MX2014011894A - Metodos y sistemas para prospecciones sismicas terrestres. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan métodos y aparatos para prospección sísmica terrestre. Los métodos y aparatos utilizan derivados espaciales de un campo de ondas sísmicas para interpolar, regularizar o extrapolar datos sísmicos. Los métodos y aparatos pueden reducir considerablemente los esfuerzos de campo terrestres y/o compensar las lagunas de datos.

Description

MÉTODOS Y SISTEMAS PARA PROSPECCIONES SÍSMICAS TERRESTRES ANTECEDENTES La presente descripción se refiere a exploración geofísica, más específicamente se refiere a métodos y sistemas de prospección sísmica terrestre.

La exploración sísmica comprende la realización de prospecciones de formaciones geológicas subterráneas de yacimientos de hidrocarburos. Una prospección típicamente comprende la colocación de fuentes sísmicas y sensores sísmicos en ubicaciones predeterminadas. Las sísmicas generan ondas sísmicas que se propagan en las formaciones geológicas, creando cambios de presión y vibraciones en el camino. Los cambios en las propiedades elásticas de la formación geológica dispersan las ondas sísmicas, cambiando su dirección de propagación y otras propiedades. Parte de la energía emitida por las fuentes alcanza los sensores sísmicos. En respuesta a los eventos sísmicos detectados, los sensores generan señales eléctricas para producir datos sísmicos. El análisis de los datos sísmicos puede indicar la presencia o ausencia de ubicaciones probables de yacimientos de hidrocarburos .

Algunas prospecciones se conocen como prospecciones "marinas" porque se llevan a cabo en ambientes marinos. Sin embargo, es posible que las prospecciones "marinas" no solo se lleven a cabo en ambientes de agua salada, sino también en agua frescas y agua salobre. En un tipo de prospección marina, denominada prospección "con arreglo remolcado", se remolca un arreglo de fuentes y cables que contienen sensores sísmicos detrás de una embarcación de prospección. En un tipo de prospección, denominada prospección de "perfil sísmico vertical marino {VSP marino) " , un arreglo de sensores se despliega en un pozo y la fuente sísmica está en movimiento (p. ej . remolcada detrás de una embarcación) o inmóvil (p. ej . suspendida desde una estructura tal como una plataforma de perforación) . En un tipo de prospección marina, que incorpora hidrófonos y geófonos, denominada prospección "de cable de fondo marino (OBC) ", los sensores están colocados en el lecho marino. En otro tipo de prospección marina, los sensores se despliegan de otras maneras y la fuente sísmica se despliega en el agua de alguna manera, donde los sensores o fuentes pueden estar en movimiento o inmóviles. Otras prospecciones se conocen como prospecciones "terrestres" porque se llevan a cabo en ambientes terrestres. Las prospecciones terrestres pueden utilizar dinamita o vibradores sísmicos como fuentes. Se colocan arreglos de cables que contienen sensores sísmicos en el suelo para recibir señales sísmicas. Las señales sísmicas se pueden convertir, digitalizar, almacenar o transmitir por los sensores hacia instalaciones de procesamiento y/o almacenamiento de datos cercanas, p. ej . un camión de registro. Las prospecciones terrestres también pueden utilizar receptores inalámbricos para evitar las limitaciones de los cables. Las prospecciones sísmicas se pueden llevar a cabo en áreas entre la tierra y el mar, las cuales se denominan "zona de transición".

Las prospecciones marinas y las prospecciones terrestres son muy diferentes debido a los diferentes ambientes de operación. Por ejemplo, las mediciones marinas típicamente se basan en variaciones de presión, mientras que las técnicas terrestres típicamente se basan en el movimiento de partículas. Por consiguiente, los equipos o métodos utilizados en prospecciones terrestres generalmente son diferentes de los utilizados en las prospecciones marinas.

Las siguientes referencias pueden proporcionar conocimientos previos relevantes. Se incorporan al presente por referencia a todos los efectos: Muyzert: 53.0099-US, US20100195439 , "Seismic acquisition system and technique" .

Vassallo, M, Ózbek, A., Ózdemir, A., K. Eggenberger, 2010. Geophysics, 75, WB53-WB67.

Bagaini, 2010. "Acquisition and processing of simultaneous vibroseis data, Geophysical Prospecting" , Vol . 58, 81-99. obertsson, J.O.A., van Manen, D-J., Halliday, D., Laws, R. , 2008. "Seismic data acquisition and source-side derivatives generation and application" . Patenta estadounidense, US 7.492.665 B2.

Broggini, F . , Halliday, D., Kragh, E., 2011, "The contribution of the spatial derivatives to surface-wave interferometry, SEG Technical Program Expanded Abstracts " , 30 (1) pp. 3804-3808.

Fokkema, J.T., van den Berg, 1993. "Seismic Applications of Acoustic Reciprocity" , Elsevier, Ámsterdam.

COMPENDIO Este compendio se proporciona para introducir una selección de conceptos que se describen adicionalmente más adelante en la descripción detallada. Este compendio no pretende identificar características clave o esenciales de la materia reivindicada, ni pretende utilizarse como auxiliar para limitar el alcance de la materia reivindicada.

En la presente descripción, se describen aparatos y métodos de adquisición sísmica terrestre. Los métodos y aparatos pueden facilitar una mejora significativa de la eficacia a través de la medición y procesamiento de los gradientes espaciales del campo de ondas sísmicas. Los gradientes espaciales se pueden obtener mediante la diferenciación de fuente estrechamente cercana o datos de puntos de receptores. Junto con los datos sísmicos convencionales, se pueden utilizar la fuente y/o los gradientes de receptores para la regularización de la geometría de la fuente y/o el receptor a través de la interpolación o extrapolación de los datos sísmicos. Se puede utilizar interpolación para aumentar el muestreo espacial cuando los sensores están separados más allá del límite de longitud de onda de Nyquist y, por lo tanto, reducir considerablemente el esfuerzo de campo y/o planificación. Se puede utilizar regularización para compensar los espacios en la imagenología sísmica cerca de las zonas de obstrucción debido a los obstáculos (por ejemplo dunas, construcción, árboles, etc., así como áreas "fuera de los límites" , p. ej . debido a los problemas de permisos) .

