Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
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Seismische Prestack-Tiefenmigration GRT
© Fraunhofer ITWM / freepik
Seismische Prestack-Tiefenmigration GRT

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Seismische Prestack-Tiefenmigration mit »SF-GRT« (Generalisierte Radon-Transformation)

Hochauflösende Imaging- und Migrationslösungen für komplexe Untergrundstrukturen

SF-GRT ist die Abkürzung für »Statoil Fraunhofer Generalisierte Radon-Transformation« und bezeichnet ein Verfahren zur seismischen Prestack-Tiefenmigration. Die gemessenen seismischen Daten werden als über Flächen gleicher Laufzeit (Isochronen) aufsummierte Streuantworten aus dem Untergrund interpretiert. Auf dieser Grundlage wird der inverse Prozess – die Rückrechnung auf unterirdische Streupunkte beziehungsweise Reflektoren – in Anlehnung an die lineare Radon-Transformation formuliert.

Das Ergebnis sind Reflektionskoeffizienten des Untergrunds in Abhängigkeit von Strahleneintritts- beziehungsweise Reflektionswinkeln. Diese werden durch gewichtete Summation der Beiträge aus allen Beleuchtungsrichtungen bestimmt.

Vorteile der Migration im Winkelraum:

  • Der Eingangsdatensatz lässt sich in beliebiger Sortierung verwenden; ein Binning ist nicht erforderlich. 
  • Der True-Amplitude-Gewichtungsfaktor ergibt sich direkt aus den Lösungen des dynamischen Raytracings – zusätzliche Approximationen entfallen. Gleichzeitig erfolgt eine strikte Illuminationskompensation. 
  • Mehrwertig faltende Wellenfronten werden physikalisch korrekt berücksichtigt – das verbessert die Abbildungsqualität in komplexen Untergrundstrukturen. 
  • Diffraktions-Imaging entsteht als zusätzliches Produkt ohne nennenswerten Mehraufwand.

 

»SF-GRT« – Co-Entwicklung mit der Industrie

Das Softwaretool »SF-GRT« ist eine gemeinsame Entwicklung des Fraunhofer ITWM und des norwegischen Energieunternehmens Equinor (ehemals Statoil). Die Anwendung verbindet geophysikalische Expertise mit den Lösungen aus dem High Performance Computing und dem tiefen Anforderungsverständnis des Industriepartners. Für die »High Performance Computing« ist »SF-GRT« damit ein herausragendes Beispiel für erfolgreiche, praxisnahe Auftragsforschung.

Migrationsstack überlagert mit Darstellung der Beleuchtungswinkelabhängigkeit der Untergrundstruktur.
© Fraunhofer ITWM
Migrationsstack überlagert mit einer Darstellung der Beleuchtungswinkel-Abhängigkeit der Untergrundstruktur.

Kommerzielle Nutzung von »SF-GRT« 

Wir lizenzieren »SF-GRT« für den Einsatz auf Parallelrechnern mit Infiniband-Interconnect (Hochgeschwindigkeitsvernetzung zwischen Rechenknoten). Darüber hinaus verfügen wir über langjährige Erfahrung in der Verarbeitung seismischer Kundendaten auf unseren eigenen Hochleistungsrechnern. Typische Projekte entstehen aus spezialisierten Fragestellungen, bei deren Bearbeitung True-Amplitude-Migrationsergebnisse und Diffraktions-Images wertvolle Beiträge liefern.

Wir bieten Prestack-Tiefenmigration mit »SF-GRT« für: 

  • Marine Oberflächendaten
  • Marine OBN-Daten 
  • Landseismik
     

Ergebnisse sind: 

  • Reflektionswinkel-Gather
  • partielle Winkelstacks 
  • Fullstacks mit individuell definierten Bearbeitungsstufen
  • Rohdaten-Migration
  • Gather-Prozessierung (Demultiple, Flattening)
  • Angle Stacking, eingeschlossen lateral und vertikal optimiertes Muting
  • Bandbreitenerweiterung, Q-Kompensation, Spectral Matching.

Für die Datennachbearbeitung setzen wir die Software PreStack Pro (SR) der Firma Sharp Reflections ein.

Seismische Prestack-Tiefenmigration GRT
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Schichtung des Erduntergrundes als Resultat der seismischen Migration.

Zusätzlich liefern wir:

  • Diffraktionsbilder (Stapelergebnisse als Sequenz mit schrittweise zunehmender Unterdrückung von Reflektionsanteilen)
  • Besondere Features
    • Q-Phasen- und Q-Amplitudenkorrektur entlang physikalischer Strahlenwege
    • Signal-Rausch-Verbesserung durch Heruntergewichten von Beiträgen fern der stationären Richtungen
    • Unterstützung komplexer Geschwindigkeitsmodelle bis hin zu orthorhombischer Anisotropie mit geneigten Symmetrieachsen
Positionen von Diffraktoren im Untergrund als Resultat der GRT-Migration
© Fraunhofer ITWM
Migriertes Stapelergebnis und – ausgeklappt – die Abhängigkeit dieses Ergebnisses von der Beleuchtungsrichtung. Diffraktions-Einsätze zeigen sich hier als ausgedehnte Einsätze. Reflektionen weisen Krümmung auf.

