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Normal-Move-Out (NMO)-Korrektur

Prinzipdarstellung der NMO Korrektur. Quelle: HarbourDom GmbH
Wirkungen der NMO Korrektur bei verschiedenen RMS-Geschwindigkeiten. Quelle: HarbourDom GmbH
Interaktive Geschwindigkeitsanalyse mit der Semblance als Kohärenzmaß (links). In der Mitte ist die CMP Fa-milie vor und Rechts nach der NMO Korrektur zu sehen
NMO-Stretch. Quelle: HarbourDom GmbH

Die Geschwindigkeitsanalyse verbunden mit der NMO (normal moveout)-Korrektur ist ein zentraler Teil der seismischen Datenbarbeitung (processing).

Geschwindigkeitsmodell

Ein gutes Geschwindigkeitsmodell ist die Basis für das Stapeln, die richtige Umwandlung von Laufzeiten in Tiefen und für die Migration. Sie ist oft der zeitaufwendigste Prozess der Datenbearbeitung, da an ihrem Ende ein detailliertes dreidimensionales Geschwindigkeitsmodell steht.

Für die Bearbeitung seismischer Daten werden dabei verschiedene Geschwindigkeitsfelder benötigt. Hauptsächlich sind es die Stapel- und Migrationsgeschwindigkeiten sowie die Geschwindigkeiten, die für die Inversion gebraucht werden. Diese Geschwindigkeitsfelder können sich wesentlich voneinander unterscheiden.

NMO, dynamische Korrektur

Für die NMO (Normal Move Out) Korrektur werden verlässliche Geschwindigkeiten (genauer gesagt deren Quadrate) benötigt, die sich sowohl zeitlich als auch räumlich in Abhängigkeit von den geologischen Verhältnissen ändern. Die Reflexionen der Laufzeithyperbeln einer CMP Familie werden dabei unter Annahme möglichst genauer quadratisch zeitgemittelter Schichtgeschwindigkeiten (VRMS) bei der NMO Korrektur horizontal ausgerichtet. Die Theorie zeigt, dass hier für eine horizontale Schichtung eine gemittelte Geschwindigkeit als ‚root mean square’ (VRMS) die richtige Geschwindigkeit ist und nicht etwa eine linear gemittelte Geschwindigkeit über die Tiefe oder die Laufzeit. Danach könnten sie gestapelt, also zu einer Ergebnisspur aufaddiert werden.

Für die Geschwindigkeitsanalysen wird die Krümmung der Laufzeithyperbel in Abhängikeit vom Offset (x) des Empfängers und der Quelle und der Laufzeit t0 für die zero-offset Distanz benutzt:

Die NMO Korrektur hängt vom Offset und der Geschwindigkeit ab. Im Gegensatz zur statischen Korrektur ändert sich der Korrekturbetrag der NMO Korrektur entlang einer Spur als Funktion der Zeit. Deshalb spricht man auch von einer dynamischen Korrektur.

Fehlerhafte Geschwindigkeiten

Wenn die angenommenen Geschwindigkeiten nicht genau genug bestimmt werden, kommt es zu einer Über- oder Unterkorrektur des NMO. Ist die Geschwindigkeit zu gering, werden die Reflexionen überkorrigiert, ist sie zu groß spricht man von Unterkorrektur. Niedrige Geschwindigkeiten erzeugen dabei eine stärkere Hyperbelkrümmung als hohe Geschwindigkeiten.

Geschwindigkeitsbegriffe

Das Ziel der Geschwindigkeitsanalyse ist es ein Geschwindigkeitsmodell zu finden, dass die Reflexionshyperbel horizontal ausrichtet und ein bestmögliches Stapelergebnis liefert. Diese Geschwindigkeiten sind nicht immer die mittleren Schichtgeschwindigkeiten(vRMS). Man unterscheidet zwischen der Stapelgeschwindigkeit(vStack), die die besten Stapelergebnisse liefert, und der mittleren Schichtgeschwindigkeit(vRMS). Für horizontale Schichten sind beide Geschwindigkeiten theoretisch gleich. Bei geneigten Reflektoren hingegen ist vStack unterschiedlich zu vRMS. Diese Größen haben die Dimension m/s und sind damit Geschwindigkeiten. Sie, oder besser ihr Quadrat, ist aber primär nur ein Processingparamter, der für die dynamische Korrektur und damit für die Stapelung gebraucht wird. Für die Migration wird dann erneut ein Steuerparameter gebraucht, der die Dimension m/s hat und somit auch eine Geschwindigkeit ist. Dieser Parameter wird dann als Migrationsgeschwindigkeit bezeichnet. All diese Parameter mit der Dimension einer Geschwindigkeit sind nicht oder nur bedingt geeignet, um Zeitsektionen in Tiefensektionen umzurechnen. Hier sind importierte Informationen aus Bohrungen nötig. Auch die Ableitung von lithologisch auswertbaren Schichtgeschwindigkeiten als petrophysikalische Information für eine einzelne Schicht aus den Processingparametern (Stapelgeschwindigkeit, Migrationsgeschwindigkeit) ist schwierig und kann leicht zu fehlerhaften Angaben führen.

