volumen ii-5 geofisíca

REPUBLICA DEL PERU

MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE CAJAMARCA

ASOCIACION LOS ANDES DE CAJAMARCA (ALAC)

PROGRAMA MINERO DE SOLIDARIDAD CON EL PUEBLO DE CAJAMARCA

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD – PRESA CHONTA PROYECTO DE REGULACION DE LAS AGUAS DEL

RIO CHONTA MEDIANTE LA PRESA CHONTA

INFORME FINAL TOMO II: ESTUDIOS BASICOS

VOLUMEN II-5: GEOFISICA

MARZO 2010

CONSORCIO SALZGITTER-SISA

CES

Consulting EngineersSalzgitter GmbH

Estudio de factibilidad – Presa río Chonta Proyecto regulación de las aguas del río Chonta mediante la presa Chonta

Informe Final

CONSORCIO SALZGITTER – SISA Volumen II-5_Geofisíca

El estudio de Factibilidad: Presa río Chonta - Pro yecto de regulación de las aguas del río Chonta mediante la presa Chonta, consiste en los siguientes tomos y volúmenes:

TOMO I: INFORME FINAL

TOMO II: ESTUDIOS BASICOS

VOLUMEN II-1: TOPOGRAFIA

VOLUMEN II-2: HIDROLOGIA

VOLUMEN II-3: SEDIMENTOLOGIA

VOLUMEN II-4: GEOLOGIA

VOLUMEN II-5: GEOFISICA

VOLUMEN II-6: SISMOLOGIA Y RIESGO SISMICO

VOLUMEN II-7.1: GEOTECNIA Y MECANICA DE SUELOS – INFORME

VOLUMEN II-7.2: GEOTECNIA Y MECANICA DE SUELOS - ANEXOS

VOLUMEN II-8.1: SONDEOS Y PERFORACIONES DIAMANTINAS – PARTE I

VOLUMEN II-8.2: SONDEOS Y PERFORACIONES DIAMANTINAS – PARTE II

VOLUMEN II-9: CANTERAS Y MATERIALES DE CONSTRUCCION

VOLUMEN II-10: AGROLOGIA

TOMO III: DISEÑOS A NIVEL DE FACTIBILIDAD

VOLUMEN III-1.1: PRESA Y OBRAS CONEXAS, MINICENTRAL HIDROELECTRICA, VIAS DE ACCESO, AGUA POTABLE, RIEGO, DRENAJE Y O&M

VOLUMEN III-1.2: ANEXOS DEL VOLUMEN III-1.1

VOLUMEN III-2: PLAN DE SEGURIDAD DE LA PRESA

VOLUMEN III-3: PLANOS

TOMO IV: ESTUDIOS COMPLEMENTARIOS

VOLUMEN IV-1.1: INFORME DE ESTUDIO DE IMPACTO SOCIAL Y SOCIO ECONOMICO

VOLUMEN IV-1.2: RESUMEN DE REUNIONES, ASAMBLEAS, TALLERES, PLANES DE CONSULTA Y RESOLUCIONES

VOLUMEN IV-1.3.1: ENCUESTAS EN EL AMBITO DEL PROYECTO – PARTE I

VOLUMEN IV-1.3.2: ENCUESTAS EN EL AMBITO DEL PROYECTO – PARTE II

VOLUMEN IV-1.3.3: ENCUESTAS EN EL AMBITO DEL PROYECTO – PARTE III


Informe Final

CONSORCIO SALZGITTER – SISA Volumen II-5_Geofisíca

VOLUMEN IV-1.3.4: ENCUESTAS EN EL AMBITO DEL PROYECTO – PARTE IV

VOLUMEN IV-1.3.5: ENCUESTAS EN EL AMBITO DEL PROYECTO – PARTE V

VOLUMEN IV-1.3.6: ENCUESTAS EN EL AMBITO DEL PROYECTO – PARTE VI

VOLUMEN IV-1.4: PADRON DE USUARIOS ACTUAL

VOLUMEN IV-1.5.1: PADRON DE USUARIOS ZONAS DE AMPLIACION - PARTE I

VOLUMEN IV-1.5.2: PADRON DE USUARIOS ZONAS DE AMPLIACION - PARTE II

VOLUMEN IV-1.5.3: PADRON DE USUARIOS ZONAS DE AMPLIACION - PARTE III

VOLUMEN IV-1.6.1: CENSO DE PARCELAS EN EL AREA DEL EMBALSE, ZONA DE CANTERAS Y PLANTA DE TRATAMIENTO – PARTE I

VOLUMEN IV-1.6.2: CENSO DE PARCELAS EN EL AREA DEL EMBALSE, ZONA DE CANTERAS Y PLANTA DE TRATAMIENTO – PARTE II

VOLUMEN IV-1.6.3: CENSO DE PARCELAS EN EL AREA DEL EMBALSE, ZONA DE CANTERAS Y PLANTA DE TRATAMIENTO – PARTE III

VOLUMEN IV-1.7.1: VALORIZACION DE AFECTACIONES – PARTE I

VOLUMEN IV-1.7.2: VALORIZACION DE AFECTACIONES – PARTE II

VOLUMEN IV-2.1: ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL – PARTE I

VOLUMEN IV-2.2: ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL – PARTE II

