tema 15_procesamiento sísmico de reflexión

Ctedra de Geofsica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 15 Procesamiento Ssmico de Reflexin Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009

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Lo que Natura non da, Processing non presta

clsico adagio de los analistas

PROCESAMIENTO SSMICO

A la adquisicin de la ssmica de reflexin le sigue el procesamiento de dichos datos (a cargo de los Procesadores o Analistas), pero siempre debe recordarse que es crtico optimizar los parmetros de registro para despus poder encarar un mejor proceso de la informacin. Los datos adquiridos durante semanas o meses en un determinado proyecto en tierra o mar -como el registro simtrico ac graficado- deben procesarse a fin de obtener secciones ssmicas (bidimensionales 2D) o un volumen (tridimensional 3D) que luego han de interpretarse en trminos geolgicos, petroleros u otros.

Fue en los Estados Unidos en 1935 cuando Frank

Rieber ide el procesamiento de los datos -en ese entonces slo posible con tcnicas fotogrficas-, pero ste comenz a aplicarse recin desde 1953 con el desarrollo de la cinta magntica y las primeras computadoras en el MIT (Massachussets Institute of Technology). Como fuera referido en el Tema 14, en 1956 el estadounidense Harry Mayne patent el mtodo de Punto Comn Profundo o Apilamiento (Common Depth Point o Stacking), en cuyos registros inicialmente se registraban 6 trazas por PCP (cobertura o fold de 600%) y ahora se registran usualmente 48 (4800%) en ssmica tridimensional y 96 (9600%) en ssmica bidimensional. La tecnologa ha hecho enormes avances y actualmente suele hacerse un procesado rpido de campo para control de calidad, pero el procesamiento fino se hace en un centro informtico donde los analistas requieren de uno o varios meses para obtener un resultado confiable.

CONCEPTOS BSICOS

Un frente de onda ssmico producido por una fuente impulsiva es inicialmente un pulso de gran amplitud que contiene un gran espectro de frecuencias en ese pico instantneo (spike). Matemticamente puede describirse mediante la funcin Delta de Dirac (descubierta por el ingls Paul Dirac, hacia 1930). Se puede imaginar la funcin (x) como una funcin que tiene un valor infinito en x = 0 y tiene un valor nulo en cualquier otro punto, de tal modo que su integral es uno, es decir:

Luego del disparo, a medida que el frente de onda avanza, va disminuyendo su amplitud -y perdiendo altas frecuencias- y se va estirando segn la forma de una ondcula de fase mnima, con un valle y pico principales y eventualmente otro valle y pico ms pequeos, como se ilustra a la derecha. (El caso de la ondcula de vibrador -fase cero- lo veremos luego.)


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A la izquierda vemos algunas formas de onda tpicas que podemos registrar, todas ellas resultantes de la mutacin de la delta de Dirac. Ahora bien, cada traza ssmica es esencialmente una serie de valores de amplitud a lo largo del tiempo (de ida y vuelta ssmico). Representa el resultado del arribo de seales, esto es, sucesivas respuestas reflectivas provenientes de interfaces de muy variada magnitud (desde lmites formacionales hasta

laminacin sedimentaria, tanto mayor su amplitud cuanto mayor sea el contraste de impedancias acsticas) que se interfieren entre s y a la vez son interferidas por diversos tipos de ruidos, sean stos superficiales o profundos. Las seales ssmicas son el resultado de la convolucin del frente de onda generado en la fuente con los sucesivos coeficientes de reflexin correspondientes a interfaces en el subsuelo. Puede pensarse la convolucin como el proceso mediante el cual la forma de onda (ondcula) se modifica al reflejarse, modificacin que es proporcional a la magnitud y signo del coeficiente de reflexin. Como vimos en el Tema 14, la ondcula se invierte cuando hay inversin de velocidad, es decir, coeficiente de reflexin negativo. Adems la amplitud reflejada es directamente proporcional al mdulo de dicho coeficiente. De modo que, como resultado de la convolucin, la seal que llega trae en su impronta la informacin de los contrastes de impedancia acstica del subsuelo. Matemticamente, una convolucin es un operador (simbolizado ) que transforma dos funciones F y G (en nuestro caso, respectivamente, la ondcula y la serie de coeficientes de reflexin) en una tercera funcin S (la seal registrada) que en cierto sentido representa la magnitud en la que se superponen F y una versin trasladada e invertida de G. La expresin formal se lee en la figura adjunta e indica que la convolucin es la integral de una serie de productos donde la funcin G(t) se va desplazando temporalmente respecto a la funcin F(t) para, a travs de todo el proceso de convolucin, dar finalmente la funcin S(t). Debe, sin embargo, recordarse que el patrn de interferencia resultante en la traza en este caso idealizado slo resulta de los coeficientes de reflexin, mientras que en la vida real la preparacin resultante de esta receta resulta abundantemente condimentada con variopintos ruidos superficiales y profundos.

