INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL.
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA CIENCIAS DE LA TIERRA
UNIDAD TICOMAN
“ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE
SANTIAGO DE ANAYA II”
P R O Y E C T O T E R M I N A L QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO GEOFISICO
PRESENTA.
ERNESTO GONZALEZ FLORES
ASESOR: DR. ENRIQUE COCONI MORALES
México, D.F. Junio 2010
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
AGRADECIMIENTOS.
A MI MADRE.
Muchas gracias por tu incondicional apoyo y por tu cariño, que han hecho de mi lo
que ahora soy. Sin ti no hubiera podido lograr esto. Te quiero mucho mamá.
A MI TIO RAUL FLORES.
Te agradezco tus concejos, apoyo y cariño, los cuales han sido una parte importante
en mi vida.
A MIS HERMANAS.
Les doy las gracias porque siempre hemos tratado de estar unidos y sin importar su
situación económica me han apoyado en lo que han podido.
A MI FAMILIA.
Gracias a ti Montserrat por estar a mi lado y comprenderme. Y gracias a mis hijas
por nacer, y crear en mí una persona que tuvo grandes razones para aferrarse a sus
sueños.
A MIS SUEGROS.
Quienes me han brindaron su apoyo, y ha quienes les agradezco su paciencia en
todo este tiempo. Muchas gracias.
AL DR. ENRIQUE COCONI MORALES.
Gracias por su amistad, apoyo, entusiasmo, dedicación y orientación hacia mí. Si no
fuera por usted, no hubiera hecho de esto lo que ahora es.
A LOS PROFESORES.
Gracias por sus enseñanzas y orientación en el transcurso de mi preparación
profesional.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
INDICE.
RESUMEN ................................................................................................................... i
ABSTRACT ..................................................................................................................ii
INTRODUCCION ........................................................................................................ iii
OBJETIVOS ................................................................................................................ iv
CAPITULO 1.- GEOLOGIA ......................................................................................... 1
1.1.- GEOLOGÍA ESTRUCTURAL. .................................................................................... 3
1.2.- ESTRATIGRAFIA. ...................................................................................................... 4
CAPITULO 2.- ESPECTROMETRIA ........................................................................... 6
2.1.- PRINCIPIOS DE RADIOACTIVIDAD. ......................................................................... 6
2.1.1.- RADIOACTIVIDAD BASICA ............................................................................................... 6
2.1.2.- TIPOS DE DECAIMIENTO RADIOACTIVO ........................................................................ 7
2.1.3.- NATURALEZA ESTADISTICA DEL DECAIMIENTO RADIOACTIVO ................................ 8
2.1.4.- CAMPO NATURAL DE RADIACION ................................................................................... 9
2.1.5.- DESEQUILIBRIO .............................................................................................................. 10
2.1.6.- INTEGRACION DE RAYOS GAMA CON LA MATERIA ................................................... 11
2.1.7.- DETECTORES E INSTRUMENTOS ................................................................................. 12
2.1.8.- UNIDADES COMVENCIONALES QUE SE REPORTAN DEL TERRENO ....................... 14
2.2.- FUNDAMENTOS DE LA ESPECTROMETRIA DE RAYOS GAMA. ............................... 15
2.2.1.- FUENTES DE RADIACION GAMA ................................................................................... 15
2.2.2.- RESPUESTA DEL DETECTOR ........................................................................................ 15
2.2.3.- MEDICION DE RAYOS GAMA ......................................................................................... 17
2.3.- METODOS RADIOACTIVOS TERRESTRES. ........................................................... 17
2.3.1.- INSTRUMENTACION ....................................................................................................... 17
2.3.2.- MEDICION DE CAMPO .................................................................................................... 18
2.3.3.- PROCEDIMIENTO DEL PROCESAMIENTO DE DATOS ................................................ 19
CAPITULO 3.- REGISTROS GEOFISICOS DE POZO ..............................................21
3.1.- PROPIEDADES PETOFISICAS DE LAS ROCAS ...................................................... 21
3.1.1.- POROSIDAD ..................................................................................................................... 21
3.1.2.- PERMEABILIDAD ............................................................................................................. 22
3.1.3.- SATURACION DE FLUIDOS ............................................................................................ 22
3.2.- PROPIEDADES ELECTRICAS DE LAS ROCAS. ...................................................... 23
3.2.1.- CONCEPTO DE RESISTIVIDAD ...................................................................................... 24
3.2.2.- RESISTIVIDAD DE LAS ROCAS ...................................................................................... 24
3.2.3.- INFLUENCIA DE LA DISTRIBUCION RADIAL DE LOS FLUIDOS EN
LOS VALORES DE RESISTIVIDAD ................................................................................. 24
3.2.4.- CONCEPTO DE FACTOR DE RESISTIVIDAD DE LA FORMACION .............................. 25
3.3.- FUNDAMENTOS DE LOS REGISTROS DE POZO EMPLEADOS Y SU
METODOLOGIA DE ADQUISICION DE DATOS. ...................................................... 26
3.3.1.- REGISTRO DE RESISTIVIDAD ........................................................................................ 26
3.3.2.- REGISTRO DE POTENCIAL ESPONTANEO NATURAL................................................. 28
3.3.3.- REGISTRO ELECTROMAGNETICO................................................................................ 28
3.3.4.- REGISTRO RADIOACTIVO .............................................................................................. 28
3.3.5.- REGISTRO SONICO ........................................................................................................ 30
3.3.6.- REGISTRO DE DENSIDAD COMPENSADO ................................................................... 30
3.3.7.- REGISTRO DE NEUTRON COMPENSADO (CNL) ......................................................... 31
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CAPITULO 4.- METODOLOGIA DE LA ADQUISICION Y
PROCESAMIENTO DE LOS DATOS .................................................33
4.1.- ESPECTROMETRIA DE RAYOS GAMA. .................................................................. 33
4.1.1.- ADQUISICION DE LOS DATOS ....................................................................................... 33
4.1.1.1.- GEOREFERENCIAS ...................................................................................... 39
4.1.2.- GRAFICACION DE LOS DATOS ...................................................................................... 40
4.1.2.1.- INTERPOLACION .......................................................................................... 40
4.1.2.2.- KRIGING ......................................................................................................... 40
4.1.2.3.- MAPAS DE IMAGEN ...................................................................................... 41
4.1.2.4.- SOFTWARE GOLDEN SURFER 8© .............................................................. 41
4.2.- REGISTROS GEOFISICOS ...................................................................................... 44
4.2.1.- ARCHIVO Y FORMATO DEL ALMACENAMIENTO DE LOS
REGISTROS GEOFISICOS DE POZO .............................................................................. 44
4.2.2.- OBTENCION DE LA RESISTIVIDAD DEL LODO FILTRADO (RMF) .................................. 45
4.2.3.- TEMPERATURA DE FORMACION .................................................................................. 45
4.2.4.- CALCULO DEL VOLUMEN DE ARCILLA ......................................................................... 46
4.2.4.1.- INDICADORES DE ARCILLA ......................................................................... 46
4.2.4.1.1.- REGISTRO DE RESISTIVIDAD ..................................................... 47
4.2.4.1.2.- REGISTRO SP................................................................................ 48
4.2.4.1.3.- REGISTRO DE RAYOS GAMA ...................................................... 48
4.2.4.1.4.- REGISTRO DE NEUTRON ............................................................. 49
4.2.5.- OBTENCION DE LITOLOGIA SIMPLE (GRAFICAS CRUZADAS) .................................. 49
4.2.5.1.- GRAFICA DE NEUTRON CONTRA SONICO ................................................ 49
4.2.5.2.- GRAFICA DE DENSIDAD CONTRA SONICO .............................................. 50
4.2.5.3.- GRAFICA DE NEUTRON CONTRA DENSIDAD ........................................... 51
4.2.6.- CALCULO DE LA POROSIDAD ........................................................................................ 51
4.2.6.1.- CALCULO CON EL REGISTRO DE DENSIDAD COMPENSADO ................. 51
4.2.6.2.- CALCULO CON EL REGISTRO DE NEUTRON COMPENSADO ................. 52
4.2.6.3.- CALCULO CON EL REGISTRO SONICO ...................................................... 53
4.2.6.4.- DENSIDAD DEL HIDROCARBURO ............................................................... 53
4.2.7.- CALCULO DEL EXPONENTE DE CEMENTACION Y DE LA
RESISTIVIDAD DEL AGUA ................................................................................. 54
4.2.8.- CALCULO DE LA SATURACION DE AGUA ..................................................................... 55
4.2.9.- CALCULO DE LA LITOLOGIA .......................................................................................... 56
4.2.10.- SOFTWARE POWERLOG© ........................................................................................... 57
4.2.10.1.- METODOLOGIA DE PROCESAMIENTO DE DATOS ................................. 58
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CAPITULO 5.- INTERPRETACION DE LOS DATOS ............................................................ 65
5.1.- ESPECTROMETRIA DE RAYOS GAMA ................................................................... 65
5.1.1.- CONSIDERACIONES TEORICAS .................................................................................... 65
5.1.2.- RADIOELEMENTOS EN LOS MINERALES ..................................................................... 66
5.1.2.1.- POTASIO ........................................................................................................ 66
5.1.2.2.- TORIO ............................................................................................................ 67
5.1.2.3.- URANIO ......................................................................................................... 68
5.1.3.- ANALISIS RADIOELEMENTAL DE LOS DATOS ............................................................. 69
5.1.3.1.- ANALISIS CON AYUDA DE LAS RELACIONES K/TH, K/U Y U/TH................ 69
5.1.3.1.1.- RELACION U/TH ............................................................................. 69
5.1.3.1.2.- RELACION K/U ............................................................................... 71
5.1.3.1.3.- RELACION K/TH ............................................................................. 73
5.1.3.2.- ANALISIS CON AYUDA DE LA CROSSPLOT DE
IDENTIFICACION DE MINERALES ................................................................ 75
5.2.- REGISTROS GEOFISICOS. ..................................................................................... 80
5.3.- CORRELACION DE LA LITOLOGIA DEL POZO CON LA DEL LUGAR DE
ESTUDIO .................................................................................................................. 85
CONCLUSIONES .......................................................................................................88
RECOMENDACIONES ..............................................................................................89
BIBLIOGRAFIA ..........................................................................................................90
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
i
RESUMEN.
