Exploración Sísmica Pasiva
La tecnología geofísica moderna permite obtener imágenes del subsuelo a partir de la grabación y procesamiento del ruido sísmico ambiental. Es decir, permite obtener imágenes sísmicas sin necesidad de usar ninguna fuente activa. Esta valiosa técnica conocida como «sísmica pasiva» es una opción costo-eficiente para explorar el subsuelo a profundidades desde varios cientos de metros hasta varios kilómetros. Subsuelo3D cuenta con las capacidades técnicas para ejecutar proyectos de exploración sísmica pasiva en Colombia, en las fases de diseño, registro de campo, procesamiento e interpretación.
¿Para qué sirve?
La exploración sísmica pasiva permite construir imágenes del subsuelo usando el ruido sísmico ambiental. En particular, estas técnicas permiten generar dos tipos de imágenes de la estructura geológica del subsuelo: Imágenes de estructura de velocidad de ondas de cizalla u «ondas S», e imágenes de reflectividad de ondas primarias u «ondas P». Las aplicaciones de las imágenes obtenidas con sísmica pasiva son numerosas. Desde exploración minera, exploración geotérmica, caracterización hidrogeológica, hasta cartografía de fallas activas. Dada su excelente relación costo/beneficio, estas técnicas son ideales para desarrollar programas de monitoreo en proyectos de geotermia, captura y almacenamiento de CO2, estabilidad de taludes, etc.
Arriba: Resultados típicos de estructura de velocidad de ondas S. Abajo: Resultados de estructura de reflectividad de ondas P obtenidos en la calle 78 de Bogotá, entre carreras 7 y 13.
Estructura de velocidad de ondas S
La idea seminal que dio origen a la técnica para determinar la velocidad de ondas S a partir de ruido sísmico (referida frecuentemente como el método «SPAC») fue planteada por Keiiti Aki en 1957. Su trabajo demostró que es posible estimar la velocidad de fase de las ondas Rayleigh a partir de la autocorrelación espacial del ruido ambiental, y con estos resultados estimar la velocidad de ondas S a diferentes profundidades. Usó datos de microtremores registrados durante cuatro noches consecutivas en Tokio, Japón, logrando profundidades de investigación de hasta 6 metros. Años más tarde en el 2004, Nikolai Shapiro y Michel Campillo expandieron la técnica para ser usada a escala cortical. Ellos encontraron que al hacer correlaciones cruzadas de ruido registrado durante varios días entre pares de geófonos verticales separados cientos o incluso miles de kilómetros, emergían ondas superficiales tipo Rayleigh en modo fundamental. La cercana relación que existe entre la velocidad de las ondas Rayleigh y la velocidad de las ondas S es la clave para convertir el ruido sísmico ambiental en imágenes de estructura de velocidad de ondas S. El trabajo de Sjoerd de Ridder resumido en el siguiente vídeo es un excelente ejemplo moderno del uso de la técnica para monitoreo sísmico pasivo aplicado a datos marinos (cortesía de EAGE).
Subsuelo3D cuenta con sismógrafos nodales y cableados para ejecutar proyectos de exploración sísmica pasiva en Colombia. En particular los sistemas nodales, gracias a su autonomía y sincronización satelital, permiten diseñar programas de adquisición con cualquier geometría en superficie. Diseños en líneas, grillas, geometrías irregulares, etc. son posibles con sistemas nodales, con separaciones entre nodos virtualmente ilimitadas.
Estructura de reflectividad de ondas P
El ruido sísmico ambiental generado por temblores naturales o terremotos puede ser usado para obtener imágenes del subsuelo tipo reflexión sísmica. La idea seminal de la técnica fue concebida por Jon Claerbout en 1968, quien hoy en día la describe como el descubrimiento más sorprendente de su vida. «Los retardos positivos de la autocorrelación del sismograma de un terremoto son un sismograma de reflexión» según Claerbout. Es decir, mediante la autocorrelación del sismograma de un terremoto se obtiene el sismograma que resultaría de hacer reflexión sísmica activa en superficie con fuente impulsiva. En el siguiente vídeo, cortesía del Stanford Earth Imaging Project, J. Claerbout introduce y explica la base geofísica de su valioso descubrimiento.
Para explorar el subsuelo con el ruido sísmico producido por temblores naturales se requieren algunas condiciones. La primera de ellas es que existan suficientes temblores durante el tiempo de escucha, es decir, que durante nuestra fase de registro de campo se generen varios temblores que sean detectables con nuestros sismógrafos. En un país sísmicamente activo como Colombia, a diario se detectan decenas de temblores de diversas magnitudes. Ver los detalles de la sismicidad natural en Colombia de los últimos 5 días aquí, según el Servicio Geológico Colombiano.
La siguiente figura, producida por Subsuelo3D con algoritmos modernos de procesamiento inspirados en Claerbout (1968), demuestra la repetibilidad de esta técnica. Los resultados mostrados fueron obtenidos a partir de varias horas de ruido sísmico ambiental registrado en el municipio de Los Santos, Santander, justo sobre el Nido de Bucaramanga. El eje vertical representa el tiempo de viaje calculado, en milisegundos. Cada una de las 230 trazas es el «sismograma de reflexión» (sensu Claerbout) obtenido con ruido sísmico generado espontáneamente en el Nido. Es evidente que los reflectores principales se mantienen constantes de izquierda a derecha, es decir, son bien resueltos por la técnica durante casi todo el tiempo de escucha. Algunas trazas antes y después de la traza 200 son una excepción, y corresponden al tiempo en el que una máquina trilladora de café fue operada cerca de nuestro sismógrafo.
¿Y cómo se hace la exploración sísmica pasiva en Colombia?
Un proyecto exitoso de sísmica pasiva requiere una combinación de esfuerzos que comienzan en la fase de diseño del programa de adquisición. Los principales resultados de esta fase son la geometría en superficie, el tiempo de escucha y una valoración preliminar de la calidad (frecuencia, intensidad, persistencia) del ruido ambiental en la zona de interés. Los sismógrafos nodales, tales como el sistema Quick de Subsuelo3D, son ideales para este tipo de estudios pues permiten la autonomía y sincronización requeridos para estudios de sísmica pasiva.
Dado que la calidad del ruido sísmico ambiental es poco predecible, Subsuelo3D frecuentemente recomienda a sus clientes la ejecución de una fase piloto que permita reducir la incertidumbre antes del despliegue de una campaña grande de adquisición. Contáctenos hoy a [email protected] para dialogar con nuestros geofísicos sobre cómo lograr un proyecto exitoso de exploración sísmica pasiva en Colombia.