Estudio del Subsuelo

ESTUDIO DEL SUBSUELO ¿Cómo se estudia el subsuelo? La naturaleza y estructura del subsuelo sólo se conoce por la proyección en profundidad de los datos de superficie. Los métodos de observación directa únicamente proporcionan información puntual del subsuelo, a partir de escarpes del terreno, galerías de minas y la perforación de sondeos. Por tanto, para conocer la disposición y continuidad en profundidad de las formaciones y estructuras aflorantes en superficie, así como para poder detectar la presencia de cuerpos y estructuras ocultas, el estudio del subsuelo tiene que recurrir a la utilización de métodos indirectos de investigación. Entre los métodos indirectos utilizados para el estudio del subsuelo destaca la geofísica aplicada, o técnicas de prospección geofísica.

Niveles estructurales del subsuelo

¿En qué consiste la geofísica aplicada? La prospección geofísica, o geofísica aplicada, consiste en un conjunto de técnicas de medición de parámetros físicos, naturales o inducidos, que suministran información sobre las propiedades físicas de los materiales presentes en el subsuelo. Estas mediciones se pueden realizar sobre la superficie del terreno, con instrumentos aereotransportados, o en el interior de sondeos y minas.

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Los principales métodos de prospección geofísica se han desarrollado a partir de las técnicas empleadas en un principio para el estudio de las características terrestres a gran escala: atracción gravitatoria, ondas sísmicas generadas por terremotos, polaridad magnética, magnetismo terrestre, etc. Desarrollo de las técnicas de prospección geofísica Los métodos geofísicos tienen un indudable valor práctico en la exploración y búsqueda de recursos naturales debido a que, bien la propia presencia de determinados recursos naturales, o bien la estructura geológica asociada a los mismos, dan lugar a anomalías en la medición de los parámetros físicos terrestres. La aplicación de las técnicas geofísicas en la exploración de determinados recursos naturales de alto valor económico, como el petróleo y el gas natural, ha impulsado los trabajos de investigación tecnológica de los distintos métodos de prospección geofísica, tanto en el desarrollo e incremento de resolución de los aparatos y técnicas de medida, como en el posterior tratamiento e interpretación de los datos obtenidos. Concretamente

de

la electrónica asociada ha permitido su

sondeos

aplicación a la investigación minera,

comenzó su desarrollo, a comienzo de los

hidrogeológica y geotécnica a partir de

años

los años 80.

testificación 50,

la geofísica

en

las

técnica de

exploraciones

petrolíferas debido a la necesidad de obtener

la

máxima

información

procedente de los sondeos perforados, rentabilizando la fase más costosa de la investigación y que presenta la ventaja de tener acceso directo a los materiales estudiados.

Posteriormente,

el

abaratamiento y los avances técnicos de Sondeos de investigación

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Métodos de prospección geofísica Todos los métodos de prospección petrolífera, así como muchos de prospección mineral, están encaminados a localizar estructuras favorables que puedan albergar estos recursos. La prospección para obra civil tiene como finalidad

localizar la profundidad de

cimentaciones, calculando los recubrimientos y determinar los parámetros geotécnicos de las rocas del subsuelo. En hidrogeología tradicionalmente se ha utilizado la prospección geofísica para identificar

las

formaciones

más

favorables

que

puedan

constituir

acuíferos

subterráneos. La selección del método o métodos geofísicos a utilizar dependerá de los objetivos propuestos y de su entorno, buscando un alto contraste entre las propiedades a medir de los recursos investigados y las mismas propiedades del medio circundante. Métodos sísmicos Consisten en diferenciar las variaciones litológicas del subsuelo en base a las distintas respuestas sísmicas inducidas en las rocas. Principalmente controlando la medida del tiempo de tránsito de las ondas sísmicas desde que son generadas en la superficie del terreno hasta que se reciben después de haberse transmitido por el terreno. Los métodos sísmicos utilizados en geofísica aplicada son de dos tipos: reflexión y refracción, en los que varía el dispositivo empleado y el tipo de detonante que genera las ondas sísmicas. La selección del sistema a utilizar depende de la profundidad objeto de la investigación. En la sísmica de reflexión las ondas sísmicas registradas corresponden a formaciones

