Unidad 1 - Universidad Nacional de Salta
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Unidad 1 G EOFISICA GEOFISICA Historia Y Desarrollo De Los Métodos Geofísicos. División. Importancia De La Prospección Geofísica En Geología (Exploración Minera Y Petrolera). Clasificación De Los Métodos Prospectivos Y Sus Aplicaciones. La Geofísica En Argentina. Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 ÍNDICE Geofísica ................................................................................................................. División de la Geofísica .......................................................................................... La Geofísica Y Las Otras Ciencias Básicas .................................................... Historia Y Desarrollo De Los Métodos Geofísicos ................................................. Primeras Aplicaciones De La Geofísica A La Prospección Minera ............... La Geofísica En La Industria Petrolera ......................................................... Registro Geofísico .......................................................................................... Importancia De La Prospección Geofísica En Geología ........................................ Consultas Bibliográficas ................................................................................ Objeto De La Prospección Geofísica ............................................................. Clasificación De Los Métodos Prospectivos Y Sus Aplicaciones ........................... Método De Reflexión Sísmica ....................................................................... Método De Refracción Sísmica ..................................................................... Método Por Gravedad ................................................................................... Método Magnético ......................................................................................... Métodos Eléctricos ........................................................................................ Prospección Por Radiactividad ..................................................................... Registro En Pozos .......................................................................................... La Geofísica En Argentina ...................................................................................... Raúl Hansen: Un Innovador De La Geofísica ............................................... NESTOR VITULLI Geólogo 03 04 05 05 05 07 08 09 09 10 13 14 14 14 15 15 15 16 16 17 2 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 GEOFÍSICA El estudio de la tierra es el objeto final de la Geología, requiriendo el conocimiento de otras ciencias para explicarse las observaciones que realiza el geólogo sobre el terreno, las rocas y minerales que han tenido un proceso genético y otro posterior histórico, hasta alcanzar el estado actual que presentan al observador; por ejemplo, la barranca de erosión labrada por un río en una región montañosa muestra una serie de sedimentos yuxtapuestos, cada uno compuesto de granos de distintos aspectos. Por otro lado, estos estratos se presentan plegados y a veces interrumpidos bruscamente en su continuidad. Este cuadro indica al geólogo que los distintos estratos han tenido una génesis particular, habiéndose generado en condiciones ambientales distintas: marino, continental, húmedo o seco, lo que se determina por la disposición de sus granos, por sus fósiles, etc. También le inducen a pensar que por presentarse plegados o fracturados, han sufrido procesos tectónicos (movimientos), ya que la primitiva posición de los mismos, cuando se generan sus planos de yacencia, debían ser muy cercanos al plano horizontal. Aquí la Geología tendrá que valerse de otras ciencias para explicar satisfactoriamente todo lo ocurrido hasta el momento en que se realiza la observación: de la Biología para explicar la vida orgánica habida durante su generación y testimoniada por fósiles, de la Química cuando entra en el análisis de los elementos inorgánicos que componen los estratos, de la Física para datar en sentido absoluto a las formaciones o cuando indaga sobre las leyes y las fuerzas que provocaron el posterior pliegue de los estratos. Por definición, GEOFÍSICA es la aplicación de los principios, leyes y prácticas de la física a la solución de problemas relativos a la tierra y al estudio de fenómenos internos y externos a ella vinculados. En el proceso de subdivisión de la ciencia, se reconocieron tempranamente cuatro grandes ramas: Química, Física, Geología y Biología. A éstas a menudo se agregan la Astronomía y la Matemática, pero debido a que esta última no trata con la materia directamente, no es a menudo incluida dentro de las ciencias físicas, además de que la Astronomía es a menudo tratada como una rama de la Física. Desde este punto de vista, la ciencia puede ser representada como un tetraedro y cada campo tiene un lugar de representación dentro del tetraedro. Cuando la ciencia comenzó a diversificarse, el investigador no estuvo tentado a enfatizar un aspecto sobre los demás. Así Sir Isaac Newton, quien a menudo es considerado como un físico, también contribuyó a lo que ahora se llama Geología, cuando propuso la teoría de la contracción para la generación de montañas. A medida que se incrementó el conocimiento, ciertos campos La Geofísica y su relación con otras ciencias. fueron investigados mas a fondo que otros y comienzan a ser considerados como separados y distintos. Dicha clasificación de los conocimientos en temas individuales tendió a separar a los científicos y dejó áreas intermedias relativamente poco desarrolladas. Cuando este sobre énfasis fue reconocido se desarrollaron nuevos especialistas, los que tratan con estos campos intermedios. La Geofísica es uno de ellos. Hasta que los geólogos alcanzaron el punto en que comprendieron La Tierra lo suficiente como para preparar y ensayar sus hipótesis por la experimentación, los físicos y químicos habían ya desarrollado las técnicas para hacer las mediciones necesarias. Como resultado, las fronteras de la Ciencias de La Tierra donde se produce su mas rápido desarrollo son aquellas donde los especialistas de otros campos están trabajando con los geólogos, y la Geofísica es un ejemplo. La Geofísica es el resultado de la necesidad de la Geología de nuevas herramientas. Dado que varias técnicas de experimentación fueron aplicadas a los problemas de La Tierra, se desarrollaron áreas de investigación completamente nuevas. A causa de la relación de las viejas ciencias, Física y Geología, fue natural agrupar todas esta especialidades bajo un nombre general, “Geofísica”, aún cuando ellas fueran de diversa naturaleza. NESTOR VITULLI Geólogo 3 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 La Prospección Geofísica es el arte de buscar depósitos ocultos de hidrocarburos (petróleo y gas) o de minerales útiles, efectuando mediciones físicas desde la superficie del suelo, mediciones que generalmente suministran información acerca de las propiedades físicas de los materiales del interior de La Tierra. Esta información, interpretada de forma adecuada, puede utilizarse para localizar depósitos minerales de valor económico. Los datos de los estudios geofísicos, para ser eficaces, deben expresarse en términos geológicos y su valor que pueda concederse al cuadro geológico así obtenido, mayor para unas técnicas que para otras, dependiendo de la calidad de los datos y de la pericia con que son interpretados. Desde que por vez primera se aplicó la Geofísica a la exploración, se han producido continuos perfeccionamientos en los instrumentos y técnicas, así como en los métodos de interpretación, perfeccionamientos que han aprovechado los rápidos avances de nuestra tecnología. Sin embargo, el progreso de los descubrimientos que pueden ser acreditados a los geofísicos ha permanecido estabilizado durante unos cuantos decenios, con cierta decadencia a partir de mediados de siglo. Los métodos geofísicos han ganado en eficacia, pero el incremento de sus posibilidades no ha guardado relación paralela con la creciente dificultad existente para encontrar nuevos depósitos de petróleo y de minerales, pues las fuentes más fáciles de localizar en cualquier momento han sido encontradas y explotadas de manera progresiva. Los geofísicos se enfrentan ahora con el problema desalentador de tener que avanzar más de prisa cada vez para conservar el mismo puesto. Desde finales de la segunda Guerra Mundial, la investigación geofísica y su desarrollo han experimentado una fuerte expansión dirigida hacia el perfeccionamiento de las técnicas para mantener el suministro mundial de petróleo y de minerales. División De La Geofísica La Unión Geofísica Americana (American Geophysical Union) separa a la Geofísica en 8 subdivisiones: Meteorología. La ciencia del aire, estudia todos los eventos relacionados con los fenómenos atmosféricos. Hidrología. Comprende los conocimientos e investigaciones relacionados con las aguas continentales, superficiales y subterráneas, como así también la Glaciología. Oceanografía. Se ocupa de los océanos, considerando aspectos químicos, físicos y biológicos de los mismos. Vulcanología. Comprende el estudio del vulcanismo, su