bacia paleozoica
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bacias paleozoicas brasileirasTRANSCRIPT
Tenth International Congress of the Brazilian Geophysical Society
Modelagem Sísmica de Alvo Exploratório em Bacia Paleozóica Victor H R Lopes*, Ellen N S Gomes*, Francisco S Neto*, Saulo C Silva*. * Geofísica/UFPA
Copyright 2007, SBGf - Sociedade Brasileira de Geofísica
This paper was prepared for presentation at the 10th International Congress of The Brazilian Geophysical Society held in Rio de Janeiro, Brazil, 19-22 November 2007.
Contents of this paper were reviewed by the Technical Committee of the 10th International Congress of the Brazilian Geophysical Society and do not necessarily represent any position of the SBGf, its officers or members. Electronic reproduction, or storage of any part of this paper for commercial purposes without the written consent of the Brazilian Geophysical Society is prohibited. ____________________________________________________________________
Abstract
Imaging under diabase sills is a challenge for seismic exploration in paleozoic basins. We generate a synthetic data set using 3D acoustic finite difference modeling of a representative exploration target. These data allow the evaluation processing and imaging workflows and, help the reseach and development of new processing and imaging algorithms. The model is consistent with interpreted seismic images and sonic log data. We describe the methodology of the velocity model building in 3D, the first results of seismic modeling and imaging in time and in depth. The pull up of events below diabase sills is remarkable feature of imaging results.
Introdução
A dificuldade da interpretação sísmica nas bacias paleozóicas tem sido um dos aspectos que mais contribuem para o alto risco exploratório na região. Vários fatores contribuem para essa dificuldade como a alta refletividade na interface entre o topo do diabásio e o pacote sedimentar, múltiplas de curto período devido a heterogeneidade dentro do diabásio, espalhamento de energia devido a rugosidade na topografia do diabásio. (Satpal et al, 2006 e Withers et al, 1994). Para se obter um melhor entendimento acerca da propagação de ondas sísmicas neste tipo de ambiente, construimos um modelo acústico 3D representativo de alvo exploratório de uma bacia paleozóica. Em seguida simulamos uma aquisição 3D e 2D usando diferenças finitas. A seguir descrevemos os procedimentos utilizados para a construção do modelo 3D, uma análise das características dos dados obtidos pela modelagem sísmica 3D e o resultado do imageamento sísmico em tempo e em profundidade.
Construção do Modelo
O modelo 3D acústico interpretativo de alvo exploratório de uma bacia paleozóica foi criado baseado em 5 seções sísmicas interpretadas em profundidade além de dados de poço de velocidade de onda P e densidade, fornecidos pela unidade de negócios da PETROBRAS, UN-BSOL. As 5 (seções sísmicas interpretadas e
cruzadas são apresentadas nas Figuras 1a) a 1f), nesta última tem-se a posição relativa de cada uma delas. O poço com as informações sobre velocidade da onda P e densidade é mostrado na Figura 1d).
A localização destas seções no mapa de levantamento é apresentada na Figura 2.
1b) SEÇÃO 2
Poço 2 Poço 1 (Proj) Poço 3 (Proj)
1000
2000
0
3000
SEÇÃO 2Poço 2 Poço 1 (Proj) Poço 3 (Proj)
SEÇÃO 2Poço 2 Poço 1 (Proj) Poço 3 (Proj)
1000
2000
0
3000
1000
2000
0
3000
1c) Poço 2
SEÇÃO 3
1000
2000
0
3000
Poço 2SEÇÃO 3
Poço 2SEÇÃO 3
1000
2000
0
3000
1000
2000
0
3000
1f)
1d) SEÇÃO 4
Poço 1
1000
2000
0
3000
SEÇÃO 4Poço 1
SEÇÃO 4Poço 1
1000
2000
0
3000
1000
2000
0
3000
Figura 1 - Seções interpretadas em profundidade fornecidas pela unidade de negócios da PETROBRAS UN-BSOL 1a) a 1e). Na Figura 1f) tem-se as seções cruzadas.
