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sismología de reflexión

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Datos de reflexión sísmica

La sismología de reflexión (o reflexión sísmica ) es un método de geofísica de exploración que utiliza los principios de la sismología para estimar las propiedades del subsuelo terrestre a partir de ondas sísmicas reflejadas . El método requiere una fuente de energía sísmica controlada, como dinamita o una explosión de Tovex , un cañón de aire comprimido especializado o un vibrador sísmico. La sismología de reflexión es similar al sonar y la ecolocalización .

Esquemas de reflexión sísmica

Historia

Pruebas sísmicas en 1940

Las reflexiones y refracciones de las ondas sísmicas en las interfaces geológicas dentro de la Tierra se observaron por primera vez en registros de ondas sísmicas generadas por terremotos. El modelo básico del interior profundo de la Tierra se basa en observaciones de ondas sísmicas generadas por terremotos que se transmiten a través del interior de la Tierra (por ejemplo, Mohorovičić, 1910). [ 1 ] El uso de ondas sísmicas generadas por el hombre para cartografiar en detalle la geología de los primeros kilómetros de la corteza terrestre surgió poco después y se ha desarrollado principalmente debido a la actividad comercial, en particular la industria petrolera.

La exploración por reflexión sísmica surgió del método de exploración por refracción sísmica , que se utilizaba para encontrar petróleo asociado a domos salinos . [ 2 ] Ludger Mintrop, un topógrafo minero alemán, diseñó un sismógrafo mecánico en 1914 que utilizó con éxito para detectar domos salinos en Alemania. Solicitó una patente alemana en 1919, que se le concedió en 1926. En 1921 fundó la empresa Seismos, que fue contratada para realizar exploraciones sísmicas en Texas y México, lo que dio como resultado el primer descubrimiento comercial de petróleo utilizando el método sísmico de refracción en 1924. [ 3 ] El descubrimiento en 1924 del domo salino Orchard en Texas provocó un auge en la exploración por refracción sísmica a lo largo de la costa del Golfo, pero para 1930 el método había llevado al descubrimiento de la mayoría de los domos salinos superficiales de Louann , y el método sísmico de refracción perdió popularidad. [ 2 ]

Tras la Primera Guerra Mundial , entre los involucrados en el desarrollo de aplicaciones comerciales de ondas sísmicas se encontraban Mintrop, Reginald Fessenden , John Clarence Karcher , E. A. Eckhardt, William P. Haseman y Burton McCollum. En 1920, Haseman, Karcher, Eckhardt y McCollum fundaron la Geological Engineering Company. En junio de 1921, Karcher, Haseman, I. Perrine y W. C. Kite registraron el primer sismógrafo de reflexión de exploración cerca de Oklahoma City, Oklahoma . [ 4 ] : 4–10

La sismología de reflexión temprana fue vista con escepticismo por muchos en la industria petrolera. Un defensor temprano del método comentó:

"Como alguien que intentó personalmente introducir el método en la práctica general de consultoría, el autor principal recuerda sin duda muchas ocasiones en las que las reflexiones ni siquiera se consideraban a la par con la vara de zahorí, pues al menos ese dispositivo tenía una tradición arraigada." [ 5 ]

La Geological Engineering Company quebró debido a una caída en el precio del petróleo. En 1925, los precios del petróleo se recuperaron y Karcher ayudó a formar Geophysical Research Corporation (GRC) como parte de la petrolera Amerada . En 1930, Karcher dejó GRC y ayudó a fundar Geophysical Service Incorporated (GSI). GSI fue una de las empresas contratistas sísmicas más exitosas durante más de 50 años y fue la empresa matriz de una compañía aún más exitosa, Texas Instruments . Henry Salvatori, uno de los primeros empleados de GSI , dejó esa compañía en 1933 para fundar otra importante contratista sísmica, Western Geophysical . Muchas otras empresas que utilizan la sismología de reflexión en la exploración de hidrocarburos, hidrología , estudios de ingeniería y otras aplicaciones se han formado desde que se inventó el método. En los últimos años, las principales empresas de servicios han incluido a CGG , ION Geophysical , Petroleum Geo-Services , Polarcus , TGS y WesternGeco , pero desde la caída del precio del petróleo de 2015, los proveedores de servicios sísmicos han seguido teniendo dificultades financieras, como Polarcus, [ 6 ] mientras que empresas que eran líderes en la industria de adquisición sísmica hace apenas diez años, como CGG [ 7 ] y WesternGeco [ 8 ], ahora se han retirado por completo del entorno de adquisición sísmica y se han reestructurado para centrarse en sus bibliotecas de datos sísmicos existentes, la gestión de datos sísmicos y los servicios petroleros no relacionados con la sismología.

Resumen del método

Las ondas sísmicas son perturbaciones mecánicas que viajan en la Tierra a una velocidad determinada por la impedancia acústica del medio en el que se propagan. La impedancia acústica (o sísmica), Z , se define mediante la ecuación:

Z=vρ {\displaystyle Z=v\rho \ },

donde v es la velocidad de la onda sísmica y ρ ( rho griega ) es la densidad de la roca.

Cuando una onda sísmica que viaja a través de la Tierra encuentra una interfaz entre dos materiales con diferentes impedancias acústicas, parte de la energía de la onda se refleja en la interfaz y parte se refracta a través de ella. En su forma más básica, la técnica de reflexión sísmica consiste en generar ondas sísmicas y medir el tiempo que tardan las ondas en viajar desde la fuente, reflejarse en una interfaz y ser detectadas por un conjunto de receptores (como geófonos , hidrófonos y DAS ) en la superficie. [ 9 ] Conociendo los tiempos de viaje desde la fuente hasta los distintos receptores y la velocidad de las ondas sísmicas, un geofísico intenta reconstruir las trayectorias de las ondas para crear una imagen del subsuelo.

Al igual que otros métodos geofísicos, la sismología de reflexión puede considerarse un tipo de problema inverso . Es decir, dado un conjunto de datos recopilados mediante experimentación y las leyes físicas que rigen el experimento, el experimentador busca desarrollar un modelo abstracto del sistema físico estudiado. En el caso de la sismología de reflexión, los datos experimentales son sismogramas registrados, y el resultado deseado es un modelo de la estructura y las propiedades físicas de la corteza terrestre. Al igual que otros tipos de problemas inversos, los resultados obtenidos mediante sismología de reflexión generalmente no son únicos (más de un modelo se ajusta adecuadamente a los datos) y pueden ser sensibles a errores relativamente pequeños en la recopilación, el procesamiento o el análisis de los datos. [ 10 ] Por estas razones, se debe tener mucho cuidado al interpretar los resultados de un estudio sísmico de reflexión.

El experimento de reflexión

El principio general de la reflexión sísmica consiste en enviar ondas elásticas (utilizando una fuente de energía como la explosión de dinamita , la caída de peso o la vibración sísmica ) al interior de la Tierra, donde cada capa terrestre refleja una parte de la energía de la onda y permite que el resto se refracte. Estas ondas de energía reflejada se registran durante un período de tiempo predeterminado (denominado duración del registro) mediante receptores que detectan el movimiento del terreno en el que se ubican. En tierra, el receptor típico es un pequeño instrumento portátil conocido como geófono , que convierte el movimiento del suelo en una señal eléctrica analógica . En el agua, se utilizan hidrófonos , que convierten los cambios de presión en señales eléctricas. La respuesta de cada receptor a un único disparo se conoce como "traza" y se registra en un dispositivo de almacenamiento de datos ; luego, se desplaza la ubicación del disparo y se repite el proceso. Normalmente, las señales registradas se someten a un procesamiento de señal considerable . [ 4 ] : 2–3, 21

Reflexión y transmisión a incidencia normal

La onda P se refleja en una interfaz con incidencia normal.

