Sísmica de Reflexión

Sísmica de Reflexión

2. SÍSMICA DE REFLEXIÓN

2.1 Introducción

La sísmica de reflexión es una técnica ampliamente utilizada en exploración

geofísica que permite obtener información del subsuelo controlando los tiempos de

llegada de ondas elásticas (pulsos), generadas artificialmente mediante explosiones,

impactos mecánicos o vibraciones cerca de la superficie. El retorno de éstas ondas

elásticas a la superficie después de reflejarse en las distintas interfases, se registra en

sismómetros. Por tanto el objetivo básico de la sísmica de reflexión es obtener

información sobre la arquitectura interna del subsuelo, deducir información (pe.

propiedades mecánicas) acerca de las estructuras (rocas) en profundidad,

especialmente de las distintas capas que lo constituyen, a partir de los tiempos de

llegada de las ondas y extraer una imagen que lo represente. También es posible

obtener información de las amplitudes y frecuencias de éstas ondas.

Un experimento estándar de sísmica de reflexión consiste en la generación de

un frente de ondas acústico controlado, y equipo de registro que detecte la energía

acústica propagada a través de medio. Esta metodología se puede aplicar en medios

marinos y terrestres, aunque es sustancialmente diferente. En esta memoria se

desarrollará fundamentalmente lo referente al medio marino.

La utilización a gran escala de la sísmica de reflexión marina data de los años

60, y su impulso es debido fundamentalmente a la exploración petrolera. A pesar de la

hostilidad del medio, el coste promedio respecto a la sísmica terrestre es del orden de

un 80% mas barato, de ahí su masiva utilización en prospección de hidrocarburos. Una

de las grandes ventajas de la sísmica de reflexión marina es la posibilidad de realizar

adquisición de datos en continúo a lo largo de perfiles previamente determinados.

Un experimento de sísmica de reflexión de los años 90 consiste en primer

lugar en la generación de una fuente acústica a bordo de un buque oceanográfico. En

las últimas décadas se ha propuesto y utilizado diferentes métodos que van desde

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explosiones controladas, pasando por inyección de vapor de agua (vaporchoc, steam

gun), generación de una diferencia de potencial eléctrico elevada (sparker), hasta los

conocidos cañones de aire comprimido (airgun). Sin lugar a dudas, estos últimos son

los de mayor éxito por su inocuidad y eficacia. Actualmente se ha pasado de la

utilización de un “simple” cañón de aire, a lo que se conoce como una ristra de

cañones sincronizados que permiten no solo aumentar la cantidad de energía sino

conseguir un pulso “estrecho” (quasi delta de dirac) que garantiza la utilización de los

nodos principales de la energía liberada. El diseño de estas ristras depende del tipo de

experimento a realizar, pero de manera genérica estos se disponen en la popa de buque

a una cierta distancia (5-10 m) para evitar el ruido de cavitación. Al objeto de mejorar

el contenido de frecuencias se suelen utilizar cañones con distintas cámaras de aire

comprimido, la sincronización de los distintos cañones se realiza para conseguir una

interferencia constructiva de la señal que nos permita una mayor energía y por tanto

penetración en el subsuelo.

Otro elemento básico en la adquisición de sísmica de reflexión marina es el

cable registrador conocido como “streamer”. Este consiste en una serie de grupos de

hidrófonos (canales) convenientemente espaciados que registran la señal acústica

procedente del suelo y subsuelo marino. Tanto el número de canales como el espaciado

puede ser variable dependiendo de los objetivos a alcanzar. Por lo general los streamer

utilizados en el mundo académico oscilan entre 2.4 km y 4.5 km de longitud, lo que

supone 96 canales espaciados 25 m, hasta 360 canales con un espaciado de 12.5 m,

naturalmente entre estos dos extremos existen múltiples combinaciones que en

definitiva depende de los objetivos. Al objeto de evitar ruidos superficiales (oleaje,

motor, etc) el cable registrador suele ir entre 5 y 10 m por debajo de la superficie del

mar. Los hidrófonos registran los cambios de presión del agua debidos al paso del

frente de ondas acústicas generada por las explosiones en un número de puntos

regularmente espaciados a lo largo de un perfil que pasa por el punto de tiro. El

aspecto general de la señal registrada (traza) es la de un sismograma (similar al de un

terremoto).

