it has obvious environmental drawbacks. For a long time, it was the only seismic source available until weight dropping was introduced around 1954, allowing geophysicists to make a trade off between image quality and environmental damage. Compared to Vibroseis, dynamite is also operationally inefficient because each source point needs to be drilled and the dynamite placed in the hole. Unlike in marine seismic surveys, land geometries are not limited to narrow paths of acquisition, meaning that a wide range of offsets and azimuths is usually acquired and the largest challenge is increasing the rate of acquisition. The rate of production is obviously controlled by how fast the source (Vibroseis in this case) can be fired and then move on to the next source location. Attempts have been made to use multiple seismic sources at the same time in order to increase survey efficiency and a successful example of this technique is Independent Simultaneous Sweeping (ISS). A land seismic survey requires substantial logistical support; in addition to the day to day seismic operation itself, there must also be support for the main camp for resupply activities, medical support, camp and equipment maintenance tasks, security, personnel crew changes and waste management. Some operations may also operate smaller 'fly' camps that are set up remotely where the distance is too far to travel back to the main camp on a daily basis and these will also need logistical support on a frequent basis.

Теңіз зерттеулерін жүргізу (Туркалы ағып жүретін кеме)

Тартылған ағысты теңіз сейсмикалық зерттеулері арнайы сейсмикалық кемелерді пайдалана отырып, су бетінен төменгі бір немесе бірнеше кабельдерді сүйретеді, олар әдетте жобаның ерекшелігіне байланысты 5 мен 15 метр аралығында, олардың ұзындығы бойынша гидрофондар топтарын (немесе қабылдағыш топтарын) қамтиды (схеманы қараңыз). Қазіргі заманғы ағып жүретін кемелер әдетте бірнеше ағындыларды артқа сүйретеді, оларды су асты қанаттарына бекітуге болады, олар әдетте есіктер немесе қақпақтар деп аталады, олар бірнеше ағындыларды кеме батысы мен оң жағына дейін кең сүйретуге мүмкіндік береді. Қазіргі кездегі "PGS" компаниясы басқаратын "Ramform" сериялы кемелерде 2013 және 2017 жылдар аралығында салынған ағынды сүйреу технологиясы осы кемелердегі ағынды саны 24-ке дейін көтерілді. Мұндай көлемді кемелерде "есікке дейін" таралған ағынды судың бір теңіз милядан артық болуы жиі кездеседі. Кез келген жобада ағындылардың нақты конфигурациясы ағынды ұзындығы, ағындыларды бөлу, гидрофон тобының ұзындығы және көз орталығы мен қабылдағыштар арасындағы ауытқу немесе қашықтық клиенттің деректерді алуға тырысатын теңіз түбінен төмен геологиялық аймаққа байланысты болады. Ағымы бар кемелер сондай-ақ жоғары энергия көздерін сүйретеді, негізінен 2000 psi жұмыс істейтін жоғары қысымды ауа тапаншалары, олар бірге отқа түседі, теңіз төріне реттелген энергия импульсын жасау үшін, ал одан кері шағылысқан энергия толқындары ағынды қабылдағыш топтарында тіркеледі. Тапаншалар массиві реттелген, яғни атылған кезде массивтен шығатын ауа көпіршігінің жиілік реакциясы белгілі бір массивтегі тапаншалардың комбинациясына және санына және олардың жеке көлемдеріне байланысты өзгертілуі мүмкін. Тапаншаларды жеке-жеке орналастыра алады немесе кластерлерді құру үшін біріктіре алады. Әдетте, көз массивтерінің көлемі 2000 текше дюймнен 7000 текше дюймға дейін болады, бірақ бұл зерттеу аймағының нақты геологиясына байланысты болады. Теңіздегі сейсмикалық зерттеулер қазіргі заманғы сүйрейтілетін ағынды кемелердің көлемі мен сүйрету қабілеттеріне байланысты едәуір деректерді тудырады. Бір ағынды сүйрейтін екі көзді сейсмикалық кеме тар азимут сүйрейтін ағынды кеме (NAZ немесе NATS) деп аталады. 