Sismología de exploración: conceptos básicos pt. 2

Como se mencionó en la primer parte de esta serie sobre sismología de exploración, estos posts dan seguimiento y expanden lo platicado en el post sobre interpretación sísmica y el de amarre sísmica-pozo. En esta ocasión les platicamos sobre algunos conceptos básicos, dándole continuación al primer post de esta serie.

Anisotropía sísmica.

Se define como la variación de la velocidad sísmica con la dirección o con la polarización de la onda. Es decir, la velocidad depende de la dirección o el ángulo en el que viaja.  Existen dos tipos de anisotropía y ambos son llamados isotropía transversal (se le llama isotropía transversal porque hay isotropía en el plano vertical u horizontal) o anisotropía polar. La diferencia entre ambos está en su eje de simetría, el cual es un eje de invarianza rotacional tal que si rotamos la formación en este eje, el material seguiría siendo indistinguible del que veíamos antes. Este eje de simetría está generalmente asociado a los esfuerzos regionales o a la gravedad (esfuerzo vertical).

El primer tipo de anisotropía es la Isotropía Transversal Vertical (VTI por sus siglas en inglés), y la mayor causa para la VTI es la delgada estratificación de las arcillas en el subsuelo.

El segundo tipo es la Isotropía Transversal Horizontal (HTI), y su principal causa es la presencia de fracturas alineadas verticalmente.

Isotropía Transversal Vertical (VTI) y Isotropía Transversal Horizontal (HTI). Edward Jenner (2011)

Efectos del medio en las ondas sísmicas.

1.- Esparcimiento geométrico (divergencia esférica): La intensidad de la energía disminuye cuando el frente de onda se aleja de la fuente.

2.- Absorción: Es la transformación de energía elástica a calorífica, mientras la onda sísmica pasa a través del medio, esto causa una disminución en la amplitud de la onda.

3.- Dispersión: Es la dependencia de la velocidad sísmica a la frecuencia (es despreciable para las ondas de cuerpo pero sumamente importante para las ondas superficiales).

4.-Efectos relacionados con la interfaz: cuando una onda encuentra un cambio abrupto en las propiedades elásticas, alguna parte de la energía se refleja y otra parte se refracta.

Factores afectando la amplitud sísmica. Modificado de Sheriff(1975) por Robb Simm y Mike Bacon(2014)

Ruidos sísmicos.

Es cualquier otra cosa que la señal deseada. El ruido incluye perturbaciones en el dato sísmico causado por cualquier energía sísmica no deseada.

Ruido aleatorio: es aleatorio en todas las trazas e incluye al viendo, la lluvia, actividad humana y maquinaria, también se le conoce como ruido ambiental.

Ruido coherente: incluye ondas superficiales, refracciones, difracciones y múltiples.

Otros conceptos básicos.

Traza sísmica: Es el dato sísmico grabado para un canal. Una traza sísmica representa la respuesta de un campo de ondas elásticas al contraste de velocidad y densidad a través de la interfaz entre capas de rocas o sedimentos, mientras la energía viaja de una fuente a través del subsuelo a un receptor o un arreglo de receptores.

Modelo básico de una reflexión sísmica. Matt Hall (2012)

Sismógrafo: Es el instrumento que mide los movimientos del suelo, incluyendo aquellos de las ondas sísmicas generadas por terremotos, explosiones nucleares, y otras fuentes sísmicas.

Sismograma: Es la gráfica de salida que da un sismógrafo. Es un registro del movimiento del suelo en una estación de medición como función del tiempo.

Sismograma

Zona de Fresnel: Área de un reflector dependiente de la frecuencia y el rango del cual la mayoría de la energía de una reflexión es regresada y los tiempos de arribo difieren por menos de la mitad del periodo del primer cambio, el cual comúnmente es la base de la capa de meteorización la cual es útil para realizar correcciones estáticas. Los rasgos del subsuelo de menor tamaño que la zona de Fresnel usualmente no pueden ser detectadas usando ondas sísmicas. La divergencia esférica y la atenuación de las ondas sísmicas causan la zona de Fresnel. El tamaño de la zona de Fresnel puede ser calculado para ayudar a los intérpretes a que determinen el tamaño mínimo de los rasgos que pueden ser resueltos.

