CURSO DE GRADUAÇÃO EM GEOFÍSICA
GEO213 TRABALHO DE GRADUAÇÃO
PROCESSAMENTO DE DADOS
SÍSMICOS ADQUIRIDOS COM FONTE
PERCUSSIVA NA CHAPADA
DIAMANTINA
MATHEUS CÂMARA RODRIGUES
SALVADOR BAHIA MAIO 2016
Processamento de dados sísmicos adquiridos com fonte percussiva na Chapada Diamantina
por
Matheus Câmara Rodrigues
Orientador: Dr. Milton José Porsani
GEO213 TRABALHO DE GRADUAÇÃO
Departamento de Geologia e Geofísica Aplicada do
Instituto de Geociências da
Universidade Federal da Bahia
Comissão Examinadora Dr. Milton José Porsani
Dr. Michelangelo Gomes da Silva Dr. Oscar Fabian Mojica Ladino
seu tamanho original."
- Albert Einstein
Dedicado aos meus pais,
Márcio e Sílvia.
O método sísmicos voltado para investigação do subsolo remota do nal do século XIX e tem como principal objetivo o delineamento estrutural das rochas em subsuperfícies. O mé-todo se subdivide em varias etapas, planejamento, aquisição, processamento e interpretação. Este trabalho foi focado na etapa de processamento.
Por conta de certas limitações físicas ao registrar os dados sísmicos, é impossível que a etapa de processamento corrija completamente a qualidade dos dados adquiridos e solucione todos os problemas originados na aquisição sísmica. Porém o processamento, mesmo quando confrontado por tais limitações físicas, é capaz de fornecer uma resposta de imagens que poderá ser trabalhada por uma equipe de interpretação.
Este trabalho tenta mostrar os resultados do processamento de dados em uma aquisição sísmica realizada pela PETROBRAS em Várzea Nova-Bahia, utilizando com uma fonte percussiva, com grande presença de ruído no dado adquirido. Foram realizadas etapas de um uxograma de processamento em que seguiu-se os passos de edição, ltragens de frequência e SVD traço a traço, correção NMO, empilhamento e técnica Volume de Amplitude para obtenção das imagens nais.
O dado foi obtido utilizando uma fonte percussiva, o que não agrega à onda bastante energia. Em paralelo, a geologia do local cria uma barreira para a obtenção de eventos re exivos, visto que a formação salitre no topo da estratigra a possui uma alta velocidade.
Não foi possível a recuperação total do dado citado anteriormente, por conta de sua origem ruidosa, porém como esperado o processamento de dados permitiu que fosse possível a visualização de estruturas de subsuperfície, demonstrando a e cácia do método sísmico e a e ciência da etapa de processamento.
ABSTRACT
The seismic method aimed to the underground investigation remote the late nineteenth century and have as main objective the structural delineation of the rocks in subsurface. The method subdivides in many steps, planning, acquisition, processing and interpretation. This paper was focused in the processing step.
Because certain physical limitations, it is impossible that the processing step completely corrects the data quality and solve all the problems originated from the acquisition. However processing, even when confronted by such physical limitations, it is able to provide results with images that can be worked by a interpretation team.
This paper attempts to show the data processing results in a seismic acquisition made by PETROBRAS in Várzea Nova-Bahia, using a percussive source, with great presence of noise in the data acquired. Steps were taken for a processing owchart that followed the steps of editing, frequency and SVD trace per trace ltering, NMO correction, stacking and Amplitude volume technique to obtain the nal images.
The data was acquired using a percussive source, with does not aggregate enough energy to the wave. In parallel, the local geology creates a barrier for the obtainment of re exive events, since the Salitre formation on the top of the stratigraphy has a higher velocity.
It was not possible to fully recover the data because of its noisy origin, however as expected the data processing allowed it to be possible to visualize subsurface structures demonstrating the eectiveness of the seismic method and the stage of processing e ciency.
RESUMO . . . iv
ABSTRACT . . . v
ÍNDICE . . . vi
ÍNDICE DE TABELAS . . . viii
ÍNDICE DE FIGURAS . . . ix
INTRODUÇÃO . . . 1
CAPÍTULO 1 Fundamentos básicos do processamento sísmico . . . 3
1.1 Aquisição sísmica . . . 3
1.2 O processamento sísmico . . . 3
1.2.1 Geometria do dado . . . 5
1.2.2 CMP(Common Midpoint) . . . 6
1.2.3 Edição e Mute . . . 6
1.2.4 Divergência esférica e correção de amplitude . . . 8
1.2.5 Correção NMO . . . 10
1.2.6 Empilhamento . . . 11
CAPÍTULO 2 Métodos de ltragem utilizados . . . 13
2.1 Filtragem no domínio da frequência . . . 13
2.2 Filtragem SVD no domínio do tempo . . . 15
2.3 Técnica volume de amplitudes (TecVA) . . . 17
CAPÍTULO 3 Aplicação do uxo de processamento e resultados . . . . 19
3.1 Características da Região . . . 19
3.2 Dado não processado . . . 19
3.3 Edição . . . 23
3.4 Aplicação do ltro de frequência passa-banda . . . 24
3.5 Resultado do AGC . . . 26
3.6 Análise de velocidades e NMO . . . 27
3.7 Filtragem SVD traço a traço . . . 30
3.8 Resultado do empilhamento . . . 31