Por consiguiente, en una modalidad se proporciona un método para prospecciones sísmicas terrestres, el cual método comprende: desplegar fuentes de punto compuesto en puntos de fuentes separadas respectivos; cada fuente de punto compuesto comprende múltiples fuentes separadas y el espacio entre las fuentes en cada punto de fuentes compuestas permite que se calculen los derivados espaciales del lado de las fuentes de un campo de ondas sísmicas; desplegar receptores en puntos de receptores separados respectivos ; activar las fuentes para producir el campo de ondas sísmicas; y registrar los datos sísmicos correspondientes medidos por los receptores.

Por lo tanto, en el método, se pueden calcular los derivados espaciales del lado de las fuentes. Sin embargo, también se pueden calcular derivados espaciales del lado de los receptores. En particular, el despliegue de los receptores se puede realizar: desplegado receptores de punto compuesto en los puntos de receptores separados respectivos; cada receptor de punto compuesto comprende múltiples receptores separados y el espacio entre los receptores en cada receptor de punto compuesto permite que se calculen los derivados espaciales del lado de los receptores del campo de ondas sísmicas.

De hecho, más generalmente, en algunos aspectos de la presente invención, se proporciona un método de prospecciones sísmicas terrestres que comprende: desplegar fuentes en puntos de fuentes separadas respectivos; desplegar receptores de punto compuesto en puntos de receptores separados respectivos; cada receptor de punto compuesto comprende múltiples receptores separados y el espacio entre los receptores en cada receptor de punto compuesto permite que se calculen los derivados espaciales del lado de los receptores de un campo de ondas sísmicas; activar las fuentes para producir el campo de ondas sísmicas; y registrar los datos sísmicos correspondientes medidos por los receptores .

En otras modalidades, se proporcionan aparatos respectivos para realizar las prospecciones sísmicas terrestres de acuerdo con el primer y el segundo método.

Por lo tanto, en una modalidad de la presente invención, se proporciona un aparato para prospecciones sísmicas terrestres que comprende : una o más fuentes de punto compuesto desplegables en puntos de fuentes separadas respectivos; cada fuente de punto compuesto comprende múltiples fuentes separadas y el espacio entre las fuentes en cada punto de fuentes compuestas permite que se calculen los derivados espaciales del lado de las fuentes de un campo de ondas sísmicas; uno o más receptores desplegables en puntos de receptores separados respectivos; y una grabadora que, en la producción del campo de ondas sísmicas provocado por la activación de las fuentes, registra datos sísmicos correspondientes medidos por los receptores.

El aparato puede comprender además uno o más receptores de punto compuesto desplegables en puntos de receptores separados respectivos; cada receptor de punto compuesto comprende múltiples receptores separados y el espacio entre los receptores en cada receptor de punto compuesto permite que se calculen los derivados espaciales del lado de los receptores del campo de ondas sísmicas.

Otras modalidades de la presente invención proporcionan un aparato para prospecciones sísmicas terrestres que comprende: una o más fuentes desplegables en puntos de fuentes separadas respectivos ; uno o más receptores de punto compuesto desplegables en puntos de receptores separados respectivos; cada receptor de punto compuesto comprende múltiples receptores separados y el espacio entre los receptores en cada receptor de punto compuesto permite que se calculen los derivados espaciales del lado de los receptores de un campo de ondas sísmicas; y una grabadora que, en la producción del campo de ondas sísmicas provocado por la activación de las fuentes, registra datos sísmicos correspondientes medidos por los receptores.

En determinadas modalidades, el espacio entre los puntos de las fuentes puede ser al menos tres veces y, preferentemente, al menos seis veces, el espacio entre las fuentes en cada fuente de punto compuesto.

En algunas modalidades, el espacio entre las fuentes en cada fuente de punto compuesto puede ser menos de un tercio y, preferentemente, menos de un cuarto, de la longitud de onda del campo de ondas sísmicas . Sin embargo, el espacio puede ser superior a 1/25 y, preferentemente, superior a 1/10 de la longitud de onda del campo de ondas sísmicas.

En una modalidad, el método puede comprender además calcular los derivados espaciales del lado de las fuentes. En determinadas modalidades, el aparato puede comprender además un sistema informático que calcula los derivados espaciales del lado de las fuentes . Estos derivados se pueden calcular durante la adquisición de datos en el campo o durante el procesamiento de datos posterior. Los datos sísmicos registrados se pueden interpolar, regularizar o extrapolar (p. e . a través del sistema informático) utilizando los derivados espaciales del lado de las fuentes.

En algunas modalidades de la presente invención, el espacio entre los puntos de los receptores puede ser al menos tres veces y, preferentemente, al menos seis veces, el espacio entre los receptores en cada receptor de punto compuesto.

En algunas modalidades de la presente invención, el espacio entre los receptores en cada receptor de punto compuesto puede ser menos de un tercio y, preferentemente, menos de un cuarto, de la longitud de onda del campo de ondas sísmicas. Sin embargo, el espacio puede ser superior a 1/25 y, preferentemente, superior a 1/10 de la longitud de onda del campo de ondas sísmicas.

En algunas modalidades de la presente invención, el método puede comprender además calcular los derivados espaciales del lado de los receptores. El aparato puede comprender además un sistema informático que calcula los derivados espaciales del lado de los receptores. Estos derivados se pueden calcular durante la adquisición de datos en el campo o durante el procesamiento de datos posterior. Los datos sísmicos registrados se pueden interpolar, regularizar o extrapolar (p. ej . a través del sistema informático) utilizando los derivados espaciales del lado de los receptores .

A continuación se establecerán características opcionales adicionales de la invención. Estas se pueden aplicar individualmente o en cualquier combinación y pueden ser aplicables con cualquier aspecto de la invención.

El espacio entre los puntos de las fuentes puede ser mayor a la distancia Nyquist del campo de ondas. Por ejemplo, el espacio entre los puntos de las fuentes puede ser al menos la longitud de onda del campo de ondas sísmicas y, preferentemente, puede ser al menos dos veces la longitud de onda del campo de ondas sísmicas.

