Programación en las geociencias, porqué deberías aprender Python, y cursos gratuitos

La programación es una herramienta muy útil en muchas disciplinas, y esto no excluye a las ciencias de la Tierra. La programación en las geociencias encuentra su mayor uso en el análisis de datos, graficación, manipulación de matrices, procesado de datos, entre otros. Aunque muchos piensan que la programación es una herramienta más útil para los geofísicos, también les puede ser de mucha utilidad a las demás ramas si supiera usarse de la manera adecuada.

Los lenguajes de programación más utilizados yconocidos son Java y C++, pero su sintaxis es más complicada que la de otros lenguajes y los estudiantes sin previa experiencia en programación podrían batallar para aprender y por lo tanto perder el interés en seguir programando. Fortran es otro lenguaje más robusto, casi de especialización, usado mayormente para computación numérica y científica.

El código para el programa más básico, "Hello, world!, en  C++, Java y Python

Por eso mismo en la mayoría de las universidades en las carreras de ciencias de la Tierra se utilizan dos lenguajes de programación mayormente a la hora de realizar las tareas geocientíficas, Matlab y Python. Aunque Matlab es un lenguaje más sencillo y es más conocido entre los no programadores, con una interfaz que ha mejorado mucho al paso de los años hasta llenarse de botones para ya no tener que escribir código y aunque es una gran herramienta de análisis numérico y gráficos tiene una gran desventaja contra Python, el precio. Python es gratuito y aunque muchas universidades ofrecen licencias para los estudiantes de Matlab , éstas sólo tienen una vigencia mientras se esté en la matrícula de la escuela. También hay otras maneras de conseguir Matlab "gratuitamente" pero si existe una mejor herramienta para hacer lo mismo y gratis completamente, ¿por qué no usarla? Con herramientas como scipy, numpy y matplotlib, python es capaz de hacer todo lo que se ocupa al momento de trabajar, además de tener librerías específicas para ciencias de la Tierra, como segpy que es una librería para leer y trabajar con archivos sísmicos SEG-Y .

También se puede argumentar que Matlab no es exactamente un lenguaje de programación pero eso depende del cristal con que se mire. Hay versiones similares gratuitas a Matlab, como Octave, pero que carecen de ciertas características para hacerlas la mejor opción. Al final de cuentas, cada quien decide en dónde se siente más cómodo para su conocimiento del tema.

Yo en lo personal utilicé Matlab en la Universidad y me gustaba mucho, ahora me encuentro aprendiendo Python y lo encuentro bastante agradable también.

¿Qué es Python?


Python es un lenguaje de programación interpretado cuya filosofía hace hincapié en una sintaxis que favorezca un código legible.

Es sencillo de aprender, es multiplataforma (puedes usarlo en cualquier sistema operativo), las librerias son portables, etc 

¿Quién o en que se usa Python?

https://wiki.python.org/moin/OrganizationsUsingPython

Python ha sido usado para desarrollar softwares como dropbox, spotify, ArcGis, Battlefield 2 (videojuego, para add-ons, etc), reddit, youtube, etc.

En este mes inician 3 cursos gratuitos (con opción de certificado por 50 USD) sobre programación en Python en la página edx.org. Uno por la Universidad de Texas Arlington, otro por el Instituto Tecnológico de Massachusets (MIT), y el último por Microsoft. 

Otras herramientas útiles para aprender Python son Code Academy, Code.org y learn python para sus celulares. Y algunas otras páginas:
http://www.math.pitt.edu/~siam/workshops/python10/python.pdf
https://github.com/koldunovn/python_for_geosciences/blob/master/00%20-%20Why%20Python.ipynb
http://earthpy.org/tag/python-for-geosciences.html
http://www.atmos.umd.edu/~bjohnson/pyearth/
http://www.newthinktank.com/2014/11/python-programming/

**** EDICIÓN***

Se me pasó comentar los paquetes de distribución de python que pueden usar. En el curso del MIT si es igual que el del año pasado usaran Enthought Canopy (versión atrasada 2.7). Personalmente prefiero usar Anaconda, el cual ya trae integrado spyder (Scientific PYthon Development EnviRonment), jupyter notebook y iphyton notebook en su versión más actual 3.5

************ Vale la pena darles una visita y aprender algo nuevo que podría serles muy útil en su día a día en la escuela.

¡Hasta la próxima!

