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EXPLORACIÓN GEOFÍSICA SISMOLOGÍA
MÉTODO SÍSMICO
Contenidos 1
CONCEPTOS B Á SICOS
2
CONSTANTES CONSTANTES Y ONDAS ELÁSTICAS ELÁ STICAS
3
INSTRUMENTOS INSTRUMENTOS Y TRABAJO TRABA JO DE CAMPO
4
MÉTODO DE REFRACCIÓN
5
MÉTODO DE REFLEXIÓN REFLE XIÓN
INTRODUCCION La GEOFÍSICA, esta ciencia puede definirse como la aplicación de la física y la geología al estudio de los materiales que componen la corteza y de los campos de fuerza que surgen de ella y ejercen su influencia hacia el exte ext erior, ri or, de esta forma for ma nace n ace la EXP EXPLORACI LORACION ON SISMICA como respuesta respuesta a la necesidad necesidad de emplea emplear métodos para entender y emplear a las ondas elásticas que se propagan a través del terreno y que han sido generada generadass artific rti ficialme ialmente. nte. Su Su objetivo o bjetivo es el estudio stu dio del s u b s u el o en g en er al , l o c u al p er m i t e o b t en er inf inf o r m ac ión ión g eo lóg lóg ic ica a d e los los m at eria rial es q u e lo conforman.
OBJETIVOS 2.1 Objetivo General:
Conocer el método sísmico como prospección geofísica para la exploración del subsuelo.
2.2 Objetivos Específicos:
Diferenciar los conceptos básicos del método sísmico. Analizar los constantes y ondas elásticas. Describir los métodos de refracción y de reflexión. Dar algunos ejemplos de prospección mediante el método sísmico
COCEPTOS BASICOS Cuando
una onda sísmica encuentra un cambio en las propiedades elásticas del material, como es el caso de una interfase entre dos capas geológicas, parte de la energía continua en el mismo medio (onda incidente), parte se refleja (ondas reflejadas) y el resto se transmite al otro medio (ondas refractadas) con cambios en la dirección de propagación, en la velocidad y en el modo de vibración.
MÉTODOS
SÍSMICOS
Se basan en la medición de variaciones de velocidad de propagación de ondas de choque, producidas de forma natural (sismos) o artificial (por un impacto en el suelo o por una explosión), con los cuales se puede obtener una imagen aproximada de la estratigrafía del terreno. Los métodos sísmicos más utilizados son: Método Up-Hole, DownHole y Cross-hole; Método de Medición de Ondas Superficiales MASW y SASW; Método de Reflexión y Refracción Sísmica; los cuales se fundamentan en la teoría de ondas. Así mismo, se aclara que la ley de Snell, el principio de Fermat y el principio de Huygens son utilizados para el desarrollo de los métodos que se basan en la refracción y reflexión de ondas.
FENÓMENOS EN LA PROPAGACIÓN DE ONDAS. La propagación de ondas (cualquiera sea su naturaleza: mecánicas, electromagnéticas, etc.) puede ser explicada mediante el concepto de “rayo”, el cual es una simplificación, de gran utilidad en la óptica geométrica, que se basa en los principios de Snell, Huygens y Fermat. Este concepto es utilizado para analizar trayectorias de ondas, como en el caso de la sísmica de refracción, en la que la propagación e interacción de éstas con medios de propiedades variables (por ejemplo, suelo y roca) se simplifica al hacer el seguimiento a los rayos que sufren los efectos de reflexión y refracción en las diferentes interfaces. Cuando el medio en que se propagan las ondas sísmicas no es homogéneo, se producen los fenómenos de difracción, dispersión y scattering.
1. Difracción.
Es
el desvío de los rayos en cierta extensión, ocurrido cuando se limita parte del frente de ondas (por ejemplo, la desviación de la luz en torno a un obstáculo como la orilla de una rendija). Este fenómeno posee efectos pequeños y se requiere de observaciones cuidadosas para verlos.
2. Dispersion. Es
la variación de la velocidad de una onda con el cambio de frecuencia. En un medio elástico homogéneo no hay dispersión, pero si la hay en un medio imperfectamente elástico como en la tierra. En refracción sísmica no hay evidencia de que exista dispersión apreciable, excepto cuando se usan explosivos en inmediaciones de la explosión.
3. Scattering. Corresponde
a la formación de pequeñas ondas que propagan la energía en todas las direcciones. Se produce cuando un frente de ondas choca con partículas libres u objetos pequeños comparados con su longitud de onda. Este fenómeno es menor para un medio con frecuencias altas.
Parte
de lo que se considera “ruido” en un registro puede ser atribuido a este fenómeno, ya que produce energía distribuida al azar en una superficie. La disminución de la energía sísmica, causada por los tres fenómenos explicados anteriormente, va acompañada de pérdidas debidas a la absorción de la energía, produciendo amortiguamiento. Cuando el impulso sísmico viaja a través de las diferentes capas, las altas frecuencias son absorbidas más rápidamente que las bajas frecuencias.
