Estratigrafía del subsuelo Clase Sedimentología y Estratigrafía, Ciencias de la Tierra, Fac. de Ciencias, UNAM Prof. Cecilia Caballero Miranda
Técnicas Aspectos Generales 1. Técnicas Geofísicas de superficie: Métodos Potenciales; Met. Eléctricos; Met. Electromagnéticos. Exploración Sísmica. Radar de penetración. GPS. 2. Sondeos 2.1. Sondeos geofísicos: Caliper (anchura de pozo), M. Eléctricos (resistividad), M. Electromagnéticos, M. de emisión y detección de Rayos Gamma, M. de emisión iió y dt detección de Energía de Neutrones, M. de resonancia magnética, M. sónicos 2.2. Sondeos de rasgos geológicos: g Registros de inclinación de estratos; Registro de escaneado de micro imágenes; Registro de imágenes ultrasónicas 3. Recuperación de núcleos de perforación
Aplicación Aspectos Generales Determinar la existencia, posición y distribución a profundidad de diferentes fenómenos y objetivos a estudiar. En prospección de acuíferos. Exploración minera y petrolera Identificación y distribución de: unidades de superficie; rocas potenciales como acuíferos [porosidad, conductividad eléctrica]; distribución de facies [rocas generadoras y almacenadoras]; estructuras geológicas [trampas hidrocarburos]; rocas/zonas mineralizadas Caracterización del subsuelo donde se asientan: poblaciones, estructuras hechas por el hombre (presentes, pasadas o futuras). Prevención de riesgos: dar una explicación satisfactoria de un fenómeno particular (agujeros, (gj hundimientos, subsidencia, etc). Identificar mejor ubicación para una construcción ó conocer riesgosparasulevantamiento Localización de objetivos arqueológicos y/o forenses (ej. entierros; estructuras cubiertas, túneles)
1. Métodos Geofísicos de Superficie Todos miden en forma pasiva o activa una propiedad física de los materiales del subsuelo Técnicas Pasivas 1. MÉTODOS POTENCIALES + Gravimetría + Magnetometría + Masa + Susceptibilidad magnética Técnicas Activas 2. MÉTODOS ELÉCTRICOS DE DETALLE Conductividad id d Tomografía Eléctrica: + Capacitiva + Galvánica 3. MÉTODOS ELECTROMAGNÉTICOS [para grandes profundidades, ej. Para determinar espesor de corteza] Prop. electromagnéticas 4. EXPLORACIÓN SÍSMICA [para moderadas a grandes prof.] Elasticidad 5. ESTUDIOS DE RADAR DE PENETRACIÓN TERRESTRE [para prof. somera] Permitividad eléctrica 6. GPS [para determinar velocidad entre placas; aumento de volumen en volcanes] Posición
Consideraciones Los Métodos Geofísicos de Superficie se aplican considerando siempre cuatro variables importantes: A) LA PROFUNDIDAD B) LA GEOMETRÍA DEL OBJETO DE ESTUDIO C) LA PROPIEDAD QUE SE DESEA INVESTIGAR En la medida de lo posible, los resultados deben ser comprobados (cruzados) con un método directo (pozo exploratorio). Sus objetivos fundamentales son: Mitigar un riesgo en una zona de alta vulnerabilidad Optimizar los recursos en la búsqueda (prospección) de algún objetivo de interés
1.a. MÉTODOS POTENCIALES GRAVIMETRÍA
1.b. MÉTODOS POTENCIALES MAGNETOMETRÍA
2.a. Métodos eléctricos capacitivos
2.b. TOMOGRAFÍA ELÉCTRICA GALVÁNICA y Syscal Pro de 48 canales
Alcance del Método de Tomografía de Resistividad Eléctrica Formación Alegría Método capacitivo Método galvánico era Cante Secuencia Estratigráfica (Tomado de Arreygue-Rocha et al., 2002)
4. Prospección Sísmica Ondas sísmicas generadas por una fuente, que viajan en el subsusuelo donde son reflejadas en los límites geológicos y regresan a la superficie donde son registradas, con lo que se obtiene una imagen de la geología del subsuelo. Los fuentes detonantes en superficie se encuentran a intervalos regulares -entre más cercanos mas detalle a poca profundidad, mas alejados mayor alcance a más profundidad- Separación para profundidades someras ~1m; para prof. moderadas ~25m. Fuentes y detectores se van moviendo a lo largo de una línea de registro. La escala horizontal de la imagen sísmica obtenida es la longitud de la línea de registro, la escala vertical es dos veces el tiempo de viaje de la onda sísmica (el viaje de ida y de regreso). La escala vertical se puede ajustar con registros de pozo. de reflexión
