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GEOLOGÍA
GENERAL UNIDAD 7 APLICACIONES GEOLÓGICAS
Y GEOFÍSICAS.
Aplicaciones geológicas y geofísica.
-Geología petrolera
-Geología minera
-Geología aplicada a la ingeniería civil
-Geo hidrología
-Geotermia
-Energía nuclear
-Importancia de la geología aplicada en la ing. civil
-Métodos geofísicos
Recientemente la exploración geofísica se orientó a la determinación de
estructuras geológicas locales y depósitos de minerales, creando así la geofísica
practica o aplicada, cuyo desarrollo debido al progresivo aumento de precisión de
los instrumentos adoptados y a la mayor atención de los métodos de
levantamiento; en consecuencia de los grandes progresos de la física en general y
de la electricidad en especial, la geofísica ha crecido en los últimos años.
Aunque la mayor proporción de la actividad de la prospección geofísica se ha
dirigido a la búsqueda de petróleo y gases, y solo una pequeña fracción de la
misma a la búsqueda de minerales sólidos, las exploraciones geofísicas ha
efectuado grandes descubrimientos de depósitos minerales utilizando los
instrumentos mas sofisticados como son: los detectores magnéticos,
electromagnéticos y mediante la radiactividad para realizar exploraciones aéreas
que permiten mayor rapidez y eficacia.
La condición necesaria para la detección de un yacimiento por medio de métodos
geofísicos, es que el mineral posea alguna propiedad física; es prescindible que la
Mena se diferencie notablemente de la roca encajante en lo que respecta a la
propiedad en cuestión. Muchas veces la prospección geofísica se aplica
indirectamente debido a que el mineral no tiene por si mismo alguna propiedad
física pero se encuentra asociado a algún otro mineral o formación geológica que
si posee tales propiedades; solo en casos particulares los métodos geofísicos
permiten la búsqueda directa, y este es el caso por ejemplo de los yacimientos de
magnetita, estudiados con los métodos magnéticos, los yacimientos de sulfuros
metálicos estudiados con los potenciales naturales, las sustancias y aguas
radiactivas buscada con métodos radiactivos.
MÉTODOS GEOFÍSICOS
Radiométrico: la presencia de sustancias radiactivas en las rocas puede
ser utilizada en la búsqueda de yacimientos minerales; en los últimos años
la búsqueda de Uranio se ha intensificado. Entre las sustancias que pueden
ser descubiertas por su asociación con el uranio, se hayan los minerales
de: Zirconio, Berilio, radio y algunas tierras raras. También se ha
descubierto el Columbia el cual es buscado ahora por su resistencia a las
temperaturas extremadamente elevadas alcanzadas en los cohetes y
motores de reacción. Se busca el Zirconio, Berilio y algunas tierras raras
por su cualidades de absorción de neutrones en las pilas atómicas, etc.
Métodos Eléctricos: las propiedades eléctricas del subsuelo pueden
explorarse, bien eléctricamente o bien electromagnéticamente. Existen
varias técnicas geofísicas destinadas a detectar anomalías en las
propiedades eléctricas de las rocas tales como: la conductividad, la
polarización espontánea, la resistividad y la polarización inducida. A base
de las anomalías puede resultar posible localizar minerales que ofrezcan
características eléctricas distintas o levantar el mapa de características
estructurales asociadas a yacimientos de petróleo o de minerales.
Método auto potencial: se basa en la medición de las diferencias de
potencial natural que suelen existir entre dos puntos cualesquiera del
terreno. Estos potenciales en partes constantes y en partes variables. Están
asociados a yacimientos o a corrientes que fluyen a través del terreno. Los
potenciales constantes y unidireccionales están producidos por las acciones
electroquímicas en las rocas superficiales o en cuerpos encajados en ellas.
Método de la Resistividad: se emplea para determinar variaciones
laterales o verticales de la conductividad en el interior del suelo y se utiliza
con frecuencia para medir la profundidad a la que se encuentra la roca
firme en conexión con proyectos de ingeniería civil, dado que, normalmente
existe un gran contraste entre la conductividad de la roca firme y los
materiales consolidados que la cubren.