Sismología de exploración: Introducción al procesamiento de datos sísmicos

Tal y como lo hemos hecho hasta ahora, en este nuevo post, el primero del 2016, continuamos con una de las tres principales partes de la exploración sismológica, el procesado de datos sísmicos, el cual en si mismo es un tema bastante extenso, por lo que en esta entrada solo daremos una breve introducción. Antes de pasar a lo que compete a este post, si no han leído las entradas anteriores pueden hacerlo dándole clic a los siguientes links:

Parte I: Tipos de ondas sísmicas.

Parte II: Anisotropía sísmica, efectos del medio en las ondas, resolución sísmica, etc.

Parte III: Tipos de eventos sísmicos y equipo de adquisición.

Parte IV: Adquisición de datos sísmicos.

Definición.

El procesamiento de datos sísmicos se puede definir como la alteración de datos sísmicos para suprimir ruido, mejorar la señal y migrar los eventos sísmicos a su posición apropiada en el espacio. 

Ejemplo de procesado sísmico. 

*Esta figura da una visión general de cómo se ven los datos antes y después de la secuencia de procesado. Asimismo la figura c muestra un mapa de atributo sísmico representando la velocidad de la onda a una profundidad particular del estudio sísmico. Diferentes tipos de rocas tienen diferentes velocidades, por lo que la velocidad es un buen indicador al buscar por un tipo específico de rocas. En este caso, las bajas velocidades (en azul) son características de las arenas, en este ejemplo de una antiguo cauce de río, las cuales son porosas y típicamente buenas almacenadoras de hidrocarburos.

Introducción a los fundamentos del procesado de señales.

En el procesado de señales, especialmente en el análisis de datos sísmicos, la transformada de Fourier es fundamental y se aplica a casi todas las etapas de procesamiento. Una traza sísmica representa un campo de onda sísmico grabado en una posición receptora. La forma digital de una traza sísmica es una serie de tiempo la cual puede ser completamente descrita como una suma discreta de un número de sinusoides - cada uno con una amplitud pico, frecuencia, y fase. El análisis de una traza sísmica en sus componentes sinusoidales se logra a través de la transformada directa de Fourier. Inversamente, la síntesis de una traza sísmica desde sus componentes sinusoidales individuales se logra a través de la transformada inversa de Fourier. 

Los algoritmos de procesado de datos sísmicos pueden ser comúnmente descritos o implementados más fácilmente en el dominio de la frecuencia que en el dominio del tiempo. Muchas de las técnicas de procesado involucran un operando (traza sísmica) y un operador (filtro). Una de las aplicaciones simples del análisis de Fourier es el diseño de filtros de frecuencia de fase cero, comúnmente en la forma de filtros pasabanda.

Algo de humor...

La transformada de Fourier en 2D es una manera de descomponer un campo de onda sísmico, tal como un gather de tiro común, en sus componentes de onda plana, cada uno con una cierta frecuencia propagándose a un cierto ángulo de la vertical. Por lo tanto, la transformada de Fourier en 2D puede describir procesos como la migración y el filtrado de frecuencia-número de onda (f-k).

... algo más

Los datos sísmicos comúnmente necesitan una aplicación de una función de ganancia (escalamiento de amplitudes variante en el tiempo), por varias razones. La función de escalamiento comúnmente se deriva de los datos. En las etapas tempranas del procesado la ganancia se aplica para corregir por divergencia esférica (decaimiento de las amplitudes debido al esparcimiento geométrico de las ondas sísmicas). A los datos sísmicos se les aplica ganancia generalmente para propósitos de visualización, por ejemplo, al aplicar el control automático de ganancia (AGC por sus siglas en inglés), el cual aumenta las zonas de reflexiones débiles en los datos sísmicos. Sin embargo, una ganancia de tipo AGC puede destruir el carácter de la señal y debe, por lo tanto, ser considerada con precaución.

Control de ganancia. En los ejemplos de la imagen se puede distinguir fácilmente la diferencia entre una sección sin y con ganancia.

Existen tres tipos de etapas primarias en el procesamiento de datos sísmicos; cada una esta direccionada a mejorar la resolución sísmica (habilidad para separar dos eventos que están muy cerca el uno del otro) ya sea espacial o temporalmente:

1.- La deconvolución se realiza junto al eje de tiempo para incrementar la resolución temporal al comprimir la ondícula sísmica básica a  aproximadamente un pico y suprimir trenes de ondas reverberantes.

