Canello, Estevão Guimarães.
Processamento sísmico de reflexão: exemplo utilizando dado com baixa razão sinal ruído / Estevão Guimarães Canello. - 2019. 55f.: il.
Monografia (Graduação)-Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Ciências Exatas e da Terra, Geofísica, Natal, 2019.
Orientador: Carlos César Nascimento da Silva. Coorientadora: Rosangela Corrêa Maciel.
1. Fluxo de processamento de dados sísmicos - Monografia. 2. Sísmica de reflexão - Monografia. 3. Dados com baixa razão sinal ruído - Monografia. I. Silva, Carlos César Nascimento da. II. Maciel, Rosangela Corrêa. III. Título.
RN/UF/BCZM CDU 550.3 Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede
ERRATA
CANELLO, E., G.
Processamento sísmico de reflexão: Exemplo utilizando dado com baixa
razão sinal ruído. 2019. 50f. Trabalho de Conclusão de Curso (graduação em geofísica),
Departamento de Geofísica, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal/RN, 2019.
Folha Linha
Onde se lê
Leia-se/Adiciona-se
17
2
de pesquisa e prospecção
de prospecção
17
15
O
processamento
da
linha
sísmica será executado com o
uso
do
software
ProMAX/SeisSpace e terá como
objetivo uma seção sísmica que,
através da integração de dados,
O processamento foi executado
com
o
uso
do
software
ProMAX/SeisSpace e tem como
objetivo uma seção sísmica que,
através da integração de dados
(sejam
eles
geológicos,
batimétricos,
entre
outros
provenientes de outros estudos),
17
25
O processamento sísmico é
complemento
ao
trabalho
proveniente da aquisição e trata
o
dado
para
facilitar
sua
interpretação.
O processamento é uma etapa
fundamental do método sísmico.
Por meio deste que é permitido
imageamento da subsuperfície.
17
29
satisfatório
adequado ao dado
17
29
da informação geológica
geológica
19
1
consiste em mapear e investigar
a geologia do substrato
consiste
em
imagear
a
subsuperfície
19
11
é processado de acordo com sua
vertente e interpretado. Como o
processados de acordo com sua
vertente
para
depois
serem
alvo deste trabalho é a aplicação
do processamento de dados na
sísmica de reflexão, ênfases irão
ser dadas à técnica. Tal técnica,
interpretados. O objetivo deste
trabalho
é
a
aplicação
do
processamento de dados à sísmica
de reflexão. O processamento,
21
4 / 5
do raio / do raio refletido
da onda / da onda refletida
21
18
HILL, I., p. 66-67
HILL, I., 2009, p. 66-67
22
3
somados à resposta natural do
ambiente.
convolvidos com o meio.
22
4
onde o conjunto em função
dessas amplitudes representam
onde uma sequência de valores de
amplitudes geram
23
Legenda
fig.5
Após
aplicação
da
Transformada de Fourier em
determinada faixa do traço, o
sinal sísmico passa a ser obtido
no domínio da frequência
Transformada de Fourier aplicada
em determinada faixa a cada
componente
do
modelo
convolucional.
24
4
em função da qualidade
à qualidade
24
8
de recepção, o intervalo entre
canais ou estações
o
intervalo
entre
canais
ou
estações de recepção
25
10
os traços nos intervalos de
interesse e o mute em eliminar
certos intervalos de tempo,
o que não é de interesse, como
traços considerados ruidosos e
certos intervalos de tempo,
34
Legenda
fig.11
A linha/faixa em vermelho é
usada para definir o assoalho
oceânico, usado
A linha tracejada em vermelho é
usada para delimitar o assoalho
oceânico, usada
35
15
(mau
acoplamento
dos
hidrofones)
(possíveis problemas elétricos no
transdutor)
39
10
o raio sísmico
a onda sísmica
40
1
figura 14
figura 15
40
13
O modelo de deconvolução
utilizado então, foi do tipo do
tipo fase zero (Zero Phase
Spiking)
Este fato corrobora com a idéia de
que a fonte é quem indica o
modelo de deconvolução utilizado
no software. Deste modo, o tipo
fase zero (Zero Phase Spiking) foi
aplicado
43
22
seção de offset mínimo
seção empilhada da deconvolução
44
Legenda
fig.18
Seção de offset mínimo
Seção empilhada da deconvolução
46
4
já possui
o dado sísmico já possui
47
5
este caso,
este estudo,
47
20
entre a seção
com a seção
50
1
custo
custo (quando comparado com
métodos de investigação direta)
50
5
está relacionada
e está relacionada
50
15
eficiência
eficácia
50
24
(2016), Carvalho,
(2016), Moreira (2016), Carvalho,
50
29
(ou
seja,
voltado
em sua
essência para reduzir ao máximo
a influência do sinal enviado
pela fonte e dos ruídos)
(remoção dos ruídos e recuperação
das reflexões primárias)
51
20
A seção de empilhamento
A seção empilhada de DMO
52
9
fontes externas. Lembrando que
fontes
externas
podem
ser
quaisquer
outras
imagens
representativas da mesma região
e adquirida no mesmo período.
dados
da
literatura
(outras
referências).
Lembrando
que
dados da literatura podem ser
quaisquer
outras
imagens
representativas da mesma região e
adquirida
no
mesmo período
(como
exemplo
ASSUNÇÃO,
2013).
53
Ref. [1] 2018
2013
29;
32;
48;
49;
e 51
fonte
fig.8;
fonte
tabela 1;
linha 7;
fonte
fig.22A;
linha 27
Seismic
Project
Information
FM0106
SHIPLEY T. H. e LADD J. W. (
“Seismic
Project
Information
FM0106”, [s.d]).
Figura i: Atualização da figura 9 (fluxo lado esquerdo, aplicado).
Figura ii: Atualização da figura 11 (Adicional linha tracejada em vermelho).
