Project2:Layout 1

Stephen Coulson
Ola Gråbak
Agencia Espacial Europea
Frascati, Italia
Teledetección satelital: mapeo de
riesgos para los levantamientos sísmicos
Andrew Cutts
Denis Sweeney
Gatwick, Inglaterra
Ralph Hinsch
Martin Schachinger
Rohöl-Aufsuchungs AG
Viena, Austria
Las imágenes satelitales de la superficie terrestre proporcionan una vista invalorable
desde arriba. Las imágenes coloridas y a veces artísticas se obtienen a partir de
combinaciones de datos de diferentes porciones del espectro electromagnético. Los
Andreas Laake
El Cairo, Egipto
David J. Monk
Apache Corporation
Houston, Texas, EUA
geocientíficos utilizan estas imágenes para diferenciar la explotación del suelo, el tipo
de vegetación, la litología, la elevación y la rugosidad de la superficie. Mediante la
evaluación de estos atributos teledetectados, establecen factores de riesgo para la
calidad de las señales de las fuentes y receptores sísmicos, para el acceso de
Jeff Towart
Apache Egypt
El Cairo, Egipto
vehículos y personal, y para el daño potencial que producen los levantamientos en
La técnica de teledetección (remote sensing)
mediante el uso de satélites orbitando la Tierra,
provee información para la planeación de los levantamientos sísmicos en relación a los cuatro
componentes de QHSE: calidad, salud, seguridad
y medio ambiente. Los datos de los levantamientos satelitales proporcionan mapas y vistas de alzado (elevation views) de los rasgos presentes
sobre e inmediatamente debajo de la superficie,
además de una indicación del tipo de roca. Estas
imágenes generadas desde arriba reemplazan a
las evaluaciones detalladas del terreno, lo cual
constituye una ventaja clave en las localizaciones
remotas o peligrosas.
El riesgo que plantean los datos sísmicos de
baja calidad, debido al acoplamiento deficiente
entre el terreno y una fuente o un receptor sísmico, se infiere a partir de los registros de imágenes satelitales utilizando un modelo de física de
rocas de la litología interpretada. La capacidad
para localizar terrenos peligrosos es esencial para
la protección de la salud y la seguridad del personal que efectúa el levantamiento. Esa información,
junto con las interpretaciones de la estabilidad
del terreno, determina el despliegue seguro de los
vehículos de adquisición de datos sísmicos y del
equipo asociado. Por último, los datos obtenidos
por teledetección permiten identificar la existencia de áreas sensibles desde el punto de vista
ambiental y, a través de su utilización en la planeación del levantamiento, hacen posible la minimización del impacto negativo de la adquisición
sísmica sobre estas áreas.
Las imágenes satelitales de la superficie terrestre se han vuelto familiares para muchas personas
a través de los servicios de la Red (Web), tales como
Google Earth. No obstante, la teledetección es algo
más que una imagen activa: las imágenes satelitales presentan una vista continua de un área en
bandas espectrales múltiples. Habitualmente,
estas bandas incluyen la radiación reflejada en
las bandas visible, infrarroja y de microondas.
Oilfield Review Primavera de 2009: 20, No. 4.
Copyright © 2009 Schlumberger.
Por su colaboración en la preparación de este artículo, se
agradece a Steven Covington, Servicio Geológico de EUA
(USGS), Darrel Williams, Administración Nacional de la
Aeronáutica y del Espacio (NASA), Greenbelt, Maryland, EUA;
y a David Morrison, Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos.
Petrel es una marca de Schlumberger. Google es una
marca de Google Inc.
40
el medio ambiente.
Algunos satélites también obtienen imágenes de
radar para mapear los elementos tectónicos o la
humedad. Las imágenes satelitales sísmicas de repetición (lapsos de tiempo) permiten el mapeo de
los cambios estacionales, o a más largo plazo, o el
mapeo de la subsidencia que tiene lugar en un yacimiento.
Numerosos satélites han estudiado la superficie
terrestre con una variedad de tamaños de ventanas
de visualización y diversos niveles de resolución. La
resolución varía tanto por satélite como por porción
de la banda espectral muestreada. Si bien la resolución de la mayoría de los satélites es insuficiente
para discriminar rasgos individuales, tales como arbustos o rodados grandes, los mapas construidos
por teledetección diferencian las regiones cubiertas de vegetación de los campos de rodados grandes debido a sus diferentes reflexiones espectrales.
> Mapa litológico superpuesto sobre un mapa de elevación digital, obtenido mediante técnicas de teledetección. La región árida de Ghazalat, en el Desierto Occidental de Egipto, posee elevaciones calcáreas sobre una meseta de arenisca. Una escarpa pronunciada separa una depresión—con una base
de tipo laguna efímera (extremo inferior derecho )—de la meseta.
Oilfield Review
Primavera de 2009
VIS
Azul, Verde, Rojo
NIR
0
1
Banda pancromática
Rango de
longitud de onda
Interpretación
de rasgos
superficiales
SWIR
Visible a infrarrojo
muy cercano
2
3
10
12
14
Longitud de onda, μm
Infrarrojo cercano a
infrarrojo de onda corta
Infrarrojo
térmico
Humedad en el terreno
y en los vacíos
Agua
Infraestructura;
mapeo de rasgos
del terreno
Vegetación
Vegetación quemada
Rocas sedimentarias;
depósitos aluviales y eólicos
Aplicación
sísmica
TIR
VNIR
Amplitud normalizada
Dado que las imágenes satelitales pueden abarcar
toda un área de levantamiento sísmico terrestre,
esta tecnología constituye una herramienta de utilidad para la clasificación de peligros y para la planeación de la logística de despliegue y adquisición.
El factor más importante que afecta el desarrollo de una evaluación por teledetección es el
terreno: si se trata de un terreno llano, rocoso, arenoso, poblado, cultivado, cubierto de vegetación o
helado (página anterior). El tipo de mapas producidos difiere significativamente según la localización del levantamiento porque las diferentes
combinaciones de bandas espectrales optimizan la
discriminación de los diferentes riesgos específicos.
En un levantamiento sísmico terrestre, la fuente acústica más eficiente y repetible es un vibrador, tal como un camión vibroseis. No obstante, los
camiones vibradores son grandes y pesados; su
despliegue requiere un planeamiento logístico
cuidadoso. En terrenos escarpados, existe el peligro de vuelco, y en terrenos blandos, el riesgo de
que el camión se atasque en la arena o el lodo.
Otros riesgos surgen a partir del contacto y el
acoplamiento existentes entre la zapata del vibrador y la superficie. Si bien sería posible apoyar un
camión vibrador en un ambiente de tipo laguna efímera o en un lecho de río seco, la corteza podría
parecer estable y sin embargo no sustentar la
fuerza adicional del vibrador, produciendo la caída
del camión.1 Además, los sedimentos blandos pueden atenuar intensamente la señal acústica. En el
otro extremo textural, una superficie dura, con
rocas desparramadas, podría impedir el acoplamiento adecuado porque la zapata del vibrador
está en contacto solamente con algunos puntos
altos de las rocas; la superficie de apoyo de la carga.
La evaluación del riesgo de acoplamiento deficiente entre las fuentes y receptores y la superficie terrestre, y del riesgo de pérdidas de energía
relacionadas con la propagación de las ondas sísmicas en la zona cercana a la superficie es importante para la planeación de un levantamiento
sísmico. Estos dos factores dan cuenta de la mayor
parte de la degradación de la señal sísmica utilizada para la exploración de hidrocarburos y la caracterización de yacimientos. La teledetección
puede ayudar a desarrollar una evaluación de
riesgos para la adquisición de datos, a través de la
caracterización densa de la zona cercana a la superficie utilizando datos ópticos y datos de radar.