Ejemplificación del resultado de aplicar la deconvolución a una respuesta sísmica

2.- El apilamiento, que comprime la dimensión del offset, por lo tanto reduciendo el volumen de datos sísmicos al plano de la sección sísmica de cero offset e incrementando la relación señal-ruido.

Apilamiento sísmico es básicamente la suma de las trazas.

3.- La migración es comúnmente implementada en la sección apilada (la cual se asume que es equivalente a una sección de offset cero) para incrementar la resolución lateral al colapsar las difracciones y mover los eventos buzantes a sus supuestas verdaderas posiciones en el subsuelo.

Se muestra a) estructura en profundidad, b) sección en tiempo y c) la diferencia del resultado con la sección migrada

Procesos secundarios son implementados en ciertas etapas para condicionar los datos y mejorar el desempeño de la deconvolución, apilamiento, y migración, pero eso lo veremos en entradas futuras y con un poco más de tiempo.

Hasta pronto!

Referencias: Yilmaz 2001

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Sismología de exploración: Adquisición de datos sísmicos.

En este post continuamos con una de las tres principales partes de la exploración sismológica, la adquisición de datos sísmicos. Para leer los posts anteriores pueden hacerlo dándole clic a los siguientes links:

Parte I: Tipos de ondas sísmicas.

Parte II: Anisotropía sísmica, efectos del medio en las ondas, resolución sísmica, etc.

Parte III: Tipos de eventos sísmicos y equipo de adquisición.

Adquisición sísmica.

Se puede definir como la generación y posterior grabación de datos sísmicos. Simple, cierto? Bueno, eso es sólo una definición general, los procesos que se ocupan para adquirir y grabar esos datos, son un poco más complejos. La adquisición involucra la adecuada conjunción de los elementos del equipo de adquisición que se vieron en el post pasado. 

Representación esquemática de la adquisición sísmica terrestre

Uno de los principales aspectos es la configuración de los receptores, la cual puede ser de muchas formas diferentes, incluyendo la instalación de geófonos o sismómetros en la superficie de la Tierra o, en el piso oceánico, la puesta de hidrófonos detrás de un buque sísmico para grabar la señal sísmica. 

Dibujo que muestra una representación de adquisición sísmica marítima

Otro de los aspectos principales de la adquisición es la fuente, sin la cual, los receptores no tendrían ninguna funcionalidad. Aunque en la sismología en general existen fuentes naturales (terremotos por ejemplo) así como artificiales, las que nos competen como exploradores son las artificiales. Tales fuentes (como el vibroseis, la dinamita, o la pistola de aire) generan vibraciones acústicas o elásticas que viajan dentro de la Tierra, pasan a través de los estratos con diferentes respuestas sísmicas y efectos de filtrado, y regresan a la superficie para ser grabadas como datos sísmicos.

RTV (Vehículo de oruga de caucho por sus siglas en inglés) Exploradores del desierto de WesternGeco

Finalmente, ningún proyecto podría estar completo sin el elemento humano, la brigada de adquisición sísmica. La brigada de adquisición sísmica es el equipo de personas que realizan las pruebas sísmicas para recopilar información acerca de la geología de un área de interés. El mayor empleador de estos grupos es la industria petrolera, en la cual se llevan a cabo extensivos estudios sísmicos antes de perforar pozos nuevos para la extracción de hidrocarburos. Algunos de los elementos de la brigada de adquisición sísmica son:

Gerente de proyecto

Jefe de topografía

Jefe de perforación

Jefe de registro

Jefe de HSE (Salud, seguridad y medio ambiente por sus siglas en inglés)

Controlador de calidad

Procesador de registro

Jefe de campamento

Reparadores de cables/geófonos

Topógrafo

Perforador

Registrador

Mecánico de perforación

y un gran etc.

Personal de la brigada de adquisición sísmica

Estudios terrestres.

Estudios bidimensionales (2-D).

Son datos sísmicos o un grupo de líneas sísmicas adquiridas de manera individual de tal manera que existen típicamente espacios significativos (comúnmente de 1 km) entre líneas adyacentes. Un estudio 2-D contiene comúnmente varias líneas, obtenidas de manera ortogonal al rumbo de las estructuras geológicas, tales como fallas y pliegues, con un mínimo de líneas adquiridas paralelas a las estructuras geológicas para permitir amarre entre las líneas y la interpretación y mapeo de dichas estructuras. 