2.- CONSTANTES Y ONDAS ELÁSTICAS 2.1.- CONSTANTES ELÁSTICAS
1.- MÓDULO DE COMPRESIBILIDAD O MÓDULO DE COMPRESIÓN K = −V (∂P / ∂V)
Donde:
K = módulo de compresibilid ad V = volumen ∂P = derivada parcial de presió n ∂V = derivada parcial de volumen
2.- CONSTANTE DE LAME
La primera constante de Lame (λ)
λ = K − (2/3) μ
La segunda constante de Lamé (μ) μ = τ / γ = (ΔF /A ) / (ΔL /L ), Donde: μ = Módulo de corte τ = Esfuerzo cor tante = ΔF/ A ΔF = Incremento de la fuerza de corte o de cizalladura A = Superficie en la que actúa la fuerza de corte o de cizalladura γ = Deformación de corte o de cizalladura = ΔL /L ΔL = Incremento del desplazamiento transversal paralelo a A L = Longitud original.
Constantes de Lamé derivadas de las velocidades de ondas elásticas λ = ρ (VP2 − 2VS2)
μ = ρVS2
λ/μ = (VP/VS)2 − 2
Donde: λ = primera cons tante de Lamé μ = segunda constante de Lamé, el módul o de corte
VP = Velocidad de ondas comp resionales (ondas P) VS = Velocidad de ondas de corte (ondas S) ρ = Densidad.
3.- RELACIÓN DE POISSON σ = ½ (VP2 − 2VS2) / (VP2 − VS2)
Donde: VP = Velocidad de ondas compresion ales (ondas P)
VS = Velocidad de ondas de corte (ondas S)
4.- MÓDULO DE CORTE O MÓDULO DE CIZALLAMIENTO
μ = τ / γ = (ΔF/ A) / (ΔL /L ),
Donde: μ = módulo de corte τ = esfuerzo cortante = ΔF/ A ΔF = Incremento de la fuerza de corte o de cizalladura A = Superficie en la que actúa la fuerza de corte o de cizalladura. γ = Deformación de corte o de cizalladura = ΔL /L
5.- MÓDULO DE YOUNG E = (F/ A) / (ΔL /L )
Donde: E = módulo de Young F = fuerza A = área F /A = esfuerzo longitudinal 2001 ΔL = cambio de longitud L = longitud original ΔL /L = deformación longitudinal.
2002
2.2.- ONDAS ELÁSTICAS A.- ONDAS DE VOLUMEN.
Primarias o de compresión (ondas P)
Secundarias o de cortante (ondas S)
B.- ONDAS SUPERFICIALES.
Love (ondas L)
Rayleigh
(ondas R)
3.- INSTRUMENTACIÓN SISMOLÓGICA La mayoría de los instrumentos que se usan para medir y registrar el paso de las ondas sísmicas (sismómetros) son construidos de acuerdo al principio de inercia: SISMÓMETROS
MEDIDORES DE TENSIÓN
Los medidores de tensión miden la tensión en áreas partic ulares de la corteza terrestre, usualmente una falla
MEDIDORES DE INCLINACIÓN
Los medidores de inclinación mi den los cambios en la inclinación de partes específicas de la superficie de la tierra.
MAGNETÓMETROS
Un magnetómetro mide el magnetismo. El más básico de estos in strumentos es la brújula
4. MÉTODO DE REFRACCIÓN Dentro de los métodos sísmicos es el más empleado. Consiste en la realización de perfiles longitudinales instrumentados con sensores (geófonos), espaciados entre sí una distancia conocida y generalmente regular . La energía que libera el disparo, habitualmente mediante un golpeo con un martillo de 8 kg, llega a los sensores provocando una perturbación que se registra en un sismógrafo. La longitud de los perfiles suele situarse habitualmente entre 25 y 100m, con separación entre geófonos que no suele exceder los 5m, con objeto de garantizar el detalle de la investigación. Los puntos de golpeo suelen ser, como, mínimo, tres en cada perfil exceden longitudes de 60m, el número de puntos de golpeo es habitualmente de cinco.
La medida de los tiempos de llegada de las ondas elásticas a los Figura n° 01: Sismógrafo ES-2415F de EC&G
geófonos proporciona el valor de la velocidad de propagación y espesor de los distintos materiales atravesados. En la Figura n 01, se presenta un modelo °
de sismógrafo y en la figura n 02, se °
muestra un ejemplo de sismograma.
Figura n° 02: Ejemplo de sismograma en sísmica de refracción .
Se mide el tiempo transcurrido entre el momento del disparo y la llegada de la primera perturbación a cada geófono. Las primeras en llegar son la ondas directas ; sin embargo, a partir de un punto (distancia crítica), llegan primero las ondas refractadas, es decir las que circulan por los niveles inferiores del subsuelo. La mayor distancia recorrida por estas ondas es compensada por la mayor velocidad. Fig. 03.
Figura n° 03: Ejemplos de tiempos de llegada de las ondas P a los distintos
