138790072 Tipos de Senales Sismica y Ruido Sismico

Seales Ssmicas y Ruido SsmicoUniversidad del Zulia

Facultad de IngenieraEscuela de Ingeniera GeodesicaDepartamento de GeofsicaCtedra: Mtodo Ssmico de Exploracin

Realizado Por:Keyla viloria

C.I: 18.377.261Prof. Wilmer Mrquez

Maracaibo, junio de 2.012

Seales Ssmicas y Ruido Ssmico

INTRODUCCION

La Ssmica de Prospeccin se ha convertido en clave fundamental para la industria de exploracin y perforacin considerndola fundamental a la hora de estudios ssmicas y evaluacin.

Para su estudio e interpretacin se cuanta con diferentes mtodos y tcnicas que requieren un conjunto de elementos entre ellos el comportamiento de las ondas ssmicas que son registradas como seales ssmicas; estas existen de diferentes tipos de acuerdo a las caractersticas del medio, pero en este anlisis existe la presencia de una perturbacin que impide o confunde la interpretacin plena de dicha seal conocido como Ruido Ssmico, que pueden ser corregidos de acuerdo a su tipo y caractersticas o en su defecto minimizado para ello se recurre a un anlisis de ruido seccin ssmica de ruido, seales de instrumentos, etc., tcnicas y aspectos a considerar en este desarrollo tcnico y detallado que incluye diferentes recursos como ilustraciones, recomendaciones entre otros aspectos a desarrollar y que deben considerarse para obtener una alta resolucin del subsuelo y una buena cobertura en dicho proceso sin que genere perdida de tiempo y dinero.

Otro de los trminos a desarrollar se refiere a una de las tcnicas ssmicas o sismolgicas como la llamada tcnica de adquisicin GPR. Tcnica que ofrece ciertas ventajas segn algunas consideraciones y que es de fcil interpretacin por ser similar a la conocida ssmica de reflexin.

Los receptores y fuentes juegan un papel fundamental en dicho estudio y por ello que es necesario conocer como es su disposicin, caracterstica y tipos de acuerdo a la tcnica empleada.

ESQUEMA

I.- Introduccin.II.- Objetivo.III.- Planteamiento.IV.- Marco Terico:

Elementos Congnocitivos

Tipos de Seales Ssmicas:


1.- Defina:1.1.- Reflexin Primaria.1.2.- Reflexin Fantasma.

2.- Defina e ilustre mediante grficos lo siguiente:2.1.- Ruido Ssmico.2.2.- Tipo de Ruido: Incoherente

- Casual- Ambiental

Coherente: Superficiales (Aire, Directo, Raylegh, Love) Profunda (Mltiples, Reverberaciones)

3.- Anlisis de ruido.3.1.- Geometra de Campo3.2.- Instrumentacin3.3.- Seccin Ssmica de Ruido

4.- Explique en que consiste el clculo de la Resolucin Vertical en levantamiento Marino.

(Ruido Ssmico):

1.- Defina e ilustre los siguientes:1.1.- Patrones de Gefonos.1.2.- Tipo de patrones

1.2.1.- Lineales no pesados Lineales pesados

1.2.2.- Ariales1.3.- Patrones de Disparo1.4.- Tipos de Patrones de Disparo

2.- Calculo de la Atenuacin:2.1.- Mtodo Grafico2.2.- Mtodo Analtico2.3.- Atenuacin Efectiva2.4.- Curva de respuesta

3.- Explicar detalladamente y mediante el uso de grficos ilustrativos en que consiste la tcnica de adquisicin GPR.


4.- Defina e ilustre lo siguiente:4.1.- Filtros Instrumentales4.2.- Tipos de Filtros: Corte bajo Corte alto Pasabanda

V.- Conclusin.VI.- Bibliografa.

OBJETIVOS

Diagnosticar los Tipos de Seales Ssmicas conociendo las Reflexiones Primarias y Reflexiones Fantasmas.

Detallar utilizando ilustraciones el ruido ssmico y sus tipos, anlisis de ruido, geometra de campo y seccin ssmica de ruido.

Realizar clculos referidos a la resolucin ssmica vertical. Conocer las diferentes caractersticas y tipos de patrn de

gefonos y disparo. Establecer y definir las variables para la ejecucin de un

levantamiento ssmico mediante la aplicacin de la tcnica GPR.


PLANTEAMIENTO

Una vez que se a efectuado o se le ha inyectado la energa al subsuelo (segn la tcnica utilizada), ya estn dispuestos los receptores pero esa repuesta que se esta recibiendo y grabando, que proceso requiere y necesita; Se podr utilizar tal cual como se esta recibiendo?. Existen factores que la contaminan, lo sabemos pero como evitarlo?, Cmo se presenta este ruido?. En un sismo es necesario considerar todos estos y otros aspectos para poder interpretar plenamente el fenmeno ocurrido, y es hay donde entra una comparacin de la informacin obtenida con la tabulada en laboratorio, para conocer que genero este sismo y como se encontraba la zona donde se efectu. Este y muchos eventos pueden ser entendidos si se conocen todos los parmetros a desarrollar en este trabajo. MARCO TEORICO

(Tipos de Seales Ssmicas):

1.- Defina:1.1.- Reflexin Primaria: Consiste en registrar una onda ssmica que

sea reflejado una sola vez con un estrato en el subsuelo, esto es, sin considerar la profundidad a la que se encuentra el estrato. En forma grafica la determinacin de una reflexin primaria se muestra en la siguiente figura.

Supongamos que hemos perforado la capa meteorizada a una profundidad h y adicionalmente hemos colocado una carga explosiva en el punto 0, as mismo hemos ubicado en la superficie terrestre una serie de gefonos distinguidos por G1, G2, G3 y G4, los cuales a su vez se

C. Meteorizada

G1Superficie

Interfase 2

G3G2 G4

A 0 DCB

S

PInterfase 1

Casa Blanca


h'

GP

0

0'

hInterfase 1

C. Meteorizada

SuperficieP. Reflejado

P. Primario

Interfase 2

encuentran conectados mediante cables a casa blanca sitio donde se procesara la informacin recopilada por lo receptores. Al momento de generar la onda ssmica en el punto 0, las trazas ssmicas se activaran grabando las primeras llegadas conocidas como ondas refractadas las cuales viajan a travs de la capa meteorizada y definidas en el grafico por: 0AG1, 0BG2, 0CG3 y 0DG4.