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profundas que actúan como reflectores de la señal y son reflejadas a la superficie, donde son registradas. Permite establecer los límites entre distintas formaciones del subsuelo y cartografiar en dos y tres dimensiones la estructura geológica. Las profundidades de los reflectores se calculan a partir de los tiempos medidos, una vez conocida, o estimada, la velocidad de las ondas sísmicas de las formaciones suprayacentes. Se pueden llegar a detectar reflectores a profundidades muy grandes, de más 10.000 m. Es la técnica geofísica que proporciona una información estructural de mayor calidad y se utiliza de forma sistemática en la exploración de petróleo y gas natural.

Dispositivo para la técnica de perfiles sísmicos profundos

En la sísmica de refracción las ondas sísmicas registradas corresponden a zonas más próximas a la superficie del terreno. Proporciona información de la velocidad y profundidad de las formaciones próximas a la superficie. Se utiliza fundamentalmente en geotecnia para ingeniería civil. Métodos gravimétricos Consisten en la medida de las variaciones de la atracción gravitatoria producidas por la diferencia de densidad de las formaciones existentes en el subsuelo. Precisa de aparatos muy sensibles para poder medir las pequeñas variaciones, del orden de milésimas de miligal, y que el volumen de roca y el contraste de densidad con la roca encajante sea

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suficientemente grande para poder ser apreciado por los aparatos de medida. Alcanza pocos kilómetros de profundidad. Se utiliza fundamentalmente en formaciones salinas y rocas cristalinas, y en investigación petrolífera y minería metálica (ej: grandes masas de sulfuros metálicos).

Anomalía gravimétrica negativa originada por un domo salino

Métodos eléctricos y electromagnéticos Existen gran variedad de técnicas geofísicas que utilizan métodos eléctricos y electromagnéticos, encaminados a medir las propiedades eléctricas de las rocas: resistividad, autopotencial, polarización inducida, respuesta a la inducción y diferencia de potencial. Son útiles para determinar variaciones litológicas en la horizontal o en la vertical del terreno, en formaciones que presentan diferentes resistividades. Se utiliza de forma habitual en hidrogeología, investigación minera y geotecnia. Métodos magnéticos Miden las variaciones del campo magnético terrestre, seleccionando las que puedan estar causadas por grandes accidentes tectónicos o por las variaciones de la susceptibilidad magnética generadas por la composición litológica de las rocas.

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La mayoría de los trabajos de prospección con métodos magnéticos se realiza desde aviones, permitiendo cubrir grandes extensiones de terreno, utilizándose principalmente en zonas poco exploradas y/o recubiertas por hielo, arenas del desierto, selvas, etc. Se utiliza para detectar la presencia de grandes estructuras y de minerales magnéticos, y para conocer la estructura del basamento, ya que las rocas ígneas y metamórficas presentan una susceptibilidad relativamente grande con respecto a la de las formaciones sedimentarias.

Mapa aeromagnético de la España peninsular (I.G.N.)

Métodos radiométricos Miden la radiactividad natural del terreno mediante escintilómetros y contadores Geiger desde la superficie del terreno, o mediante la utilización de aviones, utilizando escintilómetros especialmente adaptados. La profundidad de investigación es de unos pocos metros debido a las radiaciones naturales son absorbidas por los materiales suprayacentes. Se utiliza en exploración de yacimientos de uranio, tierras raras, depósitos de potasio y otros minerales radiactivos.

