Cátedra de Geofísica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina.Tema 1 La Ciencia Geofísica Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009. El cuadro adjunto sintetiza la fuerza relativa y el alcance de los cuatro campos de fuerza fundamentales del Universo. En el caso de la gravedad y el electromagnetismo (campos potenciales ambos), como es sabido, la fuerza disminuye en relación inversa con el cuadrado de la distancia. Las fuerzas Nuclear Fuerte y Débil sólo actúan a escala del núcleo atómico: la primera mantiene unidos a los protones y neutrones (formados por quarks) contrarrestando al electromagnetismo, y la segunda es responsable de fenómenos como la desintegración beta, que actúa sobre los leptones (electrones, positrones, neutrinos). Tras la unificación de las fuerzas electromagnética y nuclear débil, hecha por el paquistaní Abdul Salam y el estadounidense Steven Weinberg en 1964, muchos físicos han estado trabajando para hallar el vínculo entre éstas y la Nuclear Fuerte y, objetivo más complejo aún, el vínculo con la gravedad para unificar en una única gran teoría a toda la física del universo. Al momento del Gran Estallido o Big Bang, inicio del espaciotiempo y de la entropía, se presume que todas las fuerzas estaban indiferenciadas. Teorías como la de las Supercuerdas con supersimetría intentan comprender estos conceptos fundamentales de toda la física. En lo que a nosotros atañe, la geofísica se las arregla bien con las cuatro fuerzas principales disjuntas. De hecho, en algunos métodos estudiamos magnetismo y electricidad como fenómenos separados, o analizamos las perturbaciones sísmicas en forma separada de la gravedad, a la cual en última instancia se remite, o la radioactividad sin reparar en las fuerzas electromagnética y nuclear débil, y a la geotermia sin analizar que en esencia es también un fenómeno electromagnético. Vayamos entonces al abordaje de la geofísica. La propuesta es navegar virtualmente la Tierra buscando el impulso de favorables fuerzas físicas. Desde el espacio, por aire, agua y sumergiéndonos en el interior sólido del planeta que habitamos. 1 Cátedra de Geofísica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofísica Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009. “Standing on the shoulders of Giants” Isaac Newton LA CIENCIA GEOFÍSICA La Geofísica (etimológicamente, del griego, naturaleza de la Tierra) es la ciencia que estudia los campos físicos vinculados a nuestro planeta. Es decir, que estudia la Tierra mediante métodos de la física, de carácter indirecto, a fin de conocer su evolución y características actuales (geofísica pura) y también como herramienta de prospección de recursos (geofísica aplicada). Pueden medirse directamente los campos físicos naturales (gravedad, magnetismo, radioactividad, geotermas, etc.) o generarse campos artificiales por emisión de electricidad, energía sísmica, etc., para así obtener mediciones más efectivas a los fines exploratorios. Algo de Historia: En la antigua Grecia encontramos los primeros estudios rigurosos sobre la Tierra y el cielo, que aparecen también después en otras civilizaciones (Chinos, Mayas, etc.), destacándose Eratóstenes de Cirene quien a finales del siglo III a. C. calculó con escaso error el radio terrestre, así como la distancia de la Tierra al Sol y la inclinación del eje planetario. El conocimiento de la Tierra se aceleró desde el Renacimiento. El término geofísica es empleado inicialmente por Julius Fröbel en 1834 y otros autores en años siguientes, pero aparece publicado por vez primera en Alemania gracias a Adolf Mühry en 1863: “Beitraege zur Geophysik und Klimatographie”, y luego nuevamente en 1887 en el “Handbuch der Geophysik” de S. Günther. Si bien hubo algunas exploraciones geofísicas informales ya desde la alta Edad Media, el primer aparato específico de prospección geofísica data de 1879, el magnetómetro de los alemanes Thalen y Tiberg, con el que exitosamente buscaron yacimientos de hierro. Y la primera cátedra de geofísica se debe a Emil Wiechert, en 1898 en Göttingen, Alemania. 