La geofísica de exploración es una rama aplicada de la geofísica y la geología económica , que utiliza métodos físicos de 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 ellas. propiedades. Se utiliza con mayor frecuencia para detectar o inferir la presencia y posición de depósitos geológicos económicamente útiles, como minerales ; combustibles fósiles y otros hidrocarburos ; reservorios geotérmicos ; y depósitos de agua subterránea . También se puede utilizar para detectar la presencia de artefactos explosivos sin detonar .
La geofísica de exploración se puede utilizar para detectar directamente el estilo 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 huésped de silicato más ligero , o se puede medir el contraste de conductividad eléctrica entre los minerales de sulfuro conductores y la roca huésped de silicato resistivo.
Las principales técnicas utilizadas son:
Se han desarrollado y se utilizan actualmente muchas otras técnicas, o métodos de integración de las técnicas anteriores. Sin embargo, estos no son tan comunes debido a la rentabilidad, la amplia aplicabilidad y/o la incertidumbre en los resultados producidos.
La geofísica de exploración también se utiliza para mapear la estructura del subsuelo de una región, dilucidar las estructuras subyacentes, reconocer la distribución espacial de unidades de roca y detectar estructuras como fallas, pliegues y rocas intrusivas. Este es un método indirecto para evaluar la probabilidad de depósitos de minerales o acumulaciones de hidrocarburos.
Los métodos ideados para encontrar depósitos de minerales o 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 las 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 mediante magnetismo implica detectar la mineralización del mineral de hierro mediante el mapeo de anomalías magnéticas asociadas con formaciones de bandas de hierro que generalmente contienen magnetita en alguna proporción. La mineralización de Skarn , que a menudo contiene magnetita, también se puede detectar aunque los minerales 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 pueden detectarse para proporcionar una inferencia de que algún evento hidrotermal mineralizante ha afectado las rocas.
El levantamiento por gravedad 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 de mineral tipo Valle del Mississippi , depósitos de mineral IOCG , depósitos de mineral 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, mediante la detección de anomalías de conductividad que pueden generarse alrededor de cuerpos de sulfuro en el subsuelo. Los estudios EM también se utilizan en la exploración de diamantes (donde los tubos de kimberlita tienden a tener menor resistencia que las rocas circundantes), la exploración de grafito y 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 conductiva). . Estos son métodos inferenciales indirectos para detectar la mineralización, ya que el producto que se busca no es directamente conductor o no es lo suficientemente conductor como para ser mensurable. Los estudios EM también se utilizan en investigaciones geotécnicas, arqueológicas y de municiones sin detonar .
Los estudios regionales de EM se llevan a cabo mediante métodos aéreos, utilizando aviones de ala fija o equipos de 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 que se introduce en un pozo que atraviesa un cuerpo de mineralización. Estos métodos pueden trazar mapas de cuerpos de sulfuro dentro de la Tierra en tres dimensiones y proporcionar información a los geólogos para dirigir perforaciones exploratorias adicionales en mineralizaciones conocidas. Los estudios de bucle de superficie rara vez se utilizan para la exploración regional; sin embargo, en algunos casos dichos estudios pueden utilizarse con éxito (por ejemplo, estudios SQUID para yacimientos 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 estructuras geológicas que albergan depósitos minerales. No sólo se utilizan estudios sísmicos de superficie, sino también métodos sísmicos de pozo. Con todo, el uso de métodos sísmicos para la exploración minera está aumentando constantemente. [1]
Las técnicas de reflexión y refracción sísmica son la técnica geofísica más utilizada en la exploración de hidrocarburos. Se utilizan para mapear la distribución subsuperficial de la estratigrafía y su estructura, que puede usarse 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 la información necesaria de alta resolución sobre las propiedades de las rocas y los fluidos en una sección vertical, aunque su extensión territorial es limitada. Esta limitación en la extensión del área es la razón por la cual las técnicas de reflexión sísmica son tan populares; Proporcionan un método para interpolar y extrapolar información de registros de pozos en un área mucho más grande.