Pero, adems de la interferencias que producen los ruidos y la propia seal en s misma, el registro convolucional de las reflexiones -dado por una traza- siempre es significativamente afectado por prdidas de amplitud y de frecuencia.


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La siguiente figura a la izquierda muestra los principales factores que afectan la amplitud de las ondas ssmicas en su trnsito por el subsuelo, en general ya mencionados en el Tema 12.

La figura de arriba a la derecha ilustra la comentada atenuacin de las frecuencias ssmicas, tanto mayor cuanto ms altos son sus valores y cuanto ms distancia ha debido viajar la onda por el subsuelo. Hemos visto ya en el Tema 14 los principales ruidos superficiales. Vemos ahora un esquema de los principales ruidos de origen profundo. La mayora consisten en reflexiones mltiples, es decir eventos entretenidos por ciertas interfaces del subsuelo, que por lo tanto llegan ms tarde a los receptores, superponindose en los registros de campo con seales procedentes de lugares ms profundos, como se ve abajo.

Una vez obtenidos los registros de campo, como el ilustrado en la primera pgina, con seales y ruidos, sigue la tarea de procesarlos digitalmente, mediante programas especficos en computadoras con capacidad suficiente. Un instrumento matemtico fundamental para este fin es la Transformada de Fourier (publicada por el francs Joseph Fourier en 1822) que en ssmica permite pasar del dominio del tiempo (la traza, o sea una serie de valores de amplitud a lo largo del tiempo) al dominio de la frecuencia (el espectro de frecuencia donde vemos en ordenadas las amplitudes de seal y ruido indiscriminadamente, correspondientes a cada frecuencia registrada con su escala desplegada en abscisas). La transformacin se realiza aproximando la forma de la traza con una integracin de una serie de funciones armnicas (seno, coseno) o Serie de Fourier, de amplitudes variables, para poder entonces pasar al clculo y representacin del espectro de frecuencia (expresable tambin como una integracin, pero ahora de diferenciales de frecuencia).


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Arriba puede verse simplificadamente cmo un fragmento de traza ssmica -en el dominio del tiempo, s(t)- puede ser pensado como la suma de funciones armnicas (en este caso slo tres, en casos reales muchsimas) mediante la aplicacin de una Serie de Fourier y puede verse como, Transformada mediante, puede ser luego representada en el dominio de la frecuencia -S(f)- segn un espectro de amplitudes versus frecuencias. Tambin se leen las expresiones matemticas correspondientes y se visualiza un ejemplo de traza ssmica tpica en funcin de sus tiempos de arribo y de sus frecuencias integrantes. La figura de la izquierda muestra la representacin en uno y otro dominio de una frecuencia simple, un impulso unitario (fuente), un ruido blanco (llamado as porque contiene todas las frecuencias), un ruido blanco ssmico ideal (con todas las frecuencias en amplitud pareja dentro del rango ssmico) y una traza ssmica (conteniendo seal y ruido). Ms a la izquierda caso real de traza (en amarillo) y las armnicas que se obtienen en su descomposicin.


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SECUENCIA DE PROCESAMIENTO

En la siguiente lista se indican: con una I los pasos imprescindibles del proceso, con una C los muy comnmente realizados, aunque no sean imprescindibles, y con una O los ocasionales, a los que se recurre para objetivos especficos, no rutinarios. El orden en que aqu se citan es el ms usual, pero algunos pasos no imprescindibles pueden hacerse en un orden distinto.

I) Demultiplexeo (reordenamiento de la informacin)

-- los registros de campo son grabados en formato SEG B

I) Recuperacin de Ganancias (por divergencia esfrica, etc)

I) Correlacin cruzada (slo en datos de vibro)

C) Edicin de Trazas (eliminacin de trazas ruidosas o muertas)

I) Correcciones Estticas (efectos de topografa y capa meteorizada o Weathering)

C) Deconvolucin Aguda (Spike, tiende a agudizar las formas de onda)

I) Agrupamiento por Familias de Trazas de PCP (CDP Gathers)

I) Correccin Dinmica o por Retardo Normal (Normal Move Out), que incluye el Anlisis de Velocidad.