El espacio entre los puntos de los receptores puede ser mayor a la distancia Nyquist del campo de ondas. Por ejemplo, el espacio entre los puntos de los receptores puede ser al menos la longitud de onda del campo de ondas sísmicas y, preferentemente, puede ser al menos dos veces la longitud de onda del campo de ondas sísmicas.

Los datos sísmicos registrados puede comprender uno o más seleccionados del grupo que consiste en: presión, desplazamiento de partículas, derivados temporales de desplazamiento de partículas, movimiento de rotación de partículas y los derivados temporales de movimiento de rotación de partículas. El desplazamiento de partículas, el movimiento de rotación de partículas los derivados temporales de estos puede ser en la dirección línea, transversal y/o vertical.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las modalidades de la presente divulgación se describen con referencia a las siguientes figuras. Los mismos números se utilizan en todas las figuras para hacer referencia a características y componentes similares. Se puede tener una mejor comprensión de los métodos o aparatos cuando se considera la siguiente descripción detallada de las diversas modalidades en combinación con los siguientes dibujos, en los cuales: La figura 1 ilustra varias configuraciones de adquisición de puntos compuestos; La figura 2 ilustra un ejemplo de una línea sísmica 2D con grupos de fuentes y receptores que permiten la derivación de gradientes de fuentes y/o receptores en direcciones horizontales; La figura 3 ilustra un diagrama que esboza un método para la interpolación/regularización de datos sísmicos terrestres, de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La figura 4 ilustra otro diagrama que esboza un método para la interpolación de un campo de ondas ?? que utiliza gradientes del lado de fuentes y receptores, de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La figura 5 ilustra ejemplos de configuraciones de prospecciones terrestres ; La figura 6 ilustra más ejemplos de configuraciones de prospecciones terrestres que utilizan diversos métodos descritos anteriormente; y La figura 7 ilustra un ejemplo para utilizar un método que adquiere datos para una línea quebrada, de acuerdo con un método de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Se hace ahora referencia en detalle las modalidades, los ejemplos de estas están ilustrados en las figuras adjuntas y dibujos. En la siguiente descripción detallada, se presentan numerosos detalles específicos para proporcionar un entendimiento total del presente objeto. Sin embargo, para el entendido en la técnica resultará evidente que el objeto se puede llevar a cabo sin estos detalles específicos . En otras instancias , no se han descrito en detalle métodos , procedimientos , componentes y sistemas conocidos para no dificultar innecesariamente los aspectos de las modalidades. Por ende, la siguiente descripción solamente proporciona modalidades ejemplares preferidas y no pretende limitar el alcance, aplicabilidad o configuración de la invención. En cambio, la siguiente descripción de las modalidades ejemplares preferidas les proporciona a los entendidos en la técnica una descripción propicia para implementar una modalidad ejemplar preferida de la invención, y se entiende que se pueden realizar varios cambios en la función y disposición de los elementos sin alejarse del alcance de la invención.

Se entenderá también que a pesar de los términos primero, segundo, etc. se pueden usar en la presente para describir varios elementos, estos elementos no deben limitarse por estos términos. Estos términos solamente se utilizan para distinguir un elemento de otro. Por ejemplo, un primer objeto o etapa podría denominarse un segundo objeto o etapa y, de manera similar, un segundo objeto o etapa podría denominarse un primer objeto o etapa. El primer objeto o etapa y el segundo objeto o etapa son objetos o etapas, respectivamente, pero no se considerarán el mismo objeto o etapa.

La terminología utilizada en la descripción de la presente divulgación tiene finalidad de describir las modalidades particulares exclusivamente y no pretende ser limitante del objeto. Según se emplea en la presente descripción y las reivindicaciones anexas, las formas singulares "un", "una", "el" y "la" pretenden incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. También se entenderá que el término "y/o" tal como se usa en la presente se refiere y comprende cualquiera y todas las combinaciones posibles de uno o más de los ítems enumerados asociados. Se entenderá además que los términos "incluye", "que incluye", "comprende" y/o "que comprende", cuando se utilizan en esta especificación, especifican la presencia de características, enteros, etapas, operaciones, elementos y/o componentes indicados, pero no excluye la presencia o adición de una o más características, enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de estos.

Tal como se usa en la presente, el término "si" se puede interpretar como "cuando" o "luego" o "en respuesta para determinar" o "en respuesta para detectar", dependiendo del contexto. De manera similar, la frase "si está determinado" o "si se detecta [un evento o condición expresada] " se puede interpretar como "luego de determinar" o "en respuesta a la determinación" o "luego de detectar [el evento o condición expresada] " o "en respuesta a la detección de [el evento o condición expresada] " , dependiendo del contexto.

En las prospecciones sísmicas terrestres, existen muchas fuentes y receptores diferentes. En el lado de las fuentes, pueden incluir: explosivos (dinamita), pistolas de aire y vibradores. En este último caso, la fuente generada puede ser de compresión (que produce principalmente ondas P y ondas Rayleigh) , corte polarizado radial-vertical (que produce principalmente ondas SH y Rayleigh) o corte polarizado horizontal (que produce principalmente ondas SH y Love) . En la presente solicitud, el término "fuente" puede incluir cualquiera de los tipos de fuentes, los cuales también pueden incluir una sola fuente o un grupo de fuente simultánea (por ejemplo, con barrido vibroseis múltiple estrechamente cercano) . Punto de las fuentes hará referencia a la posición de disparo central/principal cuando se utiliza un grupo de fuentes .

En el lado de los receptores, también existen diferentes tipos: geófonos que miden el desplazamiento del suelo, velocidad del suelo o aceleración del suelo, así como Mems. Los geófonos suelen ser sensores componentes únicos (que usualmente miden el movimiento vertical, a lo largo del eje Z) , pero los geófonos de varios componentes (3C) también permiten el registro del campo de ondas de una manera vectorial a lo largo de dos ejes horizontales adicionales (X en línea e Y transversal, donde en línea usualmente se refiere a la dirección de la línea del receptor) . Otros receptores sísmicos pueden incluir, entre otros, un hidrófono terrestre que mide la divergencia del campo de ondas, o sensores giratorios que miden el bucle del campo de ondas. Se entenderá que el término "receptor" puede incluir cualquier dispositivo sensor sísmico, el cual también puede incluir un solo sensor o grupo de sensores que se apilan juntos (de una forma análoga o digital) . Punto de los receptores hará referencia a la posición de receptores central/principal cuando se utiliza un grupo de receptores. Adicionalmente , los puntos de adquisición harán referencia a puntos de fuentes o de receptores.