Este artículo describe la tecnología de teledetección e incluye dos estudios de casos en tipos geográficos muy diferentes. El primero, correspondiente
a un ambiente desértico de Egipto, muestra el enfoque general de la teledetección, describiendo
cómo se combinan las diversas bandas espectrales
para proveer información de planeación útil. El
segundo involucra la determinación de los rasgos
Planeación logística;
estimación del impacto
ambiental
Rocas metamórficas,
volcánicas y magmáticas
Estimación de la calidad
de los datos; modelado de la
zona cercana a la superficie
VIS-visible; VNIR-infrarrojo muy cercano; Pan-pancromática; NIR-infrarrojo cercano; SWIR-infrarrojo de onda corta; TIR-infrarrojo térmico
> Bandas espectrales del sensor Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) del satélite Landsat 7 y
usos seleccionados de la información de las bandas. El satélite Landsat 7 posee sensores para tres
bandas del espectro visible y cuatro bandas infrarrojas, más una banda pancromática o PAN, que
abarca el espectro visible e infrarrojo muy cercano (extremo superior ). Dado que las bandas detectadas responden a los diferentes rasgos de superficie en forma intensa o débil, su combinación resulta
de utilidad para la discriminación de esos rasgos (extremo inferior ).
glaciares de Austria. Estos ejemplos de campo ilustran el alcance amplio, pero no exhaustivo, de la
utilidad de las imágenes remotas de nuestros días.
RGB y más allá
Las pantallas de televisión y los monitores de las
computadoras ofrecen al ojo humano una variedad impresionante de color, mediante la combinación de tres colores solamente: rojo, verde y
azul (RGB). En base a la porción del espectro correspondiente sólo a RGB, las personas comúnmente efectúan el tipo de discriminación que
realiza la técnica de teledetección satelital. Tendemos a asociar el verde con la vegetación y el
azul con el agua, y muchas rocas corresponden a
sombras de habano y gris.
Algunos satélites captan la luz del sol, reflejada
desde la superficie terrestre en estas tres bandas
espectrales; la intensidad de cada banda—dada
como un valor de la escala de grises—puede ser
asignada como valores de intensidad para cada
color respectivo y recombinarse para generar una
imagen a color familiar. La mayor parte de los satélites de teledetección poseen sensores para las
bandas adicionales de otras partes del espectro
electromagnético; estas bandas agregan un rango
de información más amplio (arriba). A modo de
ejemplo, los sensores del satélite Landsat 7 captan los datos de intensidad de siete bandas espectrales, más una banda pancromática, o PAN.2 Las
tres bandas del espectro visible (VIS) cubren
aproximadamente los colores rojo, verde y azul.
Una banda infrarroja muy cercana (VNIR) ayuda
a diferenciar los distintos tipos de vegetación,
mientras que otra banda del espectro infrarrojo
cercano (NIR) es sensible al volumen de agua presente en las plantas, o turgencia. La geología superficial se discrimina mediante la utilización de una
banda infrarroja de onda corta (SWIR). Por otro
lado, el sensor pancromático del satélite Landsat 7
cubre la mayor parte del espectro visible y algo del
espectro VNIR. Posee mayor resolución que otras
bandas, lo cual ayuda a ajustar las imágenes finales. Estos sensores—para seis bandas espectrales
más la banda pancromática—detectan la luz del
sol reflejada desde la superficie terrestre.
El último sensor del Landsat 7 detecta el calor
irradiado en la banda infrarroja térmica (TIR), la
cual posee una longitud de onda significativamente
1. Un ambiente de laguna efímera es una llanura salina.
2. Los satélites Landsat son lanzados por la NASA y operados
por el Servicio Geológico de Estados Unidos. Para
obtener más información, consulte: http://landsat.usgs.gov/
(Se accedió el 11 de febrero de 2009).
41
más larga que las otras bandas. Las propiedades
térmicas superficiales, derivadas de la banda TIR,
distinguen la mineralogía. Muchas rocas—y el alquitrán o bitumen—que son de color negro en la
banda visible y en la banda SWIR se diferencian por
su respuesta en el rango TIR porque los minerales
que componen las rocas irradian calor con diferentes intensidades. La respuesta TIR de los rasgos superficiales fríos, tales como el hielo y el agua, es
baja. De un modo similar, el enfriamiento inducido
por la evaporación en los lechos de los uadis, las fallas abiertas y los rasgos cársticos también se caracteriza por una respuesta TIR de baja energía.
Otros satélites de teledetección perciben bandas diferentes; algunos poseen más bandas que el
Landsat 7, y otros menos. Por consiguiente, la metodología específica aplicada para distinguir los
rasgos superficiales de los rasgos cercanos a la superficie depende en cierta medida de las capacidades del satélite.El área incluida en una imagen y la
resolución de la imagen también dependen de la
fuente de los datos.
Por ejemplo, el satélite Landsat 7 posee una ventana de visualización grande, de 185 km [115 mi]
por 180 km [112 mi]. Su resolución en la banda
térmica es de 60 m [197 pies]; en las bandas visible e infrarroja, es de 30 m [98 pies]. La mayor
resolución proviene de una banda pancromática:
15 m [49 pies]. En el otro extremo, un satélite de
alta resolución con un área de visión pequeña, el
QuickBird, posee un ventana cuadrada de 16.5 km
[10.3 mi] de lado y una resolución de 61 cm [2 pies],
en su banda pancromática, y de 2.4 m [8 pies] en
una banda infrarroja.3
Algunos satélites obtienen imágenes superficiales provenientes de radares. Los radares de generación de imágenes utilizan un sistema de
iluminación activo, a diferencia de los sistemas
pasivos de generación de imágenes ópticas, recién
descritos, que se basan en la iluminación del sol.
Este modo de operación confiere a los sistemas de
radar la capacidad para generar imágenes a través
de las nubes y durante la noche, lo cual constituye
una ventaja clara con respecto a los sistemas que
utilizan la luz natural.
Una antena instalada en un avión o en una
nave espacial transmite la señal de radar. Denominado radar de antena lateral, este dispositivo
contacta la superficie terrestre en forma oblicua
y se dispersa. La misma antena recibe la señal reflejada, conocida como eco. La amplitud del eco
se registra y, si se utiliza para el procesamiento de
las señales de radares coherentes tales como el
radar de apertura sintética (SAR), también se registra la fase del eco recibido.
La amplitud de la señal captada, dentro de
cada pixel, representa la retro-dispersión del
radar para esa zona del terreno, donde las áreas
42
brillantes indican una cantidad significativa de la
energía del radar que se refleja, regresando a la
antena. Esta energía reflejada depende de diversas condiciones del área objetivo, tales como sus
propiedades eléctricas, el contenido de humedad
y, quizás la más importante, la dimensión física de
los puntos dispersores existentes en el área. Por lo
general, la presencia de una retro-dispersión más
brillante en la imagen indica una superficie más
rugosa, mientras que las áreas oscuras representan superficies planas.
Las imágenes de radar también pueden utilizarse para obtener la elevación superficial utilizando el radar SAR interferométrico. Uno de los
métodos para obtener la elevación genera paralaje
mediante la utilización de dos antenas independientes instaladas en la misma plataforma. La imagen estereoscópica resultante se utiliza para crear
un modelo de elevación digital (DEM). Una fuente
común de la vista paraláctica, utilizada para la interpretación topográfica, proviene de un transbordador espacial de la Administración Nacional de la
Aeronáutica y del Espacio de EUA (NASA); misión
llevada a cabo en el año 2000.4 Su antena SAR obtuvo imágenes con una resolución lateral de 30 m
en EUA, y de 90 m [295 pies] en el resto del mundo.
La resolución vertical nominal es de 30 m; sin embargo, depende considerablemente de la topografía: en terrenos llanos, puede poseer una precisión
de aproximadamente 1 m [unos 3 pies]. Otra de
las fuentes para los modelos DEM es el paquete
ASTER del satélite Terra, el cual posee dos cámaras VNIR que pueden disponerse de manera de obtener una imagen estereoscópica.5 El modelo DEM
resultante posee una resolución vertical de 30 m y
una resolución lateral de 15 m.
Un segundo modo utiliza una sola antena con
imágenes tomadas en pasadas independientes
sobre el objetivo del avión o la nave espacial. Este
método de determinación de los cambios pequeños de elevación a lo largo de un lapso de tiempo,
detecta movimientos superficiales de tan sólo 1 cm
[0.4 pulgada], lo cual puede utilizarse para monitorear la subsidencia en los yacimientos.6
Un método diferente utiliza un sistema de barrido láser, instalado en un avión, que se conoce
como sistema de detección y telemetría inducida
por láser (LiDAR). Dado que la altitud del avión
es mucho más baja que la de un satélite equipado
con radar, el sistema LiDAR provee un modelo
DEM de mayor resolución; la resolución habitual
es de 10 cm [4 pulgadas], verticalmente, y lateralmente oscila entre 20 y 100 cm [8 y 39 pulgadas].
