Sismología geométrica

Digital Imaging and Deconvolution: The ABCs of Seismic Exploration and Processing

Series	Geophysical References Series
Title	Digital Imaging and Deconvolution: The ABCs of Seismic Exploration and Processing
Author	Enders A. Robinson and Sven Treitel
Chapter	1
DOI	http://dx.doi.org/10.1190/1.9781560801610
ISBN	9781560801481
Store	SEG Online Store

Para que un geofísico pueda realizar una interpretación sísmica sólida, debe tener un buen conocimiento del mecanismo por el cual las ondas elásticas se propagan a través de diversos materiales. Debe saber cómo la propagación se ve afectada por los tipos de formaciones rocosas y estructuras a través de las cuales pasan las ondas. Cuanto más clara sea su comprensión de estos procesos físicos y mejor sea su conocimiento de la geología local, más sólida será la interpretación resultante. Si los eventos registrados consisten en formas de onda distintas, reflejadas o refractadas desde estratos del subsuelo horizontales esencialmente plano-paralelos, el procesamiento y la interpretación no suelen presentar grandes dificultades. Sin embargo, si las trayectorias de propagación están influenciadas por características irregulares del subsuelo, los registros sísmicos se complican rápidamente. En esas circunstancias, los efectos nocivos de la dispersión, la refracción, el enfoque y otras influencias perturbadoras pueden ser tan graves que hacen que los registros sean extremadamente difíciles de procesar e interpretar.

Para obtener el conocimiento más completo de los detalles de la propagación de las ondas en la Tierra, es necesario estudiar la teoría de la elasticidad (Robinson y Clark, 1988a). Este vasto tema trata de las propiedades elásticas de los medios físicos e intenta explicar la manera en que los sólidos se deforman bajo tensiones aplicadas. Además, busca explicar los posibles tipos y modos de reacciones, tanto estáticas como dinámicas, que resultan cuando un sólido es afectado por agentes externos. Describe en detalle cómo el movimiento, el momento y la energía, iniciados por una perturbación local, se propagan a otras partes de un sólido extendido. En particular, esta teoría nos proporciona una exposición detallada de los complejos procesos de propagación de ondas elásticas en sólidos. La teoría general ha sido objeto de investigación por parte de físicos matemáticos durante muchas generaciones y, como consecuencia de ello, ha alcanzado un alto grado de completitud. Sin embargo, la teoría se vuelve matemáticamente difícil rápidamente. Las aplicaciones sísmicas prácticas casi invariablemente requieren trabajo numérico en una computadora. En la geofísica de exploración, las ondas sísmicas se propagan a través de rocas subterráneas, así como a través de cualquier cuerpo de agua suprayacente (Figura 6).

Figure 6.  Los principales tipos de rocas. El petróleo se encuentra generalmente en rocas sedimentarias. De los archivos de la Escuela de Minas Krumb.

Afortunadamente, los métodos simplificadores pueden explicar muchos de los fenómenos asociados con la propagación de las ondas sísmicas. En muchos aspectos, las ondas sísmicas son similares a las ondas de luz. Durante los últimos siglos, los físicos y los matemáticos han elaborado un conjunto muy extenso de principios, basados ​​casi por completo en el razonamiento geométrico, para explicar lo que se sabe sobre la luz. Esta doctrina aborda exhaustivamente las ideas de trayectorias de rayos y frentes de onda y se conoce como "óptica geométrica". Es fácil adaptar muchos de estos principios para explicar las ondas sísmicas, así como las ondas acústicas. Estos campos de estudio se conocen como "sismología geométrica" ​​y "acústica geométrica". Aunque este enfoque no es suficiente para explicar todo lo que nos interesa como geofísicos, explica de manera bastante adecuada muchos fenómenos importantes. En la medida en que es capaz de abordar problemas en la propagación de ondas sísmicas, concuerda con la teoría dinámica de la elasticidad.

En áreas geológicamente complejas donde se realizarán exploraciones de hidrocarburos, la eficacia del método sísmico dependerá en gran medida de la capacidad de los geofísicos para interpretar los datos más difíciles. Esto, a su vez, depende en gran medida de una comprensión profunda de los mecanismos de propagación de las ondas sísmicas. Los principios de la sismología geométrica proporcionan una buena comprensión de muchos de los procesos físicos esenciales que dan lugar a los datos originales.

La teoría geométrica de la propagación de las ondas se ocupa de los frentes de onda y trayectorias de rayos. En un medio homogéneo e isótropo, las trayectorias de rayos son líneas rectas en ángulo recto con los frentes de onda. El movimiento de una onda en el agua proporciona un ejemplo sencillo de propagación de ondas. Desde una perturbación puntual en la superficie de un estanque, por ejemplo, las ondas circulares avanzan hacia afuera en todas direcciones. Los círculos concéntricos son los frentes de onda y los radios de los círculos son las trayectorias de rayos. La teoría geométrica de la propagación de las ondas no se ocupa en modo alguno de propiedades específicas de las rocas como la densidad, la compresibilidad y la rigidez. De hecho, es incapaz de tratarlas. Tampoco puede tratar cuantitativamente cuestiones tan importantes como el movimiento y el momento de las partes de un cuerpo atravesadas por una onda. Del mismo modo, no se puede tratar el contenido de energía y la forma de la onda, o la distinción entre ondas longitudinales y transversales. De todas las propiedades físicas de una roca, una sola -la "velocidad" con la que la roca transmite ondas elásticas- se utiliza en la teoría geométrica.

En muchas rocas, especialmente las de tipo cristalino, la velocidad en cualquier punto depende de la dirección de propagación de la onda en ese punto. Por ejemplo, la velocidad de propagación vertical puede diferir de la velocidad de propagación horizontal en una localidad determinada. Cuando este es el caso, la roca se llama "anisotrópica". A menos que se indique lo contrario, trataremos solo con rocas que sean "isótropas", es decir, aquellas para las que la velocidad de propagación de las ondas sísmicas es independiente de la dirección. Un buen ejemplo de una roca anisotrópica es el espato de Islandia, que es básicamente un fragmento claro hendido de una forma completamente incolora (similar al hielo) de calcita. El espato de Islandia muestra la forma clásica de clivaje de la calcita, el romboedro, y demuestra mejor la propiedad de la calcita conocida como "doble refracción".

Existe otro tipo de falta de homogeneidad que nos preocupará a menudo. Las rocas pueden ser isótropas en todas partes, pero la velocidad absoluta puede variar de un lugar a otro. Normalmente, la velocidad en las rocas sedimentarias aumenta con la profundidad. Esto se llama variación de velocidad vertical. La velocidad también puede cambiar horizontalmente, en cuyo caso tenemos variación de velocidad horizontal o lateral. Cuando se encuentran tales variaciones, se deben idear métodos para tenerlas en cuenta adecuadamente.

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Tabla de contenido

También en este capítulo

• Introducción - Capítulo 1
• Frentes de ondas y trayectoria del rayo
• Solución de D'alembert
• Ondas unidimensionales
• Ondas sinusoidales
• Velocidad de fase
• Pulsos de ondas
• La velocidad de la luz
• Principio de Huygens
• Relexión y refracción
• Teoria del rayo
• Principio de Fermat
• Principio de Fermat y reflexión y refracción
• Difracción
• Analogía
• Apéndice A: Ejercicio

Vínculos externos

find literature about Geometric seismology/es