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Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016)

Culito

4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación

Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016

Memorias

Estructura del subsuelo utilizando Sísmica de exploración somera en

diferentes ambientes geológicos.

Joel Brito Gonzalez

Unidad Académica de Ciencias de la Tierra de la UAGro

Programa de verano Delfín

[email protected]

Área I: Física, Matemáticas y ciencias de la tierra

Dr. Mario González Escobar

Profesor-investigador del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de

Ensenada, Baja California

[email protected]

Resumen

La exploración sísmica somera es sin duda muy importante para la geología ya que

mediante ciertas metodologías para la realización de este proceso se puede obtener la estructura

del subsuelo a partir de exploración sísmica somera, como los son las Fallas sepultadas por

sedimentos, lo cual representan un desafío importante a los ingenieros al tratar de identificar si

estas están presentes en sitios de interés, por otro lado, los métodos empleados para localizarlas

son lentos y costosos. La toma de datos de sísmica de reflexión y refracción somera se aplicará en

diferentes ambientes geológicos, esencialmente se realizará en la región del Valle de Guadalupe,

Baja California. Los métodos estarán enfocados principalmente en la detección de fallas

geológicas. Toda esta información se puede obtener por medio de algunos aparatos sofisticados

como lo es un magnetómetro y por otro lado una red de geófonos, para lo cual se utiliza una fuente

sísmica impulsiva (matillo mecánico). Además de este método puede ser utilizado para encontrar

yacimientos minerales a profundidad. Por otro lado, se pondrá en práctica el desarrollo de software

para proceso con MASW y evaluar la penetración de una fuente sísmica metálica de percusión de

500 libras de peso que impacta a 3 m/s sobre el suelo (ESS500 Turbo). También se apoyó en la

colección de datos del Método Geofísico Magneto-telúrico en la misma región antes mencionada.

Por otro lado, se contribuye a la generación de mapas con relación a la anomalía de Bouguer, como

lo son de gravimetría y magnetometría a partir de datos descargados de internet, así mismo se

realizó un mapa histórico de todos los sismos ocurridos en toda la península de baja california.

Palabras Clave: Exploración sísmica, refracción, reflexión, magneto-telúrico, gravimetría.



Introducción

La geofísica es una ciencia derivada de la geología que trata del estudio de las propiedades

físicas de la Tierra. Comprende aspectos como la investigación acerca de la composición interna

del planeta, el flujo de calor proveniente del interior de la Tierra, la fuerza de la gravedad que forma

el campo gravitacional, la fuerza magnética de atracción, ejercida por un magneto ideal en el

interior de la Tierra que crea el campo geomagnético, y la propagación de las ondas sísmicas a

través de las rocas de la corteza terrestre. La geofísica permite optimizar procesos de exploración

y extracción de minerales, agua y energía.

Los métodos sísmicos de refracción y reflexión son una herramienta indispensable en la

exploración geofísica, debido a que permite obtener información sobre las estructuras geológicas

presentes en el subsuelo. El método de sísmica de refracción es particularmente usado en estudios

geológicos de áreas con escasos datos de superficie y de sondeos, por ejemplo, se utiliza para

determinar la profundidad del basamento. Por otro lado, la exploración se refiere a trabajos

realizados a través de procedimientos magnéticos y gravimétricos; ambos son usados para entender

e interpretar el comportamiento de la superficie terrestre, mediante la susceptibilidad magnética y

densidad de las rocas. Estos métodos geofísicos, corresponden a herramientas indirectas que

ayudan a localizar características estructurales, como fallas, fracturas, ciertos tipos de rocas y

basamento geológico. También son útiles en la búsqueda de yacimientos minerales, hidrocarburos

y acuíferos.

El objetivo de este estudio es aprender una metodología para obtener una serie de datos que

nos den información de cómo se compone el subsuelo que corresponde al Valle de Guadalupe en

Baja California. El levantamiento sísmico de refracción se realizó durante una salida a campo con

una duración de 3 días consecutivos, en el mes de julio del 2016.

Se generaron mapas de magnetometría y gravimetría correspondientes a los que se llama

anomalía de Bouguer, estos se realizaron bajando de Internet, una base de datos de la USGS y de

RESNOM. Las bases de datos se procesaron por diferentes programas de edición geográfica como

lo son OASIS, ArcMap y Google Earth.