Para obtener una imagen multidimensional de la estructura subterránea, es necesario adquirir muchos puntos de adquisición.

Los datos registrados por muchos receptores para un solo disparo se denominan convergencia de trazas sísmicas (gather) de disparo común, mientras los datos registrados por un solo receptor para múltiples disparos se denominan convergencia de trazas sísmicas (gather) de receptor común.

Para obtener una imagen de la subsuperficie, la distancia entre cada fuente y/o receptor es lo suficientemente pequeña para evitar los efectos del solapamiento espacial que impiden el procesamiento adecuado de los datos. Es necesario que se obtengan muestras espacialmente de la señal de interés (es decir, las ondas internas que se propagan profundamente en la tierra) se forma adecuada, así como del sonido no deseado (típicamente ondas superficiales, ground-roll (ondas Rayleigh) ) para que se puedan eliminar .

Por este motivo, es deseable un muestreo espacial denso al menos un dominio (es decir, receptor común o dominio corto) . Si fuera posible, se obtienen muestras espacialmente de forma densa tanto del lado de las fuentes como del lado de los receptores, para permitir que se obtenga la mejor atenuación de ruido y, por lo tanto, la mejor imagen. Pero esto tiene un costo elevado (por ejemplo, la duración de la prospección debido al hecho de que no se pueden adquirir todos los puntos de disparo simultáneamente, y gran esfuerzo de campo para desplegar un patrón denso de receptores en la superficie) .

Otro problema potencial proviene de la regularidad de la geometría del lado de las fuentes y/o de los receptores. Dado que los procesos de imagenología convencionales consisten en agrupar pares de fuente y receptor en otro dominio (convergencias de trazas sísmicas de punto medio común) , es deseable tener un muestreo regular tanto en el lado de las fuentes como en el lado de los receptores. Desafortunadamente, esto no se puede lograr fácilmente en condiciones difíciles cercanas a la superficie (por ejemplo, dunas, acantilados, pendientes pronunciadas que hacen que sea imposible colocar fuentes y/o receptores) o debido a zonas de obstrucciones (por ejemplo, construcciones, árboles, problemas con permisos) .

Como se discute abajo, se pueden aprovechar los datos de gradientes adicionales para construir datos más densos (sin asociar) y más regulares (cuadriculados) (en el dominio del receptor y/o el dominio de la fuente) incluso mediante la adquisición de líneas de receptores y/o fuentes quebradas, no uniformes, dispersas (potencialmente asociadas) . Esto se denomina interpolación y regularización, y esto podría llevar a una reducción del esfuerzo de campo significativa así como a una mejora de la calidad de imagen y datos.

Los métodos descritos abajo utilizan gradientes registrados (lado de las fuentes y/o los receptores) para mejorar las capacidades de interpolación/regularización . Los métodos de prospección convencionales no pueden tratar los campos de ondas asociadas espacialmente, lo que significa que se tienen que adquirir muestras del campo de ondas al menos dos veces una longitud de onda (por lo tanto, típicamente menos de 10 m en la mayoría de las prospecciones, dependiendo de las propiedades elásticas cercas a la superficie, para muestrear adecuadamente el ruido de ground-roll) . En contraste, la medición del campo de ondas y su gradiente permite utilizar el teorema de muestreo de varios canales para la interpolación espacial que establece que una función y su derivado se puede interpolar de forma exacta incluso cuando se miden solo una vez por longitud de onda.

Métodos de interpolación Por ejemplo, un campo de ondas U; (x,y, t y su gradiente en línea dU¡(x,y,f)/dx (ambos muestreados en las posiciones x=Xk con k=l ,2, 3...) se pueden reconstruir en cualquier posición x utilizando la siguiente expresión: De manera equivalente, un campo de ondas Ui(x,y,t) v su derivado transversal ¡ x, y, t) I dy (am]-os muestreados en las posiciones y=yk con K=l ,2,3...) se pueden reconstruir en cualquier posición y utilizando la siguiente expresión: En donde t es tiempo, ?? y ?? son el muestreo espacial en línea y transversal existente ya sea en la fuente o el dominio del receptor. Para la interpolación del lado de las fuentes, el campo de ondas U± se organiza como convergencias de trazas sísmicas de receptor común (x e y correspondientes a las posiciones de los puntos de las fuentes) . Para la interpolación del lado de los receptores, el campo de ondas U± se organiza como convergencias de trazas sísmicas de disparo común (x e y correspondientes a las posiciones de los puntos de los receptores) .

Si bien los registros convencionales requieren dos puntos de adquisición por longitud de onda para permitir el muestreo adecuado del campo de ondas, los gradientes adicionales permiten la interpolación de cualquier campo de ondas U± registrado en cualquier posición entre dos puntos de adquisición hasta una longitud de onda aparte.

Se observa que la ecuación (1) y (2) teóricamente permite la interpolación de datos muestreados uniformemente, pero también existen algoritmos para el muestreo no uniforme (aleatorio) que puede interpolar datos aún más asociados (como la técnica MIMAP, Vassallo ét al., 2010) . Al incluir los gradientes en el proceso de interpolación, se pueden reconstruir irregularidades más grandes en la geometría de adquisición (debido a cualquier tipo de obstáculos) de forma precisa.

También se observa que la dirección de interpolación no se limita solamente a las direcciones en línea y transversal, sino que a cualquier dirección entremedio. Por ejemplo, si se quiere interpolar a lo largo de la dirección F (p. ej . con un ángulo F con respecto a la dirección en línea) , el gradiente deseado se da por G<& = T?.s?ß - ??.ß??F donde Gx y GY son los gradientes en línea y transversal, respectivamente.

