UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA httpwwwpullmanturesshareMKTCruceros2011-03092010pdfFACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE GEOLOGIA MINAS Y GEOFISICADEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOFISICA

GUIA DE PROSPECCION SISMICA POR REFRACCIONversioacuten 14 mayo 2000joseacute m cavadaINTRODUCCIONLa prospeccioacuten por refraccioacuten es un procedimiento de exploracioacuten geoloacutegica del subsuelo mediante ondaselaacutesticas Es un meacutetodo relativamente barato que proporciona informacioacuten de propiedades fiacutesicas del subsuelo conaplicacioacuten en la construccioacuten de obras civiles evaluacioacuten de riesgo siacutesmico y localizacioacuten de aguas subterraacuteneas Existeuna demanda creciente de esta teacutecnica debido al incremento en los costos de sondeos por perforacioacuten y a las nuevasregulaciones legales que exigen estudios geoloacutegicos previos a la construccioacutenEn esta guiacutea se expone el fundamento fiacutesico del meacutetodo su ubicacioacuten con relacioacuten a otras teacutecnicas geofiacutesicasprocedimientos praacutecticos de adquisicioacuten de datos y las foacutermulas matemaacuteticas para calcular velocidades y espesores deestratos del subsueloOBJETIVOSEl objetivo principal es proporcionar una informacioacuten baacutesica de la prospeccioacuten por refraccioacuten con las siguientescaracteriacutesticasmiddot Material en idioma Castellanomiddot Resumen del fundamento fiacutesico en el contexto general de propagacioacuten de ondas elaacutesticasmiddot Ubicacioacuten entre otros meacutetodos geofiacutesicos utilizados con fines similaresmiddot Ventajas e inconvenientes respecto a las perforaciones y otros meacutetodos geofiacutesicosmiddot Aspectos praacutecticos de la adquisicioacuten de datos no cubiertos en libros de textomiddot Meacutetodo sencillo de caacutelculo de espesores y velocidades del subsuelo tomando en cuenta el relieve topograacuteficoINDICE PaacuteginaExploracioacuten del subsuelo mediante ondas elaacutesticas 1Meacutetodos de prospeccioacuten siacutesmica 3Prospeccioacuten por reflexioacuten 3Prospeccioacuten por refraccioacuten 4VSP 4WST 4Registro soacutenico 4Downhole 5Crosshole 5Tomografiacutea 5Siacutesmica de galeriacutea 5Ventajas y desventajas de la prospeccioacuten por refraccioacuten respecto a las perforaciones 6Prospeccioacuten por refraccioacuten siacutesmica 7Aplicaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten 7Fundamento fiacutesico 7Etapas de la prospeccioacuten por refraccioacuten 10Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten 10

Adquisicioacuten de datos en campo 12Procedimiento de adquisicioacuten 16Procesamiento 17Interpretacioacuten 25Ventajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten 25Bibliografiacutea 26EXPLORACION DEL SUBSUELO MEDIANTE ONDAS ELASTICASLa prospeccioacuten con meacutetodos siacutesmicos consiste en explorar el subsuelo mediante ondas siacutesmicas El meacutetodoinvolucra un elemento generador de ondas siacutesmicas denominado fuente un medio de propagacioacuten (rocas aire agua) y unelemento detector-registrador de las ondas denominado receptor Analizando las ondas registradas se espera obtenerinformacioacuten de las propiedades elaacutesticas y morfoloacutegicas del medio de propagacioacutenEl meacutetodo de obtener informacioacuten mediante ondas elaacutesticas es utilizado por todos los animales que disponen deun sistema para producir sonidos y un sistema para detectarlas (sistema auditivo) Los maacutes parecidos a los utilizados enprospeccioacuten siacutesmica son los sistemas de ecolocalizacioacuten o reflexioacuten de ondas de los murcieacutelagos y guaacutecharos en el aire y elde los delfines en el aguaProducto de la tecnologiacutea humana son los ecosonogramas usados principalmente para observar el feto en elvientre materno los meacutetodos ultrasoacutenicos para detectar fisuramientos y puntos de debilidad en piezas mecaacutenicas y el sonarusado para determinar la profundidad del fondo marino localizar submarinos y bancos de pecesLas ondas elaacutesticas que se propagan por el aire y el agua son maacutes conocidas como ldquoondas acuacutesticas u ondassoacutenicasrdquo (sean o no audibles por el ser humano) y las que se propagan por el subsuelo se conocen como ldquoondas siacutesmicasrdquosin embargo desde el punto de vista fiacutesico no se diferencianLa energiacutea de deformacioacuten elaacutestica liberada por una fuente siacutesmica se propaga por el subsuelo mediante ondasPero estas ondas adoptan diversas caracteriacutesticas Seguacuten el espacio en que se propagan existen ondas superficiales y ondasde cuerpo Las ondas superficiales soacutelo se originan y propagan cerca de la superficie entre dos medios con propiedadeselaacutesticas distintas Las maacutes importantes son las que se propagan cerca de la superficie del suelo y entre las que se cuentanlas ondas Rayleigh y las ondas Love Estas son las ondas que maacutes dantildeo causan durante los terremotos y tambieacuten las quemayores problemas causan en los registros de prospeccioacuten siacutesmica por reflexioacuten porque debido a su gran amplitud ocultanlas deacutebiles reflexiones en las capas a mayor profundidad Las ondas de cuerpo se propagan a traveacutes de todo el volumen dematerial elaacutestico Cuando el material del subsuelo es isoacutetropo soacutelo pueden propagarse dos tipos de ondas de cuerpo lasondas P y las ondas SLas ondas P tambieacuten se conocen como ondas primarias ondas irrotacionales u ondas compresionales Como ellaspresentan siempre mayor velocidad que las ondas S y que las ondas superficiales son siempre las primeras en llegar acualquier distancia de la fuente En materiales isoacutetropos las ondas P se caracterizan porque el movimiento de las partiacuteculasdel suelo al paso de la onda sigue la misma direccioacuten en que esta se propagaLas ondas S tambieacuten se conocen como ondas secundarias ondas de corte u ondas equivoluminales Siempretienen menor velocidad que las ondas P y las partiacuteculas del suelo se mueven en una direccioacuten ortogonal a la direccioacuten en

que se propaga la ondaLas ondas S se pueden descomponer en dos componentes vectoriales ondas SV en las que el movimiento ocurreenteramente en un plano vertical y ondas SH en las que el movimiento ocurre en un plano horizontalEn materiales homogeacuteneos la velocidad de las ondas P y S se puede expresar en funcioacuten de los paraacutemetroselaacutesticos mediante las siguientes foacutermulasVp2 43VskDondeVp velocidad de onda P m moacutedulo de rigidezVs velocidad de onda S k moacutedulo de volumenl paraacutemetro de Lame r densidadNotar que la velocidad de propagacioacuten de ondas siacutesmicas es independiente de la potencia de la fuente y soacutelodepende de las propiedades del material por el que viajan Esto simplifica la caracterizacioacuten de los estratos geoloacutegicos delsubsuelo por sus velocidades En cambio la amplitud del movimiento del terreno al paso de una onda siacutesmica si dependede la potencia de la fuente y tambieacuten de otros factores como la distancia a la fuente y de las propiedades de atenuacioacuten delos materiales atravesadosA efectos praacutecticos de la prospeccioacuten siacutesmica las ondas S no se transmiten en el agua ni en el aire porque elmoacutedulo de rigidez de los mismos es muy pequentildeo y la atenuacioacuten de las ondas es muy grandeLas rocas y sedimentos no suelen ser materiales homogeacuteneos sino que son agregados de diferentes minerales conespacios porosos de forma variable llenos de fluidos como agua o aire fracturas y microfracturas de diversas formas yorientaciones Por ello las foacutermulas anteriores para calcular las velocidades de onda P y S no son exactas en rocas ni ensedimentos Lo mejor que se dispone es una gran variedad de foacutermulas semiempiacutericas para calcular velocidades en las quese toma en cuenta los paraacutemetros elaacutesticos de la matriz y de los fluidos la porosidad etcEn general se cumple con excepciones que los valores de velocidad son mayores (Mooney 1977)middot en rocas iacutegneas baacutesicas que en rocas iacutegneas aacutecidasmiddot en rocas iacutegneas que en rocas sedimentariasmiddot en sedimentos consolidados que en no consolidadosmiddot en sedimentos no consolidados saturados que en sedimentos no consolidados secosmiddot en suelos huacutemedos que en suelos secosmiddot en carbonatos que en areniscas

middot en areniscas que en lutitasmiddot en rocas soacutelidas que en rocas fracturadas o con diaclasasmiddot en rocas inalteradas que en rocas meteorizadasmiddot en rocas densas que en rocas livianasmiddot en rocas viejas que en rocas joacutevenesLos sedimentos presentan casi siempre velocidades inferiores a 2000 ms Las areniscas y lutitas velocidades entre1000 y 3000 ms Las rocas iacutegneas y metamoacuterficas velocidades superiores a los 3500 ms Las velocidades tiacutepicas de ondaP de algunos materiales sonMaterial Velocidad (ms)agua 1475aire 350arena 1400-2500arcilla 900-2500carboacuten 1500-2500lutita 2000-3900arenisca 1800-4200caliza 3000-5000gneis 3500-5000esquisto 3000-4500granito 4000-6000gabro 6000Generalmente el primer estrato estaacute constituido por roca meteorizada o por sedimentos transportados Suvelocidad suele estar entre 300 y 800 ms y su espesor alrededor de los 5 m Si el suelo estaacute constituido por arena sueltatal como arena de playa o meacutedano (dunas) la velocidad de propagacioacuten puede ser inferior a la velocidad del sonido en elaire (350 ms) Si en cambio las arenas estaacuten saturadas de agua la velocidad puede ser inferior a la de propagacioacuten en elagua (1475 ms)En rocas iacutegneas y metamoacuterficas no meteorizadas existe una buena correlacioacuten entre la velocidad de ondassiacutesmicas y el iacutendice RQD o el grado de fracturacioacuten (Sjoslashgren et al1979) la cual se resume en la siguiente tablaRELACION ENTRE VELOCIDAD DE ONDA P Y PARAMETROS MECANICOS DE ROCAS IGNEAS YMETAMORFICAS NO METEORIZADAS SEGUN SJOslashGREN ET AL 1979Velocidad (ms) Fracturas por metro plusmn08 fracturasm RQD () plusmn35 Edin (GPa) plusmn2 GPa m(Gpa) plusmn1 GPa k (Gpa) plusmn1 GPa3000 190 25 183 62 1773500 135 454000 95 63 305 115 2704500 65 785000 40 88 525 195 4155500 35 94 645 250 515La correlacioacuten entre velocidad y grado de meteorizacioacuten no es tan buena y depende entre otras cosas de lalitologiacutea por ejemplo una velocidad de 2000 ms en un granito es indicativo de un grado alto de meteorizacioacuten ofracturamiento en cambio en una arenisca es indicativo de roca inalterada Sin embargo el grado de meteorizacioacuten esmayor cuanto menor sea la velocidad registrada con relacioacuten a la velocidad tiacutepica de la roca considerada en estadoinalteradoEl radar es un meacutetodo de exploracioacuten que en lugar de ondas elaacutesticas utiliza ondas electromagneacuteticas Es bien

conocido que el radar se utiliza para localizar aviones en vuelo misiles y barcos o determinar la velocidad de vehiacuteculosPero tambieacuten tiene aplicacioacuten en sensores remotos desde avioacuten o sateacutelite para determinar el relieve topograacutefico a traveacutes delas nubes tipos de suelo vegetacioacuten litologiacutea etc Menos conocido es que tambieacuten se utiliza para prospeccioacuten delsubsuelo a poca profundidad en forma casi ideacutentica a la prospeccioacuten siacutesmicaMETODOS DE PROSPECCION SISMICALos meacutetodos de prospeccioacuten siacutesmica se pueden clasificar seguacuten el tipo de ondas utilizadas para obtener informacioacutendel subsuelo Seguacuten este criterio se tienen meacutetodos basados en- ondas reflejadas- ondas coacutenicas o refractadas criacuteticamente- ondas directas- ondas superficialesCuando se efectuacutea un registro siacutesmico casi siempre es inevitable que se reciban y graben todos estos tipos deondas sin embargo soacutelo uno de ellos se considera uacutetil Las ondas consideradas uacutetiles se las denomina ldquosentildealrdquo mientrasque las ondas de otro tipo se las denomina ldquoruidordquo y se consideran inconvenientes Por ejemplo en el meacutetodo de reflexioacutensoacutelo se consideran uacutetiles las ondas siacutesmicas reflejadas mientras que las coacutenicas directas y superficiales seconsideran ruido Por el contrario cuando se utilizan meacutetodos basados en ondas superficiales estas son la ldquosentildealrdquomientras que las reflejadas forman parte del ruidoEl meacutetodo de exploracioacuten siacutesmica mas utilizado para prospeccioacuten de hidrocarburos es el que utilizan ondasreflejadas y se denomina ldquomeacutetodo de reflexioacuten siacutesmicardquoEl siguiente meacutetodo mas utilizado en prospeccioacuten de hidrocarburos es el que utiliza ondas directas y en estacategoriacutea caen todos los registros siacutesmicos de pozo Las ondas directas tambieacuten se utilizan en geologiacutea aplicada a obrasciviles ya sea en pozos o en galeriasEn la siacutesmica de pozos se cuenta con una variedad de teacutecnicas entre las que se citan- VSP- WSTSiacutesmica de - Registro soacutenicoPozos - Downhole- Crosshole- TomografiacuteaProspeccioacuten por reflexioacutenLa fuente y los detectores se encuentran en o cerca de la superficie y puede ser en tierra o en agua La informacioacutendel subsuelo es aportada por las ondas siacutesmicas que se reflejan a manera de un eco en las superficies de contacto(interfases) de estratos con propiedades elaacutesticas diferentes La informacioacuten se suele presentar en forma de seccionessiacutesmicas que constituyen una especie de radiografiacutea o ecosonograma que revela las principales estructuras geoloacutegicas en elsubsuelo tales como pliegues fallas intrusiones patrones de sedimentacioacuten Se utiliza principalmente para localizacioacuten ydetalle de estructuras geoloacutegicas favorables a contener yacimientos de hidrocarburos a profundidades entre 1000 y 4000 m Tambieacuten se utiliza con fines geoteacutecnicos principalmente en agua por ejemplo para determinar las condiciones del fondomarino para el anclaje de plataformas petroleras o el tendido de tuberiacuteas En este caso la resolucioacuten suele ser excepcionalmente

buena Por contraste el meacutetodo presenta muchos inconvenientes para su utilizacioacuten con fines geoteacutecnicos en tierraa profundidades menores de 300 m La adquisicioacuten el procesamiento y la interpretacioacuten por el meacutetodo de reflexioacuten son las maacutes complejas y costosassin embargo se considera en general el mejor meacutetodo de exploracioacuten geofiacutesica del subsueloLa adquisicioacuten de datos con fines petroleros se suele efectuar a lo largo de un mallado de liacuteneas siacutesmicas conextensiones del orden de 5 a 100 km por liacutenea Los tendidos siacutesmicos puede tener una longitud de 3 o 4 km a cada lado dela fuente y utilizar entre 48 y 1024 canales de grabacioacuten El nuacutemero de canales de grabacioacuten se ha ido incrementando conel tiempo y actualmente puede llegar hasta 10000 canales La exploracioacuten puede ser de reconocimiento de detalle y 3DEn la exploracioacuten de reconocimiento la distancia entre liacuteneas es de hasta 10 km en la de detalle hasta 2 km y en 3D hasta50 m El tiempo de registro por cada disparo es de 4 a 6 segundos con explosivos y de 10 a 15 segundos si la fuente soncamiones vibradores El intervalo de muestreo es de 2 ms o 4 ms y el rango de frecuencias uacutetiles de las reflexiones estaacute enla banda de 10 a 80 Hz con un maacuteximo entre 35 y 40 HzLa exploracioacuten del subsuelo mediante radar tambieacuten utiliza las teacutecnicas del meacutetodo de reflexioacuten siacutesmica pero lasprofundidades alcanzadas son mucho maacutes cortas entre 0 y 50 m aunque en la mayoriacutea de las ocasiones no alcanza muchomaacutes de los 5 m Las mayores penetraciones se consiguen en sal hielo y rocas iacutegneas y metamoacuterficas La menor ensedimentos arcillosos Su principal aplicacioacuten es en Arqueologiacutea para localizar muros de construcciones antiguas canalestumbas Tambieacuten se utiliza para localizar tuberiacuteas sitios de enterramiento de desechos toacutexicos y cavidadesProspeccioacuten por refraccioacutenLa fuente y los detectores se encuentran en la superficie la cual en la mayoriacutea de los casos es tierra La informacioacutendel subsuelo es aportada por las ondas siacutesmicas refractadas criacuteticamente en las interfases entre estratos de diferentevelocidad de ondas siacutesmicas compresionales (ondas P) Estas ondas refractadas criacuteticamente tambieacuten se conocen comoondas coacutenicas ondas de primera llegada ondas de cabezera ondas laterales Ellas son con excepcioacuten de las ondas directashasta cierta distancia las que primero llegan a los receptores desde el instante en que se produce la liberacioacuten de energiacuteaen la fuente por lo que identificarlas y medirles el tiempo de llegada suele ser relativamente sencilloLa mayor aplicacioacuten del meacutetodo es explorar el subsuelo con fines geoteacutecnicos o mineros a profundidades entre 0 y100 m Es efectivo para delimitar la interfase entre medios elaacutesticos con un fuerte contraste de velocidad (mayor que 21)tal como el que existe entre el basamento de roca inalterada y el material de recubrimiento constituido por aluvioacuten o porroca meteorizada No suele ser de utilidad para delimitar estratos sedimentarios entre siVSPEl VSP (Vertical Seismic Profile) o perfil siacutesmico vertical es una teacutecnica de exploracioacuten siacutesmica en la que se tieneuna fuente siacutesmica en la superficie con varios detectores fijos en un pozo Se obtienen registros siacutesmicos similares a los dereflexioacuten para varias distancias de la fuente al pozo con los que se construye un seccioacuten siacutesmica de su entorno Las

principales aplicaciones del VSP son diferenciar entre reflexiones primarias y muacuteltiples medir velocidades de ondacompresional y de corte y ayudar en la conversioacuten de tiempo a profundidad de las secciones siacutesmicas de reflexioacutenEste meacutetodo aprovecha ondas directas y ondas reflejadasWSTEl WST (Well Seismic Tool) o tiros de verificacioacuten es una teacutecnica en la que se tiene un fuente siacutesmica fija ensuperficie y una sonda (WST) con un receptor dentro del pozo Para una profundidad dada de la sonda se obtiene unregistro siacutesmico en el cual se mide el tiempo de viaje de las ondas primarias desde la fuente hasta el receptor El procedimientose repite para varias profundidades de la sonda Sus principales aplicaciones son obtener la funcioacuten de conversioacutende tiempo a profundidad para las secciones siacutesmicas de reflexioacuten y calibrar los registros soacutenicosRegistro soacutenicoEn esta teacutecnica se utiliza una herramienta de pozo la cual contiene un emisor de ondas siacutesmicas y un par dereceptores a distancias fijas del emisor La herramienta se introduce por el pozo y a intervalos regulares de profundidad(por ejemplo 1 pie) se mide el tiempo de traacutensito de una sentildeal siacutesmica desde el emisor hasta los receptores Esta es unaonda coacutenica producida por refraccioacuten criacutetica en la formacioacuten geoloacutegica El inverso de ese tiempo de traacutensito representa lavelocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas en el subsuelo a la profundidad donde se efectuoacute la medicioacuten El meacutetodo secaracteriza por su alta resolucioacuten para delimitar estratos y tiene extensa utilidad en estudios de petrofiacutesica estratigrafiacuteaproduccioacuten de yacimientos y correlacioacuten de secciones siacutesmicas con las formaciones geoloacutegicas Es catalogado como unmeacutetodo de testificacioacuten petrofiacutesica de pozo como los registros eleacutectricos neutroacutenicos gamma ray SPTambieacuten existen sondas que en lugar de pulsos siacutesmicos utilizan pulsos de radar Presenta la ventaja de utilizarantenas direccionales por lo que permite medir distancias hasta cavidades y fracturas determinar aacutengulos de interseccioacutenentre los estratos y la perforacioacuten y el rumbo del buzamiento de fracturas Tiene aplicaciones en mineriacutea hidrogeologiacutea ymecaacutenica de rocas Se usa para investigar sitios para tuacuteneles represas y sitios de excavacioacuten El equipo es mucho maacutescostoso que el de ondas siacutesmicas y la teacutecnica todaviacutea no estaacute muy desarrolladaDownholeEste meacutetodo es similar al WST la diferencia estriba en que las aplicaciones del downhole estaacuten maacutes enfocadas ala Geotecnia las profundidades son someras (0-100 m) y usualmente se utilizan sondas con detectores de tres componentesvectoriales una vertical y dos horizontales en direcciones ortogonales Se registran las ondas P y S tiacutepicamente a intervalosde profundidad de 1 pie Su finalidad es obtener los paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos como funcioacuten de la profundidad enel entorno del pozo Suele ser bastante efectivo y permite aprovechar mejor la inversioacuten realizada en la perforacioacuten Dosdificultades con este meacutetodo es que requiere mucha precisioacuten en la determinacioacuten de los tiempos de primera llegada de lasondas si se desea obtener velocidades intervaacutelicas y que el pozo esteacute revestidoCrossholeEsta teacutecnica para objetivos geoteacutecnicos requiere la perforacioacuten de al menos dos pozos de igual profundidad

preferiblemente tres pozos alineados con una separacioacuten de unos 3 a 8 m Igual que en el downhole se utiliza una sondaque detecta tres componentes vectoriales de las ondas siacutesmicas la diferencia estaacute en que la fuente no permanece fija ensuperficie sino que se coloca a la misma profundidad que la sonda en un pozo adyacente Si se utilizan tres pozos alineadosse baja la fuente en uno de ellos y una sonda en cada uno de los otros dos Las dificultades son las mismas que las deldownhole a las que se agrega la dificultad de utilizar una fuente siacutesmica dentro de un pozo Se pueden usar tambieacutenemisores y sensores de radarTomografiacuteaAl igual que el crosshole requiere la perforacioacuten de dos o tres pozos alineados Tambieacuten se colocan detectores enuno o dos pozos y la fuente en el tercero La variante es que se toman registros de todas las combinaciones posibles deprofundidades de fuentes y detectores De esta forma el subsuelo entre los pozos es atravesado por numerosas y diferentestrayectorias fuente-receptor lo cual permite plantear sistemas de ecuaciones para calcular la distribucioacuten de velocidades ycalidad de la roca Existen modalidades en que tambieacuten se utilizan fuentes en superficie a diversas distancias del pozo(como en el VSP) Esta teacutecnica requiere un procesamiento maacutes elaborado pero proporciona secciones bidimensionales delsubsuelo de buena resolucioacuten Tiene aplicaciones en Geotecnia y mineriacutea Existe una versioacuten que utiliza radar en lugar deondas siacutesmicasSiacutesmica de galeriacuteaSe efectuacutea entre galeriacuteas de una mina subterraacutenea o entre tuacuteneles y la superficie En ella la fuente se encuentra enuna galeriacutea o en la superficie y los detectores en otra galeriacutea Se presta para utilizar teacutecnicas de tomografiacutea El principalobjetivo es determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos entre galeriacuteas o hasta la superficie Tambieacuten se usa para localizarfallas vetas grado de fracturacioacuten cavidades localizar tuacuteneles abandonados Tambieacuten puede utilizarse radarRecordando que la prospeccioacuten por meacutetodos siacutesmicos consiste en explorar el subsuelo mediante ondas siacutesmicas esevidente que la informacioacuten acerca del subsuelo que se puede extraer directamente de esta forma estaacute limitada a laspropiedades fiacutesicas que gobiernan la propagacioacuten de ondas elaacutesticas A partir de los registros siacutesmicos se pueden medirtiempos de llegada de las ondas amplitudes y frecuencias Con estas mediciones se pueden calcular velocidades depropagacioacuten de ondas espesores de estratos coeficientes de atenuacioacuten constantes elaacutesticas dinaacutemicas (moacutedulo dePoisson moacutedulo de rigidez moacutedulo de volumen etc) Indirectamente y bajo la suposicioacuten de la existencia de una relacioacutenentre estos paraacutemetros y la litologiacutea se puede construir una imagen aproximada de la geologiacutea del subsueloAlgunos de los datos que usualmente se especifican en el reporte o informe teacutecnico de una prospeccioacuten siacutesmica aprofundidad somera sonmiddot Perfil sismoelaacutestico del subsuelo en distancia y profundidad representado mediante el graacutefico de las interfases entre losdiferentes estratos (esto proporciona espesores y profundidades)middot Velocidad de ondas compresionales de cada estratomiddot Posible litologiacutea

middot Posibles estructuras geoloacutegicas tales como fallas altos o depresiones en el basamento rocoso zonas de fracturacioacuten odisolucioacuten cavidadesmiddot Paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosmiddot Grado de fracturamiento de meteorizacioacuten o de facilidad de fracturacioacuten de la rocamiddot Voluacutemenes de materialLoacutegicamente dependiendo del objetivo de la exploracioacuten y de la teacutecnica aplicada es posible suministrar uno ovarios de los paraacutemetros citadosEn principio la utilidad de los meacutetodos siacutesmicos dependen de la existencia de una relacioacuten entre los paraacutemetroselaacutesticos de los materiales del subsuelo y su litologiacutea (o cualquier otra propiedad que se desee conocer) En general en lamayoriacutea de las situaciones tal relacioacuten existe sin embargo no suele ser uniacutevoca por ejemplo si las mediciones indican quela velocidad de propagacioacuten de ondas siacutesmicas en el subsuelo es de 2000 ms esta velocidad no es indicativa de ningunalitologiacutea concreta como caliza arenisca o arcillaEn general los meacutetodos geofiacutesicos aportan datos para aproximarse a la solucioacuten de un problema geoloacutegico mineroo geoteacutecnico que se suman a los proporcionados por geologiacutea de superficie perforaciones ensayos de penetracioacuten ensayosestaacuteticos sobre muestras o in situ etc Soacutelo en casos muy particulares la informacioacuten geofiacutesica por si sola es suficiente pararesolver el problemaLos meacutetodos de exploracioacuten siacutesmica en los sitios donde resultan efectivos suelen utilizarse para reducir costos yaque son maacutes baratos y raacutepidos que las perforaciones Ellos no sustituyen las perforaciones simplemente disminuyen sunuacutemero Si en un programa de exploracioacuten se requeriacutean 10 perforaciones estas pueden reducirse a 4 estrateacutegicamentesituadas y el resto del aacuterea se ldquorellenardquo mediante perfiles siacutesmicos En este caso las perforaciones y los sondeos siacutesmicos secalibran mutuamenteVentajas y desventajas de la prospeccioacuten por refraccioacuten respecto a las perforacionesLos sondeos siacutesmicos tienen ventajas y desventajas respecto a las perforaciones que se pueden resumir en lasiguiente listaVentajasmiddot Maacutes baratos por metro de profundidad y por sondeomiddot Mayor rapidez de ejecucioacutenmiddot No requieren de maquinaria compleja o pesada la operacioacuten de los instrumentos es relativamente sencillamiddot Pueden efectuarse auacuten en terrenos con gran pendientemiddot No requieren apertura de viacuteas de acceso ni acondicionamiento del terreno para operar maquinaria Soacutelo es necesarioabrir una pica (trocha) para el cable de detectores si la vegetacioacuten es densamiddot Los datos que aportan reflejan las propiedades promedio de un volumen del subsuelo es decir no son puntualesDesventajasmiddot Resolucioacuten muy pobre no son capaces de diferenciar estratos muy delgados o de propiedades elaacutesticas similaresmiddot No proporcionan informacioacuten uniacutevoca de la litologiacuteamiddot Su efectividad decrece al aumentar la profundidad a explorarmiddot Requieren el uso de explosivos para obtener registros siacutesmicos de buena calidadmiddot Si se usan explosivos es necesario abrir huecos (1-2 m de profundidad) para colocar la carga

middot El mantenimiento y reparacioacuten de los instrumentos electroacutenicos de medicioacuten de ondas siacutesmicas es difiacutecil de obtener enVenezuelamiddot Resultan inuacutetiles en zonas de litologiacutea lateramente heterogeacutenea o estructuralmente compleja (sedimentacioacuten cruzadalentes intercalaciones conglomerados zonas de falla) en masas rocosas iacutegneas o metamoacuterficas o en zonas de fuerteatenuacioacuten de ondas siacutesmicas (rellenos arenas sueltas secas)PROSPECCION POR REFRACCION SISMICAEs probablemente el meacutetodo geofiacutesico maacutes utilizado para obtener datos para Geotecnia del subsuelo somero Eneste meacutetodo la fuente y los detectores se encuentran alineados en la superficie del terreno Se obtienen registros de lasondas que viajan desde la fuente hasta los detectores a traveacutes del subsuelo siguiendo diversas trayectorias o caminos Enparticular aquiacute interesan aquellas ondas que siguen la trayectoria de tiempo miacutenimo y que son las primeras que llegan acada detector Con ellas se dibuja un graacutefico donde las abcisas son distancias desde la fuente hasta cada detector y el eje delas ordenadas son los respectivos tiempos de primera llegada Este graacutefico se denomina graacutefico tiempo-distancia y lascurvas representadas son las dromocroacutenicas En principio a partir de este graacutefico es posible calcular el perfil de espesoresy la velocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas primarias de cada estrato en el subsueloAplicaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenEl meacutetodo proporciona informacioacuten de los espesores y velocidades de los estratos del subsuelo Esto puede resultarde utilidad principalmente en geologiacutea aplicada a obras civiles (Geotecnia) tales como en la construccioacuten de edificiospuentes represas carreteras taludes en los que interesa la profundidad de la roca inalterada el grado de meteorizacioacuten delrecubrimiento localizar materiales de construccioacuten y grado de fractura o de facilidad de fracturacioacuten de la roca y evaluarel riesgo siacutesmico En mineriacutea para calcular voluacutemenes de material explotable y en Hidrogeologiacutea para ayudar a determinarla continuidad y extensioacuten de acuiacuteferos En general el meacutetodo se aplica paramiddot Obtener perfiles del espesor de sedimentos hasta el basamento en una cuenca sedimentariamiddot Localizar fallas paleocauces zonas de fracturas en el basamento rocoso someromiddot Obtener un perfil de espesores y velocidades hasta la roca fresca diferenciando suelo roca meteorizada rocasubmeteorizada y roca inalteradamiddot Calcular volumen de material explotable principalmente en minas de arena caliza oro de aluvioacuten ocre caoliacutenmiddot Determinar la continuidad de estratos acuiacuteferosmiddot Calcular los tiempos de traacutensito de las ondas a traveacutes de las capas de baja velocidad cercanas a la superficie paracorreccioacuten estaacutetica de campo en prospeccioacuten por reflexioacutenEl meacutetodo de refraccioacuten de ondas siacutesmicas tambieacuten se utiliza en Sismologiacutea para determinar la estructura internade la Tierra en estudios de la corteza terrestre (con fuentes siacutesmicas naturales o artificiales) y en las deacutecadas de los antildeos30 a 50 se utilizoacute en prospeccioacuten de hidrocarburos principalmente para ubicar domos salinos a los cuales suelen estarasociadas trampas de petroacuteleo Actualmente praacutecticamente no se utiliza en prospeccioacuten de hidrocarburos excepto indirectamentepara calcular la correccioacuten estaacutetica de campoFundamento fiacutesico

En los registros siacutesmicos de refraccioacuten se utilizan soacutelo o principalmente los tiempos de las ondas que lleganprimero a los detectores desde que se activa la fuente de ondas siacutesmicas Las ondas que normalmente llegan primero son1 las denominadas ondas directas que son ondas P que viajan en trayectoria recta desde la fuente hasta los detectores2 las ondas P refractadas criacuteticamente denominadas tambieacuten ondas coacutenicas las cuales aunque no siguen una trayectoriarecta entre la fuente y los detectores (distancia miacutenima) sin embargo llegan primero que cualquier otra onda porqueviajan por una trayectoria de tiempo miacutenimoEn la figura 1 se muestra una simulacioacuten matemaacutetica de la propagacioacuten de un campo de ondas en un subsueloformado por dos estratos de espesor constante El estrato maacutes superficial tiene una velocidad de ondas P de 500 ms yespesor 15 m El estrato subyacente tiene una velocidad de ondas P de 1500 ms La fuente siacutesmica estaacute ubicada en elextremo superior izquierdo del perfil el cual tiene 97 m de largo y 40 m de profundidadLa onda directa estaacute representada por el frente semicircular que se propaga por el estrato maacutes somero (medio 1)Es el primer frente de onda en perturbar los puntos de la superficie desde el instante de activacioacuten de la fuente hasta unos88 ms Durante ese lapso de tiempo la onda directa recorre una distancia de 42 m desde la fuente (distancia de cruce) Apartir de la distancia de cruce la primera en llegar es la onda coacutenicaLa onda coacutenica se presenta en la simulacioacuten bidimensional como un frente de onda recto pero en tres dimensionesseriacutea la superficie inclinada de un tronco de cono cuyo eje vertical pasa por la fuente la base estaacute en la interfase entrelos dos estratos y el tope en la superficie Como se observa en la simulacioacuten este frente de onda se origina a partir delfrente de onda que se transmite al estrato inferior (segundo medio) concretamente soacutelo de la porcioacuten del mismo que viajaparalela a la interfase Esta porcioacuten del frente transmitido que viaja por el segundo medio paralelamente a la interfase esel frente de refraccioacuten criacutetica o refraccioacuten total El da origen a la onda coacutenica a lo largo de la interfase porque constituyeuna onda hipersoacutenica respecto a la velocidad de ondas siacutesmicas en el primer estrato (1500 ms vs 500 ms) Es el mismofenoacutemeno que produce la estela de ondas en abanico de una lancha raacutepida sobre la superficie del agua o el estampidosoacutenico cuando un avioacuten supera la ldquobarrera del sonidordquo es decir cuando vuela a maacutes de 350 msEvidentemente el fenoacutemeno que origina la onda coacutenica se produce soacutelo si el estrato subyacente tiene una velocidadde ondas P mayor que el estrato por encima Si esto no es asiacute se tiene una ldquoinversioacuten de velocidadrdquo y el estratosubyacente no es posible detectarlo con el meacutetodo de refraccioacuten siacutesmicaSi la velocidad de las ondas siacutesmicas es mayor para estratos maacutes profundos entonces se originaraacuten ondas coacutenicasen cada interfase las cuales seraacuten sucesivamente primeras llegadas Por cada interfase se tendraacute una distancia de cruce ensuperficieSi el primer estrato tiene espesor constante el frente de onda coacutenico aparenta propagarse por la superficie con unavelocidad igual a la del segundo estrato La distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica proporciona informacioacutendel espesor del primer estrato (evidentemente el espesor es mayor cuanto mayor sea la distancia de cruce)

Cuando los estratos no son paralelos sino que presentan inclinacioacuten relativa las velocidades de onda coacutenicacalculadas para cada estrato a partir de una dromocroacutenica son velocidades aparentes Para poder calcular las velocidadesverdaderas es necesario efectuar dos registros de refraccioacuten primero se obtiene un registro con la fuente en un extremo deltendido de receptores y despueacutes se obtiene un segundo registro con la fuente en el otro extremo Esto se conoce como lateacutecnica del doble disparoPara calcular las inclinaciones de los estratos es necesario disponer de los registros efectuados en dos tendidos dedoble disparo Estos tendidos deben estar en direcciones cruzadas preferiblemente a 90deg uno respecto al otro En total seobtendriacutean cuatro registros De esta forma es posible calcular la inclinacioacuten de cada estrato respecto a la horizontalFigura 1 Mapas que muestran la evolucioacuten del campo de ondas a intervalos de 8 ms en un subsuelo constituido pordos estratos El estrato superior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 500 ms y un espesor constante de 15 m Elestrato inferior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 1500 ms Se destacan el avance de la onda directa por elrecubrimiento (8 ms 16 ms 24 ms) la formacioacuten de la onda transmitida al basamento la cual tiene mayor velocidady longitud de onda que la directa (32 ms 40 ms) la aparicioacuten de la onda coacutenica en el recubrimiento (48 ms)notaacutendose que es tangente a la reflejada (56 ms) la llegada de la onda reflejada y la onda coacutenica a la superficie (64ms) el adelantamiento de la onda coacutenica a la onda directa en su llegada a la superficie (80 ms 88 ms) Notar que elavance de la onda directa por la superficie es real mientras que el de la onda coacutenica es aparente La onda coacutenicaavanza por la superficie con una velocidad aparente igual a la velocidad verdadera del basamento porque el espesordel recubrimiento es constante (mapas 64 a 96 ms) Las flechas indican la posicioacuten del frente de onda de primerallegada en la superficie8 ms 16 ms 24 ms32 ms 40 ms 48 ms56 ms 64 ms 72 ms80 ms 88 ms 96 ms104 ms 112 ms 120 ms50100150200250300350400450500Distancia (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CA

RFigura 2 Ejemplo de registro siacutesmico El registro contiene 12 trazas Cada traza representa las oscilaciones delterreno captadas por un sensor (geoacutefono) el cual las enviacutea como sentildeales eleacutectricas a su correspondiente canal en elsismoacutegrafo En el ejemplo los sensores se encuentran alineados a intervalos de 10 m estando el sensor del primercanal a 10 m de la fuente siacutesmica el sensor del segundo canal a 20 m etc El tiempo total de grabacioacuten es 500 msEn el registro se destacan varios trenes de ondas coherentes Estaacuten las ondas superficiales de gran amplitud (G) laonda de aire de alta frecuencia (A) reflexiones (R) la onda directa (D) y la onda coacutenica (C) En prospeccioacuten porrefraccioacuten soacutelo se utilizan los tiempos de llegada de las ondas directa y coacutenica En prospeccioacuten por reflexioacuten seutilizan soacutelo las reflejadas despueacutes de haber procesado el registro siacutesmico para eliminar todas las demaacutes ondas

GDTiempo (ms)(buzamiento o echado) y su direccioacuten (rumbo)En la figura 2 se muestra un registro siacutesmico real de refraccioacuten El registro consta de 12 trazas Cada traza es unarepresentacioacuten graacutefica de las oscilaciones del terreno con el tiempo captadas por un sensor en la superficie del mismo Elsensor al ser movido por las ondas siacutesmicas genera sentildeales eleacutectricas las cuales son enviadas a traveacutes de un cable hasta uncanal del sismoacutegrafo En el sismoacutegrafo las sentildeales son amplificadas filtradas grabadas y representadas graacuteficamente enforma de traza Asiacute este registro de 12 trazas fue generado por un sismoacutegrafo de 12 canalesEn el terreno los sensores se encontraban alineados colocados a intervalos de 10 m La fuente siacutesmica se encontrabaa 10 m del primer sensor (la traza del primer canal es la situada mas a la izquierda en el registro) El registro seinicioacute en el instante en que se activoacute la fuente siacutesmica y la grabacioacuten duroacute 500 ms (medio segundo) Las liacuteneas horizontalesen el registro representan intervalos de 50 ms con lo que proporcionan una escala de tiempoMediante flechas se indican algunas de las oscilaciones en las trazas producidas por diversos tipos de ondas Enestos registros los trenes de ondas que presenten mayor pendiente tienen menor velocidad mientras que los que tienden aseguir un patroacuten horizontal son los de mayor velocidad Las mayores amplitudes se deben a ondas superficiales las cualesaunque dominan en el registro no son de utilidad en el meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten y por ello se las consideraruido Otra onda de ruido que se destaca es la onda de aire la cual se caracteriza por su alta frecuencia (oscilaciones deperiodo corto) no ser dispersiva y velocidad de propagacioacuten de unos 350 ms Los trenes de onda que son de utilidad en este registro son los primeros en llegar en cada traza Naturalmente sedescartan los eventos de ruido ambiental casi siempre presentes y mas notorios en las trazas de los canales mas lejanos a lafuente Estos eventos normalmente no presentan coherencia es decir no pueden ser seguidos traza a traza de acuerdo a un

