Cuaderno Completo
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÒNOMA DE MÈXICO FACULTAD DE INGENIERÌA DIVISIÒN DE CIENCIAS DE LA TIERRA Prospeccion Sismica APUNTES SEGUNDA PARTE Fecha de entrega: 19-5-2015 GÓMEZ MADRIGAL TONATIUH OLLIN
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UNIVERSIDAD NACIONAL
AUTÒNOMA DE MÈXICO
FACULTAD DE INGENIERÌA
DIVISIÒN DE CIENCIAS DE LA TIERRA
Prospeccion Sismica
APUNTES SEGUNDA PARTE
Fecha de entrega: 19-5-2015
GÓMEZ MADRIGAL TONATIUH OLLIN
SÍSMICA DE REFLEXIÓN
Principales herramientas en la industria petrolera pueden explorar a 6-7 mil metros de profundidad.
En 1981 se registró la primera reflexión y esta fue identificada como proveniente de un contacto de una lutita y
una caliza.
Sheriff and Geldart (1987)
1928 Primer descubrimiento basado en el método de reflexión: campo Maud.
1930 Método de reflexión es más importante en comparación con el método de refracción.
Este método se caracteriza por obtener las propiedades del subsuelo a partir de las ondas sísmicas
reflejadas. Este método requiere una fuente sísmica controlada de energía, tales como dinamita/Tovex,
una pistola de aire especializada o un vibroseis.
Cuando una onda sísmica viaja a través de la Tierra se encuentra con una interfaz entre dos materiales
con diferentes impedancias acústicas, algo de la energía de la onda se reflejará en la interfaz y algunos se
refractan a través de la interfaz. En su forma más básica, la técnica sísmica de reflexión consiste en la
generación de las ondas sísmicas y midiendo el tiempo tomado para las ondas para viajar desde la fuente,
se reflejan en una interfaz y ser detectados por un conjunto de receptores en la superficie. El
conocimiento de los tiempos de viaje desde la fuente a varios receptores, y la velocidad de las ondas
sísmicas, un geofísico entonces intenta reconstruir las vías de las ondas con el fin de construir una imagen
del sub-suelo.
El principio general de la reflexión sísmica es enviar ondas elásticas en la Tierra, donde cada capa dentro
de la Tierra refleja una parte de la energía de las ondas de nuevo y permite que el resto a través de
refractar. Estas ondas de energía reflejada se registran durante un periodo de tiempo predeterminado
por los receptores que detectan el movimiento de la tierra en la que se colocan. En tierra, el receptor
típico utilizado es un instrumento pequeño, portátil conocido como un geófono, que convierte el
movimiento del suelo en una señal eléctrica analógica. En el agua, se utilizan hidrófonos, que convierte
los cambios de presión en señales eléctricas. Cada respuesta de los receptores de un solo tiro se conoce
como una "huella" y se graba en una cinta magnética, entonces el lugar de la inyección se mueve a lo
largo de y el proceso se repite. Por lo general, las señales registradas son sometidos a cantidades
significativas de procesamiento de la señal antes de que estén listos para ser interpretados y esta es un
área de investigación activa significativo dentro de la industria y la academia.
Del dibujo se observa:
(
)
Tiempo que tarda la onda en ir a la fuente
√ (
)
√
Geófono Distancia (m)
Time (ms)
NMO
(ms)=t
Corrección
source 0 21,4 0 21,4 1 5 21,7 0,3 21,4 2 10 22,6 1,2 21,4 3 15 24 2,6 21,4 4 20 25,8 4,4 21,4 5 25 27,9 6,5 21,4 6 30 30,3 8,9 21,4 7 35 32,9 11,5 21,4 8 40 35,7 14,3 21,4 9 45 38,6 17,2 21,4
10 50 41,6 20,2 21,4 11 55 44,7 23,3 21,4 12 60 47,9 26,5 21,4
√
√
√(
)
(
)
√ (
)
(
)
Impedancia acústica
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80
Tie
mp
o (
ms)
Distacia (m)
Distancia vs tiempo
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80
Tie
mp
o (
ms)
Distacia (m)
Correcion por NMO
Mientras vamos avanzando x incrementa, se considera en cada uano de los puntos detectados y la fuente están
en el mismo punto
Normal Move –Out
Es una corrección utilizada para normalizar los eventos.
La corrección NMO se define como la diferencia en tiempo de un tiempo de arribo a un detector localizado a una
distancia x de la fuente de energía con respecto a una que estuviera en la misma posición de la fuente y está dado
por:
Sobre tiempo normal
Lugar geométrico de una reflexión es una hipérbola cuyo origen es t0
Conforme aumenta la profundidad aumenta el tiempo
Se puede calcular la diferencial total
(
)
√
X=0
X=60
X
Onda reflejada
Onda refractada
Onda directa
(
)
Depende de la geometría de propagación de las ondas también de la distancia y no tiene nada que ver con los echados que puede aparecer, las trayectorias son hipérbolas, Es la primera corrección de los datos,
A mayor profundidad mayor atenúa de la amplitud
La cual se puede simplificar
Normal move out: es la diferencia en tiempo de viaje t, entre las llegadas de reflejos a una distancia (offset) y
offset cero.
∑ ∑
∑ ∑
Geometría de las ondas reflejadas
En trabajos de sísmica de reflexión, pulsos de energía se reflejan de
los contactos en el subsuelo y se registran o se graban en la
superficie muy cerca de la incidencia normal. Se registran los
tiempos de viaje y se miden los cuales pueden ser usados como
estimadores de la profundidad.
