Interpretazione sismica

Sismica a riflessione e rifrazione

Le onde vengono generate artificialmente per mezzo di una sorgente controllata e si propagano nel sottosuolo; alcune onde tornano in superficie dopo essere state riflesse o rifratte dalle superfici di discontinuità nel sottosuolo. Ricevitori distribuiti lungo la superficie rilevano il movimento del suolo al passaggio delle onde e misurano i tempi di arrivo dell’onda a distanze diverse dalla sorgente.

Step principali

Abbiamo 3 step:

• Acquisizione.
• Processing.
• Interpretazione.

1. Acquisizione

Il sistema di acquisizione consiste di tre componenti principali:

• Una sorgente sismica adatta che generi l’impulso.
• Un dispositivo ricevitore e trasmissione che rilevi il passaggio delle onde.
• Una strumentazione di registrazione, sismografo.

Affinché l’interpretazione dei dati risulti più veritiera possibile bisogna posizionare le sorgenti al fine di ottenere:

• Seismic grid, reticolato sismico, composto da linee in direzione ortogonale, linee dip, e in direzione parallela, linee strike, agli assi strutturali, definizione in 3D. Affinché il dato sia ottimale dovremmo avere linee il più possibile rettilinee ed evitare situazioni geomorfologiche e/o ambientali che degradino il rapporto S/N o creino buchi di copertura.

• A. Rilevamenti riconoscitivi: linee molto lunghe a maglie molto distanziate per acquisire una conoscenza di base.
• B. Di semi dettaglio: si eseguono linee intercalate alle precedenti generando una maglia larga 2/3 km in modo da definire i modelli geologici.
• C. Di dettaglio: linee corte con maglie distanziate centinaia di metri per definire con specificità elementi geologici presenti nel sottosuolo.

1.1 1.2 Parametri di acquisizione

Sorgente. Una sorgente sismica provoca un improvviso rilascio di energia che porta a un rapido stress del mezzo circostante. La sorgente sismica ideale dovrebbe:

• Generare un impulso il più possibile simile a uno spike.
• Avere energia sufficiente in un ampio range di frequenze.
• La forma d’onda, signature, della sorgente deve essere riproducibile/ripetibile.
• Essere sicura, efficiente e sostenibile da un punto di vista ambientale.

Ricevitore. I geofoni / idrofoni sono trasduttori che convertono il movimento del terreno in un segnale elettrico, la cui ampiezza può essere proporzionale a:

• Ampiezza del movimento del terreno.
• Velocità del movimento.
• Accelerazione al passaggio dell’onda.
• F(0) e fattore di smorzamento, 10 Hz fo per prospezione petrolifere, 60-100 Hz per alta risoluzione.

Ricevitori terrestri: i geofoni sono solitamente posizionati in spread, stendimento: sono fissati a terra in gruppi di 12/24 e collegati tramite un cavo elettrico in serie e parallelo.

• Group interval: distanza tra i vari gruppi.
• Offset: distanza dal punto di tiro, shot, e ciascun gruppo.
• Near trace offset: è la distanza scoppio-ricevitore più vicino.
• Far trace offset: è la distanza scoppio-ricevitore più lontana.

Ricevitori marini: gli idrofoni e i cavi di trasmissione sono solitamente posizionati in un unico tubo, lo streamer: lungo svariati km che utilizza una banda di 20-300 Hz, che viene trascinato dalla nave cercando di mantenere la stessa profondità durante tutta l’acquisizione.

Campionamento: è la registrazione del segnale fatto a intervalli fissi in modo da avere un valore istantaneo e puntuale in ogni punto di campionamento. Successivamente il segnale, per essere elaborato da analogico, dovrà essere convertito in digitale, segnale discretizzato.

Passo di campionamento: vedi sismologia, 1.4 ms, 0.5 ms per HR. Scegliere la giusta frequenza di campionamento è fondamentale per riprodurre in modo affidabile il dato osservato evitando così errori di aliasing ovvero la riproduzione di un segnale che nella realtà non esiste. Per questo bisogna campionare almeno alla frequenza di Nyquist = 1/2 passo.

Lunghezza del tempo di ascolto.

Sismica a riflessione e rifrazione

La sismica a riflessione analizza i tempi che intercorrono tra l'istante di generazione di un impulso elastico e l'istante di ricezione in superficie, dopo una o più riflessioni da parte di altrettante superfici riflettenti. Tale metodologia sfrutta le proprietà elastiche del terreno: ogni superficie che marca un passaggio litologico, sia essa di carattere stratigrafico o tettonico, rappresenta una discontinuità in grado di riflettere parte dell'energia sismica indotta nel sottosuolo.