Resolución sísmica.

Es la habilidad para distinguir entre puntos u objetos separados, tales como secuencias sedimentarias en una sección sísmica. Altas frecuencias y longitudes de onda cortas proveen mejor resolución vertical y lateral.

Resolución vertical: es la separación mínima en tiempo o profundidad para distinguir entre dos interfaces para mostrar dos reflectores separados y depende de la frecuencia dominante, la magnitud de los eventos y la separación de los eventos. La resolución vertical puede ser calculada mediante la fórmula λ/4, siendo λ la longitud de onda equivalente a λ = V/F donde V es la velocidad sísmica y F es la frecuencia sísmica. Esto no significa que las capas menores a 1/4 de la longitud de onda no sean detectables, sino que no serían separables y aparecerían en el mismo reflector que otros eventos.

Frecuencia, velocidad y resolución vertical. Robb Simm y Mike Bacon (2014)

Resolución horizontal: es la distancia mínima entre dos rasgos requerida para distinguirlos como dos rasgos separados en un registro sísmico. Depende del espaciamiento de los receptores, la frecuencia dominante, la velocidad y el ángulo de inclinación. La resolución horizontal se deriva de la zona de Fresnel. La migración de los datos sísmicos concentra la energía distribuida en la zona de Fresnel, re-acomoda las reflexiones fuera de lugar debido a la inclinación y remueve los patrones de reflexión de puntos y bordes. Esto mejora la resolución horizontal a aproximadamente 1/4 de la longitud de onda.

Zona de fresnel y resolución horizontal. Robb Simm y Mike Bacon (2014)

Les recomendamos el libro de Robb Simm y Mike Bacon, "Seismic Amplitude: An interpreter's handbook" para indagar más en estos temas.

En las siguientes entregas de esta serie seguiremos hablando sobre los términos básicos de la exploración sismológica.

¿Tienes algún tema que te gustaría que tratáramos? Danos like y háznoslo saber en nuestra página de Facebook, o agréganos como amigos en Facebook o Twitter.

Entrevista: Matt Hall de Agile Geosciences

Matt tiene un Doctorado en sedimentología por la Universidad de Manchester, Reino Unido, y un título en Geología por la Universidad de Durham, Reino Unido. Desde entonces, ha acumulado casi 20 años de experiencia en la industria energética. Ha trabajado para Landmark como especialista en interpretación, en Statoil como explorador, y en ConocoPhillips como asesor geofísico. Matt ha escrito más de 50 artículos, presentaciones de conferencias, posters, y capítulos de libros.

Qué es lo que haces en tu trabajo?

Veo que empezaste con la pregunta más difícil. Bien.

Le digo a la mayoría de la gente que soy un geólogo. Si creo que pueden manejarlo, les digo que soy un geofísico. Así que en cierto nivel, hago “geociencias” - interpretación, data munging* , hacer imágenes bonitas, ese tipo de cosas. Cada vez más, todos en Agile estamos haciendo más y más programación, lo cual ha sido, y es, una divertida aventura.

También intento cuidar el aspecto de negocio de Agile, lo cual involucra todo desde finanzas hasta márketing y recursos humanos. Soy terrible en todas esas cosas, pero se tienen que hacer. En mi tiempo libre me sumerjo un poco en publicación de libros, y soy un co-fundador de un espacio de cotrabajo en mi ciudad.

 *Proceso de convertir o mapear datos manualmente de un formato “crudo” a otro formato que permite un consumo más conveniente de los datos con la ayuda de herramientas semi-automáticas.

Qué te hizo cambiar de ser un empleado a ser un emprendedor y qué tan difícil fue el proceso?

Hay varias razones para ello. No estaba insatisfecho con mi trabajo - eso no fue parte de eso en lo absoluto. Estaba feliz y a gusto en ConocoPhilips. Tenía buenas evaluaciones de desempeño, tenía trabajo fascinante y retador, y era terriblemente sobrepagado como todos los demás. Y aún así...