Cuando una onda sísmica P encuentra un límite entre dos materiales con diferentes impedancias acústicas, parte de la energía de la onda se refleja en el límite, mientras que otra parte se transmite a través de él. La amplitud de la onda reflejada se predice multiplicando la amplitud de la onda incidente por el coeficiente de reflexión sísmica.R{\displaystyle R}, determinado por el contraste de impedancia entre los dos materiales. [ 4 ]

Para una onda que golpea un límite con incidencia normal (de frente), la expresión para el coeficiente de reflexión es simplemente

R=Z2−Z1Z2+Z1{\displaystyle R={\frac {Z_{2}-Z_{1}}{Z_{2}+Z_{1}}}},

dóndeZ1{\displaystyle Z_{1}}yZ2{\displaystyle Z_{2}}son la impedancia del primer y segundo medio, respectivamente. [ 4 ]

De forma similar, la amplitud de la onda incidente se multiplica por el coeficiente de transmisión.T{\displaystyle T}para predecir la amplitud de la onda transmitida a través del límite. La fórmula para el coeficiente de transmisión de incidencia normal es

T=1+R=2Z2(Z2+Z1){\displaystyle T=1+R={\frac {2Z_{2}}{(Z_{2}+Z_{1})}}}. [ 4 ]

Como la suma de las energías de la onda reflejada y transmitida debe ser igual a la energía de la onda incidente, es fácil demostrar que

R2Z1+T2Z2=Z2(Z2−Z1)2+4Z1Z22Z1Z2(Z1+Z2)2=1Z1{\displaystyle {\frac {R^{2}}{Z_{1}}}+{\frac {T^{2}}{Z_{2}}}={\frac {Z_{2}(Z_{2}-Z_{1})^{2}+4Z_{1}Z_{2}^{2}}{Z_{1}Z_{2}(Z_{1}+Z_{2})^{2}}}={\frac {1}{Z_{1}}}}.

Al observar cambios en la intensidad de las reflexiones, los sismólogos pueden inferir cambios en las impedancias sísmicas. A su vez, utilizan esta información para inferir cambios en las propiedades de las rocas en la interfaz, como la densidad y la velocidad de las ondas , [ 4 ] mediante la inversión sísmica .

Reflexión y transmisión con incidencia no normal

Diagrama que muestra las conversiones de modo que ocurren cuando una onda P se refleja en una interfaz con incidencia no normal.

La situación se complica mucho más en el caso de incidencia no normal, debido a la conversión de modos entre ondas P y ondas S , y se describe mediante las ecuaciones de Zoeppritz . En 1919, Karl Zoeppritz derivó cuatro ecuaciones que determinan las amplitudes de las ondas reflejadas y refractadas en una interfaz plana para una onda P incidente en función del ángulo de incidencia y seis parámetros elásticos independientes. [ 9 ] Estas ecuaciones tienen cuatro incógnitas y pueden resolverse, pero no proporcionan una comprensión intuitiva de cómo varían las amplitudes de reflexión con las propiedades de la roca involucrada. [ 11 ]

Los coeficientes de reflexión y transmisión, que rigen la amplitud de cada reflexión, varían con el ángulo de incidencia y pueden utilizarse para obtener información sobre (entre muchas otras cosas) el contenido de fluidos de la roca. El uso práctico de los fenómenos de incidencia no normal, conocidos como AVO (véase amplitud frente a desplazamiento ), se ha visto facilitado por el trabajo teórico para derivar aproximaciones viables a las ecuaciones de Zoeppritz y por los avances en la capacidad de procesamiento informático. Los estudios AVO intentan, con cierto éxito, predecir el contenido de fluidos (petróleo, gas o agua) de yacimientos potenciales, reducir el riesgo de perforar pozos improductivos e identificar nuevos yacimientos de petróleo. La simplificación de 3 términos de las ecuaciones de Zoeppritz, la más utilizada, se desarrolló en 1985 y se conoce como la "ecuación de Shuey". Una simplificación adicional de 2 términos, conocida como la "aproximación de Shuey", es válida para ángulos de incidencia menores de 30 grados (generalmente el caso en estudios sísmicos) y se presenta a continuación: [ 12 ]

R(θ)=R(0)+GRAMOpecado2⁡θ{\displaystyle R(\theta )=R(0)+G\sin ^{2}\theta }

dóndeR(0){\displaystyle R(0)}= coeficiente de reflexión a desplazamiento cero (incidencia normal);GRAMO{\displaystyle G}= Gradiente AVO, que describe el comportamiento de reflexión en desplazamientos intermedios y(θ){\displaystyle (\theta )}= ángulo de incidencia. Esta ecuación se reduce a la de incidencia normal en(θ){\displaystyle (\theta )}=0.

Interpretación de las reflexiones

El tiempo que tarda una reflexión de un límite particular en llegar al geófono se llama tiempo de viaje . Si se conoce la velocidad de la onda sísmica en la roca, entonces el tiempo de viaje se puede usar para estimar la profundidad del reflector. Para una onda simple que viaja verticalmente, el tiempo de viajet{\displaystyle t}El tiempo que transcurre desde la superficie hasta el reflector y de vuelta se denomina Tiempo de Bidireccional (TWT) y viene dado por la fórmula

t=2dV{\displaystyle t=2{\frac {d}{V}}},

dónded{\displaystyle d}es la profundidad del reflector yV{\displaystyle V}es la velocidad de la onda en la roca. [ 4 ] : 81

Una serie de reflexiones aparentemente relacionadas en varios sismogramas se suele denominar evento de reflexión . Al correlacionar los eventos de reflexión, un sismólogo puede crear una sección transversal estimada de la estructura geológica que generó las reflexiones. [ 4 ] : 196–199

Fuentes de ruido

Fuentes de ruido en un registro sísmico. Arriba a la izquierda: onda aérea; arriba a la derecha: onda de cabeza ; abajo a la izquierda: onda superficial; abajo a la derecha: onda múltiple.

Además de las reflexiones en las interfaces del subsuelo, existen otras respuestas sísmicas detectadas por los receptores que resultan indeseadas o innecesarias:

Onda de aire

La onda aérea viaja directamente desde la fuente hasta el receptor y es un ejemplo de ruido coherente . Es fácilmente reconocible porque viaja a una velocidad de 330  m/s, la velocidad del sonido en el aire.

Onda terrestre / Onda de Rayleigh / Onda de Scholte / Onda superficial

Una onda de Rayleigh se propaga típicamente a lo largo de la superficie libre de un sólido, pero las constantes elásticas y la densidad del aire son muy bajas en comparación con las de las rocas, por lo que la superficie de la Tierra es aproximadamente una superficie libre . Las ondas de Rayleigh de baja velocidad, baja frecuencia y alta amplitud están frecuentemente presentes en un registro sísmico y pueden oscurecer la señal, degradando la calidad general de los datos. Se las conoce en la industria como "Ground Roll" y son un ejemplo de ruido coherente que puede atenuarse con un estudio sísmico cuidadosamente diseñado. [ 13 ] La onda de Scholte es similar al ground roll, pero ocurre en el fondo marino (interfaz fluido/sólido) y puede oscurecer y enmascarar reflexiones profundas en los registros sísmicos marinos. [ 14 ] La velocidad de estas ondas varía con la longitud de onda, por lo que se dice que son dispersivas y la forma del tren de ondas varía con la distancia. [ 15 ]

Refracción / Onda de cabeza / Onda cónica

Una onda de cabeza se refracta en una interfaz, viajando a lo largo de ella, dentro del medio inferior y produce un movimiento oscilatorio paralelo a la interfaz. Este movimiento causa una perturbación en el medio superior que se detecta en la superficie. [ 9 ] El mismo fenómeno se utiliza en la refracción sísmica .

