INSTRUMENTACIN Y EQUIPOS USADOS SSMICA MARINA

GENERALIDADES O CARACTERISTICAS

1. Los trabajos de adquisicin ssmica se hacen de manera similar a la ssmica terrestre2. Necesitamos la fuente de energa que produce las ondas smicas3. Necesitamos los hidrfonos, los cuales se encuentran dentro de un cable impermeable o vaina, los hidrfonos para transformar la energa acstica en corriente elctrica se aprovecha de la piezoelectricidad de ciertos cristales o cermicas. 4. Al interior de la vaina se colocan los hidrfonos, los casquillos y los cables de enlace5. Al interior de la vaina se introduce kerosn para conseguir flotabilidad nula

REGISTRO MARINO1. Las condiciones de trabajo son diferentes entre ssmica marina y terrestre2. La ssmica marina se realiza con un barco especialmente equipado donde viven juntos marineros y tcnicos del equipo ssmico

LOCALIZACION1. Se escoge el tipo de radio localizacin en relacin con el estudio geomtrico, costa, distancia, etc.2. Se tiene siempre el sistema de radionavegacin integrado (microondas)o el receptor satlite con Doppler (GPS)

CUADRILLAS.

1. CUADRILLA TOPOGRAFICA.- constituido por medios de control casi todo mecanizado (la mayora de los equipos trabaja con piloto automtico y sistemas integrados).Funcin: Se plota los planos de posicin. trabajan con sistema sonar DUPPLER (medida continua de la velocidad respecto al fondo). La localizacin en el mar se lleva a cabo sobre la base de sistemas de fascie diferencial (parbolas), o por medidos de distancia (crculos).

2. CUADRILLA FUENTE.- constituido por personal (su nmero y su capacidad tcnica es variable)Funcin: es hacer funcionar y mantener el sistema fuente

3. CUADRILLA DE LABORATORIO.- constituido por operadores (generalmente 3), tcnicos en prctica (1 a 2), tcnicos electrnicos (5)Funcin: Sirven para el modo de explotacin continua que se lleva a cabo el da y la noche el sistema de registro es el streamer (largo tubo de plstico remolcado por el barco, dentro del cual estn los hidrfonos. El cable est delineado y rellenado por kerosn que permite controlar su profundidad de inmersin)(se necesita un winche para su tendido y recogida)(un tcnico dirige el enrollado y desenrollado para conseguir un perfecto arrastre del cable)(estn conectados en un circuito de traza).

Hace ms de un siglo se descubri que las ondas ssmicas producidas en los hipocentros de los terremotos se propagan por el interior de la Tierra, reflejndose y refractndose en las discontinuidades geolgicas que encuentran durante su propagacin.Los registros de las ondas ssmicas en superficie proporcionan por tanto informacin de gran valor que histricamente permiti obtener los primeros modelos sobre la estructura del interior de la Tierra.Los registros de terremotos en superficie, sin embargo, carecen de la resolucin necesaria para investigar la estructura a nivel de la corteza debido tanto a la escasa precisin en la determinacin del tiempo en el que ste se produjo y su localizacin como a las bajas frecuencias dominantes en la seal registrada. La alternativa al registro de sismos naturales son sistemas que utilizan fuentes de energa artificiales, diseadas para cada tipo concreto de observacin a semejanza de las sondas batimtricas. Estos sistemas, conocidos genricamente como ssmicos o de ssmica, son sin duda uno los ms potentes para la investigacin de las estructuras geolgicas que forman el subsuelo marino, y son probablemente los ms empleados.El objetivo de los estudios que utilizan sistemas de adquisicin ssmica es obtener una representacin de las estructuras que se hallan bajo el fondo marino mediante el tratamiento, anlisis y modelizacin de la seal sismo-acstica que se propaga a travs de ellas.

Figura 1. Mtodos de sismica marina: la ssmica reflexin y lassmica refraccin

Mtodo

El objetivo de los mtodos ssmicos es determinar la estructura y las propiedades fsicas del subsuelo a varias escalas. Por ello, se suelen usar fuentes artificiales de energa que permiten seleccionar, tanto la amplitud de la onda generada, como su contenido frecuencial y el instante exacto en el que sta se genera. En estudios de ssmica marina se utilizan fuentes de energa basadas en la generacin de burbujas de aire a alta presin mediante la combinacin de caones de aire de distintos volmenes. Se clasifican segn la naturaleza de la fuente y los receptores y el dispositivo de adquisicin en ssmica refraccin y ssmica reflexin

INTRUMENTOS Y EQUIPOS SISMICOS

El equipamiento empleado para realizar estudios ssmicos marina se divide en tres grupos:

fuentes de energa equipos de adquisicin sistemas de procesado

(Fig. 2), y sistemas de procesado, que permiten tratar,analizar y representar las seales ssmicas.