2 Cátedra de Geofísica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofísica Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009. Observatorio Maya en Chichén Itzá (México) y primera página de Mundus Subterraneus. de A. Kircher, publicado en 1664, libro que tuvo gran influencia en las primeras teorías sobre el interior de la Tierra. “DESARROLLO DE LA GEOFÍSICA: “Muchos de los contenidos científicos de la Geofísica son tan antiguos como la ciencia misma. Esto no es de extrañar, ya que la Tierra es el primer laboratorio en el que se realizan observaciones y al que se aplican las teorías científicas. Muchas de las disciplinas que componen hoy la Geofísica extienden sus raíces hasta los orígenes de las ciencias en la Antigüedad. Entre los antiguos griegos de los siglos III y IV a. de C., como, por ejemplo, Eratóstenes y Aristóteles, por sólo citar a dos, se encuentran ya cálculos geodésicos del tamaño de la Tierra y discusiones sobre el origen de los terremotos. La Geofísica moderna se desarrolla a la par de la ciencia en los siglos XVI Y XVII con Galileo, Gilbert, Newton, Halley, etc., y progresa juntamente con ella en los siglos XVIII y XIX. Sin embargo, el término «Geofísica», de acuerdo con W. Kertz, aparece por primera vez en 1863 en el tratado de Adolf Mühry Beitraege zur Geophysik und Klimatographie. Georg van Neumayer, en 1871, define la Geofísica como el conocimiento de las relaciones físicas de la Tierra. En 1880, el profesor de Geografía de Kónisberg Karl J. Zoeppritz define más concretamente la Geofísica como aquella parte de las ciencias de la Tierra que trata del estudio de la actividad de las fuerzas físicas responsables del origen, evolución y estructura de la Tierra. La Geofísica para él llena un vacío existente en las ciencias de la Tierra que entonces constituían la Geografía y la Geología “Antes de la generalización del término «Geofísica», los contenidos de esta ciencia se designaron con otros nombres. A. G. Werner, que procedía de la minería y geología, utiliza en 1755 el término «Geognosia», y mucho antes, en el siglo XVII, J. Zahn y A. Kircher utilizaron el de «Geoscópica». Alejandro von Humbolt, al que se le considera como uno de los padres de la Geofísica moderna y cuya influencia en esta ciencia fue muy grande, utilizó el término «Physikalische Geographie» (Geografía Física) y Franz Neumann el de «Physik der Erde» (Física de la Tierra). A finales del "siglo XVIII v principios del XIX, fuera del ámbito germano, en Francia, encontramos el uso del término «Theorie de la Terre» (Teoría de la Tierra) por De la Metherie y el de «Physique du Globe» (Física del Globo) por Saigey, término este último que sigue usándose en la actualidad. En Inglaterra, el profesor de Cambridge W. Hopkins introduce en 1838 el término "Physical Geology» (Geología Física) para designar la ciencia que trata de los aspectos fisicomatemáticos de la Geología “Como resume Kertz, al final del siglo XIX, la Física había perdido el interés por la Tierra, para la Geología los métodos de la Geofísica le eran extraños y sus temas demasiado generales y algo parecido le sucedía a la Geografía. Esta situación justificaba el nacimiento de una ciencia separada con un nombre y contenido específico, la Geofísica. Esta ciencia queda consagrada definitivamente a finales del siglo XIX 3 Cátedra de Geofísica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofísica Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009. con el texto de S. Günther Handbuch der Geophysik, publicado en 1887, con la primera revista especializada creada en 1893 por G. Gerland, Beiträge zur Geophysik, y con la primera cátedra de Geofísica establecida en 1898 en la Universidad de Gottingen y que ocupó Emil Wiechert. “La tendencia a unificar en una sola ciencia, a la que finalmente se dio el nombre de Geofísica, los aspectos fisicomatemáticos de los fenómenos relacionados con la Tierra encuentra desde sus principios el problema de establecer su relación con dos ciencias más antiguas, la Geografía y la Geología. Ya Günther en el prólogo de su obra se extiende en este sentido sobre el significado de la Geofísica y su carácter físico en contraste con el carácter más descriptivo de la Geografía y el limitado a los materiales directamente observables en la superficie de la Tierra y en pequeña escala de la Geología. Sin embargo, la separación entre Geología y Geofísica no es tan clara al principio, como lo demuestran la obra de E. Suess Das Anlitz der Erde, y M. Neumayr y E. Suess, Erdgeschichte. que tratan igualmente temas de ambas ciencias. “Otro problema es la relación entre la Geofísica y la Geodesia, ciencia con una larga tradición y vinculada en muchos aspectos a la Astronomía. Sobre este asunto hay muchas opiniones, aunque se suele vincular a la Geofísica la parte de la Geodesia física y Gravimetría. “Hemos visto que el inicio de la Geofísica como una ciencia independiente se realiza en la tradición alemana desde la Física y las Matemáticas y de una manera un tanto desligada de la Geología. Esta desconexión se agudiza en cierta manera durante la primera mitad de este siglo, durante la cual las interrelaciones entre ambas disciplinas fueron escasas. Esta situación es algo distinta en Estados Unidos, al estar en muchas universidades la Geofísica integrada en un mismo departamento junto con la Geología. El contacto entre ambas disciplinas es, en efecto, muy necesario. La parte de la Geofísica que trata de la Tierra sólida