LOMROG II 2009 8. feltrapport

Indsamling af seismiske data under arktiske isforhold

Skrevet af seismik holdet ombord på Oden: Christian Marcussen, Thomas Funck, John Hopper, Per Trinhammer, Holger Lykke Andersen, Lars Rödel, Anja Gunvald, Esben Villumsen Jørgensen

Webudgave: Torsten Hoelstad, GEUS

5. september 2009

Isbryderen Oden

Position: 82° 40’N, 13° 36’E (på vej til Longyearbyen på Svalbard)

Vejret: -2,5 °C, nordlig vind, overskyet

Ligesom under det første LOMROG togt har et af hovedformålene med togtet været at indsamle seismiske data. Dataindsamlingen skulle primært foregå i Amundsen Bassinet men også på den amerasiske side af Lomonosov Ryggen i Makarov Bassinet (se kort i feltrapport 5
om Nordpolen).

Seismiske data er vigtige i forbindelse med Kontinentalsokkelprojektet, da én af de bestemmelser i FN’s havretskonventions artikel 76, der gælder for udvidelsen af kontinentalsoklen ud over 200 sømil, omhandler tykkelsen af de aflejringer (sedimenter), der ligger under havbunden:

Netop tykkelsen af aflejringerne under havbunden kortlægges bedst med seismiske data og denne metode bruges derfor meget af olieindustrien for at finde områder, hvor der kan være olie- eller gasforekomster til stede.

Den seismiske metode går kort fortalt ud på at et kraftigt lydsignal (oftest frembragt af en luftkanon) sendes igennem vandet ned i undergrunden under havbunden. Grænserne mellem de enkelte geologiske lag i undergrunden reflekterer dele af den seismiske energi tilbage mod havoverfladen. Disse refleksioner opfanges af et langt lyttekabel (“streamer”) udstyret med trykfølsomme sensorer (også kaldet hydrofoner), der trækkes bag ved det seismiske undersøgelsesskib i 6 til 8 meters dybde. Ankomsttiden for de forskellige refleksioner afhænger af dybden til det enkelte geologiske lag mens styrken af signalet karakteriserer til en vis grad laggrænserne. Data registreres i en computer og skal sidenhen gennemgå en omfattende og til dels manuel databearbejdning før et brugbart billede af undergrunden fremstår (læs mere om den seismiske metode på geologi portalen http://www.geologi.dk/oliegas/).

At indsamle seismiske data i åbent farvand – som i forbindelse med olieefterforskning sker med flere op til 6 til 8 km lange streamere og op til 30 luftkanoner af forskellig størrelse – er teknisk og logistisk krævende. Seismiske undersøgelser i isfyldt farvand møder store udfordringer, som ikke kendes fra konventionelle undersøgelser.

For at kunne overleve i et sådan miljø må det seismiske udstyr modificeres på en række punkter, modifikationer der er udført i samarbejde med Geologisk Institut ved Århus Universitet baseret på tidligere erfaringer med seismisk dataindsamling i isfyldt farvand:

• Lyttekablet er væsentligt kortere end ved undersøgelser i åbent vand. I vores tilfælde har vi valgt at indsamle data med et 250 meter lang lyttekabel. Normalt er seismiske lyttekabler designet at holde en konstant dybde når undersøgelsesskibet er i fart. Falder hastigheden under 2 knob vil kablet synke og ved en dybde af 300 meter vil kablets elektronik blive ødelagt af vandtrykket. Med et 250 meter lang lyttekabel kan det søsættes, når Oden ligger stille uden fare for at kablet bliver ødelagt.
• Den seismiske lydkilde (luftkanonen) er væsentligt mindre og dermed mere kompakt end ved almindelige undersøgelser hvilket gør søsætning og bjærgning meget enklere.
• Både lyttekabel og luftkanon trækkes ved en dybde af ca. 20 meter. Det er mere end dobbelt så dybt som for åbent vands undersøgelser. I denne dybde ligger udstyret under det meget kraftige “skruevand”, der kommer fra Oden‘s to skruer under isbrydning. Skruevandet vil uvægerligt bringe udstyret til overfladen, hvor der er stor risiko for at det bliver ødelagt af isen.
• Både luftkanon og lyttekabel forbindes med samme kabel til skibet. Der er således kun et kabel (den såkaldte navlesnor) i vandet lige bag ved skibet. Dette minimerer risikoen for skader på grund af isen og gør bjærgningen af udstyret hurtigere i tilfælde af, at Oden sidder fast i isen.

For at bestemme den nøjagtige tykkelse af sedimenterne er det nødvendig at have kendskab til de seismiske hastigheder som lydbølger udbreder sig med i undergrunden, da kun ankomsttiden for de forskellige refleksioner registreres. Med et lyttekabel af rimelig længde (flere kilometer) kan hastighederne bestemmes direkte under databearbejdningen. Da dette ikke er muligt i isfyldt farvand, hvor et kort lyttekabel bruges, er man nødt til at benytte sig af sonarbøjer. Disse bøjer registrerer de seismiske signaler i op til 25 km afstand fra skibet og sender signalerne tilbage til skibet ved hjælp af en radiosender. Den eneste udfordring er at søsætte bøjerne uden at de bliver ødelagt af isen.