AGRADECIMENTOS
Agradeço à minha família, em especial à Deus, por me conceder o dom da vida, me
guiar nos melhores caminhos e me proteger sempre; Aos meus pais Edemar e Neuma, por me
ensinarem a trabalhar e estudar para conquistar os meus objetivos, sem a ajuda deles eu não
conseguiria nada; Aos meus queridos irmãos Emília e Gabriel por lutarem juntos comigo, o
companheirismo deles é inigualável; Em especial à minha avó Natércia, qual me ajudou muito
no início da minha graduação;
Gostaria de agradecer também à todos os amigos que fiz durante esses 5 anos de
curso, além dos melhores amigos que me acompanharam na jornada, Josieudo (amigo/irmão
de vida), Haron, B.A, Janderson, Moizes, Matheus, Marilia, Kamelia, Aiane, Rafael Alves
(amigo/irmão gênio de curso), Denis, Lucas Brito, Aline Alves, Débora, Tito, Ody, Gabriela,
Hadassa, Ítalo, Pamella, Sarah, Derick, Naiyan, Daniel, Baraúna, Gustavo Mendonça, Miro,
Thabita, Lucas, Carol, Asmminey, Augusto, Gilberto, Úrsula, Rayane, Hugo, Maurício,
Jobson, Luã, Victor, Larissa, Magnus, Gustavos, Patrick, Thyal, Quartas e os que acabei
esquecendo de citar (risos), foram tantos que cruzaram meu caminho, gratidão por cada um
deles;
Agradeço aos meus "patrões" por terem me acolhido, principalmente à família
“Mafra” (e todos os que compõem sua/nossa equipe de trabalho), grandemente à família
"Mazzili" ("Dopo le sessioni di agopuntura, festeggiamo con un buon vino e mangiando la
migliore pizza di Natal!"), ao Bruno e também ao André (representando a família "união
motos");
Agradeço aos meus orientadores e eternos professores Rosangela Corrêa Maciel e em
especial ao Carlos César Nascimento da Silva, pelos ensinamentos, por terem aceitado me
orientar neste trabalho, pela paciência, conselhos e longas correções. Cada um com sua
maneira de propor soluções para grandes problemas simples (sim, pelas ajudas na busca de
enxergar os caminhos de forma mais fácil);
Agradeço aos cientistas Thomas H. Shipley e John W. Ladd juntamente com o
Instituto de Geofísica da University of Texas (Austin) pela disposição do dado; Ao
INCT-Geofísica do Petróleo, com vistas à infraestrutura do laboratório (LAGAP); À
Halliburton pela disponibilização do software de processamento do dado (o belo
ProMAX/SeisSpace®) bem como à Petrobras pela disposição do equipamento utilizado,
adquirido através do projeto: "Fomento à formação de Recursos Humanos em Geofísica por
meio da criação do PRH-PB 229".
À infra-estrutura da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, todos os
funcionários do DEGEF e em especial professores e equipe que compõe a coordenação do
curso (o grande Geraldo e Huganisa);
Por final, já que faz parte também da minha família, gostaria de agradecer
imensamente à minha companheira e psicóloga Ingrydy Layla, por ter me apoiado em
momentos difíceis no final da graduação, pelo companheirismo, carinho, por se envolver e me
motivar sempre a querer o melhor.
RESUMO
O método sísmico de reflexão possui aplicabilidade multidisciplinar (estudos
geológicos, ambientais, engenharia civil, etc), permite mapear as estruturas geológicas
presentes na subsuperfície e destaca-se quanto aos objetivos devido ao seu custo/benefício.
Neste trabalho, aplica-se um fluxo de processamento convencional atual (processado pelo
software da Landmark/Halliburton: o ProMAX/SeisSpace) num trecho de um dado
relativamente antigo (1979), com baixa razão sinal ruído, na tentativa de mostrar a imagem da
seção sísmica com ganho de resolução. Para este fim, envolve-se três etapas (concomitantes
com o conhecimento geológico): aquisição, processamento e interpretação. A aquisição do
dado fez parte de uma série de perfis de reflexão sísmica do projeto IPOD (
International
Phase Ocean Drilling
) no Oceano Atlântico, e está localizada nas proximidades da costa do
Rio de Janeiro e nas proximidades do Alto do Rio Grande, com geologia composta por uma
sucessão de carbonatos pelágicos intercalados com sedimentos vulcanogênicos e basaltos,
típicos de fundo de oceano. O processamento sísmico é complemento ao trabalho proveniente
da aquisição e trata o dado para facilitar sua interpretação tem como objetivo uma seção
sísmica que, através da integração de dados, é passível de identificação de interfaces
geológicas. Este trabalho mostra como o re-processamento de dados, usando diferentes fluxos
de processamento, pode gerar informações adicionais acerca das estruturas e feições
geológicas de interesse exploratório para o local, pois de etapa por etapa, considerando as
pequenas mudanças relativas ao ganho de resolução entre elas, atinge-se o objetivo do fluxo
de processamento aplicado.
Palavras-chave:
Fluxo de processamento de dados sísmicos. Sísmica de reflexão. Dados
ABSTRACT
The seismic method of reflection has multidisciplinary applicability (geological,
environmental, civil engineering, etc.), this technique allows to map the geological structures
present in the subsurface , and it stands out as to the objectives due to its cost / benefit. In this
work, a current conventional processing stream (processed by Landmark / Halliburton
software: ProMAX / SeisSpace) is applied in an excerpt from a relatively old data (1979),
with a low signal-to-noise ratio, in an attempt to show the image of the seismic section with
resolution gain. For this purpose, three stages (concomitant with geological knowledge) are
involved: acquisition, processing and interpretation. The acquisition of the data was part of a
series of seismic reflection profiles of the IPOD (International Phase Ocean Drilling) project
in the Atlantic Ocean, and it is located near the coast of Rio de Janeiro and in the vicinity of
the Alto do Rio Grande, which geology is composed by a succession of pelagic carbonates
intercalated with volcanogenic sediments and basalts typical of the ocean floor. The seismic
processing complements the acquisition work and it treats the data to facilitate its
interpretation. The processing stage objective is a seismic section that, through the data
integration, is capable of identifying geological interfaces. This work shows how the data
re-processing, using different processing flows, can generate additional information about the
geological structures and features of exploratory interest for the site. In other words, step by
step, considering the small changes related to the gain of resolution between, the
re-processing reachs the goal of the applied processing stream.
