GEOFSICA

Comentarios al mtodo ssmico de reflexin en sus aplicaciones en el mbito de la geotecnia y la hidrogeologangel GRANDA SANZ, Ing. de Minas. INTERNATIONAL GEOPHYSICAL TECHNOLOGY, S.A. (IGT). Jos C. CAMBERO CALZADA. Ing. de Minas. INTERNATIONAL GEOPHYSICAL TECHNOLOGY, S.A. (IGT) Palabras clave: IMPEDANCIA ACSTICA, RESOLUCIN VERTICAL, COMMON DEPTH POINT, OFFSET, COBERTURA, SECCIN SSMICA, FUENTE DE ENERGA, PROCESADO.

El mtodo Ssmico de Reflexin en su variante shallow constituye una herramienta geofsica de gran capacidad resolutiva para el estudio del subsuelo en el rango comprendido entre algunas decenas y varios centenares de metros de profundidad. Pese a su notable capacidad resolutiva, no es aplicable en cualquier mbito geolgico de forma general, sino que especficamente resulta efectivo en la deteccin de discontinuidades horizontales o subhorizontales en medios estratificados y no es adecuado para el estudio de discontinuidades subverticales. El resultado final que se obtiene de un estudio mediante este mtodo es bsicamente una seccin distancia-tiempo en la que se ponen de manifiesto los diferentes reflectores existentes en el subsuelo dentro del mbito de profundidad estudiado. Para una mejor comprensin de las caractersticas y capacidad resolutiva de este mtodo geofsico, en esta comunicacin se describen los aspectos ms significativos relativos a la toma de datos y al procesado de los registros. Para ello se revisan algunos conceptos bsicos que se considera conveniente conocer por parte de los posibles usuarios de este mtodo geofsico para que as puedan evaluar tanto la conveniencia de su empleo como la calidad de los resultados que se obtengan de su aplicacin en cada caso.

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e entiende como una obligacin de los profesionales de la Geofsica Aplicada promover la divulgacin de las diversas tcnicas agrupadas en esta especialidad de las ciencias para el estudio del subsuelo, con el fin de contribuir a que se haga el mejor uso de cada una de ellas en base al conocimiento de su capacidad resolutiva y de sus limitaciones. En lo que respecta a esta comunicacin se

pretende que tenga un carcter eminentemente prctico ya que va dirigida de forma exclusiva a los posibles usuarios del mtodo Ssmico de Reflexin en los mbitos de la Geotecnia y de la Hidrogeologa. Aqu, se establece ya una primera acotacin en lo que se refiere al rango de profundidad a estudiar que se sita entre algunas decenas y algunos centenares de metros. Nos referimos pues al mtodo Ssmico de Reflexin en su variante superficial, sha-

llow en las referencia bibliogrficas anglosajonas, diferenciada en muchos aspectos de las aplicaciones convencionales en el campo de la prospeccin petrolfera. El objetivo es exponer de forma ordenada una serie de conceptos bsicos que permitan a los posibles usuarios de este mtodo geofsico planificar adecuadamente su utilizacin y controlar la calidad de los datos y resultados. Para ello se har un breve repaso de algunos conceptos bsicos relati-

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vos a los mecanismos de transmisin de las ondas volumtricas en el medio rocoso y de las diversas tcnicas para su estudio. Este primer apartado permitir establecer de forma implcita cules son los modelos geolgicos en que es aplicable el mtodo Ssmico de Reflexin y que tipo de informacin del subsuelo puede proporcionar. Desde este punto, se enlazar con la explicacin de los aspectos relativos a las operaciones de campo para el registro de las seales ssmicas y su posterior procesado, haciendo hincapi en cules deben ser los documentos resultantes necesariamente de un estudio de este tipo. Asimismo, se presentarn los resultados de algunos estudios que se consideran representativos para poner de manifiesto la capacidad resolutiva del mtodo comentado. A lo largo de esta exposicin se incluyen diversos vocablos ingleses que son de uso habitual en la jerga geofsica. La divulgacin de estos trminos es un objetivo secundario de esta comunicacin porque se considera conveniente el conocer su significado ya que en muchos casos se utilizan tal cual, sin traduccin.