Reflexión múltiple

Un evento en el registro sísmico que ha generado más de una reflexión se denomina múltiple . Los múltiples pueden ser de trayectoria corta (pata de palo) o de trayectoria larga, dependiendo de si interfieren o no con las reflexiones primarias. [ 16 ] [ 17 ]

Las reflexiones múltiples procedentes del fondo de una masa de agua y de la interfaz aire-agua son habituales en los datos sísmicos marinos y se suprimen mediante el procesamiento sísmico .

ruido cultural

El ruido cultural incluye el ruido procedente de los efectos meteorológicos, los aviones, los helicópteros, las torres de alta tensión y los barcos (en el caso de los estudios marinos), todo lo cual puede ser detectado por los receptores.

Ruido electromagnético

Particularmente importante en entornos urbanos (por ejemplo, líneas eléctricas), es difícil de eliminar. Algunos sensores específicos, como los sistemas microelectromecánicos (MEMS), se utilizan para disminuir estas interferencias en dichos entornos. [ 18 ]

2D versus 3D

El método original de reflexión sísmica implicaba la adquisición a lo largo de un perfil vertical bidimensional a través de la corteza, ahora conocido como datos 2D. Este enfoque funcionaba bien en áreas con una estructura geológica relativamente simple, donde las inclinaciones son bajas. Sin embargo, en áreas con una estructura más compleja, la técnica 2D no lograba obtener imágenes adecuadas del subsuelo debido a reflexiones fuera del plano y otros artefactos. El aliasing espacial también es un problema con los datos 2D debido a la falta de resolución entre las líneas. A partir de los experimentos iniciales en la década de 1960, la técnica sísmica exploró la posibilidad de la adquisición y el procesamiento tridimensional completo. A finales de la década de 1970 se adquirieron los primeros conjuntos de datos 3D de gran tamaño y, para las décadas de 1980 y 1990, este método se generalizó. [ 19 ] [ 20 ]

Aplicaciones

La sismología de reflexión se utiliza ampliamente en varios campos y sus aplicaciones se pueden clasificar en tres grupos, [ 21 ] cada uno definido por su profundidad de investigación:

  • Aplicaciones cercanas a la superficie: una aplicación que busca comprender la geología a profundidades de hasta aproximadamente 1  km, utilizada típicamente para estudios de ingeniería y ambientales , así como para la exploración de carbón [ 22 ] y minerales . [ 23 ] Una aplicación más reciente para la reflexión sísmica es para estudios de energía geotérmica , [ 24 ] aunque la profundidad de investigación puede ser de hasta 2  km en este caso. [ 25 ]
  • Exploración de hidrocarburos : la industria de hidrocarburos utiliza este método para obtener un mapa de alta resolución de los contrastes de impedancia acústica a profundidades de hasta 10  km en el subsuelo. Este mapa se puede combinar con el análisis de atributos sísmicos y otras herramientas geofísicas de exploración para ayudar a los geólogos a construir un modelo geológico del área de interés.
  • Exploración de minerales: el enfoque tradicional para la exploración de minerales cerca de la superficie (<300 m) ha sido emplear el mapeo geológico, el análisis geoquímico y el uso de métodos de campo potencial aéreos y terrestres, en particular para la exploración de campos vírgenes, [ 26 ] en las últimas décadas la sísmica de reflexión se ha convertido en un método válido para la exploración en entornos de roca dura.
  • Estudios de la corteza terrestre: investigación sobre la estructura y el origen de la corteza terrestre , hasta la discontinuidad de Moho y más allá, a profundidades de hasta 100  km.

Un método similar a la sismología de reflexión, que utiliza ondas electromagnéticas en lugar de elásticas y tiene una menor profundidad de penetración, se conoce como radar de penetración terrestre o GPR.

exploración de hidrocarburos

La sismología de reflexión, más conocida como "reflexión sísmica" o simplemente "sísmica" en la industria de los hidrocarburos, es utilizada por geólogos y geofísicos petroleros para cartografiar e interpretar posibles yacimientos de petróleo . El tamaño y la escala de los estudios sísmicos han aumentado paralelamente al notable incremento de la capacidad informática desde finales del siglo XX. Esto llevó a la industria sísmica a pasar de realizar laboriosamente —y por lo tanto con poca frecuencia— pequeños estudios 3D en la década de 1980 a realizar de forma rutinaria estudios 3D a gran escala y de alta resolución. Los objetivos y principios básicos se han mantenido, pero los métodos han variado ligeramente con el paso de los años.

Los entornos principales para la exploración sísmica de hidrocarburos son la tierra, la zona de transición y el medio marino:

Tierra – El entorno terrestre abarca casi todos los tipos de terreno que existen en la Tierra, cada uno con sus propios problemas logísticos. Ejemplos de este entorno son la selva, el desierto, la tundra ártica, el bosque, los entornos urbanos, las regiones montañosas y la sabana.

Zona de Transición (ZT) : La zona de transición se considera el área donde la tierra se encuentra con el mar, presentando desafíos únicos debido a que el agua es demasiado poco profunda para los grandes buques sísmicos, pero demasiado profunda para el uso de los métodos tradicionales de adquisición en tierra. Ejemplos de este entorno son los deltas de los ríos, los pantanos y marismas, [ 27 ] los arrecifes de coral, las zonas de mareas costeras y la zona de rompientes. Los equipos sísmicos de la zona de transición a menudo trabajan en tierra, en la zona de transición y en el entorno marino de aguas poco profundas en un mismo proyecto para obtener un mapa completo del subsuelo.

Diagrama del equipo utilizado para estudios sísmicos marinos.

Zona marina : La zona marina se encuentra en áreas de aguas poco profundas (las profundidades inferiores a 30 o 40 metros se consideran normalmente áreas de aguas poco profundas para las operaciones sísmicas marinas 3D) o en las áreas de aguas profundas normalmente asociadas con los mares y océanos (como el Golfo de México).

Adquisición de datos sísmicos

La adquisición de datos sísmicos es la primera de las tres etapas distintas de la exploración sísmica, siendo las otras dos el procesamiento de datos sísmicos y la interpretación sísmica. [ 28 ]

Los estudios sísmicos suelen ser diseñados por compañías petroleras nacionales e internacionales, que contratan a empresas de servicios como CGG , Petroleum Geo-Services y WesternGeco para su adquisición. Posteriormente, se contrata a otra empresa para procesar los datos, aunque a menudo se trata de la misma que adquirió el estudio. Finalmente, el volumen sísmico finalizado se entrega a la compañía petrolera para su interpretación geológica.

Adquisición de datos topográficos

campamento sísmico en tierra desértica
Línea receptora en un equipo terrestre del desierto con camión grabador

Los estudios sísmicos terrestres suelen ser de gran envergadura, requiriendo cientos de toneladas de equipo y empleando desde unos pocos cientos hasta unos pocos miles de personas, desplegadas en vastas áreas durante muchos meses. [ 29 ] Existen varias opciones disponibles para una fuente sísmica controlada en un estudio terrestre, y las opciones más comunes son Vibroseis y la dinamita. Vibroseis es una fuente no impulsiva que es barata y eficiente, pero requiere terreno plano para operar, lo que dificulta su uso en áreas no urbanizadas. El método consiste en uno o más vehículos pesados ​​todoterreno que bajan una placa de acero al suelo, la cual luego se vibra con una distribución de frecuencia y amplitud específicas. [ 30 ] Produce una baja densidad de energía, lo que permite su uso en ciudades y otras áreas urbanizadas donde la dinamita causaría daños significativos, aunque el gran peso de un camión Vibroseis puede causar su propio daño ambiental. [ 31 ] La dinamita es una fuente impulsiva que se considera la fuente geofísica ideal debido a que produce una función de impulso casi perfecta , pero tiene desventajas ambientales obvias. Durante mucho tiempo, fue la única fuente sísmica disponible hasta que se introdujo la técnica de caída de peso alrededor de 1954, [ 32 ] lo que permitió a los geofísicos encontrar un equilibrio entre la calidad de la imagen y el daño ambiental. En comparación con la vibrosísmica, la dinamita también es operativamente ineficiente porque cada punto de la fuente debe perforarse y la dinamita debe colocarse en el agujero.

