Prospezioni geofisiche - Treccani

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ESPLORAZIONE PETROLIFERA anche il denominatore nell’espressione che lega R alle impedenze acustiche. Aumentando l’angolo di incidenza di un’onda P, oppure la distanza sorgente-ricevitore, si generano anche onde S riflesse e trasmesse. La deviazione dell’incidenza dalle condizioni normali è descritta dalle equazioni di Zoeppritz (Sheriff e Geldart, 1995), piuttosto complesse ma, dopo opportune approssimazioni, utili per descrivere la propagazione e per gli studi che riguardano la ripartizione dell’energia alle interfacce, connessa ai valori di ampiezza dei segnali. Un esempio è dato dalle analisi AVO (Amplitude Variation with Offset) che riguardano lo studio dell’andamento delle ampiezze riflesse in funzione delle distanze di registrazione dalla sorgente (Castagna e Backus, 1990). Nel caso di incidenza critica, il seno dell’angolo critico (a c ) è uguale al rapporto fra le velocità nei due mezzi. In questo caso si ha riflessione totale e si raggiungono le condizioni per prendere in considerazione anche le onde di interfaccia (head waves), utilizzate nel metodo sismico a rifrazione. Infatti, per la legge di Snell, quando l’angolo del raggio trasmesso (a t ) raggiunge il valore di p2 si ha: sena c V 1 V 2 e anche a c sen 1 (V 1 V 2 ). In fig. 10 sono mostrate la posizione di una sorgente, la rifrazione all’interfaccia fra lo strato superficiale (0) e il primo strato consolidato (1), la riflessione all’interfaccia (1, 2), le onde superficiali con il loro moto retrogrado, la freccia che indica le onde dirette che vanno dalla sorgente ai sensori investendo solo lo strato (0), l’onda acustica che si propaga in aria e infine le riverberazioni (riflessioni multiple al tetto e alla base di strati sottili) in prossimità dei ricevitori. L’onda in aria, generata alla sorgente e avente una velocità di propagazione di 340 ms, costituisce un importante disturbo che può mascherare gli arrivi degli echi, specie nelle acquisizioni ad alta risoluzione per obiettivi prossimi alla superficie. Nella moderna acquisizione sismica, ogni punto di ricezione è normalmente costituito da gruppi di sensori fig. 10. Raggi rifratti, riflessi, segnali multipli e rumori generati dalla sorgente. onda d’aria diretta ac (geofoni a terra o idrofoni in mare) per aumentare la sensibilità del sistema di acquisizione e migliorare il rapporto segnalerumore. I gruppi possono essere spaziati di qualche decina di metri e i profili possono essere lunghi più chilometri. Nei rilevamenti terrestri il principale rumore generato dalla sorgente è costituito dalle onde superficiali. Si può cercare di attenuare questa propagazione orizzontale rispetto ai segnali riflessi (verticali) mediante opportuna disposizione dei geofoni sul terreno all’interno dei gruppi. Eventi anomali importanti sono le diffrazioni e le cosiddette multiple. Le diffrazioni avvengono quando il fronte d’onda incontra brusche discontinuità litologiche o geologiche, che si comportano come sorgenti secondarie che diffrangono l’energia incidente, disperdendola. Sono considerate rumore nella sezione sismica, che può essere corretta e ripulita nella fase di elaborazione mediante l’applicazione del cosiddetto processo di migrazione (fig. 11). Le multiple si hanno quando l’onda simica è riflessa più di una volta. Si distinguono in multiple a percorso ground roll riverberazioni strato superficiale r 0, V 0 riflessione ricevitori rifrazione strato 1: r 1, V 1 strato 2: r 2, V 2 254 ENCICLOPEDIA DEGLI IDROCARBURI Z T fig. 11. Schema della generazione e del riconoscimento di immagini di diffrazioni da discontinuità. X X