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

Adquisicioacuten de datos en campo 12Procedimiento de adquisicioacuten 16Procesamiento 17Interpretacioacuten 25Ventajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten 25Bibliografiacutea 26EXPLORACION DEL SUBSUELO MEDIANTE ONDAS ELASTICASLa prospeccioacuten con meacutetodos siacutesmicos consiste en explorar el subsuelo mediante ondas siacutesmicas El meacutetodoinvolucra un elemento generador de ondas siacutesmicas denominado fuente un medio de propagacioacuten (rocas aire agua) y unelemento detector-registrador de las ondas denominado receptor Analizando las ondas registradas se espera obtenerinformacioacuten de las propiedades elaacutesticas y morfoloacutegicas del medio de propagacioacutenEl meacutetodo de obtener informacioacuten mediante ondas elaacutesticas es utilizado por todos los animales que disponen deun sistema para producir sonidos y un sistema para detectarlas (sistema auditivo) Los maacutes parecidos a los utilizados enprospeccioacuten siacutesmica son los sistemas de ecolocalizacioacuten o reflexioacuten de ondas de los murcieacutelagos y guaacutecharos en el aire y elde los delfines en el aguaProducto de la tecnologiacutea humana son los ecosonogramas usados principalmente para observar el feto en elvientre materno los meacutetodos ultrasoacutenicos para detectar fisuramientos y puntos de debilidad en piezas mecaacutenicas y el sonarusado para determinar la profundidad del fondo marino localizar submarinos y bancos de pecesLas ondas elaacutesticas que se propagan por el aire y el agua son maacutes conocidas como ldquoondas acuacutesticas u ondassoacutenicasrdquo (sean o no audibles por el ser humano) y las que se propagan por el subsuelo se conocen como ldquoondas siacutesmicasrdquosin embargo desde el punto de vista fiacutesico no se diferencianLa energiacutea de deformacioacuten elaacutestica liberada por una fuente siacutesmica se propaga por el subsuelo mediante ondasPero estas ondas adoptan diversas caracteriacutesticas Seguacuten el espacio en que se propagan existen ondas superficiales y ondasde cuerpo Las ondas superficiales soacutelo se originan y propagan cerca de la superficie entre dos medios con propiedadeselaacutesticas distintas Las maacutes importantes son las que se propagan cerca de la superficie del suelo y entre las que se cuentanlas ondas Rayleigh y las ondas Love Estas son las ondas que maacutes dantildeo causan durante los terremotos y tambieacuten las quemayores problemas causan en los registros de prospeccioacuten siacutesmica por reflexioacuten porque debido a su gran amplitud ocultanlas deacutebiles reflexiones en las capas a mayor profundidad Las ondas de cuerpo se propagan a traveacutes de todo el volumen dematerial elaacutestico Cuando el material del subsuelo es isoacutetropo soacutelo pueden propagarse dos tipos de ondas de cuerpo lasondas P y las ondas SLas ondas P tambieacuten se conocen como ondas primarias ondas irrotacionales u ondas compresionales Como ellaspresentan siempre mayor velocidad que las ondas S y que las ondas superficiales son siempre las primeras en llegar acualquier distancia de la fuente En materiales isoacutetropos las ondas P se caracterizan porque el movimiento de las partiacuteculasdel suelo al paso de la onda sigue la misma direccioacuten en que esta se propagaLas ondas S tambieacuten se conocen como ondas secundarias ondas de corte u ondas equivoluminales Siempretienen menor velocidad que las ondas P y las partiacuteculas del suelo se mueven en una direccioacuten ortogonal a la direccioacuten en

que se propaga la ondaLas ondas S se pueden descomponer en dos componentes vectoriales ondas SV en las que el movimiento ocurreenteramente en un plano vertical y ondas SH en las que el movimiento ocurre en un plano horizontalEn materiales homogeacuteneos la velocidad de las ondas P y S se puede expresar en funcioacuten de los paraacutemetroselaacutesticos mediante las siguientes foacutermulasVp2 43VskDondeVp velocidad de onda P m moacutedulo de rigidezVs velocidad de onda S k moacutedulo de volumenl paraacutemetro de Lame r densidadNotar que la velocidad de propagacioacuten de ondas siacutesmicas es independiente de la potencia de la fuente y soacutelodepende de las propiedades del material por el que viajan Esto simplifica la caracterizacioacuten de los estratos geoloacutegicos delsubsuelo por sus velocidades En cambio la amplitud del movimiento del terreno al paso de una onda siacutesmica si dependede la potencia de la fuente y tambieacuten de otros factores como la distancia a la fuente y de las propiedades de atenuacioacuten delos materiales atravesadosA efectos praacutecticos de la prospeccioacuten siacutesmica las ondas S no se transmiten en el agua ni en el aire porque elmoacutedulo de rigidez de los mismos es muy pequentildeo y la atenuacioacuten de las ondas es muy grandeLas rocas y sedimentos no suelen ser materiales homogeacuteneos sino que son agregados de diferentes minerales conespacios porosos de forma variable llenos de fluidos como agua o aire fracturas y microfracturas de diversas formas yorientaciones Por ello las foacutermulas anteriores para calcular las velocidades de onda P y S no son exactas en rocas ni ensedimentos Lo mejor que se dispone es una gran variedad de foacutermulas semiempiacutericas para calcular velocidades en las quese toma en cuenta los paraacutemetros elaacutesticos de la matriz y de los fluidos la porosidad etcEn general se cumple con excepciones que los valores de velocidad son mayores (Mooney 1977)middot en rocas iacutegneas baacutesicas que en rocas iacutegneas aacutecidasmiddot en rocas iacutegneas que en rocas sedimentariasmiddot en sedimentos consolidados que en no consolidadosmiddot en sedimentos no consolidados saturados que en sedimentos no consolidados secosmiddot en suelos huacutemedos que en suelos secosmiddot en carbonatos que en areniscas

middot en areniscas que en lutitasmiddot en rocas soacutelidas que en rocas fracturadas o con diaclasasmiddot en rocas inalteradas que en rocas meteorizadasmiddot en rocas densas que en rocas livianasmiddot en rocas viejas que en rocas joacutevenesLos sedimentos presentan casi siempre velocidades inferiores a 2000 ms Las areniscas y lutitas velocidades entre1000 y 3000 ms Las rocas iacutegneas y metamoacuterficas velocidades superiores a los 3500 ms Las velocidades tiacutepicas de ondaP de algunos materiales sonMaterial Velocidad (ms)agua 1475aire 350arena 1400-2500arcilla 900-2500carboacuten 1500-2500lutita 2000-3900arenisca 1800-4200caliza 3000-5000gneis 3500-5000esquisto 3000-4500granito 4000-6000gabro 6000Generalmente el primer estrato estaacute constituido por roca meteorizada o por sedimentos transportados Suvelocidad suele estar entre 300 y 800 ms y su espesor alrededor de los 5 m Si el suelo estaacute constituido por arena sueltatal como arena de playa o meacutedano (dunas) la velocidad de propagacioacuten puede ser inferior a la velocidad del sonido en elaire (350 ms) Si en cambio las arenas estaacuten saturadas de agua la velocidad puede ser inferior a la de propagacioacuten en elagua (1475 ms)En rocas iacutegneas y metamoacuterficas no meteorizadas existe una buena correlacioacuten entre la velocidad de ondassiacutesmicas y el iacutendice RQD o el grado de fracturacioacuten (Sjoslashgren et al1979) la cual se resume en la siguiente tablaRELACION ENTRE VELOCIDAD DE ONDA P Y PARAMETROS MECANICOS DE ROCAS IGNEAS YMETAMORFICAS NO METEORIZADAS SEGUN SJOslashGREN ET AL 1979Velocidad (ms) Fracturas por metro plusmn08 fracturasm RQD () plusmn35 Edin (GPa) plusmn2 GPa m(Gpa) plusmn1 GPa k (Gpa) plusmn1 GPa3000 190 25 183 62 1773500 135 454000 95 63 305 115 2704500 65 785000 40 88 525 195 4155500 35 94 645 250 515La correlacioacuten entre velocidad y grado de meteorizacioacuten no es tan buena y depende entre otras cosas de lalitologiacutea por ejemplo una velocidad de 2000 ms en un granito es indicativo de un grado alto de meteorizacioacuten ofracturamiento en cambio en una arenisca es indicativo de roca inalterada Sin embargo el grado de meteorizacioacuten esmayor cuanto menor sea la velocidad registrada con relacioacuten a la velocidad tiacutepica de la roca considerada en estadoinalteradoEl radar es un meacutetodo de exploracioacuten que en lugar de ondas elaacutesticas utiliza ondas electromagneacuteticas Es bien

conocido que el radar se utiliza para localizar aviones en vuelo misiles y barcos o determinar la velocidad de vehiacuteculosPero tambieacuten tiene aplicacioacuten en sensores remotos desde avioacuten o sateacutelite para determinar el relieve topograacutefico a traveacutes delas nubes tipos de suelo vegetacioacuten litologiacutea etc Menos conocido es que tambieacuten se utiliza para prospeccioacuten delsubsuelo a poca profundidad en forma casi ideacutentica a la prospeccioacuten siacutesmicaMETODOS DE PROSPECCION SISMICALos meacutetodos de prospeccioacuten siacutesmica se pueden clasificar seguacuten el tipo de ondas utilizadas para obtener informacioacutendel subsuelo Seguacuten este criterio se tienen meacutetodos basados en- ondas reflejadas- ondas coacutenicas o refractadas criacuteticamente- ondas directas- ondas superficialesCuando se efectuacutea un registro siacutesmico casi siempre es inevitable que se reciban y graben todos estos tipos deondas sin embargo soacutelo uno de ellos se considera uacutetil Las ondas consideradas uacutetiles se las denomina ldquosentildealrdquo mientrasque las ondas de otro tipo se las denomina ldquoruidordquo y se consideran inconvenientes Por ejemplo en el meacutetodo de reflexioacutensoacutelo se consideran uacutetiles las ondas siacutesmicas reflejadas mientras que las coacutenicas directas y superficiales seconsideran ruido Por el contrario cuando se utilizan meacutetodos basados en ondas superficiales estas son la ldquosentildealrdquomientras que las reflejadas forman parte del ruidoEl meacutetodo de exploracioacuten siacutesmica mas utilizado para prospeccioacuten de hidrocarburos es el que utilizan ondasreflejadas y se denomina ldquomeacutetodo de reflexioacuten siacutesmicardquoEl siguiente meacutetodo mas utilizado en prospeccioacuten de hidrocarburos es el que utiliza ondas directas y en estacategoriacutea caen todos los registros siacutesmicos de pozo Las ondas directas tambieacuten se utilizan en geologiacutea aplicada a obrasciviles ya sea en pozos o en galeriasEn la siacutesmica de pozos se cuenta con una variedad de teacutecnicas entre las que se citan- VSP- WSTSiacutesmica de - Registro soacutenicoPozos - Downhole- Crosshole- TomografiacuteaProspeccioacuten por reflexioacutenLa fuente y los detectores se encuentran en o cerca de la superficie y puede ser en tierra o en agua La informacioacutendel subsuelo es aportada por las ondas siacutesmicas que se reflejan a manera de un eco en las superficies de contacto(interfases) de estratos con propiedades elaacutesticas diferentes La informacioacuten se suele presentar en forma de seccionessiacutesmicas que constituyen una especie de radiografiacutea o ecosonograma que revela las principales estructuras geoloacutegicas en elsubsuelo tales como pliegues fallas intrusiones patrones de sedimentacioacuten Se utiliza principalmente para localizacioacuten ydetalle de estructuras geoloacutegicas favorables a contener yacimientos de hidrocarburos a profundidades entre 1000 y 4000 m Tambieacuten se utiliza con fines geoteacutecnicos principalmente en agua por ejemplo para determinar las condiciones del fondomarino para el anclaje de plataformas petroleras o el tendido de tuberiacuteas En este caso la resolucioacuten suele ser excepcionalmente

buena Por contraste el meacutetodo presenta muchos inconvenientes para su utilizacioacuten con fines geoteacutecnicos en tierraa profundidades menores de 300 m La adquisicioacuten el procesamiento y la interpretacioacuten por el meacutetodo de reflexioacuten son las maacutes complejas y costosassin embargo se considera en general el mejor meacutetodo de exploracioacuten geofiacutesica del subsueloLa adquisicioacuten de datos con fines petroleros se suele efectuar a lo largo de un mallado de liacuteneas siacutesmicas conextensiones del orden de 5 a 100 km por liacutenea Los tendidos siacutesmicos puede tener una longitud de 3 o 4 km a cada lado dela fuente y utilizar entre 48 y 1024 canales de grabacioacuten El nuacutemero de canales de grabacioacuten se ha ido incrementando conel tiempo y actualmente puede llegar hasta 10000 canales La exploracioacuten puede ser de reconocimiento de detalle y 3DEn la exploracioacuten de reconocimiento la distancia entre liacuteneas es de hasta 10 km en la de detalle hasta 2 km y en 3D hasta50 m El tiempo de registro por cada disparo es de 4 a 6 segundos con explosivos y de 10 a 15 segundos si la fuente soncamiones vibradores El intervalo de muestreo es de 2 ms o 4 ms y el rango de frecuencias uacutetiles de las reflexiones estaacute enla banda de 10 a 80 Hz con un maacuteximo entre 35 y 40 HzLa exploracioacuten del subsuelo mediante radar tambieacuten utiliza las teacutecnicas del meacutetodo de reflexioacuten siacutesmica pero lasprofundidades alcanzadas son mucho maacutes cortas entre 0 y 50 m aunque en la mayoriacutea de las ocasiones no alcanza muchomaacutes de los 5 m Las mayores penetraciones se consiguen en sal hielo y rocas iacutegneas y metamoacuterficas La menor ensedimentos arcillosos Su principal aplicacioacuten es en Arqueologiacutea para localizar muros de construcciones antiguas canalestumbas Tambieacuten se utiliza para localizar tuberiacuteas sitios de enterramiento de desechos toacutexicos y cavidadesProspeccioacuten por refraccioacutenLa fuente y los detectores se encuentran en la superficie la cual en la mayoriacutea de los casos es tierra La informacioacutendel subsuelo es aportada por las ondas siacutesmicas refractadas criacuteticamente en las interfases entre estratos de diferentevelocidad de ondas siacutesmicas compresionales (ondas P) Estas ondas refractadas criacuteticamente tambieacuten se conocen comoondas coacutenicas ondas de primera llegada ondas de cabezera ondas laterales Ellas son con excepcioacuten de las ondas directashasta cierta distancia las que primero llegan a los receptores desde el instante en que se produce la liberacioacuten de energiacuteaen la fuente por lo que identificarlas y medirles el tiempo de llegada suele ser relativamente sencilloLa mayor aplicacioacuten del meacutetodo es explorar el subsuelo con fines geoteacutecnicos o mineros a profundidades entre 0 y100 m Es efectivo para delimitar la interfase entre medios elaacutesticos con un fuerte contraste de velocidad (mayor que 21)tal como el que existe entre el basamento de roca inalterada y el material de recubrimiento constituido por aluvioacuten o porroca meteorizada No suele ser de utilidad para delimitar estratos sedimentarios entre siVSPEl VSP (Vertical Seismic Profile) o perfil siacutesmico vertical es una teacutecnica de exploracioacuten siacutesmica en la que se tieneuna fuente siacutesmica en la superficie con varios detectores fijos en un pozo Se obtienen registros siacutesmicos similares a los dereflexioacuten para varias distancias de la fuente al pozo con los que se construye un seccioacuten siacutesmica de su entorno Las

principales aplicaciones del VSP son diferenciar entre reflexiones primarias y muacuteltiples medir velocidades de ondacompresional y de corte y ayudar en la conversioacuten de tiempo a profundidad de las secciones siacutesmicas de reflexioacutenEste meacutetodo aprovecha ondas directas y ondas reflejadasWSTEl WST (Well Seismic Tool) o tiros de verificacioacuten es una teacutecnica en la que se tiene un fuente siacutesmica fija ensuperficie y una sonda (WST) con un receptor dentro del pozo Para una profundidad dada de la sonda se obtiene unregistro siacutesmico en el cual se mide el tiempo de viaje de las ondas primarias desde la fuente hasta el receptor El procedimientose repite para varias profundidades de la sonda Sus principales aplicaciones son obtener la funcioacuten de conversioacutende tiempo a profundidad para las secciones siacutesmicas de reflexioacuten y calibrar los registros soacutenicosRegistro soacutenicoEn esta teacutecnica se utiliza una herramienta de pozo la cual contiene un emisor de ondas siacutesmicas y un par dereceptores a distancias fijas del emisor La herramienta se introduce por el pozo y a intervalos regulares de profundidad(por ejemplo 1 pie) se mide el tiempo de traacutensito de una sentildeal siacutesmica desde el emisor hasta los receptores Esta es unaonda coacutenica producida por refraccioacuten criacutetica en la formacioacuten geoloacutegica El inverso de ese tiempo de traacutensito representa lavelocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas en el subsuelo a la profundidad donde se efectuoacute la medicioacuten El meacutetodo secaracteriza por su alta resolucioacuten para delimitar estratos y tiene extensa utilidad en estudios de petrofiacutesica estratigrafiacuteaproduccioacuten de yacimientos y correlacioacuten de secciones siacutesmicas con las formaciones geoloacutegicas Es catalogado como unmeacutetodo de testificacioacuten petrofiacutesica de pozo como los registros eleacutectricos neutroacutenicos gamma ray SPTambieacuten existen sondas que en lugar de pulsos siacutesmicos utilizan pulsos de radar Presenta la ventaja de utilizarantenas direccionales por lo que permite medir distancias hasta cavidades y fracturas determinar aacutengulos de interseccioacutenentre los estratos y la perforacioacuten y el rumbo del buzamiento de fracturas Tiene aplicaciones en mineriacutea hidrogeologiacutea ymecaacutenica de rocas Se usa para investigar sitios para tuacuteneles represas y sitios de excavacioacuten El equipo es mucho maacutescostoso que el de ondas siacutesmicas y la teacutecnica todaviacutea no estaacute muy desarrolladaDownholeEste meacutetodo es similar al WST la diferencia estriba en que las aplicaciones del downhole estaacuten maacutes enfocadas ala Geotecnia las profundidades son someras (0-100 m) y usualmente se utilizan sondas con detectores de tres componentesvectoriales una vertical y dos horizontales en direcciones ortogonales Se registran las ondas P y S tiacutepicamente a intervalosde profundidad de 1 pie Su finalidad es obtener los paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos como funcioacuten de la profundidad enel entorno del pozo Suele ser bastante efectivo y permite aprovechar mejor la inversioacuten realizada en la perforacioacuten Dosdificultades con este meacutetodo es que requiere mucha precisioacuten en la determinacioacuten de los tiempos de primera llegada de lasondas si se desea obtener velocidades intervaacutelicas y que el pozo esteacute revestidoCrossholeEsta teacutecnica para objetivos geoteacutecnicos requiere la perforacioacuten de al menos dos pozos de igual profundidad

preferiblemente tres pozos alineados con una separacioacuten de unos 3 a 8 m Igual que en el downhole se utiliza una sondaque detecta tres componentes vectoriales de las ondas siacutesmicas la diferencia estaacute en que la fuente no permanece fija ensuperficie sino que se coloca a la misma profundidad que la sonda en un pozo adyacente Si se utilizan tres pozos alineadosse baja la fuente en uno de ellos y una sonda en cada uno de los otros dos Las dificultades son las mismas que las deldownhole a las que se agrega la dificultad de utilizar una fuente siacutesmica dentro de un pozo Se pueden usar tambieacutenemisores y sensores de radarTomografiacuteaAl igual que el crosshole requiere la perforacioacuten de dos o tres pozos alineados Tambieacuten se colocan detectores enuno o dos pozos y la fuente en el tercero La variante es que se toman registros de todas las combinaciones posibles deprofundidades de fuentes y detectores De esta forma el subsuelo entre los pozos es atravesado por numerosas y diferentestrayectorias fuente-receptor lo cual permite plantear sistemas de ecuaciones para calcular la distribucioacuten de velocidades ycalidad de la roca Existen modalidades en que tambieacuten se utilizan fuentes en superficie a diversas distancias del pozo(como en el VSP) Esta teacutecnica requiere un procesamiento maacutes elaborado pero proporciona secciones bidimensionales delsubsuelo de buena resolucioacuten Tiene aplicaciones en Geotecnia y mineriacutea Existe una versioacuten que utiliza radar en lugar deondas siacutesmicasSiacutesmica de galeriacuteaSe efectuacutea entre galeriacuteas de una mina subterraacutenea o entre tuacuteneles y la superficie En ella la fuente se encuentra enuna galeriacutea o en la superficie y los detectores en otra galeriacutea Se presta para utilizar teacutecnicas de tomografiacutea El principalobjetivo es determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos entre galeriacuteas o hasta la superficie Tambieacuten se usa para localizarfallas vetas grado de fracturacioacuten cavidades localizar tuacuteneles abandonados Tambieacuten puede utilizarse radarRecordando que la prospeccioacuten por meacutetodos siacutesmicos consiste en explorar el subsuelo mediante ondas siacutesmicas esevidente que la informacioacuten acerca del subsuelo que se puede extraer directamente de esta forma estaacute limitada a laspropiedades fiacutesicas que gobiernan la propagacioacuten de ondas elaacutesticas A partir de los registros siacutesmicos se pueden medirtiempos de llegada de las ondas amplitudes y frecuencias Con estas mediciones se pueden calcular velocidades depropagacioacuten de ondas espesores de estratos coeficientes de atenuacioacuten constantes elaacutesticas dinaacutemicas (moacutedulo dePoisson moacutedulo de rigidez moacutedulo de volumen etc) Indirectamente y bajo la suposicioacuten de la existencia de una relacioacutenentre estos paraacutemetros y la litologiacutea se puede construir una imagen aproximada de la geologiacutea del subsueloAlgunos de los datos que usualmente se especifican en el reporte o informe teacutecnico de una prospeccioacuten siacutesmica aprofundidad somera sonmiddot Perfil sismoelaacutestico del subsuelo en distancia y profundidad representado mediante el graacutefico de las interfases entre losdiferentes estratos (esto proporciona espesores y profundidades)middot Velocidad de ondas compresionales de cada estratomiddot Posible litologiacutea

middot Posibles estructuras geoloacutegicas tales como fallas altos o depresiones en el basamento rocoso zonas de fracturacioacuten odisolucioacuten cavidadesmiddot Paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosmiddot Grado de fracturamiento de meteorizacioacuten o de facilidad de fracturacioacuten de la rocamiddot Voluacutemenes de materialLoacutegicamente dependiendo del objetivo de la exploracioacuten y de la teacutecnica aplicada es posible suministrar uno ovarios de los paraacutemetros citadosEn principio la utilidad de los meacutetodos siacutesmicos dependen de la existencia de una relacioacuten entre los paraacutemetroselaacutesticos de los materiales del subsuelo y su litologiacutea (o cualquier otra propiedad que se desee conocer) En general en lamayoriacutea de las situaciones tal relacioacuten existe sin embargo no suele ser uniacutevoca por ejemplo si las mediciones indican quela velocidad de propagacioacuten de ondas siacutesmicas en el subsuelo es de 2000 ms esta velocidad no es indicativa de ningunalitologiacutea concreta como caliza arenisca o arcillaEn general los meacutetodos geofiacutesicos aportan datos para aproximarse a la solucioacuten de un problema geoloacutegico mineroo geoteacutecnico que se suman a los proporcionados por geologiacutea de superficie perforaciones ensayos de penetracioacuten ensayosestaacuteticos sobre muestras o in situ etc Soacutelo en casos muy particulares la informacioacuten geofiacutesica por si sola es suficiente pararesolver el problemaLos meacutetodos de exploracioacuten siacutesmica en los sitios donde resultan efectivos suelen utilizarse para reducir costos yaque son maacutes baratos y raacutepidos que las perforaciones Ellos no sustituyen las perforaciones simplemente disminuyen sunuacutemero Si en un programa de exploracioacuten se requeriacutean 10 perforaciones estas pueden reducirse a 4 estrateacutegicamentesituadas y el resto del aacuterea se ldquorellenardquo mediante perfiles siacutesmicos En este caso las perforaciones y los sondeos siacutesmicos secalibran mutuamenteVentajas y desventajas de la prospeccioacuten por refraccioacuten respecto a las perforacionesLos sondeos siacutesmicos tienen ventajas y desventajas respecto a las perforaciones que se pueden resumir en lasiguiente listaVentajasmiddot Maacutes baratos por metro de profundidad y por sondeomiddot Mayor rapidez de ejecucioacutenmiddot No requieren de maquinaria compleja o pesada la operacioacuten de los instrumentos es relativamente sencillamiddot Pueden efectuarse auacuten en terrenos con gran pendientemiddot No requieren apertura de viacuteas de acceso ni acondicionamiento del terreno para operar maquinaria Soacutelo es necesarioabrir una pica (trocha) para el cable de detectores si la vegetacioacuten es densamiddot Los datos que aportan reflejan las propiedades promedio de un volumen del subsuelo es decir no son puntualesDesventajasmiddot Resolucioacuten muy pobre no son capaces de diferenciar estratos muy delgados o de propiedades elaacutesticas similaresmiddot No proporcionan informacioacuten uniacutevoca de la litologiacuteamiddot Su efectividad decrece al aumentar la profundidad a explorarmiddot Requieren el uso de explosivos para obtener registros siacutesmicos de buena calidadmiddot Si se usan explosivos es necesario abrir huecos (1-2 m de profundidad) para colocar la carga

middot El mantenimiento y reparacioacuten de los instrumentos electroacutenicos de medicioacuten de ondas siacutesmicas es difiacutecil de obtener enVenezuelamiddot Resultan inuacutetiles en zonas de litologiacutea lateramente heterogeacutenea o estructuralmente compleja (sedimentacioacuten cruzadalentes intercalaciones conglomerados zonas de falla) en masas rocosas iacutegneas o metamoacuterficas o en zonas de fuerteatenuacioacuten de ondas siacutesmicas (rellenos arenas sueltas secas)PROSPECCION POR REFRACCION SISMICAEs probablemente el meacutetodo geofiacutesico maacutes utilizado para obtener datos para Geotecnia del subsuelo somero Eneste meacutetodo la fuente y los detectores se encuentran alineados en la superficie del terreno Se obtienen registros de lasondas que viajan desde la fuente hasta los detectores a traveacutes del subsuelo siguiendo diversas trayectorias o caminos Enparticular aquiacute interesan aquellas ondas que siguen la trayectoria de tiempo miacutenimo y que son las primeras que llegan acada detector Con ellas se dibuja un graacutefico donde las abcisas son distancias desde la fuente hasta cada detector y el eje delas ordenadas son los respectivos tiempos de primera llegada Este graacutefico se denomina graacutefico tiempo-distancia y lascurvas representadas son las dromocroacutenicas En principio a partir de este graacutefico es posible calcular el perfil de espesoresy la velocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas primarias de cada estrato en el subsueloAplicaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenEl meacutetodo proporciona informacioacuten de los espesores y velocidades de los estratos del subsuelo Esto puede resultarde utilidad principalmente en geologiacutea aplicada a obras civiles (Geotecnia) tales como en la construccioacuten de edificiospuentes represas carreteras taludes en los que interesa la profundidad de la roca inalterada el grado de meteorizacioacuten delrecubrimiento localizar materiales de construccioacuten y grado de fractura o de facilidad de fracturacioacuten de la roca y evaluarel riesgo siacutesmico En mineriacutea para calcular voluacutemenes de material explotable y en Hidrogeologiacutea para ayudar a determinarla continuidad y extensioacuten de acuiacuteferos En general el meacutetodo se aplica paramiddot Obtener perfiles del espesor de sedimentos hasta el basamento en una cuenca sedimentariamiddot Localizar fallas paleocauces zonas de fracturas en el basamento rocoso someromiddot Obtener un perfil de espesores y velocidades hasta la roca fresca diferenciando suelo roca meteorizada rocasubmeteorizada y roca inalteradamiddot Calcular volumen de material explotable principalmente en minas de arena caliza oro de aluvioacuten ocre caoliacutenmiddot Determinar la continuidad de estratos acuiacuteferosmiddot Calcular los tiempos de traacutensito de las ondas a traveacutes de las capas de baja velocidad cercanas a la superficie paracorreccioacuten estaacutetica de campo en prospeccioacuten por reflexioacutenEl meacutetodo de refraccioacuten de ondas siacutesmicas tambieacuten se utiliza en Sismologiacutea para determinar la estructura internade la Tierra en estudios de la corteza terrestre (con fuentes siacutesmicas naturales o artificiales) y en las deacutecadas de los antildeos30 a 50 se utilizoacute en prospeccioacuten de hidrocarburos principalmente para ubicar domos salinos a los cuales suelen estarasociadas trampas de petroacuteleo Actualmente praacutecticamente no se utiliza en prospeccioacuten de hidrocarburos excepto indirectamentepara calcular la correccioacuten estaacutetica de campoFundamento fiacutesico

En los registros siacutesmicos de refraccioacuten se utilizan soacutelo o principalmente los tiempos de las ondas que lleganprimero a los detectores desde que se activa la fuente de ondas siacutesmicas Las ondas que normalmente llegan primero son1 las denominadas ondas directas que son ondas P que viajan en trayectoria recta desde la fuente hasta los detectores2 las ondas P refractadas criacuteticamente denominadas tambieacuten ondas coacutenicas las cuales aunque no siguen una trayectoriarecta entre la fuente y los detectores (distancia miacutenima) sin embargo llegan primero que cualquier otra onda porqueviajan por una trayectoria de tiempo miacutenimoEn la figura 1 se muestra una simulacioacuten matemaacutetica de la propagacioacuten de un campo de ondas en un subsueloformado por dos estratos de espesor constante El estrato maacutes superficial tiene una velocidad de ondas P de 500 ms yespesor 15 m El estrato subyacente tiene una velocidad de ondas P de 1500 ms La fuente siacutesmica estaacute ubicada en elextremo superior izquierdo del perfil el cual tiene 97 m de largo y 40 m de profundidadLa onda directa estaacute representada por el frente semicircular que se propaga por el estrato maacutes somero (medio 1)Es el primer frente de onda en perturbar los puntos de la superficie desde el instante de activacioacuten de la fuente hasta unos88 ms Durante ese lapso de tiempo la onda directa recorre una distancia de 42 m desde la fuente (distancia de cruce) Apartir de la distancia de cruce la primera en llegar es la onda coacutenicaLa onda coacutenica se presenta en la simulacioacuten bidimensional como un frente de onda recto pero en tres dimensionesseriacutea la superficie inclinada de un tronco de cono cuyo eje vertical pasa por la fuente la base estaacute en la interfase entrelos dos estratos y el tope en la superficie Como se observa en la simulacioacuten este frente de onda se origina a partir delfrente de onda que se transmite al estrato inferior (segundo medio) concretamente soacutelo de la porcioacuten del mismo que viajaparalela a la interfase Esta porcioacuten del frente transmitido que viaja por el segundo medio paralelamente a la interfase esel frente de refraccioacuten criacutetica o refraccioacuten total El da origen a la onda coacutenica a lo largo de la interfase porque constituyeuna onda hipersoacutenica respecto a la velocidad de ondas siacutesmicas en el primer estrato (1500 ms vs 500 ms) Es el mismofenoacutemeno que produce la estela de ondas en abanico de una lancha raacutepida sobre la superficie del agua o el estampidosoacutenico cuando un avioacuten supera la ldquobarrera del sonidordquo es decir cuando vuela a maacutes de 350 msEvidentemente el fenoacutemeno que origina la onda coacutenica se produce soacutelo si el estrato subyacente tiene una velocidadde ondas P mayor que el estrato por encima Si esto no es asiacute se tiene una ldquoinversioacuten de velocidadrdquo y el estratosubyacente no es posible detectarlo con el meacutetodo de refraccioacuten siacutesmicaSi la velocidad de las ondas siacutesmicas es mayor para estratos maacutes profundos entonces se originaraacuten ondas coacutenicasen cada interfase las cuales seraacuten sucesivamente primeras llegadas Por cada interfase se tendraacute una distancia de cruce ensuperficieSi el primer estrato tiene espesor constante el frente de onda coacutenico aparenta propagarse por la superficie con unavelocidad igual a la del segundo estrato La distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica proporciona informacioacutendel espesor del primer estrato (evidentemente el espesor es mayor cuanto mayor sea la distancia de cruce)

Cuando los estratos no son paralelos sino que presentan inclinacioacuten relativa las velocidades de onda coacutenicacalculadas para cada estrato a partir de una dromocroacutenica son velocidades aparentes Para poder calcular las velocidadesverdaderas es necesario efectuar dos registros de refraccioacuten primero se obtiene un registro con la fuente en un extremo deltendido de receptores y despueacutes se obtiene un segundo registro con la fuente en el otro extremo Esto se conoce como lateacutecnica del doble disparoPara calcular las inclinaciones de los estratos es necesario disponer de los registros efectuados en dos tendidos dedoble disparo Estos tendidos deben estar en direcciones cruzadas preferiblemente a 90deg uno respecto al otro En total seobtendriacutean cuatro registros De esta forma es posible calcular la inclinacioacuten de cada estrato respecto a la horizontalFigura 1 Mapas que muestran la evolucioacuten del campo de ondas a intervalos de 8 ms en un subsuelo constituido pordos estratos El estrato superior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 500 ms y un espesor constante de 15 m Elestrato inferior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 1500 ms Se destacan el avance de la onda directa por elrecubrimiento (8 ms 16 ms 24 ms) la formacioacuten de la onda transmitida al basamento la cual tiene mayor velocidady longitud de onda que la directa (32 ms 40 ms) la aparicioacuten de la onda coacutenica en el recubrimiento (48 ms)notaacutendose que es tangente a la reflejada (56 ms) la llegada de la onda reflejada y la onda coacutenica a la superficie (64ms) el adelantamiento de la onda coacutenica a la onda directa en su llegada a la superficie (80 ms 88 ms) Notar que elavance de la onda directa por la superficie es real mientras que el de la onda coacutenica es aparente La onda coacutenicaavanza por la superficie con una velocidad aparente igual a la velocidad verdadera del basamento porque el espesordel recubrimiento es constante (mapas 64 a 96 ms) Las flechas indican la posicioacuten del frente de onda de primerallegada en la superficie8 ms 16 ms 24 ms32 ms 40 ms 48 ms56 ms 64 ms 72 ms80 ms 88 ms 96 ms104 ms 112 ms 120 ms50100150200250300350400450500Distancia (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CA

RFigura 2 Ejemplo de registro siacutesmico El registro contiene 12 trazas Cada traza representa las oscilaciones delterreno captadas por un sensor (geoacutefono) el cual las enviacutea como sentildeales eleacutectricas a su correspondiente canal en elsismoacutegrafo En el ejemplo los sensores se encuentran alineados a intervalos de 10 m estando el sensor del primercanal a 10 m de la fuente siacutesmica el sensor del segundo canal a 20 m etc El tiempo total de grabacioacuten es 500 msEn el registro se destacan varios trenes de ondas coherentes Estaacuten las ondas superficiales de gran amplitud (G) laonda de aire de alta frecuencia (A) reflexiones (R) la onda directa (D) y la onda coacutenica (C) En prospeccioacuten porrefraccioacuten soacutelo se utilizan los tiempos de llegada de las ondas directa y coacutenica En prospeccioacuten por reflexioacuten seutilizan soacutelo las reflejadas despueacutes de haber procesado el registro siacutesmico para eliminar todas las demaacutes ondas

GDTiempo (ms)(buzamiento o echado) y su direccioacuten (rumbo)En la figura 2 se muestra un registro siacutesmico real de refraccioacuten El registro consta de 12 trazas Cada traza es unarepresentacioacuten graacutefica de las oscilaciones del terreno con el tiempo captadas por un sensor en la superficie del mismo Elsensor al ser movido por las ondas siacutesmicas genera sentildeales eleacutectricas las cuales son enviadas a traveacutes de un cable hasta uncanal del sismoacutegrafo En el sismoacutegrafo las sentildeales son amplificadas filtradas grabadas y representadas graacuteficamente enforma de traza Asiacute este registro de 12 trazas fue generado por un sismoacutegrafo de 12 canalesEn el terreno los sensores se encontraban alineados colocados a intervalos de 10 m La fuente siacutesmica se encontrabaa 10 m del primer sensor (la traza del primer canal es la situada mas a la izquierda en el registro) El registro seinicioacute en el instante en que se activoacute la fuente siacutesmica y la grabacioacuten duroacute 500 ms (medio segundo) Las liacuteneas horizontalesen el registro representan intervalos de 50 ms con lo que proporcionan una escala de tiempoMediante flechas se indican algunas de las oscilaciones en las trazas producidas por diversos tipos de ondas Enestos registros los trenes de ondas que presenten mayor pendiente tienen menor velocidad mientras que los que tienden aseguir un patroacuten horizontal son los de mayor velocidad Las mayores amplitudes se deben a ondas superficiales las cualesaunque dominan en el registro no son de utilidad en el meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten y por ello se las consideraruido Otra onda de ruido que se destaca es la onda de aire la cual se caracteriza por su alta frecuencia (oscilaciones deperiodo corto) no ser dispersiva y velocidad de propagacioacuten de unos 350 ms Los trenes de onda que son de utilidad en este registro son los primeros en llegar en cada traza Naturalmente sedescartan los eventos de ruido ambiental casi siempre presentes y mas notorios en las trazas de los canales mas lejanos a lafuente Estos eventos normalmente no presentan coherencia es decir no pueden ser seguidos traza a traza de acuerdo a un

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

que se propaga la ondaLas ondas S se pueden descomponer en dos componentes vectoriales ondas SV en las que el movimiento ocurreenteramente en un plano vertical y ondas SH en las que el movimiento ocurre en un plano horizontalEn materiales homogeacuteneos la velocidad de las ondas P y S se puede expresar en funcioacuten de los paraacutemetroselaacutesticos mediante las siguientes foacutermulasVp2 43VskDondeVp velocidad de onda P m moacutedulo de rigidezVs velocidad de onda S k moacutedulo de volumenl paraacutemetro de Lame r densidadNotar que la velocidad de propagacioacuten de ondas siacutesmicas es independiente de la potencia de la fuente y soacutelodepende de las propiedades del material por el que viajan Esto simplifica la caracterizacioacuten de los estratos geoloacutegicos delsubsuelo por sus velocidades En cambio la amplitud del movimiento del terreno al paso de una onda siacutesmica si dependede la potencia de la fuente y tambieacuten de otros factores como la distancia a la fuente y de las propiedades de atenuacioacuten delos materiales atravesadosA efectos praacutecticos de la prospeccioacuten siacutesmica las ondas S no se transmiten en el agua ni en el aire porque elmoacutedulo de rigidez de los mismos es muy pequentildeo y la atenuacioacuten de las ondas es muy grandeLas rocas y sedimentos no suelen ser materiales homogeacuteneos sino que son agregados de diferentes minerales conespacios porosos de forma variable llenos de fluidos como agua o aire fracturas y microfracturas de diversas formas yorientaciones Por ello las foacutermulas anteriores para calcular las velocidades de onda P y S no son exactas en rocas ni ensedimentos Lo mejor que se dispone es una gran variedad de foacutermulas semiempiacutericas para calcular velocidades en las quese toma en cuenta los paraacutemetros elaacutesticos de la matriz y de los fluidos la porosidad etcEn general se cumple con excepciones que los valores de velocidad son mayores (Mooney 1977)middot en rocas iacutegneas baacutesicas que en rocas iacutegneas aacutecidasmiddot en rocas iacutegneas que en rocas sedimentariasmiddot en sedimentos consolidados que en no consolidadosmiddot en sedimentos no consolidados saturados que en sedimentos no consolidados secosmiddot en suelos huacutemedos que en suelos secosmiddot en carbonatos que en areniscas

middot en areniscas que en lutitasmiddot en rocas soacutelidas que en rocas fracturadas o con diaclasasmiddot en rocas inalteradas que en rocas meteorizadasmiddot en rocas densas que en rocas livianasmiddot en rocas viejas que en rocas joacutevenesLos sedimentos presentan casi siempre velocidades inferiores a 2000 ms Las areniscas y lutitas velocidades entre1000 y 3000 ms Las rocas iacutegneas y metamoacuterficas velocidades superiores a los 3500 ms Las velocidades tiacutepicas de ondaP de algunos materiales sonMaterial Velocidad (ms)agua 1475aire 350arena 1400-2500arcilla 900-2500carboacuten 1500-2500lutita 2000-3900arenisca 1800-4200caliza 3000-5000gneis 3500-5000esquisto 3000-4500granito 4000-6000gabro 6000Generalmente el primer estrato estaacute constituido por roca meteorizada o por sedimentos transportados Suvelocidad suele estar entre 300 y 800 ms y su espesor alrededor de los 5 m Si el suelo estaacute constituido por arena sueltatal como arena de playa o meacutedano (dunas) la velocidad de propagacioacuten puede ser inferior a la velocidad del sonido en elaire (350 ms) Si en cambio las arenas estaacuten saturadas de agua la velocidad puede ser inferior a la de propagacioacuten en elagua (1475 ms)En rocas iacutegneas y metamoacuterficas no meteorizadas existe una buena correlacioacuten entre la velocidad de ondassiacutesmicas y el iacutendice RQD o el grado de fracturacioacuten (Sjoslashgren et al1979) la cual se resume en la siguiente tablaRELACION ENTRE VELOCIDAD DE ONDA P Y PARAMETROS MECANICOS DE ROCAS IGNEAS YMETAMORFICAS NO METEORIZADAS SEGUN SJOslashGREN ET AL 1979Velocidad (ms) Fracturas por metro plusmn08 fracturasm RQD () plusmn35 Edin (GPa) plusmn2 GPa m(Gpa) plusmn1 GPa k (Gpa) plusmn1 GPa3000 190 25 183 62 1773500 135 454000 95 63 305 115 2704500 65 785000 40 88 525 195 4155500 35 94 645 250 515La correlacioacuten entre velocidad y grado de meteorizacioacuten no es tan buena y depende entre otras cosas de lalitologiacutea por ejemplo una velocidad de 2000 ms en un granito es indicativo de un grado alto de meteorizacioacuten ofracturamiento en cambio en una arenisca es indicativo de roca inalterada Sin embargo el grado de meteorizacioacuten esmayor cuanto menor sea la velocidad registrada con relacioacuten a la velocidad tiacutepica de la roca considerada en estadoinalteradoEl radar es un meacutetodo de exploracioacuten que en lugar de ondas elaacutesticas utiliza ondas electromagneacuteticas Es bien

conocido que el radar se utiliza para localizar aviones en vuelo misiles y barcos o determinar la velocidad de vehiacuteculosPero tambieacuten tiene aplicacioacuten en sensores remotos desde avioacuten o sateacutelite para determinar el relieve topograacutefico a traveacutes delas nubes tipos de suelo vegetacioacuten litologiacutea etc Menos conocido es que tambieacuten se utiliza para prospeccioacuten delsubsuelo a poca profundidad en forma casi ideacutentica a la prospeccioacuten siacutesmicaMETODOS DE PROSPECCION SISMICALos meacutetodos de prospeccioacuten siacutesmica se pueden clasificar seguacuten el tipo de ondas utilizadas para obtener informacioacutendel subsuelo Seguacuten este criterio se tienen meacutetodos basados en- ondas reflejadas- ondas coacutenicas o refractadas criacuteticamente- ondas directas- ondas superficialesCuando se efectuacutea un registro siacutesmico casi siempre es inevitable que se reciban y graben todos estos tipos deondas sin embargo soacutelo uno de ellos se considera uacutetil Las ondas consideradas uacutetiles se las denomina ldquosentildealrdquo mientrasque las ondas de otro tipo se las denomina ldquoruidordquo y se consideran inconvenientes Por ejemplo en el meacutetodo de reflexioacutensoacutelo se consideran uacutetiles las ondas siacutesmicas reflejadas mientras que las coacutenicas directas y superficiales seconsideran ruido Por el contrario cuando se utilizan meacutetodos basados en ondas superficiales estas son la ldquosentildealrdquomientras que las reflejadas forman parte del ruidoEl meacutetodo de exploracioacuten siacutesmica mas utilizado para prospeccioacuten de hidrocarburos es el que utilizan ondasreflejadas y se denomina ldquomeacutetodo de reflexioacuten siacutesmicardquoEl siguiente meacutetodo mas utilizado en prospeccioacuten de hidrocarburos es el que utiliza ondas directas y en estacategoriacutea caen todos los registros siacutesmicos de pozo Las ondas directas tambieacuten se utilizan en geologiacutea aplicada a obrasciviles ya sea en pozos o en galeriasEn la siacutesmica de pozos se cuenta con una variedad de teacutecnicas entre las que se citan- VSP- WSTSiacutesmica de - Registro soacutenicoPozos - Downhole- Crosshole- TomografiacuteaProspeccioacuten por reflexioacutenLa fuente y los detectores se encuentran en o cerca de la superficie y puede ser en tierra o en agua La informacioacutendel subsuelo es aportada por las ondas siacutesmicas que se reflejan a manera de un eco en las superficies de contacto(interfases) de estratos con propiedades elaacutesticas diferentes La informacioacuten se suele presentar en forma de seccionessiacutesmicas que constituyen una especie de radiografiacutea o ecosonograma que revela las principales estructuras geoloacutegicas en elsubsuelo tales como pliegues fallas intrusiones patrones de sedimentacioacuten Se utiliza principalmente para localizacioacuten ydetalle de estructuras geoloacutegicas favorables a contener yacimientos de hidrocarburos a profundidades entre 1000 y 4000 m Tambieacuten se utiliza con fines geoteacutecnicos principalmente en agua por ejemplo para determinar las condiciones del fondomarino para el anclaje de plataformas petroleras o el tendido de tuberiacuteas En este caso la resolucioacuten suele ser excepcionalmente

