Procesado de Sísmica de Reflexión Superficial en el Complejo

Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR
INGENIERIA GEOFISICA
PROCESADO DE SISMICA DE REFLEXIÓN
SUPERFICIAL EN LA CUENCA DE AINSA,
HUESCA (ESPAÑA)
Por
María Antonieta Gayá Florez
Proyecto de Grado
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
Como requisito Parcial para optar al Título de
Ingeniero Geofísico
Sartenejas, Enero de 2005
i
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Este trabajo ha sido aprobado en nombre de la Universidad Simón Bolívar por el
siguiente jurado calificador:
________________________________
Dr. José Regueiro
_________________________________
_________________________________
ii
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
PROCESAMIENTO DE DATOS SÍSMICOS DE REFLEXIÓN SUPERFICIAL EN EL
COMPLEJO TURBIDITICO DE AINSA
POR
María Antonieta Gayá Florez
RESUMEN
La presente memoria de tesis de pregrado ha consistido en efectuar el procesado de tres
perfiles sísmicos de reflexión superficial en donde la característica fundamental es la mala
calidad de los datos de campo, debido a las condiciones geológicas de la zona de estudio. El
trabajo supone pues, una revisión de las distintas estrategias de procesado multiseñal que deben
aplicarse a los datos a fin de obtener secciones sísmicas de reflexión con la mejor relación
señal/ruido posible.
La prospección sísmica llevada a cabo se ha localizado sobre el complejo turbidítico de la
cuenca de Ainsa (Huesca, España) con el propósito de caracterizar las improntas sísmicas que
dejan estas estructuras geológicas superficiales.
Con los mismos datos de campo se ha realizado también un análisis de refracción y los
campos de velocidades obtenidos se han utilizado para evaluar las secciones sísmicas. En el
trabajo también se incluye la metodología utilizada para realizar los sismogramas sintéticos
correspondientes a registros sónicos realizados en los sondeos mecánicos de investigación.
Posteriormente, estos sismogramas se utilizan como cota de referencia para situar los reflectores
de la sección sísmica (en tiempo doble) a su profundidad equivalente.
iii
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
A
todas
aquellas
personas,
amigos
y
familiares, que de una u otra forma ayudaron en la
elaboración de este trabajo de fin de carrera, en
especial a mis padres que me han dado todo y han
hecho de mí la persona que soy hoy.
Muchas Gracias...
iv
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
ÍNDICE
Pág.
ÍNDICE DE FIGURAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vii
ÍNDICE DE LÁMINAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
xi
ÍNDICE DE TABLAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
xi
GLOSARIO DE TÉRMINOS EN INGLÉS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
xii
I
INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
II
MÉTODOS SÍSMICOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
II.1 Principios básicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
II.2 Sísmica de refracción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
II.3 Sísmica de reflexión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
ZONA DE ESTUDIO Y ADQUISICIÓN DE DATOS SÍSMICOS. . . . . . . . . . . . . .
19
III.1 Marco Geológico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
III.2 Zona de Estudio y Ubicación de los Perfiles Sísmicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
III.3 Instrumentación Utilizada y Parámetros de Adquisición. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
PROCESADO DE DATOS DE SÍSMICA DE REFLEXIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
IV.1 Secuencia Convencional de Procesado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
Tratamientos de Pre-Apilamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
Tratamientos de Apilamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
Tratamientos de Post-Apilamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
III
IV
v
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Pág.
PROCESADO ESPECÍFICO DE LAS LÍNEAS SÍSMICAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
V.1 Procesado del Perfil Sísmico PS-1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
V.2 Procesado del Perfil Sísmico PS-2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
V.3 Procesado del Perfil Sísmico PS-3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
V.4 Refracciones de los Perfiles Sísmicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
68
V.5 Utilización de los Registros Sónicos del Perfil PS-1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
INTERPRETACIÓN GEOFÍSICA DE LAS SECCIONES SÍSMICAS. . . . . . . . . .
78
VI.1 Interpretación Del Perfil Ps-1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
78
VI.2 Interpretación Del Perfil Ps-2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
VI.3 Interpretación Del Perfil Ps-3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
CONCLUSIONES DE LA MEMORIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
BIBLIOGRAFÍA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
V
VI
VII
ANEXOS
A.1 Teoría de Ecuación de Onda. Tipos de Ondas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
A.2 Método de Inversión de Rayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99
A.3 Columnas Litológicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
104
A.4 Glosario de Términos Geológicos Usados en la Memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
113
vi
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura II.1
Figura II.2
Conversión de una onda incidente P.
7
Esquema de un dispositivo de adquisición de datos sísmicos y
8
ecuaciones de las trayectorias de los rayos sísmicos.
Figura II.3
Ejemplo de tiro de campo en donde se pueden ver todas las ondas
9
procedentes del contacto entre dos capas.
Figura II.4
Método de refracción.
10
Figura II.5
El método de refracción proporciona una imagen del subsuelo en
11
términos de campo de velocidades sísmicas V (x,z).
Figura II.6
Esquema básico de la emisión y recepción de los rayos reflectados en las
12
distintas capas reflectoras.
Figura II.7
Esquema del recorrido de los rayos reflejados en tres capas para una
13
posición de tiro y dos estaciones receptoras.
Figura II.8
Sección sísmica obtenida mediante el método de reflexión.
15
Figura II.9
Combinación de una sección sísmica (reflexión) con su correspondiente
15
perfil sísmico de refracción.
Figura II.10
La diferencia entre registros sísmicos pertenecientes a sísmica superficial y 16
a sísmica profunda.
Figura II.11
Registros de campo con diferentes geometrías de adquisición en un
18
mismo contexto geológico.
Figura III.1
Mapa general de la zona de estudio
19
Figura III.2
Mapa Geológico de la Península Ibérica
20
vii
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Pág.
Figura III.3
Mapa tectónico de los Pirineos en donde se halla señalada la cuenca de
21
Ainsa.
Figura III.4
Situación del perfil PS-1 y de los sondeos de investigación A-1, A-2, L-1 y
23
L-2
Figura III.5
Situación de los perfiles PS-2 y PS-3. También se ubican los sondeos A-2
24
y A-3.
Figura III.6
Representación esquemática de los intervalos estratigráficos del área de
25
Ainsa.
Figura III.7
Fotografía de la sección transversal por donde circula el perfil PS-1 y su
26
correspondiente interpretación estratigráfica.
Figura III.8
Instrumentación más relevante utilizada y rutina de trabajo.
27
Figura IV.1
Secuencia básica del procesamiento de datos sísmicos de reflexión.
31
Figura IV.2
Ejemplo de un tiro de campo en el que se observan las trazas con alto
33
contenido de ruido que deben ser eliminadas en la primera fase del
procesamiento.
Figura IV.3
Lectura de las primeras llegadas y detalle del picado (picking).
33
Figura IV.4
Efecto de la eliminación directa de la onda aérea y de las primeras
34
refracciones en un registro.
Figura IV.5
Estudio espectral (frecuencias, amplitudes) de los registros a fin de
36
caracterizar cada uno de los eventos presentes.
Figura IV.6
Descomposición
de los registros en bandas de frecuencia a fin de
36
determinar el ancho óptimo en donde se sitúan las reflexiones.
Figura IV.7
Análisis de las frecuencias espaciales.
37
Figura IV.8
Efecto sobre el registro después de filtrar por número de onda y
37
frecuencia los eventos atribuidos a ruido
viii
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Pág.
Figura IV.9
Cálculo de las correcciones estáticas de refracción.
39
Figura IV.10
Curvas de correcciones estáticas y residuales para las posiciones de las
40
fuentes y los receptores.
Figura IV.11
Efecto sobre un registro de campo de la corrección de amplitud por
42
pérdida energética debido a la expansión geométrica del frente de ondas
y a los mecanismos de absorción a lo largo de la trayectoria.
Figura IV.12
Registros de campo sobre los que se realizó el borrado de las refracciones
43
y una deconvolución.
Figura IV.13
Ejemplo de análisis de velocidad.
45
Figura V.1
Registro tipo del perfil PS-1, en donde se muestra la mala calidad de los
49
datos caracterizada por una serie de trenes de onda que se superponen a
las reflexiones.
Figura V.2
Flujo de tratamiento pre-apilamiento del perfil PS-1. En figura se
51
muestran los datos de campo y el resultado del tratamiento.
Figura V.3
Ejemplo de la aplicación del segundo flujo de procesado con el fin de
52
eliminar el tren de ondas guiadas que quedaban residentes después de la
aplicación del flujo anterior
Figura V.4
Campo de velocidades RMS utilizado en la realización del apilamiento
53
de las trazas del perfil PS-1.
Figura V.5
Fragmento de secciones sísmicas del perfil PS-1 para ambos procesados
54
después del apilamiento.
Figura V.6
Fragmentos de las secciones editadas provenientes del primero y de
56
segundo grupo de datos. La semejanza entre ambos conjuntos indica que
los algoritmos aplicados no han creado artefactos y han conseguido
respetar los reflectores.
Figura V.7
Registro tipo del perfil PS-2. Este registro muestra una mejora de la
58
calidad de los datos, en donde las reflexiones se aíslan un poco más de
los trenes de onda considerados como ruido.
ix
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Pág.
Figura V.8
Flujo del primer tratamiento de pre-apilamiento del perfil PS-2. Datos de
60
campo y el resultado del tratamiento.
Figura V.9
Ejemplo del efecto del segundo flujo de procesado, con el fin de eliminar
61
el tren de ondas guiadas que quedaban residentes después de la
aplicación del flujo anterior.
Figura V.10
Porción de secciones sísmicas del perfil PS-2 producto de ambos
62
procesados.
Figura V.11
Flujo del tratamiento de pre-apilamiento aplicado al perfil PS-3.
65
Figura V.12
Sección sísmica resultante del apilamiento y la misma sección después de
66
crear trazas sintéticas intermedias.
Figura V.13
Campo de velocidades obtenido para el perfil PS-1
69
Figura V.14
Campo de velocidades obtenido para el perfil PS-2.
70
Figura V.15
Campo de velocidades obtenido para el perfil PS-3.
71
Figura V.16
Proceso de cálculo seguido para obtener la traza sísmica sintética
73
correspondiente al registro sónico del sondeo A-1
Figura V.17
Proceso
de
cálculo
seguido
para
obtener
la
traza
sísmica
sintética
75
la
traza
sísmica
sintética
76
la
traza
sísmica
sintética
77
correspondiente al registro sónico del sondeo A-2
Figura V.18
Proceso
de
cálculo
seguido
para
obtener
correspondiente al registro sónico del sondeo L-1
Figura V.19
Proceso
de
cálculo
seguido
para
obtener
correspondiente al registro sónico del sondeo L-2
Figura VI.1
Diferentes imágenes sísmicas de la sección del perfil PS-1.
80
Figura VI.2
Diferentes imágenes sísmicas de la sección del perfil PS-2.
81
Figura VI.3
Diferentes imágenes sísmicas de la sección del perfil PS-3.
82
x
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
ÍNDICE DE LÁMINAS
Pág.
Lámina VI.1
Sección sísmica de reflexión del perfil PS-1.
57
Lámina VI.2
Sección sísmica de reflexión del perfil PS-2.
63
Lámina VI.3
Sección sísmica de reflexión del perfil PS-3.
67
Lámina VII.1 Interpretación de la sección sísmica del Perfil PS-1
85
Lámina VII.2 Interpretación de la sección sísmica del Perfil PS-2
86
Lámina VII.3 Interpretación de la sección sísmica del Perfil PS-3
87
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla III.1
Tabla V.1
Información general de los parámetros de adquisición de los tres perfiles
28
sísmicos superficiales.
Parámetros de ajuste del cálculo de refracción de los perfiles sísmicos.
68
xi
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
GLOSARIO DE TERMINOS EN INGLES
Las expresiones y abreviaturas que se describen a continuación son las más utilizadas a lo
largo de la memoria:
Aliasing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Efecto de distorsión de la frecuencia de la señal debido al
muestreo temporal y/o espacial.
Common MidPoint. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Punto medio de reflexión común.
Ground Roll (GR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ondas superficiales
Headers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Encabezado
Nearshore. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Costero
Normal MoveOut. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Corrección dinámica de la hipérbola de reflexión.
Mute. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Borrado directo de una porción de traza (o trazas) sísmica.
Offset. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Distancia fuente-receptor.
Picking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Digitizar
Spike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Señal temporal de duración cero, delta de Dirac.
Vibroseis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Camión vibrador
VRMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Velocidad cuadrática media.
xii
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
La presente memoria de tesis de pregrado se basa en el procesamiento de datos de
sísmica de reflexión superficial y su objetivo es presentar y valorar los aspectos metodológicos
que la distingue de la sísmica profunda y que han de tenerse en cuenta durante el tratamiento
de los datos.
La sísmica de reflexión superficial, también llamada sísmica de alta resolución, tiene
como objetivo obtener imágenes de los primeros 500 m del subsuelo en términos de capas
reflectoras que luego, mediante la información geológica, se asociarán a estructuras y capas
litológicas. El término de alta resolución se incorpora debido a las pequeñas dimensiones de las
estructuras a determinar, comparadas con las porciones de subsuelo más profundas y
estructuras de mayor tamaño inspeccionadas por la sísmica convencional.
Dado que los primeros metros del subsuelo son en donde se concentra la mayor parte de
la actividad humana (construcciones, contaminación, etc.) y teniendo en cuenta que suministran
la mayoría de los recursos (agua, minerales, recursos líticos); es fácil deducir que actualmente la
sísmica de reflexión superficial está experimentando un auge de aplicación.
Ya a finales de los 90 se planteó la necesidad de explicitar las diferencias metodológicas
entre sísmica superficial y profunda (Steeples y otros, 1997); puesto que si bien la física de la
tierra es la misma, hay aspectos que varían significativamente entre ambas. Por ejemplo, el
diseño de filtros para eliminar las bajas frecuencias producidas por las ondas guiadas es un
punto crucial en un registro de sísmica de alta resolución, mientras que en sísmica profunda
1
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
suele realizarse por borrado directo ya que estos trenes no interfieren con las reflexiones
profundas.
Además de este aspecto metodológico, el trabajo que se presenta constituye un caso
peculiar de la utilización de la sísmica superficial con fines de apoyo a la sísmica profunda. La
prospección sísmica llevada a cabo se ha localizado sobre el complejo turbidítico de la cuenca de
Ainsa (Huesca, España), con el propósito de caracterizar las imágenes sísmicas que dejan estas
estructuras geológicas superficiales para, posteriormente y mediante el uso de modelos sísmicos,
obtener imágenes “equivalentes” en profundidad. En este contexto, la presente memoria
constituye una primera parte de un proyecto más general sobre impronta sísmica de reservorios
petrolíferos.
Es importante mencionar que los datos de campo fueron adquiridos en los años 19971998 por el Institut Cartográfic de Catalunya (ICC) a petición del Dr. Kevin T. Pickering del
‘Department of Earth Sciences’ del University College London (UCL). Sin embargo, debido a las
condiciones geológicas de la zona de estudio, los datos se caracterizaron por poseer una baja
relación señal/ruido de forma que el primer procesamiento que se aplicó no fue lo
suficientemente efectivo como para aislar correctamente las reflexiones de los otros eventos
sísmicos. Coincidiendo con la adquisición de un nuevo paquete de programas de procesado de
datos de reflexión por parte del ICC, este trabajo consiste en efectuar un nuevo procesado
utilizando los emergentes algoritmos multiseñal, lo que ha supuesto una revisión profunda de
todos los datos disponibles.
