Prospección gravimétrica
Sismología y Prospección Sísmica QUE ES SISMOLOGIA
La sismología es la ciencia que se centra en el estudio de las ondas producidas por los terrem terremoto otos. s. Este Este conoci conocimie miento nto es milenar milenario, io, pues pues ya en la antigü antigüeda edad d los chinos chinos inventaron un sismógrafo rudimentario para medir los efectos de estos fenómenos de la naturaleza. esde un punto de vista lingüístico, la pala!ra sismología est" formada por el término griego seísmo, seísmo, que significa significa movimiento de la #ierra #ierra y logía, que quiere decir ciencia ciencia o conocimiento.
En la actualidad los sismógrafos miden el movimiento de la #ierra en relación con una posición inmóvil. Los registros se pueden realizar de forma gr"fica o a través de ordenadores, tanto para los movimientos verticales como horizontales. VINCULO CON LA GEOLOGIA
La sismología como ciencia se encuentra directamente relacionada con la geología, pues esta rama del sa!er se ocupa de la estructura de las placas tectónicas, las cuales inte interv rvie iene nen n en los los terre terremo moto tos. s. Por Por otra otra part parte, e, los los conoc conocim imie ient ntos os geof geofís ísic icos os son determinantes para calcular la pro!a!ilidad de los sismos $el peligro sísmico de una región se comunica mediante mapas, registros históricos de terremotos y localización de fallas%. 1
Prospección gravimétrica OBJETIVOS DE LA SISMOLOGIA
El estudio de la propagación de las ondas sísmicas por el interior de la #ierra a fin de conocer su estructura interna
El estudio de las causas que dan origen a los tem!lores
La prevención del da&o
TIPOS DE ONDAS
El n'cleo central de la sismología es el comportamiento de las ondas. En este sentido, e(isten ondas internas, las cuales via)an por el interior de la corteza terrestre y alcanzan la superficie y pueden desplazarse so!re ella $se su!dividen en ondas primarias o longitudinales y las secundarias o transversales%. #am!ién hay ondas superficiaes, las cuales se transmiten e(clusivamente por la superficie y son las m"s destructivas de!ido a su mayor amplitud $a su vez se su!dividen en ondas *ayleigh, las cuales son iguales que las que se producen en la superficie de los líquidos, y las ondas Love, cuya propagación se manifiesta al mismo tiempo de arri!a y a!a)o y de derecha a izquierda%. CLASES DE SISMOS
Sis!os tect"nicos# producen el + - de los terremotos y de)an sentir sus efectos en
zonas e(tensas, pueden ser sismos interplaca $zona de contacto entre placas% o sismos intraplaca $zonas internas de estas%. Los sismos de interplaca se caracterizan por tener una alta magnitud $%, un foco profundo $/ 0m.%, y los sismos de intraplaca tienen magnitudes peque&as o moderadas. Sis!os $oc%nicos# se producen como consecuencia de la actividad propia de los
volcanes y por lo general son de peque&a o !a)a magnitud y se limitan al aparato volc"nico En las etapas previas a episodios de actividad volc"nica mayor se presentan en n'mero reducidos $algunos sismos por día o por mes% y durante una erupción la actividad sísmica aumenta hasta presentar decenas o cientos de sismos en unas horas. 2
Prospección gravimétrica 1eg'n indican las estadísticas mundiales, muy pocas veces han re!asado los 2 grados en la escala de magnitud. Sis!os ocaes3 afectan a una región muy peque&a y se de!en a hundimientos de
cavernas y cavidades su!terr"neas4 trastornos causados por disoluciones de estratos de yeso, sal u otras sustancias, o a deslizamientos de terrenos que reposan so!re capas arcillosas. 5tro sismo local es el provocado por el hom!re originado por e(plosiones o !ien por colapso de galerías en grandes e(plotaciones mineras. #am!ién se ha supuesto que e(perimentos nucleares, o la fuerza de millones de toneladas de agua acumulada en represas o lagos artificiales podría producir tal fenómeno METODOS SISMICOS DE P&OSPECCION
