Sismo 2da parte

Exploraciones MinerasAutor:

Susanne Griem-Klee

Exploraciones Mineras

Contenido4.1 Sismologa

4.2 Historia

4.3 Fundamentos tericos

4.3.1 Esfuerzo elstico (stress), deformacin (strain) y las constantes

elsticas

4.3.2 Ondas ssmicas

4.4 Rayos de onda y frentes de onda

4.5 Comportamiento de las ondas ssmicas incidentes en interfases

4.6 Mtodo ssmico de refraccin

4.7 Reflexiones ssmicas

4.8 Gefonos

4.9 Caractersticas de la ssmica de refraccin y de las reflexiones

ssmicas

4.10 Ejemplos

4.5 Comportamiento de ondas ssmicas incidentes en interfases

Comportamiento de las ondas ssmicas en una interfase horizontal entre

dos distintos medios litolgicos

A partir de una fuente de ondas ssmicas situadas en la superficie como un tiro o

un peso cayndose en el suelo se generan distintas ondas de las siguientes

caractersticas:

La onda directa se propaga a partir de la fuente de ondas ssmicas en el medio

superior con la velocidad uniforme v1.

La onda reflejada se engendra por la reflexin de la onda directa incidente en la

interfase entre medio 1 y medio 2 y se propaga con la velocidad v1.

Una porcin 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.

La onda de Mintrop se genera, cuando la onda directa incide con el ngulo

crtico crtico en la interfase. El ngulo crtico es el ngulo de incidencia, para

que el ngulo de refraccin refraccin = 90. La onda de Mintrop corre a lo largo de la interfase con la velocidad v2 correspondiente al segundo medio.

4.5 Comportamiento de ondas ssmicas incidentes en interfases

Comportamiento de la amplitud de la onda ssmica en lmites entre dos medios

Las proporciones reflejadas y refractadas de una onda ssmica incidente en un lmite entre

dos medios dependen de las caractersticas de los medios vp, vs y r y del ngulo de

incidencia.

Las razones de las amplitudes de la onda reflejada y de la onda incidente Ar/Ai son las

races cuadradas de las razones de las energas correspondientes a la onda reflejada y la

onda incidente Er/E Ar/Ai = (Er/Ei), segn Grant & West (1965).

Para el caso de la incidencia normal (ngulo de incidencia = 0) vale:

(Er/Ei) = Ar/Ai = Rinorm = [(r2v2) - (r1v1)]/[(r2v2) + (r1v1]

donde

Ei = energa de la onda incidente

Er = energa de la onda reflejada

Ai = amplitud de la onda incidente

Ar = amplitud de la onda reflejada

4.5 Comportamiento de ondas ssmicas incidentes en interfases:

Comportamiento de las ondas ssmicas en una interfase horizontal entre dos

distintos medios litolgicos

Rinorm = [(r2v2) - (r1v1)]/[(r2v2) + (r1v1] = coeficiente de reflexin en el caso de la incidencia normal.

r = densidad del medio

v = velocidad del medio

Para el caso de la incidencia

normal el coeficiente de

transmisin es:

T1/2 = (2r1v1)/[(r2v2) + (r1v1)]


Grfico distancia-tiempo

Un perfil ssmico se compone de los gefonos alineados a lo largo

de una lnea de perfil y con un espaciamiento de acuerdo al mtodo

a aplicar (reflexin o refraccin) y del punto de tiro, donde se genera

las ondas ssmicas y que subdivide la lnea de perfil en dos partes.

En el grfico distancia-tiempo se presenta la primera llegada de las

ondas ssmicas despus de haber recorrido por el subsuelo en

funcin de la distancia. Segn su interaccin con las interfases entre

las distintas formaciones rocosas se distingue tres tipos de ondas.

Onda directa Onda reflejada Onda de Mintrop



En el caso de dos capas orientadas horizontalmente los tres tipos de ondas poseen

las caractersticas siguientes:

Onda directa: se propaga

en la formacin rocosa

superior con la velocidad v1correspondiente a la

formacin rocosa superior.

Su curva distancia-tiempo

es recta y origina en el

origen del sistema de

coordenadas, su pendiente

pD es:

pD = t/x.

El tiempo de llegada de la

onda directa se calcula de

modo siguiente:

tD(x) = x/v1.

