Prospección Sísmica.- Capítulo 6 1 E. del Valle T.
CAPITULO 6 .- VELOCIDADES SÍSMICAS
6.1 .- Leyes de velocidades sísmicas.
6.1.1.-Aspectos generales de las velocidades de las ondas sísmicas .
En la etapa de interpretación de los datos sísmicos es necesario conocer las velocidades con
las cuales se propagan las ondas elásticas dentro de las distintas capas del subsuelo, tanto al
ingresar a partir del punto de impacto en la superficie, como su regreso a la superficie
después de haberse refractado o reflejado en algún contacto que presente contraste de
velocidades.
Como se mencionó en los capítulos correspondientes, en el método de refracción pueden
identificarse las capas geológicas con diferentes velocidades así como las profundidades y
los echados respectivos, en cambio en el método de reflexión se identifican las capas de
diferentes velocidades y sus echados pero no se determinan las velocidades directamente
con la información obtenida durante la etapa de observación.
El control de las velocidades, así como su distribución, son esenciales para convertir los
tiempos observados a profundidades, y el grado de aproximación con que se conozcan las
velocidades determina la exactitud de la interpretación y por lo tanto la posición de las
capas del subsuelo y la relación entre ellas.
En la practica generalmente se supone que la velocidad en las diversas capas aumenta con
la profundidad, lo cual sucede en la mayoría de los casos , aunque puede suceder que
algunas capas intermedias se manifiesten con velocidades menores a las capas
superyacentes.
Resulta ventajoso suponer que la velocidad es matemáticamente continua y que obedece a
ciertas leyes que expresan la profundidad en función del tiempo observado. Tanto en la
técnica de refracción como en la de reflexión, la hipótesis de la velocidad continua facilita
el estudio y la interpretación de los datos sísmicos y hace más comprensible las
condiciones del subsuelo.
En el caso de la técnica de refracción, la presencia de capas intermedias con velocidades
menores que las de las capas superyacentes, éstas capas no se registrarán adecuadamente en
la gráfica tiempo-distancia, lo cual conducirá a errores al determinar la profundidad de las
capas que son difíciles de predecir, y puede ser más correcto y práctico sustituir la primera
parte de la curva tiempo-distancia hasta la capa de alta velocidad por una curva de
velocidad continua., aunque pueden presentarse casos en los que las velocidades de las
capas están bien definidas y marcadamente distintas, y entonces la simplificación de utilizar
una velocidad continua no puede ser aplicada.
La velocidad de transmisión de las ondas elásticas depende de las propiedades elásticas del
medio en el cual se propagan, y en términos geológicos depende en mayor grado de la
compacidad y del estado de consolidación de la formación o capa geológica.
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 2 E. del Valle T.
La litología es uno de los factores que más afectan a la velocidad, aunque no se puede
establecer una relación directa entre las variaciones de la velocidad con la litología, debido
a que algunas rocas se manifiestan en rangos de velocidad muy variables que dependen de
la distribución de la densidad por efectos de la porosidad y contenido de fluidos.
En términos generales, la densidad de una roca depende directamente de las densidades de
los minerales que la componen, su distribución y efectos de porosidad.
Por lo general la porosidad decrece al aumentar la profundidad de sepultamiento y de la
presión de las capas superiores, y por lo tanto la velocidad aumenta con la profundidad.
Las constantes elásticas también dependen de la presión.
La variación de la velocidad con la profundidad, usualmente mencionada como función de
velocidad , con frecuencia se manifiesta como un incremento sistemático razonable a
medida que se alcanzan mayores profundidades.
Generalmente las rocas más antiguas presentan mayores velocidades que las rocas más
jóvenes, pero debe considerarse sólo como una medida del efecto neto de algunos procesos
geológicos, lo que indica que las rocas más antiguas simplemente han encontrado más
tiempo sujetas a diversos factores tales como cementación, esfuerzos tectónicos, etc., que
modifican la porosidad.
Las rocas porosas casi siempre están saturadas con fluidos, con cantidades variables de
agua, petróleo y gas, lo que cambia la densidad volumétrica y las constantes elásticas y, por
lo tanto, también la velocidad de la onda sísmica. La naturaleza del fluido intersticial no
cambia apreciablemente el módulo cortante y por lo tanto la velocidad de las ondas
tangenciales no presentan variaciones de importancia.
En algunos casos, presiones anormales o muy elevadas, pueden ser atribuidas al sello de
formaciones cuando están sepultadas, de modo que el líquido de la formación no puede
escapar y no permite que la formación se compacte, y es frecuente que en el análisis de
velocidades se acepten solamente los datos que muestran un incremento continuo de la
velocidad, y en los procesos de apilamiento las reflexiones se manifiesten de muy mala
calidad.
El conocimiento de los diversos factores que influyen en la velocidad permiten tener una
idea del tipo de variaciones de la velocidad que pueden presentarse en una determinada área
o región, y de alguna manera prever las distorsiones que pudiera mostrar la información
sísmica.
