40 Oilfield Review

Teledetección satelital: mapeo de riesgos para los levantamientos sísmicos

Stephen CoulsonOla GråbakAgencia Espacial EuropeaFrascati, Italia

Andrew CuttsDenis SweeneyGatwick, Inglaterra

Ralph HinschMartin SchachingerRohöl-Aufsuchungs AGViena, Austria

Andreas LaakeEl Cairo, Egipto

David J. MonkApache CorporationHouston, Texas, EUA

Jeff TowartApache EgyptEl Cairo, Egipto

Oilfield Review Primavera de 2009: 20, No. 4.Copyright © 2009 Schlumberger.Por su colaboración en la preparación de este artículo, seagradece a Steven Covington, Servicio Geológico de EUA(USGS), Darrel Williams, Administración Nacional de laAeronáutica y del Espacio (NASA), Greenbelt, Maryland, EUA;y a David Morrison, Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos.Petrel es una marca de Schlumberger. Google es unamarca de Google Inc.

Las imágenes satelitales de la superficie terrestre proporcionan una vista invalorable

desde arriba. Las imágenes coloridas y a veces artísticas se obtienen a partir de

combinaciones de datos de diferentes porciones del espectro electromagnético. Los

geocientíficos utilizan estas imágenes para diferenciar la explotación del suelo, el tipo

de vegetación, la litología, la elevación y la rugosidad de la superficie. Mediante la

evaluación de estos atributos teledetectados, establecen factores de riesgo para la

calidad de las señales de las fuentes y receptores sísmicos, para el acceso de

vehículos y personal, y para el daño potencial que producen los levantamientos en

el medio ambiente.

La técnica de teledetección (remote sensing)mediante el uso de satélites orbitando la Tierra,provee información para la planeación de los le-vantamientos sísmicos en relación a los cuatrocomponentes de QHSE: calidad, salud, seguridady medio ambiente. Los datos de los levantamien-tos satelitales proporcionan mapas y vistas de al-zado (elevation views) de los rasgos presentessobre e inmediatamente debajo de la superficie,además de una indicación del tipo de roca. Estasimágenes generadas desde arriba reemplazan alas evaluaciones detalladas del terreno, lo cualconstituye una ventaja clave en las localizacionesremotas o peligrosas.

El riesgo que plantean los datos sísmicos debaja calidad, debido al acoplamiento deficienteentre el terreno y una fuente o un receptor sís-mico, se infiere a partir de los registros de imáge-nes satelitales utilizando un modelo de física derocas de la litología interpretada. La capacidadpara localizar terrenos peligrosos es esencial parala protección de la salud y la seguridad del perso-nal que efectúa el levantamiento. Esa información,junto con las interpretaciones de la estabilidad

Algunos satélites también obtienen imágenes deradar para mapear los elementos tectónicos o lahumedad. Las imágenes satelitales sísmicas de re-petición (lapsos de tiempo) per miten el mapeo delos cambios estacionales, o a más largo plazo, o elmapeo de la subsidencia que tiene lugar en un ya-cimiento.

Numerosos satélites han estudiado la super ficieterrestre con una variedad de tamaños de ventanasde visualización y diversos niveles de re solución. Laresolución varía tanto por satélite como por porciónde la banda espectral muestreada. Si bien la reso-lución de la mayoría de los satélites es insuficientepara discriminar rasgos individuales, tales como ar-bustos o rodados grandes, los mapas construidospor teledetección diferencian las regiones cubier-tas de vegetación de los campos de rodados gran-des debido a sus diferentes reflexiones espectrales.

>Mapa litológico superpuesto sobre un mapa de elevación digital, obtenido mediante técnicas de tele-detección. La región árida de Ghazalat, en el Desierto Occidental de Egipto, posee elevaciones calcá-reas sobre una meseta de arenisca. Una escarpa pronunciada separa una depresión—con una basede tipo laguna efímera (extremo inferior derecho)—de la meseta.

del terreno, determina el despliegue seguro de losvehículos de adquisición de datos sísmicos y delequipo asociado. Por último, los datos obtenidospor teledetección permiten identificar la exis -tencia de áreas sensibles desde el punto de vistaambiental y, a través de su utilización en la plane-ación del levantamiento, hacen posible la minimi-zación del impacto negativo de la adquisiciónsísmica sobre estas áreas.

Las imágenes satelitales de la superficie terres-tre se han vuelto familiares para muchas personasa través de los servicios de la Red (Web), tales comoGoogle Earth. No obstante, la teledetección es algomás que una imagen activa: las imágenes satelita-les presentan una vista continua de un área enbandas espectrales múltiples. Habitual mente,estas bandas incluyen la radiación reflejada enlas bandas visible, infrarroja y de microondas.

Primavera de 2009 41

Dado que las imágenes satelitales pueden abarcartoda un área de levantamiento sísmico terrestre,esta tecnología constituye una herramienta de uti-lidad para la clasificación de peligros y para la pla-neación de la logística de despliegue y adquisición.

El factor más importante que afecta el de -sarrollo de una evaluación por teledetección es elterreno: si se trata de un terreno llano, rocoso, are-noso, poblado, cultivado, cubierto de vegetación ohelado (página anterior). El tipo de mapas produ-cidos difiere significativamente según la localiza-ción del levantamiento porque las diferentescombinaciones de bandas espectrales optimizan ladiscriminación de los diferentes riesgos específicos.

En un levantamiento sísmico terrestre, la fuen -te acústica más eficiente y repetible es un vibra-dor, tal como un camión vibroseis. No obstante, loscamiones vibradores son grandes y pesados; sudespliegue requiere un planeamiento logísticocuidadoso. En terrenos escarpados, existe el peli-gro de vuelco, y en terrenos blandos, el riesgo deque el camión se atasque en la arena o el lodo.

Otros riesgos surgen a partir del contacto y elacoplamiento existentes entre la zapata del vibra-dor y la superficie. Si bien sería posible apoyar uncamión vibrador en un ambiente de tipo laguna efí-mera o en un lecho de río seco, la corteza podríaparecer estable y sin embargo no sustentar lafuerza adicional del vibrador, produciendo la caídadel camión.1 Además, los sedimentos blandos pue-den atenuar intensamente la señal acústica. En elotro extremo textural, una superficie dura, conrocas desparramadas, podría impedir el acopla-miento adecuado porque la zapata del vibradorestá en contacto solamente con algunos puntosaltos de las rocas; la superficie de apoyo de la carga.

La evaluación del riesgo de acoplamiento de-ficiente entre las fuentes y receptores y la super-ficie terrestre, y del riesgo de pérdidas de energíarelacionadas con la propagación de las ondas sís-micas en la zona cercana a la superficie es impor-tante para la planeación de un levantamientosísmico. Estos dos factores dan cuenta de la mayorparte de la degradación de la señal sísmica utili-zada para la exploración de hidrocarburos y la ca-racterización de yacimientos. La teledetecciónpuede ayudar a desarrollar una evaluación deriesgos para la adquisición de datos, a través de lacaracterización densa de la zona cercana a la su-perficie utilizando datos ópticos y datos de radar.

Este artículo describe la tecnología de teledetec-ción e incluye dos estudios de casos en tipos geográ-ficos muy diferentes. El primero, correspondientea un ambiente desértico de Egipto, muestra el en-foque general de la teledetección, describiendocómo se combinan las diversas bandas espectralespara proveer información de planeación útil. Elsegundo involucra la determinación de los rasgos

glaciares de Austria. Estos ejemplos de campo ilus-tran el alcance amplio, pero no exhaustivo, de lautilidad de las imágenes remotas de nuestros días.

RGB y más alláLas pantallas de televisión y los monitores de lascomputadoras ofrecen al ojo humano una varie-dad impresionante de color, mediante la combi-nación de tres colores solamente: rojo, verde yazul (RGB). En base a la porción del espectro co-rrespondiente sólo a RGB, las personas común-mente efectúan el tipo de discriminación querealiza la técnica de teledetección satelital. Ten-demos a asociar el verde con la vegetación y elazul con el agua, y muchas rocas corresponden asombras de habano y gris.