La velocidad de intervalos se puede promediar sobre varios
intervalos para dar lo que se llama como la velocidad promediada en
tiempo o simplemente la velocidad promedio V, de aquí la velocidad
promedio en n capas está dada por :
O si Zn es ele espesor total de n capas Tn es el tiempo total, solo de ida tendremos.
( )
Caso de un reflector Horizontal
La geometría básica de la trayectoria reflejada se muestra en la
fohura para el caso de reflector horizontal
[ (
)
]
[ (
)
]
(
)
Note que NMO es una función del offset, velocidad y profundidad del reflector z (ya que z=vt0/z). El concepto de
move-out es fundamental para el reconocimiento, correlación y mejoramiento de los eventos.
Ecuación de la curva de tiempo-distancia. La teoría matemática de reflexión es muy sencilla en el
método de reflexión se observa el tiempo de la onda reflejada.
La Reflexión no se considera solo una capa se consideran dos capas y su contacto
Ground roll
Velocidad aparente del reflejo=
Velocidad aparente del Ground roll=
son mas lentas
El ruido generado por la fuente (GR) haciendo perfiles de ruido.
Frecuencia en el dominio del
espacio= número de onda
Es un ruido que se puede identificar a partir de su frecuencia y velocidad es
generado por ondas superficiales, es un tren de ruido disperso, que contiene
todas las frecuencias de la fuente sísmica y se propaga al interior de la Tierra
como una función de la longitud de onda.
Se pueden eliminar
con un mayor número
de detectores.
Move-out
( ) √ (
)
( ) √
(
)
( ) ;
( ) ( ) ( )
( )
[
(
)
(
)
]
√[
(
)
]
NMO nos sirve para calcular las velocidades
Tomando en cuenta que existe un margen de error al truncar la serie, el cual es significativamente pequeño y se desprecia, es posible despejar la velocidad. Esto sólo puede aplicarse si x<<h. Es decir, si el tendido es muy largo (x muy grande) ya no se cumplen las condiciones, y entonces es necesario agregar más términos.
El NMO está definido cómo la diferencia de tiempo entre un geófono y el offset cero.
El NMO es una función del offset, velocidad y profundidad, del reflector ya que z=vto/2
Move out: fundamental para el reconocimiento correlación y mejoramiento de los eventos de reflexión, y
también para el cálculo de velocidades usando los datos de reflexión.
Grand Roll: ondas superficiales, se considera ruido.
Velocidad aparente: ∆x/∆t donde Δx: diferencia de la distancia x del primer geófono al siguiente geófono.
Velocidad aparente de reflejo: ∆x/∆t >>>>>>>>>>>> tiene una velocidad muy alta.
Velocidad aparente del ruido : ∆x/∆t a más profundidad mayor velocidad, la velocidad en superficie es menor.
Secuencia de reflectores horizontales
En una tierra está formada con n capas en cada
uno de los contactos tenemos refracciones,
transmisiones y reflexiones lo cual nos produce
una trayectoria o conjunto de trayectorias
complejas. En distancia de offset que son
pequeñas en comparación a las profundidades de
los reflectores, la curva T-X sigue siendo
especialmente hiperbólica pero habrá que
remplazar por la velocidad promedio o para una
mejor aproximación la fórmula de Dix.
Esta ecuación aplica para un offset pequeño (x<<z). A partir de esto se puede decir que el tiempo total de viaje (ida y vuelta) es:
[
(
)
]
(
)
[∑
∑
]
El valor individual del NMO asociado con cada reflector puede además usarse para derivar una velocidad
cuadrática media para las capas arriba del reflector. Los valores de Vrms, para cualquier reflector puede usarse
para calcular velocidades de intervalo usando la fórmula de Dix, para calcular velocidades de intervalo n usamos
son respectivamente, la velocidad cuadrática media y los tiempos de viaje de los rayos
reflejados por la capa (n-1) y la capa n ( Dix, 1955).
Caso de una capa con echado
En este caso el valor de echado viene a ser otra incógnita de la curva tiempo-distancia, la ecuación se deriva en
forma similar a la usada para cada capa horizontal, considerando la trayectoria así como la velocidad de
propagación.
Pág. 19 de libro para geólogos
La expresión del tiempo es
Move out
Usando los diferentes tiempos de viaje dados por la ecuación 4-9 obtenemos
Dip move out se usa para calcular echados.
NMO tx- t0 capas horizontales
DMO capas con echados
Trayectoria de rayos para reflexiones múltiples además de los rayos que regresan a la superficie después de
haber sido reflejados, los cuales se conocen como reflexiones primarias o primarios, hay una gran cantidad de
trayectorias que regresan a la superficie después de haber sido reflejadas en uno o mas contactos. Tales rayos o
trayectoria se les denominan reverberaciones, reflexiones múltiples o simplemente múltiples, una variedad de
posibles rayos que involucran reflexiones múltiples son:
[
]
( )
M
primary
Double path multiple
Near Surface multiples
Pen-leg multiple
Varios tipos de reflexiones múltiples en la tierra estratificada.
Generalmente las reflexiones múltiples tienden a tener amplitudes más bajas que las reflexiones primarias debido
a las pérdidas de energía en cada reflexión, sin embargo hay dos tipos de múltiples que se reflejan.
Reflexiones fantasmas: Cuando los rayos de una explosión enterrada, son reflejados hacia el interior del subsuelo
desde la superficie de la Tierra o desde la superficie de la capa alterada. Llegan poco tiempo después de la
reflexión primaria.