Keywords: Seismic data processing flow. Seismic reflection. Data with low signal noise ratio.
ProMAX/SeisSpace. Rio Grande Rise.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Representação esquemática para o sucesso da técnica da sísmica de exploração.
Conjunto aquisição/processamento/interpretação/aquisição e a importância das
vertentes com o alvo (geologia) centralizado ………..………. 19
Figura 2 – Ondas de corpo. SH e SV como componentes da onda S, setas indicando vibração
perpendicular à direção de propagação da onda e a onda P. onde seta indica que as
partículas do meio vibram na mesma direção da propagação da onda …….…... 20
Figura 3 – Raios incidente, refletido e transmitido, devido contrastes de impedância acústica
entre camadas planas. Raio de amplitude An+2 atravessa a interface na mesma
direção do raio incidente e o raio refletido de amplitude An+1 retorna seguindo a
mesma trajetória do raio incidente ………...……… 21
Figura 4 – Geração do traço sísmico sendo o produto da convolução entre a função
refletividade e um pulso sísmico variável com o tempo…...….……...………… 22
Figura 5 – Após aplicação da Transformada de Fourier em determinada faixa do traço, o
sinal sísmico passa a ser obtido no domínio da frequência …………...……...… 23
Figura 6 – Representação da disposição de fonte-receptor numa aquisição sísmica. Retas no
arranjo destacam famílias de offsets comum; família de receptores comuns;
família CMP e; seção de tiro comum (fonte), respectivamente representados por
círculos
claros
numerados
(1,
2,
3
e
4)
e
suas
coordenadas
espaciais………..….…… 24
Figura 7 – Representação
de
um
modelo
de
fluxo
de
processamento
convencional... 27
Figura 8 – Mapa de localização da linha de aquisição WSA01 (trecho processado em
vermelho), sobreposto ao mapa estrutural da margem continental do sul do Brasil
e bacia oceânica adjacente, mostrando a localização do Alto do Rio Grande (onde
a Elevação do Rio Grande está contida ou ainda a Cadeia do Rio Grande) em
relação às principais características tectônicas... 29
Figura 9 – Fluxograma de processamento sísmico comparado com outro fluxograma
convencional semelhante; A) Utilizado no trecho da linha sísmica WSA-01tr3; B)
Utilizado em Zaque (2011)... 31
Figura 10 – Janela do módulo, onde informações acerca da geometria podem ser
acessadas………... 33
Figura 11 – Seção de offset mínimo (316m) como imagem auxiliar na análise de velocidades
preliminar. A linha/faixa em vermelho é usada para definir o assoalho oceânico,
usado na etapa de edição do dado (aplicação de top mute). As regiões limitadas
nos quadros coloridos (cerca de 10km em escala horizontal), servirão como
regiões utilizadas nas comparações entre etapas ... 34
Figura 12 – Painéis aplicados ao conjunto de 9 CDPs, utilizado para a aumentar a
confiabilidade na interpretação das velocidades. A picagem da velocidade é
exibida por uma linha branca no painel de semblance e uma linha vermelha no
painel de funções de velocidade de empilhamento... 37
Figura 13 – Modelo de velocidades 2D resultante da velan nas CDPs definidas (destacadas em
vermelho), usado para controle de qualidade. Neste controle, variações laterais de
velocidade devem ser suaves e caso haja anomalias bruscas deverá ser executada
uma nova análise em torno da CDP ... 38
Figura 14 – Traços do tiro 290. A) Antes da correção B) Depois da correção da divergência
esférica. Note efeito do top mute na faixa superior dos traços (comparação entre A
e B, antes e depois de sua aplicação, respectivamente) e janela de deconvolução
(jan_decon) limitada na faixa inferior dos traços da figura B apenas com dados
destinados ao uso... 39
Figura 15 – Sessões de empilhadas para efeito de comparação. A) Empilhamento da
geometria; B) Empilhamento da divergência esférica.………. 40
Figura 16 – Sessões de empilhadas para efeito de comparação. A) Empilhamento da
divergência esférica; B) Empilhamento da deconvolução... 40
Figura 17 – Espectro de amplitude x frequência, com o intuito de verificar a faixa de
frequências predominantes no dado sísmico para uso posterior de filtragem. A)
Após carregamento da geometria; B). Após correção de amplitude. (C) Após
correção da divergência... 42
Figura 18 – Seção de
offset mínimo sobreposta com o modelo de velocidades 2D resultante da
análise preliminar de velocidades... 44
Figura 19 – Modelo de velocidades 2D resultante da análise de velocidades nas 52 CDPs
qualidade.