En el caso del método de refracción no es indispensable lo anterior , y la forma de obtener
las velocidades contrastantes en las interfases refractantes , radica en el análisis de las
graficas tiempo- distancia, las que generalmente están relacionadas con capas someras.
En el método de reflexión resulta más complicado establecer las características de las
trayectorias y frentes de onda, las cuales van a estar definidas por la distribución de
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 3 E. del Valle T.
velocidades con las profundidad, de las cuales no se tienen evidencias en la información de
campo.
Como se indicó anteriormente, resulta práctico considerar un incremento sucesivo de la
velocidad con la profundidad, lo que estaría expresado mediante una función continua que
sea integrable, la cual debe ser suficientemente sencilla para facilitar los cálculos
numéricos.
Sin embargo, el incremento en el gradiente es muy importante porque si es mayor o menor
que el real, los resultados pueden conducir a errores significativos. En general, es común
expresar la ley de velocidades en forma lineal, parabólica y exponencial, aunque lo
deseable sería conocer las condiciones existentes del subsuelo, pero esto solo es posible
cuando se perfora un pozo en el que se determina la litología de la sección geológica, se
miden directamente las velocidades de intervalo, las relaciones entre la velocidad
instantánea y la correspondiente velocidad media., aunque debe tenerse en cuenta que estos
parámetros son válidos para la zona cercana al pozo y no necesariamente corresponden a
toda una región.
6.1.2.- Ecuaciones generales de la distancia y tiempo de la trayectoria.
Para el caso de que la velocidad sea una función continua de la profundidad, es necesario
considerar que la trayectoria que recorre la onda sísmica es una curva continua que
satisfaga el principio de Fermat de tiempo mínimo.
Para establecer la ecuación correspondiente a la trayectoria generalmente se parte del
concepto de que la onda elástica al incidir en el contacto entre dos medios de velocidades
contrastantes, se produce una refracción que está definida por la ley de Snell, y en este caso
se considera que el medio se comporta como el de un número infinito de capas en las que la
velocidad aumenta sucesivamente con un incremento constante, por lo que se puede aplicar
la ley generalizada de la refracción, tomando como valor límite el punto en que se genera la
reflexión , en el cual se identifica la velocidad más alta y se genera el equivalente a una
refracción total en donde im = 90o, como se indica en la figura 6.1 .
Figura 6.1.- Trayectoria de la onda sísmica en un medio con incremento constante de velocidad.
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 4 E. del Valle T.
En el punto m en donde se genera la reflexión y se puede considerar que se produce la
refracción total se tiene :
m
mm
V
Visen 1
1
en donde: maxVVm
generalizando para cualquier punto de la trayectoria se puede poner : m
nn
V
Visen
Para obtener la ecuación general de la trayectoria se puede partir de un punto "n" en el cual
un tramo diferencial de la curva queda definido por la tangente a la curva en el punto n, y
en donde :
n
nn
i
iseni
dz
dx
costan
pero de acuerdo a la ley de Snell : m
nn
V
Visen y
m
nm
nV
VVi
22
cos
substituyendo se tiene : 2222
nm
n
nmm
mn
VV
V
VVV
VV
dz
dx
( 6.1 )
En términos geométricos ,el tramo diferencial de la trayectoria ( ds ) queda definido por :
22 dzdxds y m
nn
V
V
dzdx
dx
ds
dxisen
22
n
m
V
Vdxds ....( 6.2 )
y de la ecuación ( 6.1 ) se puede poner: 22
nm
n
VV
dzVdx
............( 6.3 )
al integrar se obtiene :
z
m VV
dzVx
022
Si la integración se extiende desde el punto fuente hasta el punto de detección en la
superficie, la distancia será del doble puesto que le reflexión se genera a la mitad de ésta
distancia., y si además se establecen como límites la velocidad inicial cerca de la superficie
y la máxima velocidad en el punto de reflexión, se puede poner :
mV
V m VV
dVdV
dzVX
0
222 ...............( 6.4 )
El tiempo necesario para recorrer un tramo diferencial de la trayectoria será : V
dsdt , y
de las ecuaciones ( 6.2 ) y ( 6.3 ) se puede poner : 22 VVV
Vdzdt
m
m
integrando y poniéndolo en términos de las velocidades y la distancia total entre fuente y
detector :
mV
V m
m
VVV
dVdV
dz
VT
0
222 ......................( 6.5 )
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 5 E. del Valle T.
Las ecuaciones ( 6.4 ) y ( 6.5 ) permiten construir la curva tiempo y distancia cuando se
conoce la distribución de velocidades, la cual debe ser una función continua, de lo contrario
no se pueden aplicar.
6.1.3.- Fórmulas fundamentales de la ley de velocidades.
En la práctica la ecuación que define la distribución de la velocidad en función de la
profundidad debe ser fácilmente integrable y que permita que los cálculos sean simples, las
cuales se establecen a partir de las ecuaciones del tiempo y de la distancia de la trayectoria
varios autores han realizado los cálculos matemáticos correspondientes , y las formulas que
proponen son muy similares.
