Estudio de las ondas sísmicas y métodos de prospección geofísica

Dimensionamiento Sísmico

Es una medida del tamaño del evento, en función de la energía liberada. Es un concepto instrumental que no depende de la distancia ni de la posición del observador. M = LOG (AT) + F(AH)

Donde: A = amplitud del registro, T = periodo de la onda S, (alfa) = Distancia epicentral, H = profundidad del foco, km; Cs = factor de corrección propio de la estación sismológica, CR = Factor de corrección regional.

Intensidad

Capacidad de destrucción de un sismo, en un punto dado. Concepto no instrumental (depende de la distancia y posición del observador). Medición: relación de daños y de la forma como se siente el sismo (subjetiva). Instrumentalmente: aceleración del terreno.

Escala de Intensidad de Mercalli Modificada por Richter

1. El terremoto no se nota.
2. Es notado por pocas personas favorablemente situadas, especialmente en las partes altas de los edificios.
3. El terremoto es notado en el interior de los edificios, por muchas personas. En el exterior es menos perceptible.
4. Es notado por todo el mundo. Los objetos inestables se desplazan y caen. Los líquidos se mueven. Se afectan los relojes de péndulo.
5. Las personas andan con dificultad, las ventanas y los objetos de vidrio se quiebran. Los libros y cuadros se caen, los muebles se desplazan o vuelcan. Las estructuras débiles de mampostería se agrietan. Las ventanas pequeñas repican.
6. Los notan los conductores de automóvil. Caen las chimeneas débiles. Se agrietan las estructuras ordinarias de mampostería. Las campanas grandes repican. Caen los ornamentos, cornisas, revestimientos, etc. Deslizamiento de bancos de arena y grava.
7. Colapso parcial de estructuras ordinarias de mampostería. Dañadas las estructuras bien ejecutadas de mampostería, pero no diseñadas para resistir fuerzas sísmicas. Las estructuras de mampostería diseñadas para resistir fuerzas sísmicas no sufren daños importantes. Caen chimeneas, torres, monumentos, depósitos elevados, etc.
8. Pánico general. Las estructuras ordinarias de mampostería sufren daños importantes pudiendo incluso sufrir colapsos. Las estructuras con diseño sísmico resistente son seriamente dañadas. Daños en los cimientos, grietas en el terreno. En zonas aluviales la arena es expulsada.
9. La mayoría de las estructuras de mampostería y pórticos son destruidos, junto con sus cimientos. Daños importantes en las presas y en los diques. Grandes deslizamientos del terreno. Los rieles se doblan.
10. Rieles fuertemente doblados. Tuberías subterráneas fuera de servicio.
11. Destrucción casi total. Grandes masas de rocas desplazadas. Objetos lanzados al aire.

Intensidad y Magnitud de las Ondas Sísmicas

Medida de la energía liberada por un sismo. Se calcula a partir del foco y de la magnitud del desplazamiento del medio (absoluta).

Prospección Geofísica: Métodos Magnéticos y Geomagnéticos

La prospección geofísica consiste en el reconocimiento más superficial de la corteza terrestre mediante la medida y el análisis de una o varias propiedades físicas. Todos los métodos geofísicos estudian la repartición en profundidad de alguna determinada propiedad física de las capas del subsuelo o de alguna característica relacionada con ellas. Las divergencias o anomalías del valor normal que sería de esperar en la zona investigada respecto del valor real encontrado, nos indicará la presencia en profundidad de estructuras o acumulaciones de minerales que pueden ser de interés, por lo tanto está encaminada a proporcionar información necesaria en explotación de recursos del subsuelo. Los métodos más empleados en la investigación general de la estructura geológica de la corteza terrestre y en la prospección e investigación de yacimientos minerales, sobre todo minerales magnéticos y ferromagnéticos son los métodos electromagnéticos y magnéticos. Los métodos electromagnéticos, englobados en los denominados métodos geoeléctricos, estudian la distribución en profundidad de alguna magnitud electromagnética. Existen 3 magnitudes electromagnéticas principales o constantes materiales que, en principio, podrían utilizarse para identificar los cuerpos situados en el subsuelo.

Métodos Magnéticos de Prospección

El método magnético está basado en el estudio de la distribución espacial de las variaciones de campo magnético terrestre (CMT) consecuencia de la desigual magnetización de las diferentes rocas. La Tierra actúa como un gran imán cuyas líneas de campo geomagnético surgen de un polo (el polo sur magnético) y convergen en el otro polo (polo norte magnético). El eje longitudinal de este imán tiene una desviación de aproximadamente 11° con respecto al eje de rotación. Por ello los polos del campo magnético generado no coinciden exactamente con los polos geográficos. Este campo magnético es producido por la combinación de varios campos generados por diversas fuentes, pero un 90% es generado por la parte exterior del núcleo de la Tierra.

