mÉtodos sÍsmicos. edgar j marquez.pdf
TRANSCRIPT
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
1/21
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
2/21
UNIV
RSIDAD
Materia: E
OLITECN
ENS
PLORACI
Alumno:
Mri
ICA TERR
YO # 3.
PNF G
ON GEOF
Profes
Edgar MA
a, 14 DE
ITORIAL
ETOD
EOCIENC
ISICA / TR
r: Jairo P
QUEZ
OVIEMB
E MERID
S SISMI
AS
YECTO
a.
CI: 12.0
E DEL 20
KLEBE
O
TRIME
8.694
4
RAMIRE
TRE 1.
Z
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
3/21
MTODOS SSMICOS
La exploracin ssmica emplea las ondas elsticas que se propagan a travs del terreno y que
han sido generadas artificialmente. Su objetivo es el estudio del subsuelo en general, lo cual permite
obtener informacin geolgica de los materiales que lo conforman. La prospeccin ssmica es una
herramienta de investigacin poderosa, ya que con ella se puede inspeccionar con buena resolucin
desde los primeros metros del terreno (ssmica de alta resolucin o ssmica superficial; shallow
seismic) hasta varios kilmetros de profundidad (ssmica profunda; deep seismic). As, para la
ssmica profunda se utilizan fuentes de energa muy potentes (explosivos o camiones vibradores)
capaces de generar ondas elsticas que llegan a las capas profundas del subsuelo, mientras que para la
ssmica superficial se utilizan martillos de impacto, rifles ssmicos y explosivos de baja energa. De
manera que el diseo de una campaa ssmica (equipo y material a utilizar) est en funcin del
objetivo del estudio. Segn esto, la ssmica profunda se emplea en la deteccin de reservorios
petrolferos (ya sea terrestre o martima), grandes estructuras geolgicas (plegamientos montaosos,
zonas de subduccin, etc.), yacimientos minerales, domos salinos, etc. Mientras que la ssmica
superficial tiene mucha aplicacin en la obra pblica y la ingeniera civil.
La prospeccin ssmica se basa en el mismo principio que la sismologa, consiste en generar
ondas ssmicas mediante una fuente emisora y registrarlas en una serie de estaciones sensoras
(gefonos) distribuidas sobre el terreno. A partir del estudio de las distintas formas de onda y sus
tiempos de trayecto, se consiguen obtener imgenes del subsuelo que luego se relacionan con las
capas geolgicas (secciones ssmicas, campos de velocidades, etc.). El desarrollo de la teora ssmica
se remonta a 1678 cuando se enuncia la Ley de la Elasticidad de Hooke1, mucho antes de la
existencia de instrumentos capaces de realizar medidas significativas. Sin embargo, no es sino hasta
1845 cuando, Robert Mallet, realiza los primeros intentos de medicin de las velocidades ssmicas a
travs de terremotos artificiales, usando plvora negra como fuente de energa y recipientes de
mercurio como receptores. En 1899 Knott2 desarrolla la teora ssmica de la reflexin y la refraccin.
Las diferencias entre las ondas S y P se da a conocer por A. Mohorovicic, quien las identifica y las
relaciona con la base de la corteza, el Moho.
La ssmica de reflexin nace gracias a los primeros trabajos realizados por Reginald Fesseden,
en 1913, con el fin de detectar icebergs. Pero no fue sino hasta 1927 cuando el mtodo de reflexin
se convierte en una tcnica comercial de exploracin geofsica.
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
4/21
En 1919, Ludger Mindtrop aplic para una patente sobre el mtodo de refraccin y ya hacia
1930 todos los domos salinos superficiales haban sido descubiertos mediante esta tcnica de
exploracin.
Rieber (1939) introduce la idea del procesado de datos ssmicos usando una grabacin dedensidad variable y foto celdas para la reproduccin de las trazas ssmicas. Sin embargo, es en 1953,
cuando las cintas magnticas se hicieron comercialmente disponibles, que se dio el paso al inicio del
procesamiento de datos; difundindose rpidamente en los aos siguientes [2]. Hasta este momento
no se empleaba la geometra CMP, la cual es usada por primera vez en 1956.
A finales de los 70, coincidiendo con el auge informtico y el desarrollo tecnolgico, los nuevos
soportes digitales y la nueva instrumentacin representaron otro cambio significativo en el campo de
la ssmica. Desde entonces no se ha dejado de trabajar en la continua mejora de las tcnicas de
adquisicin y procesamiento de datos. En la actualidad toda la adquisicin se realiza en formato
digital y los datos son procesados antes de su interpretacin.