Por consiguiente la

velocidad v1 se obtiene de

la manera siguiente:

v1 = x/tD.




las caractersticas siguientes:

Onda reflejada: se propaga

por la formacin rocosa

superior, incide en la primera

interfase y se refleja de

acuerdo con la ley de

reflexin: incidencia =

reflexin.

La curva distancia-tiempo es

una hiprbola convexa cuyo

vrtice se sita en el eje del

tiempo, lo cual figura el eje

de simetra de la hiprbola.

La curva recta de la onda

directa es la asintota de esta

hiprbola. El tiempo de

llegada de la onda reflejada

tR es:

tR(x) = (2/v1) ((x2/4) + h2).




las caractersticas siguientes: En consecuencia la onda est refractada

formando un ngulo de refraccin de 90

y corre a lo largo de la primera interfase

con la velocidad v2 correspondiente a la

formacin rocosa inferior. La curva

correspondiente al recorrido de la onda

de Mintrop es una recta con pendiente

pM = 1/v2 y con interceptacin en el eje

del tiempo. El tiempo de recorrido de la

onda de Mintrop tM se calcula de la

manera siguiente:

tM(x) = (x/v2) + 2h ((1/v12) (1/v22)).El tiempo de interceptacin tinterceptacin es

dado por el segundo trmino de la

ecuacin,

tinterceptacin = 2h ((1/v12) (1/v22)).El punto, en que la curva

correspondiente a la onda de Mintrop

cruza la curva correspondiente a la onda

directa entrega la distancia y el tiempo,

en que la onda de Mintrop adelanta la

onda directa y por consiguiente llega

ms temprano en los gefonos.

Onda de Mintrop: se produce cuando la onda incide

con el ngulo crtico en la primera interfase.



A partir de las funciones para el tiempo de recorrido o llegada

respectivamente de las ondas se puede deducir la potencia h de la

formacin rocosa superior.

Para la distancia x en que la onda de Mintrop adelanta la onda directa vale:

tM (x) = tD (x).

Para la distancia, en que la primera vez la onda de Mintrop aparece (reflexin de la onda en la primera interfase con el ngulo crtico) vale:

tR (x) = tM (x).

A travs de la frmula valida para el tiempo de interceptacin tinterceptacinse obtiene la potencia h de primera formacin rocosa.

tinterceptacin = 2h ((1/v12) (1/v22))

A travs de la curva correspondiente a la onda reflejada y x = 0:tR (x=0) = (2/v1) h.


El mtodo de refraccin se aplica en la ingeniera en la exploracin de

minerales y en la ingeniera civil por ejemplo:

para determinar la profundidad a una capa rocosa cubierta por aluviones por ejemplo.

para estimar la profundidad hacia una capa rocosa cubierta con sedimentos no consolidados.

para averiguar la posibilidad de fracturamiento de las rocas.


El mtodo de refraccin ms

sencillo para determinar la

profundidad a un lecho

rocoso como una secuencia

de areniscas o un manto

andestico cubierto por

aluviones es el mtodo

ABC. A y B denotan disparos

ubicados en los dos

extremos de un perfil, el

disparo C se sita en la

mitad del perfil (vase figura

refrac01.cdr).


La profundidad vertical con respecto al disparo C se calcula

del modo siguiente:

hc = 1/2 (tCA + tCB - tAB) (v1 v2)/(v22 - v12)

hc = profundidad al lecho rocoso

desde el disparo C medido

verticalmente con respecto a la

interfase situada entre el

recubrimiento y el lecho rocoso.

tCA, tCB, tAB = tiempos de viaje de

superficie a superficie de un disparo

al otro.

v1 = velocidad del recubrimiento.

v2 = velocidad correspondiente al

lecho rocoso.


Si v2 >> v1, lo que es un caso frecuente, se puede reemplazar

v2 por v1 obteniendo:

hc 1/2 v1 (tCA + tCB - tAB) En esta forma el clculo de la profundidad depende solo de la

velocidad correspondiente al

recubrimiento (v1) y de los tres

tiempos de recorrido.

Si v2 > 3v1 se obtiene un valor para hc con un error menor a 6%.

Se puede aplicar la frmula sencilla

'hc 1/2 v1 (tCA + tCB - tAB)', si las siguientes condiciones estn

cumplidas:

El recubrimiento debe ser homogneo.

La profundidad del lecho rocoso vara solo suavemente (echado

pequeo).

El contraste en las velocidades correspondientes al recubrimiento y

al lecho rocoso es grande.