Normalt opererer Oden under vanskelige isforhold, som jo findes i det Arktiske Ocean nord for Grønland, ved med relativt høj fart at bryde isen. Hvis Oden sidder fast, er den normale fremgangsmåde at bakke og ramme ind i isen et antal gange indtil forhindringen kan passeres. Hverken høj fart eller at bakke er muligt med seismisk udstyr bag ved isbryderen:

• Høj fart giver for meget støj på de seismiske signaler og udstyret er ikke designet til at kunne holde ved en sådan fart.
• Ved højere fart bliver både luftkanoner og lyttekabel trukket tættere op til vandoverfladen med risiko for at blive ødelagt af isen.
• Oden kan ikke bakke, da der så vil være en stor risiko for at det seismiske udstyr havner i isbryderens skruer.

For at imødekomme ovenstående begrænsninger findes der forskellige fremgangsmåder:

Hvis man kan finde områder med lette isforhold, der tillader at Oden kontinuert kan bryde isen ved 3 til 4 knob og så nogenlunde holde kursen, kan seismiske data med en rimelig kvalitet indsamles. Desværre er det sjældent muligt at indsamle lange kontinuerte profiler på denne måde, idet isforholdene kan skifte meget hurtigt. Disse er også vanskelige at vurdere fra den helikopter, der findes ombord og bruges til is rekognosceringer. Det er således mestendels isen, der bestemmer i hvilken retning dataindsamlingen kan foregå. Havretskonventionen stiller dog krav til datatætheden, som vanskeligt kan forenes med at data ikke altid kan indsamles, hvor det er planlagt. Endeligt er der hele tiden en overhængende fare for, at det seismiske udstyr bliver ødelagt af isen og her er lyttekablet mest udsat.

En anden fremgangsmåde, er, at Oden først bryder en rende på en 25 sømils længde hvor den seismiske linie er planlagt, sejler tilbage langs renden og gør den bredere og så indsamles de seismiske data tredje gang renden passeres. Denne metode – i øvrigt foreslået af Odens kaptajn Erik og førstestyrmand Thomas – har nogle oplagte fordele, idet man er rimeligt sikker på, at data kan indsamles langs den brudte rende idet isforholdene kan evalueres under den første passage. Endvidere er der meget større sikkerhed for, at udstyret ikke bliver ødelagt af isen. Sidst men ikke mindst bliver kvaliteten af de indsamlede data væsentligt bedre, både fordi Oden meget bedre kan holde en konstant fart og fordi Oden ikke behøver at bruge alle fire maskiner på fuld kraft under dataindsamlingen, som genererer meget støj lige bag ved skibet. Ulempen ved metoden er naturligvis, at der skal bruges noget mere tid til dataindsamlingen, som dog til dels opvejes af den bedre datakvalitet og data indsamles, hvor de er planlagt.

En tredje metode er at bruge to isbrydere til at indsamle seismiske data i isfyldt farvand. En såkaldt “lead” isbryder, som gerne må være så stærk som muligt, sejler langs en planlagt rute og bryder en sejlbar rende – gerne ved at bryde renden flere gange – så den er så bred og lige så muligt. Oden følger så efter og indsamler de seismiske data. Ved at bruge to isbrydere forøges omkostningerne til togtet naturligvis væsentligt. Dette opvejes dog til en hvis grad af en hurtigere dataindsamling med en bedre datakvalitet. På det første LOMROG togt i 2007 blev den russiske atomisbryder 50 let Pobedy brugt som “lead” isbryder. Fremgangsmåden har også sine begrænsninger under meget svære isforhold, hvor isen er under kompression og den brudte rende lukker sig umiddelbart efter “lead” isbryderen.

Ingen af de ovenstående fremgangsmåder kan garantere, at de nødvendige seismiske data kan indsamles som planlagt. Isforholdene i området nord for Grønland varierer fra år til år, men også fra måned til måned og endda fra uge til uge. Isforholdene i området kan næppe heller forudsiges i detaljer inden et togt. Den eneste måde at opnå et detaljeret kendskab til isforholdene er at nå de specifikke indsamlingsområder for at vurdere forholdene på stedet og så planlægge sine undersøgelser ud fra dette.

På LOMROG II togtet er der i alt blevet indsamlet godt 380 km seismiske data mestendels ved at Oden har brudt en rende på forhånd. I modsætning til det første LOMROG togt har vi i år ikke mistet udstyr, selvom det sikkert var tæt på nogle gange (se foto). Kun én sektion af lyttekablet blev beskadiget af isen. Generelt set har data indsamlet på dette togt en bedre kvalitet end data fra LOMROG I togtet. Sidst men ikke mindst har LOMROG II togtet givet os et meget bedre erfaringsgrundlag, som vi kan bygge videre på under et eventuelt LOMROG III togt. Specielt for arbejde i isfyldt arktisk farvand gælder at “learning by doing” er et godt princip.