Métodos de extrapolación Los gradientes de las fuentes y los receptores también se pueden utilizar para la extrapolación del campo de ondas. Se considera una línea sísmica quebrada 2D, por ejemplo una que se adquiere a lo largo de un camino con muchas curvas. El objetivo de la extrapolación es regularizar la fuente y/o receptor de modo que se proyecten todos los datos en una línea más recta. El método de extrapolación requiere que gradientes de la fuente y/o receptor perpendiculares a la dirección principal de la línea 2D quebrada. Ahora se puede calcular el campo de ondas extrapolado U± a una distancia d lejos de la línea utilizando el gradiente de la fuente: Se utiliza una expresión similar para obtener un campo de ondas extrapolado U, utilizando gradientes del lado del receptor. ^yMr^^yM ^l^iWM (4) en donde se refiere al derivado del receptor.

Como se trata de una aproximación de primer orden, la calidad del campo de ondas obtenido será mejor cerca de los receptores originales y se deteriorarán cuando se muevan lejos de este, en particular en más de la mitad de la longitud de onda transversal.

Otra opción para la extrapolación transversal es considerar un enfoque de extrapolación basado en campo de ondas . Por ejemplo, se puede considerar un enfoque de extrapolación basado en teoremas de representación: Aquí, U¡ (r, s) es campo de ondas debido a una fuente en s registrada en un receptor r, es el gradiente de la fuente transversal de ese campo de ondas y S* es la posición de la fuente a la que nos gustaría extrapolar el campo de ondas de la fuente . La ecuación (3) no es exacta para medios elásticos, pero Broggini ét al. (2011) ha demostrado que las ecuaciones de este tipo puede ser efectivas cuando se aplican a datos de ground roll registrados en la superficie de la Tierra. Esto requiere campos de ondas modelados entre la posición de la fuente deseada Sk y la posición real s, estas son ^ i (sk > s) y ^£7, (sk,s) para _a fuente modelada y el derivado de la fuente modelada en s . Este campo de ondas se puede modelar utilizando velocidades de propagación de ground roll locales extraídas de los datos, lo que le permite a la ecuación (5) extrapolar ground roll a través de distancias pequeñas, p. ej . , extrapolar el ruido de ground roll desde una línea quebrada hasta una línea recta. La inclusión de los gradientes en este caso asegura que los campos de ondas que se propaguen en diferentes direcciones se contabilizan correctamente.

Se puede utilizar la ecuación (5) can para extrapolar a cada posición de fuente deseada sucesivamente, lo que permite extrapolar una línea de fuente quebrada a una línea de fuente recta. Existe una formulación similar para la extrapolación de receptores; por lo tanto, tanto la línea del receptor como la línea de la fuente quebrada se pueden extrapolar a una línea regular, lo que puede permitir una atenuación de ruido de ground roll más efectiva. Esta ecuación es solo un ejemplo de extrapolación de campo de ondas; otras formas de teoremas de representación pueden proporcionar expresiones similares (p. ej . , Fokkema y van den Berg, 1993) .

Se observa nuevamente que el campo de ondas interpolado/extrapolado puede ser cualquier componente del receptor. Este puede ser un geófono componente vertical (Z) , un componente geófono horizontal (X y/o Y) o cualquier otro componente del campo de ondas que se puede registrar, por ejemplo, el componente de divergencia (que utiliza un dispositivo de hidrófono terrestre) o cualquier componente giratorio (Rx, Ry y/o Rz, que utiliza un sensor giratorio) . En el último caso, como los componentes horizontales del campo de ondas giratorio ya corresponden a los gradientes espaciales del campo de ondas vertical, es posible obtener los derivados espaciales de segundo orden, los cuales se pueden utilizar para interpolar/regularizar campos de ondas aún más severamente asociados.

En general, los datos obtenidos del campo de ondas interpolado son más precisos que los datos obtenidos del campo de ondas extrapolado. Esto se debe a que los datos faltantes se pueden interpolar desde gradientes de fuentes y/o gradientes de receptores en ambos lados de los datos faltantes, frente a solamente desde un lado de los datos faltantes para el campo de ondas extrapo1ado .

Gradientes de receptores Existen muchas formas de obtener gradientes. En un ejemplo, el gradiente del lado del receptor (derivado espacial en una dirección específica) se obtiene colocando una pequeña cantidad de receptores estrechamente juntos y calculando el gradiente espacial mediante la diferenciación de (al menos) dos sensores muy cercanos (de un solo componente o de varios componentes) en una determinada dirección, p. ej . : U,(x,,yt,xr,yr , i ) - Ui(xa,y¡>xr + d,yr,y, i ) RUi (x, , y„xr , yr , t ) / dx (6) Para proporcionar gradientes precisos, la distancia d entre los dos receptores diferenciados se toma como menor que aproximadamente un tercio de la longitud de onda de interés (la longitud de onda más pequeña si los datos del gradiente son deseados sobre el intervalo de frecuencia sísmica completo) . Si la prospección está limitada por la cantidad de receptores disponibles, la prospección se puede volver a disparar después de que los receptores se hayan movido a su nueva posición (cercana) . Se observa que la diferenciación se puede lograr después o instantáneamente durante la adquisición (suma de dos receptores muy cercanos conectados con polaridad opuesta) . A continuación, el grupo de sensores utilizados para registrar el campo de ondas y sus gradientes en el lado del receptor se denomina receptor de punto compuesto (CPR) . Dentro de un CPR, cada punto de registro puede estar compuesto de un solo sensor (o un sensor de varios componentes) o un grupo de sensores (o un sensor de varios componentes) . La distancia entre cada uno de los CPR en general es considerablemente más grande que la distancia dentro del CPR.

Gradientes de fuentes De manera similar, gradiente del lado de la fuente se refiere a los datos obtenidos mediante la diferenciación de dos disparos muy cercanos, la distancia entre los dos puntos de disparo es de nuevo aproximadamente inferior a un tercio de la longitud de onda de interés. Por ejemplo, se puede adquirir una convergencia de trazas sísmicas de primer disparo, mover la fuente por una distancia pequeña en una dirección determinada, adquirir un segundo disparo para estimar finalmente el gradiente de la fuente mediante la diferenciación de los dos conjuntos de datos registrados. Se pueden obtener gradientes en ambas direcciones horizontales mediante el disparo de una fuente en un tercer lugar cercano, lejos de la línea a través de la primera y la segunda fuente .