buena Por contraste el meacutetodo presenta muchos inconvenientes para su utilizacioacuten con fines geoteacutecnicos en tierraa profundidades menores de 300 m La adquisicioacuten el procesamiento y la interpretacioacuten por el meacutetodo de reflexioacuten son las maacutes complejas y costosassin embargo se considera en general el mejor meacutetodo de exploracioacuten geofiacutesica del subsueloLa adquisicioacuten de datos con fines petroleros se suele efectuar a lo largo de un mallado de liacuteneas siacutesmicas conextensiones del orden de 5 a 100 km por liacutenea Los tendidos siacutesmicos puede tener una longitud de 3 o 4 km a cada lado dela fuente y utilizar entre 48 y 1024 canales de grabacioacuten El nuacutemero de canales de grabacioacuten se ha ido incrementando conel tiempo y actualmente puede llegar hasta 10000 canales La exploracioacuten puede ser de reconocimiento de detalle y 3DEn la exploracioacuten de reconocimiento la distancia entre liacuteneas es de hasta 10 km en la de detalle hasta 2 km y en 3D hasta50 m El tiempo de registro por cada disparo es de 4 a 6 segundos con explosivos y de 10 a 15 segundos si la fuente soncamiones vibradores El intervalo de muestreo es de 2 ms o 4 ms y el rango de frecuencias uacutetiles de las reflexiones estaacute enla banda de 10 a 80 Hz con un maacuteximo entre 35 y 40 HzLa exploracioacuten del subsuelo mediante radar tambieacuten utiliza las teacutecnicas del meacutetodo de reflexioacuten siacutesmica pero lasprofundidades alcanzadas son mucho maacutes cortas entre 0 y 50 m aunque en la mayoriacutea de las ocasiones no alcanza muchomaacutes de los 5 m Las mayores penetraciones se consiguen en sal hielo y rocas iacutegneas y metamoacuterficas La menor ensedimentos arcillosos Su principal aplicacioacuten es en Arqueologiacutea para localizar muros de construcciones antiguas canalestumbas Tambieacuten se utiliza para localizar tuberiacuteas sitios de enterramiento de desechos toacutexicos y cavidadesProspeccioacuten por refraccioacutenLa fuente y los detectores se encuentran en la superficie la cual en la mayoriacutea de los casos es tierra La informacioacutendel subsuelo es aportada por las ondas siacutesmicas refractadas criacuteticamente en las interfases entre estratos de diferentevelocidad de ondas siacutesmicas compresionales (ondas P) Estas ondas refractadas criacuteticamente tambieacuten se conocen comoondas coacutenicas ondas de primera llegada ondas de cabezera ondas laterales Ellas son con excepcioacuten de las ondas directashasta cierta distancia las que primero llegan a los receptores desde el instante en que se produce la liberacioacuten de energiacuteaen la fuente por lo que identificarlas y medirles el tiempo de llegada suele ser relativamente sencilloLa mayor aplicacioacuten del meacutetodo es explorar el subsuelo con fines geoteacutecnicos o mineros a profundidades entre 0 y100 m Es efectivo para delimitar la interfase entre medios elaacutesticos con un fuerte contraste de velocidad (mayor que 21)tal como el que existe entre el basamento de roca inalterada y el material de recubrimiento constituido por aluvioacuten o porroca meteorizada No suele ser de utilidad para delimitar estratos sedimentarios entre siVSPEl VSP (Vertical Seismic Profile) o perfil siacutesmico vertical es una teacutecnica de exploracioacuten siacutesmica en la que se tieneuna fuente siacutesmica en la superficie con varios detectores fijos en un pozo Se obtienen registros siacutesmicos similares a los dereflexioacuten para varias distancias de la fuente al pozo con los que se construye un seccioacuten siacutesmica de su entorno Las

principales aplicaciones del VSP son diferenciar entre reflexiones primarias y muacuteltiples medir velocidades de ondacompresional y de corte y ayudar en la conversioacuten de tiempo a profundidad de las secciones siacutesmicas de reflexioacutenEste meacutetodo aprovecha ondas directas y ondas reflejadasWSTEl WST (Well Seismic Tool) o tiros de verificacioacuten es una teacutecnica en la que se tiene un fuente siacutesmica fija ensuperficie y una sonda (WST) con un receptor dentro del pozo Para una profundidad dada de la sonda se obtiene unregistro siacutesmico en el cual se mide el tiempo de viaje de las ondas primarias desde la fuente hasta el receptor El procedimientose repite para varias profundidades de la sonda Sus principales aplicaciones son obtener la funcioacuten de conversioacutende tiempo a profundidad para las secciones siacutesmicas de reflexioacuten y calibrar los registros soacutenicosRegistro soacutenicoEn esta teacutecnica se utiliza una herramienta de pozo la cual contiene un emisor de ondas siacutesmicas y un par dereceptores a distancias fijas del emisor La herramienta se introduce por el pozo y a intervalos regulares de profundidad(por ejemplo 1 pie) se mide el tiempo de traacutensito de una sentildeal siacutesmica desde el emisor hasta los receptores Esta es unaonda coacutenica producida por refraccioacuten criacutetica en la formacioacuten geoloacutegica El inverso de ese tiempo de traacutensito representa lavelocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas en el subsuelo a la profundidad donde se efectuoacute la medicioacuten El meacutetodo secaracteriza por su alta resolucioacuten para delimitar estratos y tiene extensa utilidad en estudios de petrofiacutesica estratigrafiacuteaproduccioacuten de yacimientos y correlacioacuten de secciones siacutesmicas con las formaciones geoloacutegicas Es catalogado como unmeacutetodo de testificacioacuten petrofiacutesica de pozo como los registros eleacutectricos neutroacutenicos gamma ray SPTambieacuten existen sondas que en lugar de pulsos siacutesmicos utilizan pulsos de radar Presenta la ventaja de utilizarantenas direccionales por lo que permite medir distancias hasta cavidades y fracturas determinar aacutengulos de interseccioacutenentre los estratos y la perforacioacuten y el rumbo del buzamiento de fracturas Tiene aplicaciones en mineriacutea hidrogeologiacutea ymecaacutenica de rocas Se usa para investigar sitios para tuacuteneles represas y sitios de excavacioacuten El equipo es mucho maacutescostoso que el de ondas siacutesmicas y la teacutecnica todaviacutea no estaacute muy desarrolladaDownholeEste meacutetodo es similar al WST la diferencia estriba en que las aplicaciones del downhole estaacuten maacutes enfocadas ala Geotecnia las profundidades son someras (0-100 m) y usualmente se utilizan sondas con detectores de tres componentesvectoriales una vertical y dos horizontales en direcciones ortogonales Se registran las ondas P y S tiacutepicamente a intervalosde profundidad de 1 pie Su finalidad es obtener los paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos como funcioacuten de la profundidad enel entorno del pozo Suele ser bastante efectivo y permite aprovechar mejor la inversioacuten realizada en la perforacioacuten Dosdificultades con este meacutetodo es que requiere mucha precisioacuten en la determinacioacuten de los tiempos de primera llegada de lasondas si se desea obtener velocidades intervaacutelicas y que el pozo esteacute revestidoCrossholeEsta teacutecnica para objetivos geoteacutecnicos requiere la perforacioacuten de al menos dos pozos de igual profundidad

preferiblemente tres pozos alineados con una separacioacuten de unos 3 a 8 m Igual que en el downhole se utiliza una sondaque detecta tres componentes vectoriales de las ondas siacutesmicas la diferencia estaacute en que la fuente no permanece fija ensuperficie sino que se coloca a la misma profundidad que la sonda en un pozo adyacente Si se utilizan tres pozos alineadosse baja la fuente en uno de ellos y una sonda en cada uno de los otros dos Las dificultades son las mismas que las deldownhole a las que se agrega la dificultad de utilizar una fuente siacutesmica dentro de un pozo Se pueden usar tambieacutenemisores y sensores de radarTomografiacuteaAl igual que el crosshole requiere la perforacioacuten de dos o tres pozos alineados Tambieacuten se colocan detectores enuno o dos pozos y la fuente en el tercero La variante es que se toman registros de todas las combinaciones posibles deprofundidades de fuentes y detectores De esta forma el subsuelo entre los pozos es atravesado por numerosas y diferentestrayectorias fuente-receptor lo cual permite plantear sistemas de ecuaciones para calcular la distribucioacuten de velocidades ycalidad de la roca Existen modalidades en que tambieacuten se utilizan fuentes en superficie a diversas distancias del pozo(como en el VSP) Esta teacutecnica requiere un procesamiento maacutes elaborado pero proporciona secciones bidimensionales delsubsuelo de buena resolucioacuten Tiene aplicaciones en Geotecnia y mineriacutea Existe una versioacuten que utiliza radar en lugar deondas siacutesmicasSiacutesmica de galeriacuteaSe efectuacutea entre galeriacuteas de una mina subterraacutenea o entre tuacuteneles y la superficie En ella la fuente se encuentra enuna galeriacutea o en la superficie y los detectores en otra galeriacutea Se presta para utilizar teacutecnicas de tomografiacutea El principalobjetivo es determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos entre galeriacuteas o hasta la superficie Tambieacuten se usa para localizarfallas vetas grado de fracturacioacuten cavidades localizar tuacuteneles abandonados Tambieacuten puede utilizarse radarRecordando que la prospeccioacuten por meacutetodos siacutesmicos consiste en explorar el subsuelo mediante ondas siacutesmicas esevidente que la informacioacuten acerca del subsuelo que se puede extraer directamente de esta forma estaacute limitada a laspropiedades fiacutesicas que gobiernan la propagacioacuten de ondas elaacutesticas A partir de los registros siacutesmicos se pueden medirtiempos de llegada de las ondas amplitudes y frecuencias Con estas mediciones se pueden calcular velocidades depropagacioacuten de ondas espesores de estratos coeficientes de atenuacioacuten constantes elaacutesticas dinaacutemicas (moacutedulo dePoisson moacutedulo de rigidez moacutedulo de volumen etc) Indirectamente y bajo la suposicioacuten de la existencia de una relacioacutenentre estos paraacutemetros y la litologiacutea se puede construir una imagen aproximada de la geologiacutea del subsueloAlgunos de los datos que usualmente se especifican en el reporte o informe teacutecnico de una prospeccioacuten siacutesmica aprofundidad somera sonmiddot Perfil sismoelaacutestico del subsuelo en distancia y profundidad representado mediante el graacutefico de las interfases entre losdiferentes estratos (esto proporciona espesores y profundidades)middot Velocidad de ondas compresionales de cada estratomiddot Posible litologiacutea

middot Posibles estructuras geoloacutegicas tales como fallas altos o depresiones en el basamento rocoso zonas de fracturacioacuten odisolucioacuten cavidadesmiddot Paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosmiddot Grado de fracturamiento de meteorizacioacuten o de facilidad de fracturacioacuten de la rocamiddot Voluacutemenes de materialLoacutegicamente dependiendo del objetivo de la exploracioacuten y de la teacutecnica aplicada es posible suministrar uno ovarios de los paraacutemetros citadosEn principio la utilidad de los meacutetodos siacutesmicos dependen de la existencia de una relacioacuten entre los paraacutemetroselaacutesticos de los materiales del subsuelo y su litologiacutea (o cualquier otra propiedad que se desee conocer) En general en lamayoriacutea de las situaciones tal relacioacuten existe sin embargo no suele ser uniacutevoca por ejemplo si las mediciones indican quela velocidad de propagacioacuten de ondas siacutesmicas en el subsuelo es de 2000 ms esta velocidad no es indicativa de ningunalitologiacutea concreta como caliza arenisca o arcillaEn general los meacutetodos geofiacutesicos aportan datos para aproximarse a la solucioacuten de un problema geoloacutegico mineroo geoteacutecnico que se suman a los proporcionados por geologiacutea de superficie perforaciones ensayos de penetracioacuten ensayosestaacuteticos sobre muestras o in situ etc Soacutelo en casos muy particulares la informacioacuten geofiacutesica por si sola es suficiente pararesolver el problemaLos meacutetodos de exploracioacuten siacutesmica en los sitios donde resultan efectivos suelen utilizarse para reducir costos yaque son maacutes baratos y raacutepidos que las perforaciones Ellos no sustituyen las perforaciones simplemente disminuyen sunuacutemero Si en un programa de exploracioacuten se requeriacutean 10 perforaciones estas pueden reducirse a 4 estrateacutegicamentesituadas y el resto del aacuterea se ldquorellenardquo mediante perfiles siacutesmicos En este caso las perforaciones y los sondeos siacutesmicos secalibran mutuamenteVentajas y desventajas de la prospeccioacuten por refraccioacuten respecto a las perforacionesLos sondeos siacutesmicos tienen ventajas y desventajas respecto a las perforaciones que se pueden resumir en lasiguiente listaVentajasmiddot Maacutes baratos por metro de profundidad y por sondeomiddot Mayor rapidez de ejecucioacutenmiddot No requieren de maquinaria compleja o pesada la operacioacuten de los instrumentos es relativamente sencillamiddot Pueden efectuarse auacuten en terrenos con gran pendientemiddot No requieren apertura de viacuteas de acceso ni acondicionamiento del terreno para operar maquinaria Soacutelo es necesarioabrir una pica (trocha) para el cable de detectores si la vegetacioacuten es densamiddot Los datos que aportan reflejan las propiedades promedio de un volumen del subsuelo es decir no son puntualesDesventajasmiddot Resolucioacuten muy pobre no son capaces de diferenciar estratos muy delgados o de propiedades elaacutesticas similaresmiddot No proporcionan informacioacuten uniacutevoca de la litologiacuteamiddot Su efectividad decrece al aumentar la profundidad a explorarmiddot Requieren el uso de explosivos para obtener registros siacutesmicos de buena calidadmiddot Si se usan explosivos es necesario abrir huecos (1-2 m de profundidad) para colocar la carga

middot El mantenimiento y reparacioacuten de los instrumentos electroacutenicos de medicioacuten de ondas siacutesmicas es difiacutecil de obtener enVenezuelamiddot Resultan inuacutetiles en zonas de litologiacutea lateramente heterogeacutenea o estructuralmente compleja (sedimentacioacuten cruzadalentes intercalaciones conglomerados zonas de falla) en masas rocosas iacutegneas o metamoacuterficas o en zonas de fuerteatenuacioacuten de ondas siacutesmicas (rellenos arenas sueltas secas)PROSPECCION POR REFRACCION SISMICAEs probablemente el meacutetodo geofiacutesico maacutes utilizado para obtener datos para Geotecnia del subsuelo somero Eneste meacutetodo la fuente y los detectores se encuentran alineados en la superficie del terreno Se obtienen registros de lasondas que viajan desde la fuente hasta los detectores a traveacutes del subsuelo siguiendo diversas trayectorias o caminos Enparticular aquiacute interesan aquellas ondas que siguen la trayectoria de tiempo miacutenimo y que son las primeras que llegan acada detector Con ellas se dibuja un graacutefico donde las abcisas son distancias desde la fuente hasta cada detector y el eje delas ordenadas son los respectivos tiempos de primera llegada Este graacutefico se denomina graacutefico tiempo-distancia y lascurvas representadas son las dromocroacutenicas En principio a partir de este graacutefico es posible calcular el perfil de espesoresy la velocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas primarias de cada estrato en el subsueloAplicaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenEl meacutetodo proporciona informacioacuten de los espesores y velocidades de los estratos del subsuelo Esto puede resultarde utilidad principalmente en geologiacutea aplicada a obras civiles (Geotecnia) tales como en la construccioacuten de edificiospuentes represas carreteras taludes en los que interesa la profundidad de la roca inalterada el grado de meteorizacioacuten delrecubrimiento localizar materiales de construccioacuten y grado de fractura o de facilidad de fracturacioacuten de la roca y evaluarel riesgo siacutesmico En mineriacutea para calcular voluacutemenes de material explotable y en Hidrogeologiacutea para ayudar a determinarla continuidad y extensioacuten de acuiacuteferos En general el meacutetodo se aplica paramiddot Obtener perfiles del espesor de sedimentos hasta el basamento en una cuenca sedimentariamiddot Localizar fallas paleocauces zonas de fracturas en el basamento rocoso someromiddot Obtener un perfil de espesores y velocidades hasta la roca fresca diferenciando suelo roca meteorizada rocasubmeteorizada y roca inalteradamiddot Calcular volumen de material explotable principalmente en minas de arena caliza oro de aluvioacuten ocre caoliacutenmiddot Determinar la continuidad de estratos acuiacuteferosmiddot Calcular los tiempos de traacutensito de las ondas a traveacutes de las capas de baja velocidad cercanas a la superficie paracorreccioacuten estaacutetica de campo en prospeccioacuten por reflexioacutenEl meacutetodo de refraccioacuten de ondas siacutesmicas tambieacuten se utiliza en Sismologiacutea para determinar la estructura internade la Tierra en estudios de la corteza terrestre (con fuentes siacutesmicas naturales o artificiales) y en las deacutecadas de los antildeos30 a 50 se utilizoacute en prospeccioacuten de hidrocarburos principalmente para ubicar domos salinos a los cuales suelen estarasociadas trampas de petroacuteleo Actualmente praacutecticamente no se utiliza en prospeccioacuten de hidrocarburos excepto indirectamentepara calcular la correccioacuten estaacutetica de campoFundamento fiacutesico

En los registros siacutesmicos de refraccioacuten se utilizan soacutelo o principalmente los tiempos de las ondas que lleganprimero a los detectores desde que se activa la fuente de ondas siacutesmicas Las ondas que normalmente llegan primero son1 las denominadas ondas directas que son ondas P que viajan en trayectoria recta desde la fuente hasta los detectores2 las ondas P refractadas criacuteticamente denominadas tambieacuten ondas coacutenicas las cuales aunque no siguen una trayectoriarecta entre la fuente y los detectores (distancia miacutenima) sin embargo llegan primero que cualquier otra onda porqueviajan por una trayectoria de tiempo miacutenimoEn la figura 1 se muestra una simulacioacuten matemaacutetica de la propagacioacuten de un campo de ondas en un subsueloformado por dos estratos de espesor constante El estrato maacutes superficial tiene una velocidad de ondas P de 500 ms yespesor 15 m El estrato subyacente tiene una velocidad de ondas P de 1500 ms La fuente siacutesmica estaacute ubicada en elextremo superior izquierdo del perfil el cual tiene 97 m de largo y 40 m de profundidadLa onda directa estaacute representada por el frente semicircular que se propaga por el estrato maacutes somero (medio 1)Es el primer frente de onda en perturbar los puntos de la superficie desde el instante de activacioacuten de la fuente hasta unos88 ms Durante ese lapso de tiempo la onda directa recorre una distancia de 42 m desde la fuente (distancia de cruce) Apartir de la distancia de cruce la primera en llegar es la onda coacutenicaLa onda coacutenica se presenta en la simulacioacuten bidimensional como un frente de onda recto pero en tres dimensionesseriacutea la superficie inclinada de un tronco de cono cuyo eje vertical pasa por la fuente la base estaacute en la interfase entrelos dos estratos y el tope en la superficie Como se observa en la simulacioacuten este frente de onda se origina a partir delfrente de onda que se transmite al estrato inferior (segundo medio) concretamente soacutelo de la porcioacuten del mismo que viajaparalela a la interfase Esta porcioacuten del frente transmitido que viaja por el segundo medio paralelamente a la interfase esel frente de refraccioacuten criacutetica o refraccioacuten total El da origen a la onda coacutenica a lo largo de la interfase porque constituyeuna onda hipersoacutenica respecto a la velocidad de ondas siacutesmicas en el primer estrato (1500 ms vs 500 ms) Es el mismofenoacutemeno que produce la estela de ondas en abanico de una lancha raacutepida sobre la superficie del agua o el estampidosoacutenico cuando un avioacuten supera la ldquobarrera del sonidordquo es decir cuando vuela a maacutes de 350 msEvidentemente el fenoacutemeno que origina la onda coacutenica se produce soacutelo si el estrato subyacente tiene una velocidadde ondas P mayor que el estrato por encima Si esto no es asiacute se tiene una ldquoinversioacuten de velocidadrdquo y el estratosubyacente no es posible detectarlo con el meacutetodo de refraccioacuten siacutesmicaSi la velocidad de las ondas siacutesmicas es mayor para estratos maacutes profundos entonces se originaraacuten ondas coacutenicasen cada interfase las cuales seraacuten sucesivamente primeras llegadas Por cada interfase se tendraacute una distancia de cruce ensuperficieSi el primer estrato tiene espesor constante el frente de onda coacutenico aparenta propagarse por la superficie con unavelocidad igual a la del segundo estrato La distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica proporciona informacioacutendel espesor del primer estrato (evidentemente el espesor es mayor cuanto mayor sea la distancia de cruce)

Cuando los estratos no son paralelos sino que presentan inclinacioacuten relativa las velocidades de onda coacutenicacalculadas para cada estrato a partir de una dromocroacutenica son velocidades aparentes Para poder calcular las velocidadesverdaderas es necesario efectuar dos registros de refraccioacuten primero se obtiene un registro con la fuente en un extremo deltendido de receptores y despueacutes se obtiene un segundo registro con la fuente en el otro extremo Esto se conoce como lateacutecnica del doble disparoPara calcular las inclinaciones de los estratos es necesario disponer de los registros efectuados en dos tendidos dedoble disparo Estos tendidos deben estar en direcciones cruzadas preferiblemente a 90deg uno respecto al otro En total seobtendriacutean cuatro registros De esta forma es posible calcular la inclinacioacuten de cada estrato respecto a la horizontalFigura 1 Mapas que muestran la evolucioacuten del campo de ondas a intervalos de 8 ms en un subsuelo constituido pordos estratos El estrato superior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 500 ms y un espesor constante de 15 m Elestrato inferior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 1500 ms Se destacan el avance de la onda directa por elrecubrimiento (8 ms 16 ms 24 ms) la formacioacuten de la onda transmitida al basamento la cual tiene mayor velocidady longitud de onda que la directa (32 ms 40 ms) la aparicioacuten de la onda coacutenica en el recubrimiento (48 ms)notaacutendose que es tangente a la reflejada (56 ms) la llegada de la onda reflejada y la onda coacutenica a la superficie (64ms) el adelantamiento de la onda coacutenica a la onda directa en su llegada a la superficie (80 ms 88 ms) Notar que elavance de la onda directa por la superficie es real mientras que el de la onda coacutenica es aparente La onda coacutenicaavanza por la superficie con una velocidad aparente igual a la velocidad verdadera del basamento porque el espesordel recubrimiento es constante (mapas 64 a 96 ms) Las flechas indican la posicioacuten del frente de onda de primerallegada en la superficie8 ms 16 ms 24 ms32 ms 40 ms 48 ms56 ms 64 ms 72 ms80 ms 88 ms 96 ms104 ms 112 ms 120 ms50100150200250300350400450500Distancia (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CA

RFigura 2 Ejemplo de registro siacutesmico El registro contiene 12 trazas Cada traza representa las oscilaciones delterreno captadas por un sensor (geoacutefono) el cual las enviacutea como sentildeales eleacutectricas a su correspondiente canal en elsismoacutegrafo En el ejemplo los sensores se encuentran alineados a intervalos de 10 m estando el sensor del primercanal a 10 m de la fuente siacutesmica el sensor del segundo canal a 20 m etc El tiempo total de grabacioacuten es 500 msEn el registro se destacan varios trenes de ondas coherentes Estaacuten las ondas superficiales de gran amplitud (G) laonda de aire de alta frecuencia (A) reflexiones (R) la onda directa (D) y la onda coacutenica (C) En prospeccioacuten porrefraccioacuten soacutelo se utilizan los tiempos de llegada de las ondas directa y coacutenica En prospeccioacuten por reflexioacuten seutilizan soacutelo las reflejadas despueacutes de haber procesado el registro siacutesmico para eliminar todas las demaacutes ondas

GDTiempo (ms)(buzamiento o echado) y su direccioacuten (rumbo)En la figura 2 se muestra un registro siacutesmico real de refraccioacuten El registro consta de 12 trazas Cada traza es unarepresentacioacuten graacutefica de las oscilaciones del terreno con el tiempo captadas por un sensor en la superficie del mismo Elsensor al ser movido por las ondas siacutesmicas genera sentildeales eleacutectricas las cuales son enviadas a traveacutes de un cable hasta uncanal del sismoacutegrafo En el sismoacutegrafo las sentildeales son amplificadas filtradas grabadas y representadas graacuteficamente enforma de traza Asiacute este registro de 12 trazas fue generado por un sismoacutegrafo de 12 canalesEn el terreno los sensores se encontraban alineados colocados a intervalos de 10 m La fuente siacutesmica se encontrabaa 10 m del primer sensor (la traza del primer canal es la situada mas a la izquierda en el registro) El registro seinicioacute en el instante en que se activoacute la fuente siacutesmica y la grabacioacuten duroacute 500 ms (medio segundo) Las liacuteneas horizontalesen el registro representan intervalos de 50 ms con lo que proporcionan una escala de tiempoMediante flechas se indican algunas de las oscilaciones en las trazas producidas por diversos tipos de ondas Enestos registros los trenes de ondas que presenten mayor pendiente tienen menor velocidad mientras que los que tienden aseguir un patroacuten horizontal son los de mayor velocidad Las mayores amplitudes se deben a ondas superficiales las cualesaunque dominan en el registro no son de utilidad en el meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten y por ello se las consideraruido Otra onda de ruido que se destaca es la onda de aire la cual se caracteriza por su alta frecuencia (oscilaciones deperiodo corto) no ser dispersiva y velocidad de propagacioacuten de unos 350 ms Los trenes de onda que son de utilidad en este registro son los primeros en llegar en cada traza Naturalmente sedescartan los eventos de ruido ambiental casi siempre presentes y mas notorios en las trazas de los canales mas lejanos a lafuente Estos eventos normalmente no presentan coherencia es decir no pueden ser seguidos traza a traza de acuerdo a un

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

middot en areniscas que en lutitasmiddot en rocas soacutelidas que en rocas fracturadas o con diaclasasmiddot en rocas inalteradas que en rocas meteorizadasmiddot en rocas densas que en rocas livianasmiddot en rocas viejas que en rocas joacutevenesLos sedimentos presentan casi siempre velocidades inferiores a 2000 ms Las areniscas y lutitas velocidades entre1000 y 3000 ms Las rocas iacutegneas y metamoacuterficas velocidades superiores a los 3500 ms Las velocidades tiacutepicas de ondaP de algunos materiales sonMaterial Velocidad (ms)agua 1475aire 350arena 1400-2500arcilla 900-2500carboacuten 1500-2500lutita 2000-3900arenisca 1800-4200caliza 3000-5000gneis 3500-5000esquisto 3000-4500granito 4000-6000gabro 6000Generalmente el primer estrato estaacute constituido por roca meteorizada o por sedimentos transportados Suvelocidad suele estar entre 300 y 800 ms y su espesor alrededor de los 5 m Si el suelo estaacute constituido por arena sueltatal como arena de playa o meacutedano (dunas) la velocidad de propagacioacuten puede ser inferior a la velocidad del sonido en elaire (350 ms) Si en cambio las arenas estaacuten saturadas de agua la velocidad puede ser inferior a la de propagacioacuten en elagua (1475 ms)En rocas iacutegneas y metamoacuterficas no meteorizadas existe una buena correlacioacuten entre la velocidad de ondassiacutesmicas y el iacutendice RQD o el grado de fracturacioacuten (Sjoslashgren et al1979) la cual se resume en la siguiente tablaRELACION ENTRE VELOCIDAD DE ONDA P Y PARAMETROS MECANICOS DE ROCAS IGNEAS YMETAMORFICAS NO METEORIZADAS SEGUN SJOslashGREN ET AL 1979Velocidad (ms) Fracturas por metro plusmn08 fracturasm RQD () plusmn35 Edin (GPa) plusmn2 GPa m(Gpa) plusmn1 GPa k (Gpa) plusmn1 GPa3000 190 25 183 62 1773500 135 454000 95 63 305 115 2704500 65 785000 40 88 525 195 4155500 35 94 645 250 515La correlacioacuten entre velocidad y grado de meteorizacioacuten no es tan buena y depende entre otras cosas de lalitologiacutea por ejemplo una velocidad de 2000 ms en un granito es indicativo de un grado alto de meteorizacioacuten ofracturamiento en cambio en una arenisca es indicativo de roca inalterada Sin embargo el grado de meteorizacioacuten esmayor cuanto menor sea la velocidad registrada con relacioacuten a la velocidad tiacutepica de la roca considerada en estadoinalteradoEl radar es un meacutetodo de exploracioacuten que en lugar de ondas elaacutesticas utiliza ondas electromagneacuteticas Es bien

conocido que el radar se utiliza para localizar aviones en vuelo misiles y barcos o determinar la velocidad de vehiacuteculosPero tambieacuten tiene aplicacioacuten en sensores remotos desde avioacuten o sateacutelite para determinar el relieve topograacutefico a traveacutes delas nubes tipos de suelo vegetacioacuten litologiacutea etc Menos conocido es que tambieacuten se utiliza para prospeccioacuten delsubsuelo a poca profundidad en forma casi ideacutentica a la prospeccioacuten siacutesmicaMETODOS DE PROSPECCION SISMICALos meacutetodos de prospeccioacuten siacutesmica se pueden clasificar seguacuten el tipo de ondas utilizadas para obtener informacioacutendel subsuelo Seguacuten este criterio se tienen meacutetodos basados en- ondas reflejadas- ondas coacutenicas o refractadas criacuteticamente- ondas directas- ondas superficialesCuando se efectuacutea un registro siacutesmico casi siempre es inevitable que se reciban y graben todos estos tipos deondas sin embargo soacutelo uno de ellos se considera uacutetil Las ondas consideradas uacutetiles se las denomina ldquosentildealrdquo mientrasque las ondas de otro tipo se las denomina ldquoruidordquo y se consideran inconvenientes Por ejemplo en el meacutetodo de reflexioacutensoacutelo se consideran uacutetiles las ondas siacutesmicas reflejadas mientras que las coacutenicas directas y superficiales seconsideran ruido Por el contrario cuando se utilizan meacutetodos basados en ondas superficiales estas son la ldquosentildealrdquomientras que las reflejadas forman parte del ruidoEl meacutetodo de exploracioacuten siacutesmica mas utilizado para prospeccioacuten de hidrocarburos es el que utilizan ondasreflejadas y se denomina ldquomeacutetodo de reflexioacuten siacutesmicardquoEl siguiente meacutetodo mas utilizado en prospeccioacuten de hidrocarburos es el que utiliza ondas directas y en estacategoriacutea caen todos los registros siacutesmicos de pozo Las ondas directas tambieacuten se utilizan en geologiacutea aplicada a obrasciviles ya sea en pozos o en galeriasEn la siacutesmica de pozos se cuenta con una variedad de teacutecnicas entre las que se citan- VSP- WSTSiacutesmica de - Registro soacutenicoPozos - Downhole- Crosshole- TomografiacuteaProspeccioacuten por reflexioacutenLa fuente y los detectores se encuentran en o cerca de la superficie y puede ser en tierra o en agua La informacioacutendel subsuelo es aportada por las ondas siacutesmicas que se reflejan a manera de un eco en las superficies de contacto(interfases) de estratos con propiedades elaacutesticas diferentes La informacioacuten se suele presentar en forma de seccionessiacutesmicas que constituyen una especie de radiografiacutea o ecosonograma que revela las principales estructuras geoloacutegicas en elsubsuelo tales como pliegues fallas intrusiones patrones de sedimentacioacuten Se utiliza principalmente para localizacioacuten ydetalle de estructuras geoloacutegicas favorables a contener yacimientos de hidrocarburos a profundidades entre 1000 y 4000 m Tambieacuten se utiliza con fines geoteacutecnicos principalmente en agua por ejemplo para determinar las condiciones del fondomarino para el anclaje de plataformas petroleras o el tendido de tuberiacuteas En este caso la resolucioacuten suele ser excepcionalmente

buena Por contraste el meacutetodo presenta muchos inconvenientes para su utilizacioacuten con fines geoteacutecnicos en tierraa profundidades menores de 300 m La adquisicioacuten el procesamiento y la interpretacioacuten por el meacutetodo de reflexioacuten son las maacutes complejas y costosassin embargo se considera en general el mejor meacutetodo de exploracioacuten geofiacutesica del subsueloLa adquisicioacuten de datos con fines petroleros se suele efectuar a lo largo de un mallado de liacuteneas siacutesmicas conextensiones del orden de 5 a 100 km por liacutenea Los tendidos siacutesmicos puede tener una longitud de 3 o 4 km a cada lado dela fuente y utilizar entre 48 y 1024 canales de grabacioacuten El nuacutemero de canales de grabacioacuten se ha ido incrementando conel tiempo y actualmente puede llegar hasta 10000 canales La exploracioacuten puede ser de reconocimiento de detalle y 3DEn la exploracioacuten de reconocimiento la distancia entre liacuteneas es de hasta 10 km en la de detalle hasta 2 km y en 3D hasta50 m El tiempo de registro por cada disparo es de 4 a 6 segundos con explosivos y de 10 a 15 segundos si la fuente soncamiones vibradores El intervalo de muestreo es de 2 ms o 4 ms y el rango de frecuencias uacutetiles de las reflexiones estaacute enla banda de 10 a 80 Hz con un maacuteximo entre 35 y 40 HzLa exploracioacuten del subsuelo mediante radar tambieacuten utiliza las teacutecnicas del meacutetodo de reflexioacuten siacutesmica pero lasprofundidades alcanzadas son mucho maacutes cortas entre 0 y 50 m aunque en la mayoriacutea de las ocasiones no alcanza muchomaacutes de los 5 m Las mayores penetraciones se consiguen en sal hielo y rocas iacutegneas y metamoacuterficas La menor ensedimentos arcillosos Su principal aplicacioacuten es en Arqueologiacutea para localizar muros de construcciones antiguas canalestumbas Tambieacuten se utiliza para localizar tuberiacuteas sitios de enterramiento de desechos toacutexicos y cavidadesProspeccioacuten por refraccioacutenLa fuente y los detectores se encuentran en la superficie la cual en la mayoriacutea de los casos es tierra La informacioacutendel subsuelo es aportada por las ondas siacutesmicas refractadas criacuteticamente en las interfases entre estratos de diferentevelocidad de ondas siacutesmicas compresionales (ondas P) Estas ondas refractadas criacuteticamente tambieacuten se conocen comoondas coacutenicas ondas de primera llegada ondas de cabezera ondas laterales Ellas son con excepcioacuten de las ondas directashasta cierta distancia las que primero llegan a los receptores desde el instante en que se produce la liberacioacuten de energiacuteaen la fuente por lo que identificarlas y medirles el tiempo de llegada suele ser relativamente sencilloLa mayor aplicacioacuten del meacutetodo es explorar el subsuelo con fines geoteacutecnicos o mineros a profundidades entre 0 y100 m Es efectivo para delimitar la interfase entre medios elaacutesticos con un fuerte contraste de velocidad (mayor que 21)tal como el que existe entre el basamento de roca inalterada y el material de recubrimiento constituido por aluvioacuten o porroca meteorizada No suele ser de utilidad para delimitar estratos sedimentarios entre siVSPEl VSP (Vertical Seismic Profile) o perfil siacutesmico vertical es una teacutecnica de exploracioacuten siacutesmica en la que se tieneuna fuente siacutesmica en la superficie con varios detectores fijos en un pozo Se obtienen registros siacutesmicos similares a los dereflexioacuten para varias distancias de la fuente al pozo con los que se construye un seccioacuten siacutesmica de su entorno Las

principales aplicaciones del VSP son diferenciar entre reflexiones primarias y muacuteltiples medir velocidades de ondacompresional y de corte y ayudar en la conversioacuten de tiempo a profundidad de las secciones siacutesmicas de reflexioacutenEste meacutetodo aprovecha ondas directas y ondas reflejadasWSTEl WST (Well Seismic Tool) o tiros de verificacioacuten es una teacutecnica en la que se tiene un fuente siacutesmica fija ensuperficie y una sonda (WST) con un receptor dentro del pozo Para una profundidad dada de la sonda se obtiene unregistro siacutesmico en el cual se mide el tiempo de viaje de las ondas primarias desde la fuente hasta el receptor El procedimientose repite para varias profundidades de la sonda Sus principales aplicaciones son obtener la funcioacuten de conversioacutende tiempo a profundidad para las secciones siacutesmicas de reflexioacuten y calibrar los registros soacutenicosRegistro soacutenicoEn esta teacutecnica se utiliza una herramienta de pozo la cual contiene un emisor de ondas siacutesmicas y un par dereceptores a distancias fijas del emisor La herramienta se introduce por el pozo y a intervalos regulares de profundidad(por ejemplo 1 pie) se mide el tiempo de traacutensito de una sentildeal siacutesmica desde el emisor hasta los receptores Esta es unaonda coacutenica producida por refraccioacuten criacutetica en la formacioacuten geoloacutegica El inverso de ese tiempo de traacutensito representa lavelocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas en el subsuelo a la profundidad donde se efectuoacute la medicioacuten El meacutetodo secaracteriza por su alta resolucioacuten para delimitar estratos y tiene extensa utilidad en estudios de petrofiacutesica estratigrafiacuteaproduccioacuten de yacimientos y correlacioacuten de secciones siacutesmicas con las formaciones geoloacutegicas Es catalogado como unmeacutetodo de testificacioacuten petrofiacutesica de pozo como los registros eleacutectricos neutroacutenicos gamma ray SPTambieacuten existen sondas que en lugar de pulsos siacutesmicos utilizan pulsos de radar Presenta la ventaja de utilizarantenas direccionales por lo que permite medir distancias hasta cavidades y fracturas determinar aacutengulos de interseccioacutenentre los estratos y la perforacioacuten y el rumbo del buzamiento de fracturas Tiene aplicaciones en mineriacutea hidrogeologiacutea ymecaacutenica de rocas Se usa para investigar sitios para tuacuteneles represas y sitios de excavacioacuten El equipo es mucho maacutescostoso que el de ondas siacutesmicas y la teacutecnica todaviacutea no estaacute muy desarrolladaDownholeEste meacutetodo es similar al WST la diferencia estriba en que las aplicaciones del downhole estaacuten maacutes enfocadas ala Geotecnia las profundidades son someras (0-100 m) y usualmente se utilizan sondas con detectores de tres componentesvectoriales una vertical y dos horizontales en direcciones ortogonales Se registran las ondas P y S tiacutepicamente a intervalosde profundidad de 1 pie Su finalidad es obtener los paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos como funcioacuten de la profundidad enel entorno del pozo Suele ser bastante efectivo y permite aprovechar mejor la inversioacuten realizada en la perforacioacuten Dosdificultades con este meacutetodo es que requiere mucha precisioacuten en la determinacioacuten de los tiempos de primera llegada de lasondas si se desea obtener velocidades intervaacutelicas y que el pozo esteacute revestidoCrossholeEsta teacutecnica para objetivos geoteacutecnicos requiere la perforacioacuten de al menos dos pozos de igual profundidad

preferiblemente tres pozos alineados con una separacioacuten de unos 3 a 8 m Igual que en el downhole se utiliza una sondaque detecta tres componentes vectoriales de las ondas siacutesmicas la diferencia estaacute en que la fuente no permanece fija ensuperficie sino que se coloca a la misma profundidad que la sonda en un pozo adyacente Si se utilizan tres pozos alineadosse baja la fuente en uno de ellos y una sonda en cada uno de los otros dos Las dificultades son las mismas que las deldownhole a las que se agrega la dificultad de utilizar una fuente siacutesmica dentro de un pozo Se pueden usar tambieacutenemisores y sensores de radarTomografiacuteaAl igual que el crosshole requiere la perforacioacuten de dos o tres pozos alineados Tambieacuten se colocan detectores enuno o dos pozos y la fuente en el tercero La variante es que se toman registros de todas las combinaciones posibles deprofundidades de fuentes y detectores De esta forma el subsuelo entre los pozos es atravesado por numerosas y diferentestrayectorias fuente-receptor lo cual permite plantear sistemas de ecuaciones para calcular la distribucioacuten de velocidades ycalidad de la roca Existen modalidades en que tambieacuten se utilizan fuentes en superficie a diversas distancias del pozo(como en el VSP) Esta teacutecnica requiere un procesamiento maacutes elaborado pero proporciona secciones bidimensionales delsubsuelo de buena resolucioacuten Tiene aplicaciones en Geotecnia y mineriacutea Existe una versioacuten que utiliza radar en lugar deondas siacutesmicasSiacutesmica de galeriacuteaSe efectuacutea entre galeriacuteas de una mina subterraacutenea o entre tuacuteneles y la superficie En ella la fuente se encuentra enuna galeriacutea o en la superficie y los detectores en otra galeriacutea Se presta para utilizar teacutecnicas de tomografiacutea El principalobjetivo es determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos entre galeriacuteas o hasta la superficie Tambieacuten se usa para localizarfallas vetas grado de fracturacioacuten cavidades localizar tuacuteneles abandonados Tambieacuten puede utilizarse radarRecordando que la prospeccioacuten por meacutetodos siacutesmicos consiste en explorar el subsuelo mediante ondas siacutesmicas esevidente que la informacioacuten acerca del subsuelo que se puede extraer directamente de esta forma estaacute limitada a laspropiedades fiacutesicas que gobiernan la propagacioacuten de ondas elaacutesticas A partir de los registros siacutesmicos se pueden medirtiempos de llegada de las ondas amplitudes y frecuencias Con estas mediciones se pueden calcular velocidades depropagacioacuten de ondas espesores de estratos coeficientes de atenuacioacuten constantes elaacutesticas dinaacutemicas (moacutedulo dePoisson moacutedulo de rigidez moacutedulo de volumen etc) Indirectamente y bajo la suposicioacuten de la existencia de una relacioacutenentre estos paraacutemetros y la litologiacutea se puede construir una imagen aproximada de la geologiacutea del subsueloAlgunos de los datos que usualmente se especifican en el reporte o informe teacutecnico de una prospeccioacuten siacutesmica aprofundidad somera sonmiddot Perfil sismoelaacutestico del subsuelo en distancia y profundidad representado mediante el graacutefico de las interfases entre losdiferentes estratos (esto proporciona espesores y profundidades)middot Velocidad de ondas compresionales de cada estratomiddot Posible litologiacutea