Figura 2: Adquisicin simultnea de un perfil de ssmica reflexin multicanal y de uno de ssmica de refraccin y refraccin de gran ngulo con sismmetros de fondo ocenico (OBS). En el caso de la figura un buque se dedica a la realizacin del perfil de ssmica reflexin y otro buque desplegar y recuperar los OBS.Los sistemas de adquisicin de ssmica de reflexin vertical estn constituidos por una fuente (caones de aire) y una ristra de receptores (hidrfonos) denominada streamer. Tanto el emisor como el receptor son arrastrados por el barco (Figura 2) a lo largo de los denominados perfiles ssmicos. En este tipo de sistema la distancia entre fuente y receptor se mantiene por tanto constante a lo largo del perfil. Dependiendo de si el streamer est constituido por uno o varios grupos de hidrfonos los sistemas de ssmica de reflexin vertical se clasifican en monocanal o multicanal. Dada su geometra de adquisicin, en este tipo de sistema la incidencia del frente de ondas es cuasi-vertical (de ah su nombre), de forma que el campo de ondas registrado por el streamer est constituido primordialmente por reflexiones que generan las discontinuidades geolgicas caracterizadas por contrastes abruptos de sus parmetros elsticos.

a) FUENTES DE ENERGA.- Las fuentes ssmicas se encuentran situadas unos metros bajo la superficie, tpicamente entre 1-2 m (ssmica de alta y muy alta resolucin) y 20-30 m (ssmica convencional de alta penetracin y largo alcance). Esta localizacin de la fuente bajo el agua produce la oscilacin de la burbuja, as como la reflexin del tren de ondas en la superficie del agua, generando lo que se conoce como ghost. La combinacin de todos estos impulsos constituye el tren de ondas emitido o signatura de la fuente.

TIPOS DE ENERGA El funcionamiento de cualquier fuente marina equivale a la trasformacin de una energa potencial de naturaleza qumica, elctrica, neumtica, termodinmica o mecnica en una energa ssmica, pero cualquiera que sea la forma original de almacenamiento de la energa, dicha transformacin pasar en todos por la etapa intermedia de la energa cintica Cuando se d esta etapa cintica nacer en un momento preciso un espacio de vaco de agua cuyo volumen variar rpidamente, generando en su periferia a un frente de fuente gradiente de presin que a su vez generar las ondas ssmicas. 1. FUENTES DE ENERGA QUMICA.- son en mayora fuentes explosivas (La dinamita al inicio de la prospeccin marina fue la nica fuente utilizada)

El efecto burbuja es tremendo pero se puede remediar fcilmente ajustando la inmersin (INMERSION es la introduccin de algo en un liquido) de modo que la burbuja saliera al aire inmediatamente despus de la explosin.

El Flexo tiro.- al reducir la profundidad de inmersin hay un inconveniente de disminuir el rendimiento ssmico de la dinamita

El objetivo del flexo tiro es remediar ese inconveniente, realizando la explosin de pequeas cargas de dinamita (50g) al interior de una esfera agujereada (sumergida y fijada al barco por un tubo q permite la introduccin de la carga) Implosiones.- Los agujeros permiten la expulsin del agua y la burbuja cuya expansin mxima corresponde al tamao de la esfera, queda as frenada, resultando rpidamente amortiguado el fenmeno de vuelta del efecto burbuja

2. FUENTES DE ENERGA ELCTRICAS (ELECTRODOS).- Sparkers.- Son condensadores sumergidos y cargados a millares de voltios que destellan entre dos electrodos, generndose una burbuja de vaporizacin, Tienen una buena resolucin.

La potencia y el poder de investigacin son los puntos dbiles de las fuentes elctricas para las cuales la multiplicacin ser casi imprescindible.

3. FUENTES NEUMTICAS Airgun (compresor) Can de Aire.- Se basa en la norma de expansin y contractibilidad de una masa de aire bajo presin (q se escapa repentinamente en el agua). La norma del aire comprimido y expansivo hace que este tipo de fuente sea sensible al efecto burbuja, el encendido corresponde a la entrada de presin adicional.

