Métodos geofísicos - sismología
Introducción
Objetivo: Con los métodos geofísicos se puede investigar zonas sin acceso para el ser humano, como el interior de la tierra. En la búsqueda de yacimientos metalíferos (prospección, exploración) este métodos geofísicos pueden dar informaciones sin hacer una perforación de altos costos. Existen varios métodos geofísicos los cuales aprovechan propiedades físicas de las rocas. Pero todos los métodos geofísicos dan solamente informaciones indirectas, es decir nunca sale una muestra de una roca. Los resultados de investigaciones geofísicas son hojas de datos (números) que esperan a una interpretación.
Los métodos más usados:
a) Sismología
b) Gravimetría
c) Magnetometría
d) Geoelectricidad
2. La sismología
Mayor información véase: Apuntes Exploración Mineras: Sismología
Apuntes Geología General: Terremotos
2.1 Métodos sísmicos de exploración
Los métodos de exploración sísmicos se basan en la generación de ondas sísmicas por ejemplo por medio de una explosión o por medio de un rompedor de caída. Las ondas sísmicas son ondas mecánicas y elásticas, pues que las ondas sísmicas causan deformaciones no permanentes en el medio, en que se propagan. La deformación se constituye de una alternancia de compresión y de dilatación de tal manera que las partículas del medio se acercan y se alejan respondiendo a las fuerzas asociadas con las ondas, como por ejemplo en un elástico extendido. Su propagación se describe por la ecuación de ondas.
2.2 Tipos de ondas sísmicas:
Existen ondas de compresión, ondas transversales y ondas superficiales como Love o Rayleigh. Las Ondas de compresión son las más rápidas por eso se llaman ondas primarias (ondas P). Las ondas transversales son un poco más lentas, llegan un poco más tarde a la estación (Ondas secundarias u ondas P). Las diferencias en las velocidades se usa en la medición de temblores y terremotos. La diferencia entre la llegada de la onda "p" y de la onda "s" (delta t) corresponde a la distancia del foco. (delta t es grande, sí el foco es muy lejano, porque la onda p se propaga más rápido).
ANIMACIÓN
2.2.1 Ondas "p" u ondas longitudinales u ondas de compresión
Las partículas de una onda p, longitudinal o de compresión oscilan en la dirección de propagación de la onda. Las ondas p son parecidas a las ondas sonoras ordinarias. Las ondas p son más rápidas que las ondas s o es decir después un temblor en un observatorio primeramente llegan las ondas p, secundariamente las ondas s.
2.2.2 Ondas "s" u ondas transversales u ondas de cizalla
Las partículas de una onda s, transversal o de cizalla oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación. Se distingue las ondas sh, cuyas partículas oscilan en el plano horizontal y perpendicular a la dirección de propagación, y las ondas sv, cuyas partículas oscilan en el plano vertical y perpendicular a la dirección de propagación. En las ondas s polarizadas sus partículas oscilan en un único plano perpendicular a su dirección de propagación.
2.2.3 Ondas de Rayleigh
Rayleigh (1885) predijo la presencia de ondas superficiales diseñando matemáticamente el movimiento de ondas planas en un espacio seminfinito elástico.
Las ondas de Rayleigh causan un movimiento rodante parecido a las ondas del mar y sus partículas se mueven en forma elipsoidal en el plano vertical, que pasa por la dirección de propagación. En la superficie el movimiento de las partículas es retrógrado con respecto al avance de las ondas. La velocidad de las ondas Rayleigh (vRayleigh) es menor que la velocidad de las ondas s (transversales) y es aproximadamente vRayleigh = 0,9 x Vs, según DOBRIN (1988).
2.2.4 Ondas de Love
Love (1911) descubrió la onda superficial, que lleva su nombre estudiando el efecto de vibraciones elásticas a una capa superficial.
Las ondas de Love requieren la existencia de una capa superficial de menor velocidad en comparación a las formaciones subyacentes o es decir un gradiente de velocidad positivo (velocidad se incrementa) con la profundidad. Las ondas de Love son ondas de cizalla, que oscilan solo en el plano horizontal, es decir las ondas de Love son ondas de cizalla horizontalmente polarizadas.
