FACULTAD DE GEOLOGIA GEOFISICA Y MINAS

UNIDAD DE POSTGRADO

2012

PLANIFICACIÓN DE CAMPAÑAS DE GEOFÍSICA

PLANIFICACIÓN DE CAMPAÑAS DE GEOFÍSICA

• Es muy importante tener claro al comienzo de un proyecto saber cuales son los objetivos que se desean alcanzar.

• Mucha gente no se para a pensar realmente, que es lo que se pretende obtener con un estudio geofísico.

• Por desgracia sólo se limitan a utilizar cualquier método geofísico porque eso es lo que se pide para cubrir expediente.

• A continuación se listan algunas de las preguntas que un profesional

se debería preguntar:

PLANIFICACIÓN DE CAMPAÑAS DE GEOFÍSICA

• Cual es realmente el problema que se quiere solucionar? • En que entorno voy a estar trabajando? • Cuáles son las dimensiones de dicho entorno? • Cuáles son las dimensiones del objetivo a caracterizar? • A que distancia voy a estar trabajando desde mi base central? • De cuanto tiempo dispongo? • Cual va ser la meteorología de los días de trabajo escogidos? • De cuanto presupuesto se dispone? • Que logística es necesaria para realizar el estudio? • Con que datos de partida dispongo? (geología, sondeos, historia,

etc.) • De que accesos se disponen? • De que servicios se disponen? (agua, luz, etc.) • Centros sanitarios más cercanos en caso de una emergencia.

EXPERIENCIA • La geofísica no puede ser estandarizada, ya que en lugares diferentes,

tanto los objetivos como los entornos de trabajo nunca son iguales.

• Operadores y técnicos deben de conocer bien las ventajas y desventajas de los métodos geofísicos existentes para poder adaptar el método elegido en su aplicación para la resolución de un problema.

• Para poder ser resolutivo ante un problema, ingenieros, técnicos y operadores que participen directamente sobre un estudio geofísico, deben de contar con la suficiente experiencia para poder ser resolutivos ante cualquier tipo de contratiempo.

• No siempre suelen surgir problemas geofísicos sino que además pueden surgir problemas mecánicos o logísticos como: baterías mal cargadas, roturas de cables, problemas electrónicos, etc. es decir, hace falta tener capacidad de reacción ya que el tiempo perdido también cuesta dinero.

• En la fase interpretativa de un estudio geofísico, el interpretador también ha de tener suficiente experiencia para poder obtener resultados coherentes. Para la obtención de resultados coherentes no solo hace falta experiencia sino que además la información obtenida de campo debe ser contrastada con la información que puedan aportar ingenieros, geólogos e hidrogeólogos, etc.

APLICACIONES GEOFÍSICAS No todos los métodos geofísicos sirven para medir y caracterizar

cualquier cosa. Cada método geofísico tiene una serie de características especiales que le hace distinto de los demás. Estas características son:

• La logística humana y material necesaria para llevar a cabo ese método

• Presupuesto económico disponible para aplicar ese método

• Propiedad física dependiente que se desea medir (conductividad eléctrica, contrastes de densidad, susceptibilidad magnética, etc.)

• Escala a la que se desea medir, detección de anomalías a nivel Regional o a nivel Local.

MÉTODO

GEOFÍSICO

Propiedad

física

dependiente

Exploración de

hidrocarburos

(carbón, gas,

petró leo)

Estudios

geológicos

regionales

(> 100Km2)

Desarro llo y

exploración

de

depósitos

minerales

Geotecnia e

ingeniería

Hidro-

geología

Detección

de

cavidades

Lixiviados y

penachos de

contaminación

Localización

de objetos

metálicos

Gravimetría Densidad

MagnetometríaSusceptibilidad

magnética

Sísmica de

refracción

M odelo

elástico,

densidad

Sísmica de

reflexión

M odelo

elástico,

densidad

Eléctricos (SEV,

Tomografías

geoeléctricas)Resistividad

eléctrica

Potencial

espontáneoDiferencias de

potencial

Polarización

inducida

Resistividad y

capacidad

eléctrica

Electromagne-

tismo Conductividad

EM-VLF Conductividad

EM-GeoradarPermitividad y

conductividad

Magneto-

telúricoResistividad

eléctrica

Método más adecuado

Método secundario y complemetario

Inservible

Método que puede ser utilizado aunque no es muy recomendado

APLICACIONES GEOFÍSICAS

A continuación se muestra una tabla mostrando la compatibilidad de los métodos geofísicos en objetivos relacionados con el medio ambiente.