VOLUMEN IV-2.3: ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL – ANEXOS

VOLUMEN IV-3: ASPECTOS LEGALES

TOMO V: COSTOS, BENEFICIOS, EVALUACION ECONOMICA Y FINANCIAMIENTO


Informe Final

CONSORCIO SALZGITTER – SISA i Volumen II-5_Geofisíca

INDICE

Pág. 1 INTRODUCCION 1

2 GENERALIDADES 2

3 PERFILES DE REFRACCION SISMICA C ON I NTERPRETACION P OR TOMOGRAFIA ICONICA Y MODELADO DE ONDAS “S” CON EL METODO DE ANALISIS ESPECTRAL DE ONDAS DE SUPERFICIE – MASW 5


Informe Final

CONSORCIO SALZGITTER – SISA ii Volumen II-5_Geofisíca

ANEXO 1 Información antes del post-procesamiento que produce los gráficos de las secciones interpretadas de ondas “S”


Informe Final

CONSORCIO SALZGITTER – SISA iii Volumen II-5_Geofisíca

LAMINAS (Ver Volumen III-3: Planos)

(GF-GN-1) Plano general de ubicaciones

LAMINA 1 (GF-SC-2) Tomografía de refracción sísmica. Secciones interpretadas de ondas P

LAMINA 2 (GF-SC-3) Análisis multicanal de ondas de superficie. Secciones interpretadas de ondas S


Estudios Básicos: Geofísica

CONSORCIO SALZGITTER – SISA 1 Volumen II-5_Geofisíca

1 INTRODUCCION

El presenta informe corresponde al Estudio Geofísico realizado en el área de la presa Chonta y sus proximidades, en puntos comprendidos en el eje de la presa y aguas arriba y aguas abajo del eje indicado.

El objetivo de este estudio es de investigar el terreno para obtener información que servirá de sustento para el diseño de la presa, para diferenciar los depósitos no consolidados y donde estos se ubican, determinando sus espesores, asimismo de manera rápida y expeditiva tener una visión de la calidad del macizo rocoso.


Informe Final


2 GENERALIDADES

En los términos de referencia, se solicitó:

- La ejecución de perfiles geosísmicos (refracción sísmica) en el área de la presa y sus proximidades aguas abajo y aguas arriba y

- La ejecución de sondajes eléctricos verticales (SEV) en el eje de la presa y obras de derivación.

Existen una serie de posibilidades para investigar el terreno en los sitios de fundación de las presas, en el presente caso se optó por llevar a cabo un programa para obtener información de la roca, para establecer, al presente nivel del proyecto, los parámetros de diseño especialmente sobre niveles de cimentación y de tratamiento del terreno, basándose en investigaciones mediante métodos directos (sondeos y ensayos in-situ) como indirectos (determinación de ondas “P” y ondas “S”), para que luego mediante la integración de las investigaciones y levantamientos se pueda extrapolar e interpolar con mayor certeza los resultados obtenidos con las perforaciones.

Debe mencionarse que no se ha considerado, al presente nivel de estudio, extender las investigaciones por el método sísmico con la configuración down-hole debido principalmente a que se contará con los resultados de varios sondeos diamantinos ubicados de manera que se obtiene adecuada información y se puede verificar por ejemplo el estado de conservación de la roca, dejando poco margen a la incertidumbre en los espacios entre perforaciones, obviamente todo ello respaldado por los levantamientos geológicos de detalle del sitio de la presa.