A diferencia de los estudios sísmicos marinos, las geometrías terrestres no se limitan a trayectorias de adquisición estrechas, lo que significa que generalmente se adquiere un amplio rango de desplazamientos y azimuts, y el mayor desafío es aumentar la tasa de adquisición. La tasa de producción está obviamente controlada por la rapidez con la que se puede activar la fuente (Vibroseis en este caso) y luego desplazarse a la siguiente ubicación de la fuente. Se han realizado intentos para utilizar múltiples fuentes sísmicas al mismo tiempo para aumentar la eficiencia del estudio, y un ejemplo exitoso de esta técnica es el barrido simultáneo independiente (ISS). [ 33 ]

Un estudio sísmico terrestre requiere un apoyo logístico sustancial; además de la operación sísmica diaria, también se necesita apoyo para el campamento principal en lo que respecta a reabastecimiento, asistencia médica, mantenimiento del campamento y del equipo, seguridad, relevos de personal y gestión de residuos. Algunas operaciones también pueden contar con campamentos móviles más pequeños, instalados en lugares remotos donde la distancia es demasiado grande para regresar al campamento principal diariamente, y estos también requerirán apoyo logístico frecuente.

Adquisición de datos para estudios marinos (cable remolcado)

Buque de prospección sísmica R/V Western Legend
Prospección sísmica marina mediante un cable remolcado.
Vista en planta de los levantamientos NATS y MAZ.
Vista en planta de un estudio WATS/WAZ.
Datos sísmicos recopilados por el USGS en el Golfo de México.
Buque de apoyo sísmico
Cinta marina Litton de 3 km
Cuerdas de pistola Litton LP (fuente de energía)

Los estudios sísmicos marinos con cables remolcados se realizan utilizando buques sísmicos especializados que remolcan uno o más cables, conocidos como streamers, justo debajo de la superficie, generalmente entre 5 y 15 metros, dependiendo de las especificaciones del proyecto, que contienen grupos de hidrófonos (o grupos de receptores) a lo largo de su longitud (véase el diagrama). Los buques modernos para streamers normalmente remolcan varios streamers en la popa, que pueden fijarse a alas submarinas, comúnmente conocidas como puertas o paletas, que permiten remolcar varios streamers hacia los costados de babor y estribor del buque. La tecnología actual de remolque de streamers, como la que se observa en la serie de buques Ramform operados por PGS , construidos entre 2013 y 2017 [ 34 ], ha aumentado el número de streamers hasta un total de 24 en estos buques. Para buques de este tipo de capacidad, no es raro que un streamer extendido a lo largo de la popa de "puerta a puerta" supere una milla náutica. La configuración precisa de los cables sísmicos en cualquier proyecto, en términos de longitud del cable, separación entre cables, longitud del grupo de hidrófonos y el desplazamiento o distancia entre el centro de la fuente y los receptores, dependerá del área geológica de interés debajo del lecho marino de la que el cliente intenta obtener datos.

Los buques de arrastre también remolcan fuentes de alta energía, principalmente conjuntos de cañones de aire a alta presión que operan a 2000 psi y disparan simultáneamente para crear un pulso de energía sintonizado en el lecho marino, cuyas ondas de energía reflejadas se registran en los grupos de receptores del cable sísmico. Los conjuntos de cañones están sintonizados; es decir, la respuesta en frecuencia de la burbuja de aire resultante del disparo puede modificarse según la combinación y el número de cañones en un conjunto específico y sus volúmenes individuales. Los cañones pueden ubicarse individualmente en un conjunto o combinarse para formar grupos. Por lo general, los conjuntos de fuentes tienen un volumen de entre 2000 y 7000 pulgadas cúbicas, pero esto dependerá de la geología específica del área de estudio.

Los estudios sísmicos marinos generan una cantidad significativa de datos [ 35 ] debido al tamaño de los modernos buques de arrastre y sus capacidades de remolque.

Un buque sísmico con dos fuentes y que remolca un único cable sísmico se conoce como cable sísmico remolcado de azimut estrecho (o NAZ o NATS). A principios de la década de 2000, se aceptó que este tipo de adquisición era útil para la exploración inicial, pero inadecuado para el desarrollo y la producción, [ 36 ] en los que los pozos debían posicionarse con precisión. Esto condujo al desarrollo del cable sísmico remolcado de azimut múltiple (MAZ), que intentó superar las limitaciones del patrón de adquisición lineal de un estudio NATS mediante la adquisición de una combinación de estudios NATS en diferentes azimuts (véase el diagrama). [ 37 ] Esto proporcionó con éxito una mayor iluminación del subsuelo y una mejor relación señal-ruido.

Las propiedades sísmicas de la sal plantean un problema adicional para los estudios sísmicos marinos, ya que atenúa las ondas sísmicas y su estructura contiene salientes que son difíciles de visualizar. Esto dio lugar a otra variante del tipo de estudio NATS, el cable sísmico remolcado de amplio azimut (o WAZ o WATS), que se probó por primera vez en el campo Mad Dog en 2004. [ 38 ] Este tipo de estudio involucró a un buque que remolcaba un conjunto de 8 cables sísmicos y dos buques separados que remolcaban fuentes sísmicas ubicadas al principio y al final de la última línea de receptores (véase el diagrama). Esta configuración se "repitió" 4 veces, con el buque receptor alejándose cada vez más de los buques fuente y creando finalmente el efecto de un estudio con 4 veces el número de cables sísmicos. El resultado final fue un conjunto de datos sísmicos con un rango más amplio de azimuts, lo que supuso un avance en la obtención de imágenes sísmicas. [ 36 ] Estos son ahora los tres tipos comunes de estudios sísmicos marinos con cables sísmicos remolcados.

Adquisición de datos para estudios marinos (sísmica de fondo oceánico (OBS))

La adquisición de datos de prospección marina no se limita solo a buques sísmicos; también es posible tender cables de geófonos e hidrófonos en el lecho marino de forma similar a como se utilizan los cables en una prospección sísmica terrestre, y utilizar un buque fuente independiente. Este método se desarrolló originalmente por necesidad operativa para permitir la realización de prospecciones sísmicas en áreas con obstrucciones, como plataformas de producción , sin comprometer la calidad de la imagen resultante. [ 39 ] Los cables de fondo oceánico (OBC) también se utilizan ampliamente en otras áreas donde no se puede utilizar un buque sísmico, por ejemplo, en entornos marinos poco profundos (profundidad del agua <300 m) y zonas de transición, y pueden ser desplegados por vehículos submarinos operados remotamente (ROV) en aguas profundas cuando se valora la repetibilidad (véase 4D, más adelante). Las prospecciones OBC convencionales utilizan receptores de doble componente, que combinan un sensor de presión ( hidrófono ) y un sensor de velocidad de partículas vertical ( geófono vertical ), pero desarrollos más recientes han ampliado el método para utilizar sensores de cuatro componentes, es decir, un hidrófono y tres geófonos ortogonales. Los sensores de cuatro componentes tienen la ventaja de poder registrar también ondas de corte , [ 40 ] que no viajan a través del agua pero que aún pueden contener información valiosa.