La ausencia de refraccin de alta velocidad siempre indica, que a

profundidades someras menores a aproximadamente un tercio de la longitud

del perfil de refraccin no se encontrarn capas rocosas.

Las velocidades de refraccin correspondientes a las rocas intemperizadas y

capas rocosas cubiertas con suelo indican una roca fracturada si son menores

de 2100 a 2400m/s.



Caso de una interfase inclinada entre dos capas rocosas

En este caso la reconstruccin de la interfase entre las dos capas rocosas

requiere dos tiros ubicados en los extremos del perfil ssmico. A travs de las

curvas de las ondas directa y de Mintrop se puede delinear la interfase entre

las dos capas rocosas.

A partir de uno de los tiros, por ejemplo del tiro B la onda de Mintrop corre en

contra del buzamiento de la interfase. Corriendo en contra el buzamiento en la

superficie se detecta una velocidad v2+ aparente mayor que la velocidad

verdadera correspondiente a la capa inferior (vase fig. refrac3.cdr).

A partir del otro tiro (contratiro) la onda de Mintrop corre a favor del buzamiento

de la interfase y en la superficie se detecta una velocidad aparente v2- menor

que la velocidad verdadera correspondiente a la capa inferior.


v2aparente = ds/t di/t = v2, donde

v2aparente = velocidad

detectada en la superficie

v2 = velocidad con que la

onda de Mintrop se propaga

a lo largo de la interfase

ds = distancia que corre la

onda de Mintrop a lo largo de

la superficie

di = distancia que corre la

onda de Mintrop a lo largo de

la interfase

t = tiempo de recorrido


Recorrido de los rayos reflejados en el caso de dos medios con interfase horizontal

entre ellos, grfico distancia-tiempo y grafico x2/t2 correspondiente.


Recorrido de los rayos reflejados en el caso de tres medios con interfases

horizontales entre ellos, grfico distancia-tiempo y grafico x2/t2 correspondiente.


A travs de los datos entregados por las reflexiones ssmicas se puede

construir el horizonte de reflexin aplicando uno de los mtodos siguiente.

Mtodo de la tangente

4.7 Reflexiones ssmicas: Mtodo de las imgenes

4.8 Gefonos

Generalmente en la superficie terrestre firme se detecta el movimiento

de las partculas generado por una fuente energtica relacionando la

velocidad de las partculas con el tiempo.

Gefono = unidad en contacto directo con la superficie terrestre, que

convierte el movimiento de la superficie generado por un tiro por

ejemplo en seales elctricas.

Casi todos los gefonos empleados para la prospeccin ssmica a

partir de la superficie terrestre firme son de este tipo

electromagntico.

Las seales se introducen en un sistema instrumental, que entrega la

presentacin de la informacin geolgica del subsuelo como producto

final.

Usualmente esta presentacin es una seccin por el subsuelo a lo

largo de un perfil, que se basa en los datos detectados y corregidos.

4.8 Gefonos

En operaciones submarinas se observan la variacin de la presin, que

resulta del recorrido de las ondas ssmicas por el agua.

Hidrfono = instrumento de deteccin, sensible a la presin.

Como sensores de presin se utilizan cristales piezoelctricos o elementos

cermicos comparables, los cuales generan un voltaje proporcional a la

presin instantnea del agua asociada con la seal ssmica.

La presin es proporcional a la velocidad de las partculas de agua

movidas por la seal ssmica.

Streamer = instrumento sensible a la presin del agua es el streamer: se sita

en un tubo de plstico llenado con aceite que transmite las variaciones de la

presin en el agua al elemento sensible en la unidad de deteccin dentro del

tubo. Generalmente el tubo es acstica y ptimamente transparente. Se lo

mantiene con una boyancia de +1%. En consecuencia el cable flotar hacia la

superficie cuando se lo desconecta del barco remolcador.

Los cables se pueden acomodar a las variaciones de la densidad del agua

debidas a variaciones en la temperatura o la salinidad del agua por medio de

lminas delgadas de plomo que se puede envolver alrededor de los cables.

4.8 Gefonos

A partir de la superficie terrestre firme en la ssmica de refraccin se utilizan los

gefonos sensibles a vibraciones entre 5 y 100 ciclos per segundos (cps), en

las reflexiones ssmicas se utilizan los gefonos sensibles a vibraciones entre

10 y 150 cps.