El método magnetotelúrico, se utiliza principalmente para investigar medios estratificados relacionados con humedad a mayor profundidad, se utiliza por ejemplo en la investigación por petróleo.

La investigación geofísica mediante la técnica denominada MASW no es en sí un procedimiento para detección de variaciones laterales en un punto del terreno, para ello se emplea normalmente la denominada tomografía sísmica de ondas P, MASW sirve para completar la obtención de información sobre velocidad de onda S para que con tales resultados se puedan hacer estimaciones acerca de las propiedades elásticas del terreno sobre la base de las propiedades dinámicas, todo ello útil para el diseño de ingeniería especialmente de lo concerniente a la cimentación de la presa.

El programa de investigaciones de la propuesta técnica del Consultor y de los Términos de referencia de las Bases del Concurso han sido adecuados a las condiciones geológicas encontradas mediante el levantamiento geológico y análisis de imágenes fotográficas llevados a cabo al inicio de los estudios, determinándose que las investigaciones más adecuadas, son las perforaciones diamantinas e investigaciones geofísicas con determinación de ondas “P” y “S”, dejándose de lado los sondajes eléctricos verticales (SEV) debido a que la calidad y eficacia de dicho método no es la mejor para un medio geológico como el del sitio de la presa Chonta, de otro lado la referencia del empleo de este método en terrenos planos tiene que ver con las condiciones óptimas de aplicación del método geoeléctrico ya que eventualmente los sondajes eléctricos verticales (SEV) se pueden llevar a cabo en taludes empinados, sin embargo el método geosísmico resulta más adecuado y la información que se obtiene es asimismo más confiable y acertada.


Informe Final


La profundidad de las investigaciones mediante métodos geofísicos varía según se trate de la zona que se investiga y si se trata de perfiles directamente sobre macizos rocosos o sobre suelos en donde hay que determinar la profundidad del basamento rocoso, así para el caso de macizos rocosos en los que se debe determinar el estado de conservación por horizontes y fallas tectónicas, la profundidad requerida para investigar en la roca es en nuestro caso de hasta 40 m, en cambio en las zonas con coberturas de suelos en donde se quiere determinar profundidad del basamento rocoso, la profundidad es de 25 a 30 m, eventualmente y bajo condiciones óptimas se podrá alcanzar profundidades mayores en la masa rocosa.

Las investigaciones geofísicas han sido llevadas a cabo por ARCE GEOFISICOS que es una de las más reconocidas y experimentada del medio y cuenta con buenos y modernos equipos, las ubicaciones de los perfiles tal como aparecieron en el planeamiento de investigación fueron de referencia, ya que en el curso de los trabajos se tuvo en cuenta la geometría del relieve, sin embargo finalmente en campo con el especialista geofísico operando, se hicieron las adecuaciones necesarias para posibilitar la obtención de la información de la mejor calidad posible.

La ubicación de ocho perfiles de refracción sísmica (PSR) fue planificada para cubrir en lo posible el área de la presa para cualquier de las alternativas de tipo de presa posibles y asimismo los perfiles se ubicaron considerando hasta el límite su practicabilidad y efectividad de resultados a obtener, en cambio los cinco “perfiles” de ondas secundarias (PSS) se ubicaron en posiciones en donde debía posibilitar la obtención de información para fines de determinación de niveles de desplante de la roca para cimentación, obviamente esto es más necesario en la zona del eje de la presa pero dicha información se puede extrapolar con la información de verificación que se obtiene de las perforaciones diamantinas.

Los ejes de refracción sísmica (PSR), y de ondas “S” (PSS), identificación y ubicación con respecto al flanco de la Presa Chonta se indica a continuación:

Ejes refracción sísmica Ubicación

PSR-01 Flanco izquierdo PSR-02 Flanco izquierdo PSR-03 Flanco izquierdo PSR-04 Flanco izquierdo PSR-05 Flanco izquierdo PSR-06 Flanco derecho PSR-07 Flanco derecho PSR-08 Flanco derecho

Ejes Ondas “S” Ubicación

PSS-01 Flanco izquierdo PSS-02 Flanco izquierdo PSS-03 Flanco izquierdo PSS-04 Flanco derecho PSS-05 Flanco derecho

En el Anexo N° 01, en relación a la prueba de MASW, para una mejor interpretación o la identificación de zonas anómalas, se presenta la información antes del post-


Informe Final


procesamiento que produce los gráficos de las secciones interpretadas de ondas “S” (Lámina 2 adjuntos en el Volumen II.3: Planos).