Sísmica de poca profundidad Geófono o sismo-detector
Sísmica de mayor profundidad Geófono Hidrófono
Sísmica de mayor profundidad
5. RADAR DE PENETRACIÓN TERRESTRE (GPR) Detect electric permittivity contrasts Can work with one (mono-static) and two (bi-static) antennas Penetration is a function of the frequency sent tto the subsurface. Data acquisition is very fast Quality of data depends on the terrain properties Observations are made along profiles console cable Antenna (200 MHz) System SIR-2000 (Geophysical Systems) Owned by: IGEF-UNAM Odometer
Como trabaja la señal electromagnética de un GPR Distance 2Xtime (ns) s) Time (ns
PROBLEMAS-OBJETIVOS OBJETIVOS y MÉTODOS MÁS ADECUADOS PROBLEMA POT. MAG/GRA V ELEC. CAPAC. ELEC. GALV. GPR EXP. SÍSM. GPS ESTUDIO DE LITOLOGÍA Ο Ο LECHO ROCOSO Ο Ο FRACTURAS Y FALLAS Ο Ο Ο Ο CAVIDADES SUBTERRÁNEAS Ο Ο RESTOS ARQUEOLÓGICOS Ο PLUMAS CONTAMINANTES Ο Ο SUBSIDENCIA Ο Ο Ο TÚNELES Ο Ο Ο INSPECCIÓN FUGAS FILTRACIONES Ο Ο Ο Ο NIVELES FREÁTICOS Ο Ο Ο
Sondeos Geofísicos Serie de mediciones obtenidas por medio de una sonda con varios sensores o antenas transmisoras y receptoras que se introduce en una perforación para obtener distintas clases de parámetros físicos del subsuelo a diferentes profundidades en forma de registros continuos. Parámetros: resistividad, densidad volumétrica, proporción de lodo, porosidad, permeabilidad, saturación de hidrocarburos. Con los que se infiere: Litología y geometría Tipos de sondas:
1. Caliper Sonda para detectar partes donde el ancho de la perforación se reduce por la acumulación de lodo: pastel de lodo. Estas acumulaciones se crean por suspensiones sólidas del lodo perforado y se forman cuando encuentran una capa porosa y permeable que permite que se filtre el fluido y deja el lodo que no se filtró en las paredes de la perforación. La sonda tiene brazos que pueden moverse hacia adentro o hacia afuera, al sacarse la sonda de la perforación el movimiento es convertido en una señal eléctrica por un potenciómetro.
Diámetro del hoyo Interpretación de datos obtenidos Posibles causas Litologías Promedio Poco más grande Formaciones bien consolidadas Formaciones no permeables Formación soluble en lodo de perforación Formaciones débiles y que se derrumban Areniscas masivas Rocas Ígneas Rocas metamórficas Pizarra calcárea Formaciones de sal con agua Arenas, gravas y pizarras quebradizas no consolidadas Poco más pequeño Las formaciones se hinchan y fluyen hacia la perforación Formación de pasteles de lodo para rocas porosas y permeables. Lutitas hinchadash Areniscas porosas y permeables.
Lutita quebradiza Arenisca impermeable Lutita hinchada Caliza impermeable Arenisca permeable Anhidrita Marga Lutita
Registros de Sondeos eléctricos + De Potencial espontáneo (SP) + De Resistividad SP. Diferencia de potencial entre un electrodo o colocado en la superficie del suelo [en la presa del lodo de perforación], y otro electrodo móvil en el lodo del pozo [en la sonda].
De Resistividad. Se basan en el principio de que la distribución del potencial eléctrico en un material (capa) alrededor de un electrodo con corriente, depende de las resistividades y la distribución de tales materiales Una roca solida o una porosa saturada de agua dulce, aceite o gas son altamente resistivas. Lutitas y formaciones porosas saturadas con agua salada tienen baja resistividad Tabla de resistividad de algunos materiales.
