MÉTODOS SÍSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf

8/10/2019 MTODOS SSMICOS. EDGAR J Marquez.pdf

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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.


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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.


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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;....).


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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


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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


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(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


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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.


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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).


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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


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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).


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Ejemplos de interpretaciones de Grficos.

Un Modelo de una falla normal con una expresin ssmica.

Ondicula extraccin y well-tie ssmica


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La comparacin de datos y el anlisis de varios mapas

Diversificados para mostrar los datos ssmicos


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Interpretacin conjunta y la asignacin de mltiples levantamientos

Interpretacin de la combinacin de fallas planares

La extraccin de mltiples atributos ssmicos


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Atributos ssmicos interpretacin crossplot.

Tridimensional interpretacin culpa inversa

Automatic 3D horizontes de interpretacin


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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)


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Bibliogrfica.

Brochure Compaa Arkion Colombia Limited. NuevasTecnologa interpretacin 2013.

Hackbock Weatherfod Internatioanal 2010. Manual paraTrainig Geofsica WIRE LINE.

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