Algunos satélites captan la luz del sol, reflejadadesde la superficie terrestre en estas tres bandasespectrales; la intensidad de cada banda—dadacomo un valor de la escala de grises—puede serasignada como valores de intensidad para cadacolor respectivo y recombinarse para generar unaimagen a color familiar. La mayor parte de los sa-télites de teledetección poseen sensores para lasbandas adicionales de otras partes del espectroelectromagnético; estas bandas agregan un rangode información más amplio (arriba). A modo de

ejemplo, los sensores del satélite Landsat 7 cap-tan los datos de intensidad de siete bandas espec-trales, más una banda pancromática, o PAN.2 Lastres bandas del espectro visible (VIS) cubrenaproximadamente los colores rojo, verde y azul.Una banda infrarroja muy cercana (VNIR) ayudaa diferenciar los distintos tipos de vegetación,mientras que otra banda del espectro infrarrojocercano (NIR) es sensible al volumen de agua pre-sente en las plantas, o turgencia. La geología super-ficial se discrimina mediante la utilización de unabanda infrarroja de onda corta (SWIR). Por otrolado, el sensor pancromático del satélite Landsat 7cubre la mayor parte del espectro visible y algo delespectro VNIR. Posee mayor resolución que otrasbandas, lo cual ayuda a ajustar las imágenes fina-les. Estos sensores—para seis bandas espectralesmás la banda pancromática—detectan la luz delsol reflejada desde la superficie terrestre.

El último sensor del Landsat 7 detecta el calorirradiado en la banda infrarroja térmica (TIR), lacual posee una longitud de onda significativamente

1. Un ambiente de laguna efímera es una llanura salina.2. Los satélites Landsat son lanzados por la NASA y operados

por el Servicio Geológico de Estados Unidos. Para obtener más información, consulte: http://landsat.usgs.gov/(Se accedió el 11 de febrero de 2009).

> Bandas espectrales del sensor Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) del satélite Landsat 7 yusos seleccionados de la información de las bandas. El satélite Landsat 7 posee sensores para tresbandas del espectro visible y cuatro bandas infrarrojas, más una banda pancromática o PAN, queabarca el espectro visible e infrarrojo muy cercano (extremo superior). Dado que las bandas detecta-das responden a los diferentes rasgos de superficie en forma intensa o débil, su combinación resultade utilidad para la discriminación de esos rasgos (extremo inferior).

0 1 2 3 10 12 14

Visible a infrarrojomuy cercano

Agua

Infraestructura;mapeo de rasgos

del terreno

Rango delongitud de onda

Interpretaciónde rasgos

superficiales

Vegetación

Aplicaciónsísmica

Planeación logística;estimación del impacto

ambiental

Infrarrojo cercano ainfrarrojo de onda corta

Vegetación quemada

Rocas sedimentarias;depósitos aluviales y eólicos

Longitud de onda, μm

Infrarrojotérmico

Humedad en el terrenoy en los vacíos

Rocas metamórficas,volcánicas y magmáticas

Estimación de la calidadde los datos; modelado de lazona cercana a la superficie

Ampl

itud

norm

aliza

da

VIS-visible; VNIR-infrarrojo muy cercano; Pan-pancromática; NIR-infrarrojo cercano; SWIR-infrarrojo de onda corta; TIR-infrarrojo térmico

TIRVNIR

SWIRNIR

VISAzul, Verde, Rojo

Banda pancromática

más larga que las otras bandas. Las propiedadestérmicas superficiales, derivadas de la banda TIR,distinguen la mineralogía. Muchas rocas—y el al-quitrán o bitumen—que son de color negro en labanda visible y en la banda SWIR se diferencian porsu respuesta en el rango TIR porque los mineralesque componen las rocas irradian calor con diferen-tes intensidades. La respuesta TIR de los rasgos su-perficiales fríos, tales como el hielo y el agua, esbaja. De un modo similar, el enfriamiento inducidopor la evaporación en los lechos de los uadis, las fa-llas abiertas y los rasgos cársticos también se ca-racteriza por una respuesta TIR de baja energía.

Otros satélites de teledetección perciben ban-das diferentes; algunos poseen más bandas que elLandsat 7, y otros menos. Por consiguiente, la me-todología específica aplicada para distinguir losrasgos superficiales de los rasgos cercanos a la su-perficie depende en cierta medida de las capacida-des del satélite.El área incluida en una imagen y laresolución de la imagen también dependen de lafuente de los datos.

Por ejemplo, el satélite Landsat 7 posee una ven -tana de visualización grande, de 185 km [115 mi]por 180 km [112 mi]. Su resolución en la bandatérmica es de 60 m [197 pies]; en las bandas visi-ble e infrarroja, es de 30 m [98 pies]. La mayorresolución proviene de una banda pancromática:15 m [49 pies]. En el otro extremo, un satélite dealta resolución con un área de visión pequeña, elQuickBird, posee un ventana cuadrada de 16.5 km[10.3 mi] de lado y una resolución de 61 cm [2 pies],en su banda pancromática, y de 2.4 m [8 pies] enuna banda infrarroja.3

Algunos satélites obtienen imágenes superfi-ciales provenientes de radares. Los radares de ge-neración de imágenes utilizan un sistema deiluminación activo, a diferencia de los sistemaspasivos de generación de imágenes ópticas, reciéndescritos, que se basan en la iluminación del sol.Este modo de operación confiere a los sistemas deradar la capacidad para generar imágenes a travésde las nubes y durante la noche, lo cual constituyeuna ventaja clara con respecto a los sistemas queutilizan la luz natural.

Una antena instalada en un avión o en unanave espacial transmite la señal de radar. Deno-minado radar de antena lateral, este dispositivocontacta la superficie terrestre en forma oblicuay se dispersa. La misma antena recibe la señal re-flejada, conocida como eco. La amplitud del ecose registra y, si se utiliza para el procesamiento delas señales de radares coherentes tales como elradar de apertura sintética (SAR), también se re-gistra la fase del eco recibido.

La amplitud de la señal captada, dentro decada pixel, representa la retro-dispersión delradar para esa zona del terreno, donde las áreas

brillantes indican una cantidad significativa de laenergía del radar que se refleja, regresando a laantena. Esta energía reflejada depende de diver-sas condiciones del área objetivo, tales como suspropiedades eléctricas, el contenido de humedady, quizás la más importante, la dimensión física delos puntos dispersores existentes en el área. Por logeneral, la presencia de una retro-dispersión másbrillante en la imagen indica una superficie másrugosa, mientras que las áreas oscuras represen-tan superficies planas.

Las imágenes de radar también pueden utili-zarse para obtener la elevación superficial utili-zando el radar SAR interferométrico. Uno de losmétodos para obtener la elevación genera paralajemediante la utilización de dos antenas indepen-dientes instaladas en la misma plataforma. La ima-gen estereoscópica resultante se utiliza para crearun modelo de elevación digital (DEM). Una fuentecomún de la vista paraláctica, utilizada para la in-terpretación topográfica, proviene de un transbor-dador espacial de la Administración Nacional de laAeronáutica y del Espacio de EUA (NASA); misiónllevada a cabo en el año 2000.4 Su antena SAR ob-tuvo imágenes con una resolución lateral de 30 men EUA, y de 90 m [295 pies] en el resto del mundo.La resolución vertical nominal es de 30 m; sin em-bargo, depende considerablemente de la topogra-fía: en terrenos llanos, puede poseer una precisiónde aproximadamente 1 m [unos 3 pies]. Otra delas fuentes para los modelos DEM es el paqueteASTER del satélite Terra, el cual posee dos cáma-ras VNIR que pueden disponerse de manera de ob-tener una imagen estereoscópica.5 El modelo DEMresultante posee una resolución vertical de 30 m yuna resolución lateral de 15 m.

Un segundo modo utiliza una sola antena conimágenes tomadas en pasadas independientessobre el objetivo del avión o la nave espacial. Estemétodo de determinación de los cambios peque-ños de elevación a lo largo de un lapso de tiempo,detecta movimientos superficiales de tan sólo 1 cm[0.4 pulgada], lo cual puede utilizarse para moni-torear la subsidencia en los yacimientos.6

Un método diferente utiliza un sistema de ba-rrido láser, instalado en un avión, que se conocecomo sistema de detección y telemetría inducidapor láser (LiDAR). Dado que la altitud del aviónes mucho más baja que la de un satélite equipadocon radar, el sistema LiDAR provee un modeloDEM de mayor resolución; la resolución habituales de 10 cm [4 pulgadas], verticalmente, y lateral-mente oscila entre 20 y 100 cm [8 y 39 pulgadas].El servicio LiDAR debe ser pedido específica-mente para el área de interés.

