Estratigrafía del subsueloEstratigrafía del subsueloEstratigrafía del subsueloEstratigrafía del subsuelo

Clase Sedimentología y Estratigrafía, Ciencias de la Tierra, Clase Sedimentología y Estratigrafía, Ciencias de la Tierra, FacFac. de Ciencias, . de Ciencias, UNAMUNAMUNAMUNAM

Prof. Cecilia Caballero Miranda Prof. Cecilia Caballero Miranda

Aspectos GeneralesAspectos Generales

1 Técnicas Geofísicas de s pe ficie Mét d P t i l

TécnicasTécnicas

1. Técnicas Geofísicas de superficie: Métodos Potenciales; Met. Eléctricos;  Met. Electromagnéticos.   Exploración Sísmica.  Radar de penetración. GPS. p

2. Sondeos2.1. Sondeos geofísicos: Caliper (anchura de pozo),   g p ( p ),

M. Eléctricos (resistividad), M. Electromagnéticos, M. de emisión y detección de Rayos Gamma, M d i ió d t ió d E í d N tM. de emisión y detección de Energía de Neutrones, M. de resonancia magnética, M. sónicos

2.2. Sondeos de rasgos geológicos: Registros de inclinación de g g g gestratos;   Registro de escaneado de micro‐imágenes; Registro de imágenes ultrasónicas

3 R ió d ú l d f ió3. Recuperación de núcleos de perforación

Aspectos GeneralesAspectos GeneralesDeterminar la existencia, posición y distribución a profundidad de

ppAplicaciónAplicación

p y pdiferentes fenómenos y objetivos a estudiar.

• En prospección de acuíferos. Exploración minera y petrolera• Identificación y distribución de: unidades de superficie; rocasIdentificación y distribución de: unidades de superficie; rocaspotenciales como acuíferos [porosidad, conductividad eléctrica];distribución de facies [rocas generadoras y almacenadoras];estructuras geológicas [trampas hidrocarburos]; rocas/zonasestructuras geológicas [trampas hidrocarburos]; rocas/zonasmineralizadas

• Caracterización del subsuelo donde se asientan: poblaciones,estructuras hechas por el hombre (presentes, pasadas o futuras).

• Prevención de riesgos: dar una explicación satisfactoria de unfenómeno particular (agujeros, hundimientos, subsidencia, etc).p ( g j )

• Identificar mejor ubicación para una construcción ó conocerriesgos para su levantamiento

• Localización de objetivos arqueológicos y/o forenses (ej entierros;• Localización de objetivos arqueológicos y/o forenses (ej. entierros;estructuras cubiertas, túneles)

1. Métodos Geofísicos de Superficie1. Métodos Geofísicos de Superficie

Técnicas Pasivas

Todos miden en forma pasiva o activa una propiedad física de los materiales del subsuelo  

Técnicas Pasivas1.1. MÉTODOS POTENCIALES MÉTODOS POTENCIALES

+ Gravimetría + Magnetometría + Masa  + Susceptibilidad magnéticag

Técnicas Activas2. MÉTODOS ELÉCTRICOS DE DETALLE2. MÉTODOS ELÉCTRICOS DE DETALLE

C d ti id d

p g

Tomografía Eléctrica: + Capacitiva + Galvánica3. MÉTODOS ELECTROMAGNÉTICOS3. MÉTODOS ELECTROMAGNÉTICOS [para grandes profundidades,

ej. Para determinar espesor de corteza]

Conductividad

Prop. electromagnéticasej. Para determinar espesor de corteza]4. EXPLORACIÓN SÍSMICA 4. EXPLORACIÓN SÍSMICA [para moderadas a grandes prof.]5. ESTUDIOS DE RADAR DE PENETRACIÓN TERRESTRE5. ESTUDIOS DE RADAR DE PENETRACIÓN TERRESTRE [para prof.

