REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELALA UNIVERSIDAD DEL ZULIAFACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA GEODÉSICA

DETERMINACIÓN DE VELOCIDADES SÍSMICAS A PARTIR DE VALORES DE RESISTIVIDAD

Trabajo de Ascenso para optar a la categoría

de Profesor Agregado

Presentado por:

Profa. Karina Acurero Rodríguez

Maracaibo, Julio del 2001

Este jurado aprueba el Trabajo de Ascenso titulado “DETERMINACIÓN DE

VELOCIDADES SÍSMICAS A PARTIR DE VALORES DE RESISTIVIDAD”, que presenta

la Profa. Karina Acurero Rodríguez, ante el Consejo de la Facultad de Ingeniería de La

Universidad del Zulia, en cumplimiento a lo pautado en el Artículo 77 de la Sección IX,

Título III de la Ley de Universidades, para ascender a la categoría de Profesor Agregado.

Maracaibo, Febrero del 2001

JURADO:

_____________________

_____________________

_____________________

DEDICATORIA

________________________________________________________________________

A mis abuelas Flor Angela y Tereza

AGRADECIMIENTO

________________________________________________________________________

Al Departamento de Geofísica y a todo el personal que labora en él de manera

incondicional.

A el Profesor Wilmer Márquez por su colaboración, apoyo y consejos para la

realización de esta investigación.

Al Ingeniero Isaías Rivas por su apoyo y colaboración.

RESUMEN

________________________________________________________________________

ACURERO RODRÍGUEZ, KARINA JOSEFINA: “DETERMINACIÓN DE VELOCIDADES

SÍSMICAS A PARTIR DE VALORES DE RESISTIVIDAD”. Trabajo de

Ascenso. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. Maracaibo, Julio del

2001.

El trabajo presenta una metodología para la determinación de las velocidades de las ondas sísmicas en rocas sedimentarias, específicamente en secciones de caliza, a partir de valores de resistividad eléctrica, mediante la aplicación de la ecuación de Faust.

En la metodología propuesta, para obtener la distribución vertical de las resistividades en el área de estudio, se utilizó el método geoeléctrico por Sondeo Eléctrico Vertical, con la configuración electródica tipo schlumberger hasta un AB/2 que garantizara una profundidad de 20 metros. Posteriormente, se aplicó la ecuación de Faust, la cual relaciona la velocidad con la resistividad, asumiendo esta última como una respuesta de las variaciones litológicas del subsuelo sondeado.

Así mismo, para fijar los valores de las constantes de la ecuación de Faust, se recolectaron muestras de caliza en los diferentes niveles de la cantera sondeados, los cuales fueron analizados en laboratorio en términos de sus velocidades sísmicas, densidad y constantes elásticas.

INDICE

________________________________________________________________________

RESUMEN

ABSTRACT

1. Introducción

2. Características Generales

2.1. Localización del Área de Estudio

2.2. Síntesis Geológica del Estado Falcón

3. Aspectos Teóricos Generales

3.1. Marco Metodológico de la Investigación

3.2. La Ecuación de Velocidad Sísmica de Faust

3.2.1. El Factor Litológico en la Ecuación de Velocidad

3.2.2. El Factor Resistividad de la Formación

3.2.3. La Velocidad como una Función de la Profundidad y el Tiempo

Geológico

3.3. Propiedades Geológicas de la Caliza

4. Adquisición de Datos de Campo

5. Procesamiento de los Datos de Campo

6. Interpretación y Análisis de los Datos Geoeléctricos

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANEXOS

Pág.

INTRODUCCIÓN

________________________________________________________________________

L. Y. Faust (1953) al estudiar las variaciones de la velocidad con la profundidad y

tiempo geológico en las secuencias sedimentarias, relacionó velocidad y resistividad de la

formación y comprobó que la resistividad respondía a las variaciones de tiempo de

tránsito debido a variaciones litológicas y al contenido de fluido en las formaciones.

Este trabajo hace referencia a la aplicabilidad de esta ecuación cuando se tienen

datos de resistividad obtenidos a partir de sondeos eléctricos verticales realizados en la

cantera de Cementos Caribe, Cumarebo, Estado Falcón. Cabe destacar que en la cantera

se tenían datos de velocidad sísmica obtenidos a través del método sísmico de refracción

lo cual permitió realizar la comparación de las velocidades y ratificar la aplicabilidad del

método propuesto.

Para cumplir con el objetivo propuesto se efectuaron sondeos eléctricos en los

niveles 468, 444, 432 y 420 de la cantera utilizando el dispositivo schlumberger con

profundidades de penetración de hasta 30 metros y mediante un procesamiento

computarizado de los datos de resistividades eléctricas utilizando el algoritmo de

deconvolución de Ghosh y el enfoque de Dar Zarrouk, se obtuvieron los modelos

geoeléctricos en función de espesores y resistividades para las diferentes capas. Luego,

con la aplicación de la ecuación de Faust y habiendo obtenido el valor de la constante

local para cada nivel, se determinó el comportamiento de las velocidades sísmicas para

cada capa del modelo geoeléctrico representativo.