I raggi sismici generati dalla sorgente (S), si rifletteranno sulle interfacce che separano i diversi corpi presenti nel sottosuolo, caratterizzati da differenti litologie, differenti proprietà fisiche, etc.; i segnali riflessi, registrati in superficie da appositi ricevitori, geofoni o idrofoni, a seconda che si stia conducendo un’indagine delle aree emerse o di quelle sommerse, ed opportunamente elaborati, permetteranno di produrre delle sezioni sismiche in grado di mettere in evidenza l'esistenza di orizzonti caratterizzati da diversa impedenza acustica, di determinarne la profondità, di studiarne la geometria e di trarre elementi di giudizio sulle caratteristiche strutturali dell'area indagata.

La rifrazione e la riflessione dell'energia elastica sono fenomeni che si verificano quando un pacchetto d'onde sismiche incontra una superficie di discontinuità, stratigrafica, tettonica o, nell'ambito dello stesso litotipo, per variazioni di compattazione, fratturazione, ecc., tra due mezzi diversi. Le indagini di sismica a rifrazione e/o riflessione consentono di definire lungo un profilo indagato, tramite la velocità di propagazione delle onde di compressione e di taglio, le unità litologiche presenti, la loro geometria, spessori e superfici di contatto, ed inoltre consentono di stimare i valori dei moduli elastici dei terreni investigati.

La sismica a rifrazione è un metodo di indagine del sottosuolo che utilizza, come la sismica a riflessione, le onde acustiche prodotte da una sorgente opportunamente tarata, ma che hanno subito un fenomeno di rifrazione lungo le superfici di discontinuità fisica e/o meccanica dei mezzi attraversati. Tale metodologia si basa sull’analisi dei tempi di arrivo delle onde rifratte, first breaks, che, elaborati tramite sistemi talvolta molto complessi, es. algoritmi di inversione tomografica, permetteranno di individuare in profondità strati con caratteristiche meccaniche migliori e di risalire ai moduli elastici dinamici dei terreni investigati.

La prospezione, molto utilizzata soprattutto in campo ingegneristico, prevede uno stendimento di geofoni in superficie, generalmente in numero di 12 o 24, e diversi punti di energizzazione. All'atto di trasmissione dell'impulso elastico al terreno viene avviato un registratore che permette di misurare il tempo impiegato dalla perturbazione sismica indotta nel terreno a percorrere la distanza tra la sorgente e i geofoni, disposti in punti equispaziati lungo il profilo (Fig. 3).

L'elaborazione di opportuni diagrammi spazio-tempo, dromocrone, condurrà alla ricostruzione di un profilo del sottosuolo, in termini di disposizione geometrica e di caratteristiche meccanico-elastiche dei litotipi presenti al di sotto della zona di indagine, in grado di evidenziare le velocità di trasmissione delle onde elastiche per i diversi corpi attraversati. A differenza del profilo sismico a riflessione, quindi, il prodotto finale non sarà una riproduzione, più o meno fedele!, delle geometrie, delle strutture e delle successioni stratigrafiche presenti nel sottosuolo indagato; sebbene conterrà dettagliate informazioni circa i parametri geomeccanici e geotecnici, utili ad es. nella valutazione della risposta sismica di un sito, o nella ricostruzione dei limiti stratigrafici, fornirà informazioni circa la velocità e la profondità delle superfici sismiche, ma la geometria e la disposizione spaziale dei riflettori non sarà di chiara ed immediata interpretazione.

Sismica 2D

La sismica a riflessione può essere eseguita con la metodologia monocanale o multicanale. La differenza fra questi due tipi di indagine risiede nel numero di volte che ogni singolo punto del sottosuolo risulta indagato.

Con la riflessione monocanale, si ottiene la copertura singola che consiste nell’indagare ogni punto una sola volta nel corso del rilievo.

Con la riflessione multicanale si ottengono indagini a copertura multipla, uno stesso punto viene indagato più volte con angoli di incidenza diversi: onde sismiche provenienti dallo stesso punto in profondità hanno seguito diversi percorsi caratterizzati da angoli di incidenza diversi.

La somma delle tracce sismiche relative allo stesso punto in profondità sarà costruttiva solo se sarà fatta una scelta corretta relativamente al valore di velocità media del materiale sovrastante l’interfaccia riflettente. Con questo metodo di indagine, usato principalmente per le prospezioni a mare, permette di ottenere informazioni sui grandi offset e si può lavorare per Common Depth Point: CDP = unisce tutte le tracce prodotte da uno stesso scoppio.

Per le prospezioni a terra si preferisce utilizzare il raggruppamento dei segnali sismici per shot gather.

Sismica 3D

Questo tipo di sismica ha come concetto di base quello di reperire informazioni di densità omogenea nell’intero volume di roccia indagato. Può essere immaginato come l’incastro di più linee sismiche 2D prese lungo strike, cross line, e lungo dip, in line.

Il prodotto di questa sismica è un volume di dati, SEG-Y, dalle quali posso ricavare sezioni 2D in ogni direzione.

Sismica 4D

Consiste nel ripetere ad intervalli regolari una sismica 3D in una zona in cui c’è un sito di petrolio/gas/stoccaggio in attività, la 4° dimensione è quindi il tempo. Questo tipo di sismica è molto importante per monitorare variazioni di pressioni nel reservoir o/e la migrazione.