La geofísica cercana a la superficie es el uso de métodos geofísicos para investigar características a pequeña escala en el subsuelo poco profundo (decenas de metros). [1] Está estrechamente relacionado con la geofísica aplicada o la geofísica de exploración . Los métodos utilizados incluyen refracción y reflexión sísmica , gravedad , métodos magnéticos, eléctricos y electromagnéticos. Muchos de estos métodos se desarrollaron para la exploración de petróleo y minerales, pero ahora se utilizan para una gran variedad de aplicaciones, que incluyen arqueología , ciencias ambientales , ciencias forenses ,[2] inteligencia militar , investigación geotécnica , búsqueda de tesoros e hidrogeología . Además de las aplicaciones prácticas, la geofísica cercana a la superficie incluye el estudio de los ciclos biogeoquímicos . [3] [4]
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/d/d9/Automatic_ground_penetrating_Radar_(upGPR)_near_Swiss_Camp_(Greenland)_1.jpg/440px-Automatic_ground_penetrating_Radar_(upGPR)_near_Swiss_Camp_(Greenland)_1.jpg)
Descripción general
En los estudios de la Tierra sólida, la característica media que distingue a la geofísica de la geología es que implica la detección remota . Se utilizan varios fenómenos físicos para explorar debajo de la superficie donde los científicos no pueden acceder directamente a la roca. Los proyectos de geofísica aplicada suelen tener los siguientes elementos: adquisición de datos, reducción de datos, procesamiento de datos, modelado e interpretación geológica. [5]
Todo esto requiere varios tipos de estudios geofísicos. Estos pueden incluir estudios de gravedad, magnetismo, sismicidad o magnetotelúricos .
Adquisición de datos
Un levantamiento geofísico es un conjunto de mediciones realizadas con un instrumento geofísico. A menudo, un conjunto de medidas se realiza a lo largo de una línea o transversal . Muchos levantamientos tienen un conjunto de recorridos paralelos y otro conjunto perpendicular a él para obtener una buena cobertura espacial. [5] Las tecnologías utilizadas para los estudios geofísicos incluyen:
- Métodos sísmicos , como sismología de reflexión , refracción sísmica y tomografía sísmica .
- Método sismoeléctrico
- Técnicas de geodesia y gravedad , incluida la gravimetría y la gradiometría de gravedad .
- Técnicas magnéticas , incluidos estudios aeromagnéticos y magnetómetros .
- Técnicas eléctricas , incluida la tomografía de resistividad eléctrica , la polarización inducida y el potencial espontáneo .
- Métodos electromagnéticos , como magnetotelúricos , radar de penetración terrestre y electromagnética transitoria / en el dominio del tiempo .
- Geofísica de pozos, también llamada registro de pozos .
- Técnicas de teledetección , incluidas imágenes hiperespectrales .
Reducción de datos
Los datos brutos de un levantamiento geofísico a menudo deben convertirse a una forma más útil. Esto puede implicar corregir los datos en busca de variaciones no deseadas; por ejemplo, un estudio de gravedad se corregiría por la topografía de la superficie. Los tiempos de viaje sísmico se convertirían a profundidades. A menudo, un objetivo de la encuesta se revelará como una anomalía , una región que tiene valores de datos por encima o por debajo de la región circundante. [5]
Procesamiento de datos
Es posible que los datos reducidos no proporcionen una imagen lo suficientemente buena debido al ruido de fondo . La relación señal / ruido puede mejorarse mediante mediciones repetidas de la misma cantidad seguidas de algún tipo de promediado, como apilamiento o procesamiento de señales . [5]
Modelado
Una vez que se obtiene un buen perfil de la propiedad física que se mide directamente, se debe convertir a un modelo de la propiedad que se está investigando. Por ejemplo, las mediciones de gravedad se utilizan para obtener un modelo del perfil de densidad debajo de la superficie. A esto se le llama problema inverso . Dado un modelo de densidad, se pueden predecir las medidas de gravedad en la superficie; pero en un problema inverso se conocen las medidas de la gravedad y se debe inferir la densidad. Este problema tiene incertidumbres debido al ruido y la cobertura limitada de la superficie, pero incluso con una cobertura perfecta muchos modelos posibles del interior podrían ajustarse a los datos. Por lo tanto, se deben hacer suposiciones adicionales para restringir el modelo.
