La geofísica de exploración es una rama aplicada de la geofísica y la geología económica , que utiliza métodos físicos, como sísmicos, gravitacionales, magnéticos, eléctricos y electromagnéticos en la superficie de la Tierra 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 minerales; combustibles fósiles y otros hidrocarburos ; reservorios geotérmicos ; y reservorios de agua subterránea .
La geofísica de exploración se puede utilizar para detectar directamente el estilo objetivo de mineralización, midiendo sus propiedades físicas directamente. Por ejemplo, se pueden medir los contrastes de densidad entre el mineral de hierro denso y la roca hospedante de silicato más ligero , o se puede medir el contraste de conductividad eléctrica entre los minerales de sulfuro conductores y la roca hospedante 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, para dilucidar las estructuras subyacentes, la distribución espacial de las unidades de roca y para detectar estructuras como fallas, pliegues y rocas intrusivas. Este es un método indirecto para evaluar la probabilidad de depósitos de mineral 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 subterráneos , las investigaciones de aguas subterráneas, el mapeo de salinidad del subsuelo, las investigaciones de sitios de ingeniería civil y la obtención de imágenes interplanetarias.
Los levantamientos magnetométricos pueden ser útiles para definir anomalías magnéticas que representan minerales (detección directa) o, en algunos casos, minerales ganga asociados con depósitos de minerales (detección indirecta o inferencial).
El método más directo de detección de mineral a través del magnetismo consiste en detectar la mineralización de mineral de hierro mediante el mapeo de anomalías magnéticas asociadas con formaciones de hierro en bandas 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 mismos no serían magnéticos. De manera similar, la magnetita, la hematita y, a menudo, la pirrotita son minerales comunes asociados con la alteración hidrotermal , y esta alteración puede detectarse para proporcionar una inferencia de que algún evento hidrotermal de mineralización ha afectado a las rocas.
El levantamiento gravitacional se puede utilizar para detectar cuerpos densos de rocas dentro de formaciones hospedantes de rocas de pared menos densas. Esto puede ser usado para detectar directamente los depósitos de mineral de Mississippi Valley Tipo , IOCG mineral de depósitos, depósitos de mineral de hierro, depósitos de skarn y sal diapirs que pueden formar trampas de petróleo y gas.
Los levantamientos electromagnéticos (EM) se pueden utilizar para ayudar a detectar una amplia variedad de depósitos minerales, especialmente sulfuros de metales base, mediante la detección de anomalías de conductividad que se pueden generar alrededor de los cuerpos de sulfuro en el subsuelo. Los levantamientos electromagnéticos también se utilizan en la exploración de diamantes (donde las tuberías de kimberlita tienden a tener menor resistencia que las rocas circundantes), exploración de grafito , depósitos de uranio alojados en paleocanales (que están asociados con acuíferos poco profundos, que a menudo responden a levantamientos electromagnéticos en sobrecargas conductoras). Estos son métodos inferenciales indirectos para detectar mineralización, ya que el producto que se busca no es conductor directo o no es lo suficientemente conductor para ser medible. Las encuestas EM también se utilizan enartefactos explosivos sin detonar , investigaciones arqueológicas y geotécnicas.
Los estudios EM regionales se llevan a cabo mediante métodos aerotransportados, utilizando ya sea aviones de ala fija o plataformas EM transportadas por 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 transecta un cuerpo de mineralización. Estos métodos pueden trazar un mapa de los cuerpos de sulfuros dentro de la tierra en 3 dimensiones y proporcionar información a los geólogos para dirigir más perforaciones exploratorias sobre mineralización conocida. Los levantamientos de bucle de superficie rara vez se utilizan para la exploración regional, sin embargo, en algunos casos, dichos levantamientos pueden usarse con éxito (por ejemplo, levantamientos 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 la sal y los carbonatos.
Los métodos sísmicos también se pueden utilizar para la exploración de minerales, ya que pueden proporcionar imágenes de alta resolución de estructuras geológicas que albergan depósitos minerales. No solo se utilizan los levantamientos sísmicos de superficie, sino también los 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 sísmicas son la técnica geofísica más utilizada en la exploración de hidrocarburos. Se utilizan para mapear la distribución subsuperficial de la estratigrafía y su estructura, lo que puede usarse para delinear acumulaciones potenciales 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 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 información de registros de pozos en un área mucho mayor.
La gravedad y el magnetismo también se utilizan, con una frecuencia considerable, 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 de hundimiento , fallas , pliegues , intrusiones ígneas y diapiros de sal 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 microbúsqueda 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). Marine Magnetotellurics (mMT) o Marine Controlled Source Electro-Magnetics (mCSEM) pueden proporcionar detección pseudo-directa de hidrocarburos mediante la detección de cambios de resistividad sobre trampas geológicas (señalados por levantamiento sísmico). [4]
El radar de penetración en el suelo 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 (agua enterrada, gas, alcantarillado, cables eléctricos y de telecomunicaciones), mapeo de suelos blandos y sobrecargas para aplicaciones geotécnicas. caracterización y otros usos similares.
El método Spectral-Analysis-of-Surface-Waves (SASW) es otra técnica no invasiva, que se usa ampliamente en la práctica para obtener imágenes del perfil de velocidad de la onda 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 de material, basado en el método SASW, de acuerdo con: a) la construcción de una curva de dispersión experimental, realizando experimentos de campo, cada vez con una frecuencia de carga diferente, y midiendo la velocidad de onda superficial para cada frecuencia; b) construir una curva de dispersión teórica, asumiendo una distribución de prueba para las propiedades del material de un perfil en capas; c) variando las propiedades del material del perfil en capas y repitiendo 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 se encuentran en desarrollo continuo. El método es bastante general y es capaz de obtener imágenes de los perfiles de velocidad de ondas de corte y de compresión arbitrariamente heterogéneos del suelo. [5] [6]
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 reflejos 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 informático para la simulación de ondas elásticas en dominios semiinfinitos; [7] yb) un marco de optimización, a través del cual la respuesta calculada se empareja con la respuesta medida, mediante la actualización iterativa de una distribución de material asumida inicialmente para el suelo. [8]
La ingeniería civil también puede utilizar información de teledetección para la cartografía topográfica, la planificación y la evaluación del impacto ambiental. Los estudios electromagnéticos aerotransportados también se utilizan para caracterizar sedimentos blandos en la planificación y la ingeniería de carreteras, presas y otras estructuras.
Magnetotellurics 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 monitoreo de 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 prácticas para las investigaciones de sitios.
El radar de penetración terrestre se puede utilizar para mapear artefactos enterrados , como tumbas, depósitos de cadáveres, sitios de naufragios y otros sitios arqueológicos poco enterrados.
Los levantamientos magnetométricos terrestres se pueden utilizar para detectar metales ferrosos enterrados, útiles en el levantamiento de naufragios, campos de batalla modernos llenos de escombros metálicos e incluso perturbaciones sutiles como ruinas antiguas a gran escala.
Los sistemas de sonar se pueden utilizar para detectar naufragios.
El radar de penetración terrestre se puede utilizar para detectar tumbas.
Se pueden utilizar estudios magnéticos y electromagnéticos para localizar artefactos explosivos sin detonar .