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Universidad Nacional de Salta – SRT 1 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo Método de reflexión sísmica El método sísmico de reflexión, al igual que el de refracción, parte de producir microsismos artificiales por medio de una explosión, impacto, vibración, implosión en agua, etc. Pero en esta variante prospectiva -la más usada de todas las que existen en geofísica- no basta con registrar el tiempo de primer arribo en cada traza, como en sísmica de refracción. Aquí se debe registrar bien toda la traza, hasta el tiempo de ida y vuelta de la energía sísmica calculado para cubrir los objetivos de interés. Se graban entonces las amplitudes y tiempos de llegada de las ondas reflejadas en las diversas interfaces geológicas del subsuelo. Esto se hace por medio de receptores o sismómetros (geófonos en tierra, hidrófonos en el mar) convenientemente ubicados, desde los cuales es enviada la información a un sismógrafo donde se la graba y grafica. Posteriormente se debe pasar por una serie de etapas de procesado de la información obtenida en los sucesivos registros, para llegar finalmente a secciones o volúmenes de información sísmica que deberán ser interpretados en términos neocientíficos, petroleros, etc. Con esta técnica se llega a reconstruir la estructura del subsuelo haciendo uso de los tiempos requeridos por una perturbación sísmica engendrada en el suelo por una energía determinada (explosión de dinamita próxima o sobre la superficie, golpeadores, vibradores, cañones de aire, etc.) para volver a ésta después de ser reflejada en las formaciones mismas. Las ondas reflejadas, también, se comenzaron a analizar en la década de 1920, pero se utilizaban principalmente para detectar domos salinos o contactos de pizarra- piedra caliza. En la década siguiente, este método desplazó al de Refracción en la exploración petrolera, y las razones de esto fueron las siguientes: 1) El problema de la capa oculta que llega a ser critico en las secuencias geológicas encontradas en la exploración petrolera. 2) La longitud del tendido de cables con geófonos, que oscila entre tres y cuatro veces la profundidad investigada. 3) La fuente de energía necesaria para lograr una buena señal a grandes distancias. No obstante, estas complicaciones, el método de Refracción sigue siendo muy utilizado en la exploración sísmica a poca profundidad. Obviamente estos tres problemas no existen en la reflexión porque: Universidad Nacional de Salta – SRT 2 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo 1) La condición para que la onda se refleje es que exista un contraste de medios conocido como impedancia acústica, que es el producto de las velocidades por las densidades, sin importar que la velocidad del estrato inferior sea menor que la del superior. 2) Las ondas reflejadas se reciben desde una distancia igual a cero en superficie, por lo que no se necesitan tendidos extensos de cables con geófonos. 3) Al ser pequeñas las distancias en juego, la energía necesaria será menor. Estas son ventajas del método, pero hay una complicación, y es que los arribos de ondas reflejadas son más difíciles de identificar. Además, se requieren sofisticadas técnicas de campo y procesos por computadora para mejorar los arribos y obtener información que pueda ser realmente interpretada. Relación tiempo distancia para un reflector plano, horizontal, paralelo a la Superficie Tengamos el esquema de la figura, ubicamos una fuente (A) ó PE (punto de explosión) y un receptor R Trazamos la normal al reflector pasando por la fuente o punto de explosión, y construimos 𝑨𝑩̅̅ ̅̅ = 𝑩𝑪̅̅ ̅̅ con 𝑪 imagen de 𝑨. Unimos 𝑪 con 𝑹 (correspondiente a un receptor genérico a distancia 𝒙 de la fuente). Cortamos con esta recta al reflector en 𝑫 y trazamos la normal al mismo por el puto de intersección. Unimos 𝑨 con 𝑫. Los ángulos formados 𝜶 y 𝜷 son iguales, ya que por construcción 𝜸 y 𝜸′ son iguales. 