Reverberación de lámina de agua: Cuando los rayos de una fuente submarina se repiten varias veces en el lecho
marino y en la superficie del mar, hay dos tipos de múltiples en función del tiempo intermedio entre la reflexión
primaria y ellos:
Múltiple de corto período: No se pueden separar en el registro sísmico.
Múltiple de largo período: Tienen un retraso tan importante que constituyen eventos separados en el registro
sísmico.
El sismograma de reflexión
Representa la respuesta combinada del terreno estratificado y del sistema de registro a un pulso sísmico, en cada
superficie, una parte de la energía incidente es reflejada, y el reflector recibe una serie de pulsos reflejados cuya
amplitud depende dela distancia y de los coeficientes de reflexión, si se asume que el pulso permanece constante
según se propaga, la traza sísmica puede considerarse como la convolución del pulso de la señal, con una función
de reflectividad, como el pulso tiene una longitud finita, las reflexiones individuales se superponen en el
sismograma resultante.
Tiempo de representación
La forma inicial de representar los datos de un perfil es en grupos de
trazas sísmicas (common shot gathers) registradas desde un disparo.
Para visualizarlas mejor se colocan los sismogramas
correlativamente con el eje de tiempos vertical y para reconocer
mejor las reflexiones se pueden visualizar los registros de diferentes
formas
Tarea
Formula de dix
De la siguiente figura podemos observar que el rayo pasa por
dos medios con velocidades diferentes y podemos argumentar
que cuando el rayo pasa por estos dos medios que:
Don de:
z:es el espesor de la capa
T: el tiempo que le toma al rayo para pasa de una capa a otra
v: La velocidad
x:es la distancia total del recorrido
Cuando calculamos el límite de obtenemos:
(
)
(
)
Donde sabemos que
(
)
Procesamiento sísmico
Arreglamos datos, editamos gather; velocidades de propagación, Apilado (starking), Filtramos, deconvulción.
Mejorar la imagen [ ]
Secciones sísmicas 2D
Cubos sísmicos 3D
(
)
(
)( )
Observando la figura sabemos que:
Por lo tanto
Sabemos que
Al ser el angulo muy pequeño solo tomaremos el seno y despreciaremos el coseno
Interpretación Sísmica
Dato de entrada (cubo sísmico)
Datos geológicos
Mapas, anomalía de amplitud, lugares para perforar pozos .
Exploratoria
Introducción a la Adquisición y procesamiento sísmico.
Antes se utilizaban cintas magnéticas para grabar la información, actualmente esta se digitaliza, es decir, se
muestra a un cierto ∆t. de acuerdo con la teoría del tratamiento de señales, el intervalo de muestreo es muy
importante, pues de ello depende las frecuencias que se puedan observar, esto se demuestra con la aplicación de
la frecuencia de Nyquist.
Donde se observa que la frecuencia máxima observable es inversamente proporcional a al intervalo de muestreo.
En reflexión se utiliza por lo común ∆t=2 [ms]
Si la frecuencia es muy baja nos da una longitud de onda que es muy grande, si la longitud es muy grande la
resolución es muy baja.
Otra consideración importante es que, por practicidad la señal grabada está multiplexada. Es decir, es acomodada
de un modo particular de modo que es necesario demultiplexarla antes de poder trabajar.
Todas las muestras de datos sísmicos de un mismo canal son ordenadas en función del tiempo.
Espesor impregnado
O
Área de reservas
Evaluación económica
Figura. Multiplexado y demultiplexado de datos.
Luego de esto hay que aplicar correcciones estáticas y corregir por NMO para apilar la seña. El apilamiento
permite la eliminación de ruido aleatorio. El ruido coherente (ground roll) no se puede eliminar de esta forma,
para ello se utilizan arreglos de geófonos durante la adquisición en campo.
Sistemas de registro.
Los sistemas de registro detectan y registran impulsos eléctricos a partir de grupos de detectores con la precisión
y fidelidad máxima, mínima distorsión, y la capacidad de fácilmente recuperar la información para procesos y
análisis subsecuentes. Los requisitos de funcionamiento de estos sistemas incluyen un rango dinámico amplio, un
ancho de banda grande, rango amplio de amplitudes, distorsión baja de armónicos y ruido de sistema mínimo.
Los sistemas modernos de registro sísmico consisten de dos partes distintas: un sistema marino o terrestre y un
sistema en el barco o camión.
El módulo o sistema marino o terrestre siempre está cerca del grupo de detectores. Sus principales componentes
son:
Preamplificador (preamp).
Filtro notch y corta bajas.
Modulador sigma delta.
Módulo FIR, por sus siglas en inglés: finite impulse response.
Sensor group: grupo de detectores.
Preamp: preamplificador. Incrementa la
amplitud de la señal sísmica detectada.
Filtro corta bajas y notch. Este filtro
elimina ruidos.
Modulador sigma delta: Es un
convertidor analógico-digital.
FIR: Este módulo genera una señal de
salida a 24 bits.
Sistemas de registro marino
Cable reel: carrete del cable. Towing bridle: freno del cable de remolque. Lead in section: sección de guía. Depressor paravane: mantiene el inicio del streamer a la profundidad deseada. Stretch section: amortigua el movimiento del inicio y fin del streamer. Depth controller: mantienen la profundidad del streamer en puntos intermedios. Live sections: Estas secciones contienen grupos de hidrófonos y componentes electrónicos que aplican filtros a los datos, convierte la señal analógica en señal digital y hace pruebas de funcionamiento a los instrumentos. Dead sections: actúan como separadores de los live sections. Adquisición marina
Para levantamientos marinos los geófonos permanecen horizontales, estos son equilibrados en el mar gracias a
los “birds”, los cuales miden la presión del ambiente y se nivelan. Los cables son de 5 a 12 kilómetros. Las pistolas
de aire se encuentran colocadas en arreglos, un barco detona mientras otros dos registran en diferentes arreglos.
