Exploración Goesísmica

8/15/2019 Exploración Goesísmica

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COMISIÓN NACIONALDEL AGUA

SUBDIRECCIÓN GENERAL TÉCNICA

EXPLORACIÓN GEOSÍSMICA

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CAPITULO 1.INTRODUCCION

Hace algunos años, era ilusorio pensar en la aplicación de técnicas de ExploraciónSísmica en áreas como la Ingeniería básica, -que se realiza previamente a la construcciónde grandes obras de Ingeniería Civil -, debido a los costos y a la alta tecnología queimplican. En la industria petrolera el uso de técnicas como las de Sismología de Reflexiónhan tenido su auge debido a que los recursos invertidos en la exploración lo justifican

plenamente.

En los últimos diez años los métodos sísmicos se han vuelto accesibles en áreas deaplicación con recursos más modestos que los de la ingeniería petrolera, debidoprincipalmente al acelerado desarrollo de la industria electrónica.

Actualmente, las microcomputadoras con gran velocidad en el manejo de información,capacidad de memoria y almacenamiento de datos, realizan procesos que antaño sólo se

lograban en sistemas muy grandes y costosos; este mismo desarrollo ha posibilitado lafabricación de equipo de medición con características y precios que permiten su uso engran variedad de disciplinas con recursos limitados para la exploración, entre ellas, laIngeniería Civil, la Geotecnia, la Geohidrología y la Geotermia.

La Prospección Sismológica es una de las técnicas más usadas en los métodosgeofísicos de exploración o ingeniería geofísica, como es conocida actualmente. En laprospección sismológica existen los métodos de refracción y reflexión sísmica, que sonlos utilizados en la ingeniería petrolera, los mas conocidos y que mayor difusión han

tenido mediante artículos y libros especializados en la materia.

Otras técnicas sismológicas como el análisis de trayectorias directas de ondas elásticasentre pozos (Crosshole), la Tomografía sísmica y el análisis de vibraciones, hanencontrado un campo de acción propicio en la Ingeniería Civil, sumándose a ellas lastécnicas de análisis de riesgo sísmico que en la actualidad se utilizan casi obligadamentepara el diseño de grandes obras.

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TABLA 1.1. METODOS SISMICOS

METODO APLICACIÓN FUENTE

REFRACCION

- SOMERA- PROFUNDA- ONDAS TRANSVERSALES YLONGITUDINALES- SUBACUATICOS

M, E, MEEM

E, MEREFLEXION

- COMMON OFFSET- PUNTO DE REFLEJO COMUN- SISMOACUSTICOS

M, E, MEM, E, MEA

EN POZOS- UPHOLE- DOWNHOLE- CROSSHOLE

E, M, AE, M, AE, M, A

REGISTRO DE POZOS- REFRACCION- REFLEXION

- GAMMA-GAMMA

M, AM, A

RADMODULOS DINAMICOS

- IN SITU- EN MUESTRAS

MA, M

TOMOGRAFIAS- ENTRE POZOS- ENTRE UN POZO Y SUPERFICIE- ENTRE SOCAVONES

E,E, ME, M

ANALISIS DE VIBRACIONES- DE PARTICULA- DEL TERRENO

- EN EDIFICACIONES

E, N, CE, N, C

E, N, C

ESTUDIOS DE SISMICIDADNATURAL PARA INGENIERIACIVIL

- ACELERACION MAXIMA- PERIODO NATURAL DE VIBRACION DEL -TERRENO- RIESGO SISMICO- PELIGRO SISMICO- INTENSIDAD ESPERADA- VULNERABILIDAD DE ESTRUCTURAS

MF, N, CN, C

MFMFMF, N, CMF, N, C

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CAPITULO 2.TEORIA DE LA EXPLORACION SISMICA.

2.1. TEORIA BASICA DE LAS CNDAS

La exploración sismológica está fundamentada en la propagación 09 de un movimientoondulatorio, denominado perturbación, generado en la superficie del terreno y que se

propaga tridimensionalmente por el subsuelo. El movimiento ondulatorio resulta sersumamente complicado en su naturaleza física ; sin embargo la onda elemental quecompone a este fenómeno es representada matemáticamente en forma simple, como unafuncion senoidal:

Y = sen ( x ) (2.1a )

La función senoidal (ecuación 2.1a), varía el valor de -1 a +l en amplitud, y se requieren

2n radianes para completar un ciclo. Cualquier perturbación ondulatoria, sin importar suamplitud, frecuencia de oscilación y momento de inicio, puede ser representada por lafunción senoidal. Suponiendo que P represente la onda de esfuerzo que causa lavibración ondulatoria en el medio a través del cual se propaga, la ecuación que expresa alfenómeno es:

P = A sen [2 ππππ (x/ λλλλ - t/T) (2.1b)

En donde:

P = onda de esfuerzo

x = Distancia

t =Tiempo

A= Es la amplitud que es un parámetro positivo seleccionado arbitrariamente

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de la distancia x, y graficar la información captada como función del tiempo (figura 2.2), detal forma que las curvas esnoidales tienen una orientación vertical.

FIGURA 2.2MOVIMIENTO ONDULATORIO SENOIDALEN FUNCION DEL TIEMPO

La perturbación senoidal puede ser representada también usando los conceptos denúmero de onda k y de frecuencia angular w, de acuerdo con las siguientes relaciones:

k = 2 ππππ/λλλλ w = 2ππππ/T

por consiguiente, la perturbación senoidal se expresa como:

P = A Sen (kx - wt) (2.2)

También se puede expresar en términos de la velocidad de propagación V de acuerdocon la siguiente relación:

P = A sen 2x [(x/λλλλ - t/T)]

P = A sen [(2ππππ/λλλλ)(x - t(λλλλ /T)]P = A sen [k (x - Vt) (2.3)

en donde:

V = ωωωω/k = λλλλ/T

La cantidad ω es denominada frecuencia angular y sus unidades son radianes en launidad de tiempo; se relaciona con la frecuencia cíclica f (en Hertz) mediante la ecuación:

ωωωω= 2ππππf (2.4)

con:

f =1 / T

De la misma manera, el parámetro k se denomina número de onda regular (expresado en

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FIGURA 2.3SISMOGRAMA

Desde el puntodeVista físico, la perturbación sismológica se manifiesta como unavibración (E) en un punto del terreno, la cual puede ser representada matemáticamentecomo:

E = E (X - Vt) (2.6)

Considerando un sistema de referencia cartesiano, la vibración depende de la distancia Xy de la variable tiempo t; por consiguiente, la velocidad de la vibración U de un sitio delmedio es la primera derivada de E con respecto a la variable t, es decir:

u = δδδδz / δδδδt (2.7)

De la misma forma la aceleración a del punto, es la primera derivada de U (velocidad) conrespecto a la variable tiempo t. Si se denomina con p a la densidad del medio en donde sepropaga la perturbación sísmica como consecuencia del gradiente de presión P, secumple la ley de conservación del momento de la mecánica newtoniana, cuya expresiónmatemática es:

[Masa] [Aceleración] = Fuerza = - (Gradiente de presión)

p δδδδu/δδδδt = -δδδδp/δδδδx (2.8 )

la cual indica que un pequeño, volumen del medio se acelera si sobre él, se ejerce unafuerza que es producto de una diferencia de presiones.

Considerando que la velocidad de la vibración en la dirección de la vertical es Η , se

obtiene bajo el mismo razonamiento:

p δδδδππππΗ ΗΗ Η /δδδδt = -δδδδP/δδδδz (2.9)

La segunda ley física que tiene lugar es la de conservación de la energía. Al propagarsela onda de presión en el medio (el subsuelo), los elementos de volumen que loconstituyen se expanden, de tal forma que se produce un cambio de presión, proporcionalal módulo de compresibilidad (m) del medio. En términos de una ecuación se tiene:

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En donde los sensores registran una amplitud diferente para un mismo tiempo, dandolugar a un movimiento ondulatorio a lo largo de la dirección X (figura 2.5a); enconsecuencia, existe una longitud de onda aparente finita y un número de onda finito,como se presenta en la gráfica espectral (figura 2. 5b) .Un registro sísmico tiene gráficas de tiempo contra distancia, y como la relación tiempo-distancia produce el parámetro velocidad, entonces el inverso de la pendiente de la líneaque representa el frente de onda, es precisamente la velocidad aparente del movimientoondulatorio correspondiente. Así, por ejemplo, en la figura 2.6a se exhibe un registrosísmico teórico con eventos de reflexión de alta velocidad aparente, también se muestraneventos de menor velocidad aparente denominados Ground Roll.

FIGURA 2.6VELOCIDAD APARENTE

En el dominio espectral (figura 2.6b) se nota la separación de sus líneas de dispersión, yaque son eventos de distinta velocidad aparente, lo cual implica la posibilidad de usartécnicas de filtrado para separarlos, tal como se ilustra en las figuras 2.6c y 2.6d.

El registro sísmico es la traza de la oscilación de un sensor, que percibe el arribo de laenergía de vibraciones ondulatorias con distintas amplitudes.

2.2 TEORIA DE LA REFLEXION, REFRACCION Y DIFRACCION DE ONDAS.

El método de exploración sísmica permite obtener información de las característicasgeológico estructurales del subsuelo, mediante el uso de diversos sensores (geófonos),colocados en diferentes posiciones del terreno, los cuales registran vibraciones artificialesdel terreno.

La caracterización estructural (geométrica) del subsuelo, es posible debido a que laenergía ondulatoria generada se transmite en el terreno y la perturbación elástica serefleja, refracta y difracta cuando la onda incide en la frontera entre materiales conpropiedades elásticas (físicas) contrastantes.

Para poder analizar teóricamente la transmisión de ondas elásticas en un medio, primerose definen algunas simplificaciones que son asumidas para el desarrollo de la teoría:Medio Homogéneo se refiere a que éste no presenta variaciones en sus propiedades

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La idea de conceptualizar cada punto de un frente de onda, como un punto fuente queproduce una onda esférica secundaria que se propaga en forma tridimensional, esconocida como el Principió de Huygens.