Posteriormente llegaran las reflexiones primarias cuya caracterstica fundamental es que ha interactuado una sola vez con la interfase ssmica definida en el grafico por 0PG1. No importa la profundidad siempre y cuando haya interactuado una vez, entonces 0SG1 tambin es una reflexin primaria, estas estn representadas por una cobertura simple.

En trminos fsicos la reflexin primaria se define como la onda ssmica que se ha reflejado una sola vez antes de ser registrada en superficie por los gefonos.

En trminos geofsicos son aquellas que llegan despus de las ondas refractadas.

1.2.- Reflexin Fantasma: Su caracterstica fundamental sugiere la produccin o generacin de un punto de tiro alterno a milsimas de segundo del punto de tiro verdadero, esto es debido a la presencia de la capa meteorizada y a la ubicacin del punto de tiro verdadero dentro de un pozo muy cercano a la superficie. Este al igual que el mltiple produce interpretaciones errneas en las variables de profundidad.

Estn asociadas a la colocacin de una carga explosiva dentro de un pozo y a la sugerencia de que una vez que se detone en el punto 0, el interprete tendr la impresin de que el punto de tiro esta ubicado en el 0', y no en 0, conocindose esto como reflexin fantasma.

Una reflexin fantasma esta asociada a tres elementos particulares:

1.- A la presencia de la capa meteorizada.2.- A la perforacin para la ubicacin de un pozo para la cual se debe

hacer una remocin de tierra de la capa meteorizada para ubicar una carga explosiva en el fondo del pozo.

Seales Ssmicas y Ruido Ssmico3.- Una vez detonada la carga debido a la distancia del punto (P) a la

carga 0 es muy pequea, da la sugerencia o la apariencia de que la ubicacin de la carga explosiva esta en 0' y no en 0 pues la onda ssmica se va a reflejar en la superficie antes de reflejarse en la interfase ssmica. Este efecto trae como consecuencia que se registre en el sismograma de campo un tiempo adicional que nos va inferir una profundidad mayor, es decir, se va a inferir una interfase ssmica que esta a una profundidad h' cuando en realidad de estar en h.

Antes de realizar una medicin se tiene informacin previa acerca ce las velocidades y espesores aproximadas obtenidas de las perforaciones y estudio del ncleo en el laboratorio, la variacin no debe exceder del 10%, si es mayor del 25% estamos en presencia de reflexiones fantasma.

2.- Defina e ilustre mediante grficos lo siguiente:

2.1.- Ruido Ssmico: Es toda seal indeseable o perturbacin que enmascara o interfiere con la seal ssmica original.

2.2.- Tipo de Ruido:

Incoherente: Es aquel que no persiste a lo largo de la seccin ssmica por lo que no se le puede determinar su velocidad de propagacin, periodo, frecuencia y longitud de onda. Este se divide en dos:

- Ambientales: Es el ruido caracterstico de la zona generado por la actividad productiva que caracteriza a la zona que deseamos estudiar.

- Casual: Es el producido por el paso de vehculos, personas y animales.

Coherente: Es aquel que persiste a lo largo de la seccin ssmica por lo que se puede determinar sus caractersticas propias como son: velocidad de propagacin, periodo, frecuencia y longitud de onda.

- Superficiales:

A.- Aire: Son aquellas que se propagan en la direccin del viento, con una velocidad de propagacin de 360m/seg, dependiendo de la elevacin topogrfica, la direccin del viento y del efecto Doopller, el cual se refiere a un fenmeno que se produce cuando una fuente de energa y un receptor tiene movimiento entre ellos. Esto ocasiona que cuando el receptor se acerca al emisor de ondas pareciera que la frecuencia de las ondas que se

Seales Ssmicas y Ruido Ssmicoestn recibiendo fuera mayor, mientras que cuando se alejan ocurre lo

contrario, cuando en realidad la frecuencia de las ondas que emiten las fuentes de energa que corre es la misma. Su frecuencia es de 1-15 Hz y la amplitud de 1m-40m.

B.- Directa: Estas son captas por gefonos de reflexin de tipo vertical siendo en particular el elemento a determinar en estas ondas la energa de las ondas refractadas y la energa de las primeras llegadas o refracciones primarias.

Cabe destacar que la velocidad de propagacin de las ondas refractadas en una capa subyacente o inferior a la capa meteorizada oscila entre 1000m/seg-2000m/seg, mientras que la velocidad de la onda directa, es decir, la que viaja a travs de la capa meteorizada es de 100m/seg-600m/seg llegando en algunos casos hasta 900m/seg en aquellas zonas de alta compactacin de la capa meteorizada.

C.- Raleigh: Estas ondas se propagan en la superficie libre de un solid siendo su movimiento ondulatorio en un plano vertical elptico y retrogrado, as mismo la amplitud decrece exponencialmente a medida que aumenta la profundidad. Finalmente su velocidad es de 9/10, la velocidad de las ondas transversales en el mismo medio o estrato. Su frecuencia oscila en los 15Hz y su amplitud entre 1800m-2700m.

D.- Love: Su movimiento ondulatorio es en un plano horizontal y transversal destacndose que este tipo de ondas son nicamente observables cuando existe una capa de baja velocidad superpuesta en un medio don de las velocidades elsticas son mayores, esto es, que las ondas love van a estar relacionadas a las propiedades elsticas del suelo. Las ondas love son ms lentas que las ondas raleigh.

-Profundas:

A.- Mltiples: Son reflexiones que ocurren en un mismo estrato interactuando varias veces antes de ser registradas en superficie por los receptores.