A pesar de que la transformación de la resistividad a velocidad no es una novedad,

se pretende difundir mediante una descripción completa una metodología simple y

confiable, de gran utilidad en los campos de secuencias sedimentarias.

2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

En el presente trabajo de investigación se busca cumplir con los siguientes objetivos:

Proponer una metodología óptima para la determinación de velocidades de las

ondas sísmicas a partir de valores de resistividad obtenidos a través de los

métodos eléctricos de prospección por sondeos eléctricos verticales.

Comparar los resultados obtenidos mediante la metodología propuesta con datos

de velocidad sísmica obtenidos en sitio a través del método sísmico de refracción.

3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Generalmente, cuando se necesitan valores de velocidad de las ondas sísmicas se

procura obtenerlos a partir de los métodos sísmicos. Desafortunadamente, estos métodos

son muy costosos y requieren de mayor tiempo para su aplicación y procesamiento. Una

solución propuesta es obtener estos valores de velocidad sísmica a partir de valores de

resistividad a través de la aplicación de una ecuación que relaciona ambos parámetros

denominada “Ecuación de Faust”. Los valores de resistividad pueden ser obtenidos con

métodos eléctricos de prospección, cuya ejecución en campo resulta menos costosa y

mucho más rápida, además de garantizar una buena precisión de los resultados

obtenidos.

El Departamento de Geofísica de la Escuela de Ingeniería Geodésica de LUZ, cuenta

con el equipo geoeléctrico y el software necesarios para realizar sondeos eléctricos

verticales y procesar los datos obtenidos en campo, de manera rápida, precisa y

confiable. Sin embargo, no cuenta con un equipo de exploración sísmica, debido a que es

muy costoso.

Se trata entonces, de obtener valores sísmicos a partir de datos eléctricos mediante

la aplicación de una ecuación matemática, y generar trabajos de extensión que permitan

el ingreso de recursos financieros para el Departamento de Geofísica y la Universidad del

Zulia, cuidando siempre de mantener la calidad, la precisión y la confiabilidad de los

resultados obtenidos.

4. CARACTERÍSTICAS GENERALES

4.1. LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

El área objeto del presente estudio se encuentra ubicada en la ciudad de

Cumarebo, Estado Falcón, específicamente en las canteras de Cementos Caribe,

ubicadas en el Cerro Mampostal.

La zona de estudio contiene un gran contenido de magnesio en forma de calizas

dolomíticas. Allí aflora la unidad superior del Miembro Superior de la formación El Socorro

como lutitas azul-verdosas, arcillolitas marrones y areniscas calcáreas. Afloran calizas

arrecifales del Miembro Cumarebo, el cual es un desarrollo arrecifal emplazado en la

parte media de la Formación Caujarao. Su localidad tipo se encuentra en el escarpado

que limita hacia el norte con el Cerro de los Indios; otras masas situadas hacia el este,

como Mampostal, muestran excelentes afloramientos.

La caliza de la zona de estudio se caracteriza por una estructura de esponja con

un alto volumen de porosidad, que se debe a un proceso de disolución de agua dulce.

Debido a esta porosidad de 20 – 30%, la roca es blanda/frágil. Su color es blanco que

meteoriza en colores amarillentos con manchas rojizas, adquiriendo un aspecto poroso y

cavernoso.

En la cantera de caliza se presentan dos sistemas de diaclasas: uno principal con

rumbo preferencial NO – SE, con buzamiento mayor a 70º hacia el NE; y un sistema

secundario con rumbo SO – NE, con buzamientos subcorticales, cuya intersección genera

líneas de debilidad estructural.

En la cantera se observan variaciones laterales grandes en la composición

química de las calizas, con zonas altas en magnesio. En general, se observa que al

disminuir el contenido de calcio aumenta el contenido de magnesio.

4.2. SÍNTESIS GEOLÓGICA DEL ESTADO FALCÓN

La cuenca de Falcón tiene su inicio con la orogénesis del Eoceno Medio,

modificando el borde septentrional de la plataforma epicontinental situada al norte de los

Andes Venezolanos, y determinando una cuenca sedimentaria que, geográficamente,

durante el oligoceno, estuvo limitada por la plataforma de Dabajuro en el extremo más

occidental y separada de la Cuenca del Lago de Maracaibo, y el sur por una zona

positiva, que abarca los límites de los Estados Zulia, Lara y Falcón. Dichos límites

determinarán que la cuenca estuviese abierta hacia el noreste, con un elemento positivo

durante el oligoceno y mioceno temprano (Guerra y Mederos, 1987) en la sección norte

central, denominado Alto de Coro.

Durante este Eoceno medio tuvo lugar una extensa transgresión hacia el oeste-

suroeste que tiene su mejor expresión en la Formación Jarillal, mientras que la Formación

La Victoria presenta características regresivas, como posible antecedente del

levantamiento y erosión característicos del Eoceno superior, al término de los cuales las

condiciones paleosedimentarias cambiaron en toda Venezuela occidental.

