Visualización del subsuelo profundo a lo largo del perfil Iberseis

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA - ESPAÑA UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR - VENEZUELA MARÍA CAROLINA GUÉDEZ Tutor: Dr. Ramón Carbonell Barcelona, Noviembre 2003. V ISUALIZACIÓN DEL SUBSUELO POCO PROFUNDO A LO LARGO DEL PERFIL IBERSEIS AGRADECIMIENTOS AGRADECIMIENTOS Especialmente al “Profesor” Ramón Carbonell por sus enseñanzas y por todo el tiempo invertido en este proyecto. A mis padres por su amor y apoyo incondicional. A mi familia en general porque sin importar donde me encuentre los siento a mi lado en cada paso. A David e Isaac por tener tanta paciencia y por compartir sus conocimientos conmigo. A todas las personas del Instituto Jaume Almera quienes de una u otra forma me han hecho sentir parte de él. Mención aparte merece el Dr. Andrés Pérez-Estaún quien amablemente me ha brindado su ayuda en más de una oportunidad. A tí, por estar siempre y no fallarme nunca. INDICE i INDICE RESUMEN ..................................................................................................................1 ABSTRACT................................................................................................................. 2 CAPÍTULO I.- INTRODUCCIÓN.................................................................................3 CAPÍTULO II.- MARCO GEOLÓGICO Y GEOFÍSICO...............................................6 CAPÍTULO III.- HERRAMIENTAS DE PROCESADO .............................................. 11 1.- Edición de Trazas ..................................................................................................12 2.- Deconvolución .......................................................................................................12 3.- Filtros de Frecuencia .............................................................................................12 4.- Ganancia, Dispersión Geométrica y Balanceo ......................................................13 5.- Geometría de Campo ............................................................................................16 6.- Correcciones Estáticas ..........................................................................................16 7.- Reagrupación por CMP .........................................................................................19 8.- Análisis de Velocidades.........................................................................................20 9.- Corrección NMO (“Normal Move Out”) ..................................................................21 10.- Apilado o “Stack”..................................................................................................24 11.- Migración .............................................................................................................24 CAPÍTULO IV.- PARÁMETROS DE ADQUISICIÓN ................................................ 25 CAPÍTULO V.- SECUENCIA DE PROCESADO ...................................................... 27  Edición de Trazas .................................................................................................27  Diseño y Aplicación de Filtro de Frecuencia.........................................................28  Definición de las Geometrías de Apilado (Recta y Curva)....................................31  Agrupación por CMP para cada geometría...........................................................32  Cálculo y Aplicación de Correcciones Estáticas ...................................................32  Análisis de Velocidades y Corrección NMO..........................................................35  Apilado..................................................................................................................36  Aplicación de Ganancia en Amplitudes ................................................................36 CAPITULO VI.- DISCUSIÓN DE RESULTADOS..................................................... 37 CAPITULO VII.- CONCLUSIONES........................................................................... 41 CAPÍTULO VIII.- BIBLIOGRAFÍA.............................................................................42 INDICE DE FIGURAS ii INDICE DE FIGURAS Figura 1.- Mapa de Europa donde se resalta el fragmento del Cinturón Varisco expuesto en el Macizo Ibérico.............................................................................6 Figura 2.- Ubicación geográfica del perfil IBERSEIS y las zonas geológicas del Arco Ibero-Armónico en España. ........................................................................8 Figura 3.- Sección geológica de la zona estudiada por IBERSEIS ...........................8 Figura 4.- Secuencia Estándar de Procesado..........................................................11 Figura 5.- Función de ganacia (PGC) aplicada a la traza sísmica...........................15 Figura 6.- Geometría de onda refractada y registro de primera llegadas para un refractor plano..............................................................................................17 Figura 7.- Geometría de onda refractada para un refractor buzante. Tiempo de viaje directo e Inverso asociados a la primera llegada......................................17 Figura 8.- Geometría “Plus-Minus Method” y “Generalized Reciprocal Method” (GRM) para un refractor plano. .........................................................................18 Figura 9.