El siguiente proyecto se enfoca en el análisis de los datos obtenidos de elementos
radioactivos (Torio, Potasio y Uranio) que se realizo en un área aproximada de
228.97km2 ubicada dentro del municipio de Santiago de Anaya y parte en el
municipio de San Salvador, en el Estado de Hidalgo; tratando de correlacionar este
análisis con el análisis de los registros geofísicos del pozo petrolero Ixmiquilpan-1,
localizado en el anticlinal San Miguel. Esta superficie fue dividida en siete partes
iguales donde en este trabajo solo se hablara del área II que se encuentra dentro del
municipio de Santiago de Anaya.
El área se encuentra dentro de la provincia de la Sierra Madre Oriental la cual se
distingue por estar conformado de montañas plegadas con orientación casi norte –
sur, constituidas a partir de secuencias marinas detríticas y calcáreas, separadas por
valles aluviales y llanuras a partir de antiguas cuencas lacustres, donde aparecen
elevaciones aisladas.
La adquisición de los datos espectrométricos de rayos gama fue tomada en todos
los caminos posibles que cubrían el área. Después que se tomaron los datos se
presentaron en un mapa de imagen que permitió la representación de la
radioactividad en el lugar, para después ser analizada con respecto a la geología del
lugar.
El pozo exploratorio petrolero Ixmiquilpan – 1, fue elaborado por Petróleos
Mexicanos. Debido a esto, la información que se obtuvo de los registros geofísicos
ejecutados en el pozo, fue limitado.
El procesamiento de los datos de los registros geofísicos se elaboro con ayuda del
software PowerLog©; y la interpretación de los registros geofísicos solo se baso en
relacionar las formaciones con los resultados obtenidos del procesamiento de los
datos de los registros.
Con el análisis de las estructuras litológicas que corta el pozo, y con el análisis
litológico superficial del área con la ayuda del método espectrométrico, se obtuvo un
modelo litológico.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
ii
ABSTRACT.
This project treats of the analysis of radioactive elements (Thorium, Potassium and
Uranium) that was obtained in an area of 228.97km2 approximately, located in town
of Santiago de Anaya and San Salvador, in Hidalgo; trying to correlate this analysis
with the analysis of well logs of the well Ixmiquilpan-1, located in the anticline San
Miguel. This surface was divided in seven equal parts. This working only speaks
about the area “two” which is located on Santiago de Anaya.
The area is into the province of the Sierra Madre Oriental which is formed by
mountains with orientation north – south, constituted from detritus and calcareous
marine sequences separated by alluvial valleys and prairies where isolated
elevations appear.
The acquisition gamma ray spectrometric dates were taken in all possible ways that
cover the area. The information Later that was taken, it appeared in a image map
where was allowed to represent the radioactivity of the place. This representation
was analyzed with the local geology.
The exploratory well Ixmiquilpan - 1, was elaborated by Petróleos Mexicanos. Due to
this, the information obtained by well logs was limited.
The processing of dates of the well logs was elaborated with help of the software
PowerLog ©; and its interpretation was only based in the linking of the geological
formations with to the results obtained of the processing of dates.
Finally, a model lithologic was obtained, with analysis of well lithologics structures,
and with analysis lithologic superficially of the area with helping of espectrometric
method.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
iii
INTRODUCCION.
Es de gran importancia la realización de estudios de registros de pozo, radioactivos,
magnéticos, entre otros, para la interpretación geológica y la correlación de zonas de
interés. Por lo anterior, los parámetros físicos de las rocas involucrados en la
interpretación de los datos obtenidos en campo, necesitan procesos de tratamiento
de las imágenes geofísicas que integren los resultados petrofísicos, con el objetivo
de que la interpretación citada quede íntimamente ligada al terreno.
Martin Klaproth, un químico Alemán, descubrió el elemento de Uranio en 1789
(IAEA, 2003). Henri Becquerel, un físico Francés, descubrió la radioactividad en
1896 (IAEA, 2003). Esto condujo a más investigaciones dentro de la naturaleza de la
materia y dio nacimiento a la física nuclear. Después surgió el desarrollo de técnicas
para las mediciones de la radioactividad.
La exploración de Uranio intensivo condujo a la primera examinación radiométrica
aérea en USA, Canadá y la antigua URSS en 1947 y en Australia en 1951 (IAEA,
2003). La espectrometría de rayos gama aérea, terrestre y de laboratorio fue
desarrollada y aplicada para la exploración minera y monitoreo del medio ambiente
en los años de 1960 y 1970 (IAEA, 2003).
El propósito de la espectrometría de rayos gama es estimar las concentraciones
radioelementales de Potasio Uranio y Torio in situ.
Los registros de pozo para fines petroleros se empezaron a emplear desde 1927 en
Pechelbronn Francia por Henri Doll, Cbarles Sheibli y Roger Jost, quienes se
basaron en la técnica de muestreo indirecto, ideada por Conrad y Marcel
Schlumberger (Hernández A. H., 2003). Estos últimos emplearon el método de
medición de la resistividad de las rocas para la localización de yacimientos minerales
en 1912 (Hernández A. H., 2003). Desde entonces se empezaron a utilizar en todo
el mundo, desarrollándose aceleradamente. En México se emplean desde 1943
(Hernández A. H., 2003).
La correlación de los métodos geofísicos es una técnica muy útil en muchos
estudios, y es valida siempre y cuando no se distorsionen los principios de cada
método ni los datos obtenidos en campo.
Este trabajo se dividió en cinco capítulos, donde el primer capitulo habla de la
geología del lugar. El segundo capítulo cita los principios físicos que gobiernan la
espectrometría de rayos gama. En el tercero se menciona las definiciones de las
propiedades petrofísicas de las rocas, así como los fundamentos y la metodología
de adquisición de datos de los registros de pozo. En el cuarto se explica la
adquisición de los datos y el procesamiento de los datos radiométricos y de los
registros de pozo. Y por último se explica en el capitulo cinco la interpretación de los
datos radiométricos y de los registros de pozo.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
iv
OBJETIVOS.
1) Crear un método eficiente para la adquisición y procesamiento de datos
Radiométricos de Rayos Gama.
2) Correlacionar el análisis de los elementos radioactivos (Uranio, Torio y
Potasio); con información geológica.
3) Correlacionar el análisis de los elementos radioactivos (Uranio, Torio y
Potasio); con información de registros geofísicos de pozo.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
1
CAPITULO 1.- GEOLOGÍA.