El gefono slo responde a la componente vertical del movimiento del suelo.

Los gefonos funcionan segn los mismos principios que aquellos de los

sismgrafos, que se emplean para el registro de las ondas ssmicas generadas

por un terremoto o un temblor.

Como se quiere registrar los movimientos del suelo de un orden de 10-8cm =

10-10m = 0,1nm los gefonos estn equipados con amplificadores y registros

elctricos.

Se distinguen los siguientes tipos de gefonos: los gefonos

electromagnticos, de reluctancia variable, de capacidad, piezoelctrico o tipo

de presin.

4.8 Gefonos

El gefono puesto al lado es un

modelo tpico empleado en la ssmica

de refraccin y las reflexiones

ssmicas. La moneda de un quarter ilustra el tamao del gefono que no

supera unos centmetros. Encima de

la masa envuelta por un alambre de

cobre se encuentra el resorte que

conecta la masa con la caja. La parte

de la caja de color plata situada

dentro de la caja azul y visible en los

bordes de la caja azul magnetizada.

Los cables que salen de los dos lados

de la caja azul transmiten las

variaciones de voltaje hacia el sistema

de registro. El largo clavo de color

plata ubicndose debajo de la caja

azul se usa para introducir y sujetar el

gefono en el suelo y se lo hunde

completamente en el suelo.

Figs.: Figura de Boyd, T.

et al. Introduction to

Geophysical Exploration.

Geophones. Online.

http://www.earthsci.unimel

b.edu.au/ES304/MODULE

S/SEIS/NOTES/geophone

.html

4.8 Gefonos: Gefono electromagnticoMs sencillo, ms empleado de los varios tipos de gefonos.

Se constituye de una bobina y de un imn.

Uno de estos dos elementos est fijado rgidamente con respecto a la superficie terrestre

de tal manera, que se mover junto con la superficie terrestre en repuesta a los

movimientos ssmicos. El otro es el elemento inerte y cuelga sujetado por un resorte en un

soporte fijo.

Cualquier movimiento relativo entre la

bobina y el imn produce una fuerza

electromotriz entre los terminales de la

bobina. El voltaje correspondiente a esta

fuerza electromotriz es proporcional a la

velocidad del movimiento. En la mayora

de los gefonos construidos para la

prospeccin ssmica la bobina presenta el

elemento inerte y el imn forma una parte

del cajn, que se mueve, si la superficie, en

que se ubica el cajn, se mueve.

La sensibilidad del gefono depende de la

fuerza del imn, de la cantidad de espiras

de la bobina y de la configuracin del

sistema.

El tamao de los gefonos

electromagnticos no sobresale la altura de

10cm.

4.8 Gefonos: Gefono de reluctancia

Se constituye de un sistema de bobina y armadura, siendo el elemento inerte y de una pareja de

imanes permanentes alineados en oposicin magntica y separados entre s por un espacio de aire

Los imanes, que estn unidos con una caja por medio de un resorte presentan el elemento rgido

movindose con las partculas de la superficie terrestre debido a un evento ssmica.

En la posicin del equilibrio los dos entrehierros son iguales y los circuitos magnticos de los imanes

superior e inferior al tener fuerzas electromotrices opuestas, pero del mismo valor se anulan

exactamente, no pasa un fluido electromagntico por la armadura.

En un desplazamiento de su posicin de

equilibrio los dos entrehierros no son iguales y la

reluctancia del circuito magntico formado por el

imn superior y la armadura no es igual a la

reluctancia del circuito generado por el imn

inferior y la armadura.

Por lo tanto pasar un flujo electromagntico por

la armadura y la bobina producir una fuerza

electromotriz a medida que este flujo vare. El

mximo de variacin tiene lugar cuando la

armadura pasa por la posicin de equilibrio y el

voltaje inducido tiene su valor mximo.

En la posicin del desplazamiento mximo el

voltaje es cero.

Este tipo de gefono responde a la velocidad,

por consiguiente su seal de salida est

desfasada 90 con respecto al desplazamiento de las partculas movindose debido a un evento

ssmico.

Elemento inerte = masa sujetada en

una de las placas de un condensador.

Elemento rgido = otra placa del

condensador conectada con el suelo.

Movimiento del suelo causa una

variacin de la capacidad del

condensador y por consiguiente se

produce una variacin de la capacidad

del condensador.

En un tipo de estos gefonos la

capacidad variable altera la

sintonizacin y por lo tanto la potencia

de salida de un circuito oscilatorio.