Lo que se intenta eliminar no es el ruido de las ondas superficiales sino el provocado por el oleaje.
Un geófono es un transductor que consta de un casco, un imán permanente y un spike. El sistema está definido
por un periodo:
Geófonos
La sísmica está en constante evolución desde sus inicios. El geófono es un transductor, su funcionamiento es la
captación, amplificación y envió de la señal sísmica y que está en contacto con la superficie terrestre.
Esencialmente es una bobina suspendida en un campo magnético, esta disposición simple puede detectar
vibraciones en la superficie de la tierra. También se le conoce como sismodetector, sismómetro o receptor.
Sus componentes le permiten detectar el movimiento del suelo el cual es generado por una fuente energética
( explosivos, pistolas de aire y vibroseis.)
Elementos de un Geófono.
Un sismodetector se compone principalmente de 5 elementos
a) Casco (carcasa)
b) Un imán permanente
c) Un conductor
d) Un receptor
e) Spiks
Casi todos los geófonos que se usan en levantamientos terrestres son del tipo electromagnético, estos consisten
en una bobina y un imán, uno de los elementos
Es una ecuación diferencial de ordinaria de segundo grado no homogénea, que representa el movimiento de una
oscilación con amortiguamiento, la solución de esta ecuación es:
√ ( ) ( )
√
Donde está dado por
A través del amortiguamiento se busca eliminar el ruido, con la ecuación de movimiento armónico simple se llega a la ecuación siguiente que describe la fase:
En los geófonos se consideran los factores como son la distorsión la sensibilidad, la tolerancia, el ruido y la
fiabilidad, todo lo anterior debe ser atenuado y tomado en cuenta en el procesado.
Dependiendo del terreno se usan geófonos convencionales o geófonos planos. También existen los
geófonos multicomponentes o 3C. Estos se usan para estudios de onda convertida. Son 3 geófonos en
uno y están orientados al norte. Otro tipo de geófono es el VSP, o vertical seismic profile.
Es necesario recordar que los geófonos cuentan con un amortiguador que disminuye gradualmente las
oscilaciones.
Al ser un sistema inercial cuenta con una frecuencia natural que lo hace entrar en resonancia.
Tolerancia:
Los geófonos son construidos con ciertas especificaciones y limitaciones, las cuales deben ser tomadas en
cuenta pues puede que se tomen en cuenta datos que esté fuera de estos límites.
- [ ] - 20° de echado - Sensibilidad de [ ]
Existen geófonos multicomponente, estos deben ser orientados y permiten grabar 2 componentes horizontales y la vertical.
Sistemas de registro en tierra.
Los principales componentes de este
sistema son:
Módulos electrónicos o cajas:
Transforman las señales analógicas
en digitales.
Cables de línea en sección: Conecta a
los módulos electrónicos.
Módulos de interfase en línea:
Reciben la señal del grupo de
geófonos, las ordena y retransmite al
camión.
Cables de salto: Estos dan
conectividad entre los módulos de
interfase y el camión.
(
)
Sistema de registro en el camión
Unidad de control.
Módulos para las línea de interfase y
streamers.
Módulo de correlación y apilamiento.
Sistemas de grabación (tapes).
Tarea
Geófono.
Las ondas sísmicas causan movimiento de la superficie terrestre, dicho movimiento puede ser descrito en
términos de desplazamiento, velocidad, y aceleración. Para los geófonos, la velocidad es el parámetro más fácil
de medir. Los geófonos contiene una bobina inmersa en un campo magnético, aprovechando La Ley de Lenz, un
voltaje eléctrico es generado en la bobina cuando tiene un movimiento relativo al campo magnético.
Matemáticamente.
Donde
Componentes del geófono
•Envoltura: Case.
•Clavo: Planting spike.
•Magneto: Permanent magnet.
•Masa: Mass.
•Bobina: Wire coil.
•Resorte: Spring.
El flujo magnético se puede definir por la densidad de flujo B y el área A a través de cual el flujo fluye =-BA.
Asumiendo una densidad de flujo constante, el cambio de flujo con el tiempo es causado por un cambio en el
área total a través del cual las líneas de campo magnético cruzan la bobina.
Se asume que la bobina está restringida a un movimiento perpendicular al campo magnético, y el cambio de área
se puede describir como dA=l ds, donde l = circunferencia de la bobina y ds= desplazamiento de la masa respecto
de la envoltura del geófono. Sustituyendo dA,
Ya que la envoltura del geófono se mueve con la tierra,
donde v= velocidad de partícula de tierra. Por lo
tanto, tenemos:
El voltaje de salida, e, del geófono es directamente proporcional a la velocidad, v, de partícula de tierra.
Figura. Unidad de control.
Los geófonos están construidos para registrar el movimiento vertical, radial (en la dirección fuente-receptor) y
transversal (ortogonal a la dirección fuente-receptor).
El sistema de geófonos de tres componentes, figura 13, se ocupan para registrar las ondas P y S.
Amortiguación
El amortiguamiento se usa en geófonos para evitar la oscilación de la masa en su frecuencia natural misma que
depende de la cantidad de masa y la constante del resorte. Los primeros geófonos amortiguaban con aceite. Hoy
en día, el amortiguamiento es eléctrico a través de un resistor en la salida.
