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Métodos Geof´ısicos: Parte II Método S´ısmico de Refracción Método S´ısmico de Reflexión Jairo Torres [email protected] F´ısico, Universidad Industrial de Santander Candidato a Mag´ıster en Ciencias de la Tierra, Universidad EAFIT Escuea de Geolog´ıa Universidad Industrial de Santander

20 de febrero de 2012

Jairo Torres (Geo UIS)

M´ etodos Geof´ısicos


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Contenido de la Presentación 1

Libro de Referencia y Material para el II Corte

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Interpretación de S´ısmica de Refracci´ on Interpretación de Modelos Una Interface Horizontal Simple Una Interface Horizontal Simple Interfaces Horizontales Varias Interfaces Inclinada Simple

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S´ısmica de Refracción: Adquisici´ on y Procesamiento Conceptos Básicos

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Tipos de Velocidad

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Tipos de Velocidad

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Tipos de Velocidad Interpretación Tectonica de Perfiles de S´ısmica de Reflexión Jairo Torres (Geo UIS)



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Libro de Referencia y Material para el II Corte

Fecha II Parcial Marzo 09 de 2012 Capitulo 5 de M.Slawisnki (Simetr´ıas Is´ otropa, VTI, HTI, TTI) Capitulo 3, Capitulo 4, Capitulo 5 y 6 Whole Earth Geophysics (Robert. J Lillie) Articulos de Referencia: I I I I I I

Levantamiento de S´ısmica de Pozos, Más alla del Perfil Vertical. Elevaci´ on de estandar en los datos s´ısmicos Inversi´ on de Datos S´ısmicos: Lectura entre L´ıneas La recompensa que yace bajo la Sal. La Naturaleza de los Yacimientos Naturalmente Fracturados La era de las imágenes en escala de Profundidad




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Interpretación de S´ısmica de Refracción

La refracción de ondas s´ısmicas provee contrastes en la composición de las estructruas de ciertas parte del subsuelo por que las ondas refractadas encuentran cambios en la velocidad s´ısmica. Los cambios en la velocidad estan relacionados a cambios en los modulos de rigidez, volumetricos y la densidad. El método de refracci´ on es el mas usado en los casos que exista un incremento abrupto en la velocidad con la profundidad, por que la onda P refractada eventualmente adelante a las otras ondas.




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2 problemas tratados efectivamente por la s´ısmica de refracción. Crustal Thickness. (frontera entre la corteza y el manto ) Contraste fuerte en velocidades entre material blando y material compuesto por Roca firme.




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Interpretación de S´ısmica de Refracción Interpretaci´ on de Modelos

Una interface horizontal Varias Interfaces Horizontales Una Interface Inclinada Para estos modelos podremos deducir el problema directo considerando Modelo directo, anticipando curvas de travel-time o por medio de inversi´ on de campos de velocidad.




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Interpretación de S´ısmica de Refracción Una Interface Horizontal Simple

Para un modelo de una sola interface horizontal, el tiempo de arribo de la onda compresional de refracci´ on cr´ıtica esta dada por la expresión t = t1 +

x v2

Donde: t1 : es el intercepto en el eje vertical (tiempo) t1 =

2h cos(θc ) v1

θc , el ángulo cr´ıtico. Distancia critica xc = 2h tan(θc ) h, es la profundidad v1 , la velocidad de la onda P en la capa superior v2 , la velocidad de la onda P en la capa inferior xcr , la distancia que corta la onda de refracc´ on con la onda directa r v2 + v1 xcr = 2h v2 − v1 Jairo Torres (Geo UIS)



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Podemos en base a las curvas interpretadas buscar los valores, usando las pendientes en las curvas para la onda directa y refractada:

Onda Directa mwd =

1 v1

→

v1 =

1 mwd

v1 =

1 mhw

Onda Refractada mhw =

1 v1

→

θc y h θc = sin−1 (v1 /v2 )


t1 =

2h cos(θc ) → v1 M´ etodos Geof´ısicos

h


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Comparación de tiempos de intercepto t1 y distancia xcr para diferentes espesores de la corteza.

a) Espesores en regiones tipicas de corteza continental y b) Corteza oceánica (zonas de rift continental; márgenes continental pasivos y cuencas oceánicas) Jairo Torres (Geo UIS)