La información topográfica empleada está a escala 1:1,000 para el sector de la Presa Chonta, donde se ha graficado en gabinete los ejes propuestos para las investigaciones tanto de la refracción sísmica como de las ondas “S”, los cuales en la ejecución de los ensayos han tenido variación mínima, las mismas que se muestran en el plano definitivo que figura adjunto al presente informe; en el mismo plano se ha colocado la ubicación definitiva de los sondeos y perforaciones diamantinas ejecutadas en la zona de la presa Chonta.


Informe Final


3 PERFILES DE R EFRACCION SISMI CA CON IN TERPRETACION PO R TOMOGRAFIA ICONICA Y MODE LADO DE ONDAS “S” CON EL METODO DE ANALISIS ESPECTRAL DE ONDAS DE SUPERFICIE – MASW

A continuación se adjunta el informe correspondiente, el cual consta de: Introducción y trabajos de campo, descripción de la refracción sísmica con tomografía icónica y la técnica MASW, la interpretación de resultados de refracción más MASW, resultados de la refracción sísmica y del MASW; asimismo en el Anexo, se adjunta el plano general de ubicaciones de los perfiles estudiados, la tomografía de refracción sísmica (secciones interpretadas de ondas P y análisis multicanal de ondas de superficie (secciones interpretadas de ondas S) y información antes del post-procesamiento de la técnica MASW.

Cabe indicar que la ubicación de las perforaciones diamantinas fue planificada al inicio de las investigaciones de acuerdo a un eje establecido, dicho eje tuvo que ser variado de su posición inicial por solicitudes del diseño, especialmente para posibilitar la ubicación del aliviadero de crecidas o vertedero de excedencias.

En la margen derecha del eje de la presa se realizaron 3 perfiles geofísicos y 2 perfiles MASW, y en la margen izquierda 5 perfiles geofísicos y 3 perfiles MASW, además de contar con la información obtenida de los taladros ejecutados, todo ello integrado con la información de geología de superficie y estaciones de medición de fracturas nos ha dado la información necesaria para el conocimiento pleno de esta parte del eje de la presa.

Al respecto sobre los perfiles ubicados en la margen izquierda, el primero de ellos PSR1 ubicado prácticamente en el eje de presa, y el segundo de ellos PSR4 ubicado paralelamente por encima de la carretera en la ladera aguas arriba del eje de presa, lo que se indica como zonas anómalas son los depósitos de material suelto y zona de roca totalmente descompuesta y fracturada que se muestra en el plano geológico con la leyenda Q-el/dl que es una zona de material que ha quedado como residuos de la corteza intensamente meteorizada y alterada de roca que se preservó de la erosión (ver Volumen III-3: Planos, plano geológico GT-PL-01 y secciones 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 del plano GT-SC-04), zona que para fines del diseño de la cimentación de la presa en tal sector, se ha considerado eliminarla completamente.

CONSORCIO SALZGITTER - SISA

PRESA CHONTA Cajamarca

PERFILES DE REFRACCIÓN SÍSMICA CON INTERPRETACIÓN POR TOMOGRAFÍA ICÓNICA

MODELADO DE ONDAS “S” CON EL MÉTODO DE ANÁLISIS ESPECTRAL DE ONDAS DE SUPERFICIE - MASW

Mayo 2009

Estudio No 827-09

CONSORCIO SALZGITTER - SISA

PRESA CHONTA Cajamarca

PERFILES DE REFRACCIÓN SÍSMICA CON INTERPRETACIÓN POR TOMOGRAFÍA ICÓNICA

MODELADO DE ONDAS “S” CON EL MÉTODO DE ANÁLISIS ESPECTRAL DE ONDAS DE SUPERFICIE - MASW

Mayo 2009

Contenido Página Introducción y Trabajo de Campo ------------------------------------------------------------------------------ 1 Refracción Sísmica con Tomografía Icónica ----------------------------------------------------------------- 2 La técnica MASW ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 Interpretación de Resultados de Refracción+MASW------------------------------------------------------ 5 Resultados de la Refracción Sísmica ---------------------------------------------------------------------------- 6 Resultados del MASW-------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 Plano General de Ubicaciones Lámina 1. Tomografía de Refracción Sísmica. Secciones Interpretadas de onda P Lámina 2. Análisis Multicanal de Ondas de Superficie. Secciones Interpretadas de onda S

