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
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO
FACULTAD DE INGENIERA
DIVISIN DE CIENCIAS DE LA TIERRA
Prospeccion Sismica
APUNTES SEGUNDA PARTE
Fecha de entrega: 19-5-2015
GMEZ MADRIGAL TONATIUH OLLIN
SSMICA DE REFLEXIN
Principales herramientas en la industria petrolera pueden explorar a 6-7 mil metros de profundidad.
En 1981 se registr la primera reflexin 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 mtodo de reflexin: campo Maud.
1930 Mtodo de reflexin es ms importante en comparacin con el mtodo de refraccin.
Este mtodo se caracteriza por obtener las propiedades del subsuelo a partir de las ondas ssmicas
reflejadas. Este mtodo requiere una fuente ssmica controlada de energa, tales como dinamita/Tovex,
una pistola de aire especializada o un vibroseis.
Cuando una onda ssmica viaja a travs de la Tierra se encuentra con una interfaz entre dos materiales
con diferentes impedancias acsticas, algo de la energa de la onda se reflejar en la interfaz y algunos se
refractan a travs de la interfaz. En su forma ms bsica, la tcnica ssmica de reflexin consiste en la
generacin de las ondas ssmicas 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
ssmicas, un geofsico entonces intenta reconstruir las vas de las ondas con el fin de construir una imagen
del sub-suelo.
El principio general de la reflexin ssmica es enviar ondas elsticas en la Tierra, donde cada capa dentro
de la Tierra refleja una parte de la energa de las ondas de nuevo y permite que el resto a travs de
refractar. Estas ondas de energa 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
tpico utilizado es un instrumento pequeo, porttil conocido como un gefono, que convierte el
movimiento del suelo en una seal elctrica analgica. En el agua, se utilizan hidrfonos, que convierte
los cambios de presin en seales elctricas. Cada respuesta de los receptores de un solo tiro se conoce
como una "huella" y se graba en una cinta magntica, entonces el lugar de la inyeccin se mueve a lo
largo de y el proceso se repite. Por lo general, las seales registradas son sometidos a cantidades
significativas de procesamiento de la seal antes de que estn listos para ser interpretados y esta es un
rea de investigacin activa significativo dentro de la industria y la academia.
Del dibujo se observa:
(
)
Tiempo que tarda la onda en ir a la fuente
(
)
Gefono Distancia (m)
Time (ms)
NMO
(ms)=t
Correccin
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 acstica
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 estn
en el mismo punto
Normal Move Out
Es una correccin utilizada para normalizar los eventos.
La correccin 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 energa con respecto a una que estuviera en la misma posicin de la fuente y est dado
por:
Sobre tiempo normal
Lugar geomtrico de una reflexin es una hiprbola 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 geometra de propagacin de las ondas tambin de la distancia y no tiene nada que ver con los echados que puede aparecer, las trayectorias son hiprbolas, Es la primera correccin de los datos,
A mayor profundidad mayor atena 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.
Geometra de las ondas reflejadas
En trabajos de ssmica de reflexin, pulsos de energa 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 aqu la velocidad
promedio en n capas est 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 geometra bsica de la trayectoria reflejada se muestra en la
fohura para el caso de reflector horizontal
[ (
)
]
[ (
)
]
(
)
Note que NMO es una funcin del offset, velocidad y profundidad del reflector z (ya que z=vt0/z). El concepto de
move-out es fundamental para el reconocimiento, correlacin y mejoramiento de los eventos.
Ecuacin de la curva de tiempo-distancia. La teora matemtica de reflexin es muy sencilla en el
mtodo de reflexin se observa el tiempo de la onda reflejada.
La Reflexin 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= nmero 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 ssmica y se propaga al interior de la Tierra
como una funcin de la longitud de onda.
Se pueden eliminar
con un mayor nmero
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 pequeo y se desprecia, es posible despejar la velocidad. Esto slo puede aplicarse si x>>>>>>>>>> tiene una velocidad muy alta.
Velocidad aparente del ruido : x/t a ms profundidad mayor velocidad, la velocidad en superficie es menor.
Secuencia de reflectores horizontales
En una tierra est 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
pequeas en comparacin a las profundidades de
los reflectores, la curva T-X sigue siendo
especialmente hiperblica pero habr que
remplazar por la velocidad promedio o para una
mejor aproximacin la frmula de Dix.