La expresión general más utilizada tiene la forma siguiente :
p
p
p
z kzVV
1
0
....... ( 6.6 ) en donde
dx
dzp y
dV
dzk p
Otra expresión similar : pp
p
z ZKVV1
0 ..............( 6.7 ) en donde dz
dVK p
La distribución de velocidades más simple y más utilizada en la práctica corresponde a una
función lineal del incremento de la velocidad con la profundidad, el cual es constante y el
gradiente p = 1 , y las fórmulas (6.6) y (6.7) toman las formas :
1
0 kZVVz ó ZKVVz 10
La trayectoria de la onda corresponde a un arco de circulo en donde el radio de curvatura es
.
czZR ; en donde cz es la profundidad del centro del radio de la curva y
01
2
2 VkZ
Zzc
Aunque la Ley Lineal es fácil de manejar, en muchos casos el considerar un incremento
constante de la velocidad puede conducir a que las velocidades en capas profundas sean
muy exageradas , lo que puede propiciar que la profundidad y los echados de las capas
reflejantes sean mucho mayores que los reales.
En algunas regiones puede ser más recomendable adoptar una distribución de velocidades
en la cual el incremento disminuya a partir de una cierta profundidad , en donde p = 2 , y
entonces la ecuación toma la forma .
2
1
20
k
ZVVz y VkdV
dz22
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 6 E. del Valle T.
En éste caso la trayectoria de la onda corresponde a una parábola por lo que se conoce
como Ley Parabólica , y su vértice se ubica en Vkz zc
Por lo general el radio de curvatura de las trayectorias aumenta a medida que crece la
profundidad, aunque en muchos casos las velocidades no se comportan con un incremento
continuo, y normalmente se busca la ley que se ajuste mejor a los datos observados.
Los valores de 1 y 2 para el coeficiente p , son los más utilizados, sin embargo se han
propuesto otros valores como los siguientes :
Cuando p = 3 se tiene la Ley Cúbica y toma la forma :
3
1
3
3
0
k
zVVz y 2
33 VkdV
dz
El radio de curvatura tiene el valor 2
33 VVkR m
Cuando p = 0 se tiene la Ley Exponencial y su forma es :
00
0
Vkz
eVV y V
VkdV
dz 00
y el radio de curvatura es V
VVkR m00
6.2.-Métodos para la determinación de las velocidades de las ondas sísmicas.
6.2.1.- Aspectos generales de la determinación de velocidades.
En la prospección sísmica y en particular en la técnica de reflexión, el conocimiento de la
velocidad es muy importante para convertir los tiempos registrados en profundidades , así
como poder aplicar todas las correcciones estáticas y dinámicas , y en algunas de las
técnicas de obtención de datos , lo que se conoce como velocidad de apilamiento.
La mejor forma de determinar valores precisos de las velocidades es mediante
observaciones directas en un pozo o por medio de una sección de refracción, aunque desde
el punto de vista práctico y económico solo se pueden hacer para capas superficiales, y en
las operaciones normales de la técnica de reflexión , solo permiten valores aplicables a las
correcciones estáticas, las cuales se determinan en algunos lugares del área por explorar y -
se generalizan , lo cual puede producir correcciones inapropiadas si las condiciones
superficiales son muy variables.
Cuando los objetivos son capas profundas , es necesario conocer la distribución de
velocidades de toda la columna geológica arriba del objetivo, lo cual normalmente no es
posible porque los pozos de sondeo se perforan después de los trabajos de prospección, y en
muchos de los casos es necesario utilizar una ley de velocidades que haya sido determinada
cerca del área que se está estudiando.
Para las correcciones dinámicas y velocidades de apilamiento, es necesario tener una idea
de las velocidades medias a cada una de las capas reflectoras, para lo cual lo único de que
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 7 E. del Valle T.
se dispone son los propios registros de campo de los cuales se pueden obtener valores
aproximados, que actualmente se ajustan por medio de aproximaciones sucesivas utilizando
algunos programas de computadora que están disponibles.
En la práctica, la ley de velocidades puede obtenerse de dos maneras : medición directa en
un pozo profundo y por el análisis de las diferencias de tiempos de las reflexiones de cada
una de las capas reflectoras, detectadas en cada uno de los sismodetectores de las líneas
observadas; en éste último se tienen dos métodos : el T2
-X2
y el T - T .
6.2.2.- Determinación directa de velocidades en pozo profundo.
Para determinar la distribución de velocidades de manera directa es necesario disponer de
un pozo profundo que esté próximo a ser terminado, la cual puede ser utilizada en trabajos
que se estén realizando en áreas vecinas, o en la propia área de estudio cuyos resultados
sugirieron la perforación del pozo, lo cual permitirá reinterpretar los datos obtenidos
proporcionando una definición más confiable de las condiciones del subsuelo para futuras
perforaciones .
Actualmente se manejan tres formas de determinación de velocidades en pozo : los
registros acústicos mejor conocidos como " sónicos", la determinación directa de
velocidades y el perfil sísmico vertical ( VSP).
6.2.2.1.- Registro Sónico.
