La prospección sísmica pasiva favorece el buen diseño de la cantera para la eficiencia en su funcionamiento gracias a que ayuda a obtener un modelo de suelo de forma fiable a partir de su calidad, volumen y acercamiento a una óptima distribución espacial de los recursos y los residuos.
La mayoría de los modelos del terreno se basan en sondeos, a veces con un control adicional en 2D o 3D proporcionado por estudios geofísicos tradicionales como: la microgravedad, resistividad y la sísmica activa. Sin embargo, por razones logísticas y económicas, no siempre son opciones prácticas para la investigación de lugares.
En este artículo presentamos la prospección sísmica pasiva como una alternativa rápida y versátil de imágenes del subsuelo, utilizando como ejemplo el área de la zona de ampliación de la fase 2 de Aggregate de la cantera Bardon Hill de Aggregate Industries UK Ltd en Charnwood Forest, Leicestershire.
¿Qué es la prospección sísmica pasiva?
En la prospección sísmica pasiva se registra la vibración ambiental en sitio de estudio. Mientras que en la sísmica activa se registran señales que son generadas de forma artificial. El ruido sísmico de fondo, tanto natural como artificial, se ha considerado según los geofísicos como una molestia, pero ahora se sabe que contiene información útil sobre las características físicas del subsuelo.
La prospección sísmica pasiva recoge este ruido para generar perfiles verticales (cortes 2D) a través del terreno con variaciones en el contraste de impedancia (velocidad x densidad) en forma de rampa de color.
Además, la prospección sísmica pasiva puede aplicarse a cualquier entorno en el que capas más blandas se superpongan a sustratos más duros. Una situación geológica muy común puede resolver características de la superficie hasta varios cientos de metros de profundidad, dependiendo de la naturaleza del ruido sísmico ambiental y de las propiedades físicas del suelo.
Las encuestas consisten en una serie de grabaciones puntuales de una sola estación, generalmente dispuestas en transectos lineales. Estos pueden ser de cualquier longitud y, si se organizan en una cuadrícula adecuada, pueden utilizarse para generar superficies 3D de los horizontes objetivos.
El espaciado de los puntos de la estación influye en la resolución, por lo que el equipo puede utilizarse como herramienta de reconocimiento rápido, tal vez para ayudar a planificar una futura campaña de perforación o como una herramienta de investigación detallada del lugar, quizás en zonas de geología especialmente compleja en las que se necesitan datos espaciales continuos.
Los mejores resultados se obtienen cuando se dispone de un control de profundidad independiente de la profundidad, como la información de las perforaciones, para calibrar los resultados.
La técnica de prospección sísmica pasiva puede utilizarse para resultados comparables a los de la refracción sísmica de alta resolución, pero tiene la clara ventaja sobre esta (y otras técnicas geofísicas) de no requerir cables extraños, fuentes de energía o fuentes sísmicas artificiales. Por lo tanto, puede ser desplegada fácilmente por un solo operador, incluso en lugares sensibles o de difícil acceso, lo que lo convierte en una opción especialmente rentable para la industria de las canteras.
Equipamiento para la prospección sísmica pasiva
En el mercado existen varios sismómetros portátiles necesarios para la prospección sísmica pasiva. El estudio de Bardon Hill Quarry se realizó con un instrumento llamado Tromino (moho.world/tromino/), un pequeño sismómetro de banda ancha de tres componentes que utiliza la Relación Espectral Horizontal aVertical Spectral Ratio HVSR. Este instrumento mide el ruido de fondo ambiental y registra el ruido sísmico inducido por la presencia de una impedancia (velocidad x densidad) en el subsuelo.
Normalmente, cada registro de una prospección sísmica pasiva requiere el instrumento que es del tamaño de una fiambrera, para ser simplemente la caja donde se coloque firmemente un sustrato plano (generalmente el subsuelo), durante 10 a 15 minutos para eliminar la vegetación circundante.
Las tasas de cobertura del terreno varían según el diseño del estudio (reconocimiento vs. detallado), pero se pueden lograr razonablemente unos 20 registros por día, lo que suele suponer una línea de estudio o prospección de uno o dos kilómetros de longitud.
Test de prueba sísmica pasiva
La geología de la zona de ampliación de la fase 2 de la cantera de Bardon Hill es compleja y ha sido investigado en una extensa campaña de perforación.
Las pruebas realizadas en el yacimiento cercano, Blackbrook, donde un estudio sísmico tradicional anterior, indican sísmica tradicional, las rocas precámbricas y el grupo de fangos de Mercia, tienen propiedades sísmicas muy diferentes (velocidades aproximadas de las ondas P de 5,4 km/s y 1,8 km/s respectivamente).
Esto genera un contraste de impedancia significativo a través de su impedancia a través de su frontera, que es exactamente de lo que depende la prospección sísmica pasiva.
Las secciones de la actual cantera (activa) de Bardon Hill, muestran que la superficie superior de las rocas precámbricas es marcadamente irregular, consistente en una red de canales profundos rellenados por el grupo de fangos de Mercia.
