DEFINICION

Prospeccin GeofsicaSemestre 2015-IIcapitulo 1Mgt. Carlos Barrientos Guzmn.DefinicinLa geofsica es la ciencia que se encarga del estudio de la Tierra desde el punto de vista de la fsica. Su objeto de estudio abarca todos los fenmenos relacionados con la estructura, condiciones fsicas e historia evolutiva de la Tierra. Al ser una disciplina experimental, usa para su estudio mtodos cuantitativos fsicos como la fsica de reflexin y refraccin de ondas mecnicas, y una serie de mtodos basados en la medida de la gravedad, de campos electromagnticos, magnticos o elctricos y de fenmenos radiactivos. En algunos casos dichos mtodos aprovechan campos o fenmenos naturales (gravedad, magnetismo terrestre, mareas, terremotos, tsunamis, etc.) y en otros son inducidos por el hombre (campos elctricos y fenmenos ssmicos).

Es la aplicacin de los principios y prcticas de la Fsica para la resolucin de los problemas relacionados con la tierra midiendo de modo indirecto las variaciones de las magnitudes fsicas en el espacio y el tiempo.

Como ocurre en otras ciencias, la Geofsica se divide en dos partes Geofsica Pura y Geofsica Aplicada.

Se denominaGeofsica Puraa la investigacin del planeta en que habitamos con fines de conocimiento cientfico.

Geofsica Aplicadaes el estudio de prospectos de inters econmico, buscando anomalas de los campos fsicos terrestre utilizando tecnologa que le permite obtener algn beneficio para la humanidad.

El objetivo principal y actual de la Geofsica es la determinacin de la estructura y composicin de la Tierra, as como la historia de sus variaciones pasadas, presentes y futuras.

La Geologa y sus ramas.

La Geologa y las Ciencias Bsicasla Geofsica Interna Sismologa, estudia los terremotos y la propagacin de las ondas elsticas (ssmicas) que se generan en el interior de la Tierra. La interpretacin de los sismogramas que se registran al paso de las ondas ssmicas permiten estudiar el interior de la Tierra.Geotermometra, estudia procesos relacionados con la propagacin de calor en el interior de la Tierra, particularmente los relacionados con desintegraciones radioactivas y vulcanismo.Geodinmica, la interaccin de esfuerzos y deformaciones en la Tierra que causan movimiento del manto y de la litosfera.Prospeccin geofsica, usa mtodos cuantitativos para la localizacin de recursos naturales como petrleo, agua, yacimientos de minerales, cuevas, etc o artificiales como yacimientos arqueolgicos.Ingeniera geofsica o geotecnia, usa mtodos cuantitativos de prospeccin para la ubicacin de yacimientos de minerales e hidrocarburos, as como para las obras pblicas y construccin en general.Tectonofsica, estudia los procesos tectnicos.Vulcanologa, Es el estudio de los volcanes, la lava, el magma y otros fenmenos geolgicos relacionados.

La Geofsica Externa Geomagnetismo, estudia el campo magntico terrestre, tanto el interno generado por la propia Tierra como el externo, inducido por la Tierra y por el viento solar en la ionosfera.Paleomagnetismo, se ocupa del estudio del campo magntico terrestre en pocas anteriores del planeta.Gravimetra, estudia el campo gravitatorio terrestre.Oceanografa u Oceanologa, estudia el ocano.Meteorologa, estudia la atmsfera y el tiempo atmosfrico, circunscribindose a la Tropsfera.Climatologa, estudio del clima terrestre actual y en el pasado geolgico.Aeronoma, Es la ciencia que estudia las capas superiores de la atmsfera. Estudio de la ionosfera y magnetosfera. Relaciones Sol-Tierra.

La Tierra est formada de materiales al igual que en los otros cuerpos planetarios, se disponen en capas concntricas. Segn la composicin distinguimos:La cortezaes la capa ms externa y se extiende hasta una profundidad media de 35km, est formada por silicatos ricos en aluminio. Podemos distinguir dos tipos de corteza:Corteza continental, es ms profunda llegando a unos casos como la Sierra del Himalaya hasta 80km. Encontramos rocas gneas, metamrficas y sedimentarias.Corteza ocenicatiene un grosor que llega como mximo a 10 km, est formada por rocas gneas.El mantose extiende desde la base de la corteza hasta unos 2900kms de profundidad. Est formada por silicatos ricos en hierro y magnesio.El ncleose extiende desde 2900 kms hasta el centro de la Tierra a 6830km de profundidad. El ncleo externo est formado por hierro y nquel, llega hasta 5100km y a partir de aqu encontramos el ncleo interno formado nicamente por hierro.