génesis, evolución y consecuencias. Tectonofísica. Estudia la deformación de las rocas, tanto en estructuras sujetas a grandes movimientos, como en cualquier otro fenómeno diastrófico, superficial o profundo. Geodesia. Se ocupa de la medida y forma de la tierra, así como de su campo gravitatorio. Sismología. Comprende el análisis de los movimientos que afectan al planeta, provocados por terremotos u otros movimientos naturales o artificiales. Geomagnetismo. Estudia el campo magnético terrestre, sus causas y perturbaciones. Cada una de estas especialidades han contribuido, y lo siguen haciendo, al mejor conocimiento de nuestro planeta, pero también ha creado disciplinas cuya aplicación a las actividades económicas de la humanidad han contribuido a la creación del estado de evolución actual. Así la Sismología, cuyos comienzos fueron el estudio de los terremotos, determinó las leyes que rigen la aplicación de sus principios a la prospección sísmica de trascendencia indiscutible en la exploración petrolera. Si entendemos como ciencias aplicadas a las que utilizan los conocimientos de ciencias fundamentales para explicar el comportamiento de la materia en sus variadas formas naturales, la Geofísica es una de ellas. Lo que en términos generales aceptamos como Geofísica es, dentro del marco de las ciencias de la Tierra, el estudio por medio de mediciones indirectas de la masa sólida del planeta que se encuentra por debajo de la delgada corteza que podemos estudiar directamente por medio de la observación de las rocas expuestas en superficie o de las muestras obtenidas de los pozos o perforaciones mas profundas (campo de la Geología). El principal objetivo de la Geofísica es la determinación de la estructura y composición del interior del planeta, como así también la historia de sus variaciones pasadas, presentes y futuras. NESTOR VITULLI Geólogo 4 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 A la clasificación general de la Unión Geofísica Americana, algunos investigadores comienzan a considerar como separado a cuatro ramas mas: Glaciología. Trata del agua en forma de hielo y que generalmente se la consideraba como formando parte de la Hidrología. Geotermia. Está muy relacionada con la Vulcanología, aunque es de concepto mas limitado. Estudia la temperatura de la Tierra y la acción de ella sobre los procesos físicos y químicos, así como la transmisión de calor. Geocosmogonia. Trata del origen de la Tierra. Geocronología. Se ocupa de la cronología de los acontecimientos geológicos (de la historia). La Geofísica Y Las Otras Ciencias Básicas Una de las ramas más recientes de la ciencia aplicada, la Geofísica Exploratoria, es en la actualidad un producto de varias disciplinas básicas tales como la Física, la Química y las Matemáticas. Las diversas técnicas de la prospección geofísica están basadas en varios principios físicos fundamentales, como son las leyes de la atracción gravitatoria y magnética, las cuales gobiernan en óptica la refracción y la reflexión (tal como se aplican a la prospección sísmica), los elementos de la electricidad y la teoría electromagnética. Aunque estos principios son bastante simples, en general es difícil su aplicación al estudio de los materiales pétreos, que rara vez son homogéneos y que con frecuencia ofrecen propiedades físicas complejas. Casi todos los métodos importantes de la prospección geofísica han sido desarrollados partiendo de las técnicas empleadas en un principio para el estudio, más o menos científico, de las características terrestres en gran escala. La prospección por gravedad se desarrolló después de que durante varias décadas habían sido llevadas a cabo mediciones con el péndulo para determinar la forma exacta de la Tierra, a base de las variaciones de la atracción gravitacional entre diferentes estaciones de observación. El método de refracción sísmica hace uso de los principios elaborados en los comienzos del siglo actual por los sismólogos de terremotos, que los pusieron a punto para desentrañar la estructura del interior de la Tierra. Los instrumentos magnéticos, que básicamente eran los mismos que los usados hoy en día para la prospección, hicieron posible levantar el mapa de algunos de los elementos magnéticos de la Tierra, en escala global, en tiempos tan antiguos como el siglo XVII. Hoy en día, la actividad de la exploración geofísica ocupa un volumen mucho mayor que la investigación básica de la física de la Tierra. La dependencia de la prospección geofísica de la labor científica que la ha precedido ha evolucionado hasta convertirse en una fructífera interdependencia entre las dos, y muchos de los aparatos y técnicas desarrollados para la exploración de petróleo y minerales han sido empleados ventajosamente en estudios científicos relativos a la estructura de la corteza terrestre y de su interior. Asimismo, la capacitación del personal dedicado a trabajos de exploración ha aportado un incentivo económico y ayuda al creciente volumen de investigación geofísica en las universidades. Historia Y Desarrollo De Los Métodos Geofísicos La Geofísica aplicada fue empleada por primera vez en la búsqueda de minerales magnéticos, en especial menas de hierro, y de ello hace ya varios siglos. Los métodos eléctricos fueron introducidos durante el siglo XIX para la busca de metales no nobles. El empleo de la Geofísica en la exploración petrolífera sólo tiene unos 35 años de antigüedad, pero el volumen de su actividad en este campo supera con mucho al de la Geofísica minera. Las técnicas de reflexión sísmica y por gravedad han sido las más utilizadas en la prospección petrolera, en especial la primera de ellas. Primeras Aplicaciones De La Geofísica A La Prospección Minera Aunque se sabe ya que en 1640 se empleaba el compás magnético en la prospección de minerales de hierro, hasta 1870 no se fabricó un instrumento especial para este fin. Se trataba del compás minero sueco de Thalen y Tiberg, que tenía la aguja magnética suspendida de manera que pudiera girar alrededor del eje horizontal y del vertical. El compás minero americano, introducido hacia 1860, era similar al instrumento sueco y fue empleado en Nueva Jersey, en 1880, para una investigación magnética. Más tarde, en el siglo XIX, se emplearon en Michigan formas modificadas de este instrumento. NESTOR VITULLI Geólogo 5 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 El aprovechamiento de las propiedades eléctricas de las rocas como base para la exploración minera fue propuesto por vez primera en 1815 por Robert Fox, quien descubrió que ciertos minerales están espontáneamente polarizados en el suelo. Carl Barus, un distinguido físico de la Brown University, llevó a cabo medidas de polarización en el filón Comstock, en Nevada, durante los años mil ochocientos ochenta y tantos. En 1913 este método fue empleado con éxito por Conrad Schlumberger para localizar un yacimiento de sulfuros, de interés comercial, en Bar. En 1893 se realizaron experimentos en la mina Quincy, de Michigan, para la localización de menas cupríferas utilizando las diferencias de conductibilidad eléctrica entre los filones y la roca local. Poco después de esto, Osborn levantó el mapa de las líneas equipotenciales sobre los depósitos de hierro y cobre en la región del Lago Superior. C. Schlumberger fue el primero en desarrollar técnicas prácticas para las prospecciones por resistividad y líneas equipotenciales, estudios que llevó a cabo entre 1912 y 1914. En 1912 comienza a orientarse el camino del descubrimiento de la prospección eléctrica del subsuelo, aplicada desde Superficie. En la reproducción se observa el primer camión de prospección eléctrica de superficie, el mismo pertenece a los hermanos Conrad y Marcel Schlumberger. La actividad de la prospección eléctrica desde 1915 ha estado limitada principalmente a los métodos de resistividad, potencial espontáneo, corrientes telúricas y electromagnéticos. Se introdujeron instrumentos magnéticos que todavía siguen empleándose hoy en la exploración minera, que son la brújula de declinación y el magnetómetro de Schmidt. La superbrújula de Hotchkins, que es un tipo de brújula de declinación más sensible, fue inventada en mil novecientos veintitantos. Los progresos más recientes en los instrumentos magnéticos son los magnetómetros discriminadores de flujo y los de resonancia nuclear, habiendo sido utilizados ambos principalmente en operaciones de prospección aérea, el primero desde 1945, y el segundo a partir de 1955. Schlumberger y Wenner desarrollaron técnicas de electrodos múltiples para medidas de resistividad que aún siguen en uso. Hacia 1925, Hans Lundberg desarrolló técnicas de inducción haciendo uso de señales eléctricas de alta frecuencia, que fueron aplicadas por Sundberg a investigaciones geolíticas en Suecia. Los métodos electromagnéticos fueron convertidos en aéreos hacia 1955, y recientemente han recibido nuevo impulso debido a algunos descubrimientos importantes de metales comunes en las provincias marítimas del Canadá hacia 1950. La mayor proporción, por lejos, de la actividad de la prospección geofísica ha estado dirigida a la busca de petróleo y gases, y sólo una pequeña fracción de la misma a la búsqueda de minerales sólidos. Y, sin embargo, los métodos geofísicos fueron empleados