cap. 2-aquisição marinha
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2. AQUISIÇÃO SÍSMICA DE DADO MARINHO
2.1 Histórico / Prospecção Sísmica Marinha
No início de 1900 começou a aquisição sísmica, quando Reginald Fessenden,
responsável pela física da companhia Submarine Signaling Co. de Boston, usava
ondas sonoras para medir a profundidade do mar e o tamanho de icebergs. Em
1913, os instrumentos sísmicos tornaram-se mais sofisticados e foi possível fazer a
coleta de dados através do método de refração e reflexão de sinais (ondas
sísmicas). Então, com o avanço da tecnologia, a sísmica passou por quatro grandes
revoluções:
-Uso de transistores, fitas tape e common-depth-point (CDP).
-O início da sísmica digital, no começo dos anos 60.
-No início dos anos 70, começa o uso da sísmica 3D e de computadores mais
robustos desenvolvidos para coletar dados e elaborar gráficos digitais.
-E a partir dos nos anos 80, começa o uso da sísmica 4D.
A aquisição de dados sísmicos tem como finalidade adquirir informação do
meio em subsuperfície, reconhecer e mapear as estruturas geológicas de
subsuperfície do fundo do mar, baseados nas propriedades físicas das rochas. De
acordo com o lugar onde ela é realizada ela se divide em aquisição terrestre,
marinha ou de zona de transição.
Figura 1 – Experimentos sísmicos são geralmente divididos em levantamento terrestre, zona de transição e levantamento marinho
(Fonte: Ikelle, 2005)
Utilizada primordialmente pela indústria de petróleo e gás, a aquisição sísmica
marinha vem crescendo substancialmente devido o incremento de inovações. Com o
avanço da tecnologia, houve um aperfeiçoamento na aquisição de dados e,
consequentemente, no imageamento da subsuperfície, o que tem permitido
encontrar novas reservas.
Os dados de sísmica marinha são fundamentais para a identificação,
compreensão e localização de alvos exploratórios, como estruturas geológicas que
possam conter acumulações de óleo e/ou gás em condições e quantidades que
permitam o seu aproveitamento econômico e também maior precisão na perfuração
de poços.
2.1 Equipamentos
Na aquisição marinha são utilizados três tipos de instrumentos: o Navio
Sísmico, as Fontes Sísmicas e os Hidrofones (Receptores).
O Navio Sísmico deve possuir conveses e equipamentos a bordo apropriados
para aquisição sísmica, uma praça enorme de compressores e muitas garrafas para
ar comprimido, que são usados como fonte para coleta dos dados, através de
“explosões” programadas por “canhões de ar comprimido” enquanto navega. Para
coleta de dados, os navios sísmicos arrastam cabos com equipamentos e sensores
acoplados a eles (streamers), da qual possuem nomes técnicos apropriados, cada
navio possui uma configuração especifica, variando em razão da quantidade de
cabos que são arrastados no mar, podem ser para 6, 8, 10, 12, 14, 16 e até com 22
cabos e o comprimento também destes cabos varia de configuração para
configuração (Blog Mercante, 2012)1. Todo navio sísmico possui um ou dois barcos
de serviço transportados por ele e são usados às vezes, diariamente, para reparo
dos streamers na água ou inspeções, in loco, transferência de materiais entre
navios, ou passageiros.
1Disponível em: < http://www.blogmercante.com/2010/12/quer-trabalhar-no-offshore-navios-
sismicos/>
Figura 2 - Navio Sísmico
(Fonte: PGS)
As fontes sísmicas são acopladas ao navio sísmico e geram ondas mecânicas
em intervalos regulares. Atualmente, as fontes mais empregadas são as fontes
sísmicas não explosivas, à exemplo o canhão (cilindro metálico) de ar comprimido.
Responsável pela liberação do ar contido nos cilindros à alta pressão, gerando as
ondas sísmicas.
Figura 3 - Canhão de ar
Fonte: Oceanica - UFRJ2
Figura 4 - Fonte de explosão do Air Gun
(Fonte: Material de Processamento Sísmico – Ellen Gomes)
2 Disponível em:
<Fonte:http://www.oceanica.ufrj.br/deno/prod_academic/relatorios/2009/Bruna_Joseane/relat1/princip
al.htm>
Os Hidrofones são sensores piezoelétricos que captam a onda acústica
refletida e produzem um sinal elétrico, em suma, é um transdutor de som para
eletricidade que permite a escuta de sons debaixo de água. (Origem: Wikipédia, a
enciclopédia livre.)
Figura 5 - Hidrofone
Fontes: Horta - UAC3 / Material de Processamento Sísmico – Ellen Gomes
2.2 Levantamento Sísmico
A sísmica marinha se inicia com a geração de ondas acústicas a partir de
disparos de canhão de ar comprimido diretamente na água. Essas ondas se
propagam até atingir o fundo do mar. Quando encontram meios com
heterogeneidades diferentes (ou maiores que o comprimento de onda?), parte dessa
energia é refletida das rochas e volta à superfície, sendo esta captada pelos
hidrofones, parte é refratada e parte é transmitida para as camadas rochosas
subjacentes.
