MODELAGEM SSMICA DE ONDAS ELSTICAS E ... - LAMEMO - UFRJ
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ESTUDO COMPARATIVO ENTRE DOIS MÉTODOS <strong>DE</strong> MIGRAÇÃO - RTM E PSPI –<br />
APLICADO A MO<strong>DE</strong>LOS ACÚSTICOS<br />
Selmo Tardin Pinheiro<br />
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COOR<strong>DE</strong>NAÇÃO DOS<br />
PROGRAMAS <strong>DE</strong> PÓS-GRADUAÇÃO <strong>DE</strong> ENGENHARIA DA UNIVERSIDA<strong>DE</strong><br />
FE<strong>DE</strong>RAL DO RIO <strong>DE</strong> JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS<br />
PARA A OBTENÇÃO DO GRAU <strong>DE</strong> MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.<br />
Aprovada por:<br />
Prof. Luiz Landau, D.Sc.<br />
Prof. Webe João Mansur, Ph.D.<br />
Prof. Djalma Manoel Soares Filho, D.Sc.<br />
RIO <strong>DE</strong> JANEIRO, RJ – BRASIL<br />
JULHO <strong>DE</strong> 2007
PINHEIRO, SELMO TARDIN<br />
Estudo Comparativo entre dois Métodos de<br />
Migração - RTM E PSPI – Aplicado a Modelos<br />
Acústicos.<br />
[Rio de Janeiro] 2007<br />
X, 78 p. 29,7 cm (COPPE/<strong>UFRJ</strong>, M.Sc.,<br />
Engenharia Civil, 2007)<br />
Dissertação - Universidade Federal do Rio de<br />
Janeiro, COPPE<br />
1. Geofísica;<br />
2. Migração Sísmica;<br />
3. Modelagem e Migração de Dados Sísmicos<br />
I. COPPE/<strong>UFRJ</strong> II. Título (série)<br />
ii
<strong>DE</strong>DICATÓRIA E AGRA<strong>DE</strong>CIMENTOS<br />
Dedico este trabalho primeiro a Deus, Senhor de hoje e sempre que<br />
nunca me abandonou e nunca abandonará. Aos meus amados e saudosos<br />
pais, Francisco e Maria Izabel, aos quais nada disso seria possível e que<br />
me ensinaram o dom que está acima de qualquer conhecimento, o dom<br />
de amar.<br />
A minha amada esposa, Carla, pelo carinho e compreensão nos<br />
momentos difíceis. Te amo muito.<br />
Ao meu irmão Adriano, que com certeza tem papel fundamental na<br />
minha caminhada de estudo. Ao meu tio Gelton, minha irmã Suely,<br />
sobrinhas e todos os meus familiares.<br />
A minha família no Rio: José Carlos, Maria das Graças e Renata, pela<br />
acolhida calorosa em sua casa. Aos meus amigos de Friburgo, <strong>UFRJ</strong>,<br />
LAMEC, etc., obrigado de coração.<br />
Aos professores que me orientaram neste trabalho, sempre com muito<br />
zelo e atenção. Obrigado.<br />
iii
Resumo de Dissertação apresentada à COPPE/<strong>UFRJ</strong> como parte dos requisitos<br />
necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)<br />
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE DOIS MÉTODOS <strong>DE</strong> MIGRAÇÃO - RTM E<br />
Orientadores: Webe João Mansur<br />
Programa: Engenharia Civil.<br />
PSPI – APLICADO A MO<strong>DE</strong>LOS ACÚSTICOS<br />
Djalma Manoel Soares Filho<br />
Selmo Tardin Pinheiro<br />
Julho/07<br />
Neste trabalho foi realizado um estudo sobre como se comporta o tempo de<br />
processamento no imageamento sísmico de diferentes estruturas geológicas quando se<br />
aplica uma malha menos robusta para descrever o modelo geológico, aplicando-se dois<br />
métodos de migração: o RTM (“Reverse Time Migration”) e o PSPI (“Phase Shift Plus<br />
Interpolation”). Para simulação dos dados, optou-se por aplicar o método das diferenças<br />
finitas (MDF) com aproximações, de quarta e segunda ordem, nas derivadas espaciais e<br />
temporais, respectivamente. Utlizou-se fontes simples e múltiplas fontes para obter-se os<br />
sismogramas e super-sismogramas, através de tiros dados apenas na superfície, emitidos<br />
sem atrasos. A migração reversa no tempo dos super-sismogramas foi capaz de recuperar<br />
praticamente todos os refletores presentes modelos geológicos. Apesar de o tempo de<br />
processamento, em alguns casos, ter ficado bem próximo em ambos os métodos, a<br />
imagem migrada pelo RTM se mostrou com uma qualidade bastante superor, em<br />
comparação ao método PSPI.<br />
iv
Abstract of Dissertation presented to COPPE/<strong>UFRJ</strong> as a partial fulfillment of the<br />
requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)<br />
STUDY COMPARATIVE BETWEEN TWO MIGRATION METHODS - RTM AND<br />
Advisors: Webe João Mansur<br />
PSPI – APPLIED TO ACOUSTIC MO<strong>DE</strong>LS<br />
Djalma Manoel Soares Filho<br />
Department: Civil Engineering.<br />
Selmo Tardin Pinheiro<br />
July/07<br />
In this work, It was performed a study about how thetime of processing in seismic<br />
imaging of different geological structures behaves when it is applied aless strong grid for<br />
describing the geological model, applying two migration methods: the RTM ( “Reverse<br />
Time Migration”) and the PSPI (“Phase Shift Plus Interpolation”). For data simulation,<br />
one opted for applying the Finite Differences Methods (MDF) with the fourth-order and<br />
second-order approaches, in the spatial and temporal derivatives, respectively. It was<br />
used singleshot and multiple shots to obtain seismograms and super-seismograms through<br />
the shotsgiven only on the surface, emitted without delays. The Reverse Time Migration<br />
of the areal shot records was able to regain practically all the reflectors presented in<br />
geological models , totally different to the time when it was applied a single shot in the<br />
model. The processing time has been also showed very limitated when the RTM method<br />
was applied, in comparison to the PSPI method.<br />
v
ÍNDICE<br />
Página de Assinaturas ..................................................................................... i<br />
Ficha Catalográfica ......................................................................................... ii<br />
Dedicatória e Agradecimentos........................................................................ iii<br />
Resumo ............................................................................................................. iv<br />
Abstract ............................................................................................................ v<br />
Índice ................................................................................................................ vi<br />
Lista de Figuras ............................................................................................... viii<br />
1 Introdução ..................................................................................................... 1<br />
1.1 Objetivos do Trabalho ........................................................................... 6<br />
2 Conceitos Teóricos ....................................................................................... 8<br />
2.1 Modelagem Acústica ............................................................................. 8<br />
2.2 Tipos de Ondas Sísmicas ...................................................................... 9<br />
2.3 Equação Acústica da Onda ...................................................................<br />
2.3.1 Operadores Espacial e Temporal obtidos pelo MDF ...................<br />
2.4 Velocidade de Propagação das Ondas Sísmicas ................................... 16<br />
2.5 Fonte Sísmica ........................................................................................ 18<br />
2.6 Dispersão e Estabilidade Numérica ...................................................... 21<br />
2.7 Condições de Contorno no Modelo ......................................................<br />
2.7.1 Condição de Não Deformação – Condição de Neumann .............<br />
2.7.2 Condições de Borda ....................................................................<br />
2.7.2.1 Condição na Borda Esquerda ............................................. 23<br />
vi<br />
11<br />
12<br />
22<br />
23<br />
23
2.7.2.2 Condição na Borda Direita ................................................. 24<br />
2.7.2.3 Condição na Base do Modelo ............................................. 24<br />
3 Migração Sísmica ......................................................................................... 26<br />
3.1 Definição ............................................................................................... 26<br />
3.2 Migração Reversa no Tempo (RTM – Reverse Time Migration) .........<br />
3.2.1 Princípio de Huygens ...................................................................<br />
3.2.2 Condição de Imagem ................................................................... 30<br />
3.3 Migração por Rotação de Fase com Interpolação (PSPI – Phase Shift<br />
Plus Inperpolation) ...................................................................................... 32<br />
3.3.1 Migração “Phase Shift” ................................................................ 32<br />
3.3.2 Migração PSPI ............................................................................. 35<br />
4 Aplicações ..................................................................................................... 37<br />
4.1 Modelo Plano Paralelo .......................................................................... 39<br />
4.2 Modelo Onshore .................................................................................... 53<br />
4.3 Modelo Marmousi ................................................................................. 59<br />
5 Conclusões e Comentários .......................................................................... 66<br />
Referências Bibliográficas .............................................................................. 68<br />
Apêndice ........................................................................................................... 71<br />
vii<br />
28<br />
30
LISTA <strong>DE</strong> FIGURAS<br />
1.1 Levantamento sísmico no mar .................................................................... 2<br />
1.2 Levantamento sísmico com o auxílio dos geofones .................................... 3<br />
2.1 Esquema ilustrando a direção de propagação das P-waves e S-waves<br />
(ROSA, 2002) ...................................................................................................<br />
2.2 Representação do operador de quarta ordem no espaço ............................. 15<br />
2.3 Assinatura da fonte (60 Hz) ........................................................................ 20<br />
2.4 Espectro de freqüências ( f corte =60 Hz) ...................................................... 20<br />
2.5 Representação da zona atenuadora aplicada em um modelo de<br />
velocidade. Na região de espessura Na utiliza-se o fator de Cerjan (COSTA,<br />
2006) .................................................................................................................<br />
3.1 a) Disparo de uma fonte sísmica, onde a onda gerada na superfície<br />
encontra o refletor . Parte da energia dessa onda se reflete e retorna ao<br />
receptor, gerando um sismograma; b) Depropaga-se os registros do<br />
sismograma confrontando a condição de imagem (retirado de SILVA,2002) ..<br />
3.2 Representação do princípio do imageamento: coincidência entre o tempo<br />
da onda direta (TD)<br />
, propagada da fonte (f) até o refletor (R), e o tempo de<br />
depropagação da onda, partindo dos receptores (r) até o refletor (R), sendo.<br />
Na figura, ud representa a onda direta e us representa a onda refletora<br />
31<br />
(scattering) ........................................................................................................<br />
Figura 4.1 – Modelo de velocidades plano-paralelo ......................................... 40<br />
Figura 4.2 – Sismograma para o modelo plano-paralelo, para família de tiro<br />
comum na posição x= 1250m e z=15m (10000 passos de tempo) .................... 41<br />
Figura 4.3 – Sismograma mutado para o modelo plano-paralelo, para família<br />
de tiro comum na posição x= 1250m e z=15m (10000 passos de tempo) ........ 41<br />
Figura 4.4 – Modelo de velocidades suavizado do modelo plano-paralelo (15<br />
pontos na vertical e 10 pontos na horizontal) ................................................... 42<br />
Figura 4.5 – Matriz de tempos da onda direta para o modelo plano-paralelo,<br />
para família de tiro comum na posição x= 1250m e z=3m ............................... 42<br />
viii<br />
11<br />
25<br />
29
Figura 4.6 – Seção migrada pelo método RTM para o modelo plano-paralelo<br />
(h=5) .................................................................................................................. 43<br />
