GNGTS – Atti del 17° Convegno Nazionale – 14.04
M. Beretta
Dipartimento di Elettronica e Informazione - Politecnico di Milano
ASPETTI DELLA MIGRAZIONE IN PROFONDITA’ DI DATI
SISMICI CROSTALI
Sommario. Questo articolo presenta una metodologia di migrazione di sezioni stack
interpretate, basata sul tracciamento di raggi NIP (Normal Incident Point). Questa tecnica si
rivela più accurata rispetto a quelle comunemente utilizzate, basate sul tracciamento di raggi
verticali, che non tengono conto della propagazione corretta dell’onda. L’applicazione a dati
sintetici ha permesso di verificare i limiti e i vantaggi di questo metodo. Esso, può essere
utilizzato anche per accertare la validità della sezione stack interpretata e del modello di
velocità.
Infine, il metodo è stato applicato a dati reali estratti dall’acquisizione CROP04.
ASPECTS OF DEEP MIGRATION OF CRUSTAL SEISMIC DATA
Abstract. This paper presents a migration methodology of interpreted stack sections, based
on NIP (Normal Incident Point) ray tracing. This adds accuracy with respect to the commonly
used techniques which are based on vertical ray tracing, without taking into account correct
wave propagation. The application to synthetic data allows to test the limits and the
advantages of the technique. It can be used also to check the validity of the interpreted stack
section and of the velocity model. Finally, the method is applied to a real data set from
CROP04 acquisition.
INTRODUZIONE
Le indagini crostali occupano un settore di notevole importanza nella
geofisica profonda e, in tale contesto, la migrazione delle sezioni sismiche è
un elemento essenziale per il corretto posizionamento delle interfacce nel
sottosuolo.
Normalmente, le sezioni stack interpretate sono migrate utilizzando raggi
verticali. Questo metodo, tuttavia, non tiene conto dell'effettivo percorso
effettuato dall'onda elastica nella propagazione dalla sorgente al riflettore e,
da quest’ultimo, ai geofoni. Quindi il posizionamento in profondità dei punti
delle interfacce non avviene in modo corretto.
Scopo di questo lavoro è quello di implementare una metodologia di
migrazione che consenta di ovviare a questo inconveniente. E’ stata scelta
una tecnica di migrazione mediante raggi NIP (Normal Incident Point), che
permette di considerare l'effettivo percorso dell'onda elastica.
L'obiettivo è quello di migliorare il risultato finale del processo di
migrazione, cioè ottenere una mappatura più accurata e corretta possibile
degli orizzonti interpretati, che rispetti l’andamento strutturale delle interfacce
e sia, inoltre, di supporto all’interpretatore per la verifica del modello creato.
MIGRAZIONE CON I RAGGI NIP RETTILINEI
Le sezioni stack simulano un profilo sismico ottenuto posizionando
sorgente e ricevitore nello stesso punto. Per tale ragione sono chiamate
anche sezioni a zero offset. Per migrare questo tipo di sezioni occorre, quindi,
simulare la propagazione che avviene tra una sorgente ed un ricevitore posti
nella stessa posizione CDP (Common Depth Point). A tale scopo, l’algoritmo
implementato (Hubral P., Krey H., Interval velocity from seismic reflection time
mesurements, SEG, 1980) prevede l’utilizzo dei raggi NIP, mostrati in figura
(1).
Fig. 1- Raggi NIP.
Le ipotesi che stanno alla base di questo metodo di migrazione sono le
seguenti:
1.
2.
3.
4.
il modello di velocità deve essere composto da strati omogenei;
gli orizzonti tempi non devono presentare discontinuità;
deve essere nota la pendenza in tutti i punti degli orizzonti tempi;
gli orizzonti tempi devono coprire tutto il modello.
Il problema principale, per questo tipo di migrazione, è il calcolo
dell’angolo di partenza dei raggi affinché essi incidano perpendicolarmente
sull’interfaccia che deve essere migrata. Nelle ipotesi riportate sopra, tale
angolo può essere calcolato utilizzando la seguente relazione:
 dt ( x ) v1 
β 0 = arcsin  N
,
 dx 2 
(1)
dove tN(x) è la funzione che descrive l’orizzonte da migrare e ν 1 è la velocità
del primo strato.
.
Fig. 2 - Migrazione con raggi NIP.
Noto l’angolo β 0 è possibile, mediante una tecnica di tipo layer stripping,
determinare la profondità di tutti i riflettori.
Esempio di migrazione
Di seguito viene presentato un esempio di migrazione, effettuato su un
modello sintetico, che permette di evidenziare gli effetti introdotti dall’algoritmo
implementato rispetto ai metodi comunemente utilizzati. Il modello di partenza
delle interfacce e delle velocità è riportato in figura (3), ed è composto da due
interfacce piane inclinate e da un’interfaccia curva. Il passo di campionamento
negli offset degli orizzonti da migrare è pari a 50 m.
Fig. 3 - Interfacce e modello di velocità per la migrazione.
Fig. 4 - Tracciamento dei raggi NIP sul modello di fig. 3.
In figura (4) sono riportati i tracciamenti raggi relativi alla migrazione
delle tre interfacce. Come si può osservare, tutti i raggi che partono dalla
superficie incidono perpendicolarmente sull’interfaccia migrata. Inoltre, i punti
migrati sono spostati rispetto alla verticale al punto di partenza del raggio,
cosa che non avviene nella migrazione con i raggi verticali (figura 5).
Fig. 5 - Migrazione con raggi NIP e con raggi verticali: confronto.
