2010
El Ruido Sísmico Métodos Sísmicos de Exploración
Dr. Gustavo Hernández Dávila Universidad del Zulia 30/07/2010
El Ruido Sísmico
2
El Ruido Sísmico Se entiende como ruido sísmico toda aquella señal que perturba o enmascara a la señal sísmica reflejada primaria (Fig. 1). El ruido sísmico puede ser coherente, cuando el mismo se presenta determinísticamente, pudiendo ser caracterizado en términos de espacio y tiempo dentro de una sección sísmica, pudiéndose determinar las variables que lo identifican, tales como velocidad de propagación, longitud de onda, frecuencia y período dominante.
Fig. 1: Ruido sísmico y señal sísmica reflejada primaria
Los tipos de ruido sísmico coherente más significativos son: 1. 2. 3. 4.
Onda de aire Onda de superficie Onda refractada Onda reflejada múltiple
Prof. Gustavo Hernández Dávila
El Ruido Sísmico
3
Las ondas de aire y de superficie son generadas por la fuente de energía utilizada y su propagación y características dependen, especialmente las de superficie, de las características sismo elásticas del subsuelo somero. Su atenuación se realiza en el momento de adquisición de los datos sísmicos, mediante la utilización de filtros analógicos espaciales denominados patrones de disparo y arreglo de geófonos y de filtros analógicos instrumentales.
•
Las ondas refractadas y reflejadas múltiples son generadas en función de la propia geometría de propagación de la onda sísmica generada y de las características sismo elásticas del subsuelo somero e intermedio, principalmente. Su atenuación se realiza en el momento del procesamiento de los datos sísmicos, mediante la utilización de filtros digitales.
El ruido sísmico incoherente es aquel que se presenta de forma aleatoria en el espacio y el tiempo dentro de una sección sísmica. Los tipos de ruido incoherente más 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 vegetación alrededor del sensor sísmico. También el ruido ambiental superficial puede ser causado por el hombre o los animales transitando cerda del sensor sísmico. La atenuación de este ruido se realiza en el momento de la adquisición sísmica mediante técnicas de repetición de impactos sísmicos y suma de señales en el sismógrafo. La onda ambiental del subsuelo está directamente relacionada con los micros temblores que ocurren dentro de la tierra por diferentes causas y en diferentes localizaciones. La atenuación de este ruido también se realiza en el momento de la adquisición sísmica mediante técnicas de repetición de impactos sísmicos y suma de señales en el sismógrafo.
Prof. Gustavo Hernández Dávila
El Ruido Sísmico
4
Si bien las nuevas técnicas de procesamiento de datos sísmicos y los procedimientos digitalizados de caracterización sísmica del subsuelo, permiten hoy día grabar sin filtros analógicos instrumentales. Es necesario siempre, sin embargo definir las características propias de propagación de las diferentes modalidades de onda de ruido sísmico coherente. Los estudios que se realizan para este propósito son denominados “análisis de ruido sísmico”. Los estudios sísmicos de reflexión son altamente costosos, por ello se hace necesario asegurar la calidad óptima de los datos sísmicos que se piensan adquirir. En este sentido el diseño de la geometría de la fuente-receptor en el mallado exploratorio y de los arreglos espaciales o lineales de los receptores sísmicos, el espaciado de los mismos, el tipo de fuente de energía, etc., todos ellos parámetros de grabación, están ampliamente vinculados a las condiciones de propagación de la señal sísmica en el subsuelo somero a intermedio. El procedimiento para la ejecución de un análisis de ruido requiere de la adquisición de los datos sísmicos generados por una fuente de energía que se aleja linealmente en cada punto de tiro del arreglo de receptores fijos. (Fig. 2)
Fig. 2: Configuración de campo para el análisis de ruido sísmico
Prof. Gustavo Hernández Dávila
El Ruido Sísmico
5
En una sección sísmica producida en un análisis de ruido sísmico (Fig. 3), donde la distancia entre geófonos es de d=20 pies, se pueden observar los eventos coherentes e incoherentes representados en la Figura 1. Se observa que las reflexiones primarias están enmascaradas y/o adulteradas por un tren de ruido dominante, cuya expresión 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 sísmicas 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: Sección de ruido sísmico
Varias reflexiones primarias son también observadas (resaltadas en rojo) entre los 1,5 y los 2,5 segundos de tiempo de viaje, donde la más profunda es interceptada por el cono de ruido a una distancia de desplazamiento (offset) de aproximadamente 9.000 pies. Utilizando esta información base, se produce como ejemplo (Fig. 4), una sección sísmica bruta mediante el apilamiento de grupos de 11 trazas adyacentes, a objeto de simular una distancia entre geófonos (d) equivalente a 220 pies (20x11=220). Así mismo un filtro de corte bajo de 12 Hz es aplicado para atenuar la interferencia del cono de
Prof. Gustavo Hernández Dávila
El Ruido Sísmico
6
ruido, conjuntamente con un filtro de coherencia de 7 decibeles por octava.