I) Apilamiento o Suma (Stack), eventualmente antecedido por el Enmudecimiento frontal (Mute)

-- en esta etapa ya se tiene una seccin ssmica, en formato SEG Y

C) Filtrados Varios (de frecuencias, de velocidades, etc)

C) Migracin (correccin de las deformaciones por buzamientos y eliminacin de difracciones)

O) Migracin antes de apilamiento (Pre-Stack)

O) Retardo Buzante (Dip Move Out) en lugar de NMO antes de apilamiento

O) Deconvolucin Predictiva (para eliminar reflexiones mltiples)

O) Estticas Residuales (para ajuste fino de estticas)

O) Realce de Frecuencias (para conseguir una mayor resolucin ssmica)

O) Corrimiento de Fase (generalmente a fase cero para una mejor interpretacin)

O) Verdadera Amplitud (para optimizar las relaciones de amplitud entre distintos eventos)

O) Conversin a profundidad (se pasa de escala vertical en tiempo a profundidad)

I)Demultiplexeo: Reordenamiento secuencial de los datos de campo (figura a la derecha), convirtiendo el formato provisorio inicial (secuenciando el nmero de canales o trazas de cada muestra sucesiva) en formato de matriz traspuesta (secuenciando el nmero de muestras de cada traza sucesiva). Consiste en modificar la secuencia de valores de amplitud muestreados a fin de facilitar la visualizacin de los registros de campo y el subsiguiente procesado de los datos. Es un proceso realizado automticamente apenas despus de grabar tras cada disparo. Los registros quedan as en el llamado formato SEG B.


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I) Recuperacin de ganancias o amplitudes: proceso de correccin por el efecto de la prdida de amplitudes debido a la divergencia cuasiesfrica del frente de ondas y las prdidas por el comportamiento parcialmente inelstico del subsuelo (atenuacin), el desperdigamiento (scattering) y la particin de la energa. Se hace un anlisis iterativo para obtener la curva de ganancia ptima que mediante una curva logartmica creciente recupera la prdida total expresada con una curva exponencial decreciente, como se ilustra a la derecha. Una alternativa ms lenta, y por lo tanto costosa, es hacer un proceso de recuperacin de Verdadera Amplitud, que en rigor no lo es, ya que verdadera amplitud es la que se ha registrado de campo, con primeros arribos de gran amplitud y arribos posteriores decreciendo exponencialmente. Llamamos Verdadera Amplitud a la que se hubiese obtenido si la divergencia esfrica y dems fenmenos de prdida de energa no hubieran sucedido. Y esto se hace mediante clculos de reas relativas involucradas en el viaje del frente de onda segn sea la profundidad y distancia fuente-receptor de los eventos registrados. Slo se realiza cuando otros procesos o anlisis posteriores lo ameritan: inversin de trazas, mtodo AVO, estudios sismoestratigrficos u otros.

I) Correlacin cruzada de vibros: se hace la comparacin entre el barrido (sweep) de campo (grabado en la cinta) y cada una de las trazas del registro. Es un conjunto de multiplicaciones entre traza y barrido (desplazado en el tiempo muestra a muestra) que finalmente se integra, como se expresa matemticamente en el recuadro.

La operacin de correlacin cruzada se aplica a los valores digitales de la traza registrada. El tiempo total de registro de campo es la suma de los ocho o doce segundos del barrido ms los cuatro o cinco segundos de la ventana temporal de inters. Como puede verse en la figura de la pgina anterior, cada trayectoria reflejada a distinta profundidad, genera un arribo que se extiende por un intervalo de tiempo de varios segundos, dado que,


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al tener un barrido de frecuencias transitando el subsuelo, en cada interfaz se van reflejando progresivamente desde las bajas hasta las altas frecuencias del barrido. Consecuentemente llegan a una dada estacin receptora los barridos reflejados parcialmente superpuestos desde esas distintas interfaces localizadas a distintas profundidades. La aplicacin de la funcin de correlacin cruzada permite ordenar matemticamente la informacin de modo que todas las frecuencias resulten aplicadas simultneamente para cada evento reflejado como si la fuente hubiese sido impulsiva. Pero con una diferencia en la traza o sismograma obtenido: la ondcula generada no es de fase mnima -como en las fuentes impulsivas- sino de fase cero, resultante de la autocorrelacin del barrido (la correlacin consigo mismo), concepto que fue definido hacia 1970 por el estadounidense John Klauder.

C) Edicin de Trazas: supresin de trazas ruidosas (por mal acople de los receptores, ruidos de motores, etc.) o muertas (generalmente por problemas de cables), cuya participacin en las siguientes etapas del proceso sera nula o incluso negativa (en el Apilamiento).

I) Correcciones Estticas: son correcciones en tiempo debido a la topografa (existencia de desniveles entre fuente de energa y receptores) y a las variaciones de velocidad y espesor de la capa meteorizada (de baja velocidad o weathering). Se establece un plano horizontal de referencia (datum) por debajo de sta, que es el nuevo cero de los tiempos, como se ilustra abajo. Al tiempo total se le restan los tiempos que tarda el frente de onda en recorrer la capa meteorizada hacia abajo y hacia arriba. Se hace una correccin por emergencia y otra por incidencia, nica para cada estaca o estacin, de modo tal que se aplica la esttica calculada a cada una de las trazas de un registro individual. Otras veces se emplea un plano en el aire, por encima de la topografa, y matemticamente se rellena ese espacio con una velocidad semejante a la que se estim para la primera capa de alta velocidad (la que infrayace a la meteorizada: submeteorizada o subweathering). La velocidad de la capa meteorizada (del orden de 400 a 1200 m/s) suele variar lateralmente, mientras que la capa infrayacente (de unos 1700 a 2000 m/s) generalmente vara menos. Los problemas que ocasiona dicha capa superficial se resumen en la figura de ms abajo. El espesor de la capa meteorizada se calcula por ssmica de refraccin, con dromocronas horizontales (suele aplicarse la tcnica de Sumacin, expuesta en el Tema 12) y/o dromocronas verticales (en