𝜶 = 𝟗𝟎° − 𝜸 𝜷 = 𝟏𝟖𝟎° − 𝜶 − 𝟐𝜸 = 𝟏𝟖𝟎° − (𝟗𝟎° − 𝜸) − 𝟐𝜸 = 𝟗𝟎° − 𝜸 Con 𝜶 = 𝜷 para la trayectoria 𝑨𝑫𝑹̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅ se cumple la ley de Snell para una trayectoria incidente en la interfase 𝑽𝟏 − 𝑽𝟐 El tiempo para la trayectoria o recorrido 𝑨𝑫𝑹̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅ es 𝑻𝑨𝑫𝑹̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅ = 𝑨𝑫𝑹̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅ 𝒗𝟏 = 𝑨𝑫̅̅ ̅̅ + 𝑫𝑹̅̅̅̅̅ 𝒗𝟏 = 𝑪𝑫̅̅ ̅̅ + 𝑫𝑹̅̅̅̅̅ 𝒗𝟏 = 𝑪𝑹̅̅ ̅̅ 𝒗𝟏 Por Pitágoras 𝑪𝑹𝟐 = 𝒙𝟐 + (𝟐𝒛)𝟐 𝑪𝑹 = √𝒙𝟐 + (𝟐𝒛)𝟐 C D R P.E. H.R. A x V2 z B V1 ’ Universidad Nacional de Salta – SRT 3 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo 𝑻𝑨𝑫𝑹̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅ = √𝒙𝟐 + (𝟐𝒛)𝟐 𝒗𝟏 = √ 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 + 𝟒𝒛𝟐 𝒗𝟏 𝟐 Si llamamos 𝑻𝟎 = 𝟐𝒛 𝒗𝟏 siendo 𝑻𝟎 el tiempo de ida y vuelta para un receptor con 𝒙 = 𝟎 (o sea coincidente con la fuente). En otras palabras, es el tiempo que tarda la perturbación en ir y volver de A a B en la figura. Luego: 𝑻𝑹 = √𝑻𝟎 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 si pasamos la raíz 𝑻𝑹 𝟐 = 𝑻𝟎 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 y dividimos por 𝑻𝟎 𝟐 y reordenamos: 𝑻𝑹 𝟐 𝑻𝟎 𝟐 = 1 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐𝑻𝟎 𝟐 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐𝑻𝟎 𝟐 − 𝑻𝑹 𝟐 𝑻𝟎 𝟐 = −1 hipérbola Esta expresión es la ecuación de una hipérbola en el plano T-X (tiempo-espacio), s analizamos la expresión 𝑻𝑹 𝟐 = 𝑻𝟎 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 en un plano o sistema de coordenadas 𝑻 𝟐𝑿𝟐, vemos que corresponde a una recta con pendiente 𝟏 𝑽𝟏 ⁄ y termino independiente 𝑻𝟎 𝟐 Es decir, que la dromocrona de la reflexión de capa horizontal es una hipérbola en el plano T-X y una recta en el plano 𝑻𝟐𝑿𝟐 trabajando con la hipótesis del “rayo recto”. La expresión 𝑻𝑹 = √𝑻𝟎 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 donde 𝑻𝑹 es el tiempo para un receptor espaciado a una distancia x de la fuente y 𝑻𝟎 es el tiempo para un receptor coincidente con la fuente nos permite calcular la relación para estos tiempos. En resumen: la ecuación que rige el comportamiento de un evento reflejado corresponde a una hipérbola e involucra tiempo t en ordenadas, distancia horizontal x en abscisas y las incógnitas velocidad v y profundidad z. Retardo Normal Este elemento ∆𝑻𝑹 es lo que se denomina “retardo normal”, originado por la geometria del proceso de reflexion (variacion de x, distancia fuente receptor). A esta expresión también arribamos por la resolución del triángulo rectángulo CAR donde, 𝑪𝑨 = 𝒗𝟏𝑻𝟎 𝑪𝑹 = 𝒗𝟏𝑻𝑹 = 𝒗𝟏(𝑻𝟎 + ∆𝒕) 𝐲 𝑨𝑹 = 𝒙 Universidad Nacional de Salta – SRT 4 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo Relación Tiempo-Distancia para un reflector plano buzante con respecto a la superficie (consideramos a la superficie horizontal) Hacemos una construcción similar a la anterior con el reflector inclinado con respecto a la superficie con un ángulo 𝝋. Trazamos la normal al reflector pasando por la fuente y dibujamos C imagen de A, unimos C con R y determinamos D sobre el reflector, unimos D con A y trazamos la normal al reflector por D. Los ángulos 𝜶 y 𝜷 son iguales por que por razones analizadas en la figura para reflector horizontal. La trayectoria de reflexión que cumple la ley de Snell es ADR y: 𝑻𝑨𝑫𝑹 = 𝑨𝑫𝑹 𝒗𝟏 = 𝑨𝑫 + 𝑫𝑹 𝒗𝟏 = 𝑪𝑫 + 𝑫𝑹 𝒗𝟏 = 𝑪𝑹 𝒗𝟏 Aplicando el teorema del coseno al triangulo CAR, y siendo 𝜸 = 𝟗𝟎° + 𝝋 tenemos 𝑪𝑹𝟐 = 𝑪𝑨𝟐 + 𝑨𝑹𝟐 − 𝟐𝑪𝑨 , 𝑨𝑹 𝐜𝐨𝐬 𝜸 = (𝟐𝒛)𝟐 − 𝟐. 