Además de las ventajas operativas, OBC también presenta ventajas geofísicas sobre un levantamiento NATS convencional, derivadas del mayor perímetro y la mayor amplitud de azimuts asociados a la geometría del levantamiento. [ 41 ] Sin embargo, al igual que en un levantamiento terrestre, la mayor amplitud de azimuts y el mayor perímetro tienen un costo, y la capacidad para realizar levantamientos OBC a gran escala se ve seriamente limitada.

En 2005, los nodos del fondo oceánico (OBN, por sus siglas en inglés), una extensión del método OBC que utiliza receptores inalámbricos alimentados por batería colocados en aguas profundas, se probaron por primera vez en el campo petrolífero de Atlantis en una colaboración entre BP y Fairfield Geotechnologies . [ 42 ] La ubicación de estos nodos puede ser más flexible que la de los cables en OBC y son más fáciles de almacenar y desplegar debido a su menor tamaño y menor peso.

Adquisición de estudios marinos (Ocean Bottom Nodes (OBN))

Los estudios de nodos a gran escala pueden generar una necesidad importante de áreas de almacenamiento seguras y bien mantenidas.

El desarrollo de la tecnología de nodos surgió como una evolución directa de la tecnología de cables submarinos, es decir, la capacidad de colocar un hidrófono en contacto directo con el lecho marino para eliminar el espacio de agua de mar entre el lecho marino y el hidrófono que existe con la tecnología de cables remolcados. El concepto de hidrófono submarino en sí no es nuevo y se ha utilizado durante muchos años en la investigación científica, pero su rápida adopción como metodología de adquisición de datos en la exploración de petróleo y gas es relativamente reciente.

Los nodos son unidades autónomas de cuatro componentes que incluyen un hidrófono y tres sensores de orientación de eje horizontal y vertical. Sus dimensiones físicas varían según los requisitos de diseño y el fabricante, pero en general, los nodos suelen pesar más de 10 kilogramos por unidad para contrarrestar los problemas de flotabilidad y reducir la probabilidad de desplazamiento en el lecho marino debido a las corrientes o las mareas.

Los nodos se pueden utilizar en áreas donde los buques de telégrafo no pueden acceder de forma segura. Por ello, para garantizar la navegación segura de los buques de nodos y antes de su despliegue, se realiza un estudio batimétrico del lecho marino utilizando tecnología de barrido lateral para cartografiar detalladamente la topografía del fondo . Esto permite identificar posibles peligros que puedan afectar la navegación segura de los buques de nodos y de origen, así como cualquier problema para el despliegue de los nodos, como obstrucciones submarinas, naufragios, infraestructuras de yacimientos petrolíferos o cambios bruscos en la profundidad del agua debido a acantilados, cañones submarinos u otros lugares donde los nodos podrían ser inestables o no establecer una buena conexión con el lecho marino.

A diferencia de las operaciones OBC, un buque nodo no se conecta a una línea de nodos, mientras que los cables submarinos deben conectarse físicamente a un buque registrador para registrar datos en tiempo real. Con los nodos, hasta que se recuperan y se extraen los datos (el término industrial para extraer los datos de un nodo recuperado cuando se coloca en un sistema informático que copia los datos del disco duro del nodo), se asume que los datos se registrarán, ya que no existe un control de calidad en tiempo real del estado operativo de un nodo, puesto que son autónomos y no están conectados a ningún sistema una vez desplegados. La tecnología está bien establecida y es muy fiable, y una vez que un nodo y su sistema de baterías han superado todos los criterios de configuración, existe un alto grado de confianza en que el nodo funcionará según lo especificado. El tiempo de inactividad técnica durante los proyectos de nodos, es decir, los fallos de nodos individuales durante el despliegue, suele ser de un solo dígito como porcentaje del total de nodos desplegados.

Los nodos se alimentan mediante baterías internas recargables de iones de litio o baterías reemplazables no recargables; el diseño y las especificaciones del nodo determinarán la tecnología de batería utilizada. La duración de la batería de un nodo es un factor crítico en el diseño de un proyecto de nodos, ya que una vez que la batería se agota, los datos recopilados dejan de almacenarse en el disco duro de estado sólido y se pierden todos los datos registrados desde su despliegue en el fondo marino. Por lo tanto, un nodo con una duración de batería de 30 días debe desplegarse, registrar datos, recuperarse y procesarse dentro de ese período. Esto también está relacionado con la cantidad de nodos que se desplegarán, ya que esta también está estrechamente vinculada a la duración de la batería. Si se despliegan demasiados nodos y los recursos del equipo de OBN no son suficientes para recuperarlos a tiempo, o si factores externos como condiciones climáticas adversas limitan las operaciones de recuperación, las baterías pueden agotarse y se pueden perder los datos. Las baterías desechables o no recargables también pueden generar un problema importante de gestión de residuos, ya que deben transportarse desde y hacia la planta de tratamiento, y las baterías descargadas deben ser eliminadas en tierra por un contratista autorizado.

Otra consideración importante es la sincronización de la hora de las unidades de reloj de cada nodo mediante una corrección interna de la deriva del reloj. Cualquier error en la sincronización de los nodos antes de su implementación puede generar datos inutilizables. Dado que la adquisición de datos de los nodos suele ser multidireccional y provenir de varias fuentes simultáneamente durante un período de 24 horas, para un procesamiento preciso de los datos es fundamental que todos los nodos funcionen con la misma hora.

El tipo y las especificaciones del nodo determinarán el diseño del sistema de manejo del nodo, así como los modos de despliegue y recuperación. Actualmente existen dos enfoques principales: el uso de nodos suspendidos mediante cuerdas y las operaciones con ROV (vehículos operados a distancia).

Nodo en una cuerda

Este método requiere que el nodo esté sujeto a un cable de acero o a una cuerda de alta especificación. Cada nodo estará espaciado uniformemente a lo largo de la cuerda, la cual contará con accesorios especiales para conectarlo de forma segura, por ejemplo, cada 50 metros, según el diseño del yacimiento. Esta cuerda es tendida por un buque especializado en nodos mediante un sistema de manipulación de nodos, generalmente con posicionamiento dinámico a lo largo de una línea de nodos predefinida. Los nodos se colocan en posiciones predefinidas con un margen de error acordado y aceptable; por ejemplo, un nodo debe ubicarse dentro de un radio de 12,5 metros de las posiciones de navegación predefinidas. A menudo, van acompañados de transpondedores acústicos, pequeños dispositivos que pueden ser detectados por un transductor de posicionamiento acústico submarino, lo que permite al buque emisor o al propio buque de nodos establecer una posición precisa en el fondo marino para cada nodo durante su despliegue. Según el contrato, los transpondedores acústicos pueden ubicarse en todos los nodos o en cada tercer nodo, por ejemplo. El término "pinging" y "equipo de pinging" es la abreviatura que utiliza la industria para referirse al uso de sistemas de posicionamiento acústico de línea de base ultracorta (USBL) , que se conectan con equipos de navegación GPS diferencial o Sistema de Posicionamiento Global Diferencial (DGSS) instalados en los buques.

Los cabos de nodo se recuperan normalmente arrastrándolos con anclas o ganchos de agarre para volver a subirlos a bordo del buque. Los buques de nodo utilizan sistemas de manipulación para almacenar, desplegar y recuperar los nodos, y su diseño específico dependerá del diseño del nodo. Los nodos pequeños pueden incluir un elemento de manipulación manual, mientras que los nodos más grandes se manipulan automáticamente mediante sistemas robóticos para moverlos, almacenarlos, recargarlos y recogerlos. Los buques de nodo también utilizan sistemas como enrolladores para gestionar los cabos y contenedores para almacenar los muchos kilómetros de cabo que suelen transportar a bordo.

