El Ruido Ssmico Mtodos Ssmicos de Exploracin

2010

Dr. Gustavo Hernndez Dvila Universidad del Zulia

30/07/2010

El Ruido Ssmico 2

Prof. Gustavo Hernndez Dvila

El Ruido Ssmico

Se entiende como ruido ssmico toda aquella seal que perturba o enmascara a la seal ssmica reflejada primaria (Fig. 1).

El ruido ssmico puede ser coherente, cuando el mismo se presenta determinsticamente, pudiendo ser caracterizado en trminos de espacio y tiempo dentro de una seccin ssmica, pudindose determinar las variables que lo identifican, tales como velocidad de propagacin, longitud de onda, frecuencia y perodo dominante.

Fig. 1: Ruido ssmico y seal ssmica reflejada primaria

Los tipos de ruido ssmico coherente ms significativos son:

1. Onda de aire 2. Onda de superficie 3. Onda refractada 4. Onda reflejada mltiple

El Ruido Ssmico 3

Prof. Gustavo Hernndez Dvila

Las ondas de aire y de superficie son generadas por la fuente de energa utilizada y su propagacin y caractersticas dependen, especialmente las de superficie, de las caractersticas sismo elsticas del subsuelo somero. Su atenuacin se realiza en el momento de adquisicin de los datos ssmicos, mediante la utilizacin de filtros analgicos espaciales denominados patrones de disparo y arreglo de gefonos y de filtros analgicos instrumentales.

Las ondas refractadas y reflejadas mltiples son generadas en

funcin de la propia geometra de propagacin de la onda ssmica generada y de las caractersticas sismo elsticas del subsuelo somero e intermedio, principalmente. Su atenuacin se realiza en el momento del procesamiento de los datos ssmicos, mediante la utilizacin de filtros digitales.

El ruido ssmico incoherente es aquel que se presenta de forma aleatoria en el espacio y el tiempo dentro de una seccin ssmica.

Los tipos de ruido incoherente ms significativos son:

1. Onda ambiental superficial 2. Onda ambiental del subsuelo

La onda ambiental superficial es mayoritariamente generada

por el viento, el cual a su vez ocasiona el movimiento de la vegetacin alrededor del sensor ssmico. Tambin el ruido ambiental superficial puede ser causado por el hombre o los animales transitando cerda del sensor ssmico. La atenuacin de este ruido se realiza en el momento de la adquisicin ssmica mediante tcnicas de repeticin de impactos ssmicos y suma de seales en el sismgrafo.

La onda ambiental del subsuelo est directamente relacionada con los micros temblores que ocurren dentro de la tierra por diferentes causas y en diferentes localizaciones. La atenuacin de este ruido tambin se realiza en el momento de la adquisicin ssmica mediante tcnicas de repeticin de impactos ssmicos y suma de seales en el sismgrafo.

El Ruido Ssmico 4

Prof. Gustavo Hernndez Dvila

Si bien las nuevas tcnicas de procesamiento de datos ssmicos y los procedimientos digitalizados de caracterizacin ssmica del subsuelo, permiten hoy da grabar sin filtros analgicos instrumentales. Es necesario siempre, sin embargo definir las caractersticas propias de propagacin de las diferentes modalidades de onda de ruido ssmico coherente. Los estudios que se realizan para este propsito son denominados anlisis de ruido ssmico. Los estudios ssmicos de reflexin son altamente costosos, por ello se hace necesario asegurar la calidad ptima de los datos ssmicos que se piensan adquirir. En este sentido el diseo de la geometra de la fuente-receptor en el mallado exploratorio y de los arreglos espaciales o lineales de los receptores ssmicos, el espaciado de los mismos, el tipo de fuente de energa, etc., todos ellos parmetros de grabacin, estn ampliamente vinculados a las condiciones de propagacin de la seal ssmica en el subsuelo somero a intermedio. El procedimiento para la ejecucin de un anlisis de ruido requiere de la adquisicin de los datos ssmicos generados por una fuente de energa que se aleja linealmente en cada punto de tiro del arreglo de receptores fijos. (Fig. 2)

Fig. 2: Configuracin de campo para el anlisis de ruido ssmico

El Ruido Ssmico 5

Prof. Gustavo Hernndez Dvila

En una seccin ssmica producida en un anlisis de ruido ssmico (Fig. 3), donde la distancia entre gefonos es de d=20 pies, se pueden observar los eventos coherentes e incoherentes representados en la Figura 1. Se observa que las reflexiones primarias estn enmascaradas y/o adulteradas por un tren de ruido dominante, cuya expresin principal son las ondas refractadas de primeros arribos con una velocidad aparente de 2.900 m/s (9.500 ft/s), seguida por una banda de ondas ssmicas superficiales con velocidades aparentes que oscilan entre los 825 m/s hasta los 1.280 m/s (2.750-4.200 ft/s).

Fig. 3: Seccin de ruido ssmico

Varias reflexiones primarias son tambin observadas (resaltadas en rojo) entre los 1,5 y los 2,5 segundos de tiempo de viaje, donde la ms profunda es interceptada por el cono de ruido a una distancia de desplazamiento (offset) de aproximadamente 9.000 pies.