2
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Los capítulos de la memoria se han organizado en vistas a facilitar la comprensión de la
misma:
Así, el Capítulo II se ha incorporado a modo de introducción, en donde se presentan los
principios básicos de la prospección sísmica de reflexión y su diferencia con la sísmica de
refracción; que también ha sido utilizada como método complementario.
En el Capítulo III se recoge la información geológica de la zona de estudio y, a partir de
ella se construye el corte-patrón sobre el cual se planifican la geometría y los parámetros de
adquisición de los datos. También se presenta la ubicación de los tres perfiles sísmicos
realizados.
El Capítulo IV es la exposición de la secuencia básica de procesamiento de datos que
debe seguirse para convertir los registros sísmicos de campo en una sección sísmica de reflexión.
Como se verá, esta secuencia incluye varias etapas y en cada una pueden aplicarse muchos
algoritmos específicos. Siendo el objetivo fundamental del tratamiento multiseñal la
preservación de las distintas reflexiones y la eliminación de los otros trenes de ondas. En este
capítulo no se ha pretendido explicar cada uno de los posibles algoritmos de tratamiento,
difundidos ampliamente en la literatura; si no que se ha centrado más en presentar como éstos
operan sobre los datos superficiales y deducir así un conjunto de sugerencias.
Siguiendo la línea del anterior capítulo, en el Capítulo V se presentan los flujos de
procesado para obtener las secciones sísmicas de reflexión de los tres perfiles realizados, así
como los respectivos campos de velocidades obtenidos de la aplicación del método de
refracción. En este capítulo se incluye también la metodología utilizada para calcular los
sismogramas sintéticos correspondientes a los registros sónicos realizados en los sondeos de
investigación. Posteriormente, estos sismogramas se utilizan como punto de comparación con
las trazas de la sección sísmica.
3
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Una vez presentados todos los procesos seguidos para la obtención de las secciones
sísmicas, en el Capítulo VI se procede a la interpretación geofísica de los perfiles. Este es un
punto a explicar ya que el presente trabajo es meramente geofísico, su resultado final es la
obtención de secciones sísmicas; evidentemente todo resultado va acompañado de una
valoración y, por ende, de una interpretación. Pero en este caso dicha interpretación se basa solo
en criterios geofísicos (capas reflectoras, zonas
de baja velocidad, etc.) que luego deberán
asociarse a facies sísmicas y a estructuras geológicas.
Todas las conclusiones extraídas del trabajo se hallan recogidas en el Capítulo VII de
conclusiones. Así mismo, al final de la memoria se recogen las referencias bibliográficas y los
Anexos en donde se amplían ciertos aspectos mencionados en los capítulos.
4
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
CAPÍTULO II
MÉTODOS SÍSMICOS
La exploración sísmica emplea las ondas elásticas que se propagan a través de la tierra y
que han sido generadas artificialmente. Su objetivo es el estudio del subsuelo en general, lo cual
permite obtener información geológica de los materiales que lo conforman. La prospección
sísmica es una herramienta de investigación poderosa, ya que con ella se puede inspeccionar con
buena resolución desde los primeros metros (sísmica de alta resolución o sísmica superficial)
hasta varios kilómetros de profundidad (sísmica profunda). Así, para la sísmica profunda se
utilizan fuentes de energía muy potentes (explosivos o camiones ‘vibroseis’) capaces de generar
ondas elásticas que llegan a las capas profundas del subsuelo, mientras que para la sísmica
superficial se utilizan martillos de impacto, rifles sísmicos y explosivos de baja energía. De
manera que el diseño de una campaña sísmica (equipo y material a utilizar) está en función del
objetivo del estudio. Según esto, la sísmica profunda se emplea en la detección de reservorios
petrolíferos (ya sea terrestre o marítima), grandes estructuras geológicas (plegamientos
montañosos, zonas de subducción, etc.), yacimientos minerales, domos salinos, etc. Mientras que
la sísmica superficial tiene mucha aplicación en la obra pública y la ingeniería civil.
La prospección sísmica se basa en el mismo principio que la sismología, consiste en
generar ondas sísmicas mediante una fuente emisora y registrarlas en una serie de estaciones
sensoras (geófonos) distribuidas sobre el terreno. A partir del estudio de las distintas formas de
onda y sus tiempos de trayecto, se consiguen obtener imágenes del subsuelo que luego se
relacionan con las capas geológicas (secciones sísmicas, campos de velocidades, etc.).
5
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
El desarrollo de la teoría sísmica se remonta a 1678 cuando se enuncia la Ley de la
Elasticidad de Hooke1, mucho antes de la existencia de instrumentos capaces de realizar
medidas significativas. Sin embargo, no es sino hasta 1845 cuando, Robert Mallet, realiza los
primeros intentos de medición de las velocidades sísmicas a través de “terremotos artificiales”,
usando pólvora negra como fuente de energía y recipientes de mercurio como receptores. En
1899 Knott2 desarrolla la teoría sísmica de la reflexión y la refracción. Pero, es en 1910 cuando las
diferencias entre las ondas S y P se da a conocer por A. Mohorovicic, quien las identifica y las
relaciona con la base de la corteza, el Moho.
La sísmica de reflexión nace gracias a los primeros trabajos realizados por Reginald
Fesseden, en 1913, con el fin de detectar témpanos de hielo. Pero no fue sino hasta 1927 cuando
el método de reflexión se convierte en una técnica comercial de exploración geofísica.
En 1919, Ludger Mindtrop aplicó para una patente sobre el método de refracción y ya
hacia 1930 todos los domos salinos superficiales habían sido descubiertos mediante esta técnica
de exploración.
Rieber (1939) introduce la idea del procesado de datos sísmicos usando una grabación de
densidad variable y foto celdas para la reproducción de las trazas sísmicas. Sin embargo, es en
1953, cuando las cintas magnéticas se hicieron comercialmente disponibles, que se dio el paso al
inicio del procesamiento de datos; difundiéndose rápidamente en los años siguientes (Telford,
1990). Hasta este momento no se empleaba la geometría CMP, la cual es usada por primera vez
en 1956.
A finales de los 70, coincidiendo con el auge informático y el desarrollo tecnológico, los
nuevos soportes digitales y la nueva instrumentación representaron otro cambio significativo en
el campo de la sísmica. Desde entonces no se ha dejado de trabajar en la continua mejora de las
1
2
Véase el Anexo A.1
Knott, C. Reflexión y refracción de ondas elásticas con aplicaciones sismológicas. Philosophical Magazine 48. 1989, p. 64-97.
6
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
técnicas de adquisición y procesamiento de datos. En la actualidad toda la adquisición se realiza
en formato digital y los datos son procesados antes de su interpretación.
II.1
PRINCIPIOS BÁSICOS
Cuando una onda sísmica encuentra un cambio en las propiedades elásticas del material,
como es le caso de una interfase entre dos capas geológicas; parte de la energía continúa en el
mismo medio (onda incidente), parte se refleja (ondas reflejadas) y el resto se transmite al otro
medio (ondas refractadas) con cambios en la dirección de propagación, en la velocidad y en el
modo de vibración (Figura II.1).
S reflejada
P incidente
I’1
i0
P reflejada
i1
medio 1
p 1 , vp1, vs 1
medio 2
p 2 , vp2, vs2
P crítica
i’2
i2
ic
P trasmitida
S trasmitida
sen io sen i1 sen i'1 sen i2 sen i'2
vp1 = vp1 = vs1 = vp2 = vs1
Figura II.1
=p
Conversión de una onda incidente P. Las ondas sísmicas que viajan por subsuelo se reflejan
y se refractan siguiendo la ley de Snell. La cantidad de energía de las ondas incidentes se
reparte entre las ondas reflejadas, las refractadas y la absorción natural del terreno.
7
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Las leyes de la reflexión y la refracción se derivan por el principio de Huygens cuando se
considera un frente de onda que incide sobre una interfase plana. El resultado final es que
ambas leyes se combinan en un único planteamiento: en una interfase el parámetro de rayo, p,
debe tener el mismo valor para las ondas incidentes, reflejadas y refractadas. Si el medio consta
de un cierto número de capas paralelas, la ley de Snell establece que el parámetro del rayo tiene
que ser el mismo para todos los rayos reflejados y refractados resultantes de un rayo inicial
dado.
La ley de Snell proporciona información sobre las trayectorias de los rayos, los tiempos
de llegada y la posición de los refractores, pero no proporciona información alguna sobre las
amplitudes de las ondas.
geófonos
tiro
v1
onda directa t = x / v1
Rayo directo que viaja por la parte superior de la
primera capa a una velocidad V1.
geófonos
tir
ic
ic
v1
v2
onda refractada t = x/ v2 sen ic = V1 / V2
geófonos
tiro
v1
v2
s'
2
2
2
onda reflejada t = to + x / V1
Figura II.2
2
Rayo refractado (o trasmitido), que se origina para
ángulos de incidencia (i0) mayores y cuando la
velocidad de la segunda capa es superior a la de la
primera (V2 > V1). Dependiendo de las velocidades, hay
un ángulo de incidencia crítica (ic) para el cual el ángulo
de refracción es de 90º, entonces el rayo viaja a través
del contacto entre las dos capas y vuelve a subir con el
mismo ángulo que ha incidido, este rayo se denomina
rayo crítico y es el único que se registra en superficie.
Rayo reflejado que se origina para ángulos de incidencia
(i0) pequeños. Las ondas rebotan sobre el techo de la
segunda capa.
Los geófonos, situados a distancias conocidas (xi), registran los diferentes tiempos de
llegada de cada tipo de onda (tj) que está caracterizada para una determinada trayectoria.
Con estos tiempos (tj), la geometría del dispositivo experimental (xi) y las ecuaciones de las
trayectorias de los rayos se calcula la distribución de velocidades del subsuelo (V1, V2;....).
8
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
En el registro sísmico que se presenta en la Figura II.3 se pueden identificar claramente
las ondas elásticas producto del contacto entre dos capas. Se aprecia la onda directa (1754 m/s),
la onda refractada (3500 m/s) y las ondas P reflejadas (1630 m/s primera capa, y 4000 m/s
segunda capa), así como la onda reflejada SV (2858 m/s). Luego, con la información de distancia
fuente-receptor y tiempos de llegada se construyen las curvas espacio-tiempo.
tiempo
distancia crítica
to
ti
ona reflejada
o
d
nd a
on da
irec
refrac
tad a
ta
xc
distancia de corte
g
distancia
h
Profundidad
Figura II.3
v1
v2
Ejemplo de tiro de campo en donde se pueden ver todas las ondas procedentes del contacto
entre dos capas. A la derecha se muestra las curvas espacio-tiempo.
II.2
SÍSMICA DE REFRACCIÓN
La sísmica de refracción realizó grandes aportaciones a la prospección sísmica en sus
comienzos. Hasta la década de los 60 fue extremadamente popular, especialmente en la
exploración de cuencas sedimentarias donde condujo al descubrimiento de grandes campos de
petróleo; posteriormente quedó relegada por los avances del método de reflexión que
proporcionaba una información más detallada (Lavergne, 1989). Sin embargo, debido a su
menor coste y al tipo de información que proporciona (campo de velocidades) la sísmica de
9
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
refracción es un potente método que actualmente se emplea tanto en estudios de estructuras
profundas de la corteza terrestre como en estudios del subsuelo más inmediato (ripabilidad,
rellenos anisotrópicos, compactación de los materiales, etc.).
El método se basa en la medición del tiempo de viaje de las ondas refractadas
críticamente
en
las
interfaces
entre
las
capas
con
diferentes
propiedades
físicas;
fundamentalmente por contraste entre impedancias acústicas (z = ρ.v; en donde ρ es la densidad
y v la velocidad de la capa). La energía sísmica se genera mediante un impacto controlado en
superficie (o a una determinada profundidad) que va propagándose en forma de onda elástica a
través del subsuelo interaccionando con las distintas capas, de manera que una parte de la
energía se refleja y permanece en el mismo medio que la energía incidente, y el resto se
transmite al otro medio con un fuerte cambio de la dirección de propagación debido al efecto de
la interfase (refracción). De esta interacción, la sísmica de refracción solo considera las
refracciones con ángulo crítico ya que son las únicas ondas refractadas que llegan a la superficie
y pueden ser captadas por los geófonos (Figura II.4).
Figura II.4
La sísmica de refracción utiliza los tiempos de primeras llegadas del sismograma que
corresponden a las ondas refractadas críticamente en las distintas capas del subsuelo.
10
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
La distancia desde los receptores al punto de tiro debe ser considerablemente grande
comparada con la profundidad de los horizontes que se desean detectar, debido a que las ondas
viajan grandes distancias horizontales antes de ser refractadas críticamente hacia la superficie;
por ello también se suele llamar sísmica de gran ángulo. Estas largas trayectorias de
propagación hacen que se disipe una mayor proporción de energía y, en particular se produzca
una absorción de las frecuencias más altas, en consecuencia los datos de refracción son de bajas
frecuencias comparados con los datos de reflexión y, a igualdad de fuente sísmica, se
inspecciona menor profundidad.
La sísmica de refracción es especialmente adecuada cuando se desean estudiar
superficies de alta velocidad, ya que brinda información de velocidades y profundidades en las
cuales se propagan las ondas (Figura II.5). También es posible inspeccionar áreas más grandes
mas rápidamente y de forma más económica que el método de reflexión; a pesar de presentar
una significante perdida del detalle (Dobrin, 1988).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
500
180
190
200
210
220
230
240
0
-10
-20
-30
Velocidaes de las Ondas P
(m/s)
Figura II.5
El método de refracción proporciona una imagen del subsuelo en términos de campo de
velocidades sísmicas V (x,z). Este perfil sísmico de refracción se realizó en la cuenca
evaporítica de Cardona, Barcelona (España) (Teixidò, 2004). El techo de la sal corresponde
a la capa de mayor velocidad (superior a 3500 m/s). Nótese que el contacto entre la sal y las
capas superiores es altamente irregular dando cuenta de la alta plasticidad de la sal.
11
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
II.3
SÍSMICA DE REFLEXIÓN
El método sísmico de reflexión se basa en las reflexiones del frente de ondas sísmico
sobre las distintas interfases del subsuelo. Estas interfases (reflectores) responden, al igual que
en la refracción, a contrastes de impedancia que posteriormente se relacionaran con las distintas
capas geológicas. Las reflexiones son detectadas por los receptores (geófonos) que se ubican en
superficie y que están alineados con la fuente emisora. Dado que las distancias entre la fuente y
los geófonos son pequeñas respecto a la profundidad de penetración que se alcanza (Figura II.6),
el dispositivo experimental soporta que se esté operando en "corto ángulo"; asegurando así la
obtención de reflexiones y, distinguiéndose de la sísmica de refracción o de "gran ángulo".
Figura II.6
Esquema básico de la emisión y recepción de los rayos reflectados en las distintas capas
reflectoras.
Con el fin de conseguir un mejor reconocimiento de la zona de estudio, se realiza un
número de disparos mayor y se aumenta la cantidad de geófonos en comparación con los
empleados en un perfil de refracción de longitud equivalente. El resultado es un grupo de trazas
sísmicas procedentes de todos los tiros que se analizan, se procesan y luego se reordenan en
12
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
conjuntos de “puntos reflectores comunes” (CMP), los cuales contienen la información de todas
las reflexiones halladas (Figura II.7-a). Una vez todas las trazas de un mismo CMP se han
agrupado, se suman y se obtiene una traza CMP. El conjunto de todas las trazas CMP constituye
la denominada sección sísmica de reflexión que es el resultado final de este método. Una sección
sísmica es una imagen del subsuelo en donde las reflexiones se ven en forma de lóbulos negros
de mayor amplitud y definen las capas reflectoras que después se asociarán a las estructuras
geológicas (Figura II.7-b).