2000 жылдардың басында бұл сатып алу түрі бастапқы барлау үшін пайдалы, бірақ ұңғымаларды дәл орналастыру керек болған даму мен өндіріс үшін жеткіліксіз екендігі қабылданды. Бұл бірнеше азимутты сүйрейтін ағынды машинаның (MAZ) дамуына әкелді, ол әртүрлі азимуттарда NATS зерттеулерінің комбинациясын алу арқылы NATS зерттеуінің сызықтық алу үлгісінің шектеулерін бұзуға тырысты (схеманы қараңыз). Бұл жер астының жарықтылығын арттырып, сигнал мен шудың арақатынасын жақсартты. Тұздың сейсмикалық қасиеттері теңіздегі сейсмикалық зерттеулер үшін қосымша проблема тудырады, ол сейсмикалық толқындарды әлсіретеді және оның құрылымында суретке түсіру қиын болатын үстірттер бар. Бұл NATS зерттеу түрінің тағы бір түріне, кең азимутты сүйрейтін ағытқыштың (немесе WAZ немесе WATS) пайда болуына әкелді және ол алғаш рет 2004 жылы Mad Dog алаңында сыналды. Бұл зерттеудің түрі 8 ағындыдан тұратын жиынтықты сүйрейтін 1 кеме мен соңғы қабылдау желісінің басында және соңында орналасқан сейсмикалық көздерді сүйрейтін 2 бөлек кемені қамтиды (схеманы қараңыз). Бұл конфигурация 4 рет "тақталанған", қабылдаушы кеме әр жолы бастапқы кемелерден алыстаған және ақырында 4 есе көп ағып тұрған суреттермен зерттеу әсерін жасады. Нәтижесінде сейсмикалық дерек жиынтығы кең азимуттармен кеңірек диапазонда болды, бұл сейсмикалық бейнелеуде жаңалық болды. Теңіз түбіндегі кабельдер (OBC) сейсмикалық кемелерді қолдануға болмайтын басқа да жерлерде кеңінен қолданылады, мысалы, жағалаудағы (су тереңдігі <300 м) және өтпелі аймақ орталарында, және қайталануды бағалау кезінде терең суда қашықтан басқарылатын су асты көліктерімен (ROV) орналастырылуы мүмкін (осыдан төмен 4D қараңыз). Әдеттегі OBC зерттеулері қысым сенсорларын (гидрофон) және вертикальді бөлшектер жылдамдығы сенсорларын (вертикальді геофон) біріктіретін қос компонентті қабылдағыштарды қолданады, бірақ соңғы даму әдісін төрт компонентті сенсорларды, яғни гидрофон мен үш ортогональды геофонды пайдалануға кеңейтті. Төрт компонентті сенсорлар су арқылы жүрмейтін, бірақ құнды ақпаратты сақтай алатын қисайту толқынын да тіркей алады. Операциялық артықшылықтардан басқа, OBC-де әдеттегі NATS зерттеуіне қарағанда геофизикалық артықшылықтар бар, олар зерттеу геометриясымен байланысты азимуттардың кеңейтілген бүгілуі мен кең ауқымынан туындайды. Алайда, жерді зерттеу сияқты, кеңірек азимуттар мен арттырылған бүгілу шығындармен байланысты және ірі масштабты OBC зерттеулеріне қабілеті шектеулі. 2005 жылы теңіз түбіндегі түйіндер (OBN) – OBC әдісінің кеңейтілмі, батареямен қуатталатын кабельсіз қабылдағыштарды терең суда пайдаланады – алғаш рет Atlantis мұнай алаңында BP және Fairfield Geotechnologies арасындағы серіктестікте сынақтан өтті. Бұл түйіндердің орналасуы OBC кабельдеріне қарағанда икемдірек, оларды сақтау және орнату оңай, өйткені олар кішкентай және жеңіл.