A finales del oligoceno y regido por ajustes isostáticos, comienza una

sedimentación marina, mientras que los rasgos estructurales de la cuenca de Falcón

estaban completamente definidos, lo cual determinó una gran cuenca con varias

subcuencas, que representan el canal falconiano y los surcos de Urumaco y la Vela,

limitados por altos estructurales a saber, la Plataforma de Dabajuro y el Alto de Coro –

Paraguaná. Luego, a mediados del Mioceno temprano se produce una transgresión

generalizada (González de Juana, 1980), con lo que se deposita una secuencia

sedimentaria lutítica y muy fosilífera en las áreas marginales norte y sur de la cuenca que

identifican la formación Agua Clara, como consecuencia típica de ambientes marinos

someros; finalizada la sedimentación de esta formación se define un considerable cambio

sedimentológico y el canal falconiano desaparece, motivado a la regresión de los mares

hacia el noreste (González de Juana, 1980), desarrollándose al mismo tiempo una

sedimentación variable de oeste a este, desde el continente al mar, sobre el flanco de una

cuenca y al norte de la posición anterior del canal falconiano, controlada por un conjunto

de fallas sinsedimentarias de rumbo general N-S (Falla de Lagarto, etc.).

Se inicia un nuevo ciclo sedimentario, dando lugar a la Formación Cerro Pelado,

con características ambientales costero-deltaicas y con ciertas intercalaciones propias de

ambientes paludales, determinadas por un evento regresivo (González de Juana, 1980); a

esto siguió un corto evento transgresivo, lo que permitió un avance hacia el sur de la línea

de costa, que originó la generación de ambientes fundamentalmente marinos que

representaron a las formaciones Querales (lutítica) y Socorro.

Durante el Mioceno Medio continúa la oscilación en cuanto a las condiciones

marinas, dando lugar a facies calcáreas típicas de la formación Caujarao, las cuales se

van haciendo menos marinas hacia el oeste, determinando ambientes más costeros y

continentales con fases paludales características de la formación Urumaco, sometidos

siempre a episodios sucesivos de movimientos regresivos y transgresivos, pero a menos

escala (González de Juana, 1980).

Posteriormente, se desarrolla la etapa de relleno de la cuenca dando lugar a la

formación Codore durante el Mioceno Superior Plioceno, en ambientes continentales que

fueron afectados por una corta invasión marina, representada por el Miembro Chiguaje,

haciéndose más marino dicho ambiente hacia el este para dar lugar a la Formación La

Vela.

En la parte central de Falcón, afloran en su mayoría sedimentos del Oligoceno,

los cuales se presentan rodeados hacia el norte y hacia el sur por estrechas fajas de

sedimentos miocenos. En la misma región, hacia la parte meridional, afloran importantes

sedimentos del Eoceno de características marinas a continental en contacto con

afloramientos de rocas cretácicas extendidas hacia el sur.

Durante toda esta evolución la parte oriental de la cuenca permaneció

subsidente, con indicación de paleoprofundidades de más de 500 m hasta probablemente

1500 m. Las condiciones paleogeográficas cambiaron solamente en el Mioceno superior,

cuando un levantamiento general sedimentó las calizas limolíticas impuras en la

Formación Punta Gavilán, discordante sobre el Grupo Agua Salada, en la parte oriental y

las rocas semejantes de la Formación El Veral en la región de Cumarebo.

Revisando la columna estratigráfica de la región de Falcón se puede verificar la

presencia de sedimentos que van desde el Cretáceo hasta el reciente, variando en

espesores considerables de sedimentos de edad terciaria y facies diversas que van de

netamente marinas a epicontinentales y terrestres (Léxico Estratigráfico), lo cual tiene su

origen en hechos ya mencionados anteriormente y que se pueden resumir de la siguiente

manera: Durante el Cretáceo, casi toda la región formaba parte de un gran geosinclinal

cubierto por un mar continental, el cual fue rellenándose en forma gradual con

sedimentos, originando simultáneamente el retiro de las aguas o regresión y la emersión

por efectos isostáticos de los sistemas montañosos (Coriano, Andino, Costero). Dicho

proceso de sedimentación que tuvo su comienzo a finales del Eoceno, alcanzó su mayor

desarrollo en el Pleistoceno, los movimientos orogénicos se prolongan hasta nuestros

días.

5. ASPECTOS TEÓRICOS GENERALES

5.1. MARCO METODOLÓGICO DE LA INVESTIGACIÓN

La metodología seguida en la realización de la presente investigación involucra

actividades de campo y de oficina. El trabajo de campo consistió en la ubicación y

ejecución de nueve (9) Sondeos Eléctricos Verticales, que permitieron obtener las

características geoeléctricas del subsuelo en el área de estudio para una profundidad de

30 metros aproximadamente, con lo cual se calcularon posteriormente las velocidades

sísmicas a partir de la Ecuación de Faust.

La ejecución de los sondeos, implica un tendido de líneas de emisión, simétricas

con respecto al punto central del sondeo, con la configuración electródica tipo

Schlumberger. En forma paralela, se efectúo un reconocimiento geológico de la zona y se

recolectaron muestras de caliza en los distintos niveles de la cantera, las cuales

permitieron calcular las constantes locales de los distintos niveles que se utilizan en la

ecuación. Así mismo, se realizó la recopilación y análisis de la información geológica

disponible en las instalaciones de Cementos Caribe.