El registro sónico es uno de los registros geofísicos de pozos desarrollados por la Cía.
Schlumberger para determinar diferentes aspectos de las formaciones geológicas que se
atraviesan durante la perforación de pozos profundos.
El objetivo fundamental del uso del registro sónico es obtener datos de porosidad de las
rocas para determinar la saturación de fluidos, establecer las propiedades mecánicas de
diferentes litologías, los contrastes de propiedades en formaciones que contienen gas,
determinación de fracturamiento hidráulico, evaluación de capas delgadas y monitoreo de
yacimientos. Estas características de alguna forma influyen en la velocidad con la que una
onda sónica se transmite a través de las rocas adyacentes al agujero del pozo, y las
mediciones que se hacen permiten conocer las velocidades sísmicas en los intervalos de
muestreo, los cuales se hacen de manera continua dentro del pozo.
La técnica consiste en introducir en un pozo una herramienta conocida como sonda, que se
hace bajar dentro del pozo de forma continua , haciendo mediciones de velocidad a cada
profundidad por la que pasa la sonda, figura 6.2.
La herramienta consiste en fuentes sónicas ubicadas en la parte superior de la sonda y de un
grupo de detectores que se localizan en la parte inferior, y que están alineadas a lo largo del
eje axial del pozo. Las sondas pueden tener diferentes arreglos de geófonos, en sistemas
uniaxiales, biaxiales o triaxiales, para detectar arribos de energía sísmica en una , dos o tres
dimensiones, distribuidos de tal manera que detecten el tipo de onda que se desee obtener,
por ejemplo los de tres dimensiones ( x,y,z ) permiten detectar ondas , P, SV y SH que se
propagan en las formaciones.
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 8 E. del Valle T.
FIGURA 6.2 .- Registro sónico con sonda compensada ( Schlumberger )
Algunas herramientas disponen de un arreglo de sensores que se desacoplan de la sonda y
se adhieren a la pared del pozo para obtener datos de mayor calidad.
La sonda se encuentra unida a un dispositivo electrónico en donde están protegidos los
módulos electrónicos que corresponden al hardware necesario para la obtención de los
datos.
La herramienta contiene un transconductor que es excitado por una señal sónica de
frecuencia en el rango de 20 a 40 kHz.
Conforme avanza las onda dentro del pozo, genera una onda sónica que se propaga en todas
direcciones pasando a través del lodo sobre la pared del pozo y que se transmite dentro de
la roca adyacente al pozo, la que posteriormente va a ser detectada en los receptores que se
encuentran a cierta distancia del transmisor y que se encuentran a lo largo del eje de la
herramienta, registrándose los tiempos de viaje desde el transmisor a cada uno de los
detectores.
La diferencia de tiempo de registro t entre los detectores se conoce como el tiempo de
tránsito, y es inversamente proporcional a la velocidad de la onda sónica dentro de la
formación y directa con la distancia entre los detectores R1 y R2 .
T = TR2 - TR2 = Dist./ V
Los tiempos son registrados y las velocidades calculadas para cada una de las
profundidades en la que se ubique la sonda , lo cual se hace de manera continua, aunque
para su análisis se hace en " ventanas " predeterminadas.
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 9 E. del Valle T.
El espaciamiento entre lecturas , así como el incremento de la distancia entre la fuente y
receptores para obtener una buena relación señal-ruido y una atenuación mínima de la
señal. La penetración de la señal depende de la separación entre fuente y receptores.
Las mediciones se hacen en el interior del pozo que está lleno de fluidos de perforación , y
aunque la señal normalmente es un tren de ondas , solo se utilizan los primeros eventos
sísmicos correspondientes a las ondas de cuerpo que se transmiten dentro de las
formaciones de la Tierra.
La obtención, procesamiento e interpretación de los datos medidos en los pozos se hacen en
el supuesto de que los eventos detectados están libres de disturbios o afectados por los
medios circundantes, sin embargo en muchos de los casos los efectos dentro del pozo, tales
como tubería de ademe, cementación de la tubería, densidad de los fluidos de perforación,
cavernas o huecos en las formaciones, porosidad y contenido de fluidos dentro de las
formaciones, etc, pueden predominar y enmascarar los eventos sísmicos.
Estos efectos demeritan la precisión de los valores de registro , que frecuentemente es
bastante baja, y que son evidentes cuando se comparan registros regulares con los de
espaciamiento largo. En ocasiones los datos se pueden editar y corregirse de acuerdo al uso
que se les vaya a dar. Actualmente se dispone de procesos digitales para estos propósitos.
El registro sónico puede integrarse automáticamente para establecer los tiempos totales de
viaje en función de la profundidad , que puede identificarse a intervalos de un metro, lo que
permite conocer variaciones de velocidad en tramos pequeños, lo cual no es relevante
cuando solo se intenta conocer las velocidades medias a las diferentes capas reflectoras, que
por otro lado propicia que se acumulen algunos errores sistemáticos en la integración final,
que pueden proporcionar velocidades superiores a las reales.
