1. Ciencia

ESTUDIO DEL SUBSUELO
¿Cómo se estudia el subsuelo?
La naturaleza y estructura del subsuelo sólo se conoce por la proyección en profundidad
de los datos de superficie. Los métodos de observación directa únicamente proporcionan
información puntual del subsuelo, a partir de escarpes del terreno, galerías de minas y la
perforación de sondeos. Por tanto, para conocer la disposición y continuidad en
profundidad de las formaciones y estructuras aflorantes en superficie, así como para
poder detectar la presencia de cuerpos y estructuras ocultas, el estudio del subsuelo
tiene que recurrir a la utilización de métodos indirectos de investigación. Entre los
métodos indirectos utilizados para el estudio del subsuelo destaca la geofísica aplicada, o
técnicas de prospección geofísica.
Niveles estructurales del subsuelo
¿En qué consiste la geofísica aplicada?
La prospección geofísica, o geofísica aplicada, consiste en un conjunto de técnicas de
medición de parámetros físicos, naturales o inducidos, que suministran información sobre
las propiedades físicas de los materiales presentes en el subsuelo. Estas mediciones se
pueden realizar sobre la superficie del terreno, con instrumentos aereotransportados, o
en el interior de sondeos y minas.
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Los principales métodos de prospección geofísica se han desarrollado a partir de las
técnicas empleadas en un principio para el estudio de las características terrestres a
gran escala: atracción gravitatoria, ondas sísmicas generadas por terremotos, polaridad
magnética, magnetismo terrestre, etc.
Desarrollo de las técnicas de prospección geofísica
Los métodos geofísicos tienen un indudable valor práctico en la exploración y búsqueda
de recursos naturales debido a que, bien la propia presencia de determinados recursos
naturales, o bien la estructura geológica asociada a los mismos, dan lugar a anomalías en
la medición de los parámetros físicos terrestres. La aplicación de las técnicas geofísicas
en la exploración de determinados recursos naturales de alto valor económico, como el
petróleo y el gas natural, ha impulsado los trabajos de investigación tecnológica de los
distintos métodos de prospección geofísica, tanto en el desarrollo e incremento de
resolución de los aparatos y técnicas de medida, como en el posterior tratamiento e
interpretación de los datos obtenidos.
Concretamente
de
la electrónica asociada ha permitido su
sondeos
aplicación a la investigación minera,
comenzó su desarrollo, a comienzo de los
hidrogeológica y geotécnica a partir de
años
los años 80.
testificación
50,
la
geofísica
en
las
técnica
de
exploraciones
petrolíferas debido a la necesidad de
obtener
la
máxima
información
procedente de los sondeos perforados,
rentabilizando la fase más costosa de la
investigación y que presenta la ventaja
de tener acceso directo a los materiales
estudiados.
Posteriormente,
el
abaratamiento y los avances técnicos de
Sondeos de investigación
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Métodos de prospección geofísica
Todos los métodos de prospección petrolífera, así como muchos de prospección mineral,
están encaminados a localizar estructuras favorables que puedan albergar estos
recursos.
La prospección para obra civil tiene como finalidad
localizar la profundidad de
cimentaciones, calculando los recubrimientos y determinar los parámetros geotécnicos
de las rocas del subsuelo.
En hidrogeología tradicionalmente se ha utilizado la prospección geofísica para
identificar
las
formaciones
más
favorables
que
puedan
constituir
acuíferos
subterráneos.
La selección del método o métodos geofísicos a utilizar dependerá de los objetivos
propuestos y de su entorno, buscando un alto contraste entre las propiedades a medir de
los recursos investigados y las mismas propiedades del medio circundante.
Métodos sísmicos
Consisten en diferenciar las variaciones litológicas del subsuelo en base a las distintas
respuestas sísmicas inducidas en las rocas. Principalmente controlando la medida del
tiempo de tránsito de las ondas sísmicas desde que son generadas en la superficie del
terreno hasta que se reciben después de haberse transmitido por el terreno.
Los métodos sísmicos utilizados en geofísica aplicada son de dos tipos: reflexión y
refracción, en los que varía el dispositivo empleado y el tipo de detonante que genera las
ondas sísmicas.
La selección del sistema a utilizar depende de la profundidad objeto de la investigación.