Se denomina sismo a los movimientos bruscos del terreno, generalmente producidos por

disturbios tectónicos o volcánicos. La sismología es una ciencia que se encarga del estudio de los

sismos, sus fuentes y de cómo se propagan las ondas sísmicas a través de la Tierra.

Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)

Los sismos son fenómenos naturales que ocurren en algún lugar en específico provocados

por la dinámica de la tierra ya sea por placas tectónicas o fallas activas sobre la superficie. Un

estudio de sismicidad consiste en realizar una base de datos, los cuales se puedan mostrar en un

mapa, proyectando los epicentros de los temblores y el número de sismos que se presentaron en

algún lugar específico y en un cierto período de tiempo. Por lo que se realizó un mapa histórico de

todos los sismos que se han hecho presentes en toda la región que comprende a la península de

Baja California, incluyendo el Golfo de esta.

Materiales y Métodos

Durante la estancia se utilizaron una serie de materiales y métodos para la obtención de

datos del subsuelo en la exploración sísmica, de igual manera se siguió una metodología para la

generación de mapas sísmicos, magnetometría y gravimetría. El poder llevar un proceso adecuado

y conciso es fundamental para la obtención de buenos resultados, pero algo muy importante para

llevar a cabo lo anterior mencionado, es la utilización de los materiales correctos y de alta

tecnología los cuales tienen una precisión más exacta.

Los materiales ocupados para realizar un levantamiento de sísmica de reflexión del

subsuelo fueron varios de los cuales hablaremos poco a poco. Primeramente, se tiende una red de

50 geófonos, los cuales son unos sensores muy delicados que pueden percibir el más mínimo

movimiento.

La red de geófono se tendió en línea recta, los cuales estaban separados 10 metros uno del

otro, el área total en la que se realizó este estudio fue de un kilómetro. Estos se conectaron a un

cable extendido que media aproximadamente unos 120 metros, por lo tanto, para este estudio se

Imagen 1: Red de geófonos, se aprecian los geófonos y el cableado. Fuente propia



ocuparon 2 cables, por lo que mide 240 metros en conjunto, esta medida era exacta ya que los

espacios entre un geófono y otro deben de ser iguales por lo que se colocaron cada 10 metros pero

se requiere un área más grande por lo que el tendido se trasladó más adelante para completar una

distancia de 480 metros en línea recta, lo cual se requiere para conocer la estructura del subsuelo.

También se utilizó una fuente sísmica de impacto marca Gisco modelo ESS-500, su función

principal es generar un golpe en el suelo, para que las ondas que se originan se propicien hacia el

interior del subsuelo y estas mismas se refractaran y reflejaran, las cuales fueron capturadas por los

geófonos, con esta fuente se fue generando un golpe cada 5 metros, lo que significa en un punto

medio entre dos geófonos, para que estos percibieran las señales de las ondas y se registraran.

La fuente sísmica de impacto consta de una especie de martillo el cual está provocado por

una bobina y a su vez por un resorte lo cual provoca el golpe en el subsuelo provocando que se

propaguen las ondas.

Para obtener dicha información del subsuelo mediante estos métodos se utiliza un

sismógrafo de 24 canales, marca Geometrics, modelo Geode. Este aparato combina lo mejor de

los registradores sísmicos, pero su función principal de este dispositivo es el registro sísmico de

Imagen 2: fuente sísmica de impacto. Este aparato sirve

para generar un golpe en el suelo y así las ondas se propaguen hacia el interior de la corteza terrestre. Fuente propia


refracción y reflexión. Alberga hasta 24 canales por módulo, se interconectan mediante un cable

de red digital. Los módulos de campo se conectan a un puerto Ethernet en su laptop para una

interface fácil e instantánea.

Para almacenar toda la información se utiliza una computadora, la cual contenga el software

requerido para abrir y guardar la información obtenida en campo, todos los datos que se van

obteniendo por medio de este aparato se van registrando en la computadora, la cual almacenara

cada dato presente en el subsuelo para posteriormente trabajar en gabinete con ella.

Dentro de los métodos de la geofísica aplicada se encuentran los de refracción y reflexión

sísmica. En estos métodos se mide el tiempo de propagación de las ondas elásticas, transcurrido

entre el sitio donde se generan, ondas sísmicas y la llegada de estas a diferentes puntos de

observación.