- Geometría Punto Medio Común o "Common Mid-Point" para un reflector plano. ..................................................................................................19 Figura 10.- Geometría Punto Medio Común o “Common Mid-Point” para un reflector buzante. ..............................................................................................20 Figura 11.- Geometría de trayectoria de rayo en un reflector plano........................21 Figura 12.- Representación del efecto “stretch” para un evento.............................23 Figura 13.- Ubicación geográfica detallada del perfil IBERSEIS y dominios estructurales que atraviesa. ..............................................................................25 Figura 14.- Edición de Trazas para el Disparo 1800. A la derecha el “shot gather” muestra un conjunto de trazas que no muestran ninguna reflexión, estas trazas son eliminadas tal como se muestra en el “shot gather” de la izquierda............................................................................................................27 Figura 15.- Aplicación del filtro “Notch” al Disparo 3000. A la derecha el análisis de frecuencia realizado al “Common Shot-Gather” en donde además de las frecuencias correspondientes a las ondas superficiales destaca un pico de 50 Hz. A la izquierda se muestra el análisis realizado una vez se ha aplicado el filtro..........................................................................29 INDICE DE FIGURAS iii Figura 16.- Aplicación del filtro de Tiempo Variable al Disparo 1. A la izquierda se observa el “Common Shot-Gather” al cual se le realiza aun análisis para estudiar el contenido de frecuencia de la señal. A la izquiera se muestra el resultado de la corrección. ..............................................................30 Figura 17.- Geometría de apilado Recta en el intervalo de CDP 2200 – 5000 (Nueva numeración)..........................................................................................31 Figura 18.- Geometría de apilado Curva en el intervalo de CDP 2200 – 5200 (Nueva numeración)..........................................................................................32 Figura 19.- Regresión lineal de las primeras llegadas determinadas de los registros con la determinación de la velocidad de la capa más superficial. A la izquierda la regresión lineal que incluye todos los “offsets” del tendido de adquisición y a la derecha sólo se incluyen los tiempos de las primeras llegadas inferiores a los primeros 400 m...........................................................33 Figura 20.- Valores de las correcciones estáticas obtenidos para todo el perfil (Superior). Modelo utilizado para el cálculo de las correcciones, en azul la topografía, en verde el “datum” y en rojo el modelo de la capa de baja velocidad...........................................................................................................34 Figura 21.- Modelo de velocidades generado para la zona comprendida entre los CDP’s 4150 – 7150 (Numeración original) . ................................................35 Figura 22.- Modelo de velocidades suavizado para la zona comprendida entre los CDP’s 4150 – 7150 (Numeración original) . ................................................35 Figura 23.- (a) Sección Apilada en Bruto para la Geometría Recta. (b) Sección Apilada de Bruto para la Geometría Curva. (c) Sección Apilada con Correcciones Estáticas para la Geometría Recta. (d) Sección Apilada con Correcciones Estáticas para la Geometría Curva. Considérese la separación entre CDP´s = 17,5 m.....................................................................39 Figura 24.- (a) Sección Apilada en Bruto para la Geometría Recta. (b) Sección Apilada de Bruto para la Geometría Curva. (c) Sección Apilada con Correcciones Estáticas para la Geometría Recta. (d) Sección Apilada con Correcciones Estáticas para la Geometría Curva. Considérese la separación entre CDP´s = 17,5 m.....................................................................40 RESUMEN 1 RESUMEN El conocimiento de la superficie a niveles poco profundos es importante ya que ella es fuente de numerosos recursos naturales y además estos primeros metros de la corteza terrestre se encuentran bajo la influencia directa de la mayor parte de la actividad humana. En este sentido las diferentes técnicas de prospección geofísica se revelan como una herramienta básica para el estudio del subsuelo, siendo aplicadas con éxito a un amplio espectro de problemas asociados a la ingeniería civil, la geología, estudios de suelo, hidrogeología, prevención y detección de riesgos naturales, exploración y explotación de recursos minerales, ubicación almacenamientos de residuos (tóxicos y no tóxicos), detección de cavidades y túneles en el subsuelo, entre otras. El perfil de sísmica de reflexión profunda IBERSEIS tiene como objetivo principal el estudio de la Cordillera Varisca del suroeste de la Península Ibérica que es parte del Arco Ibero-Armónico. Concretamente, atraviesa los tres dominios tectónicos que forman el orógeno: la Zona Sudportuguesa (SPZ), la Zona de Ossa-Morena (OMZ) y la Zona Centro-Ibérica (CIZ) que son de particular importancia para la comprensión de la evolución tectónica de la corteza y el manto de la región. Las suturas entre los dominios, SPZ-OMZ y OMZ-CIZ constituyen estructuras