Por lo tanto, el grosor de la cubierta y la profundidad hasta de la roca madre varían mucho en distancias cortas; localmente, las rocas precámbricas incluso se proyectan a través de la sucesión de la cubierta y forman afloramientos aislados.
El estudio del caso de prueba utilizó dos instrumentos estrechamente calibrados, y comprendía 216 puntos de estación. Estos puntos estaban espaciados a una distancia media de aproximadamente 40 m y se organizaron en 18 transectos orientados al NW-SE.
Los datos se adquirieron durante 12 minutos en cada punto de la estación, siempre que fue posible se situaron en los puntos de perforación para proporcionar una calibración de profundidad absoluta para la geofísica.
El procesamiento y el análisis espectral se llevaron a cabo en la oficina con un software propio, tomando una velocidad de onda de corte (Vs) de 750 m/s para la secuencia de cobertura (la combinación de Mercia Mudstone Mercia Mudstone Group & Drift) basada en los resultados de tres, capaz de captar fielmente incluso las zonas más irregulares, en este caso al menos hasta una profundidad de 90 m.
Además, la prospección sísimica pasiva proporcionó pistas sobre la naturaleza del límite entre las rocas precámbricas y el grupo Mercia Mudstone Group: la brusquedad del aumento del contraste de impedancia implica un límite muy marcado, sin lechos de cantos rodados intermedios. Esto concuerda aparentemente con las pruebas del sondeo y con las exposiciones en la cantera existente (activa).
Sin embargo, la técnica no logró definir claramente los márgenes de los canales donde las rocas precámbricas se encuentran en la superficie del suelo o muy cerca de ella, porque en la superficie actual del suelo, no hay potencial para un contraste de impedancia apreciable en estas zonas.
Prospección sísmica pasiva: revelándolo todo
Las zonas persistentes de alto contraste de impedancia con características conspicuas en las partes superiores de varias de las secciones del perfil 2D, probablemente corresponden a lentes de material más denso dentro de la cubierta de los superficiales, o a bandas duras (llamadas “skerries”) dentro del grupo de fangolitas de Mercia, ambos podrían ser consideraciones importantes durante la planificación de la cantera.
De esta ampliación su forma general se ajusta a la forma canalizada esperada. Por lo tanto, la técnica es de la cantera de Bardon Hill, y su forma general se ajusta a la forma canalizada esperada. Además la prospección sísmica pasiva proporcionó pistas sobre la naturaleza del límite entre las rocas precámbricas y el Grupo Mercia Mudstone.
Topografía del terreno y geotécnica
El modelo revela que la superficie superior de la roca madre está esculpida en un complejo de canales profundos y picos intermedios, que generalmente descienden hacia el noroeste, donde convergen en un amplio valle orientado al NE-SW, aproximadamente 90 m por debajo del nivel actual del suelo, esto demuestra admirablemente el poder potencial de los estudios sísmicos pasivos.
El modelo proporciona una interpretación convincente y matizada que la basada únicamente en los sondeos, facilitando potencialmente una planificación más detallada de los recursos.
Las nuevas perforaciones de prospección sísmica pasiva permitirán poner a prueba y perfeccionar el modelo en las zonas de mayor incertidumbre, pero la comprobación definitiva de la geofísica se revela durante el próximo “cambio de tierra”.
Buenas vibraciones
La geología no suele ser sencilla, por lo que aplicar parámetros medios (por ejemplo, la velocidad de las ondas de corte) a un modelo podría, potencialmente, introducir niveles irrazonables de incertidumbre. In Situ-variaciones específicas en la composición, estructura y el grosor total de las unidades.
Sectores sísmicos pasivos 2D utilizados para generar el modelo, mostrados en el espacio 3D, afectan la respuesta del sismómetro, y no se puede demostrar que proporcione información valiosa sobre una amplia gama de condiciones geológicas del terreno con respecto a la respuesta de los sismómetros, por ejemplo la densidad y la fracturación.
Aun así, estudios como la prospección sísmica pasiva han demostrado que proporcionan información valiosa sobre una de las condiciones geológicas del terreno, especialmente cuando se utilizan junto con la perforación u otros medios de calibración independiente de la profundidad.
En ensayos recientes realizados por el British Geological Survey, la prospección sísmica pasiva se ha utilizado para:
- Detectar y caracterizar huecos.
- Localizar fallas y zonas de fractura.
- Evaluar espesores de arena y grava.
- Determinar la estructura de los estratos de buzamiento.
Esta versatilidad junto con la eficacia de la cobertura del terreno y la profundidad de penetración potencial, se combinan para hacer que la técnica sea una poderosa, pero todavía muy inexplorada herramienta potencial para la industria de las canteras.
En Cotecno nos dedicamos a estudiar las capas de subsuelo y presentar este tipo de estudios para compartir nuestra experiencia y conocimiento en geofísica y geotécnica porque entendemos las consecuencias que puede generar de un riesgo sísmico, no solo en términos de seguridad, sino también en pérdidas económicas. Es por ello que ofrecemos estudios geofísicos de alto nivel que ayudan a nuestros aliados y clientes a consolidar sus proyectos de ingeniería y geofísica.