Figura 4.7 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo<br />
(h=5 e 1 velocidade de referência) .................................................................... 43<br />
Figura 4.8 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo<br />
(h=10 e 1 velocidade de referência) .................................................................. 44<br />
Figura 4.9 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo<br />
(h=15 e 1 velocidade de referência) .................................................................. 44<br />
Figura 4.10 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo<br />
(h=20 e 1 velocidade de referência) .................................................................. 45<br />
Figura 4.11 – Representação esquemática da formação da imagem, causada<br />
pela igualdade entre os tempos da onda direta e da onda refletida …………... 46<br />
Figura 4.12 – Super-sismograma para o modelo plano paralelo, para família<br />
de múltiplas fontes (10000 passos de tempo) ……………….......…………… 48<br />
Figura 4.13 – Matriz de tempos da onda direta para o modelo plano-paralelo<br />
aplicando múltiplas fontes …………………………………………………… 48<br />
Figura 4.14 – Seção migrada pelo método RTM para o modelo planoparalelo<br />
aplicando múltiplas fontes (h=5) ………………………………….… 49<br />
Figura 4.15 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo<br />
aplicando múltiplas fontes (h=5 e 1 velocidade de referência) ……....………. 49<br />
Figura 4.16 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo<br />
aplicando múltiplas fontes (h=10 e 1 velocidade de referência) ……....……... 50<br />
Figura 4.17 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo<br />
aplicando múltiplas fontes (h=15 e 1 velocidade de referência) ……....……... 50<br />
Figura 4.18 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo<br />
aplicando múltiplas fontes (h=20 e 1 velocidade de referência) ………....…... 51<br />
Figura 4.19 – Modelo de velocidades Onshore ................................................. 53<br />
Figura 4.20 – Super-sismograma para o modelo Onshore, para família de<br />
múltiplas fontes na (10000 passos de tempo) ................................................... 54<br />
ix
Figura 4.21 – Matriz de tempos da onda direta para o modelo Onshore, para<br />
família de múltiplas fontes (10000 passos de tempo) .......................................<br />
Figura 4.22 – Seção migrada pelo método RTM para o modelo Onshore para<br />
família de múltiplas fontes (h=5) …............................................................... 55<br />
Figura 4.23 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Onshore para<br />
família de múltiplas fontes (h=5 e 3 velocidades de referência) .….................. 56<br />
Figura 4.24 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Onshore para<br />
família de múltiplas fontes (h=10 e 3 velocidades de referência) …..………... 56<br />
Figura 4.25 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Onshore para<br />
família de múltiplas fontes (h=15 e 3 velocidades de referência) …................. 57<br />
Figura 4.26 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Onshore para<br />
família de múltiplas fontes (h=20 e 3 velocidades de referência) …................. 57<br />
Figura 4.27 – Modelo de velocidades Marmousi .............................................. 60<br />
Figura 4.28 – Super-sismograma para o modelo Marmousi, para família de<br />
múltiplas fontes (10000 passos de tempo) …………………………………… 61<br />
Figura 4.29 – Matriz de tempos da onda direta para o modelo Marmousi,<br />
para família de múltiplas fontes (10000 passos de tempo) …………………... 61<br />
Figura 4.30 – Seção migrada pelo método RTM para o modelo Marmousi<br />
aplicando múltiplas fontes (h=5) ....................................................................... 62<br />
Figura 4.31 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Marmousi<br />
aplicando múltiplas fontes (h=5 e 6 velocidades de referência) …..…………. 62<br />
Figura 4.32 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Marmousi<br />
aplicando múltiplas fontes (h=10 e 6 velocidades de referência) …................. 63<br />
Figura 4.33 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Marmousi<br />
aplicando múltiplas fontes (h=15 e 6 velocidades de referência) ..................... 63<br />
Figura 4.34 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Marmousi<br />
aplicando múltiplas fontes (h=20 e 6 velocidades de referência) ..................... 64<br />
x<br />
55
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO<br />
Existe, atualmente, uma necessidade crescente em se identificar materiais/falhas<br />
internas a um corpo, sem que ocorra a destruição do mesmo, seja por caráter econômico<br />
ou por inviabilidade técnica. Na engenharia estrutural, existem métodos de aplicação de<br />
ondas na identificação de danos estruturais (fissuras internas, por exemplo) em diversos<br />
tipos de estrutura como barragens, pontes, edifícios, etc.<br />
Na indústria do petróleo, onde os gastos com prospecção são gigantescos, se faz<br />
necessário ter uma ferramenta capaz de obter uma resposta com relação às propriedades<br />
de subsuperfície, para a identificação de reservatórios de hidrocarbonetos com finalidade<br />
comercial. Mais especificamente, nas regiões com lâmina d’água elevada , ondas<br />
acústicas são emitidas da superfície da água através de canhões de ar (“airguns”) e, ao<br />
encontrarem um obstáculo ou uma mudança de propriedade entre os meios, refletem ,<br />
refratam e difratam-se também , fazendo com que parte da energia retorne à superfície.<br />
Essa energia é, então, captada por receptores (hidrofones) rebocados pelos navios (figura<br />
1.1). Os navios rebocam cabos “streamers”, que possuem centenas de canais. Cada canal<br />
é composto por um arranjo com vários hidrofones. Através de inúmeros processos, dentre<br />
eles o de migração, identificam-se as camadas inferiores, intrusões salinas e/ou locais de<br />
concentração de hidrocarbonetos. A detecção direta dos hidrocarbonetos é um processo<br />
bem mais complicado que a migração. Isto porque este processo envolve sísmica<br />
multicomponente e análise de amplitude versus “offset”.<br />
1
Figura 1.1 – Levantamento sísmico no mar (site da internet).<br />
Uma outra aplicação em engenharia são os levantamentos sísmicos usados para<br />
obter dados referentes às camadas geológicas inferiores para a construção de fundações<br />
em edifícios, pontes, galerias subterrâneas, etc. Neste tipo de levantamento, os receptores<br />
usados recebem o nome de geofones, pois trabalham diretamente no solo. Na figura 1.2<br />
mostra-se como é feito este tipo de análise:<br />
2
Figura 1.2 – Levantamento sísmico com o auxílio dos geofones (site da internet).<br />
Como se vê, existe uma gama de problemas de engenharia no qual a aplicação do<br />
método da propagação de ondas faz-se necessário.<br />
No caso específico dos hidrocarbonetos, as estruturas subsal são as mais<br />
interessantes por se tratarem de estruturas das mais variadas, passando por estruturas<br />
simples até estruturas muito complexas e nas quais se encontram grandes reservas<br />
petrolíferas. Aproximadamente 60% das reservas de petróleo produzido estão trapeadas<br />
por este tipo de estrutura, e podemos citar como exemplos as principais localidades<br />
petrolíferas do mundo (Oriente Médio, Golfo do México, etc)<br />
Se os refletores fossem perfeitamente horizontais, ter-se-ia uma imagem fiel desta<br />
seção sísmica migrada. Contudo o que se têm na realidade são seções cheias de falhas,<br />
com grandes mergulhos e locais onde há uma variação brusca da velocidade, o que ocorre<br />
principalmente nas estruturas salinas. Devido a sua geometria irregular, há um<br />
espalhamento das ondas incidentes e, consequentemente, uma queda da energia dessa<br />
3
onda. Com essa diminuição da energia, devido ao aumento brusco de velocidade, têm-se<br />
refletores mal imageados abaixo dos domos salinos nas seções migradas.<br />
A migração sísmica é a etapa do processamento em que os dados registrados são<br />
extrapolados em profundidade e em tempo, tendo como objetivo imagear corretamente as<br />
estruturas em subsuperficie. Através de CLAERBOUT(1985) e seus colaboradores, os<br />
métodos de migração baseados na equação da onda passaram a ser amplamente<br />
aplicados. Tanto é que STOLT (1978) e GAZDAG (1978) usaram a transformada de<br />
Fourier 1 para se ter soluções diretas da equação de onda. Estes métodos de migração<br />
usados permitem extrapolar o campo de ondas a partir de deslocamentos ou rotações de<br />
fase, utilizando operadores diferenciais exatos.<br />
Os coeficientes de Fourier, contudo, impõem sérias restrições à função velocidade<br />
adotada, exigindo que ela seja constante, para cada intervalo do modelo. STOLT (1978)<br />
propôs o método de migração conhecido como Migração F-K (freqüência-número de<br />
onda) no qual o campo de ondas era extrapolado, eficientemente, em único passo. O<br />
problema principal estava no fato de que a velocidade era considerada constante por todo<br />
o modelo.<br />
GAZDAG (1978) deu ao problema uma solução mais elaborada, introduzindo a<br />
Migração “Phase-Shift”. Neste método, a velocidade é função da profundidade ( v(z)<br />
) e o<br />
dado é extrapolado em pequenos passos de profundidade, o que dá ao método uma<br />
flexibilidade maior, se comparado ao método de STOLT (1978). Contudo o método não<br />
lida bem com variações laterais de velocidade e ainda exige um custo computacional<br />
muito maior, dependendo do espaçamento do “grid” utilizado.<br />
1 Matemático francês Jean Fourier (1768-1830).<br />
4
Porém, o método que mais se difundiu com relação a deslocamento de fase foi o<br />
proposto por GAZDAG e SGUAZZERO (1984), conhecido como Migração PSPI<br />
(“Phase Shift Plus Interpolation”). Neste método, o campo de ondas é extrapolado em<br />
duas etapas: a primeira, no domínio do espaço-freqüência, utilizando o valor real da<br />
velocidade para realizar os passos de profundidade, e a segunda, no domínio da<br />
freqüência-número de onda, utilizando-se de duas ou mais velocidades de referência para<br />
a realização de correções horizontais do campo dos deslocamentos dos campos de onda, e<br />
depois interpolando cada um deles.<br />
A Migração RTM (“Reverse Time Migration”) realiza a migração por meio de<br />
uma depropagação do campo de ondas no tempo usando a equação completa da onda,<br />
empregando a técnica das diferenças finitas para solucioná-la. Ou seja, ele calcula a<br />
posição espacial dos pontos de reflexão desse campo em profundidade usando uma<br />
condição de imagem. Ao final de todo o processo de migração, a seção em profundidade<br />
corresponderá a seção migrada. LOEWENTHAL et al (1985) fez uso de operadores de<br />
diferenças finitas pela primeira vez para migrar seções empilhadas obtidas de modelos<br />
sintéticos. BOTELHO (1986) e FARIA (1986) o utilizaram já em dados reais e CHANG<br />
e McMECHAN (1989) já propuseram algoritmos que utilizavam a RTM em dados 3-D,<br />
no qual os operadores de diferenças finitas eram de segunda ordem para o tempo e o<br />
espaço (ver os trabalhos apresentados por BULCÃO(2004) e BOECHAT(2007)).<br />
5
1.1 – Objetivos do Trabalho<br />
Este trabalho tem como objetivo principal de, a partir da equação acústica da onda<br />
e através de um algoritmo de pré-empilhamento em profundidade, aplicar dois métodos<br />
de migração utilizados na indústria: Migração Reversa no Tempo (RTM) e a Rotação de<br />
Fase com Interpolação (PSPI). Com a resposta obtida através dos modelos abordados,<br />
analisá-las e avaliá-las com relação ao tempo de processamento e resolução da imagem<br />
obtida dos refletores, para assim obter-se a melhor resposta do topo e da base de<br />
reservatórios que se encontram abaixo de estruturas salinas. Na preparação dos dados<br />
sísmicos, utilizou-se de algoritmos elaborados em Fortran, sendo estes utilizados em<br />
modelos que apresentam de altos contrastes de velocidade.<br />
O capítulo 2 trata dos principais aspectos da modelagem sísmica, introduzindo as<br />
equações de ondas em meios acústicos, mostrando os tipos de onda aplicados e a equação<br />