Estudio No. 827-09

1 INTRODUCCIÓN Con instrucciones recibidas del Ing. Carlos Vasconcellos Boggio, Gerente Técnico

de Servicios de Ingeniería S.A. el 29 de abril de 2009 preparamos una propuesta para llevar a cabo levantamientos sísmicos para propósitos de ingeniería en el área del proyecto de presa Chonta, Cajamarca. El contrato respectivo fue suscrito el 5 de mayo de 2009 y el trabajo sísmico de campo fue completado el 23 de mayo de 2009. Los datos topográficos fueron recibidos el 25.5.09. El diseño de líneas sísmicas, su numeración, así como la selección de estaciones MASW estuvieron a cargo del Consorcio Salzgitter-SISA.

TRABAJO DE CAMPO El sismógrafo portátil digital Geometrics StrataVisor NZXP, con capacidad de

apilamiento vertical de señales, fue utilizado en este trabajo, a más de 24 geófonos de 14Hz y cables de refracción, con tendidos de 120 metros (5 metros entre geófonos). Los impactos mecánicos, se aplicaron a intervalos de cada seis geóponos. Total: 1440 metros. La medición de velocidades de onda de corte se realizó con la técnica MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves), también conocida como SASW (Spectral Analysis of Surface Waves). Para realizar estas mediciones se utilizaron geófonos verticales con frecuencia de medición mínima de 4.5Hz. La separación entre geófonos fue de 2 metros y los impactos, a 7m, 10m 15m, 20m, 25m, 30m y 40m fuera de los tendidos. El Plano General de Ubicaciones muestra todas las líneas de levantamiento, así como los puntos de impacto cada 30 metros y las 21 estaciones de MASW.

Sismógrafo Geometrics StrataVisor NZXP Dispositivo de geófonos y de impacto

2 REFRACCIÓN SÍSMICA CON TOMOGRAFÍA ICÓNICA

Si en un lugar de la superficie del terreno se dispara una carga explosiva o se aplica

un golpe suficientemente fuerte, las ondas elásticas viajarán en todas direcciones, como frentes concéntricos en el punto de impacto. Los frentes de onda al principio tienen arcos de corto radio pero al alejarse van haciéndose cada vez más planos hasta poder ser considerados como ortogonales a las trayectorias. La técnica sísmica supone la disponibilidad de sensores o geófonos colocados en línea recta, a distancias crecientes del punto de impacto y que reciben las ondas transformándolas en impulsos eléctricos. Las señales son enviadas a un sismógrafo donde son amplificadas para llevarlas a niveles adecuados de registro. Las ondas producidas por un golpe o explosión viajan a velocidades dependientes de la impedancia acústica del medio elástico en que se mueven. Parte de la energía se disipa en el aire como sonido, a 0.33 km/s de velocidad; el resto penetra al subsuelo siguiendo trayectorias que son modificadas por los cambios elásticos al pasar de un horizonte sísmico a otro.

La característica más notable de un sismograma de refracción reside en su

susceptibilidad de interpretación para calcular velocidades de onda y espesores de los medios elásticos atravesados. Usando técnicas de operación apropiadas se puede llegar a un elevado grado de resolución horizontal, con determinaciones de profundidad bajo cada geófono; es decir, teóricamente, un sismograma con cierto número de trazas permite calcular igual número de profundidades. Para ello debe obtenerse registros superpuestos parcialmente y de recorrido en doble sentido, con lo que se consiguen tiempos de llegada de onda procedentes de extremos opuestos de un mismo tendido. La interpretación y cálculo de sismogramas comienza con la identificación de llegadas de onda a cada geófono y su graficado en curvas de tiempo (llegadas) - distancia (a partir del punto de impacto), llamadas también “dromocrónicas”. Estas curvas están realmente conformadas por segmentos cuyas pendientes son determinadas por las velocidades de las capas.

Ejemplo de sismograma de Refracción Sísmica. Las aspas rojas marcan las primeras llegadas seleccionadas,

mientras que las azules son las resultantes del modelo invertido.