El parámetro h es usado para describir el amortiguamiento, con h = 1
tenemos amortiguación crítica, h < 1 significa sub amortiguado, y h > 1
significa un geófono sobre amortiguado. Cuando no hay
amortiguación, h = 0, el geófono oscila continuamente en su
frecuencia natural.
La amortiguación crítica significa que la masa después de que se
desplazó, regreso a su posición de equilibrio. Sin embargo, la
amortiguación normal para un geófono es 0.7 (70% del valor crítico)
esto genera una ligera sobre oscilación (5%).
Cambio de fase
Los geófonos introducen cambios de fase entre la entrada y salida de la señal. De acuerdo con el gráfico, un
cambio de fase de 90 grados siempre ocurre en la frecuencia natural independientemente del grado de
amortiguación.
Figura 14. Amortiguación del geófono.
Figura 15. Respuesta de fase en el geófono.
Resonancias Parasíticas
Un geófono tiene otras resonancias vibracionales que se acoplan incorrectamente en el modo primario de
movimiento, lo anterior produce una resonancia espuria o parasítica en los registros.
Instalación de un geófono
No solo es importante que un geófono sea instalado verticalmente sino también firmemente en contacto con la
tierra.
Adquisición terrestre 3D
Cuando se elaboraban secciones 2D se tenía por costumbre colocar el tendido de la línea en dirección
perpendicular al echado de las capas, es decir en la dirección de la línea de máxima pendiente. Con esto se
pretendía aumentar el volumen de información obtenida. Esta costumbre se extrapoló a los levantamientos 3D,
sin embargo no era necesario.
Figura 16. Resonancia espuria o parasítica.
Figura 17. Condiciones para instalar un geófono.
En un levantamiento sísmico 3D se tiende una red
formada por dos tipos de líneas paralelas, tal y como
se muestra en la imagen superior. Las azules son las
in-lines, y están conformadas por geófonos.
Perpendiculares a estas se encuentran las cross-lines
y se componen por puntos de fuente. Las
dimensiones del box dependen de la profundidad del
objetivo más somero que se esté buscando.
El patch (Template) o swag son el conjunto de líenas vivas en determinado momento. Existeun software
llamado MESA que permite contar cuántas veces se obtiene un mismo punto. El bin es un equivalente a los CMP,
sus dimensiones son la (
). El número de puntos que caigan en el bin corresponde
al fold o número de trazas apiladas.
Una vez que se ha delimitado una zona de estudio, esta
se debe extender debido al proceso de migración.
Cuando se migra un segmento este se hace más corto y
aumenta su echado. Aunado a esto debe tomarse en
cuenta el fold taper, con lo que se incremente aún más
el área del levantamiento.
En forma general el procesamiento sísmico Arreglamos datos, los editamos. Gather: velocidad de propagación,apilado ( stacking) Filtramos de convolucion. Mejorar la imagen (Migración sísmica) Nos produce secciones sísmicas (nos habla de la geología del área)
En forma general Interpretación sísmica Secciones sísmicas 2D Cubo sísmicos 3D (Datos de entrada, cubo sísmico) Transformar datos geológicos, mapas anomalías de amplitud Lugares para perforar pozos exploratorios.
Ruido coherente: Ayuda a reconstruir la señal, se observa porque se correlaciona con cada traza. Ondas directas: energía que viaja directamente de la fuente a los detectores. Ondas refractadas: llegan a la interface con un ángulo crítico igual a 90º, la onda se refracta. Onda difractada: la energía se dispersa en un punto. Ruido aleatorio o incoherente No tiene correlación de traza a traza y sus amplitudes no se pueden predecir, pude ser provocado por el instrumento, o la maquinaria que rodea el levantamiento, como el barco de ser un levantamiento marino. Se puede reducir con el factor: 1/√ , donde μ es el número de detectores interconectados. En reflexión se trata de atenuar las ondas de la superficie y amplificar las de reflexión
Consideraciones generales
Las ondas sísmicas son de carácter esencialmente transitorio y se pueden descomponer en sus componentes de
frecuencia.
Patrones de detección para la eliminación de ruido en trabajos sismológicos
Resouesta de gyrpos de detectores situados en línea
La amplitud de cualquier disturbio sismico para un detector determinado ya sea reflejo o ruido.
La amplitud de cualquier disturbio sísmico para un detector determinado, ya sea reflejo o ruido, puede expresarse
en forma aproximada a una función del tiempo de llegada a otro detector cualquiera, por medio de la siguiente
formula:
Ruido
Reflejo
Velocidades
muy altas Velocidades
pequeñas
∑ ( )
∑ ( ( ) )
Se suman los defectos y los ponemos en el centro
La suma de detectores conectados en serie.
Valor máximo de c=M
M: Numero de detectores
Se recomienda hacer pruebas de ruido, que es donde se trata de estudiar la respuesta sísmica del área de trabajo
ante diferentes frecuencias
( )
( ( )) ( )
( )
( (
) )
( ( )) ( )
( )
( )
( )
| (
( )
)
(
( ) )|
Frecuencias
Am
plit
ud
es
Banda de aceptación
Zona de atenuación
Zona de cruce
Las fuentes de energía sísmica deben tener las siguientes características:
Adecuada intensidad para penetrar hasta los objetivos geológicos,
una señal con un amplio ancho de banda,
una fuente sintonizada, balanceada y con espectro plano.
una señal estable y repetible.