El servicio LiDAR debe ser pedido específicamente para el área de interés.
Los primeros pasos de una evaluación por teledetección consisten en determinar qué información se requiere y cuál está disponible. Desde su
lanzamiento en 1999, el satélite Landsat 7—con
sus capacidades multiespectrales—ha explorado
el planeta en un ciclo de 16 días. Además se dispone de otras bases de datos satelitales.
El conocimiento de la topografía de una región
en estudio ayuda a determinar qué combinaciones
de espectros serán de mayor utilidad. Por otro lado,
los levantamientos precisos de campo obtienen información detallada en localizaciones específicas,
para proporcionar las realidades del terreno en relación con los datos captados en forma remota.
Las imágenes satelitales poseen una gran variedad de aplicaciones. Las vistas en planta y el
modelado de superficie 3D, son herramientas importantes para el diseño de la infraestructura y la
evaluación de los riesgos de inundaciones. La teledetección permite discriminar ciertos depósitos de
minerales de superficie, provee datos de entrada
para la planeación y el monitoreo de los proyectos
de almacenamiento de CO2, y posibilita la reconstrucción de la actividad de los glaciares a través
de la evaluación de las morenas. La comparación
de las imágenes satelitales más antiguas con las
nuevas—el programa Landsat se puso en marcha
en 1972—revela los cambios producidos en la explotación o la condición del suelo. La evaluación remota ayuda además a determinar y monitorear los
niveles de agua subterránea; información importante para los estudios sísmicos porque la capa freática es a menudo el primer refractor que encuentra
la señal sísmica. Uno de los objetivos para los que se
emplean las imágenes satelitales dentro de la industria de E&P es la determinación de los riesgos asociados con la ejecución de un levantamiento sísmico.
Evaluación del levantamiento sísmico
Los geólogos seleccionan la localización de un levantamiento sísmico por lo que puede haber en el
subsuelo, sin importar mayormente las condiciones
3. QuickBird es propiedad de DigitalGlobe. Para obtener
información adicional, consulte:
http://www.digitalglobe.com/index.php/85/QuickBird
(Se accedió el 11 de febrero de 2009).
4. Los datos de la Misión Topográfica de Radar obtenida
por el Transbordador Espacial (SRTM) son administrados
por el Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto de
Tecnología de California, en Pasadena, EUA. Véase
www2.jpl.nasa.gov/srtm/ (Se accedió el 11 de febrero
de 2009).
5. La sigla ASTER, en inglés, significa Radiómetro Espacial
Avanzado de Emisión y Reflexión Térmica. Terra es el
satélite insignia del Sistema Orbital Terrestre; una serie
de naves espaciales de la NASA. Para obtener más
información, consulte: http://asterweb.jpl.nasa.gov/
(Se accedió el 11 de febrero de 2009).
6. Van der Kooij M: “Land Subsidence Measurements at the
Belridge Oil Fields from ERS InSAR Data,” presentado en
el 3er Simposio ERS, Florencia, Italia, 14 al 21 de marzo
de 1997. Consulte: http://earth.esa.int/workshops/ers97/
papers/vanderkooij1/ (Se accedió el 5 de febrero de 2009).
Para obtener más información sobre el proceso de
subsidencia, consulte: Doornhof D, Kristiansen TG, Nagel
NB, Pattillo PD y Sayers C: “Compactación y subsidencia,”
Oilfield Review 18, no. 3 (Invierno de 2006/2007): 50–69.
Oilfield Review
de superficie. Por ende, los responsables de la planificación del levantamiento deben abordar los
desafíos inherentes a la geografía y la topografía
Superficies rugosas Coladas basálticas
(Radar)
(TIR)
Tipos de rocas
Fallas de superficie
(SWIR)
(TIR, radar)
de un área para hallar las mejores localizaciones
específicas para la colocación de las fuentes y los
receptores sísmicos.
En las zonas intensamente forestadas, los vibradores y otros vehículos poseen un acceso limitado. Lo mismo sucede en los terrenos cenagosos
Topografía
(DEM)
Talud de desprendimiento,
abanicos aluviales
(SWIR, DEM)
Terrenos de
labranza
(cultivos)
(SWIR)
Lagos
(VIS)
Mar
(VIS)
Cresta de
morenas
(SWIR, DEM)
Impacto sobre la logística
Declives,
terrazas fluviales
DEM, radar
Ruido de las ondas superficiales dispersas
Riesgo severo para los vehículos en pendientes del 15% al
25%, y acceso prohibido en pendientes de más del 25%
Superficies rugosas
Radar
Superficie de apoyo de la zapata del vibrador;
acoplamiento deficiente del receptor
Riesgo severo de daño de los neumáticos para los vehículos
Fallas de superficie
TIR, radar
Ruido de las ondas superficiales dispersas
Ninguno, a menos que haya escarpas presentes
Terreno de
labranza (cultivos)
SWIR
Posibles restricciones en cuanto a permisos
Posibles restricciones en cuanto a permisos
Bosques
VNIR, SWIR
Baja velocidad sísmica y alta atenuación si se localizan
sobre aluvión glaciar seco
Acceso limitado de vibradores y vehículos en bosques tupidos
Infraestructura
VNIR, SWIR
Alto nivel de ruido de banda amplia; limitación al nivel
de accionamiento del vibrador
Acceso limitado de vibradores y vehículos
Ciénagas, pantanos,
praderas
VIS–NIR
Resonancia; onda inducida por el lodo; sustanciales
correcciones estáticas de velocidad
Prohibición de acceso de vibradores y vehículos en terreno
húmedo; equipo de registro de transporte manual
Rasgos acuíferos
VIS
Se requieren equipos para zonas de transición
Prohibición de acceso de vehículos; se requieren equipos
para zonas de transición
Coladas basálticas
TIR
Acoplamiento deficiente del vibrador; dispersión
intensa de la textura basáltica
Riesgo frecuente para los neumáticos de vibradores y
vehículos
Caliche, horizontes
de mineralización
NIR, SWIR,
radar
Resonancia de banda angosta; fuerte absorción
Sin riesgos para el acceso de vibradores y vehículos
Horizontes de arcilla
endurecida
DEM, NIR
Resonancia
Prohibición de acceso de vibradores en terreno húmedo
Afloramientos de
rocas duras
NIR, SWIR,
radar
Superficie de apoyo de la placa de base; acoplamiento
deficiente del receptor
Riesgo de acceso limitado para vibradores
Laguna efímera, lagos
salinos
DEM, SWIR
Resonancia; onda inducida por el lodo; correcciones
estáticas de velocidad; alta atenuación
Riesgo severo para el acceso de vibradores y vehículos
Uadis, uadis sepultados,
lechos de ríos sepultados
TIR, radar
Napa freática para las correcciones estáticas de las
ondas P; acoplamiento deficiente en los uadis
Sin riesgo para el acceso de vibradores y vehículos
Cresta de morenas
SWIR, DEM
Baja velocidad sísmica y alta atenuación en aluvión
glaciar seco
Sin riesgo
Dunas de arena
SWIR, DEM
Correcciones estáticas de elevación; fuerte atenuación;
modos de ondas superficiales entrampadas
Acceso de vibradores severamente limitado; se requiere
la preparación del sendero
Talud de derrumbes,
abanicos aluviales
SWIR, DEM
Baja velocidad sísmica y alta atenuación
Acceso limitado de vibradores en terrenos escarpados
Topografía
y textura
Geomorfología
Lechos de ríos
sepultados
(TIR, radar)
Infraestructura
Bosques
(VNIR, SWIR)
(VNIR-SWIR)
Ríos
Ciénagas
Playas
(VIS)
(VIS-NIR)
(VNIR)
Impacto sobre la calidad de los datos sísmicos
Rasgo de superficie
Litología
Laguna efímera, Terrazas
lagos salinos
fluviales
(DEM, SWIR) (DEM, radar)
Pantanos-praderas
(VIS-NIR)
Tipo de datos
satelitales
Clase de
superficie
Explotación
del suelo
Uadis, uadis sepultados
Dunas de arena
(TIR, radar)
(SWIR, DEM)
o pantanosos. En los climas desérticos, la presencia de dunas de arena suelta limita el acceso de
los vibradores. Las pendientes pronunciadas también impiden el acceso de los vehículos de soporte. Otros rasgos geográficos presentan sus
propios problemas logísticos, los cuales pueden
ser detectados utilizando combinaciones de métodos de teledetección (abajo).