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Los tiempos de llegada, dos a cada geófono en los sismogramas de doble dirección, son relacionados con las duraciones totales de los registros y con las velocidades, para calcular las profundidades mediante técnicas conocidas como de “frentes de onda”, o de “tiempos de retardo”, o por “tomografía icónica de trayectorias” (=ícono, imagen). Esta última, aplicada al presente estudio, es conocida en inglés como WET TOMOGRAPHY, o wavepath eikonal tomography. Los registros sísmicos son analizados para fijar las primeras llegadas de onda P, en milisegundos, a cada uno de los geófonos. El proceso es relativamente sencillo para las distancias cortas a partir de los puntos de impacto, pero se hace progresivamente más difícil en los tramos alejados, debido a la atenuación de altas frecuencias y a la ocurrencia predominante de largas longitudes de ondas. Este problema es normal y ocurre siempre, salvo casos especiales de buena transmisión de frecuencias altas, sobre todo relacionada con terrenos húmedos.

La refracción sísmica tiene como condición, sine qua non, que las velocidades de onda sean siempre mayores a profundidad. Esto ocurre en la mayor parte de los casos de estudios geotécnicos, cuando la columna litológica consiste de una sobrecarga de baja velocidad, arriba, y materiales gradualmente más compactos hacia abajo, usualmente alcanzando roca de alta velocidad. Las zonas fracturadas o falladas, que ocurren como sectores de velocidad baja en el basamento sin mostrar potencia suficiente de relleno, son señaladas como zonas de debilidad o, simplemente, como de baja velocidad. Es materia de la interpretación del geólogo el relacionar tales estructuras con la geología regional y local para decidir cuándo se trata de fallas, cuándo de zonas de cizallamiento, cuándo de alteración hidrotermal o cuándo de variación litológica singenética. Un perfil sísmico permite disponer del primer cuadro del subsuelo obtenido con mediciones indirectas mediante la acción de un campo de energía de intensidad y ubicación controladas.

La energía de un impacto en la superficie del terreno se desplaza en todas

direcciones, lateral y verticalmente. Como consecuencia de ello, las interpretaciones sísmicas tienen carácter definidamente volumétrico (o sea, en tres dimensiones), a diferencia de la información de los medios geognósticos (taladros o túneles) que es esencialmente lineal. Por lo tanto, se debe tener cuidado al comparar geofísica con taladros, a menos que haya varias perforaciones correlacionables y que se acepte el efecto de “suavización” de los planos de contacto elástico construidos por interpretación sísmica. En la interpretación por tomografía icónica de trayectorias se utiliza el concepto de “Haz de Rayos de Fresnel” (Fresnel volumes), en lugar de los tradicionales “rayos lineares”, permitiendo así corregir las deformaciones topográficas y la definición de propiedades elásticas que varían progresivamente (contactos gradacionales) en lugar de los planos teóricos convencionales. Por otra parte, el procedimiento de tomografía icónica considera ciertas condiciones de inversión de velocidades que eran inaceptables en las técnicas de “rayos” individuales. La interpretación sísmica de este estudio ha sido realizada con un programa iterativo de inversiones. El primer paso fue el de la selección de llegadas de onda P en los sismogramas de campo. Con tales tiempos de llegada se estimaron las velocidades iniciales del material de sobrecarga con el método de “frente de ondas” para luego calcular modelos completos de velocidad con el método Delta t-v, y con la definición del tamaño apropiado de las celdas que serían luego utilizadas para la tomografía icónica. Se consiguió así la “imagen” () del subsuelo representada por cambios elásticos radicales y gradacionales corregidos para la deformación topográfica.

4

LA TÉCNICA MASW

El método SASW o Spectral Analysis of Surface Waves fue desarrollado entre 1999 y 2000 por los ingenieros y científicos del Kansas Geological Survey (KGS). Ahora es más aceptado el nombre de Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW). Las técnicas de modelado han sido mejoradas desde entonces hasta obtener la precisión disponible en la actualidad, la cual es mayor que la de los registros convencionales tipo Down-Hole. Una de las ondas menos utilizadas en el pasado era la onda de superficie, también conocida como Rayleigh o Groundroll, por interferir con las reflexiones y refracciones de las ondas de sonido, necesarias para los estudios sísmicos. Por esto, las ondas de superficie eran generalmente filtradas de los sismogramas. Los investigadores del KGS pudieron determinar que las ondas de superficie tienen un componente principal de más de 98% de onda S y menos de 2% de onda P. La investigación también mostró que las ondas de superficie se atenúan a mayores frecuencias y con una disminución de velocidad de fase. La imagen del Análisis Overtone, que se ve a continuación, muestra la atenuación típica de una onda de superficie, desde sus inicios a 5Hz hasta su desaparición a 30Hz, con los colores rojo-amarillo-verde-celeste. Una vez que las ondas de superficie han sido correctamente identificadas, en el caso de estaciones medidas a intervalos regulares a lo largo de líneas, se procede al modelado de la onda S mediante un proceso iterativo, para obtener como resultado final una sección del modelo icónico de variaciones de velocidad de onda S a diversas profundidades. Si la estación es única, no correlacionable, entonces se obtiene una columna de variaciones de velocidades S.