Alternativamente, dos fuentes muy cercanas (o dos grupos de fuentes muy cercanos) puede emitir directamente/simultáneamente un campo de ondas con polaridad opuesta. Se observa que este método de generación de gradientes no acelera necesariamente la adquisición ya que, en todos los casos, se requieren dos disparos muy cercanos (no simultáneos) : uno para los datos sísmicos convencionales, el otro para el gradiente. Desde este punto de vista, el tipo de gradiente de la fuente de adquisición no ayuda a reducir la duración de la prospección, incluso si se adquieren menos puntos de disparo.

Aquí, por punto de disparo se entiende la ubicación del grupo de fuentes (que disparan simultáneamente o no) . A continuación, el grupo de fuentes utilizadas para registrar el campo de ondas y sus gradientes en el lado de la fuente se denomina fuente de punto compuesto (CPS) . Dentro de una CPS, cada punto puede estar compuesto de una sola fuente o grupo de fuentes (flota) . La distancia entre cada uno de los CPS en general es considerablemente más grande que la distancia dentro del CPS.

Un aspecto de los métodos descritos aquí es que los registros del campo de ondas dentro del grupo de fuentes y/o grupo de receptores se encuentran bien calibrados. Como los gradientes estimados por la ecuación (6) y (7) son pequeños, se necesita minimizar cualquier error de medición. Existen varios tipos de correcciones que se pueden aplicar. Primero, es importante utilizar fuentes y sensores bien calibrados, de modo que las respuestas a impulsos, tanto en amplitud como en fase sobre el ancho de banda útil, sean casi idénticas o al menos dentro del 1 %. Segundo, es preferible tener los sensores plantados en una parte homogénea de suelo para minimizar la diferencia en el acoplamiento y la propagación de onda. Tercero, se puede aplicar una corrección a los datos para corregir cualquier error introducido por las variaciones en la respuesta a impulso, acoplamiento de sensores, posicionamiento incorrecto, etc. Dicha corrección se puede aplicar a uno o más sensores del grupo. Algunas correcciones ejemplares incluyen una pausa en directo (timeshift) , escala de amplitud, desplazamiento de fase, escalar, inclinación dependiente de frecuencia o corrección azimutal. El valor de la corrección puede ser dependiente de los datos o se puede determinar de otro modo a través del uso de GPS o sensores de inclinación.

Como se explicó anteriormente, el gradiente de fuente adicional ayuda para la interpolación/regularización . Por lo tanto, se puede alcanzar una ganancia de tiempo significativa en otros parámetros de prospección ya que la imagenología mejorada debajo de obstrucciones es posible, es más fácil permitir una prospección ya que se requieren menos puntos de disparo y también se pueden adquirir menos líneas de disparo. Se observa que el multicanal de adquisición de tipos de gradientes propuesto se puede combinar con técnicas de adquisición vibroseis simultáneas eficientes en el tiempo (Bagaini, 2010).

Por regularización también entendemos extrapolación para corregir líneas 2D quebradas, por ejemplo. Dicho multicanal de adquisición producirá un conjunto de datos de salida denso y regular sin una huella de adquisición y, por lo tanto, en una imagen/información de mejor calidad de la subsuperficie .

E emplos La figura 1 muestra diferentes ejemplos de configuración de adquisición de puntos compuestos (ya sea de fuente o receptor) para estimar al menos un gradiente. Cada punto negro puede corresponder a un solo receptor (o fuente) o grupo de receptores (o fuentes) . Las (al menos) dos posiciones se puede registrar simultáneamente (si hay barrido en la fase opuesta para las fuentes) o una detrás de la otra. CPA1 proporciona un gradiente en línea. CPA2 solamente proporciona el gradiente transversal. CPA3 , 4 y 5 proporcionan los gradientes en línea y transversal. CPA5 puede proporcionar incluso derivados espaciales de orden superior. Se elige una distancia dentro de las CPA (como muestran las flechas azules) que sea más pequeña que aproximadamente un tercio de la longitud de onda de interés. Estos dibujos solamente son algunos ejemplos (existen alternativas).

La figura 2 muestra la disposición de una prospección 2D que permite el cálculo de gradientes tanto de la fuente como del receptor en ambas direcciones horizontales. En la figura 2 se muestra un CPA3. ?G y ?3 son las distancias entre dos fuentes de adquisición de puntos compuestos adyacentes y dos receptores de adquisición de puntos compuestos adyacentes , respectivamente, dx y dy son las distancias en línea y transversal entre las fuentes o receptores dentro de una adquisición de puntos compuestos. Las distancias internas dentro de un CPR o CPS dx y dy son mucho menores que las ?G ?8.

El flujograma de la figura 3 ilustra el proceso de interpolación de datos que utiliza gradiente de fuentes o de receptores. Los datos de entrada son datos de gradiente y sísmicos recolectados (potencialmente asociados e irregulares, sin orificios) . Los datos de salida son el campo de ondas interpolado, es decir, datos regulares y sin asociar. Esto se aplica tanto en el dominio de la fuente como del receptor. La entrada y las salidas son convergencias de trazas sísmicas de disparo común o convergencias de trazas sísmicas de receptor común para la interpolación del lado del receptor y del lado de la fuente, respectivamente. Los datos pueden ser datos de geófonos convencionales, datos de sensor de varios componentes o datos de sensor nuevo .

El flujograma en la figura 4 muestra el proceso de interpolación de datos que utiliza los gradientes de la fuente y del receptor donde los datos de entrada se adquieren utilizando adquisición de puntos compuestos, algunos de los cuales se ilustran en la figura 1. En este método, como se muestra en la figura 4, primero se calculan los gradientes de la fuente y del receptor. Luego, se interpola el campo de ondas utilizando el gradiente de la fuente. Después, el campo de ondas interpolado se interpola adicionalmente utilizando el campo de ondas del receptor. Se observa que el lado del receptor también se puede interpolar antes que el lado de la fuente. El resultado final son los datos completos, interpolados, regularizados.

La figura 5 ilustra lo que se puede lograr aprovechando los datos de gradientes adicionales . La geometría de adquisición puede ser más escasa y sin comprometer la calidad de los datos. Se puede reconstruir grandes orificios en la geometría. Esto se aplica tanto para el lado de la fuente como para el lado del receptor.