Las actividades de oficina incluyen, en su primera fase, la interpretación

preliminar de los datos geoeléctricos de campo, los cuales serán procesados

posteriormente para dar una interpretación cualitativa, que incluye tanto los datos

geoeléctricos como los datos geológicos y litológicos disponibles.

Finalmente, se calcularon las velocidades sísmicas a partir de las resistividades

aparentes obtenidas empleando la Ecuación de Faust y se definieron las unidades

geoeléctricas para cada nivel de la cantera.

5.2. LA ECUACIÓN DE VELOCIDAD DE FAUST.

Faust (1953) expresa la velocidad en función de la profundidad (Z), el tiempo

geológico (T) y la litología (L):

V = f (Z, T, L)

De esta manera, se trata de relacionar el parámetro litológico con la resistividad eléctrica

de las rocas sedimentarias, ya que generalmente las mediciones cuantitativas del

parámetro litológico no son disponibles.

Así Faust, demostró que promediando valores de velocidad en secciones

sedimentarias, la variable L se puede asumir como una constante y:

(1)

donde: es una constante que debe ser definida localmente, Z es la profundidad y T es el

tiempo geológico.

La constante representa la variación litológica presentada en un área

determinada, la cual influye en los valores de la velocidad.

5.2.1. EL FACTOR LITOLÓGICO EN LA ECUACIÓN DE VELOCIDAD

El factor litológico en la ecuación de velocidad, puede ser definido como:

(2)

donde el numerador representa la medición de velocidad en el intervalo Z y el

denominador es el valor calculado de velocidad mediante la ecuación 1. En general, K es

el factor en la velocidad, atribuible a la variación de litología. Es una cantidad que puede

ser determinada conociéndose cualquier parámetro provisional de litología.

5.2.2. EL FACTOR RESISTIVIDAD DE LA FORMACIÓN

Para secciones permeables la relación entre la resistividad verdadera de

la formación Rt y la resistividad del agua Ra que la impregna esta dada por:

(3)

donde F es el factor de resistividad de la formación, p es la porosidad y m es un factor que

depende de la compactación de la formación.

Entonces, la resistividad es una función de las variaciones litológicas y del

contenido de fluido en las formaciones, lo cual depende de la porosidad y la

compactación de la formación. Por tanto, el parámetro litológico debe relacionarse con F,

el factor de resistividad de la formación.

Los valores de la resistividad de la formación pueden obtenerse a través de los

valores de resistividad aparente medidas en el campo. En este trabajo, estos valores se

obtuvieron utilizando el método geoeléctrico de Sondeo Eléctrico Vertical, donde las

características del subsuelo son reconocidas por las características de las resistividades

aparentes a lo largo de un perfil. Los datos de resistividad aparente obtenidos en cada

S.E.V. se representan por medio de una curva, en función de las distancias de los

electrodos (dispositivo Schlumberger).

5.2.3. LA FÓRMULA DE VELOCIDAD COMO UNA FUNCIÓN DE LA

PROFUNDIDAD Y EL TIEMPO GEOLÓGICO.

Para la formulación de un parámetro litológico provisional que involucre la

resistividad, es necesario estudiar la variación de Rt cuando K = 1.

Si el parámetro litológico L puede ser definido como:

(4)

entonces, la función de velocidad que incluye litología puede ser formulada mediante la

comparación de L con K, el factor litológico.

En este caso, todos los valores de K pueden determinarse según el rango

de L sin tomar en cuanta la edad geológica T.

Formulando una relación de la forma:

(5)

e igualando (2) con (5), donde Z/t se reemplace por V, tenemos:

(6)

donde es la constante litológica definida localmente.

Ahora bien, sustituyendo la ecuación (4) en la ecuación (6) nos queda:

(7)

La ecuación (7), describe una función de velocidad incluyendo litología, y

muestra la relación entre T y L y más aún la independencia de Rt con respecto a la

profundidad Z.

5.3. SONDEOS ELÉCTRICOS VERTICALES. GENERALIDADES.

Un sondeo eléctrico vertical (SEV) es una serie de medidas de resistividad

aparente con separación creciente de electrodos, permaneciendo fijo el centro y la

orientación del dispositivo. En un SEV propiamente dicho la disposición la disposición de

los electrodos es simétrica respecto al centro del dispositivo.

Para que la función que relaciona la resistividad aparente a y la separación entre

electrodos nos dé una curva y no una superficie es necesario que esta función lo sea de

un solo parámetro o bien que la disposición de los electrodos permanezcan siempre

semejante a si misma (tal es el caso del dispositivo Wenner).

Este parámetro varía según el dispositivo empleado de la siguiente manera:

a) En el Schlumberger es AB/2.

Si siempre a = AM = MN = NB, dispositivo Wenner de cuatro

electrodos, se tiene

(8)

El dispositivo Schlumberger de cuatro electrodos, que es el normalmente

utilizado, es semejante al de tres, pero por haber dos electrodos de corriente iguales y a la

misma distancia del centro del dispositivo, el campo se duplica, por lo que habrá que

tomar un coeficiente mitad del correspondiente al caso de tres electrodos . Ver Figura Nº.