Utilizando esta informacin base, se produce como ejemplo (Fig. 4), una seccin ssmica bruta mediante el apilamiento de grupos de 11 trazas adyacentes, a objeto de simular una distancia entre gefonos (d) equivalente a 220 pies (20x11=220). As mismo un filtro de corte bajo de 12 Hz es aplicado para atenuar la interferencia del cono de

El Ruido Ssmico 6

Prof. Gustavo Hernndez Dvila

ruido, conjuntamente con un filtro de coherencia de 7 decibeles por octava.

Fig. 4: Seccin ssmica creada de la seccin de ruido ssmico.

Este mismo procedimiento es repetido en el centro de procesamiento para diferentes agrupaciones de trazas de la seccin ssmica de ruido, las cuales equivaldrn a diferentes separaciones de gefonos en la seccin ssmica reconstruida, pudindose comparar de esta manera la distancia entre gefonos ptima a ser utilizada en el levantamiento

El Ruido Ssmico 7

Prof. Gustavo Hernndez Dvila

sismogrfico a realizar. De igual manera se pueden aplicar diferentes filtros de corte bajo o filtros de pasa banda que permitan definir los valores ptimos de los filtros analgicos que debern ajustarse en el sismgrafo de campo en el momento del levantamiento sismogrfico.

As, en un anlisis de ruido se pueden distinguir fcilmente (Fig. 5) los eventos ssmicos coherentes que son desarrollados en el medio que se pretende explorar. La intencin es caracterizar estos eventos ssmicos a objeto de identificar claramente las propiedades de la onda reflejada primaria y la del ruido ssmico presente con el propsito de mejorar la relacin seal/ruido, atenuando lo mximo posible la interferencia producida por el cono de ruido ssmico sobre las reflexiones primarias.

Fig. 5: Extracto de seccin de ruido ssmico.

Se desprende, entonces que el anlisis de ruido ssmico tiene como objetivo la definicin de los parmetros de grabacin ssmica a ser utilizados en el levantamiento sismogrfico a realizar. En consecuencia, este anlisis es previo a la realizacin del

El Ruido Ssmico 8

Prof. Gustavo Hernndez Dvila

levantamiento y sus resultados son utilizados en el diseo de la geometra de las lneas ssmicas en funcin de los siguientes parmetros de grabacin:

1. Distancia entre gefonos (arreglo lineal). 2. Distancia del primer punto de tiro al primer gefono (offset). 3. Filtros de corte instrumentales del sismgrafo.

La caracterizacin grfica (Fig. 6) del ruido ssmico y de las reflexiones primarias es realizada mediante un proceso de medicin sobre la seccin ssmica de ruido. Este procedimiento tiene por objeto la extraccin a partir de cada frente de onda observable, de los siguientes parmetros de onda:

1. Velocidad de propagacin aparente. 2. Longitud de onda dominante aparente. 3. Frecuencia dominante. 4. Nmero de onda dominante

Fig. 6: Anlisis del ruido ssmico.

El Ruido Ssmico 9

Prof. Gustavo Hernndez Dvila

En la seccin de ruido ssmico se deben identificar los diferentes trenes de onda, tanto de los tipos de ruido como los de las reflexiones visibles. Los parmetros de onda ya mencionados son medidos directamente de la seccin (Fig. 7) atendiendo la siguiente nomenclatura:

Vap = Velocidad de propagacin aparente

ap = Longitud de onda dominante aparente

f = Frecuencia dominante

T = Perodo dominante o Nmero de onda

Fig. 7: Medicin de los parmetros de onda.

La identificacin y posterior depuracin del ruido ssmico es una de las primordiales tareas en el mtodo ssmico de reflexin. El ruido coherente emanado de la fuente de energa influye en la relacin seal/ruido y por ende en la calidad de la seccin ssmica procesada final (Fig. 8). La interpretacin del modelo geolgico que origina la

El Ruido Ssmico 10

Prof. Gustavo Hernndez Dvila

seccin ssmica es el fin ltimo de la exploracin ssmica. Con la interpretacin geolgica se identifican las posibles trampas estructurales o estratigrficas en el subsuelo que pudieran acumular hidrocarburos (petrleo o gas).

Fig. 8: Depuracin del ruido para lograr una seccin ssmica mejorada.

El diseo geomtrico de la disposicin lineal de los sensores ssmicos, en funcin de su distancia de separacin (d) es de importancia vital en la atenuacin del ruido ssmico coherente originado por la fuente de energa. La efectividad de un arreglo de gefonos en particular puede determinarse mediante la funcin de respuesta (R), la cual viene dada segn la ecuacin:

=

Donde (N) es el nmero total de sensores ssmicos en el arreglo lineal y (d) es la separacin entre gefonos. El ngulo () es el ngulo de emergencia del pulso ssmico a la superficie (Fig. 9) que se supone ser atenuado por el arreglo de sensores. Este ngulo es calculado a partir de la longitud de onda aparente (ap) y la distancia (d).

El Ruido Ssmico 11

Prof. Gustavo Hernndez Dvila

Fig. 8: Determinacin del ngulo de emergencia.

Finalmente se construyen las curvas de respuesta del arreglo de gefonos, partiendo de diferentes valores de longitudes de onda y diferentes nmeros de sensores (Fig. 9). Mientras en valor de la funcin de respuesta sea mas bajo, mejor ser la efectividad del arreglo para atenuar las ondas de ruido. Especial precaucin debe tomarse para que las longitudes de onda de la seal reflejada primaria no sean atenuadas por el arreglo de sensores ssmicos seleccionado.