Métodos

Residuos

domésticos

Residuos

industriales

Terrenos

abandonados

Penachos de

contaminación en

acuíferos

Barreras

geológicas

Magnéticos

Eléctricos

Polarización

inducida

Autopotencial

Electromagnéticos:

EM, VLF, TDEM

Georadar

Sísmica de

refracción

Sísmica de

reflexión

Adecuado Limitado Imposible

Objetivos

LOGISTICA GEOFÍSICA

No todos los métodos geofísicos requieren la misma logística para su realización. A continuación se listan cada uno de los métodos geofísicos mostrando la logística mínima humana necesaria para realizar cada método.

TABLA DE RECURSOS HUMANOS

Método Geofísico Tipo de

caracterización Director de proyecto

Técnico Jefe de campo

Operadores Topógrafo

Magnetometría Perfil 1 1 1 0

Área 1 1 1 1

Electromagnetometría

Perfil 1 1 1 0

Área 1 1 1 1

TDEM Sondeos 1 1 3 1

Eléctricos SEV 1 1 3 1

Tomografías 1 1 3 1

Georadar (según modelos)

Perfil 1 1 3 0

Área 1 1 3 1

Sísmica refracción Área

Perfil 1 1 3 1

Sísmica reflexión (Terrestre)

Área

Perfil 1 1 3 1

Gravimetría Área

Perfil 1 1 3 1

FUNCIONES DEL PERSONAL Tipo de Persona

l Función

Director de Proyecto

Dirigir y organizar el proyecto. Pedir los permisos pertinentes. Estar en contacto directo con el cliente. Elección de métodos geofísicos más adecuados. Redacción de memoria. Resolución final del proyecto.

Técnico Jefe de

Campo

Supervisor de trabajos de campo. Encargado de la logística necesaria para llevar a cabo el proyecto. Primeras interpretaciones de los datos obtenidos en campo. Redacción de memoria.

Operadores

Seguir las directrices marcadas por el Técnico Jefe de campo. Registrar anomalías durante la adquisición de datos. Colocación de los sensores de medida (electrodos, geófonos, antenas, etc.)

Topógrafo

Crear mallados de estaciones de puntos de medida. Referenciar las estaciones de medida respecto a puntos de interés en campo. Medir coordenadas y desniveles de electrodos, geófonos, etc. Crear planos, mapas, perfiles, etc.

COSTOS DE UTILIZACIÓN DE MÉTODOS GEOFÍSICOS

En estos precios se incluye: Toma de medidas, Evaluación, Presentación No se incluye: Transporte, Dietas, Kilometrajes, Topografía Condicionantes: • Las condiciones locales del lugar de estudio pueden aumentar o disminuir

estos precios. • Seguridad e higiene en el lugar de trabajo (vertederos, carreteras con tráfico

rodado, lugares confinados, etc. )Cuando peor sean las condiciones locales de trabajo más caro será el estudio.

• Terrenos planos de fácil acceso disminuyen los precios Terrenos en pendiente y de difícil acceso aumentan los precios.

• Cantidad de volumen de medidas; la parte proporcional de unidad de medida es más económica cuando más medidas se tengan que realizar.

• Oferta y demanda en el mercado • Plazo de realización del estudio. Si se requieren resultados para “ ayer”, esto

incrementará los precios ya que la logística tanto personal como material deberá ser mayor para poder complacer al cliente siempre cuando no se pidan imposibles.