El Simpln (Can de agua).- un can de aire clsico para mover a fondo un pistn en un cilindro, en cuya extremidad un tope lo para instantneamente, tiene buena resolucin y gran potencia (similar a los caones de aire)

El Vaporchoc.- Consiste en que una burbuja de vapor que es colapsada (paralizada) en el agua del mar. La presin es ligeramente superior a la presin hidrosttica

4. FUENTES TERMODINMICAS.- Tiene una buena potencia de energa, Se genera burbuja de alta P en el agua, se controla la calidad de aire (para generar un espectro de frecuencia deseable), se utiliza ssmica marina 2D (para levantamientos regionales), en levantamientos marinos 3D sirve para la interpretar y definir el tamao del yacimiento y detalles estratigrficos Caones de Gas.-. Se utiliza propano (C3) y oxgeno (O2) remoldados en caones detrs del buque para proceder (o formar) la onda de choque. Un sistema automtico procede a la expulsin de los gases quemados al aire libre, la cual remedia el efecto burbuja El Aquapulse o Sleeve Exploder.- La cmara de explosin est alargada por una caja metlica con rejas, ella misma envuelta por una membrana cilndrica de Goma que acta como un diafragma. Al retraerse la membrana se para contra la caja lo que contribuye a eliminar el efecto burbuja. El Fairflex.- Es una miniaturizacin del aquapulse realizada con el objetivo de mejorar su poder resolutivo. Este si permite eliminar el efecto burbuja

5. FUENTES DE ENERGA MECNICA.- la energa potencial procede de un proceso mecnico El Flexichoc.- Es una fuente implosiva, suministra una buena firma, muy impulsional con un buen poder resolutivo e ignora el efecto burbuja. (consiste en hinchar lentamente una burbuja, cuajar su envolvente bloquendola, vacindola a su vez de su contenido de gases y consiguindose su contraccin brutal tras suprimir el cerrojo)

Transductores piezoelctricos.- Mediante el efecto piezoelctrico directo a travs de una fuerza externa se logra un desplazamiento de cargas lo que induce una corriente de desplazamiento y sta un campo elctrico. ste es el fundamento de, por ejemplo, losmicrfonos piezoelctricos. Mientras que losaltavoces piezoelctricosaprovechan el efecto piezoelctrico inverso, mediante el cual a travs de un campo elctrico (DDP externo) se produce una deformacin mecnica, que convenientemente aprovechada, puede llegar a emitir sonidos.Los aparatos que deben su funcionamiento al proceso de transduccin piezoelctrica, como losacelermetros,mandos a distanciapor ultrasonidos, ciertossistemas sonary muchos ms aparte de los mencionados anteriormente

Figura: Transductor piezoelctricoFigura: Acelermetro piezoelctrico

b) EQUIPOS DE ADQUISICIN: En cualquier registro smico se encuentra el eco acstico procedente del suelo y subsuelo marino mezclado con ruido ambiente, de forma que en muchos casos no es posible observar las seales correspondientes a reflexiones de baja amplitud.

Entre ellos tenemos:

Los OBS.- son estaciones ssmicas de fondo ocenico cuyo sistema de registro es completamente autnomo. Est dotado de un hidrfono y un gefono que registran las vibraciones de la columna de agua y los suelos ocenicos generados por fuentes artificiales (tiros de sismica) o naturales (sismos). Contienen bateras que les permiten registrar en continuo durante un perodo determinado de tiempo a grandes profundidades (hasta 7000 m).

Hidrfono.- Un hidrfono es un transductor de sonido a electricidad para ser usado en agua o en otro lquido, de forma anloga al uso de un micrfono en el aire. Un hidrfono tambin se puede emplear como emisor, pero no todos los hidrfonos tienen esta capacidad.

Figura Hidrfono

Los hidrfonos son una parte importante del sonar usado para detectar submarinos tanto por barcos de superficie como por otros submarinos.

Los principales tipos son:

Hidrfonos direccionales.Un nico transductor cermico y cilndrico puede conseguir una recepcin omnidireccional casi perfecta. Los hidrfonos direccionales mejoran la sensibilidad en una direccin usando bsicamente dos tcnicas:

Reflector Este mtodo usa un nico elemento transductor con un disco o un reflector acstico de forma cnica para enfocar adicionalmente las seales. Este tipo de hidrfono se puede fabricar a partir de hidrfonos omnidireccionales de bajo coste, pero se debe usar de forma estacionaria, puesto que el reflector impide su movimiento a travs del agua.

