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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 terremotos. Este conocimiento es milenario, pues ya en la antigüedad los chinos inventaron un sismógrafo rudimentario para medir los efectos de estos fenómenos de la naturaleza. Desde un punto de vista lingüístico, la palabra sismología está formada por el término griego seísmo, que significa movimiento de la Tierra y logía, que quiere decir ciencia o conocimiento.

En la actualidad los sismógrafos miden el movimiento de la Tierra en relación con una posición inmóvil. Los registros se pueden realizar de forma gráfica 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 saber se ocupa de la estructura de las placas tectónicas, las cuales intervienen en los terremotos. Por otra parte, los conocimientos geofísicos son determinantes para calcular la probabilidad 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 Tierra a fin de conocer su estructura interna



El estudio de las causas que dan origen a los temblores

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La prevención del daño

TIPOS DE ONDAS El núcleo central de la sismología es el comportamiento de las ondas. En este sentido, existen ondas internas, las cuales viajan por el interior de la corteza terrestre y alcanzan la superficie y pueden desplazarse sobre ella (se subdividen en ondas primarias o longitudinales y las secundarias o transversales). También hay ondas superficiales, las cuales se transmiten exclusivamente por la superficie y son las más destructivas debido a su mayor amplitud (a su vez se subdividen en ondas Rayleigh, 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 arriba y abajo y de derecha a izquierda). CLASES DE SISMOS

Sismos tectónicos: producen el 90 % de los terremotos y dejan sentir sus efectos en zonas extensas, pueden ser sismos interplaca (zona de o entre placas) o sismos intraplaca (zonas internas de estas). Los sismos de interplaca se caracterizan por tener una alta magnitud (7), un foco profundo (20 Km.), y los sismos de intraplaca tienen magnitudes pequeñas o moderadas. Sismos volcánicos: se producen como consecuencia de la actividad propia de los volcanes y por lo general son de pequeña o baja magnitud y se limitan al aparato volcánico En las etapas previas a episodios de actividad volcánica mayor se presentan en número 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 Según indican las estadísticas mundiales, muy pocas veces han rebasado los 6 grados en la escala de magnitud. Sismos locales: afectan a una región muy pequeña y se deben a hundimientos de cavernas y cavidades subterráneas; trastornos causados por disoluciones de estratos de yeso, sal u otras sustancias, o a deslizamientos de terrenos que reposan sobre capas arcillosas. Otro sismo local es el provocado por el hombre originado por explosiones o bien por colapso de galerías en grandes explotaciones mineras. También se ha supuesto que experimentos nucleares, o la fuerza de millones de toneladas de agua acumulada en represas o lagos artificiales podría producir tal fenómeno METODOS SISMICOS DE PROSPECCION Los métodos sísmicos de prospección utilizan explosivos para generar ondas sísmicas artificiales en puntos determinados; en otros lugares, usando geófonos y otros instrumentos, se determina el momento de llegada de la energía refractada o reflejada por las discontinuidades en las formaciones rocosas. Estas técnicas producen perfiles sísmicos de refracción o de reflexión, según el tipo de fenómeno registrado. En las prospecciones sísmicas de petróleo, las técnicas avanzadas de generación de señal se combinan con sistemas sofisticados de registro digital y de cinta magnética para un mejor análisis de los datos. Algunos de los métodos más avanzados de investigación sísmica se usan en la búsqueda de petróleo. El perfilado sísmico de reflexión, desarrollado en la década de 1940 para la exploración petrolera, ha sido utilizado en los últimos años en investigación básica. 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 kilómetros de profundidad; con ellos se resuelven muchos de los enigmas sobre el origen y la historia de determinados puntos de la corteza terrestre. Entre los grandes descubrimientos obtenidos destaca una falla casi horizontal con más de 200 km de desplazamiento. Esta estructura, situada en el sur de los Apalaches de Georgia y de Carolina del Sur, representa la superficie a lo largo de la cual una capa de roca cristalina se introdujo en rocas sedimentarias como resultado de la colisión gradual entre América del Norte y África durante el pérsico, hace 250 millones de años. Investigaciones llevadas a cabo en el mar del Norte, al norte de Escocia, han trazado estructuras aún más profundas, algunas se extienden bajo la corteza, dentro del manto terrestre, a casi 110 km de profundidad. PRPSPECCION SISMICA DE REFRACCION Como su nombre lo indica, este método aprovecha las refracciones de las ondas sísmicas y tuvo su inicio con los descubrimientos de las discontinuidades de CortezaManto y de Manto-Núcleo, es decir las de Mohorovicic y de Gutemberg. Se comenzó a aplicar exitosamente para la prospección de petróleo desde los inicios de la década de 1920.

