ESTRATIGRAFESTRATIGRAFÍÍA A DEL SUBSUELODEL SUBSUELO

Tema 12Tema 12EstratigrafEstratigrafíía del subsueloa del subsuelo

Tema 12ESTRATIGRAFÍA DEL SUBSUELO

La estratigrafía del subsuelo necesita de los conocimientos adquiridos en otras asignaturas:

ESTRATIGRAFÍA (2º CURSO)

MEDIOS SEDIMENTARIOS

(3er CURSO) ESTRATIGRAFESTRATIGRAFÍÍA A DEL SUBSUELODEL SUBSUELO

(MASTER)(MASTER)

++ GEOFÍSICA (2º CURSO)

++

Tema 12Tema 12

•• IntroducciIntroduccióónn

•• SSíísmica de reflexismica de reflexióón n

•• Perfiles sPerfiles síísmicos.smicos.

•• Facies sFacies síísmicas.smicas.

•• DiagrafDiagrafííasas de pozosde pozos

(1)(1)

(2)(2)(2)(2)

(3)(3)

La estratigrafía del subsuelo se basa en la interpretación de las secciones o perfiles sísmicos (1), en el estudio de los testigos obtenidos a partir de sondeos mecánicos (2) y en la interpretación de las diagrafías obtenidas en los pozos (3).

Su objetivo final es la búsqueda de agua subterránea, yacimientos minerales, petróleo, gas y almacenes.

British Columbia

La deforestación se ha realizado para que pasen los camiones del equipoObtención de

una sección sísmica

La investigación se realiza a lo largo de líneas trazadas sobre el terreno cuya longitud y orientación depende de la finalidad del trabajo y de la estructura geológica.

Tema 12Tema 12•• IntroducciIntroduccióónn

•• SSíísmica de reflexismica de reflexióón n

•• Perfiles sPerfiles síísmicos.smicos.

•• Facies sFacies síísmicas.smicas.

•• Sondeos mecSondeos mecáánicos y nicos y diagrafdiagrafííasas de pozosde pozos

SSíísmica de reflexismica de reflexióónn

Consiste en la emisión, recepción y registro de ondas acústicas con frecuencia y amplitud ajustadas a la penetración y a la resolución que se desee obtener.

Los registros se obtienen bajo diferentes formatos (gráfico, magnético y digital) que después de distintos procesados proporcionan información acerca de las propiedades físicas y la estructura (o geometría) de los materiales del subsuelo.

Las ondas acústicas se generan a partir de una explosión o de la caída de un peso (golpe) sobre la superficie del terreno. Las ondas son reflejadas o refractadas en las interfases entre materiales de diferentes densidades, siguiendo exactamente las mismas leyes que gobiernan la refracción y reflexión de la luz a través de prismas.

Rayo reflejado

Rayo incidente

Rayo refractado

En el subsuelo las ondas acústicas forman frentes de ondas semejantes a las que se forman en la superficie del agua al tirar una piedra.

Rayos y ondas sísmicas

Fuente de energFuente de energííaaUn frente de ondas conecta todos los puntos que comparten el movimiento para un tiempo dado

Un rayo comienza en la fuente y es perpendicular al frente de ondas

Los procedimientos para producir energía sísmica (ondas acústicas) dependerán de la profundidad a la que se quiere explorar y de si se realizan en tierra o en el mar.

Vibroseis o vibrador. Estos vehículos tienen vibradores para producir energía sísmica. Ocasionalmente se usa dinamita

+ profundidad

a martillazos

En tierra

La obtención de secciones de sísmica de reflexión en el mar se efectúa desde buques en movimiento. Ello representa una enorme ventaja respecto al trabajo en tierra puesto que la fuente, los hidrófonos y las unidades de registro se desplazan solidariamente con el buque.

Visualización en el barco y a tiempo real de los datos obtenidos a partir de sísmica de reflexión.

En el mar

Las ondas que se producen se recogen en geófonos(geophones) que se clavan al suelo o en hidrófonos.

Durante un reconocimiento sísmico, un cable con geófonos, dispuestos a intervalos regulares, se extiende sobre el suelo o se remolca detrás de un barco (hidrófonos). La fuente se mueve a lo largo del trazado previsto y genera ondas a intervalos regulares de forma que puntos del subsuelo, como el P, son muestreados más de una vez por rayos que inciden con diferentes ángulos.