necesita del conocimiento detallado de las capas superficiales que aporta la Geología, y su interpretación de la evolución temporal de las estructuras, y la Geología a su vez necesita de la Geofísica, si no quiere anclarse en una interpretación meramente cualitativa y descriptiva de los fenómenos geológicos. El geólogo, que estudia una región muy concreta, necesita relacionar sus observaciones con procesos tectónicos y estructuras más amplias y profundas cuya información le aporta la Geofísica. Afortunadamente, la tendencia actual es la de un acercamiento de ambas disciplinas, al acentuarse la matematización y el empleo de métodos físicos en el estudio de los problemas geológicos. Baste mencionar, entre otros, la determinación de las edades de estratos y fósiles por métodos radiactivos, el uso del magnetismo remanente de las rocas para determinar el movimiento relativo de bloques de la corteza terrestre y el empleo, cada vez más frecuente, de los métodos geofísicos al estudio de los estratos y formaciones geol6gicas. Por otra parte, al enfrentarse la Geofísica con problemas cada vez más concretos de la estructura y dinámica de la corteza terrestre, necesita para la interpretación de sus observaciones la información de los estudios geológicos, un gran impulso a esta cooperación interdisciplinar se ha logrado con los proyectos internacionales Geodinámico y de la Litosfera en los que entre 1970 y 1990 se aunaron esfuerzos de todas las disciplinas de las ciencias de la tierra para abordar problemas relacionados con la estructura y dinámica de litosfera, corteza y manto superior de la Tierra. Es muy posible que con el tiempo la separación tan rígida entre Geofísica y Geología desaparezca en beneficio de unas ciencias de la Tierra unificadas, en las que las distintas metodologías científicas tengan su aplicación al estudio de los fenómenos relacionados con la Tierra.” (texto extraído de Udías y Mezcúa, 1997, p. 19-22) Ciencias Afines: Lógicamente, la Geología y la Física son las ciencias más estrechamente vinculadas con la Geofísica. En menor grado, también la Geoquímica es una ciencia afín. Ahora bien, en su definición en sentido amplio están incluídas en la geofísica disciplinas a veces consideradas independientes, como Aeronomía, Meteorología, Oceanología, Hidrología u otras que se vinculan con la geología como Geodinámica y Tectonofísica. La Planetología y la Astrofísica pueden, a su vez, considerarse emparentadas o hasta todavía más amplias, inclusivas de la Geofísica. En su definición en un sentido más restringido están comprendidas la Gravimetría (conectada con la Geodesia), la Magnetometría (con Geomagnetismo y Paleomagnetismo), la Geoelectricidad, la Sismología y dos disciplinas también vinculadas con la geología: Radiometría (incluyendo Geocronología) y Geotermia (relacionada a la Vulcanología). 4 Cátedra de Geofísica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofísica Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009. En todas ellas existen vertientes puras y prospectivas, a veces de difícil discernimiento, las cuales se comparan a continuación: Geofísica Aplicada Prospección Gravimétrica Prospección Magnetométrica Prospección Geoeléctrica Prospección Radiométrica Prospección Geotérmica Prospección Sísmica (Refracción y Reflexión) El Perfilaje de Pozos es una subdisciplina común a cada metodología geofísica, y ha tenido un enorme desarrollo principalmente a partir de los requerimientos de la exploración y explotación de hidrocarburos. “DIVISIÓN DE LA GEOFÍSICA: “Uno de los problemas de una ciencia tan amplia como la Geofísica es el de establecer un criterio racional para su división. Si en un principio era fácil el considerarla como una única ciencia, el desarrollo de los últimos años hace cada vez menos posible el abarcar tanto los campos en los que se ha ido subdividiendo como la diversidad de los métodos que en cada uno de ellos se utilizan. No solamente los distintos campos de la Geofísica se van independizando cada vez más, sino que se van creando otros nuevos, necesitándose así de nuevas divisiones, como es el caso del Paleomagnetismo, la Geocronología y la ciencia del interior de los planetas. Este último tema, el estudio del interior de los planetas, su estructura y dinámica, su atmósfera y su sismicidad, posibles ya gracias a los viajes espaciales, ha planteado la cuestión de hasta qué punto la Geofísica se refiere sólo a la Tierra. “Manteniéndonos de momento en el estudio de la Tierra, su mismo objeto impone sobre la Geofísica una cierta unidad. Todos los procesos y estructuras localizadas desde el centro de la Tierra, hasta el límite exterior de la Magnetosfera, son objeto de estudio de la Geofísica. Una de las primeras divisiones propuestas por Gutenberg en el prólogo