Geófonos .... ......
Tiro
Reg is tro Sísm ico
Capa 1
Capa 2
Reflexiones en las capas
Capa 3
Puntos d e reflexión
Tiro 1
Tiro 2
(a)
Geófonos
Traczas CDP
Puntos reflectores Comunes (CDP)
Figura II.7
Reflectores
(a) Esquema del recorrido de los rayos reflejados en tres capas para una posición de tiro y
dos geófonos. (b) Una vez todas las reflexiones de un mismo CMP se han agrupado, se
suman y se obtiene una traza CMP. (c) Las trazas CMP proporcionan la imagen sísmica del
terreno.
13
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
El tratamiento de los datos en sísmica de reflexión es más laborioso y delicado que el
procesado de refracción3; donde uno de los retos más importantes es conseguir aislar de los
registros las reflexiones, eliminando las otras ondas (onda directa, refracciones, ruido, etc.). Esta
tarea implica la aplicación de tratamientos multiseñal (filtros, deconvoluciones, etc.) que, si no se
hacen cuidadosamente, pueden crear artefactos y confundirse con falsos reflectores. Otro punto
conflictivo del procesado es que en las secciones sísmicas de reflexión las capas reflectoras están
en modo tiempo doble debido a que cada rayo reflejado ha hecho el viaje de ida (incidencia) y
vuelta (rebote). A los interpretes que están acostumbrados a trabajar con secciones sísmicas les
es fácil pasar mentalmente del tiempo doble en donde se detecta un reflector a la profundidad
que le tocaría (profundidad equivalente), pero en muchos casos se facilita esta tarea
automáticamente y se presentan las secciones sísmicas de reflexión convertidas a una
profundidad aproximada.
Este método es una de las técnicas de prospección geofísica más utilizada debido a que
su resultado es una imagen denominada sección sísmica en donde se aprecia la geometría de las
estructuras geológicas (Figura II.8).
La sísmica de reflexión tuvo su gran auge en la exploración petrolera, donde se aplicó en
la búsqueda de reservorios de gas y petróleo. Sin embrago, a partir de de los años 90 empezó a
extenderse a aplicaciones más superficiales, en donde se combina con la sísmica de refracción
de alta resolución, lográndose así expandir su campo de acción hacia los problemas relacionados
con la ingeniería geológica (Figura II.9).
3
Consultar el apartado de bibliografía si se quiere profundizar más en el tema.
14
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Figura II.8
Sección sísmica obtenida mediante el método de reflexión. El objetivo fundamental de este
método es describir la geometría del subsuelo estudiado. El perfil sísmico de reflexión
coincide con el de refracción de la Figura II.5 realizado en la cuenca evaporítica de Cardona,
Barcelona (España) (Teixidò, 2004).
Figura II.9
Combinación de una sección sísmica (reflexión) con su correspondiente perfil sísmico de
refracción. Ambos resultados pertenecen a las figuras II.5 y II.8. Nótese como el campo de
velocidades de la refracción ayuda a la interpretación geológica de la sección a la vez que ha
permitido su conversión a profundidad.
La sísmica de reflexión de alta resolución se basa en los mismos principios que la sísmica
profunda y, al igual que ella, persigue los mismos propósitos. La diferencia estriba en que las
estructuras geológicas de interés de la sísmica superficial son menores que las de la sísmica
profunda, de manera que para conseguir la resolución necesaria debe trabajarse con geometrías
más reducidas y rangos de frecuencias más altos; puesto que los primeros metros del subsuelo
15
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
constituyen una zona caracterizada por ser más heterogénea y con contrastes de velocidades
más elevados (Holliguer, 1998). Ello produce que el registro sísmico de la propagación del frente
de ondas se distinga por un número elevado de trenes de ondas que muy a menudo
se
interfieren y se superponen a las reflexiones superficiales. En la Figura II.10 se intenta establecer
las diferencias entre un registro de sísmica de alta resolución y uno de sísmica profunda
(Yilmaz, 2001). En el registro de sísmica profunda, se observa que el ‘Ground Roll’ (A) no es lo
suficientemente fuerte como para solapar las reflexiones (B, C, D, E).
Trenes de onda superficiales que se
superponen a las reflexiones superficiales
(a)
Figura II.10
(b)
La diferencia entre registros sísmicos pertenecientes a sísmica superficial (a) y a sísmica
profunda (b) estriba, fundamentalmente, en que en la sísmica superficial las reflexiones de
interés se superponen a las otras ondas del frente sísmico. Ello produce que el
procesamiento de datos sea más complicado.
En sísmica superficial, la elección del dispositivo experimental está muy condicionada
por la generación de las ondas guiadas, el GR y la onda aérea, debido a que normalmente los
16
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
datos se adquieren con un solo geófono por traza; a diferencia de la sísmica profunda en donde
es clásico utilizar arreglos de geófonos que contribuyen a la formación de una traza
disponiéndose estratégicamente de manera que estos frentes se interfieran destructivamente y
aumente así la relación señal/ruido (Sheriff, 1991).
En general los tiros se efectúan en los extremos (tiros en cola o en cabeza) o en el centro
(tiros simétricos) del dispositivo (Figura II.11). La primera geometría permite cubrir una
distancia más grande de la trayectoria de los reflectores, mientras que en los tiros simétricos se
obtiene un mejor control sobre las hipérbolas de reflexión; resultando un dispositivo más
apropiado cuando hay reflectores inclinados (Brouwer, 1998). No obstante, muchas veces la
geometría de tiro simétrico no suele ser la más adecuada ya que las ondas guiadas, el GR y la
onda aérea ocupan la mayor parte de la ventana temporal de los registros de campo. Como se
demostrará en los siguientes capítulos, esta diferencia en la adquisición de datos ha sido uno de
los puntos de valoración de la presente tesis ya que se han procesado dos líneas sísmicas en
zonas con las mismas características geológicas pero una adquirida con tiro simétrico (PS-1) y
otra con tiro en cola (PS-2).
Dos aspectos importantes en la definición de la geometría de adquisición son las
posiciones del tiro respecto al primer geófono activo (‘offset’ mínimo) y la del último geófono
(‘offset’ máximo). Éstas dependen de las profundidades de investigación, de las velocidades del
subsuelo y de la longitud total del dispositivo experimental. Una regla empírica, análoga a la de
prospección profunda, consiste en que la línea de geófonos activos cubra una distancia entre 1.5
y 2 veces la profundidad máxima de los reflectores a investigar (Mari y otros, 1998).
17
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(a)
Figura II.11
(b)
Registros de campo con diferentes geometrías de adquisición en un mismo contexto
geológico. (a) Tiro en cola y (b) tiro simétrico. En este caso, el tiro simétrico muestra mejor
las reflexiones por debajo de los 60 ms que el tiro en cola.No obstante, se observan
reflexiones superficiales de baja amplitud que quedan mejor descritas en el tiro en cola.
18
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
CAPÍTULO III
ZONA DE ESTUDIO Y ADQUISICIÓN DE DATOS
III.1
MARCO GEOLÓGICO
La zona de estudio se enmarca en el complejo turbidítico de la cuenca de Ainsa, al norte
de la Península Ibérica en el Prepirineo Aragonés. Más concretamente en la población oscense
de Ainsa, dentro del área delimitada por el cuadrado que forman los meridianos 0º 01’ E y 0º 14’
E y los paralelos 42º 17’ y 42º 30’ (Figura III.1).
Figura III.1
Mapa general de la zona de estudio. La cuenca de Ainsa se halla situada en la provincia de
Huesca (España), en el Prepirineo aragonés. El recuadro enmarca el complejo turbidítico de
Ainsa.
19
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
La región Pirenaica constituye una cordillera de la orogenia alpina que se extiende
alrededor de unos 500 kilómetros, entre el Océano Atlántico y el Mar Mediterráneo. Se
desarrolló en el área de colisión entre el bloque europeo occidental y la Península Ibérica,
separando una desnivelación vertical de la corteza de unos 10 kilómetros. El eje estructural de la
cordillera corresponde a la Zona Interna Metamórfica donde debe situarse la sutura entre
ambas masas continentales (Souquet, 1986).
Escala 1 : 1 000 000
Mesozoico
Terciario Cuaternario
LEYENDA
Neógeno
Paleógeno
Crtácico
Jurásico
Triásico y
Permotriásico
Carbonífero
Zona Bética
Figura III.2
Paleozoico
Ordívico
Cámbrico
Precámbrico
Unidad de C. de Gibraltar
Malaguide
Dorsaliano
Alpujarride
Filabride
Devónico
Rocas Igneas
Volcánicas básicas terciarias y cuaternarias
Volcánicas intermedias y ácidas terciarias y cuaternarias
Rocas ultrabásicas alpinas
Granitoides postcinemáticos hercínicos
Granitoides indiferenciados hercínicos
Granitoides sincinemáticos hercínicos
Coplejos plutoicos hercínicos con rocas básicas
Unidades plutónicas prehercínicas
Rocas ortoderivadas máficas y ultramáficas
Rocas ortoderivadas ácidas
Mapa geológico de la Península Ibérica. La cuenca Turbidíca de Ainsa se halla situada en la
zona Prepirenaica y está formada por materiales del Cretácico; principalmente margas.
20
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Al norte de la Zona Interna Metamórfica se encuentran las zonas septentrionales,
formadas por macizos primarios y una cubierta sedimentaria, constituida por el Jurásico y
Cretácico Inferior y Medio; desarrollados en el margen del cratón europeo y por el Terciario
relacionado a la migración hacia el norte y oeste del frente tectónico activo (Figura III.2). La
Zona Axial y el Prepirineo, también conocidos como las zonas meridionales, se encuentran al
Sur. Su cobertura sedimentaria se formó en la plataforma continental del bloque Ibérico y solo
presenta algunos surcos (‘flysch’) del Cretácico Superior y Eoceno. A nivel morfológico, el
Prepirineo se caracteriza por presentar un relieve más o menos accidentado, alcanzando sus
alturas máximas en las Provincias de Huesca y LLeida.
En la zona de estudio (Figura III.3), bajo los materiales de pie de monte, se ubica la
formación San Vicente principalmente constituida por margas que usualmente deslizan talud
abajo y que incluyen olistostromos y cuerpos conglomeráticos arenosos y calcareníticos de
carácter turbidítico. En conjunto estos materiales corresponden a una sedimentación de
plataforma externa altamente compactada.
Figura III.3
Mapa tectónico de los Pirineos en donde se halla señalada la cuenca de Ainsa.
21
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Hacia el Sureste de la cuenca se hallan las calizas de la Formación Guara que sirven de
límite inferior. El contacto con dichas calizas es el anticlinal de Boltaña, mientras que al
Noroeste se observa una intercalación de margas y calizas margosas, entre dos niveles de
calcarenitas. El nivel superior de la formación San Vicente pasa lateralmente a las calizas de
Puy del Cinca, en la zona de Mediano, y a los sedimentos de ‘nearshore’ de la Formación
Sobrarbe, con los que se indenta profusamente, en todo el resto del sinclinal de Buil (De
Federico, 1981).
III.2
ZONA DE ESTUDIO Y UBICACIÓN DE LOS PERFILES SÍSMICOS
Los tres perfiles sísmicos se han realizado en los entornos de la población de Ainsa
(Figuras III.4 y III.5) con el objetivo de caracterizar los primeros metros del subsuelo en donde se
halla el complejo turbidíco. Como ya se ha mencionado en el Capítulo I, el objetivo de esta
exploración es obtener secciones sísmicas de una formación geológica superficial, mundialmente
excepcional, cuyas homólogas se encuentran a mayor profundidad y normalmente constituyen
reservorios petrolíferos4.
En la última conferencia internacional de la AAPG (American Association of Petroleum Geologists; Barcelona 2003),
una de las salidas de campo mas relevantes fue la realizada a la zona de Ainsa.
4
22
Ainsa
PS-1
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Figura III.4
Situación del perfil PS-1 (2400 m) y de los sondeos de investigación A-1, A-2, L-1 y L-2.
Situado al norte de la población de Ainsa.
23
Figura III.5
A-3
PS-2
Ainsa
PS-3
A-2
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Situación de los perfiles PS-2 (850 m) y PS-3 (380 m). También se ubican los sondeos de
investigación A-2 y A-3.
24
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Tanto para planificar la adquisición de datos como para la posterior interpretación
fehaciente de las secciones sísmicas es necesario disponer de la información geológica posible.
En este sentido se realizó el primer perfil PS-1, que se planteó a modo de calibración siguiendo
una traza de la que se disponía datos estratigráficos más detallados (Figuras III.6 y III.7) y de
sondeos mecánicos de investigación (Figura III.4). -En el Anexo A.3 se presentan las
correspondientes columnas litológicas deducidas a partir del testigo continuo-.
E
Seismic Test line
W
PS-1
Figura III.6
Representación esquemática de los intervalos estratigráficos del área de Ainsa, sobre los
cuales se trazó el perfil sísmico PS-.1, realizado perpendicular al corte.
Este corte sintético se efectuó a partir de la información geológica de detalle de que se
disponía. Según ella, por debajo de la capa meteorizada se presume obtener un primer nivel de
reflectores asociados a una capa de areniscas en torno a los 44 m de potencia. A continuación le
seguiría un tramo de margas que fueron deslizadas talud abajo entre 80 - 90 m de grosor y
finalmente se localizaría un tramo con arenas muy compactas alternando con margas y lutitas.
De ello se deduce que el complejo de interés geológico se sitúa alrededor de los 200 - 300 m de
profundidad.
25
Figura III.7
interpretación de las secciones sísmicas
anterior. Este esquema, junto con los datos proporcionados por los sondeos mecánicos se utilizará en el capítulo VII de
(a) Fotografía de la sección transversal por donde circula el perfil PS-1. (b) Interpretación estratigráfica de la sección
PS-1
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
26
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
III.3
INSTRUMENTACIÓN UTILIZADA Y PARÁMETROS DE ADQUISICIÓN
En el apartado anterior se ha puesto de manifiesto que el objetivo de la prospección es
alcanzar los 200 - 300 m de profundidad. A tal efecto y para disponer del máximo de energía
posible, se descartó la utilización de las fuentes superficiales clásicas (martillo o rifle sísmico)
empleándose como fuente sísmica cargas explosivas de baja energía de diseño propio, las cuales
se enterraron entre los 0.9 - 0.7 m.
(a)
Figura III.8
(b)
(c)
(d)
Instrumentación más relevante utilizada. (a) Unidad de registro con selector de los canales
de entrada/salida, sismógrafo y sistema de almacenamiento de datos. (b) Extensión de las
líneas sísmicas sobre el. (c) Perforación de los sondeos para a situar el explosivo.
(e) Explosivo de baja energía con fulminante eléctrico.
48
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
La geometría de adquisición vino determinada, en último término, por las pruebas de
campo. El perfil PS-1 se adquirió con tiros simétricos ya que esta disposición permite determinar
mejor la velocidad de los refractores y es aconsejable en el caso de capas reflectoras con
geometrías irregulares. Pero, como se demostrará en el Capítulo V, se descartó este tipo de
adquisición para los perfiles PS-2 y PS-3 debido a la gran presencia de las ondas superficiales
(GR) y ondas guiadas halladas en los registros; las cuales enmascaran ampliamente la ventana
temporal de las reflexiones de interés. Así, para estos dos últimos perfiles se disparó con tiros en
cola, con una distancia de 12.5 m desde el punto de tiro al primer geófono (‘offset’ mínimo) y un
avance de disparo de 5 m, coincidiendo con la distancia entre los geófonos. La Tabla III.1
presenta la información más significativa de la adquisición de datos.