3.9 Resultado do TecVA . . . 31 CAPÍTULO 4 Conclusões . . . 37 Agradecimentos . . . 38
3.1 Parâmetros utilizados na aquisição. . . 22 3.2 Modelo geológico de nindo espessura da camada, respectiva rocha e velocidade. 29
ÍNDICE DE FIGURAS
1.1 Ilustração de aquisição com arranjo do tipo end-on. . . 4
1.2 Ilustração de aquisição com arranjo do tipo split-spread. . . 4
1.3 (A)Fluxograma 1 de processamento, (B) Fluxograma 2 de processamento. . . 5
1.4 Figura esquemática mostrando como estão dispostas algumas famílias em um levantamento sísmico. . . 7
1.5 Figura ilustrativa do método CMP com o ponto médio em comum (M) dos pares de fontes (S) e receptores (R). . . 7
1.6 Ilustração de uma frente de onda sofrendo o espalhamento de energia. . . 8
1.7 Ilustração de uma re exão antes da correção NMO. . . 11
1.8 Ilustração de uma re exão após correção NMO. . . 12
2.1 Figura ilustrativa do ltro de frequência passa alta. . . 14
2.2 Figura ilustrativa do ltro de frequência passa banda. . . 14
2.3 Figura ilustrativa do ltro de frequência passa baixa. . . 15
2.4 Resultado de uma ltragem SVD de um único traço com ordem N=5. Os autotraços de 0 a 4 sendo da baixa para a alta frequências correspondem a (a),(b),(c),(d), e (e) respectivamente. A soma dos autotraços em (f) e o traço original em (g) (Silva, 2015). . . 16
2.5 Transformada de Hilbert. . . 17
3.1 Associação de Litofácies dos grupos Chapada Diamantina e Una.(Rocha e Pedreira, 2012) . . . 20
3.2 Imagem da fonte sísmica, modelo ESS100SC. . . 21
3.3 CMP dado original. . . 22
3.4 CMP pós mute de ruídos elétricos. . . 23
3.5 (a) CMP do dado pós mute, (b) material extraído pelo ltro passa-banda, (c) Dado ltrado em frequência. . . 24
3.6 Espectro de amplitude médio do dado original. . . 25
3.7 Espectro de amplitude médio após aplicação do ltro de frequência. . . 25
3.8 1◦ CMP com ganho de amplitude. . . . 26
3.9 Painel de espectro de velocidade. . . 27
3.10 Seção empilhada com um range de velocidades de 2500 m/s a 4500 m/s. . . . 28
3.11 Função Velocidade utilizando as velocidades RMS. . . 29
frequência obtida com a ltragem SVD. . . 30
3.13 Espectro de amplitudes pela frequência do dado ltrado pelo SVD. . . 31
3.14 Seção empilhada do dado bruto. . . 32
3.15 Seção empilhada do dado com ltrado pela frequência. . . 33
3.16 Seção empilhada utilizando o ltro SVD aplicado traço a traço. . . 34
3.17 TecVA da seção empilhada com o ltro de frequência. . . 35
3.18 TecVA da seção empilhada utilizando o ltro SVD aplicado traço a traço. . . 36
INTRODUÇÃO
A ciência geofísica tem contribuído signi cativamente para o conhecimento do interior da terra. Seus métodos consistem em realizar medidas físicas na superfície ou próximo a ela. Analisando essas medidas é possível obter informações sobre as propriedades do seu interior. Dos muitos métodos existentes, sem duvida o de maior crescimento quantitativo e qualitativo é o método sísmico. Sua importância transcende lógicas de projeção nanceiras e supera desa os que até a década de 90 pareciam inalcançáveis.
Este método é uma poderosa ferramenta utilizada pela geofísica para a obtenção de imagens de subsuperfície com maior qualidade, pois é capaz de obter grandes profundidades e aproximar-se de modelos geológicos (Silva, 2004).
Visando a objetividade e clareza do presente trabalho, torna-se imprescindível o conhe-cimento de conceitos que abranjam as áreas de física, matemática e geologia, para que o mesmo tenha uma boa fundamentação teórica e pratica.
O método sísmico divide-se em quatro categorias: planejamento, aquisição, processa-mento e interpretação (Abreu, 2005). A etapa de planejaprocessa-mento visa a obtenção de infor-mações prévias sobre a área em estudo, com objetivo de otimizar o processo de aquisição e auxiliar na interpretação, é nesta etapa que estudos prévios de possíveis impactos ambi-entais são realizados pois muitas vezes as vibrações geradas pela aquisição sísmica podem ser danosas ao meio ambiente e a estruturas antrópicas. A aquisição é a etapa em que são adquiridos os dados sísmicos.
Para que haja o registro de ondas sísmicas é necessário que durante sua trajetória ocorram os fenômenos de re exão e refração, normalmente com enfase na re exão. Fontes de ondas elásticas são utilizadas para propagar ondas que irão re etir nas interfaces em subsuperfície e atingir receptores que traduzem a energia recebida em sinais, as amplitudes dos sinais são registradas e enviadas para processamento.
A área onde foi realizada a aquisição do dado sísmico utilizado neste trabalho, esta situ-ada em Várzea Nova, Chapsitu-ada Diamantina no Estado da Bahia, cedida pela PETROBRAS. A etapa de processamento tem como objetivo principal aproveitar o material obtido pela aquisição e, aplicando rotinas e algorítimos sequencialmente ao dado sísmicos de campo, convertê-lo em uma imagem de subsuperfície com a máxima razão entre sinal e ruído possível. Esta etapa segue um uxo próprio, objetivando a atenuação de ruídos, como o processamento
é o alvo do estudo sera discutido com mais detalhes no trabalho.