básica da acústica. Neste capítulo trata-se também das velocidades de propagação das<br />
ondas sísmicas e dos aspectos que envolvem o termo fonte aplicado, comentando-se um<br />
pouco sobre a dispersão numérica, condições de contorno e condições de borda no<br />
modelo.<br />
6
No capítulo 3 é introduzido a definição de Migração Sísmica e seus aspectos<br />
principais. Como tema principal deste capítulo, aborda-se o caso da RTM e o da PSPI.<br />
No capítulo 4 apresentam-se os resultados das migrações realizadas através dos<br />
métodos RTM e PSPI nos modelos e análise de cada um destes resultados.<br />
No capítulo 5 são apresentadas as conclusões e as sugestões de trabalhos futuros.<br />
7
CAPÍTULO 2 – CONCEITOS TEÓRICOS<br />
2.1 – Modelagem Acústica<br />
Quando, em um meio qualquer, ocorre um distúrbio provocado por uma fonte<br />
(uma carga explosiva, por exemplo), as partículas excitadas do meio irão se movimentar,<br />
saindo de suas posições iniciais de equilíbrio. Isso irá ocasionar movimentos oscilatórios,<br />
afetando a forma e o volume nas partes em que essa perturbação ocorrer, como também<br />
uma transmissão de energia (potencial e cinética) para as outras partes do meio.<br />
Há um número grande de tipos de onda na natureza, dependendo do meio em que<br />
ela esteja inserida, conforme será visto mais a frente. As principais podem de dois tipos:<br />
ondas P (compressionais) e ondas S (cisalhantes). Na água, por esta possuir módulo de<br />
rigidez igual a zero, as ondas do tipo S não conseguem se propagar, fazendo com que<br />
apenas as ondas do tipo P se propaguem. Contudo, os meios de interesse na exploração<br />
são meios elásticos, ou seja, há a propagação dos dois tipos de ondas citados.<br />
Nas modelagens em geofísica, pode-se adotar o meio físico como sendo um meio<br />
acústico regido pela equação escalar da onda, ou equação acústica da onda, onde apenas<br />
as ondas compressionais (ondas P) têm sentido. Para a discretização desta equação da<br />
onda, o mais utilizado em modelagem sísmica é o Método da Diferenças Finitas (MDF).<br />
8
Neste método utiliza-se uma malha de espaçamento regular para discretizar o<br />
modelo analisado. Os meios acústicos podem ser descritos, de acordo com suas<br />
propriedades físicas, da seguinte forma:<br />
• homogêneos: quando as suas propriedades físicas são as mesmas em qualquer<br />
lugar posição do meio; e<br />
• heterogêneos: quando suas propriedades físicas são dependentes da posição em<br />
que são observadas no meio.<br />
A velocidade com que esta onda se propaga vai depender da propriedade do meio.<br />
A elasticidade, por exemplo, será a força restauradora nas partes que sofreram o<br />
deslocamento. E como durante este movimento, as partículas sofrem acelerações<br />
periódicas regidas pela 2ª Lei de Newton 1 , as forças que atuam nas partículas também<br />
variam da mesma maneira, qualquer que seja a posição destas partículas. Essas forças<br />
sempre irão resultar em aceleração na direção do ponto de equilíbrio, por isso são<br />
chamadas de forças restauradoras.<br />
2.2 – Tipos de Ondas Sísmicas<br />
As ondas sísmicas são manifestações de uma energia liberada por uma fonte e que<br />
se propagam através da crosta terrestre. Estas ondas se movimentam da fonte ao longo da<br />
superfície como também através do interior das camadas, em variadas velocidades,<br />
dependendo dos materiais através dos quais se deslocam. As ondas sísmicas podem ser<br />
dividas em várias categorias, dentre as quais se pode citar:<br />
1 Físico inglês Sir Isaac Newton (1643-1727).<br />
9
• ondas de corpo (body waves): se propagam em todas a extensão de um corpo<br />
e podem ser classificadas de acordo com a direção como longitudinais<br />
(compressionais ou P-waves) e ondas transversais (cisalhantes ou S-waves);<br />
• ondas superficiais: se propagam nas regiões de superfície e fronteira dos<br />
corpos, sendo as principais as ondas Rayleigh 2 , Love 3 e Stoneley 4 , dentre<br />
outras.<br />
No caso das ondas de corpo, ondas P são ondas que provocam deslocamento das<br />
partículas de um meio através de um mecanismo de compressão e distensão (o que<br />
acarreta uma variação no volume, mas não na forma) na mesma direção de propagação da<br />
onda, como pode ser visto na figura 2.1. Essas ondas podem se propagar tanto em meios<br />
sólidos como em fluidos, possuindo altas velocidades e pequenos períodos e amplitudes.<br />
A onda S desloca as partículas num plano perpendicular à direção de propagação<br />
da onda sísmica, o que acarreta numa alteração da forma do meio, devido a força<br />
cisalhante em direções perpendiculares à direção de propagação, mas sem alteração de<br />
volume. Não se propagam em líquidos e possuem velocidades inferiores a onda<br />
P( v ≅ v / 3 ), altas amplitudes e períodos.<br />
S<br />
P<br />
2<br />
Físico inglês John William Strutt, conhecido como Lord Rayleigh (1842 - 1919).<br />
3<br />
Matemático inglês Augustus Edward Hough Love (1863 - 1940).<br />
4<br />
Sismologista inglês Robert Stoneley (1894 - 1976).<br />
10
Figura 2.1 – Esquema ilustrando a direção de propagação das P-waves e S-waves<br />
(ROSA, 2002).<br />
2.3 – Equação Acústica da Onda<br />
É conveniente expressar a equação acústica (ou equação básica) da onda num<br />
modelo bidimensional (2-D) em termos de suas derivadas parciais da seguinte forma:<br />
2 2 2<br />
∂ u ∂ u 1 ∂ u<br />
+ − =<br />
2 2 2 2<br />
∂x ∂z v ( x, z ) ∂t<br />
0<br />
, (2.1)<br />
onde u representa o campo de ondas que varia em função de x, z e t e vxz ( , ) é a<br />
velocidade da onda no meio em questão.<br />
Nesta equação deve inserir um termo fonte, sem o qual a onda que se propaga não<br />
pode existir. Assim, a equação 2.1 pode ser reescrita da seguinte forma:<br />
2 2<br />
2<br />
∂ u ∂ u 1 ∂ u<br />
+ −<br />
= δ ( x − x')<br />
δ ( z − z')<br />
f ( t)<br />
, 2 2 2<br />
2<br />
(2.2)<br />
∂x<br />
∂z<br />
v ( x,<br />
z)<br />
∂t<br />
onde f é o termo fonte aplicado e x`e z`são<br />
as coordenadas de localização da fonte.<br />
11
A equação 2.2 pode ser obtida de inúmeras maneiras, como a partir de equações<br />
de equilíbrio dinâmico infinitesimal ou até mesmo através da própria simplificação da<br />
equação elástica da onda, ou equação de Navier. Este trabalho visa apenas aplicar a<br />
equação acústica da onda através do MDF, não havendo o interesse de se deduzir a<br />
equação, que pode ser consultada em qualquer uma das referências citadas.<br />
2.3.1 – Operadores Espacial e Temporal obtidos pelo MDF<br />
Uma derivada parcial pode ser discretizada através do truncamento da série de<br />
Taylor 5 . Na prática, cada operação diferencial pode ser substituída por um termo de<br />
diferenças finitas, proveniente da análise numérica de uma equação unidimensional (1-<br />
D), onde só ocorra a derivada em relação a uma variável específica.<br />
Seja uma função F de várias variáveis, F( x, y, z)<br />
. A série de Taylor para uma<br />
função F( x±Δ x)<br />
é dada por:<br />
e<br />
2 2 3 3<br />
∂F ( Δx) ∂ F ( Δx) ∂ F<br />
F( x+Δ x) = F( x) +Δ x ( x) + ( x) + ( x)<br />
+ ...<br />
2 3<br />
∂x 2! ∂x 3! ∂x<br />
2 2 3 3<br />
∂F ( Δx) ∂ F ( Δx) ∂ F<br />
F( x−Δ x) = F( x) −Δ x ( x) + ( x) − ( x)<br />
+ ...<br />
2 3<br />
∂x 2! ∂x 3! ∂x<br />
5 Matemático inglês Brook Taylor (1685-1731).<br />
(2.3)<br />
(2.4)<br />
12
Pode reescrever as equações anteriores da seguinte forma:<br />
e<br />
2 2 3 3<br />
∂u ( Δx) ∂ u ( Δx) ∂ u<br />
ux ( +Δ x) = ux ( ) +Δ x ( x) + ( x) + ( x)<br />
+ ...<br />
2 3<br />
∂x 2! ∂x 3! ∂x<br />
2 2 3 3<br />
∂u ( Δx) ∂ u ( Δx) ∂ u<br />
ux ( −Δ x) = ux ( ) −Δ x ( x) + ( x) − ( x)<br />
+ ...<br />
2 3<br />
∂x 2! ∂x 3! ∂x<br />
Somando 2.5 com 2.6 têm-se:<br />
2 4 4<br />
2 ∂ u ( Δx) ∂ u<br />
ux ( +Δ x) + ux ( −Δ x) = 2 ux ( ) + 2( Δ x) ( x) + 2 ( x)<br />
+<br />
2 4<br />
∂x 4! ∂x<br />
6 6<br />
( Δx) ∂ u<br />
+ 2 ( x)<br />
+ ...<br />
6<br />
6! ∂x<br />
Isolando-se a segunda derivada de ux ( ) com relação a x :<br />
onde:<br />
2<br />
∂ u ux ( +Δx) − 2 ux ( ) + ux ( −Δx)<br />
O(<br />
Δx<br />
( x)<br />
= −<br />
2 2<br />
2<br />
∂x Δx<br />
Δx<br />
O( Δ<br />
4<br />
x<br />
4 )<br />
(2.5)<br />
(2.6)<br />
(2.7)<br />
, (2.8)<br />
4 4 6 6<br />
( Δx) ∂ u ( Δx) ∂ u<br />
) = 2 ( x) + 2 ( x)<br />
+ ...<br />
(2.9)<br />
4 6<br />
4! ∂x 6! ∂x<br />
Desprezando a equação 2.9, a equação 2.8 fica:<br />
2<br />
∂ +Δ − +<br />
u ux ( x) 2 ux ( ) ux ( −Δ x)<br />
( x)<br />
≅<br />
(2.10)<br />
2 2<br />
∂x Δx<br />
Para uma aproximação mais precisa de quarta ordem, substitui-se 2.8 em 2.9:<br />
4 4 4 2 2<br />
( Δx) ∂ u ( Δx) ∂ ⎡∂ u ⎤<br />
2 ( x) = 2<br />
( x)<br />
4 2 2<br />
4! ∂x 4! ∂x ⎢<br />
∂x<br />
⎥<br />
⎣ ⎦<br />
A seguir, substitui-se a equação 2.10 em 2.11:<br />
( Δx)<br />
4!<br />
4<br />
∂ u ( Δx)<br />
( x)<br />
= 2<br />
4<br />
∂x<br />
4!<br />
∂<br />
∂x<br />
4<br />
2 2<br />
2 2<br />
[ u(<br />
x + Δx)<br />
− 2u(<br />
x)<br />
+ u(<br />
x − Δx)]<br />
(2.11)<br />
(2.12)<br />
13
Simplificando e calculando o lado direito da equação 2.12 têm-se:<br />
( Δx)<br />
2<br />
4!<br />
4<br />
4<br />
2<br />
∂ u Δx<br />
( x)<br />
= [ u(<br />
x − 2Δx)<br />
− 4u(<br />
x − Δx)<br />
+ 6u(<br />
x)<br />
− 4u(<br />
x + Δx)<br />
+ u(<br />
x + 2Δx)]<br />
4<br />
∂x<br />
12<br />
(2.13)<br />
Substituindo, agora, a equação 2.13 em 2.8, tem-se uma aproximação melhor de quarta<br />
ordem para a segunda derivada de ux ( ) :<br />
2<br />
∂ u 1<br />
( x) ≅ −ux ( −2 Δ x) + 16 ux ( −Δx) − 30 ux ( ) + 16 ux ( +Δx) − ux ( + 2 Δx)<br />
2 2<br />
∂x 12( Δx<br />
)<br />
[ ]<br />
(2.14)<br />
Pode-se substituir as variáveis ( x, zt , ) na equação bidimensional 2.1 pelas<br />
variáveis discretas (, i j, k ) , fazendo com que uxzt ( , , ) se torne ui ( Δx, jΔzk , Δ t)<br />
, que<br />
k<br />
pode ser escrita na forma u .<br />
e<br />
i, j<br />
Pode-se escrever que, para as derivadas parciais de x e z têm-se, respectivamente:<br />
2<br />
∂ u 1<br />
= − + − + −<br />
2 2<br />
∂x 12( Δx)<br />
k k k k k<br />
{ u i−2, j 16u i− 1, j 30u i, j 16u<br />
i+ 1, j u i 2, j}<br />
2<br />
∂ u 1<br />
= − + − + −<br />
2 2<br />
∂z 12( Δx)<br />
k k k k k<br />
{ u i, j−2 16u i, j− 1 30u i, j 16u<br />
i, j+ 1 u i, j 2}<br />
Para aproximação em relação ao tempo:<br />
2<br />
∂ u<br />
= − +<br />
2<br />
∂t<br />
k− 1 k k+<br />
1<br />
( u i, j 2u<br />
i, j u i j)<br />
+ (2.15)<br />
+ (2.16)<br />
, (2.17)<br />
Na equação 2.17 fez-se um truncamento de segunda ordem, com o objetivo de<br />
evitar que houvesse um aumento no custo computacional, no caso de esse truncamento<br />
ter sido feito em quarta ordem.<br />
14
Substituindo as equações 2.15, 2.16 e 2.17 na equação 2.2, esta pode ser<br />
explicitada da seguinte forma:<br />
k+ 1 1 Δt<br />
2 k k<br />
u i, j=− {( vi, j ) [ u i−2, j− 16( u i− 1, j<br />
12 Δx<br />
k<br />
+ u i+ 1, j)<br />
+<br />
k k Δt<br />
2 k k k<br />
+ 30 u i, j+ u i+ 2, j] + ( vi, j ) [ u i, j−2 − 16( u i, j−1 + u i, j+<br />
1)<br />
Δz<br />
+ 30 u + u ]} + 2 u − u + f δ( i−i') δ(<br />
j− j')<br />
+<br />
k k k k−1 k<br />
i, j i, j+ 2 i, j i, j<br />
(2.18)<br />
Caso se utilize uma malha regular, ou seja, Δ x =Δ z = h,<br />
pode-se simplificar a<br />
equação 2.18 para:<br />
Onde<br />
α<br />
u<br />
1<br />
=− α [ u<br />
12<br />
+ u + u + u<br />
− 16( u + u + u + u ) + 60 u ] +<br />
+ 2 u − u + f ( i−i') ( j− j')<br />
k+ 1<br />
k k k<br />
k<br />
i, j i, j i− 2, j i+ 2, j i, j−2 i, j+<br />
2<br />
i, j i, j<br />
k k k k k<br />
i− 1, j i+ 1, j i, j− 1 i, j+ 1 i, j<br />
k<br />
i, j<br />
k−1 i, j<br />
k<br />
δ δ<br />
2<br />
(2.19)<br />
⎛ Δt<br />
⎞<br />
= ⎜⎝v⎟ . Este é o operador acústico da equação de onda que fornece o<br />
h ⎠<br />
campo de ondas em qualquer lugar do modelo, em qualquer passo de tempo. Todo o<br />
algoritmo para a modelagem acústica está baseado nesta equação e, graficamente, isto é<br />
representado pela figura 2.2.<br />
F( x − 2Δx)<br />
F( x − Δx)<br />
F(x)<br />
F( x + Δx)<br />
F( x + 2Δx)<br />
Figura 2.2 – Representação do operador de quarta ordem no espaço.<br />
15
2.4 – Velocidade de Propagação das Ondas Sísmicas<br />
A velocidade de uma onda sísmica será função das características do meio<br />
elástico onde esta onda se propaga. No caso específico das rochas, de sua composição<br />
mineralógica, dos planos de fraturamento e de seus componentes cristalinos.<br />
