La adquisición de datos sísmicos es la primera de las tres etapas distintas de la exploración sísmica; las otras dos son el procesamiento de datos sísmicos y la interpretación sísmica. [1] La adquisición sísmica requiere el uso de una fuente sísmica en ubicaciones específicas para un estudio sísmico, y la energía que viaja dentro del subsuelo como ondas sísmicas generadas por la fuente se registra en ubicaciones específicas en la superficie mediante lo que se conoce como receptores ( geófonos o hidrófonos ). [1]
Antes de que se puedan adquirir datos sísmicos, se necesita planificar un estudio sísmico, un proceso que comúnmente se conoce como el diseño del estudio . [2] Este proceso implica la planificación con respecto a los diversos parámetros de estudio utilizados, por ejemplo , tipo de fuente , tipo de receptor, espaciamiento de fuentes, espaciamiento de receptores, número de disparos de fuente, número de receptores en una matriz de receptores (es decir, grupo de receptores), número de canales de receptor en una extensión de receptores, frecuencia de muestreo , longitud de registro (el tiempo especificado durante el cual el receptor registra activamente la señal sísmica), etc. [1] Con el estudio diseñado, los datos sísmicos se pueden registrar en forma de trazas sísmicas , también conocidas como sismogramas , que representan directamente la " respuesta del campo de ondas elásticas a los contrastes de velocidad y densidad a través de las interfaces de capas de roca o sedimentos a medida que la energía viaja desde una fuente a través del subsuelo hasta un receptor o matriz de receptores " . [3]
Para la adquisición de tierras, se pueden utilizar diferentes tipos de fuentes dependiendo de la configuración de la adquisición.
Las fuentes explosivas como la dinamita son las fuentes sísmicas preferidas en terrenos accidentados, en áreas con alta variabilidad topográfica o en áreas ambientalmente sensibles, por ejemplo, pantanos , campos de cultivo, regiones montañosas, etc. [4] Este tipo de fuentes deben enterrarse (acoplarse) en el suelo para maximizar la cantidad de energía sísmica transferida al subsuelo, así como para minimizar los riesgos de seguridad durante su detonación. Una ventaja de las fuentes explosivas es que la señal sísmica (conocida como wavelet sísmico ) es de fase mínima , es decir, la mayor parte de la energía del wavelet se concentra en su inicio y, por lo tanto, durante el procesamiento sísmico, el wavelet tiene una inversa que es estable y causal y, por lo tanto, puede usarse en intentos de eliminar ( deconvolucionar ) el wavelet original. [1] Una desventaja significativa de usar fuentes explosivas es que la fuente/ondícula sísmica no se conoce con exactitud ni es reproducible y, por lo tanto, el apilamiento vertical de sismogramas o trazas de estos disparos individuales puede llevar a resultados subóptimos (es decir, la relación señal-ruido no es tan alta como se desea). [ cita requerida ] Además, la ondícula sísmica no se puede eliminar con precisión para producir picos o impulsos (el objetivo ideal es la función delta de Dirac ) correspondientes a reflexiones en sismogramas. [1] Un factor que contribuye a la naturaleza variable de las ondículas sísmicas correspondientes a fuentes explosivas es el hecho de que con cada explosión en las ubicaciones prescritas, las propiedades físicas del subsuelo cerca de la fuente se alteran; esto, en consecuencia, da como resultado cambios en la ondícula sísmica a medida que pasa por estas regiones. [ cita requerida ]
Las fuentes vibratorias (también conocidas como Vibroseis) son las fuentes sísmicas más utilizadas en la industria del petróleo y el gas. Un aspecto que distingue a este tipo de fuente de los explosivos u otras fuentes es que ofrece un control directo sobre la señal sísmica transmitida al subsuelo, es decir, la energía se puede transmitir al subsuelo en un rango conocido de frecuencias durante un período de tiempo específico. [5] Las fuentes vibratorias suelen albergar camiones que están montados con placas pesadas que golpean repetidamente el suelo para transmitir energía sísmica al subsuelo. [6] La figura de la derecha muestra uno de esos Vibroseis, conocido como Nomad 90. Las fuentes vibratorias se emplean a menudo donde es necesario explorar grandes áreas y donde la región de adquisición no presenta áreas densamente pobladas o densamente vegetadas; la topografía muy variable también inhibe el empleo de fuentes vibratorias. [7] Además, las regiones húmedas también son subóptimas para el uso de fuentes vibratorias, ya que estos camiones son extremadamente pesados y, por lo tanto, tienden a dañar la propiedad en terrenos húmedos. [7]
Las fuentes de caída de peso , como la fuente de martillo, son fuentes sísmicas más simples que se emplean típicamente para estudios de refracción sísmica cerca de la superficie. [8] Este tipo de fuente a menudo solo implica una fuente de peso (por ejemplo, un martillo) y una placa (junto con un disparador para iniciar la grabación en los receptores) y, por lo tanto, es logísticamente factible en la mayoría de las ubicaciones. Su uso, principalmente en los estudios cerca de la superficie, está asociado con las amplitudes más pequeñas generadas y, por lo tanto, las profundidades de penetración más pequeñas en comparación con las fuentes vibratorias y explosivas. [7] Como en el caso de las fuentes explosivas, las fuentes de caída de peso también utilizan una ondícula de fuente desconocida que ofrece dificultades en el apilamiento vertical y la deconvolución óptimos . [ cita requerida ]