Desde el punto de vista geofsico un mltiple puede llevar a una interpretacin errnea ya que a partir de el podemos inferir profundidades mayores debido al tiempo de recorrido elevado que presenta la onda ssmica en el registro ssmico, es decir, que son detectables ya que su tiempo de recorrido es el doble. Se puede dar tres casos:


Pt

C. Meteorizada

G

Superficie

Interfase

Caso A: La onda ssmica es reflejada varias veces en un mismo estrato antes de ser registradas en la superficie por los receptores. El caso de los mltiples produce errores frecuentes en los intrpretes ya que sugiere la produccin de una reflexin a una profundidad mayor cuando en realidad se habla de un estrato a menor profundidad.

Caso B: La onda queda entrampada entre la superficie y la capa meteorizada.

Caso C: No interviene la capa meteorizada, la onda queda entrampada entre dos interfases ssmicas o una interfase y la superficie.

B.- Reverberacin: Son mltiples que se presentan en lo levantamientos ssmicos marinos, en este caso la onda acstica se reflejara varias veces entre la superficie del agua y el suelo marino, antes de ser registrada por los receptores, la presencia de este fenmeno esta asociado a las partculas coloidales. La reverberacin va a ser una seal entrampada entre la superficie del agua y el subsuelo marino.

3.- Anlisis de Ruido.

Para la realizacin de anlisis de ruido es necesario seleccionar una zona de mayor extensin sugerida por estudios previos de geologa y

C. Meteorizada

PtG

Superficie

Interfase

C. Meteorizada

Pt G

Superficie

Interfase

Seales Ssmicas y Ruido Ssmicomtodos geofsicos de escalonamientos, que en combinacin nos han

sugerido que la zona de inters desde el punto de vista econmico adems de evaluar mediante cartografa digitalizada las condiciones topogrficas de la misma, con el fin de recomendar el tipo de fuente de emerga.

El proceso de anlisis de ruido se inicia una vez que hemos elegido en la fase de adquisicin de datos ssmicos, la zona de inters en funcin de su potencialidad productiva, as como la fuente de energa apropiada de acuerdo a las caractersticas topogrficas de la zona posteriormente descrita.

Posteriormente procedemos a efectuar un anlisis cualitativo del ruido caracterstico de la zona con el fin de establecer sus caractersticas de acuerdo a su velocidad de propagacin, periodo, frecuencia y longitud de onda, adems de definir en el registro ssmico las reflexiones primarias. Todo esto permitir adoptar las mejores soluciones para atenuar el ruido ssmico.

3.1.- Geometra de Campo:

1.- En esta fase se recomienda elegir un sitio representativo de la zona a ser estudiada. Si la topografa es plana bastara efectuar un solo anlisis de ruido, sin embargo si la topografa es accidentada, de baja compactacin o con presencia de tendido de alta tensin en el subsuelo o superficiales se procede a realizar como mnimo dos anlisis de ruido, es decir, se estudia la topografa para determinar el nmero de anlisis de ruido.

2.- Determinar el mallado: En particular la longitud del tendido de receptores (gefonos, hidrfonos o electrodos) no debe ser mayor a 145m con el fin de obtener una alta resolucin del subsuelo en funcin de su velocidad de propagacin, periodo, frecuencia y longitud de onda.

3.- Estos receptores son agrupados en una cantidad que no debe ser menor a 5 unidades con el objeto de que se comporten como uno solo (apuados o agrupados en uno solo) y cubiertos de tierra para evitar el efecto del ruido ambiental y casual o el efecto de campo electromagntico para el caso de tendido de alta tensin.

Seales Ssmicas y Ruido Ssmico4.- Es importante elegir la instrumentacin de acuerdo con la

frecuencia de las ondas de la zona, y la resolucin que a su vez depende de la potencia de la fuente.

La geometra de campo esta en funcin de la movilidad de la fuente de energa y no de las condiciones topogrficas ya que este ultimo constituye un problema econmico y no tcnico puesto que cualquier dificultad topogrfica de la zona podr ser resuelta adecuando la disposicin geomtrica espacial de los gefonos y los puntos de tiro.

3.2.- Instrumentacin: Ya realizada la ubicacin de los gefonos en la superficie se le introduce o se le inyecta energa al terreno por medio de la fuente seleccionada dependiendo de la resolucin que se quiera obtener del mismo, hay que considerar que si se quiere aumentar la amplitud de la onda ssmica tambin hay que aumentar la energa de la fuente, ya hecho esto se procede a separar a intervalos regulares la fuente de energa de fondo fijos los gefonos, se genera emerga en cada punto para as obtener un registro ssmico ordenado asociado a cada punto de tiro.

3.3.- Seccin Ssmica de Ruido: Es la representacin grfica de la informacin recolectada en el campo especficamente en el cuarto cuadrante del sistema cartesiano donde en el eje horizontal se tiene la separacin de las trazas o de registros para cada uno de los receptores expresada en metros en funcin del mallado de exploracin seleccionado, por otra parte en eje vertical tenemos representado el tiempo de viaje de la seal expresado en milisegundos, esta informacin es convertida mediante los procesos de convolucin y deconvolucin a valores de profundidad y espesores.

Seccin ssmica de ruido

Trazas 1 2 3

X (m)

T Cono de (M/seg) Ruido -


Del anlisis de ruido se obtiene las siguientes variables de salidas: a) Bandas de frecuencia de las ondas de ruido.b) Bandas de longitudes de las ondas de ruido.c) Distancia desde el centro del patrn hasta las primeras

reflexiones. d) Velocidad promedio de las hondas refractadas o primeras

llegadas.e) Menor longitud de ondas de las primeras llegadas con el fin de

disear los filtros instrumentales.f) Menor frecuencia de las ondas refractadas o primeras llegadas, las

cuales van a quedar enmascaradas.

4.- Explique en que consiste el clculo de la Resolucin Vertical en levantamiento Marino.

Es el clculo que determina las caractersticas de las seales ssmicas, mediante la generacin del grfico del espectro de frecuencia en el intervalo correspondiente a la secuencia estratigrfica.

Mediante aplicacin del programa Synthetics se efectu este anlisis, para calcular la resolucin vertical ssmica, la cual consiste en determinar la mnima separacin que debe existir entre dos interfases para que estas puedan ser diferenciadas.