Mi esposa y yo somos del Reino Unido originalmente y habíamos estado en Calgary 10 años. Imaginamos un cambio de ambiente, queríamos quedarnos en Canadá, y no movernos más al Oeste. Hemos estado en Nuevo Escocia antes y lo amamos, así que empacamos y nos mudamos a un hermoso pueblo cerca del mar con una población de 900 personas. Así que realmente no tenía otra opción mas que trabajar por mi mismo. Afortunadamente, tenía una especie de plan.

Había sido un líder de red en ConocoPhillips (´redes´ son comunidades técnicas de práctica dentro de la organización; yo era el lider de la comunidad de geofísica). Esta experiencia me dejó con la convicción de que es posible estar altamente conectado con una comunidad distribuida, sin importar en donde estés.

Al mismo tiempo - entre 2006 y 2009 o algo así - me estaba volviendo cada vez más consciente del nuevo panorama tecnológico. En el 2000 necesitabas una estación de trabajo de $250,000 y software de $125,000 para hacer interpretación de volúmenes. En el 2004 necesitabas una PC Linux de $25,000. Para el 2008 necesitabas una laptop de $2500 y software gratuito. Mientras tanto, la velocidad del internet en mi casa vio una mejora similar de 100 veces mayor rapidez.

Junto con estos cambios, estaba intrigado por las nuevas posibilidades que ofrecía la Web - blogs, medios sociales, crowdsourcing, aplicaciones móviles, wikis, etc. Yo estaba seguro que podrían tener un mayor impacto en las ciencias de la Tierra, y quería estar ahí cuando pasara. Sentí que explorar ese nuevo mundo sería mucho mas sencillo desde afuera de una corporación que desde dentro.

La pieza final fue que conocí a un muchacho en Halifax (alrededor de una hora de donde vivo), a quien habíamos tratado de contratar en ConocoPhillips. Sabía que Evan era genial, así que le llame para ver si estaría interesado en unir fuerzas. Lo estaba - así que se convirtió en el empleado número 1 (antes que yo!).

Todo esto se alineó para despegar Agile del suelo. La pieza final fue obtener nuestro primer cliente, el cual le permitió a Agile contratarme también para poder empezar a darme dinero, en lugar de que fuera al revés!

Habiendo trabajado con muchos geocientíficos alrededor del mundo, cuáles son algunas similaridades que la gente trabajando en un campo en particular tienen en común? Cuáles son algunas de las más grandes diferencias?

Soy cauteloso para generalizar - claro que hay gente brillante y gente torpe en todos lados. Pero supongo que tengo algunas impresiones duraderas de donde he trabajado.

La mayoría de la gente en la industria en el Reino Unido tiene un posgrado, lo cual es un gran contraste con Canadá. Asi que hay una tendencia a encontrar un análisis de tipo más académico en el Mar del Norte que en la Cuenca Sedimentaria del Oeste Canadiense, digamos, donde las cosas son mucho más prácticas. He encontrado que las cosas en Noruega están en algún lugar intermedio. Como es usual en estas cosas, enmedio es el lugar para estar.

Hay algunas características ubicuas en la industria: el software, las prácticas de manejo de datos (o falta de), la mayoría de los procesos de negocio.

Cuál ha sido una de las cosas más retadoras que has enfrentado como geocientífico?

2015. O 2009. O 2003. O 1998.

En serio, son las recesiones. Estas locas fallas en el lado del negocio - las cuales son debido al menos 50% a nuestras prácticas como industria - son increíblemente disruptivas. Como un bebé chiflado, la industria parece determinada a ir de un atracón de dulces al siguiente, puntuado por grotescos bajones de azúcar durante los cuales rompe todos sus juguetes y le pica los ojos a todos sus amigos.

Todos sabemos que la industria tiene que morir, pero por ahora el mundo necesita petróleo y gas. Lo menos que podemos hacer es parar de correr como niños locos de 3 años, tener algo de respeto por nosotros mismos, y manejar nuestra dieta más responsablemente. Hay algo como morir con dignidad, no tenemos que caer en un coma diabético primero.

