La migración sísmica es el proceso por el cual los eventos sísmicos se reubican geométricamente, ya sea en el espacio o en el tiempo, en el lugar donde se produjo el evento en el subsuelo en lugar de en el lugar donde se registró en la superficie, creando así una imagen más precisa del subsuelo . Este proceso es necesario para superar las limitaciones de los métodos geofísicos impuestas por áreas de geología compleja, como: fallas , cuerpos de sal , plegamientos , etc. [1] [2] [3]
La migración mueve los reflectores sumergidos a sus posiciones reales bajo la superficie y colapsa las difracciones , [4] lo que da como resultado una imagen migrada que normalmente tiene una resolución espacial mayor y resuelve áreas de geología compleja mucho mejor que las imágenes no migradas. Una forma de migración es una de las técnicas de procesamiento de datos estándar para los métodos geofísicos basados en la reflexión ( reflexión sísmica y radar de penetración terrestre ).
La necesidad de migración se ha entendido desde los inicios de la exploración sísmica y se migraron los primeros datos de reflexión sísmica de 1921. [5] Los algoritmos de migración computacional han existido durante muchos años, pero solo se han utilizado ampliamente en los últimos 20 años porque consumen muchos recursos. La migración puede generar una mejora drástica en la calidad de la imagen, por lo que los algoritmos son objeto de una intensa investigación, tanto en la industria geofísica como en los círculos académicos.
Las ondas sísmicas son ondas elásticas que se propagan a través de la Tierra con una velocidad finita, determinada por las propiedades elásticas de la roca en la que viajan. En una interfaz entre dos tipos de rocas, con diferentes impedancias acústicas , la energía sísmica es refractada , reflejada hacia la superficie o atenuada por el medio. La energía reflejada llega a la superficie y es registrada por geófonos que se colocan a una distancia conocida de la fuente de las ondas. Cuando un geofísico ve la energía registrada por el geófono, conoce tanto el tiempo de viaje como la distancia entre la fuente y el receptor, pero no la distancia hasta el reflector.
En el entorno geológico más simple, con un solo reflector horizontal, una velocidad constante y una fuente y un receptor en la misma ubicación (lo que se conoce como desplazamiento cero, donde el desplazamiento es la distancia entre la fuente y el receptor), el geofísico puede determinar la ubicación del evento de reflexión utilizando la relación:
donde d es la distancia, v es la velocidad sísmica (o tasa de viaje) y t es el tiempo medido desde la fuente hasta el receptor.
En este caso, la distancia se reduce a la mitad porque se puede suponer que sólo tomó la mitad del tiempo total de viaje para llegar al reflector desde la fuente, y luego la otra mitad para regresar al receptor.
El resultado nos da un único valor escalar , que en realidad representa una semiesfera de distancias, desde la fuente/receptor, desde donde podría haberse originado la reflexión. Es una semiesfera, y no una esfera completa, porque podemos ignorar todas las posibilidades que ocurren por encima de la superficie por considerarlas irrazonables. En el caso simple de un reflector horizontal, se puede suponer que la reflexión se encuentra verticalmente debajo del punto de la fuente/receptor (ver diagrama).
La situación es más compleja en el caso de un reflector inclinado, ya que la primera reflexión se origina más arriba en la dirección de la inclinación (ver diagrama) y, por lo tanto, el gráfico del tiempo de viaje mostrará una inclinación reducida que se define como la "ecuación del migrador": [5]
donde ξ a es la inclinación aparente y ξ es la inclinación verdadera .
Los datos con desplazamiento cero son importantes para un geofísico porque la operación de migración es mucho más simple y se puede representar mediante superficies esféricas. Cuando los datos se adquieren con desplazamientos distintos de cero, la esfera se convierte en un elipsoide y es mucho más compleja de representar (tanto geométricamente como computacionalmente).
Para un geofísico, la geología compleja se define como cualquier lugar donde haya un contraste abrupto o agudo en la velocidad lateral y/o vertical (por ejemplo, un cambio repentino en el tipo de roca o litología que causa un cambio brusco en la velocidad de la onda sísmica).
Algunos ejemplos de lo que un geofísico considera geología compleja son: fallas , plegamientos , (algunas) fracturas, cuerpos de sal y discordancias . En estas situaciones se utiliza una forma de migración llamada migración previa al apilamiento (PreSM), en la que se migran todos los rastros antes de moverlos a un desplazamiento cero. En consecuencia, se utiliza mucha más información, lo que da como resultado una imagen mucho mejor, junto con el hecho de que PreSM respeta los cambios de velocidad con mayor precisión que la migración posterior al apilamiento.
Dependiendo del presupuesto, las restricciones de tiempo y la geología del subsuelo, los geofísicos pueden emplear 1 de 2 tipos fundamentales de algoritmos de migración, definidos por el dominio en el que se aplican: migración en el tiempo y migración en profundidad.