Los métodos sísmicos de prospección utilizan e(plosivos para generar ondas sísmicas artificiales en puntos determinados4 en otros lugares, usando geófonos y otros instrumentos, se determina el momento de llegada de la energía refractada o refle)ada por las discontinuidades en las formaciones rocosas. Estas técnicas producen perfiles sísmicos de refracción o de refle(ión, seg'n el tipo de fenómeno registrado. En las prospecciones sísmicas de petróleo, las técnicas avanzadas de generación de se&al se com!inan con sistemas sofisticados de registro digital y de cinta magnética para un me)or an"lisis de los datos. 6lgunos de los métodos m"s avanzados de investigación sísmica se usan en la !'squeda de petróleo. El perfilado sísmico de refle(ión, desarrollado en la década de 7+8 para la e(ploración petrolera, ha sido utilizado en los 'ltimos a&os en investigación !"sica. En la actualidad hay programas destinados a descifrar la estructura de la corteza continental oculta que han usado esta técnica para sondear rocas a decenas de 9ilómetros de profundidad4 con ellos se resuelven muchos de los enigmas so!re el origen y la historia de determinados puntos de la corteza terrestre. Entre los grandes descu!rimientos o!tenidos destaca una falla casi horizontal con m"s de / 9m de desplazamiento. Esta estructura, situada en el sur de los 6palaches de :eorgia y de ;arolina del 1ur, representa la superficie a lo largo de la cual una capa de roca cristalina se introdu)o en rocas sedimentarias como resultado de la colisión gradual entre 6mérica del millones de a&os. ?nvestigaciones llevadas a ca!o en el mar del
;omo su nom!re lo indica, este método aprovecha las refracciones de las ondas sísmicas y tuvo su inicio con los descu!rimientos de las discontinuidades de ;orteza@ Aanto y de Aanto@<'cleo, es decir las de Aohorovicic y de :utem!erg. 1e comenzó a aplicar e(itosamente para la prospección de petróleo desde los inicios de la década de 7+/.
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Prospección gravimétrica E(aminemos como se propagan las ondas en una superficie homogénea3 Bn frente de onda semiesférico alcanza geófonos igualmente espaciados, que registran el movimiento del suelo de!ido al arri!o de las ondas. El tiempo de via)e de estas ondas entre la fuente de energía, punto de disparo o pertur!ación y cada uno de los geófonos puede ser determinado en los sismogramas de campo.
Esto significa que con una gr"fica de este tipo, podremos determinar la velocidad de la onda directa que se propaga entre la fuente y el sensor, y o!tener así alguna información so!re el material por el cual se propagó. A"s a'n, veremos que la curva de tiempo@distancia nos proveer" es mucho m"s información. ;omo los geófonos no tienen la sensi!ilidad y amortiguamiento de los sismógrafos de o!servatorios, solo pueden detectar con precisión la onda que primero les llega y que por ello se denominan pri!eros arri'os. 1i !ien e(isten los arri!os posteriores, estos no son lo suficientemente claros para ser detectados e interpretados. Lo mismo ocurre con las ondas transversales o de cizalla que arri!an m"s tarde. ;omo sa!emos, el suelo no es homogéneo. Es de esperar que encontremos varias interfaces o capas, y o!viamente en cada una de ellas ha!r" refracciones, refle(iones y conversiones de las ondas. Por ahora solo analizaremos las refracciones. ;uando el su!suelo tiene una interfa(, lo que se conoce como el caso de dos capas horizontales, hacemos el siguiente an"lisis para resolver la ecuación de tiempo de via)e. El camino que recorre la pertur!ación desde la fuente de energía E hasta el geófono G, es aquel rayo que se refracta con "ngulo crítico y via)a a la velocidad V) por la interfaz. ;omo cada punto alcanzado por este rayo emite nuevas ondas por el Principio de Cuyggens, solo tendremos en cuenta aquel que sale con el mismo "ngulo de incidencia Dic. 4
Prospección gravimétrica
La ecuación del tiempo de via)e ser" entonces3
Para determinar los espesores de cada capa
PRPSPECCION SISMICA DE REFLEXION
Las ondas refle)adas tam!ién se comenzaron a analizar en la década de 7+/, pero se utiliza!an principalmente para detectar domos salinos o contactos de pizarra@piedra caliza. En la década siguiente, este método desplazó al de *efracción en la e(ploración petrolera, y las razones de esto fueron las siguientes3 7% El pro!lema de la capa oculta que llega a ser critico en las secuencias geológicas encontradas en la e(ploración petrolera. /% La longitud del tendido de ca!les con geófonos, que oscila entre tres y cuatro veces la profundidad investigada. % La fuente de energía necesaria para lograr un !uena se&al a grandes distancias.