En la figura 2.8, la curva AB representa la posición instantánea de un frente de onda.Después de un cierto intervalo de tiempo ∆T, se dibujan esferas de radio V(∆T) (V es lavelocidad de la onda) en cada punto del frente de onda AB. La envolvente de talesesferas secundarias suministra la nueva posición del frente de onda denominada A’ B’

FIGURA 2.8FRENTE DE ONDA ONDULATORIO

PRINCIPIO DE HUYGENS

El principio de Huygens es fundamental para explicar las tres formas en que una ondapuede cambiar de dirección al propagarse: reflexión, refracción y difracción.

Cuando un frente ondulatorio incide sobre una interfase o frontera que separa dos mediosde distintas propiedades físicas (impedancia acústica), parte de la energía de la onda esreflejada hacia el medio original, y parte de la energía ondulatoria es transmitida hacia el

segundo medio; pero con dirección diferente.El estudio geométrico de la reflexión y refracción se facilita usando el concepto de rayo otrayectoria sísmica. En un medio, con las simplificaciones asumidas! una trayectoria orayo sísmico, es una línea siempre perpendicular al frente de onda.

2.2.1. Ley de Reflexión

Para entender el mecanismo de la reflexión de la energía sísmica, se estudia elcomportamiento de la energía reflejada de un frente ondulatorio esférico que incideverticalmente en una determinada interfase (figura 2.9).

FIGURA 2.9REFLEXION DE UNA ONDA ESFERICA

De acuerdo con el principio de Huygens, el frente de onda ABC representa la posición

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onda secundaria reflejada. A medida que los puntos de la interfase entre BC sonexcitados, se generan ondas secundarias que forman el frente de onda denominado CD.

La velocidad de la propagación del frente de onda es la misma que la del frente de ondaincidente, lo cual implica que la distancia entre los puntos DC es la misma que la existentenetre los puntos BA. Geométricamente, para que tal situación se cumpla es nacesario queel ángulo 0 sea idéntico al ángulo 0´, lo cual establece un principio fundamental de lasismología de exploración denominado Ley de Reflexión.

FIGURA 2.10LEY DE REFLEXION.

Esta ley establece que: "El ángulo de incidencia de un frente ondulatorio es idéntico alángulo de reflexión , cuando una energía sísmica encuentra una interfase acústica “

2.2.2 Ley de Refracción.

Es un hecho experimental que cuando la energía sísmica incide en una frontera quesepara dos medios de distintas impedancias acústicas (obtenida como el producto de lavelocidad de propagación de la energía y la densidad del medio), parte de la energía serefleja y parte se transmite.

También es un hecho experimental que cuando una onda (de incidencia vertical) penetraen un medio con diferente impedancia acústica, cambia su dirección de propagación; esdecir, sufre una refracción (figura 2.11). El problema es determinar la relación matemáticaentre el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción cuando un frente ondulatorioencuentra una frontera que separa a dos medios de distinta impedancia acústica.

La solución al problema se obtiene haciendo uso del principio de Huygens: suponiendoque la velocidad de transmisión en el medio inferior V2 es mayor que la del medio superiorV1, entonces, cuando la onda incidente arriba al punto B de la interfase, provoca que laonda generada en B se transmita hacia el medio inferior, con una velocidad mayor que laenergía que se propaga desde A hacia C. Las ondas secundarias que se generan cuandoel frente de onda arriba sucesivamente a la porción BC de la interfase, producen un frenteondulatorio DC de energía refractada tal que el ángulo de refracción θ es mayor que elángulo de incidencia θ1.

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BC = BD :Sen (θ2)

Acsen (θ2)= BD Sen (θ1)

A partir de estas ecuaciones se deduce la Ley de Refracción o Ley de Snell, que indica:

V1 sen (θθθθ1) = V2 sen (θθθθ2) (2.18)

La ley de Snell predice el comportamiento de un frente de onda al incidir sobre unainterfase, cuando el medio inferior propaga el movimiento ondulatorio con mayor velocidad

(frecuente en la exploración sísmica).

Un caso importante tiene lugar cuando se produce la refracción total en la que 02 = 90grados, que, sustituida en la expresión matemática de Snell, resulta:

sen θ1 = V1 con 0°


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FIGURA 2,13aDIAGRAMA DE DIFRACCION

La exploración sismológica trata regularmente con eventos de difracción. En la secciónsísmica se observa con una curvatura hiperbólica, que se genera al interrumpirseabruptamente la reflexión tal como se presenta en la figura 2.13b. El evento de difracciónmuestra la posición espacial de un plano de falla.

FIGURA 2.13 bREGISTRO SISMICO CON DIFRACCION

2.3 RELACION ENTRE ONDAS SISMICAS Y MODULOS ELASTICOSDINAMICOS EN ROCAS

El concepto de elasticidad es fundamental en la sismología de exploración, pues sonprecisamente las propiedades elásticas de los materiales, las que determinan la velocidadde propagación del movimiento ondulatorio.

La elasticidad es una propiedad de los materiales que cuantifica la resistencia a ladeformación, cuando es aplicada una fuerza externa. Un material se dice elástico perfectocuando al retirarse la fuerza externa que lo deforma recupera su estado inicial.

La teoría de la elasticidad está fundamentada en la cuantificación y análisis derivados delos conceptos clásicos de la mecánica denominados esfuerzo (a) y deformación que sonmatemáticamente relacionados por la ley de Hook.

E = σσσσ / ξξξξ (2.20)

En el sentido más amplio de la mecánica newtoniana, el concepto de esfuerzo estárepresentado mediante una fuerza en la unidad de área y se expresa como:

T = F / ∆∆∆∆ A (2.21)

La componente del esfuerzo perpendicular al área es denominada esfuerzo normal, y lasotras dos componentes mutuamente perpendiculares que están en el plano del áreaelemental se denominan esfuerzos cortantes o transversales (figura 2.14).

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FIGURA 2.15SISTEMA DE ESFUERZOS

sin embargo, ya que la Propagación de los esfuerzos tangenciales en el subsuelo noprovoca una rotación físicamente real, se considera que:

t xy = t xy ; t xz = t zx ; t yz = t zy (2.22a)

La Deformación, que generalmente se expresa mediante ∈, es el parámetro de la medidade la distorsión que presenta el medio cuando ocurre la perturbación. De la misma formaque para el estado de los esfuerzos, existen seis componentes de deformación; tres

normales (ecuación 2.22b) y tres transversales (ecuación 2.22c), que definen en cadaelemento de volumen del medio su estado de distorsión:

εεεε xx = εεεε zz ; εεεε yy; (2.22b)εεεε xy = εεεε xz ; εεεε yz (2.22c)

Con el fin de obtener expresiones matemáticas que conceptualicen el estado dedeformación del subsuelo, se considera la figura 2.16, que simula un sistema de

referencia cartesiano con la posición de dos puntos del medio.

F = F (x, y, z)G = G (x + δδδδx, y + δδδδy, z + δδδδz) (2.23)

FIGURA2.16TIPO DE DESPLAZAMIENTO DE DOS PUNTOS

SOMETIDOS A UN ESFUERZO

Cuando un estado de esfuerzos se aplica, los puntos F y G son desplazados de suposición original; si tales desplazamientos son iguales, no existe deformación (figura2.16a). Por tanto, una deformación ocurre cuando existe variación del desplazamiento deun punto con respecto a otro (figura 2.16b) y, por consiguiente, las expresiones quedeterminan el estado de deformación matemáticamente son:

Deformación Compresional

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Las rocas consideradas "elásticas". presentan deformaciones pequeñas. Esto implica quela teoría general de Hook (relación matemática entre los esfuerzos y deformaciones),puede combinarse con las leyes del movimiento de Newton, para así analizar lapropagación ondulatoria de una onda sísmica.

La deformación que ocurre cuando el estado de equilibrio de las partículas de una roca esalterado por la propagación de energía sísmica, aparece en la figura 2.17, la cual muestraesquemáticamente los principales tipos de deformaciones y esfuerzos aplicados a unelemento de volumen cúbico.

FIGURA 2.17

ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN UN VOLUMEN

Cuando una onda sísmica se propaga en el subsuelo, el medio vibra de acuerdo con suspropiedades mecánicas (parámetros elásticos, densidad, etc) . En 1713, Brook Taylordeterminó que la velocidad de propagación del movimiento ondulatorio es función de lascaracterísticas físicas del material e indicó que la vibración de las partículas puede darseen la misma dirección de la propagación de la energía sísmica, considerándose una ondade tipo compresional. En caso de que la vibración de las partículas sea perpendicular a ladirección de propagación de la energía, se trata de una onda de tipo transversal ocortante. (figura 2.18).

FIGURA 2.18DESPLAZAMIENTO DE PARTICULARES

Cuando una muestra de material se somete a compresión o tracción ocurre unadeformación (se alarga o se acorta), y dentro de sus límites elásticos satisface la ley deHook: "La deformación es directamente proporcional al esfuerzo". En términos

matemáticos se indica como:

E = σσσσ = σσσσL : ξξξξ= ∆∆∆∆L (2.26)ξξξξ ∆∆∆∆L L

En donde:

E ód l d l ti id d ód l d Y

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El coeficiente a se denomina tracción del material, y en el sistema internacional deunidades se expresa en [m2/newton, 1/Pascall. Generalmente se usa la magnitud inversade a, denominada módulo de Young; que en la mayoría de los materiales se expresa en[Kg/cm2, Tón/cm2, GPa] .

En las rocas del subsuelo consideradas isotrópicas y homogéneas, las =ponentes de losesfuerzos cortantes se relacionan con las componentes de las deformacionestangenciales, de acuerdo con la ley de Hook:

σσσσXY = 2µµµµεεεε xy

σσσσxz = 2µµµµεεεε xz (2.27)

σσσσYZ = 2µµµµεεεε yz

En donde µ es una de las constantes de Lamé, la cual conceptualiza la resistencia delmaterial a la deformación de tipo cortante, también denominada tangencial.

