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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION SUPERIOR
INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA
AGRO-INDUSTRIAL REGION LOS ANDES
SAN CRISTOBAL – TACHIRA
TRAYECTO IV- PNF GEOCIENCIAS
INTEGRANTES:
Angarita Dulce C.I 18.256.290
Delgado Yolimar C.I 16.124.549
Michelena, Febrero 2014
GEOFÍSICA
La geofísica es una técnica encaminada a deducir las condiciones del subsuelo a través
de la observación de fenómenos físicos, bien sean naturales o artificiales, directa o
indirectamente relacionándolos con la estructura geológica del terreno.
En un principio se utilizó para fines arqueológicos, pero cada vez se utiliza más junto a la
geotecnia, tanto para edificación como para obra civil, ya que tiene la ventaja de que sus
métodos no son destructivos y que debido a sus reducidas dimensiones y la fácil
aplicación de algunos de los métodos, se pueden utilizar en terrenos escarpados o de
difícil acceso en los que la geotecnia no tiene cabida.
Los métodos geofísicos que se utilizan conjuntamente con los sondeos geotécnicos o bien
en solitario son los siguientes:
Los métodos magnéticos: son los más antiguos en la prospección geofísica, sus
aplicaciones han evolucionado con el pasar de los años y hoy en día se pueden
utilizar en la exploración petrolífera y minera, así como en las investigaciones
arqueológicas y la geotecnia.
Los métodos gravimétricos: La prospección gravimétrica constituye uno de los
métodos de investigación de la estructura geológica de las capas de la Tierra, un
procedimiento de búsqueda y prospección de minerales. Se basa principalmente
en el estudio de las propiedades del campo gravitatorio, cuyo origen son las
masas rocosas, además descubre y mide las variaciones laterales de la atracción
gravitatoria del suelo, que están asociadas a cambios de la densidad próximos a la
superficie. La prospección gravimétrica se ha desarrollado directamente de la ley
de Newton que expresa la atracción mutua entre dos partículas en función de su
masa y de su separación.
Sísmica de Refracción: Método que permite realizar una cartografía geológica o
geotécnica en la parcela de estudio con la que se obtendría una idea genérica de
la zona a caracterizar realizando un estudio geológico regional. Posteriormente, a
tenor de los resultados de este estudio y evaluando los puntos más desfavorables,
se podría realizar los sondeos geotécnicos o las penetraciones dinámicas en
dichos puntos potencialmente desfavorables. Otro objetivo de la sísmica de
refracción es realizar un corte estratigráfico lineal entre puntos de sondeo.
Geófono
Gráfica que se obtiene de los geófonos
Esquema de campo de la sísmica de refracción y de la sísmica pasiva
Georadar o GPR: Método basado en el estudio de las reflexiones de las ondas
electromagnéticas de alta frecuencia, las cuales penetran en el subsuelo
reflejándose de manera diferente según las propiedades eléctricas de los
materiales atravesados. El georadar es el método moderno de más éxito en
investigaciones del subsuelo no invasivas, sin necesidad de realizar excavaciones,
pudiendo incluso llegar a 10 metros de investigación.
Las aplicaciones son las siguientes:
Detección de cavidades y oquedades en rocas.
Investigaciones policiales (búsqueda de enterramientos ilegales, zulos, trabajo
forense).
Estudio de canalizaciones subterráneas o servicios en cualquier tipo de terreno.
Estudio de cimentaciones en edificios medianeros (vuelo de cimentación, canto y
estado de la misma).
Arqueología y detección de vías, murallas y restos fósiles enterradas.
Patologías en la construcción
Gráfica que se observa en el display del
georadar debido a una cavidad.
Servicios subterráneos
detectados por el
georadar
Georadar: Abajo el
emisor-receptor y arriba el ordenador-
display donde se registra la señal
Método de Refracción Sísmica: El método de refracción sísmica está basado en
el principio del cambio de dirección de propagación de las ondas sísmicas P o S,
cuando impactan el límite entre dos medios con impedancia acústica contrastante.
El cambio de dirección de las ondas está gobernado por el contraste de velocidad
de los medios de acuerdo a la ley de Snell. El ángulo crítico de una onda P puede
ser diferente del de una onda S, debido a las diferencias de las velocidades de
propagación. El método de refracción sísmica depende del incremento de la
velocidad de la onda sísmica con la profundidad y de que el espesor de los
estratos sea mayor que la longitud de onda de la energía incidente, de manera tal
que en una sucesión de estratos, cada uno de ellos tenga un espesor igual o
mayor, al localizado inmediatamente arriba de él. Una asunción adicional es que la
trayectoria del rayo este restringida a un plano vertical, de tal manera no haya
energía sísmica (refractada o reflejada) saliendo fuera de dicho plano (Reynolds,
1998).
Método de Reflexión Sísmica: La esencia del método de reflexión consiste en
medir el tiempo que toma una onda sísmica para viajar desde una fuente
localizada en un sitio conocido (sobre o cercano a la superficie), descender a
través del subsuelo, donde es reflejada hacia la superficie y es entonces detectada
en un receptor situado en o cerca de la superficie en una posición conocida. Este
tiempo es conocido como tiempo de viaje de vía doble. El método sísmico 2-19 es
usado para obtener información de la geometría de las estructuras subterráneas y
de las propiedades físicas de los materiales presentes (Reynolds, 1998).
El más importante problema del método de reflexión sísmica es el traslado del
tiempo de viaje de vía doble (en el dominio del tiempo) a profundidad (en el
dominio del espacio). Mientras el tiempo de viaje es medido, el parámetro que más
afecta la conversión a profundidad es la velocidad sísmica. Una dificultad
adicional, es que los resultados finales del procesamiento de datos sísmicos
obtenidos por diferentes procesadores, sea probablemente distinto. Aunque las
rutinas básicas de procesamiento son exactamente las mismas, los parámetros
utilizados pueden ser diferentes, introduciendo de esta manera diferencias en el
contenido de frecuencias, en la razón señal-ruido y en detalles estructurales
(Reynolds, 1998).
A continuación se expondrán diferentes métodos de prospección geofísica elaborados en
Venezuela y otras partes del mundo:
1) ANÁLISIS GEOFÍSICO EN LA REGIÓN DE GURI AL NORDESTE DEL ESTADO
BOLÍVAR (VENEZUELA)
Tomando como base mapas aeromagnéticos (IMT) y radiométricos de un trabajo
realizado entre la década de los cincuenta y los sesenta, y datos gravimétricos de la Red
Nacional de Gravimetría, esta investigación está orientada a generar como producto final
tres modelos geológicos para determinar la distribución estructural del subsuelo y a su
vez, determinar los sitios más aptos para la explotación minera así como delimitar zonas
de minería que ya hayan sido ubicadas en el pasado por otros autores.
La zona de trabajo a la cual se hace referencia este trabajo está limitada a un área de
4.620 kilómetros cuadrados del Escudo de Guayana, en su parte venezolana y está
ubicada en las adyacencias del Embalse de Guri, al noroeste del Estado Bolívar, entre las
coordenadas 8º 00’ - 7º 30’ de latitud Norte y 63º 15’ - 62º 30` de longitud Oeste.
Los datos geofísicos regionales, incluyendo aeromagnéticos, radiométricos, gravimétricos,
imágenes de radar y fotos aéreas demostraron su valor para completar y elaborar los
mapas de las zonas más remotas del sur del Estado Bolívar, especialmente en aquellas
donde la erosión y la vegetación es extensa y tupida. Estos datos contribuyeron
significativamente en la compilación de información para la elaboración y mejoramiento de
los mapas geológicos y tectónicos del Escudo de Guayana venezolano, delineando los
contactos geológicos y las señales o marcas tectónicas a profundidad. Donde la
naturaleza lo permitió se utilizó el reconocimiento geológico de campo para ratificar y
corroborar las conclusiones emanadas a partir de los datos geofísicos y, en algunos casos
sirvió para asignar nombres geológicos y describir unidades definidas a partir de datos
más regionales.
En el caso de la prospección minera existen dos objetivos principales de su aplicación. El
más evidente y directo resulta la búsqueda de minerales magnéticos, como el hierro, el
cobalto y el níquel entre otros. En el caso de los minerales no magnéticos pueden ser
utilizados por lo que se conoce como asociación. Existen algunas propiedades entre los
minerales no magnéticos y los magnéticos que favorecen la asociación de unos con otros
por lo tanto, si además de esto están dadas otras condiciones tales como estructurales,
litológicas y ambientales es susceptible pensar en la existencia de dicha asociación en
determinada zona que se esté explorando.
El contenido de minerales magnéticos en las rocas varía por múltiples razones, siendo
esta una de las causas de la existencia de cambios laterales muy pequeños en el campo
magnético del planeta, conocido como imanación permanente o remanente de las rocas.
Adicionalmente, estos minerales también son susceptibles a experimentar cambios en su
campo magnético si se les aplica otro de carácter externo. Este último a su vez también
sufrirá algún tipo de variación, generando una relación interactiva entre ambos campos.
Tal comportamiento se conoce como intensidad inducida. Estos pequeños cambios en la
dirección e intensidad del campo magnético natural del planeta y las rocas que conforman
el subsuelo son justamente lo que se busca observar o determinar a través de los
métodos magnéticos.
Mapa de Intensidad Magnética Total (IMT)
Análisis Espectral del Mapa IMT (curva negra). Profundidades Estimadas (Líneas rojas)
Modelo de subsuelo con dirección N33ºW, con respuesta magnética y gravimétrica.
Mapa Radiométrico.
2) GEOFÍSICA APLICADA A LA BÚSQUEDA DE AGUA SUBTERRÁNEA EN DEPÓSITOS
ALUVIALES (CUBA)
El clima privilegiado del trópico y la estabilidad económica y política de Cuba, han
permitido que la actividad turística se convierta en una de las principales fuentes de
divisas, particularmente en la provincia de Sancti Spiritus, municipio de Trinidad, este
hecho, ha repercutido en los recursos hídricos subterráneos, pues gran parte de la
demanda de agua se satisface de la extracción de las aguas subterránea. Con el objetivo
de buscar una fuente de abasto con la calidad y cantidad de agua suficiente para el
abasto en la zona turística de Trinidad, se seleccionó el sector de la localidad de Algaba
en las riveras del Río Agabama, donde existen depósitos aluviales con excelentes
características para la acumulación de aguas subterráneas. La geofísica aplicada se
empleó como un complemento de los estudios hidrogeológicos, permitiendo realizar una
buena delimitación de la estructura del acuífero, la potencia aluvial sobre el impermeable,
se estimó la profundidad y el espesor del acuífero, así como la zonificación y modelando
el mismo. En los estudios realizados se emplearon los siguientes métodos geofísicos:
Sondeo Eléctrico Vertical, Imágenes Eléctricas y Resistivimetría con salinización. La
interpretación conjunta de estos métodos permitió estimar las características estructurales
del acuífero, se establecieron relaciones entre los parámetros hidrogeológicos en
concordancia con las propiedades geoelétricas de estos depósitos. Desde el punto de
vista práctico y metodológico la investigación permite destacar la importancia de los
métodos geoeléctricos en este tipo de investigación, así como establecer la relación entre
los parámetros geoeléctricos (Dar Zarrut) y los parámetros hidrogeológicos (T y Kf) en los
depósitos aluviales.
Los resultados de la investigación geofísica permitieron esclarecer las características
hidrogeológicas de la zona, además de determinar los parámetros hidrogeológicos a partir
de las propiedades geoeléctricas de la zona. Nuestra investigación está enfocada
directamente a demostrar que la condiciones en que se han depositado los materiales
aluviales de la región permiten establecer una estrecha correlación de uno de los
parámetros de Dar Zarrouk (Resistencia Transversal Unitaria) y la Transmisividad.
Los trabajos geofísicos se realizaron a lo largo de 7 perfiles, los cuales poseían una
distancia variable, siempre cercana a los 1800 m. Se realizaron un total de 34
tomografías. Los estudios geofísicos consistieron fundamentalmente en el estudio de la
distribución del campo eléctrico en el subsuelo (tomografía eléctrica), con el dispositivo
Wenner-Shlumberger.
Tomografía eléctrica
3) MODELAMIENTO ESTRUCTURAL DE LA ZONA LÍMITE ENTRE LA MICROPLACA DE
PANAMÁ Y EL BLOQUE NORANDINO A PARTIR DE LA INTERPRETACIÓN DE
IMÁGENES DE RADAR, CARTOGRAFÍA GEOLÓGICA, ANOMALÍAS DE CAMPOS
POTENCIALES Y LÍNEAS SÍSMICAS (COLOMBIA)
Los modelos tectónicos regionales elaborados con base en información satelital, aérea y
de superficie de campos potenciales magnético y gravimétrico corroboran la existencia de
discontinuidades corticales mayores, como la falla de Uramita, sin definir si corresponde al
límite de la microplaca de Panamá y el bloque Norandino. A partir de estudios regionales
con base en información magnética y gravimétrica aérea, se ha definido que el espesor de
la secuencia sedimentaria en la cuenca del Atrato, alcanza los 10.5 km y que el arco
magmático de Mandé es un pilar tectónico, limitado por fallas, que incluye los
denominados arcos de Dabeiba, Sautatá y la Serranía del Darién.
La interpretación de algunas de las líneas sísmicas del programa Bajo Atrato-79 y Golfo
de Urabá-89, tomada del atlas Sísmico de Colombia, muestra el basamento de la cuenca
de Urabá afectado por fallas normales que limitan bloques hundidos y levantados, una
secuencia sedimentaria que se acuña contra el arco magmático de Mandé y se torna más
gruesa hacia el oriente, asi como la presencia de fallas de cabalgamiento en el sector
oriental. La interpretación de la línea sísmica L-1979-16 muestra una falla de
cabalgamiento que pone en contacto las sedimentitas del Neógeno del cinturón plegado
del Sinú con las de la cuenca de Urabá.
A partir de la interpretación de anomalías de campos potenciales gravimétrico y
magnético, junto con información de imágenes de radar, cartografía geológica y líneas
sísmicas, se establece en este estudio que la colisión del arco de Panamá con la
Cordillera Occidental, conlleva a la existencia de una zona de subducción de bajo ángulo
inclinada hacia el este, localizada sobre la margen occidental del cinturón plegado del
Sinú, como lo sugiere la presencia de anomalías gravimétricas positivas sobre el arco
magmático de Mandé y anomalías gravimétricas negativas en la zona ocupada por el
cinturón plegado del Sinú. La formación de dicha zona de subducción implica la partición
de la placa oceánica, la formación de una trinchera y la flexión de la placa subducente.
Antes de la colisión del arco de Panamá con la Cordillera Occidental, había ocurrido la
intrusión granítica que dio origen al arco magmático de Mandé, provocando el
doblamiento y ascenso de la corteza oceánica. Este doblamiento generó esfuerzos
distensivos en la parte superior de la corteza que conllevó a la formación de bloques
levantados y hundidos limitados por fallas normales, dentro de los cuales se encuentra el
pilar tectónico que conforma el arco magmático de Mandé. Al ocurrir la colisión, se dio
inicio al cierre de la conexión entre el Oceáno Pacifico y el mar Caribe y la formación de
las cuencas de antearco de Urabá y del Atrato. Estas cuencas son consideradas como
flexurales, debido a la flexión del basamento provocado por el peso del cinturón plegado
del Sinú.
El objetivo general de este trabajo es establecer el modelo estructural de la zona límite de
la microplaca de Panamá y el bloque Norandino, localizada en la parte baja de la cuenca
del río Atrato y en la serranía de Abibé-Las Palomas, correspondientes respectivamente a
la cuenca de Urabá y parte occidental de la cuenca Sinú–San Jacinto, a partir del
modelamiento directo e inverso de anomalías de campos potenciales derivados de datos
magnéticos y de gravedad satelitales, aéreos y de superficie, integrados con información
geológica, datos de perforaciones, de sensores remotos y sísmica.
Durante este trabajo se procesaron 32 imágenes de radar INTERA para conformar un
mosaico y a partir de este, un anáglifo. Posteriormente se interpretó el mosaico anáglifo
para diferenciar unidades litoestratigráficas y estructuras geológicas mayores. Este
anáglifo se unió con el anáglifo elaborado con imágenes PALSAR y TERRASAR en los
estudios de la Universidad Nacional para la Agencia Nacional de Hidrocarburos, para
obtener una imagen con cubrimiento total de la zona de estudio.
Proceso de obtención de una imagen a partir de un sensor remoto: A) fuente y
transmisión de energía, B) interacción de la energía en forma de ondas
electromagnéticas con el elemento u objeto C, D) sensor remoto o satélite,
E) receptor en tierra, F) procesamiento de la misma G) disponibilidad de la
información a usuarios.
Esquema del espectro electromagnético indicando las frecuencias, longitudes de
onda y rangos espectrales utilizados en imágenes de sensores remotos (Tomado de
Chuvieco, 1996).
Técnicas de adquisición en refracción sísmica utilizadas en mar y en tierra
4) LEVANTAMIENTO SÍSMICO DE REFRACCIÓN SOMERA Y LEVANTAMIENTO
GEOLÓGICO EN EL ÁREA DE EL MAMÓN, AL NORTE DEL POBLADO DE
URUMACO, ESTADO FALCÓN (VENEZUELA)
El principal objetivo de esta investigación consistió en el reconocimiento del paleorelieve
precedente a la depositación de sedimentos de edad Cuaternaria específicamente
Pleistoceno en el área de El Mamón, al norte del poblado de Urumaco, Estado Falcón. El
estudio está basado en la integración de datos de un levantamiento geológico y de un
levantamiento de sísmica de refracción. La investigación se dividió en dos fases. La
primera consistió en el levantamiento y adquisición de datos sísmicos en campo donde se
estudiaron las características de las terrazas conformadas por depósitos Cuaternarios, los
cuales suprayacen discordantemente a estratos del miembro superior de la Formación
Urumaco. La segunda fase consistió en reconocimientos geológicos y viales para realizar
el levantamiento geológico. Para la selección de las primeras llegadas se utilizaron dos
métodos. El método de selección manual. El segundo método es de selección automática,
para lo cual se utilizó un algoritmo basado en teoría fractal, realizado por Charmelo
(2003), donde se analiza la dimensión fractal a lo largo de la traza, para determinar y
seleccionar primeras llegadas. Los resultados obtenidos para los datos estudiados indican
que la selección manual es más efectiva en este caso. A partir de las curvas camino
tiempo obtenidas se generaron modelos de capas para cada uno de las líneas sísmicas
adquiridas. En todos los modelos fue posible identificar dos horizontes que dividen el
intervalo estudiado en tres capas, con lo cual a posteriori se realizaron mapas
estructurales de contorno para cada horizonte y un mapa isópaco, con el fin de obtener un
modelo estructural del área y paleo relieves. La primera capa (sísmica) se asoció a
depósitos de arenas cuaternarias, la segunda capa a arenas no consolidadas de edad
Mioceno y la tercera a depósitos de lodolitas de edad Mioceno. Las dos últimas
corresponden al miembro superior de la formación Urumaco. Estas correlaciones
resultaron posibles gracias al levantamiento geológico y de una sección parcial,
principalmente en la quebrada El Casino-1 y sus afluentes, el cual permitió generar una
columna estratigráfica en el área se reconocieron y cartografiaron fallas, contactos,
depósitos recientes, se midieron orientaciones de planos geológicos, mediante el
levantamiento de puntos poligonales y el uso del navegador GPS.
Refracción al medio suprayacente con ángulo crítico. (Tomada de Boyd 1999).
Diagrama de trayectorias de ondas directas, reflejadas y refractadas (ángulo critico)
generadas a partir de una fuente
Registro de refracción sísmica donde se muestran las primeras llegadas
Arreglo de geófonos para levantamiento sísmico de refracción
Modelo de capas, cada color representa una misma respuesta sísmica por lo cual
se le asigna un mismo valor de velocidad L44.
5) CORRELACIÓN DE FACIES Y CARACTERIZACIÓN DE FRACTURAS
UTILIZANDO GPR EN EL ACUÍFERO ARBUCKLE-SIMPSON, OKLAHOMA (ESTADOS UNIDOS) En el presente trabajo se muestra el resultado del estudio del Acuífero Arbuckle-
Simpson, ubicado al oeste de Connerville, en el Edo. Oklahoma, USA, haciendo
uso de la técnica “Ground Penetrating Radar” (GPR) con un set de datos 2D. La
hipótesis inicialmente planteada fue que a través de la técnica del georadar o GPR
se podría realizar una identificación somera de la
estructura del acuífero (dirección de buzamiento) así como también una
caracterización de fracturas. El objetivo fue el de integrar los datos de GPR con un
modelo geológico generado a partir de ripios (extraídos de pozos perforados en el
área de estudio).
El Acuífero Arbuckle-Simpson ha sido objeto de estudio durante los últimos 4 años
debido a la gran pérdida de agua que se ha registrado en el mismo. Esto afecta
directamente las poblaciones aledañas como Ada, Sulphur y otras poblaciones,
debido a que el acuífero es su principal fuente de agua. Los datos disponibles en
este estudio incluyen nueve perfiles 2D de data GPR (4 “Common-midpoint
gathers” (CMP) y 5 perfiles de adquisición de reflexión), y ripios extraídos de dos
pozos perforados sobre uno de los perfiles adquiridos. Las etapas de trabajo
incluyen adquisición de datos, procesamiento e interpretación de datos. Los datos
fueron procesados siguiendo un flujograma de procesamiento el cual incluye
migración.
Se estableció una correspondencia entre el set de datos de Spears Ranch y el
modelo geológico construido a través de ripios. Límites de diferentes formaciones
del grupo Arbuckle (Formación West Spring Creek)-Simpson (Formación Joins)
fueron propuestos y se concluyó que las capas someras buzan en dirección sur-
este. La caracterización de fracturas sugirió que la mayoría de las zonas
fracturadas están asociadas con una litología rígida como la dolomita y no a
litologías menos rígidas como las arenas. Por último, se determinó que la zona
que presentó características de fracturamiento intenso corresponde a
profundidades entre los 8 y 20 pies.
Fotografía del diseño de adquisición de GPR en el área de estudio. El Blue River se
encuentra al oeste del área de estudio (Fotografía cortesía de Dr. R. Young).
Adquisición del los datos GPR en la localidad Spears Ranch. Ambas antenas
permanecen separadas a una distancia de 4 pies y perpendicular a la línea del perfil.
El espaciamiento entre trazas es de 1 pie. (Foto cortesía del Dr. R. Young)
Perfil Rwell antes y después de la aplicación del filtro “Dewow”. Note la presencia
de componentes de baja frecuencia “wow” (izquierda) que han sido removidos
posterior a la aplicación de la secuencia “Dewow” (derecha).
Cubo 3D del Horizonte B interpolado. El cubo es mostrado desde una perspectiva Sur-Oeste.
Análisis de Fracturas en el perfil L180.
