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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.


MĂŠtodos SĂ­smicos


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.


Perforaci贸n rotatoria con circulaci贸n 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 mĂŠtodo son pequeĂąos cortes que sĂłlo 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 tĂ­picas de rayos gamma naturales


Geologia del subsuelo