Explosivos
Son una fuente de energía impulsiva porque transfieren energía sísmica al interior de la Tierra en forma de un
impulso de corta duración. Es preferente perforar lo suficientemente profundo para asegurar que la carga
explosiva se encuentre en una capa consolidada (debajo de la capa de baja velocidad).
Firma de la Señal de Campo Lejano para un Explosivo.
Asumiendo un medio homogéneo, se perforan dos agujeros con separación de 100 m. Un explosivo se coloca en
el agujero somero y un geófono es instalado en la base del segundo agujero. Posterior a la explosión, una señal es
recibida por el geófono. La parte izquierda de la figura muestra la ondícula registrada, la amplitud está
normalizada (las amplitudes son divididas por la máxima amplitud).
Figura 11. Técnica con explosivos. Imagen tomada de Gadallah, M., and Fisher R., Applied Seismology.
Figura 12. Medición de la Firma de Campo Lejano para una fuente explosiva.
Figura 14. prueba de carga en profundidad.
Figura 1. Componentes de un Vibroseis.
La amplitud, duración y ancho de banda son
proporcionales a la masa de la carga explosiva.
En esta imagen podemos observar que entre
mayor sea la masa de explosivo aumenta la
amplitud como el ancho de banda en tiempo
de la señal y el contenido de frecuencias
disminuye esto quiere decir que podemos
obtener información más profunda.
A mayor masa mayor amplitud más
profundidad.
Pruebas de Campo.
El medio de entorno de una carga también puede
afectar la señal sísmica. Perforar más profundo podría
ubicar la carga en un medio de disparo más favorable,
produciendo amplitudes grandes y anchos de banda
amplios. Sin embargo, incrementar la profundidad y el
tamaño de la carga no solo aumenta el costo sino
también puede afectar la calidad de la señal. Las
pruebas de campo son implementadas para identificar
el tamaño de la carga y la profundidad de disparo.
Una carga de masa constante es detonada a diferentes
profundidades, una vez que se determina la
profundidad se hacen pruebas con diferentes tamaños de
explosivo.
Vibroseis
Es un vehículo con una fuente de energía montada que produce vibratorio, es decir, una señal de frecuencia
barrida de relativa larga duración (2 a 32 seg.) Los principales componentes de un sistema Vibroseis se ilustran en
la siguiente figura.
Operación del Vibroseis.
1.Dos o más Vibroseis son ubicados en un arreglo
de fuente en un sitio fuente.
2.Las planchas del Vibroseis golpean el suelo, se
ocupa el peso del camión para anexar más
fuerza.
3.Una señal de barrido de frecuencia (señal
piloto) es transmitida del camión de
instrumentos a cada vibroseis.
Figura 13. Efecto del tamaño de carga en la señal sísmica.
Figura 3. Correlación del Vibroseis.
Figura 5. Ondícula de Klauder.
Figura 6. Resolución versus Ancho de banda del barrido.
4.Los vibroseis ingresan la señal al suelo y los receptores registran simultáneamente.
5.Se registra la señal durante el tiempo de barrido más el tiempo de escucha.
6.Todos los registros para un solo sitio son verticalmente apilados (sumados) en un solo registro.
7.Se aplica una correlación cruzada entre los registros y la señal piloto filtrada (filtro taper) para producir un
registro tan largo como el tiempo de escucha.
Para cada registro, existe un considerable traslape entre
las reflexiones que el registro no es interpretable. Por lo
anterior, se requiere una correlación cruzada con la señal
piloto. La correlación cruzada mide la similitud entre dos
series de tiempo.
Los picos por ruido tienen que ser suprimidos
previamente a la correlación cruzada entre la señal piloto
y el registro crudo. Por otro lado, recordemos que la
correlación cruzada entre un pico con la señal piloto
produce una señal piloto invertida, misma que es
combinada con el registro de salida lo cual produce una
señal sin sentido geológico.
La ondícula de Klauder (figura 5) es usada para
representar la reflexión ondicular producida por
la correlación de fase cero. Las características de
la ondícula de Klauder son: Definición,
Resolución y Anchura. La resolución se puede
considerar como el ancho sobre el eje del
tiempo para un pico (o valle), tp. Lo anterior
asume que para todas las frecuencias en un
barrido tienen la misma amplitud, asimismo, el
barrido es lineal. La definición se puede definir
como el cociente entre la amplitud del pico más
grande (o valle) y la amplitud de pico adyacente
(o valle): A1/A2. La anchura, w, es una medida
de la duración de la ondícula en unidades de tiempo. Se puede calcula como w = 2/ ancho de banda en
Hz.
Una buena resolución depende más de un ancho de
banda en octavas que en Hertz.
Fantasmas por Correlación del Vibroseis.
Ondas armónicas son producidas con el barrido del
vibroseis. Un efecto de dichas ondas es la generación de
fantasmas en la correlación del vibroseis (correlación
del registro con la señal piloto), esto es, un tipo de ruido
coherente en los registros del vibroseis correlacionado.
Figura 9. Ejemplos de fantasmas por correlación de vibroseis para un
barrido creciente.
Tiempo de duración de un fantasma
La duración en tiempo de cualquier
fantasma es la diferencia entre los
tiempos de arribo de la frecuencia más
alta y más baja. Para un barrido
decreciente:
Para un barrido creciente:
Para el barrido decreciente, los tiempos de arribo son positivos.
Mientras que para el barrido creciente, los tiempos de arribo son
negativos.
