ATENUAÇÃO DO GROUND-ROLL UTILIZANDO A PLATAFORMA GêBR

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS CURSO DE GRADUAÇÃO EM GEOFÍSICA GEO213 TRABALHO DE GRADUAÇÃO ATENUAÇÃO DO GROUND-ROLL UTILIZANDO A PLATAFORMA GêBR LUIZ EDUARDO SOARES FERREIRA SALVADOR BAHIA JUNHO 2009

2 ATENUAÇÃO DO GROUND-ROLL UTILIZANDO A PLATAFORMA GêBR por Luiz Eduardo Soares Ferreira GEO213 TRABALHO DE GRADUAÇÃO Departamento de Geologia e Geofísica Aplicada do Instituto de Geociências da Universidade Federal da Bahia Comissão Examinadora Dr. Paulo Espinheira Menezes de Melo - Orientador Dr. Milton José Porsani - Co-orientador Msc. Manoel Gontijo dos Santos Data da aprovação: 18/06/2009

3 A minha família pelo apoio e dedicação, que foram indispensáveis a minha formação.

4 RESUMO A GêBR representa uma interface gráfica de distribuição livre e código aberto que pode abrigar qualquer programa que roda na linha de comando, a exemplo dos comandos do software SU-CWP ou qualquer programa executável, por exemplo o FORTRAN. Ela teve a sua primeira versão disponibilizada em julho de 2005, onde foi testada com sucesso no processamento de duas linhas sísmicas de dados reais. Desde então vem sendo desenvolvida intensamente por pesquisadores e alunos da UFBA, UFPA e UNICAMP, dentre outras instituições de ensino e pesquisa. Este trabalho tem o objetivo principal de mostrar como a plataforma GêBR pode ser utilizada no processamento de dados sísmicos 2D. Neste trabalho ilustramos o uso da plataforma, efetuando o processamento sísmico, focalizando também a atenuação do ruído coerente (ground-roll), de uma linha sísmica 2D terrestre da Bacia do Tacutu. Na realização do processamento foram utilizados vários aplicativos do pacote Seismic Unix (SU), software desenvolvido pela Center for Wave Phenomena (CWP), além de programas e subrotinas desenvolvidos no CPGG/UFBA, que foram inseridos na plataforma GêBR. Especificamente para filtragem do ground-roll utilizamos o filtro Derivada Direcional 2D, método também desenvolvido no CPGG/UFBA (Melo, et al. 2009) e inserido na GêBR. Este método de filtragem, se baseia na aplicação de um filtro bidimensional (2D) para obtenção da derivada direcional dos sismogramas, aplicado no domínio do tiro. Para isso estima-se a direção de mergulho do evento linear a ser retirado (ground-roll) e obtêm-se o operador 2D. Um conjunto regular de amostras da vizinhança de cada ponto (t,x) do sismograma, é utilizado para obtenção da derivada. O operador 2D de derivada é obtido tomando a diferença entre os valores interpolados, calculados na vizinhança positiva e negativa da posição desejada. Este é calculado uma única vez e aplicado, na forma de convolução, à matriz de dados que representa o sismograma. O filtro possui a propriedade de atenuar os ruídos determinados e realçar os demais eventos. Os resultados demonstram que a GêBR pode ser utilizada facilmente na realização de todas as etapas do processamento de uma linha sísmica 2D. As seções sísmicas empilhadas obtidas, da Bacia sedimentar do Tacutu apresentaram ótima qualidade, devido a aplicação do Filtro Direcional 2D, o que mostra a eficácia do novo método de filtragem, que atua revelando as reflexões mascaradas pelo ground-roll. iii

5 ABSTRACT The GêBR represents a graphical user interface free and open source distribution that can host any program that runs on the command line command, the example of SU-CWP software or any executable program, for example the FORTRAN. She had its first version released in July 2005, which has been tested successfully on two seismic processing of actual data lines. Since then has been in development to researchers and students from UFBA, UFPA and UNICAMP, among other institutions of higher education and research. This work is the primary goal to show how the platform GêBR can be used when processing data seismic 2D. This work illustrates use the platform, seismic processing focusing also coherent noise mitigation (ground-roll), seismic 2D line ground Tacutu basin. The completion of processing several UNIX applications of seismic package (SU), software developed by the Center for wave phenomena (CWP), and also developed programs and subroutines in CPGG/UFBA, which were placed in the GêBR platform. Specifically for filtering of ground-roll we use the filter that is derived from directional 2D method also developed in CPGG/UFBA (Melo, et al. 2009) and inserted into GêBR. This method of filtering is based on the implementation of a two-dimensional (2D) filter for obtaining derivative time seismograms, applied in the area of shooting. For this is the direction of diving linear event to be removed (ground-roll) and get the 2D operator. A regular set of samples of each point neighborhood (t, x) of the seismogram, is used for obtaining derived. 2D derivative operator is obtained by taking the difference between the interpolated values, calculated positive and negative in the vicinity of the desired position. This is calculated once and applied in the form of convolution, data matrix that represents the seismograms. The filter property to mitigate noise and highlight other events. The results show that GêBR can be used easily in all stages of processing a 2D seismic line. Stacked obtained from seismic sections, sedimentary basin of the Tacutu submitted great quality, due to application directional 2D filter, which shows the effectiveness of the new filter method, which serves revealing the thoughts may be disguised by ground-roll. iv

6 ÍNDICE RESUMO iii ABSTRACT iv ÍNDICE v ÍNDICE DE FIGURAS vii INTRODUÇÃO CAPÍTULO 1 A plataforma GêBR Interface do software CAPÍTULO 2 Fundamentos teóricos Pré-Processamento Leitura e tratamento dos dados Geometria Edição Correção de amplitude Pré-filtragem Correção estática Processamento avançado para atenuação do ground-roll Ground-roll Filtro Direcional 2D Análise de velocidade e correção de NMO Empilhamento CAPÍTULO 3 Processamento sísmico utilizando a GêBR Fluxograma do processamento Leitura e importação dos dados Geometria Edição e mute Correção de amplitude Filtragem Filtro de frequência Filtro Direcional 2D v