INTRODUCCION A LA PROPECCION En prospección sísmica, las ondas sísmicas se propagan hacia el interior de la tierra y se miden los tiempos de viaje de las ondas que regresan a la superficie después de sufrir refracción o reflexión en límites geológicos presentes en el subsuelo.

Estos tiempos de viaje se pueden convertir en profundidades e, incluso, se puede cartografiar sistemáticamente la distribución en profundidad de las superficies de interés geológico.

La prospección sísmica se comenzó a realizar en los primeros años 20.

Representó un desarrollo natural de los métodos sismológicos de los terremotos, establecidos ya desde hacía mucho tiempo, en los cuales los tiempos de viaje de las ondas producidas en los terremotos se registraban en observatorios sismológicos, y eran utilizadas para deducir información de la estructura interna de la tierra.

La sismología proporciona información sobre las principales capas

de la tierra, y la medida de la velocidad de las ondas de los

terremotos a través de las diferentes capas proporciona importantes

datos sobre su composición y constitución.

Del mismo modo, pero a una escala mucho menor, la prospección

sísmica proporciona una clara, e incluso una detallada imagen de la

geología subsuperficial. Esta herramienta indudablemente

representa el método de prospección geofísica más importante,

tanto en términos de la cantidad de actividad prospectiva, como en el

amplio rango de sus aplicaciones.

Muchos de los principios de la sismología son aplicables a la

prospección sísmica.

Sin embargo, esta última solamente se ocupa de la estructura del

subsuelo hasta una profundidad de varios kilómetros como máximo,

y utiliza fuentes sísmicas artificiales como explosiones, cuyas

características de localización, ocurrencia y tipos de fuente están

bajo el control directo del geofísico, lo que no ocurre con los

terremotos..

La prospección sísmica también utiliza sistemas de registro y

técnicas de procesado e interpretación de los datos especializadas.

Los métodos sísmicos de prospección se aplican ampliamente a

problemas de exploración que involucran la detección y cartografía

de límites subsuperficiales de geometría normalmente simple.

Los métodos sísmicos se adaptan muy bien para cartografiar las

secuencias sedimentarias estratificadas, y por lo tanto, se aplican

ampliamente en la búsqueda de petróleo y gas.

Los métodos sísmicos indicados también se aplican a escala menor,

para la cartografía de capas sedimentarias próximas a la superficie,

del nivel piezométrico y, en un contexto ingenieril, investigaciones

locales incluyendo la profundidad de los niveles rocosos.

La prospección sísmica se puede desarrollar en tierra o en el mar,

Su aplicación es amplia en prospección geológica marina para la

exploración de recursos situados bajo el mar.

LAS ONDAS SÍSMICAS Las ondas sísmicas son tramos de energía de deformación elástica que se propagan desde una fuente sísmica (como un terremoto o una explosión).

Las fuentes sísmicas apropiadas para la prospección sísmica son aquellas que generan trenes de onda de corta vida conocidos como pulsos), que típicamente contienen un amplio rango de frecuencias. Las deformaciones asociadas con el paso de un pulso sísmico se pueden considerar elásticas, excepto en la zona inmediata a la fuente. Con este considerando, las velocidades de propagación de los pulsos sísmicos están determinados por los módulos elásticos y las densidades de los materiales a través de los que pasan.

Existen dos tipos fundamentales de ondas sísmicas: ondas internas o de volumen (body waves) y ondas de superficie (surface waves).

ONDAS INTERNAS O DE VOLUMEN (body waves)

Las ondas P son ondas longitudinales y que se caracterizan porque el movimiento de la partícula es paralelo a la dirección de propagación de la onda, es decir, se producen compresiones y dilataciones en el medio (roca) en la dirección de propagación del frente de onda.