Variações
laterais
de
velocidade
também
devem
ser
suaves………... 45
Figura 20 – Sessões de empilhadas para efeito de comparação. A) Empilhamento da
deconvolução; B) Empilhamento (NMO/DMO)... 46
Figura 21 – Sessões de empilhadas para efeito de comparação. A) Empilhamento
(NMO/DMO); B) Empilhamento dado migrado…....…... 48
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO
……..………...…………..17
1.1
Apresentação e objetivos
…...………...………….. 18
2
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
…....………...………….. 19
2.1
A propagação das ondas e geração do pulso sísmico
……..………...…………..20
2.2
Coeficiente de reflexão e contraste de impedância
……...………...………….. 21
2.3
Modelo Convolucional
……...………...…………..22
2.4
Aquisição
…...………...…………..24
2.5
Processamento Convencional
……...……….…….25
2.6
Interpretação
………...…………...………...………. 28
3
CONTEXTO GEOLÓGICO
………..………....………...… 29
4
APLICAÇÃO DO MÉTODO SÍSMICO DE REFLEXÃO
………...……..….31
4.1
Pré processamento
…...……….………..… 32
4.2
Processamento
……….……….………...36
5
CONSIDERAÇÕES FINAIS
………...……….... 50
17
1 INTRODUÇÃO
A Geofísica é uma ciência que se utiliza dos princípios da física para estudar o
substrato por meios indiretos de pesquisa e prospecção fornecendo informações importantes
acerca do meio, apesar das incertezas e ambiguidades na sua interpretação. Para reduzir
incertezas e remover as ambiguidades, utiliza-se de conceitos geológicos (método direto)
como "calibrador" de suas informações.
O método sísmico permite mapear as estruturas geológicas presentes na
subsuperfície. Sua importância torna-se multidisciplinar devido à aplicabilidade, pois auxilia
em estudos geológicos, ambientais e é também atuante em áreas como engenharia civil.
Tal
método é corriqueiramente utilizado na indústria do petróleo devido ao custo/benefício, onde
apesar de elevados custos de aquisição e processamento, ainda se destaca quanto aos objetivos
(alta profundidade x resolução sísmica e abrangência x tempo) em relação aos outros
métodos.
Neste trabalho é apresentado o método sísmico e sua teoria com posterior aplicação
de um fluxo de processamento sísmico de reflexão num dado real (levantamento sísmico
marinho 2D) adquirido no final dos anos 70. O processamento da linha sísmica será executado
com o uso do software ProMAX/SeisSpace e terá como objetivo uma seção sísmica que,
através da integração de dados, seja passível de identificação de interfaces geológicas na linha
sísmica analisada. Trata-se do uso de um fluxo/ software atual, aplicado à um dado antigo.
O fluxograma de processamento segue uma linha convencional, composta por leitura
do dado, carregamento da geometria, edição e silenciamento dos traços, análise de velocidade
preliminar, correção da divergência esférica, deconvolução, correção de NMO ( Normal
MoveOut ), mute stretch , correção DMO ( Dip MoveOut ), empilhamento, migração Kirchhoff
em tempo além de filtros e ganhos para geração da seção final.
O processamento sísmico é complemento ao trabalho proveniente da aquisição e trata
o dado para facilitar sua interpretação. É válido salientar que cada processamento, por mais
que seja básico, segue um fluxo diferente e as técnicas utilizadas devem ser explicadas por
cada autor, depende dos objetivos e do conhecimento prévio sobre o alvo. A qualidade final,
após o processamento, está ligado a esse conjunto. Deste modo, a escolha de um fluxo de
processamento satisfatório vai permitir melhor visualização e interpretação da informação
geológica.
18
1.1 Apresentação e objetivos
Este Relatório de Graduação em Geofísica – RGG, apresenta o trabalho
desenvolvido para a disciplina GEF 0161 – Relatório de Graduação em Geofísica,
componente obrigatório da grade curricular do curso de Bacharelado em Geofísica da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN.
Apesar da sísmica envolver a aquisição, o processamento e a interpretação, este
trabalho apenas apresenta informações relacionadas à aquisição com ênfase à metodologia
aplicada ao processamento utilizado num dado relativamente antigo (década de 1970),
mostrando a eficiência de novas técnicas, assim como fluxogramas aplicados em trabalhos já
disponíveis na literatura para trechos da linha sísmica analisada (REVORÊDO e
NASCIMENTO DA SILVA, 2016; ASSUNÇÃO, 2013; CARVALHO, NETO e
NASCIMENTO DA SILVA, 2017), discutindo os resultados obtidos em cada parte do fluxo
aplicado pelo autor.
Deste modo, o RGG tem como objetivo aplicar técnicas atuais de processamento
sísmico de reflexão em um dado de baixa razão sinal/ruído (SNR) na tentativa de mostrar a
imagem da seção sísmica com ganho de resolução.
Para completar a prática será utilizado um
software com licença acadêmica para a UFRN em busca de, através do processamento
sísmico, produzir imagens com o maior nível de confiabilidade relacionadas ao alvo de
subsuperfície.
O dado será submetido às etapas de processamento, usando o software da
Landmark/Halliburton: o ProMAX/SeisSpace (licença do tipo Grant), podendo assim analisar
a eficiência de cada processo. Vale salientar que o re-processamento de dados, usando
diferentes fluxos de processamento, pode gerar informações adicionais acerca das estruturas e
feições geológicas de interesse exploratório para o local.
O trabalho será subdivido nos próximos capítulos em apresentação dos fundamentos
da base teórica envolvidos no método, o contexto geológico da área analisada, a aplicação do
método sísmico de reflexão bem como o processamento envolvido e considerações finais.
19
2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS
O método sísmico consiste em mapear e investigar a geologia do substrato através do
contraste de impedância acústica entre (meios distintos) diferentes eventos sísmicos e se
baseia na propagação de ondas acústicas geradas de forma artificial (fonte controlada). A
partir do contraste de impedâncias acústicas (nos contatos de litologias distintas) temos os
efeitos de reflexões e refrações, dividindo o método em duas vertentes (sísmica de reflexão ou
sísmica de refração).
O método tem como produto imagens (passíveis de posterior interpretação) que
fornecem uma definição das feições geológicas a partir das técnicas empregadas. Usualmente
a técnica para este fim envolve três etapas como mostrado na figura 1, concomitantes com o
conhecimento geológico: aquisição, processamento e interpretação.
