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Migration (Seismik)

Prinzip der Migration. Im oberen Teil ist das Erdmodell zu erkennen und die vom Reflektor senkrecht reflektierten Wellen. Im mittleren Teil der Abbildung ist die Zero-Offset gestapelte Sektion zu sehen, die den typischen bow-tie (Fliege) -Effekt aufweist. Die migrierte Sektion im unteren Teil der Abbildung gibt die Struktur des Untergrundes wieder. Quelle: HarbourDom
Wirkung einer 2D Poststack Zeitmigration. Die unteren Strukturen können nicht aufgelöst werden und man beobachtet typische nach oben verlaufende kreuzende Reflexionen. Quelle: Ristow
Vergleich zwischen Poststack Zeitmigration (links) und Prestack Zeitmigration (rechts) (Veeken, 2007)). Die Migration vor dem Stapeln (Pre-STM) liefert ein deutlich besseres Ergebnis als nach dem Stapeln (Post-STM). Vor allem die tieferen Bereiche sind besser aufgelöst
Vergleich zwischen Prestack Zeitmigration PSTM (links) und Prestack Tiefenmigration PSDM (rechts). In der Mitte ist das Geschwindigkeitsmodel für die PSDM zu sehen. Die Tiefenmigration löst insbesondere die Flanken des Salzdiapirs und auch dessen Basis und tiefere Schichten wesentlich besser auf. Quelle: Veeken.
Vergleich der verschiedenen Formen der Migration und deren Voraussetzungen. Die Kosten sind jeweils durch €-Zeichen repräsentiert

Die Aufgabe der Migration im seismischen Processing besteht darin, aus den gemessenen Laufzeiten und Amplituden der seismischen Daten ein maßstäbliches, d.h. im geometrischen Sinne ähnliches und lagerichtiges Bild des erfassten Untergrundes mit seinen Strukturen zu rekonstruieren. Die Ausdrücke Rekonstruktion, Imaging, Mapping und Migration sind Synonyme für denselben Prozess.        

Der Ausdruck Migration in der Seismik ist rein historisch zu verstehen. Migration ist nämlich nicht nur das Umschwenken (Migrieren) von Horizonten durch den Migrationsprozess, sondern auch die Fokussierung der diffraktierten Energie auf den Bildpunkt des Diffraktors. Deswegen wäre die Bezeichnung Imaging treffender. Die Migration ermöglicht somit eine Verbesserung der lateralen Auflösung.

Migrationsverfahren

lassen sich in drei Gruppen einteilen:

  • Fourier-Verfahren (f-k Migration)        
  • Finte-Differenzen-Verfahren
  • Kirchhoff-Verfahren

Bei den ersten beiden Verfahren werden Wellenfelder extrapoliert, miteinander verglichen und Bildpunkte im Untergrund abgeleitet. Bei Kirchhoff-Verfahren wird aufgrund des bekannten Makro-Geschwindigkeitsfeldes die Summationskurve zur Abbildung eines Bildpunktes a priori berechnet und auf die Daten angewandt. Die Vor- und Nachteile der einzelnen Verfahren sind in nachfolgenden Tabelle kurz gegenübergestellt.

Verfahren

Vorteile

Nachteile

Fourier (f-k)

Großer Migrationswinkel, schnell

Schwierigkeiten bei lateralen Geschwindigkeitsänderungen

Finite-Differenzen

Berücksichtigung von lateralen Geschwindigkeitsvariationen

Limitierter maximaler
Migrationswinkel
Dispersionseffekte

Kirchhoff

Großer Migrationswinkel
Berücksichtigung von Geschwindigkeitsvariationen

Geringere Auflösung der migrierten Daten im Vergleich zu FD

Bei den Migrationsverfahren wird zusätzlich zwischen Tiefen- und Zeitmigration unterschieden. Beide Verfahren haben spezifische Vor- und Nachteile im Hinblick auf Anwendbarkeit, Genauigkeit, Schnelligkeit und Kosten.

Tiefenmigration

Unter einer Tiefenmigration versteht man die Umwandlung einer seismischen Zeitsektion (Seismogramm oder Zero-Offset-Sektion) p (x,y,t) in eine Tiefensektion f (x,y,z) unter Einbeziehung eines ortsabhängigen Geschwindigkeitsfeldes v (x,y,z). Die dazu verwendeten Tiefenmigrations-Algorithmen berücksichtigen dabei die Brechung an den Schichtgrenzen. Die Brechung an den Schichtgrenzen hängt aber stark von den Geschwindigkeiten selbst ab. Daher können fehlerhaft bestimmte Geschwindigkeitsmodelle das Ergebnis sehr stark verfälschen.

Die Ergebnisse der Tiefenmigration werden oft auch im Zeitmaßstab dargestellt. Dabei wird die Tiefe z durch eine Vertikallaufzeit τ(z) ersetzt. Die Darstellung der migrierten Daten im x,y,τ Bereich hat den Vorteil, dass sich gestapelte und migrierte Sektionen besser vergleichen lassen.