A interpretação seria a etapa nal utilizada pelo método sísmico. Consiste em utilizar tanto a imagem nal obtida pelo processamento, quanto informações intermediárias, isto é, campos de velocidades, seções empilhadas, entre outros. Aliado a conhecimentos geológicos e informações obtidas no planejamento (como informações geológicas de per s de poços e trabalhos anteriores feitos na região que esta sendo mapeada), tenta-se estimar um modelo geológico de subsuperfície e obter conclusões a depender do objetivo do trabalho.
Na realização das diversas etapas do método sísmico, existe a possibilidade de que ocorram falhas em algumas delas e os erros se acumulem no decorrer do trabalho, resultando em uma imagem que não é dedigna. Por isso é necessário a atenção e constantes revisões por parte das equipes que executam trabalhos de sísmica (Abreu, 2005).
O trabalho foi organizado em três capítulos: no primeiro capítulo é discutida a etapa de processamento e o uxo proposto, apresentando os principais conceitos citados anteriormente; no segundo capítulo apresenta-se o dado em si e os resultados da aplicação do uxo seguido, utilizando o Seismic Unix desenvolvido pela Colorado School of Mines, subrotinas escritas na linguagem FORTRAN e Shells Scripts. No terceiro capítulo são discutidos os resultados obtidos, a viabilidade da execução do uxograma sugerido e feitas as devidas conclusões.
Os conceitos matemáticos descritos no capítulo 1, são também explorados nos trabalhos de Silva (2015), Ladino (2011) e Meneses (2010) de forma bastante precisa.
CAPÍTULO 1
Fundamentos básicos do processamento sísmico
1.1 Aquisição sísmica
A aquisição sísmica é uma ciência originalmente derivada da sismologia, que é concei-tuada para estudo de fenômenos naturais, a exemplo dos terremotos, com o intuito de tentar prevê-los e minimizar perdas tanto materiais quanto humanas. Esta etapa, anterior ao pro-cessamento, é uma etapa de campo. Para sua realização é necessário que sejam propagadas ondas elásticas pelo meio em subsuperfície, que devem atingir uma interface para retor-nar à superfície e serem registradas em receptores (usualmente dá-se mais ênfase as ondas compressionais P), que originam os dados a serem utilizados pela etapa de processamento posteriormente.
Em um cenário ideal, esta etapa faz uso de uma aquisição regular, sem interferência de equipamento, relevo, usando fontes capazes de produzir energia su ciente para que as ondas que retornam marquem uma boa amplitude nos receptores, resultando em dados de boa qualidade.
Essa aquisição é realizada utilizando um determinado arranjo, por exemplo o arranjos end-on e split-spread. As informações do tipo de arranjo, dados de aquisição, separação de fontes e receptores é de vital importância para o processamento, auxiliando na etapa de organização da geometria do dado. As guras 1.1 e 1.2 ilustram uma aquisição utilizando os arranjos end-on e split-spread, respectivamente.
Como levantamentos sísmicos são relativamente caros, os cuidados no planejamento e na aquisição dos dados são de extrema importância e o primeiro levantamento deve ser observado com uma maior atenção para evitar gastos desnecessários.
1.2 O processamento sísmico
Após a etapa de aquisição tem-se um conjunto de dados mensurados em amplitude de sinais. Estes dados, a depender da aquisição, estão contaminados com ruídos de diversas origens, onda direta, ruídos elétricos, ground roll, múltiplas e reverberações, entre outros. O
Figura 1.1: Ilustração de aquisição com arranjo do tipo end-on.
Figura 1.2: Ilustração de aquisição com arranjo do tipo split-spread.
processamento predispõe-se a tentar atenuar a presença destes ruídos. Seguindo um uxo-grama de processamento, utiliza-se subrotinas e comandos, com o intuito de obter, a partir dos dados da aquisição, uma imagem de subsuperfície em que seja possível a visualização de estruturas geológicas para o estudo de uma região.
Segundo Yilmaz (2001) o pro ssional de processamento é diariamente confrontado com a importância de algumas tarefas tais como:
• Selecionar uma sequência adequada de passos de processamento, para um certo dado de campo sob análise ( uxograma de processamento).
• Adequar os parâmetros para cada um dos passos selecionados.
• Avaliar o resultado de saída de cada processo e diagnosticar qualquer problema causado por alguma parametrização incorreta ou resposta não desejada.
5
Seguindo as etapas descritas acima, para a realização deste trabalho utilizou-se o se-guinte uxograma de processamento (Figura 1.3):
Figura 1.3: (A)Fluxograma 1 de processamento, (B) Fluxograma 2 de processa-mento.
1.2.1 Geometria do dado
Esta etapa consiste na de nição da geometria do dado, que é fundamental para o processamento sísmico. Ela referencia informações vindas da aquisição sísmica ao header de cada traço, a exemplo de coordenadas de fontes, coordenadas de receptores, ponto médio comum ou CMP, intervalo de amostragem, número de amostras, osets máximo e minimo. Qualquer erro durante a de nição de coordenadas de fontes e receptores pode ocasionar na
perda total ou parcial das etapas de processamento posteriores.
A etapa mapeia o posicionamento das coordenadas para cada par fonte-receptor e a localização de coordenadas no header calculadas a partir dessa informação, a exemplo do CMP.
A linha sísmica de Várzea Nova foi entregue em acesso direto, já organizados em CMP, logo foram utilizados os comandos do Seismic Unix, suaddhead, sushw e suchw, que geram, adicionam e calculam os valores do header, respectivamente.
1.2.2 CMP(Common Midpoint)
Existem várias formas de se organizar a leitura do dado, por família de tiros, família de receptores comuns, família do osets comuns, entre outras como mostra a Figura 1.4.
No passado utilizou-se bastante o termo família de ponto de profundidade em comum ou CDP (Common Depth Point), que se baseava na cobertura do mesmo ponto em profundidade múltiplas vezes, porém este método apenas é possível se as camadas são plano-paralelas.
