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Una muestra de núcleo es una sección cilíndrica de (generalmente) una sustancia de origen natural. La mayoría de las muestras de testigos se obtienen perforando con taladros especiales en la sustancia, como sedimentos o rocas, con un tubo de acero hueco , llamado taladro de núcleo . El orificio realizado para la muestra del núcleo se denomina "orificio del núcleo". Existe una variedad de muestreadores de núcleos para muestrear diferentes medios en diferentes condiciones. Se siguen inventando más de forma regular. En el proceso de extracción de núcleos, la muestra se empuja más o menos intacta al interior del tubo. Sacado del tubo en el laboratorio, es inspeccionado y analizado mediante diferentes técnicas y equipos en función del tipo de datos deseados.
Se pueden tomar muestras de núcleos para probar las propiedades de materiales artificiales , como hormigón , cerámica , algunos metales y aleaciones, especialmente los más blandos. También se pueden tomar muestras del núcleo de los seres vivos, incluidos los seres humanos, especialmente de los huesos de una persona para su examen microscópico y ayudar a diagnosticar enfermedades.
Métodos [ editar ]
La composición de los materiales en cuestión puede variar desde casi líquidos hasta los materiales más fuertes que se encuentran en la naturaleza o la tecnología, y la ubicación de los materiales en cuestión puede variar desde la mesa del laboratorio hasta más de 10 km de la superficie de la Tierra en un pozo. La gama de equipos y técnicas aplicadas a la tarea es correspondientemente grande. Las muestras de núcleos se toman con mayor frecuencia con su eje largo orientado aproximadamente paralelo al eje de un pozo, o paralelo al campo de gravedad para las herramientas accionadas por gravedad. Sin embargo, también es posible tomar muestras de testigos de la pared de un pozo existente. Tomar muestras de una exposición, aunque sea una pared rocosa sobresaliente o en un planeta diferente, es casi trivial. (Los Mars Exploration Rovers llevan una herramienta de abrasión de rocas, que es lógicamente equivalente a la herramienta de "núcleo de pared lateral giratoria" que se describe a continuación).
Algunas técnicas comunes incluyen:
- extracción de testigos por gravedad , en la que el muestreador de testigos se deja caer en la muestra, generalmente el lecho de un cuerpo de agua, pero esencialmente la misma técnica también se puede realizar en materiales blandos en tierra. Las fuerzas de penetración, si se registran, brindan información sobre la resistencia de diferentes profundidades en el material, que puede ser la única información requerida, con muestras como un beneficio incidental. Esta técnica es común tanto en investigaciones de sitios de ingeniería civil (donde las técnicas tienden a hincar pilotes ) como en estudios geológicos de depósitos acuáticos recientes. La baja resistencia de los materiales penetrados significa que los núcleos tienen que ser relativamente pequeños.
- vibrante , en el que se hace vibrar el muestreador para permitir la penetración en medios tixotrópicos . Nuevamente, la fuerza física del material sujeto limita el tamaño del núcleo que se puede recuperar.
- perforación exploración perforación diamantada donde una herramienta anular giratoria respaldada por un dispositivo de almacenamiento de muestra de núcleo cilíndrico se presiona contra los materiales en cuestión para cortar un cilindro del material en cuestión. Normalmente se necesita un mecanismo para retener la muestra cilíndrica en la herramienta de extracción de muestras. Dependiendo de las circunstancias, particularmente la consistencia y composición de los materiales en cuestión, pueden ser necesarias diferentes disposiciones dentro de las herramientas centrales para soportar y proteger la muestra en su camino hacia la superficie; a menudo también es necesario controlar o reducir el contacto entre el fluido de perforacióny la muestra de testigos, para reducir los cambios del proceso de extracción de testigos. Las fuerzas mecánicas impuestas sobre la muestra del núcleo por la herramienta con frecuencia conducen a la fractura del núcleo y la pérdida de intervalos menos competentes, lo que puede complicar enormemente la interpretación del núcleo. Los núcleos se pueden cortar rutinariamente desde unos pocos milímetros de diámetro (en madera, para dendrocronología ) hasta más de 150 milímetros de diámetro (rutina en la exploración petrolera ). Las longitudes de las muestras pueden variar desde menos de un metro (nuevamente, en madera, para la dendrocronología) hasta alrededor de 200 metros en una corrida, aunque de 27 a 54 metros es más común (en exploración petrolera), y se pueden realizar muchas corridas sucesivas si el análisis de "mirada rápida" en el campo sugiere que la zona de interés continúa.