Projekterfahrungen und Einsatzbereiche

Unser Spektrum bereits realisierter Projekte umfasst:

  • Tiefenimaging bis ca. 9000 m 
  • Abdeckungsgebiete bis zu ca. 2000 km² 
  • hohe Auflösungen für Spezialfragestellungen und High-Resolution-Fault-Imaging 
  • HR- und UHR-Daten mit bis zu ca. 1 m vertikaler und 3,125 m horizontaler Auflösung 

Da sich die physikalischen Grundlagen der seismischen Methode über viele Größenordnungen hinweg unverändert gelten, setzen wir »SF-GRT« auch für HR- und UHR-Daten (High- und Ultra-High-Resolution) ein, zum Beispiel in der Planung von Offshore-Windparks.

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Die GRT-Technologie eignet sich sehr gut für simuliertes Migrieren. Die Faktoren zur Beleuchtungskompensation ermöglichen eine effiziente Berechnung von Point-Spread-Funktionen (PSFs). Diese lassen sich auf einem dichten Untergrundgitter für die Akquisitionsgeometrie eines gegebenen oder geplanten Datensatzes sowie für ein vertikal und lateral stark variierendes Migrationsgeschwindigkeitsmodell berechnen. Gefaltet mit der Untergrundreflektivität ergeben sie die erwartete Migrationsantwort.

In einem aktuellen Forschungsprojekt entwickeln wir gemeinsam mit einem industriellen Kooperationspartner einen methodischen Rahmen. Dessen Anwendungen reichen von der Time-Lapse-Seismik-Interpretation und dem Seismic History Matching zur Entwicklung von Reservoirmodellen über die Planung von Messkampagnen bis hin zur Diffraktions-Imaging-Interpretation und zur Modellierung für KI-Anwendungen.

Kontaktieren Sie uns gerne, wenn Sie mehr über diese Forschung erfahren oder mögliche Anwendungen der Technologie mit uns diskutieren möchten.

Für geothermische Fragestellungen liefert die GRT-Migration Ergebnisse nicht nur in Abhängigkeit vom Reflektionswinkel, sondern zusätzlich von der horizontalen Einfallsrichtung (Azimut). Bei guter Datenqualität lassen sich daraus Rückschlüsse auf Risssysteme im Untergrundgestein ziehen.

In Kombination mit dem störungsmusterverstärkenden Diffraktions-Imaging-Modus liefert GRT somit wertvolle Informationen zur fundierten Bewertung des geothermischen Potenzials eines Untergrunds. Gerne arbeiten wir hierzu mit Kommunen und ihren Dienstleistern im Schwerpunkt geothermischer seismischer Erkundung zusammen.

Skalierbare Verarbeitung auf Hochleistungsrechnern (HPC) 

»SF-GRT« lässt sich als hochdimensionales Datentransformations-Problem beschreiben: Ein viele Terabyte großer 5D-Eingangsdatensatz (x- und y-Koordinaten von Quellen und Empfängern sowie Aufzeichnungszeit) wird in ein 5D-Abbild des Untergrunds transformiert (x, y, z in Abhängigkeit von zwei Reflektionswinkelkomponenten).

Mit der von uns entwickelten Parallelisierungsbibliothek GPI werden die Eingangsdaten einmalig gelesen und im Arbeitsspeicher der Rechenknoten gehalten. Während der Migration tauschen die Knoten die Daten mit sehr hohem Netzwerkdurchsatz aus – ohne verlustbehaftete Reduktion des Eingangsdatenvolumens. Durch Double-Buffering-Techniken werden Datenübertragung und Berechnungen überlagert, das ermöglicht eine hohe Skalierbarkeit auch bei großen Rechnerverbünden. Die Parallelisierung über Knoten, innerhalb der Knoten sowie die Nutzung von CPU-Vektoreinheiten gehören dabei zum Standard unserer HPC-Abteilung.

Die geophysikalischen Kernkomponenten von »SF-GRT« umfassen:

  • Zugriff und Interpolation phasen-rotierter, anti-alias-gefilterter und Q-kompensierter Daten mithilfe speziell entwickelter Sinc-Operatoren 
  • Einsatz von Tapern zur Behandlung algorithmisch erkannter innerer und äußerer Ränder bei der Zuordnung von Strahlen zu Spurkoordinaten – zur Minimierung von Migrationsartefakten 

Für jeden Untergrundpunkt liegen alle beitragenden Amplituden vor. Dadurch wird möglich:

  • Identifikation stationärer Richtungen 
  • gezieltes Dämpfen von Amplituden außerhalb der Fresnelzone zur Rauschunterdrückung (Die Fresnelzone bezeichnet den Bereich um einen Reflexionspunkt, aus dem seismische Signale noch wesentlich zur gemessenen Reflexion beitragen.)
  • selektive Unterdrückung von Ereignissen entlang stationärer Richtungen, was hochwertige Diffraktions-Imaging-Ergebnisse ermöglicht 

Für das Diffraktions-Imaging haben wir eine sukzessive Dämpfungsstrategie entwickelt, die es ermöglicht, durch schrittweise Reduktion stationärer Energieanteile den Übergang vom Reflexions- zum Diffraktionsbild interaktiv nachzuvollziehen.

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