2.3 Comportamiento de las ondas sísmicas en las rocas
Los parámetros característicos de las rocas, que se determina con los métodos sísmicos son la velocidad de las ondas p y s, el coeficiente de reflexión, la densidad. Propiedades de las rocas, que influyen estos parámetros son:
a) Petrografía, contenido en minerales.
b) Estado de compacidad.
c) Porosidad = porcentaje o proporción de espacio vacío (poros) en una roca.
d) Relleno del espació vacío o es decir de los poros.
e) Textura y estructura de la roca.
f) Temperatura.
g) Presión.
Una variación en una de estas propiedades de la roca puede ser relacionada por ejemplo con un límite entre dos estratos litológicos, con una falla o una zona de fallas, con un cambio en el relleno del espacio poroso de la roca.
Tabla: Las velocidades de las ondas en diferentes medios:
Objetivo: Con los métodos geofísicos se puede investigar zonas sin acceso para el ser humano, como el interior de la tierra. En la búsqueda de yacimientos metalíferos (prospección, exploración) este métodos geofísicos pueden dar informaciones sin hacer una perforación de altos costos. Existen varios métodos geofísicos los cuales aprovechan propiedades físicas de las rocas. Pero todos los métodos geofísicos dan solamente informaciones indirectas, es decir nunca sale una muestra de una roca. Los resultados de investigaciones geofísicas son hojas de datos (números) que esperan a una interpretación.
Los métodos más usados:
a) Sismología
b) Gravimetría
c) Magnetometría
d) Geoelectricidad
2. La sismología
Mayor información véase: Apuntes Exploración Mineras: Sismología
Apuntes Geología General: Terremotos
2.1 Métodos sísmicos de exploración
Los métodos de exploración sísmicos se basan en la generación de ondas sísmicas por ejemplo por medio de una explosión o por medio de un rompedor de caída. Las ondas sísmicas son ondas mecánicas y elásticas, pues que las ondas sísmicas causan deformaciones no permanentes en el medio, en que se propagan. La deformación se constituye de una alternancia de compresión y de dilatación de tal manera que las partículas del medio se acercan y se alejan respondiendo a las fuerzas asociadas con las ondas, como por ejemplo en un elástico extendido. Su propagación se describe por la ecuación de ondas.
2.2 Tipos de ondas sísmicas:
Existen ondas de compresión, ondas transversales y ondas superficiales como Love o Rayleigh. Las Ondas de compresión son las más rápidas por eso se llaman ondas primarias (ondas P). Las ondas transversales son un poco más lentas, llegan un poco más tarde a la estación (Ondas secundarias u ondas P). Las diferencias en las velocidades se usa en la medición de temblores y terremotos. La diferencia entre la llegada de la onda "p" y de la onda "s" (delta t) corresponde a la distancia del foco. (delta t es grande, sí el foco es muy lejano, porque la onda p se propaga más rápido).
ANIMACIÓN2.2.1 Ondas "p" u ondas longitudinales u ondas de compresión
Las partículas de una onda p, longitudinal o de compresión oscilan en la dirección de propagación de la onda. Las ondas p son parecidas a las ondas sonoras ordinarias. Las ondas p son más rápidas que las ondas s o es decir después un temblor en un observatorio primeramente llegan las ondas p, secundariamente las ondas s.
2.2.2 Ondas "s" u ondas transversales u ondas de cizalla
Las partículas de una onda s, transversal o de cizalla oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación. Se distingue las ondas sh, cuyas partículas oscilan en el plano horizontal y perpendicular a la dirección de propagación, y las ondas sv, cuyas partículas oscilan en el plano vertical y perpendicular a la dirección de propagación. En las ondas s polarizadas sus partículas oscilan en un único plano perpendicular a su dirección de propagación.
2.2.3 Ondas de Rayleigh
Rayleigh (1885) predijo la presencia de ondas superficiales diseñando matemáticamente el movimiento de ondas planas en un espacio seminfinito elástico.
