Sismologia per mig de reflexió

Archiu:Seg-y picture.gif

Eixemple del tipo d'informació recolectada per mig de l'ocupació del método de sismologia per reflexió.

La sismologia per mig de reflexió (o reflexió sísmica) és un método d'exploració geofísica que usa els principis de la sismologia per a estimar les propietats del subsol fent us d'ones sísmiques reflectides. El método requerix una font d'energia sísmica controlada, com dinamita/Tovex una pistola d'aire especial o excitador sísmic, coneguda comunament per la marca Vibroseis. La sismologia per mig de reflexió aplica principis similars als utilisats pel sonar o la ecolocalización.

Descripció del método

Les ones sísmiques són destorbament mecànics que viagen per la Terra a una velocitat determinada per l'impedència acústica del mig pel qual viagen. L'impedència acústica (o sísmica), Z, es troba definida per la següent equació:

___MATH_0___,

A on V és la velocitat de l'ona sísmica i ρ és la densitat de la roca.

Quan una ona sísmica que es desplaça a través de la Terra troba una entre dos materials en diferents impedència acústiques, una porció de l'energia que transporta es reflectix en la interfase i una atra porció es refracta a través de la interfase. En essència, la tècnica de reflexió sísmica consistix en generar ones sísmiques i medir el temps que li pren a les ones viajar des de la font, reflectir-se en la interfase i ser detectades per un conjunt de detectors (o geófonos) ubicats en la superfície del terreny. Si es coneixen els temps de viage des de la font als distints detectors, i la velocitat de les ones sísmiques, un geofisico pot reconstruir les trayectòries que varen seguir les ones des forma de reconstruir una image de com i a on es troben els organisats els materials que conformen el terreny baix la superfície.

De la mateixa manera que en uns atres métodos geofísicos, la sismologia per mig de reflexió pot ser considerada un tipo de problema invers. O siga, donat un conjunt de senyes recolectades per mig d'experiments i les lleis físiques que són d'aplicació a l'experiment, el experimentador desija desenrollar un model abstracte del sistema físic que s'està estudiant. En el cas de la sismologia de reflexió, les senyes experimentals són registrats per mig de sismogrames, i el resultat buscat és un model de l'estructura i propietats físiques de la corfa de la Terra. De manera similar a atres problemes inversos, els resultats que s'obtenen per mig de la tècnica de sismologia per reflexió per lo general no són unívocs (més d'un model és capaç d'explicar les senyes recolectades) i poden ser sensibles a incertituts i errors relativament menuts en la recolecció, processament i anàlisis de les senyes. Per estes raons, es deu tindre sum conte en l'interpretació dels resultats obtinguts per mig de sismologia de reflexió.

L'experiment de reflexió

El principi bàsic de la reflexió sísmica és enviar ones elàstiques (utilisant una font d'energia tal com una explosió en dinamita o Vibroseis) cap a la Terra, a on cada interfase entre les capes de materials dins de la Terra reflectirà una part de l'energia de l'ona cap a la superfície i permetrà que el restant de l'energia es refracte i continue viajant cap a la pròxima capa. Estes ones d'energia reflectides són registrades durant un determinat lapsus de temps (denominat la llongitut del registre) per receptors que detecten el desplaçament del terreny en el lloc a on li'ls ha colocat. En terra ferma, el receptor generalment utilisat és un menut instrument portàtil denominat geófono, el qual convertix el desplaçament del sol en una senyal elèctrica analògica. En l'aigua, s'utilisen hidrófonos, els quals convertixen els canvis de pressió en senyals elèctriques. La resposta de cada receptor o sensor davant una descàrrega d'energia (o explosió) és denominada “traça” i queda registrada en un dispositiu d'almagasenament de senyes, despuix de la qual cosa es desplaça el punt en que s'injecta l'energia i es repetix el procés. Generalment, les senyals registrades passen per un complex procés de processament abans d'estar llestes per a la seua interpretació, sent esta un àrea de considerable investigació tant en l'indústria com en l'àmbit acadèmic. Per lo general, quant més complexa és la geologia del terreny baix estudi, més sofisticades són les tècniques que es requerixen per a eliminar l'influència del soroll de la medició i aumentar la resolució. En els relevamientos sísmics moderns per mig de reflexió es registren cantitats tan grans d'informació i senyes que cal recórrer a poderoses computadores per a processar-los, aplegant a utilisar-se supercomputadoras o clústers de computadores.

Reflexió i transmissió per al cas d'incidència perpendicular a la interfase

Archiu:Normal reflection at an interface.png

Ona-P es reflectix en una interfase que es troba perpendicular a la direcció en la que incidix.