1.

(9)

A M N B

0

Poniendo L = = OA y teniendo en cuenta que r = AM y r+a = AN,

luego r = L – a/2 y r+a = L + a/2, resulta:

(10)

relación que expresa el valor de en el dispositivo Schlumberger.

Se tiene entonces un tetrapolo, verificándose que:

(11)

de donde

(12)

Figura Nº. 1. Dispositivo Schlumberger

En el caso de que un electrodo este en “el infinito” la línea AB se coloca

perpendicular a la MN. No obstante, para considerarse en el infinito ha de ser AB mayor

que cinco veces AM, como mínimo.

b) En el medio Schlumberger es OA (no puede ser AB/2 ya que se trata de un

dispositivo Schlumberger en donde uno de los electrodos de corriente está

en el infinito por lo que hablar de AB/2 carece de sentido).

En el dispositivo Schlumberger debe ser . Los electrodos M y N

permanecen fijos mientras se pueden efectuar buenas mediciones, pero en cuanto se

vislumbra la posibilidad de que las lecturas siguientes van a ser muy pequeñas (con el

consiguiente aumento del error) se aumenta la separación entre M y N, obteniéndose así

un empalme.

Para efectuar un empalme en las debidas condiciones deben observarse dos

reglas:

a) Efectuar dos lecturas dobles al menos (para ello es conveniente disponer

de 4 electrodos de potencial con los que una vez situados con sólo un

cambio en las conexiones pueden efectuarse las lecturas dobles).

b) Al aumentar la separación entre M y N, se debe hacer de tal manera que la

nueva distancia sea de 5 a 10 veces la distancia anterior (sin

olvidar que siempre debe ser ). Haciendo los empalmes con

esta condición evitamos que su número sea muy elevado.

La conveniencia de efectuar los empalmes estriba en que con ellos se pueden

detectar posibles efectos laterales superficiales que con un dispositivo Wenner, por

ejemplo, quedarían repartidos a lo largo de toda la curva, por lo que sería imposible

localizarlos. Un ejemplo gráfico lo tenemos en la Figura Nº. 2 correspondiente a un

mismo terreno.

En un empalme bien efectuado el salto que pega la curva debe ser pequeño.

Este salto es debido en parte a que al efectuar el empalme se disminuyen las distancias

interelectródicas y con ellas la profundidad de penetración.

Figura Nº. 2. Empalmes en diferentes dispositivos.

Al empezar el trabajo debe ser pequeño pero nunca menor de 1 m ya que

sino los efectos locales anómalos se harían notar mucho. Para sucesivos empalmes

podemos tomar = 1,10 y 50 m.

En los dispositivos dipolares los empalmes pueden hacerse variando o .

El dispositivo ecuatorial suele empezarse siempre por un dispositivo Schlumberger hasta

alcanzar 500 m por ejemplo.

5.4. PROPIEDADES GEOLÓGICAS DE LA CALIZA.

La caliza es una roca sedimentaria de origen químico u orgánico constituida

predominantemente por carbonato de calcio y en menor proporción de magnesio.

Normalmente, el término caliza se aplica a rocas en las que la fracción carbonática está

integrada principalmente por calcita.

Las calizas constituyen un grupo poligénico de rocas. Algunas, fragmentarias o

detríticas, han sido transportadas y depositadas mecánicamente; otras, resultantes de

precipitados químicos o bioquímicos, se han formado in situ. Ambos tipos pueden haber

sido modificados profundamente por diversos cambios pos-sedimentarios, de manera que

sus rasgos originales han quedado enmascarados o borrados.

Composición Química.

Las calizas están constituidas principalmente por calcita; en consecuencia su

contenido de CaO como de CO2 es extremadamente alto, y constituyen en algunos casos

más del 95 por ciento del total. Otros componentes, que muchas veces se tornan

importantes, incluyen MgO. El contenido de magnesio es una función tanto del contenido

de magnesio del detrito esquelético en la caliza como de cambios químicos pos-

sedimentarios, y normalmente se añade magnesio por los procesos de dolomitización.

Por excepción, una caliza puede ser notablemente rica en un componente menor,

tal como fósforo u óxido de hierro o sulfuro.

Dado que muchas calizas están integradas por estructuras esqueléticas o detritos

derivados de éstas, la composición de estas rocas es una expresión de la composición en

conjunto de sus componentes esqueléticos.

Composición Mineralógica.

Dado que las calizas son rocas carbonáticas, sus minerales esenciales son los

carbonatos: calcita, aragonita y dolomita.

La aragonita es una forma inestable de la calcita y se encuentra, por

consiguiente, sólo en materiales recientes. Aún la aragonita de materiales de conchas

recientes puede cambiar en calcita en el curso de pocos años (Lowenstam, 1954). El

efecto visible de esta transformación es una pérdida en los detalles de la estructura

interna y la formación de un mosaico cristalino anhedral.

