INSTRUMENTACIN Y EQUIPOS USADOS SSMICA MARINA
GENERALIDADES O CARACTERISTICAS
1. Los trabajos de adquisicin ssmica se hacen de manera similar
a la ssmica terrestre2. Necesitamos la fuente de energa que produce
las ondas smicas3. Necesitamos los hidrfonos, los cuales se
encuentran dentro de un cable impermeable o vaina, los hidrfonos
para transformar la energa acstica en corriente elctrica se
aprovecha de la piezoelectricidad de ciertos cristales o cermicas.
4. Al interior de la vaina se colocan los hidrfonos, los casquillos
y los cables de enlace5. Al interior de la vaina se introduce
kerosn para conseguir flotabilidad nula
REGISTRO MARINO1. Las condiciones de trabajo son diferentes
entre ssmica marina y terrestre2. La ssmica marina se realiza con
un barco especialmente equipado donde viven juntos marineros y
tcnicos del equipo ssmico
LOCALIZACION1. Se escoge el tipo de radio localizacin en relacin
con el estudio geomtrico, costa, distancia, etc.2. Se tiene siempre
el sistema de radionavegacin integrado (microondas)o el receptor
satlite con Doppler (GPS)
CUADRILLAS.
1. CUADRILLA TOPOGRAFICA.- constituido por medios de control
casi todo mecanizado (la mayora de los equipos trabaja con piloto
automtico y sistemas integrados).Funcin: Se plota los planos de
posicin. trabajan con sistema sonar DUPPLER (medida continua de la
velocidad respecto al fondo). La localizacin en el mar se lleva a
cabo sobre la base de sistemas de fascie diferencial (parbolas), o
por medidos de distancia (crculos).
2. CUADRILLA FUENTE.- constituido por personal (su nmero y su
capacidad tcnica es variable)Funcin: es hacer funcionar y mantener
el sistema fuente
3. CUADRILLA DE LABORATORIO.- constituido por operadores
(generalmente 3), tcnicos en prctica (1 a 2), tcnicos electrnicos
(5)Funcin: Sirven para el modo de explotacin continua que se lleva
a cabo el da y la noche el sistema de registro es el streamer
(largo tubo de plstico remolcado por el barco, dentro del cual estn
los hidrfonos. El cable est delineado y rellenado por kerosn que
permite controlar su profundidad de inmersin)(se necesita un winche
para su tendido y recogida)(un tcnico dirige el enrollado y
desenrollado para conseguir un perfecto arrastre del cable)(estn
conectados en un circuito de traza).
Hace ms de un siglo se descubri que las ondas ssmicas producidas
en los hipocentros de los terremotos se propagan por el interior de
la Tierra, reflejndose y refractndose en las discontinuidades
geolgicas que encuentran durante su propagacin.Los registros de las
ondas ssmicas en superficie proporcionan por tanto informacin de
gran valor que histricamente permiti obtener los primeros modelos
sobre la estructura del interior de la Tierra.Los registros de
terremotos en superficie, sin embargo, carecen de la resolucin
necesaria para investigar la estructura a nivel de la corteza
debido tanto a la escasa precisin en la determinacin del tiempo en
el que ste se produjo y su localizacin como a las bajas frecuencias
dominantes en la seal registrada. La alternativa al registro de
sismos naturales son sistemas que utilizan fuentes de energa
artificiales, diseadas para cada tipo concreto de observacin a
semejanza de las sondas batimtricas. Estos sistemas, conocidos
genricamente como ssmicos o de ssmica, son sin duda uno los ms
potentes para la investigacin de las estructuras geolgicas que
forman el subsuelo marino, y son probablemente los ms empleados.El
objetivo de los estudios que utilizan sistemas de adquisicin ssmica
es obtener una representacin de las estructuras que se hallan bajo
el fondo marino mediante el tratamiento, anlisis y modelizacin de
la seal sismo-acstica que se propaga a travs de ellas.
Figura 1. Mtodos de sismica marina: la ssmica reflexin y
lassmica refraccin
Mtodo
El objetivo de los mtodos ssmicos es determinar la estructura y
las propiedades fsicas del subsuelo a varias escalas. Por ello, se
suelen usar fuentes artificiales de energa que permiten
seleccionar, tanto la amplitud de la onda generada, como su
contenido frecuencial y el instante exacto en el que sta se genera.