1a)
1000
2000
0
3000
SEÇÃO 1Poço 3Poço 1
1000
2000
0
3000
1000
2000
0
3000
SEÇÃO 1Poço 3Poço 1
SEÇÃO 1Poço 3Poço 1
1e) SEÇÃO 5
Poço 3
1000
2000
0
3000
SEÇÃO 5Poço 3
SEÇÃO 5Poço 3
1000
2000
0
3000
1000
2000
0
3000
Modelagem Sísmica de Alvo Exploratório em Bacia Paleozóica
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De acordo com essa Figura, a maior dimensão do modelo é de aproximadamente 25 km, na direção das seções 3, 4 e 5. Na outra direção tem-se a dimensão de 14.338 km, na direção das seções 1 e 2. A partir dessas informações, criamos um modelo com as seguintes dimensões de 27 km no eixo x, 13 km no eixo y e 3.960 km no eixo z, essa profundidade é baseada nas seções interpretadas (ver Figuras 1a-1f). Inicialmente, as cinco seções 2D foram exportadas para o MATLAB e para evitar que detalhes nas dimensões menores fossem dificilmente visualizadas, essas seções foram reamostrados, tal que, na direção do eixo x, os dados foram reamostrado a cada 20 metros, tendo-se 1354 pontos. Na direção do eixo y, os dados foram reamostrados a cada 10 metros, tendo-se 1315 pontos e na direção do eixo z, os dados foram reamostrados a cada 3,5 metros, tendo-se 1133 pontos. Após as seções serem carregadas para o Gocad, foram criadas superfícies, a partir da marcação dos horizontes em cada seção (ver Figura 3).
Ainda que todas as cinco seções tenham sido usadas para a construção das superfícies, a seção 4, por apresentar a maior extensão do diabásio foi tomada como principal referência. A seguir foram criados blocos 3D entre cada duas superfícies, obedecendo a forma dessas superfícies. Esses são mostrados na Figura 4.
Na criação desses blocos foi gerado uma malha irregular 3D, que obedece as características topológicas de cada superfície. Nessa malha, o número de nós no eixo z (profundidade) foi tomado de acordo com o número de amostras da propriedade física dos dados de poço mostrado na Figura 1d (chamado poço 1). Dados de poço As propriedades velocidade da onda P e densidade foram obtidas dos perfis sônico e de densidade do poço 1. Esses perfis são apresentados na Figura 5 .
Figura 2 – Mapa com a localização das seções 1-5 no levantamento
Figura 4 – Volumes criados a partir das superfícies da Figura 4. O volume formado pela primeira e segunda superfície é mostrado na Figura, em transparência azul.
Figura 3 – Superfícies criadas a partir das seções2D. (As duas primeiras superfícies foram ocultadaspara melhor visualização do diabásio).
Seção 4
Espessamento do diabásio
Figura 5 – Perfil de densidade 5a) e perfil sônico 5b). Adensidades variam de 1.6 g/cm3 a 3.2 g/cm3 e as velocidade da onda P variam de 1.5 km/s a 6.2km/s.
2.0 3.0 5 3
Densidade (g/cm3)
Prof
undi
dade
(km
)
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
Velocidade (km/s)
Prof
undi
dade
(km
)
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
0.5
a) b)
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O perfil de velocidade da onda P inicia a 34 metros e vai até 3.454 km de profundidade e varia de 1.5 km/s até 6.2km/s. O perfil de densidade inicia a 480 metros a vai até 3.5km de profundidade varia de 1.6 g/cm3 a 3.2 g/cm3. Na região do espessamento do diabásio a velocidade varia de 5.5 km/s à 6.2 km/s enquanto que, a densidade varia de 2.5 à 3.2 g/cm3. Esses perfis apresentam dados espúrios, devido a isso, os dados de poço foram tratados. Inicialmente foram retirados os valores discrepantes e em seguida foi aplicada a mediana móvel. Na Figura 6 é apresentado o perfil de velocidade com os dados brutos (em azul). Os dados após o processamento e aplicação da mediana móvel (em vermelho) são mostrados para uma região em torno do círculo. A aplicação da mediana móvel foi realizada com o intuito de reduzir o grande número de medidas no poço. As medidas foram reamostradas a cada 1 metro aproximadamente.
A seguir esses dados de velocidade e densidade tratados foram aplicados a malha 3D do modelo (Figura 4).
Aquisição de dados sísmicos
Para o próximo passo, aquisição de dados sintéticos é necessário uma malha regular das propriedades físicas, a malha 3D construída não é adequada para aplicação em diferenças finitas (Levander, 1988, Karrenbach, 1995 e Silva Neto et al., 2006). Esta malha foi então exportada para uma malha regular, tal que, nos três eixos x, y, z a discretização foi de 20 metros e a malha utilizada ficou então com 1346 pts na direção x, 646 pts na direção y e 197 pts na direção z. O ideal é que nas três direções x, y e z, a discretização fosse a mesma e de 5 metros, o que não foi feito devido a limitações computacionais. A Figura 7 mostra uma seção 2D (direção de maior espessamento do diabásio) do modelo 3D, já com a malha reamostrada e com o modelo já suavizado.