Nas rochas sedimentares, as variações de velocidade são bem maiores,<br />
principalmente em função da variedade de materiais que constituem o arcabouço, a<br />
matriz e o material cimentante e da complexidade microestrutural. Rochas sedimentares<br />
de origem química, como calcários, dolomitos e evaporitos, podem não desenvolver<br />
porosidade, o que faz seu comportamento, em relação à propagação de ondas sísmicas,<br />
tornar-se semelhante ao das rochas ígneas e metamórficas. Em rochas sedimentares de<br />
origem clástica, como arenitos e folhelhos, as velocidades de propagação das ondas<br />
sísmicas variam com a densidade que, por sua vez, está relacionada à porosidade e à<br />
natureza dos materiais que preenchem os poros (gás,óleo ou água), cujas densidades<br />
também influem nas velocidades de propagação das ondas sísmicas (ROSA,2002).<br />
Em Geofísica, de forma geral, é costume escrever as propriedades físicas de um<br />
meio através das velocidades de propagação das ondas neste meio, ou seja:<br />
VP<br />
( λ + 2μ)<br />
ρ<br />
= (2.20)<br />
VS<br />
λ<br />
= (2.21)<br />
ρ<br />
16
onde:<br />
V P = velocidade da onda primária ou P;<br />
V S = velocidade da onda secundária ou S;<br />
λ = parâmetro de Lamé 6 ;<br />
μ = modulo de rigidez ou cisalhamento;<br />
ρ = densidade.<br />
Nos trabalhos que envolvem a modelagem sísmica, é comum a adoção de valores<br />
médios, obtidos a partir de dados experimentais, seja de campo ou de laboratório.<br />
Apresenta-se a seguir a tabela 2.1, constando de valores aproximados de propagação de<br />
ondas P ( V P ), ondas S ( VS ), com também das densidades ( ρ ) e do coeficiente de Poisson<br />
(σ ) de alguns tipos de meios onde, normalmente, a geofísica trabalha.<br />
6 Matemático francês Gabriel Lamé (1795-1870).<br />
17
Tabela 2.1 – Valores típicos de V P , VS , ρ e σ (ROSA, 2002).<br />
2.5 – Fonte Sísmica<br />
Em Geofísica, mais especificamente na área petrolífera, há a necessidade de<br />
sempre querer se detalhar as camadas internas do solo, a fim de que locais passíveis da<br />
existência de hidrocarbonetos sejam localizados. Para tanto, deve-se fazer com que uma<br />
onda sísmica percorra todas essas camadas, fornecendo as informações pertinentes à<br />
análise e enviando-as a receptores, seja em terra (geofones), ou no mar (hidrofones). E<br />
para que essas ondas sejam geradas é necessária a utilização de uma fonte, que pode ser<br />
18
uma carga explosiva, um caminhão vibrante ou até um canhão de ar (“airgun”), utilizado<br />
em levantamentos sísmicos marítimos (“offshore”).<br />
Em termos de modelagem numérica, o termo fonte utilizado é uma função<br />
matemática, com variação ao longo do tempo. Esta função matemática que define este<br />
termo fonte deve ser limitada, tanto no domínio do tempo como no domínio da<br />
freqüência, como também ser não nula em apenas determinada região do seu domínio.<br />
Limitar a função no domínio da freqüência significa ter o controle sobre qual será a<br />
freqüência máxima utilizada no modelo ( f corte ) e limitar no domínio do tempo tem haver<br />
em simular no modelo uma fonte sísmica explosiva.<br />
Neste trabalho, para as simulações numéricas dos modelos, foi utilizada a<br />
derivada segunda da Gaussiana (CUNHA, 1997), dada pela seguinte expressão:<br />
c<br />
f() t [1 2 ( f t)] e<br />
2<br />
2 −π(<br />
π f t )<br />
= − ππ<br />
(2.22)<br />
c<br />
Onde t é o tempo e td<br />
é um tempo defasado, dado pela seguinte equação:<br />
2 π<br />
td= t−<br />
(2.23)<br />
f<br />
c<br />
Onde f é a freqüência central, que depende da freqüência de corte, de acordo com a<br />
c<br />
seguinte expressão:<br />
f 3 π f<br />
= (2.24)<br />
corte c<br />
Aplicando a transformada de Fourier na equação 2.22, têm-se a equação 2.25. Nas<br />
figuras seguintes (figuras 2.3 e 2.4), mostra-se o gráfico das equações 2.22 e 2.25, para o<br />
caso em que a freqüência de corte ( f corte ) adotada foi de 60 Hz.<br />
19
Amplitude<br />
Amplitude<br />
1,20<br />
0,90<br />
0,60<br />
0,30<br />
0,00<br />
-0,30<br />
2<br />
2 f<br />
F( f) e<br />
π f<br />
2 3<br />
c<br />
2<br />
f<br />
−<br />
π f<br />
2<br />
c<br />
= (2.25)<br />
-0,60<br />
0,00 0,02 0,04 0,06<br />
t (s)<br />
0,08 0,1<br />
0,025<br />
0,02<br />
0,015<br />
0,01<br />
0,005<br />
0<br />
Figura 2.3 – Assinatura da fonte (60 Hz).<br />
0 10 20 30 40 50 60<br />
freqüência (Hz)<br />
Figura 2.4 – Espectro de freqüências ( f corte =60 Hz).<br />
20
2.6 – Dispersão e Estabilidade Numérica<br />
A dispersão numérica é o fenômeno associado à propagação de ondas e ocorre<br />
devido à variação de duas grandezas principais, velocidade de fase e de grupo, estando<br />
diretamente ligado a dimensão adotada para malha de discretização do modelo, a<br />
freqüência e o ângulo de propagação.<br />
A dispersão causada pela malha produz um atraso nas frentes de ondas de altas<br />
freqüências em relação às baixas provocando uma deformação do sinal. Quanto maior a<br />
separação entre os pontos da malha discreta, maior é a dispersão das frentes de onda<br />
relacionadas a cada freqüência que compõe o espectro de freqüência do sinal<br />
(ROSA,2002).<br />
Já a estabilidade numérica tem relação com o esquema de discretização temporal<br />
do modelo, ou seja, com o esquema dos avanços de passos de tempo no modelo. De<br />
acordo com as condições iniciais adotadas, a estabilidade será determinada analisando-se<br />
a resposta numérica do modelo no tempo.<br />
Apesar de esses critérios terem sido desenvolvidos para modelos discretizados<br />
pelo MDF, de maneira geral, mesmo se o problema envolver a propagação de ondas<br />
acústicas ou elásticas, devem ser empregadas as equações 2.26 e 2.27. Atendendo essas<br />
equações, garante-se não haver problemas no resultado obtido, no que diz respeito à<br />
estabilidade e à dispersão numérica.<br />
h<br />
v<br />
min ≤ (2.26)<br />
α fcorte<br />
21
Onde:<br />
h<br />
Δt≤ (2.27)<br />
μv<br />
max<br />
• h = é espaçamento da malha 2D e adota-se Δ x (espaçamento horizontal) e<br />
Δz<br />
(espaçamento vertical) sempre iguais;<br />
• e v = velocidades mínima e máxima, respectivamente, de propagação<br />
vmin max<br />
das ondas no modelo adotado;<br />
• f corte = freqüência de corte ou freqüência máxima adotada;<br />
• Δt<br />
= intervalo ou passos de tempo empregado no avanço da solução<br />
numérica.<br />
As constantes α e μ são constantes definidas empiricamente e que possuem um<br />
valor igual a 5 (FARIA,1986).<br />
2.7 – Condições de Contornos do Modelo<br />
Considerando um caso real, quando as ondas se propagam nas camadas<br />
geológicas, não existem limites físicos para que essas ondas se propagem,<br />
geograficamente. Essas ondas serão, então, atenuadas com o passar do tempo até<br />
desaparecerem completamente. Na representação de um modelo geológico, fica inviável<br />
se criar um modelo infinito para que este represente o mais real possível a condição<br />
geológica existente.<br />
22
2.7.1 – Condição de Não Deformação – Condição de Neumann<br />
A condição de Neumann 7 impõe que não há deformação no modelo analisado.<br />
Também conhecida como condição de superfície livre ou condição de tensão livre, é<br />
representada da seguinte forma:<br />
2.7.2 – Condições de Borda<br />
k<br />
u i, j=<br />
0 0<br />
= (2.28)<br />
Na modelagem sísmica impõem-se limites, ou bordas, que afetarão os resultados<br />
esperados. Isso porque quando as frentes de ondas que se propagam no modelo<br />
encontrarem essas “barreiras” impostas irão refletir, interferindo com as outras ondas já<br />
refletidas nas camadas inferiores, objeto de interesse no estudo do modelo.<br />
2.7.2.1 – Condição na Borda Esquerda<br />
Para a borda lateral esquerda ( i = 1,<br />
z N j , 1 = ) têm-se:<br />
que pode ser discretizado pelo MDF da seguinte forma:<br />
7 Matemático húngaro John von Neumann (1903-1957).<br />
∂u 1 ∂u<br />
− = 0 , (2.29)<br />
∂x v ∂t<br />
23
k+ 1 Δt<br />
k k<br />
k<br />
u i, j= vi, j ( u i+ 1, j−u i, j) + u i, j<br />
(2.30)<br />
Δx<br />
2.7.2.2 – Condição na Borda Direita<br />
Para a borda lateral direita ( i = N x , z N j , 1 = ) têm-se:<br />
que pode ser discretizado pelo MDF como:<br />
∂u 1 ∂u<br />
+ = 0 , (2.31)<br />
∂x v ∂t<br />
Δt<br />
u =−v ( u − u ) + u<br />
Δx<br />
k+ 1<br />
k k<br />
k<br />
i, j i, j i, j i− 1, j i, j<br />
2.7.2.3 – Condição na Base do Modelo<br />
Para a borda inferior do modelo ( i = 1,<br />
N x , j = 1)<br />
têm-se:<br />
que pode ser discretizado pelo MDF como:<br />
(2.32)<br />
∂u 1 ∂u<br />
+ = 0 , (2.33)<br />
∂x v ∂t<br />
Δt<br />
u =−v ( u − u ) + u<br />
Δz<br />
k+ 1<br />
k k<br />
k<br />
i, j i, j i, j i, j− 1 i, j<br />
(2.34)<br />
Juntamente com as equações 2.29, 2.31 e 2.33, deve-se aplicar uma outra<br />
condição atenuadora, a fim de que essa interferência nas bordas seja minimizada ao<br />
máximo. Optou-se por se aplicar o método de Cerjan (CERJAN,1985), por este fornecer<br />
um esquema simples e com uma boa atenuação das reflexões de borda (figura 2.5). Este<br />
24
método consiste em aplicar-se um fator de absorção que vai aumentando conforme se<br />
caminha para as bordas do modelo, de acordo com a seguinte equação:<br />
2<br />
−[<br />
0,<br />
00075(<br />
Na−i)]<br />
ω ( x)<br />
= e<br />
(2.35)<br />
Na equação 2.35, Na representa o número de células das linhas ou colunas, junto<br />
aos limites do modelo onde a função é aplicada e i representa a posição da célula dentro<br />
da borda, que varia de 1 até Na .<br />
Figura 2.5 – Representação da zona atenuadora aplicada em um modelo de velocidade.<br />
Na região de espessura Na utiliza-se o fator de Cerjan (COSTA, 2006).<br />
25
CAPÍTULO 3 – MIGRAÇÃO SÍSMICA<br />
3.1 – Definição<br />
Migração é o processo encarregado de converter as informações registradas em<br />
sismogramas ou em seções sísmicas empilhadas em uma imagem dessa configuração<br />
geológica, cuja precisão é condicionada à qualidade dos dados sísmicos de entrada, à<br />
fidelidade do macromodelo de velocidade empregado e à capacidade computacional<br />
disponível. Em Geofísica, define-se Migração Sísmica como sendo um conjunto de<br />
procedimentos nos quais os campos de ondas registrados (sendo na superfície ou não),<br />
contendo as informações das camadas e interfaces do modelo geológico, são<br />
transformados, através de métodos adequados, em imagens corretamente posicionadas<br />
dos refletores em sub-superície. Durante este processo, tem-se a extinção das difrações<br />
que são registradas nos sismogramas (BULCÃO, 2004). Cabe lembrar que é possível a<br />
ocorrência de eventos não desejados na imagem migrada, como ruídos, múltiplas, etc.,<br />
isto se devendo ao fato de a migração admitir como reflexão todo e qualquer evento<br />
sísmico.<br />
A Modelagem Sísmica pode ser entendida como o processo no qual uma frente de<br />
ondas parte da fonte geradora e se propaga pelo meio analisado, atingindo os refletores e<br />
registrando nos receptores, seja em terra ou na água, as reflexões e as ondas convertidas.<br />
obtendo-se, assim, o dado sísmico. Na Migração Sísmica ocorre, basicamente, o processo<br />
contrário, ou seja, o receptor torna-se fonte e percorre o caminho inverso da onda<br />
propagada.<br />
26
Dentre as inúmeras técnicas adotadas na migração, as que serão a base deste<br />
trabalho, possuem características peculiares, tanto no que tange o método matemático<br />
aplicado, como no tempo computacional utilizado: Migração Reversa no Tempo (RTM –<br />
“Reverse Time Migration”) e Migração por Rotação de Fase com Interpolação (PSPI –<br />
“Phase Shift Plus Interpolation”).<br />
No que diz respeito ao domínio vertical do modelo, existem dois tipos principais<br />
de migração sísmica:<br />
• tempo: produz seções sísmicas no domínio x-t (espaço-tempo). A não ser que<br />
as camadas do modelo sejam perfeitamente plano-horizontais, os refletores<br />
estarão deslocados e distorcidos, pois não se tem o campo de velocidades do<br />
modelo. Normalmente esses tempos são dados em segundos (s).<br />
• profundidade: produz seções sísmicas no domínio x-z (espacial). Têm-se a<br />
imagem direta dos refletores no modelo. Sua precisão irá depender do quão<br />
preciso for o campo de velocidades aplicado, ou seja, quanto mais o campo de<br />