del libro Lehrbuch der Geophysik, publicado en 1929, se basa en los distintos campos de la Física que se aplican a la Tierra sólida, los mares y la atmósfera. La Geofísica queda de esta forma dividida en capítulos de Mecánica, Gravitación, Electricidad, Magnetismo, Óptica. Calor y Composición de la Materia. Más extendida que esta división es la que se basa en una serie de distintas disciplinas que se han ido formando en el seno de la Geofísica. No existe unanimidad de criterios para esta división, y algunas disciplinas forman ciencias con entidad propia, como la Geodesia y la Meteorología. Una división incluyendo estas materias es la siguiente: Geodesia y Gravimetría. Sismología. Geomagnetismo y Aeronomía. Oceanografía física. Meteorología. Geodinámica. Geoquímica y Volcanología. Planetología Prospección Geofísica “Parecida a esta división es la propuesta por la Unión lnternacional de Geodesia y Geofísica (IUGG) para sus secciones: Geodesia. Sismología y Física del interior de la Tierra. Meteorología y Física de la atmósfera. Geomagnetismo y Aeronomía. Ciencias físicas de los océanos. Hidrología científica. Volcanología y Química del interior de la Tierra. Geofísica Pura Gravimetría (con Geodesia) Magnetometría (con Geo y Paleomagnetismo) Geoelectricidad Radiometría (con Geocronología) Geotermia (con Vulcanología) Sismología 5 Cátedra de Geofísica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofísica Corte esquemático de la envoltura gaseosa de la Tierra. Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009. “La Unión Geofísica Americana (AGU) añade a estas divisiones las de Paleomagnetismo, Tectonofísica, Planetología y Física solar e Interplanetaria. Es difícil, por tanto, el dar una división única y algunas de estas disciplinas, como la Geoquímica o la Física interplanetaria, parecen quedar un poco fuera del ámbito de la Geofísica. Por otro lado, algunas disciplinas se han desarrollado hasta formar casi ciencias separadas, como pueden serlo la Oceanografía y la Meteorología “Una parte importante de la Geofísica la constituye su aplicación a la búsqueda de recursos minerales, es decir, lo que se suele llamar Geofísica aplicada o Prospección geofísica. La existencia de esta rama ha llevado a establecer una primera división de la Geofísica en pura y aplicada. Tanto la división como los términos empleados no son muy afortunados. No está claro por qué el solo interés económico hace de una ciencia que sea pura o aplicada. Este planteamiento lleva a situaciones un tanto absurdas. Por ejemplo, la refracción sísmica para el estudio de la estructura de la corteza terrestre pertenece a la Geofísica pura, mientras que si se aplica a la búsqueda de petróleo, pertenece a la aplicada. Naturalmente, no se puede ignorar que la Geofísica aplicada a la búsqueda de minerales se ha convertido en una disciplina en sí misma con sus revistas especializadas y sus asociaciones internacionales “Otra división de tipo muy general y que se ha utilizado, sobre todo en Francia, es la de Geofísica interna 6 Cátedra de Geofísica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofísica Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009. y externa. La primera trata de los fenómenos relacionados con la Tierra sólida., dejando para la segunda los de la atmósfera, océanos, campo magnético externo, medio interplanetario. etc. En realidad, todas las divisiones tienen un poco de arbitrarias, ya que es muy difícil poner límites a unas disciplinas con respecto a otras. No se puede buscar. por tanto, una racionalidad completa en la definición di todo lo que se ha de incluir en la Geofísica y cómo se ha de dividir ésta. Por ejemplo es difícil decidir si el estudio del medio interplanetario o de la actividad del Sol debe pertenecer a la Geofísica o a la Astrofísica. Muchas veces las inclusiones y divisiones tienen un peso histórico y no corresponden a una clasificación puramente metodológica. El problema, además, no es excesivamente importante y podemos dejarlo a la interminables discusiones de los congresos de las asociaciones científicas.” (texto extraído de Udías y Mezcúa, 1997, p. 22-23) La Anomalía: Es el concepto central de la geofísica prospectiva (del latín prospicere, examinar). De lo que se trata es de registrar, procesar y graficar la respuesta dada por distintos campos físicos en las áreas de potencial interés exploratorio o de desarrollo de recursos. Y entonces buscar los sectores de valores anómalos respecto al fondo local o regional e interpretarlos en términos geológicos a fin de determinar los sitios de interés económico. La búsqueda de anomalías se hará, antes que nada, evaluando información previa de las potenciales áreas a prospectar, para comenzar allí donde las condiciones geológicas y/o de factibilidad