El método de reflexión sísmica consiste en enviar ondas acústicas a miles de metros bajo la superficie terrestre.
por Fraunhofer-Gesellschaft
Las señales reflejadas proporcionan a los científicos información sobre las características del subsuelo. Así es como se pueden descubrir yacimientos de petróleo y gas. Si bien estos finalmente ya no se extraerán a medida que nos alejamos de los combustibles fósiles, el conocimiento preciso de las estructuras rocosas es importante para comprender mejor los yacimientos conocidos.
El subsuelo de la Tierra podría ser un lugar clave para almacenar gases de efecto invernadero. Con algoritmos de aprendizaje automático mejorados y nuevos conceptos informáticos de alto rendimiento , los investigadores del Instituto Fraunhofer de Matemáticas Industriales ITWM ahora pueden procesar datos sísmicos con mayor detalle. La tecnología también podría ser útil para construir parques eólicos.
La reflexión sísmica es un método eficiente y no destructivo para explorar el subsuelo y, entre otras aplicaciones, se utiliza para buscar yacimientos de petróleo, gas y agua caliente. Implica transmitir ondas acústicas al suelo y registrar las señales reflejadas. Los resultados indican la composición y estructura del subsuelo, ayudando a localizar reservorios.
La tecnología funciona tanto en tierra como en alta mar en áreas dentro de la plataforma continental. La clave para producir resultados significativos es el procesamiento y análisis de los datos registrados. El Instituto Fraunhofer de Matemática Industrial ITWM en Kaiserslautern ha desarrollado aún más el método de procesamiento de datos. Con esta imagen sísmica mejorada, los datos sin procesar se someten a múltiples etapas de procesamiento para crear una imagen extremadamente detallada del lecho marino y su compleja estructura del subsuelo.
Los expertos de Fraunhofer están utilizando el proceso SF GRT (Statoil Fraunhofer «Generalized Radon Transform») desarrollado durante la investigación por contrato. El Dr. Norman Ettrich, uno de los jefes de sección del líder del equipo de computación de alto rendimiento y sísmica, y su equipo han utilizado algoritmos innovadores de aprendizaje automático (ML) para refinar el paquete de software a un mayor nivel de detalle y optimizar la arquitectura informática subyacente.
Ahora proporciona imágenes detalladas y precisas de las estructuras rocosas bajo el lecho marino. Esto hace posible identificar el tamaño, la estructura y la forma de los yacimientos de petróleo y gas debajo de la superficie, con una precisión de unos pocos metros. Para este proyecto, Fraunhofer ITWM combinó su experiencia en geofísica, matemáticas y tecnología de la información.
Buques especializados equipados con hidrófonos recopilan datos
Sin embargo, descubrir nuevos depósitos de petróleo y gas bajo el lecho marino no es de ninguna manera el objetivo principal. Norman Ettrich explica: «Debido al abandono de los combustibles fósiles, el interés de los países europeos por descubrir nuevos yacimientos de petróleo y gas está disminuyendo. Están más preocupados por comprender mejor y examinar los yacimientos conocidos y los que ya están en uso». Después de todo, la tecnología también se puede utilizar para encontrar ubicaciones adecuadas para que los gases de efecto invernadero como el CO 2 se depositen bajo tierra.
La investigación de la superficie y el subsuelo del lecho marino requiere barcos especializados que a menudo cubren miles de kilómetros cuadrados en línea recta. Arrastran pistolas de aire e hidrófonos detrás de ellos. Por lo general, las armas de aire envían un pulso acústico cada 25 metros. En el agua, las ondas sonoras viajan a una velocidad de 1.480 m/s, penetrando las capas de roca bajo el lecho marino. En casos extremos, las ondas acústicas pueden viajar a través de 3.000 metros de agua, antes de atravesar otros 11.000 metros bajo el lecho marino.
Las señales reflejadas luego son detectadas en la superficie del mar por hidrófonos altamente sensibles. “De esta manera, cada pulso crea una traza sísmica. Estas trazas brindan información sobre cuánto tiempo transcurre entre la emisión y la recepción. Este tiempo de propagación también está influenciado por la composición y el tamaño de cada capa de roca. Debido a que la señal acústica es captada por múltiples hidrófonos, el lecho marino se puede analizar desde múltiples ángulos. La fuerza, el tiempo de propagación y el ángulo de la señal brindan información crucial sobre las características, la estructura y el grosor de la formación rocosa. Esto incluye información sobre si una capa en particular es muy porosa y si los poros se llenan de petróleo o gas, por ejemplo.
Volúmenes de datos en terabytes
Durante una exploración típica, una embarcación especializada viajará a lo largo de cientos de líneas paralelas a través del área a investigar. A lo largo de cada línea, se emiten miles de pulsos de pistolas de aire y cada pulso es capturado como una señal reflejada por miles de hidrófonos. El resultado de esto son cientos de millones de rastros de datos recopilados, lo que equivale a numerosos terabytes de información. Para gestionar esta enorme cantidad de datos, los expertos informáticos de Kaiserslautern han desarrollado conceptos especiales de informática de alto rendimiento (HPC) (ver cuadro).
Los datos primero se filtran, editan y clasifican previamente, luego se puede mapear el subsuelo utilizando el método de migración sísmica. Para mejorar aún más la calidad del procesamiento de datos después de la migración, se están introduciendo cada vez más algoritmos de procesamiento de ML completamente automatizados. «La fortaleza particular de nuestro método, que se ve mejorado por los algoritmos de ML, es que ya no usa abstracciones en el análisis de los datos que terminarían comprometiendo la precisión del análisis», explica Ettrich. El resultado es una representación visual detallada de la compleja estructura del subsuelo.
Método de reflexión sísmica como herramienta para la planificación de parques eólicos
Las optimizaciones permiten por primera vez detectar zonas de difracción o fallas y hacerlas visibles en la imagen creada. Estas son áreas relativamente pequeñas en las que las características de una capa de roca cambian repentinamente, por ejemplo, por la aparición de fallas en una capa de sellado.
«Esto indicaría un área de la que se ha escapado petróleo o gas hace mucho tiempo. También podría indicar que la capa es demasiado porosa para funcionar como un reservorio de CO 2 o que hay un reservorio de agua caliente y, por lo tanto, la formación sería adecuada para la geotermia». sistemas», continúa Ettrich.
La identificación de tales objetos de difracción con el método de reflexión sísmica también puede ser muy útil para la colocación de turbinas eólicas en parques eólicos marinos. La tecnología de Fraunhofer analiza el subsuelo, señalando así los sitios con rocas particularmente duras que dificultarían la instalación del mástil de la turbina en el lecho marino. Esto ayuda a evitar problemas costosos más adelante.