7 3.1.6 Organização dos dados Análise de Velocidade Correção de NMO Empilhamento Conclusões Agradecimentos Referências Bibliográficas ANEXO I Instalando a GêBR ANEXO II Inserindo subroutinas Fortran na GêBR II.1 Exemplo II.2 Exemplo vi

8 ÍNDICE DE FIGURAS 1.1 Interface gráfica da GêBR Recurso de Ajuda para o módulo SU X Wiggle Bitmap Janela de controle de programas da GêBR. Dispositivo que monitora a execusão dos fluxogramas. Em verde, fluxograma executado sem problemas; vermelho, fluxograma com erro detectado e especificado; azul, fluxograma em execução Opções de representação do traços sísmico na GêBR: área variável + wiggle em (a) e densidade variável em (b) Visualização de um sismograma através do módulo SU X Wiggle Bitmap, com as cores white and black Visualização do sismograma anterior através do módulo SU ximage, com o mapa de cores white and black Filtros de frequência do tipo trapezoidal: passa-baixa ou corta-alta (I), passaalta ou corta-baixa (II), passa-banda (III) e rejeita-banda (IV) Sismograma contaminado com o ground-roll Representação esquemática utilizada na obtenção de um operador 3x Módulo da Filtragem Direcional 2D inserido na GêBR Fluxograma utilizado no processamento Módulo SU SEG-Y read utilizado para converter um arquivo de entrada com o formato sgy para um arquivo de saída com formato su Tiro 34 em (a), e após tratamento:retirada dos quatro primeiros traços, corte no tempo de 5 s para 4 s e inversão da imagem em (b) Informações do dado original. Destaque para as chaves do header: número total de traços (57100 traces), traços/tiro (tracf 1-100) e o número de amostras (ns 1280) Informações do dado tratado. Destaque para as chaves do header: número total de traços (54816 traces), traços/tiro (tracf 1-96) e o número de amostras (ns 1001) Planilha modo Station Planilha modo Shot Planilha modo Modelo Planilhas do modo CDP já preenchidas Tiro 26 antes da edição vii

9 3.11 Traços editados do tiro 26: 6, 8, 19, 34, 45, 46, 47, 48 e Módulo suxmute utilizado no fluxograma de processamento Tiro 26 após a aplicação do mute Tiro 34: (a) antes da correção de amplitude e (b) após a correção de amplitude Tiro 34, (a) dado original, (b) após a aplicação do filtro passa-banda Parâmetros do Filtro Direcional 2D Tiro 34 antes da aplicação do filtro em (a) e após a aplicação do Filtro Direcional 2D em (b) Espectro de amplitudes do tiro 34: original (azul), após a aplicação do filtro Passa-banda (vermelho) e após a aplicação do Filtro Direcional 2D (preto) Parâmetros utilizados no módulo velan CDP 374 em (a), semblance em (b) e CDP 374 com NMO em (c) Módulo SU NMO Seção sísmica empilhada do dado original Seção sísmica empilhada após a aplicação do Filtro Passa-Banda Seção sísmica empilhada após aplicação da FD-2D Visualização do detalhe 1. Dado original em (a), após a aplicação do Filtro Passa-Banda em (b) e após a aplicação do FD-2D em (c) Visualização do detalhe 2. Seção empilhada original em (a), seção empilhada após a aplicação do Filtro Passa-Banda em (b) e seção empilhada após a aplicação do filtro FD-2D em (c) I.1 Preenchimento dos campos User s menus directory e Data directory I.2 Menu Edit Custom Line Path. Indica o local dos dados de entrada e saída, após a criação da linha II.1 Palheta Menu II.2 Editando o Módulo II.3 Preenchimento dos parametros presentes no módulo II.4 Palheta Menu II.5 Editando o Módulo II.6 Preenchimento dos parametros presentes no módulo II.7 Módulo ConvPolaridade disponível na GêBR II.8 Módulo ConvPolaridade executado sem erros detectados viii

10 INTRODUÇÃO A sísmica de reflexão por possibilitar a visualização da subsuperfície com alta resolução tem sido alvo de grandes investimentos vindos da indústria do petróleo. Esses investimentos têm impulsionado as empresas fabricantes de softwares de processamento sísmico, a criarem novos módulos ou pacotes (a serem inseridos nos softwares), que melhorem as imagens geradas. O avanço tem sido rápido e os resultados têm sido cada vez melhores na confecção destes programas, porém para as instituições acadêmicas que desenvolvem métodos e algorítimos de processamento sísmico, os programas comerciais nem sempre possuem as facilidades de inclusão de novos módulos para testes e comparações com os métodos convencionais. Além dos custos envolvidos na aquisição de licenças comerciais, o código fonte não está disponível o que impossibilita qualquer modificação que o usuário queira fazer. Estas limitações podem ser superadas através de softwares com código fonte aberto, a exemplo do SU, e mais recentemente através da GêBR (Filpo, et al. 2005). O objetivo principal deste trabalho é demonstrar como a GêBR pode ser facilmente utilizada para o processamento sísmico, por professores e alunos, sendo de grande importância no aprendizado e pesquisa. Para isso, realizaremos todas as etapas do processamento em uma linha sísmica 2D terrestre, e visando a remoção do ground-roll foi portado e utilizado neste ambiente gráfico o método da Filtragem Direcional 2D (Melo, et al. 2009). Com este intuito os dados sísmicos foram submetidos a uma série de operações e manipulações, as quais foram separadas em etapas de processamento (pré-processamento e processamento avançado). No pré-processamento utilizamos métodos simples na preparação dos dados, já no processamento avançado são utilizados métodos mais complexos que influenciam muito na resolução sísmica dos dados. No trabalho utilizamos a versão 0.98 da GêBR para processar a linha sísmica terrestre RL da Bacia do Tacutu. A linha sísmica foi cedida pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) em 2001, para o programa de Pesquisa e Pós-Graduação em Geofísica (CPGG/UFBA). 1