económica sean a priori más promisorias. Cuando se ha definido el área, se establece el mallado de mediciones, sea que tales mediciones se hagan a lo largo de trayectorias predefinidas (paralelas entre sí, o formando una cuadrícula, o cualquier otra figura que se considere oportuna) o bien si son puntos más o menos distantes ubicados según las facilidades geográficas de la zona. Usar una malla más fina o más gruesa -es decir, hacer mediciones más cercanas o más lejanas entre sí- dependerá indirectamente de la escala del trabajo -por cuestiones prácticas y de costospero fundamentalmente dependerá del tamaño mínimo de las anomalías de interés. En otras palabras, la red es más cerrada o abierta según sea el tamaño del pescado que queremos capturar. Una vez hecho el registro o adquisición de los datos de campo (mediciones físicas, posicionamiento y eventualmente otros) se harán los cálculos correctivos que constituyen el procesamiento necesario para homogeneizarlos, es decir hacerlos comparables, y poder entonces graficarlos para finalmente hacer su interpretación en términos geológicos y eventualmente de recursos potencialmente explotables. Los datos pueden presentarse en forma de perfiles de pozo (datos esencialmente unidimensionales en el eje z ó 1D, salvo componentes de desviación horizontal del pozo), cortes (también llamados secciones verticales, transectas, calicatas o perfiles, en este caso bidimensionales en x, z, ó 2D), mapas (o secciones horizontales, que también son datos 2D pero llevados a un plano horizontal x,y en lugar de vertical), o volúmenes de información (tridimensional ó 3D, en x, y, z). Y también cualquiera de los anteriores incorporando la variable de cambio temporal, esencialmente allí donde se está explotando un recurso y los registros físicos se modifican en función de la disminución de dicho recurso, por lo que en todos los casos se agrega la dimensión temporal: por ejemplo un volumen (3D) pasa a un delta de volumen (4D, con x, y, z, t). Las curvas que unen puntos de igual valor de la magnitud física relevada se denominan isoanómalas, aunque no necesariamente estemos en presencia de una anomalía significativa. Y los perfiles o cortes o mapas o volúmenes son denominados genéricamente gráficas de anomalía gravimétrica, magnética, radiométrica, de velocidades sísmicas, etc. La prospección geofísica suele hacerse sobre la superficie terrestre, pero también dentro de pozos, o puede ser marina (o lacustre o fluvial), aérea e incluso satelital, dependiendo de las limitaciones inherentes a las magnitudes físicas a medir -por ejemplo, la radioactividad medida sobre el mar es casi nula o las ondas sísmicas pierden sus propiedades distintivas al entrar al aire- y también según sean las tecnologías disponibles y sus costos. 7 Cátedra de Geofísica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofísica Prospección aeromagnética y mapa resultante en perspectiva. Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009. Es muy importante tener en cuenta que distintas realidades del subsuelo pueden producir semejantes anomalías geofísicas, lo que hace indispensable la cuidadosa evaluación de todos los antecedentes geológicos, geoquímicos, de pozos, de otros métodos geofísicos, etc. “PROSPECCION GEOFÍSICA: “La tecnología geofísica, es decir, la aplicación de los conocimientos que brinda la Geofísica en favor de la humanidad, es lo que se denomina "prospección geofísica". Esta sería, a primera vista, un conjunto de técnicas físicas y matemáticas aplicadas a la exploraci6n del subsuelo; para la búsqueda y posterior estudio de yacimientos, de sustancias útiles (petróleo, aguas subterráneas, minerales, carbón, etc.) por medio de observaciones en la superficie de la Tierra de las propiedades físicas de los materiales en el interior de la misma. “Los métodos geofísicos pueden detectar solamente discontinuidades o sea regiones donde las propiedades físicas de las rocas difieren considerablemente de las otras zonas. Esto, que parecería ser una desventaja, resulta una limitación universal ya que el hombre no puede percibir lo que es homogéneo en su naturaleza, sino que reconoce únicamente lo que tiene alguna variaci6n o discontinuidad en el tiempo y en el espacio. “Esas variaciones, denominadas "anomalías" son las que evidencian estructuras o acumulaciones de sustancias útiles que tienen valor económico. Por eso, el objetivo de los métodos geofísicos es ubicar las anomalías más que descubrir el mineral buscado. Para el geofísico tienen más interés las desviaciones respecto al valor normal de las propiedades que el valor absoluto de las mismas. La mayoría de las interpretaciones geofísicas se llevan a cabo con el propósito de determinar la geología profunda por el análisis de las anomalías, pero en