Geometría:
longitud total
Número total de estaciones
Espaciado entre estaciones
Número total de disparos
Espaciado entre disparos
Número total de CDP
Espaciado entre trazas CDP
Cobertura CDP
Número total de trazas
PS-1
2405 m
480
5m
481
5m
959
2.5 m
24
23082
Información de cada registro
Núm de trazas/registro
Longitud de los datos
Muestreo temporal
Núm. de muestras/canal
Filtro pasa bajas
Filtro pasa altas
Filtro antialias
Tabla III.1
PS-2
857 m
169
5m
149
5m
338
2.5 m
24
7152
PS-3
385 m
78
5m
74
5m
172
2.5 m
24
3552
48
1000 ms
0.1 ms
5000
8 Hz Butterworth
1000 Hz Butterworth
No
Información general de los parámetros de adquisición de los tres perfiles sísmicos
superficiales.
49
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
CAPÍTULO IV
PROCESADO DE DATOS SÍSMICOS DE REFLEXIÓN
En el procesamiento de datos de sísmica superficial se utilizan los mismos algoritmos,
incluso el mismo paquete de computación, que en sísmica profunda. En particular, esta
memoria se ha desarrollado con un paquete comercial de Landmark Inc. (PROMAX, V.7).
El procesamiento consiste en la elección y posterior aplicación de los parámetros y
algoritmos de tratamiento adecuados a los datos sísmicos adquiridos en el campo (datos brutos)
con el fin de obtener secciones sísmicas de calidad. El objetivo fundamental de todo procesado
multiseñal es aislar en los registros las reflexiones de los otros eventos sísmicos que se
superponen a ellas (ruido ambiental, GR, onda aérea, etc.). Actualmente, debido al gran
incremento del volumen de datos (mayor capacidad instrumental) y al desarrollo de nuevos
algoritmos (mayor potencia de cálculo), el dominio de las técnicas de procesado es un pilar
básico de la prospección geofísica.
Otro factor decisivo en sísmica de alta resolución que afecta al procesamiento es la
necesidad de preservar las altas frecuencias ya que las estructuras geológicas superficiales están
en el límite de la detectabilidad sísmica y la aplicación de filtros para suprimir los eventos que
no pertenecen a reflexiones caen, a menudo, en el mismo rango de frecuencias, de manera que
cualquier disminución de este rango supone una menor definición de la sección sísmica.
Es también un precepto que todo algoritmo empleado durante el procesado debe
preservar el máximo posible las reflexiones originales, de manera que su aplicación no se
superponga a éstas creando "artefactos" que puedan considerarse como falsas reflexiones.
50
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
IV.I
SECUENCIA CONVENCIONAL DE PROCESO DE DATOS
Desde el momento en que los datos de campo (registros sísmicos) son introducidos en
una estación de trabajo5 la secuencia de procesado comienza su desarrollo. Según Yilmaz (2001),
hay tres etapas en el procesado de datos: 1) La etapa de pre-apilamiento; en donde una de las
operaciones más significativas es la deconvolución. 2) La etapa de apilamiento; con el análisis de
velocidad como punto fundamental. Y 3) la etapa de post-apilamiento; siendo la migración uno
de los algoritmos finales que se aplican. En cada uno de estas etapas intervienen una serie de
tratamientos fijos, mientras que hay otros algoritmos que se pueden aplicar en cualquier
momento del procesado (filtrado, escalado de amplitud, etc.). En la Figura IV.1 se presenta el
esquema de la secuencia básica de procesado.
TRATAMIENTOS DE PRE-APILAMIENTO
1.
ALMACENAMIENTO
Los datos de campo son grabados en diferentes tipos de formatos, que deben ser
compatibles con el software utilizado. A partir de 1990 el subcomité de la S. E. G. de “Aguas
subterráneas e Ingeniería Geofísica” propuso un formato estándar para todos los datos
adquiridos con sísmica y radar del subsuelo, de aquí surgieron el formato SEG-2 para sísmica
superficial, y el SEG-Y para sísmica profunda; entre otros.
Debido al gran volumen de datos, el procesado se realiza normalmente en estaciones de trabajo y bajo un
entorno UNIX
5
51
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
CINTAS DE CAMPO
Pre Apilamiento
GEOMETRÍA
EDICIÓN
Trace Kill/Reverse
Correcciones de Amplitud
Filtrado
Mute
Picking
Deconvolución
CORRECCIONES ESTÁTICAS
Apilamiento
CORRECCION NMO/
ANALISIS DE VELOCIDAD
APILAMIENTO
EDICIÓN POST-APILAMIENTO
Deconvolución
Migración
Figura IV.1
Post-Apilamiento
Filtrado
Paso a Profundidad
Secuencia básica del procesamiento de datos sísmicos de reflexión.
52
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
2. DEFINICIÓN Y ESTABLECIMIENTO DE LA GEOMETRÍA
En primer lugar, es esencial definir correctamente las coordenadas (X, Y, Z) de cada una
de las estaciones (fuentes y receptores), así como algunas otras características como el ‘offset’ y el
azimut entre otras. Algunos de estos datos deben ser introducidos manualmente, mientras que
otros ya se encuentran en las cabeceras (‘headers’) de los ficheros de cada registro sísmico. Una
vez definida la geometría de la línea sísmica se procede a su implantación de manera que cada
traza de cada uno de los tiros de campo queda perfectamente ubicada.
3. EDICIÓN DE LOS REGISTROS
Durante la adquisición de datos, se pone mucho empeño en que el registro sísmico sea
de alta calidad ya que esta parte del procesado es la más importante de todo el flujo de
tratamiento de los datos; dado que los resultados posteriores van a depender del buen
aislamiento de las reflexiones. A continuación se presenta las etapas más significativas de este
paso.
Proceso
Descripción
Eliminación de trazas
Se excluyen, total o parcialmente, aquellas trazas que presentan
(‘kill trace’)
ruido o malas conexiones. El malfuncionamiento del geófono
implica la perdida de una traza (Brouwer, 1998).
Cambio de polaridad
Algunas trazas suelen presentar cambios de polaridad debido a
(‘reverse trace’)
efectos de sitio o de intercambio de conexiones.
Lecturas de las primeras En sísmica de reflexión se emplean estas lecturas para el cálculo
llegadas
de las correcciones estáticas. En el caso específico de la sísmica
superficial, el conjunto de estas lecturas también se utiliza para
calcular el campo de velocidades de refracción y así obtener un
primer modelo del subsuelo.
53
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(a)
Figura IV.2
(b)
Ejemplo de un tiro de campo (a) en el que se observan las trazas con alto contenido de ruido
que deben ser eliminadas (b) en la primera fase del procesamiento. Tiro correspondiente al
perfil PS-1. Espaciado entre trazas 5 m.
(a)
Figura IV.3
(b)
(a) Lectura de las primeras llegadas y (b) detalle del ‘picking’. Con esta información se
procede a realizar un estudio de refracción de las capas más superficiales. Registro
correspondientes al perfil PS-1. Espaciado entre trazas 5 m.
54
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Proceso
Eliminación
Descripción
de
las Las
refracciones (top mute)
señales
de
primeras
llegadas
correspondientes
a
las
refracciones deben eliminarse o de lo contrario se superpondrán
con las reflexiones. Mientras en sísmica profunda este aspecto es
sencillo, en sísmica superficial se convierte en un minucioso
proceso debido a la corta distancia temporal entre ambos trenes de
ondas. Su no eliminación también puede producir artefactos; por
ejemplo, si en la etapa inicial se ejecuta un algoritmo dependiente
de la amplitud, el cálculo de los parámetros de ganancia estará
afectado por las altas amplitudes que caracterizan a las primeras
refracciones (Dobrin, 1988).
Borrado directo por zonas
A menudo hay eventos sísmicos que a pesar del tratamiento
(‘Surgical and bottom mute’)
aplicado es imposible eliminarlos del todo, entonces se hace
necesario suprimir estos trenes de onda mediante borrado directo.
Este fenómeno suele presentarse cuando los registros poseen ondas
superficiales en fuerte ‘aliassing’, u ondas aéreas fuertes.
(a)
Figura IV.4
(b)
(b) Efecto de la eliminación directa de la onda aérea y de las primeras refracciones en un
registro. (a) El mismo registro previo borrado de esta onda. Datos procedentes del perfil
sísmico PS-1. (Espaciado entre geófonos de 5 m y muestreo de 0.1 ms).
55
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Proceso
Descripción
Aplicación de filtros:
El objetivo del filtrado es eliminar el ruido y resaltar los eventos de
reflexión. Los filtros, por lo general, operan sobre las bases de la
frecuencia y la amplitud de las trazas, aunque también se pueden
usar filtros que actúan sobre su coherencia o su longitud de onda.
Análisis espectrales
Los análisis espectrales de los registros se utilizan para elegir los
tipos de filtro y sus parámetros.
Paso-Banda.
Es uno de los filtros más empleados, tiene como finalidad dejar
pasar la señal en una banda limitada de frecuencias de manera que
se aceptan las frecuencias que contienen energía de reflexión
coherente y se rechazan aquellas frecuencias asociadas al ruido
sísmico (ondas superficiales, aérea, ruido ambiental, etc.).
Filtro F-K
Este tipo de filtro es útil para eliminar el ruido coherente que
presenta una tendencia lineal. Se le conoce también como filtro de
velocidad ya que en el espacio en que opera (número de onda,
frecuencia), se discriminan los distintos eventos por estar alineados
según rectas cuyas pendientes definen las distintas velocidades. De
esta forma los eventos lineales de baja velocidad (GR u onda aérea)
se hallan con ángulos menores respondiendo a las bajas
velocidades, mientras que las reflexiones, se localizan en sectores
angulares mayores.
56
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Figura IV.5
Antes de aplicar cualquier filtro es necesario realizar el estudio espectral de los registros a
fin de caracterizar cada uno de los eventos presentes. La figura muestra el contenido de
frecuencia para una ventana temporal en donde se superponen ondas superficiales a la
reflexión. Registro perteneciente al perfil PS-1.
Tiro campo
(a)
Figura IV.6
(b)
(c)
(d)
Otro análisis que suele hacerse antes de aplicar un filtro pasa-banda es la descomposición
de los registros en bandas de frecuencia a fin de determinar el ancho óptimo en donde se
sitúan las reflexiones. En este caso se diseñó un filtro paso-banda de Ormsby. Puede
57
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
observarse como ni en la banda baja de frecuencias (a), ni en la banda alta (c) no hay
señales de reflexión. Registro perteneciente al perfil PS-1.
(a)
Figura IV.7
(b)
Análisis de las frecuencias espaciales. (a) Registro de campo. (b) Espectro en el espacio F-K
en donde se han marcado los eventos más significativos, según la nomenclatura: GR =
‘Ground roll’, A = Onda aérea, D = Onda directa. Nótese el ‘aliasing’ de la onda aérea y del
GR.
Figura IV.8
Efecto sobre el registro después de filtrar por número de onda y frecuencia los eventos
atribuidos a ruido (GR, A y D). El filtro que se ha aplicado es de tipo trapezoidal (trazo
58
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
negro) y consiste en dejar pasar las frecuencias y números de onda contenidas dentro del
trapecio.
4. APLICACIÓN DE CORRECCIONES ESTÁTICAS
En sísmica superficial, las frecuencias generadas son mucho más elevadas que las
observadas en sísmica profunda, por tanto el tiempo de viaje a través de la capa meteorizada
puede cubrir varios ciclos del tren de ondas sísmico. Normalmente esta primera capa está
caracterizada por ser altamente heterogénea, por poseer bajas velocidades y por presentar un
relieve irregular. Estas características influyen en las trayectorias de los rayos de manera que se
hace preciso corregirlas a fin de obtener el buen emplazamiento, en profundidad, de los
reflectores de interés.
El principal objetivo es ajustar el tiempo de viaje, al que se observaría si la fuente y los
receptores estuvieran ubicados al mismo nivel, sobre el plano de referencia por debajo de la capa
meteorizada (generalmente constituida por rocas y materiales no consolidados, de forma que su
espesor varía desde cero hasta unos cuantos metros). Hay dos formas de determinar el espesor y
la velocidad de la capa meteorizada, midiendo directamente a través de un tiro de verificación o,
lo más usual en sísmica superficial, calculándolos mediante refracciones estáticas: Los tiempos
de primeras llegadas atribuidos a la capa meteorizada definen las curvas Distancia-Tiempo a
partir de las cuales se calcula la profundidad y la velocidad de esta primera superficie. Una vez
caracterizada esta superficie, se elige el nivel del datum y se calculan los intervalos de tiempo
que deben corregirse para cada rayo de la línea sísmica (figuras IV.9 y IV.10).
59
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Dromocronas para la rama izquierda de los registros
Dromocronas para la rama derecha de los registros
(a)
Velocidad de la capa de meteorizada
(b)
Elevación
Capa meteorizada
(c)
Figura IV.9
Cálculo de las correcciones estáticas de refracción. (a) Curvas espacio-tiempo construidas
para el perfil PS-1. (b) deducción de la velocidad para la capa meteorizada y (c) cálculo de
su profundidad.
60
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Correcciones estáticas residuales
Correcciones estáticas debidas
Figura IV.10 Curvas de correcciones estáticas y residuales para las posiciones de las fuentes y los
receptores. En el eje de las abscisas se hallan las posiciones de los geófonos en coordenadas
de estación sensora y en el eje de las ordenadas los tiempos de corrección en ms. Estos
tiempos son los que deben aplicarse a cada traza sísmica para corregir el efector del tránsito
de los rayos a través de la capa meteorizada. Nótese que hay dos contribuciones: una
debida a la posición de la fuente (porción de rayo incidente) y otra debida a la posición del
geófono (porción del rayo emergente). Conjunto de datos perteneciente al perfil PS-1.
5. CORRECCIONES DE AMPLITUD
La amplitud de los datos sísmicos varía dentro de un amplio rango debido al efecto que
sobre ella tienen los coeficientes de reflexión y el decaimiento de la energía con la distancia
(divergencia esférica); sin mencionar las posibles pérdidas en la transmisión de los datos o la
atenuación intrínseca. Para compensar todos estos factores se aplican varios tipos de algoritmos,
61
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
basados cada uno de ellos en criterios específicos. Entre ellos los más usados en sísmica
superficial son:
Proceso
Control
Descripción
de
ganancia Es la corrección de amplitud más simple y consiste en asignar un
programada (PGC)
valor predefinido a los datos. Se calcula el inverso de la envolvente
de la traza (curva que une los picos de las trazas) de manera que al
aplicar esta relación se corrige el decaimiento de la amplitud.
Puede aplicarse tanto a los tiros como a las secciones apiladas, con
el fin de preservar las variaciones relativas de amplitud en la
dirección horizontal.
Control
de
ganancia El es una de las funciones de ganancias más utilizadas. Se obtiene
automática (AGC)
calculando el valor medio (o promedio absoluto) de la amplitud
dentro de una ventana específica de tiempo, luego se obtiene la
relación entre el valor RMS deseado y el promedio antes calculado.
Este escalar es asignado a la función de ganancia la cual se aplicada
a cada muestra o traza dentro de la ventana temporal elegida.