11 CAPÍTULO 1 A plataforma GêBR O objetivo deste capítulo é apersentar uma visão geral sobre a plataforma GêBR (versão 0.98), mencionado as suas principais características. A primeira versão da GêBR ficou pronta em julho de Em outubro e novembro do mesmo ano, foi usada com sucesso na disciplina de processamento sísmico do curso de aquisição sísmica realizado na UFPR. Hoje, encontra-se como um software livre para todos os interessados em processamento de dados sísmicos. Informações sobre a GêBR estão disponíveis no site: Interface do software A GêBR é uma interface que fornece um ambiente gráfico amigável para a montagem e execução de fluxos das rotinas utilizadas no processamento sísmico. Uma característica importante da GêBR é que ela possui código aberto e distribuição gratuita, com execução transparente de fluxos tanto localmente quanto remotamente. Apresentando também simplicidade no seu manuseio. A GêBR é utilizada como interface gráfica de pacotes de processamento sísmico de distribuição livre, a exemplo do Seismic Unix (SU). Por possuir código aberto, possibilita inserir novos módulos desenvolvidos por alunos e pesquisadores. A GêBR trabalha em ambientes UNIX/SOLARIS/LINUX, sua operacionalização é facilitada devido a arquitetura bastante similar ao sistema operacional Windows, composta por janelas, menus e botões. Essa característica facilita bastante o trabalho do usuário, já que para executar muitas tarefas, exige apenas a utilização do mouse. O teclado é usado basicamente para criação de projetos, linhas e na definição do nome dos fluxogramas (Figura 1.1). A GêBR também possui o recurso de Ajuda para cada módulo (em formato.pdf) que pode ser consultado logo após a sua seleção (Figura 1.2), onde traz informações sobre os 2

12 3 Figura 1.1: Interface gráfica da GêBR. parâmetros e organização dos dados de entrada, exemplos de aplicação, etc. A GêBR possui também um dispositivo de monitoramento de fluxogramas (Figura 1.3), que é acionado após a confirmação de execução do mesmo. Ele faz uma checagem de possíveis erros durante a execução dos módulos. Quando o dispositivo encontra um erro, gera um relatório especificando o módulo associado.

13 4 Figura 1.2: Recurso de Ajuda para o módulo SU X Wiggle Bitmap. Figura 1.3: Janela de controle de programas da GêBR. Dispositivo que monitora a execusão dos fluxogramas. Em verde, fluxograma executado sem problemas; vermelho, fluxograma com erro detectado e especificado; azul, fluxograma em execução.

14 5 Os recursos de visualização da GêBR são baseados nas linhas de comando do SU, através dos módulos: SU ximage (disponível no menu Flow Edition - Flow Components - Flow - Graphics), em que os traços podem ser visualizados no formato densidade variável (VD) e SU X Wiggle Bitmap (disponível no menu Flow Edition - Flow Components - Flow - Graphics) em que os traços podem ser visualizados no formato área variável com wiggle (VAWG) (Figura 1.4), sendo que em cada visualização usamos uma escala de cores, secionada através das teclas R e H do teclado (Figuras 1.5 e 1.6). Uma importante opção na visualização é a presença do perc, que aplica um ganho virtual nos traços, ajudando na visualização dos dados sísmicos. Figura 1.4: Opções de representação do traços sísmico na GêBR: área variável + wiggle em (a) e densidade variável em (b). Figura 1.5: Visualização de um sismograma através do módulo SU X Wiggle Bitmap, com as cores white and black.

15 6 Figura 1.6: Visualização do sismograma anterior através do módulo SU ximage, com o mapa de cores white and black. Na GêBR o usuário tem uma forma de organizar os dados sísmicos a serem processados, adquiridos em diferentes locais, através da criação de projetos e linhas (sendo que um projeto pode conter mais de uma linha sísmica), gerar e organizar fluxogramas referentes a cada etapa do processamento sísmico (menu Flows). Na edição dos fluxogramas determina-se os módulos utilizados nas etapas do processamento (disponível no menu Flow Edition).

16 CAPÍTULO 2 Fundamentos teóricos Neste capítulo, será feita uma descrição do ruído ground-roll, comumente presente em dados sísmicos terrestres e também será apresentada de maneira sumarizada as etapas utilizadas no processamento da linha sísmica terrestre da Bacia do Tacutu. O processamento de dados sísmicos de reflexão é dividido em duas fases de execução, o pré-processamento envolvendo fundamentalmente as etapas de preparação dos dados e técnicas mais simples de tratamento do sinal sísmico e o processamento avançado, que engloba as técnicas mais sofisticadas, como a análise de velocidade, filtragem e empilhamento. É importante salientar que não existe uma sequência padrão de etapas a serem adotadas no processamento, entretanto, algumas etapas geralmente estão presentes, como a organização dos traços em famílias de ponto médio comum (CMP), análise de velocidade, correção de sobretempo normal (NMO) e empilhamento (Yilmaz, 2001). Por fim será descrito os passos do processamento de uma linha sísmica terrestre através da plataforma GêBR. 2.1 Pré-Processamento Na fase do pré-processamento são realizadas as etapas de preparação dos dados sísmicos, que envolve o carregamento dos dados (leitura em fita ou CD-ROM), conversão para o formato SU utilizado na GêBR, geometria, edição, correção de amplitude, correção estática e préfiltragem Leitura e tratamento dos dados Os dados adquiridos em campo são registrados em fita ou CD-ROM. Os formatos foram padronizados pela Society of Exploration Geophysicists - SEG, dos quais podemos citar o SEG-B e o SEG-Y. Sendo que hoje em dia os formatos mais utilizados são o SEG-Y e o SEG- D. A linha sísmica processada neste trabalho (204-RL-247 da Bacia do Tacutu) encontra-se no formato SEG-Y. Após a conversão vem o tratamento do dado sísmico que consiste: na organização dos tiros, na remoção de tiros (que em uma aquisição que se apresentam nulos 7