La figura de la derecha representa trayectorias de rayos desde una fuente hasta receptores hacia uno y otro lado
en un caso de horizonte reflector inclinado. Además se ilustra la hipérbola de reflexión resultante y las fórmulas
(obtenidas de deducciones trigonométricas) para calcular los tramos iluminados (AB y AC), así como el ángulo f de
buzamiento de la interfaz, la velocidad media Vm entre el horizonte y la superficie topográfica y la profundidad Z
perpendicular a la capa. Puede verse que la longitud superficial total con receptores es mayor que la longitud
total iluminada en el subsuelo.
Métodos de
adquisición
sísmica
Adquisición Sísmica 2D
Adquisición Sísmica 3D
Adquisición Sísmica
Multicomponente
Adquisición Sísmica 4D
Terrestre
Marina
Terrestre
Marina
Transicional
Terrestre
Marina
Terrestre
Marina
Transicional
REMENBRANZA HISTÓRICA:
En 1956 el estadounidense Harry Mayne propuso el método de Apilamiento o Suma (Stacking), también conocido
como de Recubrimiento Múltiple (Multiple Fold), Punto Común Profundo o PCP (Common Depth Point o CDP), y
el correspondiente procesamiento de la información en computadora, cuyo desarrollo (en el Massachussets
Institute of Technology) fue fundamental para hacer posible la aplicación práctica del método. Ya sea en sísmica
bidimensional o en la más moderna tridimensional, cada punto en el subsuelo resulta registrado varias veces a
partir de distintas posiciones de fuente y receptores, de lo que resulta el apilamiento, que en los primeros años
era de 6 veces (en la jerga suma de 6, ó de 600%), fue aumentando con el progreso tecnológico y actualmente
suele ser de 48 (4800%) o más para trabajos de sísmica 3D, mientras que en trabajos de adquisición 2D suele
recurrirse a 96 (9600%) o más, es decir que en general se emplea un mayor recubrimiento cuando los datos se
adquieren sólo en líneas separadas, ya que en las secciones resultantes no hay control de información lateral
como sí ocurre en un volumen sísmico (tridimensional).
El principio de aplicación del método de Punto Común Profundo es el mismo ya sea en adquisición marina como
terrestre. Se lo esquematiza en la figura de la izquierda.
¿Cuál será el offset para tener una reflexión?
x t
0 0 2
10 705,307923 2,03085322
20 1455,88094 2,12835554
30 2309,40108 2,30940108
40 3356,39852 2,61081458
45 4000 2,82842712
h= 2000 m
v= 2000 m/s
t0= 2 s
√ (
)
1
1,5
2
2,5
3
0 1000 2000 3000 4000 5000
t (s
)
x (m)
offset vs tiempo
Secuencia Básica de Procesamiento de Datos (Ozdogan Yilmaz)
1. Preprocesado.
2. Deconvolución.
3. Ordenamiento por CDP (Punto medio
común).
4. Análisis de velocidad.
5. Corrección NMO (Normal Moveout) y
Apilado.
6. Corrección estática residual.
7. Procesado post apilado.
8. Migración.
Preprocesado
Los datos provenientes del campo son demultiplexados. Los datos son ordenados en registros de trazas
sísmicas con punto de disparo común.
Edición de trazas.
Eliminación de trazas con ruido, trazas con glitches transitorios (registro 40), señales monocromáticas (de
una frecuencia, registro 3). Corrección de inversión de polaridad (registro 2).
Figura. Muliplexado y demultiplexado de datos.
Corrección de la divergencia
esférica. La función de ganancia
de amplitud depende del tiempo
de viaje y la velocidad.
Corrección de la divergencia esférica. La función de
ganancia de amplitud depende del tiempo de viaje y
la velocidad.
Incorporación de la geometría de campo en los
encabezados.
Las coordenadas geográficas de receptores y fuentes
son grabadas en los encabezados de traza.
Deconvolución pre-apilado.
Este método mejora la resolución temporal de las
trazas al extraer la ondícula (de la fuente sísmica)
contenida en la traza sísmica; comprimiendo la
ondícula a un impulso. Para dicho proceso también es
utilizado el filtro optimo de Wiener.
Ordenamiento por CMP (Common Midpoint).
Figura 2A. La adquisición de datos es hecha en
coordenadas (s,g) fuente-receptor. Las trayectorias de
los rayos están asociadas con un reflector plano de un
punto de disparo S a receptores G. Las coordenadas
de procesado punto medio-distancia media, (y,h)
están definidas en términos de (s,g): y = (g + s)/2 ; h =
(g – s)/2.
Figura 2B. El procesado de datos es hecho en
coordenadas punto medio-distancia media (y,h). Las
trayectorias de los rayos están asociadas con una
ventana de un punto medio común (CMP en inglés).
Figura 2A
Figura 2B
Figura. Espectros de velocidad a partir de
ventanas CMP. Nota las tendencias comunes
entre las funciones de velocidad y la pérdida de
resolución en los trenes a tiempos largos.
Figura. Campo de velocidad de apilamiento
sobre la longitud en la línea sísmica. El gráfico
también se puede ver como un mapa de
contorno de isovelocidades.
Figura. Ventanas CMP después de la corrección
NMO usando los espectros de velocidad. Los
eventos primarios son aplanados.
Figura. Ventanas CMP después de eliminar las
señales distorsionadas.
Análisis de Velocidad.
El análisis de velocidad se desarrolla en ventanas CMP
seleccionadas o en grupos de ventanas. El resultado de un
análisis de velocidad es una tabla de números como una
función de velocidad contra el doble tiempo de viaje (en
offset cero), también llamado espectro de velocidad. Dichos
números, representan alguna medida de coherencia en la
señal a lo largo de las trayectorias hiperbólicas, gobernados
por la velocidad, offset medio y el tiempo de viaje.
