Miljøcenter Århus. Seismiske undersøgelser ved Lindved og Hadsten

Transkript

1 Miljøcenter Århus Seismiske undersøgelser ved Lindved og Hadsten Juli 2008

2 Miljøcenter Århus Seismiske undersøgelser ved Lindved og Hadsten Juli 2008 Ref C KLD D(1) Version 1 Dato Udarbejdet af KLD/JIJ Kontrolleret af UTN Godkendt af UTN Rambøll Danmark A/S Bredevej 2 DK-2830 Virum Danmark Telefon

3 Indholdsfortegnelse 1. Indledning Geologi 3 2. Dataindsamling Udstyr Måleteknik Kvalitetssikring af data i felten 7 3. Processering af data 9 4. Præsentation af data Datakvalitet Lin Lin Lin Lin Had Had Had Had Dag-til-dag processering 13 I

4 Tegninger Situationsplan Lindved tegning 1.1 Situationsplan Hadsten tegning 1.2 Lin1, stack tegning 2.1 Lin1, decon tegning 2.2 Lin1, migration tegning 2.3 Lin2, stack tegning 3.1 Lin2, decon tegning 3.2 Lin2, migration tegning 3.3 Lin3, stack tegning 4.1 Lin3, decon tegning 4.2 Lin3, migration tegning 4.3 Lin4, stack tegning 5.1 Lin4, decon tegning 5.2 Lin4, migration tegning 5.3 Had1, stack tegning 6.1 Had1, decon tegning 6.2 Had1, migration tegning 6.3 Had2, stack tegning 7.1 Had2, decon tegning 7.2 Had2, migration tegning 7.3 Had3, stack tegning 8.1 Had3, decon tegning 8.2 Had3, migration tegning 8.3 Had4, stack tegning 9.1 Had4, decon tegning 9.2 Had4, migration tegning 9.3 Appendiks Appendiks A Refleksionsseismik Metodebeskrivelse og anvendelsesområder Processering af refleksionsseismiske data Appendiks B Dag-til-dag Processering II

5 1. Indledning Som led i Miljøministeriets opgave med at kortlægge potentielle grundvandsmagasiner og den naturlige beskyttelse heraf, skal de geologiske, hydrogeologiske og grundvandskemiske forhold belyses i to områder henholdsvis ved Lindved og ved Hadsten (tegning 1.1 og tegning 1.2). Med Miljøcenter Århus som rekvirent har Rambøll udført en refleksionsseismisk undersøgelse langs 4 linier i området vest for Hadsten ved Århus samt langs 4 linier omkring Lindved ved Vejle. Feltarbejdet blev gennemført i januar 2008 og der blev i alt udført 39,84 km seismiske profiler. Processering og rapportering er gennemført i perioden februar til juli, Tolkningen af de seismiske data er ikke en del af nærværende rapport. 1.1 Geologi Lindved I Lindvedområdet findes en geologisk model baseret på boringer, PACES, TEM og seismik. De seismiske linier ligger marginalt i den sydlige ende af Lindved Indsatsområde og mest øst for dette. I den opstillede model findes øverst et dæklag af m tykt moræneler, dog findes enkelte områder med huller i lerdækket, hvor der overvejende er sand. Under dæklaget findes et lag af smeltevandssand. Smeltevandssandet overlejrer tertiære lag, som i midt og øst af området består af glimmerler, mens der længst mod vest findes kvartssand /glimmersand lige under kvartæret. Det tertiære sand i vest fortsætter øst på under glimmerleret. Under det tertiære sand findes endnu et glimmerlerlag /1/. Både de kvartære og tertiære sandforekomster betragtes som primære magasiner i området. De tertiære magasiner er dels bygget op af oddekomplekser og af grovkornede sedimenter aflejret i forbindelse med stormfloder eller i kanaler i laguner bag ved oddekomplekserne. De kvartære magasiner består af smeltevandssand aflejret under de seneste to istider. Området ligger imellem hovedopholdelinien og den Østjyske Israndslinie. Det nuværende landskab repræsenterer et dødislandskab (Per Smed) /1/. Formålet med den seismiske kortlægning af Lindvedområdet er, at øge kendskabet til de sedimentære enheders interne opbygning samt deres vertikale og horisontale udbredelse, for herigennem at kunne forbedre den geologiske model og opnå en bedre forståelse af de hydrogeologiske forhold i området. Hadsten I Hadstenområde er udført en række undersøgelser heriblandt TEM målinger. Resultaterne af TEM målingerne viser, at kortlægningsområdet domineres af skarp afgrænsede begravede dale. Resultaterne af TEM målingerne i dalene viser ikke entydige modstandsforhold over den dybe gode leder, og boringer etableret i de begravede dale viser da også, at området har undergået glacialtektonisk deformation da tertiær aflejringer ligger over kvartære aflejringer /1/. Formålet med den seismiske kortlægning af Hadstenområdet er således at øge kendskabet til de geologiske strukturer og være behjælpelig med at foretage en plausibel tolkning af områdets hydrogeologiske forhold. Resultaterne af den seismiske kort- 3