> Los impactos de los registros de imágenes satelitales sobre la calidad de los datos sísmicos y los aspectos logísticos de los levantamientos. Los rasgos
de superficie (extremo superior ), observados a menudo en los levantamientos sísmicos terrestres pueden diferenciarse utilizando combinaciones de bandas
espectrales (extremo inferior ).
Primavera de 2009
43
> Avance de la zapata del vibrador. El ambiente
de laguna efímera exhibía un grado de resistencia insuficiente para soportar la zapata del
vibrador, lo cual fracturó la superficie.
El desplazamiento de los vibradores y del personal en el sitio es sólo una parte de la planeación
necesaria. La topografía también incide en la calidad del acoplamiento entre la fuente o el receptor
y el terreno, y puede afectar la propagación de la
señal en la región cercana a la superficie. Una superficie rugosa o rocosa puede conducir a la carga
puntual de la zapata del vibrador, distorsionando
significativamente la señal transmitida. En los sedimentos blandos se puede lograr un buen acoplamiento de la fuente, siempre que el terreno soporte
la carga de la zapata del vibrador. No obstante, si la
zapata del vibrador avanza a través de una superficie de terreno dura, el resultado es nuevamente un
acoplamiento deficiente, una señal distorsionada
y, posiblemente, un corte de la componente de
alta frecuencia de la señal generada (arriba).
La contribución más significativa con respecto
al ruido superficial en los procesos de adquisición
sísmica, es la onda parásita (ground roll). Se trata
de una onda superficial, o más precisamente una
onda de Rayleigh, que viaja en la interfaz existente
entre el terreno y el aire (abajo). Las ondas de
Zapata del vibrador
Rayleigh se propagan más lentamente que las
ondas compresionales que viajan a través de las
formaciones rocosas del subsuelo; estas ondas volumétricas son señales convenientes para los levantamientos sísmicos del subsuelo. Las ondas de
Rayleigh superficiales también se atenúan más
lentamente que las ondas volumétricas. Esta falta
de atenuación exacerba el ruido causado por la
dispersión resultante de los rasgos superficiales,
efecto que los geofísicos tratan de mitigar mediante una planeación adecuada.
En los ambientes húmedos, tales como las ciénagas, los pantanos y algunos ambientes de laguna efímera, la onda superficial se acopla con el
líquido y se denomina onda inducida por el lodo.7
Una onda inducida por el lodo es a menudo mucho
más lenta que una onda de Rayleigh debido al
pobre acoplamiento de las partículas en el sólido
saturado de agua cercano a la superficie.
Las variaciones de la cota topográfica requieren correcciones estáticas de las señales sísmicas
medidas. La determinación de las correcciones
puede ser particularmente difícil en los suelos
meteorizados poco profundos. Las señales presentes en los materiales de la superficie pueden poseer velocidades radicalmente más lentas que las
de la roca dura infrayacente. Si la capa meteorizada exhibe variaciones de espesor localizadas
significativas, puede ser necesario efectuar correcciones estáticas que cambian rápidamente,
tanto vertical como lateralmente, dentro de un
área pequeña. Las dunas de arena, los ambientes
de laguna efímera y los pantanos plantean este
problema para la adquisición sísmica.
Además del problema de las correcciones estáticas en las dunas de arena, las ondas volumétricas pueden reflejarse desde la base de la duna,
quedando entrampadas en la duna propiamente
dicha. En los uadis, el tope de la napa freática
afecta los primeros arribos de la señal sísmica de
manera que es importante discernir el nivel de
agua. Los materiales blandos, tales como la arena
no consolidada, los ambientes de laguna efímera
y el aluvión glaciar seco, también causan un gran
nivel de atenuación de la señal de la onda volumétrica en la capa superficial.
> Modos de superficie en la adquisición sísmica. Un camión vibrador dirige la energía sísmica hacia
las formaciones profundas como ondas volumétricas (negro). No obstante, un grado significativo de
energía se dispersa a partir de esta onda o se entrampa cerca de la superficie. Parte de esa energía
se refracta en los límites de las formaciones (azul claro). Las ondas de Rayleigh (púrpura) viajan sobre la
superficie y pueden dispersarse desde los declives como se muestra aquí, o en los cambios de litología (que no se muestran). Otra parte de la energía sísmica puede quedar entrampada en los sedimentos blandos, existentes entre las capas más duras (naranja), o reflejarse en las interfaces (rojo).
44
Los límites a menudo dispersan la energía sísmica creando ruido. Puede tratarse de cambios topográficos, tales como los declives, o de límites
litológicos o límites de mineralización. El riesgo
de ruido proveniente de la dispersión es mayor en
los terrenos duros, tales como los carbonatos y los
basaltos. La resonancia de las ondas sísmicas se
produce en zonas rodeadas de materiales de mayor
impedancia acústica. Por ejemplo, una vez que
una onda superficial proveniente de una roca dura
ingresa en un horizonte más blando de arcilla endurecida, puede quedar entrampada reflejándose
en otro límite con la roca dura. A menudo se observan situaciones similares en ciénagas.
El mapeo de los riesgos existentes para una
brigada sísmica terrestre, antes de su despliegue,
constituye una forma de evaluar los problemas potenciales para el personal y el equipo. Un levantamiento satelital que diferencia los rasgos de
superficie en detalle ofrece esta opción. Por ejemplo, un modelo DEM resulta particularmente útil
para identificar la estructura en una escala de 10 m
[33 pies] e incluso mayor. Además, puede localizar la presencia de escarpas y resaltar otros rasgos que poseen un carácter de elevación común,
ya sea plano (como en el caso de los horizontes de
arcilla endurecida, los ambientes de laguna efímera, las planicies de inundación, las ciénagas y
los pantanos) o bien variado (tal es el caso de los
uadis, las dunas de arena y las morenas glaciares).
En las escalas más pequeñas, de centímetros a decímetros, los registros de imágenes de radar iluminan la microestructura superficial y la textura a
través de la diferenciación entre reflexiones difusas y reflexiones especulares. Esto proporciona información sobre la estructura de las rocas, las
fracturas y las ondulaciones. Por otro lado, los minerales poseen diferentes respuestas en el rango
infrarrojo, por lo cual esas bandas se incluyen en
los estudios de la litología.
En la mayoría de los casos, el análisis de teledetección incorpora información de uno o más satélites de las observaciones del terreno y de los
mapas que incluyen la infraestructura y, si se encuentra disponible, de la geología del subsuelo. La
integración de los datos utilizando un sistema de
información geográfica (GIS) es crucial. Un sistema GIS es una herramienta utilizada para almacenar, visualizar y procesar los datos en un
espacio de trabajo geográfico común con el fin de
ayudar a modelar el mundo con la mayor precisión
posible. Este sistema permite que un usuario consulte y analice interactivamente los datos y cree
mapas. Dentro de un sistema GIS, por ejemplo,
una imagen de un radar satelital superpuesta con
una combinación de bandas visibles e infrarrojas
Oilfield Review
7. La onda generada en el lodo se conoce también como
onda de Stoneley-Scholte o, simplemente, onda de
Scholte.
8. Laake A y Zaghloul A: “Estimation of Static Corrections
from Geologic and Remote-Sensing Data,” The Leading
Edge 28, no. 2 (Febrero de 2009): 192–196.
Cutts A y Laake A: “An Analysis of the Near Surface
Using Remote Sensing for the Prediction of Logistics and
Data Quality Risk,” artículo presentado en la 4a
Conferencia y Exhibición del Petróleo y las Geociencias
del Norte de África/el Mediterráneo, Túnez, República
Tunecina, 2 al 4 de marzo de 2009.