Las señales analógicas registradas en los hidrófonos son preamplificadas y

filtradas, para posteriormente pasar a un A/D (Convertidor Analógico-Digital) al

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objeto de obtener la señal discretizada a intervalos regulares de tiempo (normalmente

entre 4 y 8 ms). Estos datos generalmente están multiplexados (datos secuenciales en

tiempo). Finalmente, se almacenan los registros digitales en un soporte magnético ya

sea 8mm (exabytes), 4mm (DAT), CDRom, etc.

Posteriormente se realiza el demultiplexado (se pasan los datos de un formato

secuencial en tiempo a otro secuencial en trazas), matemáticamente la operación

corresponde a la trasposición de una matriz.

En el caso concreto de la campaña geofísica CORTES-P96 (Crustal Offshore

Research Transect from Extensive Seismic Profiling) que nos ocupa en este trabajo,

efectuada entre el 21 de abril y el 2 de mayo de 1996, se adquirieron 1500 millas de

sísmica de reflexión a bordo del B/O Hespérides. El frente de ondas se generó

mediante una ristra de cañones de aire comprimido con un volumen máximo de 2775

cu. in. (pulgadas cúbicas) compuesta por dos grupos. El primero de ellos con 5

cañones en línea de capacidades 140,335,500,265,535 cu. in., y el segundo con un solo

cañón de 1000 cu. in. para obtener penetración más alta. Los dos grupos se

sincronizaron para disparar cada 30 s a través del sistema GPS del barco obteniendo un

fold (número de trazas por CDP) de 16 y unos registros de tiros de 12 segundos de

longitud muestreados a un intervalo de 4 ms. Los grupos de cañones estaban separados

30 m del barco. Por otra parte, el streamer estaba compuesto por 96 grupos de

hidrófonos separados 25 m dando un total de 2400 m de longitud separados 145m de

la popa del barco.

2.2 Procesado de los datos

2.2.1 Introducción al procesado sísmico

Mientras que en tierra un geófono registra variaciones en el movimiento, en

mar el hidrófono registra variaciones en la presión, como consecuencia de la excitación

del medio debido a inyección de energía acústica liberada por los cañones de aire u

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otro método que genere un frente de ondas. Estas variaciones de presión se convierte

en pulsos eléctricos que a través de pre-amplificadores y filtros específicos

proporcionan un evento sísmico. Un registro sísmico completo consiste en la energía

liberada por un disparo (o varios) y que reflejado en las distintas interfases (variaciones

de impedancia acústica) se registra en una “ristra de hidrófonos “. Así pues, la señal

registrada por el sensor es una superposición de la energía liberada por el cañón de aire

y la devuelta por el subsuelo.

La representación de la variación de presión en función del tiempo se le

denomina representación espacio-temporal, y representa la evolución de la energía

(reflejada/refractada por el subsuelo) en función del tiempo. Mientras que la

representación de las amplitudes en función de su ciclicidad (de su repetición), se

denomina representación en función de la frecuencia, o espectro de amplitudes. El

tratamiento correcto de estas series de datos temporales es lo que conformará un

imagen o “radiografía” del subsuelo marino. Las eventos registrados consisten en

señales coherentes (señales sísmica) y ruido que también puede ser coherente. Una vez

realizados lo oportunos filtros para realzar la relación señal/ruido, y después de

eliminar trazas erróneas, se analizan los datos en el dominio temporal y en el

frecuencial. Para ello es necesario aplicar una transformada de Fourier al objeto de

pasar del dominio de tiempos al dominio de frecuencias, y aplicar una convolución

(que en el dominio de frecuencias es una simple multiplicación) o filtro lineal,

entendiendo que la Tierra actúa de filtro para las ondas sísmicas. Por tanto el registro

sísmico registrado será el sumatorio de las sucesivas convoluciones entre el disparo (o

pulso sísmico) y la respuesta del impulso de la tierra (distintas capas) a través de la

cual se propaga el frente de ondas. Para medir similitudes entre dos conjuntos de

datos, se utilizará la autocorrelación que permite saber la repetición de una secuencia

determinada de amplitudes dentro de un mismo sismograma.

Sistema de Adquisición de datos

El sistema de adquisición en sísmica de reflexión básicamente está compuesto

por un modelo de fuentes, una dispersión de receptores y un conjunto de instrumentos

digitales de registros.

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Los primeros

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