ONDAS SISMICAS

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INTRODUCCION
Dado que la Tierra o cualquier otro cuerpo planetario puede ser considerado como un objeto elástico es un medio adecuado para la propagación de ondas. Una perturbación como un terremoto en cualquier punto de la Tierra, produce ondas energéticas conocidas como ondas sísmicas.
Las ondas sísmicas se encuentran dentro de la categoría de ondas elásticas, que son aquellas perturbaciones tensionales que se propagan a lo largo de un medio.
Llamamos ondas sísmicas a las ondas que se propagan en el interior de la Tierra. Mucho de lo que sabemos acerca de la Tierra procede del estudio de las ondas sísmicas y de cómo éstas viajan a través de diferentes tipos de materiales.
No todas las ondas sísmicas son iguales. Hay varios tipos, y cada tipo de onda sísmica tiene un movimiento único. Aun cuando hay diversos tipos de ondas sísmicas y cada uno tiene su forma única de moverse. Recuentos de lo que es experimentar un terremoto, generalmente describen ondas en la superficie, debido a que éstas son más notables en la superficie de la Tierra
El estudio de este tipo de ondas nos ayuda a entender mejor a los tan poco predecibles terremotos y ver qué tan capaz es la Tierra de soportar los diferentes tipos de ondas relacionadas con los terremotos.
La siguiente investigación nos brindará la información adecuada respecto al estudio de las ondas, iniciando desde sus comportamientos, clasificaciones hasta ondas que interesan en la actividad petrolera.
1. JUSTIFICACIÓN
La ejecución del siguiente tema de investigación tiene bastante valor de importancia, porque al partir de él, nosotros conoceremos qué son las ondas sísmicas, su comportamiento al efectuar fenómenos naturales como ser los terremotos o hasta para el estudio de las mismas.
Y de esta manera podremos extraer información que favorezca nuestra búsqueda para posteriormente realizar distintos trabajos, especialmente en el área de ingeniería petrolera.
2. OBJETIVOS
Especificar de manera clara y concisa una serie de conocimientos básicos que permitan explicar las ondas sísmicas, su aplicación en el ámbito petrolero, y la importancia para tener un estudio claro de la zona del subsuelo objetivo
2.1. Objetivos Específicos
· Definir y estudiar el concepto, clasificación, tipos y características de las ondas sísmicas
· Analizar el comportamiento de los diferentes tipos de ondas
· Aprender a distinguir los tipos de ondas que se presenten
· Dar a conocer los tipos de instrumentos que se usan en la medición de las ondas sísmicas
3. MARCO TEORICO
3.1. ANTECEDENTES
La Geofísica es un área de investigación que agrupa diferentes disciplinas encargadas del estudio de la Tierra, desde el punto de vista de la física. Comprende todo lo relacionado con su estructura, morfología, evolución y dinámica. Dentro de la cual se encuentra la Sismología, que se encarga de estudiar los sismos y sus fenómenos conexos, la generación, propagación y registro de las ondas elásticas en la Tierra, y de las fuentes que las producen. Es a partir del estudio de la propagación de las ondas sísmicas en el interior de la Tierra, que ha permitido revelar la estructura en su interior, las zonas que la forman, estimar densidades y constantes elásticas, e identificar los procesos dinámicos activos que suceden constantemente en ella. (INSTITUTO NACIONAL DE PREVENCIÓN SÍSMICA-INPRES-)
3.2. Fundamentos teóricos.
Se debe partir de lo esencial y establecer con precisión ciertos conceptos fundamentales, que permitan comprender con exactitud el tema de estudio.
3.2.1. Sismo
Se denomina sismo, seísmo o terremoto a la dispersión de energía a partir de un hipocentro en forma de vibraciones sacudidas o movimientos bruscos del terreno generalmente producidos por disturbios tectónicos o volcánicos,
3.2.2. Sísmica
La sísmica es una herramienta de exploración de hidrocarburos que permite conocer de modo aproximado la conformación del subsuelo, la composición de las capas de roca, la forma en que están ubicadas, su profundidad y sus dimensiones.
3.2.3. Ondas
En física, se utiliza la palabra “onda” para designar la trasmisión de energía sin desplazamiento de materia. Se trata de una perturbación o agitación que se desplaza en un ambiente determinado y que, después de pasar, lo deja en su estado inicial.
3.2.4. Ondas Sísmicas
Al romper un objeto (supongamos una regla de plástico) se produce un chasquido u ondas sonoras que se desplazan por el aire. De igual forma cuando arrojamos una piedra a un estanque también se producen unas ondas (en este caso pequeñas olas) que se propagan desde donde cayó la piedra hacia las orillas del estanque.
Algo similar ocurre con los terremotos: al romperse la roca se generan ondas que se propagan a través de la Tierra, tanto en su interior como por su superficie.
Las Ondas Sísmicas pueden llegar a ser creadas por los llamados movimientos telúricos los cuales son producidos de forma natural, los más grandes de los cuales pueden llegar a causar diversos daños en las áreas donde existen asentamientos urbanos. (admi, 2018)
Las Ondas Sísmicas también pueden llegar a ser creadas de manera artificial como por ejemplo con el uso de ciertos explosivos o con los camiones vibroseis. La sísmica es la rama perteneciente a la sismología que se encarga del estudio de dichas ondas artificiales.
Esta clase de Ondas son oscilaciones que se tienden a propagar desde 1 fuente que puede ser tanto un foco o del hipocentro a través de un medio de material elástico que tiende a ser sólido y líquido que va transportando la energía mecánica.
3.2.5. Características de las Ondas Sísmicas
· Se llegarán a propagar desde la fuente en todas las direcciones en las que le sea posible hacerlas.
· Una o dos ondas pueden llegar a entrecruzarse en el mismo punto del medio sin la necesidad de modificarse una a la otra. Esta propiedad es denominada interferencia.
· La velocidad de la onda es una clase de propiedad dependiente de manera única de las características físicas del medio, a excepción en el caso de las ondas a flexión en las que son también un tipo de función de la frecuencia.
3.2.6. Clasificación de las Ondas Sísmicas
3.2.6.1. En función en el que se propaga.
· Ondas Mecánicas.
· Ondas Electromagnéticas.
· Ondas Gravitacionales.
3.2.6.2. En función de su propagación o frente a la onda
· Ondas Bidimensionales o Superficiales.
· Ondas unidimensionales.
· Ondas Tridimensionales o Esféricas.
3.2.6.3. En función de la dirección de la perturbación
· Ondas Longitudinales.
· Ondas Transversales.
3.2.6.4. En función de su periodicidad
· Ondas Periódicas.
· Ondas No Periódicas.
3.2.7. Comportamiento de las Ondas Sísmicas en la roca
Los parámetros característicos de las rocas, que se determina con los métodos sísmicos son la velocidad de las ondas p y s, el coeficiente de reflexión, la densidad. Propiedades de las rocas, que influyen estos parámetros son:
· Petrografía, contenido en minerales.
· Estado de compacidad.
· Porosidad = porcentaje o proporción de espacio vacío (poros) en una roca.
· Relleno del espacio vacío o es decir de los poros.
· Textura y estructura de la roca.
· Temperatura.
· Presión.
Una variación en una de estas propiedades de la roca puede ser relacionada por ejemplo con un límite entre dos estratos litológicos, con una falla o una zona de fallas, con un cambio en el relleno del espacio poroso de la roca.
3.2.7.1. Principalmente se puede detectar con la sismología:
a) Límites de capas
b) Fallas
c) Rellenos de poros (como petróleo)
3.2.8. Tipos de Ondas Sísmicas
Existen dos tipos de ondas: Corpóreas o Internas y Superficiales.
3.2.8.1. Corpóreas o Internas: Suelen viajar por el interior de la tierra y se clasifican en Primarias y Secundarias.
3.2.8.1.1. Ondas Primarias: Se tratan de ondas longitudinales o compresionales, que significa que el suelo es comprimido de una forma alternada y también se va dilatado en dirección de la propagación, éstas clases de ondas por lo general son parecidas a las ondas sonoras ordinarias y son las ondas más veloces. Tienden a viajara una velocidad mayor de 1.73 veces más que las ondas secundarias.
3.2.8.1.2. Ondas Secundarias: Son ondas transversales o de corte que se mueven de forma perpendicular a su movimiento. No logran atravesar el núcleo de la corteza terrestre, la dirección de vibración es perpendicular a la dirección de propagación. Pueden viajar únicamente a través de sólidos debido que los líquidos no pueden soportar esfuerzos de corte. Usualmente tienen mayor amplitud que las ondas primarias y se siente más fuertes que éstas.
Las ondas Primarias y Secundarias, se reflejan, refractan y difractan en las diferentes discontinuidades que se encuentran a su paso.
3.2.8.2. Ondas Superficiales: Son las ondas largas o terminales, siendo éstas las que llegan a la superficie de la tierra originando los movimientos vibratorios; son conocidos también como las ondas terminales de las ondas S.
Se propagan por la superficie de la tierra por discontinuidad de la interfase de la superficie terrestre (tierra- agua, tierra-aire)
Estas se desplazan con gran lentitud sobre la superficie, es decir, que tienen menor velocidad de propagación a comparación de las anteriores, generando gran destrucción, además de ser las primeras en registrarse.
