PROGRAMA DE FORMACIÓN IBEROAMERICANO EN MATERIA DE AGUAS ÁREA TEMÁTICA 4.1. HIDROGEOLOGÍA IV Ciudad de la Habana, Cuba ARTURO JESÚS LORENZO FERRÁS

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1 PROGRAMA DE FORMACIÓN IBEROAMERICANO EN MATERIA DE AGUAS ÁREA TEMÁTICA 4.1. HIDROGEOLOGÍA IV Ciudad de la Habana, Cuba ARTURO JESÚS LORENZO FERRÁS

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3 Loslogrosmásimportantesenlainvestigaciónde esta zona han sido posibles gracias al uso de una técnica sonar desarrollada originalmente en sismología para encontrar petróleo y gas, llamada perfilaje sísmico por reflexión. Casi todo lo que podemos suponer sobre el manto y el núcleo terrestre se ha deducido por el análisis del paso de ondas sísmicas por el centro de la Tierra. En las últimas décadas, los geofísicos han hecho grandes avances en la comprensión de la corteza y del manto superior, una zona llamada litosfera.

4 Los métodos sísmicos al igual que los resistivos, son considerados métodos geofísicos activos. En sísmica, el movimiento de la tierra causado por alguna fuente de ondas, se registra a lo largo de una porción del terreno y a distintas distancias de la fuente. El tipo de medición sísmica difiere dependiendo de en qué aspecto del movimiento estaremos interesados analizar.

5 Sismología de la refracción - Los experimentos de Refracción se basan en el registro de los primeros tiempos de llegadas de ondas a diferentes geófonos situados a varias distancias de la fuente de energía. Ondas que arriban posteriormente son frecuentemente descartadas. Así, el juego de datos derivado de los experimentos de la refracción consiste en una serie de tiempos contra las distancias. Éstos se interpretan entonces en términos de profundidades a la interfase y velocidades a la que viaja la onda dentro de cada estrato. Estas velocidades se controlan por un juego de constantes físicas llamadas Parámetros elásticos que describen el material.

6 Sismología de la reflexión - En los experimentos de la reflexión, el análisis se concentra en la energía que llega después de las ondas iníciales. Específicamente, el análisis se concentra en movimientos de la tierra que se han reflejado a mayores profundidades. En este sentido, la sismología de reflexión es una versión muy sofisticada de las ecosondas usadas en los submarinos, naves, y sistemas de radar. Además de examinar los tiempos de llegada, la reflexión extrae información del subsuelo a partir de la amplitud y forma de la onda. Las estructuras sub-superficiales pueden ser complejas, pero como en los métodos de refracción, se interpreta en términos de superficies de separación y parámetros elásticos.

7 Cada uno de estas técnicas tiene ventajas específicas y desventajas cuando se comparan entre ellas y cuando se comparan a otras técnicas geofísicas. Por estas razones, se aplican en diferentes grados. Por ejemplo, las industrias del petróleo y gas casi usan exclusivamente la técnica de reflexión sísmica. Los estudios medioambientales e ingeniero geológicos usan las técnicas de refracción, pero incluso menos que otras técnicas geofísicas. Hoy en dia, los avances en la electrónica (equipamiento) y software (interpretación) están disminuyendo estas diferencias a pasos acelerados

8 El geofísico está interesado en dos parámetros que afectan los tiempos de transmisión de este pulso: la velocidad (o velocidades) de la propagación y la geometría de propagación. La determinación de estos parámetros es una tarea compleja en la práctica y en la teoría. La energía generada en una fuente determinada, viaja simultáneamente en varios tipos de ondas, y cada onda tiene una velocidad de la transmisión diferente. Además, cada uno de estas ondas puede viajar a los geófonos por más de un camino. Por ejemplo, la primera onda en llegar a un geófono cerca de la fuente, es la onda directa. En este caso la energía viaja paralela a la superficie en que se encuentran la fuente y los receptores.