complejas que incluyen fallas (que han estado activas en distintos regímenes de deformación compresión, transpresión). Los parámetros de adquisición del perfil sísmico se diseñaron de manera que permitieran obtener imágenes del subsuelo poco profundo. Las características únicas de los datos permiten estudiar el efecto que tienen sobre la calidad de la imagen la aplicación de algoritmos de procesado especializado pre-stack (previas al apilado). El trazado del perfil IBERSEIS es particularmente quebrado, no bidimensional, y se caracteriza por tener variaciones topográficas importantes (que pueden llegar a 700 m). Estas características introducen dificultades importantes cuando se pretende visualizar el subsuelo poco profundo. La tridimensionalidad de la geometría de adquisición (geometría quebradiza) hace que los CMP’s se encuentren repartidos en una banda ancha en el entorno de la traza de adquisición, y no dibujan una línea recta. La diferencia en la elevación entre fuentes y receptores y las importantes variaciones laterales de velocidad introducen una complejidad adicional, un error en los tiempos de viajes que distorsiona la verdadera geometría de las estructuras del subsuelo. Para obtener una imagen del subsuelo poco profundo las correcciones estáticas serán imperativas en el caso de IBERSEIS. Para el correcto procesado de los datos es necesario la aplicación de un apilado no convencional que tome en consideración la tridimensionalidad de la adquisición, seleccionando una geometría de apilado adecuada y realizando las correcciones estáticas correspondientes. Se han comparando distintas geometrías de apilado: una que extrapola una recta entre los extremos y otra que sigue de manera rigurosa las zonas de mayor densidad de CDP’s. Para el cálculo de las correcciones estáticas se utilizó el “Generalized Reciprocal Method”. En la sección apilada resultante se ha observado que la sección con geometría curva, y a la cual se le han aplicado correcciones estáticas muestran un notable incremento en la calidad de la imagen. Los eventos presentan una mejor definición y se revelan reflexiones en las zonas más superficiales en donde las diferencias son particularmente evidentes. ABSTRACT 2 ABSTRACT Knowledge of the shallow subsurface is important since it is source of numerous natural resources and besides, these first meters of the terrestrial crust are under the direct influence of most of the human activity. In this sense the different geophysical prospecting techniques are revealed as a basic tool for the study of the subsoil. It has being applied successfully to a broad spectrum of problems associated with civil engineering, geology, studies of the ground, hydrology, prevention and detection of natural risks, exploration and explotation of mineral resources, nuclear waste, detection of underground cavities and tunnels, among others. The IBERSEIS deep seismic reflection profile has as primary target the study of the Variscan Orogen located at Southwest of the Iberia Peninsula, it is part of the Ibero-Armonic Arc. The profile crosses the three main tectonic terranes that form the orogen: The Southern Portuguese Zone (SPZ), the Ossa-Morena Zone (OMZ) and the Central Iberian Zone (CIZ). The suture zone between these terranes, SPZ-OMZ and OMZ-CIZ constitute complex structures that include faults (that are been active in different regimes from deformation compression, transgression). The acquisition parameters have been designed so that it is possible to obtain images of the shallow subsurface. The unique characteristics of the data allow to study the effect that specialized pre-stack processing algorithms have on the quality of the seismic image. The layout of IBERSEIS profile is particularly irregular, not two-dimensional, and it presents important topographic variations (they can reach at 700 m). These features introduce difficulties when visualizing the shallow subsurface. Due to the irregularities in the acquisition geometry the CMP's are distributed in a broad band along the acquisition trajectory, and they do not define a straight line. The differences in the elevation between sources and receivers and the lateral variations of velocities introduce travel time shifts that distort the geometry of the crustal structures. In order to obtain an image of the shallow subsurface along the IBERSEIS detailed statics corrections are imperative. Therefore a nonconventional processing flow is necessary. The processing flow needs to take into account: the three-dimensionality of the acquisition geometry (crooked-line processing) and carefully designed statics corrections. Stacks of the seismic data with different CMP geometries, and with and without statics are compared to identify the optimal processing flow for shallow subsurface imaging along the IBERSEIS seismic profile. CAPITULO I.- INTRODUCCIÓN 3 CAPÍTULO I.