]

Elasticidad

p g

Permitividad eléctricasomera]6. GPS 6. GPS [para determinar velocidad entre placas; aumento de volumen en volcanes] Posición

Permitividad eléctrica

ConsideracionesConsideracionesConsideracionesConsideraciones

Los Métodos Geofísicos de Superficie se aplican considerandosiempre cuatro variables importantes:A) LA PROFUNDIDAD)B) LA GEOMETRÍA DEL OBJETO DE ESTUDIOC) LA PROPIEDAD QUE SE DESEA INVESTIGAR

En la medida de lo posible, los resultados deben ser comprobados(cruzados) con un método directo (pozo exploratorio).

Sus objetivos fundamentales son:Mitigar un riesgo en una zona de alta vulnerabilidadOptimizar los recursos en la búsqueda (prospección) de algúnOptimizar los recursos en la búsqueda (prospección) de algún

objetivo de interés

1.a. MÉTODOS POTENCIALES GRAVIMETRÍA1.a. MÉTODOS POTENCIALES GRAVIMETRÍA

1.b. MÉTODOS POTENCIALES MAGNETOMETRÍA1.b. MÉTODOS POTENCIALES MAGNETOMETRÍA

2.a. Métodos eléctricoscapacitivoscapacitivos

2.b. TOMOGRAFÍA ELÉCTRICA GALVÁNICA

Syscal Pro de 48 canalesy

Alcance del Método de Tomografía deResistividad Eléctrica

Formación ‘Alegría’

Método capacitivo

Método galvánico

era

Cant

e

Secuencia Estratigráfica

(Tomado de Arreygue-Rocha et al., 2002)

Ondas sísmicas generadas por una fuente que viajan en el subsusuelo donde

4. Prospección Sísmica4. Prospección SísmicaOndas sísmicas generadas por una fuente, que viajan en el subsusuelo donde son reflejadas en los límites geológicos y regresan a la superficie donde son registradas, con lo que se obtiene una imagen de la geología del subsuelo.

Los fuentes detonantes en superficie se encuentran a intervalos regulares-entre más cercanos mas detalle a poca profundidad, mas alejados mayor alcance

a más profundidad-Separación para profundidades someras ~1m; para prof. moderadas ~25m. Fuentes y detectores se van moviendo a lo largo de una línea de registro.

La escala horizontal de la imagen sísmica obtenida es la longitud de la línea de registro, la escala vertical es dos veces el tiempo de viaje de la onda sísmica (el viaje de ida y de regreso). La escala vertical se puede

dde reflexiónde reflexión

ajustar con registros de pozo.

Sísmica de poca Sísmica de poca profundidadprofundidad

Geófono o sismo-detector

Sísmica de mayor Sísmica de mayor yyprofundidadprofundidad

Geófono

HidrófonoHidrófono

Sísmica de mayor Sísmica de mayor profundidadprofundidad

5. RADAR DE PENETRACIÓN TERRESTRE 5. RADAR DE PENETRACIÓN TERRESTRE (GPR)(GPR)

• Detect electric permittivity contrasts • Data acquisition is very fastf• Can work with one (mono-static) and

two (bi-static) antennas• Penetration is a function of the frequency

t t th b f

• Quality of data depends on the terrain properties

•Observations are made along profilessent to the subsurface.

console Antenna (200 MHz)cableconsole

OdometerSystem SIR-2000 (Geophysical Systems)Owned by: IGEF-UNAM

Como trabaja la señal electromagnética Como trabaja la señal electromagnética de un GPRde un GPRde un GPRde un GPR

Distances)

Tim

e (n

s(n

s)2X

time

PROBLEMASPROBLEMAS--OBJETIVOS y MÉTODOS MÁS ADECUADOSOBJETIVOS y MÉTODOS MÁS ADECUADOS

PROBLEMAPOT.

MAG/GRAV

ELEC. CAPAC.

ELEC.GALV.

GPR EXP.SÍSM.