velocidades se aproximarem das verdadeiras velocidades da estrutura<br />
geológica existente.<br />
27
3.2 – Migração Reversa no Tempo (RTM - Reverse Time<br />
Migration)<br />
A Migração Reversa no Tempo é uma técnica de propagação de dados sísmicos<br />
em profundidade que consiste, basicamente, em se fazer o caminho contrário de<br />
propagação do campo de ondas registrados no domínio do tempo (depropagação) até os<br />
refletores. Isso faz com que, o que antes era um receptor, se torne agora uma fonte<br />
pontual. Aplicando a chamada condição de imagem, têm-se a formação da imagem em<br />
termos de profundidade, como pode ser visto na figura 3.1.<br />
Matematicamente, tem-se que, para um único tiro na superfície ( z = 0 ):<br />
2 2<br />
2<br />
∂ u ∂ u 1 ∂ u<br />
+ −<br />
= sis(<br />
x,<br />
z = 0,<br />
t;<br />
x ),<br />
2 2 2<br />
2<br />
i<br />
∂x<br />
∂z<br />
v ( x,<br />
z)<br />
∂t<br />
OBS<br />
(3.1)<br />
Ou seja, os valores registrados nos sismogramas são prescritos na posição dos<br />
receptores na ordem inversa em que foram adquiridos. No caso de registrá-los na<br />
superfície, durante a Migração Reversa no Tempo, a prescrição de tais valores se<br />
assemelha à aplicação de uma condição de contorno, nos demais casos se assemelha à<br />
prescrição de fontes pontuais no interior do modelo geológico (BULCÃO, 2004). Este<br />
método é bastante sensível às condições de estabilidade (operadores) e as dispersões no<br />
modelo (malha). Além desses fatores, a migração reversa no tempo sofre os efeitos dos<br />
eventos indesejáveis originados pelo realce das reflexões secundárias em cada interface<br />
no processo de depropagação (LOEWENTHAL et al, 1987).<br />
28
(a) (b)<br />
Figura 3.1 – a) Disparo de uma fonte sísmica, onde a onda gerada na superfície encontra<br />
o refletor . Parte da energia dessa onda se reflete e retorna ao receptor, gerando um<br />
sismograma; b) Depropaga-se os registros do sismograma confrontando a condição de<br />
imagem (retirado de SILVA,2002).<br />
A migração desses dados sísmicos pode der feita antes ou após empilhamento<br />
(“stacking”). Empilhar significa somar os dados sísmicos que possuem o mesmo ponto<br />
médio entre a fonte e o receptor (CMP – “common mid point”), podendo ser de dois tipos<br />
distintos:<br />
• pré-empilhamento: como o nome já diz, os campos de onda registrados nos<br />
sismogramas são migrados antes de serem somados para, assim, gerar a seção<br />
sísmica migrada;<br />
• pós-empilhamento: os campos de onda registrados nos sismogramas são<br />
organizados em famílias de traços CMP, sendo então empilhados e agrupados,<br />
formando a seção sísmica. Essa será, então, migrada através de uma função de<br />
velocidades.<br />
29
3.2.1 – Princípio de Huygens<br />
O princípio de Huygens 1 nada mais é que uma demonstração geométrica, que diz<br />
que cada ponto de uma frente de ondas se comporta como pequenas fontes de ondas<br />
secundárias. Ou seja, a cada passo de tempo Δ t , a nova frente de onda é a envolvente<br />
dessas novas ondas secundárias que irão se formar. Por este principio é possível se dizer<br />
também onde estará esta nova frente de onda num instante t qualquer do futuro.<br />
3.2.2 – Condição de Imagem<br />
A condição de imagem mostra a existência de um refletor em subsuperfície, no<br />
qual ocorre a coincidência entre o tempo da onda direta (TD)<br />
, propagada da fonte (f) até<br />
o refletor (R), e o tempo de depropagação da onda, partindo dos receptores (r) até o<br />
refletor (R), como pode ser visto na figura 3.2. Nela, o campo de ondas em vermelho se<br />
propaga da fonte em direção ao refletor, desde<br />
t = 0 atét = TD , atingindo o ponto R no<br />
refletor. Em azul vê-se a depropagação dos valores do sismograma, com a inversão do<br />
tempo, partindo do tempo total de registro T t t = até o tempo t = TD . Em todos os<br />
métodos aplicados neste trabalho, optou-se por se utilizar o critério da máxima amplitude<br />
da onda direta para determinação da condição da imagem (BOTELHO e STOFFA, 1988).<br />
1 Físico holandês Christian Huygens (1629-1695).<br />
30
Escrevendo esta rotina, matematicamente, tem-se que a condição de imagem nada<br />
mais é do que uma matriz de tempo de transito (TD)<br />
, nos quais os valores desconhecidos<br />
serão armazenados para a formação da imagem migrada, que, para modelos acústicos,<br />
tem a forma da equação 3.2:<br />
Ns<br />
∑<br />
mig = 1<br />
Mig ( x,<br />
z)<br />
= u ( x,<br />
z,<br />
t = TD ( x , )) ,<br />
(3.2)<br />
d z d<br />
onde Ns é a quantidade de amostras a serem somadas, u(<br />
x,<br />
z,<br />
t)<br />
é o campo de ondas e<br />
( xd, z d)<br />
é a posição na malha que corresponde ao tempo da onda direta.<br />
f<br />
ud<br />
R<br />
us<br />
Figura – 3.2 – Representação do princípio do imageamento: coincidência entre o<br />
tempo da onda direta (TD)<br />
, propagada da fonte (f) até o refletor (R), e o tempo de<br />
depropagação da onda, partindo dos receptores (r) até o refletor (R), sendo. Na figura,<br />
ud representa a onda direta e us representa a onda refletora (scattering).<br />
r<br />
31
3.3 – Migração por Rotação de Fase com Interpolação (PSPI -<br />
Phase Shift Plus Interpolation)<br />
3.3.1 – Migração “Phase Shift”<br />
O método de migração por rotação de fase, ou Phase-shift (GAZDAG, 1978),<br />
realiza, em cada intervalo de profundidade Δ z , uma extrapolação descendente do campo<br />
de ondas no domínio f-k (freqüência-número de onda). O método considera a velocidade<br />
constante em cada intervalo, ou seja, ela é função apenas da profundidade ( vz ( ) ). É neste<br />
ponto que o método se difere do método F-K (STOLT,1978), onde a velocidade era<br />
considerada constante em toda a profundidade do modelo.<br />
A migração Phase-shift também é baseada na equação da onda (equação 2.1).<br />
Aplicando a Transformada Dupla de Fourier, deve-se levar o sismograma registrado na<br />
superfície no domínio x − t (espaço-tempo) para o domínio ω − k (freqüência - número<br />
de onda). Ou seja:<br />
∞ ∞<br />
1<br />
i ( ω t −k<br />
x x )<br />
u x,<br />
z = 0,<br />
t)<br />
= ∫∫u(<br />
k x , z = 0,<br />
ω ) ⋅ e dωdk<br />
x<br />
2π<br />
−∞−<br />
∞<br />
( (3.3)<br />
Substituindo a equação 3.3 na equação 2.1 têm-se que:<br />
∫∫<br />
kx ω<br />
2<br />
2 ∂ u 1<br />
2<br />
i ( ω t − k x x )<br />
[ u ( − ik x ) + − ( iω<br />
) ⋅ u ] ⋅ e d ω dk<br />
2 2<br />
∂ z v<br />
x<br />
=<br />
0<br />
(3.4)<br />
32
A equação 3.4 só admite uma solução:<br />
2<br />
2 ∂ u 1 2<br />
u ( −ik x ) + − ( iω<br />
) ⋅ u = 0,<br />
(3.5)<br />
2 2<br />
∂z<br />
v<br />
equação esta que pode ser escrita da seguinte forma:<br />
2<br />
∂ u<br />
2<br />
∂z<br />
−<br />
2<br />
2<br />
( k x − 2<br />
ω<br />
) ⋅ u =<br />
v<br />
0.<br />
(3.6)<br />
Sabe-se que a equação de dispersão, também conhecida como equação de<br />
Helmholtz 2 , que relaciona a velocidade, freqüência e número de onda, é escrita da<br />
seguinte da forma:<br />
2<br />
ω<br />
+ =<br />
(3.7)<br />
2<br />
v<br />
2 2<br />
k x k z<br />
Assim, a equação 3.6 pode ser escrita da seguinte forma:<br />
2<br />
∂ u 2<br />
+ ( k ) ⋅ u = 0.<br />
2 z (3.8)<br />
∂z<br />
Observa-se que a equação 3.8 é uma equação diferencial homogênea que só<br />
possui solução quando k for constante. Assim a velocidade v(<br />
x,<br />
z)<br />
também deve ser, ou<br />
z<br />
seja, a equação só admite solução quando o domínio se tratar de um domínio homogêneo.<br />
tipo:<br />
Assim, a equação 3.8 pode ser resolvida analiticamente, possuindo soluções do<br />
u x<br />
x<br />
( , , ω ) = ⋅ ( , = 0,<br />
ω ),<br />
± ik z z<br />
k z e u k z<br />
(3.9)<br />
onde + z refere-se as ondas ascendentes e − z as ondas descendentes.<br />
ik z<br />
2 Médico e físico alemão Hermann Ferdinand Ludwig Von Helmholtz (1821-1894).<br />
ik z<br />
33
Pode-se observar pela equação 3.9 que o campo de onda em qualquer ponto do<br />
modelo será dado pelas informações registradas na superfície do modelo ( z = 0)<br />
,<br />
funcionando neste caso como uma equação de contorno.<br />
No método Phase-Shift, a variação de velocidade no modelo se dá apenas em<br />
relação a profundidade ( v(<br />
z))<br />
, se mantendo constante horizontalmente em cada intervalo.<br />
Deve se realizar, então, a extrapolação em profundidade em intervalos Δz<br />
do campo de<br />
ondas registrado na superfície, o que faz com que a equação 3.9 possa ser escrita da<br />
seguinte forma:<br />
u x<br />
x<br />
± ik z Δz<br />
( k , z + Δz<br />
, ω ) = e ⋅ u ( k , z,<br />
ω ),<br />
conhecido como operador Phase-Shift.<br />
(3.10)<br />
Retornando o dado para o domínio ω − x e aplicando a condição de imagem<br />
( TD( x,<br />
z)<br />
), obtêm-se o dado migrado na profundidade z + Δz<br />
. Aplicando a Transformada<br />
de Fourier do campo de onda e usando a solução referente as ondas descendentes<br />
( − k zΔz ) na equação 3.10, têm-se a imagem final migrada obtida pela equação:<br />
1 −iω<br />
TD ( x , z )<br />
i ( k z z − k x x )<br />
( x,<br />
z + Δz<br />
) = ∫ e ∫ u ( k x , z + Δz<br />
, ω ) ⋅ e dk dω<br />
(3.11)<br />
2<br />
Mig x<br />
π ω<br />
k<br />
3.3.2 – Migração PSPI<br />
x<br />
34
Conforme mencionado anteriormente, o método Phase-Shift é aplicável apenas<br />
em modelos cuja variação de velocidade ocorra na vertical, não contemplando as<br />
variações laterais de velocidade do modelo. Ou seja, o método só se aplica a modelos que<br />
possuam suas camadas geológicas totalmente planas, o que não ocorre na grande maioria<br />
dos casos existentes.<br />
Aplica-se, então, uma “otimização” no método Phase-Shift, no qual se utiliza não<br />
só uma velocidade para cada passo Δ z em profundidade, mas sim várias velocidades,<br />
conhecidas como velocidades de referência. A essa otimização dá-se o nome de Migração<br />
Phase Shift Plus Interpolation, ou Migração por Rotação de Fase com Interpolação. A<br />
idéia principal é a de repetir a etapa da extrapolação da onda, considerando as<br />
velocidades de referência, sendo estas restritas a um campo ( e v ), ou seja, retirado<br />
vmax min<br />
das velocidades máximas e mínimas aplicadas no modelo adotado.<br />
Assim, depois de realizada a Transformada Dupla de Fourier, levando o campo de<br />
ondas do domínio x − t para o domínio k − ω , extrapola-se em profundidade esses<br />
campos de onda para cada uma das velocidades de referência, ou seja:<br />
u(<br />
k<br />
x<br />
v1<br />
⎧ ⎯⎯→<br />
u1(<br />
k x , z + Δz,<br />
ω )<br />
⎪ v2<br />
ik<br />
e z z ⎪ ⎯⎯→<br />
u 2 ( k x , z + Δz,<br />
ω )<br />
, z = 0,<br />
ω ) ⎯⎯→⎨<br />
⎪ ...<br />
⎪ vn<br />
⎩ ⎯⎯→<br />
u n ( k x , z + Δz,<br />
ω )<br />
x<br />
(3.12)<br />
35
Aplicando a Transformada de Fourier Inversa em x para cada um dos campos de<br />
onda, realiza-se a interpolação de todos esses campos, o que resulta em um campo total<br />
interpolado, chamado aqui de U ( z,<br />
z + Δz,<br />
ω)<br />
para cada ( x,<br />
z)<br />
, ou seja:<br />
u<br />
u<br />
u<br />
1<br />
2<br />
n<br />
( k x , z + Δ z , ω ) ⎫<br />
( k , , ω )<br />
1<br />
x z + Δ z<br />
⎪<br />
−<br />
FFT<br />
⎬ ⎯ ⎯⎯→ ... ⎪<br />
( k x , z + Δ z , ω ) ⎪<br />
⎭<br />
u<br />
u<br />
u<br />
1<br />
2<br />
n<br />
( x , z + Δ z , ω )<br />
( x , z + Δ z , ω )<br />
...<br />
( x , z + Δ z , ω )<br />
(3.13)<br />
Para realizar a interpolação, dada a velocidade real do ponto v(<br />
x,<br />
z)<br />
da camada,<br />
analisa-se entre quais velocidades de referência ( e vref ) esta velocidade se<br />
encontra. Como para cada velocidade de referência existe um campo de referência, o<br />
campo interpolado na posição ( x,<br />
z)<br />
pode ser obtido diretamente através da seguinte<br />
equação:<br />
vrefi i+<br />
1<br />
1<br />
1<br />
Ui<br />
( x,<br />
z + Δz,<br />
ω)<br />
+<br />
Ui+<br />
1(<br />
x,<br />
z + Δz,<br />
ω)<br />
v(<br />
x,<br />
z)<br />
− vrefi<br />
( z)<br />
vrefi+<br />
1(<br />
z)<br />
− v(<br />
x,<br />
z)<br />
U(<br />
x,<br />
z + Δz,<br />
ω ) =<br />
(3.14)<br />
1<br />
1<br />
+<br />
v(<br />
x,<br />
z)<br />
− vref ( z)<br />
vref ( z)<br />
− v(<br />
x,<br />
z)<br />
i<br />
Realizada a interpolação, resta apenas realizar o processo de formação da<br />
imagem, utilizando a matriz tempo de trânsito TD(<br />
x,<br />
z)<br />