Nella figura (5) si può notare che vi è una sensibile differenza tra le due
sezioni migrate, soprattutto per l’interfaccia curva. Questo va ad incidere
principalmente sulla forma dell’interfaccia e, di conseguenza, sul volume di
sottosuolo racchiuso tra i due orizzonti, che risulta essere maggiore nel caso
di interfaccia migrata con raggi NIP. L’utilizzo di raggi verticali infatti non
corrisponde alla corretta propagazione del campo d’onda ed introduce errori
non trascurabili nella sezione migrata, sia dal punto di vista del
posizionamento che della forma degli orizzonti.
ASPETTI IMPLEMENTATIVI
La migrazione su esempi sintetici ha permesso di evidenziare due
aspetti particolari: primo, i limiti imposti dalla relazione che fornisce l’angolo di
partenza dei raggi; secondo, la possibilità di verificare la correttezza degli
orizzonti tempi interpretati e del modello di velocità.
Per quanto riguarda il primo aspetto, dalla relazione (1) si ottiene:
 dt ( x ) v1 
sin ( β 0 ) =  N
,
 dx 2 
(2)
da cui
Si può notare come il vincolo sul valore di sin(β 0) imponga dei vincoli al
valore della pendenza dell’interfaccia, nel caso si consideri corretta la velocità
dello strato (riquadro a sinistra). Oppure, considerando corretta la pendenza
dell’interfaccia, si avrebbero delle limitazioni alla velocità dello strato (riquadro
a destra).
Il secondo aspetto può essere illustrato mediante un esempio. In figura
(6) sono riportati la sezione stack ed il modello di velocità. Si vuole mostrare
come, in presenza di orizzonti che emergono in superficie e con una elevata
velocità dello strato, si riscontrerebbero anomalie nell’interfaccia migrata.
Fig. 6 - Modello di velocità ed interfacce.
In figura (7) è stato riportato il risultato della migrazione della prima
interfaccia del modello di fig. (6). Si può notare come il punto di emersione
dell’orizzonte sia spostato rispetto a quello della sezione tempi. Tale
inconveniente può essere dovuto o alla velocità troppo elevata dello strato o
ad un errore nella valutazione del punto d’emersione.
Fig. 7 - Migrazione della prima interfaccia del modello in fig. (6)
In figura (8) è riportato il tracciamento raggi relativo alla migrazione del
secondo orizzonte. Si nota che vi è una zona in cui non sono stati tracciati i
raggi, perché non possono passare oltre la prima interfaccia. Questo è
causato dall’elevata pendenza della prima interfaccia e dal salto di velocità tra
i due strati. In tali zone occorre, quindi, estrapolare l’andamento degli orizzonti
migrati. Un altro effetto della forte pendenza è la presenza di triplicazioni nelle
interfacce ottenute.
Fig. 8 - Raggi NIP per la seconda interfaccia del modello in fig. (6).
Concludendo, la tecnica può generare delle anomalie nella sezione
migrata che possono essere causate da errori nella fase d’interpretazione o di
costruzione del modello di velocità. Quindi l’interpretatore deve valutare, caso
per caso, se: eliminare queste anomalie e continuare la migrazione; oppure,
correggere la sezione stack e/o il modello di velocità e ricominciare la
migrazione.
APPLICAZIONE AD UN CASO REALE: DATI CROP 04
L’algoritmo implementato è stato applicato ad una parte del profilo
sismico CROP04, mostrato in figura (9).
Fig. 9 - Acquisizione CROP04.
Il modello di velocità e la sezione stack interpretata, relative alla zona
d’interesse, sono riportate in figura (10).
Fig. 10 - CROP04: modello di velocità e sezione stack interpretata.
Il passo di campionamento scelto negli offset è di 100 metri.
Si può notare come vi siano dei salti di velocità piuttosto elevati,
soprattutto nella parte più superficiale del modello in cui sono presenti anche
zone strutturalmente complicate.
Fig. 11
Il confronto tra le due sezioni risultanti (figura 11), evidenzia i seguenti
aspetti:
- la sezione migrata con raggi NIP ha gli orizzonti che si estendono oltre
l’ultimo CDP e, quindi, racchiudono un volume di sottosuolo maggiore rispetto
alla sezione migrata con raggi verticali;
- il posizionamento di alcuni orizzonti è sensibilmente diverso a causa
della geometria e delle velocità incontrate dai raggi durante la propagazione;
- il punto di emersione di alcune interfacce superficiali è spostato rispetto
alla sezione stack, in quanto è stato supposto corretto il modello di velocità
utilizzato.
CONCLUSIONI
In questo lavoro si è mostrato come l’utilizzo di raggi NIP per la
migrazione di sezioni stack interpretate permette di ottenere risultati più
corretti rispetto a tecniche che utilizzano solo raggi verticali. Infatti i raggi NIP
riescono a simulare con maggiore precisione la propagazione di un’onda
elastica nel sottosuolo, tra una sorgente ed un ricevitore posti a zero offset.
Gli esempi riportati mostrano che la metodologia migliora soprattutto
l’andamento strutturale degli orizzonti del sottosuolo. Questo ha inciso, in
modo particolare, sulle aree e di conseguenza sulle masse racchiuse tra le
interfacce. Durante il processo di migrazione inoltre si può effettuare una
verifica della correttezza della sezione stack interpretata e del modello di
velocità.
Gli svantaggi dell’utilizzo dei raggi NIP, rispetto ai raggi verticali, sono
una maggiore complessità di implementazione dell’algoritmo e l’impossibilità
di effettuare la migrazione automaticamante: è necessaria infatti una
interazione con l’utente, e di conseguenza sono richiesti tempi di calcolo
maggiori. A fronte di ciò, sono stati ottenuti notevoli miglioramenti sia nella
forma che nel posizionamento in profondità degli orizzonti migrati.
Desidero ringraziare il Prof. A. Mazzotti dell’Università degli Studi di
Milano per gli utili suggerimenti e per avermi fornito i dati della linea CROP04.