Para disminuir errores se acostumbra hacer tiros de comprobación y de ajuste en la base y
la parte superior del registro sónico por el método convencional de determinaciones de
velocidades en pozo profundo.
En muchos de los procesos digitales de la información sísmica que se han desarrollado para
determinar diferentes características de yacimientos petrolíferos es importante conocer
velocidades de intervalo , que corresponden a las formaciones productoras, lo que ha hecho
común el uso de los datos obtenidos con los registros sónicos, así como para generar
sismogramas sintéticos que son utilizados en la interpretación de la información sísmica en
áreas complejas y difíciles.
6.2.2.2.-Determinación convencional de velocidades en pozo profundo.
El método más directo para determinar las velocidades sísmicas a lo largo de la columna
geológica consiste en introducir un detector sísmico dentro de un pozo de sondeo
profundo, con la finalidad de registrar los tiempos de viaje de las ondas sísmicas que se
generan desde la superficie con cualquier tipo de fuente, explosivos o mecánicos, cerca de
la boca del pozo, aunque lo ideal sería hacerla en la boca misma para que la trayectoria
fuera vertical, pero esto no es posible porque cuando se hace la determinación de
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 10 E. del Valle T.
velocidades el pozo todavía no está terminado, y la torre y demás instalaciones no lo
permiten.
La determinación de velocidades se hace después de que se ha corrido el último registro
eléctrico en el pozo , para utilizar el cable del mismo , tanto para medir la profundidad del
sismodetector de pozo como para llevar las señales de los eventos al sismógrafo.
El sismodetector está diseñado para soportar las presiones y temperaturas que se
manifiestan a diferentes profundidades de los pozos , en particular los petroleros que
alcanzan grandes profundidades, puede tener un geófono o varios dependiendo del tipo de
ondas o sus componentes que se desean registrar, son muy comunes los de tres detectores
que miden la componente vertical y dos horizontales a 900. Un brazo mecánico presiona al
sismodetector contra la pared del pozo para obtener el máximo acoplamiento, a las
profundidades que se hayan seleccionado.
El sismodetector se introduce dentro del pozo y se baja a diferentes profundidades
seleccionadas de acuerdo a las diversas marcas geológicas de interés o que indiquen
cambios de formación, relacionadas con las columnas litológicas y petrográficas
identificadas durante la perforación, además de posiciones intermedias entre ellas que
permitan un mayor control de las velocidades dentro de cada formación.
Figura 6.3 .- Esquema de la posición del sismodetector en el pozo y grafica de tiempo y de velocidades.
De acuerdo con las necesidades pueden utilizarse diferentes puntos de impacto, en
particular cuando se utilizan explosivos como fuente, porque los pozos de tiro no pueden
resistir muchos impactos. Los tiempos de trayectoria registrados tienen que ser corregidos
para pasar de una trayectoria inclinada a una trayectoria vertical considerándolos como los
datos de un triangulo rectángulo. Pueden utilizarse plantillas de cálculo, aunque ya existen
programas de computadora bastante sencillos para hacerlo.
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 11 E. del Valle T.
con los tiempos registrados se construye una grafica en la que se sitúan los puntos de
tiempo correspondiente a cada profundidad Z, como se ilustra en la figura 6.3, y a partir de
ellos se calculan las velocidades medias a cada profundidad en donde V = Z/T, además
como se tienen tiempos registrados dentro de cada una de las formaciones se puede calcular
la velocidad de intervalo en donde Vi = Z / T, con lo que se tienen valores para analizar
los espesores y profundidades de las diferentes capas reflectoras, aunque debe tomarse en
cuenta, que son valores promedio y que la curva tiempo- distancia no necesariamente
representa un incremento continuo de la velocidad con la profundidad, y en caso de que se
necesite establecer una ley de velocidades , ésta se obtendrá como un valor promedio de los
tiempos registrados ajustada al tipo de ley que convenga, lineal , parabólica. exponencial,
para lo cual existen programas de computadora para analizar la ley más conveniente.
La determinación de velocidades en un pozo significa suspender las actividades normales
de una brigada lo cual representa un alto costo y no utilizar toda la capacidad de los
sistemas de grabación , puesto que solo se necesita un número reducido de trazas. En
muchos casos se tiene integrada una unidad especializada en la determinación de
velocidades en pozo , la que cuenta con un sismógrafo con un número limitado de canales ,
el software apropiado y una fuente mecánica , vibrador o pistola neumática, que hace más
barata la operación y un traslado más rápido.
6.2.2.3.- Perfil sísmico vertical.
El perfil sísmico vertical ( Vertical Seismic Profile) es una evolución de la técnica de
determinación de velocidades en pozo profundo, en la cual no solo se detectan en ciertas
posiciones dentro del pozo las ondas que provienen de una fuente en la superficie, sino que
también se registran ondas ascendentes y descendentes que provienen de capas reflectoras a
mayor profundidad que la posición del sensor en el pozo.