fig. 12. Riconoscimento di alcuni tipi di multiple. lungo e multiple a percorso corto (fig. 12). In quest’ultimo caso esse si presentano come coda degli eventi primari, con il risultato di mascherare i dettagli che si vogliono investigare e conseguente riduzione della risoluzione. Vi sono varie procedure atte a limitare l’effetto delle multiple, in particolare quella relativa alla somma di più eventi che illuminano uno stesso punto in profondità partendo da posizioni (angoli) diverse, oppure l’applicazione di filtri inversi (di deconvoluzione). La fig. 12 mostra una schematizzazione della generazione di alcuni tipi di multiple nel caso di: a) riflessione semplice; b) riflessione con multipla a corto periodo generata entro uno strato superficiale; c) multipla a lungo periodo. Il mezzo in cui le onde si propagano influenza le loro ampiezze, altera il contenuto di frequenza che le caratterizza e agisce sulla fase delle varie componenti, deformandone l’aspetto. Una parte dell’energia è dissipata all’interno della Terra perché convertita principalmente in calore (l’energia decresce esponenzialmente con i tempi di percorso). Il risultato consiste nell’assorbimento delle frequenze più alte e nella perdita di risoluzione. Generazione dei segnali nel rilevamento sismico In sismica si illuminano le strutture geologiche del sottosuolo inviando segnali generati da sorgenti di energia controllate. A terra si possono usare sorgenti impulsive quali, per esempio, il brillamento istantaneo di cariche di dinamite (da pochi grammi per alte risoluzioni e obiettivi superficiali fino a 30 kg per l’esplorazione petrolifera profonda o dove i terreni siano ritenuti sordi alla rilevazione dei segnali). Le cariche vengono poste in pozzetti perforati a profondità da 3 fino a 30 m, a seconda della quantità di esplosivo impiegato e nel rispetto delle condizioni di sicurezza e del miglior accoppiamento con il terreno, con controllo del rumore generato. Il brillamento è telecomandato via radio dalla stazione di registrazione, avendo cura di calcolare in modo preciso l’istante di scoppio. L’energia utile ottenuta dall’esplosione di una carica non supera il 10% dell’energia liberata; VOLUME I / ESPLORAZIONE, PRODUZIONE E TRASPORTO a b c S S S PROSPEZIONI GEOFISICHE strato superficiale interfaccia profonda il resto viene speso nella deformazione della cavità di scoppio, nella generazione di onde superficiali, nell’assorbimento selettivo in frequenza. In genere più il mezzo in cui opera la sorgente è elastico, più alto sarà il contenuto in frequenza dell’ondina che caratterizza la sorgente. L’ampiezza dell’impulso generato dipende dalla quantità di carica Q (proporzionale a Q 1/3 ) e così anche l’ampiezza della banda di frequenze del segnale. Un’altra sorgente di energia utilizzata è rappresentata dai vibratori, pesanti veicoli, che producono oscillazioni meccaniche controllate e applicate a masse solidali a piastre premute contro il terreno. Essi rappresentano quindi sorgenti superficiali non impulsive e creano treni d’onda (di durata da 7 fino a 30 s). I vibratori trasmettono al terreno vibrazioni sinusoidali a frequenza variabile, riconducibile a un segnale convenzionale, proveniente da una sorgente a impulsi, solo dopo l’applicazione di procedure di correlazione incrociata fra il segnale emesso dalla sorgente (registrato a ogni energizzazione) e la traccia sismica registrata, che comprende la sovrapposizione di molti treni di onde, ciascuno dei quali riflesso dalle discontinuità. I vibratori vengono impiegati in batterie fino a sei-otto unità operanti in modo sincrono. Nell’acquisizione marina la sorgente usata è rappresentata da cannoni ad aria compressa, che agiscono con un’iniezione improvvisa in mare di una bolla d’aria compressa (si opera con pressioni di 170 bar o superiori), a profondità da 3 a 10 m. Si impiegano batterie di cannoni (fino a più di 30), di diversa capacità, opportunamente sincronizzati. La sincronizzazione può essere mirata all’allargamento della banda di frequenza (in questo caso la sincronizzazione è sul primo impulso), oppure a raggiungere la massima penetrazione possibile (in questo caso la sincronizzazione è sul primo impulso di bolla). L’aria iniettata costituisce infatti una bolla che si espande finché la pressione idrostatica non riprende il sopravvento e quindi implode e ripete questo ciclo di oscillazione fino a raggiungere la superficie e liberarsi in aria. L’impiego di queste batterie di cannoni richiede l’installazione 255
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