Conceituou-se então as famílias CMP (Common Midpoint) ou ponto médio comum, que quando na situação plano paralela comporta-se da mesma forma que a família CDP. A Figura 1.5 ilustra um grupo de pares fonte-receptor com ponto médio comum.
O resultado da organização CMP é uma maior razão sinal/ruído quando empilhado. Esta técnica de organização é a que tem mais oferecido resultado de sucesso na obtenção de uma imagem nal de qualidade.
1.2.3 Edição e Mute
A etapa de edição envolve uma visualização prévia dos sismogramas e a eliminação total ou parcial de traços que possam vir a comprometer a qualidade dos resultados. A edição de traços em dados terrestres é normalmente mais demorada, pois em uma aquisição sísmica terrestres, os receptores estão bastante expostos a ruídos diversos. Eles são facilmente in uenciados por diferentes fatores como maquinas e veículos próximos, ruídos instrumentais e ambientais, instabilidades numéricas, ou ate mesmo problemas com o receptor. Isso pode gerar traços com constantes ruídos ou mesmo nulos.
Dessa forma deve-se realizar uma edição dos dados visando reduzir os efeitos destes ruídos manualmente, objetivando uma melhor razão sinal/ruído. Porém o geofísico deve ter muito cuidado para que não haja perdas de informações no decorrer do processo.
No dado cedido para este trabalho, traços nulos foram deliberadamente adicionados, visando uniformizar a cobertura CMP. Sendo assim, foi realizado apenas a edição de ruídos
7
Figura 1.4: Figura esquemática mostrando como estão dispostas algumas famílias em um levantamento sísmico.
Figura 1.5: Figura ilustrativa do método CMP com o ponto médio em comum (M) dos pares de fontes (S) e receptores (R).
1.2.4 Divergência esférica e correção de amplitude
A amplitude do sinal recebido é sempre diferente da amplitude da onda na fonte, dado a muitos fatores que alteram e atenuam a energia da onda. Alguns desses fatores seriam a divergência esférica, a absorção, re exões múltiplas em dados marinhos, dispersão, entre outros. Tenta-se no processamento sísmico recuperar essa energia perdida o máximo possível, de forma a assemelhar-se com a amplitude da onda original.
A absorção é um fenômeno ligado a propagação das diferentes frequências. Fisicamente a terra transforma a energia elástica em calor por conta do comportamento inelástico das rochas.
As frequências mais baixas são aquelas que propagam maiores distâncias, mantendo-se menos atenuadas, ja as frequências mais altas são atenuadas mais rapidamente sendo sua resposta mais presente em profundidades mais rasas.
Outro fator muito presente ocorre quando uma onda se propaga pela terra. Sua frente de onda em forma esférica sofre um espalhamento, gerando decaimento de amplitude por área, conhecido como divergência esférica, A Figura 1.6 ilustra uma onda sofrendo o efeito de divergência esférica, sua amplitude decai por tempo de propagação.
Figura 1.6: Ilustração de uma frente de onda sofrendo o espalhamento de energia. Considerando um meio isotrópico e homogêneo, e uma onda de propagação esférica, a intensidade de energia é inversamente proporcional ao quadrado do raio da frente de onda estabelecido pela lei da conversão de energia, logo tem-se a fórmula a seguir:
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ρ α 1
r2 (1.1)
Sendo ρ a intensidade de energia por unidade de superfície e r o raio da frente de onda. Como a amplitude A da onda é proporcional a raiz quadrada da intensidade de energia, tem-se: A α ρ12 (1.2) A α 1 r (1.3) ou A α 1 vt (1.4)
Sendo v a velocidade da onda na camada e t o tempo de propagação.
Ao observar-se os dois fenômenos, a divergência esférica é muito mais relevante em aqui-sições rasas visto que as frequências altas são mais presentes. Em aquiaqui-sições mais profundas o fenômeno da absorção atua de forma mais drástica.
Nota-se que quanto maior o tempo percorrido pela onda, menor sua amplitude nal, por isso são propostas correções como formas de recuperar a amplitude. Uma bastante utilizada é o AGC ou Automatic Gain Control.
Como explicado, a amplitude do sinal não é constante, ao contrario ela decai com o tempo de propagação, uma forma de corrigir isto é aplicando uma correção proporcional ao tempo de propagação. A absorção do meio pode ser corrigida por um ganho exponencial (Yilmaz, 1987) de nido como:
E(t) = tet (1.5)
Normalmente na realização de trabalhos de geofísica opta-se pelo Automatic Gain Con-trol ou AGC que utiliza uma janela móvel e aplica um escalar em cada amostra do traço. Esta função utiliza a média do somatório do valor absoluto das amplitudes dentro da janela de tempo e um fator de escala de controle.
Sendo: S = n X i=1 |xi| (1.6) M = S Z (1.7)
Onde n é o número de amostras contidas na janela móvel de tempo, i a posição da amostra observada, S a soma absoluta das amplitudes da janela, Z o número de amostras não nulas, xi a amplitude da amostra em i e M a média do valor absoluto. Tem-se κ igual
a:
κ = ψ
M (1.8)
Onde ψ é um fator de escala e κ o escalar que ira multiplicar as amostras, da primeira amostra da janela de tempo ao centro, em seguida avança uma amostra e refaz os cálculos. Este procedimento é feito até a última janela, sendo que nesta, o escalar é aplicado em toda a janela.