Los primeros pasos de una evaluación por te-ledetección consisten en determinar qué informa-ción se requiere y cuál está disponible. Desde su

lanzamiento en 1999, el satélite Landsat 7—consus capacidades multiespectrales—ha exploradoel planeta en un ciclo de 16 días. Además se dis-pone de otras bases de datos satelitales.

El conocimiento de la topografía de una regiónen estudio ayuda a determinar qué combinacionesde espectros serán de mayor utilidad. Por otro lado,los levantamientos precisos de campo obtienen in-formación detallada en localizaciones específicas,para proporcionar las realidades del terreno en re-lación con los datos captados en forma remota.

Las imágenes satelitales poseen una gran va-riedad de aplicaciones. Las vistas en planta y elmodelado de superficie 3D, son herramientas im-portantes para el diseño de la infraestructura y laevaluación de los riesgos de inundaciones. La tele-detección permite discriminar ciertos depósitos deminerales de superficie, provee datos de entradapara la planeación y el monitoreo de los proyectosde almacenamiento de CO2, y posibilita la recons-trucción de la actividad de los glaciares a travésde la evaluación de las morenas. La comparaciónde las imágenes satelitales más antiguas con lasnuevas—el programa Landsat se puso en marchaen 1972—revela los cambios producidos en la ex-plotación o la condición del suelo. La evaluación re-mota ayuda además a determinar y monitorear losniveles de agua subterránea; información impor-tante para los estudios sísmicos porque la capa fre-ática es a menudo el primer refractor que encuentrala señal sísmica. Uno de los objetivos para los que seemplean las imágenes satelitales dentro de la indus-tria de E&P es la determinación de los riesgos aso-ciados con la ejecución de un levantamiento sísmico.

Evaluación del levantamiento sísmicoLos geólogos seleccionan la localización de un le-vantamiento sísmico por lo que puede haber en elsubsuelo, sin importar mayormente las condiciones

42 Oilfield Review

3. QuickBird es propiedad de DigitalGlobe. Para obtenerinformación adicional, consulte: http://www.digitalglobe.com/index.php/85/QuickBird (Se accedió el 11 de febrero de 2009).

4. Los datos de la Misión Topográfica de Radar obtenidapor el Transbordador Espacial (SRTM) son administradospor el Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto deTecnología de California, en Pasadena, EUA. Véasewww2.jpl.nasa.gov/srtm/ (Se accedió el 11 de febrero de 2009).

5. La sigla ASTER, en inglés, significa Radiómetro EspacialAvanzado de Emisión y Reflexión Térmica. Terra es elsatélite insignia del Sistema Orbital Terrestre; una seriede naves espaciales de la NASA. Para obtener más información, consulte: http://asterweb.jpl.nasa.gov/ (Se accedió el 11 de febrero de 2009).

6. Van der Kooij M: “Land Subsidence Measurements at theBelridge Oil Fields from ERS InSAR Data,” presentado enel 3er Simposio ERS, Florencia, Italia, 14 al 21 de marzode 1997. Consulte: http://earth.esa.int/workshops/ers97/papers/vanderkooij1/ (Se accedió el 5 de febrero de 2009).Para obtener más información sobre el proceso de subsidencia, consulte: Doornhof D, Kristiansen TG, NagelNB, Pattillo PD y Sayers C: “Compactación y subsidencia,”Oilfield Review 18, no. 3 (Invierno de 2006/2007): 50–69.

Impacto sobre la logísticaImpacto sobre la calidad de los datos sísmicosTipo de datos satelitalesRasgo de superficieClase de

superficie

Topografíay textura

Declives, terrazas fluviales

DEM, radar Ruido de las ondas superficiales dispersas Riesgo severo para los vehículos en pendientes del 15% al 25%, y acceso prohibido en pendientes de más del 25%

Superficies rugosas Radar Superficie de apoyo de la zapata del vibrador; acoplamiento deficiente del receptor

Riesgo severo de daño de los neumáticos para los vehículos

Fallas de superficie TIR, radar Ruido de las ondas superficiales dispersas Ninguno, a menos que haya escarpas presentes

Explotacióndel suelo

Terreno de labranza (cultivos)

SWIR Posibles restricciones en cuanto a permisos Posibles restricciones en cuanto a permisos

Bosques VNIR, SWIR Baja velocidad sísmica y alta atenuación si se localizan sobre aluvión glaciar seco

Acceso limitado de vibradores y vehículos en bosques tupidos

Infraestructura VNIR, SWIR Alto nivel de ruido de banda amplia; limitación al nivel de accionamiento del vibrador

Acceso limitado de vibradores y vehículos

Ciénagas, pantanos, praderas

VIS–NIR Resonancia; onda inducida por el lodo; sustanciales correcciones estáticas de velocidad

Prohibición de acceso de vibradores y vehículos en terreno húmedo; equipo de registro de transporte manual

Rasgos acuíferos VIS Prohibición de acceso de vehículos; se requieren equipos para zonas de transición

Se requieren equipos para zonas de transición

Litología Coladas basálticas TIR Acoplamiento deficiente del vibrador; dispersión intensa de la textura basáltica

Riesgo frecuente para los neumáticos de vibradores y vehículos

Caliche, horizontes de mineralización

NIR, SWIR, radar

Resonancia de banda angosta; fuerte absorción Sin riesgos para el acceso de vibradores y vehículos

Horizontes de arcilla endurecida

DEM, NIR Resonancia Prohibición de acceso de vibradores en terreno húmedo

Afloramientos de rocas duras

NIR, SWIR, radar

Superficie de apoyo de la placa de base; acoplamiento deficiente del receptor

Riesgo de acceso limitado para vibradores

Laguna efímera, lagos salinos

DEM, SWIR Resonancia; onda inducida por el lodo; correcciones estáticas de velocidad; alta atenuación

Riesgo severo para el acceso de vibradores y vehículos

Uadis, uadis sepultados,lechos de ríos sepultados

TIR, radar Napa freática para las correcciones estáticas de las ondas P; acoplamiento deficiente en los uadis

Sin riesgo para el acceso de vibradores y vehículos

Geomorfología Cresta de morenas SWIR, DEM Baja velocidad sísmica y alta atenuación en aluvión glaciar seco

Sin riesgo

Dunas de arena SWIR, DEM Correcciones estáticas de elevación; fuerte atenuación; modos de ondas superficiales entrampadas

Acceso de vibradores severamente limitado; se requiere la preparación del sendero

Talud de derrumbes, abanicos aluviales

SWIR, DEM Baja velocidad sísmica y alta atenuación Acceso limitado de vibradores en terrenos escarpados

Primavera de 2009 43

> Los impactos de los registros de imágenes satelitales sobre la calidad de los datos sísmicos y los aspectos logísticos de los levantamientos. Los rasgosde superficie (extremo superior), observados a menudo en los levantamientos sísmicos terrestres pueden diferenciarse utilizando combinaciones de bandasespectrales (extremo inferior).

Fallas de superficie(TIR, radar)

Coladas basálticas(TIR)

Uadis, uadis sepultados(TIR, radar) Dunas de arena

(SWIR, DEM)

Ríos(VIS)

Infraestructura(VNIR, SWIR)

Mar(VIS)

Bosques(VNIR-SWIR)

Talud de desprendimiento,abanicos aluviales

(SWIR, DEM)Laguna efímera,

lagos salinos(DEM, SWIR) Terrenos de

labranza(cultivos)(SWIR)

Lagos(VIS) Cresta de

morenas(SWIR, DEM)

Tipos de rocas(SWIR)

Topografía(DEM)

Ciénagas(VIS-NIR)

Playas(VNIR)

Pantanos-praderas(VIS-NIR)

Terrazasfluviales

(DEM, radar)

Superficies rugosas(Radar)

Lechos de ríossepultados(TIR, radar)

o pantanosos. En los climas desérticos, la presen-cia de dunas de arena suelta limita el acceso delos vibradores. Las pendientes pronunciadas tam-bién impiden el acceso de los vehículos de so-porte. Otros rasgos geográficos presentan suspropios problemas logísticos, los cuales puedenser detectados utilizando combinaciones de mé-todos de teledetección (abajo).

de un área para hallar las mejores localizacionesespecíficas para la colocación de las fuentes y losreceptores sísmicos.

