GEOLOGÍA

GENERAL UNIDAD 7 APLICACIONES GEOLÓGICAS

Y GEOFÍSICAS.

Aplicaciones geológicas y geofísica.

-Geología petrolera

-Geología minera

-Geología aplicada a la ingeniería civil

-Geo hidrología

-Geotermia

-Energía nuclear

-Importancia de la geología aplicada en la ing. civil

-Métodos geofísicos

Recientemente la exploración geofísica se orientó a la determinación de

estructuras geológicas locales y depósitos de minerales, creando así la geofísica

practica o aplicada, cuyo desarrollo debido al progresivo aumento de precisión de

los instrumentos adoptados y a la mayor atención de los métodos de

levantamiento; en consecuencia de los grandes progresos de la física en general y

de la electricidad en especial, la geofísica ha crecido en los últimos años.

Aunque la mayor proporción de la actividad de la prospección geofísica se ha

dirigido a la búsqueda de petróleo y gases, y solo una pequeña fracción de la

misma a la búsqueda de minerales sólidos, las exploraciones geofísicas ha

efectuado grandes descubrimientos de depósitos minerales utilizando los

instrumentos mas sofisticados como son: los detectores magnéticos,

electromagnéticos y mediante la radiactividad para realizar exploraciones aéreas

que permiten mayor rapidez y eficacia.

La condición necesaria para la detección de un yacimiento por medio de métodos

geofísicos, es que el mineral posea alguna propiedad física; es prescindible que la

Mena se diferencie notablemente de la roca encajante en lo que respecta a la

propiedad en cuestión. Muchas veces la prospección geofísica se aplica

indirectamente debido a que el mineral no tiene por si mismo alguna propiedad

física pero se encuentra asociado a algún otro mineral o formación geológica que

si posee tales propiedades; solo en casos particulares los métodos geofísicos

permiten la búsqueda directa, y este es el caso por ejemplo de los yacimientos de

magnetita, estudiados con los métodos magnéticos, los yacimientos de sulfuros

metálicos estudiados con los potenciales naturales, las sustancias y aguas

radiactivas buscada con métodos radiactivos.

MÉTODOS GEOFÍSICOS

Radiométrico: la presencia de sustancias radiactivas en las rocas puede

ser utilizada en la búsqueda de yacimientos minerales; en los últimos años

la búsqueda de Uranio se ha intensificado. Entre las sustancias que pueden

ser descubiertas por su asociación con el uranio, se hayan los minerales

de: Zirconio, Berilio, radio y algunas tierras raras. También se ha

descubierto el Columbia el cual es buscado ahora por su resistencia a las

temperaturas extremadamente elevadas alcanzadas en los cohetes y

motores de reacción. Se busca el Zirconio, Berilio y algunas tierras raras

por su cualidades de absorción de neutrones en las pilas atómicas, etc.

Métodos Eléctricos: las propiedades eléctricas del subsuelo pueden

explorarse, bien eléctricamente o bien electromagnéticamente. Existen

varias técnicas geofísicas destinadas a detectar anomalías en las

propiedades eléctricas de las rocas tales como: la conductividad, la

polarización espontánea, la resistividad y la polarización inducida. A base

de las anomalías puede resultar posible localizar minerales que ofrezcan

características eléctricas distintas o levantar el mapa de características

estructurales asociadas a yacimientos de petróleo o de minerales.

Método auto potencial: se basa en la medición de las diferencias de

potencial natural que suelen existir entre dos puntos cualesquiera del

terreno. Estos potenciales en partes constantes y en partes variables. Están

asociados a yacimientos o a corrientes que fluyen a través del terreno. Los

potenciales constantes y unidireccionales están producidos por las acciones

electroquímicas en las rocas superficiales o en cuerpos encajados en ellas.

Método de la Resistividad: se emplea para determinar variaciones

laterales o verticales de la conductividad en el interior del suelo y se utiliza

con frecuencia para medir la profundidad a la que se encuentra la roca

firme en conexión con proyectos de ingeniería civil, dado que, normalmente

existe un gran contraste entre la conductividad de la roca firme y los

materiales consolidados que la cubren.

