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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE VENUSTIANO CARRANZA INGENIERÍA EN GEOCIENCIAS SISMOLOGÍA MÉTODO DE REFLEXIÓN Y REFACCIÓN DOCENTE ING. ROSALINDA GUZMÁN GARCÍA GARCÍA ALUMNO RODRIGO ZARATE ZUBIRI GEOCIE GEOCIENCI NCIAS AS “A” 4 SEMESTRE
INTRODUCCION MÉTODOS SÍSMICOS
La exploración sísmica emplea las ondas elásticas que se propagan a través del terreno y que han sido generadas artificialmente. Su objetivo es el estudio del subsu subsuel elo o en gene general ral lo cual cual permit permite e obte obtene nerr info inform rmac ació ión n geol geológi ógica ca de los los materiales que lo conforman. La prospección sísmica es una herramienta de invest investig igaci ación ón pode poderos rosa a ya que que con con ella ella se puede puede insp inspecc eccio ionar nar con con buen buena a resolución desde los primeros metros del terreno !sísmica de alta resolución o sísm sísmic ica a super superfifici cial al"" shallow hasta a vari varios os $iló $ilóme metr tros os de prof profun undi dida dad d shallow seismic seismic # hast !sísmica profunda" deep seismic #. #. %sí para la sísmica profunda se utili&an fuentes de energía muy potentes !explosivos o camiones vibradores# capaces de generar ondas elásticas que llegan a las capas profundas del subsuelo mientras que para la sísmica sísmica superficial se utili&an utili&an martillos de impacto impacto rifles sísmicos y explosivos explosivos de baja energía. 'sto 'stoss méto método doss mide miden n el tiem tiempo po de prop propag agac ació ión n de las las onda ondass elás elástitica cas s transc transcurri urrido do entre entre un sitio donde donde se generan generan ondas sísmic sísmicas as y su llegada llegada a diferentes puntos de observación. (ara esto se dispone una serie de sensores en línea recta a distancias conocidas formando lo que se conoce como tendido sísmico o línea de refracción o reflexión sísmica.
INDICE
).*(rincipios básicos de sísmica+++++++++++++++++++++, ,.*Sísmica de -efracción++++++++++++++++++++++++ /.*Sísmica de reflexión+++++++++++++++++++++++++0 .*%dquisición de datos en campo++++++++++++++++++++), .)1etectores .,2ables de transmisión ./Sismografo .3uentes 'xplosivos .4 3uentes 1e 5mpacto 4.* Sismografo+++++++++++++++++++++++++++.) 0.*6entajas y Limitantes del método por -efraccion++++++++++..,7
PRINCIPIOS BASICOS
2uando una onda sísmica encuentra un cambio en las propiedades elásticas del material como es el caso de una interface entre dos capas geológicas" parte de la energía contin8a en el mismo medio !onda incidente# parte se refleja !ondas reflejadas# y el resto se transmite al otro medio !ondas refractadas# con cambios en la dirección de propagación en la velocidad y en el modo de vibración !3igura 555.)#. Las leyes de la reflexión y la refracción se derivan por el principio de 9uygens cuando se considera un frente de onda que incide sobre una interface plana. 'l resultado final es que ambas leyes se combinan en un 8nico planteamiento: en una interface el parámetro de rayo p debe tener el mismo valor para las ondas incidentes reflejadas y refractadas. Si el medio consta de un cierto n8mero de capas paralelas la ley de Snell establece que el parámetro del rayo tiene que ser el mismo para todos los rayos reflejados y refractados resultantes de un rayo inicial dado.
2 Figura III.1 Co!"#$%& '" () o') %*%'"+" P. L)$ o')$ $,$-%*)$ (" !%)/) 0o#
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2uando 6);6, i7 se define como i)? sen@) !6)A6,# el ángulo de incidencia crítico para el cual el rayo viaja a través de la interface. La ley de Snell proporciona información sobre las trayectorias de los rayos los tiempos de llegada y la posición de los refractores pero no proporciona información alguna sobre las amplitudes de las ondas.