Towed streamer marine seismic surveys are conducted using specialist seismic vessels that tow one or more cables known as streamers just below the surface typically between 5 and 15 metres depending upon the project specification that contain groups of hydrophones (or receiver groups) along their length (see diagram). Modern streamer vessels normally tow multiple streamers astern which can be secured to underwater wings, commonly known as doors or vanes that allow a number of streamers to be towed out wide to the port and starboard side of a vessel. Current streamer towing technology such as seen on the PGS operated Ramform series of vessels built between 2013 and 2017 has pushed the number of streamers up to 24 in total on these vessels. For vessels of this type of capacity, it is not uncommon for a streamer spread across the stern from 'door to door' to be in excess on one nautical mile. The precise configuration of the streamers on any project in terms of streamer length, streamer separation, hydrophone group length and the offset or distance between the source centre and the receivers will be dependent upon the geological area of interest below the sea floor that the client is trying to get data from. Streamer vessels also tow high energy sources, principally high pressure air gun arrays that operate at 2000psi that fire together to the create a tuned energy pulse into the seabed from which the reflected energy waves are recorded on the streamer receiver groups. Gun arrays are tuned, that is the frequency response of the resulting air bubble from the array when fired can be changed depending upon the combination and number of guns in a specific array and their individual volumes. Guns can be located individual on an array or can be combined to form clusters. Typically, source arrays have a volume of 2000 cubic inches to 7000 cubic inches, but this will depend upon the specific geology of the survey area. Marine seismic surveys generate a significant quantity of data due to the size of modern towed streamer vessels and their towing capabilities. A seismic vessel with 2 sources and towing a single streamer is known as a Narrow Azimuth Towed Streamer (or NAZ or NATS). By the early 2000s, it was accepted that this type of acquisition was useful for initial exploration but inadequate for development and production, in which wells had to be accurately positioned. This led to the development of the Multi Azimuth Towed Streamer (MAZ) which tried to break the limitations of the linear acquisition pattern of a NATS survey by acquiring a combination of NATS surveys at different azimuths (see diagram). This successfully delivered increased illumination of the subsurface and a better signal to noise ratio. The seismic properties of salt poses an additional problem for marine seismic surveys, it attenuates seismic waves and its structure contains overhangs that are difficult to image. This led to another variation on the NATS survey type, the wide azimuth towed streamer (or WAZ or WATS) and was first tested on the Mad Dog field in 2004. This type of survey involved 1 vessel solely towing a set of 8 streamers and 2 separate vessels towing seismic sources that were located at the start and end of the last receiver line (see diagram). This configuration was "tiled" 4 times, with the receiver vessel moving further away from the source vessels each time and eventually creating the effect of a survey with 4 times the number of streamers. The end result was a seismic dataset with a larger range of wider azimuths, delivering a breakthrough in seismic imaging. Ocean bottom cables (OBC) are also extensively used in other areas that a seismic vessel cannot be used, for example in shallow marine (water depth <300m) and transition zone environments, and can be deployed by remotely operated underwater vehicles (ROVs) in deep water when repeatability is valued (see 4D, below). Conventional OBC surveys use dual component receivers, combining a pressure sensor (hydrophone) and a vertical particle velocity sensor (vertical geophone), but more recent developments have expanded the method to use four component sensors i. e. a hydrophone and three orthogonal geophones. Four component sensors have the advantage of being able to also record shear waves, which do not travel through water but can still contain valuable information. In addition to the operational advantages, OBC also has geophysical advantages over a conventional NATS survey that arise from the increased fold and wider range of azimuths associated with the survey geometry. However, much like a land survey, the wider azimuths and increased fold come at a cost and the ability for large scale OBC surveys is severely limited. In 2005, ocean bottom nodes (OBN) – an extension of the OBC method that uses battery powered cableless receivers placed in deep water – was first trialled over the Atlantis Oil Field in a partnership between BP and Fairfield Geotechnologies. The placement of these nodes can be more flexible than the cables in OBC and they are easier to store and deploy due to their smaller size and lower weight.

Уақыт өткеннен кейін алу (4D)

Уақыт аралығындағы немесе 4D зерттеулер – белгілі бір уақыт өткен соң қайталанатын 3D сейсмикалық зерттеулер. 4D термині төртінші өлшемді білдіреді, бұл жағдайда – уақыт. Уақыт аралығындағы зерттеулер өндіріс кезіндегі қойма өзгерістерін бақылау және дәстүрлі сейсмикалық зерттеулерде анықталмайтын ағынға кедергілерді анықтау мақсатымен жүргізіледі. Уақыт аралығындағы зерттеулер базалық зерттеуден және кен орны өндіріске қосылғаннан кейін жүргізілетін бақылау немесе қайталау зерттеуінен тұрады. Мұндай зерттеулердің көпшілігі NATS зерттеулерінің қайталануы болып табылады, себебі оларды жүргізу арзанға түседі және көптеген кен орындарында бұрыннан NATS базалық зерттеулері болған. Кейбір зерттеулер мұхит түбіндегі кабельдерді пайдалану арқылы жүзеге асырылады, өйткені кабельдер алынып тасталғаннан кейін бұрынғы орнына дәл орналастырылуы мүмкін. Көздер мен қабылдағыштардың орналасқан жерін дәл қайталау, қайталануды жақсартады және сигнал мен шу арақатынасын арттырады. Сондай-ақ, теңіз түбіндегі кабельдер сатып алынып, тұрақты орнатылған кен орындарында 4D зерттеулер жүргізілді. Бұл әдіс кен орнының сейсмикалық бақылауы (LoFS) немесе тұрақты қойманы бақылау (PRM) деп аталады.