Matrices Varios hidrfonos se pueden montar en una agrupacin de modo que puedan sumar las seales en una direccin mientras que se cancelen en otras.

Figura Barco de Prospeccin Ssmica Marina

GEOFONO.- Los gefonos son transductores de desplazamiento, velocidad o aceleracin que convierten el movimiento del suelo en una seal elctrica. Casi todos los gefonos empleados para la prospeccin ssmica en la superficie terrestre son del tipo electromagntico. El gefono es en realidad un sismgrafo vertical para la captacin de ondas ssmicas producidas artificialmente y reflejadas.

Figura Gefono electromagntico

Los principales tipos son:

Gefonos electromagnticos.-Un gefono electromagntico es un transductor de velocidad. El mismo consiste en una bobina suspendida de un sistema de resortes que se mueve en un campo magntico generado por un imn permanente.

Gefonos capacitivos.- Tambin es posible construir gefonos que trabajen con transductores capacitivos. Estos transductores proporcionan una seal proporcional al desplazamiento de la masa. Se puede construir un transductor capacitivo elemental con dos placas paralelas alimentadas con una tensin alterna opuesta y una tercer placa, solidaria a la masa mvil, situada entre ellas.

Gefonos piezoelctricos.-Los gefonos piezoelctricos son transductores de aceleracin. En este tipo de gefonos la masa del sistema descansa sobre un conjunto de placas hechas de algn material piezoelctrico sensible a la presin tal como el cuarzo o la turmalina. Una aceleracin del suelo hacia arriba aumentar el peso aparente de la masa y en consecuencia subir la presin que acta en los cristales piezoelctricos. Una aceleracin del suelo hacia abajo disminuir el peso aparente de la masa y en consecuencia la presin ejercida sobre las placas. La variacin de la presin induce variaciones de voltaje entre los extremos de las placas.

c) SISTEMAS DE PROCESADO.- que permiten tratar, analizar y representar las seales ssmicas. Tenemos al sismgrafo:

Sismmetro Sismgrafo: El sismmetro o sismgrafo es un instrumento creado por John Milne para medir terremotos para la sismologa o pequeos temblores provocados, en el caso de la sismologa de exploracin. Este aparato, en sus inicios, consista en un pndulo que por su masa permaneca inmvil debido a la inercia, mientras todo a su alrededor se mova; dicho pndulo llevaba un punzn que iba escribiendo sobre un rodillo de papel pautado en tiempo, de modo que al empezar la vibracin se registraba el movimiento en el papel, constituyendo esta representacin grfica el denominado sismograma.Los sismmetros que son usados en la Sismologa de exploracin tienen nombres segn el medio en que se usan, el caso de los usados en Tierra son llamados gefonos y los usados en agua, son hidrfonos. Existen tambin los sismmetros de fondo ocenico.

Sismgrafo quinemtrico del Departamento del Interior de Estados Unidos.

Sismgrafo moderno.-Permite operar con 12 o 24 canales en alta resolucin, el sismgrafo aumenta la seal para investigaciones en profundidades someras de refraccin y reflexin, gracias a su arquitectura flexible puede extender su operacin por mdulos. Es totalmente porttil ya que se conecta a una laptop y fcilmente se opera desde el software grfico RAS, que funciona en ambiente Windows. Proporciona el control completo y la representacin grfica de cada grabacin, se pueden guardar los datos de la forma SEG-2 y SEG-D. El RAS-24 hace minuciosas pruebas para asegurar el ptimo funcionamiento del sistema y para que los datos se estn registrando de manera correcta, de esta manera se pueden identificar fcilmente problemas del tendido o del gefono, antes de que puedan afectar los datos. Los resultados de la prueba se exhiben grficamente y se registran automticamente al disco duro.

CABLE MARINO

El conjunto de cable marino (24 a 240) trazas queda equilibrado ajustndose la cantidad de kerosn en cada elemento. Los captores de profundidad esparcidos a lo largo del cable permiten visualizar la geometra del mismo sobre una pantalla colocada en la sala de registro El cable marino es tpicamente de 2400m (11/4millas) de largo, para objetivos muy profundos puede ser de 3600m (21/4millas).El cable marino es fabricado en secciones de 50, 25, 12.5 metros de largo (164, 82, 41ft) El cable marino es una distribucin de arreglos de gefonos mas los cables necesarios para llevar la seal capturada en hidrfonos hasta el buque. La seal es trasmitida desde el agua al hidrfono a travs de la vaina y del kerosn.

