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INGENIERIA PETROLERA PROSPECCION GEOFISICA

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PRINCIPIOS DE LA PROSPECCION PROSPECCION GRAVIMETRICA

1. INTRODUCCION.-

El método gravimétrico hace uso de campos de potencial natural igual al método magnético y a algunos métodos eléctricos. El campo de potencial natural observado se compone de los contribuyentes de las formaciones geológicas, que construyen la corteza terrestre hasta cierta profundidad determinada por el alcance del método gravimétrico (o magnético respectivamente). Generalmente no se puede p uede distinguir las contribuciones a este campo proveniente de una formación o una estructura geológica de aquellas de las otras formaciones o estructuras geológicas por el método gravimétrico, solo en casos especiales se puede lograr una separación de los efectos causados por una formación o estructura geológica individual. Se realiza mediciones relativas o es decir se mide las variaciones laterales de la atracción gravitatoria de un lugar al otro puesto que en estas mediciones se pueden lograr una precisión satisfactoria más fácilmente en comparación con las mediciones del campo gravitatorio absoluto. Los datos reducidos apropiadamente entregan las variaciones en la gravedad, que solo dependen de variaciones laterales en la densidad del material ubicado en la vecindad de la estación de observación.


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2. LA FORMA TEÓRICA Y LA FORMA GEOMÉTRICA DE LA TIERRA

La forma teórica de la Tierra se describe por medio de la superficie equipotencial normal de la Tierra coincidente con la superficie del mar y denominada geoide. En la tierra firme se comprende como geoide la superficie que se asume por el nivel del agua ubicándose en un canal que atravesaría todo el continente de un océano al otro. El geoide involucra las variaciones del potencial, que originan entre otro en la distribución irregular de las masas en y encima de la corteza terrestre. El geoide se puede describir solo aproximadamente. La aproximación más sencilla es el esferoide definido por la función esférica, que se interrumpe usualmente después los términos cuadrados, puesto que los resultados ya se vuelven satisfactorios para su aplicación en la gravimetría. La figura geométrica de la Tierra se aproxima gruesamente por una esfera y con suficientemente exactitud por un elipsoide de rotación. Las reducciones gravimétricas de los datos gravimétricos observados se basan en un elipsoide de referencia definido por valores numéricos que especifican el radio ecuatorial de la Tierra, el coeficiente de aplanamiento, la masa total de la Tierra y por el requisito que la superficie del elipsoide sea una superficie equipotencial. Las variaciones entre el geoide (forma teórica) y el elipsoide de rotación se llaman las ondulaciones del geoide y son una medida para la distribución irregular de las masas con respecto al elipsoide de rotación. Una ondulación de geoide positivo indica un exceso de masa, una ondulación de geoide negativo implica un déficit de masa.


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3. PRINCIPIO

3.1.

LEY DE GRAVITACIÓN DE NEWTON

Si cualquier cuerpo inicialmente estando en reposo cae sin ser estorbado después un segundo tendrá una velocidad de 9,80m/s en la dirección vertical. Después de un segundo más su velocidad será: 9,80m/s + 9,80m/s = 19,60m/s. El aumento de la velocidad vertical de 9,80m/s de un cuerpo cayendo sin ser estorbado durante cada segundo se denomina aceleración de gravedad o sólo gravedad y se la expresa como 9,80m por segundo por 2 segundo o es decir 9,80m/s . El primero término por segundo indica la velocidad medida como distancia pasada durante un segundo, el otro por segundo indica la variación de la velocidad de 9,80m/s, que corresponde a un intervalo de 1s. La aceleración de la gravedad g se debe a la aceleración gravitatoria, que la tierra ejerce en cada cuerpo, menos la fuerza centrífuga causada por la rotación de la tierra y dirigida en dirección perpendicular al eje de rotación de la tierra y hacia fuera. La fuerza total, que actúa en el cuerpo, es igual al producto de su masa m y de la aceleración de gravedad g. Por consiguiente la atracción gravitatoria en cualquier lugar de la superficie terrestre tiene numéricamente el mismo valor como la fuerza gravitatoria ejercida a una masa unitaria en el mismo lugar. Según la ley de gravitación de NEWTON los cuerpos de las masas m 1 y m2 separados por una distancia r se influyen mutuamente por la fuerza F: 2

F = f ×((m 1 × m2)/r ), donde m1, m2 = masa del cuerpo 1 o 2 respectivamente, r = distancia entre los centros de los cuerpos de masa m1 y m2.