La migración temporal se aplica a los datos sísmicos en coordenadas temporales . Este tipo de migración supone variaciones leves de la velocidad lateral y esto no es posible en presencia de las estructuras subterráneas más interesantes y complejas, en particular la sal. [6] Algunos algoritmos de migración temporal de uso popular son: migración de Stolt, [7] Gazdag [8] y migración de diferencias finitas. [9]
La migración en profundidad se aplica a datos sísmicos en coordenadas de profundidad ( cartesianas regulares ), que deben calcularse a partir de datos sísmicos en coordenadas de tiempo. Por lo tanto, este método requiere un modelo de velocidad, lo que lo hace intensivo en recursos porque la construcción de un modelo de velocidad sísmica es un proceso largo e iterativo. La ventaja significativa de este método de migración es que se puede utilizar con éxito en áreas con variaciones laterales de velocidad, que tienden a ser las áreas que son más interesantes para los geólogos petroleros . Algunos de los algoritmos de migración en profundidad utilizados popularmente son la migración en profundidad de Kirchhoff, la migración en tiempo inverso (RTM), [10] la migración de haz gaussiano [11] y la migración de ecuación de onda. [12] [13]
El objetivo de la migración es, en última instancia, aumentar la resolución espacial y una de las suposiciones básicas que se hacen sobre los datos sísmicos es que solo muestran reflexiones primarias y se ha eliminado todo el ruido. [5] Para garantizar la máxima resolución (y, por lo tanto, la máxima mejora en la calidad de la imagen), los datos deben procesarse previamente de manera suficiente antes de la migración. El ruido que puede ser fácil de distinguir antes de la migración podría dispersarse en toda la longitud de la apertura durante la migración, lo que reduce la nitidez y la claridad de la imagen.
Otra consideración básica es si se debe utilizar la migración 2D o 3D. Si los datos sísmicos tienen un elemento de inclinación transversal (una capa que se inclina perpendicularmente a la línea de adquisición), entonces la reflexión primaria se originará fuera del plano y la migración 2D no puede devolver la energía a su origen. En este caso, se necesita la migración 3D para obtener la mejor imagen posible.
Las computadoras modernas de procesamiento sísmico son más capaces de realizar migraciones 3D, por lo que la cuestión de si asignar recursos para realizar migraciones 3D es una preocupación menor.
La forma más simple de migración es la migración gráfica. La migración gráfica supone un mundo de velocidad constante y datos con desplazamiento cero, en el que un geofísico dibuja esferas o círculos desde el receptor hasta la ubicación del evento para todos los eventos. La intersección de los círculos forma entonces la ubicación "real" del reflector en el tiempo o el espacio. Un ejemplo de esto se puede ver en el diagrama.
La migración de datos sísmicos es la corrección de la suposición de que las capas geológicas son planas mediante una convolución espacial numérica basada en cuadrícula de los datos sísmicos para tener en cuenta los eventos de inclinación (cuando las capas geológicas no son planas). Existen muchos enfoques, como la popular migración de Kirchhoff, pero en general se acepta que procesar grandes secciones espaciales (aperturas) de los datos a la vez introduce menos errores y que la migración en profundidad es muy superior a la migración en tiempo con grandes inclinaciones y con cuerpos de sal complejos.
Básicamente, reposiciona/mueve la energía (datos sísmicos) desde las ubicaciones registradas a las ubicaciones con el punto medio común (CMP) correcto. Si bien los datos sísmicos se reciben en las ubicaciones adecuadas originalmente (de acuerdo con las leyes de la naturaleza), estas ubicaciones no corresponden con el CMP asumido para esa ubicación. Aunque apilar los datos sin las correcciones de migración produce una imagen algo inexacta del subsuelo, la migración es la opción preferida para la mayoría de los registradores de imágenes para perforar y mantener yacimientos petrolíferos. Este proceso es un paso central en la creación de una imagen del subsuelo a partir de datos sísmicos de fuentes activas recopilados en la superficie, el lecho marino, los pozos, etc., y, por lo tanto, las empresas de petróleo y gas y sus proveedores de servicios lo utilizan a escala industrial en computadoras digitales.
Explicado de otra manera, este proceso intenta tener en cuenta la dispersión de las ondas de los reflectores inclinados y también las variaciones espaciales y direccionales de la velocidad de las ondas sísmicas ( heterogeneidad ), que hacen que los campos de ondas (modelados por las trayectorias de los rayos) se doblen, los frentes de ondas se crucen ( cáusticos ) y las ondas se registren en posiciones diferentes de las que se esperarían bajo un rayo recto u otras suposiciones simplificadoras. Finalmente, este proceso a menudo intenta también preservar y extraer la información de reflectividad de la interfaz de formación incrustada en las amplitudes de los datos sísmicos, de modo que puedan usarse para reconstruir las propiedades elásticas de las formaciones geológicas (preservación de la amplitud, inversión sísmica ). Hay una variedad de algoritmos de migración, que pueden clasificarse por su dominio de salida en las amplias categorías de migración temporal o migración de profundidad, y técnicas de migración previa al apilamiento o migración posterior al apilamiento (ortogonales). La migración de profundidad comienza con los datos de tiempo convertidos a datos de profundidad mediante un perfil de velocidad geológica espacial. La migración posterior al apilamiento comienza con los datos sísmicos que ya se han apilado y, por lo tanto, ya se ha perdido información valiosa sobre el análisis de la velocidad.