La mayor parte de las dolomitas parecen producto de pos-sedimentación y

muestran relaciones de reemplazo con calcita. Aunque aparecen como rombos aislados

cortando las estructuras primarias de la roca, más comúnmente se presentan en forma de

mosaicos subhedrales o anhedrales distribuidos irregularmente. En parte, la dolomita

puede ser producto de la desmezcla de la solución sólida, calcita-dolomita, que se

encuentra en la parte dura de muchos invertebrados marinos (Chave, 1952) y en parte es

producto de la reacción de aguas portadoras de magnesio con el carbonato original.

La siderita es un componente raro y generalmente mucho menor de algunas

calizas. El hierro ferroso se presenta como en la dolomita, pero en unos pocos casos se

presenta como rombos dispersos de siderita.

La sílice, generalmente como calcedonia, es un componente común de muchas

calizas. Aunque puede estar diseminada en toda la roca, con mayor frecuencia se

encuentra segregada en nódulos grandes. La sílice calcedónica es de grano fino, y si está

diseminada, es difícil de descubrir en corte delgado.

El feldespato, como cristales euhedrales autígenos, es un componente menor,

común de muchas calizas y dolomías, aunque en raros casos puede constituir el cuarenta

por ciento del total de la roca.

La contaminación más común de las rocas carbonáticas está constituida por

materiales arcillosos. La arcilla no se destaca en corte delgado a causa de su grano fino y

de su diseminación, pero en muchas calizas es fácilmente observable en los residuos

insolubles en ácido.

Otros componentes menores de las calizas son la glauconita, la colofana y la

pirita. La glauconita se presenta en forma de gránulos grandes redondeados y localmente

puede ser un componente abundante. La colofana aparece principalmente como detrito

esquelético fosfático. La pirita es casi ubicua en forma de pequeños granos dispersos,

que al oxidarse la roca se convierte en limonita y es observable principalmente a lo largo

de los bordes de los detritos de fósiles.

Interés Práctico de las Rocas Carbonatadas.

Las calizas y dolomías son quizá las rocas sedimentarias de mayor interés

económico, pues son materias primas usadas corrientemente como materiales de

construcción; algunas variedades como las concrecionadas formadas por depósito

químico, las brechoides y las que presentan coloraciones variadas, se utilizan en gran

escala como piedras ornamentales.

Aparte de esta aplicación directa, las calizas y dolomías son utilizadas en

grandes cantidades en la industria siderúrgica como material fundente, en la industria del

vidrio, como correctores de suelos y como materias primas fundamentales en la

elaboración de cales, cementos y refractarios.

Mayor importancia tiene el consumo de caliza en la elaboración del cemento,

cuya producción sirve como índice del desarrollo y economía de un país.

El cemento es un producto artificial que se elabora calentando en hornos

especiales muestras de calizas y arcillas en proporciones que varían según las

características que se requieran para el cemento resultante.

6. ADQUISICIÓN DE DATOS DE CAMPO.

El método propuesto parte de la relación que Faust (1953) encontró entre la velocidad

y la resistividad. Por ello, para la determinación de las velocidades de las ondas sísmicas

a partir de valores de resistividad, se efectuaron nueve (9) sondeos eléctricos verticales

(S.E.V.), utilizando el Método Geoeléctrico de Resistividad con la configuración

electródica tipo Schlumberger, con separaciones electródicas de AB/2 igual a 2.5, 3, 4, 5,

7, 10, 13, 16, 20, 24, 28, 32, 40, para cada estación ocupada, que garantizaron alcanzar

una profundidad de 20 metros, y se efectúo una interpretación automatizada de las curvas

S.E.V., lo cual permitió definir un modelo geoeléctrico de la zona, en los niveles 468, 444,

432 y 420 de la cantera de Cementos Caribe en Cumarebo, Estado Falcón.

Así mismo, se recolectaron muestras de caliza en los distintos niveles de la cantera

los cuales fueron analizados en términos de sus velocidades sísmicas, densidad, tensión

y compresión en el laboratorio como se observa en la Tabla Nº. 1, valores éstos que

permitieron calcular los elementos numéricos asociados a cada constante local de los

distintos niveles. (Ver Tabla Nº. 2).

El propósito fundamental de estas mediciones fue el de evaluar las secciones

geoeléctricas y así definir los valores de resistividad que posteriormente serán utilizados

en la ecuación de Faust. Las lecturas de campo correspondientes a los sondeos eléctricos

verticales, permitirán definir las curvas de resistividad aparente, de las cuales se efectuó

una interpretación preliminar y posteriormente una interpretación computarizada para

determinar las capas del subsuelo en función de la resistividad de las mismas.

7. PROCESAMIENTO DE LOS DATOS DE CAMPO.

Para el procesamiento de los datos de las mediciones geoeléctricas de superficie,

se estableció un procedimiento combinado de cálculo automatizado y de discriminación

visual en función de curvas SEV teóricas publicadas. En una primera aproximación se

utilizó un programa de interpretación automatizado, basado en la transformación de las

curvas de campo a una curva de Dar Zarrouk en iteraciones progresivas fundamentadas

en el filtro de convolución en función de los parámetros de resistencia eléctrica

longitudinal y transversal transformados a un coeficiente de reflexión del pulso eléctrico.