En las zonas intensamente forestadas, los vi-bradores y otros vehículos poseen un acceso limi-tado. Lo mismo sucede en los terrenos cenagosos

de superficie. Por ende, los responsables de la pla-nificación del levantamiento deben abordar losdesafíos inherentes a la geografía y la topografía

Zapata del vibrador

El desplazamiento de los vibradores y del per-sonal en el sitio es sólo una parte de la planeaciónnecesaria. La topografía también incide en la ca-lidad del acoplamiento entre la fuente o el receptory el terreno, y puede afectar la propagación de laseñal en la región cercana a la superficie. Una su-perficie rugosa o rocosa puede conducir a la cargapuntual de la zapata del vibrador, distorsionandosignificativamente la señal transmitida. En los se-dimentos blandos se puede lograr un buen acopla-miento de la fuente, siempre que el terreno soportela carga de la zapata del vibrador. No obstante, si lazapata del vibrador avanza a través de una superfi-cie de terreno dura, el resultado es nuevamente unacoplamiento deficiente, una señal distorsionaday, posiblemente, un corte de la componente dealta frecuencia de la señal generada (arriba).

La contribución más significativa con respectoal ruido superficial en los procesos de adquisiciónsísmica, es la onda parásita (ground roll). Se tratade una onda superficial, o más precisamente unaonda de Rayleigh, que viaja en la interfaz existenteentre el terreno y el aire (abajo). Las ondas de

Rayleigh se propagan más lentamente que lasondas compresionales que viajan a través de lasformaciones rocosas del subsuelo; estas ondas vo-lumétricas son señales convenientes para los le-vantamientos sísmicos del subsuelo. Las ondas deRayleigh superficiales también se atenúan máslentamente que las ondas volumétricas. Esta faltade atenuación exacerba el ruido causado por ladispersión resultante de los rasgos superficiales,efecto que los geofísicos tratan de mitigar me-diante una planeación adecuada.

En los ambientes húmedos, tales como las cié-nagas, los pantanos y algunos ambientes de la-guna efímera, la onda superficial se acopla con ellíquido y se denomina onda inducida por el lodo.7

Una onda inducida por el lodo es a menudo muchomás lenta que una onda de Rayleigh debido alpobre acoplamiento de las partículas en el sólidosaturado de agua cercano a la superficie.

Las variaciones de la cota topográfica requie-ren correcciones estáticas de las señales sísmicasmedidas. La determinación de las correccionespuede ser particularmente difícil en los suelosmeteorizados poco profundos. Las señales presen-tes en los materiales de la superficie pueden po-seer velocidades radicalmente más lentas que lasde la roca dura infrayacente. Si la capa meteori-zada exhibe variaciones de espesor localizadassignificativas, puede ser necesario efectuar co-rrecciones estáticas que cambian rápidamente,tanto vertical como lateralmente, dentro de unárea pequeña. Las dunas de arena, los ambientesde laguna efímera y los pantanos plantean esteproblema para la adquisición sísmica.

Además del problema de las correcciones es-táticas en las dunas de arena, las ondas volumétri-cas pueden reflejarse desde la base de la duna,quedando entrampadas en la duna propiamentedicha. En los uadis, el tope de la napa freáticaafecta los primeros arribos de la señal sísmica demanera que es importante discernir el nivel deagua. Los materiales blandos, tales como la arenano consolidada, los ambientes de laguna efímeray el aluvión glaciar seco, también causan un grannivel de atenuación de la señal de la onda volu-métrica en la capa superficial.

Los límites a menudo dispersan la energía sís-mica creando ruido. Puede tratarse de cambios to-pográficos, tales como los declives, o de límiteslitológicos o límites de mineralización. El riesgode ruido proveniente de la dispersión es mayor enlos terrenos duros, tales como los carbonatos y losbasaltos. La resonancia de las ondas sísmicas seproduce en zonas rodeadas de materiales de mayorimpedancia acústica. Por ejemplo, una vez queuna onda superficial proveniente de una roca duraingresa en un horizonte más blando de arcilla en-durecida, puede quedar entrampada reflejándoseen otro límite con la roca dura. A menudo se ob-servan situaciones similares en ciénagas.

El mapeo de los riesgos existentes para unabrigada sísmica terrestre, antes de su despliegue,constituye una forma de evaluar los problemas po-tenciales para el personal y el equipo. Un levan-tamiento satelital que diferencia los rasgos desuperficie en detalle ofrece esta opción. Por ejem-plo, un modelo DEM resulta particularmente útilpara identificar la estructura en una escala de 10 m[33 pies] e incluso mayor. Además, puede locali-zar la presencia de escarpas y resaltar otros ras-gos que poseen un carácter de elevación común,ya sea plano (como en el caso de los horizontes dearcilla endurecida, los ambientes de laguna efí-mera, las planicies de inundación, las ciénagas ylos pantanos) o bien variado (tal es el caso de losuadis, las dunas de arena y las morenas glaciares).En las escalas más pequeñas, de centímetros a de-címetros, los registros de imágenes de radar ilumi-nan la microestructura superficial y la textura através de la diferenciación entre reflexiones difu-sas y reflexiones especulares. Esto proporciona in-formación sobre la estructura de las rocas, lasfracturas y las ondulaciones. Por otro lado, los mi-nerales poseen diferentes respuestas en el rangoinfrarrojo, por lo cual esas bandas se incluyen enlos estudios de la litología.

En la mayoría de los casos, el análisis de tele-detección incorpora información de uno o más sa-télites de las observaciones del terreno y de losmapas que incluyen la infraestructura y, si se en-cuentra disponible, de la geología del subsuelo. Laintegración de los datos utilizando un sistema deinformación geográfica (GIS) es crucial. Un sis-tema GIS es una herramienta utilizada para alma-cenar, visualizar y procesar los datos en unespacio de trabajo geográfico común con el fin deayudar a modelar el mundo con la mayor precisiónposible. Este sistema permite que un usuario con-sulte y analice interactivamente los datos y creemapas. Dentro de un sistema GIS, por ejemplo,una imagen de un radar satelital superpuesta conuna combinación de bandas visibles e infrarrojas

44 Oilfield Review

> Avance de la zapata del vibrador. El ambientede laguna efímera exhibía un grado de resis ten -cia insuficiente para soportar la zapata delvibrador, lo cual fracturó la superficie.

>Modos de superficie en la adquisición sísmica. Un camión vibrador dirige la energía sísmica hacialas formaciones profundas como ondas volumétricas (negro). No obstante, un grado significativo deenergía se dispersa a partir de esta onda o se entrampa cerca de la superficie. Parte de esa energíase refracta en los límites de las formaciones (azul claro). Las ondas de Rayleigh (púrpura) viajan sobre lasuperficie y pueden dispersarse desde los declives como se muestra aquí, o en los cambios de litolo-gía (que no se muestran). Otra parte de la energía sísmica puede quedar entrampada en los sedimen-tos blandos, existentes entre las capas más duras (naranja), o reflejarse en las interfaces (rojo).

5

km0 5

0 millas 2001000Elevación, m

–80

Primavera de 2009 45

puede ser mapeada en un espacio común con lapoligonal y las observaciones de un levantamientoterrestre. El software GIS permite además que elvisualizador vea los datos combinados desde cual-quier ángulo o “vuele” a través del lugar. Mediantela combinación de los datos captados en forma re-mota con los modelos físicos, tales como la propa-gación de ondas y el acoplamiento entre fuentes yreceptores y los diversos materiales de superficie,y utilizando reglas lógicas, tales como el ángulo dependiente seguro para los vehículos, el sistemaGIS exhibe la información de riesgos en un for-mato de fácil comprensión. Esto se puede observarmejor en los estudios de casos que se presentan acontinuación.

Geomorfología en un terreno áridoEn el Desierto Occidental de Egipto, a casi 700 km[435 mi] al oeste de El Cairo, Apache Egypt plani-ficó la ejecución de un estudio sísmico en la Cuencade Ghazalat, la cual contiene mesetas y escarpaspronunciadas. Previo a la ejecución del levanta-miento, WesternGeco incluyó la técnica de telede-tección satelital como parte de una caracterizaciónmultifísica de superficie para establecer el riesgoexistente en cuanto a logística y adquisición.8

La zona cercana a la superficie comprende dosformaciones, la Formación Moghra y la FormaciónMarmarica suprayacente (derecha). La porcióninferior extrema de la Formación Marmarica ex-hibe capas alternadas de caliza dura y marga ye-sífera blanda que pasan a caliza maciza en laparte superior de esta formación. La FormaciónMoghra infrayacente está compuesta por una se-cuencia alternada de capas de arenisca y arcilita.Ambas formaciones afloran en el área prospectivade Ghazalat.

A partir de los datos satelitales ASTER, se ob-tuvo una imagen DEM del área con resolucioneslaterales y verticales de 30 m ajustadas para al-canzar aproximadamente 17 m [56 pies], utili-zando la banda pancromática de resolución másalta. Alrededor de un 10% del área de estudio se

7. La onda generada en el lodo se conoce también comoonda de Stoneley-Scholte o, simplemente, onda deScholte.

8. Laake A y Zaghloul A: “Estimation of Static Correctionsfrom Geologic and Remote-Sensing Data,” The LeadingEdge 28, no. 2 (Febrero de 2009): 192–196. Cutts A y Laake A: “An Analysis of the Near SurfaceUsing Remote Sensing for the Prediction of Logistics andData Quality Risk,” artículo presentado en la 4a Conferencia y Exhibición del Petróleo y las Geocienciasdel Norte de África/el Mediterráneo, Túnez, RepúblicaTunecina, 2 al 4 de marzo de 2009.Para obtener más información sobre la caracterizaciónde la calidad de los datos en las regiones áridas, con-sulte: Laake A, Strobbia C y Cutts A: “IntegratedApproach to 3D Near Surface Characterization in DesertRegions,” First Break 26 (Noviembre de 2008): 109–112.

M A R M E D I T E R R Á N E O

DesiertoOccidental

Depresión de Qattara

Río

Nilo

El Cairo

E G I P T O

Área de estudiode Ghazalat

200

km0 200

0 millas

Elev

ació

n, m

Mar

mar

ica

Form

ació

nM

ogrh

a

Desc

ripci

ón

Caliza

Margayesífera

blanda

Areniscasy arcilitasalternadas

250

200

150

100

50

0

–50

Lito

logí

a

Caliza

Arenisca

Arcilita y marga

>Mapa topográfico del área de Ghazalat, donde se ilustran los declives.Un modelo de elevación digital (DEM) muestra una parte de la Depresiónde Qattara (azul, extremo inferior derecho) limitada por una escarpa alta ypronunciada. Una amplia meseta con relieve de tipo meseta (verde)conforma aproximadamente la mitad del área de estudio, limitada al nortepor regiones montañosas (amarillo a marrón). Un algoritmo de detecciónde bordes permitió determinar las localizaciones de los declives (negro).

> Geografía y geología de la Cuenca de Ghazalat. La Cuenca deGhazalat se encuentra ubicada en el Desierto Occidental de Egipto,limitada por la Depresión de Qattara (mapa). El área comprendemesas y altiplanicies al sur, (fotografía) y regiones montañosas alnorte. Las formaciones corresponden a capas de caliza, arenisca, y arcilla y marga (derecha).

una altura de 50 a 60 m [165 a 195 pies]. La mesetaconforma aproximadamente un 50% del área de es-tudio, con elevaciones de más de 200 m [660 pies]sobre el nivel del mar hacia el norte (abajo).

encuentra contenida en la Depresión de Qattara,a unos 80 m [260 pies] por debajo del nivel del mar,y está limitada por una escarpa de 100 a 120 m[330 a 390 pies] que se transforma en meseta a

Además de la gran escarpa que limita la de-presión, existen otras escarpas presentes que fue-ron determinadas utilizando un algoritmo dedetección de bordes de ocho direcciones.9 Estas es -carpas pueden ser superpuestas sobre el mapa deelevaciones del terreno para obtener un mapa declasificación topográfica.

La clasificación litológica fue tomada de un le -vantamiento satelital Landsat 7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) del área. Esta clasificaciónfue mapeada junto con los datos DEM ASTER uti-lizando metodologías GIS.

La experiencia con una amplia gama de aplica-ciones de imágenes satelitales ha demostrado queciertas combinaciones de bandas espectrales dife-rencian determinados tipos de rasgos superficiales,los cuales suelen ser los primeros en examinarse. Sibien las siete bandas pueden ser examinadas concualquier combinación, es más conveniente com-binar tres bandas con el fin de construir los mapaspara el examen visual. Los datos de cada banda sonbásicamente datos correspondientes a la escala degrises. Estos datos correspondientes a la escala degrises pueden ser asignados a uno de los tres colo-res RGB, asignándose los datos de la escala de gri-ses de las otras dos bandas a los otros dos colores.

46 Oilfield Review

>Mapa litoestructural de Ghazalat. Una combinación de diversas bandasdel satélite Landsat 7 posibilitó una diferenciación eficiente de la litologíaen el área árida de Ghazalat. La discriminación litológica provino de unabanda térmica y dos bandas SWIR; los detalles y colores adicionales de la imagen fueron el resultado de la superposición de dos bandas visibles.

Arenisca Caliza 1 Caliza 2Laguna efímera, arcilla

5

km0 5

0 millas

> Clasificación de la litología y observaciones del terreno en el área de Ghazalat. Para crear este mapa, los geocientíficos optimizaron las combinacionesde las bandas satelitales, independientemente para cada clase litológica, incluyendo dos clases de calizas (azules oscuros), una clase compuesta pormarga, limo muy fino (loess) y arena (amarillo), dos clases de areniscas (naranja), y una clase para arcilla y laguna efímera (azul claro). En este mapa, lamezcla de colores indica la presencia de litologías mixtas dentro de un área. Este mapa se utilizó para generar secciones transversales limitadas, lo cualvalidó el proceso de mapeo por teledetección (fotografías, correspondientes a los círculos del mapa).

5

km0 5

0 millas

Arenisca

Arenisca

Horizonte de arcilla endurecida

Marga, limo muy fino (loess)

Caliza

Arenisca

Caliza Marga, limo muy fino, arena Arenisca Arcilla, laguna efímera

Una presentación Landsat 7 ETM+ convencional es742 RGB, donde la Banda 7 (SWIR) está represen-tada en rojo, la Banda 4 (VNIR) en verde, y laBanda 2 (VIS verde) en azul.

Las bandas también pueden compararse por larelación o por la diferencia de sus escalas de gri-ses. Algunas de las combinaciones comunes no re-sultaron apropiadas para el estudio del área de

Primavera de 2009 47

Ghazalat porque incluyen específicamente bandassensibles a la vegetación y ésta es un área desér-tica seca. Si bien varias de las combinaciones lo-graron distinguir la arenisca de la meseta y de lacaliza de las regiones montañosas, la combinaciónde una banda térmica y dos bandas SWIR proveyóel mejor grado de diferenciación entre dos tipos decalizas. Esta imagen RGB fue ajustada mediante lautilización de una diferencia multibanda que in-cluye las respuestas existentes en dos de las bandasvisibles para ilustrar la textura presente en la ca-liza y la arenisca. La imagen resultante resalta loshorizontes de arcilla endurecida y los detalles delas capas de los declives (página anterior, arriba).

Una forma diferente de clasificar la litologíautiliza criterios independientes, específicos paracada tipo de roca. En el área de Ghazalat, se eva-luaron varias relaciones de bandas para distinguirdos tipos de caliza, dos tipos de arenisca, marga,limo muy fino (loess) y arena, y laguna efímera oarcilla (página anterior, abajo). Este mapa ayudóa dirigir un proceso de campo de validación de losdatos. Las travesías realizadas a través del área, apie o con vehículo todo terreno, confirmaron la in -ter pretación obtenida por teledetección.