Esta ecuacin aplica para un offset pequeo (x
El valor individual del NMO asociado con cada reflector puede adems usarse para derivar una velocidad
cuadrtica media para las capas arriba del reflector. Los valores de Vrms, para cualquier reflector puede usarse
para calcular velocidades de intervalo usando la frmula de Dix, para calcular velocidades de intervalo n usamos
son respectivamente, la velocidad cuadrtica 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 incgnita de la curva tiempo-distancia, la ecuacin se deriva en
forma similar a la usada para cada capa horizontal, considerando la trayectoria as como la velocidad de
propagacin.
Pg. 19 de libro para gelogos
La expresin del tiempo es
Move out
Usando los diferentes tiempos de viaje dados por la ecuacin 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 mltiples adems de los rayos que regresan a la superficie despus de
haber sido reflejados, los cuales se conocen como reflexiones primarias o primarios, hay una gran cantidad de
trayectorias que regresan a la superficie despus de haber sido reflejadas en uno o mas contactos. Tales rayos o
trayectoria se les denominan reverberaciones, reflexiones mltiples o simplemente mltiples, una variedad de
posibles rayos que involucran reflexiones mltiples son:
[
]
( )
M
primary
Double path multiple
Near Surface multiples
Pen-leg multiple
Varios tipos de reflexiones mltiples en la tierra estratificada.
Generalmente las reflexiones mltiples tienden a tener amplitudes ms bajas que las reflexiones primarias debido
a las prdidas de energa en cada reflexin, sin embargo hay dos tipos de mltiples que se reflejan.
Reflexiones fantasmas: Cuando los rayos de una explosin 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 despus de la
reflexin primaria.
Reverberacin de lmina 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 mltiples en funcin del tiempo intermedio entre la reflexin
primaria y ellos:
Mltiple de corto perodo: No se pueden separar en el registro ssmico.
Mltiple de largo perodo: Tienen un retraso tan importante que constituyen eventos separados en el registro
ssmico.
El sismograma de reflexin
Representa la respuesta combinada del terreno estratificado y del sistema de registro a un pulso ssmico, en cada
superficie, una parte de la energa incidente es reflejada, y el reflector recibe una serie de pulsos reflejados cuya
amplitud depende dela distancia y de los coeficientes de reflexin, si se asume que el pulso permanece constante
segn se propaga, la traza ssmica puede considerarse como la convolucin del pulso de la seal, con una funcin
de reflectividad, como el pulso tiene una longitud finita, las reflexiones individuales se superponen en el
sismograma resultante.
Tiempo de representacin
La forma inicial de representar los datos de un perfil es en grupos de
trazas ssmicas (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 lmite de obtenemos:
(
)
(
)
Donde sabemos que
(
)
Procesamiento ssmico
Arreglamos datos, editamos gather; velocidades de propagacin, Apilado (starking), Filtramos, deconvulcin.
Mejorar la imagen [ ]
Secciones ssmicas 2D
Cubos ssmicos 3D
(
)
(
)( )
Observando la figura sabemos que:
Por lo tanto
Sabemos que
Al ser el angulo muy pequeo solo tomaremos el seno y despreciaremos el coseno
Interpretacin Ssmica
Dato de entrada (cubo ssmico)
Datos geolgicos
Mapas, anomala de amplitud, lugares para perforar pozos .
Exploratoria
Introduccin a la Adquisicin y procesamiento ssmico.
Antes se utilizaban cintas magnticas para grabar la informacin, actualmente esta se digitaliza, es decir, se
muestra a un cierto t. de acuerdo con la teora del tratamiento de seales, el intervalo de muestreo es muy
importante, pues de ello depende las frecuencias que se puedan observar, esto se demuestra con la aplicacin de
la frecuencia de Nyquist.
Donde se observa que la frecuencia mxima observable es inversamente proporcional a al intervalo de muestreo.
En reflexin se utiliza por lo comn 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
resolucin es muy baja.
Otra consideracin importante es que, por practicidad la seal grabada est multiplexada. Es decir, es acomodada
de un modo particular de modo que es necesario demultiplexarla antes de poder trabajar.
Todas las muestras de datos ssmicos de un mismo canal son ordenadas en funcin del tiempo.
Espesor impregnado
O
rea de reservas
Evaluacin econmica
Figura. Multiplexado y demultiplexado de datos.
