En geofísica y sismología de reflexión , amplitud versus desplazamiento (AVO) o variación de amplitud con desplazamiento es el término general para referirse a la dependencia del atributo sísmico , amplitud , con la distancia entre la fuente y el receptor (el desplazamiento). El análisis AVO es una técnica que los geofísicos pueden ejecutar en datos sísmicos para determinar el contenido de fluido , porosidad , densidad o velocidad sísmica de una roca , información de ondas de corte, indicadores de fluido (indicaciones de hidrocarburos). [1]
El fenómeno se basa en la relación entre el coeficiente de reflexión y el ángulo de incidencia y se ha comprendido desde principios del siglo XX cuando Karl Zoeppritz escribió las ecuaciones de Zoeppritz . Debido a su origen físico, AVO también se puede conocer como amplitud versus ángulo (AVA), pero AVO es el término más comúnmente utilizado porque el desplazamiento es lo que un geofísico puede variar para cambiar el ángulo de incidencia. (Ver diagrama)
Antecedentes y teoría
Para una onda sísmica que se refleja en una interfaz entre dos medios con incidencia normal , la expresión del coeficiente de reflexión es relativamente simple:
- ,
dónde y son las impedancias acústicas del primer y segundo medio, respectivamente.
La situación se vuelve mucho más complicada en el caso de incidencia no normal, debido a la conversión de modo entre las ondas P y las ondas S , y es descrito por las ecuaciones Zoeppritz.
Ecuaciones de Zoeppritz
En 1919, Karl Bernhard Zoeppritz derivó cuatro ecuaciones que determinan las amplitudes de las ondas reflejadas y refractadas en una interfaz plana para una onda P incidente en función del ángulo de incidencia y seis parámetros elásticos independientes. [2] Estas ecuaciones tienen 4 incógnitas y pueden resolverse, pero no dan una comprensión intuitiva de cómo varían las amplitudes de reflexión con las propiedades de la roca involucradas. [3]
Richards y Frasier (1976), Aki y Richards (1980)
P. Richards y C. Frasier [4] ampliaron los términos para los coeficientes de reflexión y transmisión para una onda P incidente sobre una interfaz sólido-sólido y simplificaron el resultado asumiendo solo pequeños cambios en las propiedades elásticas a través de la interfaz. Por lo tanto, los cuadrados y los productos diferenciales son lo suficientemente pequeños como para tender a cero y eliminarse. Esta forma de las ecuaciones permite ver los efectos de la densidad y las variaciones de velocidad de las ondas P o S en las amplitudes de reflexión. Esta aproximación se popularizó en el libro de 1980 Sismología cuantitativa de K. Aki y P. Richards y desde entonces se la conoce comúnmente como la aproximación de Aki y Richards. [5]
Ostrander (1980)
Ostrander fue el primero en introducir una aplicación práctica del efecto AVO, mostrando que una arena de gas debajo de una lutita exhibía una variación de amplitud con el desplazamiento. [6]
Shuey (1985)
Shuey modificó aún más las ecuaciones asumiendo, como había hecho Ostrander, que la relación de Poisson era la propiedad elástica más directamente relacionada con la dependencia angular del coeficiente de reflexión. [3] Esto da la ecuación de Shuey de 3 términos: [7]
dónde
y
- ;
dónde = ángulo de incidencia; = Velocidad de la onda P en el medio; = Contraste de velocidad de onda P a través de la interfaz; = Velocidad de la onda S en el medio; = Contraste de velocidad de onda S a través de la interfaz; = densidad en medio; = contraste de densidad a través de la interfaz;
En la ecuación de Shuey, R (0) es el coeficiente de reflexión a incidencia normal y está controlado por el contraste en impedancias acústicas. G, a menudo denominado gradiente AVO, describe la variación de amplitudes de reflexión en desplazamientos intermedios y el tercer término, F, describe el comportamiento en ángulos grandes / desplazamientos lejanos cercanos al ángulo crítico. Esta ecuación se puede simplificar aún más asumiendo que el ángulo de incidencia es menor de 30 grados (es decir, el desplazamiento es relativamente pequeño), por lo que el tercer término tenderá a cero. Este es el caso en la mayoría de los levantamientos sísmicos y da la "Aproximación de Shuey":
Este fue el desarrollo final necesario antes de que el análisis AVO pudiera convertirse en una herramienta comercial para la industria petrolera. [7]
Usar
Los levantamientos modernos de reflexión sísmica están diseñados y adquiridos de tal manera que el mismo punto en el subsuelo se muestrea varias veces, y cada muestra tiene una fuente y una ubicación de receptor diferentes. Luego, los datos sísmicos se procesan cuidadosamente para preservar las amplitudes sísmicas y determinar con precisión las coordenadas espaciales de cada muestra. Esto permite a un geofísico construir un grupo de trazas con un rango de compensaciones que muestrean la misma ubicación del subsuelo para realizar un análisis AVO. Esto se conoce como Common Midpoint Gather [8] (un punto medio es el área del subsuelo donde se refleja una onda sísmica antes de regresar al receptor) y en un flujo de trabajo típico de procesamiento de reflexión sísmica, la amplitud promedio se calcularía a lo largo del tiempo muestra, en un proceso conocido como "apilamiento". Este proceso reduce significativamente el ruido aleatorio pero pierde toda la información que podría usarse para el análisis AVO. [9]
Diagramas cruzados de AVO
Se construye una recopilación de CMP, las trazas se condicionan para que hagan referencia al mismo tiempo de viaje bidireccional, se clasifican en orden de desplazamiento creciente y se extrae la amplitud de cada traza en un horizonte de tiempo específico. Recordando la Aproximación de Shuey de 2 términos, la amplitud de cada trazo se traza contra sen ^ 2 de su desplazamiento y la relación se vuelve lineal, como se ve en el diagrama. Usando la regresión lineal, ahora se puede calcular una línea de mejor ajuste que describe cómo varía la amplitud de reflexión con el desplazamiento usando solo 2 parámetros: la intersección, P, y el gradiente, G.