En la sísmica de refracción los parámetros de adquisición de los datos, deben ser

seleccionados de acuerdo a la profundidad del objetivo, es decir la distancia entra los receptores y

la distancia entre el punto de disparo y los receptores deben ser configurados según la profundidad

del objetivo. Las ondas sísmicas se generan a partir de golpes en el subsuelo con una fuente de

impacto, la cual funciona como un martillo, se generan tanto ondas sísmicas internas, primarias y

secundarias, así como ondas superficiales, Love y Raleigh. Estas ondas se propagan en el interior

de la tierra hasta alcanzar puntos donde existen cambios en las propiedades elásticas de los medios.

En las interfaces, ocurre un proceso de distribución de la energía, de donde, una parte de la energía

se propaga hacia el interior de la tierra, mientras que la otra porción regresa a la superficie donde

es registrada por detectores (geófonos).

Imagen 3: se aprecia los cables, la consola para recibir y almacenar la información. Fuente propia



Otro aspecto muy importante que se realizó durante la salida acampo la magnetometría para

lo cual se utilizan dos magnetómetros, uno funciona de forma estática y el otro de forma móvil, ya

que este va junto con el usuario tomando los datos a donde quiera que se desee.

En la imagen anterior se puede apreciar el equipo que se utilizo en campo lo cual

corresponde a una consola y a un sensor, los cuales van tomando los datos. La consola funciiona

de dos maneras una puede ser manual y otra automatica todo depende del usuario de como requiera

obtener los datos. En este caso la este equipo se utilizo para obetenr informacion de una manera

base o estatica, es decir, no se traslado a diferentes puntos sino unicamente tomaba los datos en un

mismo lugar.

En esta imagen se puede apreciar el sensor que se utiliza para magnetometria, pero este

tiene algo peculiar, ya que posee un GPS, el cual esta ligado al sensor, su funcion principal es dar

Imagen 4: se aprecia el sensor y la consola, los

cuales funcionan de forma base, es decir no se mueven para la obtención de datos Fuente propia

Imagen 5: se aprecia el sensor con

GPS, sirve para obtener datos en movimiento Fuente propia


las cordenadas exactas de donde se toman los datos, cabe destacar este sensor se utiliza unicamente

para obtener datos en movimiento, para lo cual nosotros lo realizamos caminando sobre el Valle

de Guadalupe en Baja California cubriendo una extensa area.

En esta imagen se puede apreciar cómo se carga el equipo de trabajo

para obtener información en movimiento, para lo cual a la consola va colgada

en la parte frontal del usuario y el sensor junto con el GPS, está colocado en

la parte de atrás de la persona que esta realizando el estudio.

Cabe mencionar que para que estos obtengan la información deben

de trabajar en conjunto para lo cual están interconectados mediante cables

especiales para este tipo de equipos magnéticos.

Todos los materiales y métodos mencionado con anterioridad, así como los procedimientos

para la utilización de los aparatos, son de suma importancia para obtener los datos del subsuelo ya

que estos están diseñados adecuadamente para realizar estas actividades. Además de que deben ser

utilizados por usuarios capacitados que conozcan perfectamente la utilización de estas tecnologías

actuales.

Por otro lado, también se siguió una metodología para la realización de diferentes tipos de mapas.

Para llevar a cabo este trabajo, se necesitó descargar de internet una serie diferentes bases de datos

como lo son gravimétricos y magnetometrícos, los cuales se utilizaron cada una de ellos para la

generación de mapas, uno de ellos y muy importante es el de anomalía de Bouguer y Magnética,

esto se realizó en la región de Baja California, lo cual será utilizado para fines de investigación del

personal de CICESE. Para llevar acabo esto se descargó una base datos públicos de Geosolf, en la

cual se podrán encontrar los datos de gravimetría, magnetometría, topografía, etc. Estos datos se

pueden encontrar en formatos como GRID O ER Mapper ERS, con la finalidad de proveer datos

lo más preciso posible.

Imagen 6: se aprecia

cómo se coloca el equipo. Fuente propia



Algo muy importante es conocer los conceptos que se manejan como lo son:

Gravimetría: ciencia que estudia la atracción entre los cuerpos especialmente relacionada con la

Tierra, Geofísica, Geodesia y Geodinámica. También la medida del peso de un cuerpo, un campo

gravitacional o densidad.