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3 -1 -2

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2

2

f = constante de gravitación = 6,67 × 10 cm g s = 6,67 × 10 Nm /kg (N = 2 kgm/s ). La constante de gravitación f describe la fuerza expresada en N (Newton) ejercida entre dos cuerpos de masas 1kg, cuyos centros distan 1m entre sí y cuyas masas están concentradas en sus centros. Se la mide en el laboratorio. En el año 1797 la primera vez CAVENDISH realizó una medición -11 2 2 de f resultando en un valor de f = 6,754 × 10 Nm /kg . F = m1 × a, donde m1 = masa del cuerpo 1 en consideración a = aceleración producida por la masa m 1 en su vecindad. La aceleración debida a un cuerpo de masa m 1 en un punto de masa m 2 en distancia r con respecto al centre del cuerpo de masa m 1 se obtiene por 2 división de la ecuación 'F = m 1 × a = f × (m 1 × m 2)/r ' con m2. Por consiguiente: 2 a = f × (m 1/r ). 2

2

La unidad de la aceleración a es 1cm/s = 1 Gal (según Galilei) y 0,001cm/s = 1mgal = 10gu (unidades de gravedad). La unidad de la variación de la aceleración o es decir del gradiente de la -2 -8 -2 -9 -2 aceleración es 1s , 10 s = 1mgal/km y 10 s = 1E (Eötvös). 3.2.

EL POTENCIAL Y EL CAMPO GRAVITATORIO DE LA TIERRA

El potencial en un punto de un campo dado se define como el trabajo rendido por la fuerza al mover una masa unitaria desde un punto arbitrario de referencia - usualmente ubicándose en una distancia infinita - hacia el punto en cuestión. El potencial correspondiente al cuerpo de la masa m 1 se calcula: P = -f × m 1/r.


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La diferencia en los potenciales P 2 - P1 describe el trabajo rendido en contra de la masa m 1 al mover una masa unitaria desde el centro del cuerpo m 1 al centro del cuerpo m 2. Las superficies equipotenciales (superficies, que unen todos los puntos del mismo valor potencial) referidas a este cuerpo de masa m 1 son superficies esféricas. El potencial correspondiente al espacio exterior de una esfera de estructura de estratos es igual al potencial correspondiente al punto material central, en que está concentrado la masa total de esta esfera. Este hecho se aplica para describir y cuantificar el campo potencial gravitatorio de la Tierra. Dos fuerzas distintas contribuyen al campo gravitatorio de la Tierra. En un lugar de la superficie terrestre la fuerza gravitatoria neta G N ejercida se constituye de la fuerza gravitatoria dirigida hacia el centro de la Tierra G T y la fuerza centrífuga GC dirigida perpendicularmente al eje rotativo y afuera referente a la Tierra. Por consiguiente G N = GT + GC. La fuerza centrífuga se calcula de la manera siguiente: 2

GC = mT × aC = mT × W × rT × senn, donde n = 90º-ß , ß = latitud geográfica, 5 -1

W = velocidad angular de la rotación de la Tierra = 7,29 × 10 s , r T = radio de la Tierra, mT = masa de la Tierra. Salvo a los polos, donde a C = 0 debido a b = 0º, la fuerza centrífuga actúa en todos los demás lugares de la superficie terrestre y es apreciadamente menor en comparación a G T. Por esto se abrevia la fuerza gravitatoria neta solo con 'g'. En la medición de la fuerza gravitatoria neta no se puede distinguir entre GT y GC. La aceleración gravitatoria presente en una dirección definida se obtiene por diferenciación del potencial con respecto a la distancia en esta dirección. La


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superficie caracterizada por valores del potencial constantes se denomina superficie equipotencial. A lo largo de una superficie equipotencial se puede mover un cuerpo de un lugar al otro sin esforzarse en o en dirección opuesta a la gravedad. Una superficie equipotencial es la superficie del mar, aun la fuerza gravitatoria varía a lo largo de esta superficie mas que 0,5% entre el ecuador y los polos.

4.

EL GRAVÍMETRO

El objetivo principal de los estudios de gravimetría es medir la atracción gravitacional que ejerce la Tierra sobre un cuerpo de masa determinada. Pero como la Tierra no es una esfera perfecta y no esta en reposo ni es homogénea y tiene movimientos de rotación y de traslación, la fuerza de gravedad que ejerce no es constante. Por tanto, las medidas gravimétrica en exploración son representación de anomalías en las que entran la densidad de los diferentes tipos de rocas: sedimentos no consolidados, areniscas, sal gema, calizas, granito, etc. En representación esquemática, el instrumento consta de una masa metálica que, suspendida de un resorte supersensible, registra la elongación del resorte debido a la atracción producida por lo denso de la masa de las rocas subterráneas. Las medidas son anotadas y posteriormente se confeccionan mapas que representan la configuración lograda. Aparatos como el gravímetro permiten estudiar las rocas que hay en el subsuelo. Este aparato mide las diferencias de la fuerza de la gravedad en las diferentes zonas de suelo, lo que permite determinar qué tipo de roca existe en el subsuelo. Con los datos obtenidos se elabora un “mapa” del subsuelo que permitirá determinar en qué zonas es más probable que pueda existir petróleo. También se emplea el magnetómetro, aparato que detecta la


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disposición interna de los estratos y de los tipos de roca gracias al estudio de los campos magnéticos que se crean. Igualmente se utilizan técnicas de prospección sísmica, que estudian las ondas de sonido, su reflexión y su refracción, datos éstos que permiten determinar la composición de las rocas del subsuelo. Así, mediante una explosión, se crea artificialmente una onda sísmica que atraviesa diversos terrenos, que es refractada (desviada) por algunos tipos de roca y que es reflejada (devuelta) por otros y todo ello a diversas velocidades. Estas

ondas son medidas en la superficie por sismógrafos. Más recientemente, las técnicas sísmicas tridimensionales de alta resolución permiten obtener imágenes del subsuelo en su posición real, incluso en situaciones estructurales complejas Pero, con todo, la presencia de petróleo no está demostrada hasta que no se procede a la perforación de un pozo.