Por otra parte, la interacción de la ionosfera con el viento solar y las corrientes que fluyen por la corteza terrestre componen la mayor parte del 10% restante. Sin embargo, durante las tormentas solares (eventos de actividad solar exacerbada) pueden introducirse importantes variaciones en el campo magnético terrestre. El campo magnético terrestre es una magnitud de carácter vectorial cuyos parámetros varían de un lugar a otro, por lo que para estudiar sus componentes en un punto cualquiera de la superficie de la Tierra se toma como referencia un sistema trirrectangular de ejes verticales, N - S y E - O. De esta forma la intensidad del campo (F) y sus proyecciones horizontales (H) y vertical (F) están relacionadas a través de los ángulos de declinación (D), que forma (H) con el norte geográfico, y de inclinación magnética (I), que forma F y H. Así, para expresar el campo magnético en un punto bastan las tres cantidades F, I, D. El campo geomagnético tiene 7 parámetros que lo definen, pero lo más importante desde el punto de vista de la prospección son la declinación y la inclinación ya que influyen grandemente en la forma de la anomalía obtenida. La declinación magnética D se define como el ángulo que existe entre el norte magnético y el norte verdadero (geográfico). Las líneas que unen puntos que tienen la misma declinación magnética se denominan líneas isogónicas. Por otro lado, la inclinación magnética I se define como el ángulo que existe en el plano horizontal y el vector del campo magnético, tomando positivo cuando el vector está apuntando hacia la Tierra. La unidad CGS del campo magnético es el oersted pero en prospección la unidad que se emplea es la gamma que equivale a 10^5 oersted.

Métodos Electromagnéticos de Prospección

Están basados en la medida de los campos eléctricos y magnéticos asociados a corrientes inducidas en el subsuelo por un campo electromagnético en la superficie denominada campo primario (P). Este campo primario consiste en una onda electromagnética que se propaga a través del semiespacio de aire (dieléctrico), por encima de la superficie, como a través del subsuelo. Esa onda conlleva un campo eléctrico y otro magnético perpendiculares entre sí que oscilan en un plano perpendicular a la dirección de propagación. En presencia de un cuerpo conductor en el subsuelo, las corrientes inducidas en él producen un campo electromagnético secundario (S) que depende de la superficie del conductor. En función del ángulo y la forma que presente dicho cuerpo respecto al transmisor y al receptor, el campo secundario se diferenciará del campo primario tanto en amplitud como en la dirección de la onda. La onda electromagnética emitida puede ser, por tanto, un campo eléctrico variable o un campo magnético variable. En una gran parte de los métodos, el campo primario o inductor se produce por el paso de una corriente variable a través de una bobina o cable de gran longitud que se sitúan sobre la superficie del terreno. No obstante, también se utiliza campos naturales y campos antrópicos ajenos. Por el contrario, la medida del campo resultante se realiza mediante bobina.

Metodología de las Pruebas de Campo

Se presenta a continuación la metodología para obtener las anomalías y las respectivas curvas patrón experimentales para determinar 3 cuerpos de geometría sencilla. Las variables que influyen en la respuesta de los métodos son múltiples. Así, por ejemplo: en prospección magnética hay que tener en cuenta la inclinación magnética del lugar, hay que considerar que hay dipolos que atraen y repelen, así como la dirección de imantación que normalmente se desconoce en qué proporción de magnetismo de la masa es inducido o remanente. En prospección electromagnética la profundidad a la que puede ser detectado un cuerpo depende de la sensibilidad del dispositivo, los ruidos superficiales y la geometría y conductividad del conductor. Por dichas razones ha sido necesario elegir cuidadosamente los distintos parámetros de las pruebas.

Objetivos de los Levantamientos

• Asimilar los yacimientos geológicos a cuerpos geométricos simples.
• Obtener las anomalías teóricas mediante cálculo (efecto del objeto en un campo determinado - eléctrico, electromagnético, magnético, gravimétrico, etc.). Son anomalías perfectas.
• Obtener la anomalía de campo. Son anomalías imperfectas.
• Comparar la anomalía de campo con las anomalías teóricas obtenidas de cuerpos simples.
• Si se parecen puede suponerse que el yacimiento presenta similitudes con el objeto simple (enterramiento, masa, tamaño). El cuerpo que origina la anomalía de campo presenta similitudes con otra que ha dado lugar a la anomalía teórica.

Métodos Gravimétricos

En el caso de estar en un terreno con topografía plana, tendremos que cualquier anomalía de gravedad se deberá a desviaciones de la densidad del subsuelo respecto a la densidad base. En otras palabras, las anomalías gravitatorias son originadas por variaciones en la distribución de la densidad másica punto a punto (3D). Por otro lado, si la topografía es compleja, las anomalías de gravedad podrán estar relacionadas ya sea con la geometría del terreno y/o con la distribución de densidades, dado que G = G(R, P).