Сейсмикалық деректерді өңдеу

Сейсмикалық деректерді өңдеуде үш негізгі процесс бар: деконволюция, ортақ орта нүкте (CMP) жинақтау және миграция. Деконволюция – бұл сейсмикалық іздердің Жердің рефлекциялық қатарының бұрмалау сүзгілерімен конволюцияланған түрі екенін ескере отырып, Жердің рефлекциялық қатарын алуға бағытталған процесс. Бұл процесс сейсмикалық толқынды ығыстыру арқылы уақытша ажыратымдылықты жақсартады, бірақ ұңғымадан алынған мәліметтер сияқты қосымша ақпарат немесе қосымша болжамдар болмаса, бұл процесс бірегей емес. Деконволюция операцияларын тізбектей орындауға болады, мұнда әрбір жеке деконволюция нақты бір бұрмалау түрін жоюға арналған. CMP жинақтау – бұл жер астындағы белгілі бір орналасқан нүктеге әртүрлі аралықтарда көп рет үлгі алынатындығын пайдаланатын сенімді процесс. Бұл геофизикке ортақ орта нүкте жинағы деп аталатын, бірдей жер асты орнына үлгі алатын әртүрлі аралықтары бар іздер тобын құруға мүмкіндік береді. Содан кейін уақыт бойынша орташа амплитуда есептеледі, бұл кездейсоқ шуды айтарлықтай төмендетеді, бірақ сейсмикалық амплитуда мен аралықтың арасындағы байланыс туралы барлық құнды ақпаратты жоғалтады. CMP жинақтауға дейін қолданылатын аса маңызды емес процестер – қалыпты жылжуды түзету және статикалық түзету. Теңіздік сейсмикалық деректерден айырмашылығы, құрлықтағы сейсмикалық деректерді түсіру және қабылдау орналасқан жерлер арасындағы биіктік айырмашылықтарын ескеру қажет. Бұл түзету жазық жазықтыққа тік уақытқа қатысты ығысу түрінде жүзеге асырылады және статикалық түзету деп аталады, бірақ жер бетіне жақын қабаттың жылдамдығы дәл белгісіз болғандықтан, өңдеу процесінде кейіннен түзетулер қажет болады. Бұл қосымша түзету – қалдық статикалық түзету деп аталады. Сейсмикалық миграция – бұл сейсмикалық оқиғалардың геометриялық тұрғыдан қайта орналастырылу процесі, яғни оқиғаның жер бетінде тіркелген орнына, жер астында болған орнына қарай. Бұл жер астының әлдеқайда дәл кескінін құруға мүмкіндік береді.

There are three main processes in seismic data processing: deconvolution, common midpoint (CMP) stacking and migration. Deconvolution is a process that tries to extract the reflectivity series of the Earth, under the assumption that a seismic trace is just the reflectivity series of the Earth convolved with distorting filters. This process improves temporal resolution by collapsing the seismic wavelet, but it is nonunique unless further information is available such as well logs, or further assumptions are made. Deconvolution operations can be cascaded, with each individual deconvolution designed to remove a particular type of distortion. CMP stacking is a robust process that uses the fact that a particular location in the subsurface will have been sampled numerous times and at different offsets. This allows a geophysicist to construct a group of traces with a range of offsets that all sample the same subsurface location, known as a Common Midpoint Gather. The average amplitude is then calculated along a time sample, resulting in significantly lowering the random noise but also losing all valuable information about the relationship between seismic amplitude and offset. Less significant processes that are applied shortly before the CMP stack are Normal moveout correction and statics correction. Unlike marine seismic data, land seismic data has to be corrected for the elevation differences between the shot and receiver locations. This correction is in the form of a vertical time shift to a flat datum and is known as a statics correction, but will need further correcting later in the processing sequence because the velocity of the near surface is not accurately known. This further correction is known as a residual statics correction. Seismic migration is the process by which seismic events are geometrically re located in either space or time to the location the event occurred in the subsurface rather than the location that it was recorded at the surface, thereby creating a more accurate image of the subsurface.