pozos o upholes). Estos ltimos son ms costosos y por lo tanto generalmente se hacen unos pocos en puntos estratgicos para el control fino de las dromocronas horizontales. Si los registros de ssmica de reflexin son lo suficientemente detallados para niveles someros, pueden usarse para el clculo de dromocronas horizontales, evitndose la adquisicin de ssmica de refraccin, aunque esto raramente sucede debido a su muy distinta profundidad de inters y consecuentemente su escasa confiabilidad. En el mar o lagos slo debe considerarse su variacin de profundidad, ms el efecto de marea. No existe bajo el agua una capa de baja velocidad como en tierra. La velocidad en el agua promedia los 1500 m/s y la capa de sedimentos de fondo, embebidos en agua, tienen una velocidad algo mayor.


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C) Deconvolucin Aguda (Spike) o Filtrado Inverso: El concepto de deconvolucin se refiere a las operaciones matemticas empleadas en restauracin de seales para recuperar datos que han sido modificados por un proceso fsico llamado convolucin. De modo que, conocidas la imagen convolucionada S (en nuestro caso la traza) y la funcin portadora G (la ondcula), ms un modelo fsico del ruido , se obtendra la distribucin de informacin original F (los coeficientes de reflexin). Pero la resolucin de esta ecuacin es un complejo filtrado inverso en la prctica, debido a una dificultosa estimacin del ruido, para lo cual se emplean elaborados algoritmos iterativos que sin embargo nunca logran un resultado cercano al ideal. En concreto, lo que se tiende a hacer con la deconvolucin aguda es minimizar el efecto de la convolucin -o sea, el efecto del informante-, pero no se puede suprimir del todo para llegar a la informacin pura. El ideal de remover la forma de onda para obtener las series de coeficientes queda lejos de poder alcanzarse debido a la presencia de diversos tipos de ruidos y su consecuente magnificacin al intensificarse este proceso iterativo de deconvolucin. De todos modos este filtrado inverso permite concentrar o colapsar la energa de cada evento reflejado, mejorando la resolucin vertical, ya que con el estrechamiento de la ondcula se consigue agudizar la respuesta de los eventos reflejados, tal como se grafica a continuacin.

En la prctica el analista ssmico busca un razonable punto medio entre la agudizacin de los reflectores y el aumento del ruido. A la izquierda un caso real en el que se puede apreciar que la seccin ssmica final (resultante de aplicar toda la secuencia de procesado, hasta el apilamiento o suma inclusive) da como producto una seccin con mejor definicin de reflectores pero tambin ms ruidosa cuando se ha aplicado la deconvolucin aguda, una correccin que, como se indic, no es obligatoria aunque s muy frecuente.


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I) Agrupamiento por Familia de Trazas (Gathers): Las trazas de los distintos registros de campo (esquema en amarillo) deben ser agrupadas en funcin del punto de rebote en el subsuelo, esto es, reunir las trazas correspondientes a una misma serie vertical de Puntos Comunes Profundos (PCP o CDP) aunque pertenezcan a distintos puntos de emisin y recepcin, como se ve en el esquema de la parte derecha. Cada familia de trazas presenta un aspecto hiperblico, anlogo al de los registros de campo, dado por el creciente distanciamiento (x) que se refleja en los tiempos de trnsito (T), crecientes a medida crecen en el subsuelo las trayectorias de viaje y su oblicuidad.

I) Correcciones Dinmicas o por Retardo Normal (Normal Move Out, NMO): necesarias para horizontalizar las hiprbolas y dejar en fase los picos y valles correlacionables entre las distintas trazas de cada familia de punto comn profundo. Hay que llevar todos los registros a tiempos de ida y vuelta (TWT) correspondientes a x = 0 (To) y para eso se deben calcular las diferencias de tiempo (T) entre cada trayectoria oblicua y la normal a la capa, lo que constituye la correccin por Retardo Normal (NMO), tal como se expresa matemticamente en el grfico adjunto. Para diferentes tiempos, la velocidad que nos anula el retardo es diferente. Para cada tiempo se aplica una velocidad media Vm tal que el clculo anule el retardo. Son velocidades crecientes a mayor tiempo y configuran la llamada Ley de Velocidad de

