Sismología de Refracción | Métodos y Análisis Geofísicos

La sismología de refracción: métodos y análisis geofísicos para estudiar estructuras subterráneas mediante ondas sísmicas; principios y aplicaciones.

Sismología de Refracción | Métodos y Análisis Geofísicos

La sismología de refracción es una técnica geofísica utilizada para estudiar la estructura y composición de la corteza terrestre. A través de este método, se pueden obtener datos esenciales sobre las propiedades de las capas subterráneas, como su velocidad y profundidad. Este artículo explora los fundamentos de la sismología de refracción, las teorías implicadas y las fórmulas utilizadas en el análisis.

Fundamentos de la Sismología de Refracción

La sismología de refracción se basa en la medición de las ondas sísmicas generadas por una fuente artificial, como una explosión controlada o un golpe de martillo. Estas ondas viajan a través de diversos materiales en la subsuperficie de la Tierra y se refractan, es decir, cambian de dirección y velocidad al pasar de una capa a otra.

Teoría de la Refracción Sísmica

La teoría básica que rige la refracción sísmica es la ley de Snell. Según esta ley, la relación entre los ángulos de incidencia y refracción de las ondas sísmicas y las velocidades en los medios atravesados está dada por:

v₁/sin(θ₁) = v₂/sin(θ₂)

donde:

• $v₁$: velocidad de la onda en el primer medio
• $\theta ₁$: ángulo de incidencia
• $v₂$: velocidad de la onda en el segundo medio
• $\theta ₂$: ángulo de refracción

Cuando una onda sísmica pasa de un medio a otro con diferentes propiedades físicas, su velocidad se ajusta según las características de las capas subyacentes. Esto permite determinar la estructura estratificada del subsuelo.

Métodos de Adquisición de Datos

El proceso de adquisición de datos para un estudio de refracción sísmica sigue varios pasos esenciales:

• Ubicación de la Fuente: La fuente de ondas sísmicas se coloca en una posición estratégica para maximizar la transmisión de las ondas a través de las capas de interés.
• Geófonos: Se distribuyen geófonos o sismómetros a lo largo de una línea para registrar las ondas refractadas. Los geófonos convierten las vibraciones en señales eléctricas que se almacenan y analizan.
• Disparo: Se genera una onda sísmica a través de la detonación de explosivos, el uso de generadores de vibraciones o golpeando una plataforma con un objeto pesado.
• Registro de Datos: Los geófonos registran el tiempo que tardan las ondas en viajar desde la fuente hasta la posición de cada geófono.

Interpretación de Datos

Una vez recolectados los datos, se analizan para interpretar la estructura del subsuelo. Los tiempos de llegada de las ondas sísmicas grabados por los geófonos se trazan en gráficos denominados “curvas tiempo-distancia”, que muestran el tiempo de viaje de la onda en función de la distancia entre la fuente y los geófonos.

Mediante el análisis de estas curvas y aplicando las relaciones de velocidad y tiempo, es posible determinar las profundidades de las capas y sus respectivas velocidades de propagación de las ondas sísmicas. Este análisis puede involucrar fórmulas matemáticas y relaciones específicas, tales como:

t = \frac{d}{v}

donde:

• $t$: tiempo de viaje de la onda sísmica
• $d$: distancia recorrida
• $v$: velocidad de la onda

Modelos de Velocidad en Sismología de Refracción

Existen varios modelos de velocidad utilizados para interpretar la información obtenida de los estudios de refracción sísmica:

• Modelo de Capas Horizontales: Este modelo asume que las capas del subsuelo son horizontales y de espesor uniforme. Es uno de los modelos más simples pero también el menos realista en terrenos complejos.
• Modelo de Capas Inclinadas: En este modelo, se permite que las capas tengan inclinaciones, proporcionando una mayor precisión en áreas con estructuras geológicas más complicadas.
• Modelo de Gradiente de Velocidad: Este modelo considera que la velocidad de las ondas sísmicas cambia gradualmente con la profundidad en lugar de hacerlo bruscamente al cruzar de una capa a otra.