El cañón de aire es la fuente sísmica más utilizada en la adquisición sísmica marina desde la década de 1970. [9] El cañón de aire es una cámara que se llena con aire comprimido a alta presión que se libera rápidamente en el agua para generar un pulso acústico (señal). [9] Los factores que contribuyen a su uso común incluyen el hecho de que los pulsos generados son predecibles, controlables y, por lo tanto, repetibles. [9] Además, utiliza aire para generar la fuente, que está fácilmente disponible y es gratuita. Por último, también tiene un impacto ambiental relativamente menor para la vida marina en comparación con otras fuentes sísmicas marinas; un aspecto que disuade el uso de fuentes vibratorias para la adquisición marina. [9] [10] Los cañones de aire se utilizan normalmente en grupos o matrices (es decir, varios cañones de aire de diferentes volúmenes) para maximizar la relación señal-ruido y minimizar la aparición de pulsos de burbujas u oscilaciones en las trazas. [ cita requerida ]
Un hidrófono es un receptor sísmico que se utiliza normalmente en la adquisición sísmica marina y es sensible a los cambios de presión provocados por pulsos acústicos en su entorno circundante. Los hidrófonos típicos utilizan transductores piezoeléctricos que, cuando se someten a cambios de presión, producen un potencial eléctrico que es directamente indicativo de los cambios de presión. [11] Al igual que ocurre con los cañones de aire, los hidrófonos también se emplean a menudo en grupos o conjuntos que constan de varios hidrófonos conectados entre sí para garantizar la máxima relación señal-ruido . [ cita requerida ]
Un geófono es un receptor sísmico que se elige a menudo en la adquisición de terrenos para monitorear la velocidad de las partículas en una determinada orientación. [12] Un geófono puede ser un geófono de un solo componente que está diseñado para registrar ondas p (ondas de compresión), o puede ser un geófono de múltiples componentes diseñado para registrar ondas p y ondas s (ondas de corte). [13] Los geófonos requieren un acoplamiento suficientemente fuerte con el suelo para registrar el verdadero movimiento del suelo iniciado por la señal sísmica. [14] Esto es de considerable importancia para los componentes de mayor frecuencia de las señales sísmicas, que pueden alterarse sustancialmente con respecto a su fase y amplitud debido a un acoplamiento deficiente. [14] En la figura de la derecha, se muestra un geófono; la punta cónica del geófono está excavada en el suelo para el acoplamiento. Como es el caso de los hidrófonos, los geófonos a menudo también se organizan en matrices para maximizar la relación señal-ruido y minimizar la influencia de las ondas superficiales en los datos registrados. [1]
La señal sísmica que los receptores deben registrar es inherentemente continua y, por lo tanto, debe discretizarse . [15] La velocidad a la que se discretiza esta señal continua se conoce como intervalo de muestreo o frecuencia de muestreo (consulte Muestreo (procesamiento de señales) para obtener más detalles). Según el criterio de Nyquist , la frecuencia con la que se debe muestrear la señal sísmica debe ser al menos igual o mayor que el doble del componente de frecuencia máxima de la señal, es decir, f muestra ≥ 2f máx., señal . [16] El desafío que queda es que, por lo general, el componente de frecuencia más alta no se conoce durante la adquisición para poder determinar de manera calculada la frecuencia de muestreo. Por lo tanto, se deben realizar estimaciones de las frecuencias más altas posibles contenidas en la señal; por lo general, se prefieren frecuencias de muestreo más altas que estas estimaciones para garantizar que no se produzca aliasing temporal . [17]
A pesar del término longitud , la longitud del registro se refiere a la duración del tiempo (normalmente indicado en milisegundos) durante el cual los receptores están activos, registrando y almacenando la respuesta sísmica del subsuelo. [1] Este tiempo de registro normalmente debe comenzar un poco antes de que se inicie la fuente para garantizar que las ondas directas se reciban como las primeras llegadas en los receptores cercanos. [2] Además, la longitud del registro debe ser lo suficientemente larga para garantizar que se registren las últimas llegadas esperadas. [2] Normalmente, para estudios de exploración más profundos, la longitud del registro se ajusta al orden de varios segundos (6 segundos es común). [1] [18] De 15 a 20 segundos es común para la exploración profunda de la corteza. [18] Dado que los rastros registrados siempre se pueden recortar para llegadas posteriores durante el procesamiento de datos, normalmente se prefiere que la longitud del registro sea más larga de lo necesario en lugar de más corta. [2]