- La extracción de muestras de percusión en la pared lateral utiliza "balas" cilíndricas robustas impulsadas explosivamente hacia la pared de un pozo para recuperar una muestra de núcleo (relativamente) pequeña y corta. Éstos tienden a estar muy destrozados, lo que hace que las mediciones de porosidad / permeabilidad sean dudosas, pero a menudo son suficientes para litológicos y micropaleontológicos.estudio. Se pueden intentar muchas muestras en una sola ejecución de las herramientas, que normalmente se configuran con 20 a 30 "balas" y cargas propulsoras a lo largo de la longitud de una herramienta. A menudo, se pueden agrupar varias herramientas para una sola ejecución. Las tasas de éxito para disparar una bala en particular, penetrar en la pared del pozo, el sistema de retención que recupera la bala de la pared del pozo y la muestra retenida en la bala son relativamente bajas, por lo que no es raro que solo la mitad de las muestras intentadas para tener éxito. Ésta es una consideración importante al planificar programas de muestra.
- Extracción de núcleos de pared lateral giratoria en la que se aplica una herramienta de perforación giratoria automatizada miniaturizada al lado del pozo para cortar una muestra de tamaño similar a un núcleo de pared lateral de percusión (descrito anteriormente). Estos tienden a sufrir menos deformaciones que los núcleos de percusión. Sin embargo, el proceso de corte del núcleo lleva más tiempo y los atascos son comunes en el equipo auxiliar que recupera la muestra de la broca y la almacena dentro del cuerpo de la herramienta.
Gestión de núcleos y datos [ editar ]
Aunque a menudo se descuidan, las muestras de testigos siempre se degradan hasta cierto punto en el proceso de cortar el testigo, manipularlo y estudiarlo. Las técnicas no destructivas son cada vez más comunes, por ejemplo, el uso de resonancia magnética para caracterizar granos, fluidos de poros, espacios de poros ( porosidad ) y sus interacciones (que constituyen parte de la permeabilidad ), pero esa costosa sutileza probablemente se desperdicia en un núcleo que se ha agitado. en un camión no suspendido durante 300 km de camino de tierra. Lo que sucede con los núcleos entre el equipo de recuperación y el laboratorio (o archivo) final es una parte a menudo descuidada del mantenimiento de registros y la gestión del núcleo.
La extracción de núcleos ha llegado a ser reconocida como una fuente importante de datos, y se está poniendo más atención y cuidado en prevenir daños al núcleo durante varias etapas de su transporte y análisis. La forma habitual de hacer esto es congelar el núcleo por completo utilizando nitrógeno líquido, que se obtiene de forma económica. En algunos casos, también se utilizan polímeros especiales para preservar y asentar / amortiguar el núcleo contra daños.
Del mismo modo, una muestra central que no puede relacionarse con su contexto (donde estaba antes de convertirse en una muestra central) ha perdido gran parte de su beneficio. La identificación del pozo y la posición y orientación ("hacia arriba") del núcleo en el pozo es fundamental, incluso si el pozo está en el tronco de un árbol; los dendrocronólogos siempre intentan incluir una superficie de corteza en sus muestras para que el La fecha del crecimiento más reciente del árbol puede determinarse sin ambigüedades.
Si estos datos se separan de las muestras principales, generalmente es imposible recuperar esos datos. El costo de una operación de extracción de testigos puede variar desde unas pocas unidades monetarias (para un núcleo capturado a mano de una sección de suelo blando) hasta decenas de millones de unidades monetarias (para núcleos de paredes laterales de un pozo de perforación en alta mar en un área remota de muchos kilómetros de profundidad). El registro inadecuado de estos datos básicos ha arruinado la utilidad de ambos tipos de núcleos.
Las diferentes disciplinas tienen diferentes convenciones locales para registrar estos datos, y el usuario debe familiarizarse con las convenciones de su área. Por ejemplo, en la industria petrolera, la orientación del núcleo se registra típicamente marcando el núcleo con dos rayas de color longitudinales, con la roja a la derecha cuando se recupera el núcleo y se marca en la superficie. Los núcleos cortados para la minería de minerales pueden tener sus propias y diferentes convenciones. La ingeniería civil o los estudios de suelos pueden tener sus propias convenciones diferentes, ya que sus materiales a menudo no son lo suficientemente competentes como para dejar marcas permanentes.
Cada vez es más común conservar muestras de núcleos en envases cilíndricos que forman parte del equipo de corte de núcleos, y hacer las marcas de registro en estos "barriles internos" en el campo antes de su posterior procesamiento y análisis en el laboratorio. A veces, el núcleo se envía del campo al laboratorio en una longitud tan larga como sale del suelo; otras veces se corta en longitudes estándar (5 mo 1 mo 3 pies) para su envío y luego se vuelve a montar en el laboratorio. Algunos de los sistemas de "barril interno" pueden invertirse en la muestra del núcleo, de modo que en el laboratorio la muestra "sube por el camino incorrecto" cuando se vuelve a ensamblar el núcleo. Esto puede complicar la interpretación.