Una vez determinadas la litología y la topogra-fía, se puede cuantificar una estimación del riesgopara un estudio sísmico (derecha). Los riesgos lo-gísticos se asocian con el acceso y el movimiento.Los declives pronunciados y los bordes del terrenolimitan el acceso vehicular. Las regiones monta-ñosas calcáreas poseen una topografía acciden-tada y bordes pronunciados, lo cual hace que lamaniobrabilidad sea difícil pero no imposible. Lasáreas arcillosas y tipo laguna efímera también li-mitan el acceso porque existe el riesgo de caídaen los sedimentos blandos a través de la cortezasuperior. Por el contrario, las áreas de areniscasen general no poseen limitaciones de acceso.

Otros son los riesgos asociados con la calidadde las señales sísmicas. Los declives, incluyendolos que se encuentran en los límites de las forma-ciones, presentan riesgos de dispersión topográ-fica. La superficie rugosa de las calizas incrementael riesgo que plantean los problemas asociadoscon las cargas puntuales de las zapatas de los vi-bradores. Las dos formaciones de caliza poseenniveles diferentes de este mismo riesgo; siendo in-ferior el nivel de riesgo de la caliza occidental. Laarcilla blanda y los ambientes tipo laguna efímeraposeen mayor riesgo de atenuación de la señal yresonancia.

Las velocidades acústicas de las unidades lito-lógicas pueden modelarse para estimar las correc-ciones estáticas de las posiciones de las fuentes ylos receptores. En Ghazalat, esto es consistente con

la estimación de la menor resolución obtenida delpicado del primer arribo de refracción. Los riesgosfueron verificados en una colección de trazas sís-micas con una fuente común (shot-point gather)

>Mapas de riesgos para el área de Ghazalat. Los riesgos logísticos abarcanlos riesgos de acceso y maniobrabilidad para los vehículos (extremo supe-rior ). Las áreas de areniscas son, en general, de bajo riesgo (azul pálido, unacombinación de codificación en blanco, para las áreas de bajo riesgo, y la in-formación geográfica básica), pero las regiones montañosas plantean incon-venientes de maniobrabilidad (rojo). Las superficies blandas, tales como elextenso depósito tipo laguna efímera de la depresión, limitan el acceso (azul).Para los camiones, el acceso a los declives grandes (negro) resulta imposi-ble. En el mapa de riesgos asociados con la velocidad de superficie (extremoinferior ), los declives también plantean riesgos severos para la dispersión dela señal sísmica (negro). Las superficies rugosas de las calizas de las regio-nes montañosas generan un nivel de riesgo de dispersión moderado (rojo);estas áreas también poseen un nivel mayor de riesgo asociado con la cargapuntual de la placa de base de un vibrador. Los horizontes de arcilla endure-cida y los depósitos tipo laguna efímera exhiben un alto riesgo de atenuaciónde la señal (azul). Las áreas de arenisca, en general, poseen un nivel bajo deriesgo asociado con la velocidad de superficie.

Mapa de riesgos logísticos

5

km0 5

0 millas

Sin acceso Limitación de las maniobras

Limitación del acceso Nivel de riesgo bajo

Mapa de riesgos asociados con la velocidad de superficie

5

km0 5

0 millas

Riesgo severo de dispersión causada por los declives

Riesgo moderado de dispersión causada por lassuperficies rugosas

Riesgo de atenuación

Nivel de riesgo bajo

9. El método utilizado es el algoritmo de detección de bordes de Sobel. Se aplica a menudo en las direccionesnorte-sur y este-oeste; sin embargo, debido a los lóbuloscomplicados del relieve de tipo meseta y a otros rasgos,el método de ocho direcciones utilizado aquí proporcionólíneas continuas más suaves para los declives.

Posi

ción

N-S

, km

Elev

ació

n, m

Tiem

po d

e trá

nsito

dobl

e (id

a y

vuel

ta)

Posi

ción

N-S

, km

Posi

ción

N-S

, km

Posi

ción

N-S

, km

–0.5

0.5

0

–0.5

0.5

0

–0.5

0.5

0

–0.5

0.5

0

Perfilaltimétrico

Registrosísmicode campo

ImagenQuickBird

Mapa deriesgoslogísticos

Mapa deriesgos dedispersión

Mapa deriesgos develocidad

0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

5

100

Cresta de arenisca Afloramiento de capa

Posición E-O

Sin riesgo

Sin dispersión

Cambio de velocidad

Arena

Dispersión

Borde

Borde

Arcilla

Arcilla

Declive

Declive

ArenaVelocidadbaja

Dispersión

Declive

Declive

Declive

Bordes

Declive

Bordes

1

km0 1

0 millas

en la meseta sur cercana a un relieve tipo meseta(abajo). El registro sísmico de campo muestra losefectos de la dispersión resultante de un borde demeseta y de un límite entre litologías, confirmandoel valor predictivo del levantamiento remoto.

Morenas glaciares en cerros cultivadosEn las estribaciones de los Alpes austríacos,Rohöl-Aufsuchungs AG (RAG) posee una conce-sión para explorar un área con una historia geoló-gica compleja. Mientras los Alpes avanzaban desdeel sur, los sedimentos erosionados provenientes deestas montañas en proceso de formación fueron

dispersados en una cuenca de antepaís del Tercia-rio, la Cuenca de Molasse, y se formó un sistemade canales marinos profundos, de hasta 200 km[120 mi] de largo, paralelo al eje de la cuenca. Losprocesos de formación de pliegues y cabalgamien-tos de etapa tardía afectaron parcialmente los se -dimentos de la porción sur de la Cuenca de Molasse,pero dejaron sin deformar la mayor parte de lacuenca hacia el norte. De sur a norte, los depósitosgeológicos comprenden una faja plegada de cali-zas, y sedimentos de la Cuenca de Molasse imbri-cados, plegados y no deformados. Toda el área estácubierta en gran parte por depósitos glaciares,

tales como las morenas, y comprende parcial-mente rasgos erosivos pos-glaciares.

En los terrenos llanos, se encuentra intensa-mente cultivada, con bosques densos en los cerrosy en las pendientes pronunciadas, y ciénagas en losantiguos lagos glaciares y a lo largo de los ríos.Junto con los restos de canales de desborde y dre-naje que se formaron al derretirse los glaciares,quedan morenas glaciares que son crestas de gravadepositadas en el momento de máximo avance deun glaciar (próxima página, arriba a la izquierda).Además, el área se encuentra densamente cubiertade infraestructura, incluyendo pueblos y ciudades.

48 Oilfield Review

> Clasificaciones de riesgos confirmadas por el registro sísmico de campo. Esta sección pequeña se encuentra en la porción sur del área del levantamiento.Contiene un relieve de tipo meseta y rasgos de afloramientos, como se observa en el perfil altimétrico y en la imagen satelital de alta resolución QuickBird.Todas las trazas provenientes de un solo punto de tiro sísmico (círculo rojo del perfil altimétrico) se muestran en el registro sísmico de campo. La cresta (izquierda del centro) y el cambio de litología en el afloramiento (derecha del centro) se traducen en variaciones de la intensidad de la colección de trazas(transiciones de amarillo a verde). Esto confirma el pronóstico (rojo) del mapa de riesgos de dispersión. La imagen QuickBird confirma las localizaciones de los declives y los bordes, como se define en el mapa de riesgos logísticos, y cuáles inciden en el mapa de riesgos de dispersión.