El área de este proyecto se localiza en el municipio de Santiago de Anaya. Se
encuentra dentro del área de ecoturismo de las grutas de Xoxafí. Al Sur está ubicado
el municipio de Actopan, y al Oeste el municipio de Ixmiquilpan. Las coordenadas
que encierran este polinomio son: 20º24’39.6’’N 99º2’27.6’’W, 20º20’37.01’’N
99º1’10.2’’W, 20º24’39.6’’N 99º1’10.2’’W, y 20º20’37.01’’N 99º2’27.6’’W. Comprende
una superficie aproximada de 16.574km2 (Figura 1.1). Es seco y posee paisajes
naturales semidesérticos, donde solo hay verdor en las riberas de los ríos y en
algunas partes húmedas.
Los procesos geológicos que dieron lugar a la Sierra Madre Oriental tienen que ver
con el lugar de estudio ya que este está en su provincia.
Las montañas de la Sierra Madre Oriental están constituidas por secuencias
sedimentarias marinas calcáreas y detríticas separadas profundamente por
corrientes paralelas a la orientación general del macizo serrano, y que son
consecuencia del control estructural de drenaje. Las corrientes principales son del
tipo consecuente y subsecuente en patrones subparalelos bien integrados.
Figura 1.1. Geología de área estudiada (Carta Geológica–Minera Ixmiquilpan F14–C79 Hidalgo).
Caliza
.
Lutita – Arenisca.
Conglomerados – Areniscas.
Aluvial.
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2
A continuación se presentan las características de las rocas ubicadas en el área.
Caliza Ki(cz).- Unidad constituida por rocas calcáreas marinas de la
Formación el Doctor, Tamaulipas Inferior y Tamaulipas Superior con textura
calcilutítica y calcarenítica; contiene fósiles de rudistas, pelecípodos y
gasterópodos; tiene intercalaciones de lutitas calcáreas laminadas, lentes de
pedernal y líneas estilolíticas paralelas a la estratificación; esta localmente
dolomitizada.
Morfológicamente se presenta como montañas altas con constantes cantiles
verticales y cañones profundos, así como de pequeños cerros redondeados.
Lutita – Arenisca Ks(lu – ar).- Secuencia detrítica marina estratificada, la base
de esta unidad consta de capas alternadas de caliza, marga, limonita, lutita y
arenisca que hacia la cima están definidas solamente como lutita y arenisca.
Esta secuencia fue depositada en un marco tectónico de regresión marina.
Pertenece a la Formación Mexcala y tiene contacto transicional con la unidad
Ks(lu)(F. Mendez) bajo la cual subyace, también subyace discordantemente a
rocas volcánicas terciarias y a una secuencia de arenisca – conglomerado del
Terciario Superior.
La expresión morfológica es de lomeríos bajos drenados por corrientes
subsecuentes.
Arenisca – Conglomerado Tp(ar – cg).- Unidad rítmica alternante de origen
continental. Consta de areniscas frágiles de grano fino, líticas y de matriz
arcillosa; el conglomerado tiene clastos de caliza, marga, toba riolítica y riolita.
La estratificación es en capas con actitud horizontal.
Esta unidad es correlacionable con la Formación Tarango y sobreyace
discordantemente a las unidades cretácicas y a la Formación Atotonilco el
Grande.
La expresión morfológica es de mesas y lomeríos de relieve bajo.
Aluvial Q(al).- Esta unidad representa a los depósitos detríticos no
consolidados, constituidos por gravas, arenas, limos y arcillas, situados en
abanicos aluviales al pie de las sierras con cuerpos lenticulares de caliche.
Los fragmentos líticos tienen diversa composición y grado de madurez de
acuerdo con la fuente de aprovisionamiento, resistencia de la roca y tiempo –
distancia de transporte.
Morfológicamente se presenta como abanicos y planicies aluviales y
rellenando los valles fluviales.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
3
1.1 GEOLOGÍA ESTRUCTURAL.
La sierra madre oriental constituye una cadena montañosa orogénica compuesta,
principalmente, por rocas marinas mesozoicas, que se depositaron y evolucionaron
sobre un basamento Precámbrico y Paleozoico.
Discordantemente sobre la unidad más antigua de gneisses, descansa una
secuencia de tipo flysch depositada en altos fondos marinos.
Durante el Triásico, y posteriormente a las deformaciones orogénicas de fines del
Paleozoico, sucede un prolongado período de emersión afectado por una fase
tectónica distensiva que genera el desarrollo de pilares y cuencas; atestiguados por
la presencia de los lechos rojos de la Formación Huizachal.
Para inicio del Jurásico tiene lugar una transgresión que propicia la sedimentación
marina de una secuencia arcillo – arenosa; a la que se llamó Cuenca Liásica de
Huayacocotla, deformada a finales del Jurásico Inferior, para volver a ser dominante
la sedimentación continental durante el Jurásico Medio. Después, estudios basados
en datos estratigráficos y estructurales, interpretaron la Bahía de Huayacocotla como
un graben activo durante el Jurásico Inferior y el Jurásico Medio, durante el cual tuvo
lugar el relleno sedimentario. Diversos autores identifican este graben con un
aulacogéno, asociado a la apertura del Golfo de México en el marco de la expansión
del fondo marino y la tectónica de placas. Para el Jurásico Superior ocurre una
transgresión marina que definió los elementos paleogeográficos que actúan durante
el resto del Mesozoico y que controlan la sedimentación y las deformaciones
tectónicas (Carta Geológica de Puebla 1:250000).
Durante el Cretácico Superior y Terciario Inferior ocurrió una importante fase
tectónica de deformación que afecta a las unidades mesozoicas y algunas de las
terciarias, originando las numerosas estructuras y algunas fallas locales y regionales
de tipo normal e inversa así como fracturas. Las estructuras más sobresalientes,
relacionadas con esta fase de deformación, están constituidas por una zona de
pliegues de gran magnitud que observan una dirección de vergencia hacia el este,
estos pliegues son de los tipo simétricos, recumbentes, isoclinales, anisópacos y en
chevrón.
Para el Cenozoico, la actividad volcánica calco – alcalina, que dio origen al Grupo
Pachuca, refleja una actividad tectónica de placas convergentes en el oeste de
México. A este volcanismo se le considera como una prolongación del sistema
Sierra Madre Occidental, relacionado con la subducción de la placa paleopacífica;
aunque otros autores, relaciona este volcanismo con la subducción de la placa de
Cocos a lo largo de la Trinchera de Acapulco (Carta Geológica de Puebla 1:250000).
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
4
Estudios basados en las características químicas del eje, han sugerido que esta
provincia calco – alcalina se ha originado más bien como resultado de la fusión
parcial de la corteza inferior (Carta Geológica de Puebla 1:250000).
Para finales del Cenozoico y el Cuaternario, la tectónica es de tipo distensivo,
evidenciada por el volcanismo alcalino que genera grandes traps, así como
pequeños aparatos volcánicos en el área de Hidalgo y Veracruz (Carta Geológica de
Puebla 1:250000).
En el caso del área de estudio solo se encuentran dos montes en el norte que son
parte de la cadena montañosa orogénica del lugar, compuesta por rocas marinas
mesozoicas, que fue resultado de la fase tectónica de deformación ocurrida del
Cretácico Superior a los albores del Terciario, misma que originó, además de estas
estructuras plegadas, corrimientos que dieron lugar a una falla normal y otra inversa.
1.2 ESTRATIGRAFÍA.
La historia geológica del Mesozoico en puebla, comienza con el depósito de la
secuencia clástica continental triásica de tipo molasa de la Formación Huizachal,
asociada al período orogénico tardío de las rocas pre – mesozoicas. Esta secuencia
sobreyace discordantemente a los depósitos calcáreo – arcillosos marinos del
Jurásico, formaciones Huayacocotla, Tamán y Pimienta; así como a los depósitos
terrígenos continentales de la Formación Cahuasas. Durante el Cretácico, se
desarrollan potentes espesores de sedimentos calcáreos de facies de plataforma
que, junto con las secuencias marinas arcillosas y calcáreo arcillosas de las
formaciones del Cretácico Superior, conforman el edificio sedimentario de la Sierra
Madre Oriental.