Parece lógico suponer que 'los esfuerzos normales y sus correspondientes deformacionesestán relacionados de la misma forma. Sin embargo, no es así, debido al hecho de queuna deformación normal tridimensional implica un cambio de volumen y una dilatación(relación entre incremento de volumen al volumen original). La expresión matemática, seexpresa como:

∆∆∆∆ = εεεεxx +εεεε YY + εεεε ZZ (2.28)

Por consiguiente, la relación entre los esfuerzos normales y sus correspondientes

deformaciones son:

σσσσxx = 2 µµµµεεεεxx+ λλλλ (∆∆∆∆)

σσσσyy = 2 µµµµεεεεyy+ λλλλ (∆∆∆∆) (2.29)

σσσσzz = 2 µµµµεεεεzz+ λλλλ (∆∆∆∆)

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Es posible demostrar que la deformación está relacionada con el operador divergencia delvector desplazamiento DIV U 1 de tal forma que para el caso tridimensional (figura 2.20)se obtiene:

div U = εεεεxx +εεεε YY + εεεεZZ = ∆∆∆∆ (2.30)

en donde:

U es el vector desplazamiento,

FIGURA 2.20

DEFORMACION BIDIMENSIONAL

Ello implica que la div U proporciona la cantidad neta de expansión o contracción que seproduce cuando las partículas oscilan en los elementos de volumen del material. Taldilatación se propaga como una onda en movimiento en la dirección normal; por talcircunstancia se le denomina propagación ondulatoria longitudinal o también de tipo P.

El movimiento de las partículas en los elementos de volumen del material permite dosclases de vibraciones:

Movimiento en la dirección normal, representado por la contracción y expansión de loselementos volumétricos, que es proporcional a la divergencia del vector desplazamientodiv U, y un movimiento o pulsación de tipo rotacional, que no implica cambio de volumen yresulta ser proporcional al rotacional del vector desplazamiento; matemáticamente seexpresa como: rot U.

Con objeto de aclarar los conceptos de divergencia y rotacional del vector

desplazamiento, se presenta una interpretación física de tales conceptos.

Considerando un elemento cúbico de volumen en un material elástico, por el cual sepropaga un movimiento ondulatorio, el desplazamiento de una pequeña partícula delelemento cúbico es denotado por el vector U. Cuando aparece la oscilación, cada una delas seis caras del elemento cúbico del volumen, está sujeta a una deformación normal. Ladivergencia del vector U es idéntica a la suma de las deformaciones normales en las tresdirecciones coordenadas, es decir, la div U proporciona la relación entre el incremento devolumen y el volumen original que se produce cuando las partículas se desplazan por el

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Brook Taylor en 1713 determinó (Robínson 1989) que la fuerza requerida para restablecerel equilibrio en un material elástico que ha sido deformado, es proporcional a lo que éldenominó la curvatura espacial, que para un cuerpo sólido se calcula mediante lassegundas derivadas parciales del vector desplazamiento U de las partículas, respecto alas coordenadas espaciales x, y, z.

Con la teoría del análisis vectorial, se demuestra que existen solamente tres segundasderivadas espaciales independientes, que representan la curvatura del vectordesplazamiento U, en un sistema de referencia cartesiano:

grad [div U]

div [ro t U] (2.31)

rot [rot U]

Analizando los operadores, se nota que la divergencia del vector U representa la relaciónde la variación de volumen del elemento cúbico del material original, debido a lacompresión o dilatación de los esfuerzos internos a que éste se encuentra sometido. Porconsiguiente, el gradiente de la divergencia de U representa la dirección de máximavariación de la dilatación. Puesto que el rotacional del vector U no involucra cambio devolumen, la divergencia del rotacional de U es nula y no se toma en cuenta. El operadorrotacional del vector desplazamiento U implica un parámetro denominado pulsaciónangular W en las partículas del medio, cuando se produce un desplazamiento, quematemáticamente se expresa como:

rot U = 2( W ) (2.32)

por lo tanto,

rot [ rot U ] = 2 rot W (2.33)

La relación funcional de Taylor (en un material elástico, los esfuerzos requeridos pararestablecer el equilibrio provocado por una perturbación, son proporcionales a la curvaturaespacial de las deformaciones), se expresa como:

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se obtiene:

∆∆∆∆2W = (I/ββββ2) [δδδδ2W / δδδδt] (2.41)

En donde W representa la vibración rotacional que se propaga con una velocidad β en elmedio. La onda de vibración rotacional es también conocida como onda S, ondatransversal o bien onda cortante.

De acuerdo con lo expuesto, en la sismología actual se considera que existen dos tiposde propagación ondulatoria: el primero, es el resultado de vibraciones normales, debidasa contracciones y expansiones de las partículas del material que compone las rocas; el

segundo, se caracteriza por vibraciones tangenciales, debidas al hecho de la rotación delas partículas materiales que componen la roca. La medición del tiempo de arribo de talesmovimientos ondulatorios fundamenta el aspecto práctico de la sismología de exploración.

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Las ondas sísmicas se crean artificialmente mediante el impacto que produce en lasuperficie la caída de objetos pesados o golpes de marro, o bien, con la detonación deexplosivos en barrenos someros.

FIGURA 3.1 GEOFONO

Los geófonos, también denominados sismodetectores, son transductores que conviertenla energía mecánica -manifestada a través de pequeños movimientos del terreno enenergía eléctrica, la cual es transmitida por un cable hasta el sismógrafo (figura 3.2) queamplifica, filtra y registra las señales en papel (sismograma), película o cinta magnética,según sea el análisis y proceso que posteriormente se requiera realizar a los datos.

FIGURA 3.2DIAGRAMA DE SISMOGRAFO

La forma mas empleada para conservar permanentemente los de campo obtenidos con latécnica de refracción, es mediante los sismogramas (figura 3.3), que constituyen laimpresión en papel de los registros e incluyen un periodo de registro a partir de lageneración de las ondas elásticas para todos los geófonos conectados y marcas detiempo.

FIGURA 3.3SISMOGRAMA DE REFRACCION

A partir de la observación, procesado y análisis de estos registros o sismogramas esposible construir gráficas tiempo - distancia (figura 3.4a) . Las ondas sísmicaslongitudinales P y transversales S viajan a través del medio con frentes de onda como losmostrados en la figura Mb, de donde se obtienen los tiempos de arribo, desde el punto de

tiro hasta los detectores y las distancias están determinadas por la separación entregeófonos. Con el análisis y procesado se determina el número de capas que conforman elsubsuelo, sus espesores y velocidades de propagación (figura 3.4c).

FIGURA 3.4METODO DE REFRACCION SISMICA

3.2.2 Principios Básicos.

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− Principio de Fermat: "Todo movimiento ondulatorio que viaja a través de unmedio de un punto a otro, usará la trayectoria de tiempo mínimo

De acuerdo con la ley de Snell, si V2 > V1 existe siempre un ángulo θ1 tal que sen θ2 =[V1/ V2.], esto es 0., es igual a 900, lo que implica que la energía transmitida se mueve a lolargo de la interfase; si en este caso se toma en cuenta el principio de Fermat, lavelocidad a la que se propaga esta energía es la de la capa inferior, y tomando en cuentael principio de Huygens, siempre hay manifestación de esta energía hacia la superficie.

Con el esquema de refracción sísmica (figura 3.5) y la explicación de los principios, setiene que: los detectores próximos al punto de tiro en un tendido reciben como primer

arribo a la energía que viaja por el camino directo entre la fuente y el detector a través delmedio superior; después,los siguientes detectoresrecibencornoprimerarriboalaenergíaque viaja de la fuente a la interfase entre el medio 1 y 2, con un ángulo de incidencia talque, sen θ1 = V1/ V2, se desplaza a lo largo de la interfase con una velocidad V 2regresando a la superficie con un ángulo de trayectoria igual al de incidencia, parafinalmente llegar a los geófonos en un tiempo menor al tiempo de viaje de la energíatransmitida en la capa superior con una velocidad V, menor.

FIGURA 3.5ESQUEMA DE REFRACCION SISMICA

Este fenómeno se repite para' las capas subyacentes, de tal manera que si se hace unagráfica de los tiempos de llegada de los primeros arribos de energía a los geófonos,contra la distancia entre éstos y el punto de tiro (gráfica TiempoDistancia oDromocronica), se registran una serie de rectas que representan las capas con diferentevelocidad de transmisión de las ondas, y en una secuencia tal que Vn < Vn+1. El valorinverso de la pendiente de estas rectas es la velocidad de transmisión de la onda elástica

estudiada en la capa respectiva. Esta característica es, al mismo tiempo, una limitantepara la aplicación del método, debido a que supone un aumento de velocidad a medidaque las capas son más profundas.

En algunas secuencias estratigráfícas es común encontrar capas de baja velocidad pordebajo de capas más compactas y de mayor velocidad. En estos casos el análisis de lascaracterísticas físicas del subsuelo se efectúa con reflexión sísmica o técnicas sísmicasen pozos.

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El número de capas que constituyen el subsuelo se puede deducir del número de rectasque se forman en la Dromocronica. La velocidad con la que las capas transmiten lasondas se obtiene de la pendiente de las rectas. El cálculo de los espesores de las capas

requiere de la generación de un modelo geométrico, que en términos generales seconcibe como un semiespacio estratificado; modelo que debe ser analizado con lastrayectorias de tiempo mínimo utilizadas para recorrer la distancia entre la fuente y eldetector por el medio elástico, de acuerdo con los principios enunciados.

El comportamiento estructural se deduce por comparaciones entre las dromocrónicasobtenidas de los datos de campo y las generadas analíticamente de modelos teóricos quesimulan en forma simplificada los diferentes casos que se presentan en la naturaleza,

cómo fallas, paleocanales, contactos ondulantes, contactos laterales entre capas dediferente velocidad de transmisión, etc. El comportamiento elástico dinámico se obtieneempleando los valores de las velocidades de propagación de las ondas longitudinales ytransversales, así como la solución de la ecuación de onda derivada de la mecánica delmedio continuo.

3.2.4. Modelado

Existen varios métodos para interpretar las curvas tiempo -distancia en términos del

número de capas, velocidades, espesores y comportamiento estructural; todos estoscasos están documentados en libros y manuales de geofísica aplicada, como Grant andWest (1965), Nettleton (1940), Dobrín (1960), Misgrave (1967), Palmer (1980), Sjógren(1984), MeyerR (1974), Redpath B (1973), Masuda H (1981), entre otros. De todas lastécnicas mencionadas en estas referencias, cuatro son las más utilizadas en la prácticade la exploración sismológica al emplear el método de refracción:

− Método de Tiempo de Intersección

− Método del Tiempo de Retraso− Método Recíproco Generalizado− Método por Trazado de Rayos

3.2.4.1. Método de Tiempo de Intersección

Para el tiempo de intersección se consideran principalmente dos modelos: el estratificadohorizontal y el estratificado con contactos inclinados. En el primer caso, las velocidades

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T i3 -Ti2 cos( sen

-1(V1 / V2) ) V2 cos (sen-1(V1 / V2) ) (3.3)

Z2 = 2 cos (sen-1(V1 / V2) )

(3.4)

T i3 Ti2 cos (sen-1(V1 / V2)) - 2 Z2 cos (sen

-1(V1 / V2)) V2 cos (sen-1(V1 / V2)) V2 .