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Testificación geofísica en sondeos mecánicos Esta técnica geofísica consiste en la medición de los parámetros físicos de las formaciones atravesadas por el sondeo, a partir de una instrumentación que se introduce en el interior del mismo, y que realiza las medidas mientras se desplaza a lo largo de todo el sondeo. Se ha alcanzado un gran desarrollo y actualmente se dispone de una gran variedad de sondas que permiten obtener una amplia gama de parámetros de las formaciones

del

subsuelo:

radiométricas:

densidad,

radiactividad

natural,

concentraciones de K, Th, y U, porosidad, etc,; eléctricas: potencial espontáneo, resistividad y conductividad de la formación y de los fluidos del sondeo; acústicas: velocidad y amplitud de las ondas sísmicas; magnéticas; térmicas: temperatura absoluta y gradiente geotérmico, mecánicas y geométricas del sondeo: diámetro y situación espacial, e imágenes del sondeo mediante cámaras de televisión. El tratamiento informático de varias de estas mediciones permite realizar en tiempo real registros continuos de: columna litológica del sondeo, buzamiento de las capas atravesadas, imagen acústica (scáner) de la pared del sondeo, inclinación y desviación, módulos elásticos de deformación, contenido en cenizas de las capas de carbón, sismograma sintético, etc. Debido a la diversidad de los parámetros que se pueden obtener de las formaciones la aplicación de esta técnica abarca todas los estudios cuyo campo de actuación sea el subsuelo. Interpretación de los datos obtenidos El estudio conjunto de las medidas físicas obtenidas y el conocimiento geológico alcanzado con otras disciplinas permite identificar las distintas formaciones presentes en el subsuelo en función de sus propiedades físicas medidas. La colaboración entre geofísico y geólogos de las distintas especialidades es por tanto imprescindible y de la

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calidad de esta colaboración depende gran parte de la exactitud y fiabilidad de los resultados obtenidos. La aplicación de las actuales técnicas geofísicas de superficie permiten desarrollar modelos, de 2 y 3 dimensiones, de los parámetros geofísicos del subsuelo. Las técnicas de testificación geofísica de sondeos constituyen el nexo de unión entre la información geológica y geofísica, permitiendo realizar una interpretación más fácil y veraz de los datos geofísicos de superficie. La interpretación integrada de la testificación geofísica y el obtenido con otras disciplinas aplicada en el sondeo permite establecer las relaciones existentes entre los parámetros físicos obtenidos y la información procedente de las otras especialidades: parámetros

petrográficos,

estructurales,

geomecánicos,

hidrogeológicos

e

hidrogeoquímicos etc., y determinar el grado de fiabilidad. La extrapolación de estas relaciones a todo el área cubierta por la geofísica de superficie, realizada con una malla densa y homogéneamente distribuida sobre la superficie del terreno, permite la realización de modelos, en 2 y 3 dimensiones, de los parámetros petrofísicos de interés con unas predicciones cada vez más fiables de las características materiales y geométricas de las formaciones del subsuelo. Campos de aplicación de la prospección geofísica Últimamente las técnicas de prospección geofísica abarcan un campo de actuación mucho más extenso, que el tradicionalmente aplicado en la búsqueda de recursos naturales y de investigación del interior de la Tierra, y están presentes en todo estudio relacionado con el subsuelo. Investigación de petróleo y gas: localización de recursos, cálculo de reservas.

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Investigación minera: Localización y cálculo de reservas de minerales metálicos, tierras raras, salinas, energéticos y radiactivos. Hidrogeología: Estudio de reservas y de abastecimiento. Calidad de las aguas. Control de calidad de las obras de captación: durante la fase constructiva y en el tiempo de operación para controlar el envejecimiento. Suelos y acuíferos superficiales contaminados: Caracterización de la contaminación y su evolución temporal, determinación de los focos de contaminación. Monitorización geofísica. Ingeniería civil y geotecnia: Predicción del comportamiento del terreno. Cálculo de los módulos de deformación. Geología y estratigrafía: Reconocimiento litoestratigráfico, continuidad lateral de las formaciones, secuencias y análisis sedimentológico, discontinuidades, etc. Geología estructural: localización, orientación y caracterización de fallas y fracturas, buzamiento estructural. Búsqueda de emplazamientos subterráneos para almacenamiento: identificación y caracterización de zonas favorables. Establecimiento de modelos conceptuales de funcionamiento. Yacimientos arqueológicos: Detección de restos arqueológicos Investigación del interior de la Tierra: Estructura y composición de la Tierra. Procesos dinámicos. Actualmente es la técnica que permite conocer la estructura de la corteza terrestre y apoya el avance de la geodinámica cortical.

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