Prospección gravimétrica el costo de este proceso es !astante menor que el de mayor tendido de líneas y fuentes de energía de la refracción. ?gual que en el Aétodo de *efracción, o!tengamos la ecuaci"n de tie!po de $ia+e y construyamos las Dro!ocronas o Cur$as de Tie!po de Via+e .
Es importante analizar los tiempos de arri!o, porque tendremos que reconocer todas las refle(iones. ;omo las altas frecuencias tienen me)or definición en el arri!o que las !a)as y se aten'an r"pidamente, entonces el método permitir" identificar todos los arri!os posteriores al primero. *ecordemos que el de refracción que solo permitía identificar los primeros arri!os. ;omo sa!emos, la hipér!ola tiene as,ntotas que son rectas que pasan por el origen y contienen la hipér!ola en el infinito, donde la curva es tangente a ellas. La ecuación de estas rectas es - . /a0'12 , y si volvemos a los valores originales tendremos t . /30V 312. ;uando tratamos el caso de interfaces !*tipes o varias capas, el método se vuelve impreciso y no resulta sencillo o!tener las velocidades y espesores como en la *efracción. La complicación viene del hecho que la refle(ión en una segunda interfaz implica antes una refracción en la primera interfaz. Por lo tanto el camino no es lineal y los caminos de propagación para cada par fuente@geófono son diferentes. Bna opción es despreciar estas refracciones y utilizar el M4todo de Di2 el cual nos permite determinar las velocidades y espesores de la formación aunque e(isten otros métodos m"s comple)os como el M4todo de Green5
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Prospección gravimétrica
E6uipos de sis!oo7,a - prospecci"n s,s!ica#
Los E6uipos s,s!icos
Bn requisito fundamental para la elección del equipo siempre es el costo de la e(ploración, y en el incide especialmente el equipo. 5!viamente de!e ser los m"s económico posi!le, adem"s de preciso, eficiente y port"til o f"cil de trasladar en el campo. La elección del tipo de fuente de energía condiciona el tipo de equipo tam!ién. La configuración mínima del equipo sísmico consiste de tres partes3 7% etección del movimiento del suelo /% 6condicionamiento de la dé!il se&al detectada % *egistración de la se&al
El clásico equipo sísmico para prospección de poca profundidad consta de:
1.- Geófonos 3.-Fuente de energía
2.-Cable sísmico 4.-Filtros y controladores de ganancia
5.-Registrador !isten diferentes ti"os de geófonos# en cuanto a su dise$o y características de res"uesta# %stos se construyen con normas muy estrictas en cuanto a las características de la se$al de salida# "ara &ue sean com"atibles con todos los sismógrafos.
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Prospección gravimétrica
El sismógrafo3 Bn sismógrafo es un instrumento usado para medir movimientos de la #ierra. 1e !asa en el principio de inercia de los cuerpos, como sa!emos este principio nos dice que todos los cuerpos tienen una resistencia al movimiento o a variar su velocidad. 6sí, el movimiento del suelo puede ser medido con respecto a la posición de una masa suspendida por un elemento que le permita permanecer en reposo por algunos instantes con respecto al suelo. El mecanismo consiste usualmente en una masa suspendida de un resorte atado a un soporte acoplado al suelo, cuando el soporte se sacude al paso de las ondas sísmicas, la inercia de la masa hace que ésta permanezca un instante en el mismo sitio de reposo.
P&INCIPIO DE INE&CIA
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:eófonos, ;a!les y Forneras Los geófonos constituyen la parte fundamental de la instrumentación, técnicamente se denominan transductores o sensores, y ellos transforman los movimientos sísmicos del suelo en una se&al eléctrica de características de frecuencia y amplitud an"logas a las de las ondas sísmicas que detectan. E(isten diferentes tipos de geófonos, en cuanto a su dise&o y características de respuesta, éstos se construyen con normas muy estrictas en cuanto a las características de la se&al de salida, para que sean compati!les con todos los sismógrafos. Los geófonos se agrupan de acuerdo al sistema de generación o tipo de salida de la se&al eléctrica, seg'n se detalla en el siguiente cuadro3
Los geófonos en su mayoría est"n conformados por un sistema amortiguador !ase donde se intercalan un con)unto de espiras y un im"n, un sistema mec"nico de suspensión y adicionalmente una resistencia para el control de la se&al que cumple tam!ién la función de amortiguamiento.
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Prospección gravimétrica
6mplificadores Los amplificadores sísmicos son de dise&o muy variado, pero todos ellos tienen como característica la alta fidelidad a las !a)as frecuencias, ya que el rango de las se&ales de origen sísmico que normalmente se mane)an se encuentra entre / y / ciclos por segundo. Pueden tener capacidad de amplificación desde G veces $7G deci!eles% hasta dos millones de veces $7/2 deci!eles%. En la mayoría de los sismógrafos pueden operarse simult"neamente varios amplificadores, utilizando algunos elementos comunes, como fuente de poder, sistema de control, filtros, etc. ;ada amplificador reci!e la se&al de un geófono o com!inación de geófonos conectados al mismo ca!le conductor, constituyendo lo que se conoce como un canal de amplificación.
VENTAJAS#
Btiliza menos geófonos y menos fuentes de generación. Esto hace mas !arato la adquisición de los equipos.
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Prospección gravimétrica
El procesamiento es muy corto, solo requiere aplicar adecuados filtros a
las se&ales para leer me)or los tiempos de llegada de la onda P. el sismograma registrado en cada punto de o!servación solo se requiere leer el tiempo de llegada de la onda P.
DESVENTAJAS
*equieren analizar el sismograma completo *equiere tendidos relativamente largos el procesamiento en la computadora es mas comple)o, requiere hardHare especializado y e(periencia
Bibliogra!a An Introd"ction to Applied and En#ironmental $eop%&sics - John M. Reynolds – Wiley - 1997 F"ndamentos de $eo!sica - Agustín Udias – Julio Mezcua -Alianza Universidad e!tos -1997 E'ploration $eop%&sisc o t%e S%allo( S"bs"race ) ". Ro#ert $urger - %rentice "all %R - 199& *ratado de $eo!sica Aplicada ) Jos' (antos )iguerola – *ito+rint - 197, 11
Prospección gravimétrica Introd"ction to $eop%&sical Prospecting - Milton o#rin - Mcra/ – "ill $. (o0+any –197 Applied $eop%&sics - W. M. el2ord – *. %. eldart3 R. 4. 5heri223 . A. 6eys - 197 $eo!sica Minera ) . 5. %arasnis – %aranin2o - 1971 Introd"cci+n a la $eo!sica – $ena0ín ). "o/ell3 Jr. – 4diciones 80ega - 19& E'ploration $eop%&sics ) J. J. a:os:y - ria %u#lishing (o0+any - 19;7
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