Report 2 / 1976 - Flächenhafte reflexionsseismische Feldaufnahme


PRAKLA-SEISMOS Report 2 / 1976
Flächenhafte reflexionsseismische Feldaufnahme
R. Bading (Die Abbildungen stammen aus einer Schautafel, gezeigt auf unserem Ausstellungsstand auf der 25. EAEG-Tagung in Den Haag im Juni 1976, hier durch einige Kommentare erläutert und als Ergänzung gedacht zum Artikel " Anlage flächenhafter reflexionsseismischer Messungen als Grundlage für 3D-seismische Bearbeitung", erschienen im Report 1/1976.) Fig. 1 ist eine Zusammensetzung der Figuren 4-6 des genannten Artikels und zeigt einen kleinen Ausschnitt aus dem Netz der Geophonlinien und SP-Traversen einer flächenhaften seismischen Vermessung mit 6facher überdeckung der Untergrundes, wie sie für eine Vorfelderkundung im Steinkohlenbergbau verwirklicht wurde (Meßauftrag für die Ruhrkohle AG im Dezember 1975 und Januar 1976). Außerdem zeigt die Figur die Spuren der Profile und die Untergrundpunkte (CDP's), die durch die Aufnahme von fünf Schußpunkten entstehen, die auf einer Traverse senkrecht zu den Geophonlinien angeordnet sind. 8 Geophonlinien mit je 12 Empfängergruppen, beschossen von 5 Schußpunkten, ergeben 16 zweifach überdeckte und 8 einfach überdeckte Profile.			Areal seismic reflection field recording (Illustrations from a board, demonstrated at our booth during the 25th Meeting of the EAEG, held in Den Haag in June 1976, here outlined and considered as supplement to the article " How to perform areal seismic reflection field work as aprerequisite for 3-D processing", published in our PRAKLA-SEISMOS Report No. 1/76.) Fig. 1 is a combination of figs. 4-6 of the article mentioned and presents a small section of the grid of geophone lines and shotpoint traverses within an areal seismic survey with 6fold coverage of the subsurface, as it was realized for a survey in a prospective coal-mining area (survey carried out for the client Ruhrkohle AG in December 1975 and January 1976). This figure further presents the traces of the lines and the common dßpth points, which are obtained by recording 5 shotpoints, arranged perpendicular to the geophone lines on a ' traverse. 8 geophone lines with 12 receiver groups each, shot from 5 shotpoints, yield 16 two-fold covered and 8 single covered lines.

Fig. 1 Aufnahme-Geometrie und entsprechende Untergrundbedeckungen in x-und y-Richtung			Shot-Receiver Configuration and Respective Subsurface Coverage
Durch Aufnahme der Schußpunkt-Traversen 8,5 und 10,5 in Arbeitsrichtung X erhalten wir in dieser Richtung eine 3fach-Überdeckung, was zusammen mit der Y-Komponente die gewünschte 6fach-Überdeckung ergibt· Die "Spinnen" in der Figur zeigen die Horizontalprojektionen der jeweils sechs Strahlenwege von zwei beliebig herausgegriffenen COP-Familien. Bei dem von uns angewandten Verfahren ergeben sich 2 x 8 = 16 verschiedene Konfigurationen von COP-Familien, die sich nach 16 Profilen rhythmisch wiederholen. Die Amplituden multipler Reflexionen sind infolgedessen in jedem Nachbarprofil von verschiedener Art und Größe. Diese Tatsache ist sehr wesentlich, denn bei späterer Anwendung des 3D-Migrationsprozesses ist diese Verschiedenheit der Multiplen-Reste in den einzelnen Profilen offenbar die Ursache der erheblich verbesserten Löschung multipler Reflexionen, verglichen mit Stapelergebnissen nach linienhafter Feldaufnahme.			By recording the shotpoint traverses 8.5 and 10.5 in working direction X we obtain a 3fold coverage, resulting in the wanted 6fold coverage tagether with the Y-component. The "spiders" in our figure demonstrate the horizontal projections of 6 ray-paths each of 2 arbitrarily extracted CDP-families. In the procedure used by us, 2 x 8 = 16 different configurations af CDP-families are obtained which periodically repeat themselves after 16 profiles. Therefore, the amplitudes of multiple reflections are of different type and size in every adjacent line. This fact is of considerable importance, as in a later 3-D migration process these differences of residual multiples in the individual profiles are obviously the reason for a fundamental improvement of multiple suppression, compared to stacking results obtained after linear field recording.