En un otro tipo la variacin de la

capacidad regula el voltaje de rejilla

del primer paso de un amplificador,

como lo sucede en un microscopio

electrosttico.

La salida de corriente es proporcional

al desplazamiento, si la frecuencia

natural est por debajo de la gama de

frecuencias ssmicas que hayan de ser

registradas.

4.8 Gefonos:. Gefono de capacidad

4.8 Gefonos:. Gefono piezoelctrico

Peso descansando sobre una batera de placas hechas de algn material

piezoelctrico sensible a la presin tal como cuarzo, turmalina, titanita de bario, que

fueron cortados paralelamente a sus ejes pticos o como un material cermico de la

misma caracterstica.

Una aceleracin del suelo hacia

abajo disminuir el peso aparente

de la masa, una aceleracin del

suelo hacia arriba aumentar la

presin sobre los cristales.

La variacin de la presin induce

variaciones de voltaje en las

placas y por consiguiente se mide

las aceleraciones en lugar de los

desplazamientos (gefono de

capacidad) o de las velocidades

(gefonos electromagnticos y de

reluctancia).

4.8 Gefonos: Frecuencia natural y amortiguamiento de los gefonos

Cada detector ssmico sea construido para detectar terremotos naturales o para

registrar las ondas ssmicas generadas en la prospeccin ssmica, se caracteriza

por un perodo de oscilacin natural, que depende de la masa y de la fuerza

restauradora de la suspensin elstica del resorte.

En un gefono electromagntico el perodo de oscilacin natural T depende de la

masa m del elemento inerte y de la flexibilidad del resorte k (stiffness coefficient).

La flexibilidad del resorte se expresa por medio de una constante de

proporcionalidad, que relaciona la fuerza, que acta en el resorte, con la

elongacin correspondiente a esta fuerza.

La frmula siguiente expresa la relacin arriba explicada:

T = 2(m/k), donde

T = perodo de oscilacin natural

m = masa del elemento inerte (imn o bobina)

k = flexibilidad del resorte

La frecuencia es el recproco del perodo, por consiguiente vale:

f = 1/T = 1/(2)(k/m)


Con un amortiguamiento pequeo del gefono, cualquier impulso ssmico introducido y

causando un movimiento del resorte genera una seal de salida oscilatoria con una

frecuencia, que es el recproco del perodo de oscilacin natural.

Pero de este modo no se acenta la repuesta a una seal introducida en el gefono como

es deseable para la deteccin de ondas ssmicas.

Introduciendo un amortiguamiento propio (una friccin interna) se puede aproximar la

repuesta del gefono a todas las frecuencias mayores que la frecuencia de

resonancia del gefono.

En este modo la seal de salida del gefono da una representacin de alta fidelidad con

respecto al movimiento de la superficie terrestre.

En los gefonos antiguos se realizaron el amortiguamiento del gefono por el arrastre

viscoso de una lmina metlica sumergida en aceite para producir un amortiguamiento

mecnico viscoso.

En los gefonos dinmicos modernos se emplea un amortiguamiento elctrico

suprimiendo la oscilacin mecnica por medio de corrientes parsitas.

Generalmente los gefonos empleados en la prospeccin ssmica son caracterizados por

repuestas de forma somera. En circunstancias, en que la deteccin de una seal distinta

(como este por ejemplo que corresponde a la primera interfase en la refraccin ssmica) es

de importancia mayor en comparacin al registro de la forma de onda, y si esta seal est

superpuesta por un fondo de alto nivel, sharp tuning del detector con respecto a la frecuencia dominante de la seal esperada puede ser la nica manera para observar la

seal de mayor importancia.


Generalmente los gefonos empleados en la prospeccin ssmica son

caracterizados por repuestas de forma somera.

En circunstancias, en que la deteccin de una seal distinta (como este por

ejemplo que corresponde a la primera interfase en la refraccin ssmica) es de

importancia mayor en comparacin al registro de la forma de onda, y si esta

seal est superpuesta por un fondo de alto nivel, sharp tuning del detector con respecto a la frecuencia dominante de la seal esperada puede ser la nica

manera para observar la seal de mayor importancia.