en la localización de minerales varios siglos antes de que existiera la industria petrolera. Aunque el campo total de la labor geofísica en la industria minera es pequeño en comparación con el de la industria del petróleo, las exploraciones geofísicas han efectuado algunos descubrimientos espectaculares de depósitos minerales. En el siglo pasado, durante la década del ’70, se han adaptado instrumentos detectores magnéticos, electromagnéticos y por radiactividad para realizar exploraciones aéreas que permiten mayor rapidez y eficacia. NESTOR VITULLI Geólogo 6 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 Existe un cierto número de razones que explican por qué la Geofísica tiene menos aplicación en la prospección minera que en la busca de petróleo y gas. En primer lugar, las propiedades físicas de muchas masas minerales no ofrecen grandes contrastes con las correspondientes propiedades entre la roca local con las que las rodea y, por lo tanto, hay muchos depósitos que, intrínsecamente, no resultan objetivos geofísicos prometedores. Además, y por término medio, las compañías mineras son menos importantes que las petrolíferas y muchas de ellas no pueden disponer del equipo necesario para la prospección geofísica, aun resultando la mayoría de las técnicas utilizadas en minería más económicas que las empleadas en la prospección del petróleo. Por la misma razón, la industria minera no ha estado en condiciones de sostener la investigación y desarrollo en la escala que sería necesaria para que la Geofísica alcanzase todo su potencial como instrumento eficaz para la exploración minera. La Geofísica En La Industria Petrolera Los dos tipos de medidas más utilizados en la prospección petrolera, el de gravedad y el sísmico, fueron empleados en su origen para fines totalmente diferentes. En 1887, Von Sterneck inventó un péndulo portátil para medir la gravedad terrestre en el campo que en aquel entonces, sólo se usó en estudios geodésicos para determinar la forma de la Tierra. Durante el período 1890 a 1902, el barón Roland von Eötvös, de Hungría, perfeccionó la balanza de torsión que lleva su nombre y demostró sus posibilidades como instrumento para la exploración geológica levantando el mapa del subsuelo de las montañas del Jura. Hacia 1915, Hugo de Boeckh indicó que la balanza de torsión podría servir para localizar domos o anticlinales con núcleos más ligeros o más pesados que las formaciones circundantes. En 1915 y 1916 fue llevada a cabo con éxito una investigación con la balanza de torsión en 100 estaciones sobre lo que era entonces un campo petrolífero con un solo pozo en Egbell, Checoslovaquia. Schweydar, en 1917, empleó el mismo instrumento para detallar el domo salino de Hanigsen, en el norte de Alemania y, casi en la misma época, E. S. Shaw propuso el empleo del péndulo para localizar domos salinos a lo largo de la Costa del Golfo, en los Estados Unidos. En 1918, Ising construyó el primer gravímetro adecuado para estudios geológicos. En 1922 se efectuaron las primeras exploraciones con la balanza de torsión en busca de petróleo en California y Texas, y el primer descubrimiento de un campo petrolífero por geofísicos recién tuvo lugar en 1924, cuando fue localizado el domo de Nash, en Texas. Durante la misma década le siguieron una espectacular serie de descubrimientos geofísicos de domos salinos, basados muchos de ellos en el uso combinado de la balanza de torsión y del sismógrafo de refracción. En 1932 fue empleado en trabajos de campo el péndulo, por la Gulf Research and Development Co., para investigaciones por gravedad. El primer gravímetro que daba una lectura directa de las diferencias de la gravedad fue empleada en 1935, y este aparato, debido a su mayor rapidez de funcionamiento, pronto desplazó a la balanza de torsión y al péndulo. Hacia 1939 se empleó por primera vez el gravímetro en la prospección submarina. Los primeros sismógrafos fueron utilizados para registrar terremotos, y en 1848 Robert Mallet propuso la creación de terremotos artificiales haciendo estallar pólvora para investigar las formaciones del subsuelo y el “fondo del gran océano”. Dos años más tarde construyó el primer equipo sismográfico (un recipiente con mercurio y un telescopio para observar y cronometrar la operación de ondas en la superficie del mercurio) y lo hizo utilizar para medir la velocidad del sonido (en realidad ondas superficiales) en el granito. Más de medio siglo después, L. P. Garret propuso el empleo de la refracción sísmica para localizar domos salinos, y en 1919 Ludger Mintrop, en Alemania, solicitó una patente del método de refracción para determinar la naturaleza y profundidad de las formaciones del subsuelo. En 1922, E. De-Golver subvencionó las primeras investigaciones por gravedad para la exploración petrolífera en México y la Costa del Golfo. La compañía alemana Seismos envió dos equipos a dichas zonas para localizar domos salinos, y en 1924 un equipo de dicha compañía. al servicio de la Gulf Oil Corporation, descubrió el domo de Orchard, en Texas, con el método de explosiones en abanico. De 1924 a 1930 hubo una intensa campaña con este método para localizar domos salinos someros en la Luisiana y Texas (ver interpretación de refracción). Para 1930 ya habían sido descubiertos, por así decirlo, todos los domos salinos de la Costa del Golfo lo suficientemente someros para ser localizados por este método. El método de refracción fue introducido en 1928 en el Oriente Medio por la D'Arcy Exploration Co. (compañía auxiliar de la que es ahora la British Petroleum Co. de Ingraterra) que lo utilizó con éxito en Irán durante cerca de veinte años. NESTOR VITULLI Geólogo 7 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 El método de reflexión sísmica tuvo sus comienzos con la sonda sónica de Reginald Fessenden para determinar la profundidad de las aguas y localizar los iceberg. Durante los años 1919 a 1921, J. C. Karcher inventó y perfeccionó un sismógrafo de reflexión y lo empleó con éxito en Oklahqna para detallar el flanco de un domo conocido. La explotación comercial de esta técnica no empezó basta 1927, en que fue empleada por la Geophysical Research Corporation para descubrir el campo Maud en Oklahoma. Hacia 1932 ó 1933, este método fue el más usado de todas las técnicas geofísicas, preponderancia de la que aún sigue disfrutando. Con la finalización de la Segunda Guerra Mundial, el método sísmico fue aplicado en las aguas litorales del Golfo de México y desde entonces la actividad sísmica marina ha seguido aumentando tanto en el Golfo como en California, Golfo Pérsico, Venezuela, Argentina y otras partes del mundo. Hacía 1950 fue aplicado a la exploración sísmica un nuevo medio de registro, la cinta magnética y para 1956 ya se habían fabricado suficiente número de unidades de este tipo para equipar a la mitad de los equipos sismógrafos del mundo. Hacia 1925, los primeros equipos geofísicos que, empleando la balanza de torsión y el sismógrafo de refracción, buscaban domos salinos someros en la Costa del Golfo de los Estados Unidos y México, tuvieron un éxito espectacular. Cada año fueron descubiertos docenas de campos petrolíferos asociados a domos de este tipo, y en 1930 eran ya pocos los que quedaban por descubrir. No existen datos estadísticos relativos a la cantidad de petróleo encontrada por los geofísicos como resultado de esta campaña. En el cuarto de siglo transcurrido entre 1980 y 1955, la Geofísica proporcionó 22.500 millones de barriles de petróleo y 134 billones de pies cúbicos de gas natural, sólo en los Estados Unidos, lo que representa entre un tercio y la mitad de todos los hidrocarburos descubiertos en dicho país durante tal período. A partir de 1937, fecha en que empezó a disponerse de las primeras estadísticas, uno de cada seis pozos de cateo localizados por geofísicos había llegado a ser comercialmente productivo. Esto podría parecer un pobre éxito de los geofísicos, hasta caer en la cuenta de que, de cada veinte pozos localizados sin ayuda técnica, sólo uno había resultado productivo. En los pozos localizados por la Geología, pero no por la Geofísica, la proporción de éxitos había sido de uno a diez. Al valorar estas cifras, no hay que olvidar que la Geología sola puede ser más eficaz y económica que la Geofísica en algunas zonas, y que lo contrario puede ser cierto en otras. Así pues, los dos métodos no deben considerarse como competidores, sino como complementarios uno de otro. Mientras la proporción entre los descubrimientos de nuevos campos y los pozos improductivos se mantuvo virtualmente constante en las prospecciones de cateo efectuadas por geofísicos, el tamaño medio de los yacimientos individuales en los Estados Unidos había venido bajando constantemente desde 1938. Los grandes yacimientos fáciles de descubrir por Geofísica habían sido ya encontrados en su mayoría y, por lo tanto, la industria se dispuso a realizar perforaciones en plan más modesto en vista de que los buenos pozos comenzaban a escasear. Por lo tanto, se requería un mayor número de equipos geofísicos para localizar cada año el mismo número de barriles, de modo que el coste de exploración por barril aumentó. Muchas compañías petroleras han hecho frente a este problema extendiendo sus operaciones fuera