PRINCIPIOS BSICOS
Cuando una onda ssmica encuentra un cambio en las propiedades elsticas del material, como
es le caso de una interfase entre dos capas geolgicas; parte de la energa contina en el mismo medio
(onda incidente), parte se refleja (ondas reflejadas) y el resto se transmite al otro medio (ondas
refractadas) con cambios en la direccin de propagacin, en la velocidad y en el modo de vibracin.
Las leyes de la reflexin y la refraccin se derivan por el principio de Huygens cuando se
considera un frente de onda que incide sobre una interfase plana. El resultado final es que ambas
leyes se combinan en un nico planteamiento: en una interfase el parmetro de rayo, p, debe tener el
mismo valor para las ondas incidentes, reflejadas y refractadas. Si el medio consta de un cierto
nmero de capas paralelas, la ley de Snell establece que el parmetro del rayo tiene que ser el mismo
para todos los rayos reflejados y refractados resultantes de un rayo inicial dado.
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
5/21
Conversin de una onda incidente P. Las ondas ssmicas que viajan por subsuelo se reflejany se refractan siguiendo la ley de Snell. La cantidad de energa de las ondas incidentes se
reparte entre las ondas reflejadas, las refractadas y la absorcin natural del terreno.
Cuando V1i2, los rayos se refractan por la segunda capa y los gefonos situados en la
superficie no registran el fenmeno. En el caso en el que i2 alcanza los 90, se define como i1= sen
1 (V1/V2) el ngulo de incidencia crtico para el cual el rayo viaja a travs de la interface.
La ley de Snell proporciona informacin sobre las trayectorias de los rayos, los tiempos de llegada y
la posicin de los refractores, pero no proporciona informacin alguna sobre las amplitudes de las
ondas.
Procesado de Ssmica de Reflexin Superficial
Los gefonos, situados a distancias conocidas (xi), registran los diferentes tiempos de llegada de cada
tipo de onda (tj) que est caracterizada para una determinada trayectoria. Con estos tiempos (tj), la
geometra del dispositivo experimental (xi) y las ecuaciones de las trayectorias de los rayos se calcula
la distribucin de velocidades del subsuelo (V1, V2;....).
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
6/21
En el registro ssmico que se presenta en la Figura siguiente se pueden identificar claramente las
ondas elsticas producto del contacto entre dos capas. Se aprecia la onda directa (1754 m/s), la onda
refractada (3500 m/s) y las ondas P reflejadas (1630 m/s primera capa, y 4000 m/s segunda capa), as
como la onda reflejada SV (2858 m/s). Luego, con la informacin de distancia fuente-receptor y
tiempos de llegada se construyen las dromocronas.
Ejemplo de tiro de campo en donde se pueden ver todas las ondas procedentes del contacto
entre dos capas. A la derecha se muestra las curvas espacio-tiempo (dromocronas).
SSMICA DE REFRACCIN
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
7/21
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
8/21
La ssmica de refraccin utiliza los tiempos de primeras llegadas del sismograma que
corresponden a las ondas refractadas crticamente en las distintas capas del subsuelo. Cadauna de estas capas se distingue por su impedancia acstica y se le llama refractor. El
resultado de este mtodo es una imagen ssmica del terreno en forma de campo develocidades [V(x,z)]; que posteriormente ser interpretado geolgicamente.
La distancia desde los receptores al punto de tiro debe ser considerablemente grande comparada con
la profundidad de los horizontes que se desean detectar, debido a que las ondas viajan grandes
distancias horizontales antes de ser refractadas crticamente hacia la superficie; por ello tambin se
suele llamar ssmica de gran ngulo. Estas largas trayectorias de propagacin hacen que se disipe una
mayor proporcin de energa y, en particular se produzca una absorcin de las frecuencias ms altas,
en consecuencia los datos de refraccin son de bajas frecuencias comparados con los datos de
reflexin y, a igualdad de fuente ssmica, se inspecciona menor profundidad.
La ssmica de refraccin es especialmente adecuada cuando se desean estudiar superficies
de alta velocidad, ya que brinda informacin de velocidades y profundidades en las cuales se
propagan las ondas. Tambin es posible inspeccionar reas ms grandes mas rpidamente y de forma
ms econmica que el mtodo de reflexin; a pesar de presentar una significante perdida del detalle.
El mtodo de refraccin proporciona una imagen del subsuelo en trminos de campo develocidades ssmicas V (x,z). Este perfil ssmico de refraccin se realiz en la cuenca
evaportica de Cardona, Barcelona (Espaa) . El techo de la sal corresponde a la capa de mayorvelocidad (superior a 3500 m/s). Ntese que el contacto entre la sal y las capas superiores esaltamente irregular dando cuenta de la alta plasticidad de la sal.