- INTRODUCCIÓN El subsuelo poco profundo es fuente de innumerables recursos naturales (agua y minerales) y es el albergue artificial de nuestros desechos tóxicos y no-tóxicos. Importantes depósitos fluviales y glacio-fluviales que contienen acuíferos de agua fresca subyacen bajo centros densamente poblados y en consecuencia son susceptibles a la contaminación originada por derrames químicos, filtraciones en depósitos de desperdicios y ríos contaminados. Hoy en día se conoce que el flujo de agua subterránea es considerablemente influenciado por la naturaleza de la geología superficial, adicionalmente investigaciones modernas han demostrado que las predicciones en el transporte de sustancias contaminantes requiere del conocimiento de la distribución de las unidades sedimentarias con alta permeabilidad y/o fracturación. El conocimiento del subsuelo la superficie a niveles poco profundos es importante, no solo porque provee un recurso tan valioso como el agua, sino además porque los primeros metros están bajo la influencia de la mayor parte de la actividad humana. En este sentido las diferentes técnicas de prospección geofísica se revelan como una herramienta básica para el estudio del subsuelo siendo aplicadas con éxito a un amplio espectro de problemas asociados a la ingeniería civil, la geología, estudios de suelo, hidrología, prevención y detección de riesgos naturales, exploración y explotación de recursos minerales, ubicación de desechos nucleares, detección de cavidades y túneles en el subsuelo, entre otras. Las técnicas de sísmica de reflexión terrestre de alta resolución han avanzado significativamente durante las últimas décadas. En Steeples et al. (1997) [1] se puede encontrar un resumen de las investigaciones y temas relacionados con este campo, también algunas publicaciones describiendo los resultados obtenidos en perfiles de reflexión superficial puede consultarse en un apartado especial de “Geophysics” hecho público en 1998. Cabe destacar también investigaciones realizadas por el grupo dentro del que se ha realizado el presente trabajo. El desarrollo tecnológico se ha centrado en el diseño de fuentes y receptores, métodos innovadores de procesado de datos y simulaciones computarizadas. CAPITULO I.- INTRODUCCIÓN 4 La información aportada por los perfiles sísmicos profundos para el conocimiento de la estructura terrestre tiene una gran relevancia científica y económica y por ello se han impulsado programas internacionales como LITHOPROBE (Canadá), COCORP (USA), BIRPS (UK), DEKORP (Alemania), ECORS (Francia) que han tenido un gran éxito. En Europa estudios de la estructura y dinámica de la litósfera, que incluyen como componente principal la adquisición de perfiles sísmicos profundos, han sido promovidos por la European Science Foundation a través de EUROPROBE [2]. En particular los proyectos auspiciados por EUROPROBE han demostrado con creces la importancia de este tipo de datos tal es el caso de los proyectos URSEIS [3] y más recientemente IBERSEIS [4]. El perfil IBERSEIS de sísmica de reflexión profunda, que cruza Sierra Morena, tiene como objetivo principal el estudio del Orógeno Varisco del suroeste de la Península Ibérica; una cordillera originada por una colisión oblicua de tres fragmentos continentales (Zona Sudportuguesa, Zona Ossa-Morena y Zona Centroibérica). La sección sísmica proporciona una imagen de las suturas ilustrando su geometría en profundidad. Además este perfil revela la existencia de un despegue entre la corteza superior e inferior y la presencia de un cuerpo en la corteza media muy reflectante y con un espesor bastante irregular por debajo de la Zona Ossa-Morena. Los parámetros usados en la adquisición de los datos sísmicos del perfil IBERSEIS permiten obtener imágenes de alta resolución del subsuelo poco profundo a los largo de la transecta. La obtención de estas imágenes requiere un procesado específico distinto al utilizado en la obtención de la imagen cortical. Las imágenes de altas resolución, necesarias para visualizar el subsuelo poco profundo, permiten correlacionar y extender en profundidad las estructuras y cuerpos estudiados en superficie. Para obtener el apilado o “stack” se requiere de múltiples etapas de procesado. En esta memoria se han estudiado dos etapas que tienen una mayor incidencia en la obtención de una imagen de gran calidad. Estas etapas son: la elección de la geometría de apilado y las correcciones estáticas. El fundamento de la sísmica de reflexión es la redundancia obtenida gracias a las trazas de un CMP. La señal se emite desde una fuente; viaja por el subsuelo y se registra en el receptor dando lugar a una traza. Un CMP es un conjunto de trazas CAPITULO III.- HERRAMIENTAS DE PROCESADO 11 CAPÍTULO III.- HERRAMIENTAS DE PROCESADO Una secuencia de procesado convencional (Figura 4) consiste en las etapas fundamentales que se realizan desde el momento en que se adquieren los datos sísmicos hasta el apilado o “stack”. En este capítulo realizaremos una breve descripción de las herramientas utilizadas en el procesado y será en el Capítulo V donde se explique como se utilizaron en este trabajo. Figura 4.- Secuencia Estándar de Procesado CAPITULO III.- HERRAMIENTAS DE PROCESADO 12 El procesado de datos de sísmica de reflexión para la obtención del apilado tiene un marcado carácter iterativo. Esto implica que cada etapa supone una mejora de la imagen que puede resultar en un aumento de la resolución o precisión de los parámetros utilizados en etapas anteriores. En consecuencia se repite la secuencia de procesado varias veces, utilizando parámetros distintos. La secuencia de procesado consta de un gran número de etapas. No es el objetivo de esta memoria el análisis y descripción detallada de cada uno de ellas, por lo tanto nos centraremos en las que son de mayor uso sin describirlas en profundidad. Para una descripción detallada se pueden consultar manuales específicos como: Yilmaz (1987, 2001) [17,18], Sheriff (1995) [19], etc. 1.- Edición de Trazas: Con este procedimiento se eliminan aquellas trazas que por efectos de ruido ambiental, mal acoplamiento de los receptores, presencia de monofrecuencias, etc., no contengan información de utilidad [16]. 2.- Deconvolución: Consiste en un proceso que incrementa la resolución temporal de los datos por medio de la compresión de la ondícula sísmica. Generalmente se aplica antes del apilado, aunque también se puede aplicar a secciones ya apiladas. El modelo convolucional se fundamenta en ciertas premisas; entre ellas que la tierra se puede considerar como un modelo de capas horizontales con velocidades constantes, que la señal emisora es compresional y no incluye energía de cizalla, que el frente de onda generado es invariable en su paso por el subsuelo, etc. Por medio de un complejo tratamiento matemático se demuestra que el modelo es robusto aún cuando las consideraciones iniciales sean cuestionables [19]. 3.- Filtros de Frecuencia: El equipo de adquisición registra la señal emisora junto con todas las demas señales ambientales y conversiones de las ondas sísmicas. Mediante el filtro paso-banda se seleccionan las frecuencias que correspondan a la señas y se atenúnan las que corresponden al ruido ambiental. El Filtro de Paso-Banda es un filtro frecuencial de una forma aproximada a un trapezoide. El diseño de éste se especifica mediante la indicación de las cuatro CAPITULO III.- HERRAMIENTAS DE PROCESADO 13 frecuencias que corresponden a las esquinas del trapezoide, de manera tal que todas aquellas frecuencias que no correspondan al área interior del trapezoide se atenúan en mayor o menor medida [20]. Si el ruido y la señal están separados en el dominio frecuencial, entonces el filtro Paso-Banda se puede aplicar a las trazas para atenuar el ruido ambiental. En general el ruido de mayor amplitud lo constituyen las ondas superficiales o “ground roll” que está caracterizado por bajas frecuencias. En el caso de IBERSEIS también aparece una señal monofrecuencial centrada en 50 Hz. Esta señal monocromática corresponde a ruido eléctrico. Una vez aplicados los filtros paso-banda el ruido, señal contaminante, se atenúa y en consecuencia es posible observar con mayo nitidez las reflexiones. También es común la aplicación de otro tipo de filtros de frecuencia que no requieren ser diseñados con tanta meticulosidad, como el filtro Paso-Alto o el Paso Bajos que permite establecer el límite superior o inferior, respectivamente, de las frecuencias deseadas. El filtro de Banda de Rechazo es equivalente al filtro Paso-Banda pero en lugar de incluir las frecuencias dentro del trapezoide las excluye. El filtro “Notch” se aplica cuando la frecuencia indeseada es muy específica y por lo tanto es posible eliminarla directamente. Se disminuye progresivamente el valor de las amplitudes para un rango de frecuencias cercanas a la que se desea ser suprimir totalmente, la amplitud asignada a ésta será cero. 4.- Ganancia, Dispersión Geométrica y Balanceo: Las amplitudes sísmicas son mayores en el campo cercano a la fuente tanto en el espacio como en el tiempo, en consecuencia se muestran eventos reflectivos muy débiles o inexistentes en las trazas de “offset” lejano. El paso de la onda a través del suelo, considerando un medio homogéneo, produce dos tipos de efectos en el frente de propagación. El primero se origina debido a que la densidad de la energía (ρ) decae proporcionalmente a 1/r2, donde r corresponde al radio del frente de onda. De esta manera la amplitud, que es proporcional a la raíz cuadrada de ρ, decae como 1/r. Intuitivamente podemos decir que a medida que la señal se propaga en el subsuelo el frente de onda se hace mayor con lo cual la energía se distruibuye en un área mayor, además al incrementarse la velocidad con la profundidad este efecto se CAPITULO III.- HERRAMIENTAS DE PROCESADO 14 acentúa. La segunda pérdida de energía es debido a la absorción de las altas frecuencias que es más rápida que la de las bajas frecuencias, con lo cual se pierde gran parte del contenido inicial de la señal. La corrección por dispersión geométrica o “geometrical spreading correction” se aplica para tratar de corregir el primer efecto mencionado y se considera a la tierra no como un medio homogéneo sino como un modelo de capas [17,18]. En este caso la función viene dada por la expresión: () () () ()             =00 2 t t v tv tg (Ecuación 1) donde v(0) corresponde a la velocidad para a un tiempo t(0) inicial. También se utilizan funciones tal que: ( ) et tg || α = (Ecuación 2) donde α es la constante de atenuación. Estas expresiones no son únicas ya que los mecanismos de atuación continuan siendo objeto de estudio, de hecho algunas expresiones derivadas incluyen una mayor dependencia con el “offset”: En la práctica varios tipos de ganancia se utiliza para tratar de solventar el segundo problema planteado y dependiendo del método utilizado se establecen ventanas temporales en donde las amplitudes incluídas son multiplicadas por un valor escalar determinado. Algunos tipos de ganancia son: • “Programed Gain Control (PGC)”: es el tipo de ganancia mas simple. Consiste en multiplicar los valores de las amplitudes por determinados escalares que se seleccionan manualmente de forma tal que los mayores son asignados en los tiempos mas profundos. La longitud de la ventana temporal es variable y ajustada a las necesidades. La curva envolvente resultante de la extrapolación es la funcion PGC que es una función g(t). En la Figura 5 observamos que para cada una de las 4 CAPITULO III.- HERRAMIENTAS DE PROCESADO 15 ventanas se ha seleccionado un valor (en el centro de la ventana) que posteriormente se aplica a la traza adquirida [18]. Figura 5.- Función de ganacia (PGC) aplicada a la traza sísmica. • “Automatic Gain Control (AGC)”: este tipo de algoritmo modifica la amplitud de la traza de manera variable en el tiempo y las ventanas temporales poseen una longitud constante a lo largo de la traza. La selección de los escalares puede realizarse por diversos métodos como el de Amplitud RMS (Root Mean Squared) o la Amplitud Instantánea y en ambos casos la función se aplica a lo largo de toda la traza y a cada traza. Se sugiere aplicarla durante las ultimas etapas del procesado ya que en cierta medida distorsiona las amplitudes reales y el contenido frecuencial de la señal [18]. Las ventanas temporales generalmente tienen valores entre 256 – 1024 ms, ventanas menores pueden originar una perdida importante en el carácter de la señal y ventanas mayores no muestran una gran efectividad. Además la aplicación indebida de Ganancia puede originar que sea imposible distinguir entre reflectores de distinta impedancia con lo cual debe realizarse de manera muy cuidadosa. El CAPITULO III.- HERRAMIENTAS DE PROCESADO 16 balanceo no se considera propiamente como un tipo de ganancia ya que este procedimiento se realiza a cada traza en un grupo de trazas con la finalidad de que todas tengan el mismo nivel de Amplitud RMS. La ganancia es aplicada también durante otras etapas del procesado dependiendo de los datos y de los resultados que deseen ser obtenidos. 5.- Geometría de Campo: Consiste en la asignación de las coordenadas de las fuentes y receptores en las cabeceras de las trazas. La información de las coordenadas es indispensable para realizar el procesado ya que en función de ellas será definida la ubicación de los CDP´s. Esta geometría, al igual que toda la información presente en las cabeceras, puede ser modificada posteriormente. 6.- Correcciones Estáticas: Las variaciones topográficas (debidas al relieve), entre los puntos receptores y las fuentes emisoras, y los altos contrastes laterales de velocidad existentes en la parte mas superficial del subsuelo causan distorsiones importantes en la verdadera geometría y ubicación temporal de los reflectores en una sección sísmica de manera que las correcciones estáticas son una etapa del procesado que intenta subsanar este problema. Las correcciones estáticas requieren un conocimiento detallado de la estructura de la capa más superficial denominada también capa de baja velocidad o “weathering” (Vw). Una corrección fiable requiere que la velocidad de la capa de baja velocidad, sus variaciones laterales y la geometría sean conocidas [21]. Para determinar la velocidad y la geometría en el caso de IBERSEIS se usa el método de refracción. Un rayo refractado en un modelo de capas planas con un ángulo θ crítico se desplaza a través de la interfase con una velocidad Vb y se registra primero que el rayo que viaja en la capa de baja velocidad. Las velocidades se calculan en los registros a partir del valor de las pendientes en la primera llegada en los registros. El tiempo para x=0 tiene una relación directa con la profundidad Z que se puede estimar a partir del tiempo de intercepción (x=0) para el cual luego de recorrer una distancia Xc ambos rayos llegan en el mismo instante (Figura 6) [17]. CAPITULO III.- HERRAMIENTAS DE PROCESADO 17 Figura 6.- Geometría de onda refractada y registro de primera llegadas para un refractor plano. Para un refractor buzante como el mostrado en la Figura 7 el principio es el mismo pero ahora se requiere del tiempo inverso (recíproco). Se obtienen los valores de Vb y Vw, la ZR y la geometría de la base de la capa de baja velocidad. En este caso es necesario considerar un buzamiento φ y como consecuencia las profundidades ZF y ZR, correspondientemente Z en la fuente y en receptor, son distintas. Figura 7.- Geometría de onda refractada para un refractor buzante. Tiempo de viaje directo e Inverso asociados a la primera llegada. CAPITULO III.- HERRAMIENTAS DE PROCESADO 18 El procedimiento requiere un cuidadoso estudio de los tiempos de viaje de la onda. Existen algoritmos bien establecidos que solucionan este problema: “Plus-Minus Method” y el “Generalizad Reciprocal Method”. Hagerdoorn (1959) [22] formuló un método denominado “Plus-Minus” que permitiera conocer indirectamente ti y Vb y se fundamenta en la utilización de dos valores de tiempo, uno directo (t+) y uno inverso (t-). Siguiendo la geometría de la Figura 8 tenemos: ABFGDEFGABCD tttt − + =+ (Ecuación 3) ABFGDEFGABCD tttt + − =− (Ecuación 4) Figura 8.- Geometría “Plus-Minus Method” y “Generalized Reciprocal Method” (GRM) para un refractor plano. De la trayectoria de rayo tenemos: VbVw VwVbZ tit 22 2− ==+ (Ecuación 5) CAPITULO III.- HERRAMIENTAS DE PROCESADO 19 () ++=− t Vb X t2 (Ecuación 6) Considerando las Ecuaciones 3 y 4 derivamos ti y Vb, porque t+ y tse calculan en la selección de las primeras llegadas, sin embargo es necesario realizar una estimación de los valores Vw y Z que satisfagan las ecuaciones presentadas. Para el GRM (“Generalizad Reciprocal Method”) la geometría (Figura 8) incluyen dos geófonos D1 y D2 que registran las emisiones desde A y G. Este método fue propuesto por Palmer (1981) [23,24] y es una extensión “Plus-Minus”, en donde: Vb DD tttt ABFGEFGDABCD 21 12 −−+=+ (Ecuación 7) ABFGEFGDABCD tttt + + =− 12 (Ecuación 8) El GRM tiene aplicación fundamental para los casos en donde los reflectores son ondulantes o presentan buzamiento. 