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AVO-Analyse (Seismik)

Prinzip eines AVO-Crossplots. Quelle: Mwhit

Die AVO-Analyse (amplitude versus offset) ist in der seismischen Datenbearbeitung eine unter vielen möglichen Attribut-Analysen.

Nach den Zoeppritz Gleichungen ist die Amplitude einer Reflexion vom Einfallswinkel auf den Reflektor und von den P- und den S-Wellengeschwindigkeiten im Hangenden und Liegenden des Reflektors abhängig. Die AVO-Analyse ermöglicht es demnach, aus P-Wellen Daten (den üblichen Daten der Explorationsseismik) S-Wellen bezogene Aussagen zu erarbeiten. Da S-Wellen viel stärker von der Fluidfüllung des Gesteins abhängen, eröffnet die AVO-Analyse einen Zugang zu Aussagen über Fluidfüllungen aus seismischen Routinedaten.

Prinzipien der AVO-Analyse

Seismische Wellen, die von einer Quelle wie einer Luftkanone (air gun) oder einem Vibrator erzeugt werden, bewegen sich durch die Erde und werden zurück zur Oberfläche reflektiert, wo sie von Empfängern (Geophonen) aufgezeichnet werden. Das Schlüsselprinzip der AVO-Analyse besteht darin, dass der Reflexionskoeffizient nicht konstant ist, sondern mit dem Einfallswinkel (oder Quellabstand, offset) variiert. Diese Variation ist auf Änderungen der elastischen Eigenschaften wie Poissonzahl und Dichte zurückzuführen, die die Ausbreitung seismischer Wellen beeinflussen.

Theoretischer Hintergrund

Die mathematische Grundlage der AVO-Analyse wurzelt in den Zoeppritz-Gleichungen, die die Aufteilung seismischer Energie an einer Schnittstelle zwischen zwei verschiedenen Medien beschreiben. Diese komplexen Gleichungen werden oft zu linearen Näherungen vereinfacht, wie beispielsweise der Aki-Richards-Gleichung, wodurch die Analyse von AVO-Reaktionen einfacher wird. Die Aki-Richards-Gleichung zerlegt den Reflexionskoeffizienten in drei Terme:

Achsenabschnitt (A)
Die Reflektivität bei senkrechtem Einfall
Gradient (B)
Die Änderungsrate der Reflektivität mit dem Qullabstand, bezogen auf den Kontrast in der Poissonzahl
Krümmung (C)
Terme höherer Ordnung, die in praktischen Anwendungen oft vernachlässigbar sind.

AVO-Klassifizierung und -Interpretation

AVO-Reaktionen werden üblicherweise anhand ihrer Achsenabschnitts- und Gradientenattribute in vier Typen eingeteilt:

Klasse I: Hoher Impedanzkontrast, bei dem die Reflexionen mit dem Quellabstand abnehmen.
Klasse II: Nahezu null Impedanzkontrast, mit mehrdeutigen Reflexionen, die mit dem Quellabstand zunehmen oder abnehmen können.
Klasse III: Niedriger Impedanzkontrast, mit starken Reflexionen, die mit dem Quellabstand zunehmen.
Klasse IV: Ähnlich wie Klasse III, jedoch mit einem negativen Reflexionskoeffizienten bei Nullversatz, der mit zunehmendem Quellabstand abnimmt.

Jede AVO-Klasse bietet Einblicke in die Untergrundbedingungen wie Lithologie, Flüssigkeitsgehalt und Porosität. Beispielsweise werden Anomalien der Klasse III aufgrund ihrer starken Amplitudenzunahme mit dem Quellabstand oft mit Gassanden in Verbindung gebracht.

Anwendungen der AVO-Analyse

Die AVO-Analyse hat ein breites Anwendungsspektrum bei der Kohlenwasserstoffexploration und Reservoircharakterisierung:

Kohlenwasserstofferkennung: AVO-Anomalien können auf das Vorhandensein von Gas oder Öl hinweisen, da Flüssigkeiten die elastischen Eigenschaften von Gesteinen erheblich verändern. -
Lithologieunterscheidung: Verschiedene Gesteinsarten weisen unterschiedliche AVO-Signaturen auf, was bei der Identifizierung von Sandsteinen, Schiefern und Karbonaten hilft. -
Reservoircharakterisierung: Durch die Integration der AVO-Analyse mit anderen seismischen Attributen können Geophysiker detaillierte Modelle der Reservoireigenschaften wie Porosität und Sättigung erstellen.
Risikominderung: Die AVO-Analyse trägt zur Reduzierung des Explorationsrisikos bei, indem sie zusätzliche Beweise zur Unterstützung von Bohrentscheidungen liefert.