En la sísmica de reflexión las ondas sísmicas registradas corresponden a formaciones
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profundas que actúan como reflectores de la señal y son reflejadas a la superficie, donde
son registradas.
Permite establecer los límites entre distintas formaciones del subsuelo y cartografiar en
dos y tres dimensiones la estructura geológica. Las profundidades de los reflectores se
calculan a partir de los tiempos medidos, una vez conocida, o estimada, la velocidad de las
ondas sísmicas de las formaciones suprayacentes.
Se pueden llegar a detectar reflectores a profundidades muy grandes, de más 10.000 m.
Es la técnica geofísica que proporciona una información estructural de mayor calidad y se
utiliza de forma sistemática en la exploración de petróleo y gas natural.
Dispositivo para la técnica de perfiles sísmicos profundos
En la sísmica de refracción las ondas sísmicas registradas corresponden a zonas más
próximas a la superficie del terreno. Proporciona información de la velocidad y
profundidad de las formaciones próximas a la superficie. Se utiliza fundamentalmente en
geotecnia para ingeniería civil.
Métodos gravimétricos
Consisten en la medida de las variaciones de la atracción gravitatoria producidas por la
diferencia de densidad de las formaciones existentes en el subsuelo. Precisa de aparatos
muy sensibles para poder medir las pequeñas variaciones, del orden de milésimas de
miligal, y que el volumen de roca y el contraste de densidad con la roca encajante sea
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suficientemente grande para poder ser apreciado por los aparatos de medida. Alcanza
pocos kilómetros de profundidad. Se utiliza fundamentalmente en formaciones salinas y
rocas cristalinas, y en investigación petrolífera y minería metálica (ej: grandes masas de
sulfuros metálicos).
Anomalía gravimétrica negativa originada por un domo salino
Métodos eléctricos y electromagnéticos
Existen gran variedad de técnicas geofísicas que utilizan métodos eléctricos y electromagnéticos, encaminados a medir las propiedades eléctricas de las rocas: resistividad,
autopotencial, polarización inducida, respuesta a la inducción y diferencia de potencial.
Son útiles para determinar variaciones litológicas en la horizontal o en la vertical del
terreno, en formaciones que presentan diferentes resistividades. Se utiliza de forma
habitual en hidrogeología, investigación minera y geotecnia.
Métodos magnéticos
Miden las variaciones del campo magnético terrestre, seleccionando las que puedan estar
causadas por grandes accidentes tectónicos o por las variaciones de la susceptibilidad
magnética generadas por la composición litológica de las rocas.
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La mayoría de los trabajos de prospección con métodos magnéticos se realiza desde
aviones, permitiendo cubrir grandes extensiones de terreno, utilizándose principalmente
en zonas poco exploradas y/o recubiertas por hielo, arenas del desierto, selvas, etc.
Se utiliza para detectar la presencia de grandes estructuras y de minerales magnéticos,
y para conocer la estructura del basamento, ya que las rocas ígneas y metamórficas
presentan una susceptibilidad relativamente grande con respecto a la de las formaciones
sedimentarias.
Mapa aeromagnético de la España peninsular (I.G.N.)
Métodos radiométricos
Miden la radiactividad natural del terreno mediante escintilómetros y contadores Geiger
desde la superficie del terreno, o mediante la utilización de aviones, utilizando
escintilómetros especialmente adaptados.
La profundidad de investigación es de unos pocos metros debido a las radiaciones
naturales son absorbidas por los materiales suprayacentes. Se utiliza en exploración de
yacimientos de uranio, tierras raras, depósitos de potasio y otros minerales radiactivos.
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Testificación geofísica en sondeos mecánicos
Esta técnica geofísica consiste en la medición de los parámetros físicos de las
formaciones atravesadas por el sondeo, a partir de una instrumentación que se introduce
en el interior del mismo, y que realiza las medidas mientras se desplaza a lo largo de todo
el sondeo. Se ha alcanzado un gran desarrollo y actualmente se dispone de una gran
variedad de sondas que permiten obtener una amplia gama de parámetros de las
formaciones
del
subsuelo:
radiométricas:
densidad,
radiactividad
natural,
concentraciones de K, Th, y U, porosidad, etc,; eléctricas: potencial espontáneo,
resistividad y conductividad de la formación y de los fluidos del sondeo; acústicas:
velocidad y amplitud de las ondas sísmicas; magnéticas; térmicas: temperatura absoluta
y gradiente geotérmico, mecánicas y geométricas del sondeo: diámetro y situación
espacial, e imágenes del sondeo mediante cámaras de televisión.
