El efecto de las bajas frecuencias en el análisis e interpretación sísmica, utilizando metodologías sísmicas pasivas
Usando bajas frecuencias en exploración sísmica
En los últimos años ha habido un largo debate sobre la utilización de
bajas frecuencias en la exploración sísmica. Su valor es indiscutible,
especialmente en el caso de la exploración de objetivos profundos, ¿Pero por
que siempre ha preocupado a aquellos involucrados en la búsqueda de información
oculta dentro de las señales sísmicas activas?
Las personas involucradas en la exploración sísmica llevan tiempo
intentando registrar y explotar las bajas frecuencias. Sin embargo, tanto la delicada
naturaleza de las bajas frecuencias, lo que las hace fácilmente contaminadas
por el ruido, y el hecho de que su producción y registro pueden aumentar
drásticamente el costo de un estudio sísmico, han limitado su utilización a
frecuencias arriba de los 10Hz.
Problemas con bajas frecuencias en exploración sísmica
1. Generando bajas frecuencias
Producir bajas frecuencias en sísmica puede ser una pesadilla. Se sabe
que las fuentes explosivas producen una señal de ancho de banda relativamente
amplia. Sin embargo, la relación entre el contenido de frecuencia de la señal
producida y los parámetros de la explosión (como el tipo de explosivo, la carga
y profundidad) no es muy clara, la mayoría basándose en reglas de pulgar y experiencia
de campo. Además, incluso en los casos en que se emiten con éxito bajas frecuencias,
tienden a concentrarse en el ruido superficial y no aparecen en la señal
reflejada. En cuanto a los vibradores, aunque la energía y el ancho de banda
son controlados, generalmente se evita la generación de frecuencias muy bajas,
ya que pueden ocasionar daños estructurales severos.
2. Captura de bajas frecuencias
El registro de bajas frecuencias también puede ser una tarea difícil. El
equipo sísmico de uso común no está diseñado para detectar frecuencias muy
bajas, ya que daría lugar a un aumento sustancial de los costos, mientras que
el beneficio del estudio para la adquisición de bajas frecuencias sería muy
cuestionable, ya que suelen ser las primeras en ser atenuadas por capas de alta
velocidad o contaminadas con ruido y son perdidas con facilidad.
Usando sísmica pasiva en exploración sísmica
Por otro lado, la sísmica pasiva ha explotado durante mucho tiempo las
frecuencias bajas (por debajo de 15 Hz) con fines de exploración. Estas
frecuencias existen en abundancia en la naturaleza, por ejemplo en la
frecuencia de terremotos y ruido sísmico. Se han desarrollado varias
metodologías sísmicas pasivas, que explotan diferentes partes de una señal
sísmica pasiva, para extraer información en el rango de frecuencias de 0.1Hz
hasta 15Hz.
Entonces, ¿por qué estamos luchando para producir estas frecuencias
cuando señales de baja frecuencia producidas por sismos pasivos están viajando
constantemente a través del subsuelo de la Tierra?. El desafío es más bien cómo
registrar y extraer la información que llevan en el subsuelo. Y si bien esto
podría ser extremadamente difícil en el caso de un estudio sísmico activo,
considerar cuánto más fácil sería en un escenario donde la baja frecuencia
'fuente' se encuentra por debajo de la zona de estudio y una trayectoria en una
sola dirección es todo lo que se necesita para que se registre en una estación
sísmica.
Adquisición de datos sísmicos pasivos
Con el fin de adquirir datos de sísmica pasiva, se tiene que instalar
una red de sísmica pasiva, que consiste en una serie de estaciones de tres
componentes independientes, distribuidas en el área de interés. Estas
estaciones pueden estar equipadas con sensores de banda ancha o de período
corto, o incluso con nodos de geófono simples, según el alcance del trabajo. La
experiencia muestra que para aplicaciones de petróleo y gas, la opción más
rentable es el uso de equipos de período corto, que tienen la capacidad de
registrar más bajas frecuencias en los geófonos, por aproximadamente el mismo
costo.