Para obtener más información sobre la caracterización
de la calidad de los datos en las regiones áridas, consulte: Laake A, Strobbia C y Cutts A: “Integrated
Approach to 3D Near Surface Characterization in Desert
Regions,” First Break 26 (Noviembre de 2008): 109–112.
Primavera de 2009
Descripción
Litología
Formación
Marmarica
Caliza
250
M A R
M E D I T E R R Á N E O
Marga
yesífera
blanda
Área de estudio
de Ghazalat
0
200
millas
50
200
Areniscas
y arcilitas
alternadas
Mogrha
km
150
100
E G I P T O
Desierto
Occidental
0
El Cairo
Nilo
ttara
e Qa
ón d
i
s
pre
De
200
Río
Geomorfología en un terreno árido
En el Desierto Occidental de Egipto, a casi 700 km
[435 mi] al oeste de El Cairo, Apache Egypt planificó la ejecución de un estudio sísmico en la Cuenca
de Ghazalat, la cual contiene mesetas y escarpas
pronunciadas. Previo a la ejecución del levantamiento, WesternGeco incluyó la técnica de teledetección satelital como parte de una caracterización
multifísica de superficie para establecer el riesgo
existente en cuanto a logística y adquisición.8
La zona cercana a la superficie comprende dos
formaciones, la Formación Moghra y la Formación
Marmarica suprayacente (derecha). La porción
inferior extrema de la Formación Marmarica exhibe capas alternadas de caliza dura y marga yesífera blanda que pasan a caliza maciza en la
parte superior de esta formación. La Formación
Moghra infrayacente está compuesta por una secuencia alternada de capas de arenisca y arcilita.
Ambas formaciones afloran en el área prospectiva
de Ghazalat.
A partir de los datos satelitales ASTER, se obtuvo una imagen DEM del área con resoluciones
laterales y verticales de 30 m ajustadas para alcanzar aproximadamente 17 m [56 pies], utilizando la banda pancromática de resolución más
alta. Alrededor de un 10% del área de estudio se
Elevación, m
puede ser mapeada en un espacio común con la
poligonal y las observaciones de un levantamiento
terrestre. El software GIS permite además que el
visualizador vea los datos combinados desde cualquier ángulo o “vuele” a través del lugar. Mediante
la combinación de los datos captados en forma remota con los modelos físicos, tales como la propagación de ondas y el acoplamiento entre fuentes y
receptores y los diversos materiales de superficie,
y utilizando reglas lógicas, tales como el ángulo de
pendiente seguro para los vehículos, el sistema
GIS exhibe la información de riesgos en un formato de fácil comprensión. Esto se puede observar
mejor en los estudios de casos que se presentan a
continuación.
0
> Geografía y geología de la Cuenca de Ghazalat. La Cuenca de
Ghazalat se encuentra ubicada en el Desierto Occidental de Egipto,
limitada por la Depresión de Qattara (mapa). El área comprende
mesas y altiplanicies al sur, (fotografía) y regiones montañosas al
norte. Las formaciones corresponden a capas de caliza, arenisca,
y arcilla y marga (derecha ).
encuentra contenida en la Depresión de Qattara,
a unos 80 m [260 pies] por debajo del nivel del mar,
y está limitada por una escarpa de 100 a 120 m
[330 a 390 pies] que se transforma en meseta a
0
km 5
0
millas
Caliza
–50
Arenisca
Arcilita y marga
una altura de 50 a 60 m [165 a 195 pies]. La meseta
conforma aproximadamente un 50% del área de estudio, con elevaciones de más de 200 m [660 pies]
sobre el nivel del mar hacia el norte (abajo).
Elevación, m
5
–80
0
100
200
> Mapa topográfico del área de Ghazalat, donde se ilustran los declives.
Un modelo de elevación digital (DEM) muestra una parte de la Depresión
de Qattara (azul, extremo inferior derecho ) limitada por una escarpa alta y
pronunciada. Una amplia meseta con relieve de tipo meseta (verde)
conforma aproximadamente la mitad del área de estudio, limitada al norte
por regiones montañosas (amarillo a marrón). Un algoritmo de detección
de bordes permitió determinar las localizaciones de los declives (negro).
45
Además de la gran escarpa que limita la depresión, existen otras escarpas presentes que fueron determinadas utilizando un algoritmo de
detección de bordes de ocho direcciones.9 Estas escarpas pueden ser superpuestas sobre el mapa de
elevaciones del terreno para obtener un mapa de
clasificación topográfica.
La clasificación litológica fue tomada de un levantamiento satelital Landsat 7 Enhanced Thematic
Mapper Plus (ETM+) del área. Esta clasificación
fue mapeada junto con los datos DEM ASTER utilizando metodologías GIS.
La experiencia con una amplia gama de aplicaciones de imágenes satelitales ha demostrado que
ciertas combinaciones de bandas espectrales diferencian determinados tipos de rasgos superficiales,
los cuales suelen ser los primeros en examinarse. Si
bien las siete bandas pueden ser examinadas con
cualquier combinación, es más conveniente combinar tres bandas con el fin de construir los mapas
para el examen visual. Los datos de cada banda son
básicamente datos correspondientes a la escala de
grises. Estos datos correspondientes a la escala de
grises pueden ser asignados a uno de los tres colores RGB, asignándose los datos de la escala de grises de las otras dos bandas a los otros dos colores.
Arenisca
0
km 5
0
millas
5
Laguna efímera, arcilla
Arenisca
Caliza 1
Caliza 2
> Mapa litoestructural de Ghazalat. Una combinación de diversas bandas
del satélite Landsat 7 posibilitó una diferenciación eficiente de la litología
en el área árida de Ghazalat. La discriminación litológica provino de una
banda térmica y dos bandas SWIR; los detalles y colores adicionales de
la imagen fueron el resultado de la superposición de dos bandas visibles.
Las bandas también pueden compararse por la
relación o por la diferencia de sus escalas de grises. Algunas de las combinaciones comunes no resultaron apropiadas para el estudio del área de
Una presentación Landsat 7 ETM+ convencional es
742 RGB, donde la Banda 7 (SWIR) está representada en rojo, la Banda 4 (VNIR) en verde, y la
Banda 2 (VIS verde) en azul.
Marga, limo muy fino (loess)
Caliza
Arenisca
0
0
Horizonte de arcilla endurecida
Caliza
Marga, limo muy fino, arena
Arenisca
km
5
millas
5
Arenisca
Arcilla, laguna efímera
> Clasificación de la litología y observaciones del terreno en el área de Ghazalat. Para crear este mapa, los geocientíficos optimizaron las combinaciones
de las bandas satelitales, independientemente para cada clase litológica, incluyendo dos clases de calizas (azules oscuros), una clase compuesta por
marga, limo muy fino (loess) y arena (amarillo), dos clases de areniscas (naranja), y una clase para arcilla y laguna efímera (azul claro). En este mapa, la
mezcla de colores indica la presencia de litologías mixtas dentro de un área. Este mapa se utilizó para generar secciones transversales limitadas, lo cual
validó el proceso de mapeo por teledetección (fotografías, correspondientes a los círculos del mapa).
46
Oilfield Review
Ghazalat porque incluyen específicamente bandas
sensibles a la vegetación y ésta es un área desértica seca. Si bien varias de las combinaciones lograron distinguir la arenisca de la meseta y de la
caliza de las regiones montañosas, la combinación
de una banda térmica y dos bandas SWIR proveyó
el mejor grado de diferenciación entre dos tipos de
calizas. Esta imagen RGB fue ajustada mediante la
utilización de una diferencia multibanda que incluye las respuestas existentes en dos de las bandas
visibles para ilustrar la textura presente en la caliza y la arenisca. La imagen resultante resalta los
horizontes de arcilla endurecida y los detalles de
las capas de los declives (página anterior, arriba).
Una forma diferente de clasificar la litología
utiliza criterios independientes, específicos para
cada tipo de roca. En el área de Ghazalat, se evaluaron varias relaciones de bandas para distinguir
dos tipos de caliza, dos tipos de arenisca, marga,
limo muy fino (loess) y arena, y laguna efímera o
arcilla (página anterior, abajo). Este mapa ayudó
a dirigir un proceso de campo de validación de los
datos. Las travesías realizadas a través del área, a
pie o con vehículo todo terreno, confirmaron la interpretación obtenida por teledetección.