Primavera de 2009 49

El levantamiento satelital muestra concordanciaentre la realidad y un levantamiento terrestre ex-tensivo, dado a conocer en 1957 y que vincula laslocalizaciones de los riesgos de la adquisición sís-mica provenientes de la interpretación de las imá-genes satelitales (abajo).10

Estas observaciones ecológicas y culturales sonindicadores de las dificultades y riesgos operacio-nales. Además, existen riesgos asociados con la ca-lidad de los datos para la adquisición sísmica: lasmorenas glaciares limitan el acoplamiento co-rrecto, por lo que se requieren correcciones estáti-cas grandes; las ciénagas generan resonancia a

>Morenas en Austria. Un levantamiento LiDAR DEM muestra la varia-ción de la elevación en esta área de las colinas de los Alpes. Los decli-ves (negro) fueron localizados utilizando un algoritmo de detección debordes. Las dos morenas indican la extensión del glaciar. Además, enesta imagen se observan canales de desborde y drenaje. Estos canalesy el antiguo lago se desarrollaron al derretirse el glaciar. El rectánguloblanco indica la localización de la imagen más detallada de la figura dela derecha.

Canal dedrenaje

Canales de drenaje

Morena

Morena

Antiguo lago

Canal de desborde

Canal de desborde

5

km0 5

0 millas

900

Altu

ra, m

200

> La realidad del terreno. Los resultados satelitales interpretados (color) se superponen sobre un levantamiento topográfico te-rrestre extensivo (escala de grises) dado a conocer en 1957 (Aberer, referencia 10, utilizado con autorización). El ajuste notable,existente en la zona de superposición, confiere seguridad en cuanto a la localización de las interpretaciones satelitales.

> Comparación de la resolución del modelo DEM del sistema LiDAR y dela misión SRTM. La resolución de los datos del sistema LiDAR aerotrans -porta do (izquierda) es significativamente mejor que los obtenidos por untransbordador espacial en el año 2000 (derecha). Esta área pequeña co-rresponde al rectángulo blanco de la figura de la izquierda.

0.5

km0 1

0 millas550

Altura, m410

ticular, el levantamiento identificó las localizacio-nes con mayor riesgo de dispersión como resultadode los cambios de elevación abruptos. Las pendien-tes pronunciadas representan límites que disper-san la energía en los modos de ondas su perficialessísmicas. La identificación del tipo y la localizaciónde dichos cambios superficiales ayuda a los geo-científicos a diseñar un filtro que elimina el ruidodispersado desde una dirección específica.

partir de las ondas superficiales entrampadas;puede ser necesario contar con tipos de fuentesmúltiples ya que en las ciénagas no pueden utili-zarse vibradores; y los rasgos superficiales puedengenerar niveles sustanciales de ruido a partir de lasondas superficiales dispersadas desde los declives.

La compañía RAG invirtió en un estudio DEMLiDAR para identificar y mitigar la presencia deproblemas potenciales antes de comenzar con laadquisición sísmica. De las fuentes de teledetec-ción disponibles, este levantamiento con aeronavees el que proporciona el mapa de superficie máspreciso (arriba, a la derecha). En este caso en par-

10. Véase el mapa geológico incluido en Aberer F: “DieMolassezone im westlichen Oberösterreich und in Salzburg,” Mitteilungen der geologischen GesellschaftinWien 50 (1957): 23–94 (en alemán).

50 Oilfield Review

En las áreas de frontera, los datos satelitales a menudo entran en juego en las etapas mástempranas de la exploración, mucho antes dela planeación y el trazado del levantamientosísmico. En ese contexto, las imágenes sateli-tales se utilizan para priorizar las áreas conposibilidades de contener prospectos depetróleo y gas. Empleando una diversidad desensores, los satélites resultan especialmenteadecuados para el reconocimiento a grandesrasgos de regiones remotas y áreas de levanta-miento extensas. Los datos obtenidos conestos diferentes tipos de sensores son útiles,mucho más allá de su capacidad para mapearla topografía, la geología regional, los linea-mientos y las tendencias estructurales.

Los datos satelitales adquiridos en tierra seanalizan para inferir la presencia de hidrocar-buros a través de signos indirectos, tales comolos cambios químicos, físicos o microbiológicosproducidos en el suelo y la vegetación. Porejemplo, cuando el gas se filtra hacia la super-ficie, desplaza parcialmente al oxígeno delsuelo para crear un ambiente pobre en con -tenido de oxígeno.

Esto afecta también el potencial de re -ducción-oxidación y el pH del suelo. Estoscambios se manifiestan como alteraciones dela mineralogía del suelo, tales como la forma-ción de nuevos minerales (calcita, pirita yuranio), mediante el descoloramiento de losafloramientos de capas rojas o mediante cambios electroquímicos.1

A su vez, estas permutaciones se reflejan en la salud o el tipo de vegetación que rodea a una filtración de gas. No sólo se agota el

oxígeno presente en el suelo, sino que los cambios concomitantes producidos en la solu-bilidad de los nutrientes del suelo se traducenen una deficiencia o exceso de los nutrientesabsorbidos por las plantas. Estos efectos sepueden registrar en la respuesta espectral dela planta, detectada por los sensores ópticosdel satélite. La reflectancia de las plantassometidas a esfuerzos a menudo es más alta en la región visible y más baja en el infrarrojocercano.2 La configuración y la intensidad dedichos indicadores puede ser importante parala delineación de las fracturas u otras caracte-rísticas de las acumulaciones del subsuelo, y seha detectado la presencia de gas a lo largo deciertos rasgos lineales observados en las imá-genes satelitales.3

En las áreas marinas, las imágenes sate -litales son útiles para el desarrollo deexploraciones preliminares mediante la identificación de posibles manifestacionessuperficiales de petróleo. El petróleo, queemana de filtraciones naturales existentes enel fondo marino, se eleva hacia la superficiedel océano donde puede ser detectado a tra-vés de las imágenes de radar e imágenes en eldominio visible e infrarrojo. El radar de aper-tura sintética (SAR), en particular, muestraun alto grado de éxito en cuanto a la detec-ción de petróleo en la superficie del mar. Esteradar de antena lateral transmite las señalesformando un ángulo oblicuo con la Tierra y,por consiguiente, es sensible a la retro-dis -persión producida por las diminutas olascapilares que se forman en la superficie del océano.4

El petróleo tiende a amortiguar las olasexistentes en la superficie oceánica, produ-ciendo una superficie lisa que refleja la mayorparte de la señal lejos del receptor SAR. Laintensidad de la retro-dispersión es anormal-mente baja sobre una superficie lisa, encomparación con la zona adyacente. No obs-tante, existen numerosos factores que afectanla interpretación y la localización de las manchas superficiales en relación con lasaberturas del fondo marino. Entre los factoresque pueden desplazar u ocultar la presenciade una superficie oceánica lisa se encuentranla velocidad y la dirección del viento, lascorrientes, la nubosidad, las condicionesmeteorológicas y la vegetación marina.5

Más importante aún es el hecho de que elamortiguamiento de las olas superficialespuede ser atribuido a numerosos procesos que requieren más investigación; muchasmanchas no tienen relación alguna con la presencia de petróleo. Las celdas de lluvia, las sombras de los vientos y el flujo decorriente pueden suavizar ciertas áreas loca-les de la superficie del mar. Las láminas dealgas e incluso los desoves de corales tambiénafectan el movimiento del mar. Las manchasbatimétricas son generadas por la aceleraciónlocalizada de las corrientes que fluyen sobrelos canales submarinos. Estas manchas hansugerido la presencia de canales no registra-dos que fueron verificados subsiguientementemediante levantamientos batimétricos demúltiples haces y alta resolución.6

Frente a la Plataforma Continental Noro-este de Australia, el radar SAR detectó la

Prospección satelital

1. Las capas rojas son estratos sedimentarios rojizos,tales como las areniscas, las limolitas o las lutitas, las cuales se acumularon bajo condiciones de oxidación; el color rojo proviene de las partículas de minerales de óxido de hierro.

2. Noomen MF, Skidmore AK y van der Meer FD: “Detecting the Influence of Gas Seepage on Vegetation, Using Hyperspectral Remote Sensing,” en Habermeyer M, Mülle A y Holzwarth S (eds):Actas del 3er Simposio sobre Espectroscopía para Generación de Imágenes de EARSeL. Herrsching, Alemania: ERSeL (2003): 252–255.

3. Jones VT, Matthews MD y Richers DM: “Light Hydrocarbons for Petroleum and Gas Prospecting,” en Hale M (ed): Manual de Geoquímica de Exploración: Teledetección geoquímica del subsuelo,vol. 7. Ámsterdam: Elsevier (2000): 133–212.