A energia captada pelos hidrofones dispostos em intervalos regulares ao
longo de cabos sismográficos é convertida em sinais elétricos, que são amplificados,
filtrados, digitalizados e gravados. Os dados sísmicos gravados passam por
processos computacionais digitais para produzir imagens de estruturas superficiais
da Terra. Esses dados sísmicos são então processados e interpretados, permitindo
determinar que tipo de rochas elas representam, verificar se tais rochas podem
3 Disponível em: <http://www.horta.uac.pt/intradop/index.php/80-notas/notas/1001-rede-de-hidrofones-
para-monitoriza-de-cetos>
conter recursos minerais importantes ou identificar se estruturas geológicas
(armadilhas) têm condições de possuir acumulações de hidrocarbonetos.
Figura 6 - Aquisição de dados sísmicos com cabos flutuantes
Fonte: IBAMA, 2003
A prospecção marinha é realizada através dos navios sísmicos em áreas
previamente selecionadas e demarcadas por linhas que definem o trajeto de uma ou
mais embarcações durante a atividade sísmica. Comumente, esses navios se
deslocam a uma velocidade média de 15km/h e são equipados com grupos de
canhões de ar e rebocam cabos sismográficos com comprimentos que variam entre
4km e 16km. Durante o período de aquisição a área ocupada pelos cabos esticados
pode chegar a 10 km².
Geralmente, a aquisição marinha é realizada durante as 24 horas do dia, com
disparos realizados de forma regular, dependendo das características do
levantamento.
2.3 Modalidades de Operação
Dependendo do posicionamento dos cabos sísmicos, duas modalidades de
operação podem ser empregadas: utilizando cabos flutuadores (streamers) ou
utilizando cabos de fundo (OBC – Ocean Botton Cabble)
2.3.1 Cabos flutuadores (streamers)
Os cabos sismográficos (streamers) são preenchidos com fluidos de baixa
densidade para facilitar a flutuação e são equipados com detectores de pressão
(hidrofones), dispostos em espaços regulares. Geralmente, são utilizados em
profundidades maiores que 20m. São os mais empregados devido à sua
simplicidade de operação, porém devido ao movimento provocado pelas correntes
marinhas (efeito pluma), ao utilizar estes cabos, deve-se compensar esse efeito
através de cálculos de correções.
Figura 7 – Streamer
Fonte: University of Alabama Department of Geological Sciences4
4 Disponível em: <http://www2.geo.ua.edu/mariana/WAP/lnk_7.jpg>
2.3.2 Cabos de fundo (OBC – Ocean Bottom Cable)
Os cabos sismográficos são instalados no fundo do mar, normalmente
amarrados a lastros de chumbo, sendo recolhidos após o registro da linha.
A fonte sísmica cria uma onda sonora que penetra nas diferentes camadas da
subsuperfície, refletindo sinais diferenciados que são identificados nos cabos e
armazenados por boias sinalizadoras e de registro existentes na extremidade de
cada cabo. Essa técnica é empregada em áreas de grande atividade produtora de
petróleo, onde há obstruções como plataformas e estações de bombeio, que não
permitem a operação de barcos sísmicos tradicionais rebocando quilômetros de
cabos.
No método de aquisição OBC, normalmente, são utilizados três navios: um
para registro dos dados; um navio fonte, que arrasta os conjuntos de canhões de ar;
e um navio que espalha e recolhe os cabos sismográficos, formando as linhas
operacionais. Como os cabos devem permanecer no fundo, eles são preenchidos
por um polímero.
Figura 8 - Aquisição OBC
Fonte: Peak Seismic Solutions5
5 Disponível em: <http://www.peakseismic.com/content/ocean-bottom-seismic.asp>
2.4 Técnicas de Aquisição de Dados Marinhos
De acordo com o estágio do processo exploratório e das condições
operacionais na área de prospecção de óleo e/ou gás, podem ser utilizadas as
técnicas descritas abaixo:
2.4.1 Técnica de levantamento 2D
Técnica utilizada na fase inicial de exploração. Geralmente, é usado um navio
sísmico com um sistema de fonte e um cabo sismográfico, seja a reboque (streamer)
ou colocado no fundo marinho (OBC). As linhas sísmicas são espaçadas, com o
objetivo de se obter um reconhecimento regional da geologia de subsuperfície.
2.4.2 Técnica de levantamento 3D
Essa técnica é utilizada quando já existe um conhecimento prévio da geologia
de subsuperfície da área. A técnica 3D exige uma malha sísmica bem ordenada com
linhas menos espaçadas do que na técnica 2D, o que ocasiona um número muito
maior de trajetórias da embarcação sísmica. Pode ser utilizado mais de um navio
fonte para a realização dos disparos e um número variável de cabos sismográficos,
sendo as embarcações mais modernas capazes de rebocar até 20 cabos
simultaneamente.