En estudios de ssmica marina se utilizan fuentes de energa basadas
en la generacin de burbujas de aire a alta presin mediante la
combinacin de caones de aire de distintos volmenes. Se clasifican
segn la naturaleza de la fuente y los receptores y el dispositivo
de adquisicin en ssmica refraccin y ssmica reflexin
INTRUMENTOS Y EQUIPOS SISMICOS
El equipamiento empleado para realizar estudios ssmicos marina
se divide en tres grupos:
fuentes de energa equipos de adquisicin sistemas de
procesado
(Fig. 2), y sistemas de procesado, que permiten tratar,analizar
y representar las seales ssmicas.
Figura 2: Adquisicin simultnea de un perfil de ssmica reflexin
multicanal y de uno de ssmica de refraccin y refraccin de gran
ngulo con sismmetros de fondo ocenico (OBS). En el caso de la
figura un buque se dedica a la realizacin del perfil de ssmica
reflexin y otro buque desplegar y recuperar los OBS.Los sistemas de
adquisicin de ssmica de reflexin vertical estn constituidos por una
fuente (caones de aire) y una ristra de receptores (hidrfonos)
denominada streamer. Tanto el emisor como el receptor son
arrastrados por el barco (Figura 2) a lo largo de los denominados
perfiles ssmicos. En este tipo de sistema la distancia entre fuente
y receptor se mantiene por tanto constante a lo largo del perfil.
Dependiendo de si el streamer est constituido por uno o varios
grupos de hidrfonos los sistemas de ssmica de reflexin vertical se
clasifican en monocanal o multicanal. Dada su geometra de
adquisicin, en este tipo de sistema la incidencia del frente de
ondas es cuasi-vertical (de ah su nombre), de forma que el campo de
ondas registrado por el streamer est constituido primordialmente
por reflexiones que generan las discontinuidades geolgicas
caracterizadas por contrastes abruptos de sus parmetros
elsticos.
a) FUENTES DE ENERGA.- Las fuentes ssmicas se encuentran
situadas unos metros bajo la superficie, tpicamente entre 1-2 m
(ssmica de alta y muy alta resolucin) y 20-30 m (ssmica
convencional de alta penetracin y largo alcance). Esta localizacin
de la fuente bajo el agua produce la oscilacin de la burbuja, as
como la reflexin del tren de ondas en la superficie del agua,
generando lo que se conoce como ghost. La combinacin de todos estos
impulsos constituye el tren de ondas emitido o signatura de la
fuente.
TIPOS DE ENERGA El funcionamiento de cualquier fuente marina
equivale a la trasformacin de una energa potencial de naturaleza
qumica, elctrica, neumtica, termodinmica o mecnica en una energa
ssmica, pero cualquiera que sea la forma original de almacenamiento
de la energa, dicha transformacin pasar en todos por la etapa
intermedia de la energa cintica Cuando se d esta etapa cintica
nacer en un momento preciso un espacio de vaco de agua cuyo volumen
variar rpidamente, generando en su periferia a un frente de fuente
gradiente de presin que a su vez generar las ondas ssmicas. 1.
FUENTES DE ENERGA QUMICA.- son en mayora fuentes explosivas (La
dinamita al inicio de la prospeccin marina fue la nica fuente
utilizada)
El efecto burbuja es tremendo pero se puede remediar fcilmente
ajustando la inmersin (INMERSION es la introduccin de algo en un
liquido) de modo que la burbuja saliera al aire inmediatamente
despus de la explosin.
El Flexo tiro.- al reducir la profundidad de inmersin hay un
inconveniente de disminuir el rendimiento ssmico de la dinamita
El objetivo del flexo tiro es remediar ese inconveniente,
realizando la explosin de pequeas cargas de dinamita (50g) al
interior de una esfera agujereada (sumergida y fijada al barco por
un tubo q permite la introduccin de la carga) Implosiones.- Los
agujeros permiten la expulsin del agua y la burbuja cuya expansin
mxima corresponde al tamao de la esfera, queda as frenada,
resultando rpidamente amortiguado el fenmeno de vuelta del efecto
burbuja
2. FUENTES DE ENERGA ELCTRICAS (ELECTRODOS).- Sparkers.- Son
condensadores sumergidos y cargados a millares de voltios que
destellan entre dos electrodos, generndose una burbuja de
vaporizacin, Tienen una buena resolucin.
La potencia y el poder de investigacin son los puntos dbiles de
las fuentes elctricas para las cuales la multiplicacin ser casi
imprescindible.
3. FUENTES NEUMTICAS Airgun (compresor) Can de Aire.- Se basa en
la norma de expansin y contractibilidad de una masa de aire bajo
presin (q se escapa repentinamente en el agua). La norma del aire
comprimido y expansivo hace que este tipo de fuente sea sensible al
efecto burbuja, el encendido corresponde a la entrada de presin
adicional.
El Simpln (Can de agua).- un can de aire clsico para mover a
fondo un pistn en un cilindro, en cuya extremidad un tope lo para
instantneamente, tiene buena resolucin y gran potencia (similar a
los caones de aire)
El Vaporchoc.- Consiste en que una burbuja de vapor que es
colapsada (paralizada) en el agua del mar. La presin es ligeramente
superior a la presin hidrosttica
4. FUENTES TERMODINMICAS.- Tiene una buena potencia de energa,
Se genera burbuja de alta P en el agua, se controla la calidad de
aire (para generar un espectro de frecuencia deseable), se utiliza
ssmica marina 2D (para levantamientos regionales), en
levantamientos marinos 3D sirve para la interpretar y definir el
tamao del yacimiento y detalles estratigrficos Caones de Gas.-. Se
utiliza propano (C3) y oxgeno (O2) remoldados en caones detrs del
buque para proceder (o formar) la onda de choque. Un sistema
automtico procede a la expulsin de los gases quemados al aire
libre, la cual remedia el efecto burbuja El Aquapulse o Sleeve
Exploder.- La cmara de explosin est alargada por una caja metlica
con rejas, ella misma envuelta por una membrana cilndrica de Goma
que acta como un diafragma. Al retraerse la membrana se para contra
la caja lo que contribuye a eliminar el efecto burbuja. El
Fairflex.- Es una miniaturizacin del aquapulse realizada con el
objetivo de mejorar su poder resolutivo. Este si permite eliminar
el efecto burbuja
5. FUENTES DE ENERGA MECNICA.- la energa potencial procede de un
proceso mecnico El Flexichoc.- Es una fuente implosiva, suministra
una buena firma, muy impulsional con un buen poder resolutivo e
ignora el efecto burbuja. (consiste en hinchar lentamente una
burbuja, cuajar su envolvente bloquendola, vacindola a su vez de su
contenido de gases y consiguindose su contraccin brutal tras
suprimir el cerrojo)
Transductores piezoelctricos.- Mediante el efecto piezoelctrico
directo a travs de una fuerza externa se logra un desplazamiento de
cargas lo que induce una corriente de desplazamiento y sta un campo
elctrico. ste es el fundamento de, por ejemplo, losmicrfonos
piezoelctricos. Mientras que losaltavoces piezoelctricosaprovechan
el efecto piezoelctrico inverso, mediante el cual a travs de un
campo elctrico (DDP externo) se produce una deformacin mecnica, que
convenientemente aprovechada, puede llegar a emitir sonidos.Los
aparatos que deben su funcionamiento al proceso de transduccin
piezoelctrica, como losacelermetros,mandos a distanciapor
ultrasonidos, ciertossistemas sonary muchos ms aparte de los
mencionados anteriormente
Figura: Transductor piezoelctricoFigura: Acelermetro
piezoelctrico
b) EQUIPOS DE ADQUISICIN: En cualquier registro smico se
encuentra el eco acstico procedente del suelo y subsuelo marino
mezclado con ruido ambiente, de forma que en muchos casos no es
posible observar las seales correspondientes a reflexiones de baja
amplitud.
Entre ellos tenemos:
Los OBS.- son estaciones ssmicas de fondo ocenico cuyo sistema
de registro es completamente autnomo. Est dotado de un hidrfono y
un gefono que registran las vibraciones de la columna de agua y los
suelos ocenicos generados por fuentes artificiales (tiros de
sismica) o naturales (sismos). Contienen bateras que les permiten
registrar en continuo durante un perodo determinado de tiempo a
grandes profundidades (hasta 7000 m).
Hidrfono.- Un hidrfono es un transductor de sonido a
electricidad para ser usado en agua o en otro lquido, de forma
anloga al uso de un micrfono en el aire. Un hidrfono tambin se
puede emplear como emisor, pero no todos los hidrfonos tienen esta
capacidad.
Figura Hidrfono
Los hidrfonos son una parte importante del sonar usado para
detectar submarinos tanto por barcos de superficie como por otros
submarinos.
Los principales tipos son:
Hidrfonos direccionales.Un nico transductor cermico y cilndrico
puede conseguir una recepcin omnidireccional casi perfecta. Los
hidrfonos direccionales mejoran la sensibilidad en una direccin
usando bsicamente dos tcnicas:
Reflector Este mtodo usa un nico elemento transductor con un
disco o un reflector acstico de forma cnica para enfocar
adicionalmente las seales. Este tipo de hidrfono se puede fabricar
a partir de hidrfonos omnidireccionales de bajo coste, pero se debe
usar de forma estacionaria, puesto que el reflector impide su
movimiento a travs del agua.
