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Tesi etd-03202019-113225


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
BEVERINI, CHIARA
URN
etd-03202019-113225
Title
Applicazione di funzionali di coerenza in dati sismici e ultrasonici
Struttura
SCIENZE DELLA TERRA
Corso di studi
GEOFISICA DI ESPLORAZIONE E APPLICATA
Commissione
relatore Prof. Mazzotti, Alfredo
correlatore Prof. Stucchi, Eusebio
controrelatore Prof. Capaccioli, Simone
Parole chiave
  • processing sismico
  • fisica delle rocce
  • rock physics
  • seismic processing
  • coherency functional
  • funzionali di coerenza
Data inizio appello
12/04/2019;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
12/04/2022
Riassunto analitico
Riassunto:
Il riconoscimento di un segnale coerente in un dato molto rumoroso è una problematica che si riscontra molto spesso durante l’elaborazione di dati di qualsiasi natura. Per poter individuare tale segnale è opportuno vincolare il dato sperimentale con modelli che forniscano una descrizione della cinematica delle forme d’onda in maniera precisa e accurata.
Nel presente lavoro di tesi sono stati indagati vari modelli, verificandone l’efficienza nella determinazione della legge cinematica e nel riconoscimento del segnale. Ciò è stato svolto su dati di sismica a riflessione al fine di individuare le riflessioni primarie. Si è estesa la procedura anche all’analisi di dati ultrasonici provenienti da test di trasmissione in laboratorio su campioni di aggregati per il riconoscimento dei primi arrivi.
Gli strumenti scelti per questa analisi sono i funzionali di coerenza. Questi sono algoritmi molto potenti che permettono, tramite l’osservazione dell’insieme delle tracce, di identificare i parametri delle leggi cinematiche che descrivono in maniera ottimale il segnale; il funzionamento della tecnica presuppone la definizione di una legge cinematica che descriva fedelmente il fenomeno.
Nel caso della sismica, l’equazione che meglio approssima i tempi delle riflessioni è data dalla legge di Dix. In un’analisi di velocità classica ci si limita ad una descrizione a due parametri, approssimando la distribuzione dei tempi con un’iperbole. In questo lavoro per costruire una curva più aderente al dato reale si è introdotto quale terzo parametro un coefficiente di quarto ordine. Questo termine acquisisce infatti un’importanza non trascurabile in caso di offset elevati. Si è inoltre dimostrato come nel caso di acquisizione 3D sia possibile introdurre la terza dimensione adoperando l’azimuth sorgente/ricevitore delle tracce. Con questa informazione aggiuntiva è stato possibile indagare il dato rendendo evidenti cambi di velocità prodotti da possibili anisotropie della geologia della sotto-superficie.
Nelle applicazioni petrologiche con tecniche ultrasoniche esistono in letteratura vari modelli che cercano di descrivere la dipendenza delle velocità di propagazione dalla pressione esercitata sul campione e renderle coerenti con le misure realizzate attraverso appositi esperimenti. Questi modelli si basano su delle semplificazioni non sempre adeguate oppure richiedono di determinare un numero eccessivo di parametri. Nel singolo set di misure sperimentali da me esaminato tali modelli non si sono mostrati idonei a fornire una legge cinematica della velocità in funzione della pressione, tale da consentire l’applicazione del metodo dei funzionali di coerenza. Si è cercato allora di trovare una legge che, correggendo opportunamente i modelli precedenti, descrivesse in maniera più adeguata le relazioni velocità-pressione e se ne è verificata la validità applicando un algoritmo di stima della coerenza a minor risoluzione, basato sul solo calcolo dell’energia. I risultati così ottenuti appaiono migliorati rispetto ai precedenti, anche se sembra permangano delle discrepanze fra la cinematica delle forme d’onda osservate ed il modello velocità-pressione.

Abstract:
A frequent problem during the processing of seismic data is the detection of a coherent signal embedded in noisy data. In order to recognise the signal, it is necessary to constrain the experimental data with models describing the kinematics of the waveforms as accurately as possible.
In this work a large number of models have been investigated, verifying their efficiency to determine kinematic law and to detect the signal. Initially, this process has been implemented on seismic-reflection data in order to identify the primary reflections. The procedure has been extended to the detection of first arrival on ultrasonic data derived from laboratory transmission tests on granular and poorly consolidated samples.
The tools chosen for this analysis are the coherency functionals. These are very powerful algorithms which allow us, after the observation of the set of traces, to detect the parameters of the kinematic law which better describe the signal; however, the definition of the exact cinematic law of the phenomenon is necessary for the correct functioning of this technique.
In the seismic case, the equation which better approximates the travel time of reflections was first described by Dix. In a classical velocity analysis, usually only two parameters are used, approximating tral time equation to a hyperbola: in this work, a fourth order term is introduced to build a more fitting curve. In case of far source-receiver offset this new term has a significant weight. Further, in a 3D seismic acquisition it is possible to introduce the third dimension using the source-receiver azimuth of each recorded trace. Adopting this information, it has been possible to examine the data and to highlight changes of velocity possibly related to anisotropic features of the sub-surface.
In the case of petrologic data, a considerable number of models has been developed to describe the dependence between propagation velocity and pression in a sample, and to explain the behaviour observed in the experiments. These models are based on simplifications not always adequate or that need an excessive number of parameters. On the set of tests that I have examined those models were not adequate to describe the kinetic law and they were therefore not suitable with the implementation of coherency functional methods. In order to find out a law which adequately describes the data, the previous models have been properly modified. Through different tests and by applying a simpler lower resolution measure of coherency, namely the energy calculation, a model that better fits real data has been obtained. However, some differences between the kinematic of the observed waveform and the model are still present.
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