La geofísica de exploración es una rama aplicada de la geofísica y la geología económica que utiliza métodos físicos en la superficie de la Tierra , como los sísmicos, gravitacionales, magnéticos, eléctricos y electromagnéticos, para medir las propiedades físicas del subsuelo, junto con las anomalías en esas propiedades. Se utiliza con mayor frecuencia para detectar o inferir la presencia y posición de depósitos geológicos económicamente útiles, como minerales de mena ; combustibles fósiles y otros hidrocarburos ; yacimientos geotérmicos ; y yacimientos de agua subterránea . También se puede utilizar para detectar la presencia de municiones sin detonar .
La geofísica de exploración se puede utilizar para detectar directamente el tipo de mineralización objetivo midiendo directamente sus propiedades físicas. Por ejemplo, se pueden medir los contrastes de densidad entre el mineral de hierro denso y la roca madre de silicato más liviana , o se puede medir el contraste de conductividad eléctrica entre los minerales de sulfuro conductores y la roca madre de silicato resistiva.
Las principales técnicas utilizadas son:
Se han desarrollado y se utilizan actualmente muchas otras técnicas o métodos de integración de las técnicas anteriores, pero no son tan comunes debido a su relación coste-beneficio, su amplia aplicabilidad y/o la incertidumbre de los resultados obtenidos.
La geofísica de exploración también se utiliza para cartografiar la estructura del subsuelo de una región, dilucidar las estructuras subyacentes, reconocer la distribución espacial de las unidades rocosas y detectar estructuras como fallas, pliegues y rocas intrusivas. Se trata de un método indirecto para evaluar la probabilidad de que existan depósitos minerales o acumulaciones de hidrocarburos.
Los métodos ideados para encontrar depósitos minerales o de hidrocarburos también se pueden utilizar en otras áreas, como el monitoreo del impacto ambiental, la obtención de imágenes de sitios arqueológicos del subsuelo , las investigaciones de aguas subterráneas, el mapeo de la salinidad del subsuelo, las investigaciones de sitios de ingeniería civil y la obtención de imágenes interplanetarias.
Los estudios magnetométricos pueden ser útiles para definir anomalías magnéticas que representan minerales (detección directa) o, en algunos casos, minerales de ganga asociados con depósitos de minerales (detección indirecta o inferencial).
El método más directo de detección de minerales a través del magnetismo implica la detección de la mineralización de hierro a través del mapeo de anomalías magnéticas asociadas con formaciones de hierro bandeado que generalmente contienen magnetita en alguna proporción. La mineralización de skarn , que a menudo contiene magnetita, también se puede detectar aunque los minerales de mena en sí no serían magnéticos. De manera similar, la magnetita, la hematita y, a menudo, la pirrotita son minerales comunes asociados con la alteración hidrotermal , que se pueden detectar para proporcionar una inferencia de que algún evento hidrotermal mineralizante ha afectado a las rocas.
La prospección gravitacional se puede utilizar para detectar cuerpos densos de rocas dentro de formaciones anfitrionas de rocas de pared menos densas. Esto se puede utilizar para detectar directamente depósitos minerales del tipo Valle del Misisipi , depósitos minerales de tipo IOCG , depósitos minerales de hierro, depósitos de skarn y diapiros de sal que pueden formar trampas de petróleo y gas.
Los estudios electromagnéticos (EM) se pueden utilizar para ayudar a detectar una amplia variedad de depósitos minerales, especialmente sulfuros de metales básicos a través de la detección de anomalías de conductividad que se pueden generar alrededor de cuerpos de sulfuro en el subsuelo. Los estudios EM también se utilizan en la exploración de diamantes (donde las chimeneas de kimberlita tienden a tener una resistencia menor que las rocas circundantes), la exploración de grafito , los depósitos de uranio alojados en paleocanales (que están asociados con acuíferos poco profundos, que a menudo responden a los estudios EM en una sobrecarga conductora). Estos son métodos inferenciales indirectos para detectar mineralización, ya que el producto que se busca no es directamente conductor, o no es lo suficientemente conductor como para ser medible. Los estudios EM también se utilizan en municiones sin explotar , investigaciones arqueológicas y geotécnicas.
Los estudios EM regionales se realizan mediante métodos aéreos, utilizando aeronaves de ala fija o plataformas EM a bordo de helicópteros. Los métodos EM de superficie se basan principalmente en métodos EM transitorios que utilizan bucles de superficie con un receptor de superficie o una herramienta de fondo de pozo bajada a un pozo que atraviesa un cuerpo de mineralización. Estos métodos pueden mapear cuerpos de sulfuro dentro de la tierra en tres dimensiones y proporcionar información a los geólogos para dirigir perforaciones exploratorias adicionales en la mineralización conocida. Los estudios de bucle de superficie rara vez se utilizan para la exploración regional, sin embargo, en algunos casos, estos estudios se pueden utilizar con éxito (por ejemplo, estudios SQUID para cuerpos de mineral de níquel).