de los Estados Unidos y del Canadá, aplicando métodos geofísicos a zonas donde no habían sido empleados con anterioridad. Otras se han concentrado en la exploración en aguas litorales, especialmente en el Golfo de México, donde los geofísicos han logrado notables éxitos, tanto en el porcentaje de pozos de cateo abiertos en nuevos campos (uno por cada 2,5 hasta 1956) como en el tamaño de los yacimientos descubiertos. Pero, como las operaciones fuera del país resultan bastante costosas, y con frecuencia presentan riesgos políticos, en tanto que el arrendamiento y producción en aguas litorales son muy caros, no parece que exista gran peligro de que la exploración geofísica del petróleo en zonas terrestres de los Estados Unidos y de Canadá tienda a disminuir en un futuro predecible. Registro Geofísico El empleo de instrumentos geofísicos para obtener registros continuos en los sondeos fue introducido en Francia por C. y M. Schlumberger, hacia 1929, el ser puesto a punto el registro por resistividad. Las técnicas de electrodos múltiples para medir las resistividades del suelo sobre la superficie fueron adaptadas para ser utilizadas en los pozos de sondeo, y estas medidas fueron combinadas con las simultáneas de potencial espontáneo para obtener una información más completa de la litología de las perforaciones. En realidad, todos los pozos que se perforan en busca de petróleo son registrados eléctricamente como procedimiento operatorio de rutina. NESTOR VITULLI Geólogo 8 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA En Paris los talleres y oficinas de Schlumberger se agrandaron enormemente. En 1929, la dotación paso de 58 a 95 personas, de los cuales 53 eran ingenieros. Aquí se observan operaciones de perfilaje en 1932. Unidad 1 Patente de invención de un equipo sónico. Aunque antes de 1909 ya se tenían noticias de dos exploraciones por radiactividad en perforaciones, la primera publicación sobre registro continuo por radiactividad fue la de Howell y Frosch en 1939. Otras publicaciones de 1940 reflejaban un aumento de actividad en el desarrollo de las técnicas de registro por rayos gamma hacia aquella época, y el registro con neutrones fue desarrollado por Fearon entre 1938 y 1940. En la década siguiente las técnicas de registro por radiactividad fueron perfeccionadas basta el punto de que en la mayoría de las zonas casi son las más usadas como registros eléctricos. En 1951 apareció el registro continuo de velocidad que proporciona información útil para la interpretación de los registros sísmicos y ayuda también a la correlación e identificación de las formaciones del subsuelo de la misma manera que los registros eléctricos. Importancia De La Prospección Geofísica En Geología Consultas Bibliográficas La prospección geofísica es una rama tan reciente de la tecnología que su bibliografía no aparece tan diseminada como la de otros campos técnicos. En relación a la Geofísica aplicada sólo se han escrito unos cuantos libros de texto y de referencias, y la mayoría de los trabajos originales han sido publicados en muy pocas revistas. Esta concentración de materiales simplifica el problema de acceso a la información publicada, problema muy agudizado en los campos de la química y física nucleares. El primer libro sobre prospección geofísica fue el de Ambronn, publicado en alemán en 1926 y traducido al inglés en 1928. El libro de Eve y Keys, referente a la Geofisíca en la exploración minera, apareció en 1929, y del mismo se han publicado tres ediciones, la más reciente en 1954. En 1940, Heiland y Jakosky dieron a conocer libros de referencia, cada uno de ellos dedicado a la prospección petrolera y mineral, y en 1950 se publicó una edición revisada y ampliada del libro de Jakosky. En 1940 hizo también su aparición el libro de texto de Nettleton sobre prospección geofísica del petróleo, y doce años más tarde fue publicado el libro de Dix sobre prospección sísmica, que fue el primer libro en inglés dedicado a un solo método geofísico. A mediados de siglo, Rothé y Rothé publicaron una obra de texto en dos volúmenes, muy completa y en francés, sobre prospección geofísica, y casi al mismo tiempo Cagniard compuso un breve trabajo, también en francés, destinado principalmente a lectores no técnicos. La revista más importante en inglés sobre prospección geofísica es Geophysics, que se viene publicando desde 1936 por la Society of Exploration Geophysicists (SEG), y en la que han aparecido la NESTOR VITULLI Geólogo 9 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 mayoría de los trabajos de los autores americanos y canadienses. Esta Sociedad, en 1955, publicó en tirada aparte un índice muy completo y útil de esa y otras publicaciones de la SEG. A partir de 1953, la European Association of Exploration Geophysicists viene publicando la GeophysícaI Prospecting, con trabajos en inglés, alemán y francés; así pues, la mayoría de los trabajos han sido publicados en inglés. Durante la primera fase del desarrollo de las técnicas de prospección geofísica, el American Institute of Mining Metallurgical and Petroleum Engineers (AIMME) publicó numerosos trabajos sobre el tema en sus Transactions y los reimprimió en cinco libros titulados «Geophysical Prospecting», o «Geophysics», aparecidos a intervalos irregulares entre 1925 y 1945. La mayor parte se refería a geofísica minera, pero un lote de ellos, en especial los trabajos publicados antes de 1936, se referían a los métodos de prospección petrolera. Hay que hacer mención de tres publicaciones especiales de la Society of Exploration Geophysicists. Durante varios años anteriores a la aparición de Geophysics, la Sociedad subvencionó la publicación de trabajos en otras varias revistas, tales como el Bulletín of the AAPG (Asociación Americana de Geólogos Petroleros), trabajos que fueron reimpresos en 1947 en una colección titulada «Early Geophysical Papers». Esta sociedad ha publicado dos volúmenes de historias de casos geofísicos: «Geophysical Case Histories, vol. I», editada por L. L. Nettleton en 1949, y «Geophysical Case Histories, vol. II», editada por Paul Lycns en 1956. Con pocas excepciones, las historias contenidas en ambos volúmenes están dedicadas a la prospección petrolera. En la mayoría de estos trabajos se pasa revista al descubrimiento de varios campos petrolíferos y se presentan mapas geofísicos y perfiles obtenidos con anterioridad a los descubrimientos, junto con los mapas y perfiles geológicos basados en perforaciones posteriores. En la actualidad esta asociaciones siguen editando sus revistas y además las mismas pueden ser visitas con sus sitios en Internet. Objeto De La Prospección Geofísica La finalidad de las prospecciones geofísicas es detectar y localizar cuerpos y estructuras geológicas del subsuelo y, si es posible, determinar sus dimensiones y con frecuencia alguna de sus propiedades físicas. En trabajos de ingeniería la información acerca de la estructura interesa normalmente en función de su relación con el problema construcción propuesto, pero también puede resultar interesante la determinación de las propiedades mecánicas del subsuelo. Por ejemplo, si una zona va a tener que soportar cargas importantes, será de gran utilidad el conocimiento de las propiedades físicas (elásticas y plásticas de los materiales del subsuelo). En prospección puede necesitarse el conocimiento de las estructuras por la conocida asociación de éstas con minerales de valor económico; un ejemplo típico de esto es la concentración de petróleo en anticlinales de rocas sedimentarias. El procedimiento en geofísica minera es sin embargo, algo diferente ya que las mineralizaciones con frecuencia presentan características que fácilmente se pueden medir y reconocer por técnicas geofísicas, pero suelen tener formas irregulares y encontrarse en rocas de estructuras complejas. El interés radica por lo tanto mas en su detección y en la determinación de sus propiedades físicas que en la exacta interpretación cuantitativa. Normalmente una prospección geofísica consiste en la ejecución de una serie de medidas sobre la superficie del terrero o en el aire paralelamente a ella pero a veces estas medidas se hacen a lo largo de un sondeo. En esencia las mediciones consisten en determinar las variaciones en el espacio o en el tiempo de uno o varios campos de fuerzas. El valor de estos campos viene determinado, entre otros factores, por la naturaleza de las estructuras del subsuelo y por lo hecho de que las propiedades físicas, o al menos una de ellas, de las rocas varia ampliamente de una zonas a otras. Con frecuencia, las discontinuidades físicas corresponden a limites geológicos, por lo que numerosos problemas estructurales se reducen a la interpretación de los campos medidos en superficie en función de la firma de estas discontinuidades. Evidentemente, la mayor o menor facilidad de efectuar esta interpretación dependerá de la forma considerable del grado del contraste de las propiedades físicas de las rocas presentes en la estructura que se investiga, y la elección del método se hará en función de cuál sea la propiedad física que dentro de la estructura, ofrezca mayores contrastes. Sin embargo, no es éste el único factor que hay que considerar a la hora de elegir un método de prospección