Las ondas reflejadas se registran en sismogramas como los que reflejan las vibraciones del terreno (ondas sísmicas) producidas por los terremotos.

R 1 2 3R R

Geófono 1

Geófono 2

Geófono 3

T1 T2 T3 T4

T´1 T´2 T´3 T´4

T''1 T''2 T''3 T''4

0Sismogramas

Sismogramas de ondas reflejadas

SismSismóógrafosgrafos

Sismograma de un terremoto en Indonesia

Reflexión del nivel A

Reflexión del nivel B

Zona de alteración

Sismogramaidealizado

Geófonos

A

B

La impedancia acústica es la resistencia que opone un medio a la propagación de la ondas. Cuanto mayor sea el contraste de impedancia acústica (ZZ) entre dos medios mayor será la amplitud de la reflexión que se produzca en la superficie que los separa.

Z = densidad de la roca Z = densidad de la roca xx la velocidad del sonidola velocidad del sonido

R 1 2 3R R

Geófono 1

Geófono 2

Geófono 3

T1 T2 T3 T4

T´1 T´2 T´3 T´4

T''1 T''2 T''3 T''4

0

La amplitud de una reflexión es una medida de la fuerza del movimiento del terreno, mostrada por la desviación de una señal sísmica.

A

B

C

D

R 1

2R

3R

Obtención de una sección sísmica

Lutitas

Calizas

Lutitas

Areniscas

En el primero de los geófonos (G1) se obtiene un sismograma en el que se mide la intensidad (amplitud de la onda) en función del tiempo. La primera onda registrada es la que llega directamente desde el punto de explosión, que lo hace con una diferencia de tiempo T1 con respecto al origen (momento de la explosión), y que es directamente proporcional a la distancia entre los puntos 0 y G1 e inversamente proporcional a la velocidad de propagación en el material A. La segunda onda registrada es la reflejada en la superficie R1 que llega con una diferencia de tiempo T2 directamente proporcional al espesor de la unidad A e inversamente proporcional a la velocidad de propagación en el material A y así sucesivamente para R2 y R3.

R1 2 3R R

Geófono 1

Geófono 2

Geófono 3

T1 T2 T3 T4

T́ 1 T́ 2 T́ 3 T́ 4

T''1 T''2 T''3 T''4

0Sismogramas

G1 G2 G30

A

B

C

D

R 1

2R

3R

Obtención de una sección sísmica

Lutitas

Calizas

Lutitas

Areniscas R1 2 3R R

Geófono 1

Geófono 2

Geófono 3

T1 T2 T3 T4

T́ 1 T́ 2 T́ 3 T́ 4

T''1 T''2 T''3 T''4

0Sismogramas

G1 G2 G30

En los geófonos más distantes (G2, G3, etc.) se recibirán todas las ondas anteriores con un cierto retraso debido a la mayor distancia. Analizando las diferencias de tiempo también se puede medir la inclinación de las superficies reflectantes.

Todos los datos de los geófonos son recogidos en el ‘camión laboratorio’ (a la derecha) y se gravan en cintas magnéticas. Los datos de estas cintas son posteriormente procesados con un tratamiento informático complejo que nos va a suministrar el perfil sísmico. En la actualidad se dispone de programas de procesado interactivo que permiten la visualización a tiempo real de los efectos de los distintos tratamientos (filtrado, apilamiento, desconvolución, migración, etc.) sobre los datos registrados en la cinta magnética.

Amplitud Continuidad

baja alta

alta baja

alta alta

baja alta

Después del procesado, los reflectores se visualizan en las secciones sísmicas como líneas de diferente grosor, dependiendo del contraste en la impedancia acústica de las rocas por encima y por debajo de la interfase, y con diferente continuidad, que depende de la continuidad lateral de las interfases de reflexión.

También existen diferencias en la frecuencia

Muchas reflexiones

Pocas reflexiones

Tema 12Tema 12•• IntroducciIntroduccióónn

•• SSíísmica de reflexismica de reflexióón n

•• Perfiles sPerfiles síísmicos.smicos.

•• Facies sFacies síísmicas.smicas.

•• Sondeos mecSondeos mecáánicos y nicos y diagrafdiagrafííasas de pozosde pozos

Los perfiles sísmicos nos muestran superficies en las que se reflejan las ondas. Estas superficies se llaman reflectores.