para estabelecer a condição de<br />
imagem. Após esse processo, a imagem é migrada, para obtenção da imagem final. Como<br />
realizado no método Phase Shift obtem-se a imagem final migrada pela seguinte equação:<br />
∫<br />
− iω<br />
TD ( x , z )<br />
i ( k z z − k x x )<br />
Mig ( x,<br />
z + Δz<br />
) = e U ( k x , z + Δz<br />
, ω ) ⋅ e dk x dω<br />
ω<br />
∫<br />
k<br />
x<br />
i+<br />
1<br />
(3.15)<br />
36
CAPÍTULO 4 – APLICAÇÕES<br />
Neste capítulo serão aplicados os dois métodos de migração: RTM e PSPI, em<br />
modelos de velocidade teóricos e em modelos de velocidade reais, na sua maioria,<br />
1 2<br />
propostos pelo SEG /EAGE .<br />
Faremos uma comparação entre os tempos de execução das migrações de cada<br />
método aplicado, sendo que, apenas nos modelos em que se aplicar o método PSPI,<br />
faremos um alteração na malha, aumentando seu espaçamento h gradativamente (ver<br />
capítulo 2, seção 2.6). A imagem gerada será, então, analisada e compararemos os<br />
resultados em termos tempo de análise versus resolução da imagem migrada.<br />
Em todos os modelos propostos, o seguinte processo será aplicado: em primeiro<br />
lugar, obtêm-se uma seção em tempo (sismograma) com um único tiro dado numa<br />
posição ( x,<br />
z)<br />
do modelo. Este sismograma obtido é mutado, ou seja, retira-se a onda<br />
direta deixando-se apenas as reflexões. Logo em seguida, faz-se a suavização do modelo<br />
de velocidades para obter-se a matriz de tempo da onda direta ou matriz TD. Esta<br />
suavização utiliza um filtro de média móvel e varia de modelo para modelo. Após a<br />
obtenção do sismograma mutado e da matriz TD, aplicam-se os métodos de migração<br />
para obtenção das imagens dos modelos, a fim de que sejam feitas todas as análises e<br />
comparações. Serão aplicadas, também, múltiplas fontes em todos os modelos e os<br />
mesmos processos propostos anteriormente. O processo de se aplicar múltiplas fontes,<br />
como o nome já diz, significa não só utilizar-se de uma única fonte no centro do modelo<br />
para gerar a onda acústica, mas sim de n fontes, que são detonadas juntas, sem nenhum<br />
1 SEG – Society of Exploration Geophysicists<br />
2 EAGE – European of Geoscientists and Engineers<br />
37
atraso. Optou-se por não se suavizar o modelo Marmousi em virtude de sua alta<br />
complexidade e de não se mutar o sismograma quando se aplicar múltiplas fontes.<br />
Todos os modelos foram processados num PC com 512MB de RAM, 80 GB de<br />
HD e processador AMD, utilizando compilador Compaq Visual Fortran e, para a<br />
visualização das imagens o Compaq Array Visualizer.<br />
38
4.1 – Modelo Plano-Paralelo<br />
Como uma primeira aplicação, temos o caso de um modelo plano-paralelo<br />
horizontal (figura 4.1). Ele é composto por camadas totalmente planas, no qual o<br />
reservatório se encontra inserido entre camadas de diferentes impedâncias. As<br />
velocidades no modelo variam entre 1500 m/s (velocidade na superfície da água),<br />
passando por velocidades de 2800m/s (reservatório) chegando a camadas com<br />
velocidade de 5000 m/s (velocidade nos corpos salinos).<br />
O modelo é composto por uma malha de 500 pontos na horizontal por 500<br />
pontos na vertical que, com um espaçamento da malha de 5m, tanto na horizontal como<br />
na vertical, dará ao modelo as dimensões de 2500m nas direções x e z , respectivamente.<br />
Para realizar a migração RTM, foi realizada uma modelagem sísmica por diferenças<br />
finitas, utilizando aproximações de quarta ordem no espaço e de segunda ordem no<br />
tempo, conforme mencionado em capítulos anteriores. Isto será feito por igual modo em<br />
todos os próximos modelos. Os dados utilizados no modelo são apresentados na tabela<br />
4.1.<br />
39
z (m)<br />
água<br />
sal<br />
Reservatório<br />
x(m)<br />
Figura 4.1 – Modelo de velocidades plano-paralelo.<br />
v(m/s)<br />
Tabela 4.1 – Parâmetros principais do modelo e da modelagem por diferenças finitas<br />
para família de tiro comum do modelo de camadas planas.<br />
Número de tiros 1<br />
Número de canais 500<br />
Espaçamento da malha ( Δx<br />
= Δz<br />
= h ) 5m<br />
v máx(m/s)<br />
5000<br />
v min(m/s)<br />
1500<br />
Amostragem de tempo 0,00020s<br />
Freqüência de corte 60Hz<br />
Posição da fonte na direção x 1250m<br />
Posição da fonte na direção z (jzf) 15m<br />
40
t (x 0,00020 s)<br />
Figura 4.2 – Sismograma para o modelo plano-paralelo, para família de tiro comum na<br />
posição x= 1250m e z=15m (10000 passos de tempo).<br />
t (x 0,00020 s)<br />
Figura 4.3 – Sismograma mutado para o modelo plano-paralelo, para família de tiro<br />
comum na posição x= 1250m e z=15m (10000 passos de tempo).<br />
x(m)<br />
x(m)<br />
41
z(m)<br />
x(m)<br />
v(m/s)<br />
Figura 4.4 – Modelo de velocidades suavizado do modelo plano-paralelo (15 pontos na<br />
vertical e 10 pontos na horizontal).<br />
z(m)<br />
Figura 4.5 – Matriz de tempos da onda direta para o modelo plano-paralelo, para<br />
família de tiro comum na posição x= 1250m e z=3m.<br />
x(m)<br />
t(ms)<br />
42
z(m) z(m)<br />
Figura 4.6 – Seção migrada pelo método RTM para o modelo plano-paralelo (h=5).<br />
Figura 4.7 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo (h=5 e 1<br />
velocidade de referência).<br />
x(m)<br />
x(m)<br />
43
z(m)<br />
Figura 4.8 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo (h=10 e 1<br />
velocidade de referência).<br />
z(m)<br />
Figura 4.9 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo (h=15 e 1<br />
velocidade de referência).<br />
x(m)<br />
x(m)<br />
44
z(m)<br />
Figura 4.10 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo (h=20 e<br />
1 velocidade de referência).<br />
Tabela 4.2 – Tempos de processamento do modelo plano-paralelo para uma família de<br />
tiro comum.<br />
x(m)<br />
Tipo de Migração Tempo<br />
Migração RTM ( h =5)<br />
01’11”<br />
Migração PSPI ( h =5)<br />
05’25”<br />
Migração PSPI ( h =10)<br />
01’13”<br />
Migração PSPI ( h =15)<br />
00’50”<br />
Migração PSPI ( h =20)<br />
00’18”<br />
45
A figura 4.6 mostra o resultado da migração RTM, para uma malha com<br />
espaçamento de 5m e as figuras 4.7 a 4.10 mostram, respectivamente, todas as<br />
migrações PSPI realizadas, para os diferentes tipos de espaçamento da malha (5m, 10m,<br />
15m e 20m).<br />
Na migração RTM (figura 4.6) observa-se que as duas primeiras camadas foram<br />
bem imageadas. Abaixo desta segunda camada, composta de uma estrutura salina, as<br />
camadas que se interpõem ao reservatório são observadas, apesar de ter havido a uma<br />
atenuação do sinal provocada pela alta impedância do sal. A zona observada no topo da<br />
figura 4.6, semelhante a uma “tesoura”, pode ser explicada pela figura 4.11. Isto se deve<br />
ao fato de que o tempo da onda direta (em vermelho na figura) proveniente da fonte é<br />
igual ao tempo da onda refletida na camada (em azul). Como a migração RTM utiliza a<br />
matriz TD para a formação da imagem migrada, entende-se que neste ponto de encontro<br />
existe um refletor (ponto P), armazenando esta informação na imagem migrada.<br />
Camada 1<br />
Camada 2<br />
Camada 3<br />
Ondas Refletidas<br />
P<br />
fonte<br />
Ondas Diretas<br />
Figura 4.11 – Representação esquemática da formação da imagem, causada pela<br />
igualdade entre os tempos da onda direta e da onda refletida.<br />
Na migração PSPI, realizada com uma única velocidade de referência, observou-<br />
se dispersões numéricas (pequenas ondulações), que se agravaram com o aumento do<br />
espaçamento da malha (figuras 4.7 a 4.10). Este fato inviabiliza a identificação das<br />
interfaces refletoras, para malhas com h >10. Os tempos de processamento dos dois<br />
46
métodos para h =5 (tabela 4.2) se distanciaram bem, cerca de cinco vezes. Contudo,<br />
com o aumento do espaçamento da malha, observou-se uma queda nos tempos de<br />
processamento. Isto pode ser visto, por exemplo, comparando-se o h =20 do método<br />
PSPI com h =5 do método RTM.<br />
Como método comparativo, agora, faremos as mesmas migrações anteriores,<br />
sendo que utilizaremos não só uma única fonte, mas sim, família de múltiplas fontes<br />
detonadas ao mesmo tempo no topo do modelo. As figuras 4.12 e 4.13 mostram,<br />
respectivamente, o sismograma obtido e o gráfico do tempo da onda direta (TD). Cabe<br />
lembrar que se optou por não suavizar-se o modelo.<br />
As figuras 4.14 a 4.18 mostram todas as migrações feitas, tanto em RTM como<br />
em PSPI, para diferentes malhas, conforme aplicado no caso de se utilizar uma única<br />
fonte. A tabela 4.3 mostra alguns parâmetros utilizados e a tabela 4.4 mostra os tempos<br />
de processamento encontrado para cada um dos métodos.<br />
Tabela 4.3 – Parâmetros do modelo e da modelagem por diferenças finitas para família<br />
de múltiplas fontes do modelo de camadas planas.<br />
Número de tiros 500<br />
Número de canais 500<br />
Amostragem de tempo 0,00020s<br />
Freqüência de corte 60Hz<br />
47
t (x 0,00020 s)<br />
z(m)<br />
Figura 4.12 – Super-sismograma para o modelo plano-paralelo, para família de<br />
múltiplas fontes (10000 passos de tempo).<br />
Figura 4.13 – Matriz de tempos da onda direta para o modelo plano-paralelo aplicando<br />
múltiplas fontes.<br />
x(m)<br />
x(m)<br />
t(ms)<br />
48
z(m)<br />
z(m)<br />
Figura 4.14 – Seção migrada pelo método RTM para o modelo plano-paralelo<br />
aplicando múltiplas fontes (h=5).<br />
Figura 4.15 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo<br />
aplicando múltiplas fontes (h=5 e 1 velocidade de referência).<br />
x(m)<br />
x(m)<br />
49
z(m)<br />
z(m)<br />
Figura 4.16 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo<br />
aplicando múltiplas fontes (h=10 e 1 velocidade de referência).<br />
Figura 4.17 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo<br />
aplicando múltiplas fontes (h=15 e 1 velocidade de referência).<br />
x(m)<br />
x(m)<br />
50
z(m)<br />
Figura 4.18 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo plano-paralelo<br />
aplicando múltiplas fontes (h=20 e 1 velocidade de referência).<br />
Tabela 4.4 – Tempos de processamento do modelo plano-paralelo para família de<br />
múltiplas fontes.<br />
Tipo de Migração Tempo<br />
Migração RTM ( h =5)<br />
01’11”<br />
Migração PSPI ( h =5)<br />
05’13”<br />
Migração PSPI ( h =10)<br />
01’13”<br />
Migração PSPI ( h =15)<br />
00’50”<br />
Migração PSPI ( h =20)<br />
00’18”<br />
Na migração RTM (figura 4.14) observa-se que as camadas foram imageadas ao<br />
longo de todo o modelo, ao contrário do caso anterior. Contudo observam-se fortes<br />
reflexões múltiplas, resultado do emprego da equação completa da onda (equação bi-<br />
direcional).<br />
x(m)<br />
51
No método PSPI, a figura 4.15 apresenta o imageamento correto das interfaces<br />
refletoras, ao longo de todo o modelo. Em comparação com o resultado encontrado com<br />
o método RTM (figura 4.14), as reflexões múltiplas não são observadas com a mesma<br />
intensidade, resultado do emprego da equação unidirecional da onda, que privilegia<br />
propagações descendentes. As figuras 4.16 a 4.18 mostram a presença de dispersões<br />
numéricas, que inviabilizam a identificação das interfaces refletoras.<br />
No que diz respeito ao tempo de processamento, como utilizou-se a mesma<br />
malha, modificando-se apenas o número de fontes (múltiplas fontes), os tempos de<br />
processamento são os mesmos de quando aplicou-se uma única fonte.<br />
52
4.2 – Modelo Onshore<br />
O modelo sintético Onshore retirado de Martins (2003) trata-se de um modelo de<br />
velocidades típico da Bacia do Solimões, possuindo uma grande falha normal e<br />
múltiplas camadas sobrepostas com diferentes velocidades (figura 4.19). Neste modelo<br />
a variação lateral de velocidade é pequena, com camadas, praticamente, distribuídas<br />
uniformemente. O modelo possui 512 pontos com espaçamento de 5m na horizontal e<br />
256 pontos com 5m na vertical, o que dá ao modelo as dimensões de 2560m na<br />
horizontal e 1280m na vertical. Optou-se, novamente, em se aplicar os dois tipos de<br />
fontes, ou seja, uma fonte única e família de múltiplas fontes. Os principais dados<br />
referentes a este modelo, como também os tempos de processamento para os métodos<br />
de migração se encontram nas tabelas 4.7 e 4.8 respectivamente apresentadas a seguir.<br />
z(m)<br />
x(m)<br />