geofísica, ya que algunas técnicas se prestan mas que otras a una interpretación cuantitativa, por lo que la elección del método puede hacerse mas por la necesidad de una mayor precisión en la interpretación, aun cuando esto implique trabajar con magnitudes físicas que presenten menores contrastes entre sus valores. NESTOR VITULLI Geólogo 10 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 Las propiedades de las rocas de las que se hace mas uso en prospección geofísica son: densidad, susceptibilidad magnética, elasticidad y conductividad eléctrica. También se emplean aunque en menor proporción, otras propiedades como la radioactividad. Toda masa ejerce un efecto gravitatorio, por lo que, lógicamente los cambios laterales en la densidad del subsuelo producirán variaciones pequeñas, pero a menudo detectables, de la gravedad medida en superficie. Del mismo modo muchas rocas son ligeramente magnéticas, con frecuencia tienen una imanación ó magnetismo remanente y otra inducido por el campo magnético terrestre. Las diferencias en la intensidad de imanación de las rocas debida a diferencias de susceptibilidad, así como las variaciones en la dirección e intensidad de la imanación remanente, producen cambios en el campo magnético terrestre que pueden medirse en superficie. Por estos motivos, resulta posible sacar conclusiones acerca de la estructura del subsuelo a partir del conocimiento de la variación espacial en superficie del campo gravitatorio o magnético. Desgraciadamente los métodos gravimétrico y magnético de prospección tienen una importante limitación: en teoría existen un sin numero de estructuras con capacidad de producir la misma respuesta en superficie. Sin embargo, en la practica normalmente se dispone de alguna información geológica de la zona que combinada con los datos geofísicos, con frecuencia permite eliminar, al menos en parte, la indeterminación de la solución. Conviene señalar que en cualquiera de estos métodos, no es necesario conocer los valores absolutos de los campos magnéticos o gravimétrico sino sólo la perturbación que en tales campos produce la estructura. Tal perturbación se conoce como anomalía. Los métodos de prospección gravimétrico y magnético estudian campos de fuerzas naturales. Por su parte, los métodos sísmico y eléctrico (incluido el electromagnético) estudian las propiedades elásticas y eléctricas de las rocas, y necesitan de la introducción de energía en el terreno. Como en estos métodos la energía hay que generarla artificialmente, es posible variar la distancia entre la fuente y el receptor, lo que se traduce en la posibilidad de interpretar las medidas de forma unívoca y más detallada que en los métodos de campo natural. En los métodos eléctricos, la corriente continua o de baja frecuencia se introduce al terreno por medio de electrodos. En ellos se determina la forma e intensidad del campo del flujo de corriente en la superficie que dependen, entre otras variables, de la distribución de resistividades en las rocas del subsuelo. Cuando se utiliza corriente continua, o alterna de baja frecuencia y ésta se aplica directamente al terreno que puede presentarse como una resistencia. La energía eléctrica también puede introducirse al terreno por inducción, esto es, haciendo circular una corriente de frecuencia más elevada (de unos cuantos cientos o miles de ciclos por segundo) a través de una bobina que no está conectada directamente al terreno. En este método, llamado electromagnético, el campo de la bobina emisora puede sufrir alteraciones en amplitud, dirección o fase a causa de los conductores del subsuelo, y esta alteración se mide por medio de una bobina receptora y circuitos auxiliares. De todos los métodos de prospección, el sísmico es el que hasta el momento se ha desarrollado más y el que mayor información puede suministrar. Como las rocas tienen propiedades elásticas y densidades diferentes unas a otras, las ondas elásticas se propagan con distintas velocidades a través de ellas y son reflejadas y refractadas en las interfaces que separan dos de ellas de distintas propiedades. Así, una onda elástica originada en la superficie por un impulso, tras reflejarse y refractarse en parte regresa a la superficie, y a partir del conocimiento de su tiempo de llegada a gran número de puntos, pueda obtenerse una valiosa información acerca de la posición de las interfases. Dos son las técnicas empleadas: una basada en el estudio de la onda reflejada y otra en el de la refractada. La elección del método que se debe emplear en cada caso concreto normalmente no encierra mayores dificultades. En zonas de subsuelo estratificado, siempre que no sea de estructura muy compleja, los métodos sísmicos tienen una ventaja considerable con gran diferencia, la información que dan es más detallada, precisa e inequívoca que la suministrada por cualquier otro método. Sin embargo, en trabajos a pequeña escala y si las estructuras son sencillas, es preferible utilizar métodos eléctricos, ya que permiten determinar satisfactoriamente la forma del subsuelo, aunque no tan exactamente como empleando métodos sísmicos, y son más sencillos, quizás dos veces más rápidos y, consecuentemente, más económicos. En minería, donde lo que se buscan son menas, con frecuencia las estructuras son demasiado complejas para emplear los métodos sísmicos de prospección. En estos casos, dado que las propiedades físicas de las menas difieren mucho de las del medio que las rodea, su detección se hace por métodos eléctricos, magnéticos e incluso gravimétricos. Con frecuencia su interpretación es sólo semicuantitativa como máximo, debido a que su forma es compleja y a que sus propiedades físicas varían notablemente de NESTOR VITULLI Geólogo 11 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 unos puntos a otros de la mena. A pesar de todo, a menudo se puede obtener información sobre su tamaño, forma y calidad. En algunas ocasiones, un mismo problema se estudia por más de un método prospectivo. Así, por ejemplo, en investigaciones petroleras suelen hacerse estudios previos aeromagnéticos y gravimétricos de la zona, con objeto de acotar las zonas favorables que posteriormente se estudiarán por métodos sísmicos. Al mismo tiempo, la combinación de los resultados de la interpretación de dos métodos de prospección distintos. referentes a una misma zona, permite eliminar falsas soluciones sin necesidad de efectuar una nueva investigación más detallada, o disminuye el margen de variabilidad de soluciones. Una vez que se ha decidido el método o métodos que se va a emplear, se elige el equipo conveniente para el trabajo. A continuación debe considerarse el número de datos que debe tomarse para poder efectuar posteriormente una interpretación correcta. El número mínimo de medidas que tienen que efectuarse viene determinado por el objeto buscado en el trabajo y, hasta cierto punto por el presupuesto económico de que se disponga. Por ejemplo, el espaciado máximo entre estaciones válido en una prospección para detectar huecos de unos 15 m de ancho en la superficie de la roca firme, puede ser insuficiente para estudiarlos con detalle desde el punto de vista de la ingeniería. Otro problema fundamental que hay que considerar es el de los errores y el "ruido". Independientemente de los errores puramente instrumentales, cualquier medición está sometida al efecto de variaciones locales pequeñas y circunstanciales de las propiedades del subsuelo (lo que constituye el llamado "ruido geológico"). Cuando este ruido no es despreciable respecto del valor observado de la anomalía, el espaciado de las estaciones debe ser menor si se quiere determinar la anomalía a partir de ellas. Con frecuencia el ruido geológico es el que decide, más que los factores instrumentales, la detección de un objeto o estructura. Aún cuando el problema de este ruido no es de importancia decisiva, no puede despreciarse, y a causa de esto las interpretaciones basadas únicamente en medidas efectuadas a lo largo de perfiles con gran espaciado entre ellas, pueden ser muy poco fiables. Normalmente este espaciado se fija de forma que sea posible establecer la correlación entre las distintas estaciones, lo que permite eliminar la ambigüedad de la interpolación entre ellas. Únicamente cuando la estructura geológica del subsuelo es sencilla es posible efectuar una interpretación exacta e inequívoca de las medidas geofísicas, pero aun en estos casos no se consigue siempre. Por ejemplo, un caso a primera vista sencillo, puede ser la determinación por métodos eléctricos de la profundidad a la que yace la roca firme bajo un recubrimiento de materiales no consolidados, problema que en principio parece reducirse a determinar la posición de la interfase que separa dos medios de diferente conductividad eléctrica. Sin embargo, el problema puede ser de muy difícil e inexacta resolución a causa de la falta de homogeneidad del recubrimiento, de, incluso, ligeras variaciones en su litología, del tamaño del grano y del grado de humedad, todos ellos factores capaces de originar marcados cambios en la conductividad. En estas condiciones el problema deja de ser la determinación de una sola interfase para convertirse en otro en el que existen muchas, algunas de las cuales no serán lateralmente