Matrices Varios hidrfonos se pueden montar en una agrupacin de
modo que puedan sumar las seales en una direccin mientras que se
cancelen en otras.
Figura Barco de Prospeccin Ssmica Marina
GEOFONO.- Los gefonos son transductores de desplazamiento,
velocidad o aceleracin que convierten el movimiento del suelo en
una seal elctrica. Casi todos los gefonos empleados para la
prospeccin ssmica en la superficie terrestre son del tipo
electromagntico. El gefono es en realidad un sismgrafo vertical
para la captacin de ondas ssmicas producidas artificialmente y
reflejadas.
Figura Gefono electromagntico
Los principales tipos son:
Gefonos electromagnticos.-Un gefono electromagntico es un
transductor de velocidad. El mismo consiste en una bobina
suspendida de un sistema de resortes que se mueve en un campo
magntico generado por un imn permanente.
Gefonos capacitivos.- Tambin es posible construir gefonos que
trabajen con transductores capacitivos. Estos transductores
proporcionan una seal proporcional al desplazamiento de la masa. Se
puede construir un transductor capacitivo elemental con dos placas
paralelas alimentadas con una tensin alterna opuesta y una tercer
placa, solidaria a la masa mvil, situada entre ellas.
Gefonos piezoelctricos.-Los gefonos piezoelctricos son
transductores de aceleracin. En este tipo de gefonos la masa del
sistema descansa sobre un conjunto de placas hechas de algn
material piezoelctrico sensible a la presin tal como el cuarzo o la
turmalina. Una aceleracin del suelo hacia arriba aumentar el peso
aparente de la masa y en consecuencia subir la presin que acta en
los cristales piezoelctricos. Una aceleracin del suelo hacia abajo
disminuir el peso aparente de la masa y en consecuencia la presin
ejercida sobre las placas. La variacin de la presin induce
variaciones de voltaje entre los extremos de las placas.
c) SISTEMAS DE PROCESADO.- que permiten tratar, analizar y
representar las seales ssmicas. Tenemos al sismgrafo:
Sismmetro Sismgrafo: El sismmetro o sismgrafo es un instrumento
creado por John Milne para medir terremotos para la sismologa o
pequeos temblores provocados, en el caso de la sismologa de
exploracin. Este aparato, en sus inicios, consista en un pndulo que
por su masa permaneca inmvil debido a la inercia, mientras todo a
su alrededor se mova; dicho pndulo llevaba un punzn que iba
escribiendo sobre un rodillo de papel pautado en tiempo, de modo
que al empezar la vibracin se registraba el movimiento en el papel,
constituyendo esta representacin grfica el denominado
sismograma.Los sismmetros que son usados en la Sismologa de
exploracin tienen nombres segn el medio en que se usan, el caso de
los usados en Tierra son llamados gefonos y los usados en agua, son
hidrfonos. Existen tambin los sismmetros de fondo ocenico.
Sismgrafo quinemtrico del Departamento del Interior de Estados
Unidos.
Sismgrafo moderno.-Permite operar con 12 o 24 canales en alta
resolucin, el sismgrafo aumenta la seal para investigaciones en
profundidades someras de refraccin y reflexin, gracias a su
arquitectura flexible puede extender su operacin por mdulos. Es
totalmente porttil ya que se conecta a una laptop y fcilmente se
opera desde el software grfico RAS, que funciona en ambiente
Windows. Proporciona el control completo y la representacin grfica
de cada grabacin, se pueden guardar los datos de la forma SEG-2 y
SEG-D. El RAS-24 hace minuciosas pruebas para asegurar el ptimo
funcionamiento del sistema y para que los datos se estn registrando
de manera correcta, de esta manera se pueden identificar fcilmente
problemas del tendido o del gefono, antes de que puedan afectar los
datos. Los resultados de la prueba se exhiben grficamente y se
registran automticamente al disco duro.
CABLE MARINO
El conjunto de cable marino (24 a 240) trazas queda equilibrado
ajustndose la cantidad de kerosn en cada elemento. Los captores de
profundidad esparcidos a lo largo del cable permiten visualizar la
geometra del mismo sobre una pantalla colocada en la sala de
registro El cable marino es tpicamente de 2400m (11/4millas) de
largo, para objetivos muy profundos puede ser de 3600m
(21/4millas).El cable marino es fabricado en secciones de 50, 25,
12.5 metros de largo (164, 82, 41ft) El cable marino es una
distribucin de arreglos de gefonos mas los cables necesarios para
llevar la seal capturada en hidrfonos hasta el buque. La seal es
trasmitida desde el agua al hidrfono a travs de la vaina y del
kerosn.