Figura III.2 Lo$ 6"&5oo$7 $%+()'o$ ) '%$+)*%)$ *oo*%')$ 89%:7 #"6%$+#) 2o$ '%5"#"+"$
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'n el registro sísmico que se presenta en la 3igura 555./ se pueden identificar claramente las ondas elásticas producto del contacto entre dos capas. Se aprecia la onda directa !)B4 mAs# la onda refractada !/477 mAs# y las ondas ( reflejadas !)0/7 mAs primera capa y 777 mAs segunda capa# así como la onda reflejada S6
!,C4C mAs#. Luego con la información de distancia fuente*receptor y tiempos de llegada se construyen las dromocronas.
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SISMICA DE REFRACCION
La sísmica de refracción reali&ó grandes aportaciones a la prospección sísmica en sus comien&os. 9asta la década de los 07 fue extremadamente popular especialmente en la exploración de cuencas sedimentarias donde condujo al descubrimiento de grandes campos de petróleo" posteriormente quedó relegada por los avances del método de reflexión que proporcionaba una información más detallada D/E. Sin embargo debido a su menor coste y al tipo de información que proporciona !campo de velocidades# la sísmica de refracción es un potente método que actualmente se emplea tanto en estudios de estructuras profundas de la corte&a terrestre como en estudios del subsuelo más inmediato !ripabilidad rellenos anisotrópicos compactación de los materiales etc.# 'l método se basa en la medición del tiempo de viaje de las ondas refractadas críticamente en las interfaces entre las capas con diferentes propiedades físicas" fundamentalmente por contraste entre impedancias ac8sticas !i ? F.v" en donde F es la densidad y v la velocidad de la capa#. La energía sísmica se genera mediante un impacto controlado en superficie !o a una determinada profundidad# que va propagándose en forma de onda elástica a través del subsuelo interaccionando con las distintas capas de manera que una parte de la energía se refleja y permanece en el mismo medio que la energía incidente y el resto se
transmite al otro medio con un fuerte cambio de la dirección de propagación debido al efecto de la interfase !refracción#. 1e esta interacción la sísmica de refracción solo considera las refracciones con ángulo crítico ya que son las 8nicas ondas refractadas que llegan a la superficie y pueden ser captadas por los geófonos !3igura 555.#.
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La distancia desde los receptores al punto de tiro debe ser considerablemente grande comparada con la profundidad de los hori&ontes que se desean detectar debido a que las ondas viajan grandes distancias hori&ontales antes de ser refractadas críticamente hacia la superficie" por ello también se suele llamar sísmica de gran ángulo. 'stas largas trayectorias de propagación hacen que se disipe una mayor proporción de energía y en particular se produ&ca una absorción de las frecuencias más altas en consecuencia los datos de refracción son de bajas frecuencias comparados con los datos de reflexión y a igualdad de fuente sísmica se inspecciona menor profundidad. La sísmica de refracción es especialmente adecuada cuando se desean estudiar superficies de alta velocidad ya que brinda información de velocidades y profundidades en las cuales se propagan las ondas !3igura 555.4#. Gambién es posible inspeccionar áreas más grandes más rápidamente y de forma más económica que el método de reflexión" a pesar de presentar una significante perdida del detalle DE.
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SUISMICA DE REFLEXION
'l método sísmico de reflexión se basa en las reflexiones del frente de ondas sísmico sobre las distintas interfaces del subsuelo. 'stas interfaces !reflectores# responden al igual que en la refracción a contrastes de impedancia que posteriormente se relacionaran con las distintas capas geológicas. Las reflexiones son detectadas por los receptores !geófonos# que se ubican en superficie y que están alineados con la fuente emisora. 1ado que las distancias entre la fuente y los geófonos son pequeHas respecto a la profundidad de penetración que se alcan&a !3igura 555.0# el dispositivo experimental soporta que se esté operando en Icorto ánguloI" asegurando así la obtención de reflexiones y distinguiéndose de la sísmica de refracción o de Igran ánguloI.