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Comparación de tiempos de intercepto t1 y distancia xcr para diferentes espesores de la corteza.

c) Espesores en regiones tipicas debajo de monta˜ nas. Jairo Torres (Geo UIS)



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Depth to Bedrock




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Depth to Bedrock




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Interpretación de S´ısmica de Refracción: Varias Int Horizontales Vamos a considerar el caso de varias interfaces horizontales en donde la velocidad de profundidad de las capas siempre es mayor entonces v1 < v2 < v3 < v4 El ángulo para la primera refracci´ on critica es: v1 sin(θ1,2 ) = v2 El ángulo para la segunda refracci´ on critica es: v1 sin(θ1,4 ) = v4 v2 sin(θ2,4 ) = v4 v3 sin(θ3,4 ) = v4 Jairo Torres (Geo UIS)



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Interpretación de S´ısmica de Refracción: Varias Int Horizontales El ángulo para la tercera refracci´ on critica es: v1 sin(θ1,3 ) = v3 v2 sin(θ2,3 ) = v3 Donde θ1,2 , θ2,3 y θ3,4 son los ángulos criticos para la segunda, tercera y cuarta capa.

Las velocidades aparentes registradas a lo largo de la superifice de la tierraa a

(son inversos de las pendientes observadas en la curva de travel-time:

vap2 =

v1 = v2 , sin(θ1,2 )

vap3 =

v1 = v3 , sin(θ1,3 )

vap4 =

v1 = v4 sin(θ1,4 )

vap2 , vap3 y vap4 . Asociadas a las velocidades aparente de refracción de la segunda, tercer y cuarta capa Jairo Torres (Geo UIS)



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Interpretación de S´ısmica de Refracción: Varias Int Horizontales




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Interpretación de S´ısmica de Refracción:Varias Int Horizontales




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Generalización de la Refracción de un modelo de varias interfaces




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Tiempo de Arribo para el Caso General tn = tn−1 +

x vn

Donde: tn , es el tiempo de propagaci´ on hacia abajo desde la fuente, a lo largo de la capas superior n tn−1 , es el intercepto con el eje t para la refracci´ on en la capa n x, es la distancia de la fuente al receptor y vn , la velocidad en la capa n




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tn−1 tn−1 =

n X 2hi cos(θi,n ) i=1

vn

Distancia Cr´ıtica xc xci =

n X

2hi tan(θi,n )

i=1




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Refracción de la Corteza Oceánica Velocidad: I I I I I

de arribo de la onda directa en el agua ≈ 1.5km/s Refracci´ on de la Capa 1 ≈ 2.0km/s Refracci´ on de la Capa 2 ≈ 5.07 ± 0.63km/s Refracci´ on de la Capa 3 ≈ 6.69 ± 0.26km/s Refracci´ on de la Capa 4 ≈ 8.13 ± 0.24km/s

Espesores I I I I

Agua ≈ 4.5 km Capa 1 ≈ 0.5 km Capa 2 ≈ 1.71 ± 0.75 km Capa 3 ≈ 4.86 ± 1.42 km

Secuencia tipica de Ophiolite (veremos observaciones de cuenca oceánica) Ver la figura basada en la inversi´ on de algunos perfiles de refracción




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Refracción de la Corteza Oceánica




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Refracción de la Corteza Oceánica




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Una Interface Inclinada Principio de Reciprocidad: El tiempo de propagación de una onda s´ısmica del punto A al B, es el mismo que del punto B hacia A. Esto es una consecuencia del principio de Fermat, o del recorrido del tiempo m´ınimo El principio de Reciprocidad nos dice que : tAB = tBA




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Una Interface Inclinada

v2d , es la velocidad aparente (hacia abajo de la interface inclinada) v2u , es la velocidad aparente (hacia arriba de la interface inclinada) La velocidad aparente: v1 v2d = sin(θc + α) v1 Donde: v2u = sin(θc − α)


v1 , velocidad de la capa. θc , ángulo cr´ıtico α, inclinación de la interface



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v2u simultaneamente:

−1

sin α= El ángulo de inclinación de la interface y el ángulo cr´ıtico puede ser determinado resolviendo v2d y


sin


v1 v2d

−1

v1 v2u

v1 v2u

− sin 2

−1

θc =

v1 v2d

+ sin

−1

2


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Una Interface Inclinada por la lectura de la velocidad sobre la capa (v1 ) como la inversión de la pendiente del arribo directo, y si resolvemos para la velocidad de refracci´ on de la capa (v2 ) de la ley de snell:

v1 = La velocidad verdadera puede ser determinada de la curva travel-time



pendiente v2 =

1 arribo

directo

v1 sin(θc )


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Una Interface Inclinada Los tiempos de propagación considerando la distancia horizontal (x): x td = t1d + v2d x tu = t1u + v2u Donde: 2hd cos(θc ) t1d = v1 2hu cos(θc ) t1u = v1 hd , es la distancia perpendicular a la interface cuando se esta disparando hacia abajo v1 t1d hd = 2 cos θc hu , es la distancia perpendicular a la interface cuando se esta disparando hacia arriba v1 t1u hu = 2 cos θc Jairo Torres (Geo UIS)



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Las profundidades verticales de la interface respecto a los puntos A y B son respectivamente


zd =

hd cos α

zu =

hu cos α



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Problemas del Método S´ısmico La se˜ nal que se recibe es muy peque˜ na para distinguirla del ruido. El método del CMP y el Apilado (stack) resuelven en gran medida este problema. Solo sobreviven las frecuencias bajas, lo que implica que no se pueden dsitinguir ecos de capas delgadas. Hasta cierto punto la deconvolución ayuda. La se˜ nal rebota varias veces haciendo que lleguen varios ecos de la misma capa. Técnicas de filtrado en diversos espacios disminuyen este problema. Las capas pueden estar inlinadas, lo que dificulta saber a que profundidad se generó el eco. La correcci´ on DMO y la migración ayuda dan solución a esta dificultad.




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El espectro de frecuencias s´ısmico




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S´ısmica de Refracción: Adquisición y Procesamiento Recordando




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S´ısmica de Refracción: Adquisición y Procesamiento a




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S´ısmica de Refracción: Adquisición y Procesamiento a




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S´ısmica de Refracción: Adquisición y Procesamiento




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Tipos de Velocidad

Velocidad Promedio Velocidad RMS Velocidad de Apilado Velocidad de Intervalo




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Tipos de Velocidad Velocidad Promedio Es la distancia en la cual se ecuentra la interface z, dividido por el tiempo de propagación en una sola dirección vav =

z t

Donde: z, es la profundidad de la capa. t, es el tiempo de propagación de la onda (de ida) Para el caso de varias interfaces: PN

vav = Pi=1 N

vi t i

i=1 ti

Donde: vi , es la velocidad en la i -esima capa ti , es el tiempo de propagación (ida-vuelta) en la i -esima capa Jairo Torres (Geo UIS)



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Tipos de Velocidad

Velocidad RMS: v u N u 1 X t vrms = vi2 ti (0) ttot (0) i=1

Velocidad de Apilado: Es la velocidad con la cual se corrigen mejor los eventos en el



CMP Gather para el Normal Moveout (NMO) Velocidad de Intervalo : Es la velocidad promedio del material entre dos interface: vint =

∆Z ∆t


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Interpretación Tectonica de S´ısmica de Reflexión Interface Inclinada




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Interpretación Tectonica de S´ısmica de Reflexión Secci´ on migrada en tiempo, Rayos Normales




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Interpretación Tectonica de S´ısmica de Reflexión Migraci´ on en tiempo a migraci´ on en profundidad




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Interpretación Tectonica de S´ısmica de Reflexión Eventos No migrados y migrados




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Interpretación Tectonica de S´ısmica de Reflexión Estructuras de Interfaces inclinadas




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Interpretación Tectonica de S´ısmica de Reflexión Expresi´ on de una punto difractor




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Interpretación Tectonica de S´ısmica de Reflexión Expresi´ on s´ısmica de un anticlinal




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Interpretación Tectonica de S´ısmica de Reflexión Expresi´ on s´ısmica de un sinclinal




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Interpretación Tectonica de S´ısmica de Reflexión ondulating or hummocky surface (l´ıneas solidas porciones de un sinclinal y l´ınea punteada porciones de un anitclinal




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