Teorticamente la ausencia del amortiguamiento del gefono resulta en una repuesta

infinita a la resonancia. En un diagrama donde el eje y representa las seales de salida

normalizadas (cociente: salida de voltaje dividida por la salida, que se obtendra por medio

de una excitacin con la misma amplitud de velocidad y con una frecuencia mucho mayor

que la frecuencia natural), y al eje x se atribuye el cociente siguiente: frecuencia de la seal

/frecuencia de la oscilacin natural del gefono 0, la curva (h = 0) correspondiente a un

sistema sin amortiguamiento es alta y aguda. En los sistemas con amortiguamiento la

altura y la agudeza de los altos de las curvas se disminuyen con el grado de

amortiguamiento subiendo. El grado mximo de amortiguamiento que se puede aplicar sin

destruir el carcter oscilatorio de la repuesta se denomina amortiguamiento crtico.

Un sistema amortiguado por la mitad de su valor critico (curva con h = 0,5) se caracteriza

por una curva con un alto, lo cual se produce a una frecuencia ms elevada que la

frecuencia natural.

Muchos geofsicos consideran un amortiguamiento de la mitad del valor crtico muy

adecuado para los gefonos empleados en las reflexiones ssmicas.

Con un amortiguamiento 0,707 veces el valor crtico el alto desaparece y la salida del

voltaje aumenta suavemente al aumentar la frecuencia, aproximndose asintticamente a

su valor mximo. La curva para un amortiguamiento critico sigue una marcha anloga.


Si se emplease un gefono con frecuencia natural de 6Hz como es comn en las

reflexiones ssmicas con frecuencias dominantes alrededor de 30Hz, no habra necesidad

de regular el amortiguamiento con tanto cuidado como en un gefono de la misma

frecuencia natural de 6Hz empleado en la refraccin ssmica, en la cual se encuentran

frecuencias tan bajas como de 5Hz.

La frecuencia natural del gefono se puede manipular por medio del resorte de un cierto

valor k (= flexibilidad del resorte), que entra en la frmula para calcular la frecuencia. Se

elige la frecuencia natural del gefono teniendo en cuenta la frecuencia mnima de la seal

a detectar. En los tiempos pasados en las reflexiones ssmicas se han preferido restringir

las frecuencias a las partes elevadas de la gama total pasada por la Tierra y suprimir las

frecuencias bajas (que podran ser asociadas con el ruido del fondo). De tal modo se ha

utilizado el gefono mismo como un filtro de paso alto y las frecuencias naturales comunes

de los gefonos se ubicaron a 30Hz o ms. Hoy da se suprime el ruido de fondo

colocando los tiros en una forma adecuada y por medio de la configuracin de los

gefonos. Por esto se puede utilizar gefonos de frecuencias naturales menores por

ejemplo de 20Hz, de 8 y 6 Hz en las reflexiones ssmicas, que pueden detectar las seales

de frecuencias ms bajas procedentes de las formaciones geolgicas de la corteza

terrestre ms profundas. El mercado ofrece los gefonos adecuados para las reflexiones

ssmicas con una gama de frecuencia natural desde 4,5 y 100Hz.

En la refraccin ssmica generalmente se emplea gefonos con frecuencias naturales

menores de 10Hz (normalmente menores de 5Hz con la excepcin de los gefonos

empleados en configuraciones de larga distancia entre tiro y gefono).

4.8 Configuracin de un conjunto (=array) de gefonos en las reflexiones ssmicas

Generalmente se agrupa varios gefonos (grupos de 24, 48 o 96 gefonos), de

tal modo que se puede sumar las salidas de todos los gefonos del grupo.

La seal detectada por un grupo de gefonos es amplificada, sometida a un

proceso de filtro y regulada en lo que concierne su amplitud y se la graba en

forma anloga o digital.

Los grupos de gefonos se combinan de tal manera formando una configuracin

adecuada para atenuar (suprimir) ptimamente las seales provenientes de las

ondas superficiales y del movimiento de suelo y acentuando la seal de

reflexin.

La combinacin de los grupos de gefonos se denominan array.

4.8 Configuracin de un conjunto (=array) de gefonos en las reflexiones ssmicas

Se registra:

los tiempos de recorrido o llegada respectivamente de las ondas ssmicas para localizar los horizontes de reflexin.

las amplitudes de las seales para determinar los cocientes de reflexin.