Dependiendo de la cobertura de datos, el modelo puede ser solo un modelo 2D de un perfil. O un conjunto de transectos paralelos se puede interpretar utilizando un modelo 2½D, que asume que las características relevantes son alargadas. Para características más complejas, se puede obtener un modelo 3D mediante tomografía . [5] [6]
Interpretación geológica
El paso final de un proyecto es la interpretación geológica. Una anomalía de gravedad positiva puede ser una intrusión ígnea , una anomalía negativa un domo de sal o un vacío. Una región de mayor conductividad eléctrica puede tener agua o galena . Para una buena interpretación, el modelo geofísico debe combinarse con el conocimiento geológico del área. [5]
Sismología
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/1/1c/RV_Rafael_cruise_08034_line_4.gif/220px-RV_Rafael_cruise_08034_line_4.gif)
La sismología hace uso de la capacidad de las vibraciones para viajar a través de la roca como ondas sísmicas . Estas ondas son de dos tipos: ondas de presión (ondas P ) y ondas de corte (ondas S ). Las ondas P viajan más rápido que las ondas S, y ambas tienen trayectorias que se doblan a medida que las velocidades de las ondas cambian con la profundidad. La sismología de refracción hace uso de estas trayectorias curvas. Además, si hay discontinuidades entre las capas de la roca o el sedimento, las ondas sísmicas se reflejan. La sismología de reflexión identifica estos límites de capa por los reflejos. [7]
Sismología de reflexión
La reflexión sísmica se utiliza para obtener imágenes de capas casi horizontales en la Tierra. El método es muy parecido al eco . Puede usarse para identificar pliegues y fallas, y para buscar campos de petróleo y gas. A escala regional, los perfiles se pueden combinar para obtener una estratigrafía secuencial , lo que permite fechar capas sedimentarias e identificar el aumento eustático del nivel del mar . [7]
Sismología de refracción
La refracción sísmica se puede utilizar no solo para identificar capas en las rocas por las trayectorias de las ondas sísmicas, sino también para inferir las velocidades de las ondas en cada capa, proporcionando así alguna información sobre el material en cada capa. [7]
Topografía magnética
El levantamiento magnético se puede realizar a escala planetaria (por ejemplo, el levantamiento de Marte por el Mars Global Surveyor ) o en una escala de metros. En la superficie cercana, se utiliza para mapear límites geológicos y fallas, encontrar ciertos minerales , diques ígneos enterrados, [8] localizar tuberías enterradas y antiguas explotaciones mineras, y detectar algunos tipos de minas terrestres . También se utiliza para buscar artefactos humanos . Los magnetómetros se utilizan para buscar anomalías producidas por objetivos con una gran cantidad de material magnéticamente duro, como ferritas . [9]
Topografía de microgravedad
Se pueden usar mediciones de gravedad de alta precisión para detectar anomalías de densidad cerca de la superficie, como las asociadas con sumideros y antiguas minas, [10] con un monitoreo repetido que permite cuantificar los cambios cerca de la superficie sobre estos. [11]
Georradar
El radar de penetración terrestre es una de las geofísicas cercanas a la superficie más utilizadas en arqueología forense , geofísica forense , investigación geotécnica , búsqueda de tesoros e hidrogeología , con profundidades de penetración típicas de hasta 10 m (33 pies) por debajo del nivel del suelo, dependiendo de las condiciones locales. condiciones del suelo y las rocas, aunque esto depende de las antenas transmisoras / receptoras de frecuencia central que se utilicen. [1]
Conductividad del suelo a granel
La conductividad del suelo a granel generalmente usa pares de transmisor / receptor para obtener señales EM primarias / secundarias del entorno circundante (tenga en cuenta la dificultad potencial en áreas urbanas con fuentes de interferencia EM sobre el suelo), con áreas de recolección que dependen del espaciado de las antenas y el equipo utilizado. Actualmente hay disponibles sistemas aéreos, terrestres y acuáticos. Son particularmente útiles para el trabajo inicial de reconocimiento terrestre en investigaciones geotécnicas , arqueológicas y geofísicas forenses . [1]
Resistividad electrica
El recíproco de la conductividad , los levantamientos de resistividad eléctrica miden la resistencia del material (generalmente suelo) entre sondas eléctricas, con profundidades de penetración típicas de una a dos veces las separaciones de electrodos. Hay varias configuraciones de electrodos de equipo, la más típica usa dos electrodos de corriente y dos de potencial en una matriz dipolo-dipolo. Se utilizan para investigaciones geotécnicas , arqueológicas y geofísicas forenses y tienen mejor resolución que la mayoría de los estudios de conductividad. Experimentan cambios significativos con el contenido de humedad del suelo, una dificultad en la mayoría de las investigaciones de sitios con suelos heterogéneos y diferentes distribuciones de vegetación. [1]
Aplicaciones
Milsom y Eriksen (2011) [12] proporcionan un útil libro de campo para la geofísica de campo.