El nodo en cuerda se utiliza normalmente en zonas de poca profundidad, por ejemplo, a menos de 100 metros o en zonas de transición cercanas a la playa. Para operaciones en aguas más profundas, se utiliza una embarcación de posicionamiento dinámico para garantizar el despliegue preciso de los nodos, pero estas embarcaciones de mayor tamaño tienen limitaciones en cuanto a la profundidad a la que pueden adentrarse con seguridad en la costa; el límite habitual se sitúa entre los 15 y los 20 metros de profundidad, dependiendo de la embarcación y su equipo subacuático. En estos casos, se pueden utilizar embarcaciones especializadas para aguas poco profundas para desplegar y recuperar nodos en profundidades de tan solo 1 a 3 metros. Estos nodos de aguas poco profundas se pueden conectar con geófonos en la costa para proporcionar una transición sísmica uniforme entre el agua y la tierra.

Este enfoque presenta algunos problemas que los hacen vulnerables a daños o pérdidas durante un proyecto, y todos ellos deben evaluarse y mitigarse. Dado que los nodos conectados entre sí por una cuerda permanecen en el lecho marino sin supervisión, pueden ser desplazados por fuertes corrientes, engancharse en obstáculos del fondo marino, ser arrastrados por anclas de embarcaciones ajenas y capturados por buques pesqueros de arrastre. La amenaza de estos riesgos potenciales para este equipo debe identificarse y evaluarse durante la fase de planificación del proyecto, especialmente en yacimientos petrolíferos donde existen cabezales de pozo, oleoductos y otras estructuras submarinas, y donde debe evitarse cualquier contacto con ellas, lo que normalmente se logra mediante la creación de zonas de exclusión. Dado que es posible que las líneas de nodos se muevan después del despliegue, la posición de los nodos durante la recuperación es fundamental; por lo tanto, el posicionamiento durante el despliegue y la recuperación constituye una comprobación estándar de control de calidad de la navegación. En algunos casos, puede ser necesario recuperar y volver a tender las líneas de nodos si estos se han desplazado fuera de las especificaciones del contrato.

Despliegue de ROV

Este método utiliza tecnología ROV ( vehículo submarino operado remotamente ) para manipular y colocar los nodos en sus posiciones predefinidas. Este método de despliegue y recuperación emplea una cesta llena de nodos que se sumerge en el agua. Un ROV se conecta a la cesta compatible y extrae los nodos individualmente de una bandeja en un orden predefinido. Cada nodo se coloca en su posición predefinida. Para la recuperación, el proceso se invierte: el ROV recoge el nodo que se va a recuperar y lo coloca en la bandeja de la cesta hasta que esta se llena, momento en el que se eleva a la superficie. La cesta se recupera en el buque de nodos, se extraen los nodos y se recogen.

Las operaciones con ROV se utilizan normalmente para proyectos de nodos en aguas profundas, a menudo a profundidades de hasta 3000 metros en mar abierto. Sin embargo, existen algunos problemas que deben tenerse en cuenta. Las operaciones con ROV tienden a ser complejas, especialmente las que se realizan en aguas profundas, por lo que las exigencias de mantenimiento periódico pueden afectar la producción. Los umbilicales y otros repuestos de alta tecnología para ROV pueden ser extremadamente costosos, y las reparaciones que requieren asistencia técnica en tierra o de terceros pueden paralizar un proyecto de nodo. Debido a las grandes profundidades, la tasa de producción de despliegue y recuperación de nodos será mucho menor debido al tiempo que tarda la cesta del nodo en desplazarse desde la superficie hasta el fondo marino, y casi con seguridad habrá limitaciones por las condiciones meteorológicas o marítimas para las operaciones con ROV en mar abierto. La logística para apoyar las operaciones lejos de la costa también puede ser problemática para las actividades regulares de reabastecimiento, suministro de combustible y cambio de tripulación.

Adquisición de imágenes en intervalos de tiempo (4D)

Los estudios de lapso de tiempo o 4D son estudios sísmicos 3D repetidos después de un período de tiempo; el término 4D se refiere a la cuarta dimensión, que en este caso es el tiempo. Estos estudios se adquieren para observar los cambios en el yacimiento durante la producción e identificar áreas donde existen barreras al flujo que podrían no ser detectables con la sísmica convencional. Los estudios de lapso de tiempo constan de un estudio de referencia y un estudio de monitoreo o repetición, adquiridos después de que el campo haya estado en producción. La mayoría de estos estudios han sido estudios NATS repetidos, ya que son más económicos de adquirir y la mayoría de los campos históricamente ya contaban con un estudio de referencia NATS. Algunos de estos estudios se recopilan utilizando cables submarinos, ya que los cables se pueden colocar con precisión en su ubicación anterior después de ser retirados. Una mejor repetición de la ubicación exacta de la fuente y el receptor conduce a una mayor repetibilidad y mejores relaciones señal/ruido. También se han establecido varios estudios 4D en campos donde se han comprado y desplegado permanentemente cables submarinos. Este método se conoce como sismología de vida del campo (LoFS) o monitoreo permanente del yacimiento (PRM). [ 36 ]

Los estudios sísmicos 4D con tecnología de cable remolcado pueden ser muy complejos, ya que su objetivo es replicar el estudio original o de referencia con la mayor precisión posible. El clima, las mareas, las corrientes e incluso la época del año pueden influir significativamente en la precisión con la que se logra dicha repetibilidad.

OBN ha demostrado ser otra forma muy eficaz de repetir con precisión una adquisición sísmica. El primer estudio 4D del mundo utilizando nodos se adquirió sobre el campo petrolífero de Atlantis en 2009, y los nodos fueron colocados por un ROV a una profundidad de agua de 1300 a 2200 metros, a pocos metros de donde se habían colocado previamente en 2005. [ 43 ]

Procesamiento de datos sísmicos

En el procesamiento de datos sísmicos existen tres procesos principales: deconvolución , apilamiento de punto medio común (CMP) y migración . [ 44 ]

La deconvolución es un proceso que intenta extraer la serie de reflectividad de la Tierra, bajo el supuesto de que una traza sísmica es simplemente la serie de reflectividad de la Tierra convolucionada con filtros de distorsión. [ 45 ] Este proceso mejora la resolución temporal al colapsar la ondícula sísmica, pero no es único a menos que se disponga de información adicional, como registros de pozos, o se hagan suposiciones adicionales. Las operaciones de deconvolución se pueden realizar en cascada, y cada deconvolución individual está diseñada para eliminar un tipo particular de distorsión.

El apilamiento CMP es un proceso robusto que utiliza el hecho de que una ubicación particular en el subsuelo habrá sido muestreada numerosas veces y en diferentes desplazamientos. Esto permite a un geofísico construir un grupo de trazas con un rango de desplazamientos que muestrean la misma ubicación del subsuelo, conocida como Agrupación de Punto Medio Común . [ 46 ] Luego se calcula la amplitud promedio a lo largo de una muestra de tiempo, lo que resulta en una reducción significativa del ruido aleatorio, pero también en la pérdida de toda la información valiosa sobre la relación entre la amplitud sísmica y el desplazamiento. Los procesos menos significativos que se aplican poco antes del apilamiento CMP son la corrección de movimiento normal y la corrección estática . A diferencia de los datos sísmicos marinos, los datos sísmicos terrestres deben corregirse para las diferencias de elevación entre las ubicaciones de disparo y receptor. Esta corrección es en forma de un desplazamiento de tiempo vertical a un datum plano y se conoce como corrección estática , pero necesitará una corrección adicional más adelante en la secuencia de procesamiento porque la velocidad cerca de la superficie no se conoce con precisión. Esta corrección adicional se conoce como corrección estática residual.