Magnetometría: se refiere a obtener información relacionada con las formaciones geológicas a

partir de las características magnéticas de las rocas.

Para la realización de esta actividad se utilizó unas computadoras que poseen los programas

necesarios para llevar a cabo este mapa. Los programas utilizados son OASIS, ArcMap Y Google

Earth, los cuales se caracterizan por ser programas de edición geográfica. Pero específicamente

para la realización de los mapas de gravimetría y magnetometría se utilizó el programa de OASIS,

el cual está ampliamente diseñado generar este tipo de mapas.

De igual manera se está genero un mapa de Sismicidad histórica de la región de Baja

California que incluye el Golfo de California, por lo que es importante conocer el concepto de

sismicidad que consiste en el análisis del número de sismos que se suceden en una región

geográfica determinada. Tal estudio registra en un mapa a los diversos epicentros existentes,

además de tomar en cuenta la frecuencia con que se suceden estos fenómenos.

El mapa se realizó para tener un panorama de cuál es la zona en la que están ocurriendo

más sismos a lo largo del tiempo y así mediante estudios detallados encontrar cual es la fuente que

los provoca o bien contribuir de manera social para informar a la ciudadanía acerca de este

fenómeno y puedan tomar sus precauciones o en dado caso que sea muy peligrosa la zona, llegar a

evacuarla mediante la ayuda de las autoridades gubernamentales.

Un punto muy importante es visualizar los sismos por magnitudes, de esta manera se puede

saber en qué parte se están presentando los sismos con mayor peligro.

Para generar este tipo de trabajas se descargaron de internet las bases de datos necesarias que

contienen la información precisa de cada uno de los sismos ocurridos con anterioridad, para esto

se debe de seleccionar una fuente confiable por lo que se seleccionaron dos fuentes para la

realización de este, una de esas fuentes fue directamente de la USGS y la otra fuente es RESNOM

la cual se encuentra dentro de la página del CICESE.

Cada una de esas fuentes guarda información importante como las intensidades sísmicas,

sus puntos geográficos de localización, profundidad, fecha en que ocurrió el fenómeno, etc.


Estos mapas se realizaron en programas de edición geográfica principalmente en el ArcMap

y Google Earth. Lo cual consta de una serie de procedimientos que inicia con la descarga de datos

en un formato de Excel para posteriormente convertir estos datos en un formato KML, es necesario

realizar lo anterior para poder visualizar los puntos exactos en donde ocurrieron los sismos,

especialmente en Google Earth.

Resultados

como resultado se obtuvo la experiencia de conocer el equipo de trabajo que se requiere en

cuento a materiales, como lo son los aparatos de alta tecnología que se deben de ocupar en campo,

ya que es de suma importancia conocer a detalle estos instrumentos para poder realizar un buen

estudio de lo contrario nos podrían arrojar datos erróneos sobre la estructura del subsuelo.

Estas técnicas empleadas para conocer la estructura del subsuelo es muy importante para la

investigación ya que mediante estos estudios se pueden si hay presencia de fracturas, fallas, tipos

de roca, etc. De igual manera se puede conocer las dimensiones de las cuecas o bien si hay presencia

de acuíferos que puedan solventar de agua a las comunidades cercanas al lugar de estudio.

Por otro lado, cabe mencionar que la técnica empleada para realizar mapas es muy

importante ya que mediante estos se pueden conocer diferentes cosas del terreno.

Imagen 5: Se aprecian los diferentes programas que se utilizaron para la elaboración de los mapas, Fuente propia



Para realizar este proceso únicamente se tiene que descargar la base de datos de internet

para manipularlo según se requiera. Esto se realiza con el único fin de conocer las zonas con mayor

vulnerabilidad, en las cuales se pueden presentar algunos fenómenos naturales como lo son los

sismos, de esta manera se puede motivar a realizar un estudio con más detalle, para saber qué

proceso es lo que está originando a los temblores.

En la imagen anterior podemos apreciar la cantidad de sismos ocurridos en toda la península

de baja california, en la cual están representados los sismos que se registraron a partir de 1976 hasta

el 2015, así mismo se al dar clic en cada punto, se muestra la magnitud de cada sismo.