1.2.5 Correção NMO
Todas as re exões quando registradas apresentam a imagem de uma hipérbole, devido ao aumento do oset (distância entre fontes e receptores) por traço. A correção Normal Moveout ou NMO consiste em, a partir de uma velocidade, corrigir o posicionamento das ondas re etidas relacionando-a ao tempo t0 (tempo em que fonte e receptor se encontram na
mesma posição). A correção é baseada na equação:
t2 = t20+ x Vnmo 2 (1.9)
Onde x é o oset, t é o tempo do sinal no oset e t0o tempo em um oset nulo.Subtrai-se
∆t para realizar a correção sendo ∆t = t − t0.
As velocidade usadas para correção NMO (Vnmo) são escolhidas normalmente por um processo de análise de velocidades, porém para este trabalho foram utilizadas algumas velocidades constantes, visto que o espectro de coerência para a realização da análise de velocidades não permitiu uma escolha mais precisa.
11
Como as aquisições sísmicas normalmente mapeiam estruturas estrati cadas, para faci-litar, supõe-se que os estratos tenham propriedades físicas homogêneas e isotrópicas, permi-tindo a consideração da velocidade intervalar constante para cada camada. Para a obtenção da Vnmo, utiliza-se o valor quadrático médio (Root Mean Square) das velocidades interva-lares. Vnmo,n = s Pn i=1v 2 i∆ti Pn i=1∆ti (1.10)
Em que vi é a velocidade intervalar na camada i, ∆t o intervalo de tempo da camada.
Figura 1.7: Ilustração de uma re exão antes da correção NMO.
1.2.6 Empilhamento
Após a etapa de correção NMO, é realizado o empilhamento do dado. Cada CMP previamente corrigido é somado aritmeticamente para formar uma única linha. Como os eventos estão horizontalizados estes podem ser somado, em comparação com o ruído que por ser aleatório, não pode ser empilhado (Cohen e Stockwell, 2002), o que permite um resultado com uma maior razão sinal/ruído.
A fórmula do empilhamento é: e(t) = 1 N N X i=1 xi(t) (1.11)
Figura 1.8: Ilustração de uma re exão após correção NMO.
Sendo e(t) a amplitude do traço empilhado no tempo t, xi(t)a amplitude do traço i no
tempo t e N o número da cobertura de CMP.
Após o empilhamento cada CMP torna-se uma linha na seção empilhada ou seção zero oset. Esta seção normalmente possui erros a exemplo de posicionamento incorreto de re etores, que podem ser corrigido por processos pós empilhamento, a exemplo da migração, em que pode-se obter uma seção migrada onde os re etores estão corrigidos em posição.
CAPÍTULO 2
Métodos de ltragem utilizados
Objetivando o aumento da razão sinal/ruído, são realizadas no processamento passos de ltragens a depender da escolha do geofísico.
No Capítulo é apresentado os conceitos teóricos dos métodos de ltragem utilizados neste trabalho, a ltragem no domínio da frequência, a ltragem SVD traço a traço e a Técnica Volume de Amplitude.
2.1 Filtragem no domínio da frequência
O processo de ltragem de frequências é a etapa de remoção de frequências indesejadas com o objetivo de reduzir determinados ruídos.
O ltro de frequência oferece grande exibilidade de design de ltro e facilita a ltragem com maior performasse que ltros análogos (Kearey, 2002).
Existe três tipos de ltro baseados apenas na frequência: O ltro passa alta (Figura 2.1), o ltro passa banda (Figura 2.2) e o ltro passa baixa (Figura 2.3). Cada um atua em uma determinada faixa de frequência e é e caz sob determinados ruídos, a exemplos do ruído ground roll, que estudos mostram ser um evento de baixa frequência, e sob as altas frequências diversos ruídos são observados no sinal sísmico, estes dependem da fonte, da profundidade de penetração da onda e das propriedades das rochas no local de estudo.
Usualmente recomenda-se o ltro passa banda, com frequências iniciando de 10 a 15 Hz e terminando de 70 a 80 Hz (Telford, Geldart e Sheri, 1990). Normalmente estas faixas de frequência contém os registros sísmicos a serem estudados.
Essa faixa é melhor determinada pela análise do espectro de frequências antes e após a ltragem, objetivando con rmar a ocorrência da ltragem propriamente dita, assim como também manter o espectro de dados sob controle, evitando o comprometimento do proces-samento por acumulo de erros no espectro da frequência (Telford, Geldart e Sheri, 1990).
Foi utilizado o comando su lter do seismic unix, para a ltragem do dado. Este co-mando possui embutido em seu código as transformadas direta e inversa de Fourier, visto
que a ltragem é trabalhada no domínio da frequência. A transformada direta de Fourier é de nida como:
X(w) = Z +∞
−∞
x(t)e−iωtdt (2.1)
Onde t representa a variável tempo e ω a variável frequência angular dada por ω = 2πf. Sua transformada inversa é dada pela equação 2.2:
x(t) = Z +∞
−∞
X(ω)eiωtdω (2.2)
Figura 2.1: Figura ilustrativa do ltro de frequência passa alta.
15
Figura 2.3: Figura ilustrativa do ltro de frequência passa baixa.
2.2 Filtragem SVD no domínio do tempo
Normalmente a ltragem SVD é realizada sobre uma matriz de dados. A seguir apre-sentamos o método proposto por Silva (2015) que utiliza a decomposição SVD para ltragem de um único traço sísmico.
A decomposição SVD é um artifício matemático capaz de subdividir grandes matrizes em três de acordo com a fórmula abaixo:
X = UΣVT (2.3)
Onde X é a matriz dos dados, U são os autovetores de XXT, Σ uma matriz diagonal,
retangular do mesmo tipo que X, cujos elementos da diagonal principal não negativos e V são autovetores de XTX, sendo esta a forma mais usual de representação da decomposição
SVD.