Apilamiento (stacking) que logra optimizar a la familia o gather y atena las reflexiones mltiples, dado que estas ltimas provienen de una profundidad menor a la de las reflexiones simples (igualmente llamadas primarias, sean de onda P o S, aunque casi siempre se trabaja con las primeras). Es decir, al provenir las mltiples de una profundidad menor, tienen una velocidad media VmM de correccin menor -y por lo tanto una curvatura hiperblica mayor- a la VmS, que es la velocidad media que corrige a las reflexiones simples con las cuales tienden a superponerse. Existe, por lo tanto, una diferencia de tiempo T entre uno y otro alineamiento hiprblico, tal como puede


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verse en la figura adjunta. El T de correccin dinmica apropiado para la reflexin simple resulta entonces insuficiente para la mltiple y, consecuentemente, sus eventos siguen quedando un poco desfasados, con un retardo o move out residual, como se aprecia en la figura inmediata inferior.

Asimismo, puede verse que un ruido superficial, de alineamiento recto como la onda de Rayleigh (ground roll), tambin queda desfasado tras la correccin por retardo normal

Entonces, las velocidades medias que nos anulan el retardo (crecientes con el tiempo) permiten obtener la Ley de Velocidad que mejor corrige dinmicamente los datos, algo que en la prctica resulta de un Anlisis de Velocidades interactivo, de prueba y error, que generalmente no difiere ms del 5% de la que se podra obtener con precisos datos de ssmica de pozo. Con esa ley podemos luego calcular los espesores (Z) de cada capa, as como sus velocidades intervlicas. Para ello debe saberse que las velocidades medias reales -que se han intentado aproximar con el Anlisis de Velocidades de Apilamiento- no resultan adecuadamente aproximadas por medias aritmticas, sino por las races de las medias cuadrticas (Vrmc, o Vrms en ingls), dado que las trayectorias de rayos no son totalmente verticales -en cuyo caso s una media aritmtica funcionara-. Aqu sus expresiones analticas:

Desde las sucesivas Vrmc estimadas interactivamente podemos obtener la sucesin de velocidades intervlicas Vi, eventualmente con intervalos de variable espesor en el subsuelo. (A cada espesor le corresponde un cierto intervalo de tiempo de ida y vuelta vertical, llamado T, que no debe confundirse con los t vistos para la correccin de retardo normal.

I) Apilamiento (Stacking): Es la culminacin de la correccin dinmica, tal como se ve en la figura superior derecha. Al haber conseguido dejar en fase las reflexiones simples o primarias y desfasados los ruidos superficiales -que hubieran sobrevivido a las estrategias de adquisicin- y tambin desfasados los ruidos profundos (esencialmente ondas mltiples varias) al sumar o apilar lo que se est haciendo es atenuar ruidos y resaltar la seal, es decir, obtener una traza suma que consigue mejorar la relacin Seal/Ruido, la esencia del mtodo de stacking o apilamiento. Las reflexiones mltiples se suelen atenuar a 1/3 1/4 de la amplitud de la reflexin simple, aunque en ciertos


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casos en que las velocidades de eventos simples y mltiples se asemejan, estos ltimos pueden llegar a sobrevivir al apilamiento y podra entonces propender a confusiones en la interpretacin. De ser as, existe una alternativa posterior en la secuencia de procesamiento ssmico para lograr su eliminacin, la Deconvolucin Predictiva, que luego citaremos. Existe una operacin complementaria previa al Apilamiento, llamada Enmudecimiento Frontal (Mute), empleado para eliminar la porcin ms somera de las trazas con mayor apartamiento de una Familia, con una funcin de corte gradual en rampa. En esos tiempos superficiales de trazas lejanas a la fuente, multiplicamos sus amplitudes por cero, evitando as apilar porciones de trazas con baja frecuencia que contribuiran negativamente a la suma, como se ilustra a la derecha.

En esta etapa del procesamiento ssmico de reflexin ya se tiene una seccin ssmica -o un cubo- interpretable, en un formato digital denominado SEG Y. (Este y otros formatos ssmicos fueron desarrollados en la Society of Exploration Geophysicists de los Estados Unidos.) Una seccin o cubo ssmico est constituido de trazas-suma, cada una de las cuales es una serie temporal (To) de valores de amplitud, muestreados cada 4 2 ms.

C) Filtrados: Los ruidos se pueden separar de la seal haciendo uso de filtros de frecuencias, de velocidades, de coherencia u otros. Siempre debe evitarse perder parte de la seal (o al menos minimizar la prdida) en el afn de suprimir ruidos que, en caso de no ser eliminados, podran dar imgenes ssmicas procesadas de confusa interpretacin.