Arqueología
Los métodos geofísicos se pueden utilizar para encontrar o mapear un sitio arqueológico de forma remota, evitando excavaciones innecesarias. También se pueden usar para fechar artefactos.
En los estudios de un posible sitio arqueológico, las características excavadas en el suelo (como zanjas, pozos y agujeros para postes) pueden detectarse, incluso después de rellenar, mediante resistividad eléctrica y métodos magnéticos. El relleno también puede detectarse mediante un radar de penetración terrestre. Los cimientos y las paredes también pueden tener una firma magnética o eléctrica. Los hornos, chimeneas y hornos pueden tener una fuerte anomalía magnética debido a que se ha horneado una magnetización termorremanente en minerales magnéticos. [13]
Los métodos geofísicos se utilizaron ampliamente en trabajos recientes sobre los restos sumergidos de la antigua Alejandría , así como en tres ciudades sumergidas cercanas (Herakleion, Canopus y Menouthis). [14] Los métodos que incluían sonar de barrido lateral , estudios magnéticos y perfiles sísmicos revelaron una historia de mala ubicación del sitio y una falla en la protección de los edificios contra los peligros geográficos. [15] Además, ayudaron a localizar estructuras que pueden ser el Gran Faro y el palacio de Cleopatra perdidos , aunque estas afirmaciones son impugnadas. [14]
Forense
La geofísica forense se utiliza cada vez más para detectar objetos / materiales cercanos a la superficie relacionados con una investigación criminal o civil. [16] Los objetos más destacados en las investigaciones criminales son los entierros clandestinos de víctimas de asesinato, pero la geofísica forense también puede incluir la localización de entierros sin marcar en cementerios y cementerios, un arma utilizada en un crimen o drogas enterradas o depósitos de dinero. Las investigaciones civiles tratan con más frecuencia de determinar la ubicación, la cantidad y (más complicado) el momento de los desechos vertidos ilegalmente, que incluyen contaminantes físicos (por ejemplo, vertidos con mosca) y líquidos (por ejemplo, hidrocarburos). Hay muchos métodos geofísicos que podrían emplearse, dependiendo del objetivo y los materiales del anfitrión de fondo. Lo más común es que se utilice un radar de penetración terrestre, pero es posible que no siempre sea una técnica de detección de búsqueda óptima.
Investigaciones geotécnicas
Las investigaciones geotécnicas utilizan la geofísica cercana a la superficie como una herramienta estándar, tanto para la caracterización inicial del sitio como para medir dónde emprender posteriormente la investigación intrusiva del sitio (SI) que involucra perforaciones y pozos de prueba. [1] En áreas rurales se pueden emplear métodos convencionales de SI, pero en áreas urbanas o en sitios difíciles, las técnicas geofísicas específicas pueden caracterizar rápidamente un sitio para métodos de investigación intensivos de superficie o cerca de la superficie de seguimiento. Lo más común es buscar servicios públicos enterrados y cables aún activos, cimientos de edificios despejados, determinar el tipo (s) de suelo y la profundidad del lecho rocoso debajo del nivel del suelo, contaminación de desechos sólidos / líquidos, pozos de minas [17] y minas relictas debajo del suelo e incluso en terrenos diferentes condiciones. [18] Incluso se han realizado investigaciones geofísicas en interiores. [19] Las técnicas varían según el objetivo y los materiales del anfitrión como se mencionó.
Referencias
- ↑ a b c d e Reynolds, John (2011). Introducción a la geofísica aplicada y ambiental . Wiley-Blackwell. ISBN 978-0-471-48535-3.
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Bibliografía
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enlaces externos
- Grupo de enfoque de geofísica cercana a la superficie (AGU)
- La Sección de Geofísica de la Superficie Cercana de la Sociedad de Geofísicos de Exploración (SEG)
- Geofísica de superficie cercana: un recurso para todas las cosas geofísicas
- Subgrupo de especialistas en geofísica de superficies cercanas de la Sociedad Geológica de Londres