Para este fin se utiliz la siguiente expresin:

/4 = Vint/ fmDonde:/4 = Factor de entonacin Vint = Velocidad intervlica fm = Frecuencia media

Estos clculos muestran la resolucin ssmica vertical, que permiten estudiar una zona que sea refractora, persistente y continua.

Los dos parmetros ms importantes que controlan la versatibilidad de la resolucin vertical, lo constituye:

El ancho de banda de la seal ssmico. La velocidad intervlica de la secuencia estratigrfica.

Seales Ssmicas y Ruido SsmicoAdems, la resolucin vertical depender de los espesores y del

mximo contenido de frecuencia de la seal ssmica.

(Ruido Ssmico):

1.- Defina e ilustre los siguientes:1.1.- Patrones de Gefonos: Es la disposicin geomtrica espacial

de los receptores en la superficie del terreno.

1.2.- Tipo de patrones:

1.2.1.- Lineales:

No pesados: son aquellos donde el nmero de gefonos y la distancia que los separan se mantiene constante.

d d

d d


En este caso se puede definir la densidad lineal que no es ms que el nmero de gefonos ubicados a lo largo de un tendido y queda definida por:

x= n / L

Donde; n: es el nmero de gefonos L: longitud del tendido.

Pesados: son aquellos donde la distancia entre gefonos y nmeros de gefonos por posicin es variable.

Este a su vez se divide en:

- Convergente: Para este tipo de configuracin la distancia entre los receptores se hace ms pequea a medida que nos acercamos al centro del patrn.

- Divergentes: Para este caso, la distancia entre los gefonos se hace mayor a medida que nos acercamos al centro del patrn.

1.2.2.- Areales: Se caracteriza porque se desplazan en dos dimensiones, es decir, cada uno de los receptores tiene asociado una coordenada UTM. Se divide en dos: Paralelogramo y estrella.

1.3.- Patrones de Disparo: Es la secuencia de impactos que se sigue a lo largo de un levantamiento ssmico con el fin de generar la energa ssmica suficiente para producir la reflexiones necesarias y al mismo tiempo atenuar la mayor cantidad de ondas de ruido que interfieran la seal ssmica original.

El patrn de disparo esta definido por: la posicin de la fuente de energa con respecto a la lnea ssmica sin embargo el uso de un tipo de patrn determinado esta en funcin de las caractersticas topogrficas y la movilidad de la fuente de energa. Cabe destacar que las condiciones topogrficas de la zona constituyen un problema econmico pero nunca un problema desde el punto de vista tcnico.

d 2d

d 2d

Seales Ssmicas y Ruido Ssmico1.4.- Tipos de Patrones de Disparo: En ssmica de reflexin se

utilizan diversas modalidades o sistemas de tiro. Hablaremos aqu de los ms corrientes, como son el tiro en lnea y el tiro desplazado.

A.- Tiro en lnea: consiste simplemente en situar el pozo de explosin alineado con la lnea de gefonos. Puede ser: tiro en lnea central, tiro en lnea central o split y tiro lateral o de extremo.

B.- Tiro desplazado: En esta modalidad se desplaza el pozo de explosin, normalmente al perfil, una cantidad d variable, que oscila, como norma general de 20m a 120m, aproximadamente. Este puede ser central o de extremo.

2.- Calculo de la Atenuacin:

Consiste en determinar las caractersticas fsico matemtico de las ondas asociadas al ruido coherente.

Este procedimiento nos permite disminuir la interferencia de las ondas de ruido en un levantamiento ssmico y para su determinacin es necesario conocer cuatro variables fundamentales que son:

- Numero de unidades (n). - Avance en metros de las unidades.- Separacin en metros de las unidades.- Secuencia de impacto por posicin.

Siendo el algoritmo matemtico principal para la atenuacin de las ondas de ruido conocido como ngulo de desfasaje . El cual viene expresado por:

= 2piD/

Donde: D la separacin entre el avance de las unidades y la longitud de la onda de ruido.

2.1.- Mtodo Grafico: Consiste en representar los elementos de la tierra (Ei) como vectores, cuya direccin esta en funcin del ngulo de desfase , y donde la magnitud del mismo se determina mediante la suma algebraica de la secuencia de impactos en la definicin del patrn, mientras que la direccin esta asociada a los ngulos mltiplos del desfasaje.


X

Conociendo como los elementos de la tierra la representacin del lugar geomtrico definido por la alineacin de una serie de puntos del frente de onda que conforman la seal ssmica original.

Ei : cada vez que se dispara segn la secuencia establecida se genera cierta cantidad de impulsos en un mismo sitio, la cantidad de veces que se disparo sobre un mismo sitio se conoce como Ei.

RT:es el maximo de amplitud que se registra el el geofono.

2.2.- Mtodo Analtico: Este se genera como consecuencia del mtodo anterior el cual esta definido como las representaciones de las proyecciones sobre los ejes X e Y, y luego se aplica Pitgoras para el clculo de las componentes. Este consiste en la proyeccin de las componentes de cada uno de los Ei en sentido horizontal y vertical para as obtener una resultante (Rt) de la sumatoria de esas componentes.

2.3.- Atenuacin Efectiva: Se obtiene del anlisis de ruido, consiste en graficar en el eje Z las diferentes longitudes de ondas asociadas a las ondas de ruido, con respecto a las atenuaciones, adicionalmente se debe considerar la disposicin geomtrica espacial de los PT y el numero de unidades a utilizar y la combinacin permite disear un patrn optimo o efectivo en el cual la atenuacin calculada analticamente sea mayor a 30 dl.

Esta atenuacin se puede obtener mediante la siguiente expresin:A = 20log l/ Rt

2.4.- Curva de respuesta: Esta no es ms que la combinacin espacial de los patrones tanto de gefonos como de disparo, en la prctica estos no se representan grficamente, sino que se representan en forma simultnea en funcin de las longitudes de ondas y los decibeles. Se

CosERn

iiX *

0

=

= SenERn

iiY *

0

=

=

22YXT RRR +=

E1

E4 3

2

E2

RT

E3

Y

Seales Ssmicas y Ruido Ssmicoconsidera la zona de superposicin de ambos patrones como banda de

Reyeccin.