Porém o uso do SVD como ltro bidimensional é melhor escrito como:
XN = N −1 X i=0 σiuivTi = N −1 X i=0 e XNi (2.4)
Onde ui é o i-ésimo autovetor de XXT, vi é o i-ésimo autovetor de XTX, σi é o i-ésimo
valor singular de X, N a ordem da decomposição e XeNi é a auto-imagem em i.
Considerando o traço sísmico como o vetor x de ordem M e XN a matriz de ordem
XN = x 0 ... 0 0 x ... 0 ... ... ... 0 0 0 ... ... 0 0 ... x (2.5)
Aplicando um operador linear L que remove o moveout linear, empilha as colunas da matriz e calcula a média dos resultados, pode-se recuperar do vetor x, tal que:
LnXN o = N −1 X i=0 LnXeNi o = N −1 X i=0 e xNi = x (2.6)
Aproveitando-se o dado decomposto pode-se ltrar as componentes de alta frequência, deixando apenas componentes de baixa frequência.
Figura 2.4: Resultado de uma ltragem SVD de um único traço com ordem N=5. Os autotraços de 0 a 4 sendo da baixa para a alta frequências corres-pondem a (a),(b),(c),(d), e (e) respectivamente. A soma dos autotraços em (f) e o traço original em (g) (Silva, 2015).
Utilizando a primeira auto-imagem que representa as componentes de baixa frequência e desconsiderando as demais, tem-se a ltragem das componentes de alta frequência no traços sísmico pelo método SVD.
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2.3 Técnica volume de amplitudes (TecVA)
A técnica Volume de Amplitude se baseia na camada de rocha de menor espessura elementar que o dado sísmico consegue resolver ou sismocamada elementar. Quanto maior a delidade desta sismocamada, maior a resposta geológica advinda do traço sísmico tratado (Meneses, 2010).
Para aplicar esta técnica segue-se 2 passos:
• Calcula-se a amplitude RMS (Xrms) do dado pela fórmula:
Xrms = v u u u t 1 M j=1+M2 X j=1−M2 x2 j (2.7)
Sendo M o número de amostras da janela móvel, j a posição da amostra e xj a amplitude
da amostra em j.
• Aplica-se uma rotação de fase no dado da Amplitude RMS pela transformada de Hilbert A transformada de Hilbert é um ltro de quadratura que ao de nir o ângulo de rotação π
2
tem-se como resultado a troca de sinal, como visto na Figura 2.5.
O operador de Hilbert é de nido por: H(w) = −isign(w) = e−iπ2 w > 0 eiπ2 w < 0 0 w = 0 (2.8)
Fazendo-se a transformada reversa tem-se o operador expresso no domínio do tempo: h(t) = 1
πt (2.9)
No domínio do tempo, o traço de quadratura y(t) e o traço sísmico x(t) estão relacionados pela convolução:
CAPÍTULO 3
Aplicação do uxo de processamento e
resultados
3.1 Características da Região
A aquisição sísmica realizada para este trabalho localiza-se no município de Várzea Nova, Bahia, próximo a fazenda Arrecife, em um relevo majoritariamente plano com vege-tação característica de Caatinga.
Situa-se no domínio siográ co da Chapada Diamantina onde a oram as rochas do Super-grupo Espinhaço, compostas pelas Formações Morro do Chapéu e Caboclo, sobre as quais se acumulam as rochas do Super-grupo São Francisco que é composto pelo grupo Una, dividido nas Formações Salitre e Bebedouro. A Figura 3.1 mostra a associação de litofácies dos grupos Chapada Diamantina e Una.
A região esta dentro de um contesto de bacias sedimentares neoproterozóicas do Cráton de São Francisco. Estas bacias foram originadas de eventos extensionais que remontam da quebra do continente Rodínia entre 900 a 600 Ma.
Por volta de 1 Ga, o Cráton São Francisco foi coberto por glaciações, essas geleiras se movimentavam de Leste para Oeste na borda Sudoeste do paleo continente, e de Nordeste para Sudoeste, originando os diamictitos.
Seguiu-se um período de aquecimento que provocou o derretimento das geleiras e inun-dou o Cráton gerando a formação Salitre, do grupo Una que é composta de pelitos e carbo-natos de idades entre 770 a 900 Ma (Barbosa et al., 2003).
3.2 Dado não processado
Inicialmente visualizou-se o dado original sem alterações. O dado de Várzea Nova (ce-dido pela Petrobras) é uma linha sísmica do tipo end-on. A Tabela 3.1 mostra os parâmetros de geometria da linha de Várzea Nova.
Figura 3.1: Associação de Litofácies dos grupos Chapada Diamantina e Una.(Rocha e Pedreira, 2012)
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carbonáticas da Formação Salitre e os Diamictitos da Formação Bebedouro bem como os contatos entre as duas formações.
Foi utilizada na aquisição, para gerar ondas elásticas, uma fonte percussiva que consiste em um sistema de queda de peso acelerada, realizado pelo aparelho modelo ESS100SC feito pela Empresa GISCO, vista na Figura 3.2, em que a energia de um peso em movimento é proporcional a massa e ao quadrado da velocidade.
Figura 3.2: Imagem da fonte sísmica, modelo ESS100SC.
Para o registro dos dados, foram utilizados geofones verticais de 14 Hz de frequência fundamental e spikes de 15 cm, junto a um sistema de registro formado por 6 sismógrafos GEODE de 24 canais feito pela Empresa GEOMETRICS.