middot Posibles estructuras geoloacutegicas tales como fallas altos o depresiones en el basamento rocoso zonas de fracturacioacuten odisolucioacuten cavidadesmiddot Paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosmiddot Grado de fracturamiento de meteorizacioacuten o de facilidad de fracturacioacuten de la rocamiddot Voluacutemenes de materialLoacutegicamente dependiendo del objetivo de la exploracioacuten y de la teacutecnica aplicada es posible suministrar uno ovarios de los paraacutemetros citadosEn principio la utilidad de los meacutetodos siacutesmicos dependen de la existencia de una relacioacuten entre los paraacutemetroselaacutesticos de los materiales del subsuelo y su litologiacutea (o cualquier otra propiedad que se desee conocer) En general en lamayoriacutea de las situaciones tal relacioacuten existe sin embargo no suele ser uniacutevoca por ejemplo si las mediciones indican quela velocidad de propagacioacuten de ondas siacutesmicas en el subsuelo es de 2000 ms esta velocidad no es indicativa de ningunalitologiacutea concreta como caliza arenisca o arcillaEn general los meacutetodos geofiacutesicos aportan datos para aproximarse a la solucioacuten de un problema geoloacutegico mineroo geoteacutecnico que se suman a los proporcionados por geologiacutea de superficie perforaciones ensayos de penetracioacuten ensayosestaacuteticos sobre muestras o in situ etc Soacutelo en casos muy particulares la informacioacuten geofiacutesica por si sola es suficiente pararesolver el problemaLos meacutetodos de exploracioacuten siacutesmica en los sitios donde resultan efectivos suelen utilizarse para reducir costos yaque son maacutes baratos y raacutepidos que las perforaciones Ellos no sustituyen las perforaciones simplemente disminuyen sunuacutemero Si en un programa de exploracioacuten se requeriacutean 10 perforaciones estas pueden reducirse a 4 estrateacutegicamentesituadas y el resto del aacuterea se ldquorellenardquo mediante perfiles siacutesmicos En este caso las perforaciones y los sondeos siacutesmicos secalibran mutuamenteVentajas y desventajas de la prospeccioacuten por refraccioacuten respecto a las perforacionesLos sondeos siacutesmicos tienen ventajas y desventajas respecto a las perforaciones que se pueden resumir en lasiguiente listaVentajasmiddot Maacutes baratos por metro de profundidad y por sondeomiddot Mayor rapidez de ejecucioacutenmiddot No requieren de maquinaria compleja o pesada la operacioacuten de los instrumentos es relativamente sencillamiddot Pueden efectuarse auacuten en terrenos con gran pendientemiddot No requieren apertura de viacuteas de acceso ni acondicionamiento del terreno para operar maquinaria Soacutelo es necesarioabrir una pica (trocha) para el cable de detectores si la vegetacioacuten es densamiddot Los datos que aportan reflejan las propiedades promedio de un volumen del subsuelo es decir no son puntualesDesventajasmiddot Resolucioacuten muy pobre no son capaces de diferenciar estratos muy delgados o de propiedades elaacutesticas similaresmiddot No proporcionan informacioacuten uniacutevoca de la litologiacuteamiddot Su efectividad decrece al aumentar la profundidad a explorarmiddot Requieren el uso de explosivos para obtener registros siacutesmicos de buena calidadmiddot Si se usan explosivos es necesario abrir huecos (1-2 m de profundidad) para colocar la carga

middot El mantenimiento y reparacioacuten de los instrumentos electroacutenicos de medicioacuten de ondas siacutesmicas es difiacutecil de obtener enVenezuelamiddot Resultan inuacutetiles en zonas de litologiacutea lateramente heterogeacutenea o estructuralmente compleja (sedimentacioacuten cruzadalentes intercalaciones conglomerados zonas de falla) en masas rocosas iacutegneas o metamoacuterficas o en zonas de fuerteatenuacioacuten de ondas siacutesmicas (rellenos arenas sueltas secas)PROSPECCION POR REFRACCION SISMICAEs probablemente el meacutetodo geofiacutesico maacutes utilizado para obtener datos para Geotecnia del subsuelo somero Eneste meacutetodo la fuente y los detectores se encuentran alineados en la superficie del terreno Se obtienen registros de lasondas que viajan desde la fuente hasta los detectores a traveacutes del subsuelo siguiendo diversas trayectorias o caminos Enparticular aquiacute interesan aquellas ondas que siguen la trayectoria de tiempo miacutenimo y que son las primeras que llegan acada detector Con ellas se dibuja un graacutefico donde las abcisas son distancias desde la fuente hasta cada detector y el eje delas ordenadas son los respectivos tiempos de primera llegada Este graacutefico se denomina graacutefico tiempo-distancia y lascurvas representadas son las dromocroacutenicas En principio a partir de este graacutefico es posible calcular el perfil de espesoresy la velocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas primarias de cada estrato en el subsueloAplicaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenEl meacutetodo proporciona informacioacuten de los espesores y velocidades de los estratos del subsuelo Esto puede resultarde utilidad principalmente en geologiacutea aplicada a obras civiles (Geotecnia) tales como en la construccioacuten de edificiospuentes represas carreteras taludes en los que interesa la profundidad de la roca inalterada el grado de meteorizacioacuten delrecubrimiento localizar materiales de construccioacuten y grado de fractura o de facilidad de fracturacioacuten de la roca y evaluarel riesgo siacutesmico En mineriacutea para calcular voluacutemenes de material explotable y en Hidrogeologiacutea para ayudar a determinarla continuidad y extensioacuten de acuiacuteferos En general el meacutetodo se aplica paramiddot Obtener perfiles del espesor de sedimentos hasta el basamento en una cuenca sedimentariamiddot Localizar fallas paleocauces zonas de fracturas en el basamento rocoso someromiddot Obtener un perfil de espesores y velocidades hasta la roca fresca diferenciando suelo roca meteorizada rocasubmeteorizada y roca inalteradamiddot Calcular volumen de material explotable principalmente en minas de arena caliza oro de aluvioacuten ocre caoliacutenmiddot Determinar la continuidad de estratos acuiacuteferosmiddot Calcular los tiempos de traacutensito de las ondas a traveacutes de las capas de baja velocidad cercanas a la superficie paracorreccioacuten estaacutetica de campo en prospeccioacuten por reflexioacutenEl meacutetodo de refraccioacuten de ondas siacutesmicas tambieacuten se utiliza en Sismologiacutea para determinar la estructura internade la Tierra en estudios de la corteza terrestre (con fuentes siacutesmicas naturales o artificiales) y en las deacutecadas de los antildeos30 a 50 se utilizoacute en prospeccioacuten de hidrocarburos principalmente para ubicar domos salinos a los cuales suelen estarasociadas trampas de petroacuteleo Actualmente praacutecticamente no se utiliza en prospeccioacuten de hidrocarburos excepto indirectamentepara calcular la correccioacuten estaacutetica de campoFundamento fiacutesico

En los registros siacutesmicos de refraccioacuten se utilizan soacutelo o principalmente los tiempos de las ondas que lleganprimero a los detectores desde que se activa la fuente de ondas siacutesmicas Las ondas que normalmente llegan primero son1 las denominadas ondas directas que son ondas P que viajan en trayectoria recta desde la fuente hasta los detectores2 las ondas P refractadas criacuteticamente denominadas tambieacuten ondas coacutenicas las cuales aunque no siguen una trayectoriarecta entre la fuente y los detectores (distancia miacutenima) sin embargo llegan primero que cualquier otra onda porqueviajan por una trayectoria de tiempo miacutenimoEn la figura 1 se muestra una simulacioacuten matemaacutetica de la propagacioacuten de un campo de ondas en un subsueloformado por dos estratos de espesor constante El estrato maacutes superficial tiene una velocidad de ondas P de 500 ms yespesor 15 m El estrato subyacente tiene una velocidad de ondas P de 1500 ms La fuente siacutesmica estaacute ubicada en elextremo superior izquierdo del perfil el cual tiene 97 m de largo y 40 m de profundidadLa onda directa estaacute representada por el frente semicircular que se propaga por el estrato maacutes somero (medio 1)Es el primer frente de onda en perturbar los puntos de la superficie desde el instante de activacioacuten de la fuente hasta unos88 ms Durante ese lapso de tiempo la onda directa recorre una distancia de 42 m desde la fuente (distancia de cruce) Apartir de la distancia de cruce la primera en llegar es la onda coacutenicaLa onda coacutenica se presenta en la simulacioacuten bidimensional como un frente de onda recto pero en tres dimensionesseriacutea la superficie inclinada de un tronco de cono cuyo eje vertical pasa por la fuente la base estaacute en la interfase entrelos dos estratos y el tope en la superficie Como se observa en la simulacioacuten este frente de onda se origina a partir delfrente de onda que se transmite al estrato inferior (segundo medio) concretamente soacutelo de la porcioacuten del mismo que viajaparalela a la interfase Esta porcioacuten del frente transmitido que viaja por el segundo medio paralelamente a la interfase esel frente de refraccioacuten criacutetica o refraccioacuten total El da origen a la onda coacutenica a lo largo de la interfase porque constituyeuna onda hipersoacutenica respecto a la velocidad de ondas siacutesmicas en el primer estrato (1500 ms vs 500 ms) Es el mismofenoacutemeno que produce la estela de ondas en abanico de una lancha raacutepida sobre la superficie del agua o el estampidosoacutenico cuando un avioacuten supera la ldquobarrera del sonidordquo es decir cuando vuela a maacutes de 350 msEvidentemente el fenoacutemeno que origina la onda coacutenica se produce soacutelo si el estrato subyacente tiene una velocidadde ondas P mayor que el estrato por encima Si esto no es asiacute se tiene una ldquoinversioacuten de velocidadrdquo y el estratosubyacente no es posible detectarlo con el meacutetodo de refraccioacuten siacutesmicaSi la velocidad de las ondas siacutesmicas es mayor para estratos maacutes profundos entonces se originaraacuten ondas coacutenicasen cada interfase las cuales seraacuten sucesivamente primeras llegadas Por cada interfase se tendraacute una distancia de cruce ensuperficieSi el primer estrato tiene espesor constante el frente de onda coacutenico aparenta propagarse por la superficie con unavelocidad igual a la del segundo estrato La distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica proporciona informacioacutendel espesor del primer estrato (evidentemente el espesor es mayor cuanto mayor sea la distancia de cruce)

Cuando los estratos no son paralelos sino que presentan inclinacioacuten relativa las velocidades de onda coacutenicacalculadas para cada estrato a partir de una dromocroacutenica son velocidades aparentes Para poder calcular las velocidadesverdaderas es necesario efectuar dos registros de refraccioacuten primero se obtiene un registro con la fuente en un extremo deltendido de receptores y despueacutes se obtiene un segundo registro con la fuente en el otro extremo Esto se conoce como lateacutecnica del doble disparoPara calcular las inclinaciones de los estratos es necesario disponer de los registros efectuados en dos tendidos dedoble disparo Estos tendidos deben estar en direcciones cruzadas preferiblemente a 90deg uno respecto al otro En total seobtendriacutean cuatro registros De esta forma es posible calcular la inclinacioacuten de cada estrato respecto a la horizontalFigura 1 Mapas que muestran la evolucioacuten del campo de ondas a intervalos de 8 ms en un subsuelo constituido pordos estratos El estrato superior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 500 ms y un espesor constante de 15 m Elestrato inferior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 1500 ms Se destacan el avance de la onda directa por elrecubrimiento (8 ms 16 ms 24 ms) la formacioacuten de la onda transmitida al basamento la cual tiene mayor velocidady longitud de onda que la directa (32 ms 40 ms) la aparicioacuten de la onda coacutenica en el recubrimiento (48 ms)notaacutendose que es tangente a la reflejada (56 ms) la llegada de la onda reflejada y la onda coacutenica a la superficie (64ms) el adelantamiento de la onda coacutenica a la onda directa en su llegada a la superficie (80 ms 88 ms) Notar que elavance de la onda directa por la superficie es real mientras que el de la onda coacutenica es aparente La onda coacutenicaavanza por la superficie con una velocidad aparente igual a la velocidad verdadera del basamento porque el espesordel recubrimiento es constante (mapas 64 a 96 ms) Las flechas indican la posicioacuten del frente de onda de primerallegada en la superficie8 ms 16 ms 24 ms32 ms 40 ms 48 ms56 ms 64 ms 72 ms80 ms 88 ms 96 ms104 ms 112 ms 120 ms50100150200250300350400450500Distancia (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CA

RFigura 2 Ejemplo de registro siacutesmico El registro contiene 12 trazas Cada traza representa las oscilaciones delterreno captadas por un sensor (geoacutefono) el cual las enviacutea como sentildeales eleacutectricas a su correspondiente canal en elsismoacutegrafo En el ejemplo los sensores se encuentran alineados a intervalos de 10 m estando el sensor del primercanal a 10 m de la fuente siacutesmica el sensor del segundo canal a 20 m etc El tiempo total de grabacioacuten es 500 msEn el registro se destacan varios trenes de ondas coherentes Estaacuten las ondas superficiales de gran amplitud (G) laonda de aire de alta frecuencia (A) reflexiones (R) la onda directa (D) y la onda coacutenica (C) En prospeccioacuten porrefraccioacuten soacutelo se utilizan los tiempos de llegada de las ondas directa y coacutenica En prospeccioacuten por reflexioacuten seutilizan soacutelo las reflejadas despueacutes de haber procesado el registro siacutesmico para eliminar todas las demaacutes ondas

GDTiempo (ms)(buzamiento o echado) y su direccioacuten (rumbo)En la figura 2 se muestra un registro siacutesmico real de refraccioacuten El registro consta de 12 trazas Cada traza es unarepresentacioacuten graacutefica de las oscilaciones del terreno con el tiempo captadas por un sensor en la superficie del mismo Elsensor al ser movido por las ondas siacutesmicas genera sentildeales eleacutectricas las cuales son enviadas a traveacutes de un cable hasta uncanal del sismoacutegrafo En el sismoacutegrafo las sentildeales son amplificadas filtradas grabadas y representadas graacuteficamente enforma de traza Asiacute este registro de 12 trazas fue generado por un sismoacutegrafo de 12 canalesEn el terreno los sensores se encontraban alineados colocados a intervalos de 10 m La fuente siacutesmica se encontrabaa 10 m del primer sensor (la traza del primer canal es la situada mas a la izquierda en el registro) El registro seinicioacute en el instante en que se activoacute la fuente siacutesmica y la grabacioacuten duroacute 500 ms (medio segundo) Las liacuteneas horizontalesen el registro representan intervalos de 50 ms con lo que proporcionan una escala de tiempoMediante flechas se indican algunas de las oscilaciones en las trazas producidas por diversos tipos de ondas Enestos registros los trenes de ondas que presenten mayor pendiente tienen menor velocidad mientras que los que tienden aseguir un patroacuten horizontal son los de mayor velocidad Las mayores amplitudes se deben a ondas superficiales las cualesaunque dominan en el registro no son de utilidad en el meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten y por ello se las consideraruido Otra onda de ruido que se destaca es la onda de aire la cual se caracteriza por su alta frecuencia (oscilaciones deperiodo corto) no ser dispersiva y velocidad de propagacioacuten de unos 350 ms Los trenes de onda que son de utilidad en este registro son los primeros en llegar en cada traza Naturalmente sedescartan los eventos de ruido ambiental casi siempre presentes y mas notorios en las trazas de los canales mas lejanos a lafuente Estos eventos normalmente no presentan coherencia es decir no pueden ser seguidos traza a traza de acuerdo a un

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

conocido que el radar se utiliza para localizar aviones en vuelo misiles y barcos o determinar la velocidad de vehiacuteculosPero tambieacuten tiene aplicacioacuten en sensores remotos desde avioacuten o sateacutelite para determinar el relieve topograacutefico a traveacutes delas nubes tipos de suelo vegetacioacuten litologiacutea etc Menos conocido es que tambieacuten se utiliza para prospeccioacuten delsubsuelo a poca profundidad en forma casi ideacutentica a la prospeccioacuten siacutesmicaMETODOS DE PROSPECCION SISMICALos meacutetodos de prospeccioacuten siacutesmica se pueden clasificar seguacuten el tipo de ondas utilizadas para obtener informacioacutendel subsuelo Seguacuten este criterio se tienen meacutetodos basados en- ondas reflejadas- ondas coacutenicas o refractadas criacuteticamente- ondas directas- ondas superficialesCuando se efectuacutea un registro siacutesmico casi siempre es inevitable que se reciban y graben todos estos tipos deondas sin embargo soacutelo uno de ellos se considera uacutetil Las ondas consideradas uacutetiles se las denomina ldquosentildealrdquo mientrasque las ondas de otro tipo se las denomina ldquoruidordquo y se consideran inconvenientes Por ejemplo en el meacutetodo de reflexioacutensoacutelo se consideran uacutetiles las ondas siacutesmicas reflejadas mientras que las coacutenicas directas y superficiales seconsideran ruido Por el contrario cuando se utilizan meacutetodos basados en ondas superficiales estas son la ldquosentildealrdquomientras que las reflejadas forman parte del ruidoEl meacutetodo de exploracioacuten siacutesmica mas utilizado para prospeccioacuten de hidrocarburos es el que utilizan ondasreflejadas y se denomina ldquomeacutetodo de reflexioacuten siacutesmicardquoEl siguiente meacutetodo mas utilizado en prospeccioacuten de hidrocarburos es el que utiliza ondas directas y en estacategoriacutea caen todos los registros siacutesmicos de pozo Las ondas directas tambieacuten se utilizan en geologiacutea aplicada a obrasciviles ya sea en pozos o en galeriasEn la siacutesmica de pozos se cuenta con una variedad de teacutecnicas entre las que se citan- VSP- WSTSiacutesmica de - Registro soacutenicoPozos - Downhole- Crosshole- TomografiacuteaProspeccioacuten por reflexioacutenLa fuente y los detectores se encuentran en o cerca de la superficie y puede ser en tierra o en agua La informacioacutendel subsuelo es aportada por las ondas siacutesmicas que se reflejan a manera de un eco en las superficies de contacto(interfases) de estratos con propiedades elaacutesticas diferentes La informacioacuten se suele presentar en forma de seccionessiacutesmicas que constituyen una especie de radiografiacutea o ecosonograma que revela las principales estructuras geoloacutegicas en elsubsuelo tales como pliegues fallas intrusiones patrones de sedimentacioacuten Se utiliza principalmente para localizacioacuten ydetalle de estructuras geoloacutegicas favorables a contener yacimientos de hidrocarburos a profundidades entre 1000 y 4000 m Tambieacuten se utiliza con fines geoteacutecnicos principalmente en agua por ejemplo para determinar las condiciones del fondomarino para el anclaje de plataformas petroleras o el tendido de tuberiacuteas En este caso la resolucioacuten suele ser excepcionalmente

buena Por contraste el meacutetodo presenta muchos inconvenientes para su utilizacioacuten con fines geoteacutecnicos en tierraa profundidades menores de 300 m La adquisicioacuten el procesamiento y la interpretacioacuten por el meacutetodo de reflexioacuten son las maacutes complejas y costosassin embargo se considera en general el mejor meacutetodo de exploracioacuten geofiacutesica del subsueloLa adquisicioacuten de datos con fines petroleros se suele efectuar a lo largo de un mallado de liacuteneas siacutesmicas conextensiones del orden de 5 a 100 km por liacutenea Los tendidos siacutesmicos puede tener una longitud de 3 o 4 km a cada lado dela fuente y utilizar entre 48 y 1024 canales de grabacioacuten El nuacutemero de canales de grabacioacuten se ha ido incrementando conel tiempo y actualmente puede llegar hasta 10000 canales La exploracioacuten puede ser de reconocimiento de detalle y 3DEn la exploracioacuten de reconocimiento la distancia entre liacuteneas es de hasta 10 km en la de detalle hasta 2 km y en 3D hasta50 m El tiempo de registro por cada disparo es de 4 a 6 segundos con explosivos y de 10 a 15 segundos si la fuente soncamiones vibradores El intervalo de muestreo es de 2 ms o 4 ms y el rango de frecuencias uacutetiles de las reflexiones estaacute enla banda de 10 a 80 Hz con un maacuteximo entre 35 y 40 HzLa exploracioacuten del subsuelo mediante radar tambieacuten utiliza las teacutecnicas del meacutetodo de reflexioacuten siacutesmica pero lasprofundidades alcanzadas son mucho maacutes cortas entre 0 y 50 m aunque en la mayoriacutea de las ocasiones no alcanza muchomaacutes de los 5 m Las mayores penetraciones se consiguen en sal hielo y rocas iacutegneas y metamoacuterficas La menor ensedimentos arcillosos Su principal aplicacioacuten es en Arqueologiacutea para localizar muros de construcciones antiguas canalestumbas Tambieacuten se utiliza para localizar tuberiacuteas sitios de enterramiento de desechos toacutexicos y cavidadesProspeccioacuten por refraccioacutenLa fuente y los detectores se encuentran en la superficie la cual en la mayoriacutea de los casos es tierra La informacioacutendel subsuelo es aportada por las ondas siacutesmicas refractadas criacuteticamente en las interfases entre estratos de diferentevelocidad de ondas siacutesmicas compresionales (ondas P) Estas ondas refractadas criacuteticamente tambieacuten se conocen comoondas coacutenicas ondas de primera llegada ondas de cabezera ondas laterales Ellas son con excepcioacuten de las ondas directashasta cierta distancia las que primero llegan a los receptores desde el instante en que se produce la liberacioacuten de energiacuteaen la fuente por lo que identificarlas y medirles el tiempo de llegada suele ser relativamente sencilloLa mayor aplicacioacuten del meacutetodo es explorar el subsuelo con fines geoteacutecnicos o mineros a profundidades entre 0 y100 m Es efectivo para delimitar la interfase entre medios elaacutesticos con un fuerte contraste de velocidad (mayor que 21)tal como el que existe entre el basamento de roca inalterada y el material de recubrimiento constituido por aluvioacuten o porroca meteorizada No suele ser de utilidad para delimitar estratos sedimentarios entre siVSPEl VSP (Vertical Seismic Profile) o perfil siacutesmico vertical es una teacutecnica de exploracioacuten siacutesmica en la que se tieneuna fuente siacutesmica en la superficie con varios detectores fijos en un pozo Se obtienen registros siacutesmicos similares a los dereflexioacuten para varias distancias de la fuente al pozo con los que se construye un seccioacuten siacutesmica de su entorno Las

principales aplicaciones del VSP son diferenciar entre reflexiones primarias y muacuteltiples medir velocidades de ondacompresional y de corte y ayudar en la conversioacuten de tiempo a profundidad de las secciones siacutesmicas de reflexioacutenEste meacutetodo aprovecha ondas directas y ondas reflejadasWSTEl WST (Well Seismic Tool) o tiros de verificacioacuten es una teacutecnica en la que se tiene un fuente siacutesmica fija ensuperficie y una sonda (WST) con un receptor dentro del pozo Para una profundidad dada de la sonda se obtiene unregistro siacutesmico en el cual se mide el tiempo de viaje de las ondas primarias desde la fuente hasta el receptor El procedimientose repite para varias profundidades de la sonda Sus principales aplicaciones son obtener la funcioacuten de conversioacutende tiempo a profundidad para las secciones siacutesmicas de reflexioacuten y calibrar los registros soacutenicosRegistro soacutenicoEn esta teacutecnica se utiliza una herramienta de pozo la cual contiene un emisor de ondas siacutesmicas y un par dereceptores a distancias fijas del emisor La herramienta se introduce por el pozo y a intervalos regulares de profundidad(por ejemplo 1 pie) se mide el tiempo de traacutensito de una sentildeal siacutesmica desde el emisor hasta los receptores Esta es unaonda coacutenica producida por refraccioacuten criacutetica en la formacioacuten geoloacutegica El inverso de ese tiempo de traacutensito representa lavelocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas en el subsuelo a la profundidad donde se efectuoacute la medicioacuten El meacutetodo secaracteriza por su alta resolucioacuten para delimitar estratos y tiene extensa utilidad en estudios de petrofiacutesica estratigrafiacuteaproduccioacuten de yacimientos y correlacioacuten de secciones siacutesmicas con las formaciones geoloacutegicas Es catalogado como unmeacutetodo de testificacioacuten petrofiacutesica de pozo como los registros eleacutectricos neutroacutenicos gamma ray SPTambieacuten existen sondas que en lugar de pulsos siacutesmicos utilizan pulsos de radar Presenta la ventaja de utilizarantenas direccionales por lo que permite medir distancias hasta cavidades y fracturas determinar aacutengulos de interseccioacutenentre los estratos y la perforacioacuten y el rumbo del buzamiento de fracturas Tiene aplicaciones en mineriacutea hidrogeologiacutea ymecaacutenica de rocas Se usa para investigar sitios para tuacuteneles represas y sitios de excavacioacuten El equipo es mucho maacutescostoso que el de ondas siacutesmicas y la teacutecnica todaviacutea no estaacute muy desarrolladaDownholeEste meacutetodo es similar al WST la diferencia estriba en que las aplicaciones del downhole estaacuten maacutes enfocadas ala Geotecnia las profundidades son someras (0-100 m) y usualmente se utilizan sondas con detectores de tres componentesvectoriales una vertical y dos horizontales en direcciones ortogonales Se registran las ondas P y S tiacutepicamente a intervalosde profundidad de 1 pie Su finalidad es obtener los paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos como funcioacuten de la profundidad enel entorno del pozo Suele ser bastante efectivo y permite aprovechar mejor la inversioacuten realizada en la perforacioacuten Dosdificultades con este meacutetodo es que requiere mucha precisioacuten en la determinacioacuten de los tiempos de primera llegada de lasondas si se desea obtener velocidades intervaacutelicas y que el pozo esteacute revestidoCrossholeEsta teacutecnica para objetivos geoteacutecnicos requiere la perforacioacuten de al menos dos pozos de igual profundidad

preferiblemente tres pozos alineados con una separacioacuten de unos 3 a 8 m Igual que en el downhole se utiliza una sondaque detecta tres componentes vectoriales de las ondas siacutesmicas la diferencia estaacute en que la fuente no permanece fija ensuperficie sino que se coloca a la misma profundidad que la sonda en un pozo adyacente Si se utilizan tres pozos alineadosse baja la fuente en uno de ellos y una sonda en cada uno de los otros dos Las dificultades son las mismas que las deldownhole a las que se agrega la dificultad de utilizar una fuente siacutesmica dentro de un pozo Se pueden usar tambieacutenemisores y sensores de radarTomografiacuteaAl igual que el crosshole requiere la perforacioacuten de dos o tres pozos alineados Tambieacuten se colocan detectores enuno o dos pozos y la fuente en el tercero La variante es que se toman registros de todas las combinaciones posibles deprofundidades de fuentes y detectores De esta forma el subsuelo entre los pozos es atravesado por numerosas y diferentestrayectorias fuente-receptor lo cual permite plantear sistemas de ecuaciones para calcular la distribucioacuten de velocidades ycalidad de la roca Existen modalidades en que tambieacuten se utilizan fuentes en superficie a diversas distancias del pozo(como en el VSP) Esta teacutecnica requiere un procesamiento maacutes elaborado pero proporciona secciones bidimensionales delsubsuelo de buena resolucioacuten Tiene aplicaciones en Geotecnia y mineriacutea Existe una versioacuten que utiliza radar en lugar deondas siacutesmicasSiacutesmica de galeriacuteaSe efectuacutea entre galeriacuteas de una mina subterraacutenea o entre tuacuteneles y la superficie En ella la fuente se encuentra enuna galeriacutea o en la superficie y los detectores en otra galeriacutea Se presta para utilizar teacutecnicas de tomografiacutea El principalobjetivo es determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos entre galeriacuteas o hasta la superficie Tambieacuten se usa para localizarfallas vetas grado de fracturacioacuten cavidades localizar tuacuteneles abandonados Tambieacuten puede utilizarse radarRecordando que la prospeccioacuten por meacutetodos siacutesmicos consiste en explorar el subsuelo mediante ondas siacutesmicas esevidente que la informacioacuten acerca del subsuelo que se puede extraer directamente de esta forma estaacute limitada a laspropiedades fiacutesicas que gobiernan la propagacioacuten de ondas elaacutesticas A partir de los registros siacutesmicos se pueden medirtiempos de llegada de las ondas amplitudes y frecuencias Con estas mediciones se pueden calcular velocidades depropagacioacuten de ondas espesores de estratos coeficientes de atenuacioacuten constantes elaacutesticas dinaacutemicas (moacutedulo dePoisson moacutedulo de rigidez moacutedulo de volumen etc) Indirectamente y bajo la suposicioacuten de la existencia de una relacioacutenentre estos paraacutemetros y la litologiacutea se puede construir una imagen aproximada de la geologiacutea del subsueloAlgunos de los datos que usualmente se especifican en el reporte o informe teacutecnico de una prospeccioacuten siacutesmica aprofundidad somera sonmiddot Perfil sismoelaacutestico del subsuelo en distancia y profundidad representado mediante el graacutefico de las interfases entre losdiferentes estratos (esto proporciona espesores y profundidades)middot Velocidad de ondas compresionales de cada estratomiddot Posible litologiacutea

middot Posibles estructuras geoloacutegicas tales como fallas altos o depresiones en el basamento rocoso zonas de fracturacioacuten odisolucioacuten cavidadesmiddot Paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosmiddot Grado de fracturamiento de meteorizacioacuten o de facilidad de fracturacioacuten de la rocamiddot Voluacutemenes de materialLoacutegicamente dependiendo del objetivo de la exploracioacuten y de la teacutecnica aplicada es posible suministrar uno ovarios de los paraacutemetros citadosEn principio la utilidad de los meacutetodos siacutesmicos dependen de la existencia de una relacioacuten entre los paraacutemetroselaacutesticos de los materiales del subsuelo y su litologiacutea (o cualquier otra propiedad que se desee conocer) En general en lamayoriacutea de las situaciones tal relacioacuten existe sin embargo no suele ser uniacutevoca por ejemplo si las mediciones indican quela velocidad de propagacioacuten de ondas siacutesmicas en el subsuelo es de 2000 ms esta velocidad no es indicativa de ningunalitologiacutea concreta como caliza arenisca o arcillaEn general los meacutetodos geofiacutesicos aportan datos para aproximarse a la solucioacuten de un problema geoloacutegico mineroo geoteacutecnico que se suman a los proporcionados por geologiacutea de superficie perforaciones ensayos de penetracioacuten ensayosestaacuteticos sobre muestras o in situ etc Soacutelo en casos muy particulares la informacioacuten geofiacutesica por si sola es suficiente pararesolver el problemaLos meacutetodos de exploracioacuten siacutesmica en los sitios donde resultan efectivos suelen utilizarse para reducir costos yaque son maacutes baratos y raacutepidos que las perforaciones Ellos no sustituyen las perforaciones simplemente disminuyen sunuacutemero Si en un programa de exploracioacuten se requeriacutean 10 perforaciones estas pueden reducirse a 4 estrateacutegicamentesituadas y el resto del aacuterea se ldquorellenardquo mediante perfiles siacutesmicos En este caso las perforaciones y los sondeos siacutesmicos secalibran mutuamenteVentajas y desventajas de la prospeccioacuten por refraccioacuten respecto a las perforacionesLos sondeos siacutesmicos tienen ventajas y desventajas respecto a las perforaciones que se pueden resumir en lasiguiente listaVentajasmiddot Maacutes baratos por metro de profundidad y por sondeomiddot Mayor rapidez de ejecucioacutenmiddot No requieren de maquinaria compleja o pesada la operacioacuten de los instrumentos es relativamente sencillamiddot Pueden efectuarse auacuten en terrenos con gran pendientemiddot No requieren apertura de viacuteas de acceso ni acondicionamiento del terreno para operar maquinaria Soacutelo es necesarioabrir una pica (trocha) para el cable de detectores si la vegetacioacuten es densamiddot Los datos que aportan reflejan las propiedades promedio de un volumen del subsuelo es decir no son puntualesDesventajasmiddot Resolucioacuten muy pobre no son capaces de diferenciar estratos muy delgados o de propiedades elaacutesticas similaresmiddot No proporcionan informacioacuten uniacutevoca de la litologiacuteamiddot Su efectividad decrece al aumentar la profundidad a explorarmiddot Requieren el uso de explosivos para obtener registros siacutesmicos de buena calidadmiddot Si se usan explosivos es necesario abrir huecos (1-2 m de profundidad) para colocar la carga

middot El mantenimiento y reparacioacuten de los instrumentos electroacutenicos de medicioacuten de ondas siacutesmicas es difiacutecil de obtener enVenezuelamiddot Resultan inuacutetiles en zonas de litologiacutea lateramente heterogeacutenea o estructuralmente compleja (sedimentacioacuten cruzadalentes intercalaciones conglomerados zonas de falla) en masas rocosas iacutegneas o metamoacuterficas o en zonas de fuerteatenuacioacuten de ondas siacutesmicas (rellenos arenas sueltas secas)PROSPECCION POR REFRACCION SISMICAEs probablemente el meacutetodo geofiacutesico maacutes utilizado para obtener datos para Geotecnia del subsuelo somero Eneste meacutetodo la fuente y los detectores se encuentran alineados en la superficie del terreno Se obtienen registros de lasondas que viajan desde la fuente hasta los detectores a traveacutes del subsuelo siguiendo diversas trayectorias o caminos Enparticular aquiacute interesan aquellas ondas que siguen la trayectoria de tiempo miacutenimo y que son las primeras que llegan acada detector Con ellas se dibuja un graacutefico donde las abcisas son distancias desde la fuente hasta cada detector y el eje delas ordenadas son los respectivos tiempos de primera llegada Este graacutefico se denomina graacutefico tiempo-distancia y lascurvas representadas son las dromocroacutenicas En principio a partir de este graacutefico es posible calcular el perfil de espesoresy la velocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas primarias de cada estrato en el subsueloAplicaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenEl meacutetodo proporciona informacioacuten de los espesores y velocidades de los estratos del subsuelo Esto puede resultarde utilidad principalmente en geologiacutea aplicada a obras civiles (Geotecnia) tales como en la construccioacuten de edificiospuentes represas carreteras taludes en los que interesa la profundidad de la roca inalterada el grado de meteorizacioacuten delrecubrimiento localizar materiales de construccioacuten y grado de fractura o de facilidad de fracturacioacuten de la roca y evaluarel riesgo siacutesmico En mineriacutea para calcular voluacutemenes de material explotable y en Hidrogeologiacutea para ayudar a determinarla continuidad y extensioacuten de acuiacuteferos En general el meacutetodo se aplica paramiddot Obtener perfiles del espesor de sedimentos hasta el basamento en una cuenca sedimentariamiddot Localizar fallas paleocauces zonas de fracturas en el basamento rocoso someromiddot Obtener un perfil de espesores y velocidades hasta la roca fresca diferenciando suelo roca meteorizada rocasubmeteorizada y roca inalteradamiddot Calcular volumen de material explotable principalmente en minas de arena caliza oro de aluvioacuten ocre caoliacutenmiddot Determinar la continuidad de estratos acuiacuteferosmiddot Calcular los tiempos de traacutensito de las ondas a traveacutes de las capas de baja velocidad cercanas a la superficie paracorreccioacuten estaacutetica de campo en prospeccioacuten por reflexioacutenEl meacutetodo de refraccioacuten de ondas siacutesmicas tambieacuten se utiliza en Sismologiacutea para determinar la estructura internade la Tierra en estudios de la corteza terrestre (con fuentes siacutesmicas naturales o artificiales) y en las deacutecadas de los antildeos30 a 50 se utilizoacute en prospeccioacuten de hidrocarburos principalmente para ubicar domos salinos a los cuales suelen estarasociadas trampas de petroacuteleo Actualmente praacutecticamente no se utiliza en prospeccioacuten de hidrocarburos excepto indirectamentepara calcular la correccioacuten estaacutetica de campoFundamento fiacutesico

En los registros siacutesmicos de refraccioacuten se utilizan soacutelo o principalmente los tiempos de las ondas que lleganprimero a los detectores desde que se activa la fuente de ondas siacutesmicas Las ondas que normalmente llegan primero son1 las denominadas ondas directas que son ondas P que viajan en trayectoria recta desde la fuente hasta los detectores2 las ondas P refractadas criacuteticamente denominadas tambieacuten ondas coacutenicas las cuales aunque no siguen una trayectoriarecta entre la fuente y los detectores (distancia miacutenima) sin embargo llegan primero que cualquier otra onda porqueviajan por una trayectoria de tiempo miacutenimoEn la figura 1 se muestra una simulacioacuten matemaacutetica de la propagacioacuten de un campo de ondas en un subsueloformado por dos estratos de espesor constante El estrato maacutes superficial tiene una velocidad de ondas P de 500 ms yespesor 15 m El estrato subyacente tiene una velocidad de ondas P de 1500 ms La fuente siacutesmica estaacute ubicada en elextremo superior izquierdo del perfil el cual tiene 97 m de largo y 40 m de profundidadLa onda directa estaacute representada por el frente semicircular que se propaga por el estrato maacutes somero (medio 1)Es el primer frente de onda en perturbar los puntos de la superficie desde el instante de activacioacuten de la fuente hasta unos88 ms Durante ese lapso de tiempo la onda directa recorre una distancia de 42 m desde la fuente (distancia de cruce) Apartir de la distancia de cruce la primera en llegar es la onda coacutenicaLa onda coacutenica se presenta en la simulacioacuten bidimensional como un frente de onda recto pero en tres dimensionesseriacutea la superficie inclinada de un tronco de cono cuyo eje vertical pasa por la fuente la base estaacute en la interfase entrelos dos estratos y el tope en la superficie Como se observa en la simulacioacuten este frente de onda se origina a partir delfrente de onda que se transmite al estrato inferior (segundo medio) concretamente soacutelo de la porcioacuten del mismo que viajaparalela a la interfase Esta porcioacuten del frente transmitido que viaja por el segundo medio paralelamente a la interfase esel frente de refraccioacuten criacutetica o refraccioacuten total El da origen a la onda coacutenica a lo largo de la interfase porque constituyeuna onda hipersoacutenica respecto a la velocidad de ondas siacutesmicas en el primer estrato (1500 ms vs 500 ms) Es el mismofenoacutemeno que produce la estela de ondas en abanico de una lancha raacutepida sobre la superficie del agua o el estampidosoacutenico cuando un avioacuten supera la ldquobarrera del sonidordquo es decir cuando vuela a maacutes de 350 msEvidentemente el fenoacutemeno que origina la onda coacutenica se produce soacutelo si el estrato subyacente tiene una velocidadde ondas P mayor que el estrato por encima Si esto no es asiacute se tiene una ldquoinversioacuten de velocidadrdquo y el estratosubyacente no es posible detectarlo con el meacutetodo de refraccioacuten siacutesmicaSi la velocidad de las ondas siacutesmicas es mayor para estratos maacutes profundos entonces se originaraacuten ondas coacutenicasen cada interfase las cuales seraacuten sucesivamente primeras llegadas Por cada interfase se tendraacute una distancia de cruce ensuperficieSi el primer estrato tiene espesor constante el frente de onda coacutenico aparenta propagarse por la superficie con unavelocidad igual a la del segundo estrato La distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica proporciona informacioacutendel espesor del primer estrato (evidentemente el espesor es mayor cuanto mayor sea la distancia de cruce)

Cuando los estratos no son paralelos sino que presentan inclinacioacuten relativa las velocidades de onda coacutenicacalculadas para cada estrato a partir de una dromocroacutenica son velocidades aparentes Para poder calcular las velocidadesverdaderas es necesario efectuar dos registros de refraccioacuten primero se obtiene un registro con la fuente en un extremo deltendido de receptores y despueacutes se obtiene un segundo registro con la fuente en el otro extremo Esto se conoce como lateacutecnica del doble disparoPara calcular las inclinaciones de los estratos es necesario disponer de los registros efectuados en dos tendidos dedoble disparo Estos tendidos deben estar en direcciones cruzadas preferiblemente a 90deg uno respecto al otro En total seobtendriacutean cuatro registros De esta forma es posible calcular la inclinacioacuten de cada estrato respecto a la horizontalFigura 1 Mapas que muestran la evolucioacuten del campo de ondas a intervalos de 8 ms en un subsuelo constituido pordos estratos El estrato superior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 500 ms y un espesor constante de 15 m Elestrato inferior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 1500 ms Se destacan el avance de la onda directa por elrecubrimiento (8 ms 16 ms 24 ms) la formacioacuten de la onda transmitida al basamento la cual tiene mayor velocidady longitud de onda que la directa (32 ms 40 ms) la aparicioacuten de la onda coacutenica en el recubrimiento (48 ms)notaacutendose que es tangente a la reflejada (56 ms) la llegada de la onda reflejada y la onda coacutenica a la superficie (64ms) el adelantamiento de la onda coacutenica a la onda directa en su llegada a la superficie (80 ms 88 ms) Notar que elavance de la onda directa por la superficie es real mientras que el de la onda coacutenica es aparente La onda coacutenicaavanza por la superficie con una velocidad aparente igual a la velocidad verdadera del basamento porque el espesordel recubrimiento es constante (mapas 64 a 96 ms) Las flechas indican la posicioacuten del frente de onda de primerallegada en la superficie8 ms 16 ms 24 ms32 ms 40 ms 48 ms56 ms 64 ms 72 ms80 ms 88 ms 96 ms104 ms 112 ms 120 ms50100150200250300350400450500Distancia (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CA

RFigura 2 Ejemplo de registro siacutesmico El registro contiene 12 trazas Cada traza representa las oscilaciones delterreno captadas por un sensor (geoacutefono) el cual las enviacutea como sentildeales eleacutectricas a su correspondiente canal en elsismoacutegrafo En el ejemplo los sensores se encuentran alineados a intervalos de 10 m estando el sensor del primercanal a 10 m de la fuente siacutesmica el sensor del segundo canal a 20 m etc El tiempo total de grabacioacuten es 500 msEn el registro se destacan varios trenes de ondas coherentes Estaacuten las ondas superficiales de gran amplitud (G) laonda de aire de alta frecuencia (A) reflexiones (R) la onda directa (D) y la onda coacutenica (C) En prospeccioacuten porrefraccioacuten soacutelo se utilizan los tiempos de llegada de las ondas directa y coacutenica En prospeccioacuten por reflexioacuten seutilizan soacutelo las reflejadas despueacutes de haber procesado el registro siacutesmico para eliminar todas las demaacutes ondas

