Primera cosecha de descanso

En sismología , la selección de primera ruptura es la detección o selección de las llegadas iniciales de señales refractadas de todas las señales recibidas por los conjuntos de receptores y producidas por una generación de señal de fuente particular. También se denomina selección de primera llegada o detección de primera ruptura. La selección de primera ruptura se puede realizar de forma automática, manual o como una combinación de ambas. Con el desarrollo de la informática y el tamaño de los estudios sísmicos, a menudo se prefiere la selección automática. ^[1]

Los picos de primera ruptura asociados con los tiempos de llegada refractados se utilizan en un esquema de inversión para estudiar la zona de baja velocidad cercana a la superficie y la posterior determinación de correcciones estáticas. La corrección estática es una corrección aplicada a los datos geofísicos, especialmente a los datos sísmicos, para compensar el efecto de las irregularidades cercanas a la superficie, las diferencias en la elevación de los disparos y los geófonos , o cualquier aplicación para corregir las posiciones de la fuente y los receptores.

Gelchinsky y Shtivelman ^[2] (1983) utilizaron propiedades de correlación de señales y aplicaron un criterio estadístico para la estimación del tiempo de las primeras llegadas.

Coppens ^[3] (1985) calculó la relación de energía del sismograma de las dos ventanas y la utilizó para diferenciar la señal y el ruido.

Michael D. McCormark et al. ^[4] (1993) introdujeron un método de red neuronal de retropropagación (BNN). La red neuronal que edita datos sísmicos o selecciona las primeras rupturas fue entrenada por los usuarios, quienes simplemente seleccionaban y presentaban a la red ejemplos de ediciones de trazas o selecciones de refracción. Luego, la red cambia los pesos internos de manera iterativa hasta que puede reproducir con precisión los ejemplos proporcionados por los usuarios.

Fabio Boschetti et al. ^[5] (1996) introducen un algoritmo basado en fractales que detecta la presencia de una señal analizando la variación de la dimensión fractal a lo largo de la traza. Este método funciona cuando la relación señal-ruido es pequeña, pero es considerablemente lento.

Joseph et al. ^[6] (1999) introdujeron un método de correlación directa, desarrollado para su uso en señales de bajo ruido y alta resolución temporal adquiridas en el laboratorio. En este método, el valor máximo del coeficiente de correlación de Pearson entre segmentos de formas de onda observadas cerca del inicio del pulso y en una referencia apropiada sirve como criterio de determinación del tiempo.

Zuolin Chen et al. ^[7] (2005) introdujeron un algoritmo de múltiples ventanas para detectar la primera ruptura. En este método, se utilizaron tres ventanas móviles y se deben calcular los promedios de las amplitudes absolutas en cada ventana; luego, las relaciones basadas en los promedios de las ventanas brindan estándares para diferenciar las señales del ruido no deseado.

Wong et al. ^[8] (2009) introdujeron el método de relación STA/LTA. Este método es similar al algoritmo de Coppens ^[3] . La diferencia es que se realiza la relación de dos promedios de energía entre una ventana de corto plazo y una ventana de largo plazo, que se denota como STA/LTA (promedio de corto plazo/promedio de largo plazo), en lugar de calcular la relación de energía del sismograma de las dos ventanas en el algoritmo de Coppens.

Fuente: ^[8]

Este método es similar al algoritmo de Coppens (1985). La diferencia es que se calcula la relación de dos promedios de energía entre una ventana de corto plazo y una ventana de largo plazo, que se denota como STA/LTA (promedio de corto plazo/promedio de largo plazo), en lugar de calcular la relación de energía del sismograma de las dos ventanas en el algoritmo de Coppens. La derivada numérica de la relación se puede definir como:

${\displaystyle {\begin{aligned}&d_{i}=r_{i+1}-r_{i},i=1,2,...(n-1)\\\end{aligned}}}$

donde r _i+1 es la relación STA/LTA en el índice de tiempo i+1 y r _i es la relación STA/LTA en el índice de tiempo i . Para sismogramas sin ruido, el valor máximo de la derivada numérica de la relación STA/LTA está cerca del momento de la primera llegada.