En el área de estudio se encuentran rocas que varían del Cretácico Inferior al
Cuaternario y suelos del Reciente. Del Mesozoico afloran grandes espesores de
sedimentos calcáreos del Albiano – Cenomaniano, de facies de plataforma,
correspondientes a la Formación El Doctor y sedimentos marinos,
predominantemente detrítico, de la formación Mexcala. También en el área se
aprecian rocas de finales del Terciario Superior, mismo lapso en que se inicia la
formación de cuencas lacustres, el depósito de detritos de origen aluvial intercalados
con fragmentos predominantemente finos de procedencia volcánica, así como la
acumulación de productos lávicos de composición basáltica cuya acumulación se
extendió hasta el Cuaternario. Al reciente corresponden gruesos espesores de
taludes y abanicos aluviales en capas con paleoestructuras y aluviones de diferente
granulometría, grado de compactación y cementación.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
5
Figura 1.2. Columna estratigráfica (Carta Geológica–Minera Ixmiquilpan F14–C79 Hidalgo).
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CAPÍTULO 2.- ESPECTROMETRIA
Los rayos gama son la radiación más penetrable del campo natural y humano, y la
espectrometría es una poderosa herramienta para el monitoreo y evaluación de la
radiación en el medio ambiente. La medición de rayos gama es llevada a cabo en
una nave aérea, vehículos, a pie, en pozos, en mar somero y en laboratorios. La
espectrometría de rayos gama aérea, terrestre y de laboratorio fue desarrollada y
aplicada para la exploración mineral y monitoreo del medio ambiente en los años de
1960 y 1970 (IAEA, 2003). Esto posibilito la estimación in situ de las concentraciones
radioelementales de Potasio Uranio y Torio en el campo.
Las mediciones y mapas radiométricos son aplicables en varios campos de la
ciencia. Retienen su información geológica y geofísica para prospección mineral,
mapeo geoquímico y geología estructural, y posibilitar la comparación de fracturas
geológicas sobre largas regiones. Aunque el método de rayos gama fue
originalmente desarrollado por geociencias, también ha sido aplicado sucesivamente
en situaciones emergentes para mapeo de lluvia radiactiva nuclear y para la
localización de fuentes radioactivas perdidas.
El uso de espectrometría de rayos gama como una herramienta para mapeo de
concentraciones radioelementales ha encontrado grandes aceptaciones en diversos
campos.
2.1 PRINCIPIOS DE RADIOACTIVIDAD.
2.1.1 RADIOACTIVIDAD BASICA.
Los átomos son las partículas más pequeñas de la materia con propiedades físicas
distintivas.
El número de protones en un núcleo de un elemento, X, es el número de protón Z
(también llamado el número atómico). La suma de protones y neutrones (nucleones)
es el número de masa, A, de un átomo. Los átomos de un elemento que tienen el
mismo número atómico pero diferente número de neutrones (esto es, diferente
número de masa) son llamados isótopos. Los isótopos tienen idénticas propiedades
químicas, pero diferentes propiedades físicas. Los átomos que tienen idénticos
números de protones y neutrones son nombrados núclidos (IAEA, 2003).
Los núcleos atómicos de algunos isótopos tienen un excedente de energía, son
inestables, y se desintegran para formar núcleos más estables de un isótopo
diferente. Este proceso está acompañado por la emisión de partículas o energía,
denominada radiación nuclear.
Los núclidos con esta característica, son llamados radionúclidos, y el proceso es
llamado decaimiento o desintegración nuclear.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
7
La ley del decaimiento de la radioactividad expresa el decremento en el número de
átomos de un radionúclido con el tiempo.
(2.1)
Donde:
= número de átomos presentes después de un tiempo t(s);
= número de átomos presentes en un tiempo t = 0;
λ = la constante del decaimiento de un radionúclido (s-1)
Una constante relacionada, la vida media T1/2 (s), es el tiempo tomado para el
decaimiento medio de los radionúclidos.
(2.2)
2.1.2 TIPOS DE DECAIMIENTO RADIOACTIVO.
Existen varios tipos de decaimiento radioactivo. Decaimiento alfa es acompañado
por la liberación de una partícula alfa que consiste de 2 protones y 2 neutrones. El
decaimiento beta- es realizado por la emisión de una partícula beta idéntica a un
electrón cargado negativamente. El decaimiento beta+, el cual es menos frecuente,
es acompañado por la emisión de un positrón cargado positivamente. La captura de
electrones ocurre a través de la captura de un electrón orbital de un átomo por el
núcleo atómico. El reemplazamiento de la posición del electrón vacante es seguido
por la emisión de una radiación característica (radiación electromagnética de baja
energía). La fisión espontánea ocurre a través de la descomposición de átomos
pesados dentro de dos fragmentos y la subsiguiente liberación de energía y
neutrones. El decaimiento de un radionúclido usualmente deja el núcleo formado
nuevamente en un estado de energía excitante, y el excedente de energía es
irradiado como rayos gama (Figura 2.1).
Figura 2.1. Tipos de radiación (Rodríguez E. J. A., 2000).
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8
El tipo de decaimiento de núcleos inestables determina la naturaleza de los átomos
formados nuevamente. Las ecuaciones representan las transiciones de un elemento
X a un elemento Y por un modo específico de decaimiento son resumidos como
sigue:
YX AA 4 (Emisión alfa), 2XY ZZ (2.3)
YX AA (Emisión beta), 1XY ZZ (2.4)
fotónYX AA (Captura de electrones), 1XY ZZ (2.5)
Algunos radionúclidos podrían tener más de un modo de decaimiento. Por ejemplo,
el 66% de las desintegraciones del Bi212 son por emisión de partículas beta del
Po212 , y el 34% son por la emisión de partículas alfa del Tl208 . Pero
independientemente del tipo de radiación la vida media observada es siempre la
misma (IAEA, 2003).
El decaimiento radioactivo frecuentemente también ocurre en series (o cadena) con
un número de productos de desintegración (productos de núclidos formados por la
desintegración radiactiva de un núclido diferente), los cuales también son
radioactivos, y terminan en un isótopo estable. En un sistema cerrado, y a partir del
cual una cantidad específica de un elemento de la madre, el número de átomos de
elementos hijos (núclido formado por la desintegración radiactiva de otro núclido) y
su actividad crece gradualmente hasta que el equilibrio radioactivo de las series de
desintegración es alcanzado. En este punto, la actividad de todos los radionúclidos
de las series es idéntica. De esta manera las mediciones de la concentración de
cualquier elemento hijo puede ser usado para estimar la concentración de cualquier
otro elemento en las series de decaimiento. Bajo condiciones de equilibrio, esta
expresión puede ser usada como sigue:
(2.6)
Los ejemplos de desintegración en cadena son las series de decaimiento natural 238U, 235U y 232Th.
2.1.3 NATURALEZA ESTADISTICA DEL DECAIMIENTO RADIOACTIVO.
El decaimiento radioactivo es un fenómeno estadístico. Cada desintegración atómica
durante el decaimiento radioactivo ocurre completamente e independientemente de
todos los otros eventos de decaimiento, y el tiempo de intervalo entre las
desintegraciones no es constante. Para un gran número de desintegraciones de
átomos hechos al azar de un radionúclido en particular, la frecuencia de decaimiento
radioactivo es dado por la distribución de Poisson:
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Si es la velocidad media de decaimiento, la probabilidad, P, que el número de
núcleos atómicos, n, decaiga durante una unidad de tiempo es:
(2.7)
Para la distribución de Poisson se sostiene que la varianza de una distribución es
igual a su valor promedio, y es la desviación estándar.
La emisión de partículas y rayos gama en el decaimiento radioactivo es proporcional
al número de átomos desintegrados, y la desviación estándar podría ser usada para
estimar el rango de desviaciones y errores de las mediciones radiométricas. Si N
conteos son registrados en un tiempo t, entonces la desviación estándar de los
conteos registrados es:
(2.8)
Donde es la expresión matemática del número de conteos (el conteo promedio de
las mediciones repetidas). La desviación estándar fraccionaria de un conteo (error
de medición de N) es:
(2.9)
Para la velocidad del conteo , la desviación estándar esta dada por:
(2.10)
Y la desviación estándar fraccionaria de la velocidad del conteo (error de medición
de ) es:
(2.11)
La “desviación probable” (P=0.5) es 0.674 , un múltiple de la desviación estándar.