Luego de esto hay que aplicar correcciones estticas y corregir por NMO para apilar la sea. El apilamiento
permite la eliminacin de ruido aleatorio. El ruido coherente (ground roll) no se puede eliminar de esta forma,
para ello se utilizan arreglos de gefonos durante la adquisicin en campo.
Sistemas de registro.
Los sistemas de registro detectan y registran impulsos elctricos a partir de grupos de detectores con la precisin
y fidelidad mxima, mnima distorsin, y la capacidad de fcilmente recuperar la informacin para procesos y
anlisis subsecuentes. Los requisitos de funcionamiento de estos sistemas incluyen un rango dinmico amplio, un
ancho de banda grande, rango amplio de amplitudes, distorsin baja de armnicos y ruido de sistema mnimo.
Los sistemas modernos de registro ssmico consisten de dos partes distintas: un sistema marino o terrestre y un
sistema en el barco o camin.
El mdulo o sistema marino o terrestre siempre est cerca del grupo de detectores. Sus principales componentes
son:
Preamplificador (preamp).
Filtro notch y corta bajas.
Modulador sigma delta.
Mdulo FIR, por sus siglas en ingls: finite impulse response.
Sensor group: grupo de detectores.
Preamp: preamplificador. Incrementa la
amplitud de la seal ssmica detectada.
Filtro corta bajas y notch. Este filtro
elimina ruidos.
Modulador sigma delta: Es un
convertidor analgico-digital.
FIR: Este mdulo genera una seal de
salida a 24 bits.
Sistemas de registro marino
Cable reel: carrete del cable. Towing bridle: freno del cable de remolque. Lead in section: seccin de gua. 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 hidrfonos y componentes electrnicos que aplican filtros a los datos, convierte la seal analgica en seal digital y hace pruebas de funcionamiento a los instrumentos. Dead sections: actan como separadores de los live sections. Adquisicin marina
Para levantamientos marinos los gefonos permanecen horizontales, estos son equilibrados en el mar gracias a
los birds, los cuales miden la presin del ambiente y se nivelan. Los cables son de 5 a 12 kilmetros. 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 gefono es un transductor que consta de un casco, un imn permanente y un spike. El sistema est definido
por un periodo:
Gefonos
La ssmica est en constante evolucin desde sus inicios. El gefono es un transductor, su funcionamiento es la
captacin, amplificacin y envi de la seal ssmica y que est en contacto con la superficie terrestre.
Esencialmente es una bobina suspendida en un campo magntico, esta disposicin simple puede detectar
vibraciones en la superficie de la tierra. Tambin se le conoce como sismodetector, sismmetro o receptor.
Sus componentes le permiten detectar el movimiento del suelo el cual es generado por una fuente energtica
( explosivos, pistolas de aire y vibroseis.)
Elementos de un Gefono.
Un sismodetector se compone principalmente de 5 elementos
a) Casco (carcasa)
b) Un imn permanente
c) Un conductor
d) Un receptor
e) Spiks
Casi todos los gefonos que se usan en levantamientos terrestres son del tipo electromagntico, estos consisten
en una bobina y un imn, uno de los elementos
Es una ecuacin diferencial de ordinaria de segundo grado no homognea, que representa el movimiento de una
oscilacin con amortiguamiento, la solucin de esta ecuacin es:
( ) ( )
Donde est dado por
A travs del amortiguamiento se busca eliminar el ruido, con la ecuacin de movimiento armnico simple se llega a la ecuacin siguiente que describe la fase:
En los gefonos se consideran los factores como son la distorsin 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 gefonos convencionales o gefonos planos. Tambin existen los
gefonos multicomponentes o 3C. Estos se usan para estudios de onda convertida. Son 3 gefonos en
uno y estn orientados al norte. Otro tipo de gefono es el VSP, o vertical seismic profile.
Es necesario recordar que los gefonos 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 gefonos son construidos con ciertas especificaciones y limitaciones, las cuales deben ser tomadas en
cuenta pues puede que se tomen en cuenta datos que est fuera de estos lmites.
- [ ] - 20 de echado - Sensibilidad de [ ]
Existen gefonos 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:
Mdulos electrnicos o cajas:
Transforman las seales analgicas
en digitales.
Cables de lnea en seccin: Conecta a
los mdulos electrnicos.
Mdulos de interfase en lnea:
Reciben la seal del grupo de
gefonos, las ordena y retransmite al
camin.
Cables de salto: Estos dan
conectividad entre los mdulos de
interfase y el camin.