GDTiempo (ms)(buzamiento o echado) y su direccioacuten (rumbo)En la figura 2 se muestra un registro siacutesmico real de refraccioacuten El registro consta de 12 trazas Cada traza es unarepresentacioacuten graacutefica de las oscilaciones del terreno con el tiempo captadas por un sensor en la superficie del mismo Elsensor al ser movido por las ondas siacutesmicas genera sentildeales eleacutectricas las cuales son enviadas a traveacutes de un cable hasta uncanal del sismoacutegrafo En el sismoacutegrafo las sentildeales son amplificadas filtradas grabadas y representadas graacuteficamente enforma de traza Asiacute este registro de 12 trazas fue generado por un sismoacutegrafo de 12 canalesEn el terreno los sensores se encontraban alineados colocados a intervalos de 10 m La fuente siacutesmica se encontrabaa 10 m del primer sensor (la traza del primer canal es la situada mas a la izquierda en el registro) El registro seinicioacute en el instante en que se activoacute la fuente siacutesmica y la grabacioacuten duroacute 500 ms (medio segundo) Las liacuteneas horizontalesen el registro representan intervalos de 50 ms con lo que proporcionan una escala de tiempoMediante flechas se indican algunas de las oscilaciones en las trazas producidas por diversos tipos de ondas Enestos registros los trenes de ondas que presenten mayor pendiente tienen menor velocidad mientras que los que tienden aseguir un patroacuten horizontal son los de mayor velocidad Las mayores amplitudes se deben a ondas superficiales las cualesaunque dominan en el registro no son de utilidad en el meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten y por ello se las consideraruido Otra onda de ruido que se destaca es la onda de aire la cual se caracteriza por su alta frecuencia (oscilaciones deperiodo corto) no ser dispersiva y velocidad de propagacioacuten de unos 350 ms Los trenes de onda que son de utilidad en este registro son los primeros en llegar en cada traza Naturalmente sedescartan los eventos de ruido ambiental casi siempre presentes y mas notorios en las trazas de los canales mas lejanos a lafuente Estos eventos normalmente no presentan coherencia es decir no pueden ser seguidos traza a traza de acuerdo a un

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

buena Por contraste el meacutetodo presenta muchos inconvenientes para su utilizacioacuten con fines geoteacutecnicos en tierraa profundidades menores de 300 m La adquisicioacuten el procesamiento y la interpretacioacuten por el meacutetodo de reflexioacuten son las maacutes complejas y costosassin embargo se considera en general el mejor meacutetodo de exploracioacuten geofiacutesica del subsueloLa adquisicioacuten de datos con fines petroleros se suele efectuar a lo largo de un mallado de liacuteneas siacutesmicas conextensiones del orden de 5 a 100 km por liacutenea Los tendidos siacutesmicos puede tener una longitud de 3 o 4 km a cada lado dela fuente y utilizar entre 48 y 1024 canales de grabacioacuten El nuacutemero de canales de grabacioacuten se ha ido incrementando conel tiempo y actualmente puede llegar hasta 10000 canales La exploracioacuten puede ser de reconocimiento de detalle y 3DEn la exploracioacuten de reconocimiento la distancia entre liacuteneas es de hasta 10 km en la de detalle hasta 2 km y en 3D hasta50 m El tiempo de registro por cada disparo es de 4 a 6 segundos con explosivos y de 10 a 15 segundos si la fuente soncamiones vibradores El intervalo de muestreo es de 2 ms o 4 ms y el rango de frecuencias uacutetiles de las reflexiones estaacute enla banda de 10 a 80 Hz con un maacuteximo entre 35 y 40 HzLa exploracioacuten del subsuelo mediante radar tambieacuten utiliza las teacutecnicas del meacutetodo de reflexioacuten siacutesmica pero lasprofundidades alcanzadas son mucho maacutes cortas entre 0 y 50 m aunque en la mayoriacutea de las ocasiones no alcanza muchomaacutes de los 5 m Las mayores penetraciones se consiguen en sal hielo y rocas iacutegneas y metamoacuterficas La menor ensedimentos arcillosos Su principal aplicacioacuten es en Arqueologiacutea para localizar muros de construcciones antiguas canalestumbas Tambieacuten se utiliza para localizar tuberiacuteas sitios de enterramiento de desechos toacutexicos y cavidadesProspeccioacuten por refraccioacutenLa fuente y los detectores se encuentran en la superficie la cual en la mayoriacutea de los casos es tierra La informacioacutendel subsuelo es aportada por las ondas siacutesmicas refractadas criacuteticamente en las interfases entre estratos de diferentevelocidad de ondas siacutesmicas compresionales (ondas P) Estas ondas refractadas criacuteticamente tambieacuten se conocen comoondas coacutenicas ondas de primera llegada ondas de cabezera ondas laterales Ellas son con excepcioacuten de las ondas directashasta cierta distancia las que primero llegan a los receptores desde el instante en que se produce la liberacioacuten de energiacuteaen la fuente por lo que identificarlas y medirles el tiempo de llegada suele ser relativamente sencilloLa mayor aplicacioacuten del meacutetodo es explorar el subsuelo con fines geoteacutecnicos o mineros a profundidades entre 0 y100 m Es efectivo para delimitar la interfase entre medios elaacutesticos con un fuerte contraste de velocidad (mayor que 21)tal como el que existe entre el basamento de roca inalterada y el material de recubrimiento constituido por aluvioacuten o porroca meteorizada No suele ser de utilidad para delimitar estratos sedimentarios entre siVSPEl VSP (Vertical Seismic Profile) o perfil siacutesmico vertical es una teacutecnica de exploracioacuten siacutesmica en la que se tieneuna fuente siacutesmica en la superficie con varios detectores fijos en un pozo Se obtienen registros siacutesmicos similares a los dereflexioacuten para varias distancias de la fuente al pozo con los que se construye un seccioacuten siacutesmica de su entorno Las

principales aplicaciones del VSP son diferenciar entre reflexiones primarias y muacuteltiples medir velocidades de ondacompresional y de corte y ayudar en la conversioacuten de tiempo a profundidad de las secciones siacutesmicas de reflexioacutenEste meacutetodo aprovecha ondas directas y ondas reflejadasWSTEl WST (Well Seismic Tool) o tiros de verificacioacuten es una teacutecnica en la que se tiene un fuente siacutesmica fija ensuperficie y una sonda (WST) con un receptor dentro del pozo Para una profundidad dada de la sonda se obtiene unregistro siacutesmico en el cual se mide el tiempo de viaje de las ondas primarias desde la fuente hasta el receptor El procedimientose repite para varias profundidades de la sonda Sus principales aplicaciones son obtener la funcioacuten de conversioacutende tiempo a profundidad para las secciones siacutesmicas de reflexioacuten y calibrar los registros soacutenicosRegistro soacutenicoEn esta teacutecnica se utiliza una herramienta de pozo la cual contiene un emisor de ondas siacutesmicas y un par dereceptores a distancias fijas del emisor La herramienta se introduce por el pozo y a intervalos regulares de profundidad(por ejemplo 1 pie) se mide el tiempo de traacutensito de una sentildeal siacutesmica desde el emisor hasta los receptores Esta es unaonda coacutenica producida por refraccioacuten criacutetica en la formacioacuten geoloacutegica El inverso de ese tiempo de traacutensito representa lavelocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas en el subsuelo a la profundidad donde se efectuoacute la medicioacuten El meacutetodo secaracteriza por su alta resolucioacuten para delimitar estratos y tiene extensa utilidad en estudios de petrofiacutesica estratigrafiacuteaproduccioacuten de yacimientos y correlacioacuten de secciones siacutesmicas con las formaciones geoloacutegicas Es catalogado como unmeacutetodo de testificacioacuten petrofiacutesica de pozo como los registros eleacutectricos neutroacutenicos gamma ray SPTambieacuten existen sondas que en lugar de pulsos siacutesmicos utilizan pulsos de radar Presenta la ventaja de utilizarantenas direccionales por lo que permite medir distancias hasta cavidades y fracturas determinar aacutengulos de interseccioacutenentre los estratos y la perforacioacuten y el rumbo del buzamiento de fracturas Tiene aplicaciones en mineriacutea hidrogeologiacutea ymecaacutenica de rocas Se usa para investigar sitios para tuacuteneles represas y sitios de excavacioacuten El equipo es mucho maacutescostoso que el de ondas siacutesmicas y la teacutecnica todaviacutea no estaacute muy desarrolladaDownholeEste meacutetodo es similar al WST la diferencia estriba en que las aplicaciones del downhole estaacuten maacutes enfocadas ala Geotecnia las profundidades son someras (0-100 m) y usualmente se utilizan sondas con detectores de tres componentesvectoriales una vertical y dos horizontales en direcciones ortogonales Se registran las ondas P y S tiacutepicamente a intervalosde profundidad de 1 pie Su finalidad es obtener los paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos como funcioacuten de la profundidad enel entorno del pozo Suele ser bastante efectivo y permite aprovechar mejor la inversioacuten realizada en la perforacioacuten Dosdificultades con este meacutetodo es que requiere mucha precisioacuten en la determinacioacuten de los tiempos de primera llegada de lasondas si se desea obtener velocidades intervaacutelicas y que el pozo esteacute revestidoCrossholeEsta teacutecnica para objetivos geoteacutecnicos requiere la perforacioacuten de al menos dos pozos de igual profundidad

preferiblemente tres pozos alineados con una separacioacuten de unos 3 a 8 m Igual que en el downhole se utiliza una sondaque detecta tres componentes vectoriales de las ondas siacutesmicas la diferencia estaacute en que la fuente no permanece fija ensuperficie sino que se coloca a la misma profundidad que la sonda en un pozo adyacente Si se utilizan tres pozos alineadosse baja la fuente en uno de ellos y una sonda en cada uno de los otros dos Las dificultades son las mismas que las deldownhole a las que se agrega la dificultad de utilizar una fuente siacutesmica dentro de un pozo Se pueden usar tambieacutenemisores y sensores de radarTomografiacuteaAl igual que el crosshole requiere la perforacioacuten de dos o tres pozos alineados Tambieacuten se colocan detectores enuno o dos pozos y la fuente en el tercero La variante es que se toman registros de todas las combinaciones posibles deprofundidades de fuentes y detectores De esta forma el subsuelo entre los pozos es atravesado por numerosas y diferentestrayectorias fuente-receptor lo cual permite plantear sistemas de ecuaciones para calcular la distribucioacuten de velocidades ycalidad de la roca Existen modalidades en que tambieacuten se utilizan fuentes en superficie a diversas distancias del pozo(como en el VSP) Esta teacutecnica requiere un procesamiento maacutes elaborado pero proporciona secciones bidimensionales delsubsuelo de buena resolucioacuten Tiene aplicaciones en Geotecnia y mineriacutea Existe una versioacuten que utiliza radar en lugar deondas siacutesmicasSiacutesmica de galeriacuteaSe efectuacutea entre galeriacuteas de una mina subterraacutenea o entre tuacuteneles y la superficie En ella la fuente se encuentra enuna galeriacutea o en la superficie y los detectores en otra galeriacutea Se presta para utilizar teacutecnicas de tomografiacutea El principalobjetivo es determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos entre galeriacuteas o hasta la superficie Tambieacuten se usa para localizarfallas vetas grado de fracturacioacuten cavidades localizar tuacuteneles abandonados Tambieacuten puede utilizarse radarRecordando que la prospeccioacuten por meacutetodos siacutesmicos consiste en explorar el subsuelo mediante ondas siacutesmicas esevidente que la informacioacuten acerca del subsuelo que se puede extraer directamente de esta forma estaacute limitada a laspropiedades fiacutesicas que gobiernan la propagacioacuten de ondas elaacutesticas A partir de los registros siacutesmicos se pueden medirtiempos de llegada de las ondas amplitudes y frecuencias Con estas mediciones se pueden calcular velocidades depropagacioacuten de ondas espesores de estratos coeficientes de atenuacioacuten constantes elaacutesticas dinaacutemicas (moacutedulo dePoisson moacutedulo de rigidez moacutedulo de volumen etc) Indirectamente y bajo la suposicioacuten de la existencia de una relacioacutenentre estos paraacutemetros y la litologiacutea se puede construir una imagen aproximada de la geologiacutea del subsueloAlgunos de los datos que usualmente se especifican en el reporte o informe teacutecnico de una prospeccioacuten siacutesmica aprofundidad somera sonmiddot Perfil sismoelaacutestico del subsuelo en distancia y profundidad representado mediante el graacutefico de las interfases entre losdiferentes estratos (esto proporciona espesores y profundidades)middot Velocidad de ondas compresionales de cada estratomiddot Posible litologiacutea

middot Posibles estructuras geoloacutegicas tales como fallas altos o depresiones en el basamento rocoso zonas de fracturacioacuten odisolucioacuten cavidadesmiddot Paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosmiddot Grado de fracturamiento de meteorizacioacuten o de facilidad de fracturacioacuten de la rocamiddot Voluacutemenes de materialLoacutegicamente dependiendo del objetivo de la exploracioacuten y de la teacutecnica aplicada es posible suministrar uno ovarios de los paraacutemetros citadosEn principio la utilidad de los meacutetodos siacutesmicos dependen de la existencia de una relacioacuten entre los paraacutemetroselaacutesticos de los materiales del subsuelo y su litologiacutea (o cualquier otra propiedad que se desee conocer) En general en lamayoriacutea de las situaciones tal relacioacuten existe sin embargo no suele ser uniacutevoca por ejemplo si las mediciones indican quela velocidad de propagacioacuten de ondas siacutesmicas en el subsuelo es de 2000 ms esta velocidad no es indicativa de ningunalitologiacutea concreta como caliza arenisca o arcillaEn general los meacutetodos geofiacutesicos aportan datos para aproximarse a la solucioacuten de un problema geoloacutegico mineroo geoteacutecnico que se suman a los proporcionados por geologiacutea de superficie perforaciones ensayos de penetracioacuten ensayosestaacuteticos sobre muestras o in situ etc Soacutelo en casos muy particulares la informacioacuten geofiacutesica por si sola es suficiente pararesolver el problemaLos meacutetodos de exploracioacuten siacutesmica en los sitios donde resultan efectivos suelen utilizarse para reducir costos yaque son maacutes baratos y raacutepidos que las perforaciones Ellos no sustituyen las perforaciones simplemente disminuyen sunuacutemero Si en un programa de exploracioacuten se requeriacutean 10 perforaciones estas pueden reducirse a 4 estrateacutegicamentesituadas y el resto del aacuterea se ldquorellenardquo mediante perfiles siacutesmicos En este caso las perforaciones y los sondeos siacutesmicos secalibran mutuamenteVentajas y desventajas de la prospeccioacuten por refraccioacuten respecto a las perforacionesLos sondeos siacutesmicos tienen ventajas y desventajas respecto a las perforaciones que se pueden resumir en lasiguiente listaVentajasmiddot Maacutes baratos por metro de profundidad y por sondeomiddot Mayor rapidez de ejecucioacutenmiddot No requieren de maquinaria compleja o pesada la operacioacuten de los instrumentos es relativamente sencillamiddot Pueden efectuarse auacuten en terrenos con gran pendientemiddot No requieren apertura de viacuteas de acceso ni acondicionamiento del terreno para operar maquinaria Soacutelo es necesarioabrir una pica (trocha) para el cable de detectores si la vegetacioacuten es densamiddot Los datos que aportan reflejan las propiedades promedio de un volumen del subsuelo es decir no son puntualesDesventajasmiddot Resolucioacuten muy pobre no son capaces de diferenciar estratos muy delgados o de propiedades elaacutesticas similaresmiddot No proporcionan informacioacuten uniacutevoca de la litologiacuteamiddot Su efectividad decrece al aumentar la profundidad a explorarmiddot Requieren el uso de explosivos para obtener registros siacutesmicos de buena calidadmiddot Si se usan explosivos es necesario abrir huecos (1-2 m de profundidad) para colocar la carga

middot El mantenimiento y reparacioacuten de los instrumentos electroacutenicos de medicioacuten de ondas siacutesmicas es difiacutecil de obtener enVenezuelamiddot Resultan inuacutetiles en zonas de litologiacutea lateramente heterogeacutenea o estructuralmente compleja (sedimentacioacuten cruzadalentes intercalaciones conglomerados zonas de falla) en masas rocosas iacutegneas o metamoacuterficas o en zonas de fuerteatenuacioacuten de ondas siacutesmicas (rellenos arenas sueltas secas)PROSPECCION POR REFRACCION SISMICAEs probablemente el meacutetodo geofiacutesico maacutes utilizado para obtener datos para Geotecnia del subsuelo somero Eneste meacutetodo la fuente y los detectores se encuentran alineados en la superficie del terreno Se obtienen registros de lasondas que viajan desde la fuente hasta los detectores a traveacutes del subsuelo siguiendo diversas trayectorias o caminos Enparticular aquiacute interesan aquellas ondas que siguen la trayectoria de tiempo miacutenimo y que son las primeras que llegan acada detector Con ellas se dibuja un graacutefico donde las abcisas son distancias desde la fuente hasta cada detector y el eje delas ordenadas son los respectivos tiempos de primera llegada Este graacutefico se denomina graacutefico tiempo-distancia y lascurvas representadas son las dromocroacutenicas En principio a partir de este graacutefico es posible calcular el perfil de espesoresy la velocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas primarias de cada estrato en el subsueloAplicaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenEl meacutetodo proporciona informacioacuten de los espesores y velocidades de los estratos del subsuelo Esto puede resultarde utilidad principalmente en geologiacutea aplicada a obras civiles (Geotecnia) tales como en la construccioacuten de edificiospuentes represas carreteras taludes en los que interesa la profundidad de la roca inalterada el grado de meteorizacioacuten delrecubrimiento localizar materiales de construccioacuten y grado de fractura o de facilidad de fracturacioacuten de la roca y evaluarel riesgo siacutesmico En mineriacutea para calcular voluacutemenes de material explotable y en Hidrogeologiacutea para ayudar a determinarla continuidad y extensioacuten de acuiacuteferos En general el meacutetodo se aplica paramiddot Obtener perfiles del espesor de sedimentos hasta el basamento en una cuenca sedimentariamiddot Localizar fallas paleocauces zonas de fracturas en el basamento rocoso someromiddot Obtener un perfil de espesores y velocidades hasta la roca fresca diferenciando suelo roca meteorizada rocasubmeteorizada y roca inalteradamiddot Calcular volumen de material explotable principalmente en minas de arena caliza oro de aluvioacuten ocre caoliacutenmiddot Determinar la continuidad de estratos acuiacuteferosmiddot Calcular los tiempos de traacutensito de las ondas a traveacutes de las capas de baja velocidad cercanas a la superficie paracorreccioacuten estaacutetica de campo en prospeccioacuten por reflexioacutenEl meacutetodo de refraccioacuten de ondas siacutesmicas tambieacuten se utiliza en Sismologiacutea para determinar la estructura internade la Tierra en estudios de la corteza terrestre (con fuentes siacutesmicas naturales o artificiales) y en las deacutecadas de los antildeos30 a 50 se utilizoacute en prospeccioacuten de hidrocarburos principalmente para ubicar domos salinos a los cuales suelen estarasociadas trampas de petroacuteleo Actualmente praacutecticamente no se utiliza en prospeccioacuten de hidrocarburos excepto indirectamentepara calcular la correccioacuten estaacutetica de campoFundamento fiacutesico

En los registros siacutesmicos de refraccioacuten se utilizan soacutelo o principalmente los tiempos de las ondas que lleganprimero a los detectores desde que se activa la fuente de ondas siacutesmicas Las ondas que normalmente llegan primero son1 las denominadas ondas directas que son ondas P que viajan en trayectoria recta desde la fuente hasta los detectores2 las ondas P refractadas criacuteticamente denominadas tambieacuten ondas coacutenicas las cuales aunque no siguen una trayectoriarecta entre la fuente y los detectores (distancia miacutenima) sin embargo llegan primero que cualquier otra onda porqueviajan por una trayectoria de tiempo miacutenimoEn la figura 1 se muestra una simulacioacuten matemaacutetica de la propagacioacuten de un campo de ondas en un subsueloformado por dos estratos de espesor constante El estrato maacutes superficial tiene una velocidad de ondas P de 500 ms yespesor 15 m El estrato subyacente tiene una velocidad de ondas P de 1500 ms La fuente siacutesmica estaacute ubicada en elextremo superior izquierdo del perfil el cual tiene 97 m de largo y 40 m de profundidadLa onda directa estaacute representada por el frente semicircular que se propaga por el estrato maacutes somero (medio 1)Es el primer frente de onda en perturbar los puntos de la superficie desde el instante de activacioacuten de la fuente hasta unos88 ms Durante ese lapso de tiempo la onda directa recorre una distancia de 42 m desde la fuente (distancia de cruce) Apartir de la distancia de cruce la primera en llegar es la onda coacutenicaLa onda coacutenica se presenta en la simulacioacuten bidimensional como un frente de onda recto pero en tres dimensionesseriacutea la superficie inclinada de un tronco de cono cuyo eje vertical pasa por la fuente la base estaacute en la interfase entrelos dos estratos y el tope en la superficie Como se observa en la simulacioacuten este frente de onda se origina a partir delfrente de onda que se transmite al estrato inferior (segundo medio) concretamente soacutelo de la porcioacuten del mismo que viajaparalela a la interfase Esta porcioacuten del frente transmitido que viaja por el segundo medio paralelamente a la interfase esel frente de refraccioacuten criacutetica o refraccioacuten total El da origen a la onda coacutenica a lo largo de la interfase porque constituyeuna onda hipersoacutenica respecto a la velocidad de ondas siacutesmicas en el primer estrato (1500 ms vs 500 ms) Es el mismofenoacutemeno que produce la estela de ondas en abanico de una lancha raacutepida sobre la superficie del agua o el estampidosoacutenico cuando un avioacuten supera la ldquobarrera del sonidordquo es decir cuando vuela a maacutes de 350 msEvidentemente el fenoacutemeno que origina la onda coacutenica se produce soacutelo si el estrato subyacente tiene una velocidadde ondas P mayor que el estrato por encima Si esto no es asiacute se tiene una ldquoinversioacuten de velocidadrdquo y el estratosubyacente no es posible detectarlo con el meacutetodo de refraccioacuten siacutesmicaSi la velocidad de las ondas siacutesmicas es mayor para estratos maacutes profundos entonces se originaraacuten ondas coacutenicasen cada interfase las cuales seraacuten sucesivamente primeras llegadas Por cada interfase se tendraacute una distancia de cruce ensuperficieSi el primer estrato tiene espesor constante el frente de onda coacutenico aparenta propagarse por la superficie con unavelocidad igual a la del segundo estrato La distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica proporciona informacioacutendel espesor del primer estrato (evidentemente el espesor es mayor cuanto mayor sea la distancia de cruce)

Cuando los estratos no son paralelos sino que presentan inclinacioacuten relativa las velocidades de onda coacutenicacalculadas para cada estrato a partir de una dromocroacutenica son velocidades aparentes Para poder calcular las velocidadesverdaderas es necesario efectuar dos registros de refraccioacuten primero se obtiene un registro con la fuente en un extremo deltendido de receptores y despueacutes se obtiene un segundo registro con la fuente en el otro extremo Esto se conoce como lateacutecnica del doble disparoPara calcular las inclinaciones de los estratos es necesario disponer de los registros efectuados en dos tendidos dedoble disparo Estos tendidos deben estar en direcciones cruzadas preferiblemente a 90deg uno respecto al otro En total seobtendriacutean cuatro registros De esta forma es posible calcular la inclinacioacuten de cada estrato respecto a la horizontalFigura 1 Mapas que muestran la evolucioacuten del campo de ondas a intervalos de 8 ms en un subsuelo constituido pordos estratos El estrato superior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 500 ms y un espesor constante de 15 m Elestrato inferior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 1500 ms Se destacan el avance de la onda directa por elrecubrimiento (8 ms 16 ms 24 ms) la formacioacuten de la onda transmitida al basamento la cual tiene mayor velocidady longitud de onda que la directa (32 ms 40 ms) la aparicioacuten de la onda coacutenica en el recubrimiento (48 ms)notaacutendose que es tangente a la reflejada (56 ms) la llegada de la onda reflejada y la onda coacutenica a la superficie (64ms) el adelantamiento de la onda coacutenica a la onda directa en su llegada a la superficie (80 ms 88 ms) Notar que elavance de la onda directa por la superficie es real mientras que el de la onda coacutenica es aparente La onda coacutenicaavanza por la superficie con una velocidad aparente igual a la velocidad verdadera del basamento porque el espesordel recubrimiento es constante (mapas 64 a 96 ms) Las flechas indican la posicioacuten del frente de onda de primerallegada en la superficie8 ms 16 ms 24 ms32 ms 40 ms 48 ms56 ms 64 ms 72 ms80 ms 88 ms 96 ms104 ms 112 ms 120 ms50100150200250300350400450500Distancia (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CA

RFigura 2 Ejemplo de registro siacutesmico El registro contiene 12 trazas Cada traza representa las oscilaciones delterreno captadas por un sensor (geoacutefono) el cual las enviacutea como sentildeales eleacutectricas a su correspondiente canal en elsismoacutegrafo En el ejemplo los sensores se encuentran alineados a intervalos de 10 m estando el sensor del primercanal a 10 m de la fuente siacutesmica el sensor del segundo canal a 20 m etc El tiempo total de grabacioacuten es 500 msEn el registro se destacan varios trenes de ondas coherentes Estaacuten las ondas superficiales de gran amplitud (G) laonda de aire de alta frecuencia (A) reflexiones (R) la onda directa (D) y la onda coacutenica (C) En prospeccioacuten porrefraccioacuten soacutelo se utilizan los tiempos de llegada de las ondas directa y coacutenica En prospeccioacuten por reflexioacuten seutilizan soacutelo las reflejadas despueacutes de haber procesado el registro siacutesmico para eliminar todas las demaacutes ondas

GDTiempo (ms)(buzamiento o echado) y su direccioacuten (rumbo)En la figura 2 se muestra un registro siacutesmico real de refraccioacuten El registro consta de 12 trazas Cada traza es unarepresentacioacuten graacutefica de las oscilaciones del terreno con el tiempo captadas por un sensor en la superficie del mismo Elsensor al ser movido por las ondas siacutesmicas genera sentildeales eleacutectricas las cuales son enviadas a traveacutes de un cable hasta uncanal del sismoacutegrafo En el sismoacutegrafo las sentildeales son amplificadas filtradas grabadas y representadas graacuteficamente enforma de traza Asiacute este registro de 12 trazas fue generado por un sismoacutegrafo de 12 canalesEn el terreno los sensores se encontraban alineados colocados a intervalos de 10 m La fuente siacutesmica se encontrabaa 10 m del primer sensor (la traza del primer canal es la situada mas a la izquierda en el registro) El registro seinicioacute en el instante en que se activoacute la fuente siacutesmica y la grabacioacuten duroacute 500 ms (medio segundo) Las liacuteneas horizontalesen el registro representan intervalos de 50 ms con lo que proporcionan una escala de tiempoMediante flechas se indican algunas de las oscilaciones en las trazas producidas por diversos tipos de ondas Enestos registros los trenes de ondas que presenten mayor pendiente tienen menor velocidad mientras que los que tienden aseguir un patroacuten horizontal son los de mayor velocidad Las mayores amplitudes se deben a ondas superficiales las cualesaunque dominan en el registro no son de utilidad en el meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten y por ello se las consideraruido Otra onda de ruido que se destaca es la onda de aire la cual se caracteriza por su alta frecuencia (oscilaciones deperiodo corto) no ser dispersiva y velocidad de propagacioacuten de unos 350 ms Los trenes de onda que son de utilidad en este registro son los primeros en llegar en cada traza Naturalmente sedescartan los eventos de ruido ambiental casi siempre presentes y mas notorios en las trazas de los canales mas lejanos a lafuente Estos eventos normalmente no presentan coherencia es decir no pueden ser seguidos traza a traza de acuerdo a un

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

principales aplicaciones del VSP son diferenciar entre reflexiones primarias y muacuteltiples medir velocidades de ondacompresional y de corte y ayudar en la conversioacuten de tiempo a profundidad de las secciones siacutesmicas de reflexioacutenEste meacutetodo aprovecha ondas directas y ondas reflejadasWSTEl WST (Well Seismic Tool) o tiros de verificacioacuten es una teacutecnica en la que se tiene un fuente siacutesmica fija ensuperficie y una sonda (WST) con un receptor dentro del pozo Para una profundidad dada de la sonda se obtiene unregistro siacutesmico en el cual se mide el tiempo de viaje de las ondas primarias desde la fuente hasta el receptor El procedimientose repite para varias profundidades de la sonda Sus principales aplicaciones son obtener la funcioacuten de conversioacutende tiempo a profundidad para las secciones siacutesmicas de reflexioacuten y calibrar los registros soacutenicosRegistro soacutenicoEn esta teacutecnica se utiliza una herramienta de pozo la cual contiene un emisor de ondas siacutesmicas y un par dereceptores a distancias fijas del emisor La herramienta se introduce por el pozo y a intervalos regulares de profundidad(por ejemplo 1 pie) se mide el tiempo de traacutensito de una sentildeal siacutesmica desde el emisor hasta los receptores Esta es unaonda coacutenica producida por refraccioacuten criacutetica en la formacioacuten geoloacutegica El inverso de ese tiempo de traacutensito representa lavelocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas en el subsuelo a la profundidad donde se efectuoacute la medicioacuten El meacutetodo secaracteriza por su alta resolucioacuten para delimitar estratos y tiene extensa utilidad en estudios de petrofiacutesica estratigrafiacuteaproduccioacuten de yacimientos y correlacioacuten de secciones siacutesmicas con las formaciones geoloacutegicas Es catalogado como unmeacutetodo de testificacioacuten petrofiacutesica de pozo como los registros eleacutectricos neutroacutenicos gamma ray SPTambieacuten existen sondas que en lugar de pulsos siacutesmicos utilizan pulsos de radar Presenta la ventaja de utilizarantenas direccionales por lo que permite medir distancias hasta cavidades y fracturas determinar aacutengulos de interseccioacutenentre los estratos y la perforacioacuten y el rumbo del buzamiento de fracturas Tiene aplicaciones en mineriacutea hidrogeologiacutea ymecaacutenica de rocas Se usa para investigar sitios para tuacuteneles represas y sitios de excavacioacuten El equipo es mucho maacutescostoso que el de ondas siacutesmicas y la teacutecnica todaviacutea no estaacute muy desarrolladaDownholeEste meacutetodo es similar al WST la diferencia estriba en que las aplicaciones del downhole estaacuten maacutes enfocadas ala Geotecnia las profundidades son someras (0-100 m) y usualmente se utilizan sondas con detectores de tres componentesvectoriales una vertical y dos horizontales en direcciones ortogonales Se registran las ondas P y S tiacutepicamente a intervalosde profundidad de 1 pie Su finalidad es obtener los paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos como funcioacuten de la profundidad enel entorno del pozo Suele ser bastante efectivo y permite aprovechar mejor la inversioacuten realizada en la perforacioacuten Dosdificultades con este meacutetodo es que requiere mucha precisioacuten en la determinacioacuten de los tiempos de primera llegada de lasondas si se desea obtener velocidades intervaacutelicas y que el pozo esteacute revestidoCrossholeEsta teacutecnica para objetivos geoteacutecnicos requiere la perforacioacuten de al menos dos pozos de igual profundidad

preferiblemente tres pozos alineados con una separacioacuten de unos 3 a 8 m Igual que en el downhole se utiliza una sondaque detecta tres componentes vectoriales de las ondas siacutesmicas la diferencia estaacute en que la fuente no permanece fija ensuperficie sino que se coloca a la misma profundidad que la sonda en un pozo adyacente Si se utilizan tres pozos alineadosse baja la fuente en uno de ellos y una sonda en cada uno de los otros dos Las dificultades son las mismas que las deldownhole a las que se agrega la dificultad de utilizar una fuente siacutesmica dentro de un pozo Se pueden usar tambieacutenemisores y sensores de radarTomografiacuteaAl igual que el crosshole requiere la perforacioacuten de dos o tres pozos alineados Tambieacuten se colocan detectores enuno o dos pozos y la fuente en el tercero La variante es que se toman registros de todas las combinaciones posibles deprofundidades de fuentes y detectores De esta forma el subsuelo entre los pozos es atravesado por numerosas y diferentestrayectorias fuente-receptor lo cual permite plantear sistemas de ecuaciones para calcular la distribucioacuten de velocidades ycalidad de la roca Existen modalidades en que tambieacuten se utilizan fuentes en superficie a diversas distancias del pozo(como en el VSP) Esta teacutecnica requiere un procesamiento maacutes elaborado pero proporciona secciones bidimensionales delsubsuelo de buena resolucioacuten Tiene aplicaciones en Geotecnia y mineriacutea Existe una versioacuten que utiliza radar en lugar deondas siacutesmicasSiacutesmica de galeriacuteaSe efectuacutea entre galeriacuteas de una mina subterraacutenea o entre tuacuteneles y la superficie En ella la fuente se encuentra enuna galeriacutea o en la superficie y los detectores en otra galeriacutea Se presta para utilizar teacutecnicas de tomografiacutea El principalobjetivo es determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos entre galeriacuteas o hasta la superficie Tambieacuten se usa para localizarfallas vetas grado de fracturacioacuten cavidades localizar tuacuteneles abandonados Tambieacuten puede utilizarse radarRecordando que la prospeccioacuten por meacutetodos siacutesmicos consiste en explorar el subsuelo mediante ondas siacutesmicas esevidente que la informacioacuten acerca del subsuelo que se puede extraer directamente de esta forma estaacute limitada a laspropiedades fiacutesicas que gobiernan la propagacioacuten de ondas elaacutesticas A partir de los registros siacutesmicos se pueden medirtiempos de llegada de las ondas amplitudes y frecuencias Con estas mediciones se pueden calcular velocidades depropagacioacuten de ondas espesores de estratos coeficientes de atenuacioacuten constantes elaacutesticas dinaacutemicas (moacutedulo dePoisson moacutedulo de rigidez moacutedulo de volumen etc) Indirectamente y bajo la suposicioacuten de la existencia de una relacioacutenentre estos paraacutemetros y la litologiacutea se puede construir una imagen aproximada de la geologiacutea del subsueloAlgunos de los datos que usualmente se especifican en el reporte o informe teacutecnico de una prospeccioacuten siacutesmica aprofundidad somera sonmiddot Perfil sismoelaacutestico del subsuelo en distancia y profundidad representado mediante el graacutefico de las interfases entre losdiferentes estratos (esto proporciona espesores y profundidades)middot Velocidad de ondas compresionales de cada estratomiddot Posible litologiacutea

middot Posibles estructuras geoloacutegicas tales como fallas altos o depresiones en el basamento rocoso zonas de fracturacioacuten odisolucioacuten cavidadesmiddot Paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosmiddot Grado de fracturamiento de meteorizacioacuten o de facilidad de fracturacioacuten de la rocamiddot Voluacutemenes de materialLoacutegicamente dependiendo del objetivo de la exploracioacuten y de la teacutecnica aplicada es posible suministrar uno ovarios de los paraacutemetros citadosEn principio la utilidad de los meacutetodos siacutesmicos dependen de la existencia de una relacioacuten entre los paraacutemetroselaacutesticos de los materiales del subsuelo y su litologiacutea (o cualquier otra propiedad que se desee conocer) En general en lamayoriacutea de las situaciones tal relacioacuten existe sin embargo no suele ser uniacutevoca por ejemplo si las mediciones indican quela velocidad de propagacioacuten de ondas siacutesmicas en el subsuelo es de 2000 ms esta velocidad no es indicativa de ningunalitologiacutea concreta como caliza arenisca o arcillaEn general los meacutetodos geofiacutesicos aportan datos para aproximarse a la solucioacuten de un problema geoloacutegico mineroo geoteacutecnico que se suman a los proporcionados por geologiacutea de superficie perforaciones ensayos de penetracioacuten ensayosestaacuteticos sobre muestras o in situ etc Soacutelo en casos muy particulares la informacioacuten geofiacutesica por si sola es suficiente pararesolver el problemaLos meacutetodos de exploracioacuten siacutesmica en los sitios donde resultan efectivos suelen utilizarse para reducir costos yaque son maacutes baratos y raacutepidos que las perforaciones Ellos no sustituyen las perforaciones simplemente disminuyen sunuacutemero Si en un programa de exploracioacuten se requeriacutean 10 perforaciones estas pueden reducirse a 4 estrateacutegicamentesituadas y el resto del aacuterea se ldquorellenardquo mediante perfiles siacutesmicos En este caso las perforaciones y los sondeos siacutesmicos secalibran mutuamenteVentajas y desventajas de la prospeccioacuten por refraccioacuten respecto a las perforacionesLos sondeos siacutesmicos tienen ventajas y desventajas respecto a las perforaciones que se pueden resumir en lasiguiente listaVentajasmiddot Maacutes baratos por metro de profundidad y por sondeomiddot Mayor rapidez de ejecucioacutenmiddot No requieren de maquinaria compleja o pesada la operacioacuten de los instrumentos es relativamente sencillamiddot Pueden efectuarse auacuten en terrenos con gran pendientemiddot No requieren apertura de viacuteas de acceso ni acondicionamiento del terreno para operar maquinaria Soacutelo es necesarioabrir una pica (trocha) para el cable de detectores si la vegetacioacuten es densamiddot Los datos que aportan reflejan las propiedades promedio de un volumen del subsuelo es decir no son puntualesDesventajasmiddot Resolucioacuten muy pobre no son capaces de diferenciar estratos muy delgados o de propiedades elaacutesticas similaresmiddot No proporcionan informacioacuten uniacutevoca de la litologiacuteamiddot Su efectividad decrece al aumentar la profundidad a explorarmiddot Requieren el uso de explosivos para obtener registros siacutesmicos de buena calidadmiddot Si se usan explosivos es necesario abrir huecos (1-2 m de profundidad) para colocar la carga

middot El mantenimiento y reparacioacuten de los instrumentos electroacutenicos de medicioacuten de ondas siacutesmicas es difiacutecil de obtener enVenezuelamiddot Resultan inuacutetiles en zonas de litologiacutea lateramente heterogeacutenea o estructuralmente compleja (sedimentacioacuten cruzadalentes intercalaciones conglomerados zonas de falla) en masas rocosas iacutegneas o metamoacuterficas o en zonas de fuerteatenuacioacuten de ondas siacutesmicas (rellenos arenas sueltas secas)PROSPECCION POR REFRACCION SISMICAEs probablemente el meacutetodo geofiacutesico maacutes utilizado para obtener datos para Geotecnia del subsuelo somero Eneste meacutetodo la fuente y los detectores se encuentran alineados en la superficie del terreno Se obtienen registros de lasondas que viajan desde la fuente hasta los detectores a traveacutes del subsuelo siguiendo diversas trayectorias o caminos Enparticular aquiacute interesan aquellas ondas que siguen la trayectoria de tiempo miacutenimo y que son las primeras que llegan acada detector Con ellas se dibuja un graacutefico donde las abcisas son distancias desde la fuente hasta cada detector y el eje delas ordenadas son los respectivos tiempos de primera llegada Este graacutefico se denomina graacutefico tiempo-distancia y lascurvas representadas son las dromocroacutenicas En principio a partir de este graacutefico es posible calcular el perfil de espesoresy la velocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas primarias de cada estrato en el subsueloAplicaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenEl meacutetodo proporciona informacioacuten de los espesores y velocidades de los estratos del subsuelo Esto puede resultarde utilidad principalmente en geologiacutea aplicada a obras civiles (Geotecnia) tales como en la construccioacuten de edificiospuentes represas carreteras taludes en los que interesa la profundidad de la roca inalterada el grado de meteorizacioacuten delrecubrimiento localizar materiales de construccioacuten y grado de fractura o de facilidad de fracturacioacuten de la roca y evaluarel riesgo siacutesmico En mineriacutea para calcular voluacutemenes de material explotable y en Hidrogeologiacutea para ayudar a determinarla continuidad y extensioacuten de acuiacuteferos En general el meacutetodo se aplica paramiddot Obtener perfiles del espesor de sedimentos hasta el basamento en una cuenca sedimentariamiddot Localizar fallas paleocauces zonas de fracturas en el basamento rocoso someromiddot Obtener un perfil de espesores y velocidades hasta la roca fresca diferenciando suelo roca meteorizada rocasubmeteorizada y roca inalteradamiddot Calcular volumen de material explotable principalmente en minas de arena caliza oro de aluvioacuten ocre caoliacutenmiddot Determinar la continuidad de estratos acuiacuteferosmiddot Calcular los tiempos de traacutensito de las ondas a traveacutes de las capas de baja velocidad cercanas a la superficie paracorreccioacuten estaacutetica de campo en prospeccioacuten por reflexioacutenEl meacutetodo de refraccioacuten de ondas siacutesmicas tambieacuten se utiliza en Sismologiacutea para determinar la estructura internade la Tierra en estudios de la corteza terrestre (con fuentes siacutesmicas naturales o artificiales) y en las deacutecadas de los antildeos30 a 50 se utilizoacute en prospeccioacuten de hidrocarburos principalmente para ubicar domos salinos a los cuales suelen estarasociadas trampas de petroacuteleo Actualmente praacutecticamente no se utiliza en prospeccioacuten de hidrocarburos excepto indirectamentepara calcular la correccioacuten estaacutetica de campoFundamento fiacutesico