𝟐𝒛𝒙 𝐜𝐨𝐬(𝟗𝟎° + 𝝋) 𝑪𝑹𝟐 = (𝟐𝒛)𝟐 + 𝒙𝟐 + 𝟒𝒛𝒙 𝐬𝐢𝐧 𝝋 puesto que 𝐜𝐨𝐬(𝟗𝟎° + 𝝋) = − 𝐬𝐢𝐧 𝝋 El tiempo 𝑻𝟐 = 𝑪𝑹𝟐 𝒗𝟏 𝟐 = (𝟐𝒛)𝟐 + 𝒙𝟐 + 𝟒𝒛𝒙 𝐬𝐢𝐧 𝝋 𝒗𝟏 𝟐 = (𝟐𝒛)𝟐 𝒗𝟏 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 + 𝟒𝒛𝒙 𝒗𝟏 𝟐 𝐬𝐢𝐧 𝝋 En la figura vemos que: 𝟐𝒛 𝒗𝟏 = 𝑻𝟎 𝟒𝒛𝟐 𝒗𝟏 𝟐 = 𝑻𝟎 𝟐 lo que reemplazando en la ecuación anterior tenemos: 𝑻𝟐 = 𝑻𝟎 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 + 𝟐𝒙𝑻𝟎 𝒗𝟏 𝐬𝐢𝐧 𝝋 Esta expresión es también la de una hipérbola en el plano T-X y podemos darle un aspecto más familiar: Dividimos por 𝑻𝟎 𝟐 → 𝑻𝟐 𝑻𝟎 𝟐 = 𝟏 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐𝑻𝟎 𝟐 + 𝟐𝒙 𝒗𝟏𝑻𝟎 𝐬𝐢𝐧 𝝋 Se puede completar el cuadrado de un binomio sumando y restando 𝐬𝐢𝐧 𝝋𝟐 𝑻𝟐 𝑻𝟎 𝟐 = 𝟏 − 𝐬𝐢𝐧 𝝋𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐𝑻𝟎 𝟐 + 𝟐𝒙 𝒗𝟏𝑻𝟎 𝐬𝐢𝐧 𝝋 + 𝐬𝐢𝐧 𝝋𝟐 = 𝐜𝐨𝐬 𝝋 +𝟐 ( 𝒙 𝒗𝟏𝑻𝟎 + 𝐬𝐢𝐧 𝝋) 𝟐 Universidad Nacional de Salta – SRT 5 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo Dividimos por 𝐜𝐨𝐬 𝝋𝟐 y reordenamos 𝑻𝟐 𝑻𝟎 𝟐 𝐜𝐨𝐬 𝝋𝟐 = 𝟏 + 𝟏 𝐜𝐨𝐬 𝝋𝟐 ( 𝒙 + 𝒗𝟏𝑻𝟎 𝐬𝐢𝐧 𝝋 𝒗𝟏𝑻𝟎 ) 𝟐 = 𝟏 + ( 𝒙 + 𝒗𝟏𝑻𝟎 𝐬𝐢𝐧 𝝋 𝒗𝟏𝑻𝟎 𝐜𝐨𝐬 𝝋 ) 𝟐 Reacomodando: ( 𝒙 + 𝒗𝟏𝑻𝟎 𝐬𝐢𝐧 𝝋 𝒗𝟏𝑻𝟎 𝐜𝐨𝐬 𝝋 ) 𝟐 − ( 𝑻 𝑻𝟎 𝐜𝐨𝐬 𝝋 ) 𝟐 = −𝟏 Y esta es la expresión más familiar de una hipérbola en el plano T-X, matemáticamente → 𝒂𝟐 + 𝒃𝟐 = −𝟏 Podemos derivar la expresión 𝑻𝟐 = 𝑻𝟎 𝟐 𝒙 𝟐 𝒗𝟏 𝟐𝑻𝟎 𝟐 + 𝟐𝒙𝑻𝟎 𝒗𝟏 𝐬𝐢𝐧 𝝋 con respecto a x y la igualamos a cero con lo que obtenemos el x para el cual T es mínimo: 𝟐𝑻 𝒅𝑻 𝒅𝒙 = 𝟐𝒙𝟏 𝒗𝟏 𝟐 + 𝟐𝑻𝟎 𝒗𝟏 𝐬𝐢𝐧 𝝋 = 𝟎 𝟐𝒙𝟏 𝒗𝟏 𝟐 = − 𝟐𝑻𝟎 𝒗𝟏 𝐬𝐢𝐧 𝝋 → 𝒙𝟏 = −𝒗𝟏𝑻𝟎 𝐬𝐢𝐧 𝝋 Sabiendo que 𝟐𝒛 = 𝑻𝟎𝒗𝟏 , ya que si recorremos dos veces el camino desde la perturbación al reflector este es tiempo doble 𝑻𝟎 con una velocidad 𝒗𝟏. Así que reemplazando en la formula anterior nos queda: 𝒙(𝒎í𝒏𝒊𝒎𝒐) = −𝟐𝒛 𝒔𝒆𝒏 𝝋 En el esquema vemos que la trayectoria de tiempo mínimo es la que forma con la normal a la capa ángulos iguales al buzamiento de la capa. Registrando pendiente arriba el esquema corresponde al de la figura a la derecha. Allí: 𝑻𝟐 = 𝑪𝑹𝟐 𝒗𝟏 𝟐 = (𝟐𝒛)𝟐 + 𝒙𝟐 − 𝟐. 𝟐𝒛𝒙 𝐜𝐨𝐬(𝟗𝟎 − 𝝋) 𝒗𝟏 𝟐 Como 𝑻𝟎 = 𝟐𝒛 𝒗𝟏 y 𝐜𝐨𝐬(𝟗𝟎 − 𝝋) = 𝐬𝐢𝐧 𝝋 𝑻𝟐 = (𝟐𝒛)𝟐 𝒗𝟏 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 − 𝟒𝒛𝒙 𝐬𝐢𝐧 𝝋 𝒗𝟏 𝟐 𝑻𝟐 = 𝑻𝟎 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 − 𝟐𝑻𝟎𝒙 𝒗𝟏 𝟐 𝐬𝐢𝐧 𝝋 Universidad Nacional de Salta – SRT 6 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo Si a esta expresión se la deriva con respecto a x 𝟐𝑻 𝒅𝑻 𝒅𝒙 = 𝟐𝒙𝟏 𝒗𝟏 𝟐 − 𝟐𝑻𝟎 𝒗𝟏 𝐬𝐢𝐧 𝝋 𝒅𝑻 𝒅𝒙 = 𝟐𝒙𝟏 𝒗𝟏 𝟐 − 𝟐𝑻𝟎 𝒗𝟏 𝐬𝐢𝐧 𝝋 𝟐𝑻 E igualando a cero 𝟐𝒙𝟏 𝒗𝟏 𝟐 − 𝟐𝑻𝟎 𝒗𝟏 𝐬𝐢𝐧 𝝋 𝒙 = 𝒗𝟏𝑻𝟎 𝐬𝐢𝐧 𝝋 = 𝟐𝒛 𝐬𝐢𝐧 𝝋 con 𝒛 = 𝒗𝟏𝑻𝟎 𝟐 Entonces x para T (tiempo mínimo) es igual a 𝑻(𝒎𝒊𝒏𝒊𝒎𝒐) = 𝟐𝒛 𝐬𝐢𝐧 𝝋 Como en el caso de reflector inclinado la expresión del “retardo” seria: ∆𝑻𝒃(𝒃𝒂𝒋𝒂𝒅𝒂) = 𝑻𝑹 − 𝑻𝟎 = −𝑻𝟎√𝑻𝟎 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 + 𝟒𝒛𝒙 𝒗𝟏 𝟐 𝐬𝐢𝐧 𝝋 para Buzamiento abajo ∆𝑻𝒔(𝒔𝒖𝒃𝒊𝒅𝒂) = 𝑻𝑹 − 𝑻𝟎 = −𝑻𝟎√𝑻𝟎 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 − 𝟒𝒛𝒙 𝒗𝟏 𝟐 𝐬𝐢𝐧 𝝋 para Buzamiento arriba Por inspección se ve que los retardos serán mayores (buzamiento abajo) y menores (buzamiento arriba) que los que corresponderían al caso del reflector sin buzamiento que denominamos "retardo normal" y que son función del ángulo de buzamiento. 