Una vez determinadas la litología y la topografía, se puede cuantificar una estimación del riesgo
para un estudio sísmico (derecha). Los riesgos logísticos se asocian con el acceso y el movimiento.
Los declives pronunciados y los bordes del terreno
limitan el acceso vehicular. Las regiones montañosas calcáreas poseen una topografía accidentada y bordes pronunciados, lo cual hace que la
maniobrabilidad sea difícil pero no imposible. Las
áreas arcillosas y tipo laguna efímera también limitan el acceso porque existe el riesgo de caída
en los sedimentos blandos a través de la corteza
superior. Por el contrario, las áreas de areniscas
en general no poseen limitaciones de acceso.
Otros son los riesgos asociados con la calidad
de las señales sísmicas. Los declives, incluyendo
los que se encuentran en los límites de las formaciones, presentan riesgos de dispersión topográfica. La superficie rugosa de las calizas incrementa
el riesgo que plantean los problemas asociados
con las cargas puntuales de las zapatas de los vibradores. Las dos formaciones de caliza poseen
niveles diferentes de este mismo riesgo; siendo inferior el nivel de riesgo de la caliza occidental. La
arcilla blanda y los ambientes tipo laguna efímera
poseen mayor riesgo de atenuación de la señal y
resonancia.
9. El método utilizado es el algoritmo de detección de
bordes de Sobel. Se aplica a menudo en las direcciones
norte-sur y este-oeste; sin embargo, debido a los lóbulos
complicados del relieve de tipo meseta y a otros rasgos,
el método de ocho direcciones utilizado aquí proporcionó
líneas continuas más suaves para los declives.
Primavera de 2009
Las velocidades acústicas de las unidades litológicas pueden modelarse para estimar las correcciones estáticas de las posiciones de las fuentes y
los receptores. En Ghazalat, esto es consistente con
la estimación de la menor resolución obtenida del
picado del primer arribo de refracción. Los riesgos
fueron verificados en una colección de trazas sísmicas con una fuente común (shot-point gather)
Mapa de riesgos logísticos
0
km 5
0
millas
5
Sin acceso
Limitación de las maniobras
Limitación del acceso
Nivel de riesgo bajo
Mapa de riesgos asociados con la velocidad de superficie
0
km 5
0
millas
5
Riesgo severo de dispersión causada por los declives
Riesgo de atenuación
Riesgo moderado de dispersión causada por las
superficies rugosas
Nivel de riesgo bajo
> Mapas de riesgos para el área de Ghazalat. Los riesgos logísticos abarcan
los riesgos de acceso y maniobrabilidad para los vehículos (extremo superior ). Las áreas de areniscas son, en general, de bajo riesgo (azul pálido, una
combinación de codificación en blanco, para las áreas de bajo riesgo, y la información geográfica básica), pero las regiones montañosas plantean inconvenientes de maniobrabilidad (rojo). Las superficies blandas, tales como el
extenso depósito tipo laguna efímera de la depresión, limitan el acceso (azul).
Para los camiones, el acceso a los declives grandes (negro) resulta imposible. En el mapa de riesgos asociados con la velocidad de superficie (extremo
inferior ), los declives también plantean riesgos severos para la dispersión de
la señal sísmica (negro). Las superficies rugosas de las calizas de las regiones montañosas generan un nivel de riesgo de dispersión moderado (rojo);
estas áreas también poseen un nivel mayor de riesgo asociado con la carga
puntual de la placa de base de un vibrador. Los horizontes de arcilla endurecida y los depósitos tipo laguna efímera exhiben un alto riesgo de atenuación
de la señal (azul). Las áreas de arenisca, en general, poseen un nivel bajo de
riesgo asociado con la velocidad de superficie.
47
en la meseta sur cercana a un relieve tipo meseta
(abajo). El registro sísmico de campo muestra los
efectos de la dispersión resultante de un borde de
meseta y de un límite entre litologías, confirmando
el valor predictivo del levantamiento remoto.
Morenas glaciares en cerros cultivados
En las estribaciones de los Alpes austríacos,
Rohöl-Aufsuchungs AG (RAG) posee una concesión para explorar un área con una historia geológica compleja. Mientras los Alpes avanzaban desde
el sur, los sedimentos erosionados provenientes de
estas montañas en proceso de formación fueron
dispersados en una cuenca de antepaís del Terciario, la Cuenca de Molasse, y se formó un sistema
de canales marinos profundos, de hasta 200 km
[120 mi] de largo, paralelo al eje de la cuenca. Los
procesos de formación de pliegues y cabalgamientos de etapa tardía afectaron parcialmente los sedimentos de la porción sur de la Cuenca de Molasse,
pero dejaron sin deformar la mayor parte de la
cuenca hacia el norte. De sur a norte, los depósitos
geológicos comprenden una faja plegada de calizas, y sedimentos de la Cuenca de Molasse imbricados, plegados y no deformados. Toda el área está
cubierta en gran parte por depósitos glaciares,
Tiempo de tránsito
doble (ida y vuelta)
Elevación, m
Cresta de arenisca
tales como las morenas, y comprende parcialmente rasgos erosivos pos-glaciares.
En los terrenos llanos, se encuentra intensamente cultivada, con bosques densos en los cerros
y en las pendientes pronunciadas, y ciénagas en los
antiguos lagos glaciares y a lo largo de los ríos.
Junto con los restos de canales de desborde y drenaje que se formaron al derretirse los glaciares,
quedan morenas glaciares que son crestas de grava
depositadas en el momento de máximo avance de
un glaciar (próxima página, arriba a la izquierda).
Además, el área se encuentra densamente cubierta
de infraestructura, incluyendo pueblos y ciudades.
Afloramiento de capa
Perfil
altimétrico
100
5
0
0.5
Registro
sísmico
de campo
1.0
1.5
2.0
Posición N-S, km
Posición N-S, km
Posición N-S, km
Posición N-S, km
2.5
0.5
Borde
Declive
Arcilla
Declive
Imagen
QuickBird
0
Bordes
–0.5
Declive
0.5
Borde
Arcilla
Declive
Declive
Mapa de
riesgos
logísticos
0
Sin riesgo
Bordes
Declive
–0.5
0.5
Dispersión
Mapa de
riesgos de
dispersión
0
Sin dispersión
Dispersión
–0.5
0.5
Velocidad
baja
Cambio de velocidad
Arena
Mapa de
riesgos de
velocidad
0
Arena
–0.5
0
0
km
1
millas
1
Posición E-O
> Clasificaciones de riesgos confirmadas por el registro sísmico de campo. Esta sección pequeña se encuentra en la porción sur del área del levantamiento.
Contiene un relieve de tipo meseta y rasgos de afloramientos, como se observa en el perfil altimétrico y en la imagen satelital de alta resolución QuickBird.
Todas las trazas provenientes de un solo punto de tiro sísmico (círculo rojo del perfil altimétrico) se muestran en el registro sísmico de campo. La cresta
(izquierda del centro ) y el cambio de litología en el afloramiento (derecha del centro ) se traducen en variaciones de la intensidad de la colección de trazas
(transiciones de amarillo a verde). Esto confirma el pronóstico (rojo) del mapa de riesgos de dispersión. La imagen QuickBird confirma las localizaciones
de los declives y los bordes, como se define en el mapa de riesgos logísticos, y cuáles inciden en el mapa de riesgos de dispersión.
48
Oilfield Review
0
Canal de desborde
Canales de drenaje
Canal de
drenaje
0
km
Altura, m
1
millas 0.5
410
550
Morena
Morena
uo
tig
An
Altura, m
900
Canal de
desborde
o
lag
200
0
km
0
millas
5
5
> Morenas en Austria. Un levantamiento LiDAR DEM muestra la variación de la elevación en esta área de las colinas de los Alpes. Los declives (negro) fueron localizados utilizando un algoritmo de detección de
bordes. Las dos morenas indican la extensión del glaciar. Además, en
esta imagen se observan canales de desborde y drenaje. Estos canales
y el antiguo lago se desarrollaron al derretirse el glaciar. El rectángulo
blanco indica la localización de la imagen más detallada de la figura de
la derecha.