6 lægning skal senere indgå i en geologisk model, hvor samtlige indsamlede data for området inddrages. 2. Dataindsamling Dataindsamlingen blev udført i perioden januar, Der blev udført seismisk kortlægning langs 8 linier med en samlet længde på 41,84 km i de to områder: I området omkring Lindved, Vejle blev der udført 4 linier, LIN1-LIN4 med en samlet længde på 16,54 km, se tegn.nr. 1.1 og Tabel 2.1 herunder. I området omkring Hadsten, Århus blev udført 4 linier, HAD1-HAD4 med en samlet længde på 23,3 km, se tegn.nr. 1.2 og Tabel 2.1 herunder. Undersøgelsen blev udført som slæbeseismik med en seismisk vibrator som energikilde, se ref. /2/. Tabel 2.1 Oversigt over linier og længder Område Linienavn Længde Udført Dag/nat Lindved, Vejle LIN1 3,42 Dag Lindved, Vejle LIN2 4,76 Dag Lindved, Vejle LIN3 4,45 Nat Lindved, Vejle LIN4 3,27 /0,64 Dag /nat Hadsten, Århus HAD1 7,9 Nat Hadsten, Århus HAD2 6,7(2 km kørt om) Dag Hadsten, Århus HAD3 4,5 Dag Hadsten, Århus HAD4 4,2 Dag Hadsten, Århus Grundet vindstøj, blev den sydlige del af linie HAD2 kørt om. Ved passagen af hovedvejen gennem Lyngå blev der efter samråd med Miljøcenteret ikke udført indfyldning af datapunkter. Ved krydset mellem linie HAD3 og HAD4 betød det kraftigt hældende terræn kombineret med gamle huse nær vejene, at datadækningen er nedsat. For at undgå skader på de gamle hus blev den seismiske vibrators energiniveau sænket nær husene og skudpunkter direkte udfor husene blev sprunget over. Lindved, Vejle Linie LIN2, ved Ulkær, er i samråd med Miljøcenteret udført med en kort afbrydelse på godt 200 m. grundet vejens forløb. Krydset mellem LIN2 og Hovedvej 13, ved Statoil, og de omkringliggende parkeringsarealer, fungerer som transportcenter for tungtrafik. Derfor har kablet ikke kun- 4

7 net placeres optimalt, og på trods af at der er lavet underskydning er der nedsat datakvalitet. Grundet den store umættede zone, fundet omkring LIN4 linjen, blev det besluttet ikke at forlænge LIN3, som ellers aftalt på opstartsmødet d Grundet udsigter til stormvejr torsdag d og fredag samt hård vind i den efterfølgende weekend, besluttedes det at afbryde feltkampagnen onsdag aften ( ), og genoptage den om søndagen den