Corrección de amplitud por El objetivo de esta corrección es reconstruir las amplitudes debido
divergencia esférica (TAR)
a la absorción de los materiales y al decaimiento del frente de onda
con la distancia
62
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(a)
(b)
Figura IV.11 (a) Tiro de campo sin procesar. (b) El mismo tiro en donde se ha corregido por divergencia
(1/d), nótese el aumento de amplitud de las bajas frecuencias.
6. DECONVOLUCIÓN
La deconvolución puede ser aplicada en las diferentes etapas del procesamiento, es un
algoritmo que se utiliza con el fin de aumentar la resolución temporal de las reflexiones (Figura
IV.11). Ello se consigue invirtiendo una ondícula básica y convolucionándola con cada traza
(sismograma) (Brouwer, 1998), el resultado es una compresión de la señal. Existen varios tipos
de ondículas sobre las cuales se opera; por ejemplo el tipo delta de Dirac (‘spike’) que tiende a
convertir los lóbulos de reflexión en picos.
63
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(a)
(b)
Figura IV.12 (a) Registros de campo pertenecientes al glaciar Johnsons (Artártida) (b) Los mismos
registros después del borrado de las refracciones, de la aplicación de un balance de
amplitud y de una deconvolución seguida de un filtro pasa-banda [13].
TRATAMIENTOS DE APILAMIENTO
7. ORDENAMIENTO CMP
Una vez editados los tiros de campos, se procede a realizar un reordenamiento de las
trazas sísmicas en conjuntos de punto reflector común o CMP (‘Common MidPoint’). Este
ordenamiento consiste en agrupar las trazas que por geometría pertenecen a un mismo punto
medio entre una fuente y un receptor determinado. Se deduce, por construcción, que el
espaciado entre CMP es la mitad el espaciado entre geófonos y que las reflexiones en estos
conjuntos poseen también trayectorias hiperbólicas.
8. APLICACIÓN DE CORRECCIONES DINÁMICAS (NMO)
En este nuevo orden, todas las trazas pertenecientes a un mismo punto reflector dan
cuenta de las mismas características reflectivas y por tanto, pueden sumarse para obtener una
64
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
traza resultante (traza CMP) que posee mejor relación señal/ruido. Tal es el objeto de la
ordenación en conjuntos CMP. Pero para ello, antes del apilamiento (o suma de las trazas CMP)
la trayectoria hiperbólica de los eventos de reflexión debe ser transformada, en el eje del tiempo,
en una línea horizontal (paso a ‘offset’ cero) de manera que todas las trazas al ser sumadas
estarán en fase. A este paso se le conoce como corrección NMO (‘Normal Move Out’) y la forma
de conseguir dicha alineación es mediante la asignación de la velocidad de la trayectoria de
reflexión (Figura IV.12-a).
9. ANÁLISIS DE VELOCIDAD
En función de proveer una relación señal/ruido mejorada, la sísmica de cobertura
multicanal requiere información acertada sobre la velocidad del subsuelo, la cual es obtenida
mediante un análisis de velocidad (Figura IV.13). Este proceso se realiza sobre conjuntos o
grupos de conjuntos de CMP determinados. El resultado del análisis es un campo de
velocidades que se usará en el apilamiento para obtener la sección sísmica. Cuando hay poca
precisión en el establecimiento de las velocidades de reflexión, la calidad de la sección apilada
puede degradarse, ya que las reflexiones no se suman coherentemente (Dobrin, 1988).
10. APILAMIENTO
Con los resultados del análisis de velocidad y una vez aplicadas las correcciones NMO se
procede, mediante la suma, a obtener la sección sísmica. Así pues, una sección sísmica está
formada por todas las trazas CMP y representa una imagen de los reflectores presentes en el
subsuelo en ‘offset’ cero y modo tiempo doble. Esta sección obtenida aún no es la definitiva, si no
que aún deben realizarse determinados tratamientos cuyo número de aplicación, al igual que
ocurre con la edición de los tiros, depende en última instancia de la calidad de los datos.
65
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura IV.13 Ejemplo de análisis de velocidad (cuenca evaporítica de Cardona (Teixidò, 2004)). (a)
Conjunto CMP sobre el que se está realizando las correcciones NMO a partir de la ley de
velocidades descrita en (c). (b) Sección apilada con el campo de velocidades (d). En (c) los
puntos de máxima semejanza son los guías sobre los que se hace la corrección NMO que
finalmente va a dar como resultado el campo de velocidades.
TRATAMIENTOS DE POST-APILAMIENTO
11. PROCESAMIENTO POST-APILAMIENTO
Por lo general, una secuencia de procesamiento post-apilamiento incluye la
deconvolución para recuperar las altas frecuencias perdidas durante el apilamiento y para
suprimir las reverberaciones y múltiples de periodo corto. También suele aplicarse un filtro pasa
banda para eliminar el ruido asociado a bajas y altas frecuencias generado (y/o residual) en el
apilamiento. Finalmente, suele introducirse algún tipo de ganancia de amplitud a fin de lograr
66
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
una mejor visualización. En el capítulo siguiente se muestran los diferentes flujos de procesados
aplicados a cada sección sísmica y los resultados obtenidos.
12. MIGRACIÓN
Es un proceso que se aplica para corregir las difracciones que se producen en una sección
sísmica debido a un relieve brusco de algún reflector. Su objetivo es, pues, reubicar esta energía
a su verdadera posición y ello se realiza provocando el colapso de estas difracciones actuando
en sentido opuesto.
Entre los principales algoritmos se encuentran la migración de Kirchhoff (Yilmaz, 2001),
se basa en la solución integral de la ecuación de onda. La respuesta a un punto de difracción es
una hipérbola definida por una determinada velocidad y por tanto la suma sobre su inversa
coloca en fase a la difracción. La migración de Stolt (Yilmaz, 2001) transforma los datos a un
seudo-dominio de profundidad para aproximar a una velocidad constante de la tierra, luego
reubica la energía en el dominio de la frecuencia-numero de onda filtrando la velocidad de
conversión. Posteriormente los datos son convertidos de nuevo al dominio del tiempo.
En la presente memoria se ha utilizado la migración en los perfiles PS-2 y PS-3, en el
siguiente capítulo se presentan los resultados y una valoración de su aplicación.
13. CONVERSIÓN A PROFUNDIDAD
Las secciones sísmicas están en tiempo doble debido a que cada rayo reflejado ha hecho
el viaje de ida (incidencia) y vuelta (reflexión). El punto final del procesado es proporcionar una
referencia a profundidad de estas imágenes sísmicas. A los geólogos que están acostumbrados a
trabajar con secciones sísmicas les es fácil pasar mentalmente del tiempo doble en donde se
detecta un reflector, a la profundidad aproximada que le tocaría (profundidad equivalente).
67
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Para ello se elige algunos de los reflectores más potentes de la sección (reflectores guías) y se les
calcula la profundidad de forma individual, considerando las velocidades de apilamiento.
En sísmica superficial suele realizarse una conversión a profundidad de la totalidad de la
sección si en el subsuelo investigado no hay un contraste fuerte entre las velocidades de los
materiales. Para ello se aplica una conversión con velocidad constante a fin de que no se
distorsionen las frecuencias; obteniéndose una imagen en profundidad bastante aproximada
(Teixidò, 2000). Pero cuando existe un contraste fuerte esta estrategia ya no es posible y las
técnicas que se proponen para obtener referencias de profundidad deben basarse en la
información de sondeos mecánicos y/o en el campo de velocidades de refracción. En el próximo
capítulo se muestran las estrategias utilizadas para convertir las secciones sísmicas a
profundidad.
68
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
CAPÍTULO V
PROCESAMIENTO ESPECÍFICO DE LAS LÍNEAS SÍSMICAS
En el presente capítulo se procede a describir los diferentes flujos de procesado
utilizados para la obtención de las tres secciones de reflexión. La característica fundamental de
este procesamiento ha sido la dificultad en la elección de los algoritmos y su secuencia de
aplicación para obtener secciones “admisibles” a partir de datos de mala calidad. Este ha sido el
reto central del estudio: el usar diferentes técnicas y estrategias de procesado para i) aislar las
reflexiones de los otros eventos presentes en los registros de campo (pre-apilamiento) y ii) para
obtener imágenes sísmicas de la mejor calidad posible (post-apilamiento).
Como se irá demostrando, la mala calidad de los datos de campo ha sido debida a las
características del subsuelo. En el Capítulo III, cuando se presentó la geología de la zona de
estudio, ya se apuntó que el complejo turbidítico de Ainsa estaba formado por litologías
altamente compactadas constituidas por margas que usualmente deslizan talud abajo y por
cuerpos conglomeráticos arenosos y calcareníticos de carácter turbidítico. Al estar la capa
meteorizada (de baja velocidad) en contacto con estos materiales compactos, el primer
coeficiente de reflexión que se produce es tan alto que buena parte de la energía sísmica se
queda atrapada en superficie generando un alto contenido en ondas de superficie y ondas
guiadas, produciendo un decremento de la energía transmita hacia las capas inferiores.
En este escenario, el primer perfil (PS-1) se realizó como prueba y a partir de los
resultados obtenidos se plantearon los dos siguientes (PS-2 y PS-3). Adelantar que un punto
crucial en la mejora de la calidad de los registros de campo ha sido la adquisición con geometría
de tiro en cola (realizada en los perfiles PS-2 y PS-3); puesto que las reflexiones quedan menos
69
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
superpuestas a los otros eventos (ondas superficiales, onda aérea, onda guiada, ruido ambiental,
etc.).
V. 1
PROCESADO DEL PERFIL PS-1
El perfil PS-1 se adquirió con geometría tiro simétrico dado a que se aconseja este
dispositivo cuando el relieve de las capas se presume altamente irregular; de acuerdo con la
información geológica de la zona.
La característica fundamental de los tiros de campo fue el fuerte solapamiento de los
trenes de las ondas de refracción, de las ondas superficiales (GR) y de las ondas guiadas con las
reflexiones (Figura V.1).
Refracciones
Ondas guiadas
Reflexiones
GR
Onda aérea
Figura V.1
Registro tipo del perfil PS-1, correspondiente al tiro 260. Espaciado entre trazas 5m y
ventana temporal de 500 ms. Este registro muestra la mala calidad de los datos
caracterizada por una serie de trenes de onda que se superponen a las reflexiones.
70
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Este fuerte solapamiento conllevó la realización de un detallado análisis espectral y del
espacio F-K (frecuencia-número de onda) en una amplia selección de registros a fin de poder
caracterizar los distintos trenes de ondas y así aislar las reflexiones. Los resultados obtenidos
fueron un fuerte ‘aliasing’ de la onda aérea y de las ondas guiadas; lo cual pronostica la
dificultad de su supresión mediante filtraje. Después de distintas pruebas, se optó por dos tipos
de tratamientos: i) un primero de carácter más conservador (Figura V.2) en donde el algoritmo
decisivo consistió en la aplicación de un filtro espacial bidimensional (2D) que realiza un filtrado
de la señal aplicando criterios de continuidad de fase para las distintas frecuencias en una
ventana temporal y un rango de trazas determinado. Y ii) un segundo procesado más restrictivo
(Figura V.3), en donde se añadió una corrección estática por elevación y una deconvolución
predictiva (con una longitud del operador temporal corta de 20 ms y una ventana temporal de
predicción de 10 ms).
(a)
71
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
– Edición de los tiros para el flujo 1Establecimiento de la Geometría
Eliminación de trazas defectuosas
Cambio de la polaridad de las trazas invertidas
Identificación de los diferentes trenes de onda
Eliminación de las ondas de refracción para su borrado directo
Eliminación parcial de las ondas superficiales y guiadas
mediante un filtro F-K (polígono arbitrario)
Filtrado espacial 2-D para eliminar los trenes de onda
residuales.
Remuestreo de los datos para corregir el efecto de los filtrados
Filtro Pasa-banda (Ormsby: 30-40-210-220 Hz)
Ganancia automática, (300 ms)
(b)
Figura V.2
Flujo del primer tratamiento de pre-apilamiento del perfil PS-1. (a) Datos de campo y (b) el
resultado del tratamiento después de aplicar el flujo de tratamiento. Nótese que aún no se
ha conseguido eliminar del todo el tren de las ondas guiadas y parte de la onda aérea se
realizó mediante borrado directo.
72
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
–
Edición de los tiros para el flujo 2–
Correcciones estáticas por Elevación
Deconvolución Predictiva (fase mínima) para
aumentar la resolución temporal y eliminar
múltiples
Filtro Paso-banda (30-40-210-220)
Figura V.3
Ejemplo de la aplicación del segundo flujo de procesado con el fin de eliminar el tren de
ondas guiadas que quedaban residentes después de la aplicación del flujo anterior.
Debido al fuerte ‘aliasing’, y como puede apreciarse en las dos figuras anteriores, aún
quedó residente parte de los harmónicos de las ondas aéreas y guiadas, pero su eliminación
completa hubiese supuesto también una eliminación de las reflexiones. En el segundo
tratamiento se realizó el cálculo de las correcciones estáticas causadas por la topografía, sin
embargo se comprobó que las correcciones estáticas residuales no supusieron una mejora la
continuidad de las reflexiones.
Para el análisis de velocidad (Figura V.4) se utilizó un método interactivo basado en la
máxima semejanza de velocidades RMS para el apilamiento de las distintas reflexiones de los
conjuntos CDP; aplicando un 30% de tolerancia para los tramos hiperbólicos.
73
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Dado que se contaba con dos grupos de datos provenientes de los dos flujos de edición,
se procedió a crear dos secciones apiladas (Figura V.5).
Figura V.4
Campo de velocidades RMS utilizado en la realización del apilamiento de las trazas del
perfil PS-1. Se ha colocado el campo de velocidades sobre la sección sísmica resultante del
apilamiento.
(a)
74
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Figura V.5
Fragmento de secciones sísmicas
del
perfil
PS-1
para
ambos
procesados. (a) Corresponde al
primer conjunto de datos; mientras
que (b)corresponde al segundo
(b) tratamiento más restrictivo.
Observando la figura anterior se aprecia que en ambas secciones las improntas de las
ondas aérea y guiadas remantes en los tiros casi se han eliminado, ello es debido a las
correcciones NMO que alinean las trayectorias hiperbólicas de reflexión mientras que desfasan
los eventos lineales (trenes de onda aérea y guiadas). Una vez realizadas estas correcciones y
cuando se produce el apilamiento, los eventos en fase (reflexiones) se suman constructivamente
en la traza CDP, mientras que para los lineales la suma es destructiva.
El objetivo de la edición de las secciones sísmicas apiladas consiste en eliminar el ruido
residual y potenciar las capas reflectoras. Para la sección proveniente del primer procesado se
diseñó un filtro F-K definido por los abanicos ± 200-1000 m/s y ± 30-50 Hz seguido de un filtro
paso-banda (Butterworth de fase cero y trapecio de 40 Hz-24 dB/oct. - 210-24 dB/oct) a fin de
paliar el efecto de distorsión de frecuencias producido durante la etapa de apilamiento. Con el
objeto de aumentar la resolución temporal y eliminar los "ecos" aún residentes, se aplicó una
deconvolución predictiva y un filtro de coherencia (dentro de la banda de 30-210 Hz y
efectuando el análisis de coherencia dividiendo la banda en 40 intervalos) que actúa
aumentando la relación señal/ruido.
75
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Para el segundo grupo de datos se aplicó un flujo de procesado post-apilamiento similar
al anterior, sin embargo la diferencia radicó en que en lugar de aplicar un filtro F-K se realizó
una ponderación entre trazas (‘Trace Mixing’) de manera que cada traza es compensada con sus
dos adyacentes.