2.1.4 CAMPO NATURAL DE RADIACIÓN.
Aunque muchos elementos de origen natural tienen isótopos radioactivos, solo el
Potasio, y el Uranio y las series de decaimiento del Torio, tienen radioisótopos que
producen rayos gama de energía e intensidad suficiente para ser medido por la
espectrometría de rayos gama. Esto es porque son relativamente abundantes en el
medio natural. La abundancia promedio en la corteza de estos elementos citados en
la literatura está en el rango de 2-2.5% K, 2-3ppm U y 8-12ppm Th (IAEA, 2003).
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40K es el isótopo radioactivo del potasio, y se encuentra como en el 0.012% del
potasio natural. Este isótopo decae al 40Ar con la emisión de rayos gama y con
energía de 1.46MeV. Ya que el 40K se mantiene como una proporción fija del K en el
ambiente natural, estos rayos gama pueden ser usados para estimar la cantidad
total de K presente. La vida media de 40K es años (IAEA, 2003).
El Uranio se encuentra en la naturaleza como los radioisótopos 238U y 235U las
cuales dan lugar a las series de decaimiento que terminan en los isótopos estables 206Pb y 207Pb respectivamente. Las vidas medias del 238U y 235U son y
años respectivamente.
El Torio se encuentra en la naturaleza como los isótopos 232Th el cual da lugar a una
serie de decaimientos que termina en el isótopo estable 208Pb. La vida media del 232Th es años. Ni el 238U, ni el 232Th emiten rayos gama, y las emisiones
de rayos gama de sus productos de desintegración radioactivos son usados para
estimar sus concentraciones (IAEA, 2003).
2.1.5 DESEQUILIBRIO.
El desequilibrio sucede cuando uno ó más productos de decaimiento en una serie de
decaimiento son completamente ó parcialmente removidos ó sumados al sistema. El
Torio raramente se encuentra fuera de equilibrio en la naturaleza y no existen
problemas de desequilibrio con el potasio. Sin embargo en las series de decaimiento
del Uranio el desequilibrio es común, y puede ocurrir en varias posiciones en las
series de decaimiento del 238U: el 238U selectivamente puede ser lixiviado en relación
al 234U; el 234U selectivamente puede ser lixiviado en relación al 238U; el 230Th y el
226Ra selectivamente puede ser removido de la cadena de decaimiento; y finalmente
el 222Rn (gas radón) es movible y puede escapar del suelo y las rocas hacia la
atmosfera. Dependiendo de las vidas medias de los radioisótopos involucrados,
podría tomar días, semanas ó aún millones de años para que el equilibrio sea
restaurado.
El desequilibrio en las series de decaimiento del Uranio es una fuente seria de error
en la espectrometría de rayos gama. Las concentraciones de Uranio estimadas son
basadas en las mediciones de los abundantes isótopos214Bi y 214Pb. Estos ocurren
en lejanos niveles bajos en las cadenas de decaimiento radioactivo y pueden no
estar en equilibrio con el Uranio.
Las estimaciones de las concentraciones de Uranio son sin embargo usualmente
reportadas como “Uranio equivalente” (eU) porque estas estimaciones se basan en
la suposición de las condiciones de equilibrio. El Torio también es usualmente
reportado como “Torio equivalente” (eTh), aunque las series de decaimiento del
Torio están casi siempre en equilibrio.
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11
2.1.6 INTEGRACION DE RAYOS GAMA CON LA MATERIA
La radiación está comprendida de un flujo de partículas elementales y de cuantos de
energía, y puede ser clasificado por su energía y sus características físicas. Estas
determinan como la radiación interactúa con la materia.
La radiación alfa es un flujo de partículas alfa cargadas positivamente. Las partículas
alfa tienen una energía inicial de varios MeV, y una velocidad inicial del orden de
. Manifiestan alta ionización, y su rango de penetración en la materia es
bajo. Las partículas alfa son absorbidas por aproximadamente de aire, y
de roca. Las partículas alfa tienen una energía discreta que es específica
para un radionúclido en particular (IAEA, 2003).
La radiación beta es un flujo de electrones con un alto espectro de energía continuo
hasta una energía máxima, la cual depende del radionúclido particular. La velocidad
inicial de las partículas beta puede aproximarse a la velocidad de la luz. El rango de
penetración para las partículas beta depende de la energía inicial de la partícula.
Para E=2 MeV, el rango de penetración es aproximadamente 8m en el aire y 1cm en
el agua (IAEA, 2003).
La radiación beta al pasar a través de la materia pierde su energía por ionización y
genera radiación electromagnética llamada bremsstrahlung (radiación de frenado).
Los positrones al pasar a través de la materia se combinan con los electrones, y
generan dos aniquilaciones cuantos gama de 511 MeV de energía cada uno (IAEA,
2003).
La radiación gama es parte del espectro electromagnético. Los rayos gama viajan a
la velocidad de la luz (c), y tienen una energía discreta (E), frecuencia (f), y longitud
de onda (λ). Estos están relacionados por:
(2.12)
Donde:
constante de Planck .
velocidad de la luz.
La radiación electromagnética de energía E<40 keV es denotado como rayos-X. Los
rayos gama comprenden la parte del espectro electromagnético donde E>40 keV
(IAEA, 2003).
Los rayos gama interactúan con átomos de la materia por tres procesos principales.
Estos son el efecto fotoeléctrico, dispersión Compton y la producción de pares
(Figura 2.2).
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12
El efecto fotoeléctrico es el proceso de absorción predominante en las energías
bajas, y resulta de toda la energía de un cuanto gama que es absorbida en una
colisión con un electrón de un átomo.
La dispersión Compton predomina en energías moderadas y corresponde a una
colisión de un fotón incidente con un electrón. El fotón incidente transmite parte de
su energía al electrón y es “dispersado” en un ángulo con respecto a su dirección
original. La producción de pares ocurre en energías más grandes que 1.02 MeV
(IAEA, 2003). Este es el proceso por el cual un fotón incidente es completamente
absorbido, y resulta de la creación de un par de partículas positrón-electrón en el
campo electrostático de un núcleo.
La posibilidad de que un fotón interactúe con la materia, expresado por la sección
transversal , depende de la energía del fotón, E, y la composición de la
materia. La Figura 2.3 ilustra la relación entre los procesos de dispersión y
absorción, la energía del fotón incidente, y el número atómico de la absorción media.
Para los rayos gama de origen terrestre natural (E hasta de 2.615 MeV) y para
materia que comprende roca, agua y aire, la dispersión Compton es el proceso de
interacción dominante.
2.1.7 DETECTORES E INSTRUMENTOS.
La radiación ionizante puede ser medida a través de los efectos químicos y físicos
de su interacción con la materia. Los métodos de campo y laboratorio son basados
principalmente en las propiedades ionizantes de la radiación y el uso de
instrumentos que convierten la radiación en señales eléctricas.
Las cámaras ionizantes, los conteos proporcionales, los tubos Geiger-Muller, los
contadores de scintilización, los detectores semiconductores, detectores de
termoluminiscencia y varias pistas de detectores químicos y mecánicos son usados
para monitorear y cuantificar la radiación α, β, γ y neutrón del medio ambiente.
Figura 2.2. Efectos de la radiación gama (Rodríguez E. J. A., 2000).
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La naturaleza y el carácter de la radiación gobiernan la selección de un detector
conveniente. La eficiencia de un detector es una medida de la probabilidad que un
fotón incidente sea absorbido por el detector.
Es usualmente citado como la proporción de conteos grabados de fotones
incidentes.
La resolución de energía de un detector es una medida de su habilidad para
distinguir entre dos rayos gama y solo menospreciar las energías diferentes. Esto es
usualmente definido como la última anchura de un fotopico en la mitad de la
amplitud máxima (FWHM) dividido por su energía. Los instrumentos usados en
espectrometría de rayos gama in-situ usualmente son especificados por la energía
de resolución del fotopico de 137Cs en 662keV (IAEA, 2003).
El tiempo muerto refiere al tiempo finito requerido para que un detector procese una
partícula individual de radiación. Durante este tiempo todos los pulsos entrantes son
ignorados. Por lo que el tiempo muerto debe ser tan pequeño como sea posible.