Fig. 4: Sección sísmica creada de la sección de ruido sísmico.
Este mismo procedimiento es repetido en el centro de procesamiento para diferentes agrupaciones de trazas de la sección sísmica de ruido, las cuales equivaldrán a diferentes separaciones de geófonos en la sección sísmica reconstruida, pudiéndose comparar de esta manera l a distancia entre geófonos óptima a ser utilizada en el levantamiento
Prof. Gustavo Hernández Dávila
El Ruido Sísmico
7
sismográfico a realizar. De igual manera se pueden aplicar diferentes filtros de corte bajo o filtros de pasa banda que permitan definir los valores óptimos de los filtros analógicos que deberán ajustarse en el sismógrafo de campo en el momento del levantamiento sismográfico. Así, en un análisis de ruido se pueden distinguir fácilmente (Fig. 5) los eventos sísmicos coherentes que son desarrollados en el medio que se pretende explorar. La intención es caracterizar estos eventos sísmicos a objeto de identificar claramente las propiedades de la onda reflejada primaria y la del ruido sísmico presente con el propósito de mejorar la relación señal/ruido, atenuando lo máximo posible la interferencia producida por el cono de ruido sísmico sobre las reflexiones primarias.
Fig. 5: Extracto de sección de ruido sísmico.
Se desprende, entonces que el análisis de ruido sísmico tiene como objetivo la definición de los parámetros de grabación sísmica a ser utilizados en el levantamiento sismográfico a realizar. En consecuencia, este análisis es previo a la realización del Prof. Gustavo Hernández Dávila
El Ruido Sísmico
8
levantamiento y sus resultados son utilizados en el diseño de la geometría de las líneas sísmicas en función de los siguientes parámetros de grabación: 1. Distancia entre geófonos (arreglo lineal). 2. Distancia del primer punto de tiro al primer geófono (offset). 3. Filtros de corte instrumentales del sismógrafo. La caracterización gráfica (Fig. 6) del ruido sísmico y de las reflexiones primarias es realizada mediante un proceso de medición sobre la sección sísmica de ruido. Este procedimiento tiene por objeto la extracción a partir de cada frente de onda observable, de los siguientes parámetros de onda: 1. 2. 3. 4.
Velocidad de propagación aparente. Longitud de onda dominante aparente. Frecuencia dominante. Número de onda dominante
Fig. 6: Análisis del ruido sísmico.
Prof. Gustavo Hernández Dávila
El Ruido Sísmico
En la sección de ruido sísmico se deben identificar trenes de onda, tanto de los tipos de ruido como los de visibles. Los parámetros de onda ya mencionados directamente de la sección (Fig. 7) atendiendo nomenclatura:
9
los diferentes las reflexiones son medidos la siguiente
V a p =
Velocidad de propagación aparente
λa p =
Longitud de onda dominante aparente
f =
Frecuencia dominante
T =
Período dominante o Número de onda
Fig. 7: Medición de los parámetros de onda.
La identificación y posterior depuración del ruido sísmico es una de las primordiales tareas en el método sísmico de reflexión. El ruido coherente emanado de la fuente de energía influye en la relación señal/ruido y por ende en la calidad de la sección sísmica procesada final (Fig. 8). La interpretación del modelo geológico que origina la Prof. Gustavo Hernández Dávila
El Ruido Sísmico
10
sección sísmica es el fin último de la exploración sísmica. Con la interpretación geológica se identifican las posibles trampas estructurales o estratigráficas en el subsuelo que pudieran acumular hidrocarburos (petróleo o gas).
Fig. 8: Depuración del ruido para lograr una sección sísmica mejorada.
El diseño geométrico de la disposición lineal de los sensores sísmicos, en función de su distancia de separación (d) es de importancia vital en la atenuación del ruido sísmico coherente originado por la fuente de energía. La efectividad de un arreglo de geófonos en particular puede determinarse mediante la función de respuesta (R), la cual viene dada según la ecuación:
=
Donde (N) es el número total de sensores sísmicos en el arreglo lineal y (d) es la separación entre geófonos. El ángulo β) ( es el ángulo de emergencia del pulso sísmico a la superficie (Fig. 9) que se supone será atenuado por el arreglo de sensores. Este ángulo es calculado a partir de la longitud de onda aparente (λ ap) y la distancia (d).
Prof. Gustavo Hernández Dávila
El Ruido Sísmico
11
Fig. 8: Determinación del ángulo de emergencia.
Finalmente se construyen las curvas de respuesta del arreglo de geófonos, partiendo de diferentes valores de longitudes de onda y diferentes números de sensores (Fig. 9). Mientras en valor de la función de respuesta sea mas bajo, mejor será la efectividad del arreglo para atenuar las ondas de ruido. Especial precaución debe tomarse para que las longitudes de onda de la señal reflejada primaria no sean atenuadas por el arreglo de sensores sísmicos seleccionado.
Prof. Gustavo Hernández Dávila
