Akwizycja danych sejsmicznych
Akwizycja danych sejsmicznych to pierwszy z trzech odrębnych etapów eksploracji sejsmicznej, pozostałe dwa to przetwarzanie danych sejsmicznych i interpretacja danych sejsmicznych. Akwizycja danych sejsmicznych wymaga użycia źródła sejsmicznego w określonych miejscach do badania sejsmicznego, a energia, która przemieszcza się pod powierzchnią, gdy fale sejsmiczne generowane przez źródło, jest rejestrowana w określonych miejscach na powierzchni przez tak zwane odbiorniki ( geofony lub hydrofony) ).
Zanim będzie można uzyskać dane sejsmiczne, należy zaplanować badanie sejsmiczne, proces ten jest powszechnie określany jako projekt badania . Proces ten obejmuje planowanie w odniesieniu do różnych wykorzystywanych parametrów pomiarowych, np. źródła , typu odbiornika, odstępów między źródłami, odstępów między odbiornikami, liczby ujęć źródła, liczby odbiorników w szyku odbiorników (tj. grupy odbiorników), liczby kanałów odbiornika w rozproszenie odbiornika, częstotliwość próbkowania , długość zapisu (określony czas, przez który odbiornik aktywnie rejestruje sygnał sejsmiczny) itp. Przy zaprojektowanym pomiarze dane sejsmiczne mogą być rejestrowane w postaci śladów sejsmicznych, zwanych również sejsmogramami, które bezpośrednio odzwierciedlają „ odpowiedź sprężystą pole falowe do prędkości i gęstości kontrastuje na interfejsach warstw skał lub osadów, gdy energia przemieszcza się ze źródła przez powierzchnię podpowierzchniową do odbiornika lub układu odbiorników ” .
Parametry ankiety
Rodzaje źródeł pozyskiwania gruntów
W przypadku pozyskiwania gruntów można stosować różne rodzaje źródeł, w zależności od ustawień pozyskiwania.
Źródła wybuchowe, takie jak dynamit, są preferowanymi źródłami sejsmicznymi w nierównym terenie, na obszarach o dużej zmienności topograficznej lub na obszarach wrażliwych środowiskowo, np. na bagnach , polach uprawnych, w regionach górskich itp. w celu zmaksymalizowania ilości energii sejsmicznej przenoszonej do podłoża oraz zminimalizowania zagrożeń bezpieczeństwa podczas jej detonacji. Zaletą źródeł wybuchowych jest to, że sygnał sejsmiczny (znany jako falka sejsmiczna ) ma minimalną fazę tj. większość energii falki jest skupiona na jej początku, a zatem podczas przetwarzania sejsmicznego falka ma odwrotność, która jest stabilna i przyczynowa, a zatem może być wykorzystana do prób usunięcia (rozłożenia) oryginalnej falki. Znaczącą wadą stosowania źródeł wybuchowych jest to, że źródło/fala sejsmiczna nie są dokładnie znane i odtwarzalne, a zatem pionowe układanie sejsmogramów lub śladów z tych pojedynczych strzałów może prowadzić do nieoptymalnych wyników (tj. stosunek sygnału do szumu jest nie tak wysoka, jak by się chciało). [ potrzebne źródło ] Dodatkowo falka sejsmiczna nie może być precyzyjnie usunięta w celu uzyskania skoków lub impulsów (idealnym celem jest funkcja diraca delta ) odpowiadających odbiciom na sejsmogramach. Czynnikiem, który przyczynia się do zmiennego charakteru fal sejsmicznych odpowiadających źródłom wybuchowym, jest fakt, że z każdą eksplozją w określonych miejscach zmieniają się właściwości fizyczne podłoża w pobliżu źródła; w konsekwencji powoduje to zmiany fali sejsmicznej przechodzącej przez te regiony. [ potrzebne źródło ]
Źródła wibracyjne (znane również jako Vibroseis) są najczęściej stosowanymi źródłami sejsmicznymi w przemyśle naftowym i gazowym. Aspektem, który odróżnia ten typ źródła od materiałów wybuchowych lub innych źródeł, jest to, że zapewnia ono bezpośrednią kontrolę nad sygnałem sejsmicznym przesyłanym do podłoża, tj. energia może być przesyłana do podłoża w znanym zakresie częstotliwości w określonym przedziale czasu. Źródła wibracyjne zwykle zawierają ciężarówki z ciężkimi płytami, które wielokrotnie uderzają w ziemię, przenosząc energię sejsmiczną do podłoża. Rysunek po prawej pokazuje jeden taki Vibroseis, znany jako Nomad 90 . Źródła wibracyjne są często wykorzystywane tam, gdzie należy zbadać rozległe obszary i gdzie region pozyskiwania nie obejmuje obszarów gęsto zaludnionych lub gęsto porośniętych roślinnością; bardzo zróżnicowana topografia utrudnia również stosowanie źródeł wibracyjnych. Ponadto obszary mokre są również nieoptymalne do wykorzystania źródeł wibracyjnych, ponieważ te ciężarówki są wyjątkowo ciężkie, a tym samym mają tendencję do niszczenia mienia na mokrych terenach.