Independientemente del tipo de detector, los instrumentos radiométricos usados
para la detección de rayos gama difieren en su respuesta a la radiación gama y en
su habilidad para distinguir diferentes energías. La tasa de conteos en metros
produce un voltaje o una corriente eléctrica en la salida que es proporcional a la
velocidad del conteo. El voltaje o corriente es usualmente mostrado en un medidor
manométrico. La precisión de medida es proporcional al valor del tiempo constante
del instrumento. Los escaladores dan el número de partículas detectadas y el tiempo
de medición.
Todos los instrumentos de conteo tienen un umbral de discriminación de energía
sobre el cual todos los rayos gama son grabados.
Figura 2.3. Interacción de los rayos gama con la materia (IAEA, 2003).
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14
Los espectrómetros de rayos gama usan la proporcionalidad directa entre la energía
de un rayo gama entrante y la amplitud de pulso en la salida del detector. La Figura
2.4 muestra un diagrama de un espectrómetro de rayos gama. Después de la
amplificación y digitalización, las amplitudes de pulso son analizadas, y la salida del
espectrómetro es un espectro de energía de radiación detectada. Ya que los
radionúclidos individuales emiten energías de rayos gama específicas, el espectro
de rayos gama puede ser usado para diagnosticar la fuente de la radiación.
Los espectrómetros de rayos gama son “integrales” o “diferenciales”. Los
espectrómetros integrales graban solo aquellos pulsos con amplitudes que exceden
un umbral de discriminación. Los espectrómetros de rayos gama diferencial graban
pulsos cuyas amplitudes caen dentro de un intervalo de amplitud dado (o canal),
correspondiente a un rango discreto de energía de rayos gama. Los intervalos de
energía amplios (que comprenden varios canales) son llamados ventanas de
energía. Los analizadores modernos usan tantos como 256 ó 512 canales, con un
ancho de varios keV por canal.
2.1.8 UNIDADES CONVENCIONALES QUE SE REPORTAN DEL TERRENO.
La estimación de la concentración de potasio en rocas y suelos por espectrometría
de rayos gama es a través de la detección de 1461 keV de rayos gama emitidos por 40K. 40K ocurre en la naturaleza como una proporción fijada a otra, no radioactiva,
isotópica de potasio. Por lo tanto, la estimación de K es directa, y resulta ser
reportada en % K (porcentaje de potasio). La estimación de Uranio es a través de la
detección de 1765 keV de rayos gama de 214Bi, un producto hijo en las series de
desintegración del 238U. La estimación de U por espectrometría de rayos gama es
por lo tanto indirecto, y los resultados son reportados en ppm eU (partes por millón
del equivalente de Uranio). El “equivalente” sirve como un recordatorio en la que la
estimación es basada en la suposición del equilibrio radioactivo en la series de
decaimiento del 238U. Similarmente, la estimación del Torio es a través de la
detección de 2615 keV de rayos gama de 208Tl, un producto hijo de las series de
decaimiento del 232Th, y las estimaciones son reportadas en ppm eTh (partes por
millón del equivalente de Torio) (IAEA, 2003).
Figura 2.4. Diagrama de un espectrómetro de rayos gama (IAEA, 2003).
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15
La respuesta del conteo total (cps) de instrumentos de rayos gama a la radiación de
fuentes de K, U ó Th depende de la concentración de la fuente, el volumen del
detector y la eficiencia, y el umbral de energía del instrumento. Últimamente, las
mediciones de conteo total son convertidas a la tasa de dosis gama (mGy/h) ó tasa
de exposición. Sin embargo, estas conversiones son también aproximaciones.
2.2 FUNDAMENTOS DE LA ESPECTROMETRÍA DE RAYOS GAMA.
El método de rayos gama es inusual ya que requiere la consideración de muchos
factores. La intensidad de la fuente y la geometría fuente – detector afecta las tasas
de fluencia (flujo radioactivo integrado en el tiempo) de rayos gama observados.
El medio ambiente y otros efectos tales como la humedad del suelo, la precipitación,
la vegetación, la sobrecarga de no radioactivos, y la distribución de fuentes de
radiación aerotransportadas afectan a todas las tasas de fluencia medidas (IAEA,
2003).
2.2.1 FUENTES DE RADIACIÓN GAMA.
Cada fotón de rayo gama tiene una energía discreta, y esta energía es característica
de la fuente isotópica. Esta forma la base de la espectrometría de rayos gama – por
medio de las medidas de las energías de los fotones de rayos gama, podemos
determinar la fuente de la radiación.
Las fuentes naturales de radiación derivan de radio - isotopos sintetizados durante la
creación del sistema solar. Debido a sus largas vidas medias, aun siguen existiendo
hoy. De estos, el potasio (40K), el uranio (238U y 235U y sus hijos), y el torio (232Th y
sus hijos) son los únicos radio - isotopos que producen rayos gama de alta energía
de intensidad suficiente para ser usados para el mapeo de rayos gama.
2.2.2 LA RESPUESTA DEL DETECTOR.
Los cristales de scintilización de Talio dopado y Yoduro de sodio son los detectores
más comunes usados en el mapeo de radioelementos naturales. Estos detectores
modifican el espectro considerablemente. Los principales aspectos de la respuesta
del detector son la eficiencia del detector, la resolución de energía y el tiempo
muerto. La eficiencia del detector refiere a que tan bien absorbe los rayos gama. La
resolución de la energía del detector es una medida de una habilidad del detector
para distinguir entre dos rayos gama de energía ligeramente diferente. El tiempo
muerto refiere al tiempo finito requerido por el espectrómetro para el proceso de
fotones individuales.
Ejemplos típicos de espectros de K, U, y Th grabados con largos tiempos de
integración son mostrados en la Figura 2.6. El efecto de la respuesta del detector y
la integración de los rayos gama con la materia es una mancha del original espectro
lineal teórico observado en la Figura 2.5.
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2.2.3 MEDICIÓN DE RADIACIÓN GAMA.
La propuesta convencional para la adquisición y procesamiento de datos del
espectrómetro de rayos gama es monitorear relativamente tres o cuatro ventanas
espectrales amplias (Figura 2.7). La ventana de energía del K monitorea los rayos
gama de 1.46 MeV emitidos por el 40K. Las ventanas de energía del U y el Th
monitorean emisiones de rayos gama de productos de desintegración en las series
de decaimiento del U y el Th. Esas ventanas son generalmente aceptadas como las
más convenientes para la medición de K, U y Th. Las ventanas de conteo total dan
una medición de radioactividad total.
2.3 MÉTODOS RADIOACTIVOS TERRESTRES.
La espectrometría de rayos gama portátil es usada para mapeos detallados y
regionales medidos para estimar las concentraciones superficiales de los
radioelementos.
2.3.1 INSTRUMENTACIÓN.
Espectrómetros de rayos gama portátiles de mano son ampliamente usados en
estudios de campo. La mayoría de los espectrómetros de rayos gama modernos son
espectrómetros diferenciales. Estos típicamente tienen al menos de
detectores de NaI(Tl), y graba 256 ó 512 canales de datos en un rango de energía
de 0 – 3 MeV (IAEA, 2003).
Figura 2.7. Típico espectrómetro de rayos gama mostrando las posiciones de las ventanas de energía convencional (IAEA, 2003).
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La estabilización del espectro automático es por un pico de baja energía de un
isotopo de referencia (típicamente el 137Cs en 0.662MeV), ó uno de los picos de
radionúclido natural (40K en 1.46MeV ó 208Tl en 2.62MeV) (IAEA, 2003).
Los instrumentos pueden grabar el espectro de rayos gama completo así como la
suma de canales sobre el ancho de la ventana de energía para la estimación in –
situ de las concentraciones radioelementales de K, U y Th. Varios miles de
mediciones de campo ó varios cientos de máxima energía espectral pueden ser
grabados en la memoria del instrumento.
2.3.2 MEDICIÓN DE CAMPO.
Los espectrómetros de rayos gama portátiles usados para monitorear radionúclidos
naturales monitorean ventanas de energía centrados en los fotopicos de 1461keV
(40K), 1765keV (214Bi) y 2615keV (208Tl) para la estimación de concentraciones de K,
U y Th, respectivamente (IAEA, 1989).
El proceso de campo para espectrometría de rayos gama portátil depende del
propósito de la inspección y el problema geológico ó ambiental que es investigado.
La respuesta de un espectrómetro de rayos gama portátil es dependiente de la
forma, localización y geometría de las fuentes radioactivas. Significativas mediciones
a lo largo de un cruce solo es obtenida si la geometría de la fuente – detector es
constante para todas las observaciones. El detector debe ser colocado directamente
en la superficie de la tierra, o ser guardado a una altura baja pero constante. Esto
minimiza los efectos de la variación local en el relieve y la distribución
radioelemental.