Ejemplo de cómo se adquieren líneas sísmicas

Estudios tridimensionales (3-D).

Es la adquisición de datos sísmicos en la que los espaciamientos entre receptores y lineas de tiro es lo suficientemente pequeño como para que no existan huecos significativos en la cobertura superficial. A estos datos sísmicos registrados en un estudio 3-D se le conoce como cubo sísmico y es hoy en día el más utilizado para el desarrollo de los campos de hidrocarburos, así como en otras áreas como la exploración geotérmica, la secuestración de carbono, entre otros.

Diferencia en la toma de datos sísmicos 2-D y 3-D, la principal diferencia estriba en la densidad de datos tomados

Estudios marinos.

Los estudios 2-D y 3-D marinos difieren de los de tierra en varias cosas, como:

- La fuente es una pistola de aire, no dinamita o un camión vibroseis

- El detector sísmico o receptor es un hidrófono y no un geófono

- Las fuentes y receptores siempre están bajo la superficie del mar y la profundidad del cable es controlada por dispositivos llamados "pájaros de cable sísmico" ó streamer-birds

- Los receptores están conectados por cables sísmicos (streamers)

Boya de cola.- Es un dispositivo flotante usado en la adquisición sísmica marina para identificar el final del cable sísmico. Permite a la tripulación monitorear la localización y dirección de los cables sísmicos.

Pájaro de cable sísmico.- Es un dispositivo conectado al cable sísmico para controlar su profundidad.

Buque sísmico y los componentes de los cables sísmicos, fuente y boya de cola

Tipos de tendidos en los arreglos sísmicos:

Fuente enmedio.- La fuente se coloca en el centro de los grupos espaciados de geófonos, puede ser separada o en línea con los geófonos, sin espacio entre la fuente y ellos.

Desviado.- La fuente está desviada por una pequeña distancia perpendicular a la línea.

Con huecos.- Los grupos de geófonos cerca de la fuente están apagados.

Tendido al costado.- La fuente tiene una distancia (offset) de 500 a 1000 metros perpendicular a la línea sísmica.

Al final del tendido.- La fuente se encuentra al final de uno de los grupos de geófonos.

Ejemplos de tendido sísmico

Y para terminar, algunas definiciones extras relacionadas a la adquisición.

Estación de geófonos.- Es el número de geófonos relacionados a una unidad de grabación

Número de canales.- Es el número de estaciones de geófonos

Intervalo de los geófonos.- Es la distancia entre estaciones

Intervalo de punto de tiro.- Es la distancia entre tiros (si existe más de un tiro)

Número de línea.- Es el nombre específico por línea del estudio

Número de archivo.- Es el número de archivo o tiro para una línea

Número de carrete o número de cinta.- Es el número de cinta para cierta línea (si se grabó la línea en más de un archivo)

Número de grabación.- Es el número de tiro dentro de un carrete (si el carrete contiene más de un tiro)

En las siguientes entregas de esta serie hablaremos sobre el procesado de datos en la exploración sismológica.

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Porosidad, Una pequeña Introducción

Porosidad

¿Alguna vez has acomodado un conjunto de canicas en un frasco? Si es así te habrás dado cuenta que entre canica y canica queda un pequeño espacio, a este pequeño espacio lo llamaremos un poro, así pues imaginemos ahora que aquel frasco completamente lleno de canicas es una roca, las canicas representaran los minerales, granos o clastos que conformen la roca y cada uno de los espacios que queden entre los contactos de estas canicas le llamaremos poros, la suma de todos los poros nos indicaran la porosidad de la roca.

Figura 1. La porosidad como el espacio que queda entre cada uno de los granos, clastos o minerales que conforman una roca.

Pero bueno ¿por qué es importante la porosidad en la geología?,  por ejemplo en la hidrogeología la porosidad nos ayuda a determinar la capacidad de una roca para almacenar agua, entre mayor volumen de poros mayor será la capacidad de la roca para almacenar agua, aunque esta propiedad está muy ligada a la permeabilidad de las rocas se hablara de ella en otro post.

Figura 2. Todas las rocas tienen un cierto porcentaje de porosidad por muy pequeño que este sea (fotografías tomadas de http://creacionesapiedepagina.blogspot.mx/2013_04_01_archive.html).