SSMICA DE REFLEXIN
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
9/21
El mto
distintas i
a contras
reflexion
alineados
respecto
est oper
ssmica d
Con el fi
disparos
perfil de
de todos
reflectore
Una vez
El conju
resultado
reflexion
despus s
o ssmico
nterfaces de
es de impe
s son detec
con la fuen
a la profund
ando en "co
refraccin
Esque
n de conseg
mayor y se
efraccin d
los tiros q
s comunes
odas las tra
to de todas
final de es
s se ven en
e asociarn
e reflexin
l subsuelo.
ancia que p
tadas por l
e emisora.
idad de pen
rto ngulo";
o de "gran
ma bsicoe
uir un mejo
aumenta la
longitud e
e se analiz
(CMP), los
as de un mi
las trazas C
te mtodo.
forma de l
las estructu
se basa en l
stas interfac
steriorment
s receptore
ado que las
tracin que
asegurando
gulo".
e la emisin las distin
r reconocim
cantidad de
uivalente. E
an, se proc
cuales conti
smo CMP s
P constitu
Una secci
ulos negros
ras geolgic
as reflexion
es (reflector
se relacion
(gefonos)
distancias e
se alcanza
as la obten
y recepcias capas re
iento de la
gefonos e
resultado e
san y lueg
enen la info
han agrupa
e la denomi
ssmica e
de mayor a
s.
s del frent
s) responde
aran con las
que se ubi
tre la fuent
el dispositiv
in de refle
n de los raflectoras.
zona de est
comparaci
s un grupo
se reorde
rmacin de
do, se suma
nada secci
s una imag
mplitud y de
de ondas
n, al igual q
distintas cap
can en supe
y los gefo
o experimen
iones y, dis
os reflecta
dio, se reali
n con los
e Trazas ss
an en conj
todas las re
n y se obtie
ssmica de
n del subs
finen las ca
smico sobr
e en la refra
as geolgica
rficie y que
nos son peq
tal soporta
tinguindose
os
za un nm
mpleados
icas proce
ntos de p
lexiones ha
e una traza
eflexin qu
elo en don
as reflector
e Las
ccin,
s. Las
estn
ueas
ue se
de la
ro de
en un
entes
untos
ladas.
CMP.
es el
e las
s que
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
10/21
(a) Esquema del recorrido de los rayos reflejados en tres capas para una posicin de tiro y dos
estaciones receptoras (gefonos). Debido a la ecuacin de propagacin, las reflexiones quedanmarcadas en el registro ssmico como trayectorias hiperblicas. (b) Una vez todas las reflexiones de unmismo CDP se han agrupado, se suman y se obtiene una traza CDP. (c) Las trazas CDP proporcionan laimagen ssmica del terreno, llamada seccin ssmica.
El tratamiento de los datos en ssmica de reflexin es ms laborioso y delicado que el procesado de
refraccin; donde uno de los retos ms importantes es conseguir aislar de los registros las reflexiones,
eliminando las otras ondas (onda directa, refracciones, ruido, etc.). Esta tarea implica la aplicacin de
tratamientos multi seal (filtros, deconvoluciones, etc.) que, si no se hacen cuidadosamente, pueden
crear artefactos y confundirse con falsos reflectores. Otro punto conflictivo del procesado es que en
las secciones ssmicas de reflexin las capas reflectoras estn en modo tiempo doble debido a que
cada rayo reflejado ha hecho el viaje de ida (incidencia) y vuelta (rebote). A los interpretes que estn
acostumbrados a trabajar con secciones ssmicas les es fcil pasar mentalmente del tiempo doble en
donde se detecta un reflector a la profundidad que le tocara (profundidad equivalente), pero en
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
11/21
muchos casos se facilita esta tarea automticamente y se presentan las secciones ssmicas de reflexin
convertidas a una profundidad aproximada.
Este mtodo es una de las tcnicas de prospeccin geofsica ms utilizada debido a que su resultado
es una imagen denominada seccin ssmica en donde se aprecia la geometra de las estructuras
geolgicas.
Seccin ssmica obtenida mediante el mtodo de reflexin. El objetivo fundamental de esteMtodo es describir la estratigrafa del subsuelo estudiado.
La ssmica de reflexin tuvo su gran auge en la exploracin petrolera, donde se aplic en la bsqueda
de reservorios de gas y petrleo. Sin embrago, a partir de los aos 90 empez a extenderse a
aplicaciones ms superficiales, en donde se combina con la ssmica de refraccin
De alta resolucin, logrndose as expandir su campo de accin hacia los problemas relacionados con
la ingeniera geolgica.
