geologia del subsuelo
DESCRIPTION
geologia del subsueloTRANSCRIPT
GEOLOGÍA DEL
SUBSUELO
MÉTODOS DE SONDEO
MÉTODOS ELECTRICOS
Las propiedades eléctricas del subsuelo
pueden explorarse, bien eléctricamente, bien
electromagnéticamente. Tres métodos
puramente eléctricos son:
Potencial espontáneo
Resistividad
Polarización inducida
Potencial espontáneo
Este método como indica su nombre, se basa
en la medición de las diferencias de potencial
naturales que suelen existir entre dos puntos
cualesquiera del terreno. Estos potenciales
en parte variables y en parte constantes,
están asociados con corrientes eléctricas que
fluyen a través del terreno y por las acciones
electroquímicas en las rocas superficiales o
en cuerpos encajados en ellas.
Trabajo de Campo
La medición del potencial espontáneo es muy
sencilla. Cualquier milivoltímetro con
impedancia de entrada suficientemente alta
se conecta a dos electrodos clavados 10-15
cm. en el subsuelo y se lee la tensión entre
ellos. Las usuales barrenas de hierro no
valen en general para estas mediciones,
puesto que su acción electroquímica en el
contacto con el suelo perturba la medición de
los potenciales naturales.
Resistividad del terreno
En el método de resistividades se introduce en el terreno una corriente eléctrica (continua, conmutada o alterna de baja frecuencia) a través de dos electrodos (barras de hierro o cable desnudo convenientemente tendido en el terreno) conectados a los terminales de una fuente portátil.
Así se establece en el terreno una distribución de potencial que se estudia y cartografía por medio de dos “sondas” (barras de hierro o preferiblemente electrodos impolarizables) y de cuyo conocimiento puede deducirse la distribución de la resistividad eléctrica en el subsuelo.
La importancia de las anomalías eléctricas registradas sobre un terreno heterogéneo, depende del contraste de resistividad entre las diferentes rocas. La mayoría de las rocas y minerales son aislantes en estado de sequedad, sin embargo en su estado natural, casi siempre contienen algún agua intersticial con sales disueltas, y adquieren, por lo tanto, una conductividad iónica que depende del grado de humedad y de la naturaleza y concentración de los electrolitos. La forma de la roca ejerce un efecto secundario en la determinación de la resistividad, Minerales como el grafito, la pirrotita, pirita, galena y magnetita son conductores relativamente buenos.
Polarización Inducida
Si una corriente que circula a través del terreno es interrumpida, la diferencia de potencial no cae instantáneamente a cero, sino que, por el contrario, se ha observado de que desciende lentamente durante varios segundos o minutos partiendo de un valor inicial, que es una fracción pequeña de la tensión que existía mientras que fluía la corriente. Este fenómeno ha sido denominado polarización inducida o sobre tensión.
MÉTODOS
ELECTROMAGNETICOS
Una gran ventaja de los métodos
electromagnéticos es que pueden emplearse
con éxito incluso cuando los conectores con
el suelo (electrodos) indispensables para los
métodos eléctricos no son factibles a causa
de que las formaciones superficiales son muy
resistivas o aislantes. Esto es frecuentemente
el caso en zonas muy áridas o en regiones
polares.
Método “Eltran”
Se ha empleado, especialmente en América, un método en el cual en vez de ondas electromagnéticas continuas se utilizan agudos impulsos eléctricos que son enviados al subsuelo, registrándose mediante un receptor las señales de retorno.
Suelen aplicarse al terreno por medio de dos electrodos de corriente clavados en el suelo o también una espirar de cable aislado. El elemento receptor consiste en dos electrodos de potencial. La separación entre cada electrodo es por lo regular de 300 m.
Los impulsos llegan al receptor después de haber sufrido retrasos y distorsiones que dependen de la conductividad del terreno, la distancia al receptor y las reflexiones que hayan sufrido.
Métodos Sísmicos
Introducción
Se basan en el hecho de que las ondas
elásticas viajan con velocidades diferentes en
rocas diferentes. El principio es iniciar tales
ondas en un punto, y determinar en un cierto
número de otros puntos el tiempo de llegada
de la energía que ha sido refractada o
reflejada por las discontinuidades entre
diferentes formaciones rocosas. Esto permite
deducir la posición de las discontinuidades.
Instrumentos
Geófonos
Geófono electromagnético
El geófono electromagnético es el más sencillo y el más empleado de los varios tipos de geófonos. Se constituye de una bobina y de un imán. Uno de estos dos elementos está fijado rígidamente con respecto a la superficie terrestre de tal manera, que se moverá junto con la superficie terrestre en repuesta a los movimientos sísmicos. El otro es el elemento inerte y cuelga sujetado por un resorte en un soporte fijo.
