Refleksjonsseismikk

Seismikk eller refleksjonsseismikk er ein geofysisk måte å undersøkja undergrunnen på. Resultatet er eit «kart» som viser dei geologiske strukturane.

Oljebransjen er den største kjøparen av seismikk fordi seismikk er eit godt verktøy for å leite etter olje og gass. Metoden går ut på at ein sender ei trykkbølgje (frå ein luftkanon, dynamitt eller ein kraftig vibrator) ned i jorda. På grunn av impedansemisstilpaning (sjå akustisk impedans) vert trykkbølgja delvis reflektert når ho kjem til ei geologisk grense. Det reflekterte signalet når overflata etter nokre sekund. Kor lang tid det tek signalet brukar på å nå ned til den geologiske grensa og attende til overflata er avhengig av kor djupt den geologiske grensa ligg og forplantingafarten til signalet. Med moderne teknologi kan ein lage tredimensjonale kart over undergrunnen.

Seismikk blir ofte delt inn i to delar. Landseismikk og marin seismikk. Landseismikk er veldig arbeidsintensivt, ofte er det 200 mann involvert i dette og det tek lang tid å kartleggje eit område. Lange kablar (som mottakarar av signalet reflekterast i) må fraktast (berast) og tråkkast ned i jorda. Deretter grev ein eit hol og fyllar det med dynamitt. Seinare flyttar ein heile opplegget t.d. 20 meter der ein grev eit nytt hol og operasjonen held fram. Dette er mykje brukt i «oljeland» som t.d. landa i Midtausten.

I marin seismikk blir det slept ein eller fleire lange kablar, såkalla streamarar, bak båten, og dessutan luftkanoner, såkalla «gun arrays». Typisk kan slike streamarar vere frå 4000 til 10000 meter lange. Streamarane blir gjerne slept på ei djupne kring 6 til 9 meter. Djupna på streamerane blir kontrollert med dykkeplan på kablane, såkalla «birds». Eit seismikkskip vil slepe desse kablane i rundt farten til 8 km/t, og leier inn mange, små følgjeskip som sørgjer for å halde fiskefartøy og andre skip unna slepet.

Rundt rekna kvart 10. sekund vil det bli sloppe ut luft under høgt trykk, eit såkalla skot, som dannar ei sjokkbølgje som forplantar seg gjennom vatnet og ned i havbotn. Ekkoet av denne sjokkbølgja blir teke opp ved hjelp av streamerane. Ved hjelp av avansert signalhandsaming ombord og seinare datahandsaming på land får ein detaljerte kart over geologien på havbotn. Med marin seismikk kartlegg ein eit område tilsvarande det landseismikk nyttar eit døgn på i løpet av 2 minutt.

Eldre og mindre seismikkskip slepar få (2-5) streamerar for produksjon av todimensjonale seismikkbilete, medan trenden i industrien er større skip med fleire (inntil 16) streamerar som produserer tredimensjonale bilete. Tredimensjonale tenester er dyrare men meir etterspurte gjennom å auke styrken i den geologiske analysen. Det er ulike marknader og nisjar for to- og tredimensjonale tenester, der todimensjonale seismikkskip er konkurransedyktige i mindre kjøpesterke marknader og i grunnare farvatn. Verdsrekorden i mengder slepte streamerar er 17 stk, sett av seismikkskipet «Ramform Sovereign», ått av PGS. Dette vart gjort på Gullfaksfeltet i mai 2008.

Det er to ting ein kan sjå på seismikken som oljegeologane er interessert i. Der det er høve for at olja blir samla opp (feller), og kva for ruter olja flyttar seg etter at han er danna (migrasjonsvegar). Ein kan skyte seismikk i eit område utan at ein planlegg å bore brønnar der.

Som anna menneskeleg aktivitet, kan seismiske undersøkingar påverke det naturlege miljøet, og både petroleumsindustrien og miljøorganisasjonar er med på forsking for å undersøke desse effektane.

På land kan gjennomføring av ei seismisk undersøking krevje bygging av vegar for transport av utstyr og personell, og vegetasjonen må ryddast bort for utplassering av utstyret. Dersom undersøkinga er i eit relativt lite utvikla område, kan det innebere monaleg uro og øydelegging av habitat og mange regjeringar krev at seismikkselskapa følgjer strenge reglar for miljøvern. Til dømes kan det vere forbod mot bruk dynamitt som ei seismisk kjelde. Med nøye planlegging, kan ein i stor grad redusere miljøbelastninga frå ei landseismikkundersøking. Teknologien ved innsamling av seismiske data tillèt dei seismiske linjene til å avvike rundt naturlege hindringar, eller å utnytte eksisterande vegar og stiar som ikkje er rettlinja. Bruk av moderne instrument for posisjonsmålingar reduserer kvalitetstap når seismiske linjer buktar seg mellom trea i undersøkingsområdet.