Z3 = 2 cos (sen-1(V1 / V2))

Para este caso, con la estratigrafía horizontal, basta con realizar en el campo un solopunto de tiro para obtener los parámetros necesarios para hacer los cálculos, ysuponiendo que la energía se genera en la superficie.

Cuando los contactos entre las capas son inclinados, el trabajo de campo y el cálculo develocidades y espesores es más elaborado. En el trabajo de campo se requiere, cuando

menos, la realización de dos puntos de tiro, uno en cada extremo del tendido, paraobtener las curvastiempo-distancia en dos direcciones, como se exhibe en la figura 3.7.

FIGURA 3.7INTERFASE INCLINADA, TIRO INVERSO

VELOCIDAD APARENTE

Los parámetros que se adquieren con el análisis de estas curvas son aparentes, por loque las velocidades reales de las capas deben ser calculadas al igual que los espesores yel ángulo del echado o inclinación.

El modelo de dos capas, es decir, de un solo contacto en el que V2U y v2D son lasvelocidades aparentes de la segunda capa obtenidas de las curvas tiempo-distancia y yes el ángulo del echado, se obtiene a partir de la relación:

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y la profundidad del contacto, en cada punto de tiro, se obtiene con:

ZPT1 = 1 V1 T1D CQS (γ )2

(3.6 b)ZPT2 = 1 V1 TID cos (γ )

2

Para modelos de más de dos capas existen fórmulas similares que permiten calcular lasvelocidades de transmisión de las ondas y los espesores de cada una de ellas. En la

actualidad hay muchos programas de computación comerciales que realizan este procesoen forma semiautomática, como SeisView, de la compañía Geometrics, con el cual sepueden interpretar modelos hasta de 7 capas con contactos inclinados.

3.2.4.2. Método de Tiempo de Retraso

Si los contactos entre capas no son planos, es decir, son irregulares, el método del tiempode retraso posibilita el cálculo de la profundidad del contacto bajo cada geófono, con lasuposición de que tanto en la trayectoria de la onda originada en el punto de tiro 1, comoen la del punto de tiro 2 viajan por la misma interfase (contacto), como se presenta en lafigura 3.8.

FIGURA 3.8DIAGRAMA DEL METODO DE TIEMPO DE RETRASO

Para efectuar el cálculo es necesario: el conocimiento del tiempo total de viaje entre cada

punto de tiro y el geófono más lejano (tiempo recíproco), los tiempos de arribo de ambasseñales a cada geófono y las velocidades reales calculadas con cualquier método, porejemplo, el de tiempo de intersección.

Conocidos estos parámetros, la profundidad del contacto bajo el geófono en la posición Destá dada por:

(TD1 + TD2 - Tt) V1 Z 1 (3 7)

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inclusive cambios laterales en la velocidad de los horizontes (capas) refractores.FIGURA 3.9

METODO RECIPROCO GENERALIZADO (GRM)

En este método es indispensable efectuar cuatro o más puntos de tiro, con el fin deasegurar que existan suficientes trayectorias que existan del mismo refractor desdepuntos de tiro opuestos, como en el caso del método de tiempo de retraso. De acuerdocon Palmer D. (1980), se calculan dos funciones para cada refracto, reconocible en lascurvas dromocrónicas: la función de análisis de velocidad y la función tiempo -profundidad, de las cuales se puede obtener la sección que muestra la distribución de lasvelocidades en las diferentes capas del subsuelo y de las profundidades de los

refractores.El poder calcular la función de velocidades para un estrato específico, en formaindependiente de los demás estratos, permite establecer los cambios de velocidad queocurren dentro de él (cambios laterales).

De acuerdo con la figura 3. 9, las ecuaciones que definen las funciones de velocidad y detiempo –profundidad son las siguientes (Palmer D. 1980):

tv = 1(tAY- tBX+ tAB) (3.8)2

tG = 1 tAY + tBX (t AB. + XY) (3.9)2 Vn

donde:

Vn = Velocidad aparente del refractor

XY = Distancia variable, observada cm la cobertura de geófonos

El punto de atribución de las funciones tv y tG es el punto medio de la distancia XY, al quese denomina punto G. Si las dos funciones anteriores son conocidas en un punto, sepuede calcular la profundidad del refractor con la velocidad obtenida de tV y el tiempoobtenido de t ; éste puede ser considerado como el tiempo de viaje desde G hasta su

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FIGURA 3.10

METODO DE TRAZADO DE RAYOS.

Con esto se establecen los tiempos de viaje de los primeros -arribos para cada refractoren cada, uno de los receptores. Seleccionando de todo el conjunto los de tiempo mínimo,se puede construir una Dromocronica teórica, que es comparada con la curva tiempo-distancia obtenida en campo, cuantificando las diferencias y haciendo los ajustesnecesarios en el modelo para minimizar el error.

El Trazado de Rayos permite simular una multitud de modelos como fallas, grabens,horst, etc. El paquete de computación SeisReía, desarrollado por la compañía Oyo, utilizaesta técnica conjuntamente con la de tiempo de intersección y tiempo de retraso, parallevar a cabo una interpretación semiautomática en refracción sísmica. Nuevamente serecomienda estudiar la bibliografía para entender con detalle el método.

3.3. OPERACION DE CAMPO

3.3.1. Planeación la Exploración

Antes de iniciar los trabajos de exploración en campo, es fundamental planear lasdiferentes actividades y elaborar un programa de acciones acorde con las necesidadesplanteadas por el solicitante, con los objetivos y alcances deseados y la situaciónexistente en el campo.

De acuerdo con las condiciones de campo y objetivos planteados, en algunos casos, serequiere material explosivo. Los encargados de efectuar los estudios deben tramitar elpermiso para su compra, traslado y consumo, pues la dificultad para realizar estostrámites puede, en un momento dado, retrasar significativamente el proyecto.

En la actualidad, el trámite para cantidades pequeñas de explosivo puede ser cubierto enla zona militar correspondiente al área de estudio; pero si la cantidad de explosivo excedede 25 kilogramos el trámite debe efectuarse directamente en la Secretaría de la Defensa

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tendido, distancia o distancias entre los geófonos, offsets o separaciones de los puntos detiro (PT) a los geófonos, número de geófonos a emplear, número y ubicación de los PT,orientación y ubicación del tendido, el tipo y cantidad de la fuente de energía en cada uno

de los PT y tipo de geófonos; los cuales deben seleccionarse en función de los objetivosespecíficos del estudio y tipo de material en el que son colocados.

En la determinación de esos parámetros de campo, es necesario efectuar tendidos deprueba en el área, a fin de familiarizarse con las respuestas sísmicas propias del sitio. Enesta etapa inicialmente es recomendable diseñar el tendido sísmico con una longitud de,al menos, tres veces la profundidad de investigación requerida.

Para obtener m detalle adecuado del comportamiento de las características elásticas delsitio, los tendidos deben estar formados por un mínimo de 10 geófonos alineados y un PTen cada extremo del alineamiento. Se recomienda; sin embargo, que todo tendido tengaadicionalmente un PT en cada extremo del alineamiento, que esté alejado del geófonomás próximo cuando menos en un 25% de la longitud del tendido, as! como un PT en elcentro del mismo.

3.3.3. Apoyo Topográfico

Es imprescindible contar con apoyo topográfico para ubicar y marcar las líneas, hacerbrechas (en caso necesario) y determinar las coordenadas de cada uno de los puntos deubicación de los geófonos y PT’s involucrados en cada tendido. La recolección de datosde refracción sísmica debe iniciarse, preferentemente, cuando se tengan ubicadas yestacadas al menos las dos primeras líneas, continuando el levantamiento paralelamenteal desarrollo de la actividad topográfica.

3.3.4. Preparación del Equipo

Antes de su traslado al campo los equipos deben inspeccionarse en el laboratorio, a fin degarantizar su buen funcionamiento: el sismógrafo, el detonador (blaster), la unidad degrabación e impresión, los geófonos, la continuidad de los cables, el almacenamiento decarga en la batería y la operación de los radios de comunicación.

La base del equipo de campo es un sismógrafo de exploración para 12 o 24 canales conlas siguientes características:

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− Elaborar un informe geosísmico preliminar.

− Agrupar información geológica, geotécnica, geohidrológica y geofísica, obtenidapreviamente, para su integración con los resultados de los tendidos sísmicos.

− Integrar la información anterior en perfiles, secciones gráficos y tablas, entérminos de los objetivos buscados

− Elaborar un informe integrado final.

3.3.10 Supervisión

La parte que solicita el trabajo debe supervisar las labores de campo y ayudar en laselección de los parámetros de diseño del levantamiento, a fin de que la exploracióncubra satisfactoriamente los objetivos, que deben estar acordes con las características delmétodo.

Del mismo modo, se debe realizar la supervisión en los trabajos de gabinete, con el , finde asegurar que los resultados obtenidos en el procesado análisis, modelado,

interpretación e integración - sean reflejo fiel de las condiciones existentes en el subsuelo.

3.4. APLICACIONES EN LA EXPLORACION GEORIDROLOGICA

Los acuíferos más productivos se localizan, de acuerdo con las condiciones geológicas,en los valles formados por depósitos aluviales. En los valles es importante determinar lageometría de los materiales del subsuelo, en especial la del basamento impermeable quedelimita el acuífero a profundidad. Las condiciones geológicas en estos sitios permiten

establecer modelos de una cuenca o subcuenca rellena parcialmente por suelos,materiales granulares no consolidados y paquetes de roca de menor edad. Estas, enmuchos casos, se encuentran fracturadas o no litificadas con permeabilidades medias yaltas, que pueden constituir acuíferos.