La resistividad de las rocas es una propiedad que varia entre limites muy

amplios, desde alrededor de 10-6 ohm-mts para minerales como el grafito a

mas de 1012 ohm-mts.

Algunos minerales, especialmente el grafito, la pirrotina, la pirita, la

calcopirita, galena y la magnetita, son conductores relativamente buenos;

una diseminación de estos minerales dentro de la roca puede aumentar la

conductividad de estas; otros como la blenda son también conductores

electrónicos pero muy débiles a la temperatura ambiente.

Polarización Inducida: esto ocurre cuando la corriente que circula a

través del terreno es interrumpida y la diferencia de potencial entre dos

puntos no cae instantáneamente a cero sino que por el contrario se ha

observado que desciende lentamente durante varios segundos o minutos.

Método gravitacional: este método esta basado en el campo natural de la

gravedad y estudia la variación de la componente vertical del campo

gravifico terrestre.

En la prospección por gravedad se miden las pequeñas variaciones, que en

la atracción gravitacional, ejercen las rocas emplazadas en los primeros

kilómetros por debajo de la superficie del suelo. Los diferentes tipos de

rocas tienen densidad diferentes y las mas densas ejercen mayor atracción

gravitacional.

Método de Refracción Sísmica: es un método de reconocimiento general

y de detalles, pero de empleo restringido. En este método los instrumentos

detectores se disponen a cierta distancia del punto de explosión, que es

larga en comparación con la profundidad a que se encuentra el horizonte en

estudio.

Las ondas explosivas recorren grandes distancias horizontales a través del

suelo, y el tiempo requerido para su desplazamiento informa acerca de la

velocidad y profundidad de ciertas formaciones de subsuelo.

Método magnético: la tierra es un imán natural y de allí que dé lugar a

campos magnéticos terrestres, por lo tanto, la prospección magnética

determina las variaciones del campo magnético terrestre atribuidos a

cambios de estructuras o de la susceptibilidad magnética de algunas rocas

próximas a la superficie. El método magnético se utiliza como método de

reconocimiento general en prospección de petróleo cuando la estructura de

capas sedimentarias petrolíferas están regidas por características

topográficas tales como cresta o fallas sobre la superficie del basamento.

RELACION DE LA GEOFISICA CON LAS DEMAS CIENCIAS Y SU

APLICACIÓN EN LAS CIENCIAS DE LA TIERRA

Una de las ramas mas recientes de la ciencia aplicada, la Geofísica exploratoria,

es en la actualidad un producto de varias disciplinas básicas tales como la Física,

la Química y las Matemáticas. Las diversas técnicas de la prospección geofísica

están basadas en varios principios físico fundamentales, como son las leyes de la

atracción gravitatoria y magnética, las cuales gobiernan en óptica la refracción y la

reflexión (tal como se aplica a la prospección sísmica), los elementos de la

electricidad y la teoría electromagnética.

Aunque estos principios son bastante simples, en general es difícil su aplicación al

estudio de los materiales pétreos, que rara vez son homogéneos y que, con

frecuencia, ofrecen propiedades físicas complejas.

Casi todos los métodos importantes de la prospección geofísica han sido

desarrollados partiendo de las técnicas empleadas en un principio para el estudio,

mas o menos científico, de las características terrestres en gran escala. La

prospección por gravedad se desarrollo después de que durante varias décadas

habían sido llevadas a cabo mediciones con el péndulo para determinar la forma

exacta de la tierra, a base de las variaciones de la atracción gravitatoria entre

diferentes estaciones de observación. El método de refracción sísmica hace uso

de los principios elaborados en los comienzos del siglo actual por los sismólogos

de terremotos, que los pusieron a punto para desentrañar la estructura del interior

de la tierra. Los instrumentos magnéticos , que básicamente eran los mismos que

los usados hoy en día para la prospección, hicieron posible levantar el mapa de

algunos de los elementos magnéticos de la tierra, en escala global, en tiempos tan

antiguos como el siglo XVII.