(
)
Sistema de registro en el camin
Unidad de control.
Mdulos para las lnea de interfase y
streamers.
Mdulo de correlacin y apilamiento.
Sistemas de grabacin (tapes).
Tarea
Gefono.
Las ondas ssmicas causan movimiento de la superficie terrestre, dicho movimiento puede ser descrito en
trminos de desplazamiento, velocidad, y aceleracin. Para los gefonos, la velocidad es el parmetro ms fcil
de medir. Los gefonos contiene una bobina inmersa en un campo magntico, aprovechando La Ley de Lenz, un
voltaje elctrico es generado en la bobina cuando tiene un movimiento relativo al campo magntico.
Matemticamente.
Donde
Componentes del gefono
Envoltura: Case.
Clavo: Planting spike.
Magneto: Permanent magnet.
Masa: Mass.
Bobina: Wire coil.
Resorte: Spring.
El flujo magntico se puede definir por la densidad de flujo B y el rea A a travs 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
rea total a travs del cual las lneas de campo magntico cruzan la bobina.
Se asume que la bobina est restringida a un movimiento perpendicular al campo magntico, y el cambio de rea
se puede describir como dA=l ds, donde l = circunferencia de la bobina y ds= desplazamiento de la masa respecto
de la envoltura del gefono. Sustituyendo dA,
Ya que la envoltura del gefono se mueve con la tierra,
donde v= velocidad de partcula de tierra. Por lo
tanto, tenemos:
El voltaje de salida, e, del gefono es directamente proporcional a la velocidad, v, de partcula de tierra.
Figura. Unidad de control.
Los gefonos estn construidos para registrar el movimiento vertical, radial (en la direccin fuente-receptor) y
transversal (ortogonal a la direccin fuente-receptor).
El sistema de gefonos de tres componentes, figura 13, se ocupan para registrar las ondas P y S.
Amortiguacin
El amortiguamiento se usa en gefonos para evitar la oscilacin de la masa en su frecuencia natural misma que
depende de la cantidad de masa y la constante del resorte. Los primeros gefonos amortiguaban con aceite. Hoy
en da, el amortiguamiento es elctrico a travs de un resistor en la salida.
El parmetro h es usado para describir el amortiguamiento, con h = 1
tenemos amortiguacin crtica, h < 1 significa sub amortiguado, y h > 1
significa un gefono sobre amortiguado. Cuando no hay
amortiguacin, h = 0, el gefono oscila continuamente en su
frecuencia natural.
La amortiguacin crtica significa que la masa despus de que se
desplaz, regreso a su posicin de equilibrio. Sin embargo, la
amortiguacin normal para un gefono es 0.7 (70% del valor crtico)
esto genera una ligera sobre oscilacin (5%).
Cambio de fase
Los gefonos introducen cambios de fase entre la entrada y salida de la seal. De acuerdo con el grfico, un
cambio de fase de 90 grados siempre ocurre en la frecuencia natural independientemente del grado de
amortiguacin.
Figura 14. Amortiguacin del gefono.
Figura 15. Respuesta de fase en el gefono.
Resonancias Parasticas
Un gefono tiene otras resonancias vibracionales que se acoplan incorrectamente en el modo primario de
movimiento, lo anterior produce una resonancia espuria o parastica en los registros.
Instalacin de un gefono
No solo es importante que un gefono sea instalado verticalmente sino tambin firmemente en contacto con la
tierra.
Adquisicin terrestre 3D
Cuando se elaboraban secciones 2D se tena por costumbre colocar el tendido de la lnea en direccin
perpendicular al echado de las capas, es decir en la direccin de la lnea de mxima pendiente. Con esto se
pretenda aumentar el volumen de informacin obtenida. Esta costumbre se extrapol a los levantamientos 3D,
sin embargo no era necesario.
Figura 16. Resonancia espuria o parastica.
Figura 17. Condiciones para instalar un gefono.
En un levantamiento ssmico 3D se tiende una red
formada por dos tipos de lneas paralelas, tal y como
se muestra en la imagen superior. Las azules son las
in-lines, y estn conformadas por gefonos.
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 ms somero que se est buscando.
El patch (Template) o swag son el conjunto de lenas vivas en determinado momento. Existeun software
llamado MESA que permite contar cuntas veces se obtiene un mismo punto. El bin es un equivalente a los CMP,
sus dimensiones son la (
). El nmero de puntos que caigan en el bin corresponde
al fold o nmero de trazas apiladas.