Geófono de reluctancia
El geófono de reluctancia variable se constituye
de un sistema de bobina y armadura, siendo el
elemento inerte y de una pareja de imanes
permanentes alineados en oposición magnética
y separados entre sí por un espacio de aire. Los
imanes, que están unidos con una caja por
medio de un resorte presentan el elemento
rígido moviéndose con las partículas de la
superficie terrestre debido a un evento sísmica.
Geófono de capacidad
En este geófono el elemento inerte, una masa
está fijada a una de las placas de un
condensador y la otra placa del condensador es
fijo con respecto al suelo. El movimiento del
suelo causa una variación de la capacidad del
condensador y por consiguiente se produce una
variación de la capacidad del condensador.
Método de Refracción
El método de refracción se aplica en la
ingeniería en la exploración de minerales y en la
ingeniería civil por ejemplo:
Para determinar la profundidad a una capa
rocosa cubierta por aluviones por ejemplo.
Para estimar la profundidad hacia una capa
rocosa cubierta con sedimentos no
consolidados.
Para averiguar la posibilidad de fracturamiento
de las rocas.
Características
Método más antiguo.
Perfiles de 100km de longitud y más.
Mayor distancia entre tiro y geófonos
El parámetro relevante es la velocidad de las ondas correspondiente a una capa litológica. Es decir una interfase caracterizada por una variación en la densidad de las rocas, donde la velocidad de las ondas no cambia, no se detecta aplicando la sísmica de refracción. Las velocidades correspondientes a las diferentes capas, en que se propagan las ondas sísmicas, se obtienen a través de la sísmica de refracción.
Método de Reflexión
A través de los datos entregados por las
reflexiones sísmicas se puede construir el
horizonte de reflexión aplicando uno de los
métodos siguiente:
Método de la tangente
Método de las imágenes
Características
Método más moderno y más común.
Menor distancia entre tiro y geófonos.
Se determina la impedancia = producto de la velocidad y la densidad correspondiente a una capa. Se obtiene informaciones acerca de la geometría de las formaciones geológicas (localización de interfases).
La configuración de los geófonos es relativamente compleja.
El procesamiento y la interpretación de los datos son más sencillos en comparación a la sísmica de refracción.
Se las aplica en la sísmica marina, en la prospección petrolífera, en la prospección minera y en la sísmica subterránea.
Método del SEV
(Sondeo Eléctrico Vertical)
La finalidad del SEV es la determinación de la
distribución vertical de las resistividades del
subsuelo. Con este método es posible
establecer la existencia en el subsuelo de
diferentes capas geoeléctricas, que
representan otros tantos estratos o formaciones
geológicas cuya naturaleza puede definirse de
la resistividad de cada una de ellas.
Aplicaciones
Estudios estructurales para investigaciones
petroleras.
Investigación de aguas subterráneas.
Estudios de la ingeniería civil, determinando la
profundidad de la roca firme.
Investigaciones a profundidad muy reducida,
para la localización de objetos y edificaciones
enterradas.
TRINCHERAS
Las ventajas principales del método de trincheras
son :
1. Proporciona un corte continuo de los extractos
del suelo
2. En caso de que se llegue a la roca firme, se
obtiene una visión excelente del contacto entre
la roca y el recubrimiento y los rasgos
estructurales en la roca cono diaclasas o
fractura
3. Es fácil tener testigos in situ.
Se excavan generalmente sin estibación y su
profundidad depende de la estabilidad de sus
hastíales para un terreno dado.
No es factible excavar una trinchera bajo el
nivel de agua freática.
TÚNELES
Un túnel es una excavación horizontal o casi
horizontal abierta a la superficie del terreno
por sus dos extremos.
Se utilizan para hacer pasar la línea bajo un
obstáculo, como una colina o sierra, para los
ferrocarriles o carreteras subterráneas, entre
otros.
En un túnel es importante saber como se va a
comportar la presión en el túnel y la forma que se
distribuye, esto dependerá de la estratificación de la
roca en la que se construye.
Qué es una Perforación?