Si el pozo tiene petrofísicamediciones hechas de las rocas de la pared, y estas mediciones se repiten a lo largo del núcleo, luego los dos conjuntos de datos se correlacionan, uno encontrará casi universalmente que la profundidad "registrada" para una pieza particular de núcleo difiere entre los dos métodos de medición . Qué conjunto de medidas creer se convierte entonces en una cuestión de política para el cliente (en un entorno industrial) o de gran controversia (en un contexto sin una autoridad predominante. Registrar que existen discrepancias, por cualquier motivo, conserva la posibilidad de corregir una decisión incorrecta en una fecha posterior; la destrucción de los datos de profundidad "incorrectos" hace que sea imposible corregir un error más adelante. Cualquier sistema para retener y archivar datos y muestras centrales debe diseñarse de modo que se pueda retener una opinión disidente como esta.
Si las muestras centrales de una campaña son competentes, es una práctica común "cortarlas en bloques" (cortar la muestra en dos o más muestras longitudinalmente) bastante temprano en el procesamiento de laboratorio para que un conjunto de muestras se pueda archivar al principio de la secuencia de análisis como un protección contra errores en el procesamiento. Es común "cortar" el núcleo en un conjunto de 2/3 y 1/3. También es común que un conjunto sea retenido por el cliente principal mientras que el segundo conjunto va al gobierno (que a menudo impone una condición para dicha donación como condición para la concesión de licencias de exploración / explotación). La "losa" también tiene la ventaja de preparar una superficie plana y lisa para el examen y la prueba de la permeabilidad del perfil, que es mucho más fácil de trabajar que la superficie curva típicamente áspera de las muestras de núcleos cuando se 'Recién sacado del equipo de extracción de núcleos. La fotografía de superficies de núcleos en bruto y "en losas" es una rutina, a menudo bajo luz natural y ultravioleta.
Una unidad de longitud que se utiliza ocasionalmente en la literatura sobre núcleos del fondo marino es cmbsf , una abreviatura de centímetros por debajo del fondo marino.
Historia de la extracción de núcleos [ editar ]
La técnica de extracción de testigos muy anterior a los intentos de perforar en la Tierra ‘s manto por el programa de perforación en aguas profundas . Pronto se hizo evidente el valor para la historia oceánica y geológica de obtener testigos en una amplia zona de fondos marinos . El muestreo de núcleos realizado por muchas organizaciones científicas y exploratorias se expandió rápidamente. Hasta la fecha, se han recolectado cientos de miles de muestras de núcleos de los fondos de todos los océanos del planeta y muchas de sus aguas continentales .
El acceso a muchas de estas muestras se facilita mediante el Índice de muestras geológicas marinas y lacustres , "una colaboración entre veinte instituciones y agencias que operan repositorios geológicos".
El índice mantiene un registro de las muestras almacenadas en los repositorios de sus organizaciones miembros. Los datos incluyen
Litografía , textura , edad, investigador principal, provincia , meteorización / metamorfismo , observaciones sobre el vidrio y comentarios descriptivos.
Valor informativo de las muestras centrales [ editar ]
La extracción de muestras comenzó como un método de muestreo de los alrededores de los depósitos de mineral y la exploración de petróleo. Pronto se expandió a océanos , lagos , hielo , barro , suelo y madera . Los núcleos de árboles muy viejos dan información sobre sus anillos de crecimiento sin destruir el árbol.
Los núcleos indican variaciones de clima , especies y composición sedimentaria durante la historia geológica. Los fenómenos dinámicos de la superficie de la Tierra son en su mayor parte cíclicos de varias formas, especialmente la temperatura y las precipitaciones .
Hay muchas formas de fechar un núcleo. Una vez fechado, proporciona información valiosa sobre los cambios de clima y terreno . Por ejemplo, los núcleos en el fondo del océano, el suelo y el hielo han alterado por completo la visión de la historia geológica del Pleistoceno .
Ver también [ editar ]
- Taladro de núcleo
- Centro de hielo
- Programa integrado de perforación oceánica
- Perforación científica
Referencias [ editar ]
Enlaces externos [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la muestra principal . |
- Extracción de núcleos 101
- Definición de núcleo
- Muestras de núcleos de acuíferos
- Núcleo de Walden Pond
- Citas Ice Core
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