Según la aproximación de Shuey, la intersección P corresponde a R (0), la amplitud de reflexión en el desplazamiento cero y el gradiente G describe el comportamiento en el desplazamiento no normal, un valor conocido como gradiente AVO. Graficar P (o R (0)) contra G para cada muestra de tiempo en cada recopilación de CMP produce una gráfica cruzada AVO y se puede interpretar de varias maneras.
Interpretación
Una anomalía AVO se expresa más comúnmente como AVO creciente (ascendente) en una sección sedimentaria, a menudo donde el depósito de hidrocarburos es "más suave" ( impedancia acústica más baja ) que las lutitas circundantes. Normalmente, la amplitud disminuye (cae) con el desplazamiento debido a la dispersión geométrica, la atenuación y otros factores. Una anomalía AVO también puede incluir ejemplos en los que la amplitud con desplazamiento cae a una tasa menor que los eventos reflectantes circundantes.
Aplicaciones en la industria del petróleo y el gas
La aplicación más importante de AVO es la detección de yacimientos de hidrocarburos. El aumento de AVO generalmente está presente en sedimentos que contienen petróleo con al menos un 10% de saturación de gas, pero es especialmente pronunciado en sedimentos porosos que contienen gas de baja densidad con poco o ningún petróleo. Ejemplos particularmente importantes son los que se observan en las arenas gaseosas del Terciario Medio de los condados costeros del sudeste de Texas, arenas turbidíticas como los sedimentos deltaicos del Terciario Tardío en el Golfo de México (especialmente durante las décadas de 1980 y 1990), África Occidental y otros deltas importantes alrededor el mundo. La mayoría de las empresas importantes utilizan AVO de forma rutinaria como herramienta para "eliminar el riesgo" de los objetivos de exploración y para definir mejor la extensión y la composición de los yacimientos de hidrocarburos existentes.
AVO no es a prueba de fallas
Una advertencia importante es que la existencia de amplitudes anormalmente ascendentes o descendentes a veces puede deberse a otros factores, como litologías alternativas e hidrocarburos residuales en una columna de gas rota. No todos los campos de petróleo y gas están asociados con una anomalía AVO obvia (por ejemplo, la mayor parte del petróleo encontrado en el Golfo de México en la última década), y el análisis AVO no es de ninguna manera una panacea para la exploración de gas y petróleo .
Referencias
- ^ http://www.glossary.oilfield.slb.com/Display.cfm?Term=amplitude%20variation%20with%20offset Glosario de campos petrolíferos de Schlumberger
- ^ Sheriff, RE, Geldart, LP, (1995), segunda edición. Sismología de exploración. Prensa de la Universidad de Cambridge.
- ^ a b Shuey, RT [1985] Una simplificación de las ecuaciones de Zoeppritz. Geofísica, 50: 609–614
- ^ Richards, PG y Frasier, CW, 1976, Dispersión de onda elástica por inhomogeneidades dependientes de la profundidad: Geophysics, 41, 441–458
- ^ Aki, K. y Richards, PG, 1980, Sismología cuantitativa: teoría y métodos, v.1: WH Freeman and Co.
- ^ Ostrander, WJ, 1984, Coeficientes de reflexión de ondas planas para arenas de gas en ángulos de incidencia no normales: Geofísica, 49, 1637-1648.
- ↑ a b Avseth, P, T Mukerji y G Mavko (2005). Interpretación sísmica cuantitativa. Cambridge University Press, Cambridge, Reino Unido
- ^ http://www.glossary.oilfield.slb.com/Display.cfm?Term=CMP Glosario de campos petrolíferos de Schlumberger
- ^ Young, R. & LoPiccolo, R. 2005. Análisis de AVO desmitificado. E&P. https://e-seis.com/wp-content/uploads/2014/11/AVO-Analysis-Demystified.pdf
enlaces externos
- http://sepwww.stanford.edu/public/docs/sep73/carlos2/paper_html/node5.html