Reflectores sísmicos

Un reflector sísmico se interpreta como una isocrona salvo cuando representa una discordancia. Se consideran elementos para las correlacionescronoestratigráficas. La inclinación, continuidad, geometría y truncación de los reflectores permite inferir la superposición, topografía deposicional, erosión, hiatos y otros aspectos estratigráficos. Un reflector representa una superficie de estratificación, una discordancia o un contacto entre fluídos.

Las profundidades de los reflectores se obtienen midiendo automáticamente los tiempos empleados por las ondas en su camino de ida y vueltaida y vuelta desde el momento de la emisión inicial hasta la recepción y registro finales de las ondas reflejadas en ellas. Los perfiles de sísmica de reflexión tienen una escala vertical en tiempos, la cual solamente puede ser transformada en distancias o espesores si se conocen debidamente las velocidades de propagación de las ondas en los distintos materiales atravesados. Sin embargo se pueden cometer errores de hasta un 20%.

La escala vertical está exagerada varias veces con respecto a la horizontal. Esto es así porque las secciones se convertirían en documento excesivamente largos e inmanejables.

A

B

C

D

R 1

2R

3R

G1 G2 G30

La exageración de la escala vertical conlleva una distorsión más o menos grande de las geometrías reales de los reflectores, magnificándose las relaciones angulares de los mismos. Ello, lejos de representar un problema para la investigación, es de gran ayuda para detectar acuñamientos y discordancias de bajo ángulo.

Las geometrías reales deben ser restituidas a posteriori a partir del conocimiento de las velocidades de propagación de las ondas en los niveles del subsuelo

Tema 12Tema 12•• IntroducciIntroduccióónn

•• SSíísmica de reflexismica de reflexióón n

•• Perfiles sPerfiles síísmicos.smicos.

•• Facies sFacies síísmicas.smicas.

•• Sondeos mecSondeos mecáánicos y nicos y diagrafdiagrafííasas de pozosde pozos

Concepto de facies sísmicasUna facies sísmica es una unidad 3D compuesta de reflectores sísmicos cuyos parámetros de reflexión, tales como configuración, amplitud, frecuencia, continuidad e intervalo de velocidad, difieren de los parámetros de las unidades de facies adyacentes.

AA

BBCC

A y B tienen la misma facies sísmica, que es distinta de la de C

Se reconocen algunos tipos de “facies sísmicas”caracterizadas por la geometría de conjuntos de reflectores:

Dis

cont

inua

sCo

ntin

uas

Caótica

Acreción lateral

Canal con leveesHA alta amplitud

LA baja amplitud

C continua

SC discontinua

M con montículos

Facies continuas

Por ejemplo:

La continuidad lateral es propia de los sedimentos de plataforma. Los reflectores reflejan cambios litológicos verticales como alternancias de calizas y lutitas.

Suiza

Facies continuas con reflectores divergentes

Indican una subsidencia diferencial (1) y/o movimiento de fallas sin-sedimentarias (2).

(2) Por ejemplo una falla lístrica

TIPOSOtras facies continuas son las progradacionales o clinoformes

Sigmoidal

Sigmoidal oblicua

tangencial

paralela

¿Existe alguna similitud entre la foto y la sección sísmica?

Facies paralelas discontinuas

Por ejemplo la migración lateral de los ambientes de un frente deltaico produce cambios en la posición lateral de cuerpos de arenisca y lutitas que afectan a la continuidad lateral de los reflectores.

12 3

En la interpretación de las facies sísmicas nos ayuda la relación espacial entre ellas. Por ejemplo las facies 1, 2 y 3 forman una secuencia progradante.

Facies con montículos

Los montículos detectados entre facies de plataforma generalmente son construcciones biogénicas de carbonatos.

También generan montículos los deslizamientos submarinos

Deslizamiento submarino

Facies de canal con levees

Es una geometría típica del relleno de los canales de los abanicos submarinos profundos

Canales de abanicos submarinos profundos en una sección sísmica

Sección sísmica

Interpretación

Facies caótica

Son diapiros

Diapiros

Modelo mostrando el desarrollo de un diapiro en sección con el paso del tiempo. Acaban teniendo forma de ‘champiñón’. El proceso se llama halocinesis.Irán

Diapiro

Son intrusiones de rocas evaporíticas (sales, anhidrita, yeso) sometidas a presión. Estas rocas son dúctiles y menos densas que otras rocas sedimentarias y si encuentran un punto débil comienzan a ascender, deformando y atravesando las capas sedimentarias suprayacentes. Si llegan a la superficie se extienden como la lava de un volcán.