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Figura III.6 E$("-) 1;$%*o '" 2) "-%$%& #"*"0*%& '" 2o$ #)o$ #"3"*+)'o$ " 2)$
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2on el fin de conseguir un mejor reconocimiento de la &ona de estudio se reali&a un n8mero de disparos mayor y se aumenta la cantidad de geófonos en comparación con los empleados en un perfil de refracción de longitud equivalente. 'l resultado es un grupo de tra&as sísmicas procedentes de todos los tiros que se anali&an se procesan y luego se reordenan en conjuntos de Jpuntos reflectores comunesK !2(# los cuales contienen la información de todas las reflexiones halladas !3igura 555.B*a#. Mna ve& todas las tra&as de un mismo 2( se han agrupado se suman y se obtiene una tra&a 2(. 'l conjunto de todas las tra&as 2( constituye la denominada sección sísmica de reflexión que es el resultado final de este método. Mna sección sísmica es una imagen del subsuelo en donde las reflexiones se ven en forma de lóbulos negros de mayor amplitud y definen las capas reflectoras que después se asociarán a las estructuras geológicas !3igura 555.B*b#.
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'l tratamiento de los datos en sísmica de reflexión es más laborioso y delicado que el procesado de refracción/" donde uno de los retos más importantes es conseguir aislar de los registros las reflexiones eliminando las otras ondas !onda directa refracciones ruido etc.#. 'sta tarea implica la aplicación de tratamientos multi seHal !filtros de convoluciones etc.# que si no se hacen cuidadosamente pueden crear artefactos y confundirse con falsos reflectores. Ntro punto conflictivo del procesado es que en las secciones sísmicas de reflexión las capas reflectoras están en modo tiempo doble debido a que cada rayo reflejado ha hecho el viaje de ida !incidencia# y vuelta !rebote#. % los interpretes que están acostumbrados a trabajar con secciones sísmicas les es fácil pasar mentalmente del tiempo doble en donde se detecta un reflector a la profundidad que le tocaría !profundidad equivalente# pero en muchos casos se facilita esta tarea automáticamente y se presentan las secciones sísmicas de reflexión convertidas a una profundidad aproximada.
'ste método es una de las técnicas de prospección geofísica más utili&ada debido a que su resultado es una imagen denominada sección sísmica en donde se aprecia la geometría de las estructuras geológicas !3igura 555.C#.
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La sísmica de reflexión tuvo su gran auge en la exploración petrolera donde se aplicó en la b8squeda de reservorios de gas y petróleo. Sin embrago a partir de de los aHos =7 empe&ó a extenderse a aplicaciones más superficiales en donde se combina con la sísmica de refracción de alta resolución lográndose así expandir su campo de acción hacia los problemas relacionados con la ingeniería geológica !3igura 555.=#.
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La sísmica de reflexión de alta resolución se basa en los mismos principios que la sísmica profunda y al igual que ella persigue los mismos propósitos. La diferencia estriba en que las estructuras geológicas de interés de la sísmica son menores que las de la sísmica profunda de manera que para conseguir la resolución necesaria debe trabajarse con geometrías más reducidas y rangos de frecuencias más altos" puesto que los primeros metros del subsuelo constituyen una &ona caracteri&ada por ser más heterogénea y con contrastes de velocidades más elevados. 'llo produce que el registro sísmico de la propagación del frente de ondas se distinga por un n8mero elevado de trenes de ondas que muy a menudo se interfieren y se superponen a las reflexiones superficiales. 'n la 3igura 555.)7 se
intenta establecer las diferencias entre un registro de sísmica de alta resolución y uno de sísmica profunda !tomado del Oilma&#. 'n el registro de sísmica profunda se observa que el Pround -oll !%# no es lo suficientemente fuerte como para solapar las reflexiones !Q 2 1 '#.