La gravedad y el magnetismo también se utilizan, con considerable frecuencia, en la exploración de petróleo y gas. Estos se pueden utilizar para determinar la geometría y la profundidad de las estructuras geológicas cubiertas, incluidos levantamientos , cuencas que se hunden , fallas , pliegues , intrusiones ígneas y diapiros salinos debido a su densidad única y firmas de susceptibilidad magnética en comparación con las rocas circundantes; este último es particularmente útil para 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]
Específicamente en el mar, se utilizan dos métodos: la reflexión sísmica marina y el registro electromagnético del fondo marino (SBL). Los magnetotelúricos marinos (mMT), o electromagnéticos de fuente controlada marinos (mCSEM), pueden proporcionar una detección pseudodirecta de hidrocarburos al detectar cambios de resistividad en trampas geológicas (señaladas por estudios sísmicos). [4]
El radar de penetración terrestre es una técnica no invasiva y se utiliza en la construcción e ingeniería civil para una variedad de usos, incluida la detección de servicios públicos (agua enterrada, gas, alcantarillado, cables eléctricos y de telecomunicaciones), mapeo de suelos blandos, sobrecarga para geotecnia. caracterización 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 de corte del suelo. El método SASW se basa en la naturaleza dispersiva de las ondas de Raleigh en medios estratificados, es decir, la velocidad de la onda depende de la frecuencia de la carga. Se obtiene así un perfil del material, basado en el método SASW, según: a) construcción de una curva de dispersión experimental, realizando experimentos de campo, utilizando cada vez una frecuencia de carga diferente, y midiendo la velocidad de onda superficial para cada frecuencia; b) construir una curva de dispersión teórica, suponiendo una distribución de prueba para las propiedades del material de un perfil estratificado; c) variar las propiedades del material del perfil en capas y repetir el paso anterior, hasta que se logre una coincidencia entre la curva de dispersión experimental y la curva de dispersión teórica. El método SASW genera un perfil de velocidad de onda de corte en capas (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 están en continuo desarrollo. El método es bastante general y es capaz de obtener imágenes de los perfiles arbitrariamente heterogéneos de velocidad de las ondas de compresión y de corte del suelo. [6] [7]
Se utilizan ondas elásticas 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 perfilado basado en la inversión de forma de onda completa. Estos componentes son: a) un modelo informático para la simulación de ondas elásticas en dominios semiinfinitos; [8] yb) un marco de optimización, a través del cual la respuesta calculada se hace coincidir con la respuesta medida actualizando iterativamente una distribución de material inicialmente supuesta para el suelo. [9]
La ingeniería civil también puede utilizar información de teledetección para mapeo topográfico, planificación y evaluación del impacto ambiental. Los estudios electromagnéticos aéreos también se utilizan para caracterizar sedimentos blandos en la planificación e ingeniería de carreteras, presas y otras estructuras. [10]
La magnetotelúrica ha demostrado ser útil para delimitar 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 presas hidroeléctricas sujetas a altos niveles de actividad sísmica.
BS 5930 es el estándar utilizado en el Reino Unido como código de práctica para investigaciones de sitios.
El radar de penetración terrestre se puede utilizar para mapear artefactos enterrados , como tumbas, mortuorios, 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 cubiertos de escombros 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 regresan al transductor del sonar. [12] El transductor de sonar es capaz de 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 regreso. [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, 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 se puede utilizar para detectar tumbas. [13] Esta detección es de importancia tanto legal como cultural, ya que brinda una oportunidad para que las familias afectadas busquen justicia a través del castigo legal de los responsables y experimenten un cierre por la pérdida de un ser querido. [13]
Las municiones sin detonar (o UXO) se refieren a la disfunción o no explosión de los explosivos militares. [14] 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]
La cuestión de las municiones sin detonar se originó como resultado de la Guerra de Crimea (1853-1856). [15] Antes de esto, la mayoría de las municiones sin detonar estaban contenidas 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, fueron fáciles de perder de vista y contener. [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 del conflicto, este problema seguirá empeorando y probablemente tomará más de Un siglo para resolverlo. [15]
Dado que nuestro método global de resolución de conflictos se basa en la guerra, debemos poder confiar en prácticas específicas para detectar esta munición sin detonar, 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 detonar y la geología circundante (suelo, roca, etc.), podemos detectar y contener las municiones sin detonar. [dieciséis]