𝜟𝑻𝒃 > 𝜟𝑻𝒔 Se pueden formular expresiones más sencillas para los retardos, pero son aproximadas y en general válidas para valores de 𝑻𝟎 grandes con respecto a los retardos. Estas expresiones se pueden relacionar a la expresión más simple pero aproximada del retardo normal: Universidad Nacional de Salta – SRT 7 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo ∆𝑻𝑹 ≅ ∆𝑻𝑵 ± 𝒙 𝒗𝟏 𝐬𝐢𝐧 𝝋 donde el signo va a depender del buzamiento. Etapas en la adquisición de sísmica de reflexión A continuación pueden ver un esquema básico generalizado de las etapas del trabajo completo de adquisición sísmica de reflexión, que en cada caso particular tendrá sus propias variantes en las formulaciones cronológicas y tópicos específicos relativos al área del programa o proyecto. Planeamiento Sísmico general. Planeamiento Legal y Ambiental. Solicitud de Permisos de los Superficiarios Licitaciones de Servicios contratados (de operaciones sísmicas, transportes, comedor, enfermería, etc.) Levantamiento Topográfico Apertura de picadas, sector de campamento, etc. Sísmica de Refracción, que en prospección terrestre casi siempre se registra como dromocronas horizontales y/o verticales para conocer el espesor y velocidad de la capa meteorizada para el cálculo de las correcciones estáticas. En casos de baja complejidad de esta capa superficial o bien de bajo presupuesto pueden hacerse los cálculos directamente desde los registros de reflexión sísmica, pero en general esto no es recomendable porque, al no estar registrados con esa finalidad, el margen de error es mayor y las correcciones estáticas pueden resultar críticamente imprecisas. Pruebas de ruido y señal, que consisten en ensayos preliminares, con distintas variantes en la fuente y magnitudes del dispositivo de receptores, mediante los cuales se hace un diagnóstico Universidad Nacional de Salta – SRT 8 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo de las perturbaciones que se van a producir durante la adquisición rutinaria. La finalidad es determinar los parámetros más apropiados para maximizar la relación señal/ruido en función de los objetivos buscados y criterios de amortización presupuestaria, es decir la relación costo/beneficio. Adquisición de rutina, en la que debe cuidarse la correcta respuesta instrumental, junto con los costos, la seguridad y el medioambiente. Debe procurarse el registro de buenas amplitudes de la señal, pero sobre todo de altas frecuencias, siempre el parámetro más huidizo. Esto es así porque el subsuelo configura un severo filtro corta-altos frente al viaje del frente de ondas por el subsuelo, es decir que reduce la amplitud de altas frecuencias, tanto más cuanto mayor sea el viaje de ida y vuelta. Es esencial no empeorar las cosas por evitables limitaciones instrumentales. Un recaudo al que suele recurrirse es el Filtro Ranura (Notch Filter), que elimina una frecuencia específica que constituye un ruido identificable, por ejemplo alta tensión en torno a los 55 Hz. Las amplitudes de los registros sísmicos, así como de los acústicos, se expresan en decibeles: A (db) = 10 log A salida /A entrada La diferencia entre las ondas sísmicas compresionales y las acústicas o sónicas (sinónimos) es sólo el rango de frecuencias, que en el primer caso no sobrepasan en mucho los 100 ciclos por segundo (Hz), mientras que en el segundo caso llegan a valores del orden de los 30.000 Hz. Abajo puede verse un cronograma específico de adquisición sísmica 3D (incluyendo luego el tiempo de Procesamiento y de una Interpretación básica del programa) en un ejemplo de prospección terrestre de gran envergadura en el noroeste argentino. La palabra Grabación se refiere a la adquisición de rutina. Aspecto de un registro sísmico de reflexión. Un registro sísmico de reflexión contiene trazas sísmicas representadas en función del tiempo. La traza sísmica es un análogo de la variación de presión (hidrófonos) o de la velocidad de Universidad Nacional de Salta – SRT 9 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo movimiento del terreno (geófonos) es decir representa variaciones de amplitud en función del tiempo. Los registros de reflexión se obtienen en general con una fuente y un grupo de estaciones detectoras, el número de estaciones puede ser 24, 48, 96, 120 y actualmente muchas más. Los registros se pueden tomar con dispositivos simétricos o asimétricos según este colocada la fuente con respecto al tramo registrador (centrada, descentrada, en un extremo o fuera del tramo). El aspecto dependerá naturalmente de esta disposición. En general en el registro habrá trazas "cortas", de distancias intermedias y “largas”, estas distancias corresponden a las que median entre la fuente y la estación detectora, y las trazas se presentan con distancias en secuencia normal de crecimiento según el dispositivo de trabajo de campo (crecientes hacia los bordes del registro o hacia uno de los bordes). En los registros de reflexión sísmica se apreciarán en general en los tiempos menores los primeros arribos (directos o refractados) y luego aparecerán las manifestaciones de ruidos y reflexiones que serán diferenciables a la vista por sus velocidades aparentes de arribo y contenido de frecuencia, además de la forma del alineamiento que se presenta en el registro. Las reflexiones se destacan en el mismo por su forma hiperbólica típica y naturalmente por el contraste de amplitud que provee tal forma. En la copia de registro en este caso en el frente de él se ve una serie de datos de gran importancia, por ejemplo, muestreo (sample rate) 2 milisegundos; cantidad de canales 192; (simétrico); filtros de registración y otros. Además de ver información de la refracción y la reflexión, se encuentra información de ruidos como los producidos por pozos, de la fuente, resaltos topográficos (barda), ruido antrópico (campamento y otros). Universidad Nacional de Salta – SRT 10 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo Universidad Nacional de Salta – SRT 11 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo Los alineamientos de arribos directos, refractados, ruido y reflexiones sobre el registro son en realidad gráficas tiempo distancia o dromocrónicas de los acontecimientos presentes. La distancia entre trazas corresponderá en alguna escala a la distancia entre estaciones y la distancia entre las líneas de tiempo consecutivas corresponderá en alguna escala al tiempo. Es decir que en el registro quedan representados todos los acontecimientos que "'barren" el tramo registrador al excitar la fuente. En el registro se ve que la reflexión fuerte a un 𝑻 𝟎 2,650 seg muestra un reflector buzante por los diferentes retardos 𝜟T hacia la derecha o izquierda. El mismo es buzante con pendiente hacia la derecha del registro. En cambio, los reflectores ubicados a un 𝑻 𝟎= 1,700 a 1,900 son casi horizontales, teniendo un retardo (𝜟T) muy similar hacia un lado del registro como hacia el otro esto es un “retardo normal”. Los retardos son menores a medida que se profundiza en tiempo. Los primeros arribos presentan pendientes correspondientes a las velocidades reales o aparentes de las capas involucradas en el proceso, afectadas naturalmente por las diferencias de topografía y espesor de capa meteorizada que deberán después ser deducidos (corregidas). Los ruidos provenientes de la fuente (ondas superficiales) se inscribirán en general con velocidades aparentes y frecuencias bajas y alineamientos preponderantemente rectilíneos en la dirección de la fuente. Los arribos de reflexión presentaran formas hiperbólicas afectadas por las irregularidades de topografía y capa meteorizada y buzamiento de capas. Si se presentan secuencias de reflexiones se podrá apreciar