Filtrado de Frecuencias: este tipo de filtro permite eliminar aquellos ruidos cuyas frecuencias difieren de las que contiene la seal ssmica. Se aplica en forma de trapecio con dos rampas como corta-bajos y corta-altos para suprimir bajas y altas frecuencias temporales respectivamente. En los extremos izquierdo y derecho del espectro (en el dominio transformado de Fourier) las frecuencias son suprimidas totalmente, mientras que en la zona central son preservadas totalmente y en las rampas se las va cortando gradualmente desde cero a cien por ciento, lo cual se hace as para evitar la aparicin del Fenmeno de Gibbs (descripto en 1899 por el estadounidense J. Willard Gibbs, uno de los pioneros de la termodinmica) que generara un corte abrupto tipo cajn, esto es, ruido por el problema de sobrepaso residual de las formas de onda de las series de Fourier.

En la figura inmediata superior se ven los espectros de frecuencias de la contribucin terica de la seal y del ruido, el espectro conjunto, que es el realmente registrado, y la forma del filtro trapezoidal, con rampas que en este ejemplo se ubican entre 8/14 y 60/80 Hz. A la derecha algunas magnitudes medidas usualmente durante la adquisicin y el procesamiento de la ssmica de reflexin. La palabra octava es lo que en msica se denomina nota. (Los tonos musicales son armnicos de una nota, o sea sus mltiplos de frecuencia.)


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A la derecha un ejemplo real de aplicacin de un Filtro Pasabanda sobre una seccin ssmica vieja, de escaso recubrimiento (1200%), cuya regular calidad mejora cuando se reduce la entrada de altas frecuencias, que evidentemente estn mayormente constituidas por ruido.

Filtrado de velocidades: se basan en representar la informacin ssmica en grficas F/K (frecuencia / nmero de onda), lo que se realiza a travs de la aplicacin de una doble transformada de Fourier: primero de la traza (amplitud/tiempo) al espectro de frecuencias (amplitud/frecuencia) y luego a la grfica F/K. Entonces pueden eliminarse ruidos que aparecen como eventos lineales de velocidades distintas a la de la seal. Hecho lo cual, se realiza el camino matemtico inverso para volver a la traza ssmica. En la figura a la derecha puede apreciarse el sector de aplicacin del filtro de velocidades junto con los sectores del filtro de frecuencias y del filtrado que ejerce el arreglo de recepcin en el campo. Los valores negativos en abscisas se refieren a frentes de onda que han arribado con sentido opuesto.

Filtrado de Coherencia: la supresin de ruido se realiza en funcin de algoritmos de coherencia o semblanza que se aplican a partir de la comparacin de trazas sucesivas, de donde se deducen tendencias de alineamientos de eventos, considerados como ruidos presuntos que han de suprimirse. Sin embargo, la aplicacin de este tipo de filtrado ha de ser cuidadosa, ya que se corre el riesgo de eliminar tambin parte de la seal.

C) Migracin: Es la etapa del procesado de la seccin ssmica que permite llevar cada PCP a su verdadera posicin respecto de los puntos de emisin y recepcin, algo que no es necesario hacer cuando las interfaces del subsuelo son horizontales, pero que se torna tanto ms importante cuanto mayores son los buzamientos, tal como se ilustra a la derecha. Esto es crtico en la localizacin de un pozo.


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Es por eso que resulta importante migrar, sobre todo cuando hay altos buzamientos y, en verdad, desde hace dos dcadas, con la reduccin de costos que trajeron los progresos informticos, la migracin ha pasado a ser una etapa rutinaria del procesamiento ssmico. Al migrar se deben determinar los x y y para cada PCP que no est sobre un plano horizontal. Una forma manual de realizarla, que se emple en viejas pocas, es la que se ilustra a la derecha, til a los fines de entender geomtricamente de qu se trata. La figura de abajo ilustra un caso extremo, que sin embargo es frecuente en reas plegadas, donde una interfaz geolgica de un sinclinal puede generar tres reflectores ssmicos, dos en X y uno en forma de anticlinal profundo (efecto de foco enterrado), con las nefastas consecuencias intepretativas que esto podra acarrear. Un ejemplo real puede verse hacia la derecha, donde la seccin ssmica migrada logra reconstruir apropiadamente la configuracin estructural que estaba muy distorsionada en la versin no migrada.

Otra forma de entender lo que hace el proceso de migracin es ver cmo ste opera sobre las ficticias hiprbolas de difraccin que estn siempre presentes en toda seccin ssmica no migrada. La primera figura de la pgina siguiente muestra cmo son asignados los puntos de tales curvas de difraccin, a partir de puntos de emisin desde cada uno de los cuales sale un rayo que llega a un punto difractor, que a su vez genera rayos en todas direcciones que van a parar a todos los puntos receptores. Esas localizaciones errneas, en los puntos medios entre emisin y recepcin, son la consecuencia de asumir capas horizontales y ausencia de puntos difractores. Entonces la migracin lo que hace es mover cada uno de esos puntos, llevndolos al lugar desde donde en realidad proviene tal energa. De hecho, una forma manual de migrar es trabajar de este modo con los eventos


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difractados que se observan sobre la seccin ssmica no migrada, tal como se ilustra.