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Prospección gravimétrica Examinemos como se propagan las ondas en una superficie homogénea: Un frente de onda semiesférico alcanza geófonos igualmente espaciados, que registran el movimiento del suelo debido al arribo de las ondas. El tiempo de viaje de estas ondas entre la fuente de energía, punto de disparo o perturbación y cada uno de los geófonos puede ser determinado en los sismogramas de campo.

Esto significa que con una gráfica de este tipo, podremos determinar la velocidad de la onda directa que se propaga entre la fuente y el sensor, y obtener así alguna información sobre el material por el cual se propagó. Más aún, veremos que la curva de tiempo-distancia nos proveerá es mucho más información. Como los geófonos no tienen la sensibilidad y amortiguamiento de los sismógrafos de observatorios, solo pueden detectar con precisión la onda que primero les llega y que por ello se denominan primeros arribos. Si bien existen los arribos posteriores, estos no son lo suficientemente claros para ser detectados e interpretados. Lo mismo ocurre con las ondas transversales o de cizalla que arriban más tarde. Como sabemos, el suelo no es homogéneo. Es de esperar que encontremos varias interfaces o capas, y obviamente en cada una de ellas habrá refracciones, reflexiones y conversiones de las ondas. Por ahora solo analizaremos las refracciones. Cuando el subsuelo tiene una interfaz, lo que se conoce como el caso de dos capas horizontales, hacemos el siguiente análisis para resolver la ecuación de tiempo de viaje. El camino que recorre la perturbación desde la fuente de energía E hasta el geófono G, es aquel rayo que se refracta con ángulo crítico y viaja a la velocidad V2 por la interfaz. Como cada punto alcanzado por este rayo emite nuevas ondas por el Principio de Huyggens, solo tendremos en cuenta aquel que sale con el mismo ángulo de incidencia θic. 4

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La ecuación del tiempo de viaje será entonces:

Para determinar los espesores de cada capa

PRPSPECCION SISMICA DE REFLEXION Las ondas reflejadas también se comenzaron a analizar en la década de 1920, pero se utilizaban principalmente para detectar domos salinos o os de pizarra-piedra caliza. En la década siguiente, este método desplazó al de Refracción en la exploración petrolera, y las razones de esto fueron las siguientes: 1) El problema de la capa oculta que llega a ser critico en las secuencias geológicas encontradas en la exploración petrolera. 2) La longitud del tendido de cables con geófonos, que oscila entre tres y cuatro veces la profundidad investigada. 3) La fuente de energía necesaria para lograr un buena señal a grandes distancias. No obstante estas complicaciones, el método de Refracción sigue siendo muy utilizado en la exploración sísmica a poca profundidad. Obviamente estos tres problemas no existen en la reflexión porque: 1) La condición para que la onda se refleje es que exista un contraste de medios conocido como impedancia acústica, que es el producto de las velocidades por las densidades, sin importar que la velocidad del estrato inferior sea menor que la del superior. 2) Las ondas reflejadas se reciben desde una distancia igual a cero en superficie, por lo que no se necesitan tendidos extensos de cables con geófonos. 3) Al ser pequeñas las distancias en juego, la energía necesaria será menor. Estas son ventajas del método, pero hay una complicación, y es que los arribos de ondas reflejadas son mas difíciles de identificar. Además, se requieren sofisticadas técnicas de campo y procesos por computadora para mejorar los arribos y obtener información que pueda ser realmente interpretada. Lo importante de esto ultimo es que 5

Prospección gravimétrica el costo de este proceso es bastante menor que el de mayor tendido de líneas y fuentes de energía de la refracción. Igual que en el Método de Refracción, obtengamos la ecuación de tiempo de viaje y construyamos las Dromocronas o Curvas de Tiempo de Viaje.

Es importante analizar los tiempos de arribo, porque tendremos que reconocer todas las reflexiones. Como las altas frecuencias tienen mejor definición en el arribo que las bajas y se atenúan rápidamente, entonces el método permitirá identificar todos los arribos posteriores al primero. Recordemos que el de refracción que solo permitía identificar los primeros arribos. Como sabemos, la hipérbola tiene asíntotas que son rectas que pasan por el origen y contienen la hipérbola en el infinito, donde la curva es tangente a ellas. La ecuación de estas rectas es y = (a/b)x, y si volvemos a los valores originales tendremos t = (1/V1)x. Cuando tratamos el caso de interfaces múltiples o varias capas, el método se vuelve impreciso y no resulta sencillo obtener las velocidades y espesores como en la Refracción. La complicación viene del hecho que la reflexión 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. Una opción es despreciar estas refracciones y utilizar el Método de Dix el cual nos permite determinar las velocidades y espesores de la formación aunque existen otros métodos más complejos como el Método de Green.