la disminución del retardo a medida que aumenta el tiempo de reflexión (curvatura decreciente) que está definido en la expresión del retardo normal. Ello se debe a un incremento de las velocidades con la profundidad. Universidad Nacional de Salta – SRT 12 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo En zonas de buena registración es sencillo observar y escoger reflexiones de los registros y lo mismo expresiones de otros acontecimientos. Cuando la zona es de mala registración la relación señal―ruidodecrece dramáticamente y resulta muy difícil observar reflexiones en los registros de campo y a veces ocurre lo mismo en secciones elaboradas a partir de ellos. En los registros de reflexión en general consideramos ruido a los acontecimientos que no son reflexiones primarias, pero muchos de ellos se utilizan a veces provechosamente como en el caso de los primeros arribos para calcular las correcciones estáticas y en tal situación también interesa registrar bien esos acontecimientos. A lo largo de los tiempos se han utilizado diversos tipos de “tendidos”. Dependía mucho en el cálculo de los parámetros. En el tendido simétrico ambas ramas habilitadas de receptores son iguales (es uno de los más utilizados). En los tendidos asimétricos, tanto de derecha o izquierda se clasificaban según se empujara el tendido (este era el que avanza) o se tirara el tendido (la fuente avanza en el sentido de la registración. La separación entre la fuente y el primer receptor habilitado para la registración se denomina: Off-set (apartamiento). En la siguiente figura bosqueja como sería la figura de un tendido asimétrico. Las perturbaciones señalada con D, pertenece a la onda directa. Con Rf son de refracciones (primeros arribos). Con S son la ondas superficiales tienen una pendiente muy alta en tiempo lo que indica baja velocidades. Hasta aquí esta ondas son rectas. Con R son las reflexiones. Son de nuestro interés al utilizar el método de reflexión Universidad Nacional de Salta – SRT 13 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo Posición relativa en el plano T-X de las dromocronas de refracción y reflexión para una capa horizontal. Construimos un esquema como hicimos para la reflexión de una capa horizontal. Universidad Nacional de Salta – SRT 14 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo Por la construcción 𝒊 = 𝒓, trazamos la trayectoria de refracción para el receptor R, allí 𝐬𝐢𝐧 𝜶 = 𝒗𝟏 𝒗𝟐 Trayectorias y relaciones tiempo-distancia. - Dromocronas. - La dromocrona o relación tiempo-distancia (medida en la superficie) para el camino del “rayo directo” (onda longitudinal) es: 𝑻𝒅 = 𝒙 𝒗𝟏 Y es una recta con pendiente 𝟏 𝒗𝟏⁄ y para 𝒙 = 𝟎, 𝑻𝒅 = 𝟎 y la recta de los rayos directos pasa por el origen. Universidad Nacional de Salta – SRT 15 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo Para el rayo o trayectoria refractada por la interfase 𝒗𝟏 − 𝒗𝟐 (rasante) 𝑻𝒅 = 𝟐𝒛 𝐜𝐨𝐬 𝜶 𝒗𝟏 + 𝒙 𝒗𝟐 con 𝒔𝒊𝒏 𝜶 = 𝒗𝟏 𝒗𝟐 Esta ecuación es también la de una recta en el plano T-X con pendiente 𝟏 𝒗𝟐⁄ y ordenada al origen 𝟐𝒛 𝐜𝐨𝐬 𝜶 𝒗𝟏 Para el rayo reflejado emergente en R tenemos: 𝑻𝟐 = 𝑻𝟎 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 con 𝑻𝟎 = 𝟐𝒛 𝒗𝟏 En el plano T-X esta expresión corresponde a una hipérbola. Nos interesa ver cuál es la asíntota para lo cual derivamos con respecto a x: 𝟐𝑻 𝝏𝑻 𝝏𝒙 = 𝟐𝒙 𝒗𝟏 𝟐 𝝏𝑻 𝝏𝒙 = 𝟐𝒙 𝑻𝒗𝟏 𝟐 Reemplazando 𝑻 = √𝑻𝟎 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 𝝏𝑻 𝝏𝒙 = 𝟐𝒙 𝒗𝟏 𝟐 𝟏 √𝑻𝟎 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 y pasando x a la raiz 𝝏𝑻 𝝏𝒙 = 𝒙 𝒗𝟏 𝟐 𝟏 √ 𝑻𝟎 𝟐 𝒙𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 Y para 𝒙 → ∞ 𝝏𝑻 𝝏𝒙 = 𝟏 𝒗𝟏 𝟐 𝟏 𝟏 𝒗𝟏 = 𝟏 𝒗𝟏 