Los métodos de resistencia eléctrica, como los métodos de polarización inducida, pueden ser útiles para detectar directamente cuerpos de sulfuro, carbón y rocas resistivas como sal y carbonatos.
Los métodos sísmicos también se pueden utilizar para la exploración minera, ya que pueden proporcionar imágenes de alta resolución de las estructuras geológicas que albergan depósitos minerales. No solo se utilizan estudios sísmicos de superficie, sino también métodos sísmicos de pozo. En general, el uso de métodos sísmicos para la exploración minera está aumentando constantemente. [1]
Las técnicas de reflexión y refracción sísmica son las técnicas geofísicas más utilizadas en la exploración de hidrocarburos. Se utilizan para mapear la distribución de la estratigrafía del subsuelo y su estructura, lo que puede utilizarse para delinear posibles acumulaciones de hidrocarburos, tanto depósitos estratigráficos como estructurales o "trampas". El registro de pozos es otra técnica ampliamente utilizada, ya que proporciona información de alta resolución necesaria sobre las propiedades de las rocas y los fluidos en una sección vertical, aunque su extensión es limitada. Esta limitación en la extensión del área es la razón por la que las técnicas de reflexión sísmica son tan populares; proporcionan un método para interpolar y extrapolar la información de registros de pozos sobre un área mucho más grande.
La gravedad y el magnetismo también se utilizan, con considerable frecuencia, en la exploración de petróleo y gas. Pueden emplearse para determinar la geometría y la profundidad de las estructuras geológicas cubiertas, incluidos los levantamientos , las cuencas de hundimiento , las fallas , los pliegues , las intrusiones ígneas y los diapiros de sal , debido a sus características únicas de densidad y susceptibilidad magnética en comparación con las rocas circundantes; esto último es particularmente útil para los minerales metálicos.
Se han utilizado técnicas de teledetección , específicamente imágenes hiperespectrales , para detectar microfiltraciones de hidrocarburos utilizando la firma espectral de suelos y vegetación alterados geoquímicamente. [2] [3]
En el mar, se utilizan dos métodos: la sísmica marina de reflexión y el registro electromagnético del fondo marino (SBL). La magnetotelúrica marina (mMT), o la electromagnetización marina de fuentes controladas (mCSEM), puede proporcionar una detección pseudodirecta de hidrocarburos mediante la detección de cambios de resistividad sobre trampas geológicas (señaladas por estudios sísmicos). [4]
El radar de penetración terrestre es una técnica no invasiva y se utiliza en la construcción civil y la ingeniería para una variedad de usos, incluida la detección de servicios públicos (cables enterrados de agua, gas, alcantarillado, electricidad y telecomunicaciones), mapeo de suelos blandos, sobrecarga para caracterización geotécnica y otros usos similares. [5]
El método de análisis espectral de ondas superficiales (SASW) es otra técnica no invasiva, que se utiliza ampliamente en la práctica para detectar el perfil de velocidad de las ondas transversales del suelo. El método SASW se basa en la naturaleza dispersiva de las ondas de Raleigh en medios estratificados, es decir, la velocidad de las ondas depende de la frecuencia de la carga. Un perfil de material, basado en el método SASW, se obtiene de este modo de acuerdo con: a) la construcción de una curva de dispersión experimental, mediante la realización de experimentos de campo, cada vez utilizando una frecuencia de carga diferente, y midiendo la velocidad de las ondas superficiales para cada frecuencia; b) la construcción de una curva de dispersión teórica, suponiendo una distribución de prueba para las propiedades del material de un perfil estratificado; c) la variación de las propiedades del material del perfil estratificado y la repetición del paso anterior, hasta que se obtenga una coincidencia entre la curva de dispersión experimental y la curva de dispersión teórica. El método SASW proporciona un perfil de velocidad de ondas transversales estratificado (unidimensional) para el suelo.