2.4.3 Técnica de levantamento 4D
Essa técnica está relacionada ao monitoramento dos campos de petróleo.
Consiste no levantamento de dados sísmicos 3D desses campos em fase de
desenvolvimento, em épocas distintas, de forma que os mesmos possam ser
monitorados, visando à otimização da produção existente.
2.4.4 Técnica de levantamento 4C
Utiliza cabos sismográficos posicionados no fundo oceânico, contendo
sensores que registram dados das ondas primárias (ondas P) e das ondas de
cisalhamento (ondas S), com o intuito de se adquirir um detalhamento da geologia
de subsuperfície. Os cabos de fundo são sólidos, não sendo preenchidos por fluidos
de flutuação. A configuração padrão abrange dois ou mais cabos sismográficos de
6km cada, e pelo menos dois navios: um para registros e manuseio, e outro para
disparos. Figura 9 - Técnica de levantamento 4C
Fonte: Peak Seismic Solutions6
2.5 DIFICULDADES NO LEVANTAMENTO MARINHO
As amplitudes do sinal sísmico possuem grande quantidade de ruído com
valores próximos às amplitudes naturais e, portanto, torna-se difícil a eliminação
desses eventos pelos métodos de supressão existentes na etapa de tratamento
destes dados.
Yilmaz (1987) descreve o sinal refletido sendo captado com dois tipos de
ruídos, os ruídos coerentes e os ruídos incoerentes.
Como tipos de ruídos coerentes temos as ondas diretas, groun-roll,
refratadas, guiadas, ruído difuso e ruído de cabo, eles têm sua fonte na
aparelhagem que é utilizada. Por exemplo: variação da fonte de energia e ruído do
cabo de transmissão após a captação. E o segundo é o ruído ambiental ou
incoerente, que é captado junto com o sinal sísmico. Este tipo tem fonte externa tais
como ventos e deslocamentos de microfones pelo movimento da água.
6 Disponível em: <http://www.peakseismic.com/images/OBSphoto1.jpg>
Para cada tipo de aquisição, esses ruídos são característicos ao ambiente
onde foi feito o levantamento. Por exemplo, para os ambientes marinhos, a presença
de múltiplas de superfície livre, estruturas fantasmas e pulso de bolha predominam
sobre o sinal sísmico. No caso das estruturas fantasmas, algumas ondas incidentes,
na etapa de aquisição, têm duplicidade na emissão o que resulta na geração de
estruturas duplicadas em tempos diferentes e em superfícies diferentes. Durante a
fase de tratamento, detectar esses efeitos fantasmas no sinal sísmico é um desafio.
Em aquisições marinhas com tower streamers os ruídos ocasionados pelos
efeitos ambientais sobre os cabos são muito comuns, o que causa problemas para o
Figura 9 - Ruído de cabo (cabel noise) – Nos levantamentos marinhos, esse ruído está relacionado à vibração do cabo flutuador.
Fonte: Material de Processamento Sísmico – Ellen Gomes
Figura 10 - Ruído difuso (side-scattered
noise) - Sinal retropropagado devido às
heterogeneidades na sub-superfície.
processamento do dado. A eliminação deste tipo de ruído incoerente é um processo
simples que se dá pela filtragem dos dados com um filtro de banda passante na
faixa de frequência que varia geralmente entre 10 Hz e 80 Hz.
Além dos ruídos, um problema encontrado na aquisição é em relação à
passagem do navio sísmico sobre o alvo que se deseja explorar. O alvo é
demarcado em passagens múltiplas ao longo de linhas retas (chamadas linhas do
navio) que estão espaçadas igualmente e paralelas entre si. As correntes marinhas
e outros fatores fazem com que as linhas do navio não sejam perfeitamente retas e
com que os cabos sismográficos rebocados pelo barco não sigam uma trajetória reta
atrás do barco. Esse deslocamento lateral dos cabos é chamado de deriva do cabo.
Outra dificuldade encontrada é em relação às plataformas ou outros
obstáculos que podem estar no trajeto da embarcação. Uma técnica chamada
under-shooting é empregada para evitar aberturas na área do levantamento bem
abaixo dos obstáculos, que estão acima do alvo de interesse. Essa técnica utiliza
dois barcos, um que carrega as fontes e o outro que reboca os cabos com os
hidrofones. Os dados gravados do under-shooting têm uma escala muito mais larga
do azimute ou um máximo muito mais deslocado, sendo que o azimute largo em
particular pode causar problemas durante o processamento.
Mais um problema é na interpretação do dado sísmico, por exemplo, múltiplas
de superfície livre podem ser confundidas com reflexões primárias. Isto se deve ao
fato de que o acentuado contraste de impedância acústica entre o ar e a água faz
com que as múltiplas de superfície livre geradas por essa interface possuam grande
energia, assim como a energia das reflexões primárias.