GPS

ESTUDIO DE LITOLOGÍA Ο Ο

LECHO ROCOSO Ο Ο

FRACTURAS Y FALLAS Ο Ο Ο Ο

CAVIDADES SUBTERRÁNEAS Ο Ο

RESTOS ARQUEOLÓGICOS Ο

PLUMAS CONTAMINANTES Ο Ο

SUBSIDENCIA Ο Ο Ο

TÚNELES Ο Ο ΟΟ Ο Ο

INSPECCIÓN FUGAS FILTRACIONES Ο Ο Ο Ο

NIVELES FREÁTICOS Ο Ο ΟNIVELES FREÁTICOS Ο Ο Ο

Sondeos GeofísicosSondeos GeofísicosSerie de mediciones obtenidas por medio de una sonda con varios sensores o antenas transmisoras y receptoras que se introduce en una perforación para p q p pobtener distintas clases de parámetros físicos del subsuelo a diferentes profundidades en forma de registros continuos.registros continuos.Parámetros: resistividad, densidad volumétrica, proporción de lodo, porosidad, permeabilidad, saturación de hidrocarburos.saturación de hidrocarburos. Con los que se infiere: Litología y geometría

Tipos de sondas:

1. 1. CaliperCaliper

Sonda para detectar partes donde el ancho de la

pp

perforación se reduce por la acumulación de lodo: “pastel de lodo”. Estas acumulaciones se crean por suspensiones sólidas p pdel lodo perforado y se forman cuando encuentran una capa porosa y permeable que permite que se filtre el fluido y deja el lodo que no se filtró en las paredes de lafluido y deja el lodo que no se filtró en las paredes de la perforación. La sonda tiene brazos que pueden moverse hacia adentro o hacia afuera al sacarse la sonda de laadentro o hacia afuera, al sacarse la sonda de la perforación el movimiento es convertido en una señal eléctrica por un potenciómetro.

Interpretación de datos obtenidos

Diámetro del hoyo

Posibles causas Litologías

A i iPromedio ‐Formaciones bien consolidadas

‐Formaciones no permeables

‐ Areniscas masivas‐ Rocas Ígneas

‐ Rocas metamórficas‐ Pizarra calcárea

‐Formación soluble en lodo de F i d lPoco más

grandeperforación

‐Formaciones débiles y que se derrumban

‐ Formaciones de sal con agua‐ Arenas, gravas y pizarras 

quebradizas no consolidadas

‐Las formaciones se hinchan y L tit hi h dPoco más

pequeñofluyen hacia la perforación

‐Formación de “pasteles de lodo” para rocas porosas y permeables.

‐ Lutitas hinchadas‐ Areniscas porosas y 

permeables.para rocas porosas y permeables.

Lutita quebradiza

Arenisca impermeable

Lutita hinchada

Caliza impermeable

Arenisca permeable

Anhidrita

Marga

Lutita

Registros de Sondeos eléctricosRegistros de Sondeos eléctricosáá+ De Potencial espontáneo (SP) + De Resistividad+ De Potencial espontáneo (SP) + De Resistividad

SP.‐ Diferencia de potencial entre un electrodo o colocado en la superficie del suelo [en la presa del lodo de perforación], y otro electrodo móvil en el lodo del pozo [en la sonda].

De Resistividad. Se basan en el principio de que la distribución del potencial eléctrico en un material (capa) alrededor de un electrodo con corriente, depende de las resistividades y la distribución de tales materialesdepende de las resistividades y la distribución de tales materiales

Una roca solida o una porosa saturada de agua dulce, aceite o gas son altamente resistivas.Lutitas  y formaciones porosas saturadas con agua salada tienen baja resistividad

Tabla de resistividad de algunos materiales.

LaLa resistividadresistividad detectadetecta elel aguaagua dentrodentro dede loslos cuerposcuerpos dede rocaroca..LosLos mineralesminerales nono conducenconducen electricidadelectricidad asíasí queque lala resistividadresistividad dede suelossuelos yy rocasrocas sesedebedebe principalmenteprincipalmente aa lala cantidadcantidad dede aguaagua queque hayahaya enen lala rocaroca yy lala resistividadresistividad quequeéstaésta tengatengaLasLas rocasrocas secassecas sonson laslas menosmenos conductoras,conductoras,Las rocas que contienen fluidos ricos en aguas saladas son buenas conductorasLas rocas que contienen fluidos ricos en aguas saladas son buenas conductoras

éstaésta tengatenga..