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
12/21
Combinacin de una seccin ssmica (reflexin) con su correspondiente perfil ssmico de refraccin.Ntese como el campo de velocidades de la refraccin ayuda a la interpretacin geolgica de la seccina la vez que ha permitido su conversin a profundidad.
La ssmica de reflexin de alta resolucin se basa en los mismos principios que la ssmica profunda y,
al igual que ella, persigue los mismos propsitos. La diferencia estriba en que las estructuras
geolgicas de inters de la ssmica son menores que las de la ssmica profunda, de manera que para
conseguir la resolucin necesaria debe trabajarse con geometras ms reducidas y rangos defrecuencias ms altos; puesto que los primeros metros del subsuelo constituyen una zona
caracterizada por ser ms heterognea y con contrastes de velocidades ms elevados. Ello produce
que el registro ssmico de la propagacin del frente de ondas se distinga por un nmero elevado de
trenes de ondas que muy a menudo se interfieren y se superponen a las reflexiones superficiales. se
intenta establecer las diferencias entre un registro de ssmica de alta resolucin y uno de ssmica
profunda. En el registro de ssmica profunda, se observa que el Ground Roll (A) no es lo
suficientemente fuerte como para solapar las reflexiones (B, C, D, E).
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
13/21
La diferencia entre registros ssmicos pertenecientes a ssmica superficial (a) y a ssmica profunda (b)estriba, fundamentalmente, en que en la ssmica superficial las reflexiones de inters se superponen alas otras ondas del frente ssmico. Ello produce que el procesamiento de datos sea ms complicado.
En ssmica superficial, la eleccin del dispositivo experimental est muy condicionada por lageneracin de las ondas guiadas, el GR y la onda area debido a que normalmente los datos se
adquieren con un solo gefono por traza; a diferencia de la ssmica profunda en donde es clsico
utilizar conjuntos (arrays) de gefonos que contribuyen a la formacin de una traza disponindose
estratgicamente de manera que estos frentes se interfieran destructivamente y aumente as la
relacin seal/ruido.
En general los tiros se efectan en los extremos (tiros en cola o en cabeza) o en el centro (tiros
simtricos) del dispositivo. La primera geometra permite cubrir una distancia ms grande de la
trayectoria de los reflectores, mientras que en los tiros simtricos se obtiene un mejor control sobre
las hiprbolas de reflexin; resultando un dispositivo ms apropiado cuando hay reflectores
inclinados. No obstante, muchas veces la geometra de tiro simtrico no suele ser la ms adecuada ya
que las ondas guiadas, el GR y la onda area ocupan la mayor parte de la ventana temporal de los
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
14/21
registros de campo. Como se demostrar en los siguientes captulos, esta diferencia en la adquisicin
de datos ha sido uno de los puntos de valoracin de la presente tesis ya que se han procesado dos
lneas ssmicas en zonas con las mismas caractersticas geolgicas pero una adquirida con tiro
simtrico (PS-1) y otra con tiro en cola (PS-2).
Registros de campo con diferentes geometras de adquisicin en un mismo contexto geolgico. (a) Tiroen cola y (b) tiro simtrico. En este caso, el tiro simtrico muestra mejor las reflexiones por debajo de
los 60 ms que el tiro en cola, ya que stas no se ven afectadas por las refracciones ni por los trenes de laonda directa. No obstante, se observan reflexiones superficiales de baja amplitud que quedan mejordescritas en el tiro en cola. Registros de campo sin procesar; espaciado entre trazas de 5 m y muestreode 0.1 ms. Trazas escaladas con AGC de 125 ms (sobre ventana temporal de 250 ms).
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
15/21
Ejemplos de interpretaciones de Grficos.
Un Modelo de una falla normal con una expresin ssmica.
Ondicula extraccin y well-tie ssmica
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
16/21
La comparacin de datos y el anlisis de varios mapas
Diversificados para mostrar los datos ssmicos
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
17/21
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
18/21
Interpretacin conjunta y la asignacin de mltiples levantamientos
Interpretacin de la combinacin de fallas planares
La extraccin de mltiples atributos ssmicos
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
19/21
Atributos ssmicos interpretacin crossplot.
Tridimensional interpretacin culpa inversa
Automatic 3D horizontes de interpretacin
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
20/21
Clculo y anlisis de atributos ssmicos
Anlisis de la visualizacin 3D de los datos
Auto de bsqueda y caracterizacin cuantitativa de cuerpos geolgicos(Aqu hay un ejemplo de la fractura-se derrumb depsito)
-
8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf
21/21
Bibliogrfica.
Brochure Compaa Arkion Colombia Limited. NuevasTecnologa interpretacin 2013.
Hackbock Weatherfod Internatioanal 2010. Manual paraTrainig Geofsica WIRE LINE.