Figura 4.19 – Modelo de velocidades Onshore.<br />
v(m/s)<br />
53
De igual modo ao realizado no modelo de Marmousi, utilizaremos novamente<br />
não apenas uma única fonte, mas sim, múltiplas fontes detonadas ao mesmo tempo no<br />
topo do modelo. As figuras 4.20 e 4.21 mostram, respectivamente, o super-sismograma<br />
obtido e o gráfico do tempo da onda direta (TD).<br />
Tabela 4.5 – Parâmetros do modelo e da modelagem por diferenças finitas para família<br />
de múltiplas fontes do modelo de Onshore.<br />
t (x 0,000157s)<br />
Número de tiros 512<br />
Número de canais 512<br />
Amostragem de tempo 0,000157s<br />
Freqüência de corte 60Hz<br />
Figura 4.20 – Super-sismograma para o modelo Onshore, para família de múltiplas<br />
fontes (10000 passos de tempo).<br />
x(m)<br />
54
z(m)<br />
Figura 4.21 – Matriz de tempos da onda direta para o modelo Onshore, para família de<br />
múltiplas fontes (10000 passos de tempo)<br />
z(m)<br />
Figura 4.22 – Seção migrada pelo método RTM para o modelo Onshore para família<br />
de múltiplas fontes (h=5).<br />
x(m)<br />
x(m)<br />
t(ms)<br />
55
z(m)<br />
Figura 4.23 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Onshore para família de<br />
múltiplas fontes (h=5 e 3 velocidades de referência).<br />
z(m)<br />
Figura 4.24 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Onshore para família de<br />
múltiplas fontes (h=10 e 3 velocidades de referência).<br />
x(m)<br />
x(m)<br />
56
z(m)<br />
Figura 4.25 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Onshore para família de<br />
múltiplas fontes (h=15 e 3 velocidades de referência).<br />
z(m)<br />
Figura 4.26 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Onshore para família de<br />
múltiplas fontes (h=20 e 3 velocidades de referência).<br />
x(m)<br />
x(m)<br />
57
Tabela 4.6 – Tempos de processamento do modelo Onshore para múltiplas fontes.<br />
Tipo de Migração Tempo<br />
Migração RTM (h=5) 01’07”<br />
Migração PSPI (h=5) 03’34”<br />
Migração PSPI (h=10) 00’48”<br />
Migração PSPI (h=15) 00’36”<br />
Migração PSPI (h=20) 00’13”<br />
A figura 4.22 mostra o resultado da migração RTM, para uma malha com<br />
espaçamento de 5m e as figuras 4.23 a 4.26 mostram, respectivamente, todas as<br />
migrações PSPI realizadas, para os diferentes tipos de espaçamento da malha (5m, 10m,<br />
15m e 20m).<br />
Na figura 4.22 observou-se que as interfaces foram imageadas, observando-se<br />
nas regiões de interface do modelo ruídos de baixa freqüência. No método PSPI, para<br />
h =5 (figura 4.23) observou-se uma grande melhora na resolução da imagem migrada,<br />
com refletores bem imageados e definidos, não observando-se a existência das<br />
múltiplas. No modelo para h =10 (figura 4.26), essa melhora da imagem ainda pôde ser<br />
vista, mas com uma qualidade um pouco menor. Para malhas de h =15 e h =20 (figuras<br />
4.25 e 4.26), observou-se a presença de dispersões numéricas, que inviabilizam a<br />
identificação das interfaces refletoras.<br />
Com relação a eficiência computacional, quando a mesma malha é utilizada, a<br />
migração PSPI, utilizando três velocidades de referência, demandou um tempo de<br />
processamento cerca de três vezes maior do que o método RTM. No caso de h =10, este<br />
custo computacional se tornou praticamente igual. O método PSPI se tornou mais<br />
eficiente somente no caso de h =20, onde o tempo de processamento foi quase um<br />
minuto menor que o método RTM.<br />
58
4.3 – Modelo Marmousi<br />
O modelo sintético Marmousi, desenvolvido pelo Instituto Francês de Petróleo,<br />
se tornou um teste bastante popular de algoritmos de migração. Trata-se de um dado<br />
acústico 2-D de estrutura complexa, baseado na geologia real da bacia de Cuanza, em<br />
Angola. O estilo estrutural se baseia em falhas de crescimento, que se erguem de um<br />
truncamento de sal até chegarem a uma complicada estrutura de velocidade na parte<br />
superior do modelo (figura 4.27). Comparado ao modelo anterior, as dificuldades de<br />
imageamento são causadas devido muito mais a sua estrutura geológica complexa do<br />
que pela forte variação lateral de velocidades. Por este motivo, optou-se por migrar o<br />
modelo aplicando apenas família de múltiplas fontes, pois o resultado obtido aplicando-<br />
se um único tiro não apresentaria um resultado satisfatório. A região de reservatório<br />
que armazena hidrocarbonetos, em forma de lente, que é a zona de interesse, fica a<br />
2500m de profundidade e 6500m da origem na direção x , é a principal e mais difícil<br />
região de ser imageada. Pois, antes de atingir esta região, o sinal sísmico se propaga<br />
através de uma estrutura muito complicada acima desta zona, como falhas com fortes<br />
mergulhos e domo. Neste modelo temos ainda duas estruturas em forma de cunha a<br />
aproximadamente 2500m de profundidade na esquerda e na direita do modelo, com<br />
velocidade 5500 m/s (Moreira, 2004).<br />
O modelo possui 1000 pontos com espaçamento de 5m na horizontal e 375<br />
pontos com espaçamento de 5m na vertical, o que dá ao modelo as dimensões de 5000m<br />
na horizontal e 1875m na vertical. Os principais dados referentes a este modelo, como<br />
também os tempos de processamento para cada um dos métodos de migração<br />
encontram-se nas tabelas 4.7 e 4.8, respectivamente apresentadas a seguir. Optou-se por<br />
não se mutar o sismograma.<br />
59
z(m)<br />
x(m)<br />
Figura 4.27 – Modelo de velocidades Marmousi.<br />
v(m/s)<br />
Tabela 4.7 – Parâmetros principais do modelo e da modelagem por diferenças finitas<br />
para família de múltiplas fontes do modelo Marmousi.<br />
Número de tiros 1000<br />
Número de canais 1000<br />
Espaçamento da malha ( Δx<br />
= Δz<br />
= h ) 5m<br />
v máx(m/s)<br />
5980<br />
v min(m/s)<br />
2220<br />
Amostragem de tempo 0,000167s<br />
Freqüência de corte 60Hz<br />
60
t (x0,000167)<br />
Figura 4.28 – Super-sismograma para o modelo Marmousi, para família de múltiplas<br />
fontes (10000 passos de tempo).<br />
z(m)<br />
Figura 4.29 – Matriz de tempos da onda direta para o modelo Marmousi, para família<br />
de múltiplas fontes (10000 passos de tempo).<br />
x(m)<br />
x(m)<br />
t(ms)<br />
61
z(m)<br />
Figura 4.30 – Seção migrada pelo método RTM para o modelo Marmousi aplicando<br />
múltiplas fontes (h=5).<br />
z(m)<br />
Figura 4.31 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Marmousi aplicando<br />
múltiplas fontes (h=5 e 6 velocidades de referência).<br />
x(m)<br />
x(m)<br />
62
z(m)<br />
Figura 4.32 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Marmousi aplicando<br />
múltiplas fontes (h=10 e 6 velocidades de referência).<br />
z(m)<br />
Figura 4.33 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Marmousi aplicando<br />
múltiplas fontes (h=15 e 6 velocidades de referência).<br />
x(m)<br />
x(m)<br />
63
z(m)<br />
Figura 4.34 – Seção migrada pelo método PSPI para o modelo Marmousi aplicando<br />
múltiplas fontes (h=20 e 6 velocidades de referência).<br />
Tabela 4.8 – Tempos de processamento do modelo Marmousi para família de múltiplas<br />
fontes.<br />
Tipo de Migração Tempo<br />
Migração RTM ( h =5)<br />
01’46”<br />
Migração PSPI ( h =5)<br />
24’00”<br />
Migração PSPI ( h =10)<br />
05’53”<br />
Migração PSPI ( h =15)<br />
03’45”<br />
Migração PSPI ( h =20)<br />
01’06”<br />
A figura 4.30 mostra o resultado da migração RTM, para uma malha com<br />
espaçamento de 5m e as figuras 4.31 a 4.34 mostram, respectivamente, todas as<br />
migrações PSPI realizadas, para os diferentes tipos de espaçamento da malha (5m, 10m,<br />
15m e 20m).<br />
x(m)<br />
64
A migração RTM de uma única onda plana (figura 4.30) apresentou um<br />
resultado bastante satisfatório com relação ao imageamento das principais feições. A<br />
inclusão de um número maior de ondas planas certamente aumentará a relação<br />
sinal/ruído.<br />
Nas imagens migradas pelo método PSPI para h =5 (figura 4.31) apresentou um<br />
resultado superior ao observado com a migração RTM, principalmente no que diz a<br />
parte rasa do modelo. No caso, para h =10 (figura 4.32), o resultado é praticamente<br />
igual ao encontrado para h =5, pois não se observam dispersões numéricas. Contudo,<br />
nos casos de h =15 e h =20 (figuras 4.33 e 4.34, respectivamente), as dispersões<br />
numéricas degradaram consideravelmente os resultados.<br />
Com relação a eficiência computacional, quando a mesma malha é utilizada, a<br />
migração PSPI, utilizando seis velocidades de referência, demandou um tempo de<br />
processamento cerca de doze vezes maior do que o método RTM. No caso de h =10,<br />
este custo computacional se tornou cerca de três vezes maior. O método PSPI se tornou<br />
mais eficiente somente no caso de h =20, onde o tempo de processamento foi apenas<br />
quarenta segundos menos que o método RTM.<br />
65
CAPÍTULO 5 – CONCLUSÕES E COMENTÁRIOS<br />
O objetivo principal deste trabalho foi o de estudar o tempo de processamento<br />
realizado pelos métodos de migração, RTM e PSPI, em modelos que possuem<br />
velocidades, geometrias e complexidades distintas: o modelo de camadas plano<br />
paralelas, modelo Marmousi e o modelo Onshore.<br />
Para tanto, foram realizadas aplicações desses métodos de migração utilizando a<br />
técnica do tiro comum (sismogramas) e múltiplas fontes (super-sismogramas) com<br />
atrasos nulos. Utilizou-se também da condição de imagem dada pelo campo de ondas<br />
refletidas no tempo de chegada da onda direta, em cada ponto da malha gerada.<br />
Estes sismogramas e super-sismogramas foram obtidos através da aquisição dos<br />
dados sísmicos através da solução da equação acústica da onda, utilizando o método das<br />
diferenças finitas, com aproximação de quarta ordem no espaço e segunda ordem no<br />
tempo.<br />
No que diz respeito à resolução da imagem migrada, os métodos RTM e PSPI<br />
exibiram resultados equivalentes, quando se utilizou a mesma malha. Contudo os<br />
resultados obtidos com o método PSPI foram superiores no que diz respeito a atenuação<br />
das reflexões múltiplas, conseqüência do emprego da equação da onda unidirecional<br />
neste método.<br />
A migração PSPI, no que diz respeito ao tempo de processamento, só foi mais<br />
eficiente para malhas bem espaçadas (quase sempre para h =20). Sendo que, nestes<br />
casos, a qualidade dos resultados é bem inferior à alcançada com a malha utilizada para<br />
realização da migração RTM ( h =5).<br />
66
Portanto, dentro do contexto dos experimentos utilizados neste trabalho, o<br />
método PSPI demanda uma carga computacional, no mínimo, igual a empregada na<br />
migração RTM. Vale ressaltar que todos os programas computacionais utilizados não<br />
exploraram a completa independência dos processos, no caso da migração PSPI. Com<br />
este método, a migração pode ser realizada de forma independente para cada freqüência<br />
ou velocidade de referencia. Portanto, a eficiência computacional pode ser linearmente<br />
melhorada com o uso de clusters de computadores pessoais. No caso da migração RTM<br />
esta estratégia não pode ser explorada igualmente.<br />
Como proposta de trabalhos futuros, propõe-se:<br />
utilizar técnicas mais modernas para a computação da Transformada de<br />
Fourier;<br />
dividir o programa PSPI em tarefas independentes para a execução em<br />
clusters de computadores pessoais, caso 2-D;<br />
dividir o programa PSPI em tarefas independentes para a execução em<br />
clusters de computadores pessoais, caso 3-D<br />
desenvolvimento de novas técnicas de migração por rotação de fase;<br />
buscar novas técnicas para atenuação de reflexões múltiplas, baseadas em<br />
soluções unidirecionais da equação da onda.<br />
67
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70
APÊNDICE<br />
A possibilidade de ocorrência de estruturas petrolíferas de<br />
grande porte no Brasil<br />
João Victor Campos - Consultor de Petróleo<br />
Artigo Técnico – Boletim SBGF – nº. 2/07<br />
Os maiores campos de petróleo do mundo estão situados em estruturas anticlinais,<br />
na área - ou nas proximidades - da colisão de placas tectônicas convergentes. Após a<br />
colisão, as forças convergentes que impulsionam as placas continuam a agir, exercendo<br />
compressão, por dezenas ou mesmo centenas de milhões de anos, constituindo o fator<br />
fundamental na formação das estruturas anticlinais. Isto não implica, todavia, em dizer que<br />