muy pocas ocasiones se busca el mineral directamente. “Si se considera a la Geofísica como el estudio de los campos físicos ligados a la Tierra, resulta evidente que la Prospección habrá de apoyarse en la primera, que le brindará la información que necesita sobre tales campos. Pero a su vez, la primera necesita aplicar los métodos de la segunda para la resolución de problemas puramente teóricos. “El primer paso en el uso de la Geofísica con fines prácticos se dio en 1843 cuando se postuló que el teodolito magnético; un instrumento de laboratorio usado para medir variaciones de la declinación (ángulo que forma la dirección al norte magnético con el norte geográfico), podía usarse en el descubrimiento de vetas de minerales magnéticos. Hace poco más de un siglo (1879) se construyó el primer instrumento para ser usado en la prospección de mineral de hierro. Pero, si bien la prospección minera fue la primera aplicación práctica de los conocimientos brindados por la geofísica, los avances más espectaculares y rápidos son producto de la prospección petrolera. Desde que en 1924 se descubrió petróleo por primera vez en un pozo ubicado por medios geofísicos (sísmica de refracción), la actividad en la prospección geofísica se ha expandido a una velocidad extraordinaria. Esto es un resultado lógico de la competencia creciente como así también del desafío cada vez más fuerte que representan los depósitos que faltan descubrir ya que los yacimientos más fáciles de hallar son progresivamente descubiertos y explotados. “La demanda del petróleo y minerales ha llegado a su pico y como las nuevas fuentes que pueden ser halladas con medios geológicos convencionales son cada vez más escasas, salvo en los rincones más alejados de la Tierra, la carga principal de hallar las futuras reservas descansa sobre los geofísicos. 8 Cátedra de Geofísica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofísica Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009. “RESUMEN DE LOS MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFÍSICA “Los métodos de exploración geofísica usados en la búsqueda de minerales o fluidos en el interior de la Tierra pueden c1asificarse según los siguientes grupos principales, de acuerdo a cuál sea: GRAVIMÉTRICO MAGNETOMÉTRICO ELÉCTRICO SÍSMICO RADIOACTIVO PERFILAJES EN POZOS “Si bien este ú1timo grupo combina una serie de técnicas cuyos fundamentos residen en alguno de los otros grupos, merece ser considerado como punto separado por la importancia que reviste. “La e1ecci6n de una técnica o de un conjunto de las mismas para localizar un determinado mineral está condicionada por su naturaleza y la de las rocas que lo rodean. En muy pocos casos el método que se haya e1egido puede indicar directamente la presencia del mineral buscado. Por lo general, lo que se consigue, aun con un buen programa de exp1oraci6n, son indicios si se dan o no las condiciones para la existencia del mismo. “El rango de problemas que pueden ser encarados con estos métodos es muy amplio y va desde los estudios de carácter regional que cubren grandes áreas, a los trabajos de detalle que pueden requerir diferentes mediciones en un mismo punto. “Por otro lado, considerando que diferentes condiciones geo1ógicas están asociadas a los yacimientos metálicos y a los yacimientos de hidrocarburos, resulta 1ógico que la exp1oraci6n minera se 11eve a cabo en áreas favorables a la existencia del mineral que se está buscando. Así, 1a búsqueda de minerales metalíferos se concentra generalmente en áreas en las que se sabe que hay rocas ígneas y metamórficas. A su vez, la exploración para carbón, petróleo y gas se confina a las cuencas sedimentarias, excepto en las raras situaciones en que el petróleo y el gas pueden migrar a rocas ígneas y metamórficas fracturadas. “Los costos son también muy variados. Por lo general, los métodos más económicos son aquellos que permiten la registración en un avión o barco, con lo que se consigue rápidamente un recubrimiento areal grande. En términos generales puede decirse que del total invertido en exploración geofísica, el 90 % se invierte en prospección petrolífera, mientras que el 10% restante se invierte en proyectos mineros o de ingeniería.” (texto extraído de Apuntes del I.S.E.P., 1982, p. 15-18) Conformación del interior de nuestro planeta, a la luz de la geofísica. Utilización de los Métodos Geofísicos: Para alcanzar los objetivos, además de los medios disponibles, es fundamental basarse en todo el conocimiento previo (geología superficial, datos de pozos, geoquímica, etc.), en la objetividad y en el trabajo interdisciplinario. 