La migración sísmica es el proceso mediante el cual los eventos sísmicos se reubican geométricamente en el espacio o en el tiempo hasta el lugar donde ocurrieron en el subsuelo, en lugar del lugar donde se registraron en la superficie, creando así una imagen más precisa del subsuelo.

Interpretación sísmica

El objetivo de la interpretación sísmica es obtener una historia geológica coherente a partir del mapa de reflexiones sísmicas procesadas. [ 47 ] En su nivel más simple, la interpretación sísmica implica el trazado y la correlación a lo largo de reflectores continuos en todo el conjunto de datos 2D o 3D y su uso como base para la interpretación geológica. El objetivo es producir mapas estructurales que reflejen la variación espacial en profundidad de ciertas capas geológicas. Utilizando estos mapas se pueden identificar trampas de hidrocarburos y crear modelos del subsuelo que permitan realizar cálculos de volumen. Sin embargo, un conjunto de datos sísmicos rara vez proporciona una imagen lo suficientemente clara para lograr esto. Esto se debe principalmente a la resolución sísmica vertical y horizontal [ 48 ] , pero a menudo el ruido y las dificultades de procesamiento también resultan en una imagen de menor calidad. Debido a esto, siempre existe un grado de incertidumbre en una interpretación sísmica y un conjunto de datos particular podría tener más de una solución que se ajuste a los datos. En tal caso, se necesitarán más datos para restringir la solución, por ejemplo, en forma de adquisición sísmica adicional, registro de pozos o datos de estudios gravimétricos y magnéticos . De forma similar a la mentalidad de un procesador sísmico, se suele alentar a un intérprete sísmico a ser optimista para fomentar la continuación del trabajo en lugar del abandono del área de estudio. [ 49 ] La interpretación sísmica la realizan tanto geólogos como geofísicos , y la mayoría de los intérpretes sísmicos tienen conocimientos de ambos campos.

En la exploración de hidrocarburos, las características que el intérprete intenta delimitar son las partes que componen un yacimiento de petróleo : la roca madre , la roca reservorio, el sello y la trampa .

Análisis de atributos sísmicos

El análisis de atributos sísmicos implica extraer o derivar una cantidad de datos sísmicos que se puede analizar para mejorar la información que podría ser más sutil en una imagen sísmica tradicional, lo que lleva a una mejor interpretación geológica o geofísica de los datos. [ 50 ] Ejemplos de atributos que se pueden analizar incluyen la amplitud media, que puede llevar a la delimitación de puntos brillantes y puntos tenues , la coherencia y la amplitud versus el desplazamiento . Los atributos que pueden mostrar la presencia de hidrocarburos se llaman indicadores directos de hidrocarburos .

Estudios de la corteza terrestre

El uso de la sismología de reflexión en estudios de tectónica y corteza terrestre fue impulsado en la década de 1970 por grupos como el Consorcio para el Perfilado de Reflexión Continental (COCORP), que inspiró la exploración sísmica profunda en otros países como BIRPS en Gran Bretaña y ECORS en Francia. [ 51 ] El Sindicato de Perfilado de Reflexión de Instituciones Británicas (BIRPS) se creó como resultado de la exploración de hidrocarburos en el Mar del Norte. Se hizo evidente que existía una falta de comprensión de los procesos tectónicos que habían formado las estructuras geológicas y las cuencas sedimentarias que se estaban explorando. El esfuerzo produjo algunos resultados significativos y demostró que es posible perfilar características como fallas de cabalgamiento que penetran a través de la corteza hasta el manto superior con estudios sísmicos marinos. [ 52 ]

Impacto ambiental

Como ocurre con todas las actividades humanas, los estudios de reflexión sísmica tienen cierto impacto en el medio ambiente natural de la Tierra , y tanto la industria de los hidrocarburos como los grupos ecologistas participan en investigaciones para estudiar estos efectos.

Tierra

En tierra, realizar un estudio sísmico puede requerir la construcción de caminos para el transporte de equipos y personal, y la tala de vegetación para el despliegue del equipo. Si el estudio se realiza en una zona relativamente poco desarrollada, puede producirse una alteración significativa del hábitat , y muchos gobiernos exigen a las empresas sísmicas que cumplan normas estrictas con respecto a la destrucción del medio ambiente; por ejemplo, puede estar prohibido el uso de dinamita como fuente sísmica. Las técnicas de procesamiento sísmico permiten que las líneas sísmicas se desvíen alrededor de obstáculos naturales o utilicen caminos y senderos preexistentes no rectos. Con una planificación cuidadosa, esto puede reducir considerablemente el impacto ambiental de un estudio sísmico terrestre. El uso más reciente de instrumentos de navegación inercial para estudios terrestres en lugar de teodolitos ha disminuido el impacto sísmico al permitir el trazado sinuoso de las líneas de estudio entre los árboles.

Es necesario evaluar el impacto potencial de cualquier estudio sísmico en el terreno durante la fase de planificación y gestionarlo eficazmente. En entornos bien regulados, generalmente se requieren informes de Evaluación de Impacto Ambiental y Social (EIA) o Evaluación de Impacto Ambiental (EIA) antes de iniciar cualquier trabajo. La planificación del proyecto también debe considerar qué impacto, si lo hubiere, quedará una vez finalizado. Es responsabilidad de los contratistas y clientes gestionar el plan de remediación según lo estipulado en el contrato y la legislación vigente en el lugar donde se realizó el proyecto.

Dependiendo de la envergadura del proyecto, las operaciones sísmicas terrestres pueden tener un impacto local significativo y una huella física considerable, especialmente cuando se requieren instalaciones de almacenamiento, servicios básicos, gestión de residuos (incluidas aguas residuales), aparcamientos para vehículos (tanto generales como específicos para zonas sísmicas), talleres, instalaciones de mantenimiento y alojamiento. El contacto con la población local puede ocasionar posibles alteraciones en su vida cotidiana, como un aumento del ruido, operaciones las 24 horas y un incremento del tráfico, factores que deben evaluarse y mitigarse.

Las consideraciones arqueológicas también son importantes, y la planificación del proyecto debe contemplar los requisitos legales, culturales y sociales que deberán tenerse en cuenta. Se pueden utilizar técnicas especializadas para determinar las distancias de seguridad necesarias para trabajar con edificios y estructuras arqueológicas, con el fin de minimizar su impacto y prevenir daños.

Marina

La principal preocupación ambiental de los estudios sísmicos marinos es el potencial del ruido asociado a la fuente sísmica de alta energía para perturbar o dañar la vida animal, especialmente a los cetáceos como ballenas , marsopas y delfines , ya que estos mamíferos utilizan el sonido como su principal método de comunicación entre sí. [ 53 ] El sonido de alta intensidad y larga duración puede causar daños físicos, como pérdida de audición, mientras que el ruido de menor intensidad puede provocar cambios temporales en el umbral auditivo, enmascarando sonidos vitales para la vida marina, o alteraciones del comportamiento. [ 54 ]

Un estudio ha demostrado [ 55 ] que las ballenas jorobadas migratorias dejan una  distancia mínima de 3 km entre ellas y un buque sísmico en funcionamiento, mientras que las manadas de ballenas jorobadas en reposo con hembras muestran una mayor sensibilidad y dejan una distancia mayor de 7 a 12  km. Por el contrario, el estudio encontró que los machos de ballena jorobada se sentían atraídos por un solo cañón de aire en funcionamiento, ya que se cree que confundieron el sonido de baja frecuencia con el comportamiento de salto de las ballenas . Además de las ballenas, las tortugas marinas , los peces y los calamares mostraron comportamientos de alarma y evitación en presencia de una fuente sísmica que se aproximaba. Es difícil comparar los informes sobre los efectos del ruido de los estudios sísmicos en la vida marina porque los métodos y las unidades a menudo están documentados de forma inadecuada.