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'n sísmica superficial la elección del dispositivo experimental está muy condicionada por la generación de las ondas guiadas el GR y la onda aérea debido a que normalmente los datos se adquieren con un solo geófono por tra&a" a diferencia de la sísmica profunda en donde es clásico utili&ar conjuntos ! arrays# de geófonos que contribuyen a la formación de una tra&a disponiéndose estratégicamente de manera que estos frentes se interfieran destructivamente y aumente así la relación seHalAruido. 'n general los tiros se efect8an en los extremos !tiros en cola o en cabe&a# o en el centro !tiros simétricos# del dispositivo !3igura 555.))#. La primera geometría permite cubrir una distancia más grande de la trayectoria de los reflectores mientras que en los tiros simétricos se obtiene un mejor control sobre las hipérbolas de reflexión" resultando un dispositivo más apropiado cuando hay reflectores inclinados D=E. Ro obstante muchas veces la geometría de tiro
simétrico no suele ser la más adecuada ya que las ondas guiadas el GR y la onda aérea ocupan la mayor parte de la ventana temporal de los registros de campo. 2omo se demostrará en los siguientes capítulos esta diferencia en la adquisición de datos ha sido uno de los puntos de valoración de la presente tesis ya que se han procesado dos líneas sísmicas en &onas con las mismas características geológicas pero una adquirida con tiro simétrico !(S*)# y otra con tiro en cola !(S* ,#.
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1os aspectos importantes en la definición de la geometría de adquisición son las posiciones del tiro respecto al primer geófono activo !offset más próximo# y la del 8ltimo geófono !offset más lejano#. stas dependen de las profundidades de investigación de las velocidades del subsuelo y de la longitud total del dispositivo experimental. Mna regla empírica análoga a la de prospección profunda consiste en que la línea de geófonos activos cubra una distancia entre ).4 y , veces la profundidad máxima de los reflectores a investigar. Adquisición de datos en camo Inst!umentos
1etectores: 'xisten dos tipos principales de detectores: geófonos e hidrófonos. Los geófonos son unos transductores que convierten el movimiento vibratorio del terreno en seHales eléctricas. 3ísicamente están descritos por un oscilador mecánico simple de un sólo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso. 'léctricamente es un oscilador descrito por un sistema -2L. 2onstan de una bobina y un imán siendo el imán la masa inercial. %l paso de una onda la bobina se mueve con relación al imán originando por inducción 12 una corriente eléctrica proporcional a la velocidad del movimiento relativo. 'l máximo voltaje que pueden generar no suele pasar de ) v. Los geófonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el despla&amiento la velocidad y la aceleración de las partículas del terreno. La mayoría de los geófonos usados en prospección sísmica son Jgeófonos de velocidadK" esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partícula en una banda usualmente comprendida entre )7 * 477 9&. 'n Sismología se usan sensores para medir la aceleración de la partícula !acelerómetros#. 1ebe diferenciarse entre velocidad de la partícula y velocidad de la onda. La velocidad de la partícula es la velocidad con que se mueve una determinada partícula del suelo al paso de una onda sísmica. 'sta velocidad depende del material de la partícula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuación. Msualmente tiene magnitud del orden de milésimas a millonésimas de metro por segundo. La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que se transmite o propaga una perturbación sísmica por un medio material. 'sta velocidad sólo depende de las propiedades elásticas del material y no de la potencia de la fuente. Rormalmente es del orden de ,77 a 0777 metros por segundo. La gran mayoría de los geófonos que se fabrican son geófonos de componente vertical. 'stán diseHados para responder sólo a la componente vertical de la velocidad de la partícula por eso deben colocarse lo más vertical posible para evitar que pierdan sensibilidad. Si el terreno está inclinado como en la ladera de una montaHa de todas formas deben colocarse verticales seg8n la gravedad y no perpendiculares al suelo. 'xisten también geófonos de componente hori&ontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentemente ondas S. Ro son de mucha utilidad en prospección por refracción. Gambién existen geófonos de tres componentes ortogonales: una vertical y dos hori&ontales. 'n realidad se trata de tres geófonos independientes ensamblados dentro de una misma carcasa. Se usan en reflexión sísmica sísmica de po&os y sísmica de galerías para la medición de parámetros elásticos dinámicos. Los geófonos vienen provistos de un clavo de unos 4 cm de largo para fijarlos al suelo. 'l geófono debe quedar firme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcilla mojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa. 'n estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes de clavar el geófono. Mn clavo extra largo ayuda a mejorar el acople del geófono con el terreno.