Los métodos de inversión de forma de onda completa (FWI) se encuentran entre las técnicas más recientes para la caracterización geotécnica de sitios y aún se encuentran en desarrollo continuo. El método es bastante general y es capaz de generar imágenes de perfiles arbitrariamente heterogéneos de velocidad de onda de corte y compresión del suelo. [6] [7]
Las ondas elásticas se utilizan para sondear el sitio bajo investigación, colocando vibradores sísmicos en la superficie del suelo. Estas ondas se propagan a través del suelo y, debido a la estructura geológica heterogénea del sitio bajo investigación, ocurren múltiples reflexiones y refracciones. La respuesta del sitio al vibrador sísmico se mide mediante sensores ( geófonos ), también colocados en la superficie del suelo. Se requieren dos componentes clave para el perfil basado en la inversión de forma de onda completa. Estos componentes son: a) un modelo de computadora para la simulación de ondas elásticas en dominios semi-infinitos; [8] y b) un marco de optimización, a través del cual la respuesta calculada se corresponde con la respuesta medida actualizando iterativamente una distribución de material inicialmente asumida para el suelo. [9]
La ingeniería civil también puede utilizar la información obtenida por teledetección para la elaboración de mapas topográficos, la planificación y la evaluación del impacto ambiental. Los estudios electromagnéticos aéreos también se utilizan para caracterizar sedimentos blandos en la planificación y la ingeniería de carreteras, represas y otras estructuras. [10]
La magnetotelúrica ha demostrado ser útil para delinear depósitos de agua subterránea, mapear fallas alrededor de áreas donde se almacenan sustancias peligrosas (por ejemplo, centrales nucleares e instalaciones de almacenamiento de desechos nucleares) y monitorear precursores de terremotos en áreas con estructuras importantes, como represas hidroeléctricas, sujetas a altos niveles de actividad sísmica.
BS 5930 es el estándar utilizado en el Reino Unido como código de prácticas para investigaciones de sitios.
El radar de penetración terrestre se puede utilizar para mapear artefactos enterrados , como tumbas, morgues, sitios de naufragios y otros sitios arqueológicos enterrados a poca profundidad. [11]
Los estudios magnetométricos terrestres se pueden utilizar para detectar metales ferrosos enterrados, lo que resulta útil para inspeccionar naufragios, campos de batalla modernos sembrados de restos metálicos e incluso perturbaciones sutiles como ruinas antiguas a gran escala.
Los sistemas de sonar se pueden utilizar para detectar naufragios. [12] Los sistemas de sonar activos emiten pulsos de sonido en el agua que luego rebotan en los objetos y son devueltos al transductor de sonar. [12] El transductor de sonar puede determinar tanto el alcance como la orientación de un objeto submarino midiendo la cantidad de tiempo entre la liberación del pulso de sonido y su recepción de retorno. [12] Los sistemas de sonar pasivos se utilizan para detectar ruidos de objetos o animales marinos. [12] Este sistema no emite pulsos de sonido en sí mismo, sino que se centra en la detección de sonido de fuentes marinas. [12] Este sistema simplemente "escucha" el océano, en lugar de medir el alcance o la orientación de un objeto. [12]
El radar de penetración terrestre puede utilizarse para detectar fosas comunes. [13] Esta detección tiene importancia tanto legal como cultural, ya que ofrece a las familias afectadas la oportunidad de buscar justicia mediante el castigo legal de los responsables y de experimentar el cierre de la pérdida de un ser querido. [13]
Las municiones sin detonar (o UXO) se refieren a la disfunción o no explosión de explosivos militares. [14] Algunos ejemplos de estos incluyen, entre otros: bombas , bengalas y granadas . [14] Es importante poder localizar y contener las municiones sin detonar para evitar lesiones, e incluso la posible muerte, a quienes puedan entrar en contacto con ellas. [14]
El problema de las municiones sin explotar se originó como resultado de la Guerra de Crimea (1853-1856). [15] Antes de esto, la mayoría de las municiones sin explotar se contenían localmente en volúmenes más pequeños y, por lo tanto, no eran un gran problema público. [15] Sin embargo, con la introducción de una guerra más generalizada, estas cantidades aumentaron y, por lo tanto, era fácil perderlas de vista y contenerlas. [15] Según Hooper y Hambric en su artículo Unexploded Ordnance (UXO): The Problem , si no podemos alejarnos de la guerra en el contexto de la resolución de conflictos, este problema solo seguirá empeorando y probablemente tomará más de un siglo resolverlo. [15]
Dado que nuestro método global de resolución de conflictos se basa en la guerra, debemos poder confiar en prácticas específicas para detectar estas municiones sin explotar, como los estudios magnéticos y electromagnéticos. [16] Al observar las diferencias en la susceptibilidad magnética y/o la conductividad eléctrica en relación con las municiones sin explotar y la geología circundante (suelo, roca, etc.), podemos detectar y contener las municiones sin explotar. [16]