indefinidas. Por este motivo, los métodos interpretativos basados en suposiciones previas acerca de la forma de la estructura carecen de valor y, en algunos casos, la complejidad de la estructura puede ser tal que imposibilite la obtención de la solución. Realmente, los recubrimientos no son totalmente homogéneos casi nunca, pero todos los métodos interpretativos tienen validez si las faltas de homogeneidad no son muy acusadas. La dificultad principal radica en darse cuenta, preferiblemente con anticipación o en una interpretación previa, de que lo aparentemente sencillo es en realidad complejo. Cuando de antemano se conoce que las estructuras de una zona son muy complejas, la utilización de métodos geofísicos sólo puede justificarse por la imposibilidad de hacer perforaciones, y en estos casos se necesita gran cantidad de tiempo, trabajo y hasta dinero para obtener un estudio completo y detallado de la zona en cuestión. Una investigación geofísica exhaustiva puede resultar rentable cuando se trata de buscar minerales útiles. Esto sucede, por ejemplo, en la prospección petrolera por métodos sísmicos, en la que se buscan estructuras situadas a gran profundidad (lo que elimina la posibilidad de hacer el estudio por medio de perforaciones, dado su enorme costo) y que con frecuencia se ve acompañado por el éxito. Las técnicas que se utilizan para resolver este problema están muy desarrolladas por lo que normalmente puede obtenerse una información exacta e inequívoca. La elección se hace más difícil cuando la geofísica se aplica a la resolución de problemas mineros, de ingeniería o búsqueda de agua subterránea a poca profundidad, donde este tipo de problemas no pueden desecharse "a priori" la posibilidad de efectuar perforaciones, pues aunque son más costosas que NESTOR VITULLI Geólogo 12 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 los métodos geofísicos y suministran datos más seguros y exactos. En estas condiciones, el empleo de métodos geofísicos dependerá en gran parte de la complejidad de cada problema concreto. Por desgracia, con frecuencia se recurre a los métodos geofísicos cuando las perforaciones fracasan a causa de la complejidad del problema, e investigaciones que podrían realizarse económicamente por métodos geofísicos con perforaciones de apoyo, resultan muy costosas por el empleo intenso de perforaciones. Todos los métodos geofísicos de prospección petrolífera, así como muchos métodos de prospección mineral, están encaminados a localizar estructuras geológicas favorables para depósitos de valor comercial; pero estos métodos pueden no ser capaces de encontrar directamente los depósitos. Cuando el petróleo se encuentra retenido en trampas estructurales, estos métodos suelen resultar satisfactorios, pero si se trata de acumulaciones estratigráficas, son a veces difíciles, y con frecuencia poco probable, de localizar geofísicamente. Lo que se requiere es una técnica geofísica que descubra directamente el petróleo en el suelo; pero, no obstante las reivindicaciones que de vez en cuando aparecen en las revistas, no existe prueba fehaciente de que se haya dado con una técnica semejante. Sin embargo, y al menos para ciertos tipos especiales de acumulaciones, algunos procedimientos geofísicos y microbiológicos parecen prometedores. En la exploración petrolera, el método más empleado es el de reflexión sísmica, siguiendo en este orden, el gravitacional, refracción sísmica y los magnéticos. En los métodos de reflexión se usa muy a menudo el método de refracción para la determinación de la capa meteorizada (weathering) y de las velocidades superficiales, las que son utilizadas para la corrección estática. En el hemisferio oriental se utiliza a veces en la búsqueda del petróleo una técnica eléctrica, la de la prospección mediante corrientes telúricas. En la prospección minera, las técnicas más corrientes son la magnética, eléctrica y radiactiva, si bien, y ocasionalmente, se utilizan los métodos sísmicos y gravitacionales. Así a todos los métodos geofísicos exceptuando el sísmico, se los pueden denominar “el otro cinco por ciento”. Esto es porque los métodos sísmicos y sus asociados de procesamiento de datos cuentan con el 95% de los gastos totales de la exploración geofísica para petróleo, así que cual quiera sea la aplicación hecha para los métodos magnéticos y gravimétricos saldrá de "el otro cinco por ciento". Esto no significa que esos métodos hagan una contribución proporcionalmente pequeña al esfuerzo general de la exploración. Con motivo de la relativamente rápida velocidad de progreso en el campo, especialmente para la magnetometría aérea o aerotransportada, el área total cubierta por reconocimientos gravitatorios y magnéticos puede ser mayor que la cubierta por la sísmica de mayores gastos. Como una regla grosera el costo relativo por unidad de área de trabajos de campo de magnetismo, gravedad y sísmica con procesamiento de datos, está en una relación de 1 a 10 y a 100 Clasificación De Los Métodos Prospectivos Y Sus Aplicaciones Desde el comienzo de la exploración geofísica en la industria petrolera, en los años 1920, se han utilizado tres principios básicos es decir: la medición de pequeñas variaciones del campo magnético, la medición de pequeñas variaciones del campo gravitatorio y la medición del tiempo de propagación de las ondas elásticas a través de la tierra. Estos tres y casi solamente estos tres principios básicos son las bases de prácticamente todo el trabajo geofísico realizado hasta la época presente. Por supuesto que debe sumársele el método eléctrico utilizado para perfiles de pozos o para la búsqueda de aguas subterráneas. Se han concebido muchos otros métodos y han sido ensayados en el campo de manera limitada pero ninguno ha persistido en extensión tal que las operaciones de campo fueran realizadas en una escala comparable a la de los tres métodos primarios enunciados arriba. El método sísmico por supuesto comúnmente es mucho más directo en su relación a la geología que los métodos potenciales. Las zonas de reflexión u horizontes frecuentemente se correlacionan directamente con las capas geológicas y dan mediciones relativamente acertadas de su profundidad y su forma. En muchos casos sin embargo las correlaciones con la geología pueden ser inciertas o engañosas. En tales casos los datos gravimétricos y magnéticos pueden contribuir por el establecimiento de límites sobre posibles correlaciones y proveer información litológica. Hasta cierto grado el dominio y la ocasional sobre aplicación del método sísmico se puede atribuir a la relativa simplicidad de los principios básicos aplicados. El concento de iniciar una perturbación cerca de la superficie, detectar la señal que retorna de la capa reflectora y determinar la profundidad de tal NESTOR VITULLI Geólogo 13 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 capa, conociendo la velocidad de propagación de la onda es muy simple. Por la otra parte los métodos magnéticos y gravitatorios son ambos métodos potenciales y dependen de la "acción a distancia". Esto significa que a medida que las mediciones se hacen más y más alejadas de los contrastes perturbadores anómalos de magnetismo o densidad, el efecto se torna más y más atenuado y suavizado de manera tal que los detalles son menos evidentes. El efecto es un poco parecido al de la cobertura de la rugosidad de los objetos u otras irregularidades de la superficie de la tierra por una pesada nevada. Los rasgos sobre la tierra que son inmediatamente reconocibles bajo una cobertura delgada de nieve se hacen más y más redondeados a medida que la nieve es más espesa hasta que su efecto se manifiesta solamente como una protuberancia redondeada sobre la superficie. Aún un cuerpo tan grande como un automóvil puede estar cubierto en tal extensión que no sea inmediatamente reconocible como tal sin tener información adicional. Por ejemplo una serie de esas tales protuberancias o gibas redondeadas en una línea a lo largo del costado de una calle deberían reconocerse como automóviles estacionados a lo largo del cordón. La discriminación entre ellos será difícil, se podrá distinguir un Fiat 600 de un utilitario pero no un Ford de un Chevrolet. De una manera algo similar la interpretación de reconocimientos magnéticos y gravimétricos es inherentemente ambigua y cualquier control cuantitativo acerca de la naturaleza del cuerpo que causa la perturbación debe provenir de información adicional. Tal información puede provenir de, contactos de perforación, resultados sísmicos o limitaciones geológicas razonables. A despecho de tales ambigüedades y pérdidas de precisión los reconocimientos sísmicos y magnéticos pueden imponer límites muy definidos a la interpretación geológica y por ello realizar contribuciones especificas y útiles al cuadro general de la exploración. Método De Reflexión Sísmica Con esta técnica se llega a reconstruir la estructura del subsuelo haciendo uso de los tiempos requeridos por una perturbación sísmica engendrada en el suelo por una energía determinada (explosión de dinamita próxima o sobre la superficie, golpeadores, vibradores, cañones de aire, etc.) para volver a ésta después de ser reflejada en las formaciones mismas. Las reflexiones son registradas por