Las funciones de velocidad son seleccionadas a partir de
estos espectros sobre los picos de máxima coherencia. Estas
funciones son entonces espacialmente interpoladas entre
los puntos de análisis a través de todo el perfil sísmico.
Corrección NMO. La corrección Normal Moveout
(NMO) consiste en aplanar los reflectores de las
ventanas CMP. A partir del campo de velocidad, se
pueden conocer los tiempos de viaje necesarios
para corregir el efecto del offset (forma parabólica
de los reflectores).
Derivado de la corrección NMO, se generan distorsiones de
la señal para tiempos someros. Por lo tanto, para evitar la
degradación de los primarios en tiempos someros, las
señales son suprimidos.
Figura. Apilado CMP asociado con las ventanas CMP. Los triángulos se refieren a las localidades (número de
CMP) donde se efectuaron los análisis de velocidad.
Apilado.
El apilado de las trazas de CMP se obtiene al sumar todas las trazas.
Corrección estática residual. A partir de las ventanas corregidas por NMO en la figura, observa que los eventos en
el CMP 216 no son tan planas como en otras ventanas. El moveout (alejamiento) en las ventanas CMP no siempre
forman una trayectoria hiperbólica perfecta. Lo anterior se debe a un problema de distorsión dinámica o estática,
es decir, irregularidades de velocidad en una vecindad cercana a la superficie. Las variaciones de velocidad
pueden causar moveouts negativos, es decir, un primario llega primero en trazas de offset lejano que en trazas de
offset cercano.
Las correcciones estáticas residuales son calculadas en ventanas CMP con moveout corregido (corrección de la
hipérbola): los desplazamientos de tiempo están en función de las posiciones de las fuentes y receptores, y no de
las trayectorias entre dichos puntos. Las correcciones estimadas son aplicadas en ventanas CMP originales sin
corrección NMO.
Con los moveouts corregidos, el análisis de velocidad se desarrolla nuevamente. Con los nuevos espectros de
velocidad las ventanas CMP con corregidas por NMO.
Finalmente, las ventanas CMP son apiladas. Las siguientes figuras muestran la continuidad de los reflectores con y
sin corrección estática residual, observa el segmento de puntos medios 53-245.
Procesado Pos-apilado
La deconvolución predictiva, en ocasiones, es un proceso efectivo en la eliminación de reverberaciones o
múltiples de periodo corto. Filtro pasa-bandas variante en el tiempo es usado para suprimir bandas de frecuencia
ruidosa. Compensación de la amplitud de traza en traza para amplificar la amplitud débil en reflexiones profundas
sin destruir las relaciones de amplitud lateral debido a la reflectividad del subsuelo.
Filtro pasa bandas variante en el tiempo.
Se muestra un conjunto de ventanas con diferente filtro pasa banda. Hacia la izquierda las frecuencias aumentan
para el mismo ancho de banda. Se observa que para frecuencias altas el ruido aparece en tiempo mayores. De
este modo, el filtro pasa banda variante en el tiempo consiste en el filtrado de la señal respecto de la frecuencia y
el tiempo, es decir, cuando el tiempo aumenta el filtro corta las altas frecuencias.
Se muestran dos ventanas apiladas. Izquierdo. Datos sin filtro de frecuencia variante en el tiempo (FVT) y sin
ganancia de amplitud. Derecha. Con filtrado FVT y ganancia rms.
Migración
Al migrar datos apilados, los eventos con echado son desplazados a sus posiciones verdaderas y las parábolas de
difracción son colapsadas a un punto.
Características de las reflexiones sísmicas
Método más moderno y más común
Generalmente los perfiles se constituyen de agrupaciones de geófonos de 300 m a 5000 m de longitud. La
longitud de la agrupación de geófonos determina la longitud del horizonte de reflexión cubierto: longitud
del horizonte de reflexión cubierto = media longitud de la agrupación de geófonos instalada en la
superficie. Se alcanza estructuras ubicadas en profundidades hasta 10km. Por recubrimientos múltiples se
puede cubrir continuamente el horizonte de reflexión.
Menor distancia entre tiro y geófonos.
Se determina la impedancia = producto de la velocidad y la densidad correspondiente a una capa. Se
obtiene informaciones acerca de la geometría de las formaciones geológicas (localización de interfases).
Se emplea energía sísmica de frecuencia alrededor de 30Hz. Las frecuencias dominantes están en el rango
de 15 a 50Hz.
Se emplea geófonos de frecuencia natural de 6Hz o más, sensibles a vibraciones entre 10 y 150Hz.
La configuración de los geófonos es relativamente compleja.
El procesamiento y la interpretación de los datos son más sencillos en comparación a la sísmica de
refracción.
Se las aplica en la sísmica marina, en la prospección petrolífera, en la prospección minera y en la sísmica
subterránea.
BIBLIOGRAFIA
SHERIFF, R.E., GELDART, L. P. Exploración Sismológica México Limusa, 1991
CAVADA, José M. Guia de Prospeccion Sismica por Refraccion Departamento de Ingenieria Geofisica Facultad de Ingenieria Universidad Central de Venezuela Venezuela Versión1.4, Mayo 2000
FUSTER, JOSE., MARTINEZ, STRONG PABLO. INTRODUCCION A LA
PROSPECCION GEOFISICA. EDICIONES OMEGA
FISHER, RAY, L., GADALLAH, MAMDOUH. APPLIED SEISMOLOGY
Presentaciones de GEOLOGIA DEL PETROLEO, M en I. Alberto Herrera Palomo