Segn el estado fsico que se encuentran distinguimos cinco capas:La litosferacomprende la corteza y la parte ms externa del mantes, se caracteriza porque est en estado slido. La litosfera est constituida en diversas partes llamadas placas litosfericas o placas tectnicas. La energa interna provoca que las placas se muevan, se separen y rocen entre ellas o se hunda una sobre la otra.La astenosferaes la capa semilquida que se encuentra sobre la litosfera con un grosor variable. Su comportamiento lquido se explica por las altas temperaturas de la zona que hacen que las rocas lleguen a su punto de fusin. stas pueden desplazarse permitiendo que se provoquen corrientes de conveccin.La mesosferaocupa la parte inferior de la astenosfera hasta el ncleo externo, los materiales no estn fundidos porque las altas presiones compensan las temperaturas elevadas.El ncleo externoes una capa lquida de las elevadas temperaturas, se producen intensas corrientes de conveccin. Las corrientes de conveccin producen corrientes elctricas que son el origen del magnetismo terrestre.El ncleo interno, las altas temperaturas hacen que los materiales se encuentran en estado slido. El ncleo interno gira independientemente del resto de la Tierra a una velocidad ms rpida y una inclinacin diferente.CAPASDENSIDAD G/CM3Corteza2,8Mantel superior3,3Mantel inferior5,5Ncleo externo9,9Ncleo interno13,6o.

la Geofsica pura o fsica de la Tierra.1era razn: por una cuestin de escala. - en Geofsica pura: la investigacin es de todo el interior de la Tierra (desde la superficie hasta el centro: 0-6371 km). 2nda razn: los objetivos no son los mismos - en Geofsica pura: a partir de los fenmenos fsicos observados, deducimos las propiedades fsicas y la formacin del globo terrestre. Un viaje al centro de la Tierra no es realizable (Julio Vernes la haba pensado pero...) / el pozo mas profundo que existe tiene unos 12 km. de profundidad. Por eso existe la Geofsica pura que estudia el globo terrestre sin acceso directo al objeto estudiado.Geofsica aplicada o prospeccin geofsica investiga solamente los primeros kilmetros (0-12 km). Geofsica aplicada: se pretende conocer los primeros metros y hasta los 12 primeros km. del subsuelo para la prospeccin (en geofsica, la nocin de prospeccin entiende la exploracin o bsqueda de una sustancia o estructura del subsuelo que sean utilizable para el hombre) . Geofsica pura: Permite estudiar el interior de la Tierra, su magnetismo, la sismologa, vulcanologa, oceanografa, climatologa.

Geofsica Aplicada: Utiliza los conceptos bsicos de la Geofsica Pura para estudiar la parte ms superficial de la Tierra

La prospeccin geofsica es un conjunto de tcnicas fsicas y matemticas, aplicadas a la exploracin del subsuelo para la bsqueda y estudio de yacimientos de substancias tiles (petrleo, aguas subterrneas, minerales, carbn, etc.), por medio de observaciones efectuadas en la superficie de la tierra. Algunos de los mtodos utilizados en la exploracin son:

PARMETROS PROPORCIONADOS POR LA GEOFSICAVelocidad de las ondas ssmicasConstantes elsticas dinmicas de los suelosEspesor de los estratosEstructura del subsuelongulo de inclinacin de los estratosProfundidad y topografa de la roca de basamentoDensidad de los suelosPeriodos predominantes de los suelosFactores de amplificacin de los suelos Intensidades ssmicas localesCoeficientes de AtenuacinCoeficientes de fracturacin de las rocasPermeabilidad de los suelos y rocasPorosidad de los suelos y rocas

Mtodos y Tcnicas Utilizadas

Son diversos los mtodos utilizados en la exploracin geofsica del subsuelo:La prospeccin Geofsica consiste en inferir la estructura geolgica del subsuelo a travs de la distribucin de alguna propiedad fsica del subsuelo, dependiendo del mtodo utilizado.Son diversas las propiedades fsicas del subsuelo y de la Tierra en general susceptibles de medirse desde la superficie y determinar sus distribucin espacial. Podemos mencionar la resistividad elctrica del subsuelo, velocidad de propagacin de ondas de sonido, densidad de masa y susceptibilidad magntica entre las ms importantes.De acuerdo a la propiedad fsica de la Tierra a estudiar podemos definir los mtodos a utilizar entre ellos tenemos a: Geoelctricos, Ssmicos, Gravimtricos y Magnetomtricos.