8 2.1 Udstyr Køretøj Udstyret trækkes og styres fra en Land Rover 130 Defender, der er specielt indrettet til formålet. Energikilde Undersøgelsen blev udført med en IVI Minivib T7000 seismisk vibrator som energikilde. Vibratoren har en samlet vægt på 3,5 ton og er specielt designet til at udføre højopløselige seismiske kortlægninger ned til meters dybde. Geofonslæb Det anvendte geofonslæb er udstyret med 224 stk. 14 Hz L10 AI geofoner fra Mark Products i grupper a 2. Den første kanal anvendes dog til at optage det såkaldte pilot-trace fra vibratoren i stedet for en aktiv geofon. Geofonerne er monteret på stålslæder og fastgjort til et stålwire-forstærket slæbebånd. Stålslæderne er konstrueret så de giver maksimal kontakt til underlaget, hvad enten der er tale om asfalt-, gruseller markveje, og slæbebåndet er forstrakt for at undgå trækstøj langs kablet. De første 49 aktive geofoner har en indbyrdes afstand på 1,25 m, de næste 63 en indbyrdes afstand på 2,5 m. Den samlede aktive længde af slæbet er således 222,5 m, og afstanden til den nærmeste aktive geofon er 6,25 m. Dataindsamling Registreringen af data blev foretaget med det seismiske operativsystem Geometrics Seismodule Controller på et 64 kanals Geometrics StrataVisor seismisk instrument suppleret med 2 stk. 24 kanals Geometrics Geode dataopsamlingsenheder. Positionering Afstanden mellem de enkelte vibrationspunkter udmåles med et odometer (afstandsmåler) monteret på Land Roveren. Positionen af vibrationspunkterne bestemmes ved hjælp af differentiel GPS (DGPS) med en antenne monteret på taget af Land Roveren. Der lagres en position for hvert sekund i navigations-softwaren NaviPac fra EIVA A/S. Når der produceres seismiske data, bliver det aktuelle seismiske filnavn fra positionen, lagt til i GPS-filen. I NaviPac transformeres positionerne fra geografiske Lat./Long. koordinater i EU- REF89 datum til UTM32 koordinater også i EUREF89 datum, som er anvendt videre i forbindelse med processering og afrapportering. Der er af praktiske årsager anvendt to forskellige typer GPS-udstyr i løbet af projektet: Trimble Pathfinder ProXH receiver med real-time D-GPS korrektion fra SBASsatelliter Trimble MSI 7400 receiver med real-time D-GPS korrektion fra PRoBeacon modtager 6

9 Begge modtagere giver en plan-koordinat med en nøjagtighed under en meter. Under den videre behandling af positionerne midles data fra hvert vibrationspunkt over ca. 20 sek., hvorved den endelige nøjagtighed forbedres yderligere. I forbindelse med processeringen af de seismiske data benyttes også terrænkoten langs de seismiske linier. Denne fås ved at sample i den digitale terrænmodel udleveret af Miljøcenter Århus i alle de endelige positioner for vibrationspunkter. 2.2 Måleteknik Ved udførelsen af selve målingerne udsendes et såkaldt sweep af vibrationer, hvor frekvensen af det udsendte signal øges hen over en periode på 5 s. På seismografen registreres data fra geofonslæbet både under selve sweep et samt det antal sekunder man ønsker i endelig optagetid. Den første kanal på geofonslæbet benyttes til registrering af det såkaldte pilot-trace, som repræsenterer det udsendte signal. Når en optagelse er slut foretages en krydskorrelation mellem pilot-trace t og de registrerede data (såkaldt vibroseis-korrelation, hvor det udsendte signal af-foldes fra de registrerede data), og resultatet af denne korrelation er en seismisk optagelse med en længde på optagetiden minus længden af det udsendte sweep. I nærværende undersøgelse, er der for hvert målepunkt/vibrationspunkt foretaget 4 sweeps, der lineært dækker frekvensområdet fra 10 Hz til 450 Hz. Yderligere parametre er listet i tabel 2.2. Tabel 2.2 Optageparametre, slæbeseismik Afstand mellem vibrationspunkter 10 m Antal aktive kanaler 112 Afstand mellem vibrator og gruppe 2 6,25 m Indbyrdes afstand mellem gruppe ,25 m Indbyrdes afstand mellem gruppe ,5 m Længde af optagevindue efter korrelation 2000 ms Sample afstand 1 ms CMP-punkt afstand (efter binning) 5 m Maksimal stakfold (efter binning) Kvalitetssikring af data i felten Under indsamling af slæbeseismiske data bliver datakvaliteten vurderet løbende af en erfaren geofysiker i felten, og det seismiske operativsystem er indrettet med en række funktioner, som giver mulighed for at monitere støj og datakvalitet. Til vurdering af datakvaliteten benyttes den opsatte computer i Land Roveren, som viser korrelerede data fra de enkelte sweep. Her er det tydeligt, om den enkelte geofon giver gode data, samt om der er dominerende eksterne støjkilder. Kvaliteten af data vurderes med særligt henblik på interessedybden for den aktuelle undersøgelse. 7