3.2.8.2.1. Ondas Rayleigh: En estas ondas los movimientos de las partículas son elípticos, con la elipse vertical y el plano de propagación. Son una combinación entre ondas P y SV. El sentido del giro de las partículas es contra de las manecillas del reloj.
3.2.8.2.2. Ondas Love: Son ondas de cizalla que oscilan solo en el plano horizontal, es decir, son horizontalmente polarizadas. Las velocidades de estas ondas son de un 90% de la velocidad de las ondas S y también es ligeramente algo superior a la velocidad de las ondas de Rayleigh.
3.2.9. Propiedades de las Ondas Sísmicas
3.2.9.1. Reflexión: Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no pueda atravesar cambia de dirección.
3.2.9.2. Refracción: Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad.
3.2.9.3. Absorción: Ocurre cuando una onda es absorbida por las formaciones, disminuyen su amplitud y las detienen y/o contienen.
3.2.9.4. Propagación: Ocurre cuando una onda atraviesa un medio y se separa en distintas direcciones.
3.2.10. Propagación de las Ondas Sísmicas.
Existen 3 tipos básicos de ondas de los cuales únicamente 2 se propagan en diversas direcciones en el interior de la Tierra; por ello se les es nominadas ondas internas.
· La más rápida de dichas es la onda primaria u onda P, la cual cuya velocidad tiende a variar todo es dependiendo del tipo de roca, puede ser de entre 1.100 y 8.000 m/s.
La característica principal de dicha onda es que de manera alternada tiende a comprimir y a expandir la roca, en la misma orientación que su trayectoria. Esta es capaz de poder propagarse por medio de las rocas que sean sólidas y también de los líquidos; como por ejemplo: El magma y los océanos
· La onda secundaria u onda S, es la que suele viajar a una mínima velocidad en comparación con la P que por lo normal es entre 500 y 4,400 m/s. Mientras esta se va propagando, tiende a deformar el material de forma lateral con respecto de su trayectoria. Por esta misma razón este tipo de onda no es transmitida en los fluidos como líquidos y gases.
Cuando tiende a ocurrir un terremoto lo primero es que se siente, en un lugar a cierta distancia del propio epicentro, la onda P, con un efecto de tipo retumbo que hace vibrar todas las paredes y hasta las ventanas.
Unos segundos posteriores es cuando llega la onda S, con una clase de movimiento de forma vertical que va de arriba hacia abajo y viceversa y también de lado a lado, de tal manera que va sacudiendo la superficie del terreno de manera vertical y horizontal. Este es el tipo de movimiento responsable de los daños causados a las construcciones, en las áreas cercanas al epicentro e incluso a unas distancias considerables.
· El 3er tipo de Ondas Sísmicas son las llamadas ondas superficiales, la cual cuya característica única es el poder propagarse por la parte o zonas más superficial de la corteza terrestre; a medida que la profundidad del mismo aumenta va disminuyendo la amplitud de su movimiento.
3.2.11. Equipos de medición de las Ondas Sísmicas
Las componentes del equipo de medición de refracción sísmica son (Figura 34):
· Fuente de generación de ondas sísmicas.
· Detección de los movimientos del terreno.
· Adquisición y almacenamiento.
3.2.11.1. Fuentes de generación de ondas sísmicas: Las ondas son generadas por una perturbación artificial instantánea, que se conoce como impulso sísmico.
Lo que genera el tipo de ondas sísmicas (de volumen y superficiales), producidas por un único “evento” de duración “instantánea”, para que no haya superposición de ondas (de diferentes eventos) en los movimientos del terreno detectados por los geófonos.
Existen tres tipos:
3.2.11.1.1. Fuentes de impacto de martillos o porras: Como la energía transmitida al suelo por este tipo de fuente no es muy grande, se apilan varias decenas de golpes para modelar mejor las llegadas y suprimir el ruido. También se utilizan otros medios mecánicos, por ejemplo dejando caer un gran peso de una altura de 2 – 3 metros. La energía asociada con cada uno de los golpes depende la energía cinética (E) que relaciona la masa del martillo (m) y la velocidad aplicada al martillo (v), obteniendo E = m*v2
3.2.11.1.2. Cargas explosivas: De mayor energía, son usadas especialmente para prospección petrolera. La explosión puede ocurrir en un tiempo de micro a milisegundos, dependiendo de la naturaleza y cantidad del explosivo y, del material que rodea sitio de explosión.
3.2.11.1.3. Disparos: Se utilizan balas o cartuchos de fogueo. La energía es mayorque la generada por martillo.
3.2.11.2. Detección de los movimientos del terreno: A través de geófonos de una componente vertical, el movimiento del terreno es observado en diferentes puntos a lo largo del tendido de refracción sísmica. Actualmente se usan 12, 24 ó 48 geófonos. Estos sensores exigen mayor resistencia mecánica15 que aquellos usados en la sismología tradicional debido a que en refracción se requiere geófonos con frecuencias naturales de vibración mucho mayores, entre 8 y 40 Hz.
