En sismología , la selección de la primera ruptura es la detección o selección de las llegadas de inicio de señales refractadas de todas las señales recibidas por las matrices de receptores y producidas por una generación de señal de fuente particular. También se denomina selección de primera llegada o detección de primera ruptura. El picking en la primera pausa se puede realizar de forma automática, manual o como una combinación de ambos. Con el desarrollo de la informática y el tamaño de los levantamientos sísmicos, a menudo se prefiere la selección automática. [1]
Significado
Las selecciones de la primera ruptura asociadas con los tiempos de llegada refractados se utilizan en un esquema de inversión para estudiar la zona de baja velocidad cercana a la superficie y la posterior determinación de las correcciones estáticas. La corrección estática es una corrección aplicada a datos geofísicos, especialmente datos sísmicos, para compensar el efecto de irregularidades cercanas a la superficie, diferencias en la elevación de disparos y geófonos , o cualquier aplicación para corregir las posiciones de la fuente y los receptores.
Historia de la selección de la primera pausa
Gelchinsky y Shtivelman [2] (1983) utilizaron propiedades de correlación de señales y aplicaron un criterio estadístico para la estimación del tiempo de las primeras llegadas.
Coppens [3] (1985) calculó la relación de energía del sismograma de las dos ventanas y la utilizó para diferenciar la señal y el ruido.
Michael D. McCormark y col. [4] (1993) introdujo un método de red neuronal de retropropagación (BNN). La red neuronal que edita datos sísmicos o selecciona los primeros descansos fue entrenada por usuarios, que solo seleccionaban y presentaban a la red ejemplos de ediciones de trazas o selecciones de refracción. Luego, la red cambia los pesos internos de manera iterativa hasta que pueda reproducir los ejemplos proporcionados con precisión por los usuarios.
Fabio Boschetti y col. [5] (1996) introducen un algoritmo basado en fractales , que detecta la presencia de una señal analizando la variación en la dimensión fractal a lo largo de la traza. Este método funciona cuando la relación señal-ruido es pequeña, pero considerablemente lenta.
Joseph et al. [6] (1999) que se desarrolló para su uso en señales de bajo ruido y alta resolución temporal adquiridas en el laboratorio. En este método, el mayor valor del coeficiente de correlación de Pearson entre segmentos de formas de onda observadas cerca del inicio del pulso y en una referencia apropiada sirve como criterio de determinación del tiempo.
Zuolin Chen y col. [7] (2005) introdujo un algoritmo de ventanas múltiples para detectar la primera ruptura. En este método, se utilizaron tres ventanas móviles y es necesario calcular los promedios de amplitudes absolutas en cada ventana, luego las relaciones basadas en los promedios de las ventanas proporcionan estándares para diferenciar las señales del ruido no deseado.
Wong y col. [8] (2009) introdujo el método de relación STA / LTA. Este método es similar al algoritmo de Coppens [3] . La diferencia es hacer la relación de dos promedios de energía entre una ventana de corto plazo y una ventana de largo plazo, que se denota como STA / LTA (promedio de corto plazo / promedio de largo plazo), en lugar de calcular la relación de energía del sismograma de las dos ventanas en el algoritmo de Coppens.
Métodos de selección automática de la primera pausa
Método de relación STA / LTA [8]
Este método es similar al algoritmo de Coppens (1985). La diferencia es hacer la relación de dos promedios de energía entre una ventana de corto plazo y una ventana de largo plazo, que se denota como STA / LTA (promedio de corto plazo / promedio de largo plazo), en lugar de calcular la relación de energía del sismograma de las dos ventanas en el algoritmo de Coppens. La derivada numérica de la relación se puede definir como,
donde r i + 1 es la relación STA / LTA en el índice de tiempo i + 1 , y r i es la relación STA / LTA en el índice de tiempo i . Para los sismogramas sin ruido, el valor máximo de la derivada numérica de la relación STA / LTA está cerca del momento de la primera llegada.
Wong y col. (2009) modificaron el algoritmo del método de la relación de energía, donde denominaron el método como relación de energía modificada. En este método, definen la relación de energía como,
donde x i es la serie de tiempos que representa un sismograma con el índice de tiempo i = 1, 2 ... N. y el número de puntos en una ventana de energía es ne . Entonces, la relación de energía modificada se define como
El pico de la relación de energía modificada er3i está muy cerca del momento de las primeras llegadas en los sismogramas sin ruido.
