Visualització sísmica mitjançant tècniques tomogràfiques

Abstract

El coneixement del subsòl sempre ha estat objecte d’interès per diversos motius. La disponibilitat de recursos naturals (minerals, aigua, hidrocarburs...), l’obra civil, el vulcanisme o la sismicitat són factors que condicionen i modifiquen el nostre ús del sòl i per tant és convenient conèixer-los. En aquest sentit, la tomografia sísmica representa una tècnica de prospecció indirecta i no destructiva molt adient per a gran quantitat d’estudis. Mitjançant aquesta metodologia es poden obtenir les velocitats que caracteritzen els materials presents a la zona d’estudi. Aquest fet ja permet, en molts casos, correlacionar aquest paràmetre (la velocitat) amb la composició del terreny. A més a més, els models de velocitats que s’obtenen són de molta utilitat per l’aplicació d’altres tècniques de processat de dades sísmiques com les correccions estàtiques o les migracions en fondària. En aquest treball s’ha aplicat la tomografia sísmica a diversos casos amb característiques molt diferenciades.

Ja se sap que la tomografia sísmica és una metodologia resolutiva sempre i quan els contrastos de velocitats en el medi siguin importants. D’entre aquests contrastos, en virtut del principi de Fermat, les anomalies d’alta velocitat són les que es poden reproduir i caracteritzar amb més fiabilitat. En canvi, les anomalies negatives constitueixen en molts casos una limitació per a l’aplicació d’aquesta tècnica.

En dos dels estudis que es presenten en aquest treball, s’ha utilitzat la tomografia sísmica per detectar i caracteritzar plutons granítics, i obtenir informació sobre les seves propietats a escala superficial (fins poc més de mil metres de fondària). Els resultats mostren una bona identificació dels cossos granítics, a més a més les variacions de velocitat en l’interior d’aquests cossos s´on atribuïbles a canvis de propietats de la roca.

En altres dos estudis s’ha utilitzat la tomografia sísmica per intentar delimitar colades basàltiques (altes velocitats) situades entre sèries sedimentàries de velocitat inferior en una conca marina. La sedimentació posterior als episodis de vulcanisme es pot caracteritzar raonablement, així com el límit superior de la colada basàltica. No succeeix el mateix amb la base de la colada i molt menys amb els sediments subbasàltics. En aquest cas el millor model tomogràfic obtingut s’ha utilitzat per implementar una migració pre-stack en fondària, fet que ha millorat sensiblement la imatge obtinguda utilitzant un processat de sísmica de reflexió convencional.

En el darrer estudi que es presenta, la tomografia sísmica ha proporcionat un model detallat de velocitats per generar dades sintètiques. Aquestes dades al comparar-les amb les dades reals, han permès inferir certes propietats de l’escorça inferior i de la discontinuïtat escorça-mantell.

En alguns d’aquests treballs la sísmica de reflexió també ha tingut un paper important, com a pas previ a un estudi més detallat, o bé com a complement i aportació d’informació addicional sobre les estructures implicades en l’estudi.

En la majoria dels casos estudiats s’han dut a terme simulacions sintètiques amb diferents propòsits: verificar software de processat, fer tests sobre la idoneïtat dels diferents dispositius experimentals o bé verificar hipòtesis sobre la naturalesa dels materials que formen el subsòl.

Encara que la tomografia sísmica té certes limitacions, en general, s’ha mostrat com una tècnica robusta i resolutiva aplicada a diferents contextos geològics i a diferents escales.

The internal structure of the subsoil has been a topic of major interest for several reasons. The availability of natural resources (water, oil, minerals..), seismicity or volcanism condition the use of the soil, therefore knowing its properties is mandatory.

Synthetic simulations and forward modelling have been intensively used in the present work to compare tomographic softwares, to test a new pre-stack depth migration code and to test several acquisition geometries. Synthetic data provide a fast (and cheap) way to study many hypothetical situations and experimental conditions and to predict results.

Seismic tomography is an indirect and non-destructive prospection technique that can be used in many studies. By means of this methodology, velocities that feature materials of the study area can be obtained. In most of cases, this parameter (velocity) can be correlated with the subsurface composition. Furthermore, velocity models obtained are very useful for the application of other seismic reflection techniques such as static corrections or depth migrations. In this work, seismic tomography has been used for a wide range of situations.

Theoretical considerations (Snell’s law) suggest that low-velocity anomalies are under-sampled while high-velocity zones were well resolved using this methodology. For the optimal case (positive anomalies), seismic tomography has been successful in detecting granitic plutons and basalt layers because of the contrast of acoustic properties between these bodies and the sorrounding rocks. The performance of seismic tomography has been tested in less favourable situations such as the presence of subterranean cavities (extreme low-velocity anomalies), fracturation zones or subbasalt sediments. In some of these cases, tomographic models are not conclusive and require the use of other methodologies in order to solve the problem.

Despite these limitations, seismic tomography can be considered as a robust technique to obtain velocity models in different geological contexts and at different scales.