En rocas típicas de la corteza terrestre la onda P se propagan con una velocidad promedio entre 4.5 y 6.5km/s mientras que en el núcleo de la Tierra a profundidades de alrededor de 6.000km la onda P se propaga con una velocidad de alrededor de los 15km/s

Las ondas S son ondas transversales y se caracteriza porque el movimiento de la partícula es perpendicular a la dirección de propagación, es decir, en este tipo de onda la deformación que sufre el medio en el que se propaga la onda es perpendicular a su dirección de propagación y esta produce un esfuerzo cortante en el medio, por lo que también se le conoce por onda de corte o cizalla. En cuanto a su velocidad la onda S se propaga más lentamente que la onda P.

La velocidad de propagación de una onda interna o de volumen de

cualquier material viene dada por:

de este modo, la velocidad de las

ondas P (VP) de las ondas internas

compresivas, que involucran

deformación compresiva, viene

dada por:

y la velocidad de las ondas S (ondas de cizalla), que involucran

deformación de cizalla pura, viene dada por:

Puede deducirse de estas ecuaciones que las ondas

compresivas siempre viajan más rápido que las ondas S en

el mismo medio.

La relación entre VP y VS en cualquier material es función

únicamente por el valor del coeficiente de Poisson (σ) para

ese material:

y como el coeficiente de Poisson para las rocas consolidadas

es típicamente 0.25, VP ≈ 1.7 × VS

ondas de superficie (surface waves).

Ondas de Love

Las ondas de Love u ondas L se generan cuando el medio se encuentra estratificado y en este tipo de onda el movimiento de la partícula es perpendicular a la dirección de propagación al igual que la onda S, pero se encuentra polarizada en el plano de la superficie de la Tierra y por lo tanto solo posee componente horizontal, además su amplitud disminuye con la profundidad.

Ondas Rayleigh

Las ondas Rayleigh se forman en la superficie de la Tierra y hacen que las partículas se desplacen según una trayectoria elíptica retrógrada. Onda superficial del suelo solo en el plano vertical conteniendo la dirección de propagación de la onda.

Estas ondas solo están presentes en terremotos con foco a profundidad superficial y son de baja frecuencia y longitud de onda larga.

VELOCIDADES DE ONDAS COMPRESIVAS DE LAS ROCAS

Debido a su variada composición, texturas (forma del grano y grado de compactación), porosidades y contenido de fluidos en los poros, las rocas varían en su módulo elástico y densidades e, incluso, en sus velocidades sísmicas.

La información sobre la velocidad de las ondas compresivas (Vp) de las capas de rocas que proporciona la prospección sísmica es importante

1) Es necesaria para la conversión de los

tiempos de viaje de las ondas sísmicas

en profundidades.

2) Proporciona información sobre la litología, o,

incluso, la naturaleza del fluido contenido en

el interior de los poros.

por dos razones

Las velocidades de las rocas se pueden medir in situ, mediante medidas de campo, o bien en el laboratorio, usando muestras de roca convenientemente preparadas.

En el campo, la prospección sísmica produce estimaciones de la velocidad para las casos de roca definidas por superficies de reflexión o de refracción.

Si existen sondeos en las proximidades de una zona de prospección sísmica, puede ser posible correlacionar los valores de velocidad con las unidades litológicas encontradas a lo largo de los sondeos.

RAYO SISMICO

En sismología el rayo sísmico no tiene realidad física, es una

abstracción de la realidad.

Se llaman rayos sísmicos a las líneas normales a los frentes de

ondas sucesivos, es decir, la trayectoria de las posiciones ocupadas

por un punto dado del frente de ondas a lo largo de todo su recorrido.

En un medio homogéneo los rayos sísmicos serán líneas rectas.

En medios estratificados con velocidades diferenciadas,

los rayos, que se aproximarán a curvas de tiempo mínimo,

pueden ser representados por varios tramos rectos en

cada capa homogénea.

La propagación de los rayos sísmicos está gobernada por

los principios de Huygens y Fermat. Además, los rayos

siguen las leyes básicas de la óptica geométrica, de

reflexión y refracción, cuando se encuentran con interfaces

en suelo o roca.