Techniklexikon

Reflexionsseismik

Umwelt- und Geophysik, geophysikalisches Verfahren, das hinsichtlich der räumlichen Auflösung geologischer Strukturen des Untergrunds und der Eindeutigkeit der Aussagen jeder anderen Methode der Geophysik überlegen und deshalb trotz des sehr hohen Kostenaufwandes die Schlüsselmethode für die Erdöl-Lagerstättenprospektion ist. Der seismische Nachweis zielt nicht auf das Erdöl selbst, sondern auf Schichtgrenzen in gewissen stratigraphischen und tektonischen Situationen, welche die notwendige Voraussetzungen für Erdölspeicher erfüllen. Es gibt »Erdölfallen«, in welche das spezifisch leichtere Öl dem spezifisch schwereren Grundwasser ausweichen kann. Voraussetzung ist stets eine Hochlage des permeablen, ölführenden Speichergesteins.

Die Reflexionsseismik macht davon Gebrauch , dass künstliche seismische Signale, die an oder nahe der Erdoberfläche angeregt werden, an geologischen Schichtgrenzen in der Tiefe reflektiert werden, sofern sich dort die Wellengeschwindigkeit v oder die Dichte r sprunghaft ändern. Das Verfahren arbeitet in der Regel mit P-Wellen und entspricht der Echolotung des Meeresbodens vom Schiff aus, jedoch können simultan Reflexionen aus mehreren Horizonten beobachtet werden. Bei geringen Impedanzkontrasten sind die Signale schwach und erfordern eine Bearbeitung, insbesondere Stapelung der Seismogramme.

Die Erzeugung kurzer seismischer Impulse geschieht meist durch Sprengstoffexplosionen (1-50 kg) in ca 10-30  m tiefen Bohrlöchern. Neuerdings gewinnt das zerstörungsfrei arbeitende VIBROSEIS-Verfahren an Bedeutung, wobei die für das seismische Signal erforderliche Energie mit variabler Frequenz von mehreren synchron arbeitenden Schwingmaschinen (Vibratoren) in den Boden eingespeist wird. Auf See werden Druckluftkanonen (engl. air gun) benutzt, die in zeitlichem Abstand kräftige P-Wellen-Impulse aussenden können. Die Aufnahme der Bodenbewegung erfolgt mit Geophonen, die in der Regel entlang von Profillinien in kurzen Abständen in den Boden gesteckt werden.

Die Laufzeit t der reflektierten Welle im Horizontalabstand x von der Quelle ist bei Reflektortiefe d durch  gegeben. Dies ergibt für einen ebenen Reflektor eine Laufzeithyperbel.

Zur Erzielung möglichst kontrastreicher und unverzerrter Abbilder der Untergrundstrukturen werden die Registrierungen verschiedenen Bearbeitungsprozessen unterworfen: Beseitigung des Einflusses der Oberflächentopographie (statische Korrektur), Elimination der Hyperbelkrümmung, gleichzeitig Ermittlung der Geschwindigkeit v (dynamische Korrektur), Verbesserung des Signal-Störverhältnisses durch Mehrfachüberdeckung von Reflektorelementen und Stapelung der Seismogramme, Bandpass-Frequenzfilterung und Signalformentzerrung (Dekonvolution) zur Hervorhebung der Signale, Migration der Reflektorelemente an ihren tatsächlichen Ort im Raum (wichtig bei stark gekrümmten Reflektoren) sowie die Umsetzung von Laufzeitdarstellung in Tiefendarstellung.

Die Abbildung zeigt eine so behandelte Seismogrammsektion am kalifornischen Kontinentrand bei 48facher Überdeckung und Migration der Reflektorelemente.

Reflexionsseismik wurde und wird vorwiegend für wissenschaftliche Zwecke bis in die Tiefe der Krusten-Mantelgrenze (20-50ªkm) durchgeführt, mit entsprechend grösseren Sprengladungen (DEKORP- Projekt u.a.).

Reflexionsseismik: Bearbeitete Seismogrammsektion vom kalifornischen Kontinentrand.