La conductividad es el reciproco de la resistividad

ConCon estosestos métodosmétodos sese intentaintenta identificaridentificar parasecuenciasparasecuencias yy tractostractos sedimentariossedimentarios

Registros de rayos gammaRegistros de rayos gammaLos registros de rayos gamma miden las emisiones de concentraciones naturales que ocurren en elementos radioactivos principalmente de isótopos de ThTh, KK y UUprincipalmente de isótopos de ThTh, KK y UU

La discriminación entre estos isótopos no siempre se efectúa aunque es posible emplear herramientas espectrales

Los valores se miden en relaciones comparadas con estándares del American Petroleum Institute (unidades API)

Estos isótopos están concentradosconcentrados en micasmicas y minerales arcillososminerales arcillososabundantes en lutitas. Areniscas tienen valores bajos y lutitastienen altos. Valores intermedios se dan en litologías intercaladas

Corresponden burdamente con tamaño grano pero también con tipo mineralógico (Diferentes lutitas dan diferentes valores)

Lutitas ricas en carbón orgánico dan valores particularmente altos (altas concentraciones de U en condiciones anóxicas)

Excelente herramienta de correlación en las prospecciones de petróleo y carbón

Respuesta de Rayos gamma (y SP) en relación aSP) en relación a ambientes de deposito

Integración de diferentes registros pararegistros para interpretación

Integración de registros eléctricos/rayos gamma con secciones de sísmica de refracción e interpretación de unidades en el marco de estratigrafía de secuencias

Integración de registros eléctricos/rayos gamma con secciones de sísmica de refracción e interpretación de litologías y unidades estratigráficas respectivas en el marco de estratigrafía de secuenciasg

Recuperación de núcleos de perforaciónRecuperación de núcleos de perforaciónLos núcleos o testigos son muestras de roca extraída dentro de una tubería de perforación donde pueden realizarse medidas directas de las características petrofísicas de la formacióncaracterísticas petrofísicas de la formación. Es el método más caro y lento de realizar

Un barril de extracción de núcleos se une a la barra perforadora.

éUn trépano saca muestras se conecta al fondo del barrilEl trépano avanza por perforación

t t i h i lrotatoria, se hace circular agua a través de la barra de perforación durante la extracción y los recortes son lavados hacia afueralavados hacia afuera.

Los núcleos extraídos proveen de material para hacer estudios directos deLos núcleos extraídos proveen de material para hacer estudios directos de diversos tipos; caracterizar e identificar la secuencia estratigráfica y realizar diversos tipos de observaciones, estudios y pruebas

Los dos tipos de barriles i i lprincipales son:

el barril para núcleo de tubo simple y el barril para núcleo d t b d blde tubo doble.Los núcleos de roca obtenidos con barriles de tubo simple pueden estar sumamentepueden estar sumamente alterados y fracturados debido a la torsión. Los núcleos de roca menores a un tamaño BXroca menores a un tamaño BX tienden a fracturarse durante el proceso de extracción.

L l t d tLos elementos de corte usados son diamante, tungsteno, carburo, etc

Extractor de rocas ; (a) barril extractor de tubo simple (b) barril extractor de tubo doble

Existen varios tipos y tamaños de barril, así como las barras perforadoras simple (b) barril extractor de tubo dobleperforadoras

CuandoCuando laslas muestrasmuestras sese recuperan,recuperan, lala profundidadprofundidad dede recuperaciónrecuperacióndebedebe serser apropiadamenteapropiadamente registradaregistrada parapara susu posteriorposterior evaluaciónevaluación

ll l b t il b t ienen elel laboratoriolaboratorio.. ConCon basebase enen lala longitudlongitud deldel núcleonúcleo dede rocaroca recuperadorecuperado enen cadacada

corrida,corrida, laslas siguientessiguientes cantidadescantidades sese calculancalculan parapara unauna evaluaciónevaluacióngeneralgeneral dede lala calidadcalidad dede rocaroca encontradaencontrada..

