Tema 13. Instrumental sísmico y medio ambiente Se requiere de alguna fuente de energía artificial, de receptores o sismómetros apropiados y de un sismógrafo donde grabar y eventualmente graficar los datos a fin de controlar su calidad. En general el equipamiento de sísmica de refracción es más sencillo que el necesario para la adquisición de campo de la sísmica de reflexión.
Fuentes de energía Fuentes impulsivas
Las impulsivas se caracterizan por generar una ondícula (wavelet) de fase mínima, llamada así porque tiene un adelanto de fase: es asimétrica, ya que está más cargada de energía en la proa de la forma ondulatoria. Si el trabajo es somero y no se
requiere
de
mucha
energía, puede recurrirse a fuentes por caídas de pesos, desde una maza de unos 5 a 7 kg sobre un disco metálico grueso, hasta bochas metálicas de más de medio metro de diámetro cayendo de una altura de uno a tres metros. Actualmente Actualmente existen dispositivos dispositivos de aceleración aceleración del peso en caída, denominados golpeadores (thumpers), utilizados en sísmica de refracción. Pero cuando se necesita mayor energía pueden utilizarse explosivos plásticos (nitroglicerina, nitrato de amonio, fulminato de mercurio)
y
conveniente
es
realizar
un pozo por debajo de la capa meteorizada (weathering), lo que obedece
a
motivos
ambientales así como de eficiente propagación de la energía.
También existe el sistema de Pozos Múltiples: varios pozos adyacentes perforados a poca profundidad, que en conjunto pueden tener menor costo que uno profundo y algunas veces permite resultados comparables. Es una alternativa empleada cuando se recurre a las perforadoras portátiles o en afloramientos de roca dura.
Una variante superficial actualmente poco usada es el cordón detonante, una soga con material explosivo que se extiende una cierta cantidad de metros sobre la superficie, en forma lineal o circular. Otro tipo de fuente impulsiva son los dinos (dinoseis). Provocan una explosión de gas (una mezcla de propano y oxígeno, análoga a la de un motor de combustión interna) dentro de un tanque apoyado en el terreno. En el mar mayoritariamente se utilizan cañones de aire (air guns), sumergidos a los lados o a popa del barco, que generan un salida brusca de aire comprimido hacia el medio ácueo para provocar el pulso sísmico omnidireccional.
También pueden emplearse:
Cañón de agua (water gun) que provoca un desplazamiento brusco de un volumen de agua.
Vaporchoc o vaporchoque de inyección súbita de vapor dentro del agua, el cual enseguida implosiona.
Flexichoc o flexichoque una fuente de aire comprimido con expansión rápida tipo fuelle.
Sparker o electropercutor, que acciona por golpe eléctrico.
Aquapulse o acuapulso, un equivalente marino de los dinos, detona propano y oxígeno en una cámara de combustión interna.
Explosivos detonados en cilindros o esferas a tal fin (como maxipulse y flexotir). Fuentes vibratorias
Generan una forma de onda (ondícula) de fase cero, es decir, simétrica y centrada en la interfaz reflectiva, la cual es el resultado de la emisión de un barrido de frecuencias y su posterior correlación cruzada con la respuesta generada en el terreno. Los camiones vibradores, vibros o vibroseis son las fuentes más utilizadas en tierra desde la década de 1980, son seguros y producen un barrido controlado de frecuencias que inicia con valores bajos (de entre alrededor de 6 y 12 Hz) que va aumentando gradualmente (según una función lineal o logarítmica, elegida en base a pruebas de campo) hasta llegar a unos 100 a 140 ó más Hz al cabo de unos 6 a 16 ó más segundos (tiempo de barrido). Los martillos neumáticos son la alternativa vibratoria portátil cuando la complejidad del terreno (topografía abrupta, selva densa, etc) no permiten la llegada de los camiones vibradores.
Existen también prototipos de
vibradores horizontales para generar mayor proporción de ondas S, en tierra o muy raramente sumergido en el fondo del agua.
Receptores o sismómetros Los
geófonos
son
transductores
mecánico-
eléctricos en los cuales la vibración del suelo hace oscilar un imán que se encuentra dentro de un campo eléctrico generado por una bobina. De esta manera se produce una FEM representativa del frente de onda. Los geófonos van conectados en ristras
mediante
cables
eléctricos
que
son
transportados en rollos por camiones llamados tiracables o eventualmente carros en lugares de difícil acceso para vehículos pesados. La frecuencia natural de resonancia está en torno a los 14 Hz.
En casos especiales, cuando se desea registrar ondas S, se utilizan geófonos triaxiales, también muy comunes en sísmica de pozo, que obtienen las componente de la vibración en x, y, z, a diferencia de los geófonos convencionales que sólo registran la componente vertical. En el mar se utilizan hidrófonos, que funcionan
por
piezoelectricidad
debido a las variaciones de presión de
las
ondas
sísmicas
compresionales en el agua. No registran ondas transversales porque éstas no pueden transmitirse a través de los fluidos. Estos receptores son arrastrados a lo largo de una o varias líneas (streamers) que se desenrollan desde la popa para ir semisumergidas detrás del barco sismográfico.
En trabajos especiales en los que se requiere el registro de las ondas S en el mar o un lago, se deben bajar hasta el lecho geófonos triaxiales, que pueden ser llevados a lo largo de cables sumergidos o bien ir conectados separadamente a sonoboyas.