3.2.11.3. Adquisición y almacenamiento: Las partes que componen el equipo de adquisición y almacenamiento son:
3.2.11.3.1. Unidad de apilamiento y digitalización: Corresponde a la unidad donde se adquiere, digitaliza y procesan los datos. Tiene puertos especializados para recibir las señales enviadas por los geófonos; a cada geófono le corresponde un canal y sus señales son filtradas y digitalizadas de acuerdo con las opciones definidas por el usuario.
3.2.11.3.2. Cables sísmicos: Comúnmente se usan dos cables para conectar en cada uno la mitad de los geófonos. Cada cable contiene a su vez cableado para llevar la señal de cada geófono a la unidad de adquisición; cada uno de estos se llama canal.
3.2.11.3.3. “Trigger”: Cable conectado apropiadamente a la fuente sísmica, de tal manera que en el instante en que se golpea el suelo con el martillo o cuando la carga explosiva es detonada, el sistema de registro empieza a grabar.
3.2.12. Componentes de una Onda
· Cresta: Es la parte más elevada de una onda.
· Valle: Es la parte más baja de una onda.
· Amplitud: Es la máxima elongación, es decir, el desplazamiento desde el punto de equilibrio hasta la cresta o el valle.
· Longitud de onda (l): Es la distancia comprendida entre dos crestas o dos valles.
· Nodo: Puntos fijo por donde pasa el recorrido la onda
4. DESARROLLO DEL PROYECTO
Mediante la recolección de información de diversas fuentes se pretende llegar a brindar un conocimiento profundo sobre Las Ondas Sísmicas.
4.1. Viabilidad de la investigación.
4.1.1. Recursos humanos.
La ejecución del siguiente trabajo de investigación es posible, ya que nuestro grupo, adaptado por 5 jóvenes universitarios, contamos con los recursos y tiempo necesario para llevara cabo paso a paso el trabajo de investigación.
4.1.2. Recursos económicos.
La presente investigación no requiere de algún tipo un fondo económico grande, ya que puede ser sustentado por recursos propios de cada investigador.
4.1.3. Recursos materiales.
Para la realización de dicha investigación se necesitó de una laptop, acceso a internet o de alguna fuente que aporte información fidedigna acerca de las ondas sísmicas, por lo cual cada investigador; realizó su investigación para luego hacer un cruce de ideas en reuniones realizadas y armar el trabajo de investigación.
4.2. Resultados.
Gracias al trabajo vigoroso de investigación se logró obtener información profunda sobre las Ondas Sísmicas, serviciales para estudiantes interesados en la materia de Geofísica.
5. CONCLUSIÓN
Tras una búsqueda detallada de las ondas sísmicas, se ha revelado toda la información necesaria requerida para la materia de Geofísica-Sísmica.
Las principales conclusiones de este estudio son las siguientes:
· Se logró definir y estudiar el concepto, clasificación, tipos y características de las ondas sísmicas.
· Conseguimos analizar el comportamiento de los diferentes tipos de ondas.
· Aprendimos a distinguir los tipos de ondas que se presentan
· Dimos a conocer los tipos de instrumentos que se usan en la medición de las ondas sísmicas.
6. ANEXOS
Tabla 1: Velocidades de las ondas en distintos medios de litología
Tabla 2: Referencia del daño en la escala de Mercalli
Figura 1: Fuentes de generación de energía por impacto
Figura 2: Cargas explosivas
Figura 3: Disparos
7. BIBLIOGRAFÍA
https://www.researchgate.net/profile/Diego-Zafra-
Otero/publication/322747134_ONDAS_SISMICAS_su_importancia_para_la_geofisica_y_la_human idad/links/5a6cef890f7e9bd4ca6c080c/ONDAS-SISMICAS-su-importancia-para-la-geofisica-y-lahumanidad.pdf
https://es.wikipedia.org/wiki/Sismicidad
http://www.exploradores.org.pe/hidrocarburos/como-se-producen-los-hidrocarburos/la-sismica.html
https://radio-waves.orange.com/es/que-es-una-onda/
https://www.udc.es/dep/dtcon/estructuras/ETSAC/Investigacion/Terremotos/ondas_s%EDsmicas.htm
http://www.funvisis.gob.ve/old/objetosa/temblortierra/osismicas.html
https://es.wikipedia.org/wiki/Onda_s%C3%ADsmica
https://www.geovirtual2.cl/geologiageneral/ggcap01c.htm