Den største miljømessige otten for marine seismiske undersøkingar er potensialet av støy i samband med høgenergi seismiske kjelder som påverkar dyrelivet. Sjøpattedyr, spesielt kvalar inkludert niser og delfinar, da desse pattedyra brukar lyd til å kommunisere,^[1] inkludert infralyd og nokre gonger ultralyd.^[2] Kraftig støy over lang tid kan valde fysiske skadar, som til dømes høyrsletap, medan lågare støynivå kan føre til mellombels redusert høyrsel, utydeleggjere lydar som er avgjerande for marint liv.^[3]

Ein studie har vist^[4] at knølkval som migrerer vil halde ein minimum avstand på 3 kilometer til eit seismiske fartøy i aktivitet, medan kvilande knølkvalflokkar med hodyr synte å vere meir kjenslevare og kravde ein avstand på 7–12 km. Omvendt fann studien at knølkvalhannar blei trekt mot ein luftkanon, åtferda blei trudd å vere grunna i ei forveksling med lågfrekvente lydar som oppstår naturleg når hannar hoppar eller slår halen i havoverflata. Også havskjelpadder, fisk og blekksprut har alle vist åtferd med alarmering og å unngå nærvære av ei seismisk kjelde som nærmar seg. Det er vanskeleg å vurdere rapportar om effekt av seismisk støy på marint dyreliv fordi metodar og måleeiningar ofte er mangelfullt dokumenterte.

I ei felles fråsegn frå International Association of Geophysical Contractors (IAGC) og International Association of Oil and Gas Producers (OGP) argumenterer dei for at støyen skapt av marine seismiske undersøkingar kan samanliknast med naturlege kjelder til seismisk støy.^[5]

Fram til 1999 var det funne berre to vitskapelege og publiserte undersøkingar om eventuelle verknader som seismiske undersøkingar påfører fiskeria. Desse to undersøkingane viste at støy frå seismiske kjelder påverka fiskefangst monaleg innanfor eit par kilometer frå skipet. I nokre fall kan fangst av hyse og torsk bli redusert over større avstandar frå der seismikkinnsamlinga pågår.^[2] Også Havforskingsinstituttet meiner at seismikkinnsamling kan føre til fangstreduksjon utan at fisken vert skadd, og at fisk er kjenslevare for og blir uroa av seismisk støy under gytinga.^[6] I ei undersøking gjort for Oljedirektoratet utanfor Vesterålen i 2009 synte det seg at fiskefangstar både auka og minka under påverknad frå seismisk luftkanonskyting. Ein meinte at grunnen til auka fangst var at fisken blei skremt og dermed lettare blei tatt av fiskereiskap på veg ut av området.^[7]

Nokre av pionerane som leverte tenester innanfor geofysikk og seismikk for oljeleiting var baserte i Nord-Amerika og i Tyskland og starta kommersiell verksemd frå 1920. Norske selskap kom med frå 1972.

Refleksjonar og refraksjonar av seismiske bølgjer på geologiske grenseflater i jorda blei først observerte på opptak frå seismiske bølgjer generert av jordskjelv. Basismodellen av det djupaste indre av jorda er basert på observasjonar av jordskjelvgenererte seismiske bølgjer overført gjennom det indre av jorda (t.d. Mohorovičić, 1910).^[8] Bruken av menneskegenererte seismiske bølgjer for å kartlegge detaljar om geologien gjennom dei øvste få kilometer frå jordskorpa følgde kort tid etterpå, og har utvikla seg hovudsakleg på grunn av kommersiell verksemd, særleg som tenester for petroleumsindustrien.