En tu opinión, cuáles son algunos de los mejores avances hechos en las geociencias de exploración en los años recientes?

Lo que esta pasando con las imágenes sísmicas es notable - impulsadas por increíbles avances en adquisición, y astutos algoritmos de procesado corriendo en clusters ridículamente grandes. Sin querer sonar como un Ludita, me pregunto si los avances no están ahora más allá de lo que somo realmente capaces de interpretar y analizar...

Iré más lejos que eso: Creo que nos sobrepasaron. La revolución de análisis sísmico aún está por venir. Creo que es claro ahora que será impulsada por aprendizaje automático. Involucrará datos pre-apilamiento, descomposición espectral y petrofísica - todos los sub-campos que aún tienen que traer las revoluciones que sus practicantes han estado prometiendo.

Cuáles son algunos de los retos que aún permanecen sin resolver en la industria?

Gran pregunta! Siempre recuerdo lo que una de mis previos gerentes me dijo cuando le pregunté que pensaba ella podría ser el más grande problema sin resolver en geofísica: “Encontrar petróleo y gas”.

Es gracioso, y cierto, pero creo que los avances más urgentemente necesitados son “suaves”. El que aún es, yo sospecho, años lejos es un nivel transformativo de apertura. Creo que eventualmente esto será requerido - los recursos serán demasiado preciados para permitir que permanezca el estado presente de ultra-seudo-secrecía. Datos libres, y software libre tendrá un gran impacto en nuestra efectividad como industria un día; espero vivir para verlo!

El siguiente es conocimientos de programación generalizados. A primera vista, esto puede sonar geek e irrelevante, pero con habilidades tecnológicas más amplias entre los geocientíficos profesionales y estudiantes, creo que vamos a empezar a ver una menor dependencia en las herramientas software "estándar de la industria” - pero fundamentalmente limitados - y proporcionalmente más creatividad en la resolución de problemas. También veremos un incremento exponencial en la iniciativa empresarial, impulsado por la disponibilidad de datos libres, bibliotecas libres, y web API’s.

Uno de mis hobbies es coleccionar “problemas no resueltos” y mantengo una lista de ellos aquí 

Cuál es tu consejo para los estudiantes?

Aprendan a programar. No puedo enfatizar esto lo suficiente. Aparte de los superpoderes que te dará en las geociencias, es también una gran forma de asegurarse contra la siguiente recesión - hay una gran cantidad de demanda por programadores matemáticos ahora mismo, y las expectativas de lo que “matemáticos” significa han ido muy, muy arriba.

Date cuenta cuánta libertad tienes como estudiante, y conforme te vas moviendo hacia un trabajo. Si te sientes aunque sea un poco atraído hacia una carrera menos convencional - como empresario, investigador independiente, o cualquier cosa - encuentra 2 amigos y háganlo tan pronto como puedan. No escuchen la voz en su cabeza que les dice ” Sólo obtén un trabajo corporativo por unos cuantos años, para pagar tus deudas de estudiante, siempre puedes regresar a la universidad después”, etc. Esa voz les esta mintiendo.

Y por último: escuchen consejos, después ignórenlos.

Cuál es tu consejo para los jóvenes profesionistas?

Aprende a programar! Léase más arriba.

Creo que lo mejor es no quedarse estancado en una corporación. Si las recesiones nos han enseñado algo, es que eres reemplazable, quienquiera que seas. Así que no inviertas mucho en tu empleador - en lugar de eso, invierte en ti mismo y en tu comunidad profesional, porque esos son invariables.

Ten cuidado con las siguientes expresiones, todas ellas son “banderas rojas” que indican que tal vez ya estés muy adentro del lado oscuro:

-“Así no es como hacemos las cosas aquí” (tal vez debería serlo)

-“Tienes que jugar el juego” (no, no tienes que)

- “Gracias a dios es viernes” (la bandera blanca de la rendición)

Oh!, e ignora a viejos profesionistas como yo. Léase más arriba.

 http://www.agilegeoscience.com/

Catálogo de propiedades de rocas y repositorio de sísmica gratuita

¿A quien no le gustan las cosas gratis? Especialmente si es algo que puede usar para tu investigación, tu tesis, tus proyectos escolares, comparativa con datos locales o por pura diversión o curiosidad.