Método de ventanas múltiples [7]
Este método necesita calcular los promedios de amplitudes absolutas de una traza sísmica mediante el uso de tres ventanas de tiempo en movimiento antes y después de cada punto de tiempo (muestra).
Cuando la amplitud absoluta instantánea excede un umbral ajustado automáticamente, las relaciones basadas en los promedios de las ventanas sobre muestras de tiempo anteriores proporcionan estándares para diferenciar las señales del ruido no deseado.
El selector de fase P automático de múltiples ventanas opera en el dominio del tiempo. Incluye procedimientos para definir: ventanas de tiempo, estándares, umbrales correspondientes y corrección de forma de onda .
1. Los promedios de amplitudes absolutas dentro de las ventanas BTA (Promedio antes del término), ATA (Promedio después del término) y DTA (Promedio tardío) se definen respectivamente de la siguiente manera:
Los estándares R 2 (t) y R 3 (t) se utilizan para la discriminación de ruido de alta amplitud de corta y larga duración.
2.Los umbrales se definen como
donde E m es la media y E sd es la desviación estándar ; p es el número de muestras desplazadas; α es el coeficiente para ajustar la altura del primer umbral y se toma como 3. De esta ecuación es obvio que H 1 (t) se ajusta automáticamente con la varianza del ruido de fondo.
3. H 1 (t) se define mayor que la mayoría de los niveles de ruido preexistentes, y la amplitud absoluta instantánea en el punto de tiempo de activación es mayor que H 1 (t) , de acuerdo con la configuración de la primera llegada de un evento el real El tiempo de inicio debe ser anterior al momento de activación. Se debe utilizar una corrección de la forma de onda para compensar este tiempo de inicio tardío. Para una primera llegada impulsiva, la altura de la amplitud absoluta y el gradiente representativo en el punto de activación se pueden utilizar para realizar la corrección.
Código disponible
Potash SU es un paquete que incluye códigos sísmicos de estilo Unix desarrollado por Balazs Nemeth, proporciona una subrutina llamada primer selector de ruptura simple basado en ventana, la figura muestra las imágenes sísmicas antes y después de la aplicación de la subrutina.
Tendencia futura del tema
Métodos de selección: la selección automática de la primera ruptura ha jugado un papel importante en el procesamiento de datos sísmicos e influye directamente en la calidad de las secciones sísmicas. Debido al aumento del tamaño del levantamiento sísmico , se necesitan métodos de selección de primera ruptura más eficientes y rápidos, prefiriéndose los métodos paralelos.
Aplicación de la detección de la primera ruptura: Tradicionalmente, el geofísico utiliza las primeras rupturas para la corrección estática. La primera señal de interrupción también se puede utilizar como datos de observación para la comparación del historial.
Notas
- ^ Oz, Yilmaz, (2000). Análisis de datos sísmicos: procesamiento, inversión e interpretación de datos sísmicos. Volumen I: Sociedad de Geofísicos de Exploración.
- ^ Gelchinsky B. y Shtivelman V., (1983). Picking automático de primeras llegadas y parametrización de curvas de tiempo de viaje. Prospección geofísica, 31, 915-928.
- ↑ a b Coppens F., (1985). Selección de primera llegada en colecciones de trazas de compensación común para la estimación automática de correcciones estáticas. Prospección geofísica, 33, 1212-1231.
- ^ Michael D. McCormack y col., (1993). Selección de eventos de refracción de primera ruptura y edición de trazas de datos sísmicos mediante redes neuronales. Geofísica, Vol.58, No.1, p. 67-78.
- ^ Fabio Boschetti, Mike D. Dentith y Ron D. List, (1996). Un algoritmo basado en fractales para detectar las primeras llegadas en trazas sísmicas. Geofísica, Vol. 61, No 4, P. 1095-1102.
- ^ Joseph B. Molyneux y Douglas R. Schmitt, (1999). Momento de la primera pausa: tiempos de inicio de llegada por correlación directa. Geofísica, Vol.64, No.5, P. 1492-1501.
- ↑ a b Zuolin Chen y Robert Stewart, (2005). Algoritmo de ventanas múltiples para detectar primeras llegadas sísmicas. [1]
- ↑ a b Wong J., Han L., Bancroft JC, Stewart RR, (2009). Selección de tiempo automática de las primeras llegadas en datos microsísmicos ruidosos. [2]