Analysemethoden

Es gibt verschiedene Möglichkeiten eine Geschwindigkeitsanalyse durchzuführen. Die heute gebräuchlichste Methode ist die interaktive Analyse des Geschwindigkeitsspektrums. Das Geschwindigkeitsspektrum wird folgendermaßen ermittelt: Für alle, konstant gehaltenen Werte eines vorzugebenden Geschwindigkeitsbereichs wird zu allen Zweiweglaufzeiten die NMO-Korrektur durchgeführt und ein Kohärenzmaß über alle Seismogramme eines CMPs berechnet. Diese Kohärenzwerte werden in Form einer farbcodierten Isoflächendarstellung neben die Seismogramm-Montage gestellt. Für eine erkennbare Reflexion ist die optimale Stapelgeschwindigkeit durch große Kohärenzwerte (rote Farbtöne in der Abbildung) gekennzeichnet. Für mehrere Reflexionen lässt sich durch die Verbindung (interaktives anklicken mit der Maus) der lokalen Maxima eine Funktion ermitteln, mit der alle Reflexionen dynamisch korrigiert werden. Oft wird auch versucht, mit automatischen Picking-Algorithmen diese Maxima mittels Software zu bestimmen. Falls die Stapelgeschwindigkeit für eine Reflexion richtig gewählt ist, sollte diese nach der dynamischen Korrektur horizontal sein.

Kohärenzmaße

Als Mehrspur Kohärenzmaß kann z. B. die Semblance, verwendet werden. Die Semblance stellt physikalisch betrachtet ein normiertes Verhältnis der Energie von Ausgabe (ein gestapeltes Seismogramm) zu Eingabe (viele dynamisch korrigierte Seismogramme) in einem Mehrspurprozess dar. Anders ausgedrückt ist sie ein Gütemaß für die Signalkohärenz in mehreren Seismogrammen.

Analysedichte

Normalerweise werden Geschwindigkeitsanalysen in diskreten räumlichen Abständen durchgeführt. Zum Beispiel alle 500 Linienmeter mit jeweils 10 gepickten Geschwindigkeiten. Bei einer 5x5 km 3D Seismik wären somit 100 interaktive Geschwindigkeitsanalysen durchzuführen. Die räumlichen Abstände der Punkte für die Geschwindigkeitsanalyse richten sich vor allem nach der Änderung in der Geologie. Sie sollten so gewählt werden, dass die geologische Struktur im Geschwindigkeitsmodell wiedergegeben wird. Zwischen den Punkten an denen Analysen durchgeführt wurden muss dann interpoliert werden.       

Die Geschwindigkeitsanalyse ist, wie das gesamte Processing, ein iterativer Process und erfordert zumeist mehrere Durchgänge. Nach einem ersten Durchgang werden oft auch Processingschritte wie die DMO-Korrektur und die Prestack Migration durchgeführt und deren Ergebnisse fließen dann iterativ in die Geschwindigkeitsanalyse ein.

NMO stretching

Ein Problem, dass bei der NMO-Korrektur auftritt, soll noch kurz erwähnt werden: das sogenannte NMO-Stretching, bei dem für größere Offsets eine künstliche Verlängerung der Wellenlängen im Seismogramm erfolgt. Dieser Effekt ist besonders groß bei horizontalen Reflexionen mit niedrigen Geschwindigkeiten. Da dabei der Frequenzinhalt und damit das Auflösungsvermögen beeinflusst wird, können vor dem Stapeln Bereiche in denen starkes Stretching auftritt gelöscht werden (Stretch-Mute). 

Zuletzt bearbeitet Januar 2020