Cuáles son las diferencias entre una sección sísmica y un corte geológico

Tema 12Tema 12•• IntroducciIntroduccióónn

•• SSíísmica de reflexismica de reflexióón n

•• Perfiles sPerfiles síísmicos.smicos.

•• Facies sFacies síísmicas.smicas.

•• Sondeos mecSondeos mecáánicos y nicos y diagrafdiagrafííasas de pozosde pozos

SONDEOS SONDEOS MECMECÁÁNICOSNICOS

Un sondeo mecánico es un orificio vertical hecho desde la superficie de la tierra que permite acceder y muestrear los materiales del subsuelo

SONDEOS MECSONDEOS MECÁÁNICOSNICOS

Cuando se perfora con corona de diamantes se obtienen testigos cilíndricos sobre los que se pueden hacer muchas observaciones (incluídaslas estructuras sedimentarias) y realizar muestreos.

Diamond drill Rig

Cuando los sondeos son profundos sólo se obtienen ripios o drillcuttings (material sólido fragmentado) de las rocas del subsuelo

DIAGRAFDIAGRAFÍÍAS DE POZOSAS DE POZOS ((wellwell logslogs o o wirelinewireline wellwell logslogs))

Diagrafías

Las diagrafías son un registro continuo de las variaciones de una propiedad física de las rocas atravesadas por un sondeo: conductividad o resistividad al paso de una corriente electrica, velocidad de propagación de ondas sonoras, radioactividad, etc.

Para ello se introduce hasta el fondo del sondeo una sonda o equipo de medida conectado a la superficie mediante un cable y se realizan mediciones continuas de una propiedad física a medida que asciende.

Sonda

Los métodos que proporcionan criterios para la interpretación de las diagrafías se llaman rutina horizontal y rutina vertical

Introduciendo una sonda

TIPOS DE DIAGRAFTIPOS DE DIAGRAFÍÍASAS

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN: Se obtienen muchos tipos de diagrafías. A modo de ejemplo se explican brevemente las de rayos gamma, potencial espontáneo y resistividad.

RAYOS GAMMA (RG)RAYOS GAMMA (RG):

Miden la radioactividad. Las arcillas contienen elementos radioactivos y emiten muchos rayos gamma. Por el contrario las arenas limpias emiten pocos rayos gamma.

POTENCIAL ESPONTPOTENCIAL ESPONTÁÁNEO (SP)NEO (SP):

Indica la permeabilidad de las rocas midiendo la cantidad de corriente eléctrica generada por la diferencia de potencial entre el fluido de perforación y el agua contenida en los poros de la roca.

RESISTIVIDADRESISTIVIDAD:

Determinan qué tipos de fluidos están presentes en las rocas de un almacén midiendo cómo son de efectivos para conducir la electricidad. El agua dulce y el petróleo son pobres conductores de la electricidad y tienen resistividades altas. En contraste las aguas de formación salinas son buenas conductoras.

A continuación viene un ejemplo de diagrafía de rayos gamma

Diagrafía de rayos gamma.Miden la radioactividad. Las arcillas contienen elementos radioactivos y emiten muchos rayos gamma. Por el contrario las arenas limpias emiten pocos rayos gamma.

Ripios de calizas y lutitas

Ripios de areniscas, conglomerados y lutitas

VAMOS A INTERPRETAR ESTA VAMOS A INTERPRETAR ESTA DIAGRAFDIAGRAFÍÍA PROPONIENDO A PROPONIENDO UNA COLUMNA LITOLUNA COLUMNA LITOLÓÓGICAGICA

Más radiación

¿Lutitas?

¿Areniscas?

Columna litológica

Caliza margosa

Areniscas y conglomerados

Lutitas

DIAPOSITIVA ANTERIOR

DiagrafDiagrafííasas de RG e interpretacide RG e interpretacióón n de los ambientes de los ambientes deposicionalesdeposicionales

Respuesta en las Respuesta en las diagrafdiagrafííasasde RG a las variaciones en el de RG a las variaciones en el tamatamañño de granoo de grano

BibliografBibliografííaa