El levantamiento satelital muestra concordancia
entre la realidad y un levantamiento terrestre extensivo, dado a conocer en 1957 y que vincula las
localizaciones de los riesgos de la adquisición sísmica provenientes de la interpretación de las imágenes satelitales (abajo).10
Estas observaciones ecológicas y culturales son
indicadores de las dificultades y riesgos operacionales. Además, existen riesgos asociados con la calidad de los datos para la adquisición sísmica: las
morenas glaciares limitan el acoplamiento correcto, por lo que se requieren correcciones estáticas grandes; las ciénagas generan resonancia a
> Comparación de la resolución del modelo DEM del sistema LiDAR y de
la misión SRTM. La resolución de los datos del sistema LiDAR aerotransportado (izquierda) es significativamente mejor que los obtenidos por un
transbordador espacial en el año 2000 (derecha). Esta área pequeña corresponde al rectángulo blanco de la figura de la izquierda.
partir de las ondas superficiales entrampadas;
puede ser necesario contar con tipos de fuentes
múltiples ya que en las ciénagas no pueden utilizarse vibradores; y los rasgos superficiales pueden
generar niveles sustanciales de ruido a partir de las
ondas superficiales dispersadas desde los declives.
La compañía RAG invirtió en un estudio DEM
LiDAR para identificar y mitigar la presencia de
problemas potenciales antes de comenzar con la
adquisición sísmica. De las fuentes de teledetección disponibles, este levantamiento con aeronave
es el que proporciona el mapa de superficie más
preciso (arriba, a la derecha). En este caso en par-
ticular, el levantamiento identificó las localizaciones con mayor riesgo de dispersión como resultado
de los cambios de elevación abruptos. Las pendientes pronunciadas representan límites que dispersan la energía en los modos de ondas superficiales
sísmicas. La identificación del tipo y la localización
de dichos cambios superficiales ayuda a los geocientíficos a diseñar un filtro que elimina el ruido
dispersado desde una dirección específica.
10. Véase el mapa geológico incluido en Aberer F: “Die
Molassezone im westlichen Oberösterreich und in
Salzburg,” Mitteilungen der geologischen Gesellschaft
inWien 50 (1957): 23–94 (en alemán).
> La realidad del terreno. Los resultados satelitales interpretados (color) se superponen sobre un levantamiento topográfico terrestre extensivo (escala de grises) dado a conocer en 1957 (Aberer, referencia 10, utilizado con autorización). El ajuste notable,
existente en la zona de superposición, confiere seguridad en cuanto a la localización de las interpretaciones satelitales.
Primavera de 2009
49
Prospección satelital
50
En las áreas de frontera, los datos satelitales
a menudo entran en juego en las etapas más
tempranas de la exploración, mucho antes de
la planeación y el trazado del levantamiento
sísmico. En ese contexto, las imágenes satelitales se utilizan para priorizar las áreas con
posibilidades de contener prospectos de
petróleo y gas. Empleando una diversidad de
sensores, los satélites resultan especialmente
adecuados para el reconocimiento a grandes
rasgos de regiones remotas y áreas de levantamiento extensas. Los datos obtenidos con
estos diferentes tipos de sensores son útiles,
mucho más allá de su capacidad para mapear
la topografía, la geología regional, los lineamientos y las tendencias estructurales.
Los datos satelitales adquiridos en tierra se
analizan para inferir la presencia de hidrocarburos a través de signos indirectos, tales como
los cambios químicos, físicos o microbiológicos
producidos en el suelo y la vegetación. Por
ejemplo, cuando el gas se filtra hacia la superficie, desplaza parcialmente al oxígeno del
suelo para crear un ambiente pobre en contenido de oxígeno.
Esto afecta también el potencial de reducción-oxidación y el pH del suelo. Estos
cambios se manifiestan como alteraciones de
la mineralogía del suelo, tales como la formación de nuevos minerales (calcita, pirita y
uranio), mediante el descoloramiento de los
afloramientos de capas rojas o mediante
cambios electroquímicos.1
A su vez, estas permutaciones se reflejan
en la salud o el tipo de vegetación que rodea
a una filtración de gas. No sólo se agota el
oxígeno presente en el suelo, sino que los
cambios concomitantes producidos en la solubilidad de los nutrientes del suelo se traducen
en una deficiencia o exceso de los nutrientes
absorbidos por las plantas. Estos efectos se
pueden registrar en la respuesta espectral de
la planta, detectada por los sensores ópticos
del satélite. La reflectancia de las plantas
sometidas a esfuerzos a menudo es más alta
en la región visible y más baja en el infrarrojo
cercano.2 La configuración y la intensidad de
dichos indicadores puede ser importante para
la delineación de las fracturas u otras características de las acumulaciones del subsuelo, y se
ha detectado la presencia de gas a lo largo de
ciertos rasgos lineales observados en las imágenes satelitales.3
En las áreas marinas, las imágenes satelitales son útiles para el desarrollo de
exploraciones preliminares mediante la
identificación de posibles manifestaciones
superficiales de petróleo. El petróleo, que
emana de filtraciones naturales existentes en
el fondo marino, se eleva hacia la superficie
del océano donde puede ser detectado a través de las imágenes de radar e imágenes en el
dominio visible e infrarrojo. El radar de apertura sintética (SAR), en particular, muestra
un alto grado de éxito en cuanto a la detección de petróleo en la superficie del mar. Este
radar de antena lateral transmite las señales
formando un ángulo oblicuo con la Tierra y,
por consiguiente, es sensible a la retro-dispersión producida por las diminutas olas
capilares que se forman en la superficie
del océano.4
El petróleo tiende a amortiguar las olas
existentes en la superficie oceánica, produciendo una superficie lisa que refleja la mayor
parte de la señal lejos del receptor SAR. La
intensidad de la retro-dispersión es anormalmente baja sobre una superficie lisa, en
comparación con la zona adyacente. No obstante, existen numerosos factores que afectan
la interpretación y la localización de las
manchas superficiales en relación con las
aberturas del fondo marino. Entre los factores
que pueden desplazar u ocultar la presencia
de una superficie oceánica lisa se encuentran
la velocidad y la dirección del viento, las
corrientes, la nubosidad, las condiciones
meteorológicas y la vegetación marina.5
Más importante aún es el hecho de que el
amortiguamiento de las olas superficiales
puede ser atribuido a numerosos procesos
que requieren más investigación; muchas
manchas no tienen relación alguna con la
presencia de petróleo. Las celdas de lluvia,
las sombras de los vientos y el flujo de
corriente pueden suavizar ciertas áreas locales de la superficie del mar. Las láminas de
algas e incluso los desoves de corales también
afectan el movimiento del mar. Las manchas
batimétricas son generadas por la aceleración
localizada de las corrientes que fluyen sobre
los canales submarinos. Estas manchas han
sugerido la presencia de canales no registrados que fueron verificados subsiguientemente
mediante levantamientos batimétricos de
múltiples haces y alta resolución.6
Frente a la Plataforma Continental Noroeste de Australia, el radar SAR detectó la
1. Las capas rojas son estratos sedimentarios rojizos,
tales como las areniscas, las limolitas o las lutitas,
las cuales se acumularon bajo condiciones de
oxidación; el color rojo proviene de las partículas
de minerales de óxido de hierro.
2. Noomen MF, Skidmore AK y van der Meer FD:
“Detecting the Influence of Gas Seepage on
Vegetation, Using Hyperspectral Remote Sensing,”
en Habermeyer M, Mülle A y Holzwarth S (eds):
Actas del 3er Simposio sobre Espectroscopía
para Generación de Imágenes de EARSeL.
Herrsching, Alemania: ERSeL (2003): 252–255.
3. Jones VT, Matthews MD y Richers DM: “Light
Hydrocarbons for Petroleum and Gas Prospecting,”
en Hale M (ed): Manual de Geoquímica de
Exploración: Teledetección geoquímica del subsuelo,
vol. 7. Ámsterdam: Elsevier (2000): 133–212.