Las condiciones de compacidad en cada tipo de material repercuten directamente en losvalores de velocidad de propagación de las ondas elásticas, de tal manera que lasvelocidades de transmisión bajas son indicativas de materiales no consolidados; las

l id d i t di d t i l lid d bl d

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TABLA 3.1 VELOCIDAD DE PROPAGACICK DE CEDAS

VELOCIDAD[M/SI

CALIDAD DEROCA

PERMEABILIDADESTIMADA,

DESCRIPCION

170 - 450 MUY MAIA ALTA SUELOS ARENOSOS

300 - 650 MUY MALA ALTA, SUELOS CON FINOS

500 - 900 MAIA ALTA. SUELOS GRUESOS

800 - 1400 MALA ALTA DEPOSITOS DE TALUD

1450 - 1550 MALA ALTA METERIALES SATURADOS

1400 - 2000 REGULAR ALTA ROCA, BLANDA

1800 - 2500 REGULAR MEDIA ROCA MUY FRACTURADA

2000 - 3000 REGULAR MEDIA ROCA FRACTURADA

3000 - 5000 BUENA BAJA ROCA INTACTA

4500 - 6500 EXCELENTE BAJA GRANITO SANO

6000 - 7500 EXCELENTE ROCAS

5500 - 8000 EXC~M BAJA CALIZA INTACTA

Para realizar la detección a profundidad de una paleocuenca, es necesario diseñar elarreglo de geófonos y puntos de tiro, de tal forma que la longitud del tendido sísmico sea3 6 4 veces la profundidad a la que se espera el contacto de la roca dura. A fin dedeterminar con precisión la forma y profundidad de los diferentes refractores involucrados

d ió i t f t i t d ti t did ( t l

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Si las rocas que constituyen el relleno son de alta permeabilidad y además se encuentransaturadas, es común encontrar velocidades de propagación de 1500 m/s, que

corresponden a un paquete cuyo contacto superior es casi horizontal y generalmente seasocia con el nivel freático. El mejor ejemplo de este caso es el del cauce de un río sobreel cual se depositan materiales sedimentarios y, por ende, muy poco consolidados.

La mejor forma de procesar los datos sísmicos es aplicando el método recíprocogeneralizado de refracción (Palmer, 1980), debido a que esta técnica permite determinarla irregularidad de los contactos y los cambios laterales de velocidad presentes en cadapaquete. Partiendo de los resultados de refracción sísmica se puede determinar elespesor y tipo de material que cortará una perforación. Ello permite planear ypresupuestar la barrenación en función de los resultados obtenidos en la prospecciónsísmica.

En términos generales, las diferentes litologías se agrupan en tres tipos de materiales; deacuerdo con la tabla 3.2, los materiales con velocidades de ondas longitudinales menoresa 1600 m/s corresponden a materiales tipo 1; las comprendidas en el intervalo de 1200 a2800 m/s son típicas de materiales tipo 2; mientras que las mayores a 2500 m/s seasocian con materiales tipo 3.

La tabla 3.2 detalla algunos tipos de suelos y rocas que regularmente se correlacionancon los materiales y las velocidades antes descritas (se utiliza la misma nomenclaturaque en perforación de pozos para definir tipos de material).

TABLA, 3.2 TIPOS DE SUELOS Y ROCAS

MATERIAL VELOCIDAD (M/S) PROBABLE LITOLOGIA

1 < 1600 Arcillas1 < 1600 Arena y grava1 < 1600 Ñímos1 < 1600 Tobas1 < 1600 Depósitos lacustres1 < 1600 Pómez, tezontle1 < 1600 Lapilli1 < 1600 Cenizas volcánicas2 1200 – 1800 Areniscos

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3.5. APLICACIONES EN LA CONSTRUCCION DE OBRAS HIDRAULICAS

La construcción de obras hidráulicas es uno de los campos en donde el método derefracción sísmica ha encontrado mayor utilidad, debido a que la velocidad de transmisiónde las ondas elásticas es considerada como un índice de la resistencia mecánica de losmateriales, que permite estimar, ín sítu, la calidad de roca y las propiedades elásticasdinámicas de las rocas sobre las que se cimentan las obras civiles. A continuación, sepresentan las aplicaciones más comunes y una breve descripción de ellas.

3.5.1. Módulos Elásticos Dinámicos

En el diseño de obras hidráulicas de infraestructura, como las presas paraalmacenamiento de agua, es importante conocer los módulos elásticos dinámicos de laroca ín sítu, a fin de pronosticar su comportamiento ante movimientos provocados por lossismos o vibraciones de cualquier otro tipo. Mediante técnicas especiales de campo, quese describen en el capítulo 5 de este manual, se pueden calcular los valores de losmódulos elásticos dinámicos, que describen el comportamiento elástico de los materialespara niveles de deformación y tiempos de aplicación de la carga pequeños.

Los parámetros elásticos dinámicos, al ser comparados con los resultados de pruebasestáticas -realizadas en muestras, permiten clasificar a un macizo rocoso. 'El método declasificación más usado es el de Schneider (ver Capítulo 5) , que permite correlacionarparámetros como los Módulos Dinámicos de Young y de Corte, la Longitud y Frecuenciade la onda de Corte, etc., que hacen posible estimar los valores de los Módulos estáticosy asignar un valor a la deformabilidad del macizo rocoso.

3.5.2. Característ icas de los Materiales de Cobertura

Para la edificación de estructuras, es necesario conocer el espesor y características decompactación de los materiales que conforman la cobertura, para determinar el volumende material a remover en la zona de limpia, la cual puede hacerse mediante la aplicacióndel método de refracción sísmica.

Se deben programar tendidos en forma de retícula a lo largo de la zona de desplante delas obras en el proyecto, con lo que se pueden obtener los espesores de los suelos y dela roca deconprímida y una estimación de la compacidad de la roca sana con base en la

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La base para obtener una estimación de la calidad de una roca en términos deparámetros geofísicos, se encuentra en la comparación de las características que utilizan

otros métodos de clasificación con parámetros geotécnicos (tabla 3.3), como los deBarton (1974) y Bienawski (1974).

TABLA 3.3 CALIDAD DE ROCA.

BARTON BIENAWSKI GEOFISICA

PARAMETROS UTILIZADOS

1. INDICE DE CALIDAD DEROCA RQD

1. RESISTENCIA A LACOMPRENSION UNIAXIALDEL MATERIAL ROCOSO

1. VELOCIDAD DETRANSMISION DE LASONDAS SISMICAS EN LOSMATERIALES ROCOSOS

2. CONJUNTO DEFRACTURAS Jn

2. INDICE DE CALIDAD DEROCA (RQD)

2. RESISTIVIDADELECTRICA DE LOSMATERIALES ROCOSOS

3. RUGOSIDAD DE

FRACTURAS Jr

3. ESPACIAMIENTO DE LAS

FRACTURAS

4. ALTERACION DEFRACTURAS Ja

4. ORIENTACION DE LASFRACTIURAS.

5. FACTOR DE REDUCCIONDE AGUA Jw

5. CONDICION DE LASFRACTURAS

6. FACTOR DE REDUCCIONDE ESFUERZOS SRF

6. FLUJO DE AGUASUBTERRANEO.

PARAMETRO DE INFLUENCIA EN LAVELOCIDAD DE TRANSMISION DE LAS

ONDAS SISMICAS EN LOS MATERIALESROCOSOS

PARAMETRO DE INFLUENCIA EN LARESISTIVIDAD ELECTRICA DE LOS

MATERIALES ROCOSOS

1 LITOLOGIA 1. LITOLOGIA

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Con lo anterior, es posible elaborar gráficas estimativas de la calidad de una roca, en.términos de su velocidad de transmisión de las ondas elásticas y de su resistividadeléctrica, como se exhibe en la figura 3.11.

FIGURA 3.11CLASIFICACION DE CALIDAD DE ROCA.

En la gráfica, se marcan zonas de calidad de roca en una escala del 1 al 5; lascaracterísticas geotécnicas esperadas para estas zonas están dadas en la tabla 3.4.

TABLA 3.4 DESCRIPCION DE CLASIFICACION DE ROCASPOR INTERPRETACION GEOFISICA

CATEGORIAO TIPO

1 2 3 4 5

CALIDAD DEROCA EXCELENTE BUENA REGULAR MALA MUY MALA

CONDICIONDE INTEMPE-RISMO

FRESCA AMUY FRESCA

PREDOMINAN-TEMENTEFRESCA

LIGERAMENTEINTEMPERI-ZADA

INTEMPERIZA-DA EN SUMAYOR PARTE

FUERTEMEN-TE INTEMPE-RIZADA

CONDICIONDE RIGIDEZ

COMPACTA AMUY COMPAC-TA

GENERALMEN-TE COMPACTAA COMPACTA

MEDIANAMEN-TE COMPACTA

MEDIANAMEN-TE COMPACTAA MODERADA-MENTE SUAVE

SUAVE A MUYSUAVE

FRECUENCIAY CONDICIONDE FRACTU-

RAMIENTO

POCO DISTRI-BUIDO YCERRADO

MAS O MENOSDISTRIBUIDOY CERRADOEN SU MAYOR

PARTE

AMPLIAMENTEDISTRIBUIDOYPARCIALMEN-

TE ABIERTO

NOTABLEMEN-TE DISTRIBUI-DO Y ABIERTOEN SU MAYOR

PARTE

PROFUSA-MENTE DIS-TRIBUIDO YDE DIFICIL

IDENTIFI-CACION

PROPIEDADESMECANICASTIPICAS

450 < E0.16 < u < 0.20

300 < E < 4500.16 < u < 0.20

150 < E < 3000.25 < u < 0.40

E < 1500.30 < u < 0.40

E < 1500.35 < u < 0.48

CARACTERIS-GENERALMEN-TE IMPERMEA-

POCO PER-MEABLE; A-CEPTABLE PA

BAJO NIVELDE COMPE-

GENERALMEN-TE PERMEA-BLE O DE AL

TALUDES YENCAPES; AL-

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observa, si se ha hecho una buena compactación de las capas, cómo las velocidades depropagación (Vp y Vs), la relación de Poisson y el módulo de Young, se incrementanconforme avanza la construcción del terraplén, por efecto de la carga.

