Höheres Auflösungsvermögen des "Vertical Seismic Profiling (VSP)" nutzen

Abb.1: Ausschnitt der Tiefendarstellung eines Profils

Von der VSP-Messung kann, dank ihres höheren Auflösungsvermögens erwartet werden, dass die Zuordnung der Reflexionshorizonte im Umfeld der Bohrung besser gelingt, als es allein durch die seismischen Oberflächenmessungen möglich ist.

 

Bohrlochseismische Sonde mit 3-Komponentenaufnehmer

Abb. 2: 3 Komponenten-Bohrlochgeophonsonde

VSP-Messungen erfolgen, indem die seismischen Signale der Quelle an der Oberfläche durch Geophone in einer Sonde im Bohrloch, die über die gesamte Bohrlochtiefe vertikal verfahren wird, tiefenabhängig aufgezeichnet werden.

 

Wenn auch die Charakteristik der aufgezeichneten seismischen Ereignisse die gleiche ist wie bei der Oberflächenseismik, führt die andersartige Messgeometrie beim VSP zu gänzlich anderen Ergebnissen.

 

Das Besondere dabei ist, dass die Sonde nur Signale aufnehmen kann, die sie auf einem ausgezeichneten Strahlenweg, der den Gesetzes der seismischen Reflexion folgt, erreichen. Die reflektierten Signale der Oberflächenmessung dagegen, erreichen letztlich, je nachdem an welchen Schichten reflektiert oder anderweitig umgelenkt, zu unterschiedlichen Laufzeiten die an der Oberfläche aufgestellten Geophone der Messauslage.

 

Ziel des Messverfahrens

Durch Isolierung eines Anteils des Wellenfeldes, das aus dem Signalbild der Messaufnahme gewonnen wird, erhält man im Idealfall das geologische Modell des Schichtenaufbaues im Untergrund.

Die Tiefenlage von Horizonten und deren Amplitudenstärke lassen sich direkt bestimmen. Da zusätzlich die Laufzeit dargestellt wird, zu der die Signale an den Schichtgrenzen reflektiert wurden, stehen alle Informationen zur Verfügung, um eine pseudo-seismische Darstellung zu erzeugen. Zudem lassen sich multiple Reflexionen als solche identifizieren.

 

Bohrlochsonde

Die Sonde enthält 3-Komponentengeophone, die orthogonal in x-, y- und z-Richtung ausgerichtet sind. Bei jeder Messung wird die Sonde mittels einer besonderen Vorrichtung auf der gewünschten Messtiefe arretiert, das SH-Wellenquellsignal emittiert, und das empfangene seismische Signal getrennt nach seinen Vertikal-, Radial- und Transversalanteilen aufgezeichnet.

Messgeometrien und Strahlenwege

Abb. 3: VSP-Messgeometrie und Strahlenverläufe

Ist die SH-Quelle S1 nahezu senkrecht über der Messanordnung positioniert, spricht man von einer bohrlochnahen VSP-Messung (Zero-Offset VSP). Steht die Quelle in größerer lateraler Entfernung (Offset) vom Bohrlochmund, handelt es sich um eine bohrlochferne VSP-Messanordnung, auch Offset VSP genannt. Während die ZVSP lediglich Informationen zur Geologie in unmittelbarer Nähe des Bohrlochs liefert, erhält man beim Offset-VSP im Bereich zwischen Bohrloch und S2 zusätzlich laterale Aussagen zum Schichtenverlauf.

 

Wenn auch die Charakteristik der aufgezeichneten seismischen Ereignisse die gleiche ist wie bei der Oberflächenseismik, führt die andersartige Messgeometrie beim VSP zu gänzlich anderen Ergebnissen.

 

Die reflektierten Signale der Oberflächenmessung erreichen letztlich alle an der Oberfläche aufgestellten Geophone.

Auf- und abwärts laufende Wellenfelder der VSP-Messung

Abb. 4: Gesamtes Wellenfeld der VSP-Daten bei der Aufnahme in Einwegelaufzeit (A); aufwärts laufendes Wellenfeld in Einwegelaufzeit nach Separierung (B); aufwärts laufendes Wellenfeld in Zweiwegelaufzeit (C).

Die Geophone in der Bohrlochsonde können aber nur Reflexionen von Schichtgrenzen registrieren, die sich bei der Aufnahme unterhalb der Sonde befanden. Es werden also nur die aufwärts laufenden, reflektierten Wellenzüge erfasst. Gleichwohl wird bereits das abwärts laufende höherenergetische VSP-Quellsignal als Ersteinsatz registriert. Beide Wellenfelder überlagern sich daher in der Aufnahme entsprechen ihrer Laufzeit.

 

Dargestellt in Abb. 4A ist das Ergebnis einer ZVSP-Messung über einen großen Tiefenbereich auf der Abszisse und mit Laufzeiten über 1,4 sec auf der Ordinate. Deutlich wird die höhere Amplitude der abwärts laufenden Welle, die sich als Ersteinsatz abbildet. Schwächere, parallel darunter angeordnete Wellenzüge haben die Geophone nicht auf dem direkten Wege erreicht, stellen also multiple Ereignisse dar, dieselben multiplen Reflexionen, die bei der Aufnahme der Oberflächenseismik an dieser Stelle registriert worden sind.

 

Da die VSP-Wellenfelder an den Schichtgrenzen miteinander verbunden sind, d. h. die Multiplen beider Wellenfelder auf dasselbe, allerdings auf seinem Wege durch die Schichtfolgen im Untergrund veränderte Quellsignal zurückgehen, kann das Abwärtsfeld zur Auslöschung der Multiplen des Aufwärtsfeldes genutzt werden.

 

Durch den Prozess der Trennung beider VSP-Wellenfelder hebt sich das entgegen-gesetzt geneigte Aufwärtswellenfeld mit seinen Reflexionszügen in Einwegelaufzeit heraus (s. Abb. 4B).

 

Die Darstellung des Aufwärtsfeldes wird der in der Oberflächenseismik üblichen Zweiwegelaufzeit dadurch angepasst und vergleichbar, dass die Wellen des Aufwärtsfeldes zusätzliche Laufzeit benötigen würden, um von ihrer Sondenposition entlang des Strahlenweges zum Oberflächengeophon zu gelangen. Dies entspricht aber gerade der Laufzeitdifferenz zwischen der Zweiwegelaufzeit und der der aufwärts laufenden VSP-Welle. Die Abbildung 4C zeigt das aufwärts laufenden Wellenfeld in Zweiwegelaufzeit.

Oberflächennahe VSP-Messung mit SH-Wellen

Abb. 5: Beschriftung

Warum VSP?