17 8 por conta de defeito nos geofones ou por estarem sendo utilizados apenas para testes); na remoção de alguns traços nulos presentes nos tiros; e um corte cirúrgico no tempo de registro. Este tratamento é feito antes do início do processamento sísmico Geometria O termo Geometria é utilizado para designar a fase do processamento onde são gravadas no header as coordenadas de ponto de tiro, receptor, do ponto médio comum e do seu afastamento (offset) correspondente. A geometria é uma fase fundamental do processamento sísmico, pois qualquer erro na definição das coordenadas da fonte ou dos receptores irá ocasionar a perda parcial ou total das demais etapas do processamento. Após a realização da geometria as informações definidas e calculadas gravadas no header de cada traço permitem organizar os dados em famílias de traço comum: tiro, receptor, afastamento e ponto médito comum. A linha 204-RL-247, possui os seguintes parâmetros de aquisição: LINHA RL Bacia Tacutu Localização Roraima, Brasil Lanço m Cobertura 4800% Número de canais 96 Intervalo entre estações ( G) 50 m Intervalo entre pontos de tiro ( S) 50 m Intervalo de amostragem temporal 4 ms Tempo de registro 4 s Arranjo L-10/50 m Edição Na etapa da edição podemos visualizar os sismogramas representados em famílias de ponto de tiro comum e eliminar total ou parcialmente os traços ruidosos, que venham a comprometer a qualidade dos resultados. Como esta etapa trata basicamente da exclusão de traços, o geofísico deve ter muito cuidado para que não haja a perda de informação em virtude de uma eliminação equivocada. Os traços descartados de um sismograma são: traços com baixa razão sinal/ruído; traços

18 9 com amplitude zero (mortos); com sinal em monofrequência; traços com ruído aleatório devido ao mal acoplamento dos geofones. A edição pode ser feita em qualquer etapa do processamento, porém, normalmente é realizada no início Correção de amplitude No processamento, a correção de amplitude do traço sísmico é necessária devido a vários fatores contribuirem para a perda de energia e atenuação do sinal sísmico com o tempo de propagação da onda elástica no interior da Terra. Os mecanismos de perda de amplitude são variados como: divergência esférica, absorção, perdas por transmissão, acoplamento de fonte-receptor, curvatura da superfície do refletor e a dispersão, sendo os três primeiros os que mais afetam o sinal sísmico. A divergêcia esférica está relacionada ao decaimento da amplitude em função do espalhamento da frente de onda sísmica durante sua propagação em subsuperfície. Tomemos como fonte de onda, uma fonte pontual, que gera um campo de onda esférico num meio isotrópico e homogêneo. A lei da conversão de energia estabelece que a densidade ou intensidade de energia é inversamente proporcional ao quadrado do raio da frente de onda, logo: ρ 1 r 2, (2.1) onde ρ é a densidade de energia por unidade de superfície, e r é o raio da frente de onda. Como a amplitude A da onda sísmica é proporcional a raiz quadrada da densidade de energia (fluxo de energia), temos: ou, A ( 1 r 2 ) 1 2 (2.2) A 1 r = 1 vt, (2.3) sendo v a velocidade do meio e t o tempo de percurso. Notamos que quanto maior o tempo percorrido menor será a amplitude do sinal e portanto, precisamos de uma função de correção variável no tempo, de modo que: C(t) vt

19 10 Geralmente admite que a Terra é estratificada, em que cada camada tem velocidade constante. Nesse meio a superfície da frente de onda sofre um aumento maior do que no meio homogêneo, devido a refração do raio. Então, para um meio estratificado as perdas são maiores do que para um meio de velocidade constante. Utilizando a teoria do raio, Newman (1973) propôs uma equação para o cálculo da correção de amplitude com relação ao espalhamento geométrico, admitindo um modelo com variação vertical de velocidade. A correção para interface m seria: C m = V 2 rms t 0 V 1, (2.4) onde: C m é o fator de correção; t 0 é o tempo duplo de reflexão; e V 1 é a velocidade na primeira camada. A velocidade média quadrática V rms pode ser estimada através de uma análise de velocidade no domínio CMP. V rms = m i=1 V 2 i t i t 0, (2.5) onde: V i e t i representam a velocidade e o tempo de reflexão na interface i. A absorção é um outro fenômeno que faz com que a energia da onda elástica decaia com sua propagação na terra, transformando energia elástica em calor conversão irreversível, devido ao comportamento inelástico das rochas (Telford et al., 1990). Para um meio perfeitamente elástico, a energia total do campo de onda é constante durante a propagação, porém, como a terra não possui esse comportamento, existe atenuação da onda sísmica com o tempo. O pulso sísmico ao se propagar na Terra sofre atenuação das amplitudes das frequências, sendo que as altas frequências são mais atenuadas que as baixas. Este comportamento do espectro de frequência do sinal sísmico registrado está associado à absorção, sendo também que a amplitude decai rapidamente com o tempo de propagação, principalmente nos primeiros tempos. Ao comparar os dois efeitos, verifica-se que as perdas por absorção são bem menos efetivas que a divergência esférica para pequenas distâncias do ponto de tiro e sobre as faixas de frequência. Aumentando a distância a perda por absorção cresce e passa a ser o fenômeno dominante. A técnica que aplicamos para corrigir a perda de amplitude do sinal sísmico encontra-se no módulo SU Gain (disponível no menu Flow Components - Seismic Unix) que utiliza a técnica AGC (descrita abaixo). A técnica do AGC (controle de ganho automático instantâneo), envolve a definição do comprimento de uma janela móvel de tempo, o cálculo e aplicação de um escalar em cada amostra do traço. Essa função, utiliza a média do somatório do valor absoluto das