La resistividad de las rocas es una propiedad que varia entre limites muy
amplios, desde alrededor de 10-6 ohm-mts para minerales como el grafito a
mas de 1012 ohm-mts.
Algunos minerales, especialmente el grafito, la pirrotina, la pirita, la
calcopirita, galena y la magnetita, son conductores relativamente buenos;
una diseminación de estos minerales dentro de la roca puede aumentar la
conductividad de estas; otros como la blenda son también conductores
electrónicos pero muy débiles a la temperatura ambiente.
Polarización Inducida: esto ocurre cuando la corriente que circula a
través del terreno es interrumpida y la diferencia de potencial entre dos
puntos no cae instantáneamente a cero sino que por el contrario se ha
observado que desciende lentamente durante varios segundos o minutos.
Método gravitacional: este método esta basado en el campo natural de la
gravedad y estudia la variación de la componente vertical del campo
gravifico terrestre.
En la prospección por gravedad se miden las pequeñas variaciones, que en
la atracción gravitacional, ejercen las rocas emplazadas en los primeros
kilómetros por debajo de la superficie del suelo. Los diferentes tipos de
rocas tienen densidad diferentes y las mas densas ejercen mayor atracción
gravitacional.
Método de Refracción Sísmica: es un método de reconocimiento general
y de detalles, pero de empleo restringido. En este método los instrumentos
detectores se disponen a cierta distancia del punto de explosión, que es
larga en comparación con la profundidad a que se encuentra el horizonte en
estudio.
Las ondas explosivas recorren grandes distancias horizontales a través del
suelo, y el tiempo requerido para su desplazamiento informa acerca de la
velocidad y profundidad de ciertas formaciones de subsuelo.
Método magnético: la tierra es un imán natural y de allí que dé lugar a
campos magnéticos terrestres, por lo tanto, la prospección magnética
determina las variaciones del campo magnético terrestre atribuidos a
cambios de estructuras o de la susceptibilidad magnética de algunas rocas
próximas a la superficie. El método magnético se utiliza como método de
reconocimiento general en prospección de petróleo cuando la estructura de
capas sedimentarias petrolíferas están regidas por características
topográficas tales como cresta o fallas sobre la superficie del basamento.
RELACION DE LA GEOFISICA CON LAS DEMAS CIENCIAS Y SU
APLICACIÓN EN LAS CIENCIAS DE LA TIERRA
Una de las ramas mas recientes de la ciencia aplicada, la Geofísica exploratoria,
es en la actualidad un producto de varias disciplinas básicas tales como la Física,
la Química y las Matemáticas. Las diversas técnicas de la prospección geofísica
están basadas en varios principios físico fundamentales, como son las leyes de la
atracción gravitatoria y magnética, las cuales gobiernan en óptica la refracción y la
reflexión (tal como se aplica a la prospección sísmica), los elementos de la
electricidad y la teoría electromagnética.
Aunque estos principios son bastante simples, en general es difícil su aplicación al
estudio de los materiales pétreos, que rara vez son homogéneos y que, con
frecuencia, ofrecen propiedades físicas complejas.
Casi todos los métodos importantes de la prospección geofísica han sido
desarrollados partiendo de las técnicas empleadas en un principio para el estudio,
mas o menos científico, de las características terrestres en gran escala. La
prospección por gravedad se desarrollo después de que durante varias décadas
habían sido llevadas a cabo mediciones con el péndulo para determinar la forma
exacta de la tierra, a base de las variaciones de la atracción gravitatoria entre
diferentes estaciones de observación. El método de refracción sísmica hace uso
de los principios elaborados en los comienzos del siglo actual por los sismólogos
de terremotos, que los pusieron a punto para desentrañar la estructura del interior
de la tierra. Los instrumentos magnéticos , que básicamente eran los mismos que
los usados hoy en día para la prospección, hicieron posible levantar el mapa de
algunos de los elementos magnéticos de la tierra, en escala global, en tiempos tan
antiguos como el siglo XVII.