Los hidrófonos son detectores de ondas ac8sticas en el agua. Son análogos a los micrófonos de teléfono que detectan ondas ac8sticas en el aire. %l paso de una onda sísmica por el agua se producen variaciones de presión las cuales inducen una seHal eléctrica en los hidrófonos. La detección se basa en el efecto pie&oeléctrico. 'l campo registrado es un campo escalar !campo de variación de presión#. 2ables de transmisión La seHal eléctrica generada por los geófonos o hidrófonos es transmitida mediante un conductor eléctrico hasta el sismógrafo. La seHal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente13de la de otros detectores a otras distancias" por ello por cada uno se requiere un par de conductores eléctricos aislados. 2ada par de conductores lleva la seHal a un canal de amplificación y registro en el sismógrafo. (or ejemplo si se tienen ), geófonos independientes el cable de geófonos debe tener , conductores aislados y el sismógrafo debe tener ), canales. 'sto es similar a los cables de teléfono % intervalos regulares el cable de transmisión tiene conectores o puntos de toma para los detectores. La conexión entre detectores y el cable puede efectuarse mediante pin&as o mediante enchufes banana. La distancia entre puntos de conexión es fija de fábrica y se pueden comprar cables con separación típicas entre tomas de 4 m )7 m /7 m o 47 m . Los conductores eléctricos dentro del cable de transmisión deben estar aislados y blindados. 'l blindaje es para evitar que ocurra el paso de la seHal de los conductores de un canal a los de otro por inducción electromagnética !JcrossfeedK#. 'sto puede suceder si la seHal de un canal es muy fuerte. 5gualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisión se convierta en una gran antena de 07 o /77 m de largo que capte seHales electromagnéticas emitidas por estaciones de radio líneas eléctricas tormentas atmosféricas motores eléctricos etc. Sismógrafo Los sismógrafos son aparatos electrónicos que amplifican filtran y registran las seHales eléctricas generadas por los detectores de ondas sísmicas. 'quivalen en cierta forma a un osciloscopio de m8ltiples canales. Los sismógrafos usados actualmente en refracción tienen ), , C o 0 canales. 2ada canal recibe una seHal eléctrica independiente y tiene su propio módulo de amplificación filtrado y memoria. Si un canal se estropea o suprime los demás no quedan afectados. Los sismógrafos de refracción tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 7 a =7 decibeles con paso de 0 decibeles. 's posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rango. 1isponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda recha&abanda y filtro estrecho !notch# de 07 9&. 'stos filtros en la prospección por refracción están destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental !ruido no generado por la fuente sísmica#. Mn ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondas sísmicas" sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental también afecta la forma de la seHal sísmica ya sea haciéndola más suave o provocando que presente más ri&os seg8n el tipo de filtro usado.
%mbos efectos son inconvenientes para determinar con exactitud el tiempo de primera llegada. Los sismógrafos también poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas. 'n el monitor se pueden observar las seHales recibidas de los detectores en tiempo real *igual que en un osciloscopio* o las seHales grabadas en la memoria del sismógrafo después de efectuar un registro. La gráfica de las oscilaciones recibidas en un canal se denomina tra&a. 'n el monitor se mostrarán tantas tra&as como canales disponga el sismógrafo. Los sismógrafos actuales son digitales. 'sto implica dos características: ). La seHal eléctrica recibida de cada canal es JmuestreadaK a intervalos regulares de tiempo. 2ada muestra es un valor 14 de amplitud de la seHal medido en microvoltios. 1e esta forma no se tiene un registro continuo de la seHal como en una grabación analógica sino valores numéricos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 7.4 milisegundos. Si se efect8a un registro de ) segundo de duración con un intervalo de muestreo de 7.4 milisegundos entonces se tendrán ,777 valores de amplitud por cada tra&a. ,. Los valores de amplitud de las muestras sólo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango. 's decir la seHal está cuanti&ada. La representación digital de amplitudes es en base , debido a la lógica binaria de los circuitos electrónicos. 'ntonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismógrafo dependerá de cuantos bits se usen por muestra. 6alores típicos son C )7 ), y )0 bits por muestra. 