Figura 1 - Representação esquemática para o sucesso da técnica da sísmica de exploração. Conjunto aquisição/processamento/interpretação/aquisição e a importância das vertentes com o alvo (geologia) centralizado.
Fonte própria.
Para o método, dados podem ser adquiridos em terra ou no mar, é processado de
acordo com sua vertente e interpretado. Como o alvo deste trabalho é a aplicação do
processamento de dados na sísmica de reflexão, ênfases irão ser dadas à técnica. Tal técnica,
visa realçar feições de interesse (sinais) e remover informações indesejadas (ruídos), quando
possível, a partir da aplicação de técnicas de filtragens nos dados adquiridos, visto que ruído e
sinal estão presentes nos registros.
Cada processamento segue um fluxo diferente e cada
técnica do processamento deve ser explicada por cada autor.
Neste capítulo é descrita uma breve introdução à teoria utilizada para explicar
fenômenos físicos envolvidos na sísmica de reflexão (fundamentos físicos), quando o meio é
percorrido por ondas sísmicas, e os próximos capítulos mostrarão com mais detalhe o fluxo de
processamento aplicado com descrição de detalhes para cada etapa.
20
2.1 A propagação das ondas e geração do pulso sísmico
No contexto sísmico marítimo, são analisadas apenas as ondas primárias (ondas P),
visto que os geofones encontram-se sobre a coluna de água e as camadas prospectadas
submersas ao fluido. Como o fluido não apresenta resistência ao cisalhamento, ondas
secundárias (SV e SH) não se propagam até os geofones e não são passíveis de registro. As
ondas secundárias podem até sofrer reflexão e se converterem em ondas P, mas neste caso são
consideradas como ruídos (reflexão múltipla) e passíveis de atenuação. A figura 2 apresenta a
movimentação de ondas de corpo e a vibração das partículas de cada onda quando percorrem
um determinado meio. Note na figura que a direção de propagação da onda se afasta da fonte
e se aproxima do receptor.
Figura 2 - Ondas de corpo. SH e SV (horizontal e vertical, respectivamente) como componentes da onda S, setas indicando vibração perpendicular à direção de propagação da onda e a onda P. onde seta indica que as partículas do meio vibram na mesma direção da propagação da onda.
Fonte própria.
O pulso sísmico pode ser originado por fontes de impactos, de vibração, de impulsos,
entre outras. A partir da emissão do pulso sísmico (onda gerada pela fonte), parte da energia
deste pulso é transmitida, uma parte é perdida devido à atenuação e outra parte é refletida.
Obtém-se então uma série de impulsos (gravados pelos receptores em superfície), esta
correspondente à função refletividade (vide capítulo 2.3), como resposta da propagação das
ondas sísmicas por meio das interfaces entre as camadas em subsuperfície. Tais impulsos
apresentam diferentes intensidades e dependem dos contrastes de impedância entre camadas
vizinhas.
21
2.2 Coeficiente de reflexão e contraste de impedância
As amplitudes do dado sísmico estão relacionadas com os coeficientes de reflexão
(R) em decorrência da passagem das ondas acústicas e é uma propriedade de interface,
diferentemente da impedância acústica, que é uma propriedade de camada. A equação 1
mostra que o coeficiente de reflexão (R) é dado através da razão entre a amplitude do raio
incidente (An), e a amplitude do raio refletido (An+1).
R = An+1 / An
(1)
Sendo n o índice da camada. O coeficiente de reflexão é proporcional à diferença de
impedância acústica entre camadas geológicas vizinhas. A equação 2 mostra que a
impedância acústica (propriedade intrínseca do meio, Z) é definida como o produto entre a
velocidade compressional (V) e a densidade da rocha (ⲣ).
Zn = ⲣn.Vn
(2)
A figura 3 mostra que, para um raio com incidência normal na interface entre duas
camadas, o coeficiente de reflexão é obtido a partir da equação 3, ou seja, a partir da diferença
das impedâncias acústicas entre as duas camadas pela soma das mesmas. :
R =(Zn+1 - Zn) / (Zn+1 + Zn)
(3)
Entre dois meios com contraste de impedância, conforme figura 3, a energia total dos
raios transmitido e refletido deve ser igual à energia do raio normalmente incidente
(KEAREY, P.; BROOKS, M.; HILL, I., p. 66-67). Assim, as proporções relativas da energia
transmitida e refletida são determinadas pelo contraste de impedância acústica (ligado à
diferentes propriedades elásticas do meio atravessado pela onda). Esse contraste serve como
principal guia para o método.
Figura 3 - Raios incidente, refletido e transmitido, devido contrastes de impedância acústica entre camadas planas. Raio de amplitude An+2 atravessa a interface na mesma direção do raio incidente e o raio refletido de amplitude An+1 retorna seguindo a mesma trajetória do raio incidente.
22
2.3 Modelo convolucional
Os dados sísmicos são compostos pelos resultados de leituras dos receptores sísmicos
(grupo de geofones ou hidrofones), e neles estão contidos todos os sinais oriundos da fonte
somados à resposta natural do ambiente. A representação desses dados é dada através de
medidas de amplitudes (sismogramas), onde o conjunto em função dessas amplitudes
representam o traço. A figura 4, mostra a convolução da assinatura da fonte com o coeficiente
de reflexão (convolução onde o sistema é a Terra), adicionado de ruídos, originando assim o
traço sísmico (resposta sísmica). Note que os coeficientes de reflexão variam de acordo com a
diferença de impedância acústica entre camadas geológicas adjacentes, isso significa que a
impedância acústica é uma propriedade de camada.
Figura 4 - Geração do traço sísmico sendo o produto da convolução entre a função refletividade e um pulso sísmico variável com o tempo.