4. Una ola capilar es una ondulación, o una ola pequeñade agua superficial, con una longitud de onda máximade 1.73 cm [0.68 pulgada]. Esta longitud de onda es tancorta que la tensión superficial del agua en sí ejerceuna fuerza de restitución para su movimiento.

5. Hood KC, Wenger LM, Gross OP y Harrison SC:“Hydrocarbon Systems Analysis of the Northern Gulfof Mexico: Delineation of Hydrocarbon Migration Pathways Using Seeps and Seismic Imaging,” en Schumacher D y LeSchack LA (eds): Surface Exploration Case Histories: Applications of Geochemistry, Magnetics, and Remote Sensing, AAPG Studies in Geology no. 48 y SEG GeophysicalReferences Series no. 11. Tulsa: AAPG (2002): 25–40.

6. Jones AT, Thankappan M, Logan GA, Kennard JM,Smith CJ, Williams AK y Lawrence GM: “Coral Spawnand Bathymetric Slicks in Synthetic Aperture Radar(SAR) Data from the Timor Sea, North-West Australia,”International Journal of Remote Sensing 27, no. 10(Mayo de 2006): 2063–2069.

7. Jones et al, referencia 6.8. La técnica de fluorescencia láser aérea (ALF) mide

la fluorescencia de los hidrocarburos aromáticos quehan sido excitados por un rayo láser disparado en lasuperficie del mar. Los levantamientos ALF detectan la presencia de acumulaciones de hidrocarburos deun espesor de micrones.

Primavera de 2009 51

Utilizando el levantamiento LiDAR y traba-jando con los geocientíficos de WesternGeco, lacompañía RAG reconstruyó la historia glaciar y pos-glaciar del área del levantamiento. A partir de estelevantamiento, los geocientíficos desarrollaron unmodelo elástico para obtener las profundidades, losespesores, las velocidades y la atenuación de lascapas, y luego computaron las correcciones estáti-cas de superficie basadas en el modelo, así comolas correcciones de acoplamiento para las fuentesy los receptores.

Las fluctuaciones locales de la señal sísmicaque resultan de las variaciones producidas en lascondiciones de acoplamiento, en general, son co-rregidas mediante la compensación de la amplitud.No obstante, las variaciones de las condiciones deacoplamiento se limitan a ciertas frecuencias, locual significa que una corrección de amplitud ge-neral puede introducir ruido más que atenuarlo.En el estudio de la compañía RAG se utilizó un mé-todo consistente en superficie que incluyó ademásla corrección de la distorsión espectral en la fuentey el receptor, resultante de las variaciones produ-cidas en las condiciones de acoplamiento. Para lle-var a cabo esta tarea, la compañía RAG cargó elmodelo DEM de alta resolución, obtenido con elsistema LiDAR, el levantamiento sísmico y losdatos de campo en una base de datos GIS integral.

Los mapas geomorfológicos del estudio de tele-detección proporcionaron información acerca dela geología superficial local, tal como las morenasglaciares y las ciénagas. Se observó que estos atri-butos, obtenidos por teledetección, se correlacio-naban con el contenido de frecuencia de losatributos sísmicos computados de las deconvolu-ciones espectrales, consistentes en superficie,para la fuente, el receptor y el punto medio común(CMP) de una mitad del levantamiento (arriba, ala derecha). A partir de los atributos obtenidos porteledetección y los atributos sísmicos espectrales,los geocientíficos pronosticaron la respuesta sís-mica para la otra mitad del levantamiento, quecoincidió con los datos y permitió validar el proce-dimiento. Debido al nivel de detalle y la extensiónareal del estudio por teledetección, la compañíalogró asegurar la consistencia de las correccionesen todo el área de la concesión.

La riqueza de la teledetecciónDentro de la industria de E&P, la utilización de latécnica de teledetección mediante satélites no se li-mita a la planeación de los levantamientos sísmicos.

También se emplea para hallar indicaciones de lapresencia de hidrocarburos (véase “Prospecciónsatelital,” página anterior), y en la supervisiónde yacimientos; tal es el caso del monitoreo de lasubsidencia y la planeación y el monitoreo de lainyección de CO2.

Los resultados del análisis de teledetección sealmacenan en una base de datos GIS. Estos resul-tados pueden combinarse con la información y losmodelos del subsuelo para generar representacio-nes 3D del área de estudio.

La información del subsuelo y las propiedadesde las formaciones a menudo se incorporan en lospa quetes de modelado, tales como el softwarePetrel que abarca desde la interpretación sísmicahasta el modelado geológico.11 La integración de lainformación de superficie y del subsuelo en unsolo paquete, permite la evaluación de las restric-ciones de superficie en el contexto de un espacio3D compartido. Como se describe en este artículo,dicha integración provee conocimientos valiosospara un programa de adquisición sísmica. Ade-más, ayuda a vincular la estructura del subsuelocon su expresión superficial de fallas y pliegues.La planeación de las instalaciones de perforacióny producción y de las líneas de conducción, dacuenta tanto de las necesidades de la superficiecomo de las necesidades del subsuelo, incluyendolas restricciones ambientales.

Las imágenes satelitales que ayudan a locali-zar negocios y casas de amigos se están convir-tiendo en herramientas útiles para nuestras vidascotidianas por su fácil accesibilidad a través de laInternet. De un modo similar, las imágenes másricas generadas a partir de bandas que se aden-tran en el espectro infrarrojo se están volviendocada vez más indispensables para las actividadesde E&P. —MAA

> Correlaciones entre atributos geomorfológicosy atributos espectrales. Por ejemplo, donde habíamorenas y roca dura, los términos de la fuente yel punto medio común (CMP), calculados me-diante deconvolución espectral, exhibieron bajasfrecuencias.

presencia de manchas durante la bajante delas mareas muertas nocturnas, cinco nochesdespués de la luna llena que se mostró entremarzo y abril, y entre octubre y noviembre.Estas áreas de baja retro-dispersión, de formaanular a creciente, observadas sobre los arrecifes de coral y los bancos de carbonatospresentes en la porción sur del Mar de Timor,han sido interpretadas como manchas dedesoves de coral.7 La restricción de la adqui -sición con el radar SAR a los momentospredecibles en los que no se produce eldesove, ha permitido evitar la interpretaciónerrónea de estas manchas como manchas cau-sadas por petróleo. Esta aplicación destaca elpotencial adicional del radar SAR como herra-mienta para la investigación biológica.

La identificación de manifestaciones super-ficiales naturales de petróleo es esencial parala revelación de los recursos no descubiertos.No obstante, la capacidad para determinarqué manchas detectadas con el radar SAR soncausadas por petróleo requiere un análisiscuidadoso de los datos auxiliares. El reconoci-miento de los vínculos existentes entre lasmanchas detectadas con el radar SAR y losprocesos oceanográficos o biológicos, posibi-lita el mejoramiento de la evaluación de losobjetivos exploratorios potenciales.

En general, las técnicas de teledetecciónsatelital son valiosas para la selección rápidade áreas extensas o inaccesibles. Pueden utili-zarse para dar prioridad a determinadas áreasprospectivas de modo que sean investigadasposteriormente con otras tecnologías, talescomo las de extracción de núcleos, fluorescen-cia láser aérea y levantamientos sísmicos.8 Aligual que todas las operaciones de detecciónremota, este enfoque se utiliza mejor en formaselectiva y demuestra su valor si se verificacon mediciones de superficie. —MV

Atributo geomorfológicoobtenido mediante

teledetección

Atributo sísmicoespectral consistente

en superficie

Morenas, rocas durasen faja plegada

Atributos de fuente de bajafrecuencia y CMP

Áreas compactadaslocalmente, ciénagas

Atributos de fuente de altafrecuencia y CMP

Marismas fluviales,ciénagas

Atributos de receptor de bajafrecuencia

Ruido infraestructuralproveniente de las

áreas de incrementoAtributos de receptor de alta

frecuencia y CMP

11. Gras R y Stanford N: “Integration of Surface Imagerywith Subsurface Data,” artículo P-115, presentado en la 62a Conferencia y Exhibición Técnica de la EAGE,Glasgow, Escocia, 29 de mayo al 2 de junio de 2000.