Fig.2a 3D-MIGRATION ALS FILTERPROZESS zur Dämpfung multipler Reflexionen (nach flächenhafter Feldaufnahme). Restamplituden als Funktion der Frequenz der multiplen Reflexionen (für NMO-Δ t = 50 ms und xmax = 1275 m). 3-D MIGRATION AS A FILTER for Attenuation of Multiple Reflections (after areal field recording) Remaining amplitudes as a function of the frequency of multiple reflections (for NMO-Δt = 50 ms and xmax = 1275 m)			Fig.2b 12FACH STAPELUNG ALS FILTERPROZES zur Dämpfung multipler Reflexionen (nach linienhafter Feldaufnahme). Restamplituden als Funktion der Frequenz der multiplen Reflexionen (für NMO-Δt = 50 ms und xmax = 1150 m). 12-FOLD STACKING AS A FILTER for Attenuation of Multiple Reflections (after linear field recording) Remaining amplitudes as a function of the frequency of multiple reflections (for NMO-Δt = 50 ms and xmax = 1150 m)
Die Figuren 2a und b zeigen die Restamplituden als Funktion von Frequenzen, wie wir es von der Darstellung der Wirkung der Wellenzahlfilterung durch Sender-oder Empfängergruppen kennen. Anstelle von K, der Wellenzahl/km, steht hier jedoch die Zeitfrequenz f multipler Reflexionen in 1/ 5. Figur 2a zeigt den Gang der Restamplitude nach flächenhafter Feldaufnahme, flächenhafter Stapelung und Anwendung des 3D-Migrationsprozesses. Sie verringert sich für multiple Reflexionen zwischen 10 und 50 Hz von ca. 40% auf 10% und bleibt bis 200 Hz durchweg unter 10%. Fig. 2b sagt aus, daß in einem 12fach gestapelten Profil einer normalen linienhaften Feldaufnahme das Maß der Multiplen-Dämpfung erheblich ungünstiger ist: von 10 bis 50 Hz abnehmend von ca. 40% auf bestenfalls 20%, bei 100 Hz wieder anwachsend auf ca. 30%. Diese Filterkurven sind nicht bloß Theorie, wie der Vergleich der Profildarstellungen der Fig. 3 zeigt: Fig. 3a ist eine 6fach Stapelung (übrigens gewonnen aus einer Spurenumsortierung aus den in X-Richtung vermessenen und gestapelten Profilen in die Y-Richtung). Man erkennt die Kreidebasisreflexion bei ca. 0,35 s und die Karbonoberkante am linken Rand bei 0,5 s. Außer einer Wiederholung von letzterer bei 1,0 s ist die Lagerung im Karbon durch leicht nach rechts einfallende Horizonte schwach angedeutet. Nach Anwendung einer normalen zweidimensionalen Migration in Fig. 3b ergibt sich keine wesentliche Änderung dieses Befundes. Dagegen zeigt das Ergebnis der 3D-Migration in Fig. 3c zwei bedeutende Veränderungen: die Multiple von der Karbonoberfläche ist praktisch eliminiert, das Verhältnis von Nutz- zu Störsignalen ist - auf Kosten einer Verschiebung zu tieferen Frequenzen - stark angehoben:			Figs. 2a and b present the residual amplitudes as a function of frequency, known from the display of the wave-number filtering effect of transmitter and receiver groups. Instead of K, the wave number/km, we have here the time frequencies f of multiple reflections in 1/5 , Fig. 2a shows the variation of the residual amplitude after areal field recording, areal stacking and application of the 3-D migration process. It decreases for multiple reflections between 10Hz and 50 Hz from about 40% to 10% and remains below 10% up to 200 Hz. Fig. 2b demonstrates that in a 12fold stacked section of a normal linear field survey the degree of multiple attenuation is much less favourable: fram 10 to 50 Hz decreasing from about 40% to max. 20 % and again increasing to approximately 30% at 100 Hz. The filter curves are not mere theory as it is shown by comparing the section displays of fig. 3: fig. 3a is a 6fold coverage gained by trace-resorting in Y -direction from data gathered and stacked in X-direction. One recognizes the reflection of Base Cretaceous at about 0.35 sand the Top Carboniferous to the left at 0.5 s. Besides arepetition of the latter at 1.0 s the stratification in the Carboniferous is weakly indicated by horizons slightly inclined to the right. After application of a conventional 2-D migration (fig. 3b) there is no essential modification of this picture. However, the result obtained after 3-D migration shows two significant changes in fig. 3c: the multiple of the Top Carboniferous is practically eliminated, the signal-to-noise ratio is -at the expense of a shift towards deeper frequencies - strongly enhanced:

Fig. 3a 6-fold Stack Drei verschiedene Arten von Profildarstellungen Three Different Kinds of Section Displays - auf Kosten einer Verschiebung zu tieferen Frequenzen - stark angehoben: die Lagerung im Karbon wird deutlich erkennbar. Letzteres ist die Folge der Tatsache, stimmten Kreises um eine Ergebnispur herangezogen werden, während bei einer 2D-Migration nur die entsprechenden im Profil benachbarten Spuren verwendet werden.			Fig. 3b 2-D Migration Fig. 3c 2-D Migration
Abschließend zu dieser Diskussion ein paar statistische Daten zur Feldaufnahme: 40 Geophonlinien auf einer Fläche von 3,9 x 4,9 km ausgelegt, wurden mit zwei 48spurigen DFS IV-Instrumenten registriert. Linien-und Gruppenabstände : 100 m, Zahl der Reflexionsschüsse : 420. Daraus enstanden 88 Profile; Abstände zwischen den Profilen und den Spuren auf den Profilen: 50 m; 80 der 88 Profile in voller 6fach-Überdeckung. Die gesamte Länge der 88 Profile im Untergrund beträgt 88 x 4,35 km = 382 km, in 1,5 Monaten von einem Doppel-Meßtrupp vermessen. Umgerechnet auf einen 20 Tage Normalmonat war die Profilproduktion des Doppeltrupps also 255 km. Diese Produktion wurde in einem schwierigen Wald-und Buschgelände erreicht. Sie könnte in einem offenen Gelände durchaus beträchtlich höher liegen. Die große Bedeutung, die eine flächenhafte Feldaufnahme dieser Dichte für die Erfassung eines tektonisch komplizierten Gebietes erlangen kann, zeigt sich bereits bei einer Betrachtung der unmigrierten sechsfach gestapelten Profile, sobald diese kulissenhaft wie in Figur 4a angeordnet werden. Die Änderungen der tektonischen Inhalte von Profil zu Profil sind wegen des kleinen Abstandes - in unserm Beispiel 50 m - so geringfügig, daß sich alle tektonischen Elemente mühelos und beinahe "narrensicher" über das erfaßte Meßgebiet verfolgen lassen. Diese "moderne" Betrachtungs-und Darstellungsweise verhält sich zur bisher üblichen (Profilraster mit linienabständen von mehreren Kilometern) etwa wie die optisch lückenlose Darstellung einer Bewegung im Film zur Demonstration von Bewegungsabläufen durch zeitlich weit auseinader liegende Einzelfotografien.			the stratification in the Carboniferous becomes clearly recognizable, the latter being a consequence of the fact that for 3-D migration all traces within a certain defined circle around a result trace are used, whereas in a 2-D migration only the corresponding adjacent traces in the line are used. To conclude, here some statistical data on the field rccording: 40 geophone lines spread over an area of 3.9 x 4.9 km were recorded with two 48-trace DFS IV fjeld systems. Line-and group spacing: 100 m, number of reflection shots: 420. Hence, 88 profiles were obtained. Spacing between the profiles and the traces on them: 50 m, 80 of the 88 lines in full 6fold coverage. The total length of the 88 profiles in the subsurface is 88 x 4.35 km = 382 km, surveyed by a double survey-crew in 1.5 months. Calculated for a 20-day normal working month the profile production of the double crew was thus 255 km. This production was achieved in a difficult wood and undergrowth area. It might surely be increased in more open terrain. The great importance of areal field recording of comparable density in surveying a tectonically complicated area can be already seen by arranging the unmigrated 6fold stacked profiles into their corresponding positions as in fig. 4a. Changes in tectonic content from profile to profile are - because of the small separations of only 50 m - so small that one can trace all tectonic elements without difficulty and almost "foolproof" within the survey area. This "modern" survey and presentation technique is - compared with the survey-grid method used until now with line distances of several kilometers - like the demonstration of motion by the optically uninterrupted flow of a movie, compared with an demonstration of motion by single photographs taken at longtime intervals.

Fig. 4b Eine Störungsanalyse mit hohem Auflösungsvermögen zeigt die komplizierte Struktur im Bereich der Oberkante Karbon. High Resolution Fault Analysis showing the complicated structure of Top Carboniferous			Fig. 4a Die außergewöhnliche Informationsdichte, gegeben durch eine Profilabfolge in 50 m-Abständen, erhöht die Interpretationsqualität bedeutend und ermöglicht eine unzweideutige Zuordnung tektonischer Elemente. Profile Sequence in 50 m-Intervals adds a new quality to interpretation. The extraordinarily high information density enables unambiguous correlation.
Der in Figur 4b dargestellte Störungsplan der Karbonoberfläche ist das Ergebnis der Auswertung aller x- und y-Profile der bereits genannten Untersuchung für die Ruhrkohle AG. Durch die große Beobachtungsdichte lassen sich die vielen Störungen in Verlauf und Sprunghöhe mit einer Genauigkeit erfassen, die bislang noch nie erreicht worden ist. Die Figuren 4a und 4b sind durch "Zuordnungslinien" miteinander verbunden. In Figur 4a sind aus der großen Zahl der gemessenen Profile nur 10 dargestellt. Aber diese 10 Profile lassen bereits erkennen, welche enorme Menge von tektonischen Informationen insgesamt zur Verfügung stand, um den Störungsplan in Figur 4b in solcher Exaktheit zeichnen zu können. Es ist nicht unwahrscheinlich, daß ein "Nebenprodukt" der 3D-Seismik - nämlich die zwangsläufig sich ergebende Beobachtungsdichte -einen neuen Abschnitt in der Seismik eingeleitet hat.			The fault map of Top Carboniferous in fig. 4b is the evaluation result of all x-and y-sections of the al ready mentioned survey performed for the Ruhrkohle AG. Because of this dense survey grid, the many faults can be determined in direction and throw with an accuracy so far never attained. Figures 4a and 4b are connected by "coordination lines". In fig. 4a only 10 sections are represented out of the large number of survey profiles. But these 10 sections already show what an enormous quantity of tectonic information was in total available enabling the display of the fault map in such exactitude. So, a "by-product" of 3-D seismics - namely the necessary survey density - has possibly started a new era in reflection seismics.