En los registros siacutesmicos de refraccioacuten se utilizan soacutelo o principalmente los tiempos de las ondas que lleganprimero a los detectores desde que se activa la fuente de ondas siacutesmicas Las ondas que normalmente llegan primero son1 las denominadas ondas directas que son ondas P que viajan en trayectoria recta desde la fuente hasta los detectores2 las ondas P refractadas criacuteticamente denominadas tambieacuten ondas coacutenicas las cuales aunque no siguen una trayectoriarecta entre la fuente y los detectores (distancia miacutenima) sin embargo llegan primero que cualquier otra onda porqueviajan por una trayectoria de tiempo miacutenimoEn la figura 1 se muestra una simulacioacuten matemaacutetica de la propagacioacuten de un campo de ondas en un subsueloformado por dos estratos de espesor constante El estrato maacutes superficial tiene una velocidad de ondas P de 500 ms yespesor 15 m El estrato subyacente tiene una velocidad de ondas P de 1500 ms La fuente siacutesmica estaacute ubicada en elextremo superior izquierdo del perfil el cual tiene 97 m de largo y 40 m de profundidadLa onda directa estaacute representada por el frente semicircular que se propaga por el estrato maacutes somero (medio 1)Es el primer frente de onda en perturbar los puntos de la superficie desde el instante de activacioacuten de la fuente hasta unos88 ms Durante ese lapso de tiempo la onda directa recorre una distancia de 42 m desde la fuente (distancia de cruce) Apartir de la distancia de cruce la primera en llegar es la onda coacutenicaLa onda coacutenica se presenta en la simulacioacuten bidimensional como un frente de onda recto pero en tres dimensionesseriacutea la superficie inclinada de un tronco de cono cuyo eje vertical pasa por la fuente la base estaacute en la interfase entrelos dos estratos y el tope en la superficie Como se observa en la simulacioacuten este frente de onda se origina a partir delfrente de onda que se transmite al estrato inferior (segundo medio) concretamente soacutelo de la porcioacuten del mismo que viajaparalela a la interfase Esta porcioacuten del frente transmitido que viaja por el segundo medio paralelamente a la interfase esel frente de refraccioacuten criacutetica o refraccioacuten total El da origen a la onda coacutenica a lo largo de la interfase porque constituyeuna onda hipersoacutenica respecto a la velocidad de ondas siacutesmicas en el primer estrato (1500 ms vs 500 ms) Es el mismofenoacutemeno que produce la estela de ondas en abanico de una lancha raacutepida sobre la superficie del agua o el estampidosoacutenico cuando un avioacuten supera la ldquobarrera del sonidordquo es decir cuando vuela a maacutes de 350 msEvidentemente el fenoacutemeno que origina la onda coacutenica se produce soacutelo si el estrato subyacente tiene una velocidadde ondas P mayor que el estrato por encima Si esto no es asiacute se tiene una ldquoinversioacuten de velocidadrdquo y el estratosubyacente no es posible detectarlo con el meacutetodo de refraccioacuten siacutesmicaSi la velocidad de las ondas siacutesmicas es mayor para estratos maacutes profundos entonces se originaraacuten ondas coacutenicasen cada interfase las cuales seraacuten sucesivamente primeras llegadas Por cada interfase se tendraacute una distancia de cruce ensuperficieSi el primer estrato tiene espesor constante el frente de onda coacutenico aparenta propagarse por la superficie con unavelocidad igual a la del segundo estrato La distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica proporciona informacioacutendel espesor del primer estrato (evidentemente el espesor es mayor cuanto mayor sea la distancia de cruce)

Cuando los estratos no son paralelos sino que presentan inclinacioacuten relativa las velocidades de onda coacutenicacalculadas para cada estrato a partir de una dromocroacutenica son velocidades aparentes Para poder calcular las velocidadesverdaderas es necesario efectuar dos registros de refraccioacuten primero se obtiene un registro con la fuente en un extremo deltendido de receptores y despueacutes se obtiene un segundo registro con la fuente en el otro extremo Esto se conoce como lateacutecnica del doble disparoPara calcular las inclinaciones de los estratos es necesario disponer de los registros efectuados en dos tendidos dedoble disparo Estos tendidos deben estar en direcciones cruzadas preferiblemente a 90deg uno respecto al otro En total seobtendriacutean cuatro registros De esta forma es posible calcular la inclinacioacuten de cada estrato respecto a la horizontalFigura 1 Mapas que muestran la evolucioacuten del campo de ondas a intervalos de 8 ms en un subsuelo constituido pordos estratos El estrato superior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 500 ms y un espesor constante de 15 m Elestrato inferior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 1500 ms Se destacan el avance de la onda directa por elrecubrimiento (8 ms 16 ms 24 ms) la formacioacuten de la onda transmitida al basamento la cual tiene mayor velocidady longitud de onda que la directa (32 ms 40 ms) la aparicioacuten de la onda coacutenica en el recubrimiento (48 ms)notaacutendose que es tangente a la reflejada (56 ms) la llegada de la onda reflejada y la onda coacutenica a la superficie (64ms) el adelantamiento de la onda coacutenica a la onda directa en su llegada a la superficie (80 ms 88 ms) Notar que elavance de la onda directa por la superficie es real mientras que el de la onda coacutenica es aparente La onda coacutenicaavanza por la superficie con una velocidad aparente igual a la velocidad verdadera del basamento porque el espesordel recubrimiento es constante (mapas 64 a 96 ms) Las flechas indican la posicioacuten del frente de onda de primerallegada en la superficie8 ms 16 ms 24 ms32 ms 40 ms 48 ms56 ms 64 ms 72 ms80 ms 88 ms 96 ms104 ms 112 ms 120 ms50100150200250300350400450500Distancia (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CA

RFigura 2 Ejemplo de registro siacutesmico El registro contiene 12 trazas Cada traza representa las oscilaciones delterreno captadas por un sensor (geoacutefono) el cual las enviacutea como sentildeales eleacutectricas a su correspondiente canal en elsismoacutegrafo En el ejemplo los sensores se encuentran alineados a intervalos de 10 m estando el sensor del primercanal a 10 m de la fuente siacutesmica el sensor del segundo canal a 20 m etc El tiempo total de grabacioacuten es 500 msEn el registro se destacan varios trenes de ondas coherentes Estaacuten las ondas superficiales de gran amplitud (G) laonda de aire de alta frecuencia (A) reflexiones (R) la onda directa (D) y la onda coacutenica (C) En prospeccioacuten porrefraccioacuten soacutelo se utilizan los tiempos de llegada de las ondas directa y coacutenica En prospeccioacuten por reflexioacuten seutilizan soacutelo las reflejadas despueacutes de haber procesado el registro siacutesmico para eliminar todas las demaacutes ondas

GDTiempo (ms)(buzamiento o echado) y su direccioacuten (rumbo)En la figura 2 se muestra un registro siacutesmico real de refraccioacuten El registro consta de 12 trazas Cada traza es unarepresentacioacuten graacutefica de las oscilaciones del terreno con el tiempo captadas por un sensor en la superficie del mismo Elsensor al ser movido por las ondas siacutesmicas genera sentildeales eleacutectricas las cuales son enviadas a traveacutes de un cable hasta uncanal del sismoacutegrafo En el sismoacutegrafo las sentildeales son amplificadas filtradas grabadas y representadas graacuteficamente enforma de traza Asiacute este registro de 12 trazas fue generado por un sismoacutegrafo de 12 canalesEn el terreno los sensores se encontraban alineados colocados a intervalos de 10 m La fuente siacutesmica se encontrabaa 10 m del primer sensor (la traza del primer canal es la situada mas a la izquierda en el registro) El registro seinicioacute en el instante en que se activoacute la fuente siacutesmica y la grabacioacuten duroacute 500 ms (medio segundo) Las liacuteneas horizontalesen el registro representan intervalos de 50 ms con lo que proporcionan una escala de tiempoMediante flechas se indican algunas de las oscilaciones en las trazas producidas por diversos tipos de ondas Enestos registros los trenes de ondas que presenten mayor pendiente tienen menor velocidad mientras que los que tienden aseguir un patroacuten horizontal son los de mayor velocidad Las mayores amplitudes se deben a ondas superficiales las cualesaunque dominan en el registro no son de utilidad en el meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten y por ello se las consideraruido Otra onda de ruido que se destaca es la onda de aire la cual se caracteriza por su alta frecuencia (oscilaciones deperiodo corto) no ser dispersiva y velocidad de propagacioacuten de unos 350 ms Los trenes de onda que son de utilidad en este registro son los primeros en llegar en cada traza Naturalmente sedescartan los eventos de ruido ambiental casi siempre presentes y mas notorios en las trazas de los canales mas lejanos a lafuente Estos eventos normalmente no presentan coherencia es decir no pueden ser seguidos traza a traza de acuerdo a un

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

preferiblemente tres pozos alineados con una separacioacuten de unos 3 a 8 m Igual que en el downhole se utiliza una sondaque detecta tres componentes vectoriales de las ondas siacutesmicas la diferencia estaacute en que la fuente no permanece fija ensuperficie sino que se coloca a la misma profundidad que la sonda en un pozo adyacente Si se utilizan tres pozos alineadosse baja la fuente en uno de ellos y una sonda en cada uno de los otros dos Las dificultades son las mismas que las deldownhole a las que se agrega la dificultad de utilizar una fuente siacutesmica dentro de un pozo Se pueden usar tambieacutenemisores y sensores de radarTomografiacuteaAl igual que el crosshole requiere la perforacioacuten de dos o tres pozos alineados Tambieacuten se colocan detectores enuno o dos pozos y la fuente en el tercero La variante es que se toman registros de todas las combinaciones posibles deprofundidades de fuentes y detectores De esta forma el subsuelo entre los pozos es atravesado por numerosas y diferentestrayectorias fuente-receptor lo cual permite plantear sistemas de ecuaciones para calcular la distribucioacuten de velocidades ycalidad de la roca Existen modalidades en que tambieacuten se utilizan fuentes en superficie a diversas distancias del pozo(como en el VSP) Esta teacutecnica requiere un procesamiento maacutes elaborado pero proporciona secciones bidimensionales delsubsuelo de buena resolucioacuten Tiene aplicaciones en Geotecnia y mineriacutea Existe una versioacuten que utiliza radar en lugar deondas siacutesmicasSiacutesmica de galeriacuteaSe efectuacutea entre galeriacuteas de una mina subterraacutenea o entre tuacuteneles y la superficie En ella la fuente se encuentra enuna galeriacutea o en la superficie y los detectores en otra galeriacutea Se presta para utilizar teacutecnicas de tomografiacutea El principalobjetivo es determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicos entre galeriacuteas o hasta la superficie Tambieacuten se usa para localizarfallas vetas grado de fracturacioacuten cavidades localizar tuacuteneles abandonados Tambieacuten puede utilizarse radarRecordando que la prospeccioacuten por meacutetodos siacutesmicos consiste en explorar el subsuelo mediante ondas siacutesmicas esevidente que la informacioacuten acerca del subsuelo que se puede extraer directamente de esta forma estaacute limitada a laspropiedades fiacutesicas que gobiernan la propagacioacuten de ondas elaacutesticas A partir de los registros siacutesmicos se pueden medirtiempos de llegada de las ondas amplitudes y frecuencias Con estas mediciones se pueden calcular velocidades depropagacioacuten de ondas espesores de estratos coeficientes de atenuacioacuten constantes elaacutesticas dinaacutemicas (moacutedulo dePoisson moacutedulo de rigidez moacutedulo de volumen etc) Indirectamente y bajo la suposicioacuten de la existencia de una relacioacutenentre estos paraacutemetros y la litologiacutea se puede construir una imagen aproximada de la geologiacutea del subsueloAlgunos de los datos que usualmente se especifican en el reporte o informe teacutecnico de una prospeccioacuten siacutesmica aprofundidad somera sonmiddot Perfil sismoelaacutestico del subsuelo en distancia y profundidad representado mediante el graacutefico de las interfases entre losdiferentes estratos (esto proporciona espesores y profundidades)middot Velocidad de ondas compresionales de cada estratomiddot Posible litologiacutea

middot Posibles estructuras geoloacutegicas tales como fallas altos o depresiones en el basamento rocoso zonas de fracturacioacuten odisolucioacuten cavidadesmiddot Paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosmiddot Grado de fracturamiento de meteorizacioacuten o de facilidad de fracturacioacuten de la rocamiddot Voluacutemenes de materialLoacutegicamente dependiendo del objetivo de la exploracioacuten y de la teacutecnica aplicada es posible suministrar uno ovarios de los paraacutemetros citadosEn principio la utilidad de los meacutetodos siacutesmicos dependen de la existencia de una relacioacuten entre los paraacutemetroselaacutesticos de los materiales del subsuelo y su litologiacutea (o cualquier otra propiedad que se desee conocer) En general en lamayoriacutea de las situaciones tal relacioacuten existe sin embargo no suele ser uniacutevoca por ejemplo si las mediciones indican quela velocidad de propagacioacuten de ondas siacutesmicas en el subsuelo es de 2000 ms esta velocidad no es indicativa de ningunalitologiacutea concreta como caliza arenisca o arcillaEn general los meacutetodos geofiacutesicos aportan datos para aproximarse a la solucioacuten de un problema geoloacutegico mineroo geoteacutecnico que se suman a los proporcionados por geologiacutea de superficie perforaciones ensayos de penetracioacuten ensayosestaacuteticos sobre muestras o in situ etc Soacutelo en casos muy particulares la informacioacuten geofiacutesica por si sola es suficiente pararesolver el problemaLos meacutetodos de exploracioacuten siacutesmica en los sitios donde resultan efectivos suelen utilizarse para reducir costos yaque son maacutes baratos y raacutepidos que las perforaciones Ellos no sustituyen las perforaciones simplemente disminuyen sunuacutemero Si en un programa de exploracioacuten se requeriacutean 10 perforaciones estas pueden reducirse a 4 estrateacutegicamentesituadas y el resto del aacuterea se ldquorellenardquo mediante perfiles siacutesmicos En este caso las perforaciones y los sondeos siacutesmicos secalibran mutuamenteVentajas y desventajas de la prospeccioacuten por refraccioacuten respecto a las perforacionesLos sondeos siacutesmicos tienen ventajas y desventajas respecto a las perforaciones que se pueden resumir en lasiguiente listaVentajasmiddot Maacutes baratos por metro de profundidad y por sondeomiddot Mayor rapidez de ejecucioacutenmiddot No requieren de maquinaria compleja o pesada la operacioacuten de los instrumentos es relativamente sencillamiddot Pueden efectuarse auacuten en terrenos con gran pendientemiddot No requieren apertura de viacuteas de acceso ni acondicionamiento del terreno para operar maquinaria Soacutelo es necesarioabrir una pica (trocha) para el cable de detectores si la vegetacioacuten es densamiddot Los datos que aportan reflejan las propiedades promedio de un volumen del subsuelo es decir no son puntualesDesventajasmiddot Resolucioacuten muy pobre no son capaces de diferenciar estratos muy delgados o de propiedades elaacutesticas similaresmiddot No proporcionan informacioacuten uniacutevoca de la litologiacuteamiddot Su efectividad decrece al aumentar la profundidad a explorarmiddot Requieren el uso de explosivos para obtener registros siacutesmicos de buena calidadmiddot Si se usan explosivos es necesario abrir huecos (1-2 m de profundidad) para colocar la carga

middot El mantenimiento y reparacioacuten de los instrumentos electroacutenicos de medicioacuten de ondas siacutesmicas es difiacutecil de obtener enVenezuelamiddot Resultan inuacutetiles en zonas de litologiacutea lateramente heterogeacutenea o estructuralmente compleja (sedimentacioacuten cruzadalentes intercalaciones conglomerados zonas de falla) en masas rocosas iacutegneas o metamoacuterficas o en zonas de fuerteatenuacioacuten de ondas siacutesmicas (rellenos arenas sueltas secas)PROSPECCION POR REFRACCION SISMICAEs probablemente el meacutetodo geofiacutesico maacutes utilizado para obtener datos para Geotecnia del subsuelo somero Eneste meacutetodo la fuente y los detectores se encuentran alineados en la superficie del terreno Se obtienen registros de lasondas que viajan desde la fuente hasta los detectores a traveacutes del subsuelo siguiendo diversas trayectorias o caminos Enparticular aquiacute interesan aquellas ondas que siguen la trayectoria de tiempo miacutenimo y que son las primeras que llegan acada detector Con ellas se dibuja un graacutefico donde las abcisas son distancias desde la fuente hasta cada detector y el eje delas ordenadas son los respectivos tiempos de primera llegada Este graacutefico se denomina graacutefico tiempo-distancia y lascurvas representadas son las dromocroacutenicas En principio a partir de este graacutefico es posible calcular el perfil de espesoresy la velocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas primarias de cada estrato en el subsueloAplicaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenEl meacutetodo proporciona informacioacuten de los espesores y velocidades de los estratos del subsuelo Esto puede resultarde utilidad principalmente en geologiacutea aplicada a obras civiles (Geotecnia) tales como en la construccioacuten de edificiospuentes represas carreteras taludes en los que interesa la profundidad de la roca inalterada el grado de meteorizacioacuten delrecubrimiento localizar materiales de construccioacuten y grado de fractura o de facilidad de fracturacioacuten de la roca y evaluarel riesgo siacutesmico En mineriacutea para calcular voluacutemenes de material explotable y en Hidrogeologiacutea para ayudar a determinarla continuidad y extensioacuten de acuiacuteferos En general el meacutetodo se aplica paramiddot Obtener perfiles del espesor de sedimentos hasta el basamento en una cuenca sedimentariamiddot Localizar fallas paleocauces zonas de fracturas en el basamento rocoso someromiddot Obtener un perfil de espesores y velocidades hasta la roca fresca diferenciando suelo roca meteorizada rocasubmeteorizada y roca inalteradamiddot Calcular volumen de material explotable principalmente en minas de arena caliza oro de aluvioacuten ocre caoliacutenmiddot Determinar la continuidad de estratos acuiacuteferosmiddot Calcular los tiempos de traacutensito de las ondas a traveacutes de las capas de baja velocidad cercanas a la superficie paracorreccioacuten estaacutetica de campo en prospeccioacuten por reflexioacutenEl meacutetodo de refraccioacuten de ondas siacutesmicas tambieacuten se utiliza en Sismologiacutea para determinar la estructura internade la Tierra en estudios de la corteza terrestre (con fuentes siacutesmicas naturales o artificiales) y en las deacutecadas de los antildeos30 a 50 se utilizoacute en prospeccioacuten de hidrocarburos principalmente para ubicar domos salinos a los cuales suelen estarasociadas trampas de petroacuteleo Actualmente praacutecticamente no se utiliza en prospeccioacuten de hidrocarburos excepto indirectamentepara calcular la correccioacuten estaacutetica de campoFundamento fiacutesico

En los registros siacutesmicos de refraccioacuten se utilizan soacutelo o principalmente los tiempos de las ondas que lleganprimero a los detectores desde que se activa la fuente de ondas siacutesmicas Las ondas que normalmente llegan primero son1 las denominadas ondas directas que son ondas P que viajan en trayectoria recta desde la fuente hasta los detectores2 las ondas P refractadas criacuteticamente denominadas tambieacuten ondas coacutenicas las cuales aunque no siguen una trayectoriarecta entre la fuente y los detectores (distancia miacutenima) sin embargo llegan primero que cualquier otra onda porqueviajan por una trayectoria de tiempo miacutenimoEn la figura 1 se muestra una simulacioacuten matemaacutetica de la propagacioacuten de un campo de ondas en un subsueloformado por dos estratos de espesor constante El estrato maacutes superficial tiene una velocidad de ondas P de 500 ms yespesor 15 m El estrato subyacente tiene una velocidad de ondas P de 1500 ms La fuente siacutesmica estaacute ubicada en elextremo superior izquierdo del perfil el cual tiene 97 m de largo y 40 m de profundidadLa onda directa estaacute representada por el frente semicircular que se propaga por el estrato maacutes somero (medio 1)Es el primer frente de onda en perturbar los puntos de la superficie desde el instante de activacioacuten de la fuente hasta unos88 ms Durante ese lapso de tiempo la onda directa recorre una distancia de 42 m desde la fuente (distancia de cruce) Apartir de la distancia de cruce la primera en llegar es la onda coacutenicaLa onda coacutenica se presenta en la simulacioacuten bidimensional como un frente de onda recto pero en tres dimensionesseriacutea la superficie inclinada de un tronco de cono cuyo eje vertical pasa por la fuente la base estaacute en la interfase entrelos dos estratos y el tope en la superficie Como se observa en la simulacioacuten este frente de onda se origina a partir delfrente de onda que se transmite al estrato inferior (segundo medio) concretamente soacutelo de la porcioacuten del mismo que viajaparalela a la interfase Esta porcioacuten del frente transmitido que viaja por el segundo medio paralelamente a la interfase esel frente de refraccioacuten criacutetica o refraccioacuten total El da origen a la onda coacutenica a lo largo de la interfase porque constituyeuna onda hipersoacutenica respecto a la velocidad de ondas siacutesmicas en el primer estrato (1500 ms vs 500 ms) Es el mismofenoacutemeno que produce la estela de ondas en abanico de una lancha raacutepida sobre la superficie del agua o el estampidosoacutenico cuando un avioacuten supera la ldquobarrera del sonidordquo es decir cuando vuela a maacutes de 350 msEvidentemente el fenoacutemeno que origina la onda coacutenica se produce soacutelo si el estrato subyacente tiene una velocidadde ondas P mayor que el estrato por encima Si esto no es asiacute se tiene una ldquoinversioacuten de velocidadrdquo y el estratosubyacente no es posible detectarlo con el meacutetodo de refraccioacuten siacutesmicaSi la velocidad de las ondas siacutesmicas es mayor para estratos maacutes profundos entonces se originaraacuten ondas coacutenicasen cada interfase las cuales seraacuten sucesivamente primeras llegadas Por cada interfase se tendraacute una distancia de cruce ensuperficieSi el primer estrato tiene espesor constante el frente de onda coacutenico aparenta propagarse por la superficie con unavelocidad igual a la del segundo estrato La distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica proporciona informacioacutendel espesor del primer estrato (evidentemente el espesor es mayor cuanto mayor sea la distancia de cruce)

Cuando los estratos no son paralelos sino que presentan inclinacioacuten relativa las velocidades de onda coacutenicacalculadas para cada estrato a partir de una dromocroacutenica son velocidades aparentes Para poder calcular las velocidadesverdaderas es necesario efectuar dos registros de refraccioacuten primero se obtiene un registro con la fuente en un extremo deltendido de receptores y despueacutes se obtiene un segundo registro con la fuente en el otro extremo Esto se conoce como lateacutecnica del doble disparoPara calcular las inclinaciones de los estratos es necesario disponer de los registros efectuados en dos tendidos dedoble disparo Estos tendidos deben estar en direcciones cruzadas preferiblemente a 90deg uno respecto al otro En total seobtendriacutean cuatro registros De esta forma es posible calcular la inclinacioacuten de cada estrato respecto a la horizontalFigura 1 Mapas que muestran la evolucioacuten del campo de ondas a intervalos de 8 ms en un subsuelo constituido pordos estratos El estrato superior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 500 ms y un espesor constante de 15 m Elestrato inferior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 1500 ms Se destacan el avance de la onda directa por elrecubrimiento (8 ms 16 ms 24 ms) la formacioacuten de la onda transmitida al basamento la cual tiene mayor velocidady longitud de onda que la directa (32 ms 40 ms) la aparicioacuten de la onda coacutenica en el recubrimiento (48 ms)notaacutendose que es tangente a la reflejada (56 ms) la llegada de la onda reflejada y la onda coacutenica a la superficie (64ms) el adelantamiento de la onda coacutenica a la onda directa en su llegada a la superficie (80 ms 88 ms) Notar que elavance de la onda directa por la superficie es real mientras que el de la onda coacutenica es aparente La onda coacutenicaavanza por la superficie con una velocidad aparente igual a la velocidad verdadera del basamento porque el espesordel recubrimiento es constante (mapas 64 a 96 ms) Las flechas indican la posicioacuten del frente de onda de primerallegada en la superficie8 ms 16 ms 24 ms32 ms 40 ms 48 ms56 ms 64 ms 72 ms80 ms 88 ms 96 ms104 ms 112 ms 120 ms50100150200250300350400450500Distancia (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CA

RFigura 2 Ejemplo de registro siacutesmico El registro contiene 12 trazas Cada traza representa las oscilaciones delterreno captadas por un sensor (geoacutefono) el cual las enviacutea como sentildeales eleacutectricas a su correspondiente canal en elsismoacutegrafo En el ejemplo los sensores se encuentran alineados a intervalos de 10 m estando el sensor del primercanal a 10 m de la fuente siacutesmica el sensor del segundo canal a 20 m etc El tiempo total de grabacioacuten es 500 msEn el registro se destacan varios trenes de ondas coherentes Estaacuten las ondas superficiales de gran amplitud (G) laonda de aire de alta frecuencia (A) reflexiones (R) la onda directa (D) y la onda coacutenica (C) En prospeccioacuten porrefraccioacuten soacutelo se utilizan los tiempos de llegada de las ondas directa y coacutenica En prospeccioacuten por reflexioacuten seutilizan soacutelo las reflejadas despueacutes de haber procesado el registro siacutesmico para eliminar todas las demaacutes ondas

GDTiempo (ms)(buzamiento o echado) y su direccioacuten (rumbo)En la figura 2 se muestra un registro siacutesmico real de refraccioacuten El registro consta de 12 trazas Cada traza es unarepresentacioacuten graacutefica de las oscilaciones del terreno con el tiempo captadas por un sensor en la superficie del mismo Elsensor al ser movido por las ondas siacutesmicas genera sentildeales eleacutectricas las cuales son enviadas a traveacutes de un cable hasta uncanal del sismoacutegrafo En el sismoacutegrafo las sentildeales son amplificadas filtradas grabadas y representadas graacuteficamente enforma de traza Asiacute este registro de 12 trazas fue generado por un sismoacutegrafo de 12 canalesEn el terreno los sensores se encontraban alineados colocados a intervalos de 10 m La fuente siacutesmica se encontrabaa 10 m del primer sensor (la traza del primer canal es la situada mas a la izquierda en el registro) El registro seinicioacute en el instante en que se activoacute la fuente siacutesmica y la grabacioacuten duroacute 500 ms (medio segundo) Las liacuteneas horizontalesen el registro representan intervalos de 50 ms con lo que proporcionan una escala de tiempoMediante flechas se indican algunas de las oscilaciones en las trazas producidas por diversos tipos de ondas Enestos registros los trenes de ondas que presenten mayor pendiente tienen menor velocidad mientras que los que tienden aseguir un patroacuten horizontal son los de mayor velocidad Las mayores amplitudes se deben a ondas superficiales las cualesaunque dominan en el registro no son de utilidad en el meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten y por ello se las consideraruido Otra onda de ruido que se destaca es la onda de aire la cual se caracteriza por su alta frecuencia (oscilaciones deperiodo corto) no ser dispersiva y velocidad de propagacioacuten de unos 350 ms Los trenes de onda que son de utilidad en este registro son los primeros en llegar en cada traza Naturalmente sedescartan los eventos de ruido ambiental casi siempre presentes y mas notorios en las trazas de los canales mas lejanos a lafuente Estos eventos normalmente no presentan coherencia es decir no pueden ser seguidos traza a traza de acuerdo a un

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

middot Posibles estructuras geoloacutegicas tales como fallas altos o depresiones en el basamento rocoso zonas de fracturacioacuten odisolucioacuten cavidadesmiddot Paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosmiddot Grado de fracturamiento de meteorizacioacuten o de facilidad de fracturacioacuten de la rocamiddot Voluacutemenes de materialLoacutegicamente dependiendo del objetivo de la exploracioacuten y de la teacutecnica aplicada es posible suministrar uno ovarios de los paraacutemetros citadosEn principio la utilidad de los meacutetodos siacutesmicos dependen de la existencia de una relacioacuten entre los paraacutemetroselaacutesticos de los materiales del subsuelo y su litologiacutea (o cualquier otra propiedad que se desee conocer) En general en lamayoriacutea de las situaciones tal relacioacuten existe sin embargo no suele ser uniacutevoca por ejemplo si las mediciones indican quela velocidad de propagacioacuten de ondas siacutesmicas en el subsuelo es de 2000 ms esta velocidad no es indicativa de ningunalitologiacutea concreta como caliza arenisca o arcillaEn general los meacutetodos geofiacutesicos aportan datos para aproximarse a la solucioacuten de un problema geoloacutegico mineroo geoteacutecnico que se suman a los proporcionados por geologiacutea de superficie perforaciones ensayos de penetracioacuten ensayosestaacuteticos sobre muestras o in situ etc Soacutelo en casos muy particulares la informacioacuten geofiacutesica por si sola es suficiente pararesolver el problemaLos meacutetodos de exploracioacuten siacutesmica en los sitios donde resultan efectivos suelen utilizarse para reducir costos yaque son maacutes baratos y raacutepidos que las perforaciones Ellos no sustituyen las perforaciones simplemente disminuyen sunuacutemero Si en un programa de exploracioacuten se requeriacutean 10 perforaciones estas pueden reducirse a 4 estrateacutegicamentesituadas y el resto del aacuterea se ldquorellenardquo mediante perfiles siacutesmicos En este caso las perforaciones y los sondeos siacutesmicos secalibran mutuamenteVentajas y desventajas de la prospeccioacuten por refraccioacuten respecto a las perforacionesLos sondeos siacutesmicos tienen ventajas y desventajas respecto a las perforaciones que se pueden resumir en lasiguiente listaVentajasmiddot Maacutes baratos por metro de profundidad y por sondeomiddot Mayor rapidez de ejecucioacutenmiddot No requieren de maquinaria compleja o pesada la operacioacuten de los instrumentos es relativamente sencillamiddot Pueden efectuarse auacuten en terrenos con gran pendientemiddot No requieren apertura de viacuteas de acceso ni acondicionamiento del terreno para operar maquinaria Soacutelo es necesarioabrir una pica (trocha) para el cable de detectores si la vegetacioacuten es densamiddot Los datos que aportan reflejan las propiedades promedio de un volumen del subsuelo es decir no son puntualesDesventajasmiddot Resolucioacuten muy pobre no son capaces de diferenciar estratos muy delgados o de propiedades elaacutesticas similaresmiddot No proporcionan informacioacuten uniacutevoca de la litologiacuteamiddot Su efectividad decrece al aumentar la profundidad a explorarmiddot Requieren el uso de explosivos para obtener registros siacutesmicos de buena calidadmiddot Si se usan explosivos es necesario abrir huecos (1-2 m de profundidad) para colocar la carga

middot El mantenimiento y reparacioacuten de los instrumentos electroacutenicos de medicioacuten de ondas siacutesmicas es difiacutecil de obtener enVenezuelamiddot Resultan inuacutetiles en zonas de litologiacutea lateramente heterogeacutenea o estructuralmente compleja (sedimentacioacuten cruzadalentes intercalaciones conglomerados zonas de falla) en masas rocosas iacutegneas o metamoacuterficas o en zonas de fuerteatenuacioacuten de ondas siacutesmicas (rellenos arenas sueltas secas)PROSPECCION POR REFRACCION SISMICAEs probablemente el meacutetodo geofiacutesico maacutes utilizado para obtener datos para Geotecnia del subsuelo somero Eneste meacutetodo la fuente y los detectores se encuentran alineados en la superficie del terreno Se obtienen registros de lasondas que viajan desde la fuente hasta los detectores a traveacutes del subsuelo siguiendo diversas trayectorias o caminos Enparticular aquiacute interesan aquellas ondas que siguen la trayectoria de tiempo miacutenimo y que son las primeras que llegan acada detector Con ellas se dibuja un graacutefico donde las abcisas son distancias desde la fuente hasta cada detector y el eje delas ordenadas son los respectivos tiempos de primera llegada Este graacutefico se denomina graacutefico tiempo-distancia y lascurvas representadas son las dromocroacutenicas En principio a partir de este graacutefico es posible calcular el perfil de espesoresy la velocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas primarias de cada estrato en el subsueloAplicaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenEl meacutetodo proporciona informacioacuten de los espesores y velocidades de los estratos del subsuelo Esto puede resultarde utilidad principalmente en geologiacutea aplicada a obras civiles (Geotecnia) tales como en la construccioacuten de edificiospuentes represas carreteras taludes en los que interesa la profundidad de la roca inalterada el grado de meteorizacioacuten delrecubrimiento localizar materiales de construccioacuten y grado de fractura o de facilidad de fracturacioacuten de la roca y evaluarel riesgo siacutesmico En mineriacutea para calcular voluacutemenes de material explotable y en Hidrogeologiacutea para ayudar a determinarla continuidad y extensioacuten de acuiacuteferos En general el meacutetodo se aplica paramiddot Obtener perfiles del espesor de sedimentos hasta el basamento en una cuenca sedimentariamiddot Localizar fallas paleocauces zonas de fracturas en el basamento rocoso someromiddot Obtener un perfil de espesores y velocidades hasta la roca fresca diferenciando suelo roca meteorizada rocasubmeteorizada y roca inalteradamiddot Calcular volumen de material explotable principalmente en minas de arena caliza oro de aluvioacuten ocre caoliacutenmiddot Determinar la continuidad de estratos acuiacuteferosmiddot Calcular los tiempos de traacutensito de las ondas a traveacutes de las capas de baja velocidad cercanas a la superficie paracorreccioacuten estaacutetica de campo en prospeccioacuten por reflexioacutenEl meacutetodo de refraccioacuten de ondas siacutesmicas tambieacuten se utiliza en Sismologiacutea para determinar la estructura internade la Tierra en estudios de la corteza terrestre (con fuentes siacutesmicas naturales o artificiales) y en las deacutecadas de los antildeos30 a 50 se utilizoacute en prospeccioacuten de hidrocarburos principalmente para ubicar domos salinos a los cuales suelen estarasociadas trampas de petroacuteleo Actualmente praacutecticamente no se utiliza en prospeccioacuten de hidrocarburos excepto indirectamentepara calcular la correccioacuten estaacutetica de campoFundamento fiacutesico

En los registros siacutesmicos de refraccioacuten se utilizan soacutelo o principalmente los tiempos de las ondas que lleganprimero a los detectores desde que se activa la fuente de ondas siacutesmicas Las ondas que normalmente llegan primero son1 las denominadas ondas directas que son ondas P que viajan en trayectoria recta desde la fuente hasta los detectores2 las ondas P refractadas criacuteticamente denominadas tambieacuten ondas coacutenicas las cuales aunque no siguen una trayectoriarecta entre la fuente y los detectores (distancia miacutenima) sin embargo llegan primero que cualquier otra onda porqueviajan por una trayectoria de tiempo miacutenimoEn la figura 1 se muestra una simulacioacuten matemaacutetica de la propagacioacuten de un campo de ondas en un subsueloformado por dos estratos de espesor constante El estrato maacutes superficial tiene una velocidad de ondas P de 500 ms yespesor 15 m El estrato subyacente tiene una velocidad de ondas P de 1500 ms La fuente siacutesmica estaacute ubicada en elextremo superior izquierdo del perfil el cual tiene 97 m de largo y 40 m de profundidadLa onda directa estaacute representada por el frente semicircular que se propaga por el estrato maacutes somero (medio 1)Es el primer frente de onda en perturbar los puntos de la superficie desde el instante de activacioacuten de la fuente hasta unos88 ms Durante ese lapso de tiempo la onda directa recorre una distancia de 42 m desde la fuente (distancia de cruce) Apartir de la distancia de cruce la primera en llegar es la onda coacutenicaLa onda coacutenica se presenta en la simulacioacuten bidimensional como un frente de onda recto pero en tres dimensionesseriacutea la superficie inclinada de un tronco de cono cuyo eje vertical pasa por la fuente la base estaacute en la interfase entrelos dos estratos y el tope en la superficie Como se observa en la simulacioacuten este frente de onda se origina a partir delfrente de onda que se transmite al estrato inferior (segundo medio) concretamente soacutelo de la porcioacuten del mismo que viajaparalela a la interfase Esta porcioacuten del frente transmitido que viaja por el segundo medio paralelamente a la interfase esel frente de refraccioacuten criacutetica o refraccioacuten total El da origen a la onda coacutenica a lo largo de la interfase porque constituyeuna onda hipersoacutenica respecto a la velocidad de ondas siacutesmicas en el primer estrato (1500 ms vs 500 ms) Es el mismofenoacutemeno que produce la estela de ondas en abanico de una lancha raacutepida sobre la superficie del agua o el estampidosoacutenico cuando un avioacuten supera la ldquobarrera del sonidordquo es decir cuando vuela a maacutes de 350 msEvidentemente el fenoacutemeno que origina la onda coacutenica se produce soacutelo si el estrato subyacente tiene una velocidadde ondas P mayor que el estrato por encima Si esto no es asiacute se tiene una ldquoinversioacuten de velocidadrdquo y el estratosubyacente no es posible detectarlo con el meacutetodo de refraccioacuten siacutesmicaSi la velocidad de las ondas siacutesmicas es mayor para estratos maacutes profundos entonces se originaraacuten ondas coacutenicasen cada interfase las cuales seraacuten sucesivamente primeras llegadas Por cada interfase se tendraacute una distancia de cruce ensuperficieSi el primer estrato tiene espesor constante el frente de onda coacutenico aparenta propagarse por la superficie con unavelocidad igual a la del segundo estrato La distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica proporciona informacioacutendel espesor del primer estrato (evidentemente el espesor es mayor cuanto mayor sea la distancia de cruce)

Cuando los estratos no son paralelos sino que presentan inclinacioacuten relativa las velocidades de onda coacutenicacalculadas para cada estrato a partir de una dromocroacutenica son velocidades aparentes Para poder calcular las velocidadesverdaderas es necesario efectuar dos registros de refraccioacuten primero se obtiene un registro con la fuente en un extremo deltendido de receptores y despueacutes se obtiene un segundo registro con la fuente en el otro extremo Esto se conoce como lateacutecnica del doble disparoPara calcular las inclinaciones de los estratos es necesario disponer de los registros efectuados en dos tendidos dedoble disparo Estos tendidos deben estar en direcciones cruzadas preferiblemente a 90deg uno respecto al otro En total seobtendriacutean cuatro registros De esta forma es posible calcular la inclinacioacuten de cada estrato respecto a la horizontalFigura 1 Mapas que muestran la evolucioacuten del campo de ondas a intervalos de 8 ms en un subsuelo constituido pordos estratos El estrato superior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 500 ms y un espesor constante de 15 m Elestrato inferior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 1500 ms Se destacan el avance de la onda directa por elrecubrimiento (8 ms 16 ms 24 ms) la formacioacuten de la onda transmitida al basamento la cual tiene mayor velocidady longitud de onda que la directa (32 ms 40 ms) la aparicioacuten de la onda coacutenica en el recubrimiento (48 ms)notaacutendose que es tangente a la reflejada (56 ms) la llegada de la onda reflejada y la onda coacutenica a la superficie (64ms) el adelantamiento de la onda coacutenica a la onda directa en su llegada a la superficie (80 ms 88 ms) Notar que elavance de la onda directa por la superficie es real mientras que el de la onda coacutenica es aparente La onda coacutenicaavanza por la superficie con una velocidad aparente igual a la velocidad verdadera del basamento porque el espesordel recubrimiento es constante (mapas 64 a 96 ms) Las flechas indican la posicioacuten del frente de onda de primerallegada en la superficie8 ms 16 ms 24 ms32 ms 40 ms 48 ms56 ms 64 ms 72 ms80 ms 88 ms 96 ms104 ms 112 ms 120 ms50100150200250300350400450500Distancia (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CA

RFigura 2 Ejemplo de registro siacutesmico El registro contiene 12 trazas Cada traza representa las oscilaciones delterreno captadas por un sensor (geoacutefono) el cual las enviacutea como sentildeales eleacutectricas a su correspondiente canal en elsismoacutegrafo En el ejemplo los sensores se encuentran alineados a intervalos de 10 m estando el sensor del primercanal a 10 m de la fuente siacutesmica el sensor del segundo canal a 20 m etc El tiempo total de grabacioacuten es 500 msEn el registro se destacan varios trenes de ondas coherentes Estaacuten las ondas superficiales de gran amplitud (G) laonda de aire de alta frecuencia (A) reflexiones (R) la onda directa (D) y la onda coacutenica (C) En prospeccioacuten porrefraccioacuten soacutelo se utilizan los tiempos de llegada de las ondas directa y coacutenica En prospeccioacuten por reflexioacuten seutilizan soacutelo las reflejadas despueacutes de haber procesado el registro siacutesmico para eliminar todas las demaacutes ondas

GDTiempo (ms)(buzamiento o echado) y su direccioacuten (rumbo)En la figura 2 se muestra un registro siacutesmico real de refraccioacuten El registro consta de 12 trazas Cada traza es unarepresentacioacuten graacutefica de las oscilaciones del terreno con el tiempo captadas por un sensor en la superficie del mismo Elsensor al ser movido por las ondas siacutesmicas genera sentildeales eleacutectricas las cuales son enviadas a traveacutes de un cable hasta uncanal del sismoacutegrafo En el sismoacutegrafo las sentildeales son amplificadas filtradas grabadas y representadas graacuteficamente enforma de traza Asiacute este registro de 12 trazas fue generado por un sismoacutegrafo de 12 canalesEn el terreno los sensores se encontraban alineados colocados a intervalos de 10 m La fuente siacutesmica se encontrabaa 10 m del primer sensor (la traza del primer canal es la situada mas a la izquierda en el registro) El registro seinicioacute en el instante en que se activoacute la fuente siacutesmica y la grabacioacuten duroacute 500 ms (medio segundo) Las liacuteneas horizontalesen el registro representan intervalos de 50 ms con lo que proporcionan una escala de tiempoMediante flechas se indican algunas de las oscilaciones en las trazas producidas por diversos tipos de ondas Enestos registros los trenes de ondas que presenten mayor pendiente tienen menor velocidad mientras que los que tienden aseguir un patroacuten horizontal son los de mayor velocidad Las mayores amplitudes se deben a ondas superficiales las cualesaunque dominan en el registro no son de utilidad en el meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten y por ello se las consideraruido Otra onda de ruido que se destaca es la onda de aire la cual se caracteriza por su alta frecuencia (oscilaciones deperiodo corto) no ser dispersiva y velocidad de propagacioacuten de unos 350 ms Los trenes de onda que son de utilidad en este registro son los primeros en llegar en cada traza Naturalmente sedescartan los eventos de ruido ambiental casi siempre presentes y mas notorios en las trazas de los canales mas lejanos a lafuente Estos eventos normalmente no presentan coherencia es decir no pueden ser seguidos traza a traza de acuerdo a un