Adaptado de Kearey, P.; Brooks, M.; Hill, I. (2009).
Conforme equação 4, o sinal sísmico pode ser aproximado como sendo a convolução
da função refletividade (forma de distribuição dos coeficientes de reflexão) com o pulso
sísmico adicionado de ruídos, e é conhecido como modelo convolucional onde é utilizado
para representar a resposta sísmica.
S(t) = R(t) *W (t) + r(t)
(4)
Onde: S(t) – sinal sísmico, R(t) – função refletividade, W(t) – pulso sísmico e r(t) –
ruído;
Numa dada coordenada, várias medidas do sinal sísmico variando apenas o tempo
formam um conjunto de amostragem, que juntas, formam o traço sísmico. Assim, o sinal
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sísmico é obtido por coordenadas espaciais (GPS) em função do tempo (domínio distância x
tempo). O sinal também pode ser representado no domínio da frequência (domínio frequência
x número de ondas). A figura 5 representa a obtenção do traço sísmico em função da
frequência.
Figura 5 - Após aplicação da Transformada de Fourier em determinada faixa do traço, o sinal sísmico passa a ser obtido no domínio da frequência.
24
2.4 Aquisição
Na aquisição, assim como noutros métodos geofísicos, podem ser utilizados diversos
arranjos. Para os arranjos, mudança de parâmetros vão influenciar na qualidade da seção
sísmica. Parâmetros de aquisição de uma linha sísmica serão importantes na definição do que
se quer encontrar (alvo) e este está diretamente ligado (vide figura 1) em função da qualidade
da seção gerada para interpretação. A figura 6 exibe distintas formas de como o dado pode ser
visualizado (seus diversos domínios e suas coordenadas).
Figura 6 - Representação das diversas disposições entre fonte-receptor numa aquisição sísmica para um arranjo end-on . Polígonos no arranjo destacam famílias de offsets comum; família de receptores comuns; família CMP e; seção de tiro comum (fonte), respectivamente representados por círculos claros numerados (1, 2, 3 e 4) e suas coordenadas espaciais.
Adaptado de Yilmaz (2001).
Os parâmetros essenciais na aquisição sísmica estão numerados em círculos escuros
na figura 6 e são o intervalo entre pontos de tiro (1), de recepção, o intervalo entre canais ou
estações (2) e a distância entre fonte e receptor, conhecida como offset . O offset mínimo (3) é
a distância que separa a fonte e o canal mais próximo, já o offset máximo (4) é a que separa a
fonte e o canal mais afastado.
25
2.5 Processamento Convencional
O fluxo de processamento comumente segue etapas como: conversão do dado para
leitura nos softwares , carregamento de geometria, análise espectral (correção da divergência
esférica), ganhos específicos, análise de velocidades, deconvolução do pulso sísmico,
migração e filtros e ganhos. O processamento trata o dado de forma a atenuar ruídos
aumentando assim a razão sinal/ruído ( SNR ) e melhorando a resolução dos traços individuais
(KEAREY, P.; BROOKS, M.; HILL, I., 2009).
O primeiro passo, é a conversão do dado para o formato de leituras (dependência do
software usado), e na sequência, carrega-se a geometria. Esta etapa é muito importante, visto
que todo o processamento será comprometido caso haja erro na definição de seus parâmetros.
A edição dos traços consiste em eliminar os traços nos intervalos de interesse e o mute em
eliminar certos intervalos de tempo, diminuindo assim a carga de dados a ser processado.
A etapa de recuperação das amplitudes trata de compensar a perda natural que um
sinal sofre ao longo de sua trajetória. Essa perda ocorre de diferentes formas. Segundo o
dicionário do petróleo (FERNÁNDEZ Y FERNÁNDEZ E., PEDROSA JUNIOR O. A. e
PINHO A. C. de.) parte da energia oriunda da fonte sísmica é convertida em calor ao
atravessar um meio, fenômeno conhecido como absorção, e compreende dois fenômenos
conjugados: a atenuação intrínseca (decaimento da amplitude da onda) e a dispersão
(dependência da velocidade de propagação com a frequência). Tais fenômenos estão
relacionados à propriedades intrínsecas do meio e a correção desses efeitos torna-se atípica,
não sendo executadas num processamento convencional. A outra parte responsável pela
diminuição da amplitude do sinal, geralmente usado em etapas como esta, é conhecido como
espalhamento geométrico e está associado à expansão da frente da onda sísmica.
No efeito de
espalhamento geométrico (ou divergência esférica), a frente de onda se propaga no interior da
terra e se espalha, cobrindo áreas cada vez maiores em função do tempo. A energia distribuída
nessa frente permanece a mesma, e como é distribuída para áreas cada vez maiores ao se
afastar da fonte, a amplitude do pulso sísmico tende a decrescer. Em teoria, a recuperação é
tratada em função da distância percorrida (e/ou do tempo), onde o decaimento da amplitude
acontece de maneira uniforme para um meio homogêneo. Mesmo sendo tratado dessa forma,
26
correção da divergência esférica (que diferente de outros fenômenos, independe de
propriedades intrínsecas da rocha).
A deconvolução é comumente aplicada antes do empilhamento, trata-se de um filtro
inverso que é usado na tentativa de restaurar as frequências mais altas que foram atenuadas
destacando assim as reflexões. Ela trata de comprimir o pulso, atenuando ruído e energia
coerente indesejável (reverberações e múltiplas de curto período, por exemplo). Dito de outra
forma, aumenta a resolução vertical e produz uma representação da refletividade
subsuperficial, importante na obtenção do traço.