Sismógrafo Es el sistema de registro de los datos, donde llegan los cables con la información proveniente de los sismómetros (geófonos o hidrófonos). Tienen una serie de dispositivos de acondicionamiento electrónico de la señal (filtros, amplificadores, etc), un osciloscopio para monitorear la respuesta de los receptores, una computadora desde donde se opera y donde son visualizados y archivados los registros, también una impresora, un sistema de
radioseñal para las fuentes de energía y, si éstas fueran vibratorias, una caja electrónica controladora de sus parámetros.
Geografía del área a prospectar La profundidad de agua se mide con un sonar. Existen innumerables posibles complej idades topográficas, biogeográficas y medioambientales, entre la cuales el trabajo en zonas transicionales intermareales, como es el caso de la Patagonia, con gran amplitud de mareas, lo que requiere moverse con gomones o disparar durante la bajama r, a veces con explosivos en perforaciones hechas con equipos portátiles, si la playa es fangosa (dominada por acción de marea).
Medioambiente y seguridad laboral El terreno o el lago o mar donde se trabaje debería quedar igual después que antes de la tarea prospectiva. Esto es en rigor imposible, aunque se intenta minimizar el impacto ambiental. Deben tomarse medidas como no arrojar residuos de ningún tipo (ver fotografías abajo), procurar suprimir el uso de explosivos, minimizar los vuelos en áreas de numerosa avifauna, o directamente no registrar en áreas críticas de reservas donde pudiera afectarse de algún modo el ecosistema. También debe abrirse la menor cantidad posible de picadas en el campo, para lo cual se suele recurrir a helicópteros, y, cuando la picada es inevitable, no remover todo el espesor edáfico para facilitar la futura recuperación de la cubierta vegetal. Cuando se trabaja en zonas pobladas, se debe reducir la potencia de vibración a valores acordes con la seguridad de las edificaciones más débiles. En términos de seguridad e higiene se deben seguir rigurosos protocolos, muy especialmente si se trabaja con explosivos, pero también respecto a otras variables (clima, tránsito de otros buques, etc.). Asimismo deben emplearse la indumentaria (cascos, botines de seguridad, etc.) y los demás implementos apropiados (por ejemplo salvavidas en operaciones marinas), debe disponerse de equipamiento y personal entrenado para primeros auxilios -en grupos medianos o grandes un paramédico- y deben practicarse rutinas de extinción de incendios, evacuación segura y otras alternativas, según sea el ámbito de trabajo específico.
Cuestionario básico ¿Cuáles son los dos tipos básicos de ondículas y a qué fuentes corresponden en general?
Ondícula de fase mínima (Minimum-phase wavelet) y ondícula de fase cero (Zero-phase wavelet). ¿Qué distintos tipos de fuentes de energía sísmica pueden utilizarse en mar y en tierra?
Caídas de pesos, camiones golpeadores (thumpers), explosivos plásticos, pozos múltiples, cordón detonante, dinoseis (en desuso), camiones vibradores (vibroseis), martillos neumáticos y vibradores horizontales. Explicar brevemente el principio de funcionamiento de los geófonos e hidrófonos y cómo se conectan entre sí.
Geófonos: (Tierra)Transductor en la cual la vibración terrestre hace oscilar un imán dentro de un campo eléctrico generado por una bobina, lo que produce una FEM. Hidrófono: (Agua) Funciona con piezoelectricidad debido a las variaciones de presión en las ondas sísmicas compresionales. ¿Qué elementos tiene y qué hace un sismógrafo?
Dispositivos de acondicionamiento electrónico de la señal, Osciloscopio, Computadora, Impresora, Sistema de radioseñal o Caja electrónica controladora (F.e Vibratorias). Registra la información recopilada por los sismómetros. Comentar situaciones no convencionales en cuanto a fuentes de energía, sismógrafos y transportes. Fuentes de energía.
Uso incorrecto de detonantes en superficie, que fue omitido por seguridad y medioambiente, equipos portátiles en zonas de difícil acceso (uso de blaster). Pozos múltiples en roca dura, equivalen a menor costo. Cordón detonante y dinoseis, son poco usados en la actualidad. Prototipos de vibradores horizontales, permiten una mayor proporción de ondas S, muy raramente sumergidas en el agua. Sismómetros.
Geófono triaxial, cuando se necesita registrar ondas S en el mar o un lago, son llevados por cables sumergidos o conectados a sonoboyas.
Sismógrafo
Transporte
Complejidades topográficas, biogeográficas y medioambientales. Como el trabajo en zonas transicionales intermareales (Patagonia, gran amplitud de mareas). Se mueve con gomones o se dispara durante la bajamar. Si la playa es fangosa a veces se usan explosivos en perforaciones. ¿Cuáles son las consideraciones a tener acerc a del impacto ambiental y la seguridad laboral?
1. El terreno donde se trabaje, debe quedar lo más parecido a su origen después de la prospección. 2. No arrojar residuos de ningún tipo en el área. 3. Procurar suprimir el uso de explosivos. 4. No registrar en áreas críticas reservadas donde se pudiera dañar el ecosistema. 5. Menor cantidad posible de picadas en campo ni remover el espesor edáfico. 6. Reducir y calcular la potencia de vibros acorde a normas de seguridad. 7. Seguir los protocolos de seguridad, sobretodo si se trabaja con explosivos, además tomar en cuenta las variables del terreno (clima, tránsito, etc.). 8. Utilizar el equipo de seguridad (cascos, botines, salvavidas, etc.). 9. Incluir personal entrenado para primeros auxilios y practicar rutinas “en caso de…”.