Wong et al. (2009) modificaron el algoritmo del método de la relación de energía, y lo denominaron relación de energía modificada. En este método, definen la relación de energía como:

${\displaystyle {\begin{aligned}&er_{i}=\sum _{j=i}^{i+ne}x_{j}^{2}/\sum _{j=i-ne}^{i}x_{j}^{2}\\\end{aligned}}}$

donde x _i es la serie temporal que representa un sismograma con el índice temporal i=1, 2 ... N. y el número de puntos en una ventana de energía es ne . Entonces, la relación de energía modificada se define como

${\displaystyle {\begin{aligned}&er3_{i}=(abs(x_{i})^{*}er_{i})^{3}\\\end{aligned}}}$

El pico de la relación de energía modificada er3i está muy cerca del momento de las primeras llegadas a los sismogramas libres de ruido.

Fuente: ^[7]

Este método necesita calcular los promedios de las amplitudes absolutas de un rastro sísmico utilizando tres ventanas de tiempo móviles antes y después de cada punto de tiempo (muestra).

Cuando la amplitud absoluta instantánea excede un umbral ajustado automáticamente, las relaciones basadas en los promedios de las ventanas sobre muestras de tiempo anteriores proporcionan estándares para diferenciar las señales del ruido no deseado.

El selector automático de fase P multiventana opera en el dominio del tiempo. Incluye procedimientos para definir: ventanas de tiempo, estándares, umbrales correspondientes y corrección de forma de onda .

1. Los promedios de amplitudes absolutas dentro de las ventanas BTA (promedio antes del término), ATA (promedio después del término) y DTA (promedio retrasado del término) se definen respectivamente de la siguiente manera:

${\displaystyle {\begin{aligned}&{\overline {BTA(t)}}=\sum _{i=1}^{m}{\frac {|u(ti)|}{m}}\\&{\overline {ATA(t)}}=\sum _{i=1}^{n}{\frac {|u(t+j)|}{n}}\\&{\overline {DTA(t)}}=\sum _{j=1}^{q}{\frac {|u(t+j+d)|}{q}}\\&R_{2}(t)={\frac {\overline {ATA(t)}}{\overline {BTA(t)}}}\\&R_{3}(t)={\frac {\overline {DTA(t)}}{\overline {BTA(t)}}}\\\end{aligned}}}$

Las normas R ₂ (t) y R ₃ (t) se utilizan para la discriminación de ruido de alta amplitud, de corta duración y de larga duración.

2. Los umbrales se definen como

${\displaystyle {\begin{aligned}&H_{1}(t)=E_{m}(tp)+\alpha E_{sd}(tp)\\\end{aligned}}}$

donde E _m es la media y E _sd es la desviación estándar ; p es el número de muestras desplazadas; α es el coeficiente para ajustar la altura del primer umbral y se toma como 3. A partir de esta ecuación es obvio que H ₁ (t) se ajusta automáticamente con la varianza del ruido de fondo.

3. H ₁ (t) se define como mayor que la mayoría de los niveles de ruido preexistentes, y la amplitud absoluta instantánea en el punto de tiempo de activación es mayor que H ₁ (t) . Según la configuración de la primera llegada de un evento, el tiempo de inicio real debe ser anterior al punto de tiempo de activación. Se debe utilizar una corrección de forma de onda para compensar este tiempo de inicio tardío. Para una primera llegada impulsiva, se puede utilizar la altura de la amplitud absoluta y el gradiente representativo en el punto de activación para lograr la corrección.

Potash SU es un paquete que incluye códigos de estilo Unix sísmico desarrollado por Balazs Nemeth, proporciona una subrutina llamada selector de primer corte basado en ventana simple, la figura muestra las imágenes sísmicas antes y después de la aplicación de la subrutina.

Métodos de selección: la selección automática de primer corte ha desempeñado un papel importante en el procesamiento de datos sísmicos e influye directamente en la calidad de las secciones sísmicas. Debido al aumento del tamaño de los estudios sísmicos , se necesitan métodos de selección de primer corte más eficientes y rápidos, siendo preferibles los métodos paralelos.

Aplicación de la detección de primera ruptura: tradicionalmente, el geofísico utiliza las primeras rupturas para la corrección estática. La señal de primera ruptura también se puede utilizar como datos de observación para la comparación histórica.