Determinar as velocidades sísmicas dos eventos sísmicos é a base da análise de
velocidades e sua determinação torna-se fundamental devido utilização em muitas etapas do
processamento e interpretação. No contexto sísmico, há diferentes tipos de velocidade
(intervalar/DIX, aparente, média, média quadrática/RMS, instantânea, de fase, de grupo,
stacking velocity , etc). Porém, a velocidade que pode ser obtida de forma confiável a partir de
dados sísmicos é a velocidade que produz o melhor empilhamento ( stacking velocity ), válida
para todos os offsets , devido esta apresentar uma melhor caracterização relacionada às curvas
de reflexão (YILMAZ, 2001; KEAREY, P.; BROOKS, M.; HILL, I., 2009). Diversos fatores
como: forma, pressão, saturação de fluido dos poros, temperatura, a rocha em si (composição
litológica), influenciam na variação de velocidade. Deste modo o conhecimento geológico
sobre o alvo é de suma importância. As informações sobre as velocidades são utilizadas na
correção de NMO, na correção de divergência esférica, etc.
A correção de NMO ( normal moveout ) trata sobre o atraso do tempo de chegada do
raio, em relação ao tempo duplo de incidência normal. A diferença entre o tempo duplo em
um dado offset e o tempo duplo zero-offset é chamado de normal moveout (NMO). Tal
correção é feita a partir da estimativa da velocidade executada anteriormente. Uma distorção
como consequência desta correção ocorre nos sinais sísmicos registrados em curtos intervalos
de tempos e longos offsets , conhecida por estiramento ( stretch ) do traço. Tal distorção é
passível de eliminação para não comprometer a qualidade dos dados no empilhamento.
A correção Dip-moveout (DMO) busca a correção do efeito de distorção dos
mergulhos dos refletores em subsuperfície. Na presença de refletores que possuem mergulho,
a seção empilhada não é idêntica a uma seção zero-offset . A correção DMO produz uma seção
empilhada melhor representativa em relação à seção zero-offset em comparação com o
empilhamento CMP convencional baseada somente na correção de NMO (YILMAZ, 2001).
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O empilhamento, como próprio nome sugere, trata de empilhar vários traços sísmicos
de uma mesma CMP (técnica CDP, admitindo um modelo de terra com refletores planos e
horizontais e sem variação lateral de velocidades). Nesta etapa, os traços que já passaram pela
correção de NMO/DMO e silenciados (aplicação do mute ) para cada família CMP, são
somados e produzem um único traço. De acordo com Rosa (2010, p.98), a multiplicidade
relativa à técnica CDP faz com que os traços sísmicos de um agrupamento CMP possam ser
empilhados realçando as reflexões. Quão melhor forem executadas as velocidades de
empilhamento (stack), anteriormente estimadas na análise de velocidades, melhores serão os
resultados do empilhamento.
A etapa de migração faz com que as reflexões sísmicas que possuem mergulho
movam-se para suas verdadeiras posições em subsuperfície. A migração geralmente é
executada no domínio do tempo (simplicidade x custo) mas também pode ser executada no
domínio da profundidade. Na seção empilhada há o colapso das difrações, ocorrendo o
aumento da resolução espacial, e é produzido uma imagem sísmica da subsuperfície
(YILMAZ, 2001).
Durante o processamento filtros e ganhos são utilizados para obter melhorias
significativas no caráter sísmico. Dificilmente o processamento consegue eliminar todos os
efeitos indesejados de um dado. A figura 7 mostra as etapas como modelo de fluxo de
processamento convencional.
Figura 7 - Representação de um modelo de fluxo de processamento convencional.
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2.6 Interpretação
Ao término das etapas de aquisição e processamento, é possível retirar/interpretar
informações acerca da geologia (dependência do conhecimento do intérprete) como a
existência de fraturas, falhas, ou até de um possível reservatório. Na etapa de interpretação os
dados sísmicos formam apenas uma base e são passíveis de integração aos dados geofísicos
não sísmicos (gravimétricos e magnetométricos, p.e), dados de poços, geológicos, etc. A
experiência do intérprete também pode fazer a diferença na qualidade do resultado da
pesquisa, visto que essas áreas estão em evolução e melhoria constante.
A interpretação dos dados sísmicos é então dada pela visualização dos refletores na
imagem obtida e servem para ”amarrar” o conhecimento (geofísico/geológico) integrado do
intérprete através das imagens oriundas das seções empilhadas, as quais definem as feições
geológicas e sua geometria como resultado obtido do emprego das etapas anteriores. Há duas
abordagens acerca da interpretação em seções sísmicas (análise estrutural e análise
estratigráfica) uma baseada em tempos de reflexão na análise da geometria e a outra na
análise de sequências de reflexão, sendo ambas assistidas por modelagem (KEAREY, P.;
BROOKS, M.; HILL, I., 2009, p.155). É válido ressaltar que deve haver uma interação entre a
aquisição, o processamento e a interpretação, juntamente com o alvo.
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3 CONTEXTO GEOLÓGICO
A aquisição aconteceu próximo a costa do Rio de Janeiro e nas proximidades do Alto
do Rio Grande (RGR), em inglês Rio Grande Rise - região offshore sudeste do Brasil (figura
8), e fez parte de uma série de perfis de reflexão sísmica do projeto IPOD ( International
Phase Ocean Drilling ) no Oceano Atlântico. A região separa a Bacia de Santos, ao norte, da
Bacia de Pelotas, ao sul.
Figura 8: Mapa de localização da linha de aquisição WSA01 (trecho processado em vermelho), sobreposto ao mapa estrutural da margem continental do sul do Brasil e bacia oceânica adjacente, mostrando a localização do Alto do Rio Grande (onde a Elevação do Rio Grande está contida ou ainda a Cadeia do Rio Grande) em relação às principais características tectônicas.
Adaptado De Gamboa, L.A., Buffler, R.T. e Barker, P.F. (1983) e Seismic Project Information FM0106.