La cual va a representar la mejor zona de atenuacin del ruido, es decir nos da la posicin geomtrica espacial de la posicin de los geponos y los disparos.

3.- Explicar detalladamente y mediante el uso de grficos ilustrativos en que consiste la tcnica de adquisicin GPR.

A.- Principio Bsico del GPR.

El Geo-radar o radar de investigacin del subsuelo es un mtodo geofsico de estudio indirecto de las caractersticas del subsuelo. La operacin con el GPR es similar a la ssmica de Reflexin, se fundamenta en un breve pulso de energa electromagntica que es irradiado hacia el subsuelo, con una frecuencia caracterstica nica que puede estar entre 16 y 2.000 MHz.

Cuando este pulso alcanza las interfaces donde existe un contraste en la constante dielctrica, ocurren fenmenos anlogos a los que se dan en ssmica cuando cambia la impedancia acstica: una fraccin de la energa de la onda es reflejada, regresa hasta la superficie y es detectada en la antena receptora, mientras que la energa remanente contina hasta la prxima interfase.

La profundidad de penetracin y la resolucin observada depende del tipo de antena usada para una adquisicin particular.

En aplicaciones de tipo geolgico, las antenas no-blindadas (unshielded antennas) permiten investigar hasta profundidades de 30-60 m. En aplicaciones urbanas y de alta resolucin las antenas blindadas (shielded antennas) de alta frecuencia permiten un mejor control del ruido y las reflexiones desde el aire y una altsima calidad en la imagen radar con un alcance en la profundidad de investigacin de hasta 5-10 m.

Esquema del funcionamiento del Geo-Radar


El GPR genera una imagen del subsuelo con altsima resolucin lateral y vertical permitiendo no solamente la identificacin de objetos, sino caracterizar el entorno.

Es el mtodo moderno de mas xito en aplicaciones no-dig, investigaciones del subsuelo no invasivas, sin necesidad de realizar excavaciones o algn otro tipo de intervencin destructiva.

Por esto es un mtodo que no afecta el medio ambiente y es excelente para las fases de planificacin y desarrollo de proyectos industriales.

Adicionalmente, no necesita establecer contacto fsico de ningn tipo (electrodos) con el suelo, es rpido y de fcil aplicacin en todos los ambientes. Siendo un mtodo electromagntico activo, permite investigar reas urbanas (con antenas blindadas) y ambientes geolgicos donde las condiciones superficiales limitan la aplicacin de otros mtodos.

Las aplicaciones de mtodos de procesamiento similares a los de la ssmica a reflexin permiten una interpretacin cuantitativa de gran resolucin.

B.- Cantidades Medidas, Calculadas y Recomendadas.

El GPR registra un perfil grfico continuo de interfases subsuperficiales.


Ejemplo de un perfil grfico producido por el GPR

La escala horizontal representa unidades de la distancia que viaj la onda en su trayecto. Esta escala es dependiente de la velocidad que lleva la onda. La escala vertical representa de tiempo (en nanosegundos) de recorrido a travs del medio hasta que llega a la antena. Conociendo el tiempo se puede determinar la profundidad si se conoce la velocidad de la seal de radar. Las lneas verticales rayadas son marcadores del acontecimiento insertados en el perfil por el operador de radar para indicar localizaciones de la antena o puntos de referencia conocidos a lo largo de las lneas del trayecto. Las lneas horizontales uniformemente espaciadas son las lneas de la escala que proporcionan los planos de referencia para los gravmenes relativos de tiempo-profundidad.

Como ya se sabe, en esta tcnica, las ondas electromagnticas transitorias son reflejadas, refractadas y difractadas por los cambios en conductividad elctrica y caractersticas dielctricas. Los tiempos del recorrido y las amplitudes de estas ondas se pueden analizar para dar la informacin del tipo de la profundidad, de la geometra y del material. Es decir, que stas son las cantidades calculadas.

Seales Ssmicas y Ruido SsmicoEntra las cantidades recomendadas o conocidas se encuentra la

distancia a la cual se ubican las antenas, las cuales a medidas se encuentren ms cercanas una con respecto a la otra la resolucin ser mejor. La frecuencia de la seal de radar es una cantidad conocida

Tambin se necesita establecer una cartografa y un punto de referencia en la zona de trabajo, disear un sistema de adquisicin y un mallado que responda las necesidades de investigacin.

C.- Explicar Detalladamente por qu en Zonas de Alta Humedad la Penetracin mediante el uso de GPR es Variable.

La profundidad de investigacin que puede alcanzarse a partir de una exploracin por geo-radar es funcin de diferentes parmetros, que incluyen la frecuencia del impulso emitido por la antena y la conductividad elctrica del terreno, que a su vez depende del contenido en arcilla, de la humedad y la salinida del agua.

Si la conductividad del medio alrededor es mayor que la de un posible reflector los estudios son imposibles, ya que en los medios de alta conductividad la ecuacin del radar no es satisfecha y no van a aparecer reflexiones. En los modos de crosshole y surface-to-borehole las medidas pueden ser llevadas a cabo en reas de una alta conductividad porque las reflexiones no son requeridas en estas medidas.

Los suelos arcillosos y/o ricos en contaminantes inicos en contacto con agua (niveles freticos), provocan un aumento de la conductividad elctrica del subsuelo, disminuyendo la capacidad de penetracin del georadar provocando una atenuacin de su seal.

D.- Constantes dentro de los Algoritmos Matemticos relacionados con la Tcnica GPR.

Para calcular la velocidad de la propagacin (generalmente se realiza enterrando un reflector en una profundidad sabida y determinando la velocidad usando el frmula siguiente:

VM = 2D/t

Donde:

D = profundidad medida al interfaz de reflejo.