Como algoritmo final, en ambos conjuntos se aplicó una restitución de amplitudes a fin
de compensar por los efectos de decaimiento de amplitud por dispersión geométrica del frente
de ondas. El resultado de la edición de las secciones editadas se presenta en la Figura V.6.
La semejanza entre los dos conjuntos indica que los algoritmos aplicados no han creado
artefactos y han conseguido respetar los reflectores. En este punto se ha optado por elegir como
definitiva la sección resultante del primer flujo (Lámina V.1) ya que muestra mejores rasgos
geométricos de los reflectores. Ello ha sido debido a que el flujo de tratamiento ha sido menos
restrictivo durante la etapa de pre-apilamiento y ha preservado mayor ancho de banda (sobre
todo para las bajas frecuencias) de forma que se ha dispuesto de una mayor resolución (Yilmaz,
2001).
76
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(a)
(b)
Figura V.6
Fragmentos de las secciones editadas provenientes del primero (a) y del segundo (b)
tratamiento. La semejanza entre ambos conjuntos indica que los algoritmos aplicados no
han creado artefactos y han conseguido respetar los reflectores. Se ha elegido como sección
definitiva la resultante del primer flujo (a) ya que muestra mayores rasgos geométricos de
los reflectores debido a que el tratamiento ha sido menos restrictivo durante la etapa de preapilamiento y ha preservado más el ancho de banda de frecuencias.
77
Lámina V.1
Sección sísmica de reflexión (en tiempo doble) obtenida para el perfil PS-1. Las trazas CMP distan 2.5 m entre sí.
estrategia suele usarse a fin de presentar una imagen más realista del subsuelo.
metros) a tiempo doble para obtener la cota "temporal" y trasladar las trazas CMP. A diferencia de la sísmica profunda, esta
considerar una velocidad media de 4000 m/s) -. También se ha realizado una conversión de la topografía del perfil (en
equivalente (en metros) puede aplicarse la regla de multiplicar por 4 el tiempo del reflector seleccionado (lo que supone
corresponda aproximadamente (1:1) con el eje vertical (tiempo doble, ms). - Para tener una referencia de la profundidad
La escala de presentación se ha elegido de manera que el eje horizontal (coordenadas lineales de los puntos CMP, en m) se
NNE
PS-1
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
78
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
V.2
PROCESADO DEL PERFIL SÍSMICO PS-2
El tratamiento pre-apilamiento del perfil PS-2 ha sido, esencialmente, igual que el
descrito en el perfil PS-1, pero en este caso la adquisición de datos con dispositivo de tiro en cola
ha facilitado el aislamiento de las reflexiones (Figura V.7).
Refracciones
Reflexiones
GR
Figura V.7
Ondas guiadas
Registro tipo del perfil PS-2, correspondiente al tiro 80. Espaciado entre trazas 5m y ventana
temporal de 350 ms. Este registro muestra una mejora de la calidad de los datos, en donde
las reflexiones se aíslan un poco más de los trenes de onda considerados como ruido.
Al igual que en perfil anterior, después de varias pruebas se operó con dos flujos de
tratamiento. En el primer procesado se optó por un filtro F-K en forma de abanico y una
deconvolución predictiva (con longitud del operador de 40 ms y ventana de predicción de 20
79
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
ms) acompañada de un filtro espacial 2D y un filtro paso-banda (Figura V.8). Mientras que en el
segundo tratamiento la deconvolución y el filtro espacial 2D fueron sustituidos por un filtrado
de las señales mediante blanqueado espectral, que tiene como función añadir ruido blanco al
espectro de amplitud con el fin de aproximar los eventos de reflexión a un ‘spike’ (Figura V.9).
(a)
– Edición de los tiros del flujo 1Establecimiento de la Geometría
Eliminación de trazas defectuosas
Cambio de la polaridad de las trazas invertidas
Identificación de los diferentes trenes de onda
Eliminación de las ondas de refracción para su borrado directo
Eliminación parcial de las ondas superficiales y guiadas con
filtro F-K (abanico)
Correcciones estáticas por Elevación
Filtro espacial 2-D para eliminar los trenes de onda residuales.
Remuestreo de los datos para corregir el efecto de los filtrados
Deconvolución Predictiva
Filtro Pasa-banda (Ormsby: 20-30-220-230 Hz)
Ganancia automática (250 ms)
80
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(b)
Figura V.8
Flujo del primer tratamiento de pre-apilamiento del perfil PS-2. (a) Datos de campo y (b) el
resultado del tratamiento después de aplicar el flujo.
– Edición de los tiros del flujo 2Establecimiento de la Geometría
Eliminación de trazas defectuosas
Cambio de la polaridad de las trazas invertidas
Identificación de los diferentes trenes de onda
Eliminación de las ondas de refracción para su borrado directo
Eliminación parcial de las ondas superficiales y guiadas con
filtro F-K (abanico)
Correcciones por Elevación
Blanqueado espectral
Filtro Pasa-banda (Ormsby: 20-30-220-230 Hz)
Ganancia automática (250 ms)
81
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(b)
Figura V.9
Ejemplo del efecto del segundo flujo de procesado, más restrictivo, con el fin de eliminar el
tren de ondas guiadas que quedaban residentes después de la aplicación del flujo anterior
(b).
Después de los respectivos análisis de velocidad, se han obtenido las correspondientes
secciones sísmicas en las cuales vuelve a ponerse de manifiesto el distinto contenido de
frecuencias (ancho de banda) producto del procesado más restrictivo (Figura V.10).
En el procesamiento de post-apilamiento se realizaron distintas pruebas de tratamiento
en ambos conjuntos optándose por aplicar un filtro F-K (± 400-1000 m/s y 30 - 50 Hz) para
eliminar el ruido lineal residual, una ponderación de trazas, un blanqueado espectral y un filtro
pasa-banda.
Para este perfil también se eligió la sección sísmica resultante del primer
procesado, pero en este caso como se apreciaban rasgos causados por difracciones en la parte
inferior de la sección, se aplicó una migración de Stolk (Yilmaz, 2001); con un rango máximo de
frecuencias de 220Hz a una velocidad constante de 400 m/s. El resultado final se muestra en la
Lámina V.2
82
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(a)
(b)
Figura V.10
Fragmentos de las secciones sísmicas del perfil PS-2 producto de ambos procesados. (a)
Corresponde al primer conjunto de datos (más conservador); mientras que (b) corresponde
al segundo tratamiento más restrictivo. Nótese como en la segunda sección hay menos
contenido de bajas frecuencias.
83
Lámina V.2
NNE
Sección sísmica de reflexión (en tiempo doble) obtenida para el perfil PS-2. Las trazas CMP distan 2.5 m entre sí.
PS-2
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
84
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
V.3
PROCESADO DEL PERFIL SÍSMICO PS-3
Los registros sísmicos de este perfil poseen las mismas características, en cuanto a ruido
sísmico (ondas guiadas, aéreas, superficiales, etc) que los del perfil anterior (PS-2). La diferencia
más significativa estriba que en la parte central los tiros presentaban velocidades aparentes más
bajas de manera que los distintos trenes de onda quedaban más separados facilitando el
tratamiento de pre-apilamiento (Figura V.11).
Dado que este perfil es el más corto en longitud de los tres adquiridos y en la sección
apilada se constató una pérdida de señal en su parte central se procedió a aumentar la
coherencia de los reflectores creando trazas sintéticas intermedias a las trazas CDP (Figura V.12).
Esta estrategia debe usarse con cautela ya que de lo contrario puede falsearse la sección sísmica,
en este caso su aplicación está justificada dado que la corta distancia entre las trazas reales (2.5
m) no puede dejar margen de variaciones significativas de las geometrías de los reflectores
(buzamientos, fallas, etc.).
El procesado post-apilamiento consistió en la aplicación de los siguientes algoritmos
clásicos: migración de Stolk (F-K), deconvolución predictiva, filtro de coherencia y
reestablecimiento de amplitud (solo corrección por dB/ms). El resultado final se muestra en la
Lámina V.3
85
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(a)
– Edición de los tiros del flujo 1Establecimiento de la Geometría
Eliminación de trazas defectuosas
Cambio de la polaridad de las trazas invertidas
Identificación de los diferentes trenes de onda
Eliminación de las ondas de refracción para su borrado directo
Eliminación parcial de las ondas superficiales y guiadas con
filtro F-K (abanico; ± 500-1500 m/s y 20-40 Hz)
Correcciones por Elevación
Filtro de Blanqueo espectral.
Filtro Pasa-banda (Ormsby: 30-40-220-230 Hz)
Ganancia automática (300 ms)
Nueva longitud de traza a 500 ms
(b)
Figura V.11
Flujo del tratamiento de pre-apilamiento aplicado al perfil PS-3. (a) Datos de campo y (b) el
resultado del tratamiento después de aplicar el flujo de tratamiento.
86
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(a)
Algoritmo usado para la creación de trazas
sintéticas
Interpolación de Trazas F-X
Mínimo numero CDP 5
Números de pendientes 7
Longitud de ventana
3
Mínima longitud de ventana 3
Solapamiento
2
Frecuencia mas baja 20.
Frecuencia mas alta
250.
Porcentaje de Tolerancia
1.
(b)
Figura V.12
(a) Sección sísmica resultante del apilamiento y (b) la misma sección después de crear trazas
sintéticas intermedias. Nótese como esta estrategia mejora la coherencia de las capas
reflectoras.
87
Lámina V.3
NNE
Sección sísmica de reflexión (en tiempo doble) obtenida para el perfil PS-3. Las trazas CMP distan 2.5 m entre sí.
PS-3
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
88
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
V.4 REFRACCIONES DE LOS PERFILES SÍSMICOS
De forma paralela, se llevaron a cabo los cálculos de refracción de cada perfil sísmico a
partir de los tiempos de las primeras llegadas. Este análisis se realizó con un paquete de
computación específico (Rayfract V2.47; 2003) que además de obtener las soluciones clásicas
(métodos de ‘Delay Time’, GRMP y ‘Plus minus’), calcula el campo de velocidades V(X, Z)
aplicando el método Delta T-V de tomografía sísmica (véase A.2).
En la tabla V.1 se muestran los valores de ajuste obtenidos para las velocidades medidas
de las domocronas y las obtenidas mediante el cálculo.
PS-1
PS-2
PS-3
observada (%)....................................................................................
2,5
1,2
6,5
Desviación Estándar del cálculo de la velocidad (%)..................
3,7
1,3
9,8
Error medio entre el tiempo observado y el calculado (ms).......
1.27
2.38
3.86
∑ (∆t ) ..............................................................................................
1.35
4.70
11
Error máximo ente tiempos medidos y calculados (ms)............
10.17
11.01
10.3
Error máximo corresponde a la traza X/del tiro Y.....................
37/147
47/135
35/50
Número de lecturas realizadas.......................................................
22 389
6 515
2 514
Diferencia mediana entre la velocidad calculada y la
2
2n
Tabla V .1
Parámetros de ajuste del cálculo de refracción de los perfiles sísmicos.
En las figuras V.13, V.14 y V.15 se presentan los resultados obtenidos. Tal y como se
indicó en el antes; en sísmica superficial, se recomienda realizar este tipo de análisis dado que
así se dispone de más información del terreno. Nótese como en los perfiles PS-1 y PS-2 se ha
detectado una capa de alta velocidad situada a pocos metros que ha actuado de conductor de los
rayos críticos imposibilitando una inspección a mayor profundidad. Característica que ya se
había observado durante el análisis de los registro.
89
Figura V.13
A-2
20
10
0
-10
-20
-30
0
Registro sónico
200
A-2
400
SW
A-1
600
NE
1200
Longitud (m)
L-1
1400
Velocidad de las ondas P
(m/s)
1000
PS-1
1600
L-1
Aumento del grado de compactación
5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
Registro sónico
800
A-1
Registro sónico
1800
L-2
2000
2200
2400
Registro sónico
L-2
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Campo de velocidades obtenido para el perfil PS-1. La información más detallada de los
sondeos que se presentan en al Anexo 3.
69
Profundidad (m)
Figura V.14
-60
-40
-20
0
50
NNE
100
150
Zona no fiable por poca
cobertura de los rayos sísmicos
0
SSW
200
250
300
350
(Proyectado unos 20 m norte)
A-3
400
450
Longitud (m)
PS-2
550
650
750
800
Aumento del grado de compactación
500
Zona no fiable por poca
cobertura de los rayos sísmicos
700
Velocidad de las ondas P
(m/s)
600
5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
500
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Campo de velocidades obtenido para el perfil PS-2.
70
Profundidad (m)
Figura V.15
Profundidad (m)
0
E
W
50
A-2
Arenas
Areniscas
Arcillas slumpizadas
Debris flow
100
Registro sónico
Zona no fiable por poca
cobertura de los rayos sísmicos
-60
-40
-20
0
A-2
(a 10 m del origen del perfil)
150
200
250
Longitud (m)
PS-3
450
Zona no fiable por poca
cobertura de los rayos sísmicos
400
Velocidad de las ondas P
(m/s)
350
Aumento del grado de compactación
5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
300
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Campo de velocidades obtenido para el perfil PS-3.
71
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
V.5
UTILIZACIÓN DE LOS REGISTROS SÓNICOS DEL PERFIL PS-1
Puesto que se dispone de la información de 4 registros sónicos pertenecientes a los
sondeos mecánicos de investigación realizados a lo largo del perfil PS-1; se han aprovechado
estos resultados para obtener una idea de la profundidad a la que se encuentran los reflectores
más prominentes. La metodología seguida ha consistido en los pasos que se describen en la
Figura V.16.
- Edición del registro sónico (1)
- Cálculo de los niveles de impedancia acústica (2)
- Cálculo de los coeficientes de reflexión (3)
- Cálculo de la traza sintética (4) a partir de la serie
de
reflectividad
ondícula
de
(la
Rickter
traza
de
se
fase
ha
cero
generado
y
de
con
180
Hz
una
de
frecuencia)
- Cálculo del tiempo de transito (5) (necesario para
pasar
la
traza
sintética
en
profundidad
a
la
traza
sintética en tiempo doble de reflexión)
- Obtención del registro sónico y de la traza sintética
en modo tiempo doble (6)
- Comparación del la traza sintética con las trazas CDP
más próximas al sondeo (7)
78
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(1)
(2)
(6)
Figura V.16
(3)
(4)
(5)
(7)
Proceso de cálculo seguido para obtener la traza sísmica sintética correspondiente al
registro sónico del sondeo A-1. Una vez obtenida la traza (6), esta se compara con la porción
79
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
de sección sísmica PS-1 correspondiente a las cercanías del sondeo (7). En este caso puede
comprobarse como el reflector más potente de la sección situado entre 30 - 40 ms, se puede
relacionar con el lóbulo de la traza sintética centrado a los 40 ms. Teniendo en cuenta (4),
este gran cambio se situaría en torno los 90 – 100 m de profundidad.
En las figuras siguientes (V.17, V.18 y V.19) se presentan los resultados obtenidos para
los restantes sondeos. Como se verá el siguiente capítulo, esta información ha sido básica a la
hora de realizar la interpretación geofísica de los perfiles. Un dato a tener en cuenta es que para
realizar estos modelos no se ha dispuesto del registro sónico completo, si no que solo se ha
podido utilizar un número discreto de medidas. Ello conlleva una menor fiabilidad a la hora de
operar con estas informaciones.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
80
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(6)
Figura V.17
(7)
Proceso de cálculo seguido para obtener la traza sísmica sintética correspondiente al
registro sónico del sondeo A-2. Una vez obtenida la traza (6), esta se compara con la porción
de sección sísmica PS-1 correspondiente a las cercanías del sondeo (7). En este caso puede
comprobarse como las reflexiones alternantes de la sección situadas entre 25 - 55 ms, se
correlacionarían con los lóbulos de la traza sintética comprendidos entre los 15 – 45 ms.