Se observa que el uso del gradiente del campo de ondas no tiene que ser utilizado en toda la prospección. Solamente en algunas áreas donde la adquisición por muestreo de Nyquist convencional es difícil, costosa o imposible, se puede estimar el gradiente. Además, en algunos casos, es posible que no sea necesario tener disparos y/o receptores adicionales para estimar los gradientes.

La figura 5a muestra una prospección convencional sin gradientes medidos. La adquisición puede ser irregular y contener orificios debido a las zonas de obtención (en azul) . Cada punto representa un punto de adquisición (ya sea fuente o receptor) . El resultado de la prospección tendrá orificios de datos donde no se adquieren datos .

La figura 5b muestra una prospección más escasa sin gradiente adicional adquirido (fuentes y/o receptores) . Los puntos (que se muestran con puntos rojos) en esta figura 5b representan puntos de adquisición (fuente o receptor) donde se miden el campo de ondas y su derivada espacial . Esta prospección puede ser más escasa que la de (a) (potencialmente dos veces más escasa) , por lo tanto, produce una reducción de esfuerzo de campo y planificación significativa.

La figura 5c muestra una prospección que se puede reconstruir de 5b aprovechando los gradientes adicionales utilizando uno de los métodos de interpolación y regularización descritos anteriormente. Esto se aplica tanto para puntos de receptores como puntos de fuentes . La gran obstrucción no se podría haber reconstruido sin los gradientes.

La figura 6 muestra ejemplos adicionales donde se modifican prospecciones en regiones de obstrucciones, para permitir la interpolación de los datos a posiciones de fuentes/receptores deseadas. En lugar de agregar disparos (o receptores) para la estimación de gradientes, se ajusta la geometría para obtener los gradientes en posiciones deseadas. Se observa que donde la obstrucción es grande, tres o más líneas se pueden mover para que queden cerca, y se pueden utilizar gradientes de orden superior para interpolar a través de grandes distancias.

La figura 6a muestra una posible vía para superar un obstrucción durante una adquisición sísmica terrestre. La línea de fuente o receptor deseada (línea gris discontinua punteada) intersecta una obstrucción. Esta puede ser una característica topográfica (p. ej . , una duna de arena) , infraestructura cercana a la superficie o un área no permitida. La línea de fuente o receptor real se desvía de la deseada (línea negra punteada) . Habrá un orificio de datos en el área donde reside la obstrucción.

La figura 6b muestra otra prospección que utiliza un método descrito anteriormente . En lugar de desviar simplemente las líneas alrededor de la obstrucción, la parte desviada (línea negra sólida) de la línea se puede junto a la línea afectada más cercana (líneas negras sólidas por encima y por debajo de la obstrucción) , lo que permite que se calcule un gradiente transversal. Este gradiente se puede utilizar para interpolar las fuentes/receptores a la posición deseada dentro de la obstrucción.

Las figuras 6c y 6d muestran otra situación. En la figura 6c, las área grises sólidas representan una parte inaccesible del área de prospección. Por ejemplo, esto puede ser debido a un campo de minas o vegetación. En donde es posible, se limpia un área (espacios en blanco) permitiendo que se disparen las líneas sísmicas .

En lugar de crear una compensación para cada línea de fuente y receptor deseada como en la figura 6c, se pueden limpiar las otras líneas de fuente y receptor. Dos líneas muy cercanas se encuentran en cada compensación (líneas negras sólidas) , lo que permite la interpolación a la línea deseada en el área sin limpiar (línea gris punteada) .

La figura 7 ilustra la geometría de adquisición y los puntos de extrapolación para una línea quebrada. Las fuentes están indicadas por las estrellas rellenas, los receptores están indicados por los cuadrados rellenos. Los símbolos abiertos representan las ubicaciones a las cuales son extrapolados los datos. Por lo que los datos resultantes son solo una línea recta, en lugar de la línea quebrada real.

Pese a que sólo pocos ejemplos de modalidades se describen en detalle anteriormente, los expertos en la técnica comprenderán fácilmente que es posible realizar muchas modificaciones a las modalidades de ejemplo sin apartarse sustancialmente de la presente invención . Por consiguiente , se pretende que todas dichas modificaciones estén incluidas dentro del alcance de la presente descripción tal como se define en las siguientes reivindicaciones . En las reivindicaciones, se pretende que las cláusulas de medios más funciones incluyan las estructuras descritas en la presente que cumplan la función descrita y no solo equivalentes estructurales sino también estructuras equivalentes. Por lo tanto, aunque un clavo y un tornillo pueden no ser equivalentes estructurales en el hecho de que un clavo emplea una superficie cilindrica para fijar piezas de madera, mientras que un tornillo emplea una superficie helicoidal, en el ambiente de fijar piezas de madera, un clavo y un tornillo pueden ser estructuras equivalentes. La intención expresa del solicitante es no recurrir al artículo 112, párrafo 6 del título 35 del Código de los Estados Unidos para cualquier limitación de cualquiera de las reivindicaciones de la presente, excepto aquellas donde la reivindicación usa expresamente la expresión "se refiere a" junto con una función relacionada.