La Geofísica abarca y se relaciona con un buen número de ciencias como son: la
Geología, Geografía, Geoquímica, Termo física, Sismología, Geomagnetismo,
Gravimetría, Electricidad Terrestre, etc. Todos los aportes que dan estas ciencias
a la Geofísica, están basados en principios físicos y fundamentales
CIENCIA DERIVADAS
Gravimetría: Es la ciencia que se encarga de explicar y medir el campo
gravitatorio terrestre.
La aceleración de gravedad en un punto cualquiera de la superficie terrestre no
solo depende de la latitud geográfica, sino también de la distribución de las masas
debajo de ese punto.
Esta dependencia puede ser utilizada con fines exploratorios mediante las
mediciones de las pequeñas variaciones de la componente vertical del campo
gravitatorio terrestre de esta forma se puede llegar a una interpretación mas o
menos probable de las situación de las masas en el subsuelo.
Geomagnetismo: es el estudio de la propiedad que tiene la tierra de
comportarse como un imán natural y dar origen al campo magnético
terrestre.
Si se sitúa una pequeña aguja imantada capaz de girar alrededor de un eje
vertical, en un lugar cualquiera, ella señalara hacia un punto llamado polo norte
magnético el cual no coincide con el polo norte geográfico.
El ángulo formado por los meridianos magnéticos y geográficos recibe el nombre
de declinación, y esta característica junto con la inclinación es de gran valía para
las prospecciones geográficas debido a que las pequeñas variaciones que
experimenta el campo magnético nos puede indicar minerales de interés comercial
como la magnetita, la pirrotina, la ilmenita, etc. Así como también minerales de
interés asociado a sustancias magnéticas como son los sulfuros de Cu, Pb y Zn.
Geolectricidad: basa sus estudios en las propiedades eléctricas de las
rocas como son:
Resistividad
Conductividad
actividad electroquímica, etc.
En base a las anomalías que pueda presentar las propiedades eléctricas de las
rocas es que se hace posible localizar minerales que ofrezcan característica
eléctricas distintivas, o levantan el mapa de características estructurales asociadas
a yacimientos de petróleo o de minerales.
Sismología: es la ciencia que trata de los terremotos y de los fenómenos
que con ellos se relacionan.
Todo esto incluye el estudio de las causas que producen los terremotos, su
localización y las ondas que se reciben de ellos.
Los terremotos son una serie de movimientos transitorios y repentinos del terreno,
originados en una región limitada de la corteza terrestre y que se propaga desde
su origen en todas direcciones. Podemos deducir un basamento para la
prospección geofísica, ya que si producimos un pequeño terremoto artificial y
detectamos los tiempos de llegada de las ondas producidas unas vez reflejadas o
refractadas en las distintas formaciones geológicas, tendremos variaciones que
nos indicaran las diferencias entre las propiedades de la rocas.
GEOHIDROLOGÍA
Es la aplicación de los métodos de investigación de la ciencia de la tierra al
estudio y a la prospección de las aguas subterráneas.
El método mas usado para prospectar aguas subterráneas es el eléctrico a su
reducido costo tanto en aparatos como en el trabajo de campo, ya que se puede
cubrir grandes extensiones de terreno en un tiempo relativamente reducido por un
costo muy bajo.
CIENCIAS ASOCIADAS
Geología: es un conjunto organizado de conocimientos referente a la tierra.
A su vez comprende dos ramas:
Geología Física: estudia la naturaleza y propiedades de los
materiales que componen la tierra, la forma como están distribuidas
los procesos por los cuales se forman, alteran, su transporte y
distorsión; así como la naturaleza, desarrollo y transformación del
paisaje.
Geología Histórica: estudia la historia de la tierra incluyendo tanto
la vida sobre la tierra como los cambios sufridos por ella (cambios
Físicos)
Termofísica: estudia el comportamiento térmico de la tierra, la forma
cómo varia la temperatura con la profundidad y como cambia la
distribución de temperatura con el tiempo. El aporte de la
Termofísica a la Geofísica se centra en el gradiente de temperatura y
en la conductividad térmica.
El gradiente de temperatura, es la variación de temperatura en una
corta distancia, medida en dirección radial de la superficie. La
temperatura crece en la profundidad y el valor medio de gradiente es
de 0.03ºC por metros a las proximidades de la corteza terrestre.