2uantos más bits mayor es el rango de amplitudes menor es la posibilidad de que una seHal supere el valor máximo representable y más costoso es el sismógrafo. Los sismógrafos digitales tienen la capacidad de apilar: después que se efect8a un registro este queda guardado en la memoria electrónica del sismógrafo de forma que si se efect8a un segundo registro este 8ltimo se puede sumar al anterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos. 'sta técnica se usa para mejorar la relación seHalAruido es decir: destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relación al ruido incoherente ambiental. Si la seHal y el ruido mantienen sus características espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relación seHalAruido será n donde n es el n8mero de registros sumados. 1e acuerdo a esto para mejorar la relación seHalAruido dos veces deben sumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros. 'ste método es 8til mientras la relación seHalAruido de cada registro individual no sea demasiado baja. Si es pequeHa la cantidad de registros a sumar para mejorarla es tan grande que se torna impráctico. Gambién se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruido incoherente ambiental. Si el ruido es coherente y sobre todo si está asociado a la propia fuente la suma de registros no mejora la relación seHalAruido. 1ependiendo del sismógrafo se pueden presentar las tra&as en forma de oscilación simple o con área variable. 'n modo área variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir las llegadas de ondas de un canal a otro. 'l área variable es más 8til en registros de reflexión que de refracción. Se puede tener un registro permanente de varias formas. Mna es mediante una impresión en papel. 'l sismógrafo lleva incorporado un pequeHo impresor el cual
puede ser de tipo térmico o tipo electrostático. Los modelos de los aHos B7 usaban papel fotosensible y los primeros sismógrafos de prospección utili&aban película fotográfica la cual había que revelar después de la adquisición. Ntra forma conveniente de almacenar los registros sísmicos es mediante una unidad normal de disquetes de computadora la cual viene también incorporada al sismógrafo. Ntra forma es transferirlo vía puerto electrónico a una unidad externa de lecturaAescritura de cintas magnéticas o a una computadora. %ctualmente los sismógrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos en campo en el momento de la adquisición. Los programas necesarios pueden ser cargados desde 15 una unidad de disco. %lgunas de los procesos que pueden efectuar son: selección automática de los tiempos de primeras llegadas en refracción cálculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las tra&as en memoria reali&ar análisis de velocidad en reflexión etc. 3uentes (ara prospección por refracción existen dos fuentes principales de ondas sísmicas: explosivos y fuentes de impacto. 'xplosivos Los explosivos proporcionan la mayor cantidad de energía posible requerida en prospección. (roducen un pulso o vibración de corta duración alta intensidad y fase mínima todas ellas características deseables. La duración corta del pulso de explosión implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello es deseable para tener buena resolución y unos tiempos de primera llegada bien definidos. La alta intensidad es necesaria para poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente. 2uanto mayor sea la distancia que tenga que recorrer la onda sísmica desde la fuente hasta el receptor más se atenuará reduciendo de esta forma la relación seHalAruido. (or ello cuanto más largo sea el tendido o más atenuante el material se requerirá mayor cantidad de explosivo por disparo. Los explosivos son normalmente pólvora negra dinamita y fulminantes. La pólvora negra es menos potente tiene un tiempo de explosión más lento y presenta dificultades para su manipulación segura" sin embargo es más barata tiene mejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo !por ejemplo un bombillo de flash# y requiere menos permisos para su uso. La dinamita es más segura porque requiere una mayor energía de activación para iniciar la explosión y además es más potente. Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos más potentes como la dinamita pueden usarse por sí solos como fuente de energía. (ara aumentar su potencia se conectan varios en serie. Godas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosión. Ro debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elásticas no volar el suelo. 's mejor la explosión que ocurre sin ning8n efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra. La carga se aprovechará mejor cuanto mejor confinada esté y más rígido sea el material que la rodea. %l ocurrir una explosión los gases se expanden deformando el material del entorno. 9asta cierto radio desde el punto de la explosión la