De acordo com essa Figura, verifica-se que: na primeira camada do diabásio, a região do espessamento apresenta heterogeneidade (variação de velocidade vertical) além do grande contraste acústico na interface diabásio - camadas sedimentares (mostrado com a seta branca).
Ao modelo foi então feito o levantamento 3D do tipo “swath” e detalhes da geometria são apresentados na Tabela 1 abaixo.
Nas Figuras 8 e 9 são mostradas a geometria do levantamento, vista de cima do modelo com destaque para a parte central do diabásio e laterais (mapa de cores). Na Figura 8, os tiros estão representados pelos pontos em cruz (em preto), os receptores estão situados nas linhas em verde. A Figura 9 apresenta para um tiro a linha de receptores.
Parâmetros Valores
Número de linhas de tiro 36
Distância entre as linhas de tiro 150
Número de tiros por linha 72
Número de linhas de receptores 8
Número de receptores por linha 201
Distância entre os receptores 30 m
Incremento temporal - dt 0.008 s
Número de amostras temporais 625
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
0.5
5.0
Velocidade (Km/s)
0.09
0.15
Prof
undi
dade
(km
)
Figura 6 – Para o perfil sônico, são mostrados os dados brutos (em azul), os dados após o processamento e aplicação da mediana móvel (em vermelho) para uma região em torno do círculo.
Tabela 1 – Tabela com os dados da geometria do levantamento 3D, do tipo “swath”.
Figura 7 – Modelo de velocidade 2-D na direção de maior extensão do modelo no eixo x já reamostrado. Escala de cores mostra os valores da velocidade e está de acordo com o perfil de velocidade.
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Nas Figuras 10, 11 e 12 são apresentados o campo de pressão para três tiros situados próximos ao espessamento do diabásio (conforme mostrado na Figura 8 por triângulos verdes) registradas para as duas linhas mais próximas da fonte. Os eventos associados ao diabásio apresentam maior energia. Nos registros das Figuras 10 e 12, (que estão mais distantes do topo do diabásio) o evento associado a camada de sedimento e o evento associado ao diabásio são claramente observados (letras A e B respectivamente). Na Figura 11, que registra o campo de pressão em uma região acima do ponto onde sedimento e diabásio estão muito próximos, esses eventos são indistinguíveis (letras A e B).
Figura 8 – Vista de cima do modelo com o mapa de cores da superfície do diabásio. Levantamento do tipo “swath” feito na região central do espessamento do diabásio. Tem-se oito linhas de receptores por tiro com 201 receptores por linhas, espaçados regularmente de 30 metros.Os tiros estão distribuídos 36 linhas com 72 tiros espaçados de 150 metros (representados em cruz preta).
Figura 9 – Para um tiro tem-se o arranjo de oito linha dereceptores. Ao fundo vista de cima da região do diabásio.
A B
A B
Figura 10 – Registro do campo de pressão medido entre as duas linhas mais internas das oito linhas de receptores. O tiro está situado na posição 5 km de acordo com a Figura 8.
Figura 11 – Registro do campo de pressão medido entre as duas linhas mais internas das oito linhas de receptores. O tiro está situado na posição 10 km de acordo com a Figura 8.
A B
A B
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Após os eventos associados ao diabásio (após 1.5 segundos) a amplitude do sinal cai bastante, dificultando a obtenção de informação de estruturas abaixo do diabásio. Isso se deve ao grande contraste de impedância acústica entre o sedimento e o diabásio.
Em seguida, foi feito um levantamento 2D com lanço simétrico, a partir do modelo 3D em uma região na direção de maior extensão do modelo, na região mostrada Figura 13. A região do diabásio apresenta altas velocidades (5 km/s – 6.2 km/s) e a região do reservatório (seta creme) apresenta velocidade em trono de 2.5km/s. Os refletores abaixo do maior espessamento do diabásio são aproximadamente retos. A geometria utilizada nesse levantamento é apresentada na Tabela 2 abaixo:
Parâmetros Valores
Número de tiros 226
Distância entre os tiros 60 m
Número de receptores 80
Distância entre os receptores 60 metros
Offset mínimo e máximo -2500 m à 2490 m
Incremento temporal -dt 0.008 s
Número de amostras temporais 625
Após a aquisição dos dados sintéticos 2D, este foram migrados em profundidade e em tempo O resultados dessas migrações são apresentados nas Figuras 14 e 15. Nos dois casos, o topo do diabásio é facilmente identificado e está assinalado em verde. Na Figura 14 com o resultado da migração em tempo, é observado o efeito de “pull-up”, efeito que se deve a alta velocidade na camada de diabásio, assinalado na figura por uma curva em amarelo. Esse efeito está de acordo com o observado em regiões que apresentam soleiras de diabásio. O efeito de pull-up desaparece na migração em profundidade (Figura 15), os refletores após o diabásio são aproximadamente retos e foram assinalados em azul. Nesta Figura, pode-se ainda identificar além do topo a base do diabásio (em azul), além disso, pode-se observar a interface associada ao reservatório, assinalada na figura por setas em vermelho. As fortes difrações no topo do diabásio simulam a rugosidade na topografia do diabásio.