10 Herudover moniteres responset fra geofonerne mellem sweep-perioderne (noise display), hvorved eventuel ekstern støj såsom vejr- eller trafikstøj bliver tydelig. Til vurdering af vibratorens ydeevne samt vibratorpladens kobling til underlaget benyttes et display, som viser den energimængde der overføres til jorden som funktion af frekvensen af det udsendte signal. Geofysikeren, som forestår dataindsamlingen, vurderer datakvaliteten optagelse for optagelse. Hvis en optagelse er præget af støj fra f.eks. trafik eller vejr, bliver den taget om. Ligeledes er det muligt løbende at vurdere slæbets kontakt med underlaget, og hvorvidt enkelte geofoner skal efterses eksempelvis kan det registreres hvis der er geofoner som er væltet eller defekte/beskadiget. I felten føres en elektronisk logbog med informationer om linienavn, stationering, filnummer m.m. samt eventuelle kommentarer om datakvalitet, vejr, trafik, afvigelser etc. Under dataindsamlingen moniteres kontrolparametre for kvaliteten af DGPS data løbende, ligesom det kontrolleres at stationering/ filnummerering stemmer overens med det noteret i dagbogen. Endelig plottes positionerne på et geografisk kort og de endelige positioner gennemses og godkendes. De seismiske data gemmes løbende på harddisk og brændes sammen med navigationsdata efter hver feltdag på CD. Efter afslutningen af hver feltdag eller nat blev der udført en foreløbig processering af de seismiske data. Til den foreløbige processering blev der anvendt en retlinet geometri og en relativt grov nmo-hastighedsfunktion. Herved opnås et seismisk profil, som viser hovedtrækkene i det færdigprocesserede profil. Resultatet af den foreløbige processering blev sendt til Miljøcenter Århus. Hermed havde Miljøcenteret mulighed for at følge kvaliteten af de indsamlede data nøje og tage stilling til projektets videre forløb. 8

11 3. Processering af data I det følgende gives der en oversigtlig beskrivelse af processeringen af de seismiske data. En detaljeret beskrivelse af de enkelte processeringstrin er vedlagt i Appendiks A, som også indeholder en kortfattet metodebeskrivelse og analyse af forhold med betydning for indtrængningsdybde og opløselighed. Processeringen af data er foretaget på en Promax UNIX-arbejdsstation af det tyske firma TEEC i samarbejde med Rambøll. Processeringssekvensen er løbende blevet diskuteret. Parametrene blev testet på Linje HAD4 og LIN1 og blev løbende diskuteret med Miljøcenter Århus. I figur 3.1 herunder er angivet et flowchart, som viser den anvendte processeringssekvens og den indbyrdes sammenhæng mellem de enkelte processeringstrin. De første sæt processerede linjer havde brede ringende reflectioner og dårlig opløslighed. Derfor blev der iværksat en række test af båndpas filtre, deconvolution og fase transformationer. Det viste sig at et uønsket high-cut filter var brugt efter stack. Da filtret blev fjernet fik refleksionerne en bedre form og detaljegraden blev forbedret. Herefter blev processeringssekvensen forbedret i flere iterationer. Data er præsenteret i tre versioner: Stack unden deconvolution og migration Decon uden migration Migration med den fulde sekvens Der er udført refraktions-analyse (se Appendiks A for en nærmere beskrivelse) langs de seismiske profiler. Ud fra refraktions-analysen er der beregnet tykkelse og hastighed af lavhastighedslaget langs linierne samt beregnet en hastighed for den øverste refraktor langs linierne. Lavhastighedslaget svarer normalt til den umættede zone og den øverste refraktor normalt til de øverste aflejringer under grundvandsspejlet. Den gennemsnitlige hastighed af lavhastighedslaget er beregnet til 500 m/s, og den gennemsnitlige hastighed af den øverste refraktor til 1500 m/s. Den beregnede tykkelse af lavhastighedslaget er angivet på de seismiske profiler i tegn.nr På baggrund af refraktions-analysen kompenseres de seismiske data for variationer i lavhastighedslaget, såkaldt refraction-statics og der foretages et datum-skift af de seismiske data så 0 ms tovejs-løbetid svarer til kote 0 m. Datum-skiftet er foretaget med hastigheden 1500 m/s på alle linier. Der er endvidere indsat en omtrentlig koteskala på profilerne beregnet ud fra et gennemsnit af de anvendte NMO-hastigheder for hver af de to undersøgelsesområder. Kote-skalaerne er en groft anslåede og kan kun benyttes som et fingerpeg, da de blandt andet ikke tager højde for lokale hastighedsvariationer. Rådata er optaget og leveret i SEG-2 format sammen med oplysninger om positionering og geometri i excel-filer. De færdigprocesserede data er leveret i SEG-Y format. CDP-koordinater i UTM32, EUREF89 ligger i bytes (Easting) og bytes