A diferencia de la técnica convencional que solo registra el primer arribo de la energía
sísmica, el PSV registra trenes de ondas que provienen tanto de la superficie como de
interfases profundas, y en su análisis y procesamiento digital se dispone de información que
permite estructurar una sección sísmica vertical similar a las que se obtienen en los estudios
de prospección sísmica superficial, con la ventaja de que al encontrarse el sismodetector
dentro del pozo se reducen las distorsiones que sufren las ondas sísmicas al atravesar las
capas superficiales de baja velocidad.
Las señales descendentes que se registran dentro del pozo llegan desde la superficie en
trayectorias directas casi verticales, y señales que sufrieron reflexiones múltiples en
interfases arriba de la posición del sensor. Las señales ascendentes consisten en reflexiones
primarias y reflejos múltiples que fueron generados en capas a mayor profundidad que la
del sensor.
En la técnica del perfil sísmico vertical la distancia entre posiciones sucesivas del sensor es
pequeña, alrededor de 15 a 40m., y el registro de las señales se efectúa durante varios
segundos. Se registran los primeros arribos y los eventos que llegan posteriormente.
Cuando se han obtenido todos los registros en la totalidad del pozo, se integran
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 12 E. del Valle T.
construyendo una sección que tiene la apariencia de una sección de perfil sísmico
convencional, aunque la posición de los eventos sísmicos descendentes y ascendentes
difieren de las que se observan para las capas reflectoras en una sección convencional, en la
figura 6.4 se muestran esquemáticamente .
La representación que se obtiene es diferente a las secciones convencionales y es necesario
identificar los diferentes tipos de señales, para lo cual se dispone de procesos en la
computadora que permiten separar las ondas ascendentes y descendentes, identificar los
reflejos múltiples.
La separación de ondas ascendentes y descendentes puede realizarse por dos métodos
diferentes : filtrado convencional de velocidades aparentes en el dominio tiempo-distancia
y algunas técnicas especiales cuando se presentan condiciones complejas.
Identificadas las diferentes señales se generan los filtros respectivos para obtener una
sección que contiene exclusivamente las reflexiones primarias. Figura 6.5
FIGURA 6.4 .- Representación esquemática de las ondas directas, descendentes y ascendentes.
El análisis de las ondas descendentes y ascendentes permite identificar propiedades
"acústicas" del subsuelo y también la amplitud relativa de las ondas descendentes con
respecto a las ascendentes.
Otra cualidad del PSV es que se puede hacer una medición del contenido espectral de la
señal sísmica descendente en función de la profundidad, debido a que la información
registrada tiene un alto contenido de altas frecuencias.
La técnica permite correlacionar reflexiones de registros sísmicos superficiales con las
propiedades petrofisicas medidas en el pozo.
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 13 E. del Valle T.
Figura 6.5.- Sección de Perfil Sísmico Vertical. ( a ) Registro original. ( b ) Registro con las reflexiones
horizontales.
Se dispone de diferentes formas en que se puede adquirir un Perfil Sísmico Vertical
tomando en cuenta las posiciones relativas entre fuente y receptor, y también si el pozo es
vertical, desviado o direccional, como es el caso de los pozos marinos.
Las diferentes técnicas son :
· Tiro de prueba ( Check Shot )
· Distancia fuente-receptor cero ( zero offset )
· Distancia fija ( no cero ) entre fuente y receptor ( Offset )
· Fuente desplazada con respecto al receptor ( Walkaway )
· Fuente sobre el detector ( Walkabove )
Los tiros de prueba tienen por objetivo determinar algunas características de las señales
que se generan en las fuentes superficiales y las señales que se van a registrar a diferentes
profundidades de la sonda y se utilizan para incrementar la relación Señal- Ruido.
La técnica con Fuente Fija y distancia cero ubica la fuente prácticamente en la boca del
pozo, es la más simple y fácil de operar, proporciona un amplio conocimiento sobre los
eventos de reflexión lo cual es muy útil para los procesos que se aplican a la información
obtenida en prospección de reflexión continua. Se utiliza en pozos verticales, y en el caso
de estratificación horizontal o con una pendiente menor de 7o la distancia de la fuente a la
boca del pozo puede ser hasta de 0.1 a 0.15 del valor de la profundidad.
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 14 E. del Valle T.
Para determinar el espaciamiento entre posiciones del detector se utiliza la relación
z = Vmin / Fmax , la cual asegura una correlación de onda confiable el sismograma del
PSV y el registro de la mínima longitud de onda de la señal que se propaga en el subsuelo.
En la relación Vmin es la velocidad mínima de propagación en la columna estratigráfica y
Fmax es la frecuencia máxima de la ondícula generada por la fuente de energía.
La geometría fuente-receptor de ésta técnica es similar a la de la técnica convencional para
determinación de velocidades, la diferencia fundamental es que en el PSV la distancia entre
posiciones de registro es pequeña, del orden de 15 a 40 m., y el registro se hace por varios
segundos, registrando los primeros arribos y todos los que llegan posteriormente.
FIGURA 6.6 .- Ubicación de la fuente con respecto al pozo para distancia cero y para fuente desplazada.