En esta ocasión les comparto un par de fuentes de datos gratuitos; uno es un catálogo de propiedades de rocas ( 5095 rocas, con datos de Vp, Vs, densidad, y algunos parámetros de Thomsen) y el otro es un repositorio de datos sísmicos gratuitos, incluyendo el software para visualizarlos.

El Catálogo de Propiedades de Rocas es una compilación de datos de una enorme cantidad de rocas hecho por Matt Hall de Agile Geoscience, obtenido a través de diversas fuentes como Mudrock Anisotropy (o Mr. Anisotropy)  compilado por Steve Horne y que contiene mas de 1000 datos de rocas obtenidos de la literatura. En su página se pueden obtener esos datos en una hoja de calculo si lo prefieren. La otra fuente es Common Ground, un proyecto de John A. Scales, Hans Ecke y Mike Batzle de la Escuela de Minas de Colorado, tiene más de 4000 records y es de dominio público, pero ya ha sido descontinuado.

Para hacer una búsqueda básicamente te tienes que meter al buscador semántico y escribir los datos que requieres. Por ejemplo: [[lithology::shale]][[vp::>5000]] te mostrará los resultados de arcillas con una Vp (velocidad de onda P) mayor a 5000 m/s.

Ejemplo de gráfica Vp/Vs realizado con datos del catálogo

La base de datos soporta varias propiedades como:

- Citas y referencias.
- Descripción, litología, color (incluyendo algunas fotografías)
- Ubicación, latitud/longitud, cuenca, edad, profundidad.
- Vp, Vs, densidad (p), así como densidad  de la roca seca y la densidad de la matriz.
- Parámetros de Thomsen ϵ (Epsilon), δ (Delta), γ (Gamma).
- Módulo de Young y relación de Poisson estadísticos y dinámicos.
- Presión de confinamiento, presión de poro, esfuerzo efectivo, y esfuerzo axial.
- Frecuencia.
- Fluidos, tipo de saturación, saturación.
- Porosidad, permeabilidad, temperatura.
- Composición.

Así que podemos esperar una base de datos más robusta en el futuro.

En cuanto a los datos sísmicos, Opendtect que es un sistema de interpretación sísmica de fuente 
abierta (aunque hay módulos avanzados que están disponibles a un precio) ha puesto a disposición 
del público un repositorio de surveys sísmicos de diversas partes del mundo de manera gratuita.

Este repositorio puede ser usado de manera libre bajo un par de politicas de uso que no son mayor 
problema. Si no tienes cómo visualizar o interpretar dichos datos, puedes bajar su software gratuito 
de interpretación, en el cual podrás realizar:

- Cargar documentos SEGY, LAS, ASCII.
- Visualización 2D, 3D, Pre-stack, registros, crossplots.
- Auto-tracking de horizontes 2D, 3D, y extraccion de geocuerpos.
- Utilizar atributos y filtros, incluidos AVO, AVA, y descomposición espectral.
- Crear modelos de velocidades, conversión tiempo-profundidad, interpretación manual.
- Modelo estratigráfico, carga de pozos, registros, marcadores.
- Amarre pozo-sísmica.
- Estimación de ondícula.

Si eres parte de una Universidad puedes solicitar una licencia academica que te dará acceso gratuito a muchas mas funciones.

En esta tabla puedes encontrar la descripción completa.

En futuros posts hablaremos sobre otros programas gratuitos que puedes utilizar para interpretar y procesar información sísmica, así como software de programación gratuitos como python o suplementos gratuitos de Matlab.

¿Tienes algún tema que te gustaría que tratáramos? Danos like y háznoslo saber en nuestra página de Facebook, o agréganos como amigos en Facebook o Twitter.

γ

γ

γ