Análisis Overtone

5 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS DE REFRACCIÓN+MASW

En los gráficos que siguen hay dos secciones sísmicas de un mismo perfil: arriba, de Refracción interpretada por la técnica de la tomografía icónica de trayectorias y abajo, de MASW mediante Análisis Overtone de 10 estaciones, situadas cada 20 metros. Se trata de la corona de una presa de relaves, con superficie relativamente plana y horizontal.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

720

740

760

780

-40

-20

Refracción - Onda P

MASW - Onda S20

0

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

Velocidad de Onda S en m/s40

060

080

010

0012

0014

0016

0018

0020

0022

0024

0026

0028

0030

0032

0034

0036

0038

0040

0042

0044

0046

0048

0050

00

Velocidad de Onda P en m/s

La sección tomográfica de onda P muestra dos unidades elásticas correspondientes al relleno suelto arriba, coloreado con azul y el relleno compacto coloreado con verde; el horizonte profundo, coloreado con amarillo está en profundidades marginales para la operación sin explosivos, por lo que es razonable esperar que los resultados son confiables hasta no más de 40 metros (cota 740). La sección de onda S es el modelo icónico de la correlación entre diez estaciones individuales, desde 0m hasta 180m. Puede observarse la mejor discriminación de materiales elásticos dentro de la masa del relleno de la presa. La banda azul/negro es un horizonte arcilloso conocido y que fuera colocado para efectos de impermeabilización; aparece claramente definido, mientras que no se le nota en la refracción de onda P.

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RESULTADOS DE LA REFRACCIÓN SÍSMICA

En los levantamientos geofísicos de Refracción Sismica realizados para estudios geotécnicos todos los resultados están expuestos gráficamente, de la forma como aparecen en la lámina de este informe. El geólogo que va a utilizar estos datos debe contar con los criterios fundamentales interpretativos, en función de la estructura y litología del subsuelo que interesan en cada proyecto específico. Las secciones sísmicas están presentadas de manera geofísica estricta, como reconstrucciones de Tomografía Icónica de Trayectorias de Onda con utilización de Volúmenes Fresnel (Haz de Rayos Fresnel), sin asignar símbolos litológicos, en tanto que los geólogos del proyecto tienen mejores criterios para ello. El basamento elástico de alta velocidad (bedrock) está coloreado con rojo-rosado (más de 3600 m/s) y el procedimiento tomográfico automáticamente delimita la profundidad de interpretación una vez que se alcanza la velocidad alta, porque no es factible la refracción por debajo de un horizonte tal. Los cambios rápidos de color (celeste y amarillo) representan cambios radicales en la litología. Puede aceptarse que la cubierta de sedimentos no consolidados sea aquella coloreada en azul (menos de 1200 m/s). Las secciones sísmicas no son propiamente secciones litológicas, sino más bien presentaciones de cuadros de variaciones elásticas. La resolución de la técnica está dada por la separación entre los geófonos y por la redundancia de señales ocasionada por el número de puntos de impacto de cada tendido de geófonos. Por la necesidad de que los horizontes elásticos sean siempre más veloces (compactos) a profundidad, condición indispensable para que ocurra la refracción de ondas, toda “capa” de baja velocidad que pudiera existir bajo una de alta velocidad impediría la refracción a superficie e introduciría un error de interpretación insalvable en operaciones primarias como las de este estudio. Sin embargo, la tomografía icónica de trayectorias permite “manejar” ciertas inversiones de velocidad cuando se trata de volúmenes discretos incluidos en las secciones, como puede ocurrir en el caso de bloques dentro de aluviones o de cavernas y fracturas dentro del basamento y cercanas a su contacto superior.

