Bessere Koordinierung von Störungen durch Kombination von Reflexions-und Refraktionsmessungen
G. Badtke
Die folgenden überlegungen wurden zuerst in der süddeutschen Molasse angestellt. Hier ist die genaueste Ortung von Störungen für die Kohlenwasserstoffexploration von besonderer Bedeutung. Aber auch für viele andere Gebiete dürfte die beschriebene Methode von Interesse sein.
Das Erkennen von Störungen in den Reflexionsprofilen ist heute meist kein großes Problem mehr, da dem Auswerter seit mehr als 20 Jahren die mit Störungen verbundenen Beugungserscheinungen vertraut geworden sind, und da ihm in schwierigen Fällen seit einiger Zeit in den Datenzentren das starke Instrument der Migration zur Verfügung steht. Die Zuordnung der Störungen von Profil zu Profil ist dagegen oft weitaus schwieriger. Bei einer Erweiterung der üblichen Reflexionsmessungen durch Refraktionsstreuerschüsse kann jedoch -bei nur geringem Mehraufwand für die Feldmessungen -die Störungszuordnung mit wesentlich größerer Sicherheit durchgeführt werden wie im folgenden gezeigt werden soll.
Voraussetzung für eine erfolgreiche Anwendung unserer überlegungen ist das Vorhandensein eines geeigneten Refraktionshorizontes. In der Westmolasse z. B. liegt unter dem Tertiär mit seinen relativ langsamen Geschwindigkeiten der Malm als Refraktor mit hohen Geschwindigkeiten. Hier sind die Bedingungen für eine erfolgreiche Anwendung der Methode sehr günstig.
Das Prinzip der kombinierten Messung besteht darin, daß jeweils 24 oder 48 Geophongruppen von zwei beiderseits des Profils gelegenen Punkten beschossen werden (Abb. 1). Hierbei wird der für die Reflexionsmessungen ausgelegte Geophonaufbau benutzt. Da für Refraktionsmessungen der Abstand der Geophone innerhalb der Geophongruppe in Richtung auf die Schußpunkte möglichst klein gehalten werden muß, sollten die Geophongruppen im wesentlichen in Profilrichtung aufgestellt werden; d. h. die flächenhafte Ausdehnung der Bündelungsfigur quer zur Profil richtung sollte klein sein.
Der Abstand der Schußpunkte vom Reflexionsprofil hängt natürlich von der Tiefe des Refraktors (hier Malm) ab. Bei einer Tiefe des Malmhorizontes von 2 km sollte dieser Abstand -um den über den Malmhorizont gelaufenen Refraktionsstrahl als ersten Einsatz zu erhalten -etwa 10 km betragen. Die genauere Festlegung der Entfernung zwischen den Geophongruppen und dem jeweiligen Schußpunkt stellt in der Westmolasse kein Problem dar, da die eingehenden Faktoren wie Tiefe, Geschwindigkeit und Neigung des Malmhorizontes und die Geschwindigkeit im Tertiär ausreichend bekannt sind.
Der größte Arbeitsfortschritt wird erreicht, wenn unter Benutzung einer 48spurigen Apparatur nach jedem Refraktionsschuß der Geophonaufbau um 48 Spuren weiterwandert. Dabei ergeben sich allerdings -durch die Aufnahmegeometrie bedingt -kleine Meßlücken im Untergrund (siehe Abb. 1). Die Meßlücken könnten jedoch -falls es für nötig gehalten wird -dadurch geschlossen werden, daß man die 48spurige Geophonaufstellung nach jedem Schuß nur um etwa 40 Geophongruppen weiterwandern läßt.
Die mit dieser Methode gewonnene zusätzliche Information besteht darin, daß durch die Refraktionsstreuerschüsse beiderseits des Reflexionsprofils der Verlauf der Malmoberfläche an den Stellen bestimmt wird, an denen die vom Schußpunkt ausgehenden Refraktionsstrahlen den Refraktor verlassen und zu den Geophong ruppen auftauchen (Abb. 1 und 2). Diese Stellen bilden nach Projektion auf die Erdoberfläche die sogenannte Refraktionsspurlinie. Der horizontale Abstand zwischen dem Reflexionsprofil und den Refraktionsspurlinien hängt im wesentlichen von der Tiefe des Refraktors ab. Bei einer Tiefe der Malmoberfläche von 2 km beträgt der Abstand etwa 1,5 km.
Better Coordination of Faults by Combined Reflection and Refraction Surveys
The following considerations arise from seismic work in the South German Molasse, as here the most precise location of faults is of especial importance for hydrocarbon exploration.