Una vez que se ha delimitado una zona de estudio, esta
se debe extender debido al proceso de migracin.
Cuando se migra un segmento este se hace ms corto y
aumenta su echado. Aunado a esto debe tomarse en
cuenta el fold taper, con lo que se incremente an ms
el rea del levantamiento.
En forma general el procesamiento ssmico Arreglamos datos, los editamos. Gather: velocidad de propagacin,apilado ( stacking) Filtramos de convolucion. Mejorar la imagen (Migracin ssmica) Nos produce secciones ssmicas (nos habla de la geologa del rea)
En forma general Interpretacin ssmica Secciones ssmicas 2D Cubo ssmicos 3D (Datos de entrada, cubo ssmico) Transformar datos geolgicos, mapas anomalas de amplitud Lugares para perforar pozos exploratorios.
Ruido coherente: Ayuda a reconstruir la seal, se observa porque se correlaciona con cada traza. Ondas directas: energa que viaja directamente de la fuente a los detectores. Ondas refractadas: llegan a la interface con un ngulo crtico igual a 90, la onda se refracta. Onda difractada: la energa se dispersa en un punto. Ruido aleatorio o incoherente No tiene correlacin 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 es el nmero de detectores interconectados. En reflexin se trata de atenuar las ondas de la superficie y amplificar las de reflexin
Consideraciones generales
Las ondas ssmicas son de carcter esencialmente transitorio y se pueden descomponer en sus componentes de
frecuencia.
Patrones de deteccin para la eliminacin de ruido en trabajos sismolgicos
Resouesta de gyrpos de detectores situados en lnea
La amplitud de cualquier disturbio sismico para un detector determinado ya sea reflejo o ruido.
La amplitud de cualquier disturbio ssmico para un detector determinado, ya sea reflejo o ruido, puede expresarse
en forma aproximada a una funcin del tiempo de llegada a otro detector cualquiera, por medio de la siguiente
formula:
Ruido
Reflejo
Velocidades
muy altas Velocidades
pequeas
( )
( ( ) )
Se suman los defectos y los ponemos en el centro
La suma de detectores conectados en serie.
Valor mximo de c=M
M: Numero de detectores
Se recomienda hacer pruebas de ruido, que es donde se trata de estudiar la respuesta ssmica del rea de trabajo
ante diferentes frecuencias
( )
( ( )) ( )
( )
( (
) )
( ( )) ( )
( )
( )
( )
| (
( )
)
(
( ) )|
Frecuencias
Am
plit
ud
es
Banda de aceptacin
Zona de atenuacin
Zona de cruce
Las fuentes de energa ssmica deben tener las siguientes caractersticas:
Adecuada intensidad para penetrar hasta los objetivos geolgicos,
una seal con un amplio ancho de banda,
una fuente sintonizada, balanceada y con espectro plano.
una seal estable y repetible.
Explosivos
Son una fuente de energa impulsiva porque transfieren energa ssmica al interior de la Tierra en forma de un
impulso de corta duracin. 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 Seal de Campo Lejano para un Explosivo.
Asumiendo un medio homogneo, se perforan dos agujeros con separacin de 100 m. Un explosivo se coloca en
el agujero somero y un gefono es instalado en la base del segundo agujero. Posterior a la explosin, una seal es
recibida por el gefono. La parte izquierda de la figura muestra la ondcula registrada, la amplitud est
normalizada (las amplitudes son divididas por la mxima amplitud).
Figura 11. Tcnica con explosivos. Imagen tomada de Gadallah, M., and Fisher R., Applied Seismology.
Figura 12. Medicin 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, duracin 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 seal y el contenido de frecuencias
disminuye esto quiere decir que podemos
obtener informacin ms profunda.
A mayor masa mayor amplitud ms
profundidad.
Pruebas de Campo.
El medio de entorno de una carga tambin puede
afectar la seal ssmica. Perforar ms profundo podra
ubicar la carga en un medio de disparo ms favorable,
produciendo amplitudes grandes y anchos de banda
amplios. Sin embargo, incrementar la profundidad y el
tamao de la carga no solo aumenta el costo sino
tambin puede afectar la calidad de la seal. Las
pruebas de campo son implementadas para identificar
el tamao 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 tamaos de
explosivo.