4. Una ola capilar es una ondulación, o una ola pequeña
de agua superficial, con una longitud de onda máxima
de 1.73 cm [0.68 pulgada]. Esta longitud de onda es tan
corta que la tensión superficial del agua en sí ejerce
una fuerza de restitución para su movimiento.
5. Hood KC, Wenger LM, Gross OP y Harrison SC:
“Hydrocarbon Systems Analysis of the Northern Gulf
of Mexico: Delineation of Hydrocarbon Migration
Pathways Using Seeps and Seismic Imaging,”
en Schumacher D y LeSchack LA (eds): Surface
Exploration Case Histories: Applications of
Geochemistry, Magnetics, and Remote Sensing,
AAPG Studies in Geology no. 48 y SEG Geophysical
References Series no. 11. Tulsa: AAPG (2002): 25–40.
6. Jones AT, Thankappan M, Logan GA, Kennard JM,
Smith CJ, Williams AK y Lawrence GM: “Coral Spawn
and Bathymetric Slicks in Synthetic Aperture Radar
(SAR) Data from the Timor Sea, North-West Australia,”
International Journal of Remote Sensing 27, no. 10
(Mayo de 2006): 2063–2069.
7. Jones et al, referencia 6.
8. La técnica de fluorescencia láser aérea (ALF) mide
la fluorescencia de los hidrocarburos aromáticos que
han sido excitados por un rayo láser disparado en la
superficie del mar. Los levantamientos ALF detectan
la presencia de acumulaciones de hidrocarburos de
un espesor de micrones.
Oilfield Review
presencia de manchas durante la bajante de
las mareas muertas nocturnas, cinco noches
después de la luna llena que se mostró entre
marzo y abril, y entre octubre y noviembre.
Estas áreas de baja retro-dispersión, de forma
anular a creciente, observadas sobre los
arrecifes de coral y los bancos de carbonatos
presentes en la porción sur del Mar de Timor,
han sido interpretadas como manchas de
desoves de coral.7 La restricción de la adquisición con el radar SAR a los momentos
predecibles en los que no se produce el
desove, ha permitido evitar la interpretación
errónea de estas manchas como manchas causadas por petróleo. Esta aplicación destaca el
potencial adicional del radar SAR como herramienta para la investigación biológica.
La identificación de manifestaciones superficiales naturales de petróleo es esencial para
la revelación de los recursos no descubiertos.
No obstante, la capacidad para determinar
qué manchas detectadas con el radar SAR son
causadas por petróleo requiere un análisis
cuidadoso de los datos auxiliares. El reconocimiento de los vínculos existentes entre las
manchas detectadas con el radar SAR y los
procesos oceanográficos o biológicos, posibilita el mejoramiento de la evaluación de los
objetivos exploratorios potenciales.
En general, las técnicas de teledetección
satelital son valiosas para la selección rápida
de áreas extensas o inaccesibles. Pueden utilizarse para dar prioridad a determinadas áreas
prospectivas de modo que sean investigadas
posteriormente con otras tecnologías, tales
como las de extracción de núcleos, fluorescencia láser aérea y levantamientos sísmicos.8 Al
igual que todas las operaciones de detección
remota, este enfoque se utiliza mejor en forma
selectiva y demuestra su valor si se verifica
con mediciones de superficie.
—MV
Utilizando el levantamiento LiDAR y trabajando con los geocientíficos de WesternGeco, la
compañía RAG reconstruyó la historia glaciar y posglaciar del área del levantamiento. A partir de este
levantamiento, los geocientíficos desarrollaron un
modelo elástico para obtener las profundidades, los
espesores, las velocidades y la atenuación de las
capas, y luego computaron las correcciones estáticas de superficie basadas en el modelo, así como
las correcciones de acoplamiento para las fuentes
y los receptores.
Las fluctuaciones locales de la señal sísmica
que resultan de las variaciones producidas en las
condiciones de acoplamiento, en general, son corregidas mediante la compensación de la amplitud.
No obstante, las variaciones de las condiciones de
acoplamiento se limitan a ciertas frecuencias, lo
cual significa que una corrección de amplitud general puede introducir ruido más que atenuarlo.
En el estudio de la compañía RAG se utilizó un método consistente en superficie que incluyó además
la corrección de la distorsión espectral en la fuente
y el receptor, resultante de las variaciones producidas en las condiciones de acoplamiento. Para llevar a cabo esta tarea, la compañía RAG cargó el
modelo DEM de alta resolución, obtenido con el
sistema LiDAR, el levantamiento sísmico y los
datos de campo en una base de datos GIS integral.
Los mapas geomorfológicos del estudio de teledetección proporcionaron información acerca de
la geología superficial local, tal como las morenas
glaciares y las ciénagas. Se observó que estos atributos, obtenidos por teledetección, se correlacionaban con el contenido de frecuencia de los
atributos sísmicos computados de las deconvoluciones espectrales, consistentes en superficie,
para la fuente, el receptor y el punto medio común
(CMP) de una mitad del levantamiento (arriba, a
la derecha). A partir de los atributos obtenidos por
teledetección y los atributos sísmicos espectrales,
los geocientíficos pronosticaron la respuesta sísmica para la otra mitad del levantamiento, que
coincidió con los datos y permitió validar el procedimiento. Debido al nivel de detalle y la extensión
areal del estudio por teledetección, la compañía
logró asegurar la consistencia de las correcciones
en todo el área de la concesión.
La riqueza de la teledetección
Dentro de la industria de E&P, la utilización de la
técnica de teledetección mediante satélites no se limita a la planeación de los levantamientos sísmicos.
11. Gras R y Stanford N: “Integration of Surface Imagery
with Subsurface Data,” artículo P-115, presentado en
la 62a Conferencia y Exhibición Técnica de la EAGE,
Glasgow, Escocia, 29 de mayo al 2 de junio de 2000.
Primavera de 2009
Atributo geomorfológico
obtenido mediante
teledetección
Atributo sísmico
espectral consistente
en superficie
Morenas, rocas duras
en faja plegada
Atributos de fuente de baja
frecuencia y CMP
Áreas compactadas
localmente, ciénagas
Atributos de fuente de alta
frecuencia y CMP
Marismas fluviales,
ciénagas
Atributos de receptor de baja
frecuencia
Ruido infraestructural
proveniente de las
áreas de incremento
Atributos de receptor de alta
frecuencia y CMP
> Correlaciones entre atributos geomorfológicos
y atributos espectrales. Por ejemplo, donde había
morenas y roca dura, los términos de la fuente y
el punto medio común (CMP), calculados mediante deconvolución espectral, exhibieron bajas
frecuencias.
También se emplea para hallar indicaciones de la
presencia de hidrocarburos (véase “Prospección
satelital,” página anterior), y en la supervisión
de yacimientos; tal es el caso del monitoreo de la
subsidencia y la planeación y el monitoreo de la
inyección de CO2.
Los resultados del análisis de teledetección se
almacenan en una base de datos GIS. Estos resultados pueden combinarse con la información y los
modelos del subsuelo para generar representaciones 3D del área de estudio.
La información del subsuelo y las propiedades
de las formaciones a menudo se incorporan en los
paquetes de modelado, tales como el software
Petrel que abarca desde la interpretación sísmica
hasta el modelado geológico.11 La integración de la
información de superficie y del subsuelo en un
solo paquete, permite la evaluación de las restricciones de superficie en el contexto de un espacio
3D compartido. Como se describe en este artículo,
dicha integración provee conocimientos valiosos
para un programa de adquisición sísmica. Además, ayuda a vincular la estructura del subsuelo
con su expresión superficial de fallas y pliegues.
La planeación de las instalaciones de perforación
y producción y de las líneas de conducción, da
cuenta tanto de las necesidades de la superficie
como de las necesidades del subsuelo, incluyendo
las restricciones ambientales.
Las imágenes satelitales que ayudan a localizar negocios y casas de amigos se están convirtiendo en herramientas útiles para nuestras vidas
cotidianas por su fácil accesibilidad a través de la
Internet. De un modo similar, las imágenes más
ricas generadas a partir de bandas que se adentran en el espectro infrarrojo se están volviendo
cada vez más indispensables para las actividades
de E&P.
—MAA
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