Geológicamente esto se puede se puede asociar a la ruptura del océano y del continente lo cual

generalmente se puede decir que están siendo ocasionados por la falla de San Andrés, que a su vez

está pasando por un proceso de límite de placas tectónicas llamado “limite divergente” en la cual

se está generando un riff y la expansión del suelo oceánico en este caso el golfo de Baja California.

Discusión y conclusiones

El poder realizar estas actividades durante esta estancia fue muy importante para mi

formación académica y profesional, ya que todo lo aprendido en este tipo es una metodología que

sirve para la investigación esencialmente en el ámbito Geofísico, pero en particular los métodos

aprendidos son aplicados únicamente en campo, ya que las técnicas empleadas para la obtención

Imagen 6: se aprecian todos los sismos registrados desde 1976

hasta la actualidad, Fuente propia


de datos deben de aplicarse adecuadamente para obtener buenos resultados. Este método empleado

para geofísica aplicada, en particular para conocer el subsuelo es de suma importancia para la

investigación, todos los datos obtenidos una vez trabajados en gabinete que de acuerdo a los datos

obtenidos de las ondas sísmicas nos arrojan diagramas, nos dan como resultado alguna imágenes

en donde se puede observar la presencia de fallas, fracturas así como su tipo de litologías, es decir,

el tipo de rocas que se encuentran a profundidad, también se puede saber las dimensiones de la

cuenca que se está estudiando. Esto es muy importante para la geología ya que, al observar las

estructuras encontradas en el subsuelo, se puede llegar a saber la historia geología que se ha hecho

presente en la región a estudiar.

Por otro lado también es de suma importancia el aprender a manejar diferentes programa

de edición geográfica, debido a que mediante estos se pueden generar diferentes tipos de mapas

para fines de investigación científica o bien para ayudar a la población en general, por ejemplo el

poder realizar un estudios o un mapeo de sismos en una región en particular, nos permite saben

exactamente en donde es donde se están presentando con mayor abundancia los sismos y en que

magnitudes, estos nos sirva para ver si estos fenómenos naturales están afectando o están muy cerca

de alguna población, si es así mediante este tipo de trabajos se puede llegar a alertar a los

ciudadanos y en dado caso poder evacuar la zona, para evitar tragedias.

Agradecimientos

Agradezco al Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada

(CICESE), en especial a la División de Ciencias de la Tierra (CT), que por medio de su programa

educativo me permitió realizar mi estancia de verano.

Agradezco al programa DELFIN, “Verano de Investigación Científica y Tecnológica del

Pacifico 2016”, por la beca otorgada a mi persona y por permitirme realizar esta maravillosa

experiencia, ya que sin su apoyo podría haber realizado esta estancia.

Agradezco al Dr. Mario González Escobar, por aceptarme y permitirme realizar esta

estancia de verano, de igual manera agradezco a la Ing. Marianggy Gómez Ávila, por estar

presente durante la estancia y solución de dudas que contribuyen a mi desarrollo académico y

personal.

Un agradecimiento especial a mis padres que en todo momento me han apoyado a realizar

cada una de mis metas, ya que sin su apoyo he inspiración esto no sería posible.



Referencias

Estrada, P. I. (2008). UNIVERSIDAD NACIONAL DE TUCUMAN. Recuperado el Miercoles 03 de Agosto de

2016, de Prospección Sismica: http://catedras.facet.unt.edu.ar/geofisica/wp-

content/uploads/sites/4/2014/02/Sismica-para-Geologos.pdf

Gallegos, J. M. (20 de Febrero de 2008). UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR. Recuperado el Miercoles 03 de

Agosto de 2016, de http://159.90.80.55/tesis/000135232.pdf

Jorge, J. C. (2011). Universidad Veracruzana. Recuperado el Miercoles 03 de Agosto de 2016, de

Descripción de una herramienta de Registro Geofísico llamada:

http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/29531/1/JimenezCastillo.pdf

Ph, S. (Lunes 06 de Octubre de 2014). geocobao. Recuperado el Miercoles 03 de Agosto de 2016, de

http://geocobao.blogspot.mx/2014/10/sismicidad.html

estructura del subsuelo utilizando sísmica de exploración ...tlamati.uagro.mx/t7e2/376.pdf ·...

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