todas as estruturas anticlinais resultem necessariamente desse tipo de esforço. Muitas<br />
derivam do tectonismo diastrófico, ou seja, daquele presente no embasamento. Altos<br />
estruturais no embasamento, de qualquer magnitude, formados após a deposição das<br />
camadas sedimentares sobrejacentes, ocasionam o dobramento dessas camadas,<br />
constituindo anticlinais, que também podem ser formadas por compactação diferencial<br />
concomitante com o soerguimento do alto. Estes últimos são os tipos mais comumente<br />
presentes nas bacias terrestres brasileiras.<br />
71
No Oriente Médio, a colisão entre as placas convergentes continentais Arábica e<br />
Eurasiana, tem expressão na superfície na extensa cadeia das montanhas Zagros, que<br />
bordeja a fronteira Irã-Iraque e se estende para o norte até a área do Mar Cáspio e, para o<br />
sul, penetra na Arábia Saudita. Já dentro do Golfo Pérsico-Arábico, essa anomalia deu lugar<br />
à formação (por compressão) de inúmeras grandes estruturas anticlinais, num lado e no<br />
outro da interface de colisão das placas, ou seja, em ambos os lados das montanhas Zagros.<br />
Mais de 60% das reservas mundiais de petróleo encontram-se dentro e aglomeradas<br />
ao redor do Golfo Pérsico-Arábico. De acordo com dados publicados na revista Oil and<br />
Gas Journal, somente a Arábia Saudita, com 261,9 biboer (bilhões de barris de óleo<br />
equivalente recuperável), abrange 25% desse total, seguindo-se o Iraque com 11%, e o<br />
Kuwait, Emirados Árabes e o Irã, com 9% cada. Na Arábia Saudita, com mais de 1.000<br />
poços perfurados, que, resultaram na descoberta de cerca de 80 campos de petróleo, a<br />
grande maioria em anticlinais, encontram-se os dois maiores campos de óleo do mundo:<br />
Ghawar, em terra, e Safaniya no mar (Golfo Pérsico-Arábico). O Campo de Ghawar é uma<br />
extensa estrutura anticlinal, cujo eixo maior atinge 283 km e o menor 32 km, o que lhe dá a<br />
fantástica área de 9.056 km2 (quase a área da Bacia do Recôncavo). Descoberto em 1948,<br />
em 2003 ainda possuía uma reserva de 70 biboer. O Campo de Safaniya, outro anticlinal,<br />
tem reservas estimadas em 35 biboer. Muitos outros exemplos de campos gigantes em<br />
anticlinais, ocorrem nos países acima mencionados. Vale mencionar ainda o Campo de<br />
Majnoon, descoberto pela Braspetro no Iraque, em 1974-1975, na área de Bássora e<br />
próximo à fronteira Irã-Iraque, que se situa dentro deste contexto e tem reservas estimadas<br />
em 25 biboer (?). Até recentemente, foi considerado o maior campo do mundo descoberto<br />
nos últimos 50anos.<br />
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Dentro do enfoque da tectônica de placas, o Brasil se situa na Placa Sulamericana,<br />
divergente, isto é, que se separou por distensão (rifting), da Placa Africana há 135 milhões<br />
de anos, no Jurássico Superior. A abertura do Oceano Atlântico Sul se deu de sul para<br />
norte, até a altura da Bacia de Sergipe-Alagoas e daí, por transcorrência, até a Bacia da Foz<br />
do Amazonas, completando-se a separação no final do Aptiano, quando houve a<br />
comunicação com o Atlântico Norte. Isto quer dizer que não tivemos forças compressivas<br />
atuantes no lado oriental da Placa Sulamericana.<br />
A tectônica compressiva ocorre do outro lado do continente, onde a Placa<br />
Sulamericana (continental), que se move para oeste, colide com a Placa de Nazca<br />
(oceânica), que se move para leste, no Oceano Pacífico, dando origem à Cordilheira dos<br />
Andes. Neste processo de encontro de placas convergentes oceânica continental, a Placa de<br />
Nazca é subduzida, isto é, mergulha abaixo da Placa Sulamericana, sucumbindo para o<br />
interior da Terra, onde se desintegra. É de se esperar, por conseguinte, que estruturas<br />
anticlinais compressivas ocorram no lado ocidental da América do Sul, nas bacias<br />
sedimentares dos países limítrofes desta margem (interface convergente).<br />
No Brasil, algumas evidências de esforços compressionais foram observados em<br />
linhas sísmicas obtidas nas bacias do Acre (Cretáceo-Paleozóica), mais próxima da<br />
tectônica andina, e na Bacia do São Francisco (Proterozóica), nesta última por eventos<br />
ocorridos há mais de 600 milhões de anos e, por conseguinte, de difícil reconstituição.<br />
Nas bacias do Amazonas e Solimões observam se numerosas e pequenas estruturas<br />
anticlinais e/ ou dômicas agregadas a falhas verticais reversas, tal como ocorre nos campos<br />
de Juruá (gás) e Urucu (óleo/condensado), na Bacia do Solimões e nos campos de Azulão e<br />
Japiim (há muito sem notícias, ainda em avaliação ?), na Bacia do Amazonas. Segundo o<br />
geofísico brasileiro Fabiano Sayão Lobato, PhD, residente nos EEUU, tais estruturas,<br />
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"foram formadas pela interação de dobramentos em diferentes direções, provocados por<br />
falhas transcorrentes ao longo dos eixos da bacia amazônica e falhas transcorrentes a eles<br />
conjugadas." Este trabalho de Sayão Lobato, Exploração para hidrocarbonetos na Bacia<br />
Amazônica, foi publicado em edição especial, pela Revista Brasil Mineral, no ano de 2000.<br />
O maior campo de óleo das bacias terrestres brasileiras é o Campo de Carmópolis,<br />
descoberto em 1963, na Bacia de Sergipe-Alagoas, sem nenhuma influência de esforços<br />
compressionais. A exploração efetiva da plataforma continental brasileira só se concretizou<br />
em 1968, isto é, 14 anos após a implantação da Petrobras, em maio de 1954, como<br />
conseqüência da fraca resposta obtida na exploração em terra. Naquela época (1954) o<br />
Brasil produzia cerca de 3% de suas necessidades diária de petróleo. Em 1968 esta relação<br />
era de 30%.<br />
A descoberta do Campo de Garoupa, no final de 1974, através do poço 1-RJS-<br />
9A, na Bacia de Campos, em lâmina d'água de 120 metros, marca o início das grandes<br />
descobertas no Brasil. A partir deste evento, em águas rasas, desencadeou-se uma grande<br />
atividade exploratória na plataforma continental brasileira, vindo a concentrar-se mais<br />
recentemente nas bacias de Santos, Campos e Espírito Santos, em lâminas deágua<br />
profundas (>400m) e ultra-profundas (>1.500m), principalmente na Bacia de Campos onde<br />
os resultados obtidos contribuem, hoje em dia, com 90% das necessidades diárias da<br />
demanda de óleo, que é de 2,2 milhões de b/D. O primeiro campo gigante descoberto na<br />
plataforma foi o Campo de Albacora, em 1985, em lâmina d'água superior a 200 metros.<br />
Os principais reservatórios da bacia de Campos são os turbiditos, um depósito<br />
sedimentar que consiste, tipicamente, de areia, siltito, e argila que colapsaram em forma de<br />
"avalanche", como resultado, principalmente, da erosão provocada por correntes marinhas<br />
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agindo ao longo dos taludes que margeiam a plataforma continental. Esta massa de<br />
sedimentos, cuja densidade supera aquela da água que a cerca, é chamada corrente de<br />
turbidez. O depósito sedimentar resultante é o turbidito. Os turbiditos podem atingir<br />
dezenas de metros de espessura, com intercalações arenosas constituindo excelentes<br />
reservatórios de petróleo. A sua estruturação deveu-se à halocinese (movimentação do sal),<br />
ocasionada pelo basculamento da bacia.<br />
Abaixo, a lista dos maiores campos brasileiros de óleo e/ou gás; essas áreas<br />
correspondem aos limites dos respectivos ring fences acordados com a ANP e são maiores<br />
que as áreas ocupadas realmente pelos campos.<br />
Bacia Potiguar:<br />
- Canto do Amaro........................: 332 km2<br />
- Fazenda Belém..........................: 308 km2<br />
- Estreito......................................: 159 km2<br />
- Ubarana (mar)...........................: 120 km2<br />
Bacia de Sergipe-Alagoas:<br />
- Carmópolis................................: 156 km2<br />
- Pilar...........................................: 89 km2<br />
- Guaricema (mar)........................: 209 km2<br />
Bacia do Recôncavo:<br />
- Candeias...................................: 109 km2<br />
- D. João (terra+mar)..................: 85 km2<br />
Bacia do Espírito Santo:<br />
- Golfinho (mar).........................: 152 km2<br />
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Bacia de Campos (mar):<br />
- Marlim Sul...............................: 884 km2<br />
- Marlim Leste............................: 332 km2<br />
- Marlim......................................: 258 km2<br />
- Roncador..................................: 398 km2<br />
- Albacora...................................: 455 km2<br />
- Albacora Leste..........................: 512 km2<br />
- Espadarte..................................: 728 km2<br />
- Jubarte......................................: 132 km2<br />
Bacia de Santos (mar):<br />
- Mexilhão...................................: 253 km2<br />
- Merluza.....................................: 51 km2<br />
Observação: É de se notar que nenhuma área ocupada por estes campos,<br />
individualmente, é superior a 1.000 km2. Entretanto, se considerarmos os três campos que<br />
compõem o "Complexo de Marlim" como um todo, podemos chegar a uma área em torno<br />
de 1.500 km2 e uma reserva conjunta que atinge cerca de 6,2 biboer. Individualmente, o<br />
maior campo brasileiro em área é o Marlim Sul, com cerca de 885 km2 (ring fence) e, o<br />
maior em reserva é o Campo de Roncador, com 3,15 biboer. Estes valores de reservas se<br />
referem aos volumes originais recuperáveis; hoje, com a produção continuada, são<br />
evidentemente menores.<br />
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Conforme amplamente divulgado pela imprensa, devese enfatizar, por oportuno,<br />
que atualmente, está em andamento a perfuração de um poço em águas ultraprofundas<br />
(2.000m), na Bacia de Santos, operado pela Petrobras em associação com duas outras<br />
companhias estrangeiras, que objetiva testar a seção pré-sal (rift), recoberta por uma seção<br />
evaporítica de 2.000m de espessura. A estrutura foi delineada pela Petrobras nos anos 90,<br />
sendo formada por um proeminente alto estrutural, com área fechada estimada em 1.060<br />
km2, que poderá vir a se tornar, em caso de sucesso, no maior campo em área e quiçá em<br />
reserva, descoberto no Brasil.<br />
CONCLUSÃO<br />
Pelo exposto, não se deve esperar que ocorra alguma "área de bonanza" nas bacias<br />
sedimentares brasileiras. Os levantamentos não-exclusivos na plataforma continental<br />
descortinaram cerca de 400 novas oportunidades exploratórias, cuja contribuição, em<br />
termos de reserva, seria de aproximadamente 11,5 bilhões de barris de petróleo.<br />
Deve-se considerar ainda as possibilidades representadas pelas bacias paleozóicas, com<br />
suas grandes áreas ainda pouco exploradas, em decorrência principalmente dos entraves à<br />
prospecção sísmica decorrentes de condições geológicas adversas e fatores logísticos<br />
restritivos à exploração, como áreas de florestas presentes nas mesmas. A madura Bacia de<br />
Illinois, nos Estados Unidos, descoberta em 1886 é uma bacia paleozóica intracratônica de<br />
subsidência lenta à semelhança da Bacia do Paraná, no Brasil. Até 1990, cerca de 4 bilhões<br />
de barris de óleo e 4 trilhões de pés cúbicos de gás natural associado já haviam sido<br />
produzidos daquela bacia. Os volumes de petróleo estão contidos em grandes<br />
estruturas anticlinais, em trapas com importantes componentes estratigráficos. Também, ali<br />
ocorrem trapas combinadas estratigráficas-falhas, porosidade dia-genética e pinch-outs. A<br />
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acia de Illinois tem uma área de 155.000 km2, enquanto a bacia do Paraná tem cerca de<br />
1.120.000 km2, quase 10 vezes mais. A bacia de Illinois foi classificada por Klemme<br />
(1971) no Grupo I, ou seja, aquelas que contribuem com menos de 1% no contexto mundial<br />
de produção de petróleo. A bacia do Paraná foi inserida nesse contexto também no Grupo I<br />
de Klemme (Ponte et al., 1978); o mesmo conceito se aplica às bacias do Parnaíba e<br />
Amazonas. Em termos de Brasil, precisamos saber o quanto representa este "menos de 1%"<br />
de contribuição das nossas bacias paleozóicas, enquadradas no Grupo I de Klemme.<br />
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