Seales Ssmicas y Ruido SsmicoT = tiempo transcurrido entre el pulso transmitido y recibido

(nanosegundos).VM = velocidad eficaz de la propagacin (feet/nanosecond)

Si se saben las velocidades de la propagacin, las profundidades se pueden estimar usando la frmula siguiente:

Profundidad = Vm(t)/2

Las velocidades de la propagacin se estiman a menudo usando los valores publicados estndares para algunos materiales. Los siguientes son algunas constantes dielctricas (Er) de algunos materiales de la tierra:

Material AproximadoConstante Dielctrica (Er)

Aire 1Agua Dulce 81Granito 8La arena, se seca (suelo de Carver) 4,5Arena, saturada 30Suelo margoso grueso del "promedio" 12Hielo 4

Usando las constantes dielctricas arriba, la profundidad a un interfaz se puede calcular usando la frmula siguiente:

D = c (t)/2[(Er) e1/2]

Donde:

D = profundidad en pies.C = velocidad de la luz (1 foot/nanosecond).T = Tiempo del recorrido de T = del pulso en nanosegundos.Er = constante dielctrica relativa del material

E.- Aplicaciones de la Tcnica GPR.

Geologa

Anlisis de estructuras geolgicas (fracturas, fallas, pliegues y foliaciones); litotipos, geomorfologa (relieve y suelos) e hidrografa para investigacin de recursos minerales.

Seales Ssmicas y Ruido Ssmico Evaluacin del potencial de los recursos hdricos superficiales y

subterrneos. Identificacin de reas para prospeccin mineral.

El georadar permite ver cuales son los lmites que caracterizan ciertas clases de plumas de contaminacin adems de proporcionar informacin sobre la estratigrafa del terreno.

Agricultura

Planeamiento y monitoreo agrcola. Identificacin, mapeo y fiscalizacin de cultivos agrcolas. Determinacin relativa de la humedad de los suelos; eficiencia de

sistemas de irrigacin. Cartografa. Levantamiento planimtrico (escalas 1:20.000 a 1:50.000). Levantamiento altimtrico (interferometra).

Penetra en el suelo de los viedos y levanta mapas de distribucin de la humedad, lo que permite afinar las estrategias de irrigacin, utilizar el agua de forma ms eficiente y obtener un producto de superior calidad.

Con sus resultados, los viticultores podrn afinar sus estrategias de irrigacin, utilizando el agua de forma ms eficiente y obteniendo un producto de superior calidad.

Los sistemas de irrigacin utilizan frecuentemente productos qumicos diversos que contaminan el subsuelo. Por eso, si se puede planear esta operacin de manera que no se desperdicie agua, se evita que la que sobre se filtre hacia los acuferos, contaminndolos.

El GPR es desplazado por encima del suelo mientras enva pulsos electromagnticos hacia el interior de los primeros metros de tierra. Las seales del GPR son analizadas para determinar los niveles de humedad de las diferentes capas del suelo. La velocidad de las seales transmitidas y recibidas vara en funcin del tipo de suelo: las ondas se mueven ms lentamente en el suelo hmedo, y ms rpido en el seco.

Bosques

Gerencia y planeamiento de bosques. Determinacin de grandes clases de bosques. Identificacin de la accin de determinadas enfermedades.

Seales Ssmicas y Ruido Ssmico Elaboracin de cartografa referente a deforestacin.

Identificacin de reas de corte selectivo. Estimativa de biomasa.

Hielo y nieve

Mapeo/clasificacin de hielo. Monitoreo del deshielo-inundaciones.

Hidrologa

Definicin del nivel fretico. Delimitacin del acufero primario. Caracterizacin del substrato y su morfologa (paleocanales) Determinacin del grado de saturacin de agua. Localizacin de fracturas y fallas. Localizacin de plumas contaminantes.

GPR Definicin del Nivel Fretico

GPR Identificacin de Paleocanales con agua

Es muy aplicado en estudios hidrolgicos por su capacidad de determinar la profundidad del sustrato y las variaciones laterales de las diferentes unidades que constituyen una formacin aluvial. La interpretacin de las secuencias depositacionales y la visualizacin de las geometras se facilita gracias a la representacin tridimensional de los resultados.

Otra aplicacin es la localizacin del nivel fretico, ya que causa del contraste entre la permitividad dielctrica del agua y del aire puede reconocerse generalmente por la fuerte amplitud del reflector, su continuidad lateral y la atenuacin mide la seal bajo l

Seales Ssmicas y Ruido SsmicoMedio Ambiente

Planeamiento y monitoreo ambiental.

Identificacin, evaluacin y monitoreo de recursos hdricos y de los procesos fsicos del medio ambiente (intemperismo, erosin, deslizamientos, entre otros).

Identificacin y anlisis de la degradacin causadas por mineralizaciones, deposicin de residuos, accin antrpica, entre otros.

Identificacin, anlisis y monitoreo de riesgos ambientales.

El georadar puede aplicarse como apoyo para establecer mapas de vulnerabilidad a la contaminacin de los acuferos, en el conocimiento de verteros y zonas degradadas. Pero, sobre todo por la capacidad de localizar penachos de hidrocarburos tanto en la zona saturada como la no saturada.

La aplicacin de investigaciones georadar permite dar respuestas ciertas para toda una serie de problemticas a cerca de la seguridad y las operaciones de medio ambiente. Entre otras, la localizacin de cuevas, senderos y escondites efectuadas con las clsicas configuraciones de bsqueda de servicios; la localizacin de cuerpos enterrados; la bsqueda de restos blicos efectuadas con una configuracin RIS adecuada a la cual est acoplando un magnetmetro, permitiendo as la exacta definicin y posicionamiento de los objetos buscados.

Se puede tambin localizar los vertederos ilegales, revelando por ejemplo la presencia de barriles enterrados, que pueden contener agentes contaminantes, y el confinamiento de reas con respuesta anmala de la seal.

Oceanografa

Monitoreo del estado del mar, corrientes, frentes de viento. Espectro de ondas para modelos numricos de previsin.

Mapeo de la topografa submarina (condiciones especficas). Polucin marina causada por derrames de petrleo. Deteccin de barcos - pesca ilegal. Apoyo para el establecimiento de rutas martimas.

Uso de la Tierra

Seales Ssmicas y Ruido Ssmico Planeamiento del uso de la tierra.

Clasificacin de suelos. Clasificacin del uso de la tierra. Inventario, monitoreo (deteccin de cambios), planeamiento. Patrones de irrigacin/dficit hdrico. Salinizacin de suelos.