Estas estaciones independientes registraran durante un período
determinado de tiempo, como unos cuantos meses, y el registro continuo
adquirido es el conjunto de datos de sísmica pasiva, que contiene todo tipo de
señal sísmica pasiva como el ruido ambiente y los sismos locales o distantes.
Diferentes metodologías de sísmica pasiva
Hay una serie de metodologías sísmicas pasivas, que incluyen:
• Tomografía de sismos locales
• Tomografía de ruido ambiental
• Tomografía de onda superficial
Todos los cuales explotan diferentes partes de la señal adquirida y así
bandas de frecuencia diferentes, pueden por lo tanto, aplicarse usando un solo
conjunto de datos.
Este diverso conjunto de datos se analiza y la señal "útil",
tal como se define en cada metodología, se aisla y se extrae de los registros
continuos.
Adquisición de sismicidad local para la exploración
En el caso de la tomografía de sismos locales, los sismos locales de
baja magnitud, que ocurren durante el periodo de registro dentro o alrededor
del área de interés, son las "fuentes" sísmicas pasivas. Estos se
detectan en los registros continuos; los primeros arribos tanto las ondas P y S
en cada estación son registradas y la localización de los eventos y el tiempo
de origen son estimados, utilizando herramientas analíticas sofisticadas. Una
vez que se han localizado las 'fuentes' tanto en espacio y tiempo, los tiempos
de viaje a las estaciones sísmicas son invertidas, para obtener las
distribuciones de velocidad de las ondas P y S por debajo del área de estudio.
Estos modelos generalmente se extienden desde la superficie hasta la
profundidad máxima de la sismicidad local (generalmente a más de 15 km), que,
en la mayoría de los casos, se encuentra muy por debajo del área de exploración
promedio.
Sin embargo, esta metodología es altamente dependiente de la
distribución espacial de la sismicidad local, que puede no ser uniforme o adecuada
para proporcionar una cobertura satisfactoria de la totalidad del área de
interés. Esta es la razón por la cual las metodologías sísmicas pasivas
alternativas, independientemente de este parámetro, se utilizan para
complementar la información adquirida.
Aprovechando el ruido sísmico ambiental en la exploración
La tomografía de ruido ambiental explota la frecuencia del ruido ambiental
sísmico puro. En este caso, por lo tanto, no es necesario extraer ninguna parte
de la señal y la totalidad de los registros continuos se utilizan para calcular
las correlaciones cruzadas entre pares de estaciones.
Después del análisis de frecuencia-tiempo, el promedio del grupo de
ondas de Rayleigh y las velocidades de fase se miden en función del período, y las
curvas de dispersión se estiman para cada correlación cruzada. La inversión de
estas curvas de dispersión da como resultado la construcción de modelos de
velocidad de fase y de grupo 2D, y conduce a la estimación de curvas de
dispersión de fase y grupo locales.
Estos se invierten conjuntamente para estimar una distribución de
velocidad de onda 3D S por debajo del área de interés, desde la superficie
hasta una profundidad definida por el periodo más alto registrado (es decir, la
frecuencia más baja).
Capturando ondas de superficie de sismos lejanos
La tomografía de ondas superficiales, por el contrario, aprovecha sismos
lejanos, cuya evidencia se extrae de registros continuos. Se aplica una técnica
de correlación cruzada multicanal y las medidas de velocidad de fase se realizan
en varios períodos. Estas medidas se invierten y se construyen modelos de
velocidad de fase 2D para cada período. La inversión de las curvas de
dispersión locales, calculadas por los modelos de velocidad de fase, da como
resultado una distribución de pseudo velocidad de onda de corte 3D por debajo
del área de interés. Dado que esta metodología explota la parte más baja de la
frecuencia de la señal sísmica pasiva (es decir, frecuencias por debajo de 1
Hz), el modelo calculado ilustra la parte más profunda del espacio investigado.
