Sismología de Reflexión

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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 2
DOI http://dx.doi.org/10.1190/1.9781560801610
ISBN 9781560801481
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- Alexander Papa

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En el pasado, la mayoría de los estudios sísmicos se hacían a lo largo de líneas de superficie, lo que genera imágenes del subsuelo en 2D. Gracias a los grandes avances en tecnología informática e instrumentación sísmica, la geofísica de exploración ha hecho la transición del procesamiento en 2D al procesamiento en 3D.

La ecuación de onda se comporta bien en una dimensión y en tres dimensiones, pero no en dos dimensiones. En una dimensión, las ondas en una cuerda uniforme se propagan sin distorsión. En tres dimensiones, las ondas en un medio isótropo homogéneo se propagan de forma no distorsionada, salvo por un factor de corrección esférico. Sin embargo, en dos dimensiones, la propagación de las ondas es complicada y distorsionada. Por su propia naturaleza, el procesamiento 2D nunca puede dar cuenta de los eventos que se originan fuera del plano. Como resultado, el procesamiento 2D se divide en una gran cantidad de pasos parciales aproximados en una secuencia de operaciones. Estos pasos son ingeniosos, pero nunca pueden dar una imagen verdadera.

Por otra parte, el procesamiento 3D tiene en cuenta todos los eventos. Ahora resulta rentable diseñar estudios sísmicos sobre una superficie y realizar el procesamiento 3D. Ya no falta la tercera dimensión, por lo que, en consecuencia, ya no es necesario realizar una gran cantidad de aproximaciones 2D fragmentadas. La migración de profundidad previa al apilamiento es un proceso de obtención de imágenes 3D que requiere mucho tiempo de cálculo, pero es matemáticamente simple. Las imágenes 3D resultantes del interior de la Tierra superan todas las expectativas en cuanto a utilidad y belleza.

La sismología de reflexión es un método de obtención de imágenes a distancia que se utiliza en la exploración petrolera. El método de reflexión sísmica se desarrolló en la década de 1920. Desde entonces hasta aproximadamente 1965, el método implicó dos pasos: adquisición e interpretación. La adquisición consistía en hacer estallar una dinamita en el suelo y utilizar geófonos plantados en el suelo para detectar las ondas sísmicas resultantes. Los geófonos se colocaban en una línea. Las ondas recibidas se registraban en papel fotográfico sobre un tambor. Las grabaciones se tomaban durante un lapso de tiempo de aproximadamente dos o tres segundos después del momento del disparo. Cada receptor representaba una sola línea ondulada, que se denomina traza sísmica o simplemente traza. En otras palabras, una traza sísmica es una señal que se origina en una ubicación de fuente específica y se recibe en una ubicación de receptor específica. En los primeros tiempos, un equipo sísmico podía disparar aproximadamente diez disparos al día, con una docena de receptores aproximadamente para cada disparo. Cada disparo produjo un registro sísmico analógico compuesto de trazas, y se utilizó una traza de cada receptor (Figura 1).

Interpretación fue el siguiente paso. Cada registro fue examinado visualmente. Una reflexión primaria es un evento que representa el paso directo de una onda sísmica desde la fuente hasta el punto de profundidad desde el cual se refleja y luego un paso directo de regreso al receptor. En otras palabras, una reflexión primaria implica solo una reflexión. En contraste, una reflexión múltiple implica más de una reflexión (Figura 2).

Figure 1.  Uno de los registros sísmicos analógicos digitalizados por el Grupo de Análisis Geofísico (GAG) del MIT en 1953 midiendo amplitudes sucesivas con una regla con un espaciamiento temporal de 2,5 ms.

En una reflexión, las trazas se vuelven coherentes en el sentido de que entran en fase unas con otras. En otras palabras, en una reflexión, las crestas y los valles de las trazas adyacentes dan la apariencia de encajar unas con otras. El tiempo de llegada de una reflexión indica la profundidad del horizonte reflectante debajo de la superficie, mientras que la diferencia de tiempo (el llamado tiempo de salida) en las llegadas de un pico o valle dado a posiciones sucesivas del receptor proporciona información sobre la inclinación del horizonte reflectante. En áreas favorables, es posible seguir la misma reflexión a lo largo de una distancia mucho mayor que la cubierta por la extensión del receptor para un solo registro. En tales casos, los intérpretes colocan los registros uno al lado del otro. La reflexión de la última traza de un registro se correlaciona con la primera traza del siguiente registro. Dicha correlación puede continuar en registros sucesivos mientras persista la reflexión.