Ingeniera civil (estructural-vial)

En el mbito de intervenciones y de adecuacin, mantenimiento o renovacin de los servicios en el subsuelo, el uso de tcnicas que producen el menor dao posible al ambiente urbano y en el intento de economizar los costes, las tcnicas georadar producen con elevados niveles de precisin la interpretacin de los suelos la localizacin de las redes y la ubicacin de estructuras presentes en el subsuelo.

Esta localizacin permite tener una visin general de la distribucin de los servicios en el subsuelo para permitir la colocacin de otros nuevos o la substitucin o mantenimiento de aquellos existentes mediante la utilizacin, para las operaciones de zanjas, de las tcnicas ms compatibles con el ambiente y con objeto de reducir al mnimo las molestias que se generan durante las fases de construccin y particularmente durante las excavaciones. Estas tcnicas consisten en el efectuar las operaciones de tendido de nuevas canalizaciones siguiendo las tcnicas de perforacin horizontal dirigida (NO DIG), sin efectuar operaciones de zanja a cielo abierto, utilizando maquinarias que perforan en manera teledirigida u operando en el interior de viejas tuberas abandonadas

Control de los mantos de asfalto

Los sistemas georadar pueden ser orientados al estudio y a la reconstruccin de la sucesin estratigrfica de los materiales que componen el manto y el sub-fondo de las calles, suministrando una toma de datos de tipo continuo y no destructivo, obteniendo resultados de ptima calidad y

Seales Ssmicas y Ruido Ssmicoprecisin con una tolerancia sobre el espesor de los estratos cerca del 5% sin

tener que tomar muestras para la configuracin.

El sistema en este caso utiliza antenas tipo horn de altsima frecuencia (2.5 GHz) para la definicin de los estratos bituminosos, una antena de alta frecuencia (1.200 MHz) para la definicin del sub-fondo y una antena de media frecuencia (400 o 600 MHz) para la localizacin de reflectores en el substrato y para la localizacin de los servicios.

Arqueologa

La aplicacin de las tcnicas georadar en arqueologa es de fundamental ayuda para minimizar los riesgos de perjuicio y de optimizar las zanjas para el descubrimiento de los restos histricos, obteniendo en modo rpido y no destructivo la localizacin de los elementos de inters (restos histricos, objetos de inters,...) metlicos y objetos enterrados en el subsuelo de las reas de intervencin.

Las investigaciones georadar facilitan el alcance de las dificultades tcnicas de intervencin, permitiendo:

A gran escala, el descubrimiento y el estudio de la geometra de grandes estructuras enterradas, en general no metlicas y difcil de localizar con tcnicas magnticas tradicionales, y el estudio de reas de particular inters en el interior de las zonas arqueolgicas.

A pequea escala, la grafiado en detalle de estructuras y restos de cualquier naturaleza enterrados a profundidad variable de pocos centmetros a algunos metros.

Las prestaciones son particularmente eficientes gracias al uso de tecnologas especficas, como:

Antenas multifrecuencia para optimizar las prestaciones en trminos de resolucin y profundidad de penetracin de la seal.

Arquitectura de Array de antenas que permite una visin tridimensional del subsuelo a travs de estratigrafas y mapas de penetracin de la seal.

Investigaciones en las pavimentaciones y en el subsuelo de las fundaciones

Seales Ssmicas y Ruido SsmicoLas reas bajo los edificios histricos, como por ejemplo las iglesias,

resultan de gran inters para la posible presencia de restos de edificios de poca precedente, para las particulares topologas constructivas y por la presencia de restos y estructuras de las cuales se desconoce la existencia.

En estos casos vienen efectundose investigaciones con sensores multifrecuencia/multicanal y perfiles trasversales y longitudinales, con objeto de obtener una cobertura completa del rea a investigar. Viene as puesta en evidencia la presencia de numerosas anomalas radar que se pueden reconducir a objetivos de tipo variado.

No siempre es posible asociar las anomalas con estructuras claramente identificables, pero es posible deducir importantes informaciones, significativas desde el punto de vista estructural o histrico cultural.

Las tcnicas de GPR son buenas para definir la existencia total de contaminantes en agua subterrnea y suelo. Las sustancias tales como las sales (e.g. cloruro), los productos de petrleo y los hidrocarburos tratados con cloro son detectadas bien por GPR. La profundidad de la deteccin es dependiente en condiciones del tipo y de la humedad del suelo. Sin embargo, GPR trabaja lo ms mejor posible al detectar en suelos y acuferos bajos que en profundidad.

Investigacin penetrante de tierra no invasora del radar de una losa concreta del piso que falla

El radar penetrante de tierra fue utilizado con xito para delinear las localizaciones de vacos debajo de un tratamiento de aguas residuales que sostena el tanque. GPR era tambin til para supervisar el progreso y el xito de la operacin subsecuente de la mampostera.

El uso de GPR evit la tarea costosa, invasora y potencialmente destructiva de cortar a travs de la base concreta, que habra podido exponer los sedimentos subsuperficies circundantes al riesgo del derrumbamiento del tanque y de la contaminacin consiguiente de la superficie inferior.

F.- Diferencias entre la Tcnica GPR y la Tcnica de Tomografa Geoelctrica.

La tomografa de sondeos usa perforaciones ya existentes para la estimulacin y la recepcin de seales geofsicas. Mtodos de ondas como el georadar o la ssmica pero tambin la geoelctrica son especialmente apropiados para la tomografa de sondeos. Su objetivo es la exploracin

Seales Ssmicas y Ruido Ssmicobidimensional o tridimensional detallada entre los diferentes sondeos, con la

gran ventaja de una alta resolucin de las estructuras, tambin en las capas ms profundas.

Tomografa geoelctrica Esquema y tomogramaLos mtodos de georadar y de ssmica usan seales de ondas emitidas

al subsuelo para la exploracin de estructuras y objetos. El georadar sondea el subsuelo por medio de impulsos electromagnticos de alta frecuencia. De mediciones 2D en la superficie resultan imgenes tridimensionales de secciones del interior de la tierra. Los procedimientos ssmicos funcionan

con la emisin de ondas elsticas que sondean el subsuelo. El eco ssmico suministra la informacin sobre la estructura litolgica.