Si la altura del detector es elevada, la fuente efectiva incrementa rápidamente en
diámetro, de varios metros a decenas de metros dependiendo de la energía de rayos
gama.
El tiempo de muestreo requerido para una medición depende de la radioactividad de
la fuente y la precisión de medición requerida.
Las mediciones de campo pueden ser llevadas a cabo en modo estático ó dinámico.
En modo estático, la radioactividad es medida en puntos discretos. En el modo
dinámico, el instrumento es transportado en distancias fijas durante la medición y los
conteos acumulados reflejan la radioactividad promedio del sector transversal. Los
datos observados, junto con los identificadores, son almacenados en la memoria
interna.
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2.3.3 PROCEDIMIENTO DEL PROCESAMIENTO DE DATOS.
Las mediciones de campo de rayos gama producen un número de conteos, N,
registrado en una ventana de energía particular para un tiempo de conteo, t. Estos
pueden ser convertidos a una tasa de conteo, Los espectrómetros de
rayos gama modernos automáticamente corrigen el tiempo muerto del instrumento
extendiendo el tiempo de conteo. Para la estimación de las concentraciones de K, U
y Th en rocas o suelos, la tasa de conteo grabadas es relacionada a las
concentraciones de los radioelementos por la ecuación 2.13.
Las tasas de conteo observadas, son corregidas por la radioactividad de fondo y
las concentraciones elementales pueden ser estimadas usando el método de la
matriz ó el método de desprendimiento.
Donde:
= Tasa de conteo en la ventana de energía
= sensibilidad del espectrómetro para la detección del elemento en la
ventana de energía , ( por unidad de concentración del elemento
); (donde los elementos son; K, U y Th);
= Concentración del elemento , (% K, ppm U, ppm Th);
= Tasa de conteo de fondo en la ventana de energía
Ya que la estimación de K, U y Th están basadas en mediciones de 3 ventanas de
energía, y las tasas de conteo de fondo pueden ser sustraídas, la ecuación
(2.13) podría ser escrita en notación de matriz como sigue:
Donde:
= Columna vector de las tasas de conteo de fondo corregido
= Matriz de de sensibilidades
= Columna vector de concentraciones
El método de la matiz es basado en la ecuación 2.14. Las concentraciones de K, U y
Th son estimados como sigue:
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Donde son las sensibilidades instrumentales. Las concentraciones son en % de
K, ppm de eU y ppm de eTh.
El método de desprendimiento usa las “proporciones de desprendimiento” para
estimar las tasas de conteo elemental en cada ventana antes de convertirlos a
concentraciones.
Las estimaciones de las concentraciones radioelementales podrían ser convertidas a
la tasa de dosis en el aire ó a la tasa de exposición. Las constantes de conversión
están dadas en la Tabla 2.1.
TABLA 2.1 TASAS DE EXPOSICIÓN DE RAYOS GAMA TEORICOS Y TASAS DE DOSIS GAMA DE 1m SOBRE UN MEDIO SÓLIDO HOMOGENIO INFINITO Y PLANO POR UNIDAD DE CONCENTRACIÓN RADIOELEMENTAL ASUMIENDO EL EQUILIBRIO RADIOACTIVO EN LAS SERIES DE DECAIMIENTO DEL U Y Th (IAEA, 2003).
Concentración de
radioelementos.
Tasa de exposición
Tasa de dosis
1% K 1.505 13.078
1ppm U 0.653 5.675
1ppm Th 0.287 2.494
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CAPITULO 3.- REGISTROS GEOFÍSICOS DE POZO.
Los registros geofísicos de pozo son la representación analógica o digital de una
propiedad petrofísica con respecto a la profundidad a través de una herramienta la
cual tiene diferentes funciones y propiedades de medición desde el interior de un
pozo perforado.
Actualmente estas mediciones están basadas principalmente sobre registros de tipo
eléctrico, electromagnético, nuclear y sónico, las cuales estiman los siguientes
parámetros petrofísicos: porosidad, saturación de fluidos (petróleo, gas, agua) y tipo
de roca.
3.1 PROPIEDADES PETROFÍSICAS DE LAS ROCAS.
Las propiedades petrofísicas de las rocas como la porosidad, permeabilidad y
saturación de fluidos son sumamente importantes para determinar la capacidad del
almacenamiento y la capacidad de producción de hidrocarburos.
Además de estas es necesario tomar en cuenta otros parámetros como son: el
espesor de la formación, la temperatura, la presión, así como la litología del
yacimiento; esto con la finalidad de determinar si la acumulación es de valor
comercial. Para la evaluación de las rocas potencialmente productoras se requiere
básicamente la información de tres parámetros, que a continuación se describirán:
3.1.1 POROSIDAD.
La porosidad ( ) es una propiedad de las rocas que proporciona una medida directa
del espacio total disponible para el almacenamiento de fluidos. Y se define como el
cociente del espacio total de poros en la roca entre el volumen total de la roca.
Convencionalmente la porosidad está expresada en porcentaje.
Una distinción importante debe ser hecha entre la porosidad total de una roca y su
porosidad efectiva. La porosidad total es el volumen total de poros que contiene la
roca y la porosidad efectiva es la cantidad del espacio poral interconectado
mutuamente en una roca.
La porosidad se clasifica en dos principales variedades las cuales son comúnmente
reconocidas. Éstas son la porosidad primaria, la cual ocurre inmediatamente
después del depósito de los sedimentos y la porosidad secundaria o de post –
depósito es la otra variedad la cual se forma después de la sedimentación.
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3.1.2 PERMEABILIDAD.
La permeabilidad de una roca se puede definir como la facilidad con la cual los
fluidos se pueden mover a través de los espacios porosos interconectados de la
roca. Es controlada por varias variables.
Estas incluyen la porosidad efectiva de la roca, la geometría de los poros, incluyendo
su tortuosidad, y la medida de las gargantas entre los poros, la fuerza capilar entre la
roca y los fluidos que las invaden, su viscosidad y el gradiente de presión.
Usualmente las rocas de grano fino con altas porosidades, como las lutitas, tienen
permeabilidades bajas, debido a que sus granos son tan pequeños que los caminos
que permiten el paso de líquidos son escasos y tortuosos. Mientras que algunas
rocas, como la caliza con baja porosidad pueden tener una permeabilidad alta
debido a las fracturas que pueda tener.
3.1.3 SATURACIÓN DE FLUIDOS.
La saturación de fluidos de una formación es la fracción del volumen poroso
ocupado por algún fluido en cuestión.
Se llama saturación de agua (Sw), al cociente que resulta de dividir el volumen
poroso ocupado por el agua (Vw), entre el volumen total de poros, y lo expresamos
así:
Sin importar que tan productiva sea la roca del yacimiento de hidrocarburos, siempre
habrá una pequeña cantidad de agua capilar que el petróleo no puede desalojar,
dicha saturación se conoce como saturación de agua irreductible o congénita. En
rocas que contienen hidrocarburos, normalmente el agua congénita se localiza a lo
largo de las paredes de los poros mientras que los hidrocarburos ocupan el resto del
volumen poroso.
Partiendo del hecho de que, en una formación lo que no está saturado con agua se
encuentra saturado de hidrocarburos, se puede tener el índice de saturación de
hidrocarburos (Sh), de la siguiente relación: Ambas saturaciones se
pueden expresar en fracción o porcientos.
La filtración de lodo desplaza la mayor parte del agua de formación y parte de los
hidrocarburos, conociéndose ésta zona, como zona lavada.
Si el desplazamiento de los fluidos es completo en la zona lavada, quedará
solamente filtrado del lodo; si la zona contenía originalmente hidrocarburos, sólo
tendrá hidrocarburos residuales.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
23
Partiendo de este hecho, se define para ésta zona la saturación de hidrocarburos
residuales como: donde es la saturación de agua del filtrado del
lodo en la zona lavada, pudiéndose expresar de la siguiente manera:
donde es la resistividad del filtrado del lodo y la resistividad en
la zona lavada. La obtención de requiere una medición de resistividad de
investigación muy somera, como el registro MSFL, mientras que el valor de se
deriva de mediciones sobre las muestras de filtrado del lodo en superficie.