Źródła spadku masy , takie jak źródło młotkowe, są prostszymi źródłami sejsmicznymi, które są zwykle wykorzystywane do badań refrakcji sejsmicznej przy powierzchni . Ten typ źródła często obejmuje tylko źródło ciężaru (np. młotek) i płytkę (obok wyzwalacza do inicjowania nagrywania na odbiornikach), a zatem jest logistycznie wykonalny w większości lokalizacji. Jego zastosowanie głównie w badaniach przypowierzchniowych wiąże się z mniejszymi generowanymi amplitudami, a co za tym idzie mniejszymi głębokościami penetracji w porównaniu ze źródłami wibracyjnymi i wybuchowymi. Podobnie jak w przypadku źródeł wybuchowych, źródła spadku ciężaru również wykorzystują falę nieznanego źródła, co stwarza trudności w optymalnym układaniu w pionie i dekonwolucja . [ potrzebne źródło ]
Typy źródeł pozyskiwania danych morskich
Wiatrówka jest najczęściej używanym źródłem sejsmicznym w akwizycji danych sejsmicznych na morzu od lat 70. XX wieku. Pistolet pneumatyczny to komora wypełniona sprężonym powietrzem pod wysokim ciśnieniem, które jest szybko uwalniane do wody w celu wytworzenia impulsu akustycznego (sygnału). Czynnikami przyczyniającymi się do jego powszechnego stosowania jest fakt, że generowane impulsy są przewidywalne, sterowalne, a co za tym idzie powtarzalne. Dodatkowo wykorzystuje powietrze do generowania źródła, które jest łatwo dostępne i bezpłatne. Wreszcie ma również stosunkowo mniejszy wpływ na środowisko dla życia morskiego w porównaniu z innymi morskimi źródłami sejsmicznymi; aspekt, który zniechęca do korzystania ze źródeł wibracyjnych do akwizycji morskiej. Wiatrówki są zwykle używane w grupach lub układach (tj. wiele wiatrówek o różnych objętościach), aby zmaksymalizować stosunku sygnału do szumu i zminimalizować pojawianie się impulsów bąbelkowych lub oscylacji na śladach. [ potrzebne źródło ]
Typ odbiornika
Hydrofon
Hydrofon to odbiornik sejsmiczny, który jest zwykle używany do akwizycji danych sejsmicznych na morzu i jest wrażliwy na zmiany ciśnienia spowodowane impulsami akustycznymi w otaczającym go środowisku. Typowe hydrofony wykorzystują piezoelektryczne , które pod wpływem zmian ciśnienia wytwarzają potencjał elektryczny, który bezpośrednio wskazuje na zmiany ciśnienia. Podobnie jak w przypadku wiatrówek, hydrofony są często stosowane w grupach lub układach, które składają się z wielu hydrofonów połączonych wspólnie, aby zapewnić maksymalny stosunek sygnału do szumu . [ potrzebne źródło ]
Geofon
Geofon to odbiornik sejsmiczny, który jest często wybierany przy pozyskiwaniu gruntów do monitorowania prędkości cząstek w określonej orientacji. Geofon może być jednoskładnikowym geofonem przeznaczonym do rejestrowania fal p (fal kompresyjnych) lub geofonem wieloskładnikowym przeznaczonym do rejestrowania fal p i fal s (fal poprzecznych). Geofony wymagają wystarczająco silnego sprzężenia z gruntem, aby zarejestrować prawdziwy ruch ziemi inicjowane przez sygnał sejsmiczny. Ma to duże znaczenie dla składowych sygnałów sejsmicznych o wyższej częstotliwości, które mogą być znacznie zmienione w odniesieniu do ich fazy i amplitudy z powodu słabego sprzężenia. Na rysunku po prawej stronie pokazano geofon; stożkowy kolec geofonu jest wbijany w ziemię w celu połączenia. Podobnie jak w przypadku hydrofonów, geofony są często rozmieszczone w macierzach, aby zmaksymalizować stosunek sygnału do szumu, a także zminimalizować wpływ fal powierzchniowych na rejestrowane dane.
Interwał próbkowania i kryterium Nyquista
Sygnał sejsmiczny, który musi być zarejestrowany przez odbiorniki, jest z natury ciągły i dlatego musi być dyskretyzowany . Szybkość dyskretyzacji tego ciągłego sygnału jest określana jako interwał próbkowania lub częstotliwość próbkowania ( więcej szczegółów w sekcji Próbkowanie (przetwarzanie sygnału) ). Zgodnie z kryterium Nyquista częstotliwość, z jaką należy próbkować sygnał sejsmiczny, powinna być co najmniej równa lub większa od dwukrotności maksymalnej częstotliwości składowej sygnału, tj. f próbka ≥ 2f maks., sygnał . Wyzwanie, które pozostaje, polega na tym, że składowa o najwyższej częstotliwości zwykle nie jest znana podczas akwizycji, aby móc obliczyć częstotliwość próbkowania. Dlatego należy oszacować najwyższe możliwe częstotliwości zawarte w sygnale; zwykle preferowane są częstotliwości próbkowania wyższe niż te oszacowania, aby zapewnić, że czasowy aliasing nie wystąpi.
Rekordowa długość
długości okresu , długość zapisu odnosi się do czasu trwania (zwykle podawanego w milisekundach), w którym odbiorniki są aktywne, rejestrując i przechowując reakcję sejsmiczną podłoża. Ten czas nagrywania powinien zwykle rozpocząć się nieco przed zainicjowaniem źródła, aby zapewnić bezpośrednie fale są odbierane jako pierwsze nadejścia przez odbiorniki bliskiego przesunięcia. Ponadto długość rekordu powinna być wystarczająco długa, aby zapewnić zarejestrowanie ostatnich oczekiwanych przybyszów. Zazwyczaj w przypadku głębszych badań eksploracyjnych długość rekordu jest dostosowywana do rzędu wielu sekund (często spotyka się 6 sekund). 15 do 20 sekund jest powszechne w przypadku głębokiej eksploracji skorupy ziemskiej. Ponieważ zarejestrowane ślady zawsze można przyciąć do późniejszego przybycia podczas przetwarzania danych, zwykle preferuje się długość rekordu dłuższą niż to konieczne, a nie krótszą.