9 Cátedra de Geofísica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofísica Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009. Las condiciones que favorecen o aconsejan el empleo de los métodos geofísicos tienen que ver, en primer lugar, con la insuficiente información obtenida por métodos más directos, como la geología de superficie, la información desde perforaciones o la geoquímica, entre otros, insuficiencia que puede deberse a escollos técnicos o bien a costos excesivos. En segundo lugar, con la existencia de respuestas físicas medibles en función de los prospectos de interés geológico, sean éstos de índole económica o puramente académica. En tercer lugar, con la factibilidad de resolución técnica práctica en la ejecución de el o los métodos potencialmente útiles. Y naturalmente, en cuarto lugar, en las ecuaciones de costos (gastos o inversiones) y de los potenciales beneficios, o sea la relación costo/beneficio. Ahora bien, dadas la primera condición general y la segunda para varios métodos con respuestas comparables, serán las posibilidades de abordaje práctico de la problemática a resolver y las diferentes alternativas de costos versus beneficios las que permitirán tomar la decisión de emplear uno u otro método geofísico, con tal o cual modalidad, o varios de ellos en forma complementaria, o ninguno. La relación costo/beneficio estará siempre presente, incluso cuando el beneficio no sea netamente económico sino más bien cualitativo en términos de un conocimiento buscado por su importancia científica o el prestigio académico. Gastamos más (recursos técnicos, mano de obra, esfuerzos, tiempo) cuando creemos poder ganar más, apostamos más cuando el premio es mayor o bien mayor es la probabilidad de ganarlo. Actualmente más del 95% de la inversión mundial en estudios geofísicos está vinculada con actividades petroleras y cerca del 90% del gasto en geofísica corresponde a prospección sísmica y acústica. Estos porcentajes son atinentes también al impacto ambiental de los distintos métodos geofísicos, mucho más crítico en el caso de la sísmica dado su mayor despliegue de recursos. “EL PAPEL DE LA GEOFÍSICA EN LA PROSPECCIÓN DE MINERALES: “(…) El estudio de la interrelación tanto en espacio como en tiempo de las diferentes rocas, el comportamiento en el pasado de éstas, segÚn deducciones, el estudio de los minerales en las rocas ordinarias y en las menas -dicho más brevemente, la aplicación de la geología y de la mineralogía- pueden restringir aún más la zona de prospección. Sin embargo, el área puede ser todavía demasiado grande para que las labores de exploración o cateo, tales como excavaciones y perforaciones, sean prácticas y económicas, por lo que son deseables nuevas restricciones. Además, tanto la geología como la mineralogía dependen de la existencia de afloramientos de rocas, pero no siempre se dispone de éstos. Si existen, puede que no sean 10 suficientemente abundantes para que la situación de los yacimientos pueda predecirse con certeza razonable. Por otra parte, aunque las formaciones metalizadas sean bien conocidas, los yacimientos pueden hallarse ocultos a profundidad menor o mayor por debajo de la superficie accesible para el estudio directo geológico o mineralógico. En realidad, este caso se da muy frecuentemente en la prospección moderna, ya que los yacimientos aflorantes han sido descubiertos desde hace mucho tiempo y en muchos casos están agotados. El papel del examen geo16gico de la superficie, pierde importancia con el desarrollo de la industria minera. “Este es el momento en que la Geofísica -la aplicación de la Física al estudio de la Tierra- entra en escena. Los yacimientos suelen diferir en sus propiedades físicas (susceptibilidad magnética, conductividad eléctrica, densidad, etc.) respecto de las rocas que los rodean. Observando adecuadamente las variaciones de las propiedades físicas del terreno, y mediante cuidadosa interpretación de los resultados, podremos eliminar extensas zonas como de escasa probabilidad para contener menas de ciertos tipos específicos, y encauzar investigaciones más detalladas sobre zonas reducidas y concretas. “La elección de la zona inicial para el estudio geofísico, se hace frecuentemente tomando como guía consideraciones geológicas. Las porciones que la Geofísica puede eliminar son, en términos muy generales, aquellas dentro de las cuales la propiedad física relevante del terreno no presenta variaciones significativas (anomalías), mientras que deben escogerse para ulterior investigación las zonas que muestran variaciones apreciables que puedan atribuirse razonablemente a cuerpos del subsuelo que difieren en dicha propiedad respecto de las rocas encajantes. En este sentido, la prospección de menas es una prospección directa, en contraste con la prospección petrolera, que es indirecta. En la prospección de petróleo no podemos aprovechar ninguna propiedad física del mismo petróleo, sino que hemos de buscar estructuras geo16gicas capaces de actuar como almacenes petrolíferos. 