La pendiente de la asíntota es 𝒗𝟏, lo que se puede apreciar en el grafico de la trayectoria donde para x muy grandes con respecto a z, tiempo P.E.BR > P.E.R tiende a ser mas parecido a este. No conocemos el termino independiente de la asíntota. La ecuación de ella seria: 𝑇𝑎 = 𝟏 𝒗𝟏 𝒙 + 𝒃 Calculamos 𝑻 − 𝑻𝒂 y lo llamamos ∆𝑻𝒂 este valor 𝒙 → ∞ debe tender a cero ∆𝑻𝒂 → 𝟎 𝑻 = √𝑻𝟎 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 , 𝑻𝒂 = 𝟏 𝒗𝟏 𝒙 + 𝒃, ∆𝑻𝒂 = 𝑻 − 𝑻𝒂 = √𝑻𝟎 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 − ( 𝟏 𝒗𝟏 𝒙 + 𝒃) ∆𝑻𝒂 = 𝒙√ 𝑻𝟎 𝟐 𝒙 + 𝟏 𝒗𝟏 − ( 𝟏 𝒗𝟏 𝒙 + 𝒃) = 𝒙 (√ 𝑻𝟎 𝟐 𝒙 + 𝟏 𝒗𝟏 𝟐 − 𝟏 𝒗𝟏 − 𝒃 𝒙 ) = √( 𝑻𝟎 𝒙 ) 𝟐 + 𝟏 𝒗𝟏 𝟐 − 𝟏 𝒗𝟏 − 𝒃 𝒙 𝟏 𝒙 para 𝒙 → 𝟒 es del tipo 𝟎 𝟎 , aplicamos la regla de l'Hôpital Universidad Nacional de Salta – SRT 16 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo 𝐥𝐢𝐦 𝒙→∞ ∆𝑻𝒂 = 𝐥𝐢𝐦 𝒙→∞ 𝒅 𝝏𝒙 (√( 𝑻𝟎 𝒙 ) 𝟐 + 𝟏 𝒗𝟏 𝟐 − 𝟏 𝒗𝟏 − 𝒃 𝒙 ) 𝒅 𝝏𝒙 ( 𝟏 𝒙 ) = 𝟏 𝟐𝑻𝟎 𝒙 −𝑻𝟎 𝒙𝟐 𝟐√( 𝑻𝟎 𝒙 ) 𝟐 + 𝟏 𝒗𝟏 𝟐 + 𝒃 𝒙𝟐 − 𝟏 𝒙𝟐 = −𝒙𝟐 −𝟐𝑻𝟎 𝟐 𝒙𝟑 𝟐√( 𝑻𝟎 𝟐 𝒙 ) 𝟐 + 𝟏 𝒗𝟏 𝟐 + −𝒙𝟐 𝒙𝟐 𝒃 = 𝑻𝟎 𝟐 𝒙√( 𝑻𝟎 𝟐 𝒙 ) 𝟐 + 𝟏 𝒗𝟏 𝟐 − 𝒃 = 𝑻𝟎 𝟐 √𝑻𝟎 𝟐 + 𝒙𝟐 𝒗𝟏 𝟐 Para 𝒙 → 𝟒, ∆𝑻𝒂 → 𝟎 = 𝟎 − 𝒃, es decir que 𝒃 = 𝟎 y la asíntota pasa por el origen. Entonces la asíntota de la hipérbola de rayos reflejados es idéntica con la dromocrona del rayo directo. Cálculos de espesores El calculo de espesores es sencillo. Sabiendo: 𝑽 = 𝒛 𝑻 donde V=velocidad (m/s), z=espacio (m) y T=tiempos(s) En sísmica hay que tener presente que los cambios que recorren las reflexiones son de ida y vuelta a la superficie, por lo que cualquier calculo de espesores o profundidad, se tiene presente que es doble. Usándose para sísmica: 𝑽 = 𝟐𝒛 𝑻 → 𝒛 = 𝑽𝑻 𝟐 La velocidad puede ser media (calculo de profundidad de un reflector) o interválica (espesor de una capa). Corrección estática Las correcciones estáticas son aquellas correcciones en tiempo debido a la topografía (existencia de desniveles entre fuente de energía 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 ésta, que es el nuevo cero de los tiempos. 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 corrección por emergencia y otra por incidencia, única para cada estaca o estación, de modo tal que se aplica la estática calculada a cada una de las trazas de un registro individual. Otras veces se emplea un plano en el aire, por encima de la topografía, y matemáticamente se rellena ese espacio con una velocidad semejante a la que se estimó 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 variarlateralmente, mientras que la capa infrayacente (de unos 1700 a 2000 m/s) generalmente varía menos. El espesor de la capa meteorizada se calcula por sísmica de refracción, con dromocronas horizontales y/o dromocronas verticales (en pozos o upholes). Estos últimos son más costosos y por lo tanto generalmente se hacen unos pocos en puntos estratégicos para el control fino de las dromocronas horizontales. Si los registros de sísmica de reflexión son lo suficientemente detallados para niveles someros, pueden usarse para el cálculo de dromocronas horizontales, Universidad Nacional de Salta – SRT 17 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo evitándose la adquisición de sísmica de refracción, aunque esto raramente sucede debido a su muy distinta profundidad de interés y consecuentemente su escasa confiabilidad. En el mar o lagos sólo debe considerarse su variación de profundidad, más 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. Entonces decimos que las estáticas tienen por objeto: 1. eliminar la influencia de la capa meteorizada, eliminando su espesor y 2. llevar a los receptores y las fuentes a un plano común horizontal de los tiempos. En la siguiente figura, se pueden ver algunos cálculos