En el caso de los gefonos muy cercanos con respecto al lugar del tiro las

amplitudes de la onda reflejada y de la onda directa estn relacionadas de 1 :

106 :

Las seales provenientes de vibraciones ssmicas causadas por el trfico, el

viento, las maquinas pesadas, el movimiento de agua y las explosiones mismas

como las ondas superficiales y transversales no se quiere registra. Si tales

seales superponen los registros de las seales de reflexin se debe aplicar un

proceso de filtro para separar las distintas seales.

4.9 Fuentes de energa ssmica superficial: Mtodo VibroseisMR

La fuente VibroseisMR transmite energa al suelo en un intervalo de tiempo de varios

segundos. Una seal de control provoca que un vibrador (usualmente hidrulico) ejerza

una presin variable sobre una placa de acero, la cual es presionada contra el suelo por el

peso del vehculo. En el intervalo de tiempo de transmisin de la energa ssmica al suelo

o es decir en un barrido la presin ejercida al suelo vara con el tiempo. La variacin de la

presin puede ser positiva (desde presiones bajas hacia altas) o negativa. En lo comn la

amplitud A(t) de las ondas ssmicas es constante excepto durante los 0,2s iniciales y

finales cuando aumenta desde cero o disminuye hacia cero. Un barrido dura usualmente

de 7 a 35s con una frecuencia, que vara de 12 a 60Hz (o viceversa).

Debido a que las reflexiones ssmicas ocurren a intervalos de tiempo mucho menores que

7s, el registro ssmico es la superposicin de muchos trenes de ondas y en consecuencia

los registros son difciles a interpretar. El subsiguiente procesamiento de datos es

indispensable para la interpretacin de los datos obtenidos. En efecto, el procesamiento

(correlacin cruzada con el barrido) comprime cada tren de ondas de regreso dando una

ondcula corta, de tal modo eliminando una gran parte del traslape.

Como las fuentes VibroseisMR producen energa ssmica de baja densidad, se las puede

emplear en reas donde el uso de explosivos y otras fuentes causara grandes

daos como por ejemplo en las ciudades.

Actualmente el VibroseisMR se usa en ms de un tercio de la exploracin ssmica terrestre.

4.10 Procesamiento de los datos

El procesamiento de los datos ssmicos posibilita la deteccin de las seales en

presencia de ruido. El objetivo de la mayor parte del procesamiento de datos es

destacar la seal con respecto al ruido.

Los datos ssmicos se conciben generalmente como la variacin con el tiempo

de las amplitudes de diversas salidas de gefono. El tiempo se refiere al tiempo

de llegada medido desde el instante del tiro. Segn este punto de vista se est

considerando el dominio del tiempo o es decir el tiempo es la variable

independiente.

Una onda ssmica tambin se puede considerar como el resultado de la

superposicin de muchas ondas sinusoidales, que difieren en frecuencia,

amplitud y fase. En este caso las amplitudes relativas y las fases se toman

como funciones de la frecuencia y se considera el dominio de la frecuencia

(frecuencia f = v/).

4.10 Procesamiento de los datos

En el procesamiento de datos se aplican principalmente las tres tipos de

operaciones matemticas siguientes:

transformadas de Fourier convolucin correlacin.

Las transformadas de Fourier convierten el dominio del tiempo al dominio de la

frecuencia y viceversa. En principio no se pierde informacin en el procedimiento,

an en la aplicacin real de las transformadas ocurre cierta degradacin debido al

uso de aproximaciones, truncacin y otros procesos.

La convolucin es el equivalente matemtico del filtrado. Por ella cada elemento

de una entrada es reemplazado por una funcin de salida a escala. Un proceso

natural de filtrado es por ejemplo el paso de las ondas ssmicas a travs de la

Tierra. Se trata de reconstituir las seales de entrada de tal modo, que no haya

componentes de frecuencia mayor a la mitad de la frecuencia de muestreo. Tales

limitaciones en el muestreo y la reconstitucin de la seal se explica usando

conceptos de convolucin.

La correlacin es un mtodo para medir la similitud entre dos conjuntos de datos.

Por medio de la correlacin se puede extraer seales cortas de forma conocida de

largos trenes de ondas, como se lo lleva a cabo en el procesamiento de los datos

adquiridos por el mtodo VibroseisMR .