Tabela 2 – Geometria do levantamento 2D.
Figura 12 – Registro do campo de pressão medidoentre as duas linhas mais internas das oito linhas dereceptores. O tiro está situado na posição 15 km deacordo com a Figura 8.
A A
B
Figura 13 – Modelo de velocidade exato comgradiente de variação vertical. Reservatório entreas setas em creme.
Figura 14 – Resultado da migração em tempo. Efeito de “pull–up” assinalado com a curva em amarelo
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Os resultados das seções migradas apresentam limitações de modelagem devido a malha grosseira, utilizada na aquisição dos dados, que é devido a custos computacionais e fragmentação devido ao grande número de dados de velocidade e densidade dos logs do poço. Entretanto, pode-se verificar que o modelo criado descreve os problemas como os encontrados em áreas apresentam camadas com forte contraste de velocidade, como o que ocorre nos alvos exploratórios das bacias paleozóicas.
Conclusões Apresentamos um modelo acústico 3D de um alvo exploratório representativo de Bacia Paleozóica, e resultados da simulação de levantamentos sísmicos em 2D e 3D. O modelo apresenta características que dificultam o imageamento sísmico: variação da espessura, forte heterogeneidade, rugosidade nas soleiras e forte contraste de impedância entre o pacote sedimentar e as soleiras. Em conseqüência, os resultados da modelagem 2D e 3D apresentam fortes múltiplas e difrações. Estes eventos dificultam a análise de velocidade, comprometendo a confiabilidade do imageamento sísmico. Particularmente, o imageamento sísmico em tempo apresenta falseamento dos refletores abaixo da região de soleiras. Os dados gerados por este experimento numérico permitem avaliar seqüências de processamento, análise de velocidade e imageamento. Pesquisas nestas áreas estão sendo realizadas na Rede Cooperativa em Geofísica de Exploração.
Agradecimentos
Agradecemos a Unidade de Negócios da PETROBRAS UN-BSOL, particularmente, ao Dr. Celso Murakami, Diretor de Exploração da UN-BSOL, pelo apoio e incentivo durante o projeto; ao geofísico Norcírio Pantoja Queiroz, pela paciente orientação na elaboração do modelo de velocidade e ao Doutor Eduardo Faria PETROBRAS/CENPES por permitir a publicação deste trabalho. A FINEP–PETROBRAS-CNPq pelo financiamento da Rede de Geofísica de Exploração. A ANP pela bolsa do aluno Saulo Silva e ao professor Sílvio Bezerra ajuda imprescindível no uso do software Gocad.
Referências
Levander, A. R. 1988. Fourth-Order Finite-Difference P-SV seismograms. Geophysics, v.53, n. 11, p.1425-1436. Karrenbach, M. 1995. Elastic Tensor Wave Fields. PhD Thesis, Depto. of Geophysics, Stanford University. Satpal, O. P. Singh, D. Sar, S. M. Chatterjee, and Sanjeev Sawai.2006. Integrated interpretation for sub-basalt imaging in Samashtra Basin, India. The Leading Edge. 882-885
Silva Neto, F A. 2005. Dissertação de Mestrado. Curso de Pós-Graduação em Geofísica da Universidade Federal do Pará - UFPA
Silva Neto, F A e Costa, J C. 2006. Modelagem Acústica por Diferenças finitas e Elementos Finitos em Meios Geologicamente Complexos. Livro de Trabalhos Completos. Rede Cooperativa de Pesquisa em Risco Exploratório. Salvador – Bahia
Yilmaz, O. 1987. Seismic Data Processing, SEG, Vol. II, Tulsa, Oklahoma.
Withers R, Eggers D, Fox T and Crebs T. 1994. A case study of integrated hydrocarbon exploration through basalts. Geophysics 59,1666-1679.
Figura 15 – Resultado da migração em profundidade. Otopo e base do diabásio são facilmente identificados (emverde e azul, respectivamente). Fortes difrações simulam rugosidade do diabásio. Refletores, após o diabásio são aproximadamente retos, de acordo com o modelo exato(Figura 14). Também foi identificado o topo do reservatório(setas em vermelho)