FIGURA 3.12VELOCIDADES EN PEDRAPLENES

En la gráfica se presentan las curvas de velocidad de propagación de la onda P, lavelocidad de propagación de la onda S, la relación de Poisson y el módulo de Young-calculado con una densidad ρ = 2.18 gr/cm3 contra la profundidad del terraplén,calculadas a partir de mediciones efectuadas en el 93 proceso constructivo de éste, en las

elevaciones correspondientes a 5.5, 6.0, 7.7, 8.14, 9.08, y 10.01 metros.

Las gráficas de velocidad de la onda P y velocidad de la onda S contra la profundidad,muestran un incremento de velocidad para puntos de igual elevación, cuando lasmediciones se realizan en tendidos (T2, T4, T6, T8, T9, T11) con mayor altura que elterraplén. Esto demuestra la efectividad de la compactación progresiva que va teniendoel material, por efecto de una mayor carga y los trabajos llevados a cabo con este fin.

También se puede ver que. la relación de Poisson se mantiene constante, lo cual es deesperarse, ya que el material que se utilizó fue el mismo. El módulo de Young refleja elmismo comportamiento que las velocidades de transmisión de las ondas, lo cual tambiénes de esperarse, debido a que un material más compacto presenta mayor resistencia adeformarse cuando se aplica una carga.

3.5.5 Arabilidad y Dragabilidad

Para la remoción de los materiales que conforman un camino, una ladera, un trazo de

canal, etc., es necesario conocer su grado de arabilidad, a fin de seleccionareficientemente el tipo de tractor a emplear, los tiempos de operación, los tramos querequieren preparación, la cantidad de explosivo, el número de brigadas o frentes, etcétera.

Mediante estudios de refracción sísmica, es factible reconocer removibles, de aquellosque para ararlos o removerlos requieren de una maquinaria especial 0 bien de aquellosmateriales que deben fragmentarse previamente con el uso de explosivos. Lacaracterística del material que permite definir estas condiciones, es la velocidad de

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La eficiencia de los tractores en la remoción de los materiales varía con el tipo de material(figura 3.13) y la capacidad del tractor (figura 3.14).

FIGURA 3.14PRODUCCION / HORARIA DE TRACTOR EN

FUNCION DE LA VELOCIDAD LONGITUDINAL

En la programación adecuada de este tipo de trabajos se usan las gráficas publicadas porCaterpillar para sus tractores, las cuales son complementarias en la obtención de unarentabilidad óptima. La figura 3.13 es de arabilidad de diferentes tipos de roca contra la

velocidad de transmisión de las ondas elásticas compresionales (Vp), y la gráfica de lafigura 3.14 es de producción horaria de cuatro tractores en función de la velocidad deonda longitudinal, en materiales no especificados.

3.5.6. Contactos y Estructuras Geológicas

Los plegamientos, fallamientos y corrimientos que se forman en los paquetes de roca enel subsuelo, son de suma importancia para el diseño y distribución de algunas obras,especialmente cuando la geología de los sitios es compleja. En estos casos, es posible ladetección de contactos y estructuras si se efectúa la interpretación de los registros decampo utilizando los métodos: Tiempo de Retraso, Reciproco Generalizado, y Trazadode Rayos.

La figura 3.15 muestra algunos casos para estructuras simplificadas en la parte inferior decada gráfica, y los tipos de democrónicas teóricas que esos modelos producen, paratendidos de refracción sísmica con un punto de tiro en cada extremo.

FIGURA 3.15CURVAS TIEMPO-DISTANCIA PARA DIFERENTESESTRUCTURAS GEOLOGICAS

3.5.7.Distribución de Acarreos Fluviales y Arenas de Costas

En los lechos fluviales donde se han proyectado obras como la cortina de una presa, unpuente obras de control bancos de material o lugares para depósito de material entre

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3.5.8. Contribución de la Roca en Obras Subterráneas

En la determinación del tipo de tratamiento o revestimiento que requiere la roca, para

soportar eficientemente los empujes a que es sometida en obras importantes comotúneles de conducción y galerías, se requiere de una evaluación de la compacidad ygrado de fracturamiento de los macizos rocosos.

El empleo de la técnica geofísica denominada Petíte Síamíque (que es explicada en elcapítulo S), ha demostrado en algunos proyectos hidroeléctricos recientes (Aguamilpa yZimapán) su utilidad, abatiendo considerablemente los costos de exploración directa y enla elaboración de diseño con menor incertidumbre.

3.6. MARCO LEGAL EN EL USO DE EXPLOSIVOS.

La práctica de la refracción sísmica requiere, en algunas ocasiones, del uso de explosivoscomo fuente generadora de ondas sísmicas.

El transporte, almacenamiento, manejo, uso y destrucción de los explosivos estáreglamentado por leyes federales, estatales y locales, con lo cual se pretende reducir losriesgos a que se expone el personal y asegurar un estado óptimo, de los explosivos. Es

responsabilidad del usuario el cumplimiento de todos los reglamentos.

En la realización de obras de infraestructura, frecuentemente se requiere del uso deexplosivos; cuando éstas se localizan en áreas pobladas o próximas a edificacionesimplican problemas sociales como el ruido y las vibraciones resultantes de lasdetonaciones (ver capítulo 6) asociadas a su uso. Ello puede causar molestias a lapoblación y dañar edificaciones cercanas, así como perturbar los ecosistemas. Paraminimizar estos problemas se debe diseñar cuidadosamente el programa de voladuras,garantizando un uso óptimo de la energía y reduciendo al mínimo los inconvenientes y eldaño ecológico.

La Secretaría de la Defensa Nacional, mediante las Zonas Militares del país y a través dela Dirección General del Registro Federal de Armas de Fuego y Explosivos, es laDependencia del Gobierno que regula todo aspecto relacionado con los materialesexplosivos y sus artefactos, para lo cual ha emitido la Ley Federal de Armas de Fuego yExplosivos, y su Reglamento.

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CAPITULO 4.

METODO DE REFLEXION SISMICA

4.1. GENERALIDADES

La reflexión sísmica es un método geofísico de gran desarrollo en los últimos años, cuyaimportancia estriba en su capacidad de proporcionar una imagen continua de lamorfología del subsuelo; esta característica ha provocado que tenga un gran éxito en la

industria petrolera, pues permite localizar las estructuras geológicas que almacenanpetróleo a profundidades de hasta cinco mil metros.

La tecnología desarrollada para la industria petrolera (que emplea gran cantidad deequipo de registro y procesado), es íncosteable en otros sectores; sin embargo, con eladvenimiento de las microcomputadoras de gran capacidad y el creciente desarrollo delos sismógrafos ingenieriles a un costo razonable, se ha podido adaptar suimplementación en diferentes áreas de estudio.

Parte de la tecnología planteada inicialmente para el petróleo, puede utilizarseactualmente en sectores como la construcción, la exploración del agua subterránea, laminería o la geotermia, con el fin de solucionar problemas como la determinación de lafrontera entre las capas superficiales de suelos, roca alterada y la roca sana y durasubyacente a profundidades someras, con un costo, en muchos casos, por debajo deotros métodos directos o indirectos y con un mayor grado de resolución.

Aun en trabajos pequeños, el tipo de información que el método de reflexión sísmica

puede proveer es costeable gracias a la tecnología desarrollada en los últimos quinceaños, principalmente en el Servicio geológico, del Canadá (SGC), que ha sido publicadapor los doctores: Hunter (1977), Pullan (1985) y Gagne (1985), entre otros.

Actualmente es posible la aplicación de técnicas sofisticadas de reflexión sísmica como lade punto medio común (PMC) , en exploración somera con sólo aumentar la capacidad demanejo de trazas de los sismógrafos ingenieriles con los aditamentos necesarios, loscuales no resultan excesivamente caros. En el procesado de la información, el empleo de

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FIGURA 4.1METODO DE REFLEXION

La energía elástica producida por la fuente de disturbio, conocido como Punto de Tiro, sedifunde a través del medio en forma de ondas; de acuerdo con la teoría que se presentóen el Capítulo 2, la energía que se refleja obedece a la ley física de que el ángulo deincidencia es igual al ángulo de reflexión y la energía que regresa está definida por elcoeficiente de reflexión (ecuaciones 4.1 y 4.2).

Erefle = k Einc. (4.1)

k = (1 - [Z1 / Z2]) (4.2)

En donde:Erefle = Energía reflejadaEinc. =Energía incidenteK= Coeficiente de reflexiónZ1= p1 v1

Z2= p2 v2Pl, P2 = Densidades de los medios que forman las interfasesV1, V2 = velocidad de transmisión de las ondas elásticas en el medio

En la práctica, el disturbio se genera de diversas maneras: dejando caer una masa en lasuperficie del terreno, con un golpe de martillo sobre una placa metálica acoplada al sueloo mediante el uso de algún tipo de explosivo enterrado en el suelo y detonado en formacontrolada.

La recepción de la señal se efectúa mediante geófonos, que son transductores queconvierten la energía de movimiento en energía eléctrica que oscila de la misma maneraque el movimiento del suelo. Esta energía eléctrica es transmitida a m sistemaelectrónico, conocida como sismógrafo (figura 4.2), en el cual la señal se amplifica, sedigitaliza y se registra junto con una señal de tiempo para su procesamiento, análisis ypresentación.

FIGURA 4.2


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sísmica petrolera para hacerla económica, eficiente y por ende, atractiva, en laexploración somera.

4.4. METODO DE COMMON OFFSET

El método desarrollado por los geofísicos canadienses se conoce como Common Offset, yconsiste en mantener fija la distancia entre la fuente del disturbio y el detector (off set) , alo largo de toda la sección. Para lograr lo anterior, se requiere de un sismógrafo que tengala capacidad de congelar (freeze) todos los canales excepto uno, que es aquel con el quese registra la información.

Con esta característica se puede activar sólo un canal cada vez, provocando el disturbio yregistrando la señal individualmente en cada uno de los canales de que se disponga, detal manera que al final se obtiene un sismograma con todas las trazas y en cada una deéstas, el offset se habrá mantenido constante. La figura 4.7 exhibe esquemáticamente elmétodo.

FIGURA 4.7DIAGRAMA DEL METODO DE COMMON OFFSET

Es claro que para obtener buenos resultados hay que tomar en cuenta la fuente deenergía, la determinación del offset óptimo, el tiempo de registro adecuado, el manejocorrecto del equipo, la selección de los receptores, el registro de la señal, el procesado dela información y la interpretación.