La Geofísica abarca y se relaciona con un buen número de ciencias como son: la

Geología, Geografía, Geoquímica, Termo física, Sismología, Geomagnetismo,

Gravimetría, Electricidad Terrestre, etc. Todos los aportes que dan estas ciencias

a la Geofísica, están basados en principios físicos y fundamentales

CIENCIA DERIVADAS

Gravimetría: Es la ciencia que se encarga de explicar y medir el campo

gravitatorio terrestre.

La aceleración de gravedad en un punto cualquiera de la superficie terrestre no

solo depende de la latitud geográfica, sino también de la distribución de las masas

debajo de ese punto.

Esta dependencia puede ser utilizada con fines exploratorios mediante las

mediciones de las pequeñas variaciones de la componente vertical del campo

gravitatorio terrestre de esta forma se puede llegar a una interpretación mas o

menos probable de las situación de las masas en el subsuelo.

Geomagnetismo: es el estudio de la propiedad que tiene la tierra de

comportarse como un imán natural y dar origen al campo magnético

terrestre.

Si se sitúa una pequeña aguja imantada capaz de girar alrededor de un eje

vertical, en un lugar cualquiera, ella señalara hacia un punto llamado polo norte

magnético el cual no coincide con el polo norte geográfico.

El ángulo formado por los meridianos magnéticos y geográficos recibe el nombre

de declinación, y esta característica junto con la inclinación es de gran valía para

las prospecciones geográficas debido a que las pequeñas variaciones que

experimenta el campo magnético nos puede indicar minerales de interés comercial

como la magnetita, la pirrotina, la ilmenita, etc. Así como también minerales de

interés asociado a sustancias magnéticas como son los sulfuros de Cu, Pb y Zn.

Geolectricidad: basa sus estudios en las propiedades eléctricas de las

rocas como son:

Resistividad

Conductividad

actividad electroquímica, etc.

En base a las anomalías que pueda presentar las propiedades eléctricas de las

rocas es que se hace posible localizar minerales que ofrezcan característica

eléctricas distintivas, o levantan el mapa de características estructurales asociadas

a yacimientos de petróleo o de minerales.

Sismología: es la ciencia que trata de los terremotos y de los fenómenos

que con ellos se relacionan.

Todo esto incluye el estudio de las causas que producen los terremotos, su

localización y las ondas que se reciben de ellos.

Los terremotos son una serie de movimientos transitorios y repentinos del terreno,

originados en una región limitada de la corteza terrestre y que se propaga desde

su origen en todas direcciones. Podemos deducir un basamento para la

prospección geofísica, ya que si producimos un pequeño terremoto artificial y

detectamos los tiempos de llegada de las ondas producidas unas vez reflejadas o

refractadas en las distintas formaciones geológicas, tendremos variaciones que

nos indicaran las diferencias entre las propiedades de la rocas.

GEOHIDROLOGÍA

Es la aplicación de los métodos de investigación de la ciencia de la tierra al

estudio y a la prospección de las aguas subterráneas.

El método mas usado para prospectar aguas subterráneas es el eléctrico a su

reducido costo tanto en aparatos como en el trabajo de campo, ya que se puede

cubrir grandes extensiones de terreno en un tiempo relativamente reducido por un

costo muy bajo.

CIENCIAS ASOCIADAS

Geología: es un conjunto organizado de conocimientos referente a la tierra.

A su vez comprende dos ramas:

Geología Física: estudia la naturaleza y propiedades de los

materiales que componen la tierra, la forma como están distribuidas

los procesos por los cuales se forman, alteran, su transporte y

distorsión; así como la naturaleza, desarrollo y transformación del

paisaje.

Geología Histórica: estudia la historia de la tierra incluyendo tanto

la vida sobre la tierra como los cambios sufridos por ella (cambios

Físicos)

Termofísica: estudia el comportamiento térmico de la tierra, la forma

cómo varia la temperatura con la profundidad y como cambia la

distribución de temperatura con el tiempo. El aporte de la

Termofísica a la Geofísica se centra en el gradiente de temperatura y

en la conductividad térmica.

El gradiente de temperatura, es la variación de temperatura en una

corta distancia, medida en dirección radial de la superficie. La

temperatura crece en la profundidad y el valor medio de gradiente es

de 0.03ºC por metros a las proximidades de la corteza terrestre.

