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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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68


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69


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XAVIER, B.C., 2005, "Modelos de Propagação Acústica em Águas Rasas”,<br />

Dissertação de Mestrado, <strong>UFRJ</strong>/COPPE, Rio de Janeiro, Brasil.<br />

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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