Existen muchos tipos de Perforaciones, uno de los métodos mas
comunes es la perforación por rotación la cual consiste en oradar un
agujero mediante la acción rotatoria de una barrena y la remoción de
los fragmentos que se producen se eliminan a través de un fluido
que continuamente se hace circular, conforme el trépano penetra en
los materiales de la formación. La barrena o trépano se fija al
extremo inferior de una sarta de tuberías. En el sistema rotatorio de
circulación directa, el fluido de perforación es bombeado a través de
la tubería y expulsado por las boquillas de ésta. El lodo, entonces,
fluye verticalmente hasta la superficie por el espacio anular que se
halla alrededor de la tubería. Ya en la superficie del terreno, el fluido
se conduce hasta una fosa de sedimentación y de ahí a otra de
reserva. De ésta, es de nuevo bombeado al interior del pozo una vez
que el contenido de fragmentos se haya sedimentado.
Perforación rotatoria con circulación directa
Los dos elementos clave en el método de perforación por rotación son
el trépano o barrena y el fluido de perforación. Ambos resultan
indispensables al cortar y mantener el pozo.
Fluido de Perforación
Tiene cuatro funciones fundamentales:
Enfriar y lubricar la barrena de perforación, así como la tubería y bomba
de lodos.
Estabilizar las paredes del pozo.
Prevenir la entrada de fluidos provenientes de las formaciones
perforadas.
Minimizar las probabilidades de contaminación entre mantos acuíferos
atravesados.
Trépanos o Barrenas
Se emplean dos tipos de barrenas: Las de arrastre y de rodetes dentados.
Las primeras contienen aletas cortas, cada una de ellas tiene un filo cortante con un tratamiento endurecedor en la superficie. Las boquillas o eyectores cortos dirigen chorros de fluido (lodos) por debajo de las aletas para mantenerlas limpias y enfriarlas. Las barrenas de arrastre ejercen rápidamente su acción cortante en arcillas y arenas, pero no son eficientes en gravas gruesas o en formaciones rocosas.
Las barrenas de rodetes dentados o conos ejercen una acción cortante y de trituración, logrando cortar las formaciones duras con efectividad. Los rodetes o conos son dotados de dientes endurecidos de gran variedad de formas y separación. La elección de los cortadores, así como del número y longitud de los dientes, depende principalmente del tipo de formación que se debe perforar.
Tipos de Barrenas
Las muestras que se obtienen mediante este método son pequeños cortes que
sólo proporcionan una idea parcial de las formaciones que son perforadas, por
ello cuando el muestreo es de importancia, se debe emplear dispositivos
muestreadores especiales como cucharas, muestreadores de pared delgada o
barriles wire line.
Tabla comparativa
Registro de Perforación
Durante la perforación de cada pozo, se debe llevar un registro cuidadoso en
formas aprobadas; en dichos registros se debe consignar lo siguiente:
• Nombre o número de identificación del pozo.
• Zona a la que pertenece, localidad, municipio y estado.
• Fecha y hora de inicio, así como terminación de cada turno de trabajo.
• Clase, marca, tipo y capacidad en profundidad, diámetros y levante del
equipo de perforación y capacidad del compresor y de la bomba de lodos.
• Horas efectivas de trabajo en cada turno.
• Profundidad a la que se registran niveles de agua o lodo y pérdidas
parciales o totales de circulación.
• Nivel de agua o lodo en el pozo al iniciar y terminar cada turno de trabajo.
• Cambios de barrena en equipo rotatorio, anotando si es nueva, reparada y
su estado de uso.
Aplicaciones
Perforación rápida en arcillas y limos compactados así como en arenas y gravas.
Permite el muestreo de núcleos de roca consolidada mediante el empleo del dispositivo adecuado.
Permite el muestreo de materiales no consolidados empleando cucharas y muestreadores de pared delgada.
Existen una gran variedad de herramientas que permiten perforar a varios diámetros y profundidades.
Se pueden implementar desde los más simples programas de perforación y de fluidos de perforación, hasta los más sofisticados.
El empleo de fluidos de perforación, permiten la creación de la costra filtrante en las paredes del pozo, misma que es necesaria para los sondeos y registros geofísicos.
Cómo son los registros eléctricos dentro de los pozos?
Rayos gamma naturales.
Este registro mide la radiación natural de las formaciones, que es
proporcional al contenido de arcilla. Esto debido a que los materiales
altamente radiactivos tienden a concentrarse en las arcilla, las cuales
responden con un alto nivel sobre las herramientas de rayos gamma, a
diferencia de formaciones limpias o libres de arcilla, donde la respuesta
es muy baja, excepto en los casos donde exista contaminación por agua
con sales de potasio disueltas o ceniza volcánica.
Se debe tener en cuenta que la respuesta del registro se ve afectada por
la velocidad del registro, variaciones estadísticas y las condiciones del
pozo.
Sistema de registro y Respuestas típicas de rayos gamma
naturales