La conductividad térmica es la cantidad de calor que fluye en un

segundo a través de un área de un metro cuadrado en una región en

la que el gradiente de temperatura es de 1º C por metro.

El flujo de calor depende tanto del gradiente de temperatura como la

naturaleza del material a través del cual es conducido el calor.

Geografía: es un conjunto de principios básicos de las ciencias

naturales, seleccionados de tal forma que incluyan las influencias

ambiéntales, que varían de un lugar a otro en la superficie. Alguna

ciencia que comprenden la Geografía y están estrechamente

relacionadas en la Geofísica son:

Geodesia: se encarga de las determinaciones de la forma y

dimensiones de la tierra utilizando métodos de observación

extremadamente preciso, junto con determinaciones muy cuidadosa

de la gravedad.

Meteorología: estudia el estado de la atmósfera en un punto y en

una época determinada.

Climatología: estudia el clima que es la condición de la atmósfera

deducida de largos periodos de repetidas observaciones. Esto

incluyen las probabilidades de series particulares condiciones.

Oceanografía Física: estudia las olas, las corrientes y las mareas.

Geomorfología: trata del origen y desarrollo de todas las formas de

relieve.

Geoquímica Aplicada: es la ciencia que se encarga de estudiar los

análisis químicos en forma adecuada, para que resulten útiles a la

investigación y a la prospección de minerales en general.

En esto se incluye los procesos fundamentales y endógenos de los

elementos metálicos mineralogénicos, los procesos magnaticos y

postmagmáticos, y los procesos de oscilación y reducción.

El fundamento de la geoquímica que sirve de base a la geofísica es:

que cuando en una zona se ha formado concentraciones de mineral

económicamente explotable, la zona se haya mas o menos afectada

por manifestaciones del mismo y se produce como una especie de

aureola la cual no puede ser detectada por la análisis químicos

corrientes sino que necesita procedimientos especiales que debe ser

económicos y de gran sensibilidad.

Importancia de la Geología aplicada a la Ing. Civil

El ingeniero civil se enfrenta a una gran variedad de problemas, en los que

el conocimiento de la geología es necesario.

Indudablemente aprenderá mas geología en el campo. Pero este aprendizaje será

más fácil y más rápido y su aplicación más eficaz, si en sus cursos de ingeniería

se han incluido los principios básico de la geología.

Conocimiento sistematizados de los materiales.

Los problemas de cimentación son esencialmente geológico. Los edificios,

puentes, presas, y otras construcciones, se establecen sobre algún material

natural.

El conocimiento de la existencia de aguas subterráneas, y los elementos de la

hidrología subterránea, son excelentes auxiliares en muchas ramas de la

ingeniería práctica.

El conocimiento de las aguas superficiales, sus efectos de erosión, su transporte y

sus sedimentaciones, es esencial para el control de las corrientes, los trabajos de

defensa de márgenes y costas los de conservación de suelos y otras actividades.

La capacidad para leer e interpretar informes geológico, mapas, planos geológicos

y topográficos y fotografía, es de gran utilidad para la planeación de muchas obra.

Ingeniería civil

Determinación del espesor de recubrimiento y del basamento.

Cálculo de módulos dinámicos, grado de alteración y ripabilidad de las

formaciones.

Localización de huecos.

Estado de las estructuras antrópicas (hormigones, pavimentos, inspección

técnica de edificaciones,...)

Estudios anterior y posteriores a la construcción de túneles.

Detección y evaluación de fracturas.

Determinación de resistividades para tomas de tierra.

Análisis de estabilidad de taludes.

Reconocimiento de macizos rocosos.

Localización de objetos férreos (depósitos, canalizaciones, servicios...).

Medida de propiedades físicas de muestras de terreno.

Localización y delimitación de la geometría de acuíferos.

Determinación del nivel freático.

Análisis de calidad del agua.

Prospección de fracturas.

Estudio de zonas con geotermalismo.

Localización de enclaves para almacenamiento de residuos.

Contaminación de acuíferos (intrusión marina, contaminantes agrícolas,

aguas de mina,...) y de suelos.