La técnica de Fuente Desplazada ( Offset ) consiste en colocar la fuente a una distancia
relativamente grande con respecto a la boca del pozo, ver figura 6.6. Dependiendo del
desplazamiento de la fuente con respecto al pozo, el grupo de ondas que se encuentren
presentes en el sismograma corresponderán a reflexiones y refracciones como se muestran
en la figura 6.7, la distancia entre la fuente y el pozo es el factor dominante que determina
el registro del grupo de ondas que se requiere para satisfacer los objetivos del estudio.
El Perfil Sísmico Vertical con Fuente Móvil se utiliza para recabar información de uno o
varios horizontes específicos de la columna estratigráfica, no es muy favorable si se
requiere un estudio de toda la columna estratigráfica porque representa mucho trabajo de
campo.
En ésta técnica se coloca el receptor en una posición fija dentro del pozo , determinada por
el horizonte específico que se quiere analizar, y se utilizan varias fuentes a diferentes
distancias de la boca del pozo a lo largo de una línea, (figura 6.8) . La operación se puede
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 15 E. del Valle T.
llevar a cabo en varias líneas con diferente azimut, para tener información espacial del
horizonte objetivo.
Figura 6.7 .- Ondas registradas en la técnica del Perfil Sísmico Vertical con la fuente desplazada.
FIGURA 6.8.- Perfil Sísmico Vertical con fuente móvil y detector en posición fija.
El Perfil Sísmico Vertical con Fuente y Receptor Móviles ( Walkaway ) consiste en registrar
datos en diferentes posiciones de la fuente para cada una de las profundidades en la que se
coloca el detector, a diferencia de la técnica anteriormente mencionada en éste caso interesa
toda la columna estrátigrafica. Cuando se aplica en varias líneas con diferente azimut se
convierte en una técnica de aplicación en tres dimensiones, figura 6.9 .
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 16 E. del Valle T.
FIGURA 6.9.- Perfil Sísmico Vertical en tres dimensiones.
FIGURA 6.10.- Comparación de las técnicas de Perfil Sísmico Vertical en pozo vertical y en pozo desviado o
direccional.
Las técnicas descritas anteriormente son aplicables cuando el pozo no tiene desviaciones y
se puede considerar como vertical, sin embargo es común que se perforen pozos
direccionales que se separan de la vertical por diferentes circunstancias , y muy
especialmente en perforaciones marinas que se realizan desde una misma plataforma, y en
éste caso se utiliza la técnica de Fuente sobre el detector, en la cual la fuente se va
ubicando sobre la vertical a la posición en donde se encuentra el detector, figura 6.10, éste
procedimiento requiere de un programa muy estricto para hacer corresponder la posición de
la fuente y el receptor.
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 17 E. del Valle T.
6.2.3.- Determinación de velocidades a partir de las reflexiones registradas en
sismogramas.
Anteriormente se indicó que la mejor manera de conocer la distribución de velocidades es
mediante la determinación directa en pozos, sin embargo en muchos de los casos cuando se
hace el estudio de campo no se dispone de la distribución de velocidades, la cual es
necesaria para hacer las correcciones por distancia para reducir los tiempos de registro a la
"trayectoria vertical equivalente", y tener secciones de sismogramas que permitan una
visualización de los reflectores de manera continua, y particularmente indispensable en la
técnica del Punto de Reflejo Común ", por lo que se ha hecho una práctica común obtener
las velocidades de los sismogramas que se obtienen en los estudios de campo, por lo que se
acostumbra denominarlas " velocidades de apilamiento ".
Actualmente se acostumbra utilizar dos procedimientos : la técnica T2 - X
2 y la T-T ,
siendo más aproximada la primera y menos la segunda , pero que pueden suministrar
valores aceptables aplicando procesos de computadora que pueden mejorarlas, por medio
de aproximaciones sucesivas.
6.2.3.1.- Método de T2 - X
2.
Cuando se establece la ecuación de la trayectoria de una onda reflejada para el caso simple
de trayectorias rectas a un reflector horizontal, se tiene la ecuación :
2
2
2
22 4
V
Z
V
XT
que corresponde a una parábola tangente a las líneas que representan las velocidades de los
medios que separa la interfase reflectante, y la determinación de ellas a partir del tiempo
que tarda la onda desde la fuente, al punto de reflexión y al punto de registro, para
distancias seleccionadas, no es fácil si se trata de graficar los tiempos y distancias sencillas,
pero si se hace que : T2 = y, y X
2 = x , la ecuación toma la forma :
2
2
2
4
V
Z
V
xy que equivale a : bmxy
en donde : 21V
m y 2
24V
Z = tiempo de intercepción en una gráfica T2 - X
2
Si se construye una gráfica en la que el eje de las abscisas son las distancias al cuadrado y
las ordenadas son los tiempos al cuadrado, la secuencia de todos los puntos
correspondientes a cada uno de los puntos de recepción en la superficie, permite trazar una
línea promedio a ellos en donde el inverso de la pendiente será el valor de V2,
y de la
intercepción de ésta línea con el eje de las ordenadas ( T2 ), se puede determinar la
profundidad del reflector.