En la industria petrolera la porosidad es muy importante pues esta determinará el volumen disponible de hidrocarburos que potencialmente se podrán extraer de las rocas, los poros como bien lo habíamos comentado pueden estar llenados con diferentes materiales, en este caso fluidos y en la industria petrolera se manejan 3 tipos de ellos, el agua, el gas y el aceite (petróleo) y estos estarán llenando los poros de las rocas.

 

Figura 3. Diferentes fluidos pueden llenar los poros que existen en la roca, ya sea agua, petrolero o aire (Gas)

Existen diferentes clasificaciones de la porosidad pero podemos dividirla en dos principalmente

• ·         La porosidad primaria
• ·         La porosidad secundaria

La porosidad primaria es aquella que desde la formación de la roca se encuentra presente y es determinada por la composición de la roca y el grado de compactación de la misma, pero bueno, ¿esto qué quiere decir?, ¿Recuerdan el frasco de canicas?, si llenamos el frasco con canicas de diferente tamaño tendremos que los poros serian menos que si se encontraran canicas de un mismo tamaño. ¿Por qué sucede esto? Resulta que si tenemos canicas tan pequeñas que puedan caber dentro de los poros que quedaron entre las canicas más grandes estos espacios se verían reducidos.

Figura 4. Diferente tamaño de partículas, el porcentaje de porosidad se vería reducido dependiendo del grado de  clasificación de las mismas.

Por otro lado, imaginemos un sándwich, en ocasiones este sándwich se ha visto aplastado por diversas circunstancias, en un principio el sándwich tenía un tamaño, se prestamos mucha atención al pan podremos observar que este tiene muchos “huequitos” que podrían ser considerados como los poros del pan, que al ser compactados reducen su tamaño haciendo que el sándwich se vea más pequeño de lo que en un principio fue.

Con las rocas pasa exactamente lo mismo, conforme las rocas son enterradas por otras capas de rocas estas van cargando un mayor peso, con lo que poco a poco la llamada carga litostática generara una presión tan grande que irá compactando poco a poco el espacio entre los poros reduciendo así la porosidad de la roca, tomando esto en cuenta una roca a mayor profundidad que otra presentará una menor porosidad primaria.

Ya vimos que la porosidad primaria está asociada al origen de la roca, por otro lado la porosidad secundaria está asociada a los factores que afectan a la roca posterior a la formación de las mismas, por ejemplo la disolución de las rocas carbonatadas generando Karsticidad y porosidad secundaria mediante vúgulos o bien por elementos tectónicos como en el caso de la generación de las fracturas.

En ambos casos  a parte de la porosidad primaria la porosidad secundaria puede aumentar el grado de porosidad de una roca, por ejemplo, rocas muy compactas cuyas porosidades sean bajas al ser afectadas por un evento tectónico creando generación de fracturas vería aumentada su porosidad en comparación con la que tenia de origen.

Figura 5. Fracturas generando porosidad secundaria, aumentando la porosidad original de la roca

En Post posteriores se entrará poco a poco más a detalle con estas porosidades e iremos profundizando con la información técnica sobre los métodos de estimación de la porosidad.

Saludos y Hasta la próxima

Ericksaurio.

Sismología de exploración: Tipos de eventos sísmicos y equipo de adquisición.

En este post continuamos con algunos conceptos de la exploración sismológica, específicamente los tipos de eventos sísmicos y el equipo de adquisición sísmica, como introducción al siguiente post de esta serie que tratara sobre eso. Para leer los posts anteriores pueden hacerlo dándole clic a los siguientes links:

Tipos de ondas sísmicas.

Anisotropia sismica, efectos del medio en las ondas, resolucion sismica, etc.

Eventos sísmicos.

Eventos primarios:  Tambièn conocidos como reflexiones, son generados por ondas que han sido reflejadas en una interfaz. Traen consigo información útil acerca de la velocidad. Todo lo que no sea una reflexión se considera como ruido no deseado.

Eventos no primarios:

Ondas directas.- Es una onda P que viaja directamente de la fuente al receptor a través de la superficie de la Tierra. Arriba antes que la onda reflejada de la primer capa. Normalmente es atenuada en el procesado con los métodos de muting y apilamiento. La curva tiempo-profundidad es una linea recta con intercepto = 0.