Con ssmica 2D suele haber cierta incertidumbre en los parmetros de migracin debido al desconocimiento de las componentes de buzamiento laterales a la lnea de adquisicin ssmica, por lo que las imgenes ssmicas finales pueden resultar desenfocadas. Esto es algo que no ocurre con ssmica 3D al disponerse de una visualizacin completa del espacio circundante, tal como se ilustra en las secciones a la derecha que son modelos sintticos que reproducen el resultado que dara la estructura que se esquematiza abajo.


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Ya sea para ssmica bi o tridimensional, hay varios mtodos de migracin, de los cuales los ms conocidos son:

Mtodos Manuales: a) en tiempo, por Envolventes o bien por Difracciones (el que ms se us en los primeros tiempos del mtodo de Stacking, como hemos ilustrado) b) en profundidad por Envolventes o bien por Rayos Ssmicos.

Mtodos Automticos: a) en tiempo, - por el mtodo de difraccin o integral de Kirchhoff (una aproximacin de ndole estadstica), - mediante integracin de diferencias finitas por ecuacin de onda (de tipo determinstico, por continuacin descendente), ms preciso pero ms lento que el anterior, - en el dominio de las frecuencias por doble transformada de Fourier (tambin determinstico y por ecuacin de onda), con mejores resultados que los anteriores en altos buzamientos, b) en profundidad, - por trazado de rayos, ms costoso pero con buena resolucin de cambios laterales de velocidad.

O) Migracin antes de suma (pre-stack): Es una variante slo utilizada en situaciones tectnicas complejas dado su costo, debido a que el proceso de migracin se aplica a cada una de las trazas que van a formar la familia de PCP, en lugar de hacerse sobre la traza suma o apilada. El mtodo aplicado en migracin pre-stack puede ser cualquiera de los mismos arriba citados para migracin convencional despus de suma o post-stack. Al hacer la migracin sobre cada traza individual de la familia, se consigue una mejor traza-suma y en definitiva un mejor resultado en la seccin a interpretar. El fundamento de esta ventaja puede visualizarse en el grfico de abajo, donde se observa cmo los rebotes de las distintas trayectorias fuente-receptor que han de conformar la familia de trazas de PCP en rigor no provienen de un nico punto sobre el horizonte reflector si ste inclina. Es decir, si se apila antes de migrar, se est apilando eventos que no coinciden bien y por lo tanto la traza apilada no es tan buena y la posterior migracin tampoco lo ser. En cambio, si primero se migra, el posterior apilamiento resultar mejor.

Arriba puede verse un ejemplo extremo de cunto puede llegar a cambiar una imagen procesada de ssmica de reflexin (en este caso 3D en el Golfo de Mxico) si se aplica migracin antes de suma. Otras veces la diferencia con la migracin despus de suma no es tan evidente, pero siempre la hay.


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O) Correcciones Dinmicas o por Retardo Buzante (Dip Move Out, DMO): Consiste en calcular el Retardo Buzante (DMO) en lugar del Retardo Normal (NMO), por convolucin aplicada a familias adyacentes de Punto Comn Profundo, lo que consigue un corrimiento ms correcto de los t entre las trazas de cada familia al estimar un posicionamiento ms correcto en el subsuelo, contemplando el buzamiento del horizonte reflector, cosa que no hace la correccin por Retardo Normal. Puede recurrirse al DMO como una opcin ms econmica a la migracin, aunque menos efectiva. Otras veces se lo aplica como complemento previo a la migracin antes de suma, a fin de optimizarla.

O) Deconvolucin Predictiva: Proceso utilizado para predecir la presencia de reflexiones mltiples y eliminarlas cuando stas hubieran sobrevivido al Apilamiento. El algoritmo tiene la forma de una deconvolucin que busca la repeticin de formas reflectoras a tiempos mltiplos enteros del ms somero, que se considera el de la reflexin simple. A la derecha, el esquema operativo de la correccin aplicada y, abajo, un ejemplo clsico de mltiples en el espesor de agua de un mar o lago, conocido como reverberacin o ringing. Su presencia en la seccin ssmica podra causar errores de interpretacin. La deconvolucin predictiva las suprime.

O) Correcciones Estticas Residuales: Opcin de ajuste fino de las correcciones estticas, si stas no hubieran sido muy buenas por las carencias en los datos de las estticas de campo. Es un proceso que se hace por comparacin de trazas aledaas, donde el algoritmo busca eventuales saltos de tiempo constante a lo largo de toda una traza respecto a sus vecinas y, de haberlo, los corrige. En la aplicacin de esta opcin cosmtica debe cuidarse de lograr la mejora en la consistencia en el colgado de los tiempos de las trazas sin atenuar los rasgos estratigrficos o estructurales del rea registrada. A la izquierda un ejemplo de este proceso correctivo opcional.