20 11 amplitudes dentro da janela de tempo, e um fator de escala para controlar o valor da nova amplitude. Deve se ter cuidado no uso do AGC, pois janelas de tempo com comprimento muito pequeno pode ocasionar a perda da característica do sinal, surgindo áreas ruidosas de baixa amplitude e se o comprimento for muito grande terá pouca ou nenhuma alteração das amplitudes do traço Pré-filtragem Para realizar essa etapa do processameto, o geofísico dispõe de um bom número de opções, seja no domínio do tempo ou frequência. O objetivo básico dessa filtragem inicial é limitar a banda de frequência, de forma que sejam removidos dos traços os componentes de frequências muito baixas, que normalmente estão associadas aos eventos superficiais de alta energia e a onda aérea, e os componentes de alta frequência originadas por fontes de interferência, como por exemplo, redes de alta tensão. Portanto, esta etapa pode significar um razoável aumento da razão sinal/ruído dos dados. É comum encontrar num mesmo fluxograma de processamento a aplicação da filtragem em frequência mais de uma vez. Os principais tipos de filtros de frequência são: o corta-alta ou passa-baixa, corta-baixa ou passa-alta, passa-banda e o filtro notch. O filtro notch é muito utilizado para a eliminação de uma frequência específica do sinal, um exemplo prático de sua utilização é a supressão do ruído de 60 Hz nos dados sísmicos gerado por linhas de transmissão localizadas nas proximidades da região de aquisição. A atenuação efetiva dos ruídos de baixa frequência por meio dos filtros de frequência corta-baixa ou passa-banda pode ser alcançada, entretanto, o que deve ser levado em conta é a possível limitação da banda de frequência do sinal, juntamente com a atenuação dos eventos de reflexão, principalmente os mais profundos (associados a tempos avançados)que são caracterizados pela baixa frequência e amplitude. Utilizando o filtro de frequência passabanda do tipo trapezoidal, podemos definir a banda de frequência a ser preservada, do sinal, juntamente com as bandas de rejeição dos ruídos de baixa e alta frequência, há também duas zonas de transição definidas pelo parâmetro slope, relacionado a inclinação da reta a partir da frequência de corte. A Figura 2.1, ilustra quatro filtros de frequência. Basicamente, a filtragem de frequência envolve: a aplicação da Transformada Direta de Fourier 1D para passagem dos dados do domínio do tempo para o domínio da frequência; a multiplicação do espectro de amplitude do sinal transformado com a função transferência; e a Transformada Inversa de Fourier 1D, retornando os dados para o domínio do tempo.

21 12 Figura 2.1: Filtros de frequência do tipo trapezoidal: passa-baixa ou corta-alta (I), passa-alta ou corta-baixa (II), passa-banda (III) e rejeita-banda (IV) Correção estática Devido à variação topográfica da superfície terrestre e à presença da zona de baixa velocidade (ZBV) ou zona intemperizada, ocorre o problema dos deslocamentos nos tempos de chegadas das reflexões. Nesta etapa do processamento, busca-se eliminar esta diferença do tempo de chegada das reflexões. Onde após a aplicação da correção estática os geofones e fontes estarão situados numa superfície plana ou datum. A ZBV é a camada mais próxima da superfície terrestre, composta por rochas que sofreram a ação de intemperismo, suas características são: baixa velocidade, variações de espessura e a heterogeneidade lateral e vertical. As ondas elásticas ao se propagarem na ZBV sofrem grandes distorções. A espessura da zona de baixa velocidade varia de poucos metros até centenas de metros, a velocidade de propagação das ondas sísmicas pode variar de 200 a 1500 m/s. Para se fazer a correção estática, devemos saber: a velocidade do meio logo após a zona de baixa velocidade; a elevação dos pontos de tiro e dos receptores (informação contida no arquivo UKOOA), bem como as velocidades e espessura da ZBV nesses pontos. Devido a falta de informações, não foi possível realizar a correção estática. Contudo a influência dos erros de estática não prejudicam o processamento, já que o terreno da Bacia do Tacutu é praticamente plano.

22 Processamento avançado para atenuação do ground-roll A partir deste ponto as etapas do processamento tornam-se mais complexas, dependendo do máximo de atenção e cuidado do geofísico. No processamento avançado, realizamos as seguintes etapas: Filtragem Direcional 2D, Análise de velocidade e empilhamento Ground-roll Na sísmica de exploração, os ruídos que são observados nos sismogramas e que apresentam certa regularidade, são classificados como ruídos coerentes. Dentre esses, merece destaque o ground-roll ou ruído de rolamento superficial, que comumente está presente nos dados sísmicos terrestres. Aspectos teóricos sobre esta onda podem ser encontrados em Grant & West (1965), Ewing et al. (1957) e Dobrin et al. (1954). O ground-roll está associado às ondas superficiais Rayleigh. Na onda Rayleigh, as partículas descrevem um movimento elíptico e retrógrado, contido no plano vertical, contrário ao sentido de propagação no topo da elipse (Stein e Wysession, 2003). A sua amplitude decai rapidamente com a profundidade e é proporcional a 1/ r, sendo r a distância percorrida ou o raio da frente de onda. Sendo que esta proporção é característica das ondas superficiais em geral. As ondas de corpo P e S possuem amplitude proporcional a 1/r. As característica do ground-roll são a concentração de energia nas baixas frequências, baixa velocidade, alta amplitude e coerência traço a traço em um sismograma. Em geral, a velocidade de propagação das ondas rayleigh encontra-se na faixa de 100 a 1000 m/s e a frequência do ground-roll é inferior a dos eventos de refração e reflexão, sendo por volta de 10 Hz (Telford et al., 1990). Nos sismogramas o ground-roll costuma aparecer na forma de um cone ou semicone (a depender do arranjo utilizado na aquisição) com ápice no traço mais próximo da fonte (Figura 2.2). Quando a camada superficial é muito espessa e desprovida de descontinuidades da mesma ordem de magnitude dos comprimentos de onda em questão (o que representaria uma aproximação de um semi-espaço homogêneo), o ground-roll não é dispersivo. Porém, o mais comum é que os diferentes componentes de frequência se propaguem com velocidades de fase diferentes, o que caracteriza a dispersão. Desse modo, o ruído apresenta longa duração, abrangendo grande parte do sismograma e prejudicando a continuidade das reflexões de interesse, o que dificulta as etapas posteriores do processameto e a interpretação (Santos, 2007).