Сейсмикалық түсіндіру

Сейсмикалық интерпретацияның мақсаты – өңделген сейсмикалық толқындар картасынан геологиялық суреттің тұтастығын алу. Ең қарапайым деңгейде сейсмикалық интерпретация 2D немесе 3D деректер жиынтығындағы үздіксіз рефлекторларды іздеу және оларды байланыстыру, сондай-ақ геологиялық интерпретацияның негізі ретінде пайдалануды қамтиды. Мұның басты мақсаты – белгілі бір геологиялық қабаттардың тереңдігіндегі кеңістіктік өзгерістерді көрсететін құрылымдық карталарды жасау. Осы карталар көмірсутектердің жиналу орындарын анықтауға және жер қойнауының модельдерін құруға мүмкіндік береді, бұл көлемдік есептеулер жасауға жағдай тудырады. Дегенмен, сейсмикалық деректер жиынтығы мұны істеу үшін жеткілікті айқын сурет бере бермейді. Бұл негізінен сейсмикалық толқындардың вертикальді және горизонтальді ажыратымдылығымен байланысты, бірақ көбінесе шу және өңдеу қиындықтары да сурет сапасын төмендетеді. Осы себепті сейсмикалық интерпретацияда әрқашан белгілі бір дәрежеде белгісіздік болады және нақты деректер жиынтығына бірнеше дұрыс шешім табылуы мүмкін. Мұндай жағдайда шешімді нақтылау үшін қосымша деректер қажет, мысалы, қосымша сейсмикалық зерттеулер, ұңғымадан алынған мәліметтер немесе гравитациялық және магниттік іздеу деректері. Сейсмикалық өңдеушінің ойлау жолына ұқсас, сейсмикалық интерпретатор да зерттеу аймағынан бас тартудың орнына, одан әрі жұмыс істеуге ынталандыру үшін көбінесе оптимистік көзқарасқа ие болуға көңіл бөледі. Сейсмикалық интерпретацияны геологтар мен геофизиктер бірлесіп жасайды, көптеген интерпретаторлар екі саланың да негіздерін біледі. Көмірсутектерді іздеу кезінде интерпретатор ерекше назар беретін нәрсе – мұнай қоймасын құрайтын элементтер: материк тас, жинауыш тас, жабын және тұзақ.

Сейсмикалық атрибуттарды талдау

Сейсмикалық атрибуттарды талдау – бұл сейсмикалық деректерден сандық шаманы алу немесе туындылау процесі болып табылады, ол дәстүрлі сейсмикалық суретте көрінбейтін немесе аз байқалатын ақпаратты анықтауға көмектеседі, соның нәтижесінде деректердің геологиялық немесе геофизикалық интерпретациясы жақсарады. Талдауға болатын атрибуттардың мысалдары: жарық және күңгірт дақтарды анықтауға мүмкіндік беретін орташа амплитуда, когеренттілік және амплитуда-офсет арақатысы. Көмірсутектердің болуын көрсететін атрибуттар тікелей көмірсутектердің белгілері деп аталады.

Жер қыртысын зерттеу

Тектоника мен Жер қыртысын зерттеуде рефлекциялық сейсмологияны қолдануды 1970-ші жылдары Континенттік рефлексиялық профильдеу консорциумы (COCORP) сияқты ұйымдар бастады, олар Ұлыбританиядағы BIRPS және Франциядағы ECORS сияқты басқа елдерде терең сейсмикалық зерттеулерге түрткіс берді. Британдық институттардың рефлексиялық профильдеу синдикаты (BIRPS) Солтүстік теңізде мұнай көмірсутектерін іздеу нәтижесінде құрылды. Зерттеулер көрсетті, геологиялық құрылымдар мен шөгінді алаптарды қалыптастырған тектоникалық процестерді түсіну жеткіліксіз болған. Бұл жұмыс маңызды нәтижелер берді және теңіздік сейсмикалық зерттеулер арқылы жер қыртысы арқылы жоғарғы мантияға дейін өтетін жарық сынықтары сияқты нысандарды профильдеу мүмкін екенін көрсетті.

Қоршаған ортаға әсері

Адамның кез келген қызметі сияқты, сейсмикалық толқынды зерттеулер де Жердің табиғи ортасына әсер етеді. Мұнайгаз өнеркәсібі мен экологиялық ұйымдар осы әсерлерді анықтау үшін зерттеу жұмыстарын жүргізеді.