Figura Cable Ssmico Enrollado en Riel

ELEMENTOS DEL CABLE MARINO

Cable de traccin (lead in cable) Elementos neutros (dead section) Elementos amortiguadores (stretch section) Elementos activos (active section) Elemento de cola

ELEMENTOS DE TRACCIN (CABLE). Es un elemento de peso cuya finalidad es la sumergir el cable marino, su longitud vara segn sus cables marinos de 100 a 200m.

ELEMENTOS NEUTROS.Son elementos que sirven de prolongadora y que se usan para alejar las trazas cercanas al barco. Su longitud va de 25 a 50m.

ELEMENTOS DE PESO.Son elementos que sirven para asegurar la inmersin del cable marino, se colocan en la cabeza del cable pesas de bronce de 30, 50, o 75kg con una longitud de 5 a 10m.

ELEMENTOS AMORTIGUADORES. Su longitud es de 50m. Son elementos cuyas dos extremidades estn equipadas por conectores, estos elementos se interponen entre el barco y la cabeza del cable, as mismo entre la boya de cola y el ltimo elemento activo, con el propsito de desacoplar el cable marino y de atenuar cualquier ruido y todas las vibraciones procedentes del barco.

ELEMENTOS ACTIVOS.Los hidrfonos se encuentran colocados al interior de los elementos activos (cada 75 cm).

ELEMENTOS DE COLA. Consta de una boya de cola, de una seccin amortiguadora de cuerda de nylon (y algunas veces de un ncora flotante).BOYA DE COLA.- Tiene una forma aerodinmica y lleva un reflector radar, permite q consiga la desviacin del cable en forma aproximada tras mediciones repetidas con el radar a bordo.

LOS ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS DEL CABLE MARINO Water-breaks (rompedores de agua) Sistemas de mando y medidas de profundidad Sistemas de localizacin del cable sea las brjulas Sistemas precisos de posicionamiento del cable Sistemas de acoplamiento cable-laboratorio

WATER BREAK Es un hidrfono sobre el cable marino el cual permite el control de la distancia fuente-traza

SISTEMAS DE MANDO DE PROFUNDIDAD DEL CABLE MARINO Estos sistemas son automticos. Permiten bajar o subir el cable actuando sobre cada uno de los aparatos de control, o sobre todos a la vez Estos aparatos de control se llaman birds Se fijan sobre el cable marino repartiendo de 6 a 12 unidades por cable, tienen una forma alargada como paces y llevan aletas cuyos cambios de inclinacin obligan al cable a sumergirse o a subir La forma aerodinmica del bird permite reducir los ruidos de turbulencia

SISTEMAS DE MEDICIN DE LA PROFUNDIDAD DEL CABLE A lo largo del cable se colocan los captadores de profundidad para conocimiento de la profundidad del mismo.

DISPOSITIVO DE EVALUACIN DE LA POSICIN DEL CABLE MARINO Permite evaluar de manera continua los ngulos de curva y de cabeza de la parte del cable marino vecino al barco.

COMPASES DEL CABLE MARINO Sirven para mejorar la geometra horizontal del cable, se interponen de 6 a 10 compases o brjulas a lo largo del cable

Prakia ha desarrollado un procedimiento con dos sistemas independientes de posicionamiento de cable marino El sistema incluye los conjuntos siguientes: Girocomps.- Dos sistemas independientes de posicionamiento del cable Brjulas magnticas colocadas a lo largo del cable Referencia de Azimut Bsqueda manual de orientacin Sistema de medida del ngulo de salida del cable Sistema de medida de la longitud de la seccin amortiguadora Sistema de clculo en tiempo y control de calidad

CABLES MARINOS MULTIPLEXADOS. Cuando se necesita alta resolucin las trazas (arreglos de hidrfonos) tienen q ser cortas (especialmente las lejanas).La solucin es el cable marino (streamer) multiplexado que consta de 20 elementos o mdulos independientes, cada uno con 4 o 12 trazas cortas (intervalos de 6 a 15 m).Cada mdulo es en s mismo un sistema de adquisicin digitalizacin y transmisin (serial de los bits por su cable coaxial).Entonces el equipo de registro recibe una serie de datos multiplexados, detecta y corrige los errores, de multiplexa los canales y calcula la composicin de trazas para los arreglos que el operador desea.