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

middot El mantenimiento y reparacioacuten de los instrumentos electroacutenicos de medicioacuten de ondas siacutesmicas es difiacutecil de obtener enVenezuelamiddot Resultan inuacutetiles en zonas de litologiacutea lateramente heterogeacutenea o estructuralmente compleja (sedimentacioacuten cruzadalentes intercalaciones conglomerados zonas de falla) en masas rocosas iacutegneas o metamoacuterficas o en zonas de fuerteatenuacioacuten de ondas siacutesmicas (rellenos arenas sueltas secas)PROSPECCION POR REFRACCION SISMICAEs probablemente el meacutetodo geofiacutesico maacutes utilizado para obtener datos para Geotecnia del subsuelo somero Eneste meacutetodo la fuente y los detectores se encuentran alineados en la superficie del terreno Se obtienen registros de lasondas que viajan desde la fuente hasta los detectores a traveacutes del subsuelo siguiendo diversas trayectorias o caminos Enparticular aquiacute interesan aquellas ondas que siguen la trayectoria de tiempo miacutenimo y que son las primeras que llegan acada detector Con ellas se dibuja un graacutefico donde las abcisas son distancias desde la fuente hasta cada detector y el eje delas ordenadas son los respectivos tiempos de primera llegada Este graacutefico se denomina graacutefico tiempo-distancia y lascurvas representadas son las dromocroacutenicas En principio a partir de este graacutefico es posible calcular el perfil de espesoresy la velocidad de propagacioacuten de las ondas siacutesmicas primarias de cada estrato en el subsueloAplicaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenEl meacutetodo proporciona informacioacuten de los espesores y velocidades de los estratos del subsuelo Esto puede resultarde utilidad principalmente en geologiacutea aplicada a obras civiles (Geotecnia) tales como en la construccioacuten de edificiospuentes represas carreteras taludes en los que interesa la profundidad de la roca inalterada el grado de meteorizacioacuten delrecubrimiento localizar materiales de construccioacuten y grado de fractura o de facilidad de fracturacioacuten de la roca y evaluarel riesgo siacutesmico En mineriacutea para calcular voluacutemenes de material explotable y en Hidrogeologiacutea para ayudar a determinarla continuidad y extensioacuten de acuiacuteferos En general el meacutetodo se aplica paramiddot Obtener perfiles del espesor de sedimentos hasta el basamento en una cuenca sedimentariamiddot Localizar fallas paleocauces zonas de fracturas en el basamento rocoso someromiddot Obtener un perfil de espesores y velocidades hasta la roca fresca diferenciando suelo roca meteorizada rocasubmeteorizada y roca inalteradamiddot Calcular volumen de material explotable principalmente en minas de arena caliza oro de aluvioacuten ocre caoliacutenmiddot Determinar la continuidad de estratos acuiacuteferosmiddot Calcular los tiempos de traacutensito de las ondas a traveacutes de las capas de baja velocidad cercanas a la superficie paracorreccioacuten estaacutetica de campo en prospeccioacuten por reflexioacutenEl meacutetodo de refraccioacuten de ondas siacutesmicas tambieacuten se utiliza en Sismologiacutea para determinar la estructura internade la Tierra en estudios de la corteza terrestre (con fuentes siacutesmicas naturales o artificiales) y en las deacutecadas de los antildeos30 a 50 se utilizoacute en prospeccioacuten de hidrocarburos principalmente para ubicar domos salinos a los cuales suelen estarasociadas trampas de petroacuteleo Actualmente praacutecticamente no se utiliza en prospeccioacuten de hidrocarburos excepto indirectamentepara calcular la correccioacuten estaacutetica de campoFundamento fiacutesico

En los registros siacutesmicos de refraccioacuten se utilizan soacutelo o principalmente los tiempos de las ondas que lleganprimero a los detectores desde que se activa la fuente de ondas siacutesmicas Las ondas que normalmente llegan primero son1 las denominadas ondas directas que son ondas P que viajan en trayectoria recta desde la fuente hasta los detectores2 las ondas P refractadas criacuteticamente denominadas tambieacuten ondas coacutenicas las cuales aunque no siguen una trayectoriarecta entre la fuente y los detectores (distancia miacutenima) sin embargo llegan primero que cualquier otra onda porqueviajan por una trayectoria de tiempo miacutenimoEn la figura 1 se muestra una simulacioacuten matemaacutetica de la propagacioacuten de un campo de ondas en un subsueloformado por dos estratos de espesor constante El estrato maacutes superficial tiene una velocidad de ondas P de 500 ms yespesor 15 m El estrato subyacente tiene una velocidad de ondas P de 1500 ms La fuente siacutesmica estaacute ubicada en elextremo superior izquierdo del perfil el cual tiene 97 m de largo y 40 m de profundidadLa onda directa estaacute representada por el frente semicircular que se propaga por el estrato maacutes somero (medio 1)Es el primer frente de onda en perturbar los puntos de la superficie desde el instante de activacioacuten de la fuente hasta unos88 ms Durante ese lapso de tiempo la onda directa recorre una distancia de 42 m desde la fuente (distancia de cruce) Apartir de la distancia de cruce la primera en llegar es la onda coacutenicaLa onda coacutenica se presenta en la simulacioacuten bidimensional como un frente de onda recto pero en tres dimensionesseriacutea la superficie inclinada de un tronco de cono cuyo eje vertical pasa por la fuente la base estaacute en la interfase entrelos dos estratos y el tope en la superficie Como se observa en la simulacioacuten este frente de onda se origina a partir delfrente de onda que se transmite al estrato inferior (segundo medio) concretamente soacutelo de la porcioacuten del mismo que viajaparalela a la interfase Esta porcioacuten del frente transmitido que viaja por el segundo medio paralelamente a la interfase esel frente de refraccioacuten criacutetica o refraccioacuten total El da origen a la onda coacutenica a lo largo de la interfase porque constituyeuna onda hipersoacutenica respecto a la velocidad de ondas siacutesmicas en el primer estrato (1500 ms vs 500 ms) Es el mismofenoacutemeno que produce la estela de ondas en abanico de una lancha raacutepida sobre la superficie del agua o el estampidosoacutenico cuando un avioacuten supera la ldquobarrera del sonidordquo es decir cuando vuela a maacutes de 350 msEvidentemente el fenoacutemeno que origina la onda coacutenica se produce soacutelo si el estrato subyacente tiene una velocidadde ondas P mayor que el estrato por encima Si esto no es asiacute se tiene una ldquoinversioacuten de velocidadrdquo y el estratosubyacente no es posible detectarlo con el meacutetodo de refraccioacuten siacutesmicaSi la velocidad de las ondas siacutesmicas es mayor para estratos maacutes profundos entonces se originaraacuten ondas coacutenicasen cada interfase las cuales seraacuten sucesivamente primeras llegadas Por cada interfase se tendraacute una distancia de cruce ensuperficieSi el primer estrato tiene espesor constante el frente de onda coacutenico aparenta propagarse por la superficie con unavelocidad igual a la del segundo estrato La distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica proporciona informacioacutendel espesor del primer estrato (evidentemente el espesor es mayor cuanto mayor sea la distancia de cruce)

Cuando los estratos no son paralelos sino que presentan inclinacioacuten relativa las velocidades de onda coacutenicacalculadas para cada estrato a partir de una dromocroacutenica son velocidades aparentes Para poder calcular las velocidadesverdaderas es necesario efectuar dos registros de refraccioacuten primero se obtiene un registro con la fuente en un extremo deltendido de receptores y despueacutes se obtiene un segundo registro con la fuente en el otro extremo Esto se conoce como lateacutecnica del doble disparoPara calcular las inclinaciones de los estratos es necesario disponer de los registros efectuados en dos tendidos dedoble disparo Estos tendidos deben estar en direcciones cruzadas preferiblemente a 90deg uno respecto al otro En total seobtendriacutean cuatro registros De esta forma es posible calcular la inclinacioacuten de cada estrato respecto a la horizontalFigura 1 Mapas que muestran la evolucioacuten del campo de ondas a intervalos de 8 ms en un subsuelo constituido pordos estratos El estrato superior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 500 ms y un espesor constante de 15 m Elestrato inferior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 1500 ms Se destacan el avance de la onda directa por elrecubrimiento (8 ms 16 ms 24 ms) la formacioacuten de la onda transmitida al basamento la cual tiene mayor velocidady longitud de onda que la directa (32 ms 40 ms) la aparicioacuten de la onda coacutenica en el recubrimiento (48 ms)notaacutendose que es tangente a la reflejada (56 ms) la llegada de la onda reflejada y la onda coacutenica a la superficie (64ms) el adelantamiento de la onda coacutenica a la onda directa en su llegada a la superficie (80 ms 88 ms) Notar que elavance de la onda directa por la superficie es real mientras que el de la onda coacutenica es aparente La onda coacutenicaavanza por la superficie con una velocidad aparente igual a la velocidad verdadera del basamento porque el espesordel recubrimiento es constante (mapas 64 a 96 ms) Las flechas indican la posicioacuten del frente de onda de primerallegada en la superficie8 ms 16 ms 24 ms32 ms 40 ms 48 ms56 ms 64 ms 72 ms80 ms 88 ms 96 ms104 ms 112 ms 120 ms50100150200250300350400450500Distancia (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CA

RFigura 2 Ejemplo de registro siacutesmico El registro contiene 12 trazas Cada traza representa las oscilaciones delterreno captadas por un sensor (geoacutefono) el cual las enviacutea como sentildeales eleacutectricas a su correspondiente canal en elsismoacutegrafo En el ejemplo los sensores se encuentran alineados a intervalos de 10 m estando el sensor del primercanal a 10 m de la fuente siacutesmica el sensor del segundo canal a 20 m etc El tiempo total de grabacioacuten es 500 msEn el registro se destacan varios trenes de ondas coherentes Estaacuten las ondas superficiales de gran amplitud (G) laonda de aire de alta frecuencia (A) reflexiones (R) la onda directa (D) y la onda coacutenica (C) En prospeccioacuten porrefraccioacuten soacutelo se utilizan los tiempos de llegada de las ondas directa y coacutenica En prospeccioacuten por reflexioacuten seutilizan soacutelo las reflejadas despueacutes de haber procesado el registro siacutesmico para eliminar todas las demaacutes ondas

GDTiempo (ms)(buzamiento o echado) y su direccioacuten (rumbo)En la figura 2 se muestra un registro siacutesmico real de refraccioacuten El registro consta de 12 trazas Cada traza es unarepresentacioacuten graacutefica de las oscilaciones del terreno con el tiempo captadas por un sensor en la superficie del mismo Elsensor al ser movido por las ondas siacutesmicas genera sentildeales eleacutectricas las cuales son enviadas a traveacutes de un cable hasta uncanal del sismoacutegrafo En el sismoacutegrafo las sentildeales son amplificadas filtradas grabadas y representadas graacuteficamente enforma de traza Asiacute este registro de 12 trazas fue generado por un sismoacutegrafo de 12 canalesEn el terreno los sensores se encontraban alineados colocados a intervalos de 10 m La fuente siacutesmica se encontrabaa 10 m del primer sensor (la traza del primer canal es la situada mas a la izquierda en el registro) El registro seinicioacute en el instante en que se activoacute la fuente siacutesmica y la grabacioacuten duroacute 500 ms (medio segundo) Las liacuteneas horizontalesen el registro representan intervalos de 50 ms con lo que proporcionan una escala de tiempoMediante flechas se indican algunas de las oscilaciones en las trazas producidas por diversos tipos de ondas Enestos registros los trenes de ondas que presenten mayor pendiente tienen menor velocidad mientras que los que tienden aseguir un patroacuten horizontal son los de mayor velocidad Las mayores amplitudes se deben a ondas superficiales las cualesaunque dominan en el registro no son de utilidad en el meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten y por ello se las consideraruido Otra onda de ruido que se destaca es la onda de aire la cual se caracteriza por su alta frecuencia (oscilaciones deperiodo corto) no ser dispersiva y velocidad de propagacioacuten de unos 350 ms Los trenes de onda que son de utilidad en este registro son los primeros en llegar en cada traza Naturalmente sedescartan los eventos de ruido ambiental casi siempre presentes y mas notorios en las trazas de los canales mas lejanos a lafuente Estos eventos normalmente no presentan coherencia es decir no pueden ser seguidos traza a traza de acuerdo a un

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

En los registros siacutesmicos de refraccioacuten se utilizan soacutelo o principalmente los tiempos de las ondas que lleganprimero a los detectores desde que se activa la fuente de ondas siacutesmicas Las ondas que normalmente llegan primero son1 las denominadas ondas directas que son ondas P que viajan en trayectoria recta desde la fuente hasta los detectores2 las ondas P refractadas criacuteticamente denominadas tambieacuten ondas coacutenicas las cuales aunque no siguen una trayectoriarecta entre la fuente y los detectores (distancia miacutenima) sin embargo llegan primero que cualquier otra onda porqueviajan por una trayectoria de tiempo miacutenimoEn la figura 1 se muestra una simulacioacuten matemaacutetica de la propagacioacuten de un campo de ondas en un subsueloformado por dos estratos de espesor constante El estrato maacutes superficial tiene una velocidad de ondas P de 500 ms yespesor 15 m El estrato subyacente tiene una velocidad de ondas P de 1500 ms La fuente siacutesmica estaacute ubicada en elextremo superior izquierdo del perfil el cual tiene 97 m de largo y 40 m de profundidadLa onda directa estaacute representada por el frente semicircular que se propaga por el estrato maacutes somero (medio 1)Es el primer frente de onda en perturbar los puntos de la superficie desde el instante de activacioacuten de la fuente hasta unos88 ms Durante ese lapso de tiempo la onda directa recorre una distancia de 42 m desde la fuente (distancia de cruce) Apartir de la distancia de cruce la primera en llegar es la onda coacutenicaLa onda coacutenica se presenta en la simulacioacuten bidimensional como un frente de onda recto pero en tres dimensionesseriacutea la superficie inclinada de un tronco de cono cuyo eje vertical pasa por la fuente la base estaacute en la interfase entrelos dos estratos y el tope en la superficie Como se observa en la simulacioacuten este frente de onda se origina a partir delfrente de onda que se transmite al estrato inferior (segundo medio) concretamente soacutelo de la porcioacuten del mismo que viajaparalela a la interfase Esta porcioacuten del frente transmitido que viaja por el segundo medio paralelamente a la interfase esel frente de refraccioacuten criacutetica o refraccioacuten total El da origen a la onda coacutenica a lo largo de la interfase porque constituyeuna onda hipersoacutenica respecto a la velocidad de ondas siacutesmicas en el primer estrato (1500 ms vs 500 ms) Es el mismofenoacutemeno que produce la estela de ondas en abanico de una lancha raacutepida sobre la superficie del agua o el estampidosoacutenico cuando un avioacuten supera la ldquobarrera del sonidordquo es decir cuando vuela a maacutes de 350 msEvidentemente el fenoacutemeno que origina la onda coacutenica se produce soacutelo si el estrato subyacente tiene una velocidadde ondas P mayor que el estrato por encima Si esto no es asiacute se tiene una ldquoinversioacuten de velocidadrdquo y el estratosubyacente no es posible detectarlo con el meacutetodo de refraccioacuten siacutesmicaSi la velocidad de las ondas siacutesmicas es mayor para estratos maacutes profundos entonces se originaraacuten ondas coacutenicasen cada interfase las cuales seraacuten sucesivamente primeras llegadas Por cada interfase se tendraacute una distancia de cruce ensuperficieSi el primer estrato tiene espesor constante el frente de onda coacutenico aparenta propagarse por la superficie con unavelocidad igual a la del segundo estrato La distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica proporciona informacioacutendel espesor del primer estrato (evidentemente el espesor es mayor cuanto mayor sea la distancia de cruce)

Cuando los estratos no son paralelos sino que presentan inclinacioacuten relativa las velocidades de onda coacutenicacalculadas para cada estrato a partir de una dromocroacutenica son velocidades aparentes Para poder calcular las velocidadesverdaderas es necesario efectuar dos registros de refraccioacuten primero se obtiene un registro con la fuente en un extremo deltendido de receptores y despueacutes se obtiene un segundo registro con la fuente en el otro extremo Esto se conoce como lateacutecnica del doble disparoPara calcular las inclinaciones de los estratos es necesario disponer de los registros efectuados en dos tendidos dedoble disparo Estos tendidos deben estar en direcciones cruzadas preferiblemente a 90deg uno respecto al otro En total seobtendriacutean cuatro registros De esta forma es posible calcular la inclinacioacuten de cada estrato respecto a la horizontalFigura 1 Mapas que muestran la evolucioacuten del campo de ondas a intervalos de 8 ms en un subsuelo constituido pordos estratos El estrato superior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 500 ms y un espesor constante de 15 m Elestrato inferior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 1500 ms Se destacan el avance de la onda directa por elrecubrimiento (8 ms 16 ms 24 ms) la formacioacuten de la onda transmitida al basamento la cual tiene mayor velocidady longitud de onda que la directa (32 ms 40 ms) la aparicioacuten de la onda coacutenica en el recubrimiento (48 ms)notaacutendose que es tangente a la reflejada (56 ms) la llegada de la onda reflejada y la onda coacutenica a la superficie (64ms) el adelantamiento de la onda coacutenica a la onda directa en su llegada a la superficie (80 ms 88 ms) Notar que elavance de la onda directa por la superficie es real mientras que el de la onda coacutenica es aparente La onda coacutenicaavanza por la superficie con una velocidad aparente igual a la velocidad verdadera del basamento porque el espesordel recubrimiento es constante (mapas 64 a 96 ms) Las flechas indican la posicioacuten del frente de onda de primerallegada en la superficie8 ms 16 ms 24 ms32 ms 40 ms 48 ms56 ms 64 ms 72 ms80 ms 88 ms 96 ms104 ms 112 ms 120 ms50100150200250300350400450500Distancia (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CA

RFigura 2 Ejemplo de registro siacutesmico El registro contiene 12 trazas Cada traza representa las oscilaciones delterreno captadas por un sensor (geoacutefono) el cual las enviacutea como sentildeales eleacutectricas a su correspondiente canal en elsismoacutegrafo En el ejemplo los sensores se encuentran alineados a intervalos de 10 m estando el sensor del primercanal a 10 m de la fuente siacutesmica el sensor del segundo canal a 20 m etc El tiempo total de grabacioacuten es 500 msEn el registro se destacan varios trenes de ondas coherentes Estaacuten las ondas superficiales de gran amplitud (G) laonda de aire de alta frecuencia (A) reflexiones (R) la onda directa (D) y la onda coacutenica (C) En prospeccioacuten porrefraccioacuten soacutelo se utilizan los tiempos de llegada de las ondas directa y coacutenica En prospeccioacuten por reflexioacuten seutilizan soacutelo las reflejadas despueacutes de haber procesado el registro siacutesmico para eliminar todas las demaacutes ondas

GDTiempo (ms)(buzamiento o echado) y su direccioacuten (rumbo)En la figura 2 se muestra un registro siacutesmico real de refraccioacuten El registro consta de 12 trazas Cada traza es unarepresentacioacuten graacutefica de las oscilaciones del terreno con el tiempo captadas por un sensor en la superficie del mismo Elsensor al ser movido por las ondas siacutesmicas genera sentildeales eleacutectricas las cuales son enviadas a traveacutes de un cable hasta uncanal del sismoacutegrafo En el sismoacutegrafo las sentildeales son amplificadas filtradas grabadas y representadas graacuteficamente enforma de traza Asiacute este registro de 12 trazas fue generado por un sismoacutegrafo de 12 canalesEn el terreno los sensores se encontraban alineados colocados a intervalos de 10 m La fuente siacutesmica se encontrabaa 10 m del primer sensor (la traza del primer canal es la situada mas a la izquierda en el registro) El registro seinicioacute en el instante en que se activoacute la fuente siacutesmica y la grabacioacuten duroacute 500 ms (medio segundo) Las liacuteneas horizontalesen el registro representan intervalos de 50 ms con lo que proporcionan una escala de tiempoMediante flechas se indican algunas de las oscilaciones en las trazas producidas por diversos tipos de ondas Enestos registros los trenes de ondas que presenten mayor pendiente tienen menor velocidad mientras que los que tienden aseguir un patroacuten horizontal son los de mayor velocidad Las mayores amplitudes se deben a ondas superficiales las cualesaunque dominan en el registro no son de utilidad en el meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten y por ello se las consideraruido Otra onda de ruido que se destaca es la onda de aire la cual se caracteriza por su alta frecuencia (oscilaciones deperiodo corto) no ser dispersiva y velocidad de propagacioacuten de unos 350 ms Los trenes de onda que son de utilidad en este registro son los primeros en llegar en cada traza Naturalmente sedescartan los eventos de ruido ambiental casi siempre presentes y mas notorios en las trazas de los canales mas lejanos a lafuente Estos eventos normalmente no presentan coherencia es decir no pueden ser seguidos traza a traza de acuerdo a un

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

Cuando los estratos no son paralelos sino que presentan inclinacioacuten relativa las velocidades de onda coacutenicacalculadas para cada estrato a partir de una dromocroacutenica son velocidades aparentes Para poder calcular las velocidadesverdaderas es necesario efectuar dos registros de refraccioacuten primero se obtiene un registro con la fuente en un extremo deltendido de receptores y despueacutes se obtiene un segundo registro con la fuente en el otro extremo Esto se conoce como lateacutecnica del doble disparoPara calcular las inclinaciones de los estratos es necesario disponer de los registros efectuados en dos tendidos dedoble disparo Estos tendidos deben estar en direcciones cruzadas preferiblemente a 90deg uno respecto al otro En total seobtendriacutean cuatro registros De esta forma es posible calcular la inclinacioacuten de cada estrato respecto a la horizontalFigura 1 Mapas que muestran la evolucioacuten del campo de ondas a intervalos de 8 ms en un subsuelo constituido pordos estratos El estrato superior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 500 ms y un espesor constante de 15 m Elestrato inferior tiene una velocidad de ondas siacutesmicas de 1500 ms Se destacan el avance de la onda directa por elrecubrimiento (8 ms 16 ms 24 ms) la formacioacuten de la onda transmitida al basamento la cual tiene mayor velocidady longitud de onda que la directa (32 ms 40 ms) la aparicioacuten de la onda coacutenica en el recubrimiento (48 ms)notaacutendose que es tangente a la reflejada (56 ms) la llegada de la onda reflejada y la onda coacutenica a la superficie (64ms) el adelantamiento de la onda coacutenica a la onda directa en su llegada a la superficie (80 ms 88 ms) Notar que elavance de la onda directa por la superficie es real mientras que el de la onda coacutenica es aparente La onda coacutenicaavanza por la superficie con una velocidad aparente igual a la velocidad verdadera del basamento porque el espesordel recubrimiento es constante (mapas 64 a 96 ms) Las flechas indican la posicioacuten del frente de onda de primerallegada en la superficie8 ms 16 ms 24 ms32 ms 40 ms 48 ms56 ms 64 ms 72 ms80 ms 88 ms 96 ms104 ms 112 ms 120 ms50100150200250300350400450500Distancia (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CA

RFigura 2 Ejemplo de registro siacutesmico El registro contiene 12 trazas Cada traza representa las oscilaciones delterreno captadas por un sensor (geoacutefono) el cual las enviacutea como sentildeales eleacutectricas a su correspondiente canal en elsismoacutegrafo En el ejemplo los sensores se encuentran alineados a intervalos de 10 m estando el sensor del primercanal a 10 m de la fuente siacutesmica el sensor del segundo canal a 20 m etc El tiempo total de grabacioacuten es 500 msEn el registro se destacan varios trenes de ondas coherentes Estaacuten las ondas superficiales de gran amplitud (G) laonda de aire de alta frecuencia (A) reflexiones (R) la onda directa (D) y la onda coacutenica (C) En prospeccioacuten porrefraccioacuten soacutelo se utilizan los tiempos de llegada de las ondas directa y coacutenica En prospeccioacuten por reflexioacuten seutilizan soacutelo las reflejadas despueacutes de haber procesado el registro siacutesmico para eliminar todas las demaacutes ondas

GDTiempo (ms)(buzamiento o echado) y su direccioacuten (rumbo)En la figura 2 se muestra un registro siacutesmico real de refraccioacuten El registro consta de 12 trazas Cada traza es unarepresentacioacuten graacutefica de las oscilaciones del terreno con el tiempo captadas por un sensor en la superficie del mismo Elsensor al ser movido por las ondas siacutesmicas genera sentildeales eleacutectricas las cuales son enviadas a traveacutes de un cable hasta uncanal del sismoacutegrafo En el sismoacutegrafo las sentildeales son amplificadas filtradas grabadas y representadas graacuteficamente enforma de traza Asiacute este registro de 12 trazas fue generado por un sismoacutegrafo de 12 canalesEn el terreno los sensores se encontraban alineados colocados a intervalos de 10 m La fuente siacutesmica se encontrabaa 10 m del primer sensor (la traza del primer canal es la situada mas a la izquierda en el registro) El registro seinicioacute en el instante en que se activoacute la fuente siacutesmica y la grabacioacuten duroacute 500 ms (medio segundo) Las liacuteneas horizontalesen el registro representan intervalos de 50 ms con lo que proporcionan una escala de tiempoMediante flechas se indican algunas de las oscilaciones en las trazas producidas por diversos tipos de ondas Enestos registros los trenes de ondas que presenten mayor pendiente tienen menor velocidad mientras que los que tienden aseguir un patroacuten horizontal son los de mayor velocidad Las mayores amplitudes se deben a ondas superficiales las cualesaunque dominan en el registro no son de utilidad en el meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten y por ello se las consideraruido Otra onda de ruido que se destaca es la onda de aire la cual se caracteriza por su alta frecuencia (oscilaciones deperiodo corto) no ser dispersiva y velocidad de propagacioacuten de unos 350 ms Los trenes de onda que son de utilidad en este registro son los primeros en llegar en cada traza Naturalmente sedescartan los eventos de ruido ambiental casi siempre presentes y mas notorios en las trazas de los canales mas lejanos a lafuente Estos eventos normalmente no presentan coherencia es decir no pueden ser seguidos traza a traza de acuerdo a un

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

RFigura 2 Ejemplo de registro siacutesmico El registro contiene 12 trazas Cada traza representa las oscilaciones delterreno captadas por un sensor (geoacutefono) el cual las enviacutea como sentildeales eleacutectricas a su correspondiente canal en elsismoacutegrafo En el ejemplo los sensores se encuentran alineados a intervalos de 10 m estando el sensor del primercanal a 10 m de la fuente siacutesmica el sensor del segundo canal a 20 m etc El tiempo total de grabacioacuten es 500 msEn el registro se destacan varios trenes de ondas coherentes Estaacuten las ondas superficiales de gran amplitud (G) laonda de aire de alta frecuencia (A) reflexiones (R) la onda directa (D) y la onda coacutenica (C) En prospeccioacuten porrefraccioacuten soacutelo se utilizan los tiempos de llegada de las ondas directa y coacutenica En prospeccioacuten por reflexioacuten seutilizan soacutelo las reflejadas despueacutes de haber procesado el registro siacutesmico para eliminar todas las demaacutes ondas

GDTiempo (ms)(buzamiento o echado) y su direccioacuten (rumbo)En la figura 2 se muestra un registro siacutesmico real de refraccioacuten El registro consta de 12 trazas Cada traza es unarepresentacioacuten graacutefica de las oscilaciones del terreno con el tiempo captadas por un sensor en la superficie del mismo Elsensor al ser movido por las ondas siacutesmicas genera sentildeales eleacutectricas las cuales son enviadas a traveacutes de un cable hasta uncanal del sismoacutegrafo En el sismoacutegrafo las sentildeales son amplificadas filtradas grabadas y representadas graacuteficamente enforma de traza Asiacute este registro de 12 trazas fue generado por un sismoacutegrafo de 12 canalesEn el terreno los sensores se encontraban alineados colocados a intervalos de 10 m La fuente siacutesmica se encontrabaa 10 m del primer sensor (la traza del primer canal es la situada mas a la izquierda en el registro) El registro seinicioacute en el instante en que se activoacute la fuente siacutesmica y la grabacioacuten duroacute 500 ms (medio segundo) Las liacuteneas horizontalesen el registro representan intervalos de 50 ms con lo que proporcionan una escala de tiempoMediante flechas se indican algunas de las oscilaciones en las trazas producidas por diversos tipos de ondas Enestos registros los trenes de ondas que presenten mayor pendiente tienen menor velocidad mientras que los que tienden aseguir un patroacuten horizontal son los de mayor velocidad Las mayores amplitudes se deben a ondas superficiales las cualesaunque dominan en el registro no son de utilidad en el meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacuten y por ello se las consideraruido Otra onda de ruido que se destaca es la onda de aire la cual se caracteriza por su alta frecuencia (oscilaciones deperiodo corto) no ser dispersiva y velocidad de propagacioacuten de unos 350 ms Los trenes de onda que son de utilidad en este registro son los primeros en llegar en cada traza Naturalmente sedescartan los eventos de ruido ambiental casi siempre presentes y mas notorios en las trazas de los canales mas lejanos a lafuente Estos eventos normalmente no presentan coherencia es decir no pueden ser seguidos traza a traza de acuerdo a un

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

patroacuten de oscilacioacuten como el los casos de las ondas superficiales onda de aire onda directa y onda coacutenica Existenalgunos eventos de ruido al comienzo de algunas trazas que presenta muy alta frecuencia y muy alta velocidad Estos sedeben a interferencia eleacutectrica probablemente producida internamente por el sismoacutegrafoEn este registro la onda directa se destaca como primera llegada uacutenicamente en la primera traza En las demaacutestrazas la primera llegada es de la onda coacutenica la cual proviene soacutelo de una interfaseEtapas de la prospeccioacuten siacutesmica por refraccioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten tiene cuatro etapas1 Recopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacuten2 Adquisicioacuten de datos en campo3 Procesamiento de los datos4 InterpretacioacutenRecopilacioacuten de informacioacuten y planificacioacutenEn esta etapa se obtienen todos los datos disponibles relevantes sobre la zona de prospeccioacuten ello incluyemiddot mapas e informes de geologiacutea de superficiemiddot registros e informes geofiacutesicos previosmiddot registros e informes de perforaciones geoteacutecnicasmiddot informes de pozos de aguamiddot mapas topograacuteficosmiddot fotografiacuteas aeacutereasEn base al objetivo de la prospeccioacuten y la informacioacuten disponible se disentildean los paraacutemetros de adquisicioacuten en los que secuentanmiddot rumbo de las liacuteneas siacutesmicasmiddot nuacutemero de liacuteneas siacutesmicasmiddot distancia entre liacuteneasmiddot distancia entre tendidosmiddot distancia entre receptoresmiddot distancia fuente-primer receptormiddot duracioacuten de registromiddot intervalo de muestreomiddot tipo de fuente siacutesmicamiddot si la fuente son explosivos profundidad de hueco y cantidad de explosivoLos mapas e informes de geologiacutea de superficie proporcionan informacioacuten de la distribucioacuten areal y vertical delas formaciones geoloacutegicas presentes en el lugar Ademaacutes conociendo la litologiacutea de los estratos podemos estimar losvalores de velocidad que son de esperarse en los registros de refraccioacuten incluyendo la posibilidad de fenoacutemenos deinversioacuten de velocidad y capa delgada Con la informacioacuten de espesores y buzamientos se puede estimar el tiempo deregistro Finalmente el rumbo de los estratos en los afloramientos permite establecer el rumbo preferente de los tendidosde refraccioacutenLos informes geofiacutesicos previos de refraccioacuten permiten preveer la relacioacuten sentildealruido del sitio los requerimientosde energiacutea posibles dificultades de adquisicioacuten cantidad de estratos detectables y sus velocidades y tiempo de registroLos informes geofiacutesicos de otros meacutetodos como sondeos eleacutectricos tambieacuten resultan de utilidad porque tambieacuten definenestratos y profundidad de basamento Tambieacuten pueden ayudar en la interpretacioacuten en caso de inversioacuten de velocidad yaque los estratos con inversioacuten que no se detectan por refraccioacuten siacutesmica pueden sin embargo manifestarse en el sondeo

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

eleacutectricoLos informes de perforaciones geoteacutecnicas pueden proporcionar informacioacuten de los espesores y distribucioacutenvertical de las principales unidades geoloacutegicas Si la informacioacuten incluye medidas de SPT o RQD estas se pueden utilizarpara estimar las velocidades de refraccioacuten y detectar la presencia de inversiones de velocidad o capa delgada Los datos depozos son muy importantes para calibrar los espesores calculados por refraccioacuten e identificar las unidades geoloacutegicas quese manifiestan en los registros siacutesmicosLos informes de pozos de agua tambieacuten pueden proporcionar informacioacuten sobre litologiacuteas y espesores Son muyimportantes cuando el objetivo del sondeo siacutesmico de refraccioacuten es el seguimiento de un estrato acuifero porque ayuda aidentificar las ondas de primera llegada del acuiacutefero en el registro siacutesmico y permite calibrar la profundidad calculada conel mismoLos mapas topograacuteficos permiten preveer la irregularidad del terreno en el sitio de adquisicioacuten planificar laubicacioacuten de los tendidos siacutesmicos calcular correcciones por topografiacutea de los espesores calculados (si no es posiblerealizar un perfil topograacutefico para los tendidos siacutesmicos) Una vez realizado el levantamiento tambieacuten sirven como mapade ubicacioacuten de los sondeos para el informe teacutecnicoLas fotografiacuteas aeacutereas sirven para conocer las condiciones del terreno donde se efectuaraacute el sondeo (por ejemplovegetacioacuten pantano taludes) Tambieacuten para ubicar las viacuteas de acceso al lugarLa fuente siacutesmica y los sensores usualmente se colocan alineados sobre una recta porque es necesario que lossensores capten las ondas a lo largo de la direccioacuten en que estas se propagan Esto permite calcular su velocidad Escorrecto suponer que en la mayor parte de las situaciones la proyeccioacuten horizontal de la trayectoria seguida por las ondases una recta Cuando se efectuacutean varios sondeos a lo largo de una recta esta se denomina liacutenea siacutesmica El rumbo de lasliacuteneas siacutesmicas se procura en lo posible que sea perpendicular al rumbo de las estructuras a explorar en el subsuelo Lainformacioacuten del rumbo se obtiene normalmente de datos de geologiacutea de superficie de la tectoacutenica regional o de liacuteneassiacutesmicas previas Si se desea realizar un mapa de los refractores en el subsuelo es conveniente efectuar tambieacuten liacuteneasortogonales a las liacuteneas principalesLa distancia entre tendidos en una misma liacutenea debe ser tal que permita un seguimiento continuo del refractorde intereacutes sin que queden intervalos sin registrar Esto siempre implica el solapamiento de los tendidos Por ejemplo untendido puede medir 300 m pero el siguiente tendido en la liacutenea puede estar a soacutelo 120 m por lo que existiraacute unsolapamiento de 180 m La separacioacuten entre liacuteneas paralelas depende del detalle que se desea del relieve del subsuelo Como regla ladistancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor o igual que la mitad de la longitud del detalle deseado del subsuelo Por ejemplosi se desea cartografiar paleocauces con un ancho de 10 m en el basamento la distancia entre liacuteneas deberiacutea ser menor de5 m No obstante por razones econoacutemicas esta regla pocas veces es aplicable Se pueden utilizar distancias mayores conel fin de localizar estructuras pero no para cartografiarlas arealmenteNo es indispensable que los receptores se coloquen a intervalos regulares Si el sondeo consta de un solo registro

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

doble disparo es conveniente que el espaciamiento entre detectores sea menor cuanto menor sea su distancia a la fuentecon el fin de favorecer el que las ondas coacutenicas provenientes de capas mas someras sean detectadas Sin embargo cuandose realiza una liacutenea siacutesmica con muacuteltiples tendidos solapados se acostumbra mantener los sensores a una distanciaconstante para facilitar las operaciones de campo En este caso la distancia entre receptores sigue la misma regla que ladistancia entre liacuteneas La restriccioacuten econoacutemica en este caso no es tan fuerte No obstante hay que tomar en cuenta que lossismoacutegrafos para prospeccioacuten siacutesmica tienen un nuacutemero limitado de canales de grabacioacuten y que ademaacutes los cables dedetectores tienen una longitud maacutexima prefijada entre las conexiones eleacutectricas de cada canal Actualmente el nuacutemero decanales es tiacutepicamente de 12 a 48 y las distancias maacuteximas entre conexiones oscilan entre 5 y 30 m Asiacute que para calcularla distancia entre detectores tambieacuten hay que tomar en cuenta el equipo que se disponeAmpliando lo referente a la distancia entre liacuteneas o entre detectores esta no debe ser mayor que 05 veces lalongitud de onda de las estructuras de la interfase refractora para evitar el ldquoaliasingrdquo o solapamiento espectral Preferiblementela distancia maacutexima entre detectores debe ser 4 veces menor que la menor longitud de onda estructural que se deseadefinir Por otra parte existe una restriccioacuten que permite estimar la distancia miacutenima entre detectores fiacutesicamente no esposible obtener una resolucioacuten espacial o temporal ilimitada por ejemplo no es posible distinguir la presencia de unguijarro de 10 cm de diaacutemetro a 10 m de profundidad Por ello seriacutea inuacutetil colocar detectores cada 5 cm con la esperanzade localizar el guijarro El liacutemite de resolucioacuten (capacidad de separar distinguir diferenciar) depende del ancho de bandade longitudes de onda recibidas del subsuelo y de la distancia entre el rasgo geoloacutegico observado y el detector siacutesmico Paradistinguir estructuras pequentildeas se requieren longitudes de onda corta y gran ancho de banda Como las ondas siacutesmicas delongitud de onda corta se atenuacutean raacutepidamente pocas veces se pueden diferenciar rasgos de longitud menor que 1 metroLa resolucioacuten disminuye ademaacutes con la profundidad del refractor y la distancia fuente-receptor debido al efecto de zonasde Fresnel y a que cuanta mayor distancia recorra una onda por el subsuelo maacutes se atenuaraacuteLa distancia fuente-primer receptor suele ser maacutes corta que la distancia entre detectores para asegurar elregistro de primera llegada de la onda directa la cual proporciona la velocidad de la primera capa y un estimado de suespesor Esta distancia generalmente es inferior a los 10 m La duracioacuten del registro debe ser suficiente para asegurar la llegada de ondas coacutenicas del refractor maacutes profundoque se desea registrar Se puede hacer un estimado en base a la profundidad del objetivo y la distribucioacuten de velocidadeshasta la superficie El rango tiacutepico es de 100 a 400 ms de duracioacuten Sin embargo la forma mas correcta de establecer laduracioacuten del registro y la longitud total del tendido es mediante registros de prueba Para ello manteniendo la fuente fijaen un punto se van tomando registros siacutesmicos para sucesivos tendidos contiguos de geoacutefonos cada vez mas alejados de lafuente Por ejemplo si en el primer registro el primer geoacutefono se encontraba a 5 m de la fuente y el uacuteltimo geoacutefono a 60 m

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

en el segundo registro el primer geoacutefono se colocaraacute a 65 m de la fuente y el uacuteltimo a 120 m en el tercer registro el primergeoacutefono se colocaraacute a 125 m y el uacuteltimo a 180 m etc El tendido se sigue alejando hasta que aparece la onda coacutenica delrefractor de intereacutes (normalmente un basamento de roca inalterada caracterizado por una alta velocidad) El tiempo degrabacioacuten durante esta adquisicioacuten de prueba se pone suficientemente grande desde el primer registro para asegurarse porexceso La energiacutea de la fuente siacutesmica debe incrementarse a medida que se aleja el tendido para compensar la atenuacioacutende las ondas con la distancia Los registros obtenidos se pueden colocar unos al lado de otros formando el equivalente alregistro de un tendido con una longitud total igual a la suma de longitudes de los tendidos individuales Este registrocompuesto permite conocer la longitud de tendido necesaria para que aparezca la onda coacutenica del objetivo el tiempo degrabacioacuten el nuacutemero de refractores y un estimado de sus velocidades y espesores Aunque es mas faacutecil de realizar encampo no es correcto ni es equivalente el mantener el tendido fijo e ir obteniendo registros con la fuente a distancias cadavez mayoresEl intervalo de muestreo depende de la precisioacuten con que se deseen medir los tiempos de llegada de las ondassiacutesmicas Esto afecta la precisioacuten de las profundidades y velocidades calculadas En la praacutectica depende tambieacuten de laduracioacuten del registro siacutesmico porque los sismoacutegrafos soacutelo pueden almacenar un nuacutemero finito de valores de amplitud porregistro El producto de el intervalo de muestreo por el nuacutemero de muestras de una traza es igual a la duracioacuten del registroTambieacuten depende de la mayor frecuencia que es posible recibir del subsuelo debido a la atenuacioacuten Los valores tiacutepicosdel intervalo de muestreo son 05 y 025 milisegundos los cuales permite grabar sentildeales con frecuencias en el rango de 0hasta 1000 y 2000 Hz respectivamenteLa fuente siacutesmica maacutes adecuada son los explosivos tales como poacutelvora o dinamita Ellos proporcionan la mayorcantidad de energiacutea para una buena deteccioacuten de las primeras llegadas Presentan inconvenientes como son la necesidadde tomar medidas de seguridad en su manejo transporte y almacenamiento los traacutemites y permisos para su adquisicioacutensu costo la necesidad de excavar hoyos para su explosioacuten Otras fuentes son los impactos de mandarria sobre una placametaacutelica o la caiacuteda de pesos Su alcance es bastante limitado y la mayoriacutea de las veces soacutelo son uacutetiles para tendidossiacutesmicos no mayores de 60 m La cantidad de carga siacutesmica depende de la longitud del tendido y de la atenuacioacuten del subsuelo en el sitio deprospeccioacuten Lo normal es usar 100 g de poacutelvora negra por cada 60 m Esta cantidad puede ser mayor en lugares donde elsuelo es arena seca y suelta relleno roca fragmentada o el ruido ambiental es grandeLa profundidad del hoyo como regla debe ser lo mayor posible y asegurar un buen taponamiento del mismo paraevitar que se pierda energiacutea de la explosioacuten en proyectar material (soplo) Preferiblemente debe tener una profundidadmayor que 15 mAdquisicioacuten de datos en campoInstrumentosDetectores