GRAVIMETRO FUENTE: http:/www.wikipedia.com


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5. UNIDADES

La unidad gravimétrica terrestre, en honor a Galileo Galilei, es el GAL, y se expresa en cm/seg/seg o cm/seg 2 . También puede ser expresado en submúltiplos como miligal (10 3 GAL) o en microgal (10 6 GAL). El gravímetro de los tipos de balanza de torsión y de péndulo se empezó a utilizar en la industria petrolera a principios del siglo XX para la detección de domos salinos, fallas, intrusiones, estructuras de tipo anticlinal, rumbo y continuidad de las estructuras. 6. PROCEDIMIENTOS DE CAMPO

6.1.

EFECTOS DE DERIVA Y MAREA

Si ubicamos el gravímetro en una estación y tomamos varias lecturas durante el día, veremos que los valores cambian. Esta variación tiene dos causas: La Deriva originada por cambios físicos en el instrumento, fundamentalmente las constantes elásticas de los resortes, y el efecto de Marea o de atracción que ejercen el Sol y la Luna sobre la masa del gravímetro. La Deriva y la Marea se corrigen con una secuencia de medición en rulos o loops, que implican volver cada una o dos horas a una estación designada como base, ya que en ese tiempo se puede considerar lineal la deriva y marea y la corrección proporcional al tiempo. La marea puede ser determinada para cualquier momento y posición porque se conocen el movimiento de la Luna y el Sol. Su efecto máximo es el orden de 0,2 miligal. El de deriva es de 0,1 miligal. 6.2.

ESTACIÓN BASE

Siempre es preferible ligar las mediciones a una estación con valor absoluto de la gravedad. Si esto no fuera posible se adopta un valor aproximado en una estación considerada como base, y se establece la relación entre ésta y las


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restantes de la red de medición. A los fines de la interpretación de los resultados esto no es una complicación, pero si lo será cuando se pretenda vincular los resultados con los de otras mediciones. 6.3.

CALIBRACIÓN DEL GRAVÍMETRO

Todos los gravímetros salen de fábrica con una constante de calibración generalmente grabada en su carcasa. Esta constante es el factor por el cual multiplicar las lecturas para convertirlas en valores de gravedad. Con el paso del tiempo el sistema de resortes del gravímetro pierde elasticidad (deriva) y por lo tanto la constante deja de ser real. Entonces debe ser determinada nuevamente. Lo ideal es tomar lecturas en dos puntos de gravedad absoluta conocida y la nueva constante surgirá de la relación entre las diferencias de lectura y de gravedad. Como esta solución no es siempre posible, suele recurrirse a otro más práctico, aunque no tan preciso. Consiste en efectuar las lecturas dentro de edificios de varios pisos (Cuanto más altos mejor) y efectuar lecturas en todos los pisos manteniendo la misma vertical. La diferencia de gravedad entre los pisos sería exactamente la variación por Aire Libre (0,3086 mgal/m) sin considerar la masa del edificio. Esta es justamente la causa de la poca precisión del método. Pero si la medición se realiza al miligal, puede considerarse suficiente la precisión. 6.4.

INTERPRETACIÓN INDIRECTA

Consiste en simular un cuerpo geológico, o modelo, calcular la anomalía que produce y luego compararla con la observada. En razón del problema inverso, esta no será la única solución. El intento más simple de interpretación indirecta es la comparación de las anomalías observadas con la calculada para ciertas formas geométricas simples, cuyo tamaño, forma, densidad y posición pueden ser ajustadas fácilmente. La siguiente figura muestra una gran anomalía circular radialmente simétrica y un perfil AB, la que puede ser simulada por varios cilindros coaxiales


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verticales, cuyos diámetros disminuyen con la profundidad, formando un cono invertido. Como vemos en la figura, esta solución no es única. No se puede decidir cuál de los modelos se ajusta más a la realidad si no se cuenta con información extra disponible.

MEDICION INDIRECTA FUENTE: http://www.geotem.com.mx/contenido/metodos

7. BIBLIOGRAFÍA.

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MILTON B. DOBRIN, CARL H. SAVIT INTRODUCTION GEOPHYSICAL PROSPECTION CUARTA EDICION WWW.SCRIB.COM

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