Una relación de recuperación de 1 indicará la presencia de Una relación de recuperación de 1 indicará la presencia de roca intacta; para rocas altamente fracturadas la relaciónroca intacta; para rocas altamente fracturadas la relaciónroca intacta; para rocas altamente fracturadas, la relación roca intacta; para rocas altamente fracturadas, la relación de recuperación es de 0.5 o menor. La tabla 2.9 presenta de recuperación es de 0.5 o menor. La tabla 2.9 presenta la relación general entre el RQD y la calidad de la roca in la relación general entre el RQD y la calidad de la roca in situ.situ.situ. situ.

PetrofísicaPetrofísicaSon una serie de pruebas físicas generalmente cuantitativas realizadas con el material extraído del pozo y/o los registros de los sondeos, para evaluar propiedades de las que es posible inferir el tipo de roca y su potencial comopropiedades de las que es posible inferir el tipo de roca y su potencial como almacenadora / generadora de hidrocarburos y su potencial en su caso para poder ser extraídos

Porosimetría por Inyección de Mercurio: Para evaluar cualitativamente porosidad, útil para documentar cambios en las unidades litológicas o de flujo de producción dentro de un yacimiento.Mediciones de Presión Capilar: curvas de presión capilar para la evaluación de las saturaciones de p phidrocarburo del yacimiento.Evaluación de Humedad: muestra las condiciones básicas bajo las cuales los líticos adquieren humedadbásicas bajo las cuales los líticos adquieren humedad por diferentes tipos de fluidos

Parámetros de la Resistencia de la Formación: evaluación exacta de los registroseléctricos de fondo para la determinación de la saturación de agua

Parámetros de Permeabilidad Relativa: A partir de condiciones de presión y

eléctricos de fondo para la determinación de la saturación de agua.

Parámetros de Permeabilidad Relativa: A partir de condiciones de presión y temperatura del yacimiento, son esenciales para que las simulaciones del yacimiento predigan reservas recuperables y evalúen el impacto económico de la inyección de agua u otros proyectos de recobro mejorado.y g p y jPruebas de Recuperación de la Permeabilidad Líquida: proporcionan la evaluación más exacta de cualquier efecto perjudicial al exponer un yacimiento a fluidos extraños tales como lodo de perforación o fluidos de completamientoextraños tales como lodo de perforación o fluidos de completamientoPruebas de Pérdida de Lodo de Perforación: proporcionan una evaluación exacta del control de pérdida y del daño de la formación en sistemas de lodo

Importancia:Indican una evidencia positiva de la presencia de petróleo, la capacidad de almacenamiento de los fluidos del yacimiento (porosidad) y la capacidad y

distribución del flujo (permeabilidad) esperado. Las saturaciones residuales d l fl d l ó d l d ó b bl dde los fluidos permiten la interpretación de la producción probable de

petróleo, gas o agua.

Datos y fotografías tomados de diversas fuentes:+ Platica y presentación de prof Esteban Hernández Quintero+ Platica y presentación de prof. Esteban Hernández Quintero+ Libro de texto Nichols, Gary, 2009, Sedimentology and Stratigraphy, Blackwell Science, Oxford; + Presentaciones de alumnos de semestre 2012-2+ Presentaciones de alumnos de semestre 2012-2 + Página de Grupo CEDIP, Tampico Tamps. http://www.cedip.edu.mx/tomos/tomo06.pdf+ Texto de Ruth Santos en:+ Texto de Ruth Santos en:http://www.monografias.com/trabajos92/registros-geofisicos-aplicados-estratigrafia-secuencias/registros-geofisicos-aplicados-estratigrafia secuencias shtmlestratigrafia-secuencias.shtml