10 Cátedra de Geofísica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofísica Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009. “Con sólo datos geofísicos no puede decidirse si los cuerpos por ellos señalados corresponden o no a yacimientos mineros. No obstante, la combinación de estos datos con datos geo1ógicos e información de otro tipo, así como con la experiencia previa, permite con frecuencia escoger algunas de las indicaciones como las que presentan mayor probabilidad de estar causadas por la mena buscada. Las costosas labores de exploración, tales como perforaciones, calicatas y pozos, únicas capaces de dar la prueba definitiva de la existencia del mineral, pueden concentrarse en esos pocos lugares. Además, la interpretación detallada de las anomalías geofísicas suministra frecuentemente estimaciones confiables acerca de la profundidad, longitud, anchura, posición, etc., más probables, de los cuerpos anómalos. Estos datos proporcionan ayuda para el establecimiento de programas de explotación racionales y económicos para la estimación del tonelaje y valor del posible yacimiento y para la toma de decisiones sobre su explotación. “Así, la finalidad primaria de la Geofísica en la prospección es la de separar zonas que aparecen como estériles de las que presentan posibilidades de contener yacimientos. Puesto que los yacimientos mineros son accidentes relativamente raros, las zonas estériles son naturalmente más abundantes que las prometedoras, y los resultados de la mayoría de las prospecciones geofísicas serán negativos (correctamente) como ocurre también con la mayor parte de las prospecciones geológicas. Por consiguiente, el éxito de una prospección geofísica bien ejecutada no puede medirse por el número de metalizaciones que ha descubierto, ni por el número de sondeos mecánicos que han cortado mineral, sino por el tiempo, esfuerzo y dinero que la prospección ha ahorrado al eliminar terrenos que, en caso contrario, habrían debido ser desechados por el empleo de métodos más costosos. (…) “Una prospección puede ser considerada como satisfactoria, aunque no se haya obtenido ninguna indicación geofísica, o aunque en caso afirmativo, no se haya encontrado mineral después de perforación o calicateo. El criterio y medida del éxito es simplemente el ahorro estimado en los costes, conseguido por la eliminación de terreno estéril efectuada por medio de la prospección geofísica. (Al estimar este ahorro, el coste de las labores efectuadas específicamente para comprobar los resultados de la prospección, como por ejemplo, perforaciones, debe incluirse, como es natural, en el coste de la prospección.) (…)” (texto extraído de Parasnis y Orellana, 1971, p. 19-22) Por último, una definición de autor no identificado, en algún grado verídica, publicada por la revista de la American Association of Petroleum Geologists (contraparte natural de la Society of Exploration Geophysicists): “A Geophysicist is a person who passes as an exacting expert on the basis of being able to turn out with prolific fortitude infinite strings of incomprehensible formulae calculated with micrometric precision from vague assumptions which are based upon debatable figures taken from inconclusive experiments carried out with instruments of problematic accuracy by persons of doubtful reliability and questionable mentality for the avowed purpose of annoying and confounding a hopeless group of fanatics known as Geologists who are themselves the lunatic fringe surrounding the hard-working Oil Operator.” Plataforma petrolera en alta mar. Intentaremos no molestar demasiado, ni seguir contribuyendo a la confusión del lector, sea éste estudiante de Geología, de Ingeniería en Petróleo o cualquiera otra fuese su formación previa. En el peor de los casos, esperamos poder ayudar a conciliar el sueño… 11 Cátedra de Geofísica Aplicada, U.N.P.S.J.B., Chubut, Argentina. Tema 1 La Ciencia Geofísica Chelotti, L., Acosta, N., Foster, M., 2009. CUESTIONARIO BÁSICO - Dar una definición de geofísica. - ¿Cuáles ciencias le son afines? - Comentar brevemente los antecedentes históricos. - ¿En qué se fundamenta la separación en geofísica pura y aplicada? - Definir anomalía geofísica. - ¿De qué depende la densidad del muestreo de datos? - ¿Qué condiciones favorecen el empleo de estos métodos? BIBLIOGRAFÍA - Cantos Figuerola, J., 1972. Tratado de Geofísica Aplicada (p.18-34). Librería de Ciencia e Industria. - Parasnis y Orellana, 1971. Geofísica Minera (p.19-35). Editorial Paraninfo. - Udías y Mezcua, 1997. Fundamentos de Geofísica (p.19-35). Alianza Editorial. - Varios Autores, 1982. Apuntes del Instituto Superior de Exploración Petrolera (p.15-18). Yacimientos Petrolíferos Fiscales. 12