En la Lámina 1 han sido diferenciados los siguientes tipos elásticos:

Sobrecarga: La cubierta exterior está constituida por sedimentos no consolidados o

roca muy alterada, con velocidades P en el rango de 400-1100 m/s. Coloreada con azul. La banda celeste (1100-1400 m/s) puede ser considerada como la base de esta sobrecarga. Es material removible con escarificadores. Horizonte intermedio: En todas las secciones ha sido encontrado un material con velocidades entre 1400m/s y 2400 m/s. Estas velocidades pueden corresponder a roca alterada, ya sea por fracturación como por disolución (¿?) y están coloreadas con verde. Las zonas con menos de 2000m/s son removibles con escarificadores. Profundo: En las secciones aparece un horizonte elástico de alta velocidad relativa, con más de 2800 m/s, por lo que puede ser considerado como roca firme, con reservas en los lugares con menor velocidad (2400-2800 m/s, amarillo/anaranjado). Coloreado con rojo/rosado. La banda de color amarillo/anaranjado representa el “contacto” superior. En PSR1, PSR2, PSR3, PSR4, PSR6 y PSR8 se observan fuertes irregularidades en la parte superior de este basamento profundo, que se interpretan como causadas por estructuras de debilidad, tales como fallas, fracturas, cavernas, etc. PSR5 muestra una probable falla entre 140 y 160. PSR7 es la más uniforme y no presenta estructuras con debilidad elástica.

7

RESULTADOS DEL MASW No es aún posible procesar secciones tomográficas MASW con estaciones en elevaciones diferentes, por lo que se usa hacerlas como de profundidades, desde una superficie 0m, como se ve en la Lámina 2. En el presente estudio todas las estaciones MASW están situadas a lo largo de perfiles con intervalo de 20 metros, por lo que las interpretaciones han sido procesadas como secciones, integrando los conjuntos de MASW de cada perfil. A diferencia de la tomografía de onda P (WET), comentada en la página anterior, para las “secciones” de onda S con la técnica MASW, las correlaciones se hacen con un concepto similar al de construcción de secciones geológicas esquemáticas entre taladros, razón por la cual las secciones de onda S muestran estructuras elásticas esencialmente “estratificadas”, sin poner en clara evidencia las irregularidades laterales típicas de fallas, o zonas de fractura, o cavernas cercanas, o bloques compactos aislados.

Según sus velocidades S, han sido diferenciados los siguientes tipos elásticos:

Sobrecarga: La cubierta exterior está constituida por sedimentos no consolidados o roca muy alterada, con velocidades S en el rango de 200-450 m/s. Coloreada con azul. La banda celeste (450-550 m/s) puede ser considerada como la base de esta sobrecarga, así como también, ya sea la cubierta meteorizada del basamento. Horizonte intermedio: En todas las secciones ha sido encontrado un material con velocidades entre 550m/s y 800 m/s. Estas velocidades pueden corresponder a roca alterada y están coloreadas con verde. Profundo: En todas las secciones aparece un horizonte elástico de alta velocidad relativa, con más de 1000 m/s, por lo que puede ser considerado como roca, con reservas en los lugares con menor velocidad (800-1000 m/s, amarillo/anaranjado). Por encima de 1200 m/s se considera que la fracturación/alteración es significativamente menor. Coloreado con rojo/rosado. La banda de color amarillo/anaranjado representa el “contacto” superior de este basamento. Por no tratarse de secciones tomográficas, tampoco se espera que en estos modelos icónicos de MASW se obtenga la discriminación de “estructuras” en la forma tan relativamente nítida como en las secciones de Refracción. Sin embargo, con las secciones de MASW puede conseguirse mejor definición vertical de horizontes con “inversión de velocidades”, es decir, en estructuras elásticas donde hay “estratos lentos” bajo otros más compactos, los que impiden la refracción pero no afectan la discriminación de las columnas de MASW. Casos claros de inversión de velocidades son evidentes en SS01, SS02 y SS04, perfiles en los que ocurren delgados horizontes “lentos”, coloreados con azul.

Lima, 28 mayo 2009 Lima, 25 junio 2009 José R. Arce Alleva José E. Arce Helberg

ANEXO 1

PSS-01

INFORMACION ANTES DEL POST PROCESAMIENTO DE GRAFICOS DE LAS SECCIONES INTERPRETADAS DE ONDAS

“S”

PSS-02


“S”

PSS-03


“S”

PSS-04


“S”

PSS-05


“S”

volumen ii-5 geofisíca

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