Vibroseis
Es un vehculo con una fuente de energa montada que produce vibratorio, es decir, una seal de frecuencia
barrida de relativa larga duracin (2 a 32 seg.) Los principales componentes de un sistema Vibroseis se ilustran en
la siguiente figura.
Operacin del Vibroseis.
1.Dos o ms 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 camin para anexar ms
fuerza.
3.Una seal de barrido de frecuencia (seal
piloto) es transmitida del camin de
instrumentos a cada vibroseis.
Figura 13. Efecto del tamao de carga en la seal ssmica.
Figura 3. Correlacin del Vibroseis.
Figura 5. Ondcula de Klauder.
Figura 6. Resolucin versus Ancho de banda del barrido.
4.Los vibroseis ingresan la seal al suelo y los receptores registran simultneamente.
5.Se registra la seal durante el tiempo de barrido ms el tiempo de escucha.
6.Todos los registros para un solo sitio son verticalmente apilados (sumados) en un solo registro.
7.Se aplica una correlacin cruzada entre los registros y la seal 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 correlacin cruzada con la seal
piloto. La correlacin cruzada mide la similitud entre dos
series de tiempo.
Los picos por ruido tienen que ser suprimidos
previamente a la correlacin cruzada entre la seal piloto
y el registro crudo. Por otro lado, recordemos que la
correlacin cruzada entre un pico con la seal piloto
produce una seal piloto invertida, misma que es
combinada con el registro de salida lo cual produce una
seal sin sentido geolgico.
La ondcula de Klauder (figura 5) es usada para
representar la reflexin ondicular producida por
la correlacin de fase cero. Las caractersticas de
la ondcula de Klauder son: Definicin,
Resolucin y Anchura. La resolucin 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 definicin se puede definir
como el cociente entre la amplitud del pico ms
grande (o valle) y la amplitud de pico adyacente
(o valle): A1/A2. La anchura, w, es una medida
de la duracin de la ondcula en unidades de tiempo. Se puede calcula como w = 2/ ancho de banda en
Hz.
Una buena resolucin depende ms de un ancho de
banda en octavas que en Hertz.
Fantasmas por Correlacin del Vibroseis.
Ondas armnicas son producidas con el barrido del
vibroseis. Un efecto de dichas ondas es la generacin de
fantasmas en la correlacin del vibroseis (correlacin
del registro con la seal piloto), esto es, un tipo de ruido
coherente en los registros del vibroseis correlacionado.
Figura 9. Ejemplos de fantasmas por correlacin de vibroseis para un
barrido creciente.
Tiempo de duracin de un fantasma
La duracin en tiempo de cualquier
fantasma es la diferencia entre los
tiempos de arribo de la frecuencia ms
alta y ms 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. Adems se ilustra la hiprbola de reflexin resultante y las frmulas
(obtenidas de deducciones trigonomtricas) para calcular los tramos iluminados (AB y AC), as como el ngulo f de
buzamiento de la interfaz, la velocidad media Vm entre el horizonte y la superficie topogrfica 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.
Mtodos de
adquisicin
ssmica
Adquisicin Ssmica 2D
Adquisicin Ssmica 3D
Adquisicin Ssmica
Multicomponente
Adquisicin Ssmica 4D
Terrestre
Marina
Terrestre
Marina
Transicional
Terrestre
Marina
Terrestre
Marina
Transicional
REMENBRANZA HISTRICA:
En 1956 el estadounidense Harry Mayne propuso el mtodo de Apilamiento o Suma (Stacking), tambin conocido
como de Recubrimiento Mltiple (Multiple Fold), Punto Comn Profundo o PCP (Common Depth Point o CDP), y
el correspondiente procesamiento de la informacin en computadora, cuyo desarrollo (en el Massachussets
Institute of Technology) fue fundamental para hacer posible la aplicacin prctica del mtodo. Ya sea en ssmica
bidimensional o en la ms 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 aos
era de 6 veces (en la jerga suma de 6, de 600%), fue aumentando con el progreso tecnolgico y actualmente
suele ser de 48 (4800%) o ms para trabajos de ssmica 3D, mientras que en trabajos de adquisicin 2D suele
recurrirse a 96 (9600%) o ms, es decir que en general se emplea un mayor recubrimiento cuando los datos se
adquieren slo en lneas separadas, ya que en las secciones resultantes no hay control de informacin lateral
como s ocurre en un volumen ssmico (tridimensional).