7.- Reagrupación por CMP: La reagrupación de las trazas de acuerdo a su Punto Medio Común (o CMP por sus siglas en inglés) es uno de los pasos fundamentales durante el procesado de los datos obtenidos. Figura 9.- Geometría Punto Medio Común o "Common Mid-Point" para un reflector plano. CAPITULO III.- HERRAMIENTAS DE PROCESADO 20 Cada traza posee un CMP asociado en su cabecera que ha sido asignado considerando la distancia entre la fuente y el receptor así como su ubicación espacial. Nótese que para un mismo CMP los “offsets” entre fuentes y receptores son variables (Figura 9), por lo tanto al realizar la reagrupación es necesario realizar algunas correcciones en el tiempo de aparición del reflector en cada traza de manera tal que simule una traza de “offset” cero. Estos tipos de correcciones se conocen como NMO y DMO (“Normal Move Out” y “Dip Move Out” respectivamente). Al tener todas las trazas corregidas para un mismo CMP se puede realizar el apilado. Figura 10.- Geometría Punto Medio Común o “Common Mid-Point” para un reflector buzante. Es de vital importancia aclarar la terminología CMP y CDP (“Common Depth Point”). En general estos términos se utilizan de manera indiferente, sin embargo al observar la Figura 9 y la Figura 10 observamos que el CDP coincide en su ubicación geográfica con el CMP únicamente cuando el reflector es plano, si existe buzamiento la proyección del CDP en superficie no coincide con el CMP. Además los pares de fuente-receptor que en la Figura 9 muestrean el mismo punto en el subsuelo realmente corresponden a una zona tal como se representa en la Figura 10. En la mayoría de los casos esta consideración es obviada. 8.- Análisis de Velocidades: Esta etapa es de gran importancia ya que las velocidades obtenidas serán utilizadas para la corrección "Normal Move Out” de al CAPITULO V.- SECUENCIA DE PROCESADO 27 CAPÍTULO V.- SECUENCIA DE PROCESADO Para obtener una imagen de alta resolución del subsuelo poco profundo cuatro aspectos son fundamentales: la edición de trazas, aplicación de filtros de frecuencia, la geometría de la transecta de adquisición y las correcciones estáticas. Los conceptos básicos de las etapas de la secuencia de procesado convencional se han descrito en el Capítulo III, éste se centra en su aplicación al perfil IBERSEIS.  Edición de Trazas Las trazas del perfil IBERSEIS habían sido editadas preliminarmente, sin embargo en este reprocesado ésta se realiza de manera más cuidadosa. Se edita de manera manual todos los disparos que forman el perfil. Figura 14.- Edición de Trazas para el Disparo 1800. A la derecha el “shot gather” muestra un conjunto de trazas que no muestran ninguna reflexión, estas trazas son eliminadas tal como se muestra en el “shot gather” de la izquierda. CAPITULO V.- SECUENCIA DE PROCESADO 28 El criterio utilizado no es único sino que depende de las características de cada disparo y de la zona muestreada. Las trazas nulas, aquellas en donde el receptor no registra ninguna perturbación como consecuencia de una avería en el instrumento, se eliminan directamente. También se eliminan aquellas en donde por algún fenómeno externo o acoplamiento del instrumento la traza registra un ruido de gran amplitud que no podría atenuarse y enmascara los datos reales (Figura 14). En esta etapa se realiza un análisis de frecuencia que permite diseñar los filtros. En este caso se detectó un pico de 50 Hz. en los análisis, frecuencia anómala relacionada con la presencia de un flujo de corriente eléctrica inducido en el equipo de registro (Cableado de alta tensión, etc.), por lo tanto durante la edición se decidió atenuar dicha frecuencia.  Diseño y Aplicación de Filtro de Frecuencia Fundamentalmente se aplican dos tipos de filtros: un filtro “Notch” que permite reducir las amplitudes para una determinada frecuencia. La Figura 15 muestra el resultado del análisis de frecuencia en donde destaca un pico de 50 Hz. Para un análisis de frecuencia posterior a la aplicación del filtro no observa esta frecuencia. Un segundo tipo de filtro es aplicado, un filtro de tiempo variable en los primeros 2 segundos para remover el ruido generado por las ondas superficiales. Obsérvese (Figura 16) el análisis de frecuencia realizado a las ondas superficiales y la sección obtenida luego de la aplicación del filtro. CAPÍTULO V.- SECUENCIA DE PROCESADO 29 Figura 15.- Aplicación del filtro “Notch” al Disparo 3000. A la derecha el análisis de frecuencia realizado al “Common ShotGather” en donde además de las frecuencias correspondientes a las ondas superficiales destaca un pico de 50 Hz. A la izquierda se muestra el análisis realizado una vez se ha aplicado el filtro. CAPÍTULO V.- SECUENCIA DE PROCESADO 30 Figura 16.- Aplicación del filtro de Tiempo Variable al Disparo 1. A la izquierda se observa el “Common Shot-Gather” al cual se le realiza aun análisis para estudiar el contenido de frecuencia de la señal. A la izquiera se muestra el resultado de la corrección. CAPÍTULO V.