G.- Relacin entre Profundidad, Penetracin y Frecuencia mediante el uso de la Tcnica GPR

Las ondas penetrantes de tierra del radar pueden alcanzar profundidades hasta 100 pies (30 metros) en materiales de baja conductividad tales como arena seca o granito. Las arcillas, pizarra, y otros materiales de alta conductividad pueden atenuar o absorber las seales de GPR, disminuyendo grandemente la profundidad de la penetracin a 3 pies (1 metro) o menos.

La profundidad de la penetracin tambin es determinada por la antena de GPR usada. Las antenas con frecuencias bajas a partir de 25 a 200 megaciclos obtienen reflexiones subsuperficiales de profundidades ms profundas (cerca de 30 a 100 pies o ms), pero tienen resolucin baja. Estas antenas de frecuencia baja se utilizan epara investigar la geologa de un sitio, por ejemplo para el localizacin de sinkholes o de fracturas, y localizar objetos enterrados a grandes, profundidades. Las antenas con frecuencias ms altas a partir de 300 a 1.000 megaciclos obtienen reflexiones de las profundidades bajas (0 a cerca de 30 pies), y tienen alta

Seales Ssmicas y Ruido Ssmicoresolucin. Estas antenas de alta frecuencia se utilizan para investigar los

suelos superficiales y para localizar objetos enterrados.

La conductividad elctrica de los materiales del suelo o de la roca a lo largo de las trayectorias de la propagacin introduce las prdidas absorbentes significativas que limitan la profundidad de la penetracin. La frecuencia del radar seleccionada para un estudio particular se elige para proporcionar un compromiso aceptable entre una penetracin ms profunda y una resolucin ms alta. Las seales de radar de alta frecuencia producen la mayor resolucin, pero se limitan ms en la profundidad de la penetracin. Bajar la frecuencia mejora la profundidad de la exploracin porque la atenuacin aumenta pero la reduccin de la frecuencia da lugar a una prdida de resolucin.

4.- Defina e ilustre lo siguiente:

4.1.- Filtros Instrumentales: Estos son dispositivos colocados en los receptores o geponos con la finalidad de que no pasen o se registren las ondas de ruido con frecuencia precisamente definidas durante el anlisis previo de ruido

4.2.- Tipos de Filtros:

Corte bajo: Un filtro de corte bajo, o paso alto, es aquel filtro que permite pasar todos los componentes de frecuencia que estn presentes a partir de una frecuencia de corte especificada y elimina todas las frecuencias menores a la frecuencia de corte del filtro. Grficamente el filtro de corte bajo se ve de la forma siguiente:

Como se observa en la figura el valor de amplitud del filtro es la unidad para la banda de frecuencia que se desea preservar de la seal y cero para aquella frecuencia que se desean eliminar. La operacin matemtica involucrada en el filtrado digital corresponde a una multiplicacin de los valores de amplitud para cada componente de frecuencia de la seal y el filtro y a la suma de los ngulos fases correspondientes a esos componentes de frecuencia.

Corte alto: Un filtro de corte alto, tambin llamado de paso bajo, es un operador en el dominio de frecuencia que permite pasar una banda de

|F|

fc0

1

f

Seales Ssmicas y Ruido Ssmicofrecuencias especificadas hasta una frecuencia de corte (fc) y eliminar o

filtrar los componentes de frecuencias mayores a la frecuencia del corte del filtro especificada. En forma grafica el filtro se ve de la forma siguiente:

Analticamente este tipo de filtro funciona de forma anloga a como funciona el filtraje de seales para un filtro de corte alto.

Pasabanda: Este tipo de filtro es un operador en el dominio de tiempo que permite pasar una banda de frecuencia entre dos frecuencias de corte especificadas y filtrar los componentes de frecuencias que quedan fuera de esa banda de frecuencia. En forma grafica el filtro se ve de la forma siguiente:

CONCLUSION

Se puede concluir que el estudio ssmico depende en su totalidad de los mtodos de reflexin, refraccin entre otros, tambin que las resoluciones dependen de los instrumentos de recepcin que se utilice como, por ejemplo los geponos, hidrfobos.

Que los mayados de exploracin son el complemento del la resolucin entre los cuales destacan los de semi-detalles los cuales abarcan de 1 2 Km. Que los de detalle abarcan un poco menos 0,5 1 Km. Los cuales nos da una resolucin mas optima, los de caracterizacin abarcan mucho menos llegan hasta los 0,5 Km. Pero estos nos dan mayor resolucin nos da una perfecta divisin de las diferentes capas.

Lo devastador que son los diferentes contaminantes de las aguas subterrneas, donde uno de los contaminantes ms significativa es la contaminacin por nitratos o sea la contaminacin por nitrgeno el cual las industrias aprovechan una parte muy pequea y el resto sale al ecosistema.

fc0

1

f

|F|

|F|

fc10

1

ffc2


La configuracin de los receptores tambin es un factor importante para la resolucin, por ejemplo que la configuracin dividida nos ofrece mejor resultado que la configuracin de empuje ya que esta se caracteriza por tener la fuente en el centro y los receptores a los lados y tiene otra ventaja que no hay que aumentar la potencia de la fuente para obtener buena informacin.

BIBLIOGRAFIA

- Apuntes de clase. http://www.ambientenews.com.ar/a_news/21.htmhttp://usuarios.lycos.es/geoestudio/georadar.htmhttp://www.seed.slb.com/es/career/geoscience/sayers.htmhttp://www.trxconsulting.com/GPhidrologia_carpeta.htmhttp://www.geognosia.com/servicios.htmlhttp://www.aitemin.es/actividades/actividad.php?ida=114http://edafologia.ugr.es/Revista/tomo5/a109t.htm

Control de los mantos de asfalto ArqueologaInvestigaciones en las pavimentaciones y en el subsuelo de las fundaciones

Documents

138790072 Tipos de Senales Sismica y Ruido Sismico