Los resultados de este procesamiento computarizado, fueron analizados tomando en

consideración el tipo de curva de campo original y el tipo de curva del ajuste RMS

obtenido de la interpretación automatizada, ajustándose las relaciones de espesor y

resistividad, así como el número de capas en función de curvas teóricas publicadas.

Todas las curvas de campo fueron procesadas según la metodología descrita,

para así establecer los modelos geoeléctricos con un error RMS de ajuste menor del 5%

entre la curva de campo y la curva del modelo interpretado. Ver Anexo (1) y (2).

Obtenidas las características geoeléctricas (resistividades) del subsuelo en el área de estudio, se

procedió al calculo de las velocidades sísmicas para cada estrato asociado a una sección geoeléctrica de los

niveles sondeados, a partir de la ecuación:

(Faust, 1953) (8)

donde: V: Velocidad Sísmica, : Constante local, Z: Profundidad, R: Resistividad.

Para la determinación de la constante local a utilizar en la ecuación anterior, se

recolectaron muestras de caliza en los distintos niveles de la cantera, los cuales fueron

analizados en términos de sus velocidades sísmicas, densidad, tensión y compresión en

el laboratorio, como se mencionó anteriormente. (Ver Tabla Nº. 3).

TABLA Nº. 1

RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE LABORATORIO A CADA UNA DE LAS

MUESTRAS DE CALIZA SELECCIONADAS EN EL SITIO DE ESTUDIO

NIVEL

Velocidad Sísmica de Laboratorio

(m/seg)

Densidad

(tons/yd3) Tensión

(psi)

Compresión

(psi)Vmin. Vmax. Vprom. min max prom

468 2298,60 2482,93 2395,77 1.78 1.95 1.87 860 7918

444 2370,22 2498,34 2436,12 1.80 1.90 1.85 885 7712

Caliza Baja Porosidad:

432 2394,11 2555,62 2475,87 1.88 1.96 1.92 900 8010

Caliza Alta Porosidad:

432 2210,15 2515,11 2368,63 1.70 1.81 1.76 850 7716

420 2440,60 2463,46 2453,08 1.84 1.93 1.89 888 7760

Nota:

1. Para convertir la unidad de velocidad m/seg a ft/seg se debe multiplicar por 3.281.

2. Los valores de la velocidad promedio (Vprom.) y de la densidad promedio (prom) no

se calcularon promediando los valores mínimos y máximos, éstos corresponden con

valores promedios de laboratorio.

TABLA Nº. 2

DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE LOCAL “”, VARIABLE IMPLÍCITA EN LA ECUACIÓN DE FAUST, EN CADA

UNO DE LOS NIVELES ESTUDIADOS.

Nivel Z

(mt.)

Rt

(ohm-mt)

Vmin Laboratorio

(m/seg)

Vmax Laboratorio

(m/seg)

min

(ohm-m.seg)-1

max

(ohm-m.seg)-1

prom

(ohm-m.seg)-1

468 14 3000 2298,60 2482,93 389,87 421,14 405,51

444 12 2600 2370,22 2498,34 422,44 445,27 433,86

432 14 950 2394,11 2555,62 491,85 525,03 508,44

420 12 975 2440,60 2463,46 512,23 517,03 514,63

TABLA Nº. 3

DETERMINACIÓN DE LAS VELOCIDADES SÍSMICAS EN CADA UNO DE LOS NIVELES ESTUDIADOS EMPLEANDO LAS SECCIONES GEOELÉCTRICAS

DERIVADAS DE LOS REGISTROS O SONDEOS ELÉCTRICOS VERTICALES Y FILTRADOS MEDIANTE UN FILTRO DE CUATRO PUNTOS.

Nivel Capa # Espesor

(mt)

Resistividad

(ohm-m)

Constante Local

(ohm-mt.seg)-1

Velocidad Sísmica

(m/seg)

Porcentaje de material

asociado a la velocidad

sísmica

468

1 2.0 5190,35 405,51 1899,97 8%

2 4.95 6159,25 405,51 2266,51 19%

3 13.7 2999,20 405,51 2382,08 53%

4 5.00 1649,5 405,51 1822,73 20%

444

1 2.5 3339,25 433,86 1954,10 9%

2 6.25 2849,30 433,86 2217,10 24%

3 13.00 2600,75 433,86 2467,12 51%

4 4.00 1569,75 433,86 1863,51 16%

432

1 4.00 650,15 508,44 1885,47 12%

2 10.00 592,05 508,44 2162,55 29%

3 15.00 950,00 508,44 2503,47 44%

4 5.00 630,65 508,44 1947,00 15%

420

1 4.00 560,00 514,63 1861,53 12%

2 10.00 820,00 514,63 2310,99 30%

3 14.00 976,00 514,63 2516,27 42%

4 5.00 2300,00 514,63 2445,00 16%

8. INTERPRETACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS DATOS DE CAMPO.

De la interpretación de los nueve (9) sondeos eléctricos verticales para la

determinación de las velocidades sísmicas, se definieron cuatro (4) unidades geoléctricas,

obteniéndose un perfil geoeléctrico del subsuelo, el cual corresponde a un secuencia de

capas geológicas de propiedades físicas bien diferenciables y espesores específicos. (Ver

gráficos anexos).