¿Por qué elegir sísmica pasiva para la exploración?
1. Excelente adición a la exploración convencional
La sísmica pasiva proporciona una excelente solución de exploración que
idealmente podría complementar cualquier estudio sísmico activo. Se puede
ejecutar simultáneamente con un levantamiento convencional, al establecer una
red sísmica pasiva en el área de interés, y dado que el trabajo de campo
involucrado es bastante simple, no afectaría significativamente el costo del
programa de exploración.
2. Exploración sísmica amigable con el medio ambiente
La implementación de un estudio sísmico pasivo requiere de la
instalación de un número de estaciones sísmicas, que registrarán continuamente
durante el período de adquisición. El acceso a las estaciones se ve facilitado
por el concepto de independencia, mientras que la única acción a realizar es
recopilar los datos a intervalos periódicos y el cambio de baterías en cada
estación. Además, la ausencia de fuentes activas, como vibradores pesados y / o explosivos, del procedimiento sísmico pasivo lo hace ideal para
áreas ambientalmente sensibles, que requieren un control mínimo de HSE y no
dejan huella ambiental.
3. La mejor solución para una exploración más profunda
Además de esto, los modelos de velocidad adquiridos
pueden proporcionar una imagen del subsuelo, indiscutiblemente a groso modo,
pero significativamente mas profunda, que la proporcionada por la sísmica
activa, debido a la naturaleza de las bajas frecuencias explotadas. Las
'fuentes' de símica pasiva dentro o por debajo de la zona de estudio y las trayectorias
de viaje en una dirección asociadas minimizan la pérdida de energía, haciendo
mas fácil a la señal sísmica de baja frecuencia llegar a la superficie y ser
registrada por las estaciones sísmicas. Esto es muy importante, especialmente
en áreas donde la existencia de áreas de alta velocidad cercanas a la
superficie enmascaran la imagen inferior, que es a menudo el caso en levantamientos
sísmicos terrestres.
4. Procesamiento o reprocesamiento de datos sísmicos convencionales
Además, los modelos adquiridos mediante
metodologías sísmicas pasivas pueden proporcionar un modelo 3D robusto que se
puede usar para procesar o reprocesar datos sísmicos activos. Estos modelos, aparte
de que son mejores que un modelo de velocidad 1D en base a la información geológica
del área de estudio, podrían probar ser particularmente valiosos en los casos
donde existe poca información disponible, tales como las partes mas profundas
del área del levantamiento donde datos de pozos son por lo general ya sea
inexistentes o extremamente dispersos.
5. Permite la extracción de valiosa información litológica
Por último, pero no menos importante, la
información de velocidad de la onda de cizalla adquirida por sísmica pasiva
proporciona un entendimiento adicional del volumen superficial explorado,
permitiendo la extracción de valiosa información de la litológica a partir de
la señal sísmica registrada.
El futuro de la sísmica pasiva en la exploración de petróleo y gas
La sísmica pasiva se ha considerado durante mucho
tiempo por la industria petrolera y de gas como una metodología aplicada principalmente
durante la fase de producción, en forma de monitoreo microsísmico, dejando su
potencial de exploración al borde de las metodologías de exploración de la
industria. Sin embargo, durante los últimos años, mas personas han descubierto el
valor de aplicar sísmica pasiva para fines de exploración. Los exitosos levantamientos
en todo el mundo y las pruebas científicas intensas han cambiado la visión de
la comunidad de petróleo y gas sobre la sísmica pasiva.
Aun cuando realizar un levantamiento sísmico pasivo
en paralelo con levantamientos sísmicos activos terrestre no sea una práctica común,
esto podría bien ser el camino por recorrer en adelante, ya que la sísmica
pasiva puede indiscutiblemente complementar la información sísmica adquirida de
manera robusta y rentable.
