Migración sísmica

La migración sísmica es el proceso mediante el cual los eventos sísmicos se reubican geométricamente en el espacio o el tiempo a la ubicación donde ocurrieron en el subsuelo, en lugar de la ubicación donde se registraron 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, tales como fallas , cuerpos de sal , plegamientos , etc. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

La migración desplaza los reflectores inclinados a sus posiciones subsuperficiales reales y colapsa las difracciones , ^{[ 4 ]} lo que da como resultado una imagen migrada que normalmente tiene una mayor resolución espacial y resuelve áreas de geología compleja mucho mejor que las imágenes no migradas. Una forma de migración es una de las técnicas estándar de procesamiento de datos para métodos geofísicos basados ​​en reflexión ( reflexión sísmica y radar de penetración terrestre ).

La necesidad de migración se conoce desde los inicios de la exploración sísmica, y los primeros datos de reflexión sísmica de 1921 fueron migrados. ^{[ 5 ]} Los algoritmos de migración computacional existen desde hace muchos años, pero su uso generalizado se ha extendido en los últimos 20 años debido a su alto consumo de recursos. La migración puede generar una mejora drástica en la calidad de la imagen, por lo que los algoritmos son objeto de intensa investigación, tanto en la industria geofísica como en el ámbito académico.

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 la interfaz entre dos tipos de roca con diferentes impedancias acústicas , la energía sísmica se refracta , se refleja hacia la superficie o se atenúa en el medio. La energía reflejada llega a la superficie y es registrada por geófonos colocados a una distancia conocida de la fuente de las ondas. Cuando un geofísico observa la energía registrada por el geófono, conoce tanto el tiempo de propagación como la distancia entre la fuente y el receptor, pero no la distancia hasta el reflector.

En el entorno geológico más simple, con un único reflector horizontal, una velocidad constante y una fuente y un receptor en la misma ubicación (denominado 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 siguiente relación:

${\displaystyle d={\frac {vt}{2}},}$

donde d es la distancia, v es la velocidad sísmica (o tasa de propagación) 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 solo se necesitó la mitad del tiempo total de viaje para llegar al reflector desde la fuente, y la otra mitad para regresar al receptor.

El resultado nos proporciona un único valor escalar , que representa una semiesfera de distancias desde la fuente/receptor, desde donde podría haberse originado la reflexión. Se trata de una semiesfera, y no de una esfera completa, porque podemos descartar todas las posibilidades que se producen por encima de la superficie por considerarlas irrazonables. En el caso sencillo de un reflector horizontal, se puede suponer que la reflexión se sitúa verticalmente debajo del punto fuente/receptor (véase el 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 de tiempo de viaje mostrará una inclinación reducida que se define mediante la “ecuación del migrador”  : ^{[ 5 ]}

${\displaystyle \tan \xi _{a}=\sin \xi ,}$

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 sencilla y se pueden representar mediante superficies esféricas. Cuando los datos se adquieren con desplazamientos distintos de cero, la esfera se convierte en un elipsoide y su representación es mucho más compleja (tanto geométrica como computacionalmente).

Para un geofísico, la geología compleja se define como cualquier lugar donde exista un contraste abrupto o marcado en la velocidad lateral y/o vertical (por ejemplo, un cambio repentino en el tipo de roca o litología que provoca un cambio brusco en la velocidad de las ondas sísmicas).

Algunos ejemplos de geología compleja, según un geofísico, son: fallas , plegamientos , fracturas (en cierta medida), cuerpos de sal y discordancias . En estas situaciones, se utiliza una técnica de migración denominada migración pre-apilamiento (PreSM), en la que todas las trazas se migran antes de desplazarlas a un offset cero. En consecuencia, se utiliza mucha más información, lo que resulta en una imagen mucho mejor, además de que PreSM reproduce los cambios de velocidad con mayor precisión que la migración post-apilamiento.

En función del presupuesto, las limitaciones de tiempo y la geología del subsuelo, los geofísicos pueden emplear uno de los dos tipos fundamentales de algoritmos de migración, definidos por el dominio en el que se aplican: migración temporal y migración en profundidad.

El objetivo de la migración es, en última instancia, aumentar la resolución espacial, y una de las suposiciones básicas sobre los datos sísmicos es que solo muestran reflexiones primarias y que 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 preprocesarse adecuadamente antes de la migración. El ruido que puede ser fácil de distinguir antes de la migración podría extenderse a lo largo de toda la apertura durante la migración, reduciendo la nitidez y la claridad de la imagen.

Otra consideración fundamental es si utilizar migración 2D o 3D. Si los datos sísmicos presentan un elemento de buzamiento transversal (una capa que se inclina perpendicularmente a la línea de adquisición), la reflexión primaria se originará fuera del plano y la migración 2D no podrá devolver la energía a su origen. En este caso, se requiere migración 3D para obtener la mejor imagen posible.

Los ordenadores modernos para el procesamiento sísmico son más capaces de realizar migraciones 3D, por lo que la cuestión de si se deben asignar recursos para realizar migraciones 3D es menos preocupante.

La forma más sencilla de migración es la migración gráfica. Esta presupone un mundo de velocidad constante y datos de desplazamiento cero, en el que un geofísico dibuja esferas o círculos desde el receptor hasta la ubicación del evento para cada evento. La intersección de los círculos determina la ubicación "verdadera" del reflector en el tiempo o el espacio. Un ejemplo de esto se puede observar en el diagrama.

La migración de datos sísmicos consiste en corregir la suposición de capas geológicas planas mediante una convolución espacial numérica basada en cuadrículas de los datos sísmicos para tener en cuenta los eventos de inclinación (donde las capas geológicas no son planas). Existen diversos métodos, como la popular migración de Kirchhoff, pero generalmente 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 en 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 originalmente en las ubicaciones adecuadas (de acuerdo con las leyes de la naturaleza), estas ubicaciones no corresponden con el CMP supuesto para esa ubicación. Aunque apilar los datos sin las correcciones de migración produce una imagen algo imprecisa del subsuelo, la migración es preferible para obtener mejores resultados en la mayoría de los registradores de imágenes para perforar y mantener campos petrolíferos. Este proceso es un paso fundamental en la creación de una imagen del subsuelo a partir de datos sísmicos de fuente activa recopilados en la superficie, el lecho marino, pozos, etc., y por lo tanto, es utilizado a escala industrial por las compañías de petróleo y gas y sus proveedores de servicios en computadoras digitales.

En otras palabras, este proceso intenta tener en cuenta la dispersión de ondas de 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 trayectorias de rayos) se curven, los frentes de onda se crucen ( cáusticas ) y las ondas se registren en posiciones diferentes a las que se esperarían bajo rayos rectos u otras suposiciones simplificadoras. Finalmente, este proceso a menudo también intenta preservar y extraer la información de reflectividad de la interfaz de la formación incrustada en las amplitudes de los datos sísmicos, para que puedan usarse para reconstruir las propiedades elásticas de las formaciones geológicas ( preservación de amplitud , inversión sísmica ). Hay una variedad de algoritmos de migración, que pueden clasificarse por su dominio de salida en las amplias categorías de migración en tiempo o migración en profundidad , y migración pre-apilamiento o migración post-apilamiento (ortogonal). La migración en profundidad comienza con datos de tiempo convertidos a datos de profundidad por un perfil de velocidad geológica espacial. La migración post-apilamiento comienza con datos sísmicos que ya han sido apilados y, por lo tanto, ya han perdido valiosa información de análisis de velocidad.

• sismología de reflexión
• Seismic Unix , software de código abierto para el procesamiento de datos de reflexión sísmica.