De estas cuatro (4) unidades se puede inferir para cada zona lo siguiente:

NIVEL 468:

La primera unidad corresponde a una zona de baja velocidad de 1899,97 m/seg,

que se correlaciona con una caliza de mediana porosidad, hasta una profundidad de 2

metros aproximadamente. La segunda unidad se infiere como una caliza de baja

porosidad y alta velocidad sísmica, la cual está en el orden de 2266,51 m/seg. La tercera

unidad se infiere como calizas de baja porosidad, alta densidad y alta velocidad sísmica,

la cual está en el orden de 2382,08 m/seg; la cuarta unidad se infiere como una caliza de

mediana porosidad, densidad media y una baja velocidad sísmica de 1822,73 m/seg.

En esta zona podemos concluir que la caliza existente no presenta magnesio en

su composición, estableciéndose un intervalo de velocidad sísmica luego del filtrado de

1822,73 m/seg a 2382,08 m/seg.

NIVEL 444:

La primera unidad corresponde a una caliza de mediana porosidad, densidad

media y una velocidad de 1954,10 m/seg. La segunda unidad se infiere como una caliza

de baja porosidad, densidad media y alta velocidad en el orden de los 2217,10 m/seg. La

tercera unidad se infiere como una caliza de baja porosidad, densidad media y una alta

velocidad que está en el orden de los 2467,12 m/seg y la cuarta unidad se infiere como

una caliza de baja velocidad la cual está en el orden de 1863,51 m/seg, densidad media y

mediana porosidad.

En esta zona podemos concluir que la caliza existente no presenta magnesio, sin

embargo, se observa la presencia de un cuerpo dolomítico, estableciéndose un intervalo

de velocidad sísmica luego del filtrado de: 1863,51 m/seg a 2467,12 m/seg.

NIVEL 432:

La primera unidad corresponde a una caliza con presencia de magnesio al 2.8%

aproximadamente, mediana porosidad, densidad media y una baja velocidad en el orden

de los 1885,47 m/seg. La segunda unidad se infiere como una caliza con presencia de

magnesio al 0.95% aproximadamente, baja porosidad, alta densidad y alta velocidad

sísmica en el orden de los 2162,55 m/seg. La tercera unidad se infiere como una caliza

con una presencia de magnesio al 0.2%, alta densidad, baja porosidad y una alta

velocidad sísmica de 2503,47 m/seg, y por último una cuarta unidad que se infiere como

una caliza con presencia de magnesio al 2.9% aproximadamente, mediana porosidad,

densidad media y una velocidad sísmica de 1947,00 m/seg.

En esta zona podemos concluir que la caliza existente tiene presencia de

magnesio con rangos que oscilan entre 0.2% al 2.9%, estableciéndose un intervalo de

velocidad sísmica, luego del filtrado de: 1885,47 m/seg a 2503,47 m/seg.

NIVEL 420:

La primera unidad corresponde a una caliza de mediana porosidad, densidad

media y baja velocidad sísmica en el orden de 1861,53 m/seg. La segunda unidad se

infiere como una caliza de baja porosidad, densidad media y alta velocidad sísmica en el

orden de 2310,99 m/seg. La tercera unidad se infiere como una caliza de muy baja

porosidad, densidad media y alta velocidad sísmica en el orden de los 2516,27 m/seg, y la

cuarta unidad se infiere como una caliza de baja porosidad, densidad media y alta

velocidad sísmica en el orden de 2445,00 m/seg.

En esta zona podemos concluir que la caliza existente no presenta magnesio,

estableciéndose un intervalo de velocidad sísmica, luego del filtrado de: 1861,53 m/seg a

2516,27 m/seg.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La metodología propuesta, mediante la cual se obtienen valores de velocidad de

las ondas sísmicas longitudinales a partir de valores de resistividad, logró cumplir con las

exigencias de calidad, ya que los resultados obtenidos están en el mismo orden que los

valores obtenidos por métodos sísmicos, específicamente por el método sísmico de

refracción el cual ya había sido aplicado en la cantera de Cementos Caribe.

Es preciso hacer notar, que los métodos geoeléctricos son menos costosos y su

procesamiento es mucho más rápido y bastante preciso, por tal razón, la metodología ya

explicada es recomendada para futuros estudios, en donde se necesite tener información

sobre el comportamiento de las velocidades sísmicas y no se tenga a disposición, por

ejemplo, un sismógrafo de refracción o de reflexión.

Así mismo se puede concluir que para profundidades entre los 2 metros y los 10

metros se observan calizas de mediana a baja porosidad con velocidades sísmicas que

oscilan en el orden de los 1900 m/seg a los 2240 m/seg. Para profundidades entre los 10

metros y los 30 metros se observan calizas de mediana porosidad en todos los niveles

sondeados con velocidades sísmicas que oscilan en el orden de los 1800 m/seg a los

2450 m/seg.