instrumentos detectores (geófonos o hidrófonos) colocados sobre el suelo, cerca de la fuente de energía, que responden a los movimientos del suelo. Las variaciones en los tiempos de reflexión de un lugar a otro de la superficie indican posiciones estructurales de las rocas del subsuelo. Las profundidades hasta las superficies reflectoras son determinadas a base de los tiempos y la velocidad de la zona. La técnica de reflexión proporciona más información estructural y mejor que cualquier otro método geofísico, pero presenta la desventaja de que es más lenta y costosa que la mayoría de los restantes métodos. Además, son muchas las regiones donde las reflexiones sólo pueden obtenerse con grandes dificultades. En la actualidad se encuentra en pleno apogeo la adquisición sísmica 3D y 4D (con parámetro en el tiempo), donde prácticamente no hay yacimiento de hidrocarburos en el mundo que no tenga un registro 3D. La adquisición sísmica 4D es más limitada y se la realiza en los yacimientos donde se encuentra avanzada su recuperación secundaria o terciaria. Comparando los parámetros sísmicos de una 3D con otra adquisición 3D a posteriori se puede observar el avance del vapor o el agua de inyección en una recuperación del yacimiento. Método De Refracción Sísmica En este método los instrumentos detectores se disponen a cierta distancia del punto de explosión, que debería ser mayor en comparación con la profundidad a que se encuentre el horizonte objetivo. Las ondas explosivas recorren grandes distancias horizontales a través del suelo y hacen uso de una de las leyes de Snell, del ángulo critico. El tiempo requerido para su desplazamiento informa acerca de la velocidad y profundidad de ciertas formaciones del subsuelo. El método de refracción proporciona datos de la velocidad en las capas refractantes que, con frecuencia, permiten al geólogo, luego de una interpretación, identificarlas o especificar las velocidades y el espesor de las capas involucradas. Por lo general, este método hace posible cubrir una zona dada en menos tiempo que con el método de reflexión. Puede ser muy utilizado para la localización de capas bien consolidadas en la construcción de diques o puentes. Método Por Gravedad NESTOR VITULLI Geólogo 14 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 En la prospección por gravedad se miden las pequeñísimas variaciones que en la atracción gravitatoria ejercen las rocas emplazadas en los primeros kilómetros por debajo de la superficie del suelo. Los diferentes tipos de rocas tienen densidades diferentes y las rocas más densas ejercen mayor atracción gravitacional. Si las rocas más densas están arqueadas hacia arriba, formando una elevación estructural, tal como un anticlinal el campo gravitatorio terrestre será mayor sobre el eje de la estructura que a lo largo de sus flancos. Por otra parte, un domo salino que es menos denso que las rocas en las que está intruido, puede ser descubierto gracias a los bajos valores de la gravedad que normalmente son registrados sobre el mismo. Las anomalías de la gravedad buscadas en la exploración petrolífera pueden representar tan sólo una millonésima, y hasta una diez millonésima parte del campo total terrestre. Por esta razón, los instrumentos empleados han de ser extremadamente sensibles por lo que los gravímetros modernos permiten descubrir variaciones de la gravedad hasta de una cienmillonésima del campo terrestre. En la actualidad las lecturas de gravedad pueden realizarse mediante helicópteros o aviones con excelente precisión. Método Magnético La prospección magnética determina las variaciones del campo magnético terrestre atribuibles a cambios de estructura, o a la susceptibilidad magnética de algunas rocas próximas a la superficie. Las rocas sedimentarias presentan, en general, una susceptibilidad muy pequeña en comparación con las ígneas o metamórficas, y la mayoría de las exploraciones magnéticas están encaminadas a levantar el mapa de la estructura sobre o dentro del basamento, o a descubrir directamente minerales magnéticos. El método magnético resultaba útil para la búsqueda de petróleo cuando la estructura de las capas sedimentarias petrolíferas estaban regida por características topográficas tales como crestas o fallas sobre la superficie del basamento. Las anomalías magnéticas a partir de la parte superior del basamento pueden aportar información relativa a la estructura de las capas superiores. Sucede con frecuencia que resulta difícil distinguir las anomalías magnéticas debidas a la topografía del basamento de las que son consecuencia de cambios laterales en la composición de la roca del basamento, y esta ambigüedad limita la eficacia del método. La mayor parte de la prospección magnética se realiza en la actualidad con instrumentos montados en aviones. Métodos Eléctricos Existen varías técnicas geofísicas destinadas a detectar anomalías en las propiedades eléctricas de las rocas, tales como la conductibilidad, autopotencial y respuesta a la inducción. A base de estas anomalías puede resultar posible localizar minerales que ofrezcan características eléctricas distintivas, o levantar características estructurales asociadas a yacimientos de petróleo o de minerales. El método de resistividad se emplea para determinar variaciones laterales o verticales de la conductibilidad en el interior del suelo, y se utiliza con frecuencia para medir la profundidad a que se encuentra la roca firme en conexión con proyectos de ingeniería civil, dado que, normalmente, existe un gran contraste entre la conductibilidad de la roca firme y los materiales no consolidados que la cubren. El método de corrientes telúricas aprovecha como fuente las corrientes terrestres naturales en lugar de corrientes engendradas artificialmente e introducidas en el suelo. El método autopotencial se utiliza para detectar las presencias de ciertos minerales que reaccionan con electrólitos del suelo, engendrando potenciales electroquímicos. Una masa de sulfuros que aparezca más oxidada a poca profundidad que a gran profundidad engendrará potenciales de este tipo que pueden ser registrados por electrodos situados en la superficie. Los métodos electromagnéticos detectan anomalías en las propiedades inductoras de las rocas del subsuelo. Se introduce en el suelo una corriente alterna, por lo general de alta frecuencia, y sobre la superficie o en el aire se miden la intensidad y el defasaje de los potenciales inducidos por las rocas enterradas. Muchas menas de metales comunes engendran corrientes inducidas de intensidad muy superior a las de las rocas circundantes. Prospección Por Radiactividad NESTOR VITULLI Geólogo 15 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 La actual necesidad de encontrar primeras materias fisionables para ser usadas en los reactores nucleares ha determinado en la prospección del uranio un auge único en la historia de la exploración minera. La mayor parte de esta actividad ha implicado el empleo de instrumentos geofísicos, es decir, de detectores de radiaciones como los contadores Geiger o escintilómetros. El bajo costo de algunos de estos aparatos ha dado como resultado una labor geofísica, algo así como de fin de semana, una pequeña parte de la cual ha tenido éxito satisfactorio. Gran parte de la exploración del uranio ha sido realizada desde aviones, con empleo de escintilómetros especialmente adaptados para este uso. De todos los métodos geofísicos, los de radiactividad son los que tienen la menor penetración, puesto que dichas radiaciones son absorbidas por menos de noventa centímetros de tierra que cubre el material radiactivo. Registro En Pozos Esta técnica geofísica, muy empleada por cierto, implica la exploración del suelo con instrumentos bajados a pozos cuyas lecturas son registradas en la superficie. Entre las propiedades de las rocas que son registradas de ordinario, figuran la resistividad eléctrica, autopotencial, producción de rayos gamma (naturales y en respuesta al bombardeo con neutrones), densidad, susceptibilidad magnética y velocidad acústica. Los geólogos hacen más uso de varios de estos registros que de otros tipos de datos geofísicos. Actividad Geofísica En la Argentina. Para dar una idea de la actividad geofísica, en la industria petrolífera tomaremos los conceptos aportados en “La exploración de Petróleo y Gas en la Argentina: el aporte de YPF”. Las principales herramientas de exploración que se utilizaron en la cuenca del Golfo San Jorge durante la primera etapa de explotación de los yacimientos fueron los estudios de geología de superficie, la información aportada por los pozos y los sondeos estratigráficos realizados expresamente para obtener información del subsuelo. La introducción de métodos geofísicas fue un avance significativo para la búsqueda de nuevos yacimientos. La exploración geofísica cubrió el territorio nacional en su totalidad, con campañas gravimétricas y magnetométricas primero, y después con métodos sísmicos a escala creciente. Las primeras menciones de las tecnologías geofísicas aparecieron en la literatura técnica de la compañía (Yacimientos Petrolíferos Fiscales) en 1928. Ese año, el Boletín de Informaciones Petroleras publicó un artículo del ingeniero Altavino Catinari que describía y explicaba los fundamentos