Modelado de una grabación sísmica en tierra

Ground roll.- Es la onda de superficie Rayleigh viajando a través de la superficie del suelo y tiene una velocidad de entre 100 y 1000 m/s y una frecuencia menor a 10 Hz. Es usualmente atenuado con un filtro  F-K (transformada de Fourier en 2-D en tiempo y espacio) y arreglos en el campo. La curva tiempo-profundidad es una linea recta con intercepto = 0.

Imagen de una grabación sísmica cruda mostrando el ground roll, el primer arribo y reflexiones.

Onda de cabeza o de choque.- Son refracciones generadas cuando el àngulo de incidencia es igual al àngulo crìtico. La refracciòn viaja en la interfaz y arriba antes que la onda directa. Usualmente se le atenùa con muting y apilamiento. La curva tiempo-profundidad es una lìnea recta con intercepto = 0.

Dibujo que muestra los tipos de onda que se generan al contacto con una interfaz

Difracciòn.- Ocurre en el borde de las capas y es atenuada por la migraciòn sìsmica. La curva tiempo-profundidad es una hipèrbola.

Mùltiples.-  Tambièn conocidos como reflexiones secundarias, son eventos en los datos sìsmicos que han tenido màs de una reflexiòn en su trayectoria. Son usualmente atenuados por el NMO y la deconvoluciòn. La curva tiempo-profundidad es una hipèrbola. 

- De trayectoria corta: tienden a provenir de fenómenos del subsuelo somero o de procesos de sedimentación altamente cíclicos y arriban inmediatamente después, y a veces muy cerca, de las reflexiones primarias. Los múltiples de trayectoria corta son menos obvios que la mayoría de los múltiples de trayectoria larga y son menos fáciles de eliminar con el procesamiento sísmico.

- De trayectoria larga: Los múltiples de trayectoria larga generan eventos característicos porque su trayectoria es mucho más larga que las reflexiones primarias que las originan. Generalmente, pueden ser eliminadas con el procesamiento sísmico.

Diagrama que muestra los tipos de ondas sísmicas generadas en diferentes interfaces y estructuras geológicas

Equipo sìsmico.

1.- Para determinar la ubicación.

Tierra: Se usan instrumentos convencionales como el teodolito. Instrumentos electromagnèticos de distancia (EDM por sus siglas en inglès). Sistemas de posicionamiento global (GPS), el cual es muy común.

Dibujo que muestra el Instrumento Electromagnético de Distancia

Mar: Posicionamiento por radio. Monitoreo de posiciòn y direcciòn de streamers mediante el uso de Tail Buoy. GPS.

2.- Fuentes sìsmicas:

Tierra:

Fuentes impulsivas.- las cuales se dividen en fuentes explosivas como la dinamita, y no explosivas tales como la caìda de peso y los martillos (comunes en la investigaciòn sísmica superficial)

Fuentes no impulsivas.- La màs comùn es el Vibroseis, el cual es un vehìculo diseñado para levantar su peso en una placa grande en contacto con la superficie del suelo en barridos (barridos hacia arriba, la frecuencia comienza baja y se incrementa con el tiempo; barridos hacia abajo, la frecuencia comienza alta y decae con el tiempo).

Grupo de Vibroseis en campo

Mar: 

Pistola de aire: es la màs comùn en los estudios costa afuera, y la primera se produjo en 1960. Esta pistola libera aire altamente comprimido al agua. Usa aire comprimido a 2000-5000 PSI para producir una onda de choque de aire. Varias pistolas de aire de diferentes tamaños son disparadas para aumentar sus pulsos iniciales y reducir los efectos de sus burbujas.

3.- Detectores sìsmicos.

Tierra: Se usan los geòfonos, los cuales son dispositivos usados para detectar ondas de sonido. Consiste en una bobina de cable suspendido de un resorte y rodeado de un magneto en forma de W. La energìa yendo hacia arriba de la fuente sìsmica es grabada como una corriente elèctrica generada por el movimiento de la bobina.

Partes de un geófono

Mar: Se usan los hidròfonos, los cuales son dispositivos utilizados para detectar las ondas de presiòn. La energìa que viaja hacia arriba es grabada como corriente elèctrica generada por un dispositivo piezoelèctrico, el cual genera un voltaje si se le afecta con presiòn.

Equipo a bordo de un bote de estudios sísmicos

En las siguientes entregas de esta serie hablaremos sobre la adquisición de datos en la exploración sismológica.

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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.

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