Fig. 1.- Trayectos de las ondas ssmicas de compresin.

del terreno y tienen como caracterstica dominante su gran amplitud. En este grupo se incluyen las ondas Love y las ondas Rayleigh cuya velocidad de propagacin es aproximadamente 0,9 Vs. Adems de las ondas mencionadas, la liberacin del pulso de energa produce una seal acstica que se transmite por el aire (onda area) a una velocidad de 360 m/s. Esta seal tambin se manifiesta en los registros geofsicos y tiene influencia en la planificacin y ejecucin de los estudios ssmicos de reflexin. Tanto las ondas P como las ondas S en su trnsito por el subsuelo sufren modificaciones condicionadas por algunas caractersticas fsicas tales como su velocidad (Vp/Vs) de transmisin por el subsuelo, la densidad y grado de integridad del macizo rocoso y especialmente por sus discontinuidades ms relevantes: Contactos entre diferentes unidades litolgicas, zonas de falla, etc. En lo que respecta al estudio de las ondas

Algunos conceptos bsicosLa liberacin instantnea de un pulso de energa mecnica en un punto de la superficie del terreno genera una serie de ondas de diferentes tipos con diferentes modos y velocidades de propagacin. En lo que respecta a su influencia o a su utilizacin por las tcnicas de prospeccin geofsica son tres los grupos de ondas a considerar: - Ondas de compresin (P). Se transmiten a travs del macizo rocoso produciendo una vibracin paralela a la direccin de propagacin. Su velocidad de transmisin es la ms alta de todas. - Ondas de Cizalla (S). Tambin son ondas volumtricas que producen una vibracin perpendicular a la direccin de propagacin. Se propagan nicamente en medios slidos, con una velocidad menor que las ondas de compresin (Vp/Vs 1'6 a 2). - Ondas superficiales. A diferencia de los grupos anteriores que se transmiten a travs del subsuelo, las ondas superficiales se propagan por la superficie

de compresin (Fig. 1), las dos transformaciones principales a tener en cuenta para los fines de este documento son la Refraccin y la Reflexin (Fig.2). Ambos procesos se gobiernan por las leyes de la ptica. Tambin las ondas de cizalla estn sometidas a iguales procesos fsicos y, por ello, los mismos conceptos son aplicables a su estudio. El registro de uno u otro tipo de ondas se diferencia bsicamente en el tipo de sensores utilizados en cada caso. El hecho de trabajar en los estudios ssmicos de reflexin principalmente con ondas de compresin se debe a la mayor sencillez operativa de su registro. Limitndonos pues al estudio de las ondas de compresin, el registro ssmico obtenido con un determinado sensor (gefono) acoplado al terreno durante un intervalo de tiempo suficientemente largo a partir del instante de generacin de la seal acstica manifiesta la llegada de una serie de ondas que pueden incluir todos o algunos de los siguientes tipos: llegadas directas de ondas de compresin, ondas de compresin refractadas, diferentes series de ondas de compresin reflejadas en diversos reflectores y ruido constituido por las ondas superficiales y por la onda area, etc. Esta complejidad de los registros ssmicos lleva a una primera consideracin a tener en cuenta: en los sismogramas de un estudio ssmico de reflexin no se manifiestan exclusivamente las ondas de compresin reflejadas sino que tambin se registran todas las dems ondas mencionadas. De aqu, nace la dificultad de este mtodo para registrar fiablemente las ondas que interesan, para identificarlas y para aislarlas de forma fiable del resto de las seales.

Fig.2.- Refraccin Reflexin. Esquema bsico

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Las reflexiones de las ondas de compresin se producen en las interfases del subsuelo donde existe suficiente contraste en los valores de la impedancia acstica, definida como el producto de la velocidad V por la densidad del medio rocoso. De acuerdo con las leyes de la ptica, el coeficiente de reflexin entre dos medios 1 y 2 viene determinado por la expresin: T1-2= (V2 x d2 - V1 x d1)/ (V2 x d2 + V1 x d1) Esta frmula pone de manifiesto una caracterstica especfica del mtodo Ssmico de Reflexin. Este mtodo puede ver cualquier interfase o contacto entre dos unidades del subsuelo entre las que exista suficiente contraste en sus valores de la impedancia acstica sin que necesariamente los valores de Vp sean crecientes con la profundidad tal como ocurre en el mtodo Ssmico de Refraccin. Otro concepto importante desde el punto de vista prctico es la resolucin vertical del mtodo Ssmico de Reflexin o, dicho en otros trminos, su capacidad para manifestar de forma individualizada las reflexiones producidas por discontinuidades del subsuelo muy prximas entre s (Fig.3). Para las reflexiones que provienen del techo y del muro de una determinada capa existe una distancia lmite por debajo de la cual es imposible identificar ambos contactos como dos reflexiones independientes. Esta distancia definida como resolucin vertical (x o /4) es funcin de la frecuencia de la onda de compresin y de la velocidad caracterstica del medio rocoso (Fig. 4). x(m)= V/4xf

velocidad de desplazamiento del frente de onda a lo largo de la lnea de gefonos. Es la inversa de la pendiente de las dromocrnicas en Ssmica de Refraccin o la derivada del anlisis de la curvatura de las hiprbolas de reflexin. En un medio homogneo se cumple que: Vinst