Figure 2.  (a) Reflexiones primarias y múltiples. (b) Apariencia de reflexiones primarias en una traza sísmica.

Desafortunadamente, en áreas desfavorables, el ruido generado por la señal abruma las reflexiones primarias. En tales casos, las reflexiones primarias no se pueden captar visualmente. Por ejemplo, las reverberaciones de la capa de agua generalmente abruman por completo las primarias en áreas cubiertas de agua como, por ejemplo, el Golfo de México, el Mar del Norte y el Golfo Pérsico. El caso más extremo de múltiples que el geofísico Larry Lines haya visto fue en la costa de Labrador (el lugar que Leif Eriksson había llamado Markland, hace más de mil años), donde hubo al menos 20 fuertes rebotes en el fondo del agua. Las áreas en las que los geofísicos no pueden ver "reflexiones" en el registro bruto se denominan áreas sin registro (NR). Las áreas NR del mundo no eran aptas para la exploración petrolera antes del procesamiento digital.

En la década de 1950, una gran parte de las cuencas sedimentarias de la Tierra, incluidas prácticamente todas las regiones cubiertas de agua, estaban clasificadas como zonas sin registro. Sin embargo, las décadas de 1940 y 1950 estuvieron repletas de inventos, y uno de ellos, y no el menor, fue la moderna computadora digital electrónica de alta velocidad con programa almacenado. Entre 1952 y 1957, casi todas las principales compañías petroleras y geofísicas patrocinaron al Grupo de Análisis Geofísico (GAG) del MIT para desarrollar métodos de procesamiento digital para desvelar los secretos de los sismogramas NR (Wadsworth et al., 1953[1]; Robinson, 1957[2], 2005[3]; Treitel, 2005[4]). Esta iniciativa fue el primer esfuerzo por convertir una industria de una metodología analógica a una digital. El objetivo era encontrar formas de eliminar el "ruido generado por señales" (como imágenes fantasma, reverberaciones y otras reflexiones múltiples) para obtener las reflexiones primarias subyacentes.

El GAG logró desarrollar métodos de procesamiento de señales (como la deconvolución) que permitieron preservar las reflexiones primarias y suprimir el ruido generado por las señales. Sin embargo, la poca fiabilidad de las computadoras existentes las hacía poco adecuadas para el procesamiento geofísico de manera rutinaria. No obstante, cada año se producían mejoras constantes en las computadoras y esa tendencia en la tecnología informática se estaba acelerando.

Con la introducción de las computadoras transistorizadas a fines de la década de 1950, la situación cambió. En 1965, el enfoque digital estaba tan vigente en la geofísica de exploración que no se podía volver a los viejos métodos analógicos (Robinson y Treitel, 1964[5]; Claerbout y Robinson, 1964[6]). Las compañías petroleras y geofísicas comenzaron a realizar la conversión de métodos analógicos a digitales. Estas empresas realizaron grandes avances en [el procesamiento digital]] y la tecnología (Lawyer et al., 2001[7]). La geofísica de exploración fue la primera industria en digitalizarse. Los geofísicos introdujeron el término "revolución digital" para describir esta transición (Robinson y Clark, 2005b[8]).


Referencias

  1. ↑ Wadsworth, G. P., E. A. Robinson, J. G. Bryan y P. M. Hurley, 1953, Detección de reflexión en registros sísmicos mediante operadores lineales: Geofísica, 18, 539–586.
  2. ↑ Robinson, E. A., 1957, Descomposición predictiva de trazas sísmicas: Geofísica, 22, 767–778.
  3. ↑ Robinson, E. A., 2005, The MIT Geophysical Analysis Group (GAG) from inception to 1954: Geophysics, 70, no. 4, 7JA–30JA.
  4. ↑ Treitel, S., 2005, The MIT Geophysical Analysis Group (GAG): Geophysics, 70, no. 4, 30JA.
  5. ↑ Robinson, E. A. y S. Treitel, 1964, Principles of digital filtering: Geophysics, 29, 395–404.
  6. ↑ Claerbout, J. y E. A. Robinson, 1964, The error in minimum squares inverse filtering: Geophysics, 29, 118–120.
  7. ↑ Lawyer, L. C., C. C. Bates y R. B. Rice, 2001, Geophysics in the affairs of humanity: SEG.
  8. ↑ Robinson, E. A. y R. D. Clark, 2005b, Reflecting on the digital revolution: The Leading Edge, 24, no. 10, 1030–1032.


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