Las ondas de Rayleigh causan un movimiento rodante parecido a las ondas del mar y sus partículas se mueven en forma elipsoidal en el plano vertical, que pasa por la dirección de propagación. En la superficie el movimiento de las partículas es retrógrado con respecto al avance de las ondas. La velocidad de las ondas Rayleigh (vRayleigh) es menor que la velocidad de las ondas s (transversales) y es aproximadamente vRayleigh = 0,9 x Vs, según DOBRIN (1988).
2.2.4 Ondas de Love
Love (1911) descubrió la onda superficial, que lleva su nombre estudiando el efecto de vibraciones elásticas a una capa superficial.
Las ondas de Love requieren la existencia de una capa superficial de menor velocidad en comparación a las formaciones subyacentes o es decir un gradiente de velocidad positivo (velocidad se incrementa) con la profundidad. Las ondas de Love son ondas de cizalla, que oscilan solo en el plano horizontal, es decir las ondas de Love son ondas de cizalla horizontalmente polarizadas.
2.3 Comportamiento de las ondas sísmicas en las rocas
Los parámetros característicos de las rocas, que se determina con los métodos sísmicos son la velocidad de las ondas p y s, el coeficiente de reflexión, la densidad. Propiedades de las rocas, que influyen estos parámetros son:
a) Petrografía, contenido en minerales.
b) Estado de compacidad.
c) Porosidad = porcentaje o proporción de espacio vacío (poros) en una roca.
d) Relleno del espació vacío o es decir de los poros.
e) Textura y estructura de la roca.
f) Temperatura.
g) Presión.
Una variación en una de estas propiedades de la roca puede ser relacionada por ejemplo con un límite entre dos estratos litológicos, con una falla o una zona de fallas, con un cambio en el relleno del espacio poroso de la roca.
Tabla: Las velocidades de las ondas en diferentes medios:
| Tabla: Las velocidades de las ondas en diferentes medios: | ||
| Medio | Velocidad de la onda primaria (vp) en m/ seg. | Velocidad de la onda secundaria (vs) en m/seg. |
| Granito | 5200 | 3000 |
| Basalto | 6400 | 3200 |
| Calizas | 2400 | 1350 |
| Areniscas | 3500 | 2150 |
| www.geovirtual2.cl | ||
 | Comportamiento de las ondas sísmicas en una interfase horizontal entre dos distintos medios litológicos A partir de una fuente de ondas sísmicas situadas en la superficie como un tiro o un peso cayéndose en el suelo se generan distintas ondas de las siguientes características: La onda directa se propaga a partir de la fuente de ondas sísmicas en el medio superior con la velocidad uniforme v1. La onda reflejada se engendra por la reflexión de la onda directa incidente en la interfase entre medio 1 y medio2 y se propaga con la velocidad v1. Una porción de la onda incidente en la interfase entre medio 1 y medio 2 pasa por la interfase y se refracta. La onda refractada se propaga en el segundo medio con la velocidad v2. A través de los datos entregados por las reflexiones sísmicas se puede construir el horizonte de reflexión que corresponde a un cambio de materiales. Por ejemplo diferentes estratos o fallas tectónicas. |
Principalmente se puede detectar con la sismología:
a) Límites de capas
b) Fallas
c) Rellenos de poros (como petróleo)
MÉTODOS GEOFÍSICOS
Se trata ahora métodos geofísicos de exploración de suelos, desarrollados principalmente con el propósito de determinar las variaciones en las características físicas de los diferentes estratos del subsuelo o los contornos de la roca basal que subyace a depósitos sedimentarios. Los métodos se han aplicado sobre todo a cuestiones de geología y minería y en mucha menor escala a Mecánica de Suelos, Para realizar investigaciones preliminares de lugares para localizar presas de tierra o para determinar, como se indicó, perfiles de roca basal. Los métodos son rápidos y expeditos y permiten tratar grandes áreas, pero nunca proporcionan suficiente información para fundar criterios definitivos de proyecto, en lo que a la Mecánica de Suelos se refiere. En el caso de estudios para fines de cimentación no se puede considerar que los métodos geofísicos sean adecuados, pues no rinden una información de detalle comparable con la que puede adquirirse de un buen programa de exploración convencional.