y aplicaciones de la ciencia geofísica a la exploración de hidrocarburos. Es probable que el más decidido propulsor de la geofísica para explorar petróleo haya sido Enrique Fossa Mancini, quien también en 1928, en un extenso informe al Director General exponía sus criterios sobre los métodos geofísicos aplicables a la exploración geológica. Fossa Mancini respondía a un pedido originado por Mosconi, quien le había enviado el libro Methode de Anqewandten Geophysik (Métodos de la Geofísica Práctica), del especialista R. Hambrón, aparecido en 1926, para que el geólogo lo analizara y le comunicara sus conclusiones. “Todos los métodos geofísicas antes mencionados pueden resultar útiles, en determinados casos, para la búsqueda de petróleo, aunque la mayoría de ellos se encuentre todavía en el estado inicial de desarrollo” concluyó Fossa Mancini. En otra comunicación a Mosconi, el mismo año, le proponía emplear para que se hiciera cargo de la actividad geofísica en Y.P.F. al Dr. Arnaldo Belluigí, doctorado en Física en la Universidad de Roma y nombrado a fines de 1926 Geofísico de la AGIP (Azienda Generale Italiana Petroli). Pero fue un especialista norteamericano, M. C. Malamphy, quien inició en 1930 la exploración geofísica en Y.P.F., utilizando aparatos de Mintrop para sus estudios. Los primeros relevamientos sísmicos se realizaron en la estructura de Campo Durán, Salta, que ya había sido originalmente mapeada por Guido Bonarelli y después por Egidio Feruglio. Malamphy informó que, de acuerdo a los resultados obtenidos por la investigación geofisica, el área de Campo Durán, a pesar de las grandes complicaciones tectónicas que la afectaban presentaba condiciones estructurales favorables para el entrampamiento de hidrocarburos. Con Malamphy también se desempeñaron en los primeros años otro importante geofísico italiano, A. Bonomi y el mismo Arnaldo Belluigi. Los resultados obtenidos en Campo Durán alentaron a realizar relevamientos en las inmediaciones de Comodoro Rivadavia, en zonas de Escalante primero y luego en Pampa del Castillo. La información NESTOR VITULLI Geólogo 16 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 obtenida se consideró un tanto dudosa y no gravitó sobre la orientación de la exploración, que continuó con el método de los pozos estructurales que aportaban información más confiable. Pero a partir de 1937, Yacimientos Petrolíferos Fiscales comenzó a utilizar sismógrafos eléctricos e intensificó los registros de reflexión sísmica en el área de Comodoro Rivadavia El uso de técnicas más modernas de investigación geofísica permitió nuevos avances de la exploración y mejorar sustancialmente los programas de desarrollo de yacimientos. En 1944 el ingeniero M. Oks recopiló e interpretó los registros realizados entre 1937 y 1942 obteniendo una configuración estructural que mostraba algunos abovedamientos positivos. A partir de 1937, la exploración sísmica adquirió protagonismo creciente en Y.P.F. y pasó a tener una importancia decisiva en la elaboración de los proyectos exploratorios y su posterior ejecución. Hasta entonces se había experimentado con sismógrafos mecánicos, cuyas limitaciones en comparación con los eléctricos se reconocieron pronto. En consecuencia, la empresa procedió a modernizar en forma acentuada el instrumental sísmico, como lo hizo por otra parte, con todo el equipamiento geofísico. En una primera etapa hasta 1950, predominaron los relevamientos expeditivos, que abarcaron áreas extensas con poligonales de gran desarrollo. Tras un comienzo con un aparato Ising, de origen sueco, se operó hasta ese año con cuatro gravímetros de cuarzo (Mott-Smith) y tres metálicos (1 Frost y 2 Western); en 65 meses-comisión fueron explorados 600.000 km2, ocupándose más de 65.000 puntos (densidad aproximada: 11 estaciones/lOO km2). Contemporáneamente a la decisión de que la Geofísica habría de ser uno de los pilares en que se basaría la exploración, Y.P.F. comenzó a reclutar profesionales, principalmente ingenieros y geólogos, dispuestos a interiorizarse de su metodología aplicarla y desarrollarla. Otra tecnología importante incorporada durante la década del ‘30 fue el perfilaje eléctrico, que la compañía Schlumberger utilizó por primera vez en Pechelbrom, Francia (1927), después en Venezuela (1929) y Estados Unidos (California, a partir de 1932). La misma empresa perfiló el primer pozo en Argentina (El 1551, de la cuenca del Golfo San Jorge) en noviembre de1934. A partir de entonces se generalizó la aplicación de esta tecnología. También en la década del 30, y en Comodoro Rivadavia se perforó en zonas contiguas a la línea de costa. Para obtener producción en estas áreas hubo que construir pasarelas e instalar plataformas de producción mar adentro, lo que implicó un importante desafío tecnológico y permitió obtener la primera producción de petróleo costa afuera en el país. Hasta 1942 se habían perforado en la cuenca 2910 pozos: 2652 fueron petrolíferos, 23 gasíferos y 245 secos. Más de 1.000 pozos contaban con perfilajes eléctricos. Ese mismo año la producción de la compañía fiscal originada en la cuenca del Golfo llegó a 1.556.598 m3 (4.155 m3/d). Raúl Hansen: Un Innovador De La Geofísica Un aporte fundacional al desarrollo de la geofísica realizó en la década del ‘40 Raúl F. Hansen, cuya actividad en Y.P.F. y en otras instituciones nacionales tuvo trascendencia internacional. En la edición de mayo de 1946 del Boletín de Informaciones Petroleras, BlP, (No 296), Hansen publicó “Reflexiones múltiples - Energía sísmica”. Era un resumen de sus observaciones sobre las reflexiones múltiples, recopiladas durante largos años de trabajo sismográfico a cargo de las comisiones de exploración de Y.P.F.. Hansen explicó allí, por primera vez en la literatura científica mundial, los métodos exitosos por él empleados para identificar las reflexiones múltiples y los sucesivos fracasos de todos sus intentos para eliminarlas. El trabajo de Hansen recuerda que “la Óptica Geométrica permitió resolver la mayoría de los fenómenos sísmicos hasta ahora observadas y también plantear nuevos métodos que han respondido a esa concepción”. Advierte que aplica esa disciplina para explicar la formación de reflexiones múltiples en la transmisión de energía sísmica. Pasa revista entonces a su propia experiencia en Argentina y expone los esfuerzos y las especulaciones realizados por él y algunos geofísicos y geólogos brillantes de su generación en Y.P.F. “para lograr un mayor conocimiento y principios de resolución de este fenómeno, que tanta complejidad agrega a los ya numerosos problemas que atañen a la sísmica en general”. Hansen señala la importancia del agudo contraste de las reflexiones que se observa en superficie y establece que la base de la parte mas alterada de la superficie terrestre (weathering) puede ser más importante para la formación de reflexiones múltiples que la propia superficie de la tierra. Describe sus primeras observaciones sobre las reflexiones múltiples advertidas en zonas volcánicas y de basamento somero, en las locaciones de La Dormida (Mendoza) y Río Colorado (en la provincia de Río Negro). Y expone también los métodos rudimentarios de que hubieron de valerse los geofísicos y NESTOR VITULLI Geólogo 17 Universidad Nacional de Salta FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Escuela de Geología CATEDRA DE GEOFISICA Unidad 1 geólogos de la compañía para explicar estas primeras observaciones. Señala que predominaban entre ellos "ideas imprecisas sobre sus causas". Y advierte, por último, que tanto él como sus colegas, hasta ese momento, no habían valorado en todas su importancia a la capa meteorizada. Esos primeros estudios se profundizaron en las Cuencas del Río Colorado y del Salado (provincia de Buenos Aires). Aquí Raúl Hansen consigue desarrollar un método para identificar ambos tipos de reflexiones múltiples por su baja velocidad promedio, objetivo que logra en base a sus sólidos conocimientos de los trabajos geofísicos desarrollados por Yacimientos Petrolíferos Fiscales. Hansen estableció que las reflexiones múltiples sólo pueden originarse en buenos reflectores sedimentarios, conclusión que constituye un aporte fundamental para los buscadores de petróleo y gas natural. El trabajo concluye con varias sugerencias para identificar las reflexiones múltiples en base a diferentes metodologías. Traducido al inglés y editado por Curtis H. Johnson, bajo el titulo “Multiple reflections af seismic energy”, el informe apareció en la edición de enero de 1947 (Volumen XIII, Nº 1, pág. 58), del Journal of General and Applied Geophysics, publicación oficial de la Asociación de Geofísicos de Exploración de los Estados Unidos. Y a partir de las premisas teóricas establecidas por Raúl Hansen los geofísicos norteamericanos -que disponían del formidable sostén tecnológico aportado por la industria petrolera local- pudieron desarrollar las técnicas del apilamiento (stacking), ahora universalmente utilizadas para el procesamiento de los datos sísmicos. Es éste es uno de los fundamentos de la actividad exploratoria para la búsqueda, en el subsuelo, de estructuras y/o entrampamientos estratigráficos hacia donde se orientan los programas de búsqueda de petróleo y gas natural. NESTOR VITULLI Geólogo 18