4.11 Caractersticas de la ssmica de refraccin y de las reflexiones ssmicas

Ssmica de refraccin

Mtodo ms antigua. Perfiles de 100km de longitud y ms. Mayor distancia entre tiro y gefonos. El parmetro relevante es la velocidad de las ondas correspondiente a una capa litolgica. Es decir una interfase caracterizada por una variacin en la densidad de

las rocas, donde la velocidad de las ondas no cambia, no se detecta aplicando la

ssmica de refraccin. Las velocidades correspondientes a las diferentes capas, en

que se propagan las ondas ssmicas, se obtienen a travs de la ssmica de

refraccin.

Se emplea energa de frecuencia baja entre aproximadamente 1 a 25Hz. Las frecuencias dominantes estn entre 5 y 20Hz.

Se emplea gefonos de frecuencia natural normalmente menores a 5 Hz, sensibles a vibraciones de 5 a 100Hz.

La configuracin de los gefonos es relativamente sencilla. El procesamiento de los datos y su interpretacin es difcil. Se la aplica en la deteccin de capas profundas, en el estudio de la estructura interna de la Tierra, en los principios de la prospeccin petrolfera antes de 1930, en

reas de morfologa pronunciada, en reas, donde una capa de referencia de alta

velocidad est cubierta por capas de velocidades menores.

4.11 Caractersticas de la ssmica de refraccin y de las reflexiones ssmicas

Las reflexiones ssmicas

Mtodo ms moderno y ms comn. Generalmente los perfiles se constituyen de agrupaciones de gefonos de 300m a 5000m de longitud. La longitud de la agrupacin de gefonos determina la longitud

del horizonte de reflexin cubierto: longitud del horizonte de reflexin cubierto =

media longitud de la agrupacin de gefonos instalada en la superficie. Se alcanza

estructuras ubicadas en profundidades hasta 10km. Por recubrimientos mltiples se

puede cubrir continuamente el horizonte de reflexin.

Menor distancia entre tiro y gefonos. Se determina la impedancia = producto de la velocidad y la densidad correspondiente a una capa. Se obtiene informaciones acerca de la geometra de las

formaciones geolgicas (localizacin de interfases).

Se emplea energa ssmica de frecuencias alrededor de 30Hz. Las frecuencias dominantes estn entre 15 y 50Hz.

Se emplea gefonos de frecuencia natural de 6Hz o ms, sensibles a vibraciones entre 10 y 150Hz.

La configuracin de los gefonos es relativamente compleja.El procesamiento y la interpretacin de los datos son ms sencillos en comparacin a la ssmica de

refraccin.

Se las aplica en la ssmica marina, en la prospeccin petrolfera, en la prospeccin minera y en la ssmica subterrnea.

4.12 Ejemplos

Deduccin del espesor de la corteza terrestre (figuras en box 18-3, p.470 de PRESS &

SIEVERS, 1986)

Se instala una lnea de gefonos a lo largo de la superficie extendindose desde un punto tiro

en una direccin. En el tiro se lleva a cabo una explosin de tal modo generando ondas p. Las

ondas p se alejan del punto tiro en todas las direcciones. Algunas de ellas se propagan a lo

largo de la superficie, otras corren a lo largo del limite corteza/manto. La propagacin de las

ondas se puede ilustrar en un diagrama de la distancia recorrida versus el tiempo de llegada en

un punto definido (gefono) de la superficie ubicado a lo largo del perfil establecido.

La lnea recta partiendo del origen del sistema de coordenadas representa el recorrido de las

ondas, que se propagan directamente en la corteza y a lo largo de la superficie. Su pendiente

md se calcula de modo siguiente: md = 1/v1, donde v1 = velocidad de las ondas directas, que se

propagan en la corteza.

La lnea recta de pendiente menor, que intercepta el eje del tiempo en T, corresponde a las

ondas, que se propagan en el limite corteza/manto, conocidas como las ondas de Mintrop. Su

pendiente mMintrop es dado por mMintrop = 1/(v2), donde v2 = velocidad de las ondas de Mintrop.

Con las velocidades vd y vMintrop y el tiempo de interceptacin dados se puede calcular el espesor

Ecorteza de la corteza terrestre segn la frmula:

Ecorteza = (T/2) (vMintrop vd)/(vd2 VMintrop

2), donde T = tiempo de interceptacin.

La figura inferior ilustra el registro de ondas ssmicas en una distancia de 163km con respecto al

tiro (explosin de TNT). Las trazas corresponden a los registros de seis gefonos espaciados

100m entre s. Las ondas, que se han propagadas por la corteza y el manto estn denominadas

P1 (corteza) y P2 (manto) respectivamente.

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Sismo 2da parte