9 Otro geófono, localizado más lejos, puede grabar primero la llegada de una onda refractada. Cuando la onda se encuentra en su camino una discontinuidad subhorizontal, con un cambio abrupto en las propiedades elásticas, los fenómenos de reflexión y refracción de la onda llevarán a la generación de ondas adicionales.

10 Existen varias maneras de generar ondas elásticas. El método normalmente usado es el uso de explosivos, tanto en la superficie del terreno como muy cerca de ella. Otros métodos consisten en golpear fuertemente el suelo con una gran mandarria, dejar caer cuerpos pesados, el uso de vibradores a determinada frecuencia, etc. Mandarria Vibist-50*

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12 Ley de Snell Importante ley de la sismología, llamada así en honor del matemático holandés Willebrord van Roijen Snell. El rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie de separación de los medios en el punto de incidencia están en un mismo plano.

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14 Ventajas y Desventajas de los métodos Sísmicos Ventajas Pueden detectar variaciones laterales y verticales de la velocidad sísmica Puede brindar imágenes detalladas de rasgos estructurales del subsuelo Puede ser usada para delinear depósitos y rasgos estratigráficos. La propagación de la onda sísmica dependedeladensidaddelarocay algunas constantes elásticas. Entonces cualquier proceso que cambie estos parámetros (porosidad, permeabilidad, compactación, etc.), puede, en principio, ser delineado con esta técnica. Desventajas El numero de datos recopilados en un levantamiento puede ser excesivo. Alto costo en comparación con otros métodos geofísicos. La reducción y el procesamiento de datos requiere tiempo, sofisticadas computadoras y mucha experiencia. Los equipos sísmicos en general son mas caros que otros equipos geofísicos.

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16 Ondas P: También llamadas ondas Primarias, porque propagan a través del medio más rápido que los otros tipos de ondas y se registran primero. En las ondas P, las partículas del medio oscilan en la misma dirección que se propaga la onda, en este caso, en dirección radial. Así, el material se extiende y comprime a medida que se propague la onda a través del medio. Las olas P son análogas a las ondas de sonido que se propagan a través del aire.

17 S Waves: También llamadas ondas Secundarias, porque se propagan a través del medio más lento que las ondas P. En estas ondas las partículas del medio se desplazan en una dirección que es perpendicular a la dirección en que la onda se está propagando. En este ejemplo, cuando la onda se propaga radialmente, el medio se está deformado a lo largo de superficies esféricas.

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22 Materiales Velocidad onda P (m/s) Velocidad onda S (m/s) Aire 332 Agua Petróleo Acero Concreto Arenisca Caliza Granito Basalto Arena (no saturada) Arena (Saturada) Arcilla Sal m/s. Margas m/s. Limos y Arenas flojas m/s. Arenas y Gravas Sueltas m/s. Arenas y Gravas Sueltas Saturadas m/s. Tierra Suelta m/s.

23 REFRACCIÓN SÍSMICA: TAREAS QUE RESUELVE. Determinar la posición y el salto de falla en terrenos sedimentarios. Cartografía de horts anchos. Determinación de la profundidad del sustrato. Determinación de la posición y potencia de acuíferos, (aplicación limitada por la presencia de capas de baja velocidad. Por ejemplo: arcillas superficiales). Pueden inferirse datos de porosidad (una disminución de la velocidad indica mayor porosidad), sobre todo con la combinación de ondas P y ondas S. Determinar la profundidad de calizas carstificadas y el contacto con las calizas compactas, obteniéndose a veces mejor resultado que con los métodos eléctricos.

24 SÍSMICA DE REFLEXIÓN: TAREAS QUE RESUELVE. Permite la localización y determinación cuantitativa de saltos de falla. La cartografía de la roca firme y de estructuras del recubrimiento Aunque utilizada fundamentalmente para profundidades superiores a los 100 m, en condiciones óptimas (grano fino y saturación de agua) se han alcanzado resoluciones de 1 m en los primeros 15 m. Es bastante frecuente el reproceso o reinterpretación de líneas sísmicas obtenidas para investigación de hidrocarburos, lo que permite utilizar esta información para cartografiar las estructuras que pueden controlar los acuíferos superficiales.