Figura Cable Ssmico Enrollado en Riel
ELEMENTOS DEL CABLE MARINO
Cable de traccin (lead in cable) Elementos neutros (dead
section) Elementos amortiguadores (stretch section) Elementos
activos (active section) Elemento de cola
ELEMENTOS DE TRACCIN (CABLE). Es un elemento de peso cuya
finalidad es la sumergir el cable marino, su longitud vara segn sus
cables marinos de 100 a 200m.
ELEMENTOS NEUTROS.Son elementos que sirven de prolongadora y que
se usan para alejar las trazas cercanas al barco. Su longitud va de
25 a 50m.
ELEMENTOS DE PESO.Son elementos que sirven para asegurar la
inmersin del cable marino, se colocan en la cabeza del cable pesas
de bronce de 30, 50, o 75kg con una longitud de 5 a 10m.
ELEMENTOS AMORTIGUADORES. Su longitud es de 50m. Son elementos
cuyas dos extremidades estn equipadas por conectores, estos
elementos se interponen entre el barco y la cabeza del cable, as
mismo entre la boya de cola y el ltimo elemento activo, con el
propsito de desacoplar el cable marino y de atenuar cualquier ruido
y todas las vibraciones procedentes del barco.
ELEMENTOS ACTIVOS.Los hidrfonos se encuentran colocados al
interior de los elementos activos (cada 75 cm).
ELEMENTOS DE COLA. Consta de una boya de cola, de una seccin
amortiguadora de cuerda de nylon (y algunas veces de un ncora
flotante).BOYA DE COLA.- Tiene una forma aerodinmica y lleva un
reflector radar, permite q consiga la desviacin del cable en forma
aproximada tras mediciones repetidas con el radar a bordo.
LOS ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS DEL CABLE MARINO Water-breaks
(rompedores de agua) Sistemas de mando y medidas de profundidad
Sistemas de localizacin del cable sea las brjulas Sistemas precisos
de posicionamiento del cable Sistemas de acoplamiento
cable-laboratorio
WATER BREAK Es un hidrfono sobre el cable marino el cual permite
el control de la distancia fuente-traza
SISTEMAS DE MANDO DE PROFUNDIDAD DEL CABLE MARINO Estos sistemas
son automticos. Permiten bajar o subir el cable actuando sobre cada
uno de los aparatos de control, o sobre todos a la vez Estos
aparatos de control se llaman birds Se fijan sobre el cable marino
repartiendo de 6 a 12 unidades por cable, tienen una forma alargada
como paces y llevan aletas cuyos cambios de inclinacin obligan al
cable a sumergirse o a subir La forma aerodinmica del bird permite
reducir los ruidos de turbulencia
SISTEMAS DE MEDICIN DE LA PROFUNDIDAD DEL CABLE A lo largo del
cable se colocan los captadores de profundidad para conocimiento de
la profundidad del mismo.
DISPOSITIVO DE EVALUACIN DE LA POSICIN DEL CABLE MARINO Permite
evaluar de manera continua los ngulos de curva y de cabeza de la
parte del cable marino vecino al barco.
COMPASES DEL CABLE MARINO Sirven para mejorar la geometra
horizontal del cable, se interponen de 6 a 10 compases o brjulas a
lo largo del cable
Prakia ha desarrollado un procedimiento con dos sistemas
independientes de posicionamiento de cable marino El sistema
incluye los conjuntos siguientes: Girocomps.- Dos sistemas
independientes de posicionamiento del cable Brjulas magnticas
colocadas a lo largo del cable Referencia de Azimut Bsqueda manual
de orientacin Sistema de medida del ngulo de salida del cable
Sistema de medida de la longitud de la seccin amortiguadora Sistema
de clculo en tiempo y control de calidad
CABLES MARINOS MULTIPLEXADOS. Cuando se necesita alta resolucin
las trazas (arreglos de hidrfonos) tienen q ser cortas
(especialmente las lejanas).La solucin es el cable marino
(streamer) multiplexado que consta de 20 elementos o mdulos
independientes, cada uno con 4 o 12 trazas cortas (intervalos de 6
a 15 m).Cada mdulo es en s mismo un sistema de adquisicin
digitalizacin y transmisin (serial de los bits por su cable
coaxial).Entonces el equipo de registro recibe una serie de datos
multiplexados, detecta y corrige los errores, de multiplexa los
canales y calcula la composicin de trazas para los arreglos que el
operador desea.