La ballena gris evita sus zonas habituales de migración y alimentación a más de 30  km en áreas donde se realizan pruebas sísmicas. Asimismo, se ha observado que su respiración se acelera, lo que indica malestar y pánico. Estas evidencias circunstanciales han llevado a los investigadores a creer que la evitación y el pánico podrían ser responsables del aumento de varamientos de ballenas, aunque la investigación sobre estas cuestiones continúa.

Aun así, las pistolas de aire comprimido solo se apagan cuando se ven cetáceos a muy corta distancia, generalmente a menos de 1  km [ 56 ].

Ofreciendo otro punto de vista, un documento conjunto de la Asociación Internacional de Contratistas Geofísicos (IAGC) y la Asociación Internacional de Productores de Petróleo y Gas (IOGP) argumentan que el ruido creado por los estudios sísmicos marinos es comparable a las fuentes naturales de ruido sísmico, afirmando: [ 57 ]

La organización gubernamental del Reino Unido, el Comité Conjunto de Conservación de la Naturaleza (más conocido como JNCC) es "...el organismo público que asesora al Gobierno del Reino Unido y a las administraciones descentralizadas sobre la conservación de la naturaleza en todo el Reino Unido e internacionalmente". [ 58 ] ha tenido un interés creado a largo plazo en el impacto de los estudios geofísicos o sísmicos en el medio marino durante muchos años. Incluso en la década de 1990, se entendía a nivel gubernamental que el impacto de la energía sonora producida por los estudios sísmicos debía investigarse y monitorearse. [ 59 ] Las directrices del JNCC han sido y siguen siendo una de las referencias utilizadas internacionalmente como un posible estándar de referencia para los estudios en contratos sísmicos en todo el mundo, como las "Directrices del JNCC para minimizar el riesgo de lesiones a los mamíferos marinos por estudios geofísicos (directrices de estudios sísmicos)", 2017. [ 60 ]

Un factor que complica el debate sobre la energía sísmica como factor perjudicial para los mamíferos marinos es el tamaño y la escala de los estudios sísmicos realizados en el siglo XXI. Históricamente, estos estudios solían durar semanas o meses y ser localizados, pero con la tecnología OBN, pueden abarcar miles de kilómetros cuadrados de océano y prolongarse durante años, emitiendo energía sonora al océano las 24 horas del día desde múltiples fuentes. Un ejemplo actual es el contrato para un megaproyecto sísmico de 85 000 kilómetros cuadrados [ 61 ] firmado por la petrolera nacional de Abu Dabi, ADNOC, en 2018, con una duración estimada hasta 2024, que abarca zonas de aguas profundas, zonas costeras, islas y zonas de aguas poco profundas. Resulta muy difícil evaluar el impacto a largo plazo de estas enormes operaciones en la vida marina.

En 2017, la IOGP recomendó [ 62 ] que, para evitar perturbaciones durante el levantamiento topográfico:

  • Se emplean medidas de protección para abordar las condiciones ambientales específicas de cada lugar de operación, con el fin de garantizar que la exposición al ruido y el tráfico marítimo no perjudiquen a los mamíferos marinos.
  • Los estudios se planificaron para evitar zonas y periodos de tiempo conocidos por su sensibilidad, como las zonas de cría y alimentación.
  • Las zonas de exclusión se establecen generalmente alrededor de la fuente sísmica para proteger aún más la fauna marina de los posibles efectos perjudiciales del sonido. La zona de exclusión suele ser un círculo con un radio de al menos 500 metros alrededor de la fuente sonora.
  • Antes de que comiencen las operaciones que generen sonido, se utilizan observadores capacitados y dispositivos de escucha para monitorear visual y acústicamente la zona en busca de mamíferos marinos y otras especies protegidas. Estos observadores contribuyen a garantizar el cumplimiento de las prácticas de protección durante las operaciones, y sus informes detallados proporcionan información sobre la biodiversidad del área de estudio a los gobiernos locales.
  • La producción de sonido generalmente comienza con un "arranque suave" o "incremento gradual" que consiste en un aumento progresivo del nivel sonoro de la fuente de aire comprimido, desde un nivel muy bajo hasta el nivel operativo máximo al inicio de las líneas sísmicas, generalmente en un lapso de 20 a 40 minutos. Este procedimiento de arranque suave tiene como objetivo dar tiempo a cualquier animal que pueda estar cerca de la fuente de sonido para alejarse a medida que el sonido se intensifica.

El segundo factor es el entorno regulatorio donde se realiza el estudio sísmico. En zonas altamente reguladas, como el Mar del Norte o el Golfo de México , los requisitos legales se especifican claramente en el contrato, y tanto el contratista como el cliente deben cumplir con la normativa, ya que las consecuencias del incumplimiento pueden ser graves, como multas cuantiosas o la revocación de permisos para bloques de exploración. Sin embargo, existen países con una biodiversidad marina diversa y rica , pero con leyes ambientales débiles y un organismo regulador ineficaz o incluso inexistente. Esta situación, donde el marco regulatorio no es sólido, puede comprometer seriamente cualquier intento de proteger los entornos marinos. Esto suele ocurrir en países donde las empresas estatales de petróleo y gas son dominantes y donde el organismo regulador también es estatal y, por lo tanto, no se considera verdaderamente independiente.

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

Los siguientes libros abordan temas importantes de la sismología de reflexión. La mayoría requiere conocimientos de matemáticas, geología y/o física a nivel universitario o superior.

  • Brown, Alistair R. (2004). Interpretación de datos sísmicos tridimensionales (sexta  ed.). Sociedad de Geofísicos de Exploración y Asociación Americana de Geólogos del Petróleo. ISBN 0-89181-364-0.
  • Biondi, B. (2006). Imágenes sísmicas 3D: Imágenes sísmicas tridimensionales . Sociedad de Geofísicos de Exploración. ISBN 0-07-011117-0.
  • Claerbout, Jon F. (1976). Fundamentos del procesamiento de datos geofísicos . McGraw-Hill. ISBN 1-56080-137-9.
  • Ikelle, Luc T. y Lasse Amundsen (2005). Introducción a la sismología del petróleo . Sociedad de Geofísicos de Exploración. ISBN 1-56080-129-8.
  • Scales, John (1997). Teoría de la imagen sísmica . Golden, Colorado: Samizdat Press. Archivado del original el 18 de agosto de 2015.
  • Yilmaz, Öz (2001). Análisis de datos sísmicos . Sociedad de Geofísicos de Exploración. ISBN 1-56080-094-1.
  • Milsom, J., University College de Londres (2005). Geofísica de campo . Publicaciones Wiley. ISBN 978-0-470-84347-5.{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  • Chapman, CH. (2004). Fundamentos de la propagación de ondas sísmicas . Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-81538-3.

Se puede encontrar más información sobre sismología de reflexión, en particular en libros y revistas de la Sociedad de Geofísicos de Exploración , la Unión Geofísica Americana y la Asociación Europea de Geocientíficos e Ingenieros .

  • Biografía de Henry Salvatori
  • Demostrando que el método de reflexión sísmica realmente funciona – Sociedad Geofísica de Tulsa
  • Literatura sobre sismología de reflexión en el Proyecto de Exploración de Stanford
  • Sitio web de la Asociación Internacional de Contratistas Geofísicos
  • Documento de posición de la IAGC/IOGP sobre estudios sísmicos y mamíferos marinos (PDF)
  • Tutorial sobre el procesamiento de datos de reflexión sísmica
  • Información sobre el uso de estudios sísmicos en la exploración de petróleo y gas en Australia. Archivado el 13 de junio de 2013 en Wayback Machine.

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