Los parmetros fsicos que medimos son:Densidad Mtodo GravimtricoSusceptibilidad Magntica mtodo Magntico Resistividad/ConductividadElctricaElctricos/ElectromagnticosVelocidad de transmisin de Ondas Ssmicas SsmicosExisten otros mtodos que se utilizan menos que son los radiomtricosAplicacin de tcnicas Geofsicas:Identificacin del fenmenoParmetros fsicos que pueden identificarloMtodos a utilizarProblema inverso:Un efecto genera una sealUna seal de mltiples efectosMTODO ELECTRICOLos mtodos geoelctricos consisten en introducir corriente en el terreno y medir el voltaje producido en puntos determinados de la superficie. A partir del valor de la corriente inyectada y del voltaje medido, puede obtenerse la resistividad de zonas del subsuelo. Si se hace circular una corriente elctrica de intensidad I a travs de un objeto, y la diferencia de potencial medida entre sus extremos es V, la resistencia elctrica del objeto ser igual a (Ley de Ohm):

18Los mtodos geoelctricos han sido utilizados en infinidad de aplicaciones y en la actualidad han tenido mucho xito, permitiendo investigar la distribucin de resistividades elctricas o conductividades en el subsuelo desde unos pocos metros hasta decenas de kilmetros. Dentro de la gran cantidad de aplicaciones podemos mencionar:a.- Deteccin de agua subterrnea (acuferos y corrientes subterrneas)b.- Investigacin de depsitos de minerales (metlicos y no metlicos)c.- Determinacin de intrusin salina en acuferos costeros.d.- Deteccin de cavidades y fracturas.e.- Deteccin de plumas contaminantes por hidrocarburos o lixiviadosf.- Estudios para zonas arqueolgicasg.- Determinacin de la estratigrafa del subsuelo.h.- Evaluacin de bancos de material (arena y grava)g.- Determinacin de la profundidad al nivel freticoh.- Bsqueda de vapor de agua en campos geotrmicosLas tcnicas utilizadas para medir esta propiedad son:1.1.- Geoelctricos por corriente continua (sondeos elctricos verticales y tomografa elctrica)1.2.- Transitorios electromagnticos (TEM)1.3.- Bobinas electromagnticas1.4.- Magnetoteluria (Fuente natural y artificial).Estrategia para deducir la estructura del subsuelo

TOMOGRAFA ELCTRICALa tcnica de la tomografa elctrica emplea los valores de resistividad aparente medidos con los dispositivos geoelctricos sobre la superficie del terreno, para generar imgenes del subsuelo que genere una respuesta similar a los valores de resistividad aparente medidos. En el esquema de pseudosecciones se detalla el procedimiento de inversin seguido para la obtencin de una Tomografa Elctrica.

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Los mtodos geoelctricos ms empleados en Hidrogeologa se basan en la inyeccin artificial de una corriente elctrica (sondeos elctricos verticales SEV y calicatas elctricas CE); de menor utilidad son la polarizacin inducida (PI) y el potencial espontneo (PE), este ltimo basado en la medicin de campos elctricos naturales.Prospeccin SsmicaEstudios ssmicos: Consisten en producir artificialmente ondas ssmicas con una explosin pequea o el impacto sobre la superficie de un objeto de gran peso (a veces, portado por un camin especial para esta tarea). Estos estudios detectan muy bien la presencia de hidrocarburos.

Mtodos Ssmicos

Los mtodos ssmicos son utilizados para medir velocidad de propagacin de ondas en el subsuelo permitiendo caracterizar el subsuelo desde la superficie a centenas de metros. Dentro de las aplicaciones podemos mencionar:a.- Determinacin de la profundidad a la roca sanab.- Caracterizacin del basamento rocosoc.- Determinacin de la estratigrafa y geometra del subsuelod.- Clculo de parmetros elsticos del subsuelo a partir de las velocidades de onda (P y S).e.- Apoyo en la deteccin de agua subterrneaf.- Evaluacin de bancos de material (arena, grava, roca, etc.) Las tcnicas utilizadas para medir esta propiedad son:1.1 Ssmica de refraccin1.2 Ssmica de Reflexin1.3 Ruido ssmico (ondas superficiales)

GravimetraLa gravimetra es un mtodo que permite caracterizar el subsuelo a travs de la distribucin de la densidad de masa de los distintos materiales del subsuelo, haciendo mediciones del campo natural gravimtrico terrestre. Permite caracterizar el subsuelo desde algunos metros hasta decenas de kilmetros de profundidad. Dentro de las aplicaciones podemos mencionar:a.- Geometra de cuencas sedimentariasb - Estudios en zonas arqueolgicasc.- Evaluacin de campos petroleros en apoyo a la exploracin ssmica.