Жер

Құрлықта сейсмикалық зерттеу жүргізу үшін жабдықтар мен персоналды тасымалдауға арналған жолдар салу қажет болуы мүмкін, сондай-ақ жабдықтарды орналастыру үшін өсімдіктерді жоюға тура келуі мүмкін. Егер зерттеу салыстырмалы түрде дамылмаған аймақта жүргізілсе, тіршілік ортасының айтарлықтай бұзылуына әкелуі мүмкін, ал көптеген үкіметтер сейсмикалық компаниялардан қоршаған ортаны қорғауға қатысты қатаң ережелерді сақтауды талап етеді; мысалы, динамитті сейсмикалық сигнал көзі ретінде пайдалануға рұқсат етілмеуі мүмкін. Сейсмикалық өңдеу технологиялары сейсмикалық трассалардың табиғи кедергілерді айналып өтуіне немесе бұрыннан бар, түзу емес жолдар мен іздерді пайдалануға мүмкіндік береді. Мұқият жоспарлау арқасында мұндай шаралар жердегі сейсмикалық зерттеудің қоршаған ортаға тигізетін зиянын айтарлықтай азайтуға болады. Жердегі зерттеулерде теодолиттердің орнына инерциялық навигациялық құралдарды қолдану, ағаштар арасында зерттеу трассаларын ирелеуге мүмкіндік бергендіктен, сейсмикалық әсерді азайтуға көмектесті. Кез келген жердегі сейсмикалық зерттеудің әсерін жоспарлау кезеңінде бағалау және тиімді басқару қажет. Жоғары регламенттелген жағдайларда, жұмыстарды бастамас бұрын Экологиялық және әлеуметтік әсерді бағалау (ЭАӘБ) немесе Экологиялық әсерді бағалау (ЭАБ) есебін ұсыну талап етіледі. Жобаны жоспарлау кезінде жоба аяқталғаннан кейін қандай әсерлер қалатынын ескеру қажет. Мердігерлер мен тапсырыс берушілер келісімшарт талаптарына және қолданыстағы заңнамаға сәйкес, жоба аяқталғаннан кейін қалпына келтіру жоспарын жүзеге асыруға жауапты. Жобаның масштабына байланысты, жердегі сейсмикалық операциялардың жергілікті және физикалық әсері айтарлықтай болуы мүмкін, әсіресе қоймалар, лагерьдегі инженерлік желілер, қалдықтарды басқару (қою және таза суды басқаруды қоса), жалпы және сейсмикалық көлік құралдарына арналған тұрақтар, шеберханалар мен техникалық қызмет көрсету орындары, сондай-ақ тұрғын үйлер қажет болған жағдайда. Жергілікті халықпен байланыс олардың күнделікті өміріне әсер етуі мүмкін, мысалы, шудың артуы, тәулік бойы жұмыс істеу және көлік қозғалысының ұлғаюы, осы факторларды бағалау және оларды азайту қажет. Археологиялық аспектілер де маңызды, сондықтан жобаны жоспарлау кезінде заңдық, мәдени және әлеуметтік талаптарды ескеру қажет. Ғимараттар мен археологиялық ескерткіштерден қауіпсіз қашықтықты анықтау үшін арнайы техникаларды қолдану арқылы оларға тигізетін зиянды азайтуға және зақымданудың алдын алуға болады.

On land, conducting a seismic survey may require the building of roads, for transporting equipment and personnel, and vegetation may need to be cleared for the deployment of equipment. If the survey is in a relatively undeveloped area, significant habitat disturbance may occur and many governments require seismic companies to follow strict rules regarding destruction of the environment; for example, the use of dynamite as a seismic source may be disallowed. Seismic processing techniques allow for seismic lines to deviate around natural obstacles, or use pre existing non straight tracks and trails. With careful planning, this can greatly reduce the environmental impact of a land seismic survey. The more recent use of inertial navigation instruments for land survey instead of theodolites decreased the impact of seismic by allowing the winding of survey lines between trees. The potential impact of any seismic survey on land needs to be assessed at the planning stage and managed effectively. Well regulated environments would generally require Environmental and Social Impact Assessment (ESIA) or Environmental Impact Assessment (EIA) reports prior to any work starting. Project planning also needs to recognise that once a project has completed, what impact if any, will be left behind. It is the contractors and clients responsibility to manage the remediation plan as per the contract and as per the laws where the project has been conducted. Depending upon the size of a project, land seismic operations can have a significant local impact and a sizeable physical footprint, especially where storage facilities, camp utilities, waste management facilities (including black and grey water management), general and seismic vehicle parking areas, workshops and maintenance facilities and living accommodation are required. Contact with local people can cause potential disruptions to their normal lives such as increased noise, 24 hour operations and increased traffic and these have to be assessed and mitigated. Archeological considerations are also important and project planning must accommodate legal, cultural and social requirements that will have to be considered. Specialist techniques can be used to assessed safe working distances from buildings and archeological structures to minimise their impact and prevent damage.