12 (Northing, fratrukket m) i de seismiske trace-head ere i SEG-Y filerne. De enkelte SEG-Y filer indeholder også en EBCDIC header med informationer om processeringssekvensen. Den første sample i SEG-Y filerne svarer til -200 ms tovejstid og 0 ms svarer som beskrevet ovenfor til kote 0 m. I nogle systemer vises data imidlertid som om de starter med første sample i 0 ms fordi softwaren ikke kan håndtere data med negativ tovejstid. Hvis det er tilfældet vil det i stedet være 200 ms tovejstidsom svarer til kote 0 m. På Hadsten linierne viste det sig at prædiktiv deconvolution gav det bedste resultat. Når der anvendes prædiktiv deconvolution på data ændres refleksionernes frekvensindhold og fase, hvorved der sker en lille forskydning i dybden, derfor kan tolkningsarbejde med fordel udføres på profilerne uden deconvolution, og støtte til de tolkningen af detaljer kan hentes i profilerne med deconvolution og migration i områder med god datakvalitet. Dette er ikke tilfældet i Lindved, hvor der blev anvendt nulfase spiking deconvolution. 10

13 Import af rådata Crooked line binning Editering Fjerner døde og dårlige tracer Minimums Editering fase transformation Fjerner døde og dårlige tracer Korrektion for sfærisk divergens Prædiktiv dekonvolution Refraction statics NMO-korrektion Surface consistent residual statics Mute CMP stacking Datum skift FD migration Nulfase transformation Frekvensfiltrering ms: Hz ms: Hz AGC skalering Eksport til SEG-Y Figur 3.1 Flowchart som viser den anvendte processeringssekvens. 11