Mtodo GravimtricoEstudios gravimtricos: Son aquellos que consisten en medir la intensidad de la fuerza gravitatoria de la Tierra, la cual puede cambiar cuando se est en presencia de grandes masas mineralizadas.

Magnetometra

La magnetometra es un mtodo que permite caracterizar el subsuelo a travs de la distribucin de la susceptibilidad magntica de los distintos materiales del subsuelo directamente relacionada con el contenido de minerales con propiedades magnticas, haciendo mediciones del campo natural magnetomtrico terrestre. Permite caracterizar el subsuelo desde algunos metros hasta decenas de kilmetros de profundidad. Dentro de las aplicaciones podemos mencionar:a.- Investigacin de depsitos minerales (magnticos)b - Estudios en zonas arqueolgicasc.- Evaluacin de campos petroleros en apoyo a la exploracin ssmica.

Mtodo MagnticoEstudios magnetomtricos: stos se basan en medir variaciones en el campo magntico de la Tierra a fin de detectar minerales como la magnetita que alteran el campo magntico.

Aplicaciones de Mtodos Electromagnticos.

GeoradarDebido a su alta resolucin permite determinar las caractersticas de los terrenos con profundidades entre 10 a 20 metros.

Geofsica Aplicada30GeoradarEl Georadar o GPR es una avanzada tecnologa no invasiva, es decir, sin la necesidad de perforaciones, calicatas o similares, permite obtener una imagen del subsuelo pudiendo localizar objetos enterrados, estructuras geolgicas, problemas relacionados con la geotecnia, vestigios arqueolgicos, y contaminacin de suelos y aguas subterrneas.).

Mtodo RadiomtricoEstudios radiomtricos: Consisten en efectuar mediciones de las radiaciones que se emiten desde el interior de la Tierra. Resulta apropiada para detectar la presencia de minerales como el "radio" o el "uranio".

Mtodo geofsico utilizadoTipoFenmeno fsico medido Propiedad fsica deducida Gravimetra NaturalAceleracin de la gravedad Densidad Magnetismo Natural Campo magntico Susceptibilidad M. Elctrico polarizacin espontnea NaturalCampo elctricoResistividad M. Elctrico polarizacin inducidaProvocadoCampo elctricoResistividad ElectromagnticoProvocadoCampo electromagntico Resistividad Sismologa NaturalTiempo de llegada de la ondas VelocidadSsmica refraccin ProvocadoTiempo de llegada de la ondas VelocidadSsmica reflexinProvocadoTiempo de llegada + amplitud de la ondasVelocidad Impedancia acstica = densidad x velocidad Radioactividad Natural Mineral radioactivoMineral radioactivoGeoradarProvocadoTiempo de llegada + amplitud de la ondasVelocidad

Mediciones de pozosProvocadoVariosVariosAplicaciones1. la prospeccin petrolera: los pozos profundos son muy costosos, antes de implantarlos hay que conocer muy bien la estructura del subsuelo. Se buscan estructuras propicias al desarrollo de los hidrocarburos y no el petrleo. Casi todo el desarrollo de la prospeccin geofsica aplicada se ha hecho dentro de la industria petrolera (desde 1925).

2. prospeccin minera: varios siglos antes de la industria petrolera, exista la bsqueda de minerales slidos. Mtodos geofsicos empleados en la ubicacin de minerales con un valor econmico.

3. prospeccin de aguas subterrneas: en hidrogeologa, hay que localizar las capas freticas, seguir el movimiento de las aguas en profundidad (experiencia de inyeccin de sal en los pozos).

4. prospeccin en ingeniera civil: antes de empezar cualquier construccin, las estructuras del subsuelo debe ser conocida, tambin se busca la presencia de fluidos que pueden perturbar la resistencia mecnica de los materiales. 5. prospeccin en arqueologa: bsqueda de ciudades perdidas y enterradas en el subsuelo. Ejemplo muros Incas enterrados.