Den kanadiske oppfinnaren Reginald Fessenden var den første til å kome på å bruke reflekterte seismiske bølgjer til å antyde geologi. Arbeidet hans gjekk i utgangspunktet på overføring av akustiske bølgjer gjennom vatn, motivert av å utvikle eit sonarsystem for å oppdage isfjell etter at Titanic gjekk ned i 1912. Han arbeidde òg på metodar for å oppdage ubåtar under den første verdskrigen. I 1914 søkte han første patentet på ein seismisk leitemetode, og fekk det i 1917. På grunn av krigen, var han ute av stand til å følgje opp ideen. Samtidig utvikla den tyske gruvelandmålaren Ludger Mintrop, ein mekanisk seismograf i 1914 som han med hell nytta til å oppdage saltdoma i Tyskland. Han søkte om tysk patent i 1919 som blei gjeve i 1926. I 1921 grunnla han selskapet Seismos som blei hyra inn for å gjennomføre seismiske undersøkingar i Texas og Mexico, noko som resulterer i det første drivverdige funn av råolje ved hjelp av den seismiske metoden i 1924.^[9][10] På sjølvstendig grunnlag oppdaga John Clarence Karcher seismiske refleksjonar medan han arbeidde for United States Bureau of Standards, no National Institute of Standards and Technology, på metodar for å nytte lyd til å oppdage artilleri. I diskusjonar med kollegaer utvikla han ideen om at desse refleksjonane kunne hjelpe til i leiting etter petroleum. Saman med fleire andre, mange knytt til University of Oklahoma, hjelpte Karcher til å danne Geological Engineering Company, skipa i Oklahoma i april 1920.

Selskapet gjekk snart under grunna eit fall i oljeprisen. I 1925 hadde oljeprisen komme opp igjen, og Karcher sytte for å skipe Geophysical Research Corporation (GRC) som ein del av oljeselskapet Amerada Hess. I 1930 forlét Karcher GRC og hjelpte til med å grunnleggje Geophysical Service Incorporated (GSI). GSI var ein av de mest suksessrike seismiske tenesteleverandørane i over 50 år og var morselskap til Texas Instruments. Ein tilsett i GSI forlét selskapet i 1933 og skipa Western Geophysical.

Etter fleire fusjonar og oppkjøp, er arven frå GSI og Western Geophysical, saman med fleire banebrytande selskap som norske GECO, tyske Seismos og Prakla, no samla i det seismiske leverandørselskapet WesternGeco, frå 2005 eit dotterselskap av Schlumberger. Mange andre verksemder som bruker refleksjonsseismikk i hydrokarbonleiting, hydrologi, ingeniørstudiar og andre program er blitt skipa dei siste tiåra. Store nyare tenesteselskap utanom WesternGeco er i dag CGGVeritas, ION Geophysical, Petroleum Geo-Services og Fugro. Dei fleste store oljeselskapa har òg intern forsking på seismiske metodar og handsamar innsamla seismiske data ved hjelp av eiget personell og eigenutvikla teknologi. Refleksjonsseismikk har òg funne bruksmåtar i ikkje-kommersiell forsking ved akademiske og statlege miljø verda over.

I Noreg har det grodd opp fleire store og små selskap som har produsert tenester både innan innsamling, datahandsaming og tolking med sal av tenester til styresmakter og oljeselskap. Grovt sett har det vore to større utviklingar med internasjonal kommersiell suksess, og eit av desse selskapa, PGS, har framleis hovudkontor i Noreg og er i dag eit av verdas tre største selskap av slike tenester basert på marin datainnsamling.^[11] Slike selskap var drivne fram i landet basert på gjenbruk av kompetanse frå norske miljø av shipping med tilhøyrande marin teknologi, frå kompetanse på bergteknikk, samt frå politisk stimulans av utviklinga av petroleumsverksemda i Noreg, frå år 1972 og frametter.^[12]

PGS
Selskapet A/S Geoteam (1951) blei kjøpt opp av nye eigarar og var grunnlaget for skipinga av Petroleum Geo-Services, PGS, i 1991.^[13] PGS opererer i dag i ein global marknad^[14] og leverer geofysiske og andre tenester til oljeselskap og styresmakter.

GECO
Geophysical Company of Norway, GECO, vart skipa i 1972 av menneske frå Det Norske Veritas og Geoteam. I 1977 vart det fusjonert med Statex, ått av Statoil og Kongsberg Våpenfabrikk. Selskapet utvikla seg til å bli verdas nest største selskap innan marin seismikk fram til 1985, og har frå 1986 vore gjennom fleire overtakingar innan det blei ein del av WesternGeco frå år 2000, framleis med verksemd i Noreg.^[15]

Andre leverandørar
TGS-NOPEC Geophysical Company er eit anna selskap som opererer frå Noreg.^[16]