Em meados 1979 a University of Texas Institute for Geophysics (UTIG) teve a
proposta de coletar dados sísmicos para basear a perfuração durante o Deep Sea Drilling
Project (DSDP) e International Phase Ocean Drilling (IPOD) (Fase 72), através de perfis
sísmicos. O interesse exploratório da região é dado com o objetivo de descobrir e descrever a
região, bem como sua origem e estrutura, o qual permitiu estudos posteriores ( BARKER, P.F.,
30
BUFFLER, R.T., AND GAMBOA, L., 1983;
COULBOURN, W.T., 1983;GAMBOA, L.A.,
BUFFLER, R.T. & BARKER, P.F., 1983; GAMBOA, L. A. P. & RABINOWITZ, P. D., 1984;
MOHRIAK et al., 2010; etc) para definição da estratigrafia local, das sequências sedimentares
bem como entendimento da origem e evolução do Alto do Rio Grande (interesse
exploratório).
A profundidade média na Cadeia do Rio Grande equivale a cerca de 2000m com
variações que podem superar os 4000m, e é formada por montes vulcânicos dentro da
sequência sedimentar do Cretáceo Superior ao Paleogeno (GAMBOA, L.A., BUFFLER, R.T.
& BARKER, P.F., 1983; GAMBOA, L. A. P. & RABINOWITZ, P. D., 1984). Existem em
diversas bibliografias ( BARKER, P.F., BUFFLER, R.T., AND GAMBOA, L., 1983;
COULBOURN, W.T., 1983;GAMBOA, L.A., BUFFLER, R.T. & BARKER, P.F., 1983;
GAMBOA, L. A. P. & RABINOWITZ, P. D., 1984; como também em Mohriak et al., 2010)
que explanam sobre alguns furos de sondagens próximos ao local de aquisição da linha
sísmica WSA-01 (cujo trecho foi processado no presente trabalho, WSA-01tr3) onde mostram
litologia nas proximidades composta por uma sucessão de carbonatos pelágicos intercalados
com sedimentos vulcanogênicos e basaltos, típicos de fundo de oceano.
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4 APLICAÇÃO DO MÉTODO SÍSMICO DE REFLEXÃO
As etapas de aquisição, processamento e interpretação representam o método sísmico
de reflexão e, assim como outros métodos geofísicos, devem ser realizadas de forma integrada
visando o alvo (estruturas em subsuperfície). A aquisição e escolha de parâmetros adequados
vão otimizar o fluxo de processamento para o imageamento dos alvos de interesse.
Visto suas características (por exemplo, ruídos, multiplicidade, forma de aquisição,
etc), cada dado é único. É necessário, portanto, um fluxo de processamento adequado para
otimização das imagens finais e escolha correta/adequada dos parâmetros inseridos no fluxo.
O fluxo de processamento utilizado (figura 9) foi desenvolvido com algumas alterações, mas
tomando como base um fluxograma de sísmica convencional (Vide figura 7) com o objetivo
de possibilitar o imageamento da subsuperfície.
Figura 9: Fluxograma de processamento sísmico comparado com outro fluxograma convencional semelhante; A) Utilizado no trecho da linha sísmica WSA-01tr3; B) Utilizado em Zaque (2011).
Adaptado de Zaque (2011).
A partir de processos específicos aplicados aos dados de campo a etapa de
processamento sísmico tem o objetivo de fornecer uma imagem satisfatória para a
32
4.1 Pré
processamento
O primeiro passo do fluxo de processamento foi carregar o dado (que foi gravado no
formato SEG-Y ) no ambiente do software ProMAX. Visto que o dado já encontrava-se
convertido no formato Seg-y, informações acerca da aquisição para uso de parametrização no
software são retiradas do relatório conforme exibidas na tabela 1.
Tabela 1 - Parâmetros da aquisição sísmica.
Receptor Hydrophone:Streamer; Hydrophone:Sonobuoy
Fonte AirGun:Bolt4200; Maxipulse
Datum WGS72
Profundidade (Receptor / Fonte) 8 / 10 (metros)
Número de Tiros 1774
Número de Canais 24 (Número de receptores) Intervalos (Receptor / Tiro) 50 metros (mesmo intervalo) Offset (Mínimo / Máximo) 316 / 1466 (metros)
Multiplicidade CMP 12
Número de CDP’s 3569
Fonte: Seismic Project Information FM0106 (acessado em setembro de 2018).
Para facilitar ainda mais a análise desses parâmetros, visto que alguns cálculos são
necessários (cálculo das células/celas, extensão da linha sísmica analisada, cobertura, etc), no
ProMAX há um módulo chamado Header Value Range Scan cujo foi usado para obter de
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Lista 1: Lista dos parâmetros mais usados no processamento obtidas pelo Header Value Range Scan .
Fonte própria
No ProMAX as informações acerca da geometria podem ser vistas no módulo 2D
Marine Geometry Spreadsheet (cabeçalho), vide figura 10. Após execução deste passo, os
parâmetros da geometria são carregados nas planilha do software .
Figura 10 - Janela do módulo, onde informações acerca da geometria podem ser acessadas.
.
Fonte Própria.
Em seguida, com a geometria pré carregada, no ProMax foi utilizado o sort (com o
uso do canal mais próximo da fonte) e a ferramenta que mostra em tela a seção empilhada
( Trace Display) para gerar uma seção de offset mínimo (nesta fase também é possível
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visualizar os traços em famílias de tiro comum - domínio do tiro - para edição e mute ),
conforme figura 11, também denominada de seção traço próximo.
Figura 11: Seção de offset mínimo (316m) como imagem auxiliar na análise de velocidades preliminar. A linha/faixa em vermelho é usada para definir o assoalho oceânico, usado na etapa de edição do dado (aplicação de top mute). As regiões limitadas nos quadros coloridos (cerca de 10km em escala horizontal), servirão como regiões utilizadas nas comparações entre etapas.
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