La conductividad térmica es la cantidad de calor que fluye en un
segundo a través de un área de un metro cuadrado en una región en
la que el gradiente de temperatura es de 1º C por metro.
El flujo de calor depende tanto del gradiente de temperatura como la
naturaleza del material a través del cual es conducido el calor.
Geografía: es un conjunto de principios básicos de las ciencias
naturales, seleccionados de tal forma que incluyan las influencias
ambiéntales, que varían de un lugar a otro en la superficie. Alguna
ciencia que comprenden la Geografía y están estrechamente
relacionadas en la Geofísica son:
Geodesia: se encarga de las determinaciones de la forma y
dimensiones de la tierra utilizando métodos de observación
extremadamente preciso, junto con determinaciones muy cuidadosa
de la gravedad.
Meteorología: estudia el estado de la atmósfera en un punto y en
una época determinada.
Climatología: estudia el clima que es la condición de la atmósfera
deducida de largos periodos de repetidas observaciones. Esto
incluyen las probabilidades de series particulares condiciones.
Oceanografía Física: estudia las olas, las corrientes y las mareas.
Geomorfología: trata del origen y desarrollo de todas las formas de
relieve.
Geoquímica Aplicada: es la ciencia que se encarga de estudiar los
análisis químicos en forma adecuada, para que resulten útiles a la
investigación y a la prospección de minerales en general.
En esto se incluye los procesos fundamentales y endógenos de los
elementos metálicos mineralogénicos, los procesos magnaticos y
postmagmáticos, y los procesos de oscilación y reducción.
El fundamento de la geoquímica que sirve de base a la geofísica es:
que cuando en una zona se ha formado concentraciones de mineral
económicamente explotable, la zona se haya mas o menos afectada
por manifestaciones del mismo y se produce como una especie de
aureola la cual no puede ser detectada por la análisis químicos
corrientes sino que necesita procedimientos especiales que debe ser
económicos y de gran sensibilidad.
Importancia de la Geología aplicada a la Ing. Civil
El ingeniero civil se enfrenta a una gran variedad de problemas, en los que
el conocimiento de la geología es necesario.
Indudablemente aprenderá mas geología en el campo. Pero este aprendizaje será
más fácil y más rápido y su aplicación más eficaz, si en sus cursos de ingeniería
se han incluido los principios básico de la geología.
Conocimiento sistematizados de los materiales.
Los problemas de cimentación son esencialmente geológico. Los edificios,
puentes, presas, y otras construcciones, se establecen sobre algún material
natural.
El conocimiento de la existencia de aguas subterráneas, y los elementos de la
hidrología subterránea, son excelentes auxiliares en muchas ramas de la
ingeniería práctica.
El conocimiento de las aguas superficiales, sus efectos de erosión, su transporte y
sus sedimentaciones, es esencial para el control de las corrientes, los trabajos de
defensa de márgenes y costas los de conservación de suelos y otras actividades.
La capacidad para leer e interpretar informes geológico, mapas, planos geológicos
y topográficos y fotografía, es de gran utilidad para la planeación de muchas obra.
Ingeniería civil
Determinación del espesor de recubrimiento y del basamento.
Cálculo de módulos dinámicos, grado de alteración y ripabilidad de las
formaciones.
Localización de huecos.
Estado de las estructuras antrópicas (hormigones, pavimentos, inspección
técnica de edificaciones,...)
Estudios anterior y posteriores a la construcción de túneles.
Detección y evaluación de fracturas.
Determinación de resistividades para tomas de tierra.
Análisis de estabilidad de taludes.
Reconocimiento de macizos rocosos.
Localización de objetos férreos (depósitos, canalizaciones, servicios...).
Medida de propiedades físicas de muestras de terreno.
Localización y delimitación de la geometría de acuíferos.
Determinación del nivel freático.
Análisis de calidad del agua.
Prospección de fracturas.
Estudio de zonas con geotermalismo.
Localización de enclaves para almacenamiento de residuos.
Contaminación de acuíferos (intrusión marina, contaminantes agrícolas,
aguas de mina,...) y de suelos.