El tratamiento informático de varias de estas mediciones permite realizar en tiempo real
registros continuos de: columna litológica del sondeo, buzamiento de las capas
atravesadas, imagen acústica (scáner) de la pared del sondeo, inclinación y desviación,
módulos elásticos de deformación, contenido en cenizas de las capas de carbón,
sismograma sintético, etc.
Debido a la diversidad de los parámetros que se pueden obtener de las formaciones la
aplicación de esta técnica abarca todas los estudios cuyo campo de actuación sea el
subsuelo.
Interpretación de los datos obtenidos
El estudio conjunto de las medidas físicas obtenidas y el conocimiento geológico
alcanzado con otras disciplinas permite identificar las distintas formaciones presentes
en el subsuelo en función de sus propiedades físicas medidas. La colaboración entre
geofísico y geólogos de las distintas especialidades es por tanto imprescindible y de la
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calidad de esta colaboración depende gran parte de la exactitud y fiabilidad de los
resultados obtenidos.
La aplicación de las actuales técnicas geofísicas de superficie permiten desarrollar
modelos, de 2 y 3 dimensiones, de los parámetros geofísicos del subsuelo.
Las técnicas de testificación geofísica de sondeos constituyen el nexo de unión entre la
información geológica y geofísica, permitiendo realizar una interpretación más fácil y
veraz de los datos geofísicos de superficie.
La interpretación integrada de la testificación geofísica y el obtenido con otras
disciplinas aplicada en el sondeo permite establecer las relaciones existentes entre los
parámetros físicos obtenidos y la información procedente de las otras especialidades:
parámetros
petrográficos,
estructurales,
geomecánicos,
hidrogeológicos
e
hidrogeoquímicos etc., y determinar el grado de fiabilidad.
La extrapolación de estas relaciones a todo el área cubierta por la geofísica de
superficie, realizada con una malla densa y homogéneamente distribuida sobre la
superficie del terreno, permite la realización de modelos, en 2 y 3 dimensiones, de los
parámetros petrofísicos de interés con unas predicciones cada vez más fiables de las
características materiales y geométricas de las formaciones del subsuelo.
Campos de aplicación de la prospección geofísica
Últimamente las técnicas de prospección geofísica abarcan un campo de actuación mucho
más extenso, que el tradicionalmente aplicado en la búsqueda de recursos naturales y de
investigación del interior de la Tierra, y están presentes en todo estudio relacionado con
el subsuelo.
Investigación de petróleo y gas: localización de recursos, cálculo de reservas.
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Investigación minera: Localización y cálculo de reservas de minerales metálicos, tierras
raras, salinas, energéticos y radiactivos.
Hidrogeología: Estudio de reservas y de abastecimiento. Calidad de las aguas. Control de
calidad de las obras de captación: durante la fase constructiva y en el tiempo de
operación para controlar el envejecimiento.
Suelos y acuíferos superficiales contaminados: Caracterización de la contaminación y su
evolución temporal, determinación de los focos de contaminación. Monitorización
geofísica.
Ingeniería civil y geotecnia: Predicción del comportamiento del terreno. Cálculo de los
módulos de deformación.
Geología y estratigrafía: Reconocimiento litoestratigráfico, continuidad lateral de las
formaciones, secuencias y análisis sedimentológico, discontinuidades, etc.
Geología estructural: localización, orientación y caracterización de fallas y fracturas,
buzamiento estructural.
Búsqueda de emplazamientos subterráneos para almacenamiento: identificación y
caracterización de zonas favorables. Establecimiento de modelos conceptuales de
funcionamiento.
Yacimientos arqueológicos: Detección de restos arqueológicos
Investigación del interior de la Tierra: Estructura y composición de la Tierra. Procesos
dinámicos. Actualmente es la técnica que permite conocer la estructura de la corteza
terrestre y apoya el avance de la geodinámica cortical.
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