La resistividad detecta el agua dentro de los cuerpos de roca. Los minerales no conducen electricidad así que la resistividad de suelos yrocas se debe principalmente ala cantidad de agua que haya en la roca yla resistividad que ésta tenga. Las rocas secas son las menos conductoras, Las rocas que contienen fluidos ricos en aguas saladas son buenas conductoras La conductividad es el reciproco de la resistividad
Con estos métodos se intenta identificar parasecuencias ytractos sedimentarios
Registros de rayos gamma Los registros de rayos gamma miden las emisiones de concentraciones naturales que ocurren en elementos radioactivos principalmente de isótopos de Th, K y U La discriminación entre estos isótopos no siempre se efectúa aunque es posible emplear herramientas espectrales Los valores se miden en relaciones comparadas con estándares del American Petroleum Institute (unidades API) Estos isótopos están concentrados en micas y minerales arcillosos abundantes en lutitas. Areniscas tienen valores bajos y lutitas tienen altos. Valores intermedios se dan en litologías intercaladas Corresponden burdamente con tamaño grano pero también con tipo mineralógico (Diferentes lutitas dan diferentes valores) Lutitas ricas en carbón orgánico dan valores particularmente altos (altas concentraciones de U en condiciones anóxicas) Excelente herramienta de correlación en las prospecciones de petróleo y carbón
Respuesta de Rayos gamma (y SP) en relación a ambientes de deposito
Integración de diferentes registros para interpretación
Integración de registros eléctricos/rayos gamma con secciones de sísmica de refracción e interpretación de unidades en el marco de estratigrafía de secuencias
Integración de registros eléctricos/rayos gamma con secciones de sísmica de refracción e interpretación de litologías y unidades estratigráficas respectivas en el marco de estratigrafía de secuencias
Recuperación de núcleos de perforación Los núcleos o testigos son muestras de roca extraída dentro de una tubería de perforación donde pueden realizarse medidas directas de las características petrofísicas de la formación. Es el método más caro y lento de realizar Un barril de extracción de núcleos se une a la barra perforadora. Un trépano saca muestras se conecta al fondo del barril El trépano avanza por perforación rotatoria, t se hace circular agua a través de la barra de perforación durante la extracción y los recortes son lavados hacia afuera. Los núcleos extraídos proveen de material para hacer estudios directos de Los núcleos extraídos proveen de material para hacer estudios directos de diversos tipos; caracterizar e identificar la secuencia estratigráfica y realizar diversos tipos de observaciones, estudios y pruebas
Los dos tipos de barriles principales i son: el barril para núcleo de tubo simple y el barril para núcleo de tubo doble. Los núcleos de roca obtenidos con barriles de tubo simple pueden estar sumamente alterados y fracturados debido a la torsión. Los núcleos de roca menores a un tamaño BX tienden a fracturarse durante el proceso de extracción. Los elementos de corte usados son diamante, tungsteno, carburo, etc Existen varios tipos y tamaños de barril, así como las barras perforadoras Extractor de rocas ; (a) barril extractor de tubo simple (b) barril extractor de tubo doble
Cuando las muestras se recuperan, la profundidad de recuperación debe ser apropiadamente registrada para su posterior evaluación en el laboratorio. Con base en la longitud del núcleo de roca recuperado en cada corrida, las siguientes cantidades se calculan para una evaluación general de la calidad de roca encontrada. Una relación de recuperación de 1 indicará la presencia de roca intacta; para rocas altamente fracturadas, la relación de recuperación es de 0.5 o menor. La tabla 2.9 presenta la relación general entre el RQD y la calidad de la roca in situ.
Petrofísica Son una serie de pruebas físicas generalmente cuantitativas realizadas con el material extraído del pozo y/o los registros de los sondeos, para evaluar propiedades de las que es posible inferir el tipo de roca y su potencial como almacenadora / generadora de hidrocarburos y su potencial en su caso para poder ser extraídos Porosimetría por Inyección de Mercurio: Para evaluar cualitativamente porosidad, útil para documentar cambios en las unidades litológicas o de flujo de producción dentro de un yacimiento. Mediciones de Presión Capilar: curvas de presión capilar para la evaluación de las saturaciones de hidrocarburo del yacimiento. Evaluación de Humedad: muestra las condiciones básicas bajo las cuales los líticosadquieren humedad por diferentes tipos de fluidos
Parámetros de la Resistencia de la Formación: evaluación exacta de los registros eléctricos de fondo para la determinación de la saturación de agua. Parámetros de Permeabilidad Relativa: A partir de condiciones de presión y temperatura del yacimiento, son esenciales para que las simulaciones del yacimiento predigan reservas recuperables y evalúen el impacto económico de la inyección de agua u otros proyectos de recobro mejorado. Pruebas de Recuperación de la Permeabilidad Líquida: proporcionan la evaluación más exacta de cualquier efecto perjudicial al exponer un yacimiento a fluidos extraños tales como lodo de perforación o fluidos de completamiento Pruebas de Pérdida de Lodo de Perforación: proporcionan una evaluación exacta del control de pérdida y del daño de la formación en sistemas de lodo Importancia: Indican una evidencia positiva de la presencia de petróleo, la capacidad de almacenamiento de los fluidos del yacimiento (porosidad) y la capacidad y distribución del flujo (permeabilidad) esperado. Las saturaciones residuales de los fluidos permiten la interpretación de la producción probable bl de petróleo, gas o agua.
Datos y fotografías tomados de diversas fuentes: + Platica y presentación de prof. Esteban Hernández Quintero + Libro de texto Nichols, Gary, 2009, Sedimentology and Stratigraphy, Blackwell Science, Oxford; + Presentaciones de alumnos de semestre 2012-2 + Página de Grupo CEDIP, Tampico Tamps. http://www.cedip.edu.mx/tomos/tomo06.pdf + Texto de Ruth Santos en: http://www.monografias.com/trabajos92/registros-geofisicosaplicados-estratigrafia-secuencias/registros-geofisicos-aplicados- estratigrafia-secuencias.shtmlsecuencias shtml