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Equipos de sismología y prospección sísmica:  Los Equipos sísmicos Un requisito fundamental para la elección del equipo siempre es el costo de la exploración, y en el incide especialmente el equipo. Obviamente debe ser los más económico posible, además de preciso, eficiente y portátil o fácil de trasladar en el campo. La elección del tipo de fuente de energía condiciona el tipo de equipo también. La configuración mínima del equipo sísmico consiste de tres partes: 1) Detección del movimiento del suelo 2) Acondicionamiento de la débil señal detectada 3) Registración de la señal  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 Existen diferentes tipos de geófonos, en cuanto a su diseño y características de respuesta, éstos se construyen con normas muy estrictas en cuanto a las características de la señal de salida, para que sean compatibles con todos los sismógrafos.

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El sismógrafo: Un sismógrafo es un instrumento usado para medir movimientos de la Tierra. Se basa en el principio de inercia de los cuerpos, como sabemos este principio nos dice que todos los cuerpos tienen una resistencia al movimiento o a variar su velocidad. Así, 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.

PRINCIPIO DE INERCIA

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Geófonos, Cables y Borneras 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 señal eléctrica de características de frecuencia y amplitud análogas a las de las ondas sísmicas que detectan. Existen diferentes tipos de geófonos, en cuanto a su diseño y características de respuesta, éstos se construyen con normas muy estrictas en cuanto a las características de la señal de salida, para que sean compatibles con todos los sismógrafos. Los geófonos se agrupan de acuerdo al sistema de generación o tipo de salida de la señal eléctrica, según se detalla en el siguiente cuadro:

Los geófonos en su mayoría están conformados por un sistema amortiguador base donde se intercalan un conjunto de espiras y un imán, un sistema mecánico de suspensión y adicionalmente una resistencia para el control de la señal que cumple también la función de amortiguamiento.

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Amplificadores Los amplificadores sísmicos son de diseño muy variado, pero todos ellos tienen como característica la alta fidelidad a las bajas frecuencias, ya que el rango de las señales de origen sísmico que normalmente se manejan se encuentra entre 2 y 200 ciclos por segundo. Pueden tener capacidad de amplificación desde 8 veces (18 decibeles) hasta dos millones de veces (126 decibeles). En la mayoría de los sismógrafos pueden operarse simultáneamente varios amplificadores, utilizando algunos elementos comunes, como fuente de poder, sistema de control, filtros, etc. Cada amplificador recibe la señal de un geófono o combinación de geófonos conectados al mismo cable conductor, constituyendo lo que se conoce como un canal de amplificación.

VENTAJAS: 

Utiliza menos geófonos y menos fuentes de generación. Esto hace mas barato la adquisición de los equipos.

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Prospección gravimétrica  

El procesamiento es muy corto, solo requiere aplicar adecuados filtros a

las señales para leer mejor los tiempos de llegada de la onda P. Del sismograma registrado en cada punto de observación solo se requiere leer el tiempo de llegada de la onda P.

DESVENTAJAS  Requieren analizar el sismograma completo  Requiere tendidos relativamente largos  el procesamiento en la computadora

es

mas

complejo,

requiere

hardware especializado y experiencia

Bibliografía An Introduction to Applied and Environmental Geophysics - John M. Reynolds – Wiley - 1997 Fundamentos de Geofísica - Agustín Udias – Julio Mezcua -Alianza Universidad Textos -1997 Exploration Geophysisc of the Shallow Subsurface - H. Robert Burger - Prentice Hall PTR - 1992 Tratado de Geofísica Aplicada - José Cantos Figuerola – Litoprint - 1978 11

Prospección gravimétrica Introduction to Geophysical Prospecting - Milton Dobrin - McGraw – Hill B. Company –1976 Applied Geophysics - W. M. Telford – L. P. Geldart, R. E. Sheriff, D. A. Keys - 1976 Geofísica Minera - D. S. Parasnis – Paraninfo - 1971 Introducción a la Geofísica – Benjamín F. Howell, Jr. – Ediciones Omega - 1962 Exploration Geophysics - J. J. Yakosky - Trija Publishing Company - 1957

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