Quan una ona sísmica es troba en una interfase entre dos materials en distintes impedència acústiques, una porció de l'energia de l'ona es reflectirà en la frontera, mentres que l'atra part de l'energia serà transmesa passant a través de la frontera. l'amplitut de l'ona reflectida s'obté multiplicant l'amplitut de l'ona incident pel coeficient de reflexió sísmic ___MATH_1___, determinat pel contrast entre les impedència dels dos materials.

Per al cas d'una ona que incidix sobre una interfase en forma perpendicular, el coeficient de reflexió es calcula com

___MATH_2___,

a on ___MATH_3___ i ___MATH_4___ són l'impedència del primer i segon material, respectivament.

De forma similar, l'amplitut de l'ona incident es multiplica pel coeficient de transmissió per a calcular l'amplitut de l'ona transmesa a través de la interfase. La fòrmula per a calcular el coeficient de transmissió per a incidència normal és

___MATH_5___.

Com la suma dels quadrats de les amplitut de l'ona reflectida i transmesa deu ser igual al quadrat de l'amplitut de l'ona incident, es pot demostrar que

___MATH_6___.

Per mig de l'estudi dels canvis en l'intensitat de les ones reflectides, els sismólogos poden inferir canvis en les impedència sísmiques. A la seua volta, poden utilisar esta informació per a inferir canvis en les propietats de les roques en la interfase, tals com la seua densitat i la seua mòdul elàstic.

Reflexió i transmissió per al cas d'incidència genèrica

Archiu:Reflection at an interface.png

Diagrama que mostra les conversió que tenen lloc quan una ona P es reflectix en una interfase per al cas en que l'incidència és oblicua.

La situació és molt més complicada en el cas de que l'ona incidix en forma oblicua, per la conversió de modo entre ones P i ones S, i queda descrita per les equacions de Zoeppritz. En 1919, Karl Zoeppritz va obtindre 4 equacions que permeten determinar les amplitut de les ones reflectides i refractadas en una interfase plana per a una ona P en funció de l'àngul d'incidència i sis paràmetros elàstics independents. Estes equacions tenen 4 incògnites i és possible resoldre-les pero les mateixes no permeten comprendre de forma intuïtiva com és que les amplitut reflectides varien en les propietats de les roques baix estudi.

Els coeficients de reflexió i transmissió, que determinen l'amplitut de cada reflexió, varien en l'àngul d'incidència i poden ser utilisats per a obtindre informació sobre la cantitat de decorregut contingut en la roca. L'aplicació pràctica del fenomen d'incidència oblicua, denominat AVO, ha segut facilitat per estudis teòrics que han permés obtindre aproximacions útils de les equacions de Zoeppritz i pels progressos experimentats en la capacitat de processament per mig de computadores. Els estudis AVO intenten en un èxit relatiu predir els decorreguts (petròleu, gas, o aigua) continguts en reservorios potencials, per a reduir els riscs de perforar pous improductius i identificar nous reservorios de petròleu. La simplificació de 3 térmens de les equacions de Zoeppritz que s'utilisen en major freqüència va ser desenrollada en 1985 i és coneguda com la "equació Shuey". Una simplificació de 2 térmens denominada la "aproximació Shuey", és vàlida per a ànguls d'incidència menors que 30 graus (que és el cas per lo general en els relevamientos sísmics) i és la que s'indica a continuació:

___MATH_7___

a on ___MATH_8___ = coeficient de reflexió per a incidència normal; ___MATH_9___ = gradient AVO, descriu el comportament de reflexió per a ànguls intermijos per a ànguls d'incidència intermijos i ___MATH_10___ = àngul d'incidència. Per al cas d'incidència normal ___MATH_11___=0, esta equació es reduïx a la proveïda en la secció precedent.

Insertar here subtitle

La sísmica de refleccion és un método utilisat en varis àrees i les seues aplicacions poden ser dividides en tres grups:

• Superfície de baixa profunditat – Una aplicació enfocada en comprendre la geologia en profunditats fins a 1 km aproximadament. Usualment usada en ingenieria, antropologia i estudis ambientals, i també en exploració de carbó i mineria.
• Exploració d'Hidrocarburs - Usada en l'indústria de petròleu i gas per a generar mapes sísmics del subsol, usualment fins a una profunditat de 10 km del subsol. Açò es pot combinar en atres ferramentes com per eixemple l'anàlisis de atributivos sísmics per a generar un model geològic de l'àrea d'interés.
• Estudis de la Corfa – Investigació, usualment acadèmica, de l'estructura i orige de la corfa terrestre, incloent la discontinuidad Mohi i més allà fins a profunditats d'usualment 100 km.

Un método similar és el radar de penetració GPR, el qual usa ones de radar en lloc d'ones mecàniques, encara que en una capacitat de penetració considerablement menor.