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

Existen dos tipos principales de detectores geoacutefonos e hidroacutefonos Los geoacutefonos son unos transductores queconvierten el movimiento vibratorio del terreno en sentildeales eleacutectricas Fiacutesicamente estaacuten descritos por un oscilador mecaacutenicosimple de un soacutelo grado de libertad que comprende una masa un resorte y un amortiguador viscoso Eleacutectricamente esun oscilador descrito por un sistema RCL Constan de una bobina y un imaacuten siendo el imaacuten la masa inercial Al paso deuna onda la bobina se mueve con relacioacuten al imaacuten originando por induccioacuten una corriente eleacutectrica proporcional a lavelocidad del movimiento relativo El maacuteximo voltaje que pueden generar no suele pasar de 1 vLos geoacutefonos detectan las componentes de un campo vectorial como lo son el desplazamiento la velocidad y laaceleracioacuten de las partiacuteculas del terreno La mayoriacutea de los geoacutefonos usados en prospeccioacuten siacutesmica son ldquogeoacutefonos develocidadrdquo esto es tienen una respuesta espectral plana a la velocidad de la partiacutecula en una banda usualmente comprendidaentre 10 - 500 Hz En Sismologiacutea se usan sensores para medir la aceleracioacuten de la partiacutecula (aceleroacutemetros)Debe diferenciarse entre velocidad de la partiacutecula y velocidad de la onda La velocidad de la partiacutecula es lavelocidad con que se mueve una determinada partiacutecula del suelo al paso de una onda siacutesmica Esta velocidad depende delmaterial de la partiacutecula la potencia de la fuente la distancia a la fuente y de la atenuacioacuten Usualmente tiene magnitud delorden de mileacutesimas a milloneacutesimas de metro por segundo La velocidad de la onda se refiere a la velocidad con que setransmite o propaga una perturbacioacuten siacutesmica por un medio material Esta velocidad soacutelo depende de las propiedadeselaacutesticas del material y no de la potencia de la fuente Normalmente es del orden de 200 a 6000 metros por segundoLa gran mayoriacutea de los geoacutefonos que se fabrican son geoacutefonos de componente vertical Estaacuten disentildeados pararesponder soacutelo a la componente vertical de la velocidad de la partiacutecula por eso deben colocarse lo maacutes vertical posiblepara evitar que pierdan sensibilidad Si el terreno estaacute inclinado como en la ladera de una montantildea de todas formasdeben colocarse verticales seguacuten la gravedad y no perpendiculares al sueloExisten tambieacuten geoacutefonos de componente horizontal los cuales se usan cuando se desea registrar preferentementeondas S No son de mucha utilidad en prospeccioacuten por refraccioacuten Tambieacuten existen geoacutefonos de tres componentesortogonales una vertical y dos horizontales En realidad se trata de tres geoacutefonos independientes ensamblados dentro deuna misma carcasa Se usan en reflexioacuten siacutesmica siacutesmica de pozos y siacutesmica de galeriacuteas para la medicioacuten de paraacutemetroselaacutesticos dinaacutemicosLos geoacutefonos vienen provistos de un clavo de unos 5 cm de largo para fijarlos al suelo El geoacutefono debe quedarfirme al suelo para que se mueva solidario con este por ello se debe tener cuidado cuando el suelo es arena suelta arcillamojada o tiene una capa de restos vegetales gruesa En estos casos debe removerse la arena o los restos vegetales antes declavar el geoacutefono Un clavo extralargo ayuda a mejorar el acople del geoacutefono con el terrenoLos hidroacutefonos son detectores de ondas acuacutesticas en el agua Son anaacutelogos a los microacutefonos de teleacutefono quedetectan ondas acuacutesticas en el aire Al paso de una onda siacutesmica por el agua se producen variaciones de presioacuten las cuales

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

inducen una sentildeal eleacutectrica en los hidroacutefonos La deteccioacuten se basa en el efecto piezoeleacutectrico El campo registrado es uncampo escalar (campo de variacioacuten de presioacuten)Cables de transmisioacutenLa sentildeal eleacutectrica generada por los geoacutefonos o hidroacutefonos es transmitida mediante un conductor eleacutectrico hasta elsismoacutegrafo La sentildeal de cada detector a una distancia dada a la fuente es independiente de la de otros detectores a otrasdistancias por ello por cada uno se requiere un par de conductores eleacutectricos aislados Cada par de conductores lleva lasentildeal a un canal de amplificacioacuten y registro en el sismoacutegrafo Por ejemplo si se tienen 12 geoacutefonos independientes elcable de geoacutefonos debe tener 24 conductores aislados y el sismoacutegrafo debe tener 12 canales Esto es similar a los cables deteleacutefonoA intervalos regulares el cable de transmisioacuten tiene conectores o puntos de toma para los detectores La conexioacutenentre detectores y el cable puede efectuarse mediante pinzas o mediante enchufes banana La distancia entre puntos deconexioacuten es fija de faacutebrica y se pueden comprar cables con separacioacuten tiacutepicas entre tomas de 5 m 10 m 30 m o 50 m Losconductores eleacutectricos dentro del cable de transmisioacuten deben estar aislados y blindados El blindaje es para evitar queocurra el paso de la sentildeal de los conductores de un canal a los de otro por induccioacuten electromagneacutetica (ldquocrossfeedrdquo) Estopuede suceder si la sentildeal de un canal es muy fuerte Igualmente el blindaje contribuye a evitar que el cable de transmisioacutense convierta en una gran antena de 60 o 300 m de largo que capte sentildeales electromagneacuteticas emitidas por estaciones deradio liacuteneas eleacutectricas tormentas atmosfeacutericas motores eleacutectricos etcSismoacutegrafoLos sismoacutegrafos son aparatos electroacutenicos que amplifican filtran y registran las sentildeales eleacutectricas generadas porlos detectores de ondas siacutesmicas Equivalen en cierta forma a un osciloscopio de muacuteltiples canalesLos sismoacutegrafos usados actualmente en refraccioacuten tienen 12 24 48 o 64 canales Cada canal recibe una sentildealeleacutectrica independiente y tiene su propio moacutedulo de amplificacioacuten filtrado y memoria Si un canal se estropea o suprimelos demaacutes no quedan afectadosLos sismoacutegrafos de refraccioacuten tienen una ganancia fija en tiempo en el rango de 0 a 90 decibeles con paso de 6decibeles Es posible especificar individualmente la ganancia de cada canal en dicho rangoDisponen de filtros pasobajo pasoalto pasabanda rechazabanda y filtro estrecho (notch) de 60 Hz Estos filtrosen la prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten destinados principalmente a eliminar el ruido ambiental (ruido no generado por lafuente siacutesmica) Un ruido ambiental fuerte no permite establecer con seguridad el tiempo de primeras llegadas de las ondassiacutesmicas sin embargo un filtrado intenso del ruido ambiental tambieacuten afecta la forma de la sentildeal siacutesmica ya sea hacieacutendolamaacutes suave o provocando que presente maacutes rizos seguacuten el tipo de filtro usado Ambos efectos son inconvenientes paradeterminar con exactitud el tiempo de primera llegadaLos sismoacutegrafos tambieacuten poseen un monitor en el cual se representan las oscilaciones de las ondas registradas Enel monitor se pueden observar las sentildeales recibidas de los detectores en tiempo real -igual que en un osciloscopio- o las

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

sentildeales grabadas en la memoria del sismoacutegrafo despueacutes de efectuar un registro La graacutefica de las oscilaciones recibidas enun canal se denomina traza En el monitor se mostraraacuten tantas trazas como canales disponga el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos actuales son digitales Esto implica dos caracteriacutesticas1 La sentildeal eleacutectrica recibida de cada canal es ldquomuestreadardquo a intervalos regulares de tiempo Cadamuestra es un valor de amplitud de la sentildeal medido en microvoltios De esta forma no se tiene un registro continuo de lasentildeal como en una grabacioacuten analoacutegica sino valores numeacutericos de su amplitud a intervalos de por ejemplo 05milisegundos Si se efectuacutea un registro de 1 segundo de duracioacuten con un intervalo de muestreo de 05 milisegundosentonces se tendraacuten 2000 valores de amplitud por cada traza2 Los valores de amplitud de las muestras soacutelo pueden ser valores enteros dentro de cierto rango Es decirla sentildeal estaacute cuantizada La representacioacuten digital de amplitudes es en base 2 debido a la loacutegica binaria de los circuitoselectroacutenicos Entonces el rango de valores de amplitud que puede manejar el sismoacutegrafo dependeraacute de cuantos bits se usenpor muestra Valores tiacutepicos son 8 10 12 y 16 bits por muestra Cuantos maacutes bits mayor es el rango de amplitudes menores la posibilidad de que una sentildeal supere el valor maacuteximo representable y maacutes costoso es el sismoacutegrafoLos sismoacutegrafos digitales tienen la capacidad de apilar despueacutes que se efectuacutea un registro este queda guardadoen la memoria electroacutenica del sismoacutegrafo de forma que si se efectuacutea un segundo registro este uacuteltimo se puede sumar alanterior e igualmente se puede hacer con registros sucesivos Esta teacutecnica se usa para mejorar la relacioacuten sentildealruido esdecir destacar las ondas de las refracciones y reflexiones con relacioacuten al ruido incoherente ambiental Si la sentildeal y el ruidomantienen sus caracteriacutesticas espectrales con el tiempo entonces el mejoramiento de la relacioacuten sentildealruido seraacute n donde n es el nuacutemero de registros sumados De acuerdo a esto para mejorar la relacioacuten sentildealruido dos veces debensumarse cuatro registros y para mejorarla tres veces se deben sumar nueve registros Este meacutetodo es uacutetil mientras larelacioacuten sentildealruido de cada registro individual no sea demasiado baja Si es pequentildea la cantidad de registros a sumarpara mejorarla es tan grande que se torna impraacutectico Tambieacuten se debe notar que el mejoramiento es respecto al ruidoincoherente ambiental Si el ruido es coherente y sobre todo si estaacute asociado a la propia fuente la suma de registros nomejora la relacioacuten sentildealruidoDependiendo del sismoacutegrafo se pueden presentar las trazas en forma de oscilacioacuten simple o con aacuterea variable Enmodo aacuterea variable las deflexiones positivas de las oscilaciones se rellenan con el fin de ayudar visualmente a seguir lasllegadas de ondas de un canal a otro El aacuterea variable es maacutes uacutetil en registros de reflexioacuten que de refraccioacutenSe puede tener un registro permanente de varias formas Una es mediante una impresioacuten en papel El sismoacutegrafolleva incorporado un pequentildeo impresor el cual puede ser de tipo teacutermico o tipo electrostaacutetico Los modelos de los antildeos 70usaban papel fotosensible y los primeros sismoacutegrafos de prospeccioacuten utilizaban peliacutecula fotograacutefica la cual habiacutea querevelar despueacutes de la adquisicioacutenOtra forma conveniente de almacenar los registros siacutesmicos es mediante una unidad normal de disquetes de

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

computadora la cual viene tambieacuten incorporada al sismoacutegrafo Otra forma es transferirlo viacutea puerto electroacutenico a unaunidad externa de lecturaescritura de cintas magneacuteticas o a una computadoraActualmente los sismoacutegrafos poseen un procesador de computadora lo que le permite procesar los datos encampo en el momento de la adquisicioacuten Los programas necesarios pueden ser cargados desde una unidad de discoAlgunas de los procesos que pueden efectuar son seleccioacuten automaacutetica de los tiempos de primeras llegadas en refraccioacutencaacutelculo de velocidades y espesores aplicar filtros a las trazas en memoria realizar anaacutelisis de velocidad en reflexioacuten etcFuentesPara prospeccioacuten por refraccioacuten existen dos fuentes principales de ondas siacutesmicas explosivos y fuentes deimpactoExplosivosLos explosivos proporcionan la mayor cantidad de energiacutea posible requerida en prospeccioacuten Producen un pulso ovibracioacuten de corta duracioacuten alta intensidad y fase miacutenima todas ellas caracteriacutesticas deseablesLa duracioacuten corta del pulso de explosioacuten implica que contiene una banda espectral de frecuencias ancha y ello esdeseable para tener buena resolucioacuten y unos tiempos de primera llegada bien definidos La alta intensidad es necesariapara poder observar refracciones o reflexiones de estratos profundos y receptores alejados de la fuente Cuanto mayor seala distancia que tenga que recorrer la onda siacutesmica desde la fuente hasta el receptor maacutes se atenuaraacute reduciendo de estaforma la relacioacuten sentildealruido Por ello cuanto maacutes largo sea el tendido o maacutes atenuante el material se requeriraacute mayorcantidad de explosivo por disparoLos explosivos son normalmente poacutelvora negra dinamita y fulminantes La poacutelvora negra es menos potente tieneun tiempo de explosioacuten maacutes lento y presenta dificultades para su manipulacioacuten segura sin embargo es maacutes barata tienemejor rendimiento por peso el fulminante es sencillo (por ejemplo un bombillo de flash) y requiere menos permisos parasu uso La dinamita es maacutes segura porque requiere una mayor energiacutea de activacioacuten para iniciar la explosioacuten y ademaacutes esmas potente Los fulminantes cuyo fin es detonar explosivos mas potentes como la dinamita pueden usarse por si soloscomo fuente de energiacutea Para aumentar su potencia se conectan varios en serieTodas las fuentes explosivas deben ser detonadas en un hoyo con el fin de mejorar el rendimiento de la explosioacutenNo debe olvidarse que el objetivo es lograr generar la mayor cantidad de ondas elaacutesticas no volar el suelo Es mejor laexplosioacuten que ocurre sin ninguacuten efecto visible en la superficie que la que produce un chorro espectacular de tierra Lacarga se aprovecharaacute mejor cuanto mejor confinada esteacute y maacutes riacutegido sea el material que la rodea Al ocurrir una explosioacutenlos gases se expanden deformando el material del entorno Hasta cierto radio desde el punto de la explosioacuten ladeformacioacuten es plaacutestica o anelaacutestica la energiacutea se pierde en calor y en romper comprimir y deformar el material dentrodel rango no elaacutestico Esta energiacutea no se aprovecha para generar ondas siacutesmicas A partir de cierta distancia la presioacuten dela explosioacuten disminuye lo suficiente para que los materiales se deformen dentro del rango que se considera lineal que esdonde comienzan a propagarse ondas elaacutesticas Cuanto maacutes riacutegido sea el material mejor resistiraacute la presioacuten de la explosioacuten

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

sin romperse ni deformarse en forma no lineal Tambieacuten por esta razoacuten las cargas pequentildeas tienen un mejor rendimientopor peso de explosivo aunque en teacuterminos absolutos generen menos energiacutea Unas reglas praacutecticas para mejorar elrendimiento de la explosioacuten sonmiddot Excavar el hoyo lo maacutes profundo y estrecho posible Si la excavacioacuten es manual esto implica una profundidad entre125 y 200 m y un diaacutemetro entre 12 y 20 cm Conviene que el hoyo sea profundo para que la carga explote enmaterial maacutes compacto y no se pierda tanta energiacutea por proyeccioacuten de material hacia la superficie ni en la generacioacutende ondas superficialesmiddot Si el nivel freaacutetico estaacute presente cerca de la superficie procurar colocar la carga por debajo del mismo El suelo saturadopresenta mayor resistencia a la deformacioacuten y asiacute maacutes energiacutea de la explosioacuten seraacute invertida en generar ondaselaacutesticasmiddot Compactar el material a medida que se entierra la carga y agregar agua Esto es para evitar que parte de la energiacutea dela explosioacuten se pierda en expulsar la tierra hacia la superficiemiddot Evitar en lo posible excavar los hoyos en tierra seca arenosa suelta con grava En estos casos el rendimiento suelo sermuy bajo Si no se tiene alternativa entonces procurar saturar el hoyo con abundante agua y taponar el hueco conarcilla huacutemedaNo tapar el hueco con material que contenga piedras ni colocarle ninguacuten peso encima Si sale proyectado elmaterial con la explosioacuten esto podriacutea causar heridas dantildear equipos romper vidrios de automoacuteviles Tampoco utilizartierra que contenga raiacuteces plantas o ramitas porque debilita el taponamientoLa forma tiacutepica de detonar la carga en fuentes siacutesmicas es mediante el paso de una corriente eleacutectrica la cualactiva un fulminante y este a su vez la carga explosiva En el caso de poacutelvora el fulminante puede ser un bombillo de flashque al quemarse prende la poacutelvora Con dinamita el fulminante es una pequentildea carga de una sustancia explosiva activadapor un filamento eleacutectrico que se pone incandescente al pasar la corriente El fulminante a su vez proporciona la energiacuteade activacioacuten necesaria para la dinamitaSe denomina tiempo cero al instante en que se activa la fuente siacutesmica y a partir del cual se calcula el tiempo dellegada de las ondas siacutesmicas El sismoacutegrafo requiere conocer el instante de la explosioacuten o tiempo cero para iniciar elregistro Esto se le proporciona mediante la apertura o cierre de un circuito eleacutectrico o una sentildeal eleacutectricaUna forma consiste en colocar un geoacutefono de referencia cerca del hoyo donde estaacute la carga Cuando eacutesta explotael geoacutefono genera una fuerte sentildeal que es enviada mediante un cable eleacutectrico hasta el conector para tiempo cero en elsismoacutegrafo La sentildeal es tomada por el sismoacutegrafo para iniciar la grabacioacuten La ventaja es su simplicidad Los inconvenientesson 1) un ruido ambiental fuerte puede iniciar la grabacioacuten antes de tiempo 2) el tiempo cero estaacute retrasado porque lasondas deben viajar desde el fondo del hoyo hasta el geoacutefono de referencia este retraso debe ser corregido 3) el geoacutefono dereferencia puede dantildearse o perderse si sale proyectado material con la explosioacutenOtra forma consiste en utilizar la sentildeal eleacutectrica generada al cerrar el circuito eleacutectrico para explotar la carga

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

Esto se realiza mediante una derivacioacuten eleacutectrica en paralelo que se conecta al circuito de tiempo cero del sismoacutegrafoTiene el inconveniente de que el tiempo cero presenta un adelanto respecto a la explosioacuten debido a que el explosivo tardacierto tiempo en quemarse desde que se cierra el circuito eleacutectrico Esto es particularmente notorio en explosivos lentoscomo la poacutelvora la cual puede tardar hasta 50 ms en quemarse mientras que la precisioacuten deseada en los tiempos deprimera llegada es del orden de 1 o 2 ms Tambieacuten se presenta retardo en la explosioacuten si las pilas del detonador se encuentranagotadas porque entonces el filamento del fulminante tarda mas en alcanzar la temperatura de ignicioacuten Ademaacutes estadiferencia de tiempo es variable de una explosioacuten a otra El problema se reduce si se utilizan explosivos raacutepidos y bateriacuteasde automoacutevil para activar la detonacioacutenUna tercera alternativa es rodear la carga mediante un cable el cual completa un circuito eleacutectrico hasta laconexioacuten de tiempo cero del sismoacutegrafo Al ocurrir la explosioacuten el cable se rompe y el circuito eleacutectrico se abre siendoesta la sentildeal para que el sismoacutegrafo inicie el registro Este meacutetodo tiene el inconveniente de requerir dos cables que entranal hoyo con la carga uno para detonarla y el otro para establecer el tiempo cero En este caso se debe poner especialcuidado en identificar los cables para evitar accidentes si por error se conecta el cable de detonacioacuten al circuito de tiempocero del sismoacutegrafo eacuteste podriacutea detonar la carga inesperadamenteDe todas formas sea cual sea el meacutetodo para establecer el tiempo cero cuando se utilizan explosivos como fuentede energiacutea las ondas siacutesmicas siempre se originan con retraso respecto al instante de la detonacioacuten porque mientras seforma la cavidad explosiva la deformacioacuten del suelo no es elaacutestica Este retraso es mayor cuanto mas blando sea el terrenoSi se tienen dudas de la certeza del tiempo cero que utiliza el instrumento es conveniente colocar el sensor del primercanal cerca de la fuente y utilizar la teacutecnica de ruptura de circuito eleacutectrico para establecer el tiempo cero Si todo funcionacorrectamente el tiempo de primera llegada en el primer canal deberiacutea ser de unos pocos milisegundos que es aproximadamenteel tiempo necesario para recorrer una distancia igual a la profundidad del hueco donde se colocoacute el explosivo Enla praacutectica debe estar entre 2 y 5 milisegundos para huecos menores de 2 mFuentes de impactoLa maacutes simple consiste en un golpe de mandarria sobre una placa metaacutelica La mandarria pesa unos 8 kg Ungolpe de mandarria directamente sobre el suelo no se traduciriacutea en la generacioacuten de ondas elaacutesticas sino en la deformacioacutenno elaacutestica del suelo La placa de acero que apenas se deforma reparte la fuerza del golpe en toda la superficie decontacto con el terreno por lo que la presioacuten aplicada es relativamente pequentildea y de esta manera la deformacioacuten del suelose mantiene dentro de su rango elaacutestico Lo que se debe asegurar es un buen acople entre la placa y el terreno Para ello sedebe aplanar y librar de vegetacioacuten el sitio donde se coloque la placa Si el suelo presenta cantos o grava es convenientecrear una cama de arcilla o arena para la placa Debe procurarse siempre empapar el suelo con agua en el punto fuentepara mejorar el acopleOtra fuente de impacto consiste en una masa metaacutelica grande (50-100 kg) que se deja caer desde una altura de

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

unos 2 m Conviene que la masa tenga una base redonda para que el impacto sobre el suelo sea uniforme Presenta algunasdificultades como son el transporte y manipulacioacuten de la masa y la necesidad de un triacutepode y sistema de poleas paraalzarlaEl tiempo cero se puede establecer utilizando un geoacutefono de referencia cerca de la plancha o del punto de impactoTiene los inconvenientes de el retraso en el tiempo cero el de que un ruido ambiental fuerte puede iniciar el registro yla posibilidad de estropear accidentalmente el geoacutefonoCon mandarria se suele utilizar un sensor de impacto o bien un circuito eleacutectrico especial que se atornilla o atafirmemente al mango Cuando la mandarria golpea la placa el impacto hace que se cierre el circuito eleacutectrico lo cualsirve de sentildeal al sismoacutegrafo para iniciar el registroProcedimiento de adquisicioacutenEl proceso tiacutepico es el siguientemiddot Se ubican las liacuteneas sobre el terreno de acuerdo a los mapas y se abren las picas o rebaja la vegetacioacuten para facilitar elmovimiento de equipo cables detectores etcmiddot Se clavan estacas en los sitios donde estaraacuten ubicados los detectores y las fuentesmiddot Se efectuacutea un perfil topograacutefico de las liacuteneas siacutesmicas sino se dispone de uno adecuado a partir de los mapas Suele sersuficiente un perfil de nivelacioacuten con valores de cota en los puntos donde estaraacuten situados las fuentes y los detectoresmiddot Se abren los hoyos para las cargas siacutesmicas en caso de utilizarse explosivos como fuente de energiacuteamiddot Se extiende el cable de detectores para el primer tendido de la liacutenea siacutesmica Cada toma eleacutectrica del cable debe caer enla estaca que sentildeala la ubicacioacuten de un detectormiddot Se clavan los detectores en el terreno (geoacutefonos) Luego se conectan a la toma o conexioacuten eleacutectrica del cable dedetectores que lleva la sentildeal al sismoacutegrafomiddot Se conecta el cable de detectores al sismoacutegrafomiddot Se verifica desde el sismoacutegrafo que no existan cortocircuitos en el cable de detectores o circuitos abiertos por geoacutefonosestropeados o no conectados Se verifica el nivel de ruido ambientalmiddot Se colocan las ganancias y filtros adecuados en cada canal del sismoacutegrafomiddot Se entierran las cargas siacutesmicas en los puntos fuentes del tendidomiddot Se efectuacutea la explosioacuten de la carga en uno de los extremos del tendido y se registran las ondas Estas quedan almacenadasprovisionalmente en la memoria electroacutenica del sismoacutegrafomiddot Se acomodan las amplitudes de cada traza registrada para facilitar posteriormente la lectura de los tiempos de primerallegada de las ondasmiddot Se graban en un medio permanente las trazas Esto puede ser en papel disquete o cinta magneacuteticamiddot Se borra el registro de la memoria del sismoacutegrafomiddot Se efectuacutea la explosioacuten en el otro punto fuente del tendido y se repite de forma similar el proceso de registro y grabacioacutenmiddot Se mueve el cable de detectores y el sismoacutegrafo a la posicioacuten del segundo tendido Se sacan los detectores de suposicioacuten actual y se colocan en los puntos de recepcioacuten del segundo tendido repitiendo el proceso seguido en el primertendido Esta rutina se extiende a tendidos y liacuteneas sucesivasDebe asegurarse que los detectores queden clavados firmemente al suelo y verticales Debe procurarse que queden

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

bien alineados A veces no es posible clavar un detector en el lugar asignado en cuyo caso se puede clavar en otro lugarpreferiblemente manteniendo la alineacioacuten del tendido y se debe anotar la nueva posicioacuten a efecto de los caacutelculosProcesamientoEl procesamiento de datos de refraccioacuten siacutesmica es relativamente sencillo en comparacioacuten con otros meacutetodosExisten sismoacutegrafos que efectuacutean automaacuteticamente el procesamiento a medida que se van adquiriendo los datos en campoEl procesamiento manual involucramiddot Leer los tiempos de primeras llegadas en los registrosmiddot Representar estos tiempos en graacuteficos tiempo-distancia (dromocroacutenicas)middot Agrupar los puntos por alineaciones (ramas) de primeras llegadas Debe existir una rama por cada estrato siempre queno ocurran inversiones de velocidad o que las capas sean muy delgadas La primera rama debe corresponder a lostiempos de llegada de la onda directa y las demaacutes corresponderaacuten a ondas coacutenicas provenientes de refractores cada vezmaacutes profundosmiddot Determinar las pendientes de cada rama asiacute como los tiempos de interseccioacuten de las rectas de ajuste de cada rama conel eje del tiempo Tambieacuten se pueden determinar el tiempo total y las distancias de cruce entre ramasmiddot Calcular las velocidades y espesores de cada estratoExisten varios meacutetodos para calcular espesores y velocidades El maacutes simple es el meacutetodo de los tiempos deintercepto el cual soacutelo proporciona espesores en los extremos de cada tendido siacutesmico bajo los puntos fuenteOtros meacutetodos aprovechan todos los tiempos leiacutedos para calcular espesores en la mayor parte del tendido Casitodos son muy similares Se mencionanmiddot meacutetodo de los tiempos de retardo o de Gardnermiddot meacutetodo ABC o de Heilandmiddot meacutetodo de sumas y diferencias o de Hagedoornmiddot meacutetodo de Haguiwaramiddot meacutetodo de Halesmiddot meacutetodo generalizado de Palmermiddot meacutetodo de los frentes de ondaMediante un ejemplo se ilustra la aplicacioacuten de dos de los meacutetodos maacutes utilizados el meacutetodo de los tiempos deintercepto y el meacutetodo ABC Los registros del ejemplo se muestran en la figura 3 Son dos pares de registros los de laparte superior son iguales a los de la parte inferior pero los primeros se muestran sin interpretar para que puedan sercomparados Estos son registros reales tomados cerca de las costas del Estado Miranda hacia la poblacioacuten de El GuapoEl tendido fue realizado sobre un terreno de roca metaiacutegnea meteorizadaTiempo (ms)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 12010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Distancia (m) Distancia (m)Distancia (m) Distancia (m)080604020100120

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

140160180200080604020100120140160180200Figura 3 Registros de refraccioacuten del tendido esquematizado en la figura 4 En los registros de la parte inferior sehan sentildealado los tiempos de primera llegada de onda directa y onda coacutenica mediante flechas El registro de laizquierda corresponde a la fuente A la cual se encuentra a la distancia 0 m y el de la derecha a la fuente Bubicada en 130 m Tiempo (ms)Cada registro corresponde a un disparo en los extremos del tendido siacutesmico En la figura 4 se muestra el esquemadel tendido El tendido constaba de 12 geoacutefonos a intervalos de 10 m La distancia entre cada fuente y el geoacutefono mascercano era de 10 m La distancia entre las dos fuentes era de 130 m La duracioacuten del registro es 200 ms con liacuteneas detiempo cada 20 ms Figura 4 Esquema del tendido siacutesmico usado para obtener los registros de la figura 3El primer paso es sentildealar los tiempos de primera llegada de la onda directa y ondas coacutenicas En los registros de laparte inferior de la figura 3 se indican los tiempos de primeras llegadas mediante flechas Idealmente si no existiera ruidoambiental no deberiacutea existir ninguna oscilacioacuten en las trazas hasta la llegada de una onda directa o de una onda coacutenicaEn tales condiciones la primera deflexioacuten desde cero en una traza indicariacutea el tiempo de primera llegada Sin embargolos tiempos de primeras llegadas estaacuten sujetos a incertidumbre debido principalmente a la presencia de ruido ambiental y ala atenuacioacuten de las ondas El ruido ambiental origina falsas primeras llegadas o desplaza la deflexioacuten desde cero de lasverdaderas primeras llegadas La atenuacioacuten por una parte hace las amplitudes de las sentildeales que interesan mas deacutebilescon relacioacuten al ruido En algunos casos puede llegar a interpretarse como primera llegada un tren de ondas posterior alverdadero Por otra parte la atenuacioacuten suaviza la deflexioacuten de primera llegada lo que hace maacutes difiacutecil establecer suubicacioacuten La seleccioacuten de los tiempos de primeras llegadas en un registro tiene elementos subjetivos debido a estasincertidumbres La siguiente tabla recoge los tiempos de las primeras llegadas sentildealadas por las flechasTABLA 1 Tiempos medidos de primera llegadaAX (m) tAX (ms) tBX (ms)010 256 100020 388 944

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

30 464 88840 512 81650 576 76860 644 70870 712 65680 784 58090 824 512100 888 456110 952 392120 1000 228130AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X tAX tiempo de primera llegada al receptor en X desdela fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BEn los registros de la figura 3 las trazas de canales mas lejanos a la fuente parecieran tener mayor ruido ambientalEn realidad lo que ocurre es que todas las trazas han sido normalizadas por ello en las trazas de canales cercanos a lafuente como la sentildeal es muy fuerte no se notan las oscilaciones producidas por el ruido mientras que en las trazas decanales lejanos el nivel de ruido es el mismo pero la amplitud de las sentildeales es menorCaacutelculo de velocidades y espesoresPrimero se grafican las dromocroacutenicas con los tiempos de primera llegada (recogidos en la tabla 1) tal como semuestra en la figura 5DROMOCRONICAS RECIPROCAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBX

Figura 5 Graacutefica de los tiempos de primera llegada correspondientes a los registros de la figura 4 y compilados en la tabla1Luego se identifican las alineaciones de puntos en las dromocroacutenicas correspondientes a las ondas directas y a lasondas coacutenicas y trazar rectas de ajuste en cada alineacioacuten como se muestra en la figura 6DROMOCRONICAS INTERPRETADAS01020304050607080901001100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Distancia (m)Tiempo (ms)tAXtBXtiA=272 ms tiB=276 ms

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

P1B=228 msmP2B=0609 msm P2A=0616 msmP1A=256 msmXcA=140 XcB=165 mtBA=1066 ms tAB=1074 msA BFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasA continuacioacuten se miden en las dromocroacutenicas los siguientes paraacutemetrosP1A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en AP1B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda directa con fuente en BP2A pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en AP2B pendiente de la recta de ajuste de los tiempos de llegada de la onda coacutenica con fuente en BtiA tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtiB tiempo de intercepto de la recta de ajuste de la onda coacutenica con fuente en AtAB tiempo total de la onda coacutenica con fuente en A (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en B)tBA tiempo total de la onda coacutenica con fuente en B (extrapolando recta de ajuste si no hay detector en A)De acuerdo a los datos de la figura 6 se tieneTABLA 2 Valores de paraacutemetros medidos en las dromocroacutenicasP1A P1B P2A P2B tiA tiB tAB tBA XcA XcB256 msm 228 msm 0616 msm 0609 msm 272 ms 276 ms 1074 ms 1066 ms 140 m 165 mSe establece a continuacioacuten la lentitud promedio de la primera capaPP A P BPms m ms mms m11 1212 56 2 2822 42 El inverso de la lentitud promedio P1 es la velocidad promedio armoacutenico V1VPVms mm s111112 42413

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

Ahora se calculan el aacutengulo de refraccioacuten criacutetica y el buzamiento de la interfasecP BPP APP BPP APcms mms mms mms mms mms mms mms mminus

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

minusminusarcsen arcsenarcsen arcsenarcsen arcsen arcsen arcsen 21212212120 6092 420 6162 42214 660 6092 420 6162 4220 09Un buzamiento negativo implica que el espesor de la primera capa se incrementa de A hacia B En este caso elvalor es pequentildeo y puede considerarse que la primera capa mantiene su espesor constanteObtenido el aacutengulo criacutetico se puede calcular la lentitud de la segunda capa y su velocidadP P cP msm msmVPVms mm s2 1

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

2 2 42 14 66 0 612212210 611633sen sen Tambieacuten se puede usar la siguiente foacutermula para obtener V2 sin tener que calcular el aacutengulo criacutetico

VP PA PB P PA P PB221 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2

minusminusminusMeacutetodo de los tiempos de interceptoLos espesores verticales de la primera capa H1A y H1B bajo las fuentes A y B respectivamente se calculan conlas siguientes foacutermulasH ATiAP cH BTiBP cH Amsms mmH Bmsms mm12 112 1127 22 2 42 14 66 0 0958127 62 2 42 14 66 0 0959

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

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arcsen arcsenminus122121

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dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

minusminuscos( ) cos( )cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) cos( )Cuando los tiempos de intercepto son muy similares como en este ejemplo ello es indicativo de que el espesor dela primera capa probablemente se mantiene constante En ese caso se puede calcular una lentitud aproximada de lasegunda capa mediante el promedio de las lentitudes aparentes10485801048580P2P2A P2B2P20616ms m 0609ms m20 ms m613Tambieacuten se pueden calcular el espesor aproximado de la segunda capa medianteH1XcA + XcB22P1 P2P1 P2H1140m +165m4242ms m 0613ms m242ms m 0613ms m59mminusminus10485801048580

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

PPP

122121

arcsen arcsenminus122121

arcsen arcsenPPPPB A

dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

dondeP1 lentitud promedio de la primera capaP2 lentitud aparente promedio de la segunda capaXcA distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AXcB distancia de cruce entre la onda directa y la onda coacutenica con fuente en AH1 espesor de la primera capaMeacutetodo ABC o meacutetodo de HeilandCon este meacutetodo se calcula un punto de la interfase por cada detector que reciba primeras llegadas de onda coacutenicadesde las dos fuentes en los extremos del tendido Seguacuten el ejemplo de la figura 5 esto es posible para los geoacutefonossituados entre 20 m y 110 m pero no para los geoacutefonos en 10 m y en 120 m porque estos reciben como primera llegadaonda directa desde una fuente y onda coacutenica desde la otraLas coordenadas de un punto R de la interfase (figura 7) calculadas con datos de un receptor situado en el punto geneacutericoC estaraacuten dadas por

X X t t tP R CAC BC ABcminus2 1cossen

Z Z t t tP R CAC BC ABcminusminus2 1coscosdondeXR ZR coordenadas de un punto R de la interfaseXC ZC coordenadas de un receptor en el punto C de la superficietAC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en AtBC tiempo de primera llegada de onda coacutenica al receptor en C con fuente en BtAB tiempo total de viaje de la onda coacutenica entre las fuentes en A y BP1 lentitud de la onda directab buzamiento en el punto R de la interfaseac aacutengulo criacuteticoFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCEl aacutengulo criacutetico ac y el buzamiento b en el punto R de la interfase se calculan utilizando las siguientes foacutermulas respectivamentecP A B

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dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

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dondeP2A lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en AP2B lentitud aparente de la onda coacutenica en el punto C con fuente en Bs aacutengulo de inclinacioacuten del terreno respecto a la horizontal en el punto CEl origen de coordenadas estaacute en la fuente A La coordenada x de los puntos C y R es paralela a la horizontaltopograacutefica y la coordenada z a la vertical Las distancias en los graacuteficos tiempo-distancia de las dromocroacutenicas se midendesde la fuente A siguiendo el perfil del terreno sin proyectar a la horizontal Como consecuencia en la foacutermula delbuzamiento aparece el aacutengulo de inclinacioacuten del relieve medido en la posicioacuten del detector Los valores de cotas y pendientesdel terreno se obtienen por datos de topografiacutea los valores de tiempos y lentitudes a partir de las dromocroacutenicas(figura 8)Figura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABC

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

Estas foacutermulas se prestan para obtener los resultados en forma tabular mediante un programa de hoja de caacutelculoPara el ejemplo se obtiene la tabla 3TABLA 3 TABLA PARA CALCULAR ESPESORES POR EL MEacuteTODO ABCAX (m) ZX(m) tAX (ms) tBX (ms) tiX (ms) XR (m) ZR (m) H (m)0 20310 200 256 100020 196 388 944 262 200 140 -5630 189 464 888 282 300 129 -6040 184 512 816 258 400 129 -5550 176 576 768 274 500 117 -5960 169 644 708 282 600 109 -6070 166 712 656 298 700 102 -6480 162 784 580 294 800 99 -6390 158 824 512 266 900 101 -57100 153 888 456 274 1000 94 -59110 148 952 392 274 1100 89 -59120 146 1000 228130 142AX distancia desde la fuente A hasta un receptor en X ZX cota del receptor en X tAX tiempo de primerallegada al receptor en X desde la fuente A tBX tiempo de primera llegada al receptor en X desde la fuente BtiX tiempo de intercepto en X (tiX=tAX+tBX-tAB) XR coordenada x de un punto de la interfase calculado condatos del receptor en X ZR coordenada z de un punto de la interfase calculado con datos del receptor en X Hespesor vertical de la primera capa bajo el receptor en XFinalmente se grafica el perfil del subsuelo en base a los datos de la tabla 3 (figura 9)PERFIL CALCULADO DEL SUBSUELO0510152025-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Distancia (m)Cota (m)ZXA ZRBSuperficieInterfase calculadaV1=413 msV2=1633 ms

Figura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6InterpretacioacutenLa prospeccioacuten por refraccioacuten proporciona una informacioacuten de baja resolucioacuten acerca del espesor y las velocidadesde las principales capas del subsuelo Normalmente los registros de refraccioacuten no permiten distinguir capas muydelgadas o con poco contraste de velocidad Lo que se interpreta como un estrato suele en realidad estar constituido poruna cierta cantidad de estratos delgados con poca diferencia de velocidad El espesor calculado para este paquete de capasno es igual a la suma de los espesores de los estratos individuales ni tampoco la velocidad de conjunto es igual al promedioaritmeacutetico de sus velocidades Cuando existen inversiones de velocidad los espesores calculados son mayores que losreales mientras que cuando existen capas delgadas no diferenciadas el espesor calculado es menor que el real Como regla

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

praacutectica se adopta que las profundidades calculadas tienen una incertidumbre del 30 Por ello el meacutetodo soacutelo sirve deguiacutea para determinar la estructura a grandes rasgos del subsuelo Siempre debe disponerse de datos adicionales de geologiacuteade superficie asiacute como perforaciones de pozo que permitan limitar las posibles interpretaciones a una que sea consistentedentro de ciertos rangos Los datos de prospeccioacuten por refraccioacuten estaacuten afectados por las propiedades promedio de un granvolumen del subsuelo Esto en algunas aplicaciones representa una ventaja porque disminuye la posibilidad de tomarcomo general lo que es una propiedad local del suelo (caso de perforaciones) en otras cuando lo que importa es una buenaresolucioacuten constituye una desventajaVentajas y limitaciones del meacutetodo de prospeccioacuten por refraccioacutenVentajasmiddot Permite prospectar estratos a muy poca profundidad en tierra Esto es difiacutecil de lograr con meacutetodos de reflexioacutenmiddot La adquisicioacuten procesamiento e interpretacioacuten son relativamente raacutepidos y sencillosmiddot Es un meacutetodo barato tanto por el equipo de adquisicioacuten de datos como por el procesamientomiddot No requiere el uso de filtros espaciales ni teacutecnicas de cobertura muacuteltiplemiddot La determinacioacuten de las velocidades es bastante sencillamiddot La identificacioacuten de las ondas de intereacutes es sencilla porque son las primeras llegadasDesventajasmiddot Presenta limitaciones impuestas por la fiacutesica de propagacioacuten de ondas tales como el fenoacutemeno de inversioacuten de velocidadel de capa delgada el solapamiento de ondas coacutenicas de un mismo refractor difracciones refracciones no criacuteticasmiddot Presenta limitaciones de resolucioacuten debidas a la atenuacioacuten raacutepida de las longitudes de onda cortamiddot Para detectar capas a mayor profundidad requiere tendidos de mayor longitudmiddot Capas maacutes profundas son maacutes difiacuteciles de diferenciar por su velocidad en las dromocroacutenicasmiddot Soacutelo permite diferenciar las capas del subsuelo que presenten mayor contraste de velocidad y mayor espesormiddot En la praacutectica estaacute limitado a profundidades hasta unos 100 metros y a 3 o 4 estratos principalesmiddot No es faacutecil identificar ondas S refractadas porque como nunca son primera llegada siempre llegan mezcladas con ondasP de reflexiones o refracciones con ondas S convertidas con ruido superficial etc En consecuencia el meacutetodo presentadificultad para determinar paraacutemetros elaacutesticos dinaacutemicosBIBLIOGRAFIacuteAAstier J (1975) Geofiacutesica aplicada a la Hidrogeologiacutea Paraninfo 344 pDobrin M (1960) Introduction to Geophysical Prospecting 3a edic McGraw-Hill 630 pMooney H (1977) Handbook of Engineering Geophysics Bison Instruments IncMusgrave A (1967) editor Seismic Refraction Prospecting Society of Exploration Geophysicists 604 pParasnis D (1971) Geofiacutesica Minera Paraninfo 376 pPalmer D (1980) The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation Society of ExplorationGeophysicists 104 pSjoslashgren B A Oslashfsthus and J Sandberg (1979) Seismic Classification of Rock Mass Qualities Geophysical Prospecting27(2)409-442Sjoslashgren B (1979) Refractor Velocity Determination-cause and Nature of Some Errors Geophysical Prospecting

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6

27(3)507-538Sjoslashgren B (1984) Shallow Refraction Seismics Chapman and Hall 268 pLista de figurasFigura 1 Mapas del campo de ondas siacutesmicas propagadas por el subsuelo a partir de una fuente en superficieFigura 2 Ejemplo real de registro siacutesmico de refraccioacuten donde se identifican varios trenes de ondasFigura 3 Registros siacutesmicos de refraccioacuten doble disparo con las primeras llegadas indicadasFigura 4 Esquema del tendido siacutesmico doble disparoFigura 5 Dromocroacutenicas doble disparoFigura 6 Dromocroacutenicas de tiempos de primera llegada interpretadas en las que se ajustan los puntos de las ondasdirectas y ondas coacutenicas mediante rectasFigura 7 Trayectoria de rayos para calcular las coordenadas del punto R de la interfase por el meacutetodo ABCFigura 8 Tiempos y lentitudes de las dromocroacutenicas en el punto C utilizados con el meacutetodo ABCFigura 9 Perfil de subsuelo calculado con los datos de las dromocroacutenicas de la figura 6