Cláusulas numeradas relacionadas con características opcionales adicionales de algunas modalidades de la invención 1. Un método para prospecciones sísmicas terrestres que incluye gradientes de campo de ondas, el cual método comprende: desplegar fuentes en una fuente de punto compuesto (CPS) ,- desplegar receptores en un receptor de punto compuesto (CPR) ; y activar fuentes y registrar datos sísmicos en los receptores . 2. El método como en la cláusula 1 que además comprende: obtener gradientes del lado del receptor; o obtener gradientes del lado de la fuente. 3. El método como en la cláusula 2 caracterizado por que la obtención de gradientes del lado del receptor u la obtención de gradientes del lado de la fuente se realiza durante la adquisición de datos en el campo. 4. El método como en la cláusula 2 caracterizado por que la obtención de gradientes del lado del receptor u la obtención de gradientes del lado de la fuente se realiza durante el procesamiento de datos. 5. El método como en la cláusula 2 que además comprende: interpolar o regularizar o extrapolar datos sísmicos registrados. 6. El método como en la cláusula 1 caracterizado por que los datos sísmicos registrados comprenden uno o más del grupo de presión, desplazamiento de partículas en línea, dirección transversal o vertical o sus derivados en el tiempo; movimiento de rotación de partículas en línea, dirección transversal o vertical o sus derivados en el tiempo . 7. El método como en la cláusula 1 caracterizado por que la distancia entre las fuentes de puntos compuestos adyacentes es superior a la distancia de Nyquist ; o caracterizado por que la distancia entre los receptores de puntos compuestos adyacentes es superior a la distancia de Nyquist; o 8. Un sistema para prospección sísmica terrestre que incluye gradientes de campo de ondas, el cual sistema comprende: múltiples fuentes; múltiples receptores; al menos una grabadora; en donde múltiples fuentes forman fuentes de puntos compuestos (CPS) cuando se despliegan; en donde múltiples receptores forman receptores de puntos compuestos (CPR) cuando se despliegan en donde cuando se activan las fuentes, la grabadora registra datos sísmicos de los receptores.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Un método para prospecciones sísmicas terrestres que comprende : desplegar fuentes de punto compuesto en puntos de fuentes separadas respectivos; cada fuente de punto compuesto comprende múltiples fuentes separadas y el espacio entre las fuentes en cada punto de fuentes compuestas permite que se calculen los derivados espaciales del lado de las fuentes de un campo de ondas sísmicas; desplegar receptores en puntos de receptores separados respectivos; activar las fuentes para producir el campo de ondas sísmicas; y registrar los datos sísmicos correspondientes medidos por los receptores.

2. El método de la reivindicación 1 caracterizado por que el espacio entre los puntos de las fuentes es al menos tres veces el espacio entre las fuentes en cada fuente de punto compuesto.

3. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el espacio entre las fuentes en cada fuente de punto compuesto es inferior a un tercio de la longitud de onda del campo de ondas sísmicas.

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende calcular los derivados espaciales del lado de la fuente.

5. El método de la reivindicación 4 que además comprende interpolar, regularizar o extrapolar los datos sísmicos registrados utilizando los derivados espaciales del lado de la fuente .

6. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que: el despliegue de los receptores se realiza: desplegado receptores de punto compuesto en los puntos de receptores separados respectivos; cada receptor de punto compuesto comprende múltiples receptores separados y el espacio entre los receptores en cada receptor de punto compuesto permite que se calculen los derivados espaciales del lado de los receptores del campo de ondas sísmicas .

7. Un método para prospecciones sísmicas terrestres que comprende: desplegar fuentes en puntos de fuentes separadas respectivos ; desplegar receptores de punto compuesto en puntos de receptores separados respectivos; cada receptor de punto compuesto comprende múltiples receptores separados y el espacio entre los receptores en cada receptor de punto compuesto permite que se calculen los derivados espaciales del lado de los receptores de un campo de ondas sísmicas; activar las fuentes para producir el campo de ondas sísmicas; y registrar los datos sísmicos correspondientes medidos por los receptores .

8. El método de la reivindicación 6 o 7 caracterizado por que el espacio entre los puntos de los receptores es al menos tres veces el espacio entre los receptores en cada receptor de punto compuesto .

9. El método de cualquiera de las reivindicaciones de 6 a 8 caracterizado por que el espacio entre los receptores en cada receptor de punto compuesto es inferior a un tercio de la longitud de onda del campo de ondas sísmicas.

10. El método de cualquiera de las reivindicaciones de 6 a 9 que además comprende calcular los derivados espaciales del lado del receptor.

11. El método de la reivindicación 10 que además comprende interpolar, regularizar o extrapolar los datos sísmicos registrados utilizando los derivados espaciales del lado del receptor .

12. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el espacio entre los puntos de las fuentes es superior a la distancia de Nyquist del campo de ondas .

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el espacio entre los puntos de los receptores es superior a la distancia de Nyquist del campo de ondas .

14. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que los datos sísmicos registrados comprenden uno o más seleccionados del grupo que consiste en: presión, desplazamiento de partículas, derivados temporales de desplazamiento de partículas, movimiento de rotación de partículas y los derivados temporales de movimiento de rotación de partículas.

15. Un aparato para prospecciones sísmicas terrestres que comprende : una o más fuentes de punto compuesto desplegables en puntos de fuentes separadas respectivos; cada fuente de punto compuesto comprende múltiples fuentes separadas y el espacio entre las fuentes en cada punto de fuentes compuestas permite que se calculen los derivados espaciales del lado de las fuentes de un campo de ondas sísmicas; uno o más receptores desplegables en puntos de receptores separados respectivos; y una grabadora que, en la producción del campo de ondas sísmicas provocado por la activación de las fuentes, registra datos sísmicos correspondientes medidos por los receptores.

16. El aparato de acuerdo con la reivindicación 15 que además comprende un sistema informático que calcula los derivados espaciales del lado de la fuente.

17. El aparato de la reivindicación 16 caracterizado por que el sistema informático interpola, regulariza o extrapola los datos sísmicos registrados utilizando los derivados espaciales del lado de la fuente.

18. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones de 15 a 17 que comprende: uno o más receptores de punto compuesto desplegables en puntos de receptores separados respectivos; cada receptor de punto compuesto comprende múltiples receptores separados y el espacio entre los receptores en cada receptor de punto compuesto permite que se calculen los derivados espaciales del lado de los receptores de un campo de ondas sísmicas.

19. Un aparato para prospecciones sísmicas terrestres que comprende: una o más fuentes desplegables en puntos de fuentes separadas respectivos; uno o más receptores de punto compuesto desplegables en puntos de receptores separados respectivos; cada receptor de punto compuesto comprende múltiples receptores separados y el espacio entre los receptores en cada receptor de punto compuesto permite que se calculen los derivados espaciales del lado de los receptores de un campo de ondas sísmicas; y una grabadora que, en la producción del campo de ondas sísmicas provocado por la activación de las fuentes, registra datos sísmicos correspondientes medidos por los receptores.

20. El aparato de la reivindicación 18 o 19 que además comprende un sistema informático que calcula los derivados espaciales del lado de la fuente.

21. El aparato de la reivindicación 20 caracterizado por que el sistema informático interpola, regulariza o extrapola los datos sísmicos registrados utilizando los derivados espaciales del lado del receptor.