deformación es plástica o anelástica la energía se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentro del rango no elástico. 'sta energía no se aprovecha para generar ondas sísmicas. % partir de cierta distancia la presión de la explosión disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que es donde comien&an a propagarse ondas elásticas. 2uanto más rígido sea el material mejor resistirá la presión de la explosión sin romperse ni deformarse en forma no lineal. Gambién por esta ra&ón las cargas pequeHas tienen un mejor rendimiento por peso de explosivo aunque en términos absolutos generen menos energía. Mnas reglas prácticas para mejorar el rendimiento de la explosión son: T 'xcavar el hoyo lo más profundo y estrecho posible. Si la excavación es manual esto implica una profundidad entre ).,4 y ,.77 m y un diámetro entre ), y ,7 cm . 2onviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote en material más compacto y no se pierda tanta energía por proyección de material hacia la superficie ni en la generación de ondas 16 superficiales. T Si el nivel freático está presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo. 'l suelo saturado presenta mayor resistencia a la deformación y así más energía de la explosión será invertida en generar ondas elásticas. T 2ompactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua. 'sto es para evitar que parte de la energía de la explosión se pierda en expulsar la tierra hacia la superficie. T 'vitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava. 'n estos casos el rendimiento suelo ser muy bajo. Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco con arcilla h8meda. Ro tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ning8n peso encima. Si sale proyectado el material con la explosión esto podría causar heridas daHar equipos romper vidrios de automóviles. Gampoco utili&ar tierra que contenga raíces plantas o ramitas porque debilita el taponamiento. La forma típica de detonar la carga en fuentes sísmicas es mediante el paso de una corriente eléctrica la cual activa un fulminante y este a su ve& la carga explosiva. 'n el caso de pólvora el fulminante puede ser un bombillo de flash que al quemarse prende la pólvora. 2on dinamita el fulminante es una pequeHa carga de una sustancia explosiva activada por un filamento eléctrico que se pone incandescente al pasar la corriente. 'l fulminante a su ve& proporciona la energía de activación necesaria para la dinamita. Se denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente sísmica y a partir del cual se calcula el tiempo de llegada de las ondas sísmicas. 'l sismógrafo requiere conocer el instante de la explosión o tiempo cero para iniciar el registro. 'sto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eléctrico o una seHal eléctrica. Mna forma consiste en colocar un geófono de referencia cerca del hoyo donde está la carga. 2uando ésta explota el geófono genera una fuerte seHal que es enviada mediante un cable eléctrico hasta el conector para tiempo cero en el sismógrafo. La seHal es tomada por el sismógrafo para iniciar la grabación. La
ventaja es su simplicidad. Los inconvenientes son: )# un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabación antes de tiempo ,# el tiempo cero está retrasado porque las ondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geófono de referencia este retraso debe ser corregido /# el geófono de referencia puede daHarse o perderse si sale proyectado material con la explosión. Ntra forma consiste en utili&ar la seHal eléctrica generada al cerrar el circuito eléctrico para explotar la carga. 'sto se reali&a mediante una derivación eléctrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismógrafo. Giene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosión debido a que el explosivo tarda cierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eléctrico. 'sto es particularmente notorio en explosivos lentos como la pólvora la cual puede tardar hasta 47 ms en quemarse mientras que la 17 precisión deseada en los tiempos de primera llegada es del orden de ) o , ms. Gambién se presenta retardo en la explosión si las pilas del detonador se encuentran agotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda más en alcan&ar la temperatura de ignición. %demás esta diferencia de tiempo es variable de una explosión a otra. 'l problema se reduce si se utili&an explosivos rápidos y baterías de automóvil para activar la detonación. Mna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eléctrico hasta la conexión de tiempo cero del sismógrafo. %l ocurrir la explosión el cable se rompe y el circuito eléctrico se abre siendo esta la seHal para que el sismógrafo inicie el registro. 'ste método tiene el inconveniente de requerir dos cables que entran al hoyo con la carga: uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero. 'n este caso se debe poner especial cuidado en identificar los cables para evitar accidentes: si por error se conecta el cable de detonación al circuito de tiempo cero del sismógrafo éste podría detonar la carga inesperadamente. 