que ayudan a la corrección estática.: Determinación de velocidad (de ondas sísmicas) en pozo, con geófono, con el uso de perfil sónico, otras En el método sísmico de reflexión se necesita conocer la velocidad de propagación de las ondas de sonido en el terreno para ajustar los datos que se puedan obtener de los registros, relativos Universidad Nacional de Salta – SRT 18 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo a profundidad y buzamientos de capas. Hay que conocer las velocidades en la presentación de resultados sísmicos de reflexión. Ante una medida de cualquier tipo nos encontramos con que la velocidad de propagación es variable y tiene una “tendencia general” de incremento con la profundidad. La consecuencia inmediata de esto es que las trayectorias, caminos o “rayos” dejaran de ser rectas para encorvarse según las variaciones de la velocidad. Determinación en pozo profundo con geófono. Se realiza casi siempre (rutina) en pozos de exploración. Con ese fin se necesita bajar un receptor o detector al pozo y registrar los tiempos de transito de la onda generada en las inmediaciones de la boca del pozo hasta el detector. Estas operaciones se repiten para varias profundidades diferentes del detector. Necesitamos fuentes sísmicas que pueden ser explosivo en pozo u otras ubicadas en la cercanía de la boca del pozo en estudio, se medirán como es habitual tiempos de recorrido de la perturbación entre la fuente y distintas profundidades (medidas) del receptor en el pozo y se podrá construir una curva Z (profundidad) en función del tiempo T de recorrido. Determinaciones por medio de perfil sónico. Los datos que proveen los perfiles sónicos permiten obtener información de las velocidades en el subsuelo, proporcionando resultados similares o parcialmente mejores que los de geófono (por ejemplo, más detalle). Pero este perfil es muy sensible a las irregularidades de diámetro del pozo (debe registrarse a pozo abierto, sin entubar a diferencia del geófono que se puede registrar en cualquier caso), y a la atenuación de las señales en los sedimentos poco consolidados que provocan errores en la medición de los tiempos de tránsito. Para evitar estos problemas se realiza con geófono lo que se llama tiros de control o testificación en varias profundidades a lo largo del pozo que permiten ajustar varios puntos de la curva del perfil sónico a los más confiables de geófono que conectan mejor los datos al plano de referencia o a la superficie, según se verá en detalle más adelante. El perfilaje sónico se desarrolló con fines de asociar las variaciones de velocidad en las rocas sedimentarias a condiciones de porosidad en las mismas, es decir es una herramienta de la geofísica y geología de pozos. Registro o traza sintética. Se construye a partir de los datos de velocidad de los perfiles sónicos y de densidad de los perfiles de densidad si están al alcance. Los cambios de velocidad (y densidad) dan origen a reflexiones. En la práctica el dato siempre imprescindible es la velocidad -principal factor de la impedancia-, calculado la serie de coeficientes de reflexión, luego se procede a convolucionar (se intenta imitar informáticamente la convolución que se produce naturalmente a medida que la energía sísmica es filtrada por la Tierra ) con una ondícula (ya sea analítica o bien extraída de datos reales de sísmica de superficie) y se obtiene una traza sísmica en la posición del pozo, o sea que se aplica un proceso que simula la generación de una traza en subsuelo. Universidad Nacional de Salta – SRT 19 Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Prof. Adj. M. Laura Gigena JTP Pamela R. Murillo