4.4.1. Generación de la Energía

En la actualidad se dispone de varias fuentes de energía. Las más simples son las

mecánicas, una las cuales consiste en colocar una placa metálica en el suelo y golpearlacon un marro al que previamente se le ha acoplado un sensor (interruptor), que activa elregistro del sismógrafo en el momento en que el marro hace contacto con la placa; éstaes la fuente de energía más barata. Sus desventajas son la baja potencia y el contenidode bajas frecuencias que predominan en la señal emitida; debido a ello la resolución quese obtiene no es muy buena y no tiene gran penetración.

Existen algunos equipos diseñados para golpear el suelo, activados mediante dispositivos


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En el lado izquierdo de la figura 4.10, están representados en forma diagramáticas y consu posición relativa los diferentes eventos que se registran en un sismograma de

reflexión, como el del lado derecho de la figura 4.10. Se observan: el Ground Roll, lasondas directas, la refracción y la reflexión para m modelo de dos capas.

FIGURA 4.10DIAGRAMA DE GROUND ROLL Y VENTANA OPTIMA.

En el diagrama se puede apreciar un intervalo de distancias en el que la reflexiónproveniente de la interfase está libre del resto de las señales, a éste se le conoce comoventana óptima. Dentro de la ventana se escoge la separación entre el punto de tiro y elreceptor que más convenga para el sitio de estudio, y a esta distancia (fuente -detector)se le denomina offset óptimo.

Se denomina Cammon Offset a la técnica de detección de la señal en un solo geófono,con la distancia fuente -detector siempre constante, para cada punto de tiro. Se realizantantos puntos de tiro como receptores se tengan en el tendido.

En este caso, al terminar el trabajo de campo, la sección que se puede formar con todos

los sismogramas está prácticamente terminada; requiere de poco procesamiento y escasofiltrado de frecuencias para mejorar su presentación y resaltar las estructuras detectadas.

Es claro que la presentación de las estructuras es una imagen continua producida por losreflejos de la energía emitida en el punto de tiro. Para determinar la profundidad de losreflectores y de sus accidentes o variaciones en el dominio de las distancias, es necesarioconvertir en distancias a los tiempos que se leen en las secciones (reescalamiento del ejede tiempo) empleando para ello la ecuación 4.5, de acuerdo con la figura 4.10.

Z = 1[v2 T2 - X2 ] 1/2 2 (4.5)

donde:

Z = Profundidad al horizonte reflector por debajo del punto medio entre lafuente y el detector

ó

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Dependiendo de la fuente de energía se hacen los preparativos para los puntos de tiro.Generalmente, el primer punto de tiro debe estar a una distancia G del primer geófono, elsegundo alejado a una distancia (13G), y así sucesivamente. A continuación se cargan los

puntos de tiro con el explosivo seleccionado para el trabajo. Se realizan las conexionespertinentes en el equipo y se detonan los puntos de tiro uno por uno, manteniendo fijas lasposiciones de los geófonos y registrando con el sismógrafo, todas las trazas.

Con el análisis de los diferentes eventos y la relación Señal -Ruido de los sismogramas seseleccionan los parámetros. óptimos de registro, como en el sismograma de la figura 4.10.En el que se reconocen los eventos de interés para marcar el Intervalo de distancias de laventana óptima; con esta sección también se define cuál es el tiempo de registro útil delos sismogramas dentro de la ventana, que es el intervalo de tiempo entre el inicio del

sismograma y el arribo del Ground Roll. La definición de este lapso es importante paraevitar el registro de ruido de gran amplitud en la parte final del sismograma, así como unproceso computacional excesivo.

4.4.3.2 Equipo

Una vez obtenidos la ventana óptima el offset óptimo y el tiempo de registro, se procede aefectuar el trabajo de campo, descrito a continuación, bajo el supuesto de que se está

utilizando un sismógrafo de 12 canales.

Es indispensable contar con una computadora en el campo para la transferencia yalmacenamiento del registro del sismógrafo. Esta puede ser una tipo PC compatible (conprocesador 386), portátil, con el software necesario para la transferencia de los datos, elcual es normalmente proporcionado por el fabricante del equipo.

La mayoría de los sismógrafos ingenieriles usados en la actualidad, poseen las

siguientes capacidades:

− Presentación en pantalla de las trazas de la señal detectada.

− La señal se colecta en forma digital.

− Transferencia de la señal a una computadora por medio de discos magnéticos

(minidisk) o interconexión a través de puertos seriales.

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Además del sismógrafo y la computadora, se requiere para el trabajo el siguiente equipo:

− 12 geófonos

− Cable para conectar los geófonos al sismógrafo− Batería para suministrar energía al sismógrafo− Detonador (blaster), si se usan explosivos− Escopeta (Buffalo Gun) en caso de que la fuente de energía sean cartuchos de

escopeta− Marro, placa metálica y switch iniciador, si la fuente de energía son golpes de

marro− Papel para el sismógrafo

− Equipo complementario 4.4.3.3 Registro de la Información

Una vez seleccionada la línea donde se va a trabajar, se coloca el primer tendido degeófonos con una separación determinada en las pruebas preliminares (distancia G). Elprimer geófono del tendido debe quedar a una distancia del primer punto de tiro, igual aloffset óptimo.

Una vez realizadas todas las conexiones pertinentes, se hace un primer disparo con lafuente de energía elegida y se registran simultáneamente los 12 canales; este primerregistro sirve como monitor o elemento de comparación, y para hacer posteriormente elestudio de velocidades con el método de la gráfica de x2 –t2. Esta información sealmacena en la computadora para su posterior análisis.

A continuación se borra la memoria del sismógrafo excepto la traza correspondiente alprimer geófono. Se prepara el segundo punto de tiro a una distancia G del primero en

dirección al tendido, que corresponde al offset óptimo; se congelan todas las trazas delsismógrafo y sólo se activa la del segundo geófono y se dispara, con esto se registra lasegunda traza. Se congela ésta con información y se descongela la tercera; se hace eldisparo del tercer punto de tiro que está desplazado a una distancia G de su antecesor yse registra la tercera traza. El proceso se repite sucesivamente hasta cubrir las docetrazas del sismograma, después de lo cual toda la información adquirida se almacena enla computadora y se limpia la memoria del sismógrafo.

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4.4.3.4 Procesado de la Información

El siguiente paso consiste en agrupar todos los sismogramas obtenidos con la técnica

common offset, de tal manera que se forme una sección continua. Este proceso puede serrealizado de manera elemental, es decir, pegando los sismogramas de papel que seobtienen 'impresos del sismógrafo, o bien mediante programas de computadora que unany trabajen conjuntamente los archivos individuales registrados en campo, en un soloarchivo que contenga toda la sección.

A la sección así obtenida se le pueden aplicar algunos procesos de mejoramiento, como:mutilación de zonas de ruido en las trazas, filtrado de frecuencias no relacionadas con lasreflexiones, corrección estática para compensar efectos topográficos, escalamiento de las

señales y aplicación de control automático de ganancias. La forma de realizar estosprocesos está determinada por el programa o paquete de programas que se utilicen, loscuales incluyen los detalles de su ejecución.

4.4.3.5 Interpretación

El producto f inal del trabajo es una sección sísmica con la que se muestra en la f ¡gura 4.11, en la que se distinguen claramente los reflejos provenientes de diferentes estratos del

subsuelo, y que presenta una imagen de su morfología. Se pueden interpretar tres capasde diferentes sedimentos antes de llegar a lo que se considera la roca dura, en la cualaparece, a lo largo de la sección, una superficie ondulante con un valle entre dos crestasque, probablemente, corresponde con una zona de roca decomprimída en la cima de lascrestas.

La imagen de los estratos o capas obtenidas con secciones de common offset, estárepresentada en el eje vertical, en tiempo, y puede ser convertida en un modelo deprofundidades mediante el uso de la ecuación 4. 5, como ya se menciono.

Por último, el objetivo del método es interpretar esas imágenes continuas en términos dela estratigrafía del sitio de estudio, tomando, en cuenta el conocimiento geológico conque se cuente. Esta información resulta ser de gran utilidad tanto para algunos proyectosde exploración geohidrológica, como para el diseño de diferentes obras de ingeniería:cimentaciones, construcción de canales, construcción de túneles, estaciones de bombeo,etc.

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elástico, la zona de la derecha, es la de tendido donde se encuentran los receptores ogeófonos, y la zona inferior es la de reflexión de la energía que se emite en los puntos detiro y que es recibida por los geofonos.

FIGURA 4.12DIAGRAMA DE PUNTO DE REFLEJO COMUN

En la figura 4.12 se aprecian algunos aspectos interesantes de la geometría de lareflexión, por ejemplo: que la zona de reflexión es de la mitad de la longitud del tendido;que la distancia entre los puntos de reflejo es, por tanto, la mitad de la distancia entregeófonos (denominada distancia G); que para diferentes parejas de punto de tiro-geófonoexiste un punto de reflexión común, como en el caso mostrado para el punto de reflejo R7,el cual es común a las parejas PT1 - G7, PT2 - G6, PT3 - GS, PT4 - G4, PT5 - G3, yPT6 - G2.

De acuerdo con esta situación geométrica, en un sismógrafo de 12 canales, puede serregistrado el mismo punto de reflejo hasta por seis geófonos. En el caso de un sismógrafode 24 canales, éste puede ser captado hasta por doce geófonos.

Este método es más elaborado que el de Common offset, ofrece una mejor resolución y

tiene un costo de ejecución mayor. Es recomendable para casos en los que el incrementoen el costo de operación, no tenga importancia comparativa con el valor de la informaciónque se desea adquirir.

Para aplicar el método se requieren, además del equipo ya mencionado, cables deconexión de geófono especiales y un switch controlador de éstos, llamado Rotalong, unacomputadora tipo PC con microprocesador 386 como mínimo, equipada con disco duro de100 Mb para almacenamiento de datos, así como coprocesador matemático. Paraaprovechar el método en toda su capacidad se debe utilizar un sismógrafo de 24 canales;sin embargo, puede emplearse uno de 12 canales.

También requiere de pruebas preliminares de campo, -que se deben llevar a cabo en laforma descrita para el método common offset, con objeto de definir la ventana óptima deregistro para que abarque todos los geófonos.