É importante ressaltar a grande quantidade de ruído visível no dado, impossibilitando a visualização de qualquer evento re exivo. Este dado foi trabalhado e entregue em acesso direto, já organizado em CMPs pela equipe de geofísica da PETROBRAS/CENPES.
Deu-se prosseguimento ao processamento dos dados, que resultou no presente trabalho. Na Figura 3.3 tem-se a imagem do 1◦ CMP.
Descrição dos Parâmetros
Parâmetros Utilizados
Intervalo entre Receptores (m)
5
Intervalo entre Tiros (m)
10
Número de Canais
289
Intervalo de Amostragem (s)
0.00025
Número de Amostras
4401
Tempo de Registro (s)
1
Menor Oset (m)
0
Maior Oset (m)
720
Cobertura CMP
137
Tabela 3.1: Parâmetros utilizados na aquisição.
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3.3 Edição
Dando continuidade ao uxo de processamento, foi realizada a etapa de edição de dados. Nesta etapa foram atenuados os efeitos de ruídos elétricos presentes acima da onda direta. Foram realizando picks manualmente utilizando comando sumute.
Para o dado original, é de conhecimento que foram adicionados propositalmente traços nulos pela equipe anterior, com o objetivo de manter a cobertura CMP constante, por isso foi desnecessário a eliminação de traços zerados.
O resultado da edição pode ser observado pela Figura 3.4 abaixo.
3.4 Aplicação do ltro de frequência passa-banda
Na etapa de ltragem de frequência foram optadas as frequências de 10 a 80 Hz de um ltro passa banda, tendo como objetivo a atenuação das altas frequências que causam grande parte dos ruídos no dado original.
A Figura 3.5 representa o CMP do dado pós o ltro, demostrando o resultado da ltragem de frequência sobre as linhas, visto qu e os ruídos elétricos foram zerados.
Observando a Figura 3.6 tem-se o espectro de amplitude do dado original. Pode-se notar a presença de frequências altas em até 2000Hz com uma predominância de amplitude em 5 a 300 Hz.
O espectro de amplitude do dado ltrado abaixo mostram que as altas frequências foram alteradas visto na Figura 3.7 demonstrando a e cacia do ltro.
Figura 3.5: (a) CMP do dado pós mute, (b) material extraído pelo ltro passa-banda, (c) Dado ltrado em frequência.
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Figura 3.6: Espectro de amplitude médio do dado original.
3.5 Resultado do AGC
Como explicado no Capitulo 1, o sinal do traço sísmico perde amplitude com o tempo de propagação, resultado da divergência esférica. Para corrigir o efeito de divergência foi utilizada uma correção de amplitude AGC.
Sendo assim, foi visto como necessária a aplicação de uma função de ganho, que neste caso objetiva manter a amplitude média dos dados aproximadamente constante.
Na etapa da aplicação do Automatic Gain Control, foi empregado um programa escrito na linguagem FORTRAN, utilizando uma janela móvel de 100 amostras, com nalidade de obter uma correção reversível, tendo como resultado um ganho na amplitude de sinal.
Ainda assim os evento sísmicos continuam mascarados pelos ruídos do dado, como mostra a Figura 3.8.
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3.6 Análise de velocidades e NMO
Normalmente a realização da correção NMO é feita após uma análise de velocidade, para de nir velocidades de NMO capazes de realizar a correção.
Devido ao excesso de ruído, esta etapa provou ser bastante difícil pois não ocorreu a coerência esperada nos painéis de espectro de velocidade como mostra a Figura 3.9.
Inicialmente foi realizado a correção NMO com um range de velocidades de 2500 a 4500 m/s variando de 100 a 100 m/s seguido de um full stack, que consistem em empilhar os dados corrigidos com velocidades constantes, na tentativa de observar quaisquer resposta de re exão, como mostra a Figura 3.10. Os resultados pós empilhamento não foram aparentes.
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Espessura de camada
Rocha
Velocidade
0-250m
CARBONATO
4500 m/s
250-330m
DIAMICTITO
3000 m/s
330-480m
ARENITO
2500 m/s
480-1000m
FOLHELHO
3500 m/s
Tabela 3.2: Modelo geológico de nindo espessura da camada, respectiva rocha e velocidade.
Para realizar a seleção das velocidades utilizou-se o modelo geológico apresentado na Tabela 2.2, admitindo-se velocidades constantes para cada tipo de rocha.
A partir do conhecimento prévio do modelo geológico descrito pela Tabela 3.2 realizou-se em realizou-seguida o RMS sobre as velocidades constantes para obter as velocidades NMO que serão aplicadas em todo o dado, na tentativa de visualizar qualquer evento que tenha se horizontalizado, a Figura 3.11 mostra a função velocidade gerada com o cálculo RMS.
3.7 Filtragem SVD traço a traço
Em paralelo à ltragem de frequências, foi aplicado um ltro SVD traço a traço sobre dado original corrigido em amplitude, após a correção NMO, como alternativa para ltrar as altas frequências do dado, para em seguida serem empilhados. Utilizou-se a primeira auto imagem gerada pela decomposição.
A Figura 3.12 mostra o resultado da ltragem pelo ltro SVD traço a traço e o resíduo da aplicação do ltro.
A Figura 3.13 mostra o espectro de frequências do dado ltrado pelo SVD. Pode-se observar pelo espectro que a ltragem SVD traço a traço é mais controlada, permitindo um maior aproveitamento do sinal sísmico.
Figura 3.12: (a) Família CMP do dado original com correção de amplitude, (b) componente de alta frequência extraída com a ltragem SVD, (c) com-ponente de baixa frequência obtida com a ltragem SVD.