Teniendo en cuenta (4), este gran cambio se situaría en torno los 80 – 85 m de profundidad.
El desfase de 10 ms entre ambas trazas puede explicarse por el hecho de que el sondeo A-1
queda unos 20 m alejado (en dirección norte) del perfil.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
81
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(6)
(7)
Figura V.18 Proceso de cálculo seguido para obtener la traza sísmica sintética correspondiente al registro
sónico del sondeo L-1. Una vez obtenida la traza (6), esta se compara con la porción de sección
sísmica PS-1 correspondiente a las cercanías del sondeo (7). En este caso puede comprobarse
como la reflexión doble de la sección situada entre 55 - 70 ms, se correlacionaría con los dos
lóbulos de la traza sintética comprendidos entre los 20 – 30 ms; que según (4), se situaría en
torno los 50 – 70 m de profundidad. El desfase de 35 ms entre ambas trazas puede explicarse
por el hecho de que el sondeo L-1 queda unos 50 m alejado del perfil.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
82
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(6)
(7)
Figura VI.19 Proceso de cálculo seguido para obtener la traza sísmica sintética correspondiente al registro
sónico del sondeo L-2. Una vez obtenida la traza (6), esta se compara con la porción de sección
sísmica PS-1 correspondiente a las cercanías del sondeo (7). En este caso la correlación es
dificultosa ya que no se observa ningún rasgo significativo. El único comentario interpretativo
es que en (6) la amplitud de la traza se halla ampliada de manera que correspondería a una
zona de bajo contraste sísmico; como se desprende del registro sísmico. Este hecho estaría de
acuerdo con el poco carácter reflectivo de la sección en este tramo final.
83
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
CAPÍTULO VI
INTERPRETACIÓN GEOFÍSICA DE LAS SECCIONES SÍSMICAS
El presente capítulo representa un ensayo de interpretación de los datos sísmicos
obtenidos, en ningún caso se ha pretendido realizar una interpretación geológica puesto que no
es objeto de este trabajo de investigación. El motivo de su inclusión se debe a que se ha
considerado como un ejercicio de cómo los datos geofísicos se relacionan entre sí y aportan una
visión complementaria a la información geológica.
Se comprobará que se ha seguido la misma metodología interpretativa para los tres
perfiles sísmicos: i) se ha usado la información geológica de los sondeos, ii) los perfiles de
refracción y, iii) para el perfil PS-1 los datos de los registros sónicos.
Aparte de los resultados obtenidos en el capítulo anterior (secciones de reflexión, perfiles
de refracción y datos sónicos de los sondeos mecánicos), y a fin de ayudar a la interpretación, se
han construido una serie de imágenes de las secciones sísmicas (figuras VI.1, VI.2 y VI.3) que
enfatizan los rasgos más significativos.
VI.1
INTERPRETACIÓN DEL PERFIL PS-1 (Lámina VI.1)
Este ha sido el primer perfil que se ha abordado puesto que transcurre en la zona donde
se dispone de más información. Debido a las limitaciones del área de dibujo, en la lámina VI.1
no pueden apreciarse con demasiado detalle ciertas morfologías de los reflectores.
84
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Tanto las velocidades halladas en el perfil de refracción (entre 4000 y 5000 m/s) como los
registros sónicos de los sondeos ponen de manifiesto que esta zona de estudio está formada por
materiales altamente compactados.
En las columnas litológicas de los sondeos se han marcado dos grandes unidades: una
superior (amarilla) en donde predominan materiales arenosos y una inferior (azul) en donde
predominan las lutitas. En los registros sónicos se ha observado que la transición entre estas dos
unidades origina un fuerte coeficiente de reflexión, lo que debe traducirse en un fuerte reflector
en la sección sísmica. Las trazas sintéticas han permitido correlacionar este reflector con el de la
sección sísmica situado entre 40 y 60 ms (Figura VI.1).
85
Figura VI.1
Diferentes imágenes sísmicas de la sección del perfil PS-1 para resaltar rasgos significativos.
n relación logarítmica. El resultado es el resalte de las zonas de mayor reflectividad.
gama de grises en relación logarítmica. El resultado es el resalte de las zonas de mayor reflectividad.
(lóbulos positivo y negativo) coinciden con el blanco y el negro, mientras que los valores intermedios se reparten la
Imagen sísmica en donde las amplitudes de las trazas se resaltan según una escala en donde los valores extremos
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
80
de
las
zonas
de
mayor
mayor coherencia de los reflectores.
de la señal. Se resalta, así, la s zonas de
asigna por criterios de amplitud y fase
Imagen sísmica en donde el color se
reflectividad.
resalte
blanco y el negro. El resultado es el
positivo y negativo) coinciden con el
en donde los valores extremos (lóbulos
de las trazas se resaltan según una escala
Imagen sísmica en donde las amplitudes
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Figura VI.2 Diferentes imágenes sísmicas de la sección del perfil PS-2 para resaltar rasgos significativos.
81
Figura VI.3
reflectores.
coherencia de los
s zonas de mayor
Imagen que resalta la
reflectividad.
zonas de mayor
Resalte de las
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Diferentes imágenes sísmicas de la sección del perfil PS-3 para resaltar rasgos
significativos.
82
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Tanto en las imágenes sísmicas de la Figura VI.1 como en la lámina se constata que en el
extremo Sur y en el centro de la sección este reflector guía pierde su coherencia; indicando zonas
en donde los materiales pueden estar más desorganizados. Por debajo de él, también pueden
apreciarse cortas reflexiones hiperbólicas que indicarían derrubios dentro del tramo de las
lutitas. Así mismo, la profundidad equivalente también se ha calculado en base a este reflector
situándolo entre los 70 y 100 m aproximadamente. Más allá de los 150 –200 ms se pierde la
energía, la relación señal/ruido decrece y la sección no es interpretable.
VI.2
INTERPRETACIÓN DEL PERFIL PS-2 (Lámina VI.2)
Las imágenes sísmicas de la Figura VI.2 muestran un importante paquete reflector en la
parte del perfil situado entre los 40 – 80 ms. En este caso las dobles reflexiones son tan fuertes
que han dejado poca energía de tránsito hacia las capas inferiores; traduciéndose en una falta de
señal por debajo de este paquete. Teniendo en cuenta la columna litológica del sondeo A-3 y las
velocidades del perfil de refracción, este paquete reflector puede correlacionarse con el tramo de
arenas (amarillo), mientras que la zona con una menor reflectividad coincidiría con el tramo
lutítico (azul). También se observa que en los extremos en donde el paquete reflector no es tan
potente, las reflexiones son caóticas, pudiendo indicar zonas de materiales desorganizados.
VI.3
INTERPRETACIÓN DEL PERFIL PS-3 (Lámina VI.3)
Este corto perfil se realizó transversal al PS-1, con origen en su extremo Sur; justamente
en la zona en donde los reflectores son caóticos. Este rasgo coincide con el origen del perfil en
donde, a parte del efecto de borde debido al procesado, se aprecia también la falta de reflectores
83
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
coherentes. En las imágenes sísmicas de la Figura VI.3 se detecta un tramo de reflectores
cortados que buzan en dirección Oeste; coincidiendo con la inclinación del techo de la capa de
alta velocidad encontrada en la refracción. Hacia la parte central (187 –287 m lineales) este
paquete parece perderse y vuelve a recuperarse hacia el extremo Oeste. En este la equivalencia a
profundidad se ha calculado en base a los datos del sondeo A-2 y a las velocidades del análisis
de refracción.
84
20
10
0
-10
-20
-30
0
10
5
0
185
180
175
170
165
160
155
150
145
140
135
130
125
120
115
110
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
200
Lámina VI.1
85m
NNE
800
1000
1200
1400
100
600
2 05
2 00
19 5
19 0
18 5
18 0
17 5
17 0
16 5
16 0
15 5
15 0
14 5
14 0
13 5
13 0
12 5
85
1600
180
175
170
165
160
155
150
145
140
135
130
125
120
115
110
105
95
12 0
115
110
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10 5
1 00
9 5
9 0
8 5
8 0
7 5
7 0
6 5
6 0
5 5
5 0
4 5
4 0
3 5
3 0
2 5
Interpretación de la sección sísmica (en tiempo doble) del perfil PS-1.
400
100 m
5
2 0
10
0
1 0
1 5
5
0
180
175
170
165
160
155
150
145
140
135
130
125
120
115
110
105
100
2200
Velocidad de las ondas P
(m/s)
2000
60-70 m
sandy mudstone
sandy mudstone
2400
sandy mudstone
Aumento del grado de compactación
5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
1800
60 m
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
85
0
50
Lámina VI.2
-60
-40
-20
(m)
0
NNE
150
200
250
300
350
PS-1
400
450
86
Interpretación de la sección sísmica (en tiempo doble) del perfil PS-2.
100
180 m
75 m
(Sondeo distante 20 m norte)
A-3
500
650
Velocidad de las ondas P
(m/s)
600
700
750
Aumento del grado de compactación
5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
550
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
86
-6 0
-4 0
-2 0
0
180 m
70 m
A-2
Lámina VI.3
0
100
150
200
250
87
Interpretación de la sección sísmica (en tiempo doble) del perfil PS-3.
50
Velocidad de las ondas P
(m/s)
350
400
W
Aumento del grado de compactación
5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
300
E
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
87
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
CAPITULO VII
CONCLUSIONES
La presente memoria de tesis de pregrado ha consistido en efectuar el procesado de tres
perfiles sísmicos de reflexión de alta resolución. La característica fundamental de estos perfiles
ha sido la mala calidad de los datos de campo debido a las condiciones geológicas de la zona de
estudio. En este contexto, el trabajo ha supuesto la utilización de los emergentes algoritmos
multiseñal para obtener secciones sísmicas de reflexión con la mejor relación señal/ruido
posible. En base al estudio realizado pueden concluirse los siguientes puntos:
- A la hora de diseñar el dispositivo de adquisición de datos de campo, debe considerarse
si existe una capa de gran velocidad (superior a 3000- 4000 m/s) a niveles poco profundos. De
ser así, la toma de datos sísmicos siempre presentará una baja calidad dado que hay gran
contraste de impedancias acústicas entre la capa meteorizada y la compactada produciéndose
una fuerte reflexión de la energía en decremento de la fracción de energía disponible para el
tránsito del rayo hacia las capas inferiores. En esta situación los datos presentaran una baja
relación señal/ruido.
- Cuando se presuma que la adquisición va a ser complicada por los condicionantes
geológicos, siempre es preferible realizar la toma de datos con una geometría de tiro en cola, en
vez de con tiro simétrico, dado que los registros poseerán una ventana temporal más ancha en
donde las hipérbolas de reflexión se solaparán menos con los otros trenes de onda (GR, onda
aérea y ondas guiadas; entre otros). Este hecho se ha puesto de manifiesto al procesar un perfil
adquirido con tiro simétrico (PS-1) y dos perfiles adquiridos (PS-2 y PS-3) con tiro en cola.
88
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
- El objetivo fundamental del tratamiento multiseñal es la preservación de las reflexiones
y la eliminación de los otros trenes de ondas. Todos los flujos de procesado realizados deben ir
en esta dirección, pero es necesario ejercer un minucioso control de los efectos de los distintos
algoritmos sobre los datos, ya que muy a menudo suelen producirse “artefactos” en las señales
que crean falsas reflexiones. Es por ello preciso ir evaluando cada algoritmo aplicado y se
desaconseja la aplicación de flujos automáticos. La sísmica de reflexión superficial requiere de
esta minuciosidad debido al solapamiento de los distintos trenes de onda del frente sísmico con
el que se opera.
- En cuanto al procesado específico se ha comprobado en todas las pruebas realizadas
que un tratamiento dirigido a preservar el mayor ancho de banda (frecuencias) suele presentar
mejores secciones apiladas que un tratamiento más restrictivo; aunque este segundo haya
conseguido eliminar más ruido sísmico. Ello es debido a que, cuando se dispone de buena
cobertura, el apilamiento de los conjuntos CMP suele colapsar alguno de los trenes lineales
remantes y entonces se prioriza la anchura de banda frente al ruido residual.
- Es evidente que tanto en la etapa de adquisición, como en la de procesado y en la de
interpretación de datos geofísicos se debe tener en cuenta toda la información disponible de la
zona de estudio. Pero en el caso de que ésta fuese limitada, se aconseja realizar una análisis de
refracción dado que en sísmica superficial, normalmente, los campos de velocidades de
refracción se sitúan cercanos a las profundidades de las secciones sísmicas; sobre todo cuando
los materiales por encima del substrato son de velocidades intermedias (1000-3000 m/s).
89
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
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92
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
ANEXOS
A.1
TEORÍA DE ECUACIÓN DE ONDA. TIPOS DE ONDAS
A.1.1
Características elásticas de los sólidos (Sheriff, 1991)
El esfuerzo es la fuerza aplicada a un cuerpo que por lo general puede generar una
deformación (cambio en la forma y volumen de un cuerpo).
El esfuerzo es un vector con dimensiones de de fuerza por unidad de área.
S = ∂F/∂A
(A1-1)
Si consideramos el cambio de posición de dos puntos de un sólido A y B, después de una
deformación lineal.
Figura A.1
La componente normal en la dirección X se expresa como:
εx = ∂u/∂x.
De manera análoga si ∂v es la deformación en la dirección Y y ∂w en Z,
εy = ∂v/∂y
εz = ∂w/∂z
(A1-2)
93
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Si por el contrario, en lugar de aplicar un esfuerzo normal, se plica un esfuerzo de cizalla la
deformación se define como:
εxy = εyx = ∂v/∂x + ∂u/∂y
εyz = εzy = ∂w/∂y + ∂v/dz
εzx = εxz = ∂u/∂z + ∂w/∂x
(A1-3)
Además de estas deformaciones, el cuerpo esta sujeto a rotación simple respecto a los tres
ejes.
θx = dw/dy – dv/dz
θy = du/dz – dv/dx
θz = dv/dx – du/dy
(A1-4)
Por tanto, la deformación volumétrica se definirá cuando un cuerpo experimente una
deformación a lo largo de sus tres dimensiones.
∆ = εx + ε y + ε z
(A1-5)
Para calcular las deformaciones cuando se conocen los esfuerzos, se debe conocer la
relación esfuerzo-deformación. Cuando las deformaciones son pequeñas, esta relación esta dada
por la Ley de Hooke. Si se considera un medio isotrópico, la ley de Hooke se expresa como:
σii = λ∆ + 2µεii
σij = µεij
i = x, y, z
i, j = x, y, z
(A1-6)
i≠j
(A1-7)
Las cantidades λ y µ se conocen como constantes de Lamé. Sin embargo, si se considera un
medio en que todos los esfuerzos son ceros, excepto σxx. Si se supone positiva σxx, mientras que
εy y εz son negativas e iguales, se pueden definir el módulo de Young (E) y la relación de Poisson
(σ) como:
E = σxx/εxx
(A1-8)
σ = - εyy/εxx = - εzz/εxx
(A1-9)
94
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
A.1.2
Ecuación de onda
La forma general de la ecuación de onda que mejor representa la propagación de las ondas
sísmicas a través de la tierra, asume la deformación en tres dimensiones, donde cada
componente del esfuerzo es asociado con la deformación en más de una dirección.