Zeitmigration

Die Zeitmigration ist ein Migrationsverfahren, dass bei lateralen Geschwindigkeitsänderungen inkorrekte Ergebnisse liefert, weil der Algorithmus die Brechung an den Schichtgrenzen nicht richtig berücksichtigt. Er ist ein unvollständiger Migrationsalgorithmus. Die Zeitmigration arbeitet nur im eindimensionalen Fall korrekt, also für den Fall v =v(z). Dennoch wird dieser Algorithmus sehr häufig angewandt. Zum einen sind die lateralen Änderungen in manchen Fällen oft gering oder zu vernachlässigen zum anderen liefert sie auch bei starken lateralen Geschwindigkeitsänderungen schnell ein vorläufiges Ergebnis mit dem sich weiter arbeiten lässt. Zudem setzen Tiefenmigrationsverfahren die richtige Bestimmung des Geschwindigkeitsmodells v(x,y,z) voraus, um sinnvolle Ergebnisse zu erhalten. Die Zeitmigration ist im Hinblick auf die Genauigkeit der Geschwindigkeitsmodelle weniger empfindlich.

Pre- und Poststackmigration

Migrationsverfahren können nach dem Stapeln (Poststack Migration) und vor dem Stapeln (Preststack Migration) angewandt werden. Welches Verfahren benutzt wird, hängt vom jeweiligen Untergrund und auch vom Budget ab. Generell sind Poststack Migrationen preisgünstiger als Prestack Migrationen.

Die Poststack Migration setzt ein hyperbolisches Moveout voraus. Wenn die unter der Oberfläche liegenden Strukturen einfach sind, liefert die Poststack Migration gute Ergebnisse. Ist dagegen die Untergrundstruktur und ebenso die Geschwindigkeitsverteilung komplex, so sind Reflexionen nicht hyperbolisch und das Stapeln ergibt keine zufriedenstellenden Resultate. Damit führt auch die Poststack Migration zu keinen Erfolg.

In diesen Fällen wird oft die Prestack Migration verwendet. Sie kommt in Spiel, wenn Schichten komplizierte Geschwindigkeitsmodelle aufweisen, oder die Struktur des Untergrunds zu komplex für eine Poststack Migration ist. Dies ist zum Beispiel bei Salzstöcken und deren Flanken der Fall, die in der Regel nur mit einer Prestack Migration gut aufgelöst werden können. Da diese auf die nicht gestapelten seismischen Spuren angewandt wird, sind der Rechenaufwand und die Anforderungen an die Software und die Computer ungleich größer als bei der Poststack Migration. Zusätzlich wird ein sehr genaues Geschwindigkeitsmodell des Untergrundes benötigt, welches in der Erstellung zumindest zeitaufwendig ist. Oft liegen nicht ausreichend Daten vor, um ein geeignetes Hintergrund-Geschwindigkeitsmodell zu erstellen. In diesen Fällen sind oft die grundsätzlichen Vorteile der Prestackmigration nicht zu realisieren. Insbesondere gilt dies für Prestackmigration im Tiefenbereich. Es ist aber auch eine Frage des Budgets, ob eine Prestack Migration in Auftrag gegeben werden kann oder nicht.       

Die Poststack-Migrationsalgorithmen gehen meist von Strahlen aus, die sich mit moderaten Winkeln ausbreiten. Dies ist bei Prestack Daten mit großen Offsets nicht gegeben. Selbst bei mäßig geneigten Reflektoren ist es möglich, dass ein Strahl gebeugt wird. Die spezifische Anisotropie in Sedimentabfolgen kann horizontale Geschwindigkeiten hervorrufen, die 2-15 % größer sind als die vertikalen Geschwindigkeiten. All dies muss bei einer Prestack Migration von Daten, die mit moderner Wide-Offset Akquisitionstechnik gemessen wurden, berücksichtigt werden.

Die Prestack Migration führt zu migrierten Spurfamilien auch CRP-(Common Reflection Point) Familien genannt, die sich mehr oder weniger auf den selben Untergrundpunkt beziehen. Nach der Migration haben somit alle Spuren desselben CMP Punktes den gleichen Reflexionspunkt im Untergrund. Diese Spurfamilien können entweder gemutet und gestapelt oder zur Abschätzung und Verbesserung von Geschwindigkeitsanalysen benutzt werden, mit der dann weitere Prestack Migrationsdurchgänge gefahren werden können, die so iterativ bessere Resultate erzeugen.  

Eine Prestack Tiefenmigration (PSDM, Prestack Depth Migration) erfordert im Gegensatz zu einer Prestack Zeitmigration (PSTM, Prestack Time Migration), zusätzlich ein sehr genaues Geschwindigkeitsmodell, das sowohl die richtige Form und Lage der Schichten als auch deren interne Geschwindigkeitsverteilung widergibt.

Literatur

Gibson Jr, R. L., Lee, J. M., Toksöz, M. N., Dini, I., and Cameli, G. M.: Three-dimensional Kirchhoff migration analysis of VSP data from a geothermal field: . In: Proceedings of the World Geothermal Congress, 18–31 May 1995, Florence, Italy Nummer 2 (1995), S. 821-826

Matsushima, J., Okubo, Y., Rokugawa, S., Yokota, T., Tanaka, K., Tsuchiya, T., and Narita, N., : Seismic reflector imaging by prestack time migration in the Kakkonda geothermal field. In: Geothermics Nummer 32 (2003), S. 79-99

Rüter, H. : Migration and tomography: Radon migration. In: First Break Nummer 5, No.11. (1987)

Zu der sehr umfangreichen Literatur siehe unter Literaturdatenbank und/ oder Konferenzdatenbank.

Zuletzt bearbeitet Januar 2020