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Sísmica de refracción

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Las investigaciones geosísmicas a menudo se realizan mediante el método sísmico de refracción, que utiliza la determinación de la velocidad de propagación de las ondas longitudinales (ondas P) y a veces transversales (ondas S) del subsuelo.

Dichas ondas se generan y se propagan en el terreno, cada vez que a éste se le somete a estímulos ya sean naturales o artificiales (explosiones, martillazos, etc.).

Retegeofisica

La técnica de prospección sísmica de refracción consiste en determinar los tiempos de recepción de las primeras ondas  generadas en un punto en la superficie (punto de disparo) en correspondencia con varios sensores alineados en la superficie topográfica (geófonos). El estudio de la propagación de las ondas sísmicas permite evaluar las propiedades mecánicas y físicas de los terrenos y la solidez de los materiales por éstas atravesados.

Mediante este tipo de investigación se puede llegar a estimar la composición litológica general de los terrenos,  evaluar las caraterísticas mecánicas, el grado de fracturación y calcular el parámetro Vs-30; evaluar la profundidad a la que se halla el topo rocoso (“bedrock”) y estimar su grado de fracturación, verificar la geometría, el espesor y las características de la cobertura  superficial y en  suelos aluviales, estimar la profundidad del nivel freático.
La elaboración de los datos sísmicos, mediante un completo modelo matemático bidimensional apoyado por métodos iterativos, permite maximizar la resolución y el detalle pudiéndose reconstruir un modelo de velocidad del terreno que se examina.
Utilizando las distancias  entre los  puntos de energización y de recepción y los tiempos  de  primera recepción  de las seňales  sísmicas, se elaboran  las  dromocronas  (curvas tiempo distancia), de las que se obtienen, utilizando un programa de cálculo específico,  las velocidades de cada uno de los estratos, su espesor, profundidad, forma  e inclinación.
Este procedimiento de tipo “clásico” proporciona un modelo de velocidad inicial al método de iteración tomográfica. Para esta primera parte de procedimiento de interpretación, el algoritmo utilizado por el programa de cálculo fue publicato en 1986 por Dereck Palmer en el artículo “The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation”. (Society of Exploration Geophysicists)

 

Unidad de adquisición datos

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Para medir simultáneamente los impulsos sísmicos captados por los geófonos es necesario usar un equipo electrónico multicanal, con ruido interno extremadamente bajo y alta velocidad de muestreo, dotado de soporte magnético para la grabación de los datos obtenidos después de una oportuna amplificación, filtraje y conversión analógico/digital. Para ello utilizamos nuestro sismógrafo  EEG BR24 de 24 canales.

 

 

Dispositivo receptor

Para detectar las vibraciones del terreno se utilizan 12-24  geófonos de tipo  electromagnético  de  bobina  móvil con frecuencia característica de 4,5-8-14 Hz, los que permiten convertir en seňales eléctricas las vibraciones inducidas en el terreno. Estos receptores se conectan al sismógrafo a través de cables multipolares.

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Dispositivo de energización

Para generar las ondas sísmicas ha sido utilizado un pertinente fusil sísmico. El impulso del disparo se transmite inmediatamente al sismógrafo y consiente un registro sincronizado del T-0 (tiempo cero).
Las secciones sísmicas se realizan con 12-24  geófonos alineados, con distancia (spread) entre sí constante, y son energizadas en cinco, siete o nueve  puntos alineados con las mismas en posiciones internas y externas.

 

Adquisición de los datos

La adquisición de los datos se realiza después de comprobar que funcione correctamentente la instrumentación y el circuito de time-break (tiempo 0).

 

Elaboración de los datos

Descripción sintética de los pasos del procedimiento de elaboración:

Transmisión de los sismogramas al programa de extracción de los tiempos de primera llegada.
Emisión de las  dromocronas medidas en forma gráfica y en forma legible por el programa de elaboración tradicional basado en el algoritmo GRM (Generalized Reciprocal Method).
Introducción de los valores de las  cuotas de los geófonos y de los  disparos en el programa de interpretación GRM y lectura de las  dromocronas medidas.
Elaboración de los datos e interpretación tradicional.
Emisión de las secciones interpretadas que contienen los interfaces entre estratos de diferente velocidad sísmica y los valores mismos de velocidad. Notar que las velocidades sísmicas atribuidas a cada uno de los estratos se caracterizan por un vector gradiente nulo en dirección vertical (son costantes en vertical para cada uno de los estratos). Existe la posibilidad de modelizar con el procedimiento GRM variaciones horizontales de velocidad que en todo caso resultan discretas y no continuadas.
Emisión de un archivo que contiene la ubicación y la cuota de cada uno de los puntos de disparo y de cada geófono, legible por el programa de iteración tomográfica y de ray-tracing (trazado del recorrido de los rayos sísmicos).
Emisión del  modelo bidimensional del terreno obtenido por el procedimiento GRM en forma de matriz a celdas de tamaňo definible (inferiores al metro), adecuada para ser leída por el programa de ray-tracing y de elaboración tomográfica. La interpretación GRM proporciona el modelo inicial de las velocidades del terreno, necesario para activar las iteraciones del modelo matemático bidimensional completo (modelización tomográfica). El terreno se divide en celdas de pequeňo tamaňo, todas dotadas de una diferente velocidad sísmica y listas para ser modificadas por el procedimiento de iteración tomográfica para reducir al mínimo el error entre las dromocronas calculadas basándose en el modelo de terreno y las que han sido efectivamente medidas durante la prospección

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El programa tomográfico lee el archivo que contiene las ubicaciones y las cuotas junto con el archivo que contiene la matriz de las velocidades  y el procedimiento de ray-tracing y de control es activado.
El primer lugar se controlan las correctas ubicaciones de los sensores y de los disparos y por lo tanto se revisan las trayectorias de los rayos sísmicos y se evalúa el primer “fitting” con los datos medidos, con el propósito de iniciar el procedimiento tomográfico (interpretación) excluyendo todos los errores sistemáticos que se pueden corregir previamente. .
El objetivo del procedimiento iterativo tomográfico es reducir el error entre los tiempos de las  dromocronas calculadas basándose en el modelo y las que han sido efectivamente medidas. Esto ocurre por aproximaciones sucesivas (iteraciones) controladas por el operador al que le es posible intervenir en la selección de muchos coeficientes que influencian el cálculo así como también en la selección del procedimiento que es utilizado para realizar la minimización de los errores.
El resultado final será una matriz representativa del terreno investigado compuesta por celdas cada una caracterizada por una velocidad sísmica que en su totalidad presentan un error  mínimo si se utiliza en el  procedimiento del trazado de los rayos sísmicos.
Esta matriz se visualiza a través de un programa de contouring adecuado, utilizando, si se considera necesario, colores diferentes para las diferentes velocidades.

Sísmica de refracción

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