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O) Realce de Frecuencias: Es otra opcin para mejorar el aspecto de la ssmica, en este caso buscando obtener una mejor resolucin de los eventos. Para ello se emplean algoritmos que permiten recuperar altas frecuencias casi perdidas ya desde el registro de campo, lo cual tiene el alto riesgo de intercalar falsos horizontes si el proceso se aplica en exceso. La figura de la derecha es un ejemplo de esta aplicacin.

O) Corrimiento de Fase: Otra opcin cosmtica, para correr la fase de las trazas ssmicas, de fase mnima a fase cero -lo ms habitual- o bien a la inversa. El primer caso suele hacer ms fcilmente interpretables las secciones ssmicas. Al revs, slo se hace si una ssmica de vibro debe ser comparada con ssmica aledaa que est registrada con una fuente impulsiva. Abajo vemos un modelo sinttico del efecto que produce el corrimiento de fase.

O) Recuperacin de Verdaderas Amplitudes: Es un proceso aplicado slo en casos particulares -figura a la derecha- en los que el objetivo no es la mejor visualizacin, sino la aplicacin posterior de otros procesos especiales, tales como la Inversin de Traza o el mtodo AVO, que se explican en el Tema 18. Debe tenerse presente que las verdaderas amplitudes son en verdad aquellas que se han registrado, afectadas por divergencia esfrica y un sinnmero de etcteras. Lo que ac definimos como verdadera amplitud es una

amplitud lo ms parecida posible a la que se hubiese registrado si divergencia esfrica y etcteras no ocurriesen. Para hacerlo el mtodo consiste en optimizar la recuperacin de ganancias con este criterio que es ms analtico que visual y que requiere de mucho ms tiempo de trabajo en el centro de cmputos.

O) Conversin a Profundidad: Existen varios mtodos para pasar la escala vertical de la ssmica de reflexin de tiempos de ida y vuelta verticalizados a profundidades. Puede hacerse con datos de leyes de velocidad obtenidos en pozos (cuntos ms en el rea de trabajo, mejor) o bien con datos obtenidos desde el procesamiento. En este ltimo caso lo ms efectivo es hacerlo migrando los datos en profundidad.


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Si el proceso est poco controlado es preferible manejarse con la ssmica en tiempo y calcular las profundidades en los puntos de inters prospectivo. Un exceso de confianza en una ssmica con escala vertical mtrica podra derivar en interpretaciones y prospectos de profundidad errnea. El ejemplo siguiente, en el Flanco Norte de la Cuenca Golfo San Jorge, obtenido por migracin por trazado de rayos en profundidad antes de suma, muestra cmo se altera la escala vertical en trminos relativos. Las secuencias ms altas, del Terciario, se ven ms delgadas en la escala Z, mientras que lo contrario ocurre con las secuencias profundas de la Fm Pozo D-129, rocas madres del Cretcico, ms delgadas en escala de To. Se debe recordar que las velocidades ssmicas crecen con la profundidad.


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Los cubos ssmicos -en rigor volmenes de variadas formas- pueden registrarse en forma aledaa y luego procederse a la Fusin (Merge) de los mismos, as como a la vinculacin de ssmica 3D con 2D preexistente, parcialmente superpuesta, mediante el reproceso de esta ltima, ms antigua, con los parmetros de la 3D. Una vez finalizado el procesamiento de la ssmica de reflexin, las secciones individuales o bien los volmenes, resultantes de un proyecto, ingresan a la fase de Interpretacin en trminos geolgicos, petroleros o de otras aplicaciones diversas.

CUESTIONARIO BSICO:

- Qu cosas le sucede a la onda ssmica durante su viaje por el subsuelo? - Cul es el objetivo del procesado ssmico de reflexin? - Esquematizar los pasos esenciales del procesamiento de la ssmica de reflexin y explicar cul es el objetivo de cada uno de dichos pasos. - Mencionar las etapas no imprescindibles pero muy comunes del procesado. - Explicar la metodologa vista en clase para correccin esttica. - Qu ventajas da el uso de la transformada de Fourier? - Cul es el significado de la convolucin y cul el de la deconvolucin en el procesado ssmico? - Qu utilidad tiene el proceso de migracin y en qu consiste hacerlo antes de suma? - Citar etapas ocasionales del proceso y su eventual utilidad.

BIBLIOGRAFA

- Bocaccio P. y otros, 1996. Apuntes de Ssmologa y Sismica (p.1-36). Yacimientos Petrolferos Fiscales. - Cantos Figuerola, J., 1972. Tratado de Geofsica Aplicada (p.235-305). Librera de Ciencia e Industria. - Fowler, C., 1990. The Solid Earth (p.133-147). Cambridge University Press. - Sheriff, R., 1991. Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics. Society of Exploration Geophysicists. - Sheriff, R., 1985. Geophysical Exploration and Interpretation. Society of Exploration Geophysicists.

tema 15_procesamiento sísmico de reflexión

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