La fuente de energía puede ser cualquiera de las descritas para el Método common offset.f


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4.5.2.1 Agrupamiento

El primer proceso que debe realizarse después del trabajo de campo es el de agrupar

todos los sismogramas levantados a lo largo de una línea en un solo archivo ordenado,con objeto de que éste constituya la base para formar la sección final.

4.5.2.2 Eliminación de Trazas Inútiles

En algunos sismogramas obtenidos en el campo existen trazas (señal completa dealguno de los geófonos activos) que no contienen señales útiles o simplemente noregistran señal alguna debido a que las trazas que se corresponden con el punto mediocomún se suman. Al efectuarse el proceso estas trazas deben eliminarse, pues sólo

agregan ruido a la señal final, como se presenta en la figura 4.15

FIGURA 4.15ELIMINACION DE TRAZAS INUTILES

4.5.2.3 Ruido Coherente

Los ruidos coherentes se presentan principalmente en dos zonas: la de los primeros

arribos y la del ground roll. Estas señales son normalmente las de mayor amplitud dentrode los sismogramas. Procesos como el control automático de ganancia toman en cuentalas señales de amplitud máxima para ajustar el tamaño de las restantes, por esto hay queeliminar las porciones correspondientes a estas zonas. Esto se logra mediante elproceso conocido como Mitíng (figura 4.16).

FIGURA 4.16ELIMINACION DE PRIMEROS ARRIBOS

CON APLICACION DE MUTING4.5.2.4 Sorteo

En este proceso geométrico se seleccionan las trazas que tienen punto medio común y seconforman grupos de ellas, de tal método que se reemplaza la primera unión desismogramas y se forma una nueva en donde el punto de atribución del grupo de trazasen el terreno es el que queda verticalmente por encima del punto de reflejo común (PRC)

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4.5.2.6 Corrección por Diferencias de Offset

Conocida también como AURNAL MOVE OUT, se debe a la diferencia de offset que

existe en cada traza con el punto medio común que se va a sumar. Consiste en corregirlos tiempos de arribo de las señales de acuerdo cm el que tendrían si el offset fuera cero.Se calcula usando las velocidades adquiridas en el paso anterior, así como la geometríadel tendido (figura 4.12) según la ecuación 4.6.

t2 (0) = t2 (x) - x2 V2 (4.6)

donde:

t(0) →Tiempo para la trayectoria verticalt (X)→Doble tiempo de viajeX = Distancia fuente -detectorV = Velocidad promedio de la capa

Se aplica a todas las trazas de cada grupo que se forma con el criterio de punto mediocomún. Si la corrección se realiza en forma adecuada, las señales producidas por unreflector en el grupo de trazas del registro se alinearán, formando una línea horizontal

recta.

4.5.2.7 Apilamiento

Después de la corrección anterior se suman las trazas correspondientes a cada PMC y elvalor de la suma se normaliza bajo un criterio que mantenga la amplitud máxima de latraza, menor que un valor fijado con anterioridad. De esta manera se obtiene una secciónde trazas únicas, que prácticamente constituyen la sección final.

4.5.2.8 Filtrado

Consiste en minimizar la amplitud de las señales de frecuencia distinta a la de lasreflexiones. Para lograrlo se aplica un filtrado a las trazas de la sección obtenida en elpaso anterior, de tal manera que sólo se dejan pasar las señales producto de la reflexión,d d l f i é t t E t l l fl i l

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4.5.2.10 Impresión

Una vez terminado el procesado, las secciones adquiridas se imprimen adecuadamenteen un dispositivo de graficación, como: impresora de gráficos, graficador o cualquier otromedio soportado por el programa que se está utilizando.

4.5.3 Software para el Modelado

Con los pasos descritos tanto en el método Common Offset como en el de Punto MedióComún, se obtiene una sección terminada para dar inicio a la interpretación en lostérminos de los objetivos fijados. Es obvio que para el procesado de la información serequiere de software especializado.

En la actualidad existen en el mercado y a un costo accesible, al menos cuatro paquetespara procesar la información obtenida con los sismógrafos de tipo ingenieria.

El primero es un paquete creado en el Servicio Geológico, de Canadá para el métodoCommon Offset, y puede ser adquirido a través del Dr. Hunter o de la Dra. Pullan, puesfue clasificado como archivo abierto u open fíle. Este programa se desarrolló para una PCAPPLE con impresora EPSON; el paquete tiene capacidad de filtrado, nulificación deinformación no deseada y también cuenta con control automático de ganancia.

El segundo paquete lo suministra la Compalía Geometrics, se llama Geoflex y tiene uncosto muy bajo; trabaja casi en cualquier computadora personal PC con sistema operativoMS-DOS y coprocesador matemático. Realiza prácticamente lo mismo que el primerpaquete, con la diferencia de que se puede emplear para el procesado de datos obtenidoscon cualquiera de los dos metodos de campo abordados en este capítulo.

El tercer paquete lo comercializa la Compañía Geometrics y fue desarrollado en el

Servicio Geológico de Kansas, EUA. Se llama Eavesdropper, cuesta aproximadamente eltriple que el Geoflex; pero su capacidad de procesamiento y calidad final son muchomejores: efectúa procesos en bloques (batch), y se puede trabajar tanto el método deCommon Offset como el método Cammm midpoint (PMC) .

El cuarto y último paquete fue desarrollado por la Compañía Interpex y se llama Seistríx.Este es el más caro, cuesta aproximadamente tres veces más que el anterior; pero es elde mejor presentación y más fácil manejo El despliegue de pantallas en menúes lo hacen

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En la mayoría de los trabajos geohidrológicos o geotécnicos con sólo utilizar el CommonOffset se obtienen resultados satisfactorios, dado que no es necesaria una mejorresolución.

El Método de Punto Medio Común proporciona mejor resolución de pequeños estratos.Generalmente, las secciones generadas son de excelente calidad (figura 4.18) y tiene ladesventaja de requerir cables especiales y el switch seleccionador de canales Rotalong,así como de todo el proceso ya mencionado, lo cual encarece el trabajo.

FIGURA 4.18SECCION SISMICA COMMON OFFSET

Las figuras 4.18 y 4.19 presentan, a manera de comparación, el tipo de secciones queson generadas con estos métodos y su calidad, la primera obtenida con el métodoCommon Offset y la segunda con el de Punto Medio Común.

FIGURA 4.19SECCION SISMICA CON PUNTO DE

REFLEJO COMUN

4.6 REFLEXION SISMICA EN LA EXPIDRACION DEL AGUASUBTERRANEA

Ya que el método de reflexión sísmica proporciona cómo producto final una imagen casicontinua de la morfología del subsuelo, su aplicación en la exploración geohidrológicadebe ser en la configuración de las rocas confinantes del acuífero o del flujo' de agua.

La morfología de la roca sana e impermeable, que sirve como basamento a las rocas

porosas y permeables que suelen ser el control del flujo del agua en los valles, producegeneralmente reflejos característicos, fácilmente reconocibles por un experto en lainterpretación de sismogramas.

En principio, el método también puede usarse en la detección de grandes cavidadessubterráneas que puedan servir de control en el f lujo del agua, ya que es muy grande elcontraste de impedancias acústicas entre la roca y el vacío que forman los huecos.Asimismo el método es aplicable en obras civiles en las que la presencia de cavidades y

E l li ió d t ét d d b id f di ñ d li

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En la aplicación de este método se debe considerar que fue diseñado para cumplir conciertas metas, por lo que los objetivos en la exploración geohidrológica deben estaracordes con las capacidades del mismo; de no ser así, se puede llegar a resultados queno cumplan con las expectativas de la exploración que se está realizando.

Este método no es recomendable en una campaña de gran extensión, sino en laexploración de detalle en áreas de las cuales ya exista un conocimiento geohidrológicogeneral, para que los trabajos se encaminen hacia objetivos específicos, como definiciónde estructuras geológicas locales o profundidad y forma del basamento.

4.7 REFLEXION SISMICA EN LA CONSTRUCCION DE OBRASHIDRAULICAS

El método de reflexión sísmica puede encontrar su mejor campo de aplicación en laexploración de sitios para construcción de obras hidráulicas, sobre todo en la. modalidadde common offset, ya que en muchas ocasiones se requiere conocer la morfología delcontacto suelo -roca o, mejor dicho, capa superficial roca sana, pues la capa superficialpuede estar compuesta de suelo y roca alterada.

El conocimiento del contacto mencionado y su ubicación suelen ser de gran importancia

en la construcción de canales, zanjas para tuberías, construcción de caminos y presas, yespecialmente, en sitios donde la cimentación debe hacerse con pilotes. También aquí, lamodalidad de Common Offset puede ser económicamente competitiva con métodos comoel de refracción sísmica o los eléctricos, con la ventaja de que se obtiene un conocimientocasi continuo de la sección en estudio.

La posibilidad de detectar estructuras tales corno fallas, aumento' o disminución delespesor de la capa superficial de cobertura, cambios de fáciles (cambios laterales en lalitología), entre otros, hace del método de reflexión una técnica versátil y de gran

aplicación en la ingeniería básica.

El hecho de que sólo hasta hace poco tiempo se haya aprovechado esta técnica, se debea la falta de conocimiento de los métodos sísmicos de reflexión, su forma de aplicación ysu economía; no obstante, es de esperar que, conforme el conocimiento de estas técnicasse extienda, sea cada vez más difundido el uso de la reflexión en la exploración somera.


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CAPITULO 5

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CAPITULO 5

METODOS SISMICOS NO CONVENCIONALES

5. 1. MODULOS DINAMICOS

La relación que existe en la mecánica del medio continuo entre las propiedades elásticasde los materiales y la segunda ley de Néwton está dada, corno ya se mencionó en elCapítulo 2, por la llamada ecuación de onda.

V∅∅∅∅δδδδ (X~ Y~ Z~ t) = δδδδ2∅∅∅∅ + δδδδ2∅∅∅∅ + δδδδ2∅∅∅∅ = 1 δδδδ2∅∅∅∅ (5.1)δδδδx2 δδδδy2 δδδδz2 c2 δδδδt2

Donde ∅ es la amplitud de la deformación que se propaga a una velocidad c y t es eltiempo.

Se designa corno S al desplazamiento que sufre un elemento de volumen de su posiciónoriginal, de tal manera que el vector de campo describe la deformación del medio,entonces y de acuerdo con la teoría de la elasticid

Exploración Goesísmica

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