La ecuación del cuadrado de la trayectoria se cumple para cualquier número de reflectores,
por lo que en la gráfica se pueden ubicar los puntos correspondientes a todos los reflectores
de interés, con lo que se tendrán las velocidades medias a diferentes profundidades, como
se muestra en la figura 6.11 , y con ellas calcular la distribución de velocidades de
apilamiento, que permitirán calcular las correcciones por distancia antes del apilamiento.
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 18 E. del Valle T.
FIGURA 6.11 .- Gráfica T
2 - X
2 para determinación de velocidades de apilamiento.
El método adolece de muchos factores que pueden proporcionar valores de las velocidades
poco aproximadas, ya que se requiere un gran número de puntos y distancias muy grandes
para que la velocidad promedio sea representativa del medio en que se esté considerando,
por otro lado los cambios de echado pueden hacer variar las velocidades aparentes.
Para que el método proporcione valores de velocidades aceptables, se requiere que los
registros sean de buena calidad y que contengan un número moderado de reflexiones, que
las correcciones estáticas y de superficie sean bastante precisas, que la distribución de
velocidades no sea muy complicada, entre otros, lo cual requiere que el trabajo de
observación de campo y el de gabinete al aplicar las correcciones, sea muy cuidadoso y de
elevada calidad.
Actualmente se dispone de procesos de computadora que permiten ajustar automáticamente
las líneas que representan el inverso de la velocidad al cuadrado, así como calcular las
profundidades correspondientes.
Adicionalmente se dispone de programas que permiten ajustar las correcciones estáticas por
variaciones en la velocidad de corrección y espesores de la capa superficial de baja
velocidad, y que se conoce como programa de " estáticas residuales". Este programa
combinado con el de " análisis de velocidades " proporciona resultados básicamente en dos
formas :
1.- Análisis de velocidades constantes a partir de la información contenida en familias de
punto de reflejo común, en donde se muestra sistemáticamente los resultados, en intervalos
de tiempo conocidos como ventanas, aplicando diferentes velocidades de intervalo, hasta
encontrar la que proporcione los mejores resultados.
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 19 E. del Valle T.
2.- Representación gráfica automática de las diferentes velocidades que han sido utilizadas
en el análisis comparándolas con los valores de correlación que les corresponde a cada una.
Esta representación se conoce como " Velagram ". Figura 6.12.
FIGURA 6.12 .- Representación gráfica de la aplicación del proceso " velagram " para ajuste automático
de velocidades.
La determinación de las velocidades de apilamiento no se hace de manera continua, sino
que los análisis de velocidades se hacen en lugares seleccionados, o si se detecta que los
resultados están variando de manera importante.
6.2.3.2.- Método T - T .
El método T - T se apoya en el concepto de que a medida que aumenta la distancia de
recepción se produce un incremento en el tiempo de trayectoria con respecto a una
trayectoria vertical, la cual se considera como T0 bajo el punto de impacto.
La ecuación que se utiliza para determinar el incremento de tiempo T , para el caso de que
la profundidad sea considerable con respecto a la distancia del tendido en la superficie, es :
0
2
2.
2 TV
XTn de donde se obtiene :
TnT
XV
02
siendo T0 los tiempos bajo las fuentes de cada reflexión de ida y vuelta, y Tn el
incremento de tiempo a la distancia X que corresponde al punto medio de la longitud del
tendido, y en el caso de tendidos simétricos al detector más alejado de la fuente.
Prospección Sísmica.- Capítulo 6 20 E. del Valle T.
Construyendo una gráfica Tiempo-Distancia, como se muestra en la figura 6.13, pueden
ubicarse los tiempos registrados en cada sismodetector, para cada uno de los reflectores de
interés, y uniendo los T0 para las fuentes en los extremos del tendido, se puede determinar
gráficamente los sobretiempos y calcular la velocidad correspondiente para cada reflector
FIGURA 6.13 .- Gráfica T - T para determinar las velocidades de corrección por distancia.
Los valores de Tn están sujetos a grandes errores, en particular por los que pueden
generarse por correcciones estáticas inadecuadas, sin embargo con el objetivo de disponer
de valores que se asemejen a los reales, conviene promediar un elevado número de
mediciones distribuidas en el área de estudio.
Aunque éste método está encaminado a determinar las velocidades de corrección por
distancia, pueden integrarse los valores encontrados en los diferentes reflectores para
establecer una distribución de velocidades con la profundidad y ser utilizada para una
interpretación preliminar de los datos obtenidos en el estudio.
CUESTIONARIO DE EXAMEN.
6.1.- Explique el procedimiento para determinar las velocidades sísmicas y sus
características generales. características generales.
6.2.- Explique el procedimiento para determinar las velocidades sísmicas a partir de la
información de los registros de campo, por los métodos T2 – X
2 y el T – ΔT ,
mencionando la confiabilidad de los resultados.
6.3.- Describa los procedimientos para determinar la ley de velocidades sísmicas utilizando
un pozo profundo.