23 14 Figura 2.2: Sismograma contaminado com o ground-roll Filtro Direcional 2D Nesta seção será apresentado um método de Filtragem Direcional 2D (FD-2D) desenvolvido no CPGG/UFBA (Melo, et al. 2008), em que utiliza um operador 2D para obtenção da derivada direcional. A filtragem é realizada através da convolução do operador 2D de derivada, com a matriz que representa os simogramas. A FD-2D possui a propriedade de remover os eventos lineares determinados e realçar os demais eventos perpendiculares a direção da derivada. Abaixo mostramos uma figura (Figura 2.3) que ilustra o método utilizado para obtenção do operador 3x3. Sendo que os pontos enumerados de 1 a 9 indicam as posições das observações A i, com i= 1,..., 9, respectivamente. Uma aproximação da derivada, tomada ao longo da direção r, que forma um ângulo θ com relação à vertical, é obtida pela diferença dos valores interpolados na vizinhança positiva (I(r + )) e negativa (I(r )) da posição central do operador (A 5 ), conforme mostrado

24 15 Figura 2.3: Representação esquemática utilizada na obtenção de um operador 3x3. na Figura 2.3. Seguindo o procedimento proposto por Melo et al. (2009), utiliza-se o método de interpolação baseado no inverso da distância (Shepard, 1968). No cálculo dos valores interpolados, ao longo da direção r, nas posições r + e r são utilizadas as seguintes expressões, e f(r + ) N w + i A i = I(r + ) (2.6) i=1 f(r ) N w i A i = I(r ). (2.7) i=1 Os pesos (w + i e w i ) utilizados na interpolação linear são calculados através da equação, w j = 1 d j N i=1 (2.8) 1 d i Onde d i = r r i representa a distância entre as posições r 1,..., r 9 ao ponto r +, ou ao ponto r onde desejamos interpolar. A derivada na direção r pode ser estimada através da equação, f(x, t) I(r+ ) I(r ) = r r + r N i=1 (w + i w i ) r + r A i (2.9) Considerando que as amostras dos sismograma distribuem-se sob a forma de uma malha regular o operador 2D precisa ser calculado apenas uma vez e sua aplicação a toda a matriz de

25 16 dados pode ser feita através da convolução 2D. Podemos também aplicar o filtro em cascata, ou seja replicando-o sobre o resultado obtido para obter derivadas de ordem superiores. A técnica de FD-2D foi implementada na linguagem de programação FORTRAN e um módulo foi portado na plataforma GêBR (Figura 2.4) Figura 2.4: Módulo da Filtragem Direcional 2D inserido na GêBR Análise de velocidade e correção de NMO A análise de velocidade é umas das principais etapas do processamento sísmico, pois a qualidade da seção empilhada dependerá do sucesso na determinação das velocidades das camadas em subsuperfície. A análise de velocidade tem como objetivo a definição das funções velocidades que melhor compensem as diferenças de sobretempo normal das reflexões. Através da técnica CMP (Commom Midpoint)(Mayne, 1962), os dados sísmicos são agrupados em famílias de traços associados a um ponto médio comum. A análise de velocidade é realizada para alguns grupos determinados de CMP s selecionados e interpolado com os demais. Assumindo modelos com camadas planas horizontais, de acordo com a técnica CMP, ao colecionarmos os dados sísmicos em famílias CMP s, teremos traços que foram adquiridos através de experimentos realizados na superfície, os quais, possuem um único ponto de

26 17 incidência em profundidade. As reflexões que ocorrem em um determinado refletor em subsuperfície são representadas de forma aproximada por hipérboles no domínio CMP. É possível corrigir o atraso no tempo de chegada das reflexões, ocasionado pelo afastamento entre fonte-receptor, com relação ao tempo duplo de incidência normal, admitindo-se um modelo de um refletor plano e horizontal em subsuperfície e os traços organizados em famílias de ponto médio comum (CMP s), essa correção, do sobretempo normal (NMO), t é calculada pela equação: ( ) x t = t t 0, (2.10) sendo t 0 = tempo de trânsito na posição x = 0 (ápice da hipérbole), v = velocidade estimada e x = afastamento fonte-receptor. Os eventos hiperbólicos associados aos refletores em subsuperfície estarão horizontalizados, após a correção NMO aplicada as famílias CMP s. A velocidade utilizada na correção NMO, recebe o nome de velocidade de NMO (V NMO ). A soma dos traços de uma família CMP corrigidos do sobretempo normal resulta em um traço conhecido como traço de afastamento nulo ou zero-offset. Quando a velocidade NMO usada na equação (2.10), for maior que a velocidade do meio, teremos uma subcorreção (o evento não estará totalmente horizontalizado), por outro lado, se a velocidade utilizada for inferior a velocidade real, teremos uma sobrecorreção. v Empilhamento Tendo um meio horizontalmente estratificado com velocidade constante, uma geometria CMP compreende todos os raios que iluminam o mesmo ponto refletor. Sendo assim, em uma família CMP obtêm-se informação redundante da subsuperfície. Esta é a base do empilhamento CMP, já que os eventos em traços de diferentes afastamentos trazem informações de um ponto comum do refletor. Dessa forma as informações redundantes podem ser somadas construtivamente. Com o dado já horizontalizado (após a correção do sobretempo normal)é feita a soma das amplitudes dos traços das famílias CMP. A equação para o empilhamento normalizado é dada por: A(t) = 1 N N a i (t), (2.11) i=1

27 18 sendo que A(t) é a amplitude do traço no tempo t; N é o numero de traços ou cobertura da família CMP; i é o índice indicador do traço; a i (t) é o valor da amplitude do traço i no tempo t. O empilhamento irá produzir um traço para cada família de CMP, normalizado pela média aritmética, preservando as relações entre as amplitudes.