In general, recognizing faults in reflection profiles is no problem, following them from line to line is much more difficult. However, by extending normal reflection surveys with refraction fans, a considerably more reliable fault correlation becomes possible for only a small additional field effort.
Prerequisite for successful application of this method is the existence of a good refractor. For example in the Western Molasse below the Tertiary with its relatively low velocities lies the high velocity Malm which is thus a good refractor. In this case the conditions for successful application of the method are most favourable.
The principle of combined surveys is that 24 or 48 geophone groups are shot from shotpoints situated on either side of the line (fig. 1). For this the reflection survey geophone array is used. As the geophone spacing within each geophone group in the direction to the shotpoint must for refraction work be kept as small as possible, the geophone groups should be set up in the reflection line direction.
The offset between shotpoints and geophone line depends mainly on the depth of the refractor (here Malm). At a Malm horizon depth of 2 km, a lateraloffset of some 10 km would be necessary for the ray refracted by tlie Malm to be a first arrival. Fixing the offset more exactly presents no problem in the Western Molasse as the Malm parameters i. e. depth, velocity and dip as weil as the Tertiary velocity are sufficiently weil known.
The greatest working progress is achieved when using a 48 channel recording instrument if after every refraction shot the geophone layout is moved a full 48 traces further. Small gaps in the subsurface coverage will arise on account of the recording geometry (fig. 1). However, should it be thought necessary, these survey gaps can be closed if the 48-trace layout is only moved about 40 traces further after each shot.
The additional information gained by this survey method is, that on account of the refraction fans on both sides of the reflection line, the course of the Malm Top is determined at the "refraction offset lines" where the refraction rays leave the refractor and emerge up to the geophone groups (fig. 1, 2). The horizontaloffset from the reflection profile to the refraction offset lines depends mainly on the depth of the refractor. For a Malm-Top depth of 2 km, this offset is rougly 1.5 km.
Figure 1 clearly shows that a fault observed in the reflection line (as long as the fault doesn't strike almost parallel to the line) will also be observed in the refraction offset lines. Thus the strike of the fault can be determined quite accurately. It must be mentioned, however, that the observed time throw of a fault in a refraction time section is only about half the amount of the equivalent throw in a reflection time section. For example a fault which exhibits a throw of 50 ms in the reflection section shows only a throw of some 20 ms in the refraction fan profile. This fact must be taken into account in combined surveys.
In der Abbildung 1 wird deutlich gemacht, daß eine im Reflexionsprofil beobachtete Störung (falls diese nicht nahezu parallel zum Profil verläuft) auch auf den Refraktionsspurlinien der Refraktionsschüsse beobachtet Die Streichrichtung der Störung kann also ziemlich festgelegt werden. Es muß allerdings erwähnt werden, uaß der zeitliche Versatz, den eine Störung bei den beschriebenen Refraktionsmessungen verursacht, nur etwa halb so groß ist wie in den Reflexionsprofilen. Eine Störung, die z. B. in einem Reflexionsprofil einen Sprungbetrag von 50 ms aufweist, zeigt bei den Refraktionsstreuermessungen einen Sprungbetrag von nur etwa 20 ms. Diese Tatsache muß bei den kombinierten Messungen berücksichtigt werden.
Ein Vorteil, der durch die Refraktionsmessungen zusätzlich gewonnenen Information liegt darin, daß eine Störung mit ihrem zeitlichen Versatz in den ersten Refraktions-Einsätzen meist sehr gut erkannt werden kann, während in den Reflexionsprofilen oft eine lästige überlagerung durch Störwellen vorliegt, die vom Schuß (Vibrator) herrühren. Hinzu kommt außerdem, daß die Refraktionsschußpunkte bei sinnvoller Anordnung in vielen Fällen auch als Aufzeitschüsse für benachbarte Reflexionsprofile dienen können. Das kann von besonderer Bedeutung sein, wenn die Reflexionsmessungen nach der Vibroseismethode durchgeführt werden. Wir hoffen, nach der Freigabe von Meßbeispielen weiter berichten zu können.
An advantage of the additional information gained from the refraction survey is that faults can usually be very clearly recognized from the first arrivals. This is in contrast to reflection sections where faults are possibly superimposed by unwanted events. Furthermore if the survey is weil planned, it is often also possible to use the refraction shots as uphole shots for neighbouring reflecti on lines. This, of course, is of especial importance by applying the Vibroseis method.
The method we have described can naturally be applied in other structurally similar areas. We hope to be able to report on results when survey data becomes available.
