SISMOLOGÍA

La sismología es una rama de las ciencias de la tierra que se ocupa de estudiar los fenómenos sísmicos, la naturaleza de estos, su mecanismo, las leyes físicas que gobiernan la propagación de las ondas elásticas generadas, sus efectos, su magnitud e intensidad, su distribución geográfica, y su profundidad.

La mayor parte de nuestros conocimientos relativos a la estructura del interior de la tierra a profundidades mayores a las alcanzadas con perforaciones, se derivan del estudio de las ondas sísmicas generadas por terremotos y explosiones, y los estudios sísmicos continuarán proporcionando mucha información.

Métodos sísmicos de exploración

Se basan en la generación de ondas sísmicas, por ejemplo: por medio de una explosión o por medio de un rompedor de caída. Las ondas sísmicas son ondas mecánicas y elásticas, pues las ondas sísmicas causan deformaciones no permanentes en el medio, en que se propagan.

La deformación se constituye de una alternancia de compresión y de dilatación de tal manera que las partículas del medio se acercan y se alejan respondiendo a las fuerzas asociadas con las ondas, como por ejemplo en un elástico extendido. Su propagación se describe por la ecuación de ondas.

Tipos de ondas sísmicas

Los terremotos se producen por la liberación brusca de energía de deformación acumulada en las placas tectónicas por la iteración entre ellas.

Los sismos producen ondas de varios tipos que se propagan a partir del foco en todas las direcciones.

Un registro de ondas sísmicas refleja el efecto combinado del mecanismo de rotura en el foco, de la trayectoria de propagación, de las características del instrumento registrador y de las condiciones de ruido ambiental en el lugar de registro.

Existen ondas de compresión, ondas transversales y ondas superficiales como Love o Rayleigh.

Ø Ondas ´”P” ( ondas longitudinales u ondas de compresión ).- Las partículas de una onda P, longitudinal o de compresión oscilan en la dirección de propagación de la onda, son las mas rápidas ya que alcanzan velocidades de 4 hasta 7 ( km/s ) , por eso se llaman ondas primarias (ondas P), son parecidas a las ondas sonoras ordinarias, son más rápidas que las ondas s, es decir después un temblor en un observatorio primeramente llegan las ondas p, y seguidamente las ondas s (ver fig.).

Fig. Ondas longitudinales “P”

Ø Ondas “s” u ondas transversales u ondas de cizalla.- Las partículas de una onda s, transversal o de cizalla oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación ya que alcanzan velocidades de 2 hasta 5 (km/s) (ver fig.).

Se distingue las ondas sh, cuyas partículas oscilan en el plano horizontal y perpendicular a la dirección de propagación, y las ondas sv, cuyas partículas oscilan en el plano vertical y perpendicular a la dirección de propagación. En las ondas s polarizadas sus partículas oscilan en un único plano perpendicular a su dirección de propagación.

Las diferencias en las velocidades se usan en la medición de temblores y terremotos, así mismo la diferencia entre la llegada de la onda "p" y de la onda "s" (∆t) corresponde a la distancia del foco. (∆t es grande, sí el foco es muy lejano, porque la onda P se propaga más rápido).

Fig. Ondas transversales “s”

Ø Ondas de Rayleigh.- Las ondas de Rayleigh causan un movimiento rodante parecido a las ondas del mar y sus partículas se mueven en forma elipsoidal en el plano vertical, que pasa por la dirección de propagación (ver fig.).

En la superficie el movimiento de las partículas es retrógrado con respecto al avance de las ondas. La velocidad de las ondas Rayleigh es menor que la velocidad de las ondas s (transversales) y es aproximadamente Raleigh = 0,9 x Vs, según DOBRIN (1988).

Fig. ondas superficiales “R (Rayleigh)”

Ø Ondas de Love.- Las ondas de Love requieren la existencia de una capa superficial de menor velocidad en comparación a las formaciones subyacentes, es decir un gradiente de velocidad positivo (velocidad se incrementa) con la profundidad (ver fig.).

Las ondas de Love son ondas de cizalla, que oscilan solo en el plano horizontal, es decir las ondas de Love son ondas de cizalla horizontalmente polarizadas.  

Fig. ondas superficiales “L (Love)”

En la fig. podemos ilustrar el camino y el comportamiento que las ondas sísmicas siguen a través de la tierra.

Fig. a) Camino que siguen las ondas sísmicas a través de la tierra. b) Tipos de ondas sísmicas

Comportamiento de las ondas sísmicas en las rocas

Los parámetros característicos de las rocas, que se determina con los métodos sísmicos son: la velocidad de las ondas p y s, el coeficiente de reflexión y la densidad; que a su ves dependen de las propiedades de las rocas (ver tabla), siendo los mas importantes la: petrografía (contenido en minerales), estado de compacidad, porosidad (porcentaje de espacios vacíos), relleno del espació vacío o es decir de los poros, textura y estructura de la roca, temperatura, presión.

Una variación en una de estas propiedades de la roca puede ser relacionada por ejemplo con un límite entre dos estratos litológicos, con una falla o una zona de fallas, con un cambio en el relleno del espacio poroso de la roca.

Tabla. Velocidad de onda en los materiales

Medio	Velocidad de la onda primaria (vp) m/ seg.	Velocidad de la onda secundaria (vs) m/seg.
Granito	5200	3000
Basalto	6400	3200
Calizas	2400	1350
Areniscas	3500	2150

Durante el cambio de un medio al otro las ondas sísmicas tienen que cambiar su velocidad, significa también que van a separarse en una parte reflejada y en una otra parte refractada, como se observa en la fig. es un ejemplo del comportamiento de las ondas sísmicas en una formación y en la tabla podemos observar las formaciones geológicas que podemos hallar haciendo una prospección sísmica.

Con la sismología se puede detectar: Límites de capas, Fallas, Rellenos de poros (petróleo)

Ejemplo.- Comportamiento de las ondas sísmicas en una interface horizontal entre dos distintos medios litológicos: A partir de una fuente de ondas sísmicas situadas en la superficie como un tiro o un peso cayéndose en el suelo se generan distintas ondas de las siguientes características:

Fig.  La onda directa se propaga a partir de la fuente de ondas sísmicas en el medio superior con la velocidad uniforme v1.La onda reflejada se engendra por la reflexión de la onda directa incidente en la interface entre medio 1 y medio2 y se propaga con la velocidad v1.Una porción de la onda incidente en la interface entre medio 1 y medio 2 pasa por la interface y se refracta. La onda refractada se propaga en el segundo medio con la velocidad v2. – fuente (elaboración propia)

Tabla Formaciones geológicas dependiendo de la velocidad de onda, en una prospección sísmica

A través de los datos entregados por las reflexiones sísmicas se puede construir el horizonte de reflexión que corresponde a un cambio de materiales. Por ejemplo diferentes estratos o fallas tectónicas.