28 CAPÍTULO 3 Processamento sísmico utilizando a GêBR Neste capítulo são descritas as etapas realizadas no processamento da linha da Bacia do Tacutu utilizando a plataforma GêBR. 3.1 Fluxograma do processamento Neste trabalho utilizamos apenas os módulos da GêBR, buscando uma seção sísmica empilhada de boa qualidade. Para isso seguimos as etapas do processamento descritas no fluxograma abaixo (Figura 3.1): Figura 3.1: Fluxograma utilizado no processamento. 19

29 20 Cada etapa do processamento segue uma segue uma sequncia de fluxos: entrada padrão, módulo(s) e saída padrão Leitura e importação dos dados A GêBR no processamento de dados sísmicos serve de plataforma para o Seismic Unix (SU), portanto a maior parte dos módulos inclusos na GêBR trabalham com este formato. Sendo assim os dados sísmicos (Bacia do Tacutu) adquiridos com o formato SEG-Y (formato costumeiramente gerado na gravação do dado sísmico), foram convertidos para o formato su, utilizando o módulo SU SEG-Y read (disponível no menu Flow edition - Flow components - Seismic unix). Para isso informamos o nome do arquivo de entrada no formato sgy e o de saída no formato su (Figura 3.2). Feita a conversão, visualizamos os dados (Figura 3.3 (a)) através do módulo SU X Wiggle Bitmap (disponível no menu Flow edition - Flow components - Grafics) e o Relatório do Observador (arquivo com extenção pdf contendo informações referentes a aquisição sísmica). Verificamos que no dado os 4 primeiros geofones foram utilizados para teste, ou estavam desligados durante toda a aquisição, pois os dados apresentam 100 traços/tiro, enquanto o relatório do observador informava que o levantamento foi realizado com 96 canais/tiro. Estes quatro traços eram referentes aos quatro canais auxiliares. A remoção destes foi feita através do módulo SU Window (disponível no menu Flow edition - Flow components - Seismic unix), determinando a palavra chave do header (no caso tracl), valor mínimo e valor máximo que se deseja passar (5-100), o arquivo de entrada e o arquivo de saída. Logo após, observamos que a visualização estava invertida em relação ao arranjo feito em campo ( X ), então invertemos o dado com o módulo SU Sort (disponível no menu Flow edition - Flow components - Editing, Sorting and Manipulation) e renumeramos o dado (passo importante, pois é necessário que os dados estejam organizados em ordem crescente ou decrescente para serem reconhecidos pelos módulos) através do módulo SU Chw (siaponível no menu Flow edition - Flow components - Editing, Sorting and Manipulation), determinando os seguintes parâmetros: key1 (tracf), key2 (tracf), a (101), b(-1), c (0), d(1), e(1) e f(1). Este módulo realiza o seguinte cálculo: val(key1) = (a + b * val(key2)^e + c * val(key3)^f) / d Os valores dos parâmetros descritos anteriormente foram utilizados no processamento. Em seguida, realizamos um corte no tempo de registro dos dados devido a falta de informação após 4s. Para isso utilizamos novamente a chave SU Window, onde informamos o nome do arquivo de entrada, do arquivo de saída, tempo mínimo e tempo máximo ( s). Feito esta manipulação passamos para a etapa de montagem da geometria. Na Figura 3.4 apresentamos informações obtidas na GêBR dos dados utilizando o módulo SU Range (disponível no menu Flow - flow Edition - Flow components - Seismic

30 21 unix). Podemos observar na Figura 3.5 as informações obtidas do dado original após tratamento na GêBR. Retirada dos quatro primeiros traços dos 576 tiros, corte nos dados no tempo (de 5 para 4s) e inversão da imagem (Figura 3.3 (b)). Figura 3.2: Módulo SU SEG-Y read utilizado para converter um arquivo de entrada com o formato sgy para um arquivo de saída com formato su.

31 Figura 3.3: Tiro 34 em (a), e após tratamento:retirada dos quatro primeiros traços, corte no tempo de 5 s para 4 s e inversão da imagem em (b). 22

32 23 Figura 3.4: Informações do dado original. Destaque para as chaves do header: número total de traços (57100 traces), traços/tiro (tracf 1-100) e o número de amostras (ns 1280). Figura 3.5: Informações do dado tratado. Destaque para as chaves do header: número total de traços (54816 traces), traços/tiro (tracf 1-96) e o número de amostras (ns 1001).

33 Geometria A geometria está relacionada ao tipo de levantamento sísmico e a configuração/arranjo, fontereceptor empregada. Para o processamento sísmico essa etapa é de fundamental importância, pois engloba a definição das coordenadas dos pontos de tiro e receptores, bem como, da distância entre fonte-receptor (offset), estimado por coordenadas, relacionados a cada traço sísmico. Na GêBR a montagem da geometria é feita através dos seguintes modulos: Gnumeric e Geometria (disponíveis no menu Flow edition- Flow Components - LAGEP), módulos desenvolvidos no LAGEP/UFBA. A princípio utilizamos o módulo Gnumeric para gerar as tabelas: Station, Shot, Modelo (Pattern) e CDP. Após preenchidas basta exporta-las. Algo importante é que as tabelas citadas em seu modo de preenchimento são semelhantes as dos softwares comerciais, a exemplo do PROMAX e o FOCUS, tendo como diferença que a tabela Modelo é equivalente a tabela Pattern do software FOCUS. Preenchimento das tabelas: Station Para o preechimento da tabela station (Figura 3.6), calculamos o numero total de estações ou unidades da aquisição. Este numero é obtido através do seguinte cálculo: Total de estações = Total de estações do primeiro tiro + (Total de tiros - 1) * (Intervalo entre tiros). A linha 204-RL-247 possui as seguintes características: Geofones por tiro = 96 Total de tiros = 576 Distância entre as estações de geofones: g = 50 m Intervalo entre ponto de tiros: s = 50 m Lanço: m (Split-Spread assimétrico) Offset mínimo = 100 m Offset máximo = 3850 m Tempo de registro = 4 s Corta baixa = 8 Hz, 18 db/oct Corta alta = 90 Hz, 72 db/oct Sendo assim, para esta aquisição obtivemos o total de 674:

34 25 Total de estações = 99 + (576-1) * 1 = 674 Após calcular o total de estações, preenchemos a primeira coluna com a quantidade de linhas referentes ao total de estações (674), a coluna Station possui numeração semelhante a primeira coluna (total de estações), na coluna Rec X preenchemos as coordenadas X para cada estação, a primeira tem valor zero, da segunda em diante o valor será referente ao intervalo entre estações (50m menor valor entre S e G), sendo assim a coluna foi numerada de 0,50,100 até Para coluna Rec Y todas as linhas tiveram valores 0.00, pois o levantamento foi contínuo numa única direção. Preenchida a coluna Rec Y passamos para tabela Shot. Figura 3.6: Planilha modo Station. Shot A tabela shot (Figura 3.7) contem as colunas Shot, Station, Pattern, Origin, Shot Xe Shot Y. A primeira coluna Shot identifica o tiro (desta forma ela foi numerada de 1-576), a segunda coluna (Station) informa em que estação está sendo disparado o tiro (78-653), sendo que o número da estação deve ser correspondente aos valores preenchidos na tabela Station. A terceira coluna identifica o Pattern do tiro, ou seja, serve como identificador do modelo de distribuição dos receptores do tiro, (sendo que cada Pattern é definido no preenchimento da tabela Modelo). As colunas Orig, Shot X e Shot Y, foram preenchida selecionando a opção Calculate - Shot, este comando faz com que as informações das estações da tabela Station sejam carregadas. Terminado o preenchimento da tabela Shot passamos para tabela Modelo.

35 26 Figura 3.7: Planilha modo Shot. Modelo Na tabela Modelo (Figura 3.8) são postas as informações referentes a cada pattern dos tiros. Esta tabela define todos os patterns citados na coluna Pattern da Tabela Shot. A primera coluna (ID) serve para identificar o tipo de arranjo feito na aquisição. Como foi montado um único arrajo para toda a aquisição, só definimos um modelo que identificamos com o número 1. A segunda coluna (Channels) especifica o número de receptores/tiro (no caso 96). A partir da terceira coluna, referenciamos cada componente do arranjo a sua respectiva estação. A coluna Origin posiciona a estação do tiro no arranjo (no caso 78). Os pares Channel/Station posiciona os receptores nas estações. Channel identifica o receptor e Station a estação correspondente a este receptor. Na linha processada tivemos: canal 1, associado a estação 1, canal 76 associado a estação 76, canal 77 associado a estação 80 e canal 96 associado a estação 99. Preenchida a tabela Modelo passamos para o último passo na montagem da geometria que é o preenchimento da tabela CDP.

36 27 Figura 3.8: Planilha modo Modelo. CDP O preenchimento desta tabela é simples (Figura 3.9). Depois de selecionada a tabela CDP, execulta-se a opção Calculate - CDP. Os CDP s e suas coordenadas X e Y, são calculados automaticamente, juntamente com o preenchimento da coluna Fold, que indica o número de traços de cada família CDP. Nela encontra-se a cobertura máxima (nesse caso 48). Após o preenchimento das tabelas, o próximo passo foi exporta-las. Para exportar as tabelas utilizamos a opção Arquivo - Exportar, onde devemos especificar um nome para cada tabela. Terminada a etapa do preenchimento das planilhas através do módulo Gnumeric, inserimos ao fluxograma GEOMETRIA o módulo Geometria, e especificamos os arquivos de entrada e saída padrão. No módulo configuramod no menu os arquivos exportados no Gnumeric (as tabelas station, shot, modelo e cdp). Após a execução do fluxo de processamento o resultado é armazenado no arquivo especificado na saída padrão. Montada a geometria passamos para a etapa de edição e mute.

37 28 Figura 3.9: Planilhas do modo CDP já preenchidas Edição e mute A edição na GêBR é feita utilizando o módulo Suxkill (disponível no menu Flow edition - Flow components - Editing, Sorting and Manipulation), módulo criado no CPGG/UFBA, para realizar a edição de dados sísmico de maneira mais simples, necessitando apenas a utilização do mouse pelo usuário. Iniciamos a edição criando um novo fluxo menu Flow (nomeado Edição). Em seguida no menu Flow edition inserimos o módulo Suxkill. Neste o único parâmetro presente é o Perc, parâmetro importante, pois em virtude da perda de energia durante a propagação da onda sísmica, a visualização dos traços normalmente fica comprometida. Sendo assim o Perc simula um AGC nos dados (quanto menor o percentual maior o ganho). Nesta etapa do trabalho utilizamos Perc igual a 70. Após o preenchimento desse parâmetro definimos uma entrada e uma saída padrão. A entrada, sendo o dado com a geometria e a saída o arquivo com o dado editado. Após executar o fluxograma, abri-se uma janela de visualização dos sismogramas organizados por Tiro (chave primária) e Canal (chave secundária). Através desta janela o usuário pode visualizar os traços ruidosos e remove-los traço a traço selecionando-os com o botão central do mouse e clicando na opção Sukill (com o botão esquerdo), ou o usuário pode selicionar um grupo de traços ativando a opção Range (com o botão central do mouse

38 29 selecionando o primeiro e o último traço do grupo) e clicando em Sukill, com o botão esquerdo. Observando o tiro 26, podemos ver claramente nos primeiros tempos, a existência dos ruídos coerentes relacionados à onda direta e refratada (Figura 3.10). Após a edição de todos os tiros, clicamos na opção Save&Quit, para salvar o dado editado (Figura 3.11). Para remover a onda direta e a onda refratada presentes nos tiros utilizamos o módulo suxmute (disponível no menu Flow edition - Flow omponents - Editing, Sorting and Manipulation), criado no CPGG/UFBA (Figura 3.12). A definição da função mute é feita de forma interativa usando o mouse para selecionar os picks diretamente no sismograma, facilitando bastante esta etapa do processamento. No SU através do módulo sumute, o usuário define a função mute de forma manual entrando com os pares (tempo, distância) obtidos através d Observando os tiros originais, podemos ver claramente nos primeiros tempos, a existência dos ruídos coerentes relacionados à onda direta e refratada (Figura 3.10). e uma visualização prévia do dado (Exemplo: sumute <edt1.su key=tracf xmute=1,76,96 tmute=0,4,0.1,1.3 >mute.su). A Figura 3.13 mostra o tiro 26 após a aplicação do mute de forma interativa através do módulo suxmute. Figura 3.10: Tiro 26 antes da edição.