El principio de aplicacin del mtodo de Punto Comn Profundo es el mismo ya sea en adquisicin marina como
terrestre. Se lo esquematiza en la figura de la izquierda.
Cul ser el offset para tener una reflexin?
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 Bsica de Procesamiento de Datos (Ozdogan Yilmaz)
1. Preprocesado.
2. Deconvolucin.
3. Ordenamiento por CDP (Punto medio
comn).
4. Anlisis de velocidad.
5. Correccin NMO (Normal Moveout) y
Apilado.
6. Correccin esttica residual.
7. Procesado post apilado.
8. Migracin.
Preprocesado
Los datos provenientes del campo son demultiplexados. Los datos son ordenados en registros de trazas
ssmicas con punto de disparo comn.
Edicin de trazas.
Eliminacin de trazas con ruido, trazas con glitches transitorios (registro 40), seales monocromticas (de
una frecuencia, registro 3). Correccin de inversin de polaridad (registro 2).
Figura. Muliplexado y demultiplexado de datos.
Correccin de la divergencia
esfrica. La funcin de ganancia
de amplitud depende del tiempo
de viaje y la velocidad.
Correccin de la divergencia esfrica. La funcin de
ganancia de amplitud depende del tiempo de viaje y
la velocidad.
Incorporacin de la geometra de campo en los
encabezados.
Las coordenadas geogrficas de receptores y fuentes
son grabadas en los encabezados de traza.
Deconvolucin pre-apilado.
Este mtodo mejora la resolucin temporal de las
trazas al extraer la ondcula (de la fuente ssmica)
contenida en la traza ssmica; comprimiendo la
ondcula a un impulso. Para dicho proceso tambin es
utilizado el filtro optimo de Wiener.
Ordenamiento por CMP (Common Midpoint).
Figura 2A. La adquisicin de datos es hecha en
coordenadas (s,g) fuente-receptor. Las trayectorias de
los rayos estn asociadas con un reflector plano de un
punto de disparo S a receptores G. Las coordenadas
de procesado punto medio-distancia media, (y,h)
estn definidas en trminos 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 estn asociadas con una
ventana de un punto medio comn (CMP en ingls).
Figura 2A
Figura 2B
Figura. Espectros de velocidad a partir de
ventanas CMP. Nota las tendencias comunes
entre las funciones de velocidad y la prdida de
resolucin en los trenes a tiempos largos.
Figura. Campo de velocidad de apilamiento
sobre la longitud en la lnea ssmica. El grfico
tambin se puede ver como un mapa de
contorno de isovelocidades.
Figura. Ventanas CMP despus de la correccin
NMO usando los espectros de velocidad. Los
eventos primarios son aplanados.
Figura. Ventanas CMP despus de eliminar las
seales distorsionadas.
Anlisis de Velocidad.
El anlisis de velocidad se desarrolla en ventanas CMP
seleccionadas o en grupos de ventanas. El resultado de un
anlisis de velocidad es una tabla de nmeros como una
funcin de velocidad contra el doble tiempo de viaje (en
offset cero), tambin llamado espectro de velocidad. Dichos
nmeros, representan alguna medida de coherencia en la
seal a lo largo de las trayectorias hiperblicas, 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 mxima coherencia. Estas
funciones son entonces espacialmente interpoladas entre
los puntos de anlisis a travs de todo el perfil ssmico.
Correccin NMO. La correccin 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 parablica
de los reflectores).
Derivado de la correccin NMO, se generan distorsiones de
la seal para tiempos someros. Por lo tanto, para evitar la
degradacin de los primarios en tiempos someros, las
seales son suprimidos.
Figura. Apilado CMP asociado con las ventanas CMP. Los tringulos se refieren a las localidades (nmero de
CMP) donde se efectuaron los anlisis de velocidad.
Apilado.
El apilado de las trazas de CMP se obtiene al sumar todas las trazas.
Correccin esttica 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 hiperblica perfecta. Lo anterior se debe a un problema de distorsin dinmica o esttica,
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 estticas residuales son calculadas en ventanas CMP con moveout corregido (correccin de la
hiprbola): los desplazamientos de tiempo estn en funcin 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
correccin NMO.
Con los moveouts corregidos, el anlisis 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 correccin esttica residual, observa el segmento de puntos medios 53-245.