Partiendo de la base que nos ofrecen las ecuaciones de fuerza y presión,
F = m⋅a y P =
F/A y realizando varias sustituciones utilizando las ecuaciones A1-1 a A1-9, podemos escribir la
ecuación de movimiento como:
∂F = [S(x + dx)- S(x)] dA = E (∂2u/∂x2)dx dA = ρ (∂2u/∂t2)dx dA
(A1-10)
de aquí se obtiene la forma clásica de la ecuación de onda en una plana.
∂2Q/∂x2 = V-2 ∂2Q/∂t2
(A1-11)
donde V es la velocidad de propagación, definida por:
V = [E/ρ]1/2
(A1-12)
La solución a la ecuación A1-10, es:
Q(x,t) = A sin k(Vt – x)
(A1-13)
La derivación de la ecuación tridimensional de onda es análoga a la de onda plana
∂2∆/∂x2 + ∂2∆/∂y2 + ∂2∆/∂z2 = [ρ/(λ + 2µ)] ∂2∆/∂t2
(A1-14)
de donde se obtiene la velocidad de propagación de las ondas compresionales (ondas P) y de
cizalla (ondas S):
Vp = [(λ + 2µ)/ρ]1/2
(Α1−15)
Vs = [µ /ρ]1/2
(A1-16)
95
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
A.1.3
Tipos de Onda
En la sección anterior se definió la velocidad de propagación de las llamadas ondas de
cuerpo, sin embargo también se debe considerar otro tipo de onda, las ondas que viajan a través
de una superficie (Figura A.2).
Las ondas P (primarias) son las que van a mayor velocidad, consisten en la transmisión de
compresiones (el movimiento de las partículas se realiza en la dirección de propagación) y se
propagan a través de material sólido o líquido. Las ondas S o de cizalla, se propagan solo a
través de sólidos y el movimiento de las partículas es siempre perpendicular a la dirección de
propagación.
Existe otro tipo de onda, llamadas superficiales debido a que solo se propagan a través de
una superficie libre, este es el caso de las ondas Rayleigh. El movimiento de las partículas es
elíptico retrogrado y se realiza siempre sobre un plano vertical. Su amplitud decrece
exponencialmente con la profundidad y su velocidad es menor que la de las ondas corporales.
U último tipo de onda, usualmente mal ubicado dentro de las ondas superficiales. Las
ondas Love se propagan solo en las capas mas superficiales de la tierra, sin embargo no viajan a
través de una superficie libre, se originan en la interfase de dos medios con propiedades
mecánicas diferentes y el movimiento de las partículas, al igual que en el caso de las ondas S, es
perpendicular a la dirección de propagación.
96
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Las ondas P (o de compresión) son ondas
internas que se producen cuando la energía
pasa a través de las partículas moviéndolas
en la dirección de su propagación. Son las
que viajan con más velocidad y se pueden
transmitir a través de medios sólidos o
fluidos.
Las ondas S (o de cizalla) son ondas
internas que se producen cuando la energía
pasa a través del medio moviendo las
partículas en direcciones perpendiculares
(SH y Sv) a la propagación. Son menos
rápidas y este movimiento solo puede darse
en los sólidos.
Las ondas Love Son ondas superficiales que
ocasionan, en las partículas, un movimiento
transversal a la dirección de la propagación.
Son las más rápidas de las superficiales.
97
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Las ondas Rayleigh son ondas superficiales
que presentan un movimiento elíptico
retrógrado sobre el plano vertical; similar al
de las ondas marinas.
Las ondas Rayleigh generadas por los
grandes terremotos son las que causan
La flecha indica la dirección de la propagación
daños ya que, a parte de les características
del movimiento del subsuelo, suelen ser las
ondas de mayor amplitud.
Figura A.2
98
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
A.2
MÉTODO DE INVERSIÓN DE RAYO (Jones, 19985)
El cálculo de los perfiles de refracción se ha realizado de modo paralelo utilizando el
software Rayfract (V2.47) que calcula el campo de velocidades V(X, Z) a partir de los tiempos de
primeras llegadas utilizando el algoritmo de tomografía Delta T-V 6. A grandes rasgos, los pasos
seguidos han sido:
1- Lectura de las primeras llegadas de cada traza para cada uno de los tiros de las líneas
sísmicas (Figura A.3).
2- Determinación de los puntos de inflexión de las curvas espacio-tiempo para definir las
distintas velocidades aparentes.
3- A partir de la combinación entre estas velocidades y sus respectivos puntos de
intercepción sobre el eje espacial, se construye un modelo inicial de distribución de las
velocidades en profundidad que sirve de entrada para el cálculo del trazado de rayos.
4- El método Delta T-V utiliza la ecuación eikonal para este trazado de estos rayos
(Wavepath
Eikonal
Traveltime).
Se
calculan
tantas
trayectorias
(así
como
sus
correspondientes tiempos de trayecto) como parejas emisor-receptor posea la línea sísmica.
El conjunto de tiempos teóricos calculado se compara con los tiempos leídos, de forma que
las diferencias temporales se utilizan para modificar el campo de velocidades. El proceso
iterativo finaliza cuando las diferencias se han minimizado lo suficiente.
A continuación se describe brevemente la base teórica que se utiliza en el trazado de
rayos:
6
El método Delta T-V esta ampliamente explicado por Gebrande y Miller (1985).
99
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
(a)
(b)
Figura A.3.
Curvas espacio-tiempo (dromocronas) construidas a partir de las lecturas de los tiempos de
primeras llegadas. (a) Visión general de todas las dromocronas del perfil PS-1. (b) Detalle de
las 50 primeras estaciones sensoras. Las señales indican los diferentes puntos de inflexión y
definen los intervalos de velocidad aparente. Para el perfil PS-1 se han realizado 22389
lecturas.
100
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Considérese la superficie refractante P que separa dos medios con velocidades V1 y V2
(Figura A.4) y se dispara un tiro desde S cuya energía es capturada por varios receptores (R). Si
se toma a SF como la representación del rayo que incide con ángulo límite de reflexión en P,
entonces Xc representa la distancia entre S y R a partir de la cual, para geófonos situados a
distancias mayores (B) se obtienen ondas de cabecera (rayos críticos). El objetivo del método
cálculo es determinar la posición del punto F, para así determinar la superficie refractora que
quedará tanto mejor definida como mayor número de disparos y geófonos disponga el perfil
sísmico.
Figura A.4
Para determinar F consideremos los receptores A y B. tSB el tiempo que tarda en llegar la
onda desde S a B, y S1 una fuente distante desde la cual se miden los tiempos de llegada tS1A y
tS1B en A y B respectivamente.
Si se pueden definir tSB y tS1B - tS1A como
tSB = (SF + GB)/V1 + FG/V2
tS1A – tS1B = (GB – HA)/V1 + HG/V2
(1)
(2)
101
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Entonces, tSA = tSB – [tS1B – tS1A] = (SF + HA)/V1 – HF/V2
(3)
Si se consideran los trayectos SDA y SEB, formados por la intersección de los rayos
provenientes de S.
t’SB = (SF + GB)/V1 + (FE + EG)/V1
(4)
t’SA = (SF + HA)/V1 – (DF + HD)/V1
(5)
Ahora, si tSA, tSB, t’SA y t’SB son graficados (Figura A.5) versus la distancia horizontal
desde S y asumiendo que la distancia HG es una recta; se pueden unir mediante líneas rectas los
puntos, entonces la intersección de ambas rectas será la distancia crítica Xc, en un tiempo tSFC.
Una vez que el tiempo y la distancia crítica son conocidos, el punto F puede determinarse
interpolando el rayo SE entre D y E para obtener el punto en el cual el tiempo calculado para
SFC es igual al tiempo tSC.
Figura A.5
102
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Para cada disparo pueden ser determinados dos puntos sobre la superficie refractante y
mediante de la unión de estos puntos se puede obtener la forma de la primera capa. Una vez
conocida P, el tiempo de viaje de las fuentes al refractor y del refractor a los receptores puede ser
calculado. La sustracción de estos tiempos a los observados por la onda de cabecera suministra
los tiempos de viaje a lo largo del refractor, de donde la velocidad del refractor puede ser
calculada.
103
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
A.3
COLUMNAS LITOLÓGICAS
A continuación se presentan las columnas litológicas de los distintos sondeos mecánicos
que se realizaron con extracción de testigo continuo. Su ubicación se presenta en las Figuras IV.4
y IV.5 (Capítulo IV). Una vez obtenida la sección sísmica correspondiente a los perfiles PS-1, PS2 y PS-3 estas columnas, junto con el campo de velocidades obtenido por refracción, han servido
de calibración para establecer la conversión del tiempo doble de la sección sísmica a
profundidad.
0
5
10
15
20
125
25
130
135
30
140
35
145
40
150
45
155
50
160
55
165
60
170
65
175
70
180
75
185
80
190
85
195
200
90
205
95
210
100
215
105
220
110
225
115
230
1:500
120
Figura A.6
Pozo A-1
104
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
0
10 5
5
110
10
115
15
12 0
20
12 5
25
13 0
30
13 5
35
14 0
40
14 5
45
15 0
50
2 05
15 5
55
2 10
16 0
60
65
70
2 15
16 5
2 20
17 0
75
17 5
80
18 0
85
18 5
90
19 0
95
19 5
2 25
2 30
2 35
2 40
2 45
2 50
2 55
10 0
2 00
Figura A.7
Pozo A-2
105
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
0
105
5
110
10
115
15
120
20
125
25
130
30
135
35
140
40
145
45
150
50
205
155
55
210
160
60
215
65
165
220
70
170
225
75
175
230
80
180
235
85
185
240
90
190
245
95
195
250
100
200
255
Figura A.8
1:500
Pozo A-3
106
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
100
105
110
115
120
125
130
0
135
5
140
10
145
15
150
20
155
25
160
30
165
35
170
40
175
45
180
50
185
55
190
60
195
65
200
70
205
75
210
80
215
85
220
90
225
95
230
1:500
100
Figura A.9
Pozo L1
107
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
0
5
10
100
15
105
20
110
25
115
30
120
35
125
40
130
45
135
50
140
55
145
sandy mudstone
60
150
65
155
70
75
sandy mudstone
160
sandy mudstone
165
80
170
85
175
90
180
95
185
1:500
100
Figura A.10
Pozo L2
108
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Pozo A-1
A continuación se presenta la litología de cada uno de los sondeos realizados.
Complejo Ainsa 2
0 – 0.75 m
Recubrimiento de arcillas y rocas.
0.75 – 4
Margas compactadas.
4 – 24.7
Margas y alternancias de areniscas con estratificación milimétrica.
24.7 – 64.7
Alternancia de margas y areniscas con capas de grosor variable que no
superan el metro.
64.7 – 69.7
Sandy-mudstone con slump.
69.7 – 73
Alternancias de areniscas y margas.
73 – 74.5
Sandy-mudstone con pliegues.
74.5 – 94.5
Alternancia de areniscas y margas con grosor superior a 1m.
94.5 – 96.7
Sandy-mudstone con pliegues.
96.7 – 98
Slump.
98 – 99.3
Sandy-mudstone con pliegues.
99.3 – 101.5
Alternancia de areniscas y margas, las capas de areniscas superan el metro
de espesor.
Complejo Ainsa 1
101.5 – 114.9
Slump.
114.9 – 119
Margas con intercalaciones de areniscas.
119 – 120.5
Slump
120.5 – 123
Margas.
123 – 132
Slump.
132 – 136
Slump.
136 – 145
Margas compactadas.
145 – 151
Margas compactadas con intercalaciones de areniscas.
109
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Pozo A-2
0 – 0,6m
Relleno.
0.6 – 17
Margas con niveles de areniscas que no superan los 10 cm.
17 – 29
Areniscas.
29 – 33
Debris Flow (arenas y códulos).
33 – 37.2
Alternancia de areniscas y margas.
37.2 – 40
Debris Flow.
40 – 70
Areniscas con intercalaciones de margas.
70 – 142.25
Margas (slump).
142.25 – 144.25
Areniscas.
144.25 – 182
Margas.
182 – 185
Areniscas.
185 – 218
Margas.
218 – 220
Areniscas.
220 – 250.9
Margas.
110
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Pozo L-1
Complejo Ainsa 2
0 – 2.35 m
Gravas y materiales arcillosos de río.
2.35 – 13
Arcillas y limos muy compactados.
13 – 20
Arcillas con intercalaciones de capas delgadas con menos del 50% de limo.
20 – 42
Areniscas y arcillas.
42 – 63
Alternancias de arenas y arcillas.
63 – 111
Areniscas compactadas.
111 – 116
Margas slumpizadas.
116 – 123
Areniscas.
123 – 207
Margas con intercalaciones de areniscas.
Complejo Ainsa 2
207 – 217
Capas de areniscas y arcillas altarnantes (capas delgadas, en ocasiones 1 m
de areniscas compactadas).
217 – 220
Arcillas y margas estratificadas compactadas.
220 – 226.4
Arcillas y margas estratificadas compactadas.
111
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
Pozo L-2
0 – 0.25 m
Cobertura vegetal.
0.25 – 9
Margas compactadas.
9 – 16.5
Margas compactadas con pequeñas capas de arenas finas.
16.5 – 35
Margas compactadas alternando con capas de areniscas.
35 – 42
Margas con capas de areniscas.
42 – 73
Margas con capas de areniscas (menores a 50 cm).
73 – 86
Margas con capas de areniscas mas potentes (1 m). En medio sandymudstone.
86 – 120
Margas compactadas.
120 – 124
Margas compactadas con tres capas potentes de areniscas (50 cm).
124 – 128
Margas compactadas.
128 – 131.9
Brechas diagenéticas.
131.9 – 136
Alternancias de margas y capas de areniscas de hasta 50 cm de potencia.
136 – 138.5
Margas compactadas.
138.5 – 147
Slump.
147 – 150.5
Margas y areniscas estratificadas.
150.5 – 152
Margas compactadas.
152 – 154.5
Slump.
154.5 – 157.2
Margas con intercalaciones de areniscas.
152.2 – 159.5
Margas Compactadas
159.5 – 161.2
Areniscas y Margas.
161.2 – 171.3
Slump.
171.3 – 180.4
Margas compactadas.
180.4 – 183.5
Slump.
183.5 – 186.7
Margas compactadas.
112
Procesamiento de Datos Sísmicos de Reflexión Superficial
A.4
TÉRMINOS TÉRMINOS GEOLÓGICOS USADOS EN LA MEMORIA
▪
‘Debris flow’: Nombre que se le da a la corriente de derrubios.
▪
‘Flysch’: Nombre que se da a las formaciones sedimentarias masivas potentes,
mayoritariamente turbidíticas, depositadas en regiones orogénicas antes de su deformación.
▪
Margas: Roca sedimentaria arcillosa que contiene de un 35 a un 65% de carbonato cálcico.
Tiene un aspecto terroso de color variable entre rojizo y blanco, y entre gris oscuro y gris
azulado.
▪
Olitostromo: Depósito sedimentario que consiste en una masa rocosa caótica, contiene
clastos grandes compuestos de material más antiguo que la secuencia sedimentaria
circundante. Tales depósitos se forman generalmente por material deslizado bajo efecto
gravitatorio.
▪
Turbidita: Capa de sedimentos depositados en un solo episodio por una corriente de
turbidez. En su forma más completa puede ser descrita por la secuencia tipo de Bouma. La
repetición de capas de turbiditas puede generar potentes series turbidíticas en zonas de
talud y de llanura abisal.
113