Caracterización de vertederos.
Detección de fugas de fluidos (embalses, gasolineras, tuberías,...).
Valoración de riesgos geológicos.
Localización y caracterización de recursos minerales (áridos, rocas
industriales, rocas ornamentales, yacimientos metálicos, formaciones
radiactivas,...).
Estudios de apoyo en obras a cielo abierto y minería subterránea.
Estudio de vibraciones y seguridad minera.
GEOLOGÍA MINERA
El objetivo de la geología minera son los minerales, esto es, las porciones
homogéneas naturales que se encuentran en la corteza con exclusión de las
sustancias procedentes de animales y plantas, como: el carbón, el petróleo, el
ámbar, los fósiles.
Los minerales pueden ser sólidos, fluidos (líquidos y gases) y coloidales (los
amorfos son líquidos condensados). Así, el agua líquida (es un mineral por que es
una porción homogénea) tiene distinta composición (sales disueltas) en cada
manantial, río, mar, lago, pero el hielo o agua cristalina siempre es agua pura.
La mineralogía convencional únicamente se ocupa de los minerales sólidos, es
decir, ordenados estructuralmente y con una estequiometrica constante (análisis
químicos). De este modo se independiza, hasta cierto punto, de la Geología
ambiental y se pueden aplicar metodologías de análisis específicos:
Cristalometría, rayos X, óptica de polarización, etc.
LA GEOFISICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA
La geofísica ha estado ligada a la industria petrolera, prácticamente desde la
aparición de esta, ya que los métodos geofísicos se utilizaban varios siglos antes
de que apareciera la industria petrolera para localizar yacimientos de minerales.
La mayoría del petróleo del mundo se encuentra en rocas sedimentarias. La
ubicación de las reservas de petróleo requiere del entendimiento de la naturaleza
de la roca en que se encuentra y los registros de pozos son uno de los principales
recursos para obtener datos; ellos son particularmente útiles para la descripción y
caracterización de las rocas y sus fluidos.
Los primeros equipos geofísicos que se utilizaban en la industria petrolera,
empleaban una balanza de torsión y el sismógrafo de refracción para buscar
domos salinos someros en la costa del Golfo de los EU y México, por el año de
1925.
En la exploración petrolífera, el método mas empleado es el de reflexión sísmica,
siendo, en este orden, el gravitacional, refracción sísmica y los magnéticos. En el
hemisferio oriental se utiliza a veces en la búsqueda de petróleo un técnica
eléctrica, la de la prospección de corrientes telúricas.
A partir de 1937, fecha en que se comenzó a usar la estadística, uno de cada seis
pozos de cateo localizado por geofísicos había llegado a ser comercialmente
productivo; mientras que uno de cada veinte pozos localizados sin ayuda técnica
era productivo y uno de cada diez pozos localizados por la geología pero no por la
geofísica, la producción de éxito había sido de uno a diez; al valorar estas cifras,
no hay que olvidar que la geología solo puede ser mas eficaz y económica que la
Geofísica en algunas zonas, y que lo contrario puede ser cierto en otras.
Desde el nacimiento de la geofísica hasta nuestros días, su papel en la
prospección de petróleo ha ido aumentando progresivamente hasta el punto que
hoy en día ya no se busca hidrocarburo sin recurrir los métodos geofísicos.
Esto es básicamente debido a que la geología, por sus propios medios, no puede
determinar con precisión posible depósitos de petróleo en casos de: trampas
estructurales, anticlinales, fallas y anticlinales fallados; si la serie que la cubre no
es concordante con las capas de la estructura; si el eje de la estructura petrolífera
no coincide con el eje estructural visto en superficie; si la falla que produce la
trampa no es visible en superficie. O en otro tipo de trampas; cuando hay
discordancia no visible en la superficie; cuando hay variaciones laterales en la
estratificación o cuando existen arrecifes.
La geología del petróleo es una aplicación especializada de
la Geología que estudia todos los aspectos relacionados con la formación
de yacimientos petrolíferos y su prospección. Entre sus objetivos están la
localización de posibles yacimientos, caracterizar su geometría espacial y la
estimación de sus reservas potenciales.