Procesado Pos-apilado
La deconvolucin predictiva, en ocasiones, es un proceso efectivo en la eliminacin de reverberaciones o
mltiples de periodo corto. Filtro pasa-bandas variante en el tiempo es usado para suprimir bandas de frecuencia
ruidosa. Compensacin de la amplitud de traza en traza para amplificar la amplitud dbil 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 seal 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.
Migracin
Al migrar datos apilados, los eventos con echado son desplazados a sus posiciones verdaderas y las parbolas de
difraccin son colapsadas a un punto.
Tarea
tiro profundidad estratos tiempo cos() t(corregida)
1 2800 200 1,07028547 0,03490659 0,99939083 1,06963348
2 2600 100 1,01319428 0,03490659 0,99939083 1,01257707
3 2500 300 0,98820378 0,03490659 0,99939083 0,98760179
4 2200 500 0,92831972 0,03490659 0,99939083 0,92775421
5 1700 800 0,80356333 0,05235988 0,99862953 0,80246208
6 900 500 0,53797056 0,08726646 0,9961947 0,53592342
7 400 250 0,26283333 0,19198622 0,98162718 0,25800434
8 150 50 0,14906667 0,4712389 0,89100652 0,13281937
9 100 100 0,125 0,64577182 0,79863551 0,09982944
n t(corregida) profundidad z/t
1 1,06963348 2800 2617,71911
2 1,01257707 2600 2567,70579
3 0,98760179 2500 2531,38464
4 0,92775421 2200 2371,31771
3,99756655 10100 10088,1272
n t(corregida) profundidad z/t
1 0,80246208 1700 2118,48017
2 0,53592342 900 1679,34443
3 0,25800434 400 1550,36149
4 0,13281937 150 1129,35332
1,72920921 3150 6477,53941
k= 6366,87663
k/4= 1591,71916
v0= 931,280996
t(corregida) profundidad zc vi V=V0+kz
1,06963348 2800 2817,24034 931,280996 17937952,9
1,01257707 2600 2575,00304 4245,57541 16395657,9
0,98760179 2500 2472,22967 4115,004 15741312,6
0,92775421 2200 2234,03693 3979,98984 14224768,8
0,80246208 1700 1772,29789 3685,29942 11284933,3
0,53592342 900 956,25917 3061,61483 6089315,44
0,25800434 400 346,229306 2194,99102 2205330,56
0,13281937 150 151,771652 1553,36259 967242,668
0,09982944 100 108,8322 1301,59257 693852,471
Caractersticas de las reflexiones ssmicas
Mtodo ms moderno y ms comn
Generalmente los perfiles se constituyen de agrupaciones de gefonos de 300 m a 5000 m de longitud. La
longitud de la agrupacin de gefonos determina la longitud del horizonte de reflexin cubierto: longitud
del horizonte de reflexin cubierto = media longitud de la agrupacin de gefonos instalada en la
superficie. Se alcanza estructuras ubicadas en profundidades hasta 10km. Por recubrimientos mltiples se
puede cubrir continuamente el horizonte de reflexin.
Menor distancia entre tiro y gefonos.
Se determina la impedancia = producto de la velocidad y la densidad correspondiente a una capa. Se
obtiene informaciones acerca de la geometra de las formaciones geolgicas (localizacin de interfases).
Se emplea energa ssmica de frecuencia alrededor de 30Hz. Las frecuencias dominantes estn en el rango
de 15 a 50Hz.
Se emplea gefonos de frecuencia natural de 6Hz o ms, sensibles a vibraciones entre 10 y 150Hz.
La configuracin de los gefonos es relativamente compleja.
El procesamiento y la interpretacin de los datos son ms sencillos en comparacin a la ssmica de
refraccin.
0
2000000
4000000
6000000
8000000
10000000
12000000
14000000
16000000
18000000
20000000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Z (m
)
V (m/s)
Ley lineal
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Pro
fun
did
ad (
m)
Tiempo (s)
Original vs Modelo
Original
modelada
Se las aplica en la ssmica marina, en la prospeccin petrolfera, en la prospeccin minera y en la ssmica
subterrnea.
BIBLIOGRAFIA
SHERIFF, R.E., GELDART, L. P. Exploracin Sismolgica Mxico Limusa, 1991
CAVADA, Jos M. Guia de Prospeccion Sismica por Refraccion Departamento de Ingenieria Geofisica Facultad de Ingenieria Universidad Central de Venezuela Venezuela Versin1.4, 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