Filtrado de longitud de onda en geofísica

Luz filtrante

Imagínese planificar un viaje de vacaciones a una isla tropical. Uno de los artículos que puede comprar con anticipación es un buen par de gafas de sol. A primera vista, puede elegir un par de anteojos que tengan el tinte más oscuro. Sin embargo, una inspección más cercana podría revelar que algunos anteojos anuncian protección UVA o UVB. Esos anteojos tienen lentes o recubrimientos que pueden filtrar los rayos ultravioleta potencialmente dañinos, según la longitud de onda específica de la luz ultravioleta. Este proceso, conocido como filtrado de longitud de onda , también se puede aplicar en varias técnicas de exploración geofísica.

Longitudes de onda de energía

Una longitud de onda se define como la distancia desde una parte de una ondícula oscilante a la misma porción de la siguiente ondícula. Por ejemplo, la distancia desde un pico de una ondícula al siguiente pico de una ondícula es una longitud de onda. Si miramos el espectro electromagnético, vemos que abarca muchas longitudes de onda de energía diferentes. Los rayos gamma tienen longitudes de onda muy cortas, alrededor de 0,01 nanómetros, mientras que las ondas de radio tienen longitudes de onda de cientos de metros.

Si bien la exploración geofísica a menudo utiliza fuentes de energía que se encuentran dentro del rango de longitudes de onda electromagnéticas, también se basa en ondas de energía que viajan a través del líquido o la roca a velocidades mucho menores que la energía que se encuentra en el espectro electromagnético. Por ejemplo, la exploración sísmica utiliza señales de energía explosiva que viajan a través de la tierra entre 2000 y 6000 m / s. Al igual que las ondas de radio, esas ondas son típicamente de 10 a 100 metros de largo.

Cuando intentamos medir esas señales, nos enfrentamos al problema de que todas esas longitudes de onda llegan a los dispositivos de medición al mismo tiempo. Sin embargo, el procesamiento geofísico proporciona varias herramientas para ayudar a diferenciar las muchas firmas de energía que se encuentran en esos datos. El filtrado de longitud de onda, similar en teoría al filtrado de la luz ultravioleta en esas gafas de sol, es una de esas herramientas.

Filtrado de longitud de onda en exploración sísmica

Los levantamientos sísmicos se utilizan para ayudar a encontrar petróleo y gas debajo de la superficie de la tierra. Uno de los esfuerzos clave que se requieren en el procesamiento de señales sísmicas es aumentar la relación señal-ruido general de los datos que se envían a la tierra y se reflejan en las capas de roca. En muchos casos, diferenciar entre diferentes longitudes de onda de energía puede ayudar en ese proceso.

Filtro de paso largo

Los datos de longitud de onda más corta que viajan a la misma velocidad que los datos de longitud de onda más larga sufrirán una mayor atenuación a medida que atraviesan las capas de la tierra. Con el tiempo, los datos de longitud de onda más corta desaparecen o se ven abrumados por la energía que todavía contiene los datos de longitud de onda más larga. En este caso, es posible aplicar un filtro que elimine los datos de longitud de onda corta que de otro modo podrían aparecer como ruido aleatorio. Esto se conoce como filtro de longitud de onda de paso largo . Se pasan longitudes de onda largas y se recortan las longitudes de onda más cortas.

Filtro de paso corto

Por el contrario, aunque los datos de longitudes de onda más cortas pueden tener menos energía, también es cierto que las longitudes de onda más cortas pueden detallar mejor las características más pequeñas debajo de la superficie de la tierra. En este caso, un geofísico puede querer eliminar algunos de los datos de longitud de onda larga y ver si existe suficiente señal en los datos de longitud de onda corta para detallar esas estructuras. Esto se conoce como filtro de paso corto . Se pasan las longitudes de onda cortas y se recortan las longitudes de onda más largas.

Filtro de paso de banda

En la mayoría de los casos, la mejor relación señal-ruido general se puede obtener limitando una parte de los datos de longitud de onda larga y corta. En este caso, los filtros se aplican en ambos extremos del espectro de longitud de onda general. Esto se conoce como filtro de paso de banda . Los filtros de paso de banda se denominan así porque pasan la energía de una banda específica de longitudes de onda mientras cortan la energía en ambos extremos exteriores.

Un uso interesante de los filtros de paso de banda en el procesamiento geofísico se encuentra en la identificación de agua en, o justo debajo, de la superficie de la tierra. Se sabe que las moléculas de agua absorben grandes cantidades de energía en tres bandas muy estrechas del espectro infrarrojo. Si procesamos los datos del satélite para transmitir esas longitudes de onda de energía, no se encuentra ninguna señal en los datos, ya que ha sido absorbida por el agua y no reflejada en el espacio. La superficie de la tierra aparece oscura, o sin señal significativa, en esas regiones de filtro de paso de banda.

Filtro de muesca

Como puede imaginar, existe una recíproca directa a un filtro de paso de banda. Ese tipo de filtro se conoce como filtro de muesca . En este caso, algunas longitudes de onda específicas de datos se recortan de la señal de energía medida, mientras se permite que pasen todas las demás longitudes de onda. Esencialmente, se filtra una muesca de datos de todo el perfil energético. Estos tipos de filtros se utilizan normalmente si existe un tipo particular de ruido en una longitud de onda específica, como el que se puede encontrar cuando una línea de transmisión eléctrica interfiere con los sensores de datos.

Longitud de onda y frecuencia

Es importante señalar que la longitud de onda y la frecuencia de una ondícula oscilante son inversamente proporcionales entre sí. Cuando viaja a la misma velocidad, la energía de longitud de onda larga tiene una frecuencia más pequeña que los datos de longitud de onda corta. Este es un concepto importante para recordar, ya que el filtrado de datos geofísicos a menudo se realiza en el dominio de la frecuencia, más que en el dominio de la longitud de onda. En este caso, un paso alto filtro pasa los datos de alta frecuencia, que tiene longitudes de onda más cortas, y un paso bajo del filtro hace lo contrario. El concepto es esencialmente el mismo, lo importante es comprender en qué dominio se está aplicando el filtro.

Resumen de la lección

El filtrado de longitud de onda se utiliza en el procesamiento geofísico para discriminar entre diferentes longitudes de onda de energía. Un filtro de paso largo permite que pasen longitudes de onda largas a través del proceso, mientras que un filtro de paso corto permite que pasen longitudes de onda cortas. Los filtros de paso de banda combinan filtros de paso largo y corto, eliminando las longitudes de onda cortas y largas al mismo tiempo. Los filtros de muesca recortan una muesca de datos dentro del espectro de longitud de onda. El filtrado se aplica a menudo en el dominio de la frecuencia, donde la frecuencia y la longitud de onda son inversamente proporcionales entre sí.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador