REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTA FACULTAD D DE INGENIERÍA I NGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA GEODÉSICA
DETERMINACIÓN DE VELOCIDADES SÍSMICAS A PARTIR DE VALORES DE RESISTIVIDAD
Trabajo Trabajo de A!e"o #ara #a ra o#$ar a %a !a$e&or'a de Pro(eor A&re&ado
Pree"$ado #or) Pro(a* +ar,"a A!-rero Rodr'&-e.
Mara!a,bo/ 0-%,o de% 1223
Este jurado aprueba el Trabajo de Ascenso titulado 4DETER 4DETERMIN MINAC ACIÓN IÓN DE
VELOCIDADES SÍSMICAS A PARTIR DE VALORES DE RESISTIVIDAD5 RESISTIVIDAD5, que presenta la Pro(a* +ar,"a A!-rero Rodr'&-e. , ante el Consejo de la Facultad de Ingeniería de La Universidad del Zulia, en cumplimiento a lo pautado en el Artículo de la !ecci"n I#, Título III de la Le$ de Universidades, para ascender a la categoría de %ro&esor Agregado'
(aracaibo, Febrero del )**+
U-A./0
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Este jurado aprueba el Trabajo de Ascenso titulado 4DETER 4DETERMIN MINAC ACIÓN IÓN DE
VELOCIDADES SÍSMICAS A PARTIR DE VALORES DE RESISTIVIDAD5 RESISTIVIDAD5, que presenta la Pro(a* +ar,"a A!-rero Rodr'&-e. , ante el Consejo de la Facultad de Ingeniería de La Universidad del Zulia, en cumplimiento a lo pautado en el Artículo de la !ecci"n I#, Título III de la Le$ de Universidades, para ascender a la categoría de %ro&esor Agregado'
(aracaibo, Febrero del )**+
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DEDICATORIA 666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666 6666666666666666666666666666666666666666666666666666666666 66666666666666
A mis abuelas Flor Angela y Terez Tereza a
AGRADECIMIENTO 666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666
Al .epartamento de 2eo&ísica $ a todo el personal que labora en 3l de manera incondicional' A el %ro&esor 4ilmer (5rque6 por su colaboraci"n, apo$o $ consejos para la reali6aci"n de esta investigaci"n' Al Ingeniero Isaías -ivas por su apo$o $ colaboraci"n'
RESUMEN 666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666 ACU-E-/ -/.-72UEZ, 8A-I9A /!EFI9A0 4DETERMINACIÓN DE VELOCIDADES
SÍSMICAS A PARTIR DE VALORES DE RESISTIVIDAD5' Trabajo de Ascenso' Universidad del Zulia' Facultad de Ingeniería' (aracaibo, ulio del )**+' El trabajo presenta una metodología para la determinaci"n de las velocidades de las ondas sísmicas en rocas sedimentarias, especí&icamente en secciones de cali6a, a partir de valores de resistividad el3ctrica, mediante la aplicaci"n de la ecuaci"n de Faust' En la metodología propuesta, para obtener la distribuci"n vertical de las resistividades en el 5rea de estudio, se utili6" el m3todo geoel3ctrico por !ondeo El3ctrico :ertical, con la con&iguraci"n electr"dica tipo sc;lumberger ;asta un A<=) que garanti6ara una pro&undidad de )* metros' %osteriormente, se aplic" la ecuaci"n de Faust, la cual relaciona la velocidad con la resistividad, asumiendo esta >ltima como una respuesta de las variaciones litol"gicas del subsuelo sondeado' Así mismo, para &ijar los valores de las constantes de la ecuaci"n de Faust, se recolectaron muestras de cali6a en los di&erentes niveles de la cantera sondeados, los cuales &ueron anali6ados en laboratorio en t3rminos de sus velocidades sísmicas, densidad $ constantes el5sticas'
INDICE 666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666
%5g' -E!U(E9 A
INTRODUCCIÓN 666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666
L' D' Faust +B@G al estudiar las variaciones de la velocidad con la pro&undidad $ tiempo geol"gico en las secuencias sedimentarias, relacion" velocidad $ resistividad de la &ormaci"n $ comprob" que la resistividad respondía a las variaciones de tiempo de tr5nsito debido a variaciones litol"gicas $ al contenido de &luido en las &ormaciones' Este trabajo ;ace re&erencia a la aplicabilidad de esta ecuaci"n cuando se tienen datos de resistividad obtenidos a partir de sondeos el3ctricos verticales reali6ados en la cantera de Cementos Caribe, Cumarebo, Estado Falc"n' Cabe destacar que en la cantera se tenían datos de velocidad sísmica obtenidos a trav3s del m3todo sísmico de re&racci"n lo cual permiti" reali6ar la comparaci"n de las velocidades $ rati&icar la aplicabilidad del m3todo propuesto' %ara cumplir con el objetivo propuesto se e&ectuaron sondeos el3ctricos en los niveles H, , @) $ )* de la cantera utili6ando el dispositivo sc;lumberger con pro&undidades de penetraci"n de ;asta @* metros $ mediante un procesamiento computari6ado de los datos de resistividades el3ctricas utili6ando el algoritmo de deconvoluci"n de 2;os; $ el en&oque de .ar Zarrou, se obtuvieron los modelos geoel3ctricos en &unci"n de espesores $ resistividades para las di&erentes capas' Luego, con la aplicaci"n de la ecuaci"n de Faust $ ;abiendo obtenido el valor de la constante local para cada nivel, se determin" el comportamiento de las velocidades sísmicas para cada capa del modelo geoel3ctrico representativo' A pesar de que la trans&ormaci"n de la resistividad a velocidad no es una novedad, se pretende di&undir mediante una descripci"n completa una metodología simple $ con&iable, de gran utilidad en los campos de secuencias sedimentarias'
1* OB0ETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN En el presente trabajo de investigaci"n se busca cumplir con los siguientes objetivos0 •
%roponer una metodología "ptima para la determinaci"n de velocidades de las ondas sísmicas a partir de valores de resistividad obtenidos a trav3s de los m3todos el3ctricos de prospecci"n por sondeos el3ctricos verticales'
•
Comparar los resultados obtenidos mediante la metodología propuesta con datos de velocidad sísmica obtenidos en sitio a trav3s del m3todo sísmico de re&racci"n'
7* 0USTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN 2eneralmente, cuando se necesitan valores de velocidad de las ondas sísmicas se procura obtenerlos a partir de los m3todos sísmicos' .esa&ortunadamente, estos m3todos son mu$ costosos $ requieren de ma$or tiempo para su aplicaci"n $ procesamiento' Una soluci"n propuesta es obtener estos valores de velocidad sísmica a partir de valores de resistividad a trav3s de la aplicaci"n de una ecuaci"n que relaciona ambos par5metros denominada JEcuaci"n de FaustK' Los valores de resistividad pueden ser obtenidos con m3todos el3ctricos de prospecci"n, cu$a ejecuci"n en campo resulta menos costosa $ muc;o m5s r5pida, adem5s de garanti6ar una buena precisi"n de los resultados obtenidos' El .epartamento de 2eo&ísica de la Escuela de Ingeniería 2eod3sica de LUZ, cuenta con el equipo geoel3ctrico $ el so&tare necesarios para reali6ar sondeos el3ctricos verticales $ procesar los datos obtenidos en campo, de manera r5pida, precisa $ con&iable' !in embargo, no cuenta con un equipo de eMploraci"n sísmica, debido a que es mu$ costoso' !e trata entonces, de obtener valores sísmicos a partir de datos el3ctricos mediante la aplicaci"n de una ecuaci"n matem5tica, $ generar trabajos de eMtensi"n que permitan el ingreso de recursos &inancieros para el .epartamento de 2eo&ísica $ la Universidad del
Zulia, cuidando siempre de mantener la calidad, la precisi"n $ la con&iabilidad de los resultados obtenidos'
8* CARACTERÍSTICAS GENERALES 8*3* LOCALIZACIÓN DEL 9REA DE ESTUDIO El 5rea objeto del presente estudio se encuentra ubicada en la ciudad de Cumarebo,
Estado Falc"n, especí&icamente en las canteras de Cementos Caribe,
ubicadas en el Cerro (ampostal' La 6ona de estudio contiene un gran contenido de magnesio en &orma de cali6as dolomíticas' Allí a&lora la unidad superior del (iembro !uperior de la &ormaci"n El !ocorro como lutitas a6ulNverdosas, arcillolitas marrones $ areniscas calc5reas' A&loran cali6as arreci&ales del (iembro Cumarebo, el cual es un desarrollo arreci&al empla6ado en la parte media de la Formaci"n Caujarao' !u localidad tipo se encuentra en el escarpado que limita ;acia el norte con el Cerro de los IndiosO otras masas situadas ;acia el este, como (ampostal, muestran eMcelentes a&loramientos' La cali6a de la 6ona de estudio se caracteri6a por una estructura de esponja con un alto volumen de porosidad, que se debe a un proceso de disoluci"n de agua dulce' .ebido a esta porosidad de )* P @*Q, la roca es blanda=&r5gil' !u color es blanco que meteori6a en colores amarillentos con manc;as roji6as, adquiriendo un aspecto poroso $ cavernoso' En la cantera de cali6a se presentan dos sistemas de diaclasas0 uno principal con rumbo pre&erencial 9/ P !E, con bu6amiento ma$or a *R ;acia el 9EO $ un sistema secundario con rumbo !/ P 9E, con bu6amientos subcorticales, cu$a intersecci"n genera líneas de debilidad estructural'
En la cantera se observan variaciones laterales grandes en la composici"n química de las cali6as, con 6onas altas en magnesio' En general, se observa que al disminuir el contenido de calcio aumenta el contenido de magnesio'
8*1* SÍNTESIS GEOLÓGICA DEL ESTADO FALCÓN La cuenca de Falc"n tiene su inicio con la orog3nesis del Eoceno (edio, modi&icando el borde septentrional de la plata&orma epicontinental situada al norte de los Andes :ene6olanos, $ determinando una cuenca sedimentaria que, geogr5&icamente, durante el oligoceno, estuvo limitada por la plata&orma de .abajuro en el eMtremo m5s occidental $ separada de la Cuenca del Lago de (aracaibo, $ el sur por una 6ona positiva, que abarca los límites de los Estados Zulia, Lara $ Falc"n' .ic;os límites determinar5n que la cuenca estuviese abierta ;acia el noreste, con un elemento positivo durante el oligoceno $ mioceno temprano 2uerra $ (ederos, +HG en la secci"n norte central, denominado Alto de Coro' .urante este Eoceno medio tuvo lugar una eMtensa transgresi"n ;acia el oesteN suroeste que tiene su mejor eMpresi"n en la Formaci"n arillal, mientras que la Formaci"n La :ictoria presenta características regresivas, como posible antecedente del levantamiento $ erosi"n característicos del Eoceno superior, al t3rmino de los cuales las condiciones paleosedimentarias cambiaron en toda :ene6uela occidental' A &inales del oligoceno $ regido por ajustes isost5ticos, comien6a una sedimentaci"n marina, mientras que los rasgos estructurales de la cuenca de Falc"n estaban completamente de&inidos, lo cual determin" una gran cuenca con varias subcuencas, que representan el canal &alconiano $ los surcos de Urumaco $ la :ela, limitados por altos estructurales a saber, la %lata&orma de .abajuro $ el Alto de Coro P %araguan5' Luego, a mediados del (ioceno temprano se produce una transgresi"n generali6ada 2on65le6 de uana, +H*G, con lo que se deposita una secuencia
sedimentaria lutítica $ mu$ &osilí&era en las 5reas marginales norte $ sur de la cuenca que identi&ican la &ormaci"n Agua Clara, como consecuencia típica de ambientes marinos somerosO &inali6ada la sedimentaci"n de esta &ormaci"n se de&ine un considerable cambio sedimentol"gico $ el canal &alconiano desaparece, motivado a la regresi"n de los mares ;acia el noreste 2on65le6 de uana, +H*G, desarroll5ndose al mismo tiempo una sedimentaci"n variable de oeste a este, desde el continente al mar, sobre el &lanco de una cuenca $ al norte de la posici"n anterior del canal &alconiano, controlada por un conjunto de &allas sinsedimentarias de rumbo general 9N! Falla de Lagarto, etc'G' !e inicia un nuevo ciclo sedimentario, dando lugar a la Formaci"n Cerro %elado, con características ambientales costeroNdeltaicas $ con ciertas intercalaciones propias de ambientes paludales, determinadas por un evento regresivo 2on65le6 de uana, +H*GO a esto sigui" un corto evento transgresivo, lo que permiti" un avance ;acia el sur de la línea de costa, que origin" la generaci"n de ambientes &undamentalmente marinos que representaron a las &ormaciones Suerales lutíticaG $ !ocorro' .urante el (ioceno (edio contin>a la oscilaci"n en cuanto a las condiciones marinas, dando lugar a &acies calc5reas típicas de la &ormaci"n Caujarao, las cuales se van ;aciendo menos marinas ;acia el oeste, determinando ambientes m5s costeros $ continentales con &ases paludales características de la &ormaci"n Urumaco, sometidos siempre a episodios sucesivos de movimientos regresivos $ transgresivos, pero a menos escala 2on65le6 de uana, +H*G' %osteriormente, se desarrolla la etapa de relleno de la cuenca dando lugar a la &ormaci"n Codore durante el (ioceno !uperior %lioceno, en ambientes continentales que &ueron a&ectados por una corta invasi"n marina, representada por el (iembro C;iguaje, ;aci3ndose m5s marino dic;o ambiente ;acia el este para dar lugar a la Formaci"n La :ela'
En la parte central de Falc"n, a&loran en su ma$oría sedimentos del /ligoceno, los cuales se presentan rodeados ;acia el norte $ ;acia el sur por estrec;as &ajas de sedimentos miocenos' En la misma regi"n, ;acia la parte meridional, a&loran importantes sedimentos del Eoceno de características marinas a continental en contacto con a&loramientos de rocas cret5cicas eMtendidas ;acia el sur' .urante toda esta evoluci"n la parte oriental de la cuenca permaneci" subsidente, con indicaci"n de paleopro&undidades de m5s de B** m ;asta probablemente +B** m' Las condiciones paleogeogr5&icas cambiaron solamente en el (ioceno superior, cuando un levantamiento general sediment" las cali6as limolíticas impuras en la Formaci"n %unta 2avil5n, discordante sobre el 2rupo Agua !alada, en la parte oriental $ las rocas semejantes de la Formaci"n El :eral en la regi"n de Cumarebo' -evisando la columna estratigr5&ica de la regi"n de Falc"n se puede veri&icar la presencia de sedimentos que van desde el Cret5ceo ;asta el reciente, variando en espesores considerables de sedimentos de edad terciaria $ &acies diversas que van de netamente marinas a epicontinentales $ terrestres L3Mico Estratigr5&icoG, lo cual tiene su origen en ;ec;os $a mencionados anteriormente $ que se pueden resumir de la siguiente manera0 .urante el Cret5ceo, casi toda la regi"n &ormaba parte de un gran geosinclinal cubierto por un mar continental, el cual &ue rellen5ndose en &orma gradual con sedimentos, originando simult5neamente el retiro de las aguas o regresi"n $ la emersi"n por e&ectos isost5ticos de los sistemas montaosos Coriano, Andino, CosteroG' .ic;o proceso de sedimentaci"n que tuvo su comien6o a &inales del Eoceno, alcan6" su ma$or desarrollo en el %leistoceno, los movimientos orog3nicos se prolongan ;asta nuestros días'
:* ASPECTOS TEÓRICOS GENERALES :*3* MARCO METODOLÓGICO DE LA INVESTIGACIÓN La metodología seguida en la reali6aci"n de la presente investigaci"n involucra actividades de campo $ de o&icina' El trabajo de campo consisti" en la ubicaci"n $ ejecuci"n de nueve G !ondeos El3ctricos :erticales, que permitieron obtener las características geoel3ctricas del subsuelo en el 5rea de estudio para una pro&undidad de @* metros aproMimadamente, con lo cual se calcularon posteriormente las velocidades sísmicas a partir de la Ecuaci"n de Faust' La ejecuci"n de los sondeos, implica un tendido de líneas de emisi"n, sim3tricas con respecto al punto central del sondeo, con la con&iguraci"n electr"dica tipo !c;lumberger' En &orma paralela, se e&ect>o un reconocimiento geol"gico de la 6ona $ se recolectaron muestras de cali6a en los distintos niveles de la cantera, las cuales permitieron calcular las constantes locales de los distintos niveles que se utili6an en la ecuaci"n' Así mismo, se reali6" la recopilaci"n $ an5lisis de la in&ormaci"n geol"gica disponible en las instalaciones de Cementos Caribe' Las actividades de o&icina inclu$en, en su primera &ase, la interpretaci"n preliminar de los datos geoel3ctricos de campo, los cuales ser5n procesados posteriormente para dar una interpretaci"n cualitativa, que inclu$e tanto los datos geoel3ctricos como los datos geol"gicos $ litol"gicos disponibles' Finalmente, se calcularon las velocidades sísmicas a partir de las resistividades aparentes obtenidas empleando la Ecuaci"n de Faust $ se de&inieron las unidades geoel3ctricas para cada nivel de la cantera'
:*1* LA ECUACIÓN DE VELOCIDAD DE FAUST* Faust +B@G eMpresa la velocidad en &unci"n de la pro&undidad ZG, el tiempo geol"gico TG $ la litología LG0
V = f (Z, T, L)
.e esta manera, se trata de relacionar el par5metro litol"gico con la resistividad el3ctrica de las rocas sedimentarias, $a que generalmente las mediciones cuantitativas del par5metro litol"gico no son disponibles' Así Faust, demostr" que promediando valores de velocidad en secciones sedimentarias, la variable L se puede asumir como una constante $0 V
=
α ( Z T )
1 6
+G
donde0 α es una constante que debe ser de&inida localmente, Z es la pro&undidad $ T es el tiempo geol"gico' La constante α representa la variaci"n litol"gica presentada en un 5rea determinada, la cual in&lu$e en los valores de la velocidad'
:*1*3* EL FACTOR LITOLÓGICO EN LA ECUACIÓN DE VELOCIDAD El &actor litol"gico en la ecuaci"n de velocidad, puede ser de&inido como0 K =
∆ Z ∆T
α ( ZT )
1 6
)G
donde el numerador representa la medici"n de velocidad en el intervalo ∆Z $ e l denominador es el valor calculado de velocidad mediante la ecuaci"n +' En general, 8 es el &actor en la velocidad, atribuible a la variaci"n de litología' Es una cantidad que puede ser determinada conoci3ndose cualquier par5metro provisional de litología'
:*1*1* EL FACTOR RESISTIVIDAD DE LA FORMACIÓN %ara secciones permeables la relaci"n entre la resistividad verdadera de la &ormaci"n R t $ la resistividad del agua R a que la impregna esta dada por0 @G donde F es el &actor de resistividad de la &ormaci"n, p es la porosidad $ m es un &actor que Rt Ra
= F =
depende de la compactaci"n de la &ormaci"n'
p
−m
Entonces, la resistividad es una &unci"n de las variaciones litol"gicas $ del contenido de &luido en las &ormaciones, lo cual depende de
la porosidad $ la
compactaci"n de la &ormaci"n' %or tanto, el par5metro litol"gico debe relacionarse con F, el &actor de resistividad de la &ormaci"n' Los valores de la resistividad de la &ormaci"n pueden obtenerse a trav3s de los valores de resistividad aparente medidas en el campo' En este trabajo, estos valores se obtuvieron utili6ando el m3todo geoel3ctrico de !ondeo El3ctrico :ertical, donde las características del subsuelo son reconocidas por las características de las resistividades aparentes a lo largo de un per&il' Los datos de resistividad aparente obtenidos en cada !'E':' se representan por medio de una curva, en &unci"n de las distancias de los electrodos dispositivo !c;lumbergerG'
:*1*7* LA FÓRMULA DE VELOCIDAD COMO UNA FUNCIÓN DE LA PROFUNDIDAD ; EL TIEMPO GEOLÓGICO* %ara la &ormulaci"n de un par5metro litol"gico provisional que involucre la resistividad, es necesario estudiar la variaci"n de - t cuando 8 +' !i el par5metro litol"gico L puede ser de&inido como0 G entonces, la &unci"n de velocidad que inclu$e litología puede ser &ormulada mediante la L
= R
t
T
comparaci"n de L con 8, el &actor litol"gico' En este caso, todos los valores de 8 pueden determinarse seg>n el rango de L sin tomar en cuanta la edad geol"gica T' Formulando una relaci"n de la &orma0 1 6
K = CL
e igualando )G con BG, donde ∆Z=∆t se reemplace por :, tenemos0
BG
V
=
γ ( ZTL )
G
1 6
donde γ es la constante litol"gica de&inida localmente' A;ora bien, sustitu$endo la ecuaci"n G en la ecuaci"n G nos queda0
(
V = γ ZRt
)
G
1 6
La ecuaci"n G, describe una &unci"n de velocidad inclu$endo litología, $ muestra la relaci"n entre T $ L $ m5s a>n la independencia de - t con respecto a la pro&undidad Z'
:*7* SONDEOS ELÉCTRICOS VERTICALES* GENERALIDADES* Un sondeo el3ctrico vertical !E:G es una serie de medidas de resistividad aparente con separaci"n creciente de electrodos, permaneciendo &ijo el centro $ la orientaci"n del dispositivo' En un !E: propiamente dic;o la disposici"n la disposici"n de los electrodos es sim3trica respecto al centro del dispositivo' %ara que la &unci"n que relaciona la resistividad aparente
$ la separaci"n entre
a
electrodos nos d3 una curva $ no una super&icie es necesario que esta &unci"n lo sea de un solo par5metro o bien que la disposici"n de los electrodos permane6can siempre semejante a si misma tal es el caso del dispositivo 4ennerG' Este par5metro varía seg>n el dispositivo empleado de la siguiente manera0 aG
En el !c;lumberger es A<=)' !i siempre a A( (9 9<, dispositivo 4enner de cuatro electrodos, se
tiene ρ
= 2π a
∆V
HG
I
El dispositivo !c;lumberger de cuatro electrodos, que es el normalmente utili6ado, es semejante al de tres, pero por ;aber dos electrodos de corriente iguales $ a la misma distancia del centro del dispositivo, el campo se duplica, por lo que ;abr5 que
tomar un coe&iciente mitad del correspondiente al caso de tres electrodos ' Ver Figura Nº. ' ρ
= π r ( r + a )
A
∆V
G
a I
(
9
<
*
F,&-ra N<* 3 ' .ispositivo !c;lumberger %oniendo L
AB
2
/A $ teniendo en cuenta que r A( $ rVa A9,
luego r L P a=) $ rVa L V a=), resulta0
a ρ = π L − 4
2
2
relaci"n que eMpresa el valor de
∆V a I ≅ π L
2
+*G
E I
en el dispositivo !c;lumberger'
!e tiene entonces un tetrapolo, veri&ic5ndose que0
∆V = de donde
++G
I ρ
1 1 1 1 − − + AN BM 2π AM BM
− +)G ∆V 1 1 1 1 ρ = 2π − − + I AM BM AN BM En el caso de que un electrodo este en Jel in&initoK la línea A< se coloca 1
perpendicular a la (9' 9o obstante, para considerarse en el in&inito ;a de ser A< ma$or que cinco veces A(, como mínimo'
bG
En el medio !c;lumberger es /A no puede ser A<=) $a que se trata de un dispositivo !c;lumberger en donde uno de los electrodos de corriente est5 en el in&inito por lo que ;ablar de A<=) carece de sentidoG'
1
En el dispositivo !c;lumberger debe ser MN ≤ AB ' Los electrodos ( $ 9 5
permanecen &ijos mientras se pueden e&ectuar buenas mediciones, pero en cuanto se vislumbra la posibilidad de que las lecturas siguientes van a ser mu$ pequeas con el consiguiente aumento del errorG se aumenta la separaci"n entre ( $ 9, obteni3ndose así un empalme' %ara e&ectuar un empalme en las debidas condiciones deben observarse dos reglas0 aG
E&ectuar dos lecturas dobles al menos para ello es conveniente disponer de electrodos de potencial con los que una ve6 situados con s"lo un cambio en las coneMiones pueden e&ectuarse las lecturas doblesG'
bG
Al aumentar la separaci"n entre ( $ 9, se debe ;acer de tal manera que la nueva distancia
MN
sea de B a +* veces la distancia
olvidar que siempre debe ser
MN
≤
1 5
AB
MN
anterior sin
G' Waciendo los empalmes con
esta condici"n evitamos que su n>mero sea mu$ elevado' La conveniencia de e&ectuar los empalmes estriba en que con ellos se pueden detectar posibles e&ectos laterales super&iciales que con un dispositivo 4enner, por ejemplo, quedarían repartidos a lo largo de toda la curva, por lo que sería imposible locali6arlos' Un ejemplo gr5&ico lo tenemos en la Figura Nº. ! correspondiente a un mismo terreno' En un empalme bien e&ectuado el salto que pega la curva debe ser pequeo' Este salto es debido en parte a que al e&ectuar el empalme se disminu$en las distancias interelectr"dicas
AM y NB
$ con ellas la pro&undidad de penetraci"n'
F,&-ra N<* 1' Empalmes en di&erentes dispositivos'
Al empe6ar el trabajo debe ser
MN
pequeo pero nunca menor de + m $a que
sino los e&ectos locales an"malos se ;arían notar muc;o' %ara sucesivos empalmes podemos tomar
MN
+,+* $ B* m'
En los dispositivos dipolares los empalmes pueden ;acerse variando MN
AB
o
' El dispositivo ecuatorial suele empe6arse siempre por un dispositivo !c;lumberger
;asta alcan6ar
AB
≅ B** m por ejemplo'
:*8* PROPIEDADES GEOLÓGICAS DE LA CALIZA*
La cali6a es una roca sedimentaria de origen químico u org5nico constituida predominantemente por carbonato de calcio $ en menor proporci"n de magnesio'
9ormalmente, el t3rmino cali6a se aplica a rocas en las que la &racci"n carbon5tica est5 integrada principalmente por calcita' Las cali6as constitu$en un grupo polig3nico de rocas' Algunas, &ragmentarias o detríticas, ;an sido transportadas $ depositadas mec5nicamenteO otras, resultantes de precipitados químicos o bioquímicos, se ;an &ormado in situ' Ambos tipos pueden ;aber sido modi&icados pro&undamente por diversos cambios posNsedimentarios, de manera que sus rasgos originales ;an quedado enmascarados o borrados'
Co=#o,!,>" ?-'=,!a* Las cali6as est5n constituidas principalmente por calcitaO en consecuencia su contenido de Ca/ como de C/ ) es eMtremadamente alto, $ constitu$en en algunos casos m5s del B por ciento del total' /tros componentes, que muc;as veces se tornan importantes, inclu$en (g/' El contenido de magnesio es una &unci"n tanto del contenido de magnesio del detrito esquel3tico en la cali6a como de cambios químicos posN sedimentarios, $ normalmente se aade magnesio por los procesos de dolomiti6aci"n' %or eMcepci"n, una cali6a puede ser notablemente rica en un componente menor, tal como &"s&oro u "Mido de ;ierro o sul&uro' .ado que muc;as cali6as est5n integradas por estructuras esquel3ticas o detritos derivados de 3stas, la composici"n de estas rocas es una eMpresi"n de la composici"n en conjunto de sus componentes esquel3ticos'
Co=#o,!,>" M,"era%>&,!a* .ado que las cali6as son rocas carbon5ticas, sus minerales esenciales son los carbonatos0 calcita, aragonita $ dolomita' La aragonita es una &orma inestable de la calcita $ se encuentra, por consiguiente, s"lo en materiales recientes' A>n la aragonita de materiales de conc;as
recientes puede cambiar en calcita en el curso de pocos aos Loenstam, +BG' El e&ecto visible de esta trans&ormaci"n es una p3rdida en los detalles de la estructura interna $ la &ormaci"n de un mosaico cristalino an;edral' La ma$or parte de las dolomitas parecen producto de posNsedimentaci"n $ muestran relaciones de reempla6o con calcita' Aunque aparecen como rombos aislados cortando las estructuras primarias de la roca, m5s com>nmente se presentan en &orma de mosaicos sub;edrales o an;edrales distribuidos irregularmente' En parte, la dolomita puede ser producto de la desme6cla de la soluci"n s"lida, calcitaNdolomita, que se encuentra en la parte dura de muc;os invertebrados marinos C;ave, +B)G $ en parte es producto de la reacci"n de aguas portadoras de magnesio con el carbonato original' La siderita es un componente raro $ generalmente muc;o menor de algunas cali6as' El ;ierro &erroso se presenta como en la dolomita, pero en unos pocos casos se presenta como rombos dispersos de siderita' La sílice, generalmente como calcedonia, es un componente com>n de muc;as cali6as' Aunque puede estar diseminada en toda la roca, con ma$or &recuencia se encuentra segregada en n"dulos grandes' La sílice calced"nica es de grano &ino, $ si est5 diseminada, es di&ícil de descubrir en corte delgado' El &eldespato, como cristales eu;edrales autígenos, es un componente menor, com>n de muc;as cali6as $ dolomías, aunque en raros casos puede constituir el cuarenta por ciento del total de la roca' La contaminaci"n m5s com>n de las rocas carbon5ticas est5 constituida por materiales arcillosos' La arcilla no se destaca en corte delgado a causa de su grano &ino $ de su diseminaci"n, pero en muc;as cali6as es &5cilmente observable en los residuos insolubles en 5cido' /tros componentes menores de las cali6as son la glauconita, la colo&ana $ la pirita' La glauconita se presenta en &orma de gr5nulos grandes redondeados $ localmente
puede ser un componente abundante' La colo&ana aparece principalmente como detrito esquel3tico &os&5tico' La pirita es casi ubicua en &orma de pequeos granos dispersos, que al oMidarse la roca se convierte en limonita $ es observable principalmente a lo largo de los bordes de los detritos de &"siles'
I"$er@ Pr!$,!o de %a Ro!a Carbo"a$ada* Las cali6as $ dolomías son qui65 las rocas sedimentarias de ma$or inter3s econ"mico, pues son materias primas usadas corrientemente como materiales de construcci"nO algunas variedades como las concrecionadas &ormadas por dep"sito químico, las brec;oides $ las que presentan coloraciones variadas, se utili6an en gran escala como piedras ornamentales' Aparte de esta aplicaci"n directa, las cali6as $ dolomías son utili6adas en grandes cantidades en la industria sider>rgica como material &undente, en la industria del vidrio, como correctores de suelos $ como materias primas &undamentales en la elaboraci"n de cales, cementos $ re&ractarios' (a$or importancia tiene el consumo de cali6a en la elaboraci"n del cemento, cu$a producci"n sirve como índice del desarrollo $ economía de un país' El cemento es un producto arti&icial que se elabora calentando en ;ornos especiales muestras de cali6as $ arcillas en proporciones que varían seg>n las características que se requieran para el cemento resultante'
*
AD?UISICIÓN DE DATOS DE CAMPO*
El m3todo propuesto parte de la relaci"n que Faust +B@G encontr" entre la velocidad $ la resistividad' %or ello, para la determinaci"n de las velocidades de las ondas sísmicas a partir de valores de resistividad, se e&ectuaron nueve G sondeos el3ctricos verticales
!'E':'G, utili6ando el (3todo 2eoel3ctrico de -esistividad con la con&iguraci"n electr"dica tipo !c;lumberger, con separaciones electr"dicas de A<=) igual a )'B, @, , B, , +*, +@, +, )*, ), )H, @), *, para cada estaci"n ocupada, que garanti6aron alcan6ar una pro&undidad de )* metros, $ se e&ect>o una interpretaci"n automati6ada de las curvas !'E':', lo cual permiti" de&inir un modelo geoel3ctrico de la 6ona, en los niveles H, , @) $ )* de la cantera de Cementos Caribe en Cumarebo, Estado Falc"n' Así mismo, se recolectaron muestras de cali6a en los distintos niveles de la cantera los cuales &ueron anali6ados en t3rminos de sus velocidades sísmicas, densidad, tensi"n $ compresi"n en el laboratorio como se observa en la Tabla Nº. , valores 3stos que permitieron calcular los elementos num3ricos asociados a cada constante local de los distintos niveles' Ver Tabla Nº. ! G' El prop"sito &undamental de estas mediciones &ue el de evaluar las secciones geoel3ctricas $ así de&inir los valores de resistividad que posteriormente ser5n utili6ados en la ecuaci"n de Faust' Las lecturas de campo correspondientes a los sondeos el3ctricos verticales, permitir5n de&inir las curvas de resistividad aparente, de las cuales se e&ectu" una interpretaci"n preliminar $ posteriormente una interpretaci"n computari6ada para determinar las capas del subsuelo en &unci"n de la resistividad de las mismas'
*
PROCESAMIENTO DE LOS DATOS DE CAMPO*
%ara el procesamiento de los datos de las mediciones geoel3ctricas de super&icie, se estableci" un procedimiento combinado de c5lculo automati6ado $ de discriminaci"n visual en &unci"n de curvas !E: te"ricas publicadas' En una primera aproMimaci"n se utili6" un programa de interpretaci"n automati6ado, basado en la trans&ormaci"n de las curvas de campo a una curva de .ar Zarrou en iteraciones progresivas &undamentadas en el &iltro de convoluci"n en &unci"n de los par5metros de resistencia el3ctrica longitudinal $ transversal trans&ormados a un coe&iciente de re&leMi"n del pulso el3ctrico'
Los resultados de este procesamiento computari6ado, &ueron anali6ados tomando en consideraci"n el tipo de curva de campo original $ el tipo de curva del ajuste -(! obtenido de la interpretaci"n automati6ada, ajust5ndose las relaciones de espesor $ resistividad, así como el n>mero de capas en &unci"n de curvas te"ricas publicadas' Todas las curvas de campo &ueron procesadas seg>n la metodología descrita, para así establecer los modelos geoel3ctricos con un error -(! de ajuste menor del BQ entre la curva de campo $ la curva del modelo interpretado' Ver Ane"o () y (!). /btenidas las características geoel3ctricas resistividadesG del subsuelo en el 5rea de estudio, se procedi" al calculo de las velocidades sísmicas para cada estrato asociado a una secci"n geoel3ctrica de los niveles sondeados, a partir de la ecuaci"n0 V
=
γ ∗ Z
1 6
∗
R
1 6
Faust, +B@G
HG
donde0 :0 :elocidad !ísmica, γ 0 Constante local, Z0 %ro&undidad, -0 -esistividad' %ara la determinaci"n de la constante local a utili6ar en la ecuaci"n anterior, se recolectaron muestras de cali6a en los distintos niveles de la cantera, los cuales &ueron anali6ados en t3rminos de sus velocidades sísmicas, densidad, tensi"n $ compresi"n en el laboratorio, como se mencion" anteriormente' (Ver Tabla Nº. #) '
TABLA N<* 3 RESULTADOS DEL AN9LISIS DE LABORATORIO A CADA UNA DE LAS MUESTRAS DE CALIZA SELECCIONADAS EN EL SITIO DE ESTUDIO
:elocidad !ísmica de Laboratorio
.ensidad
m=segG :maM'
9I:EL :min'
H ))H,* )H),@ )@*,)) )H,@ Cali6a
:prom'
ρmin
tons=$d@G ρmaM
)@B, )@,+)
+'H +'H*
+'B +'*
+'H +'HB
H* HHB
+H +)
)B,H
+'HH
+'
+')
**
H*+*
)@H,@ )B@,*H
+'* +'H
+'H+ +'@
+' +'H
HB* HHH
+ *
Tensi"n
Compresi"n
ρprom
psiG
psiG
No$a) +' %ara convertir la unidad de velocidad m=seg a &t=seg se debe multiplicar por @')H+' )' Los valores de la velocidad promedio :prom'G $ de la densidad promedio promG no se calcularon promediando los valores mínimos $ m5Mimos, 3stos corresponden con valores promedios de laboratorio'
TABLA N<* 1
DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE LOCAL 4 5/ VARIABLE IMPLÍCITA EN LA ECUACIÓN DE FAUST/ EN CADA UNO DE LOS NIVELES ESTUDIADOS* N,e%
H @) )*
Z
-t
:min Laboratorio
:maM Laboratorio
γ min
mt'G
o;mNmtG
m=segG
m=segG
o;mNm'segG
o;mNm'segG
o;mNm'segGN+
+ +) + +)
@*** )** B* B
))H,* )@*,)) )@,++ )*,*
)H),@ )H,@ )BBB,) )@,
@H,H )), +,HB B+),)@
)+,+ B,) B)B,*@ B+,*@
*B,B+ @@,H B*H, B+,@
γ maM N+
γ prom N+
TABLA N<* 7 DETERMINACIÓN DE LAS VELOCIDADES SÍSMICAS EN CADA UNO DE LOS NIVELES ESTUDIADOS EMPLEANDO LAS SECCIONES GEOELÉCTRICAS DERIVADAS DE LOS REGISTROS O SONDEOS ELÉCTRICOS VERTICALES ; FILTRADOS MEDIANTE UN FILTRO DE CUATRO PUNTOS*
9ivel
H
@)
)*
Capa X
+ ) @ + ) @ + ) @ + ) @
Espesor
-esistividad
Constante Local
:elocidad !ísmica
%orcentaje de material
mtG
o;mNmG
o;mNmt'segGN+
m=segG
asociado a la velocidad
)'* 'B +@' B'** )'B ')B +@'** '** '** +*'** +B'** B'** '** +*'** +'** B'**
B+*,@B +B,)B ),)* +,B @@@,)B )H,@* )**,B +B,B B*,+B B),*B B*,** @*,B B*,** H)*,** ,** )@**,**
*B,B+ *B,B+ *B,B+ *B,B+ @@,H @@,H @@,H @@,H B*H, B*H, B*H, B*H, B+,@ B+,@ B+,@ B+,@
+H, )),B+ )@H),*H +H)),@ +B,+* ))+,+* ),+) +H@,B+ +HHB, )+),BB )B*@, +,** +H+,B@ )@+*, )B+,) )B,**
sísmica HQ +Q B@Q )*Q Q )Q B+Q +Q +)Q )Q Q +BQ +)Q @*Q )Q +Q
TABLA N<* 7 DETERMINACIÓN DE LAS VELOCIDADES SÍSMICAS EN CADA UNO DE LOS NIVELES ESTUDIADOS EMPLEANDO LAS SECCIONES GEOELÉCTRICAS DERIVADAS DE LOS REGISTROS O SONDEOS ELÉCTRICOS VERTICALES ; FILTRADOS MEDIANTE UN FILTRO DE CUATRO PUNTOS*
9ivel
Capa X
+ ) @ + ) @ + ) @ + ) @
H
@)
)*
*
Espesor
-esistividad
Constante Local
:elocidad !ísmica
%orcentaje de material
mtG
o;mNmG
o;mNmt'segGN+
m=segG
asociado a la velocidad
)'* 'B +@' B'** )'B ')B +@'** '** '** +*'** +B'** B'** '** +*'** +'** B'**
B+*,@B +B,)B ),)* +,B @@@,)B )H,@* )**,B +B,B B*,+B B),*B B*,** @*,B B*,** H)*,** ,** )@**,**
*B,B+ *B,B+ *B,B+ *B,B+ @@,H @@,H @@,H @@,H B*H, B*H, B*H, B*H, B+,@ B+,@ B+,@ B+,@
+H, )),B+ )@H),*H +H)),@ +B,+* ))+,+* ),+) +H@,B+ +HHB, )+),BB )B*@, +,** +H+,B@ )@+*, )B+,) )B,**
sísmica HQ +Q B@Q )*Q Q )Q B+Q +Q +)Q )Q Q +BQ +)Q @*Q )Q +Q
INTERPRETACIÓN ; AN9LISIS DE LOS DATOS DE CAMPO*
.e la interpretaci"n de los nueve G sondeos el3ctricos verticales para la determinaci"n de las velocidades sísmicas, se de&inieron cuatro G unidades geol3ctricas, obteni3ndose un per&il geoel3ctrico del subsuelo, el cual corresponde a un secuencia de capas geol"gicas de propiedades &ísicas bien di&erenciables $ espesores especí&icos' Ver gr$fi%os ane"os G'
.e estas cuatro G unidades se puede in&erir para cada 6ona lo siguiente0 N&V'L * 0
La primera unidad corresponde a una 6ona de baja velocidad de +H, m=seg,
*
INTERPRETACIÓN ; AN9LISIS DE LOS DATOS DE CAMPO*
.e la interpretaci"n de los nueve G sondeos el3ctricos verticales para la determinaci"n de las velocidades sísmicas, se de&inieron cuatro G unidades geol3ctricas, obteni3ndose un per&il geoel3ctrico del subsuelo, el cual corresponde a un secuencia de capas geol"gicas de propiedades &ísicas bien di&erenciables $ espesores especí&icos' Ver gr$fi%os ane"os G'
.e estas cuatro G unidades se puede in&erir para cada 6ona lo siguiente0 N&V'L * 0
La primera unidad corresponde a una 6ona de baja velocidad de +H, m=seg, que se correlaciona con una cali6a de mediana porosidad, ;asta una pro&undidad de ) metros aproMimadamente' La segunda unidad se in&iere como una cali6a de baja porosidad $ alta velocidad sísmica, la cual est5 en el orden de )),B+ m=seg' La tercera unidad se in&iere como cali6as de baja porosidad, alta densidad $ alta velocidad sísmica, la cual est5 en el orden de )@H),*H m=segO la cuarta unidad se in&iere como una cali6a de mediana porosidad, densidad media $ una baja velocidad sísmica de +H)),@ m=seg' En esta 6ona podemos concluir que la cali6a eMistente no presenta magnesio en su composici"n, estableci3ndose un intervalo de velocidad sísmica luego del &iltrado de +H)),@ m=seg a )@H),*H m=seg'
N&V'L 0
La primera unidad corresponde a una cali6a de mediana porosidad, densidad media $ una velocidad de +B,+* m=seg' La segunda unidad se in&iere como una cali6a de baja porosidad, densidad media $ alta velocidad en el orden de los ))+,+* m=seg' La tercera unidad se in&iere como una cali6a de baja porosidad, densidad media $ una alta velocidad que est5 en el orden de los ),+) m=seg $ la cuarta unidad se in&iere como
una cali6a de baja velocidad la cual est5 en el orden de +H@,B+ m=seg, densidad media $ mediana porosidad' En esta 6ona podemos concluir que la cali6a eMistente no presenta magnesio, sin embargo, se observa la presencia de un cuerpo dolomítico, estableci3ndose un intervalo de velocidad sísmica luego del &iltrado de0 +H@,B+ m=seg a ),+) m=seg' N&V'L #! 0
La primera unidad corresponde a una cali6a con presencia de magnesio al )'HQ aproMimadamente, mediana porosidad, densidad media $ una baja velocidad en el orden de los +HHB, m=seg' La segunda unidad se in&iere como una cali6a con presencia de magnesio al *'BQ aproMimadamente, baja porosidad, alta densidad $ alta velocidad sísmica en el orden de los )+),BB m=seg' La tercera unidad se in&iere como una cali6a con una presencia de magnesio al *')Q, alta densidad, baja porosidad $ una alta velocidad sísmica de )B*@, m=seg, $ por >ltimo una cuarta unidad que se in&iere como una cali6a con presencia de magnesio al )'Q aproMimadamente, mediana porosidad, densidad media $ una velocidad sísmica de +,** m=seg' En esta 6ona podemos concluir que la cali6a eMistente tiene presencia de magnesio con rangos que oscilan entre *')Q al )'Q, estableci3ndose un intervalo de velocidad sísmica, luego del &iltrado de0 +HHB, m=seg a )B*@, m=seg'
N&V'L !+ 0
La primera unidad corresponde a una cali6a de mediana porosidad, densidad media $ baja velocidad sísmica en el orden de +H+,B@ m=seg' La segunda unidad se in&iere como una cali6a de baja porosidad, densidad media $ alta velocidad sísmica en el orden de )@+*, m=seg' La tercera unidad se in&iere como una cali6a de mu$ baja porosidad, densidad media $ alta velocidad sísmica en el orden de los )B+,) m=seg, $ la
cuarta unidad se in&iere como una cali6a de baja porosidad, densidad media $ alta velocidad sísmica en el orden de )B,** m=seg' En esta 6ona podemos concluir que la cali6a eMistente no presenta magnesio, estableci3ndose un intervalo de velocidad sísmica, luego del &iltrado de0 +H+,B@ m=seg a )B+,) m=seg'