Típico Levantamiento Gravimétrico

A) Fase del terreno: definir una malla y en cada nodo medir la aceleración de la gravedad.
B) Correcciones:
1° Deriva del instrumento: El gravímetro no es perfecto, razón por la cual se utiliza una estación de amarre para cuantificar la medida del cero.
2° Correción topográfica: Un cerro incrementa la aceleración de la gravedad mientras que una cuenca la disminuye. Todos los datos deben llevarse a topografía plana.
3° Otras correcciones: por latitud, de Faye, de Bouguer, etc.
C) Mapa Final: isanomalías de gravedad. El mapa resultante muestra las variaciones sufridas por la aceleración de gravedad como resultado exclusivo de las diferentes densidades de las rocas. Puede ser conveniente realizar un análisis estadístico de la gravedad y mostrar las desviaciones respecto del background (gravedad residual).

Prospección Eléctrica

La prospección eléctrica puede ser pasiva o activa. Es pasiva cuando se estudia los potenciales métricos espontáneos que surgen debido a reacciones químicas naturales que ocurren en el subsuelo (generalmente en las interfaces de rocas distintas) y es activa cuando el potencial eléctrico estudiado surge como respuesta a un estímulo aplicado (inyección de corriente).

Método Pasivo: Autopotencial

El método del potencial espontáneo (Self Potential) se basa en la recepción de las corrientes naturales que ocurren en la corteza terrestre debido a:
* Reacciones químicas espontáneas.
* Presencia de aguas subterráneas (un flujo de agua siempre crea una corriente eléctrica).
* Iones libres que se desplazan por efecto del magnetismo terrestre, etc.

Métodos Activos

1. El método de la resistividad, es utilizado en minería, geología, e hidrología, y permite estudiar anomalías de resistividad eléctrica, lo que se correlaciona con la ausencia o presencia de cuerpos mineralizados, aguas subterráneas, grado de fracturamiento de las rocas, etc.
2. El método de la polarización inducida (efecto IP). Este método cuantifica las capacidades capacitivas de la corteza terrestre ya que ciertas formaciones mineralizadas (como los sulfuros diseminados) actúan como "mini-condensadores", lo que influye en el tiempo que tarda en descargarse el terreno (Alfa [capacidad eléctrica]).

Métodos Radiométricos

En este caso se utilizarán sensores radiactivos (como un contador Geiger Muller), lo que permite medir procesos radiactivos naturales y artificiales.
* Ejemplo de proceso radiactivo natural: desintegración del potasio 40 en el suelo arcilloso.
* Ejemplo de proceso radiactivo artificial: estudio de los protones reflejados en vía interacción Compton cuando se utiliza una fuente radiactiva de Cs-137.

Métodos Geotérmicos

Estudio de los gradientes de temperatura del terreno mediante sensores térmicos (efectos Seebeck y efecto Peltier).

Extracción y Análisis de Testigos

Perforación de pozos y extracción de muestras a distintas profundidades con el objetivo de caracterizar físicamente el terreno. Evidentemente, si las perforaciones se realizan en los nodos de una grilla será posible obtener una visión 3D del suelo.

Aspectos a Tener en Cuenta en la Exploración Minera

El Qué Explorar

El qué metal explorar no suele ser un problema principal si la exploración no está ligada a un producto exclusivo de la compañía para la que trabaja (Ej: Cobre, molibdeno, CODELCO) entonces la explotación puede ser dictada por causas accidentales:

• La localización geográfica de la casa matriz de la compañía.
• La experiencia de una persona clave en la compañía.
• La tradición de la compañía.

El Cuándo Explorar

Esto puede estar ligado a ciclos económicos de la empresa. Normalmente uno pensaría que hay que explorar cuando los precios de los metales son altos. Por lo contrario, ese es uno de los clásicos errores que pueden cometerse en exploración. Hay que explorar cuando los precios son bajos. Por una razón elemental: pueden pasar años desde que se inicia una campaña de exploración hasta que una mina entra en producción. Así, la idea sería tenerlo todo listo coincidiendo con un ciclo de alza en los precios del metal que interesa.

El Cómo Explorar

Este es un tema sobre el cual cada geólogo tiene sus propias opciones: principalmente creo que sin geología no hay nada, y que esta base geológica es clave para pensar siquiera en una campaña de exploración.

Conceptos Básicos

Si vamos a buscar un objeto, lo primero que tenemos que conocer es el aspecto que presenta (guías morfológicas). Segundo: necesitamos saber el tipo litológico y ambiente estructural en el que se alberga un determinado tipo de mineralización (guías litológicas y estructurales) y, finalmente, los aspectos mineralógicos de esta (guía mineralógica).

Guías de Exploración de Carácter Morfológico y Estructural

Podemos dividir los cuerpos mineralizados en los siguientes tipos morfológicos:

• Discordantes, que a su vez se pueden dividir en:
  • Regulares: Tabulares, Tubulares.
  • Irregulares.
• Concordantes: Los cuerpos tubulares presentan gran extensión en dos dimensiones y son muy restringidos en la tercera. En esta categoría...