A continuación se describen brevemente los principales métodos que se han desarrollado hasta hoy; de ellos los dos primeros han resultado, los más importantes.
- Método sísmico: Este procedimiento se funda en la diferente velocidad de propagación de las ondas vibratorias de tipo sísmico a través de diferentes medios materiales. Las mediciones realizadas sobre diversos medios permiten establecer que esa velocidad de propagación varía entre 150 y 2.500 m/seg en suelos, correspondiendo los valores mayores a mantos de grava muy 
compactos y las menores a arenas sueltas; los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores para las arcillas duras y menores para las suaves. En roca sana los valores fluctúan entre 2.000 y 8.000 m/seg como término de comparación se menciona el hecho de que en el agua la velocidad de propagación de este tipo de ondas es del orden de 1.400 m/seg esencialmente el método consiste en provocar una explosión en un punto determinado del área a explorar usando una pequeña carga de explosivo, usualmente nitroamonio. Por la zona a explorar se sitúan registradores de ondas (geófonos), separados entre sí de 15 a 30 m. La función de los geófonos es captar la vibración, que se transmite amplificada a un oscilógrafo central que marca varias líneas, una para cada geófono.
compactos y las menores a arenas sueltas; los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores para las arcillas duras y menores para las suaves. En roca sana los valores fluctúan entre 2.000 y 8.000 m/seg como término de comparación se menciona el hecho de que en el agua la velocidad de propagación de este tipo de ondas es del orden de 1.400 m/seg esencialmente el método consiste en provocar una explosión en un punto determinado del área a explorar usando una pequeña carga de explosivo, usualmente nitroamonio. Por la zona a explorar se sitúan registradores de ondas (geófonos), separados entre sí de 15 a 30 m. La función de los geófonos es captar la vibración, que se transmite amplificada a un oscilógrafo central que marca varias líneas, una para cada geófono.
Fig. 5.11 Esquema del dispositivo para exploración geofísica
por el método sísmico.
- Método de resistividad eléctrica: Este método se basa en el hecho de que los suelos, dependiendo de su naturaleza, presentan una mayor o menor resistividad eléctrica cuando una corriente es inducida a través. Su principal aplicación está en el campo de la minería, pero en mecánica de suelos se ha aplicado para determinar la presencia de estratos de roca en el subsuelo.
La resistividad eléctrica de una zona de suelo puede medirse colocando cuatro electrodos igualmente espaciados en la superficie y alineados; los dos exteriores, conectados en serie a una batería son los electrodos de corriente (medida por un miliamperímetro), en tanto que los interiores se denominan de potencial de la corriente circulante.
El método sirve, en primer lugar, para medir las resistividades a diferentes profundidades, en un mismo lugar y, en segundo, para medir la resistividad a una profundidad, a lo largo de un perfil. Lo primero se logra aumentando la distancia entre electrodos, con lo que se logra que la corriente penetre a mayor profundidad. Lo segundo se logra conservando la distancia constante y desplazando todo el equipo sobre la línea a explorar.
Las mayores resistividades corresponden a rocas duras, siguiendo rocas suaves, gravas compactas, etc, y teniendo los menos valores los suelos suaves saturados.
- Métodos magnéticos y gravimétricos: El trabajo de campo correspondiente a estos métodos de exploración es similar, distinguiéndose en el aparato usado. En el método magnético se usa un magnetómetro, que mide la componente vertical del campo magnético terrestre en la zona considerada, en varías estaciones próximas entre sí. En los métodos gravimétricos se mide la aceleración del campo gravitacional en diversos puntos de la zona a explorar. Valores de dicha aceleración ligeramente más altos que el normal de la zona indicarán la presencia de masas duras de rocas; lo contrario será índice de la presencia de masas ligeras o cavernas y oquedades.
En general estos métodos casi no han sido usados con fines ingenieriles, dentro del campo de la Mecánica de suelos, debido a lo errático de su información y a la difícil interpretación de sus resultados.
No hay comentarios:
Publicar un comentario