- SECUENCIA DE PROCESADO 31  Definición de las Geometrías de Apilado (Recta y Curva) Como se puede observar en la Figura 13 la línea de adquisición no es completamente recta ya que ha seguido el trazado de carreteras. Idealmente todas las trazas de un mismo CDP deberían corresponder a un mismo punto medio, sin embargo debido los cambios de direcciones en algunas zonas del perfil IBERSEIS estas se encuentran desplazadas lateralmente. En consecuencia dos trazas de un mismo “CMP gather” no visualizan la misma vertical sino que corresponden a puntos desplazados a cada lado del perfil. Figura 17.- Geometría de apilado Recta en el intervalo de CDP 2200 – 5000 (Nueva numeración). Para las imágenes mas profundas es posible obviar este problema y realizar un apilado 2D sin graves consecuencias en la imagen, sin embargo para el subsuelo poco profundo la evidente tridimensionalidad requiere un apilado no convencional. Para valorar el efecto de la geometría de apilado en la imagen final se realizó el apilado considerando dos geometrías: una 2D (Figura 17) y otra siguiendo de manera rigurosa las zonas de mayor densidad de CDP´s (Figura 18). CAPÍTULO V.- SECUENCIA DE PROCESADO 32 Figura 18.- Geometría de apilado Curva en el intervalo de CDP 2200 – 5200 (Nueva numeración) Al seleccionar estas geometrías se hace necesario realizar una re-numeración de los CDP´s para cada una y el apilado se realiza de manera independiente para cada una de ellas.  Agrupación por CMP para cada geometría Toda la información de una traza, como las coordenadas de la fuente, de receptor, etc. se encuentra almacenada en la cabecera o “header”. Una vez definida la geometría se agrupan todas las trazas que posean el mismo CDP, el cual ha sido calculado previamente. Es necesario considerar que al definir la geometría se realiza una renumeración automática de los CMP´s para cada caso. Se decidió por conveniencia iniciar dicha numeración en 2200, finalmente se agrupan obteniendose un total de 3100 CDP´s para la geometría curva y 1800 para la recta.  Cálculo y Aplicación de Correcciones Estáticas Para este trabajo se decidió utilizar el “Generalized Reciprocal Method” por considerar que el procedimiento matemático es mas robusto. Como se ha explicado en el Capítulo III el algoritmo del GRM requiere de los tiempos de llegada y una CAPÍTULO V.- SECUENCIA DE PROCESADO 33 estimación de la Vw. En el perfil IBERSEIS esta velocidad se obtuvo por regresión lineal de los tiempos de las primeras llegadas en los primeros 400 m (Figura 19). Estas velocidades son ligeramente inferiores a las obtenidas utilizando todas las primeras llegadas. Figura 19.- Regresión lineal de las primeras llegadas determinadas de los registros con la determinación de la velocidad de la capa más superficial. A la izquierda la regresión lineal que incluye todos los “offsets” del tendido de adquisición y a la derecha sólo se incluyen los tiempos de las primeras llegadas inferiores a los primeros 400 m. El software utilizado da como resultado un grosor y una velocidad para cada estación. Se realizaron varias iteraciones para obtener una población estadística suficiente y así obtener las correcciones que tuvieran mayor probabilidad. Los valores obtenidos para cada estación no superan los 0,09s (Figura 20). CAPÍTULO V.- SECUENCIA DE PROCESADO 34 Figura 20.- Valores de las correcciones estáticas obtenidos para todo el perfil (Superior). Modelo utilizado para el cálculo de las correcciones, en azul la topografía, en verde el “datum” y en rojo el modelo de la capa de baja velocidad. CAPÍTULO V.- SECUENCIA DE PROCESADO 35  Análisis de Velocidades y Corrección NMO Las velocidades de Apilado fueron seleccionadas manualmente mediante un análisis CVS (“Constant Velocity Stack) cada 60 CDP´s a lo largo de todo el perfil. En el criterio de selección se consideró la coherencia mostrada tomando como referencia eventos importantes para tiempo específicos. Como se sabe la corrección en tiempo NMO muestra un comportamiento hiperbólico con respecto al “offset” por lo tanto, en la medida de las posibilidades, el rango de velocidades para un CDP debe ser incremental y progresivo desde la superficie. El modelo de velocidad obtenido, para la sección objeto de estudio, es el que se muestra en la Figura 21. Figura 21.- Modelo de velocidades generado para la zona comprendida entre los CDP’s 4150 – 7150 (Numeración original) . Figura 22.- Modelo de velocidades suavizado para la zona comprendida entre los CDP’s 4150 – 7150 (Numeración original) . CAPÍTULO V.- SECUENCIA DE PROCESADO 36 Posteriormente se suavizó este modelo para que los cambios laterales resultantes no fuesen tan bruscos (Figura 22). La corrección Muting es automática e intrínseca a la corrección NMO.  Apilado El apilado se realizó considerando que al definir dos geometrías y al aplicar las correcciones estáticas existen 2 variables independientes cuya incidencia en la calidad de la imagen se desea estudiar. Para ello se realizan 4 apilados de la sección. En los dos el primeros se considera solamente las variaciones en la definición de la geometría, es decir se generan secciones sin correcciones estáticas para la geometría curva y para la recta. Posteriormente se generan otras dos secciones, nuevamente una para cada geometría, con la aplicación de las correcciones.  Aplicación de Ganancia en Amplitudes Para efectos de visualización se agregó una función de ganancia automática. 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