14 4. Præsentation af data I tegn.nr. 1.1 er vist en detaljeret situationsplan for linierne ved Lindved med stationering i CDP nr. med indbydes afstand på c. 5 meter langs de seismiske linier og i tegn.nr. 1.2 en detaljeret situationsplan for linierne ved Hadsten. De seismiske profiler er vist i tegn. nr Umiddelbart over de seismiske profiler er angivet en stationering langs de seismiske linier i CDP, som svarer til stationeringen på situationsplanerne. Langs stationeringen er angivet dels terrænkoten i meter og dels tykkelsen af lavhastighedslaget i meter. Under det seismiske profil er angivet folden af de seismiske data, dvs. hvor mange traces der er summeret i de enkelte CMP-punkter (se Appendiks A). 4.1 Datakvalitet Datakvaliteten er svingende langs de seismiske linier med meget varierende energinedtrængning. Der kan således kun observeres flere tydelige og sammenhængende reflektorer på dele af linierne, mens reflektorerne er helt fraværende i de dårligste strækninger. Herunder gives en kortbeskrivelse af datakvaliteten linie for linie Lin1 Det seismiske profil er af ganske god kvalitet, og der ses tydelige refleksioner fra terræn til 1000 ms i intervallet cdp Nær liniens ender bliver kvaliteten ringere i takt med at tykkelsen af den umættede zone øges Lin2 Kvaliteten af data er særdeles uens på linie Lin2. Vest for Ulkær er kvaliteten god og der er tydelige og sammenhængende refleksioner fra nær terræn til 900 ms, mens kvaliteten er ringe øst for byen. Der var ingen væsentlige forskelle i trafik- og vejrstøj, som kan forklare den tydelige ændring, men den korrelerer fint med ændringer i tykkelsen af den umættede zone Lin3 Den første halvdel af profilet Lin3 er af god kvalitet, og der er fine data helt ned til 1000 ms. På den resterende del af profilet er der kun få og usammenhængende refleksioner nær terræn, mens den dybe del af data fortsat er god. Variationerne kan skyldes den overfladenære geologi kombineret med en generelt ganske stor umættet zone. Det skal samtidigt bemærkes at støj fra den kontinuerlige tunge trafik kan have en negativ indvirkning på data på trods af at de blev indsamlet om natten, med manuelt styrede sweeps på en cykelsti parallelt med vejen Lin4 Linien er generelt af meget ringe kvalitet, og der er kun få sammenhængende refleksioner i stor dybde. På den østligste del af linen er der dog bedre data, men den drejer sig kun om ca. 600m. Da der ikke var problemer med støj eller optageudstyr un- 12

15 der data indsamlingen og skuddene heller ikke viser refleksioner må de ringe data skyldes geologiske forhold Had1 Kvaliteten af data er god øst for Lyngå, hvor der ses flere strukturer nær terræn, og ringe vest for Lyngå, hvor der næsten ikke er sammenhængende refleksioner. Ved Lyngå ændres tykkelsen af den umættede zone, og det var tydeligt under dataindsamlingen, at datakvalitet blev ringere, mens vi kørte op af bakken ved byen Had2 På den sydlige del af profilet Had2 ses kun få sammenhængende refleksioner og kvaliteten er ringe, på trods at linien blev kørt i helt stille vejr og uden trafik; efter den først var kørt i regn og rusk. Nord for Lyngå er data væsentlig bedre, og der ses flere refleksioner i intervallet terræn til 500 ms og en enkelt sammenhængende refleksion ved 1000 ms Had3 Kvaliteten af data er generelt ringe og der er ingen sammenhængende refleksioner nær terræn, mens der ses fine sammenhængende refleksioner i dybdeintervallet ms. Det kan skyldes samspillet mellem ændringer i den umættede zone, stejle bakker og de mange skarpe sving Had4 Data er generelt af høj kvalitet, og der ses tydelige strukturer nær terræn Dag-til-dag processering De seismiske profiler blev processeret dagligt under feltarbejdet og fremsendt løbende til Miljøcenter Århus. Herved blev datakvaliteten vurderet og den sydlige del af Had3 blev kørt igen, da den var præget af vindstøj, og den østlige forlængelse af Lin3 blev ikke indsamlet, da det med baggrund i de indsamlede data blev vurderet, at den ikke ville give tilstrækkelig høj datakvalitet. Dag til dag processeringen blev først sent i forløbet inddraget til evaluering af processeringsarbejdet. I appendiks B findes udskrifter af de dag-til-dag processerede profiler. De er efter aftale med Miljøcenter Århus vedlagt som grimme tegninger, det vil sige, at de ikke er blevet behandlet efter dag-til-dag processeringen. Den medfølgende e-post korrespondance er vedlagt for at vise historikken i arbejdet og beskrive profilerne. 13

16 Referencer /1/ Rambøll: , Udbud seismik Udbudsmateriale til offentligt Cirkulæreudbud /2/ Vangkilde-Pedersen, T., Skjellerup, P., Ringgaard, J. and Jensen, J.F., 2003: Pulled array seismic (PAS) a new method for shallow reflection seismic data acquisition. 65th EAGE Conference & Exhibition in Stavanger, Norway, P