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Figura 3.13: Espectro de amplitudes pela frequência do dado ltrado pelo SVD.
3.8 Resultado do empilhamento
Após a aplicação da correção NMO utilizando as velocidades escolhidas, foi realizado o empilhamento dos CMPs, para que qualquer evento horizontalizado seja somado construti-vamente, gerando uma seção empilhada. Para efeito de comparação foi feito o empilhamento do dado bruto, mostrado na Figura 3.14.
Nota-se que após seguido os passos de processamento, já se é possível distinguir eventos re exivos como mostra a Figura 3.15. A Figura 3.16 representa o melhor resultado obtido, empilhando o dado decomposto com apenas as baixas frequências e utilizando o ltro SVD traço a traço.
3.9 Resultado do TecVA
Com o resultado do empilhamento dos dados ltrados tanto pela frequência quanto pelo SVD traço a traço, foi realizada a Técnica Volume de amplitude.
Os resultados do TecVA, mostram resolução melhor dos eventos re exivos do dado como visto na Figura 3.17.
A Figura 3.18 representa o TecVA da seção empilhada do dado decomposto com apenas as baixas frequências e utilizando o ltro SVD traço a traço.
33 Figura 3.15: Seção empilhada do dado com ltrado pela frequência.
35 Figura 3.17: TecVA da seção empilhada com o ltro de frequência.
CAPÍTULO 4
Conclusões
Este trabalho teve como objetivo demonstrar a capacidade do processamento de dados em recuperar o máximo de informações possíveis de um dado de levantamento sísmico, realizado em Várzea Nova que está localizado na Chapada Diamantina.
O dado sísmico que foi cedido para este trabalho foi bastante desa ador, por conter pouca resposta re exiva de interfaces.
Sabe-se o quão poderosas são as ferramentas de processamento, porém como já menci-onado anteriormente, não se deve desconsiderar uma correta e organizada aquisição sísmica. Para que um dado tenha uma boa qualidade, tais fatores são cruciais e podem facilitar a etapa de processamento.
O dado da Chapada Diamantina em que se baseia este trabalho é extremamente rui-doso, ao ponto que pouco fornece de informações geológicas, mesmo após a realização das varias etapas de processamento. Porem mesmo que poucas, essas informações existem, como mostram os resultados das seções empilhadas e podem ser trabalhados por uma equipe de interpretação.
A viabilidade do uxo foi comprovada com a obtenção da imagem nal. Se submetidas a dados de melhor qualidade, o uxo proposto é perfeitamente aplicável.
Uma observação importante seria que a utilização de um modelo geológico de nindo as velocidades de camada foi de grande auxilio para o trabalho, permitindo a realização da correção NMO.
A ltragem SVD, em comparação com a ltragem de frequências, apresenta resultados mais aparentes demonstrados pelos resultados de empilhamento e TecVA.
Para futuras tentativas de processar a aquisição Várzea Nova, mais etapas podem ser implementadas no uxograma de processamento, métodos diferentes de ltragem, diferentes subrotinas podem provar-se mais e cazes na recuperação do dado, possibilitando uma melhor nitidez de eventos re exivos.
Gostaria de agradecer:
• Primeiramente a Deus pela vida e aqueles que durante toda minha trajetória estiveram ao meu lado;
• Meus pais, Márcio (in memória) e Sílvia, os meus maiores mentores na escola da vida, pelo extraordinário exemplo de amor, luta, dedicação, determinação, formadores do meu caráter e do homem que sou;
• Minha madrinha que sempre me apoiou e me defendeu em todas as situações;
• Meu primo Leo, amigo e irmão, sempre junto a mim, com suas brincadeiras e carinho; • Minha tia Rita, pelo carinho e incentivo, me fazendo lembrar constantemente a presença
do meu pai;
• Tia Sílvia Leal pelo amor e carinho fazendo de mim um lho seu.
• Toda a minha família, tios e primos que sempre estiveram junto a mim, demonstrando o carinho e orgulho;
• Aos meus amigos pela companhia dada todos esses anos;
• A PETROBRAS/CENPES, e em especial ao geofísico Danian Steinkirch de Oliveira por ceder os dados utilizados neste trabalho.
• Ao Prof. Dr Milton José Porsani, pela orientação dada e ensinamentos que foram de grande importância para o meu desenvolvimento.
Referências Bibliográ cas
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Abreu, A. S.(2005) Processamento de dados sismicos do golfo do Golfo do Mexico usando o Seismic Unix, Trabalho de Graduação, Universidade Federal da Bahia, Salvador, Brasil. Meneses, A. R. dos Santos(2010) Estudo teórico de atributos sismicos em dados sismicos de re exão, Trabalho de Graduação, Universidade Federal da Bahia, Salvador Brasil.
Ladino, O. F. Mojica(2011) Aplicações da ltragem SVD na analise de velocidades e no empilhamento CMP, Dissert. de Mestrado, Universidade Federal da Bahia, Salvador, Brasil.
da Silva, M. G.(2015) Empilhamento automático do longo do mergulho local e novos métodos para processamento de dados sismicos no domínio do tempo, Tese de Doutorado, Universidade Federal da Bahia, Salvador Brasil.
da Silva, M. G. (2004) Processamento de dados sísmicos da bacia do Tacutu, Dissert. de Mestrado, Universidade Federal da Bahia, Salvador, Brasil.
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Yilmaz, O. (1987) Seismic Data Processing: investigation in geophysics, Society of Exploration Geophysicists.
Barbosa, J. S. F. (2003) O cráton do São Francisco na Bahia: uma síntese. Revista Brasileira de Geociências, v. 33 - suplemento, n. 1, p. 3-6.
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