1e todas formas sea cual sea el método para establecer el tiempo cero cuando se utili&an explosivos como fuente de energía las ondas sísmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonación porque mientras se forma la cavidad explosiva la deformación del suelo no es elástica. 'ste retraso es mayor cuanto más blando sea el terreno. Si se tienen dudas de la certe&a del tiempo cero que utili&a el instrumento es conveniente colocar el sensor del primer canal cerca de la fuente y utili&ar la técnica de ruptura de circuito eléctrico para establecer el tiempo cero. Si todo funciona correctamente el tiempo de primera llegada en el primer canal debería ser de unos pocos milisegundos: que es aproximadamente el tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocó el explosivo. 'n la práctica debe estar entre , y 4 milisegundos para huecos menores de , m. 3uentes de impacto La más simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metálica. La mandarria pesa unos C $g. Mn golpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciría en la generación de ondas elásticas sino en la deformación no elástica del suelo. La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuer&a del
golpe en toda la superficie de contacto con el terreno por lo que la presión aplicada es relativamente pequeHa y de esta manera la deformación del suelo se mantiene dentro de su rango elástico. Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno. (ara ello se debe aplanar y librar de vegetación el sitio donde se coloque la placa. Si el suelo presenta cantos o grava es conveniente crear una cama de arcilla o arena para la placa. 1ebe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuente para mejorar el acople. Ntra fuente de impacto consiste en una masa metálica grande !47*)77 $g# que se deja caer desde una altura de unos , m. 2onviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme. (resenta algunas dificultades como son el transporte y manipulación de la masa y la necesidad de un trípode y sistema de poleas para al&arla. 'l tiempo cero se puede establecer utili&ando un geófono de referencia cerca de la 18 plancha o del punto de impacto. Giene los inconvenientes del retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro y la posibilidad de estropear accidentalmente el geófono. 2on mandarria se suele utili&ar un sensor de impacto o bien un circuito eléctrico especial que se atornilla o ata firmemente al mango. 2uando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eléctrico lo cual sirve de seHal al sismógrafo para iniciar el registro.
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6entajas y limitaciones del método por refracción 6entajas T (ermite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra. 'sto es difícil de lograr con métodos de reflexión. T La adquisición procesamiento e interpretación son relativamente rápidos y sencillos. T 's un método barato tanto por el equipo de adquisición de datos como por el procesamiento. T Ro requiere el uso de filtros espaciales ni técnicas de cobertura m8ltiple. T La determinación de las velocidades es bastante sencilla. T La identificación de las ondas de interés es sencilla porque son las primeras llegadas. 1esventajas T (resenta limitaciones impuestas por la física de propagación de ondas tales como el fenómeno de inversión de velocidad el de capa delgada el solapamiento de ondas cónicas de un mismo refractor difracciones refracciones no críticas. T (resenta limitaciones de resolución debidas a la atenuación rápida de las longitudes de onda corta. T (ara detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitud. T 2apas más profundas son más difíciles de diferenciar por su velocidad en las dromocrónicas. T Sólo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contrastede velocidad y mayor espesor. T 'n la práctica está limitado a profundidades hasta unos )77 metros y a / o estratos principales. T Ro es fácil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan me&cladas con ondas ( de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc. 'n consecuencia el método presenta dificultad para determinar parámetros elásticos dinámicos.
CONCLUSION 20
La Sismologia 's la ciencia escencial para cualquier tipode prospeccion geodesica de cualquier indole. Los metodos que existen son los medios para poder reali&ar dicho reconocimiento de alguna &ona geologica especifica .
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"EB #RAFIA
http:AAUUU.osso.org.coAdocuAtesisA,77)AcomportamientoArefraccion.pdf http:AAUUU.criba.edu.arAgeofisicaAmetodorefracc.pdf http:AAupcommons.upc.eduApfcAbitstreamA,7==.)A/7ABA),74*B.pdf http:AAUUU.gc.usb.veAgeocoordUebAGesisA(reAariaV,7%V,7Paya.pdf
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