Caracterización de vertederos.

Detección de fugas de fluidos (embalses, gasolineras, tuberías,...).

Valoración de riesgos geológicos.

Localización y caracterización de recursos minerales (áridos, rocas

industriales, rocas ornamentales, yacimientos metálicos, formaciones

radiactivas,...).

Estudios de apoyo en obras a cielo abierto y minería subterránea.

Estudio de vibraciones y seguridad minera.

GEOLOGÍA MINERA

El objetivo de la geología minera son los minerales, esto es, las porciones

homogéneas naturales que se encuentran en la corteza con exclusión de las

sustancias procedentes de animales y plantas, como: el carbón, el petróleo, el

ámbar, los fósiles.

Los minerales pueden ser sólidos, fluidos (líquidos y gases) y coloidales (los

amorfos son líquidos condensados). Así, el agua líquida (es un mineral por que es

una porción homogénea) tiene distinta composición (sales disueltas) en cada

manantial, río, mar, lago, pero el hielo o agua cristalina siempre es agua pura.

La mineralogía convencional únicamente se ocupa de los minerales sólidos, es

decir, ordenados estructuralmente y con una estequiometrica constante (análisis

químicos). De este modo se independiza, hasta cierto punto, de la Geología

ambiental y se pueden aplicar metodologías de análisis específicos:

Cristalometría, rayos X, óptica de polarización, etc.

LA GEOFISICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA

La geofísica ha estado ligada a la industria petrolera, prácticamente desde la

aparición de esta, ya que los métodos geofísicos se utilizaban varios siglos antes

de que apareciera la industria petrolera para localizar yacimientos de minerales.

La mayoría del petróleo del mundo se encuentra en rocas sedimentarias. La

ubicación de las reservas de petróleo requiere del entendimiento de la naturaleza

de la roca en que se encuentra y los registros de pozos son uno de los principales

recursos para obtener datos; ellos son particularmente útiles para la descripción y

caracterización de las rocas y sus fluidos.

Los primeros equipos geofísicos que se utilizaban en la industria petrolera,

empleaban una balanza de torsión y el sismógrafo de refracción para buscar

domos salinos someros en la costa del Golfo de los EU y México, por el año de

1925.

En la exploración petrolífera, el método mas empleado es el de reflexión sísmica,

siendo, en este orden, el gravitacional, refracción sísmica y los magnéticos. En el

hemisferio oriental se utiliza a veces en la búsqueda de petróleo un técnica

eléctrica, la de la prospección de corrientes telúricas.

A partir de 1937, fecha en que se comenzó a usar la estadística, uno de cada seis

pozos de cateo localizado por geofísicos había llegado a ser comercialmente

productivo; mientras que uno de cada veinte pozos localizados sin ayuda técnica

era productivo y uno de cada diez pozos localizados por la geología pero no por la

geofísica, la producción de éxito había sido de uno a diez; al valorar estas cifras,

no hay que olvidar que la geología solo puede ser mas eficaz y económica que la

Geofísica en algunas zonas, y que lo contrario puede ser cierto en otras.

Desde el nacimiento de la geofísica hasta nuestros días, su papel en la

prospección de petróleo ha ido aumentando progresivamente hasta el punto que

hoy en día ya no se busca hidrocarburo sin recurrir los métodos geofísicos.

Esto es básicamente debido a que la geología, por sus propios medios, no puede

determinar con precisión posible depósitos de petróleo en casos de: trampas

estructurales, anticlinales, fallas y anticlinales fallados; si la serie que la cubre no

es concordante con las capas de la estructura; si el eje de la estructura petrolífera

no coincide con el eje estructural visto en superficie; si la falla que produce la

trampa no es visible en superficie. O en otro tipo de trampas; cuando hay

discordancia no visible en la superficie; cuando hay variaciones laterales en la

estratificación o cuando existen arrecifes.

La geología del petróleo es una aplicación especializada de

la Geología que estudia todos los aspectos relacionados con la formación

de yacimientos petrolíferos y su prospección. Entre sus objetivos están la

localización de posibles yacimientos, caracterizar su geometría espacial y la

estimación de sus reservas potenciales.