La comparación de las saturaciones de agua obtenidas en la zona lavada y en la
zona no invadida determina la fracción del hidrocarburo en el volumen total que el
proceso de invasión desplaza. Ya que y el volumen
total de hidrocarburo desplazado es .
La saturación de agua es estimada mediante la ecuación de Archie quién determinó
experimentalmente que la saturación de agua en una formación limpia puede ser
expresada en términos de:
Donde:
Exponente de saturación, cuyo valor en formaciones limpias (sin arcilla) es de 2,
aunque puede variar de 1.6 a 2.4 el cual depende del sistema de roca fluido.
Es la resistividad del agua [Ω - m].
Es la resistividad verdadera de la formación [Ω - m].
Es el factor de formación.
La saturación de aceite es calculada por la diferencia de un total de uno menos la
saturación del agua:
Y la saturación de gas es determinada por la siguiente ecuación:
3.2 PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LAS ROCAS.
Los registros de pozo pueden identificar muchas de las propiedades físicas de las
rocas perforadas por la barrena; una de las más importantes, es la resistividad; las
mediciones están en conjunto con la porosidad y la resistividad del agua de
formación, se usan en los cálculos de saturación de fluidos, y en consecuencia, en la
saturación de hidrocarburos; es por esto, que es necesario una descripción de los
conceptos básicos de la resistividad.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
24
3.2.1 CONCEPTO DE RESISTIVIDAD.
La resistividad es la capacidad que tienen los materiales para impedir el flujo de
electrones, y se define como:
Donde: es la resistencia eléctrica del material (ohms), A es el área transversal (m2),
L es la longitud (m) y R, la resistividad.
La unidad de medida en los registros es, ohm – m. La resistividad de una formación
en ohm – m, es la resistencia en ohm de un cubo de un metro por lado cuando la
corriente fluye entre caras opuestas del mismo.
3.2.2 RESISTIVIDAD DE LAS ROCAS.
La mayoría de las formaciones que contienen hidrocarburos están constituidas por
rocas que, al no tener fluidos o estar secas, no conducen corriente eléctrica. La
corriente puede fluir solamente a través del agua intersticial, la que es conductora
debido a su contenido de sales en solución; estas sales se disocian en cationes,
cargados positivamente (Na+, Ca++, etc.) y aniones, cargados negativamente (Cl-,
SO4--, etc.). Bajo la influencia de un campo eléctrico estos iones se mueven, llevando
una corriente eléctrica a través de la solución; donde siendo constante otros
factores, a mayor concentración de sales menor la resistividad del agua de
formación.
3.2.3 INFLUENCIA DE LA DISTRIBUCIÓN RADIAL DE LOS FLUIDOS EN LOS
VALORES DE RESISTIVIDAD.
El uso del lodo de perforación trae como consecuencia que en las formaciones
porosas y permeables se produzca una filtración de la fase líquida, de los
componentes del lodo, penetrando a la formación y a su vez dando como resultado
de esta filtración, la depositación de las partículas solidas en la pared del pozo,
formando lo que se conoce como enjarre. Debido al fenómeno anterior se pueden
formar tres zonas en las capas que atraviesa un pozo; una zona invadida por el
filtrado del lodo (zona lavada), una zona de transición y la zona no invadida.
La Figura 3.1a muestra la sección horizontal de un pozo y la zona vecina en una
formación que contiene únicamente agua. Partiendo del pozo hacia adentro de la
formación, se distinguen varias zonas; se tiene en primer termino la resistividad del
lodo (Rm), enseguida la resistividad del enjarre del lodo (Rmc), posteriormente la
resistividad de la zona barrida o lavada (Rxo), continuando con la resistividad de la
zona de transición (Ri), y finalmente la zona no invadida o no contaminada con una
resistividad (Ro).
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
25
Figura 3.1. Esquema de la contribución radial de las resistividades para un estrato que contiene agua (Rodríguez E. J. A., 2000).
La Figura 3.2b es un perfil que representa la variación de resistividades en las
diferentes zonas, partiendo del eje del pozo hacia la formación y suponiendo que la
resistividad del filtrado del lodo es mayor que la resistividad del agua de la
formación.
3.2.4 CONCEPTO DE FACTOR DE RESISTIVIDAD DE LA FORMACIÓN.
El factor de resistividad de la formación (F), se define como el cociente que resulta
de dividir la resistividad de una roca limpia (sin arcilla) que contiene solo agua (Ro),
entre la resistividad del agua con la cual está completamente saturada (Rw). Lo
anterior se expresa en la ecuación.
Archie encontró que existía una relación definida entre el factor de resistividad y la
porosidad. Posteriormente, se obtuvo una relación factor de resistividad – porosidad
más general, que se conoce como la relación de Humble, expresada como:
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
26
Donde el factor de formación esta inversamente ligado a la porosidad (φ). Y en
donde es el factor de cementación (indicador de compactación de la roca) y es
la constante de tortuosidad (indicador de sinuosidad de las trayectorias porosas).
Ambos se estiman de manera empírica.
3.3 FUNDAMENTOS DE LOS REGISTROS DE POZO EMPLEADOS Y SU
METODOLOGÍA DE ADQUISICION DE DATOS.
Los registros geofísicos han sido utilizados extensamente para inferir los parámetros
petrofísicos de las formaciones; por lo que es necesario conocer los principios físicos
en los que están basadas las herramientas utilizadas en la medición de dichos
parámetros.
3.3.1 REGISTRO DE RESISTIVIDAD.
En los registros eléctricos se induce una corriente eléctrica a la formación a través
de electrodos y se miden los potenciales eléctricos entre estos, que permiten
determinar las resistividades de la roca.
Las lecturas de los registros eléctricos convencionales son susceptibles de afectarse
por las condiciones del pozo y las formaciones adyacentes. Para minimizar estos
efectos que reducen la calidad de las lecturas, se emplean una serie de aparatos de
resistividad que usan corrientes enfocadas para controlar la trayectoria de las
corrientes de medición. Lo anterior se consigue mediante electrodos especiales
colocados en la sonda, que generan estas corrientes, los registros que se obtienen
de esta forma son: Lateral, Doble Lateral (DLL, SLL, MLL)) y registros con enfoque
esférico (SFL).
La Figura 3.2 muestra una comparación de las líneas de corriente de un arreglo
normal y uno enfocado; cuando se registra una formación con alto contraste de
resistividad Rt>>Rs, empleándose el arreglo normal las líneas de corriente tienden a
dispersarse siguiendo el camino de menor resistencia; es decir, por el lodo y las
formaciones adyacentes leyendo valores muy diferentes de los reales; sin embargo,
en un registro enfocado la corriente de medida es forzada a penetrar la pared del
agujero, anulando cualquier dispersión de corriente.
Los Registros Microresistivos permiten medir con mayor precisión la resistividad de
la zona lavada (Rxo). La Figura 3.3 muestra la herramienta y la forma en que inyecta
la corriente a la formación. Los registros de este tipo son los llamados micro registro,
en los que se miden la curva Micro Normal (MN) y la Micro Inversa (MI). Otro registro
micro resistivo es el esférico enfocado (MSFL).
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27
Figura 3.2. Comparación de la corriente en un arreglo normal y uno enfocado (Rodríguez E. J. A., 2000).
Figura 3.3. a) Arreglo de electrodos para obtener el MSFL, b) distribución de las líneas de corriente (Rodríguez E. J. A., 2000).
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28
3.3.2 REGISTRO DE POTENCIAL ESPONTANEO NATURAL.
La curva del potencial espontáneo natural (SP) es un registro de la diferencia de
potencial de un electrodo móvil en el pozo y un electrodo de superficie, en función de
la profundidad. Este registro permite identificar y delimitar capas permeables, estimar
el contenido de arcilla presente en las formaciones rocosas y permite calcular el
valor de la resistividad eléctrica del agua de formación.
3.3.3 REGISTRO ELECTROMAGNETICO.
Los registros electromagnéticos se obtienen por medio de un sistema de varias
bobinas transmisoras y receptoras montadas en la sonda. En el sistema de
transmisión se envía una corriente alterna de intensidad constante y de alta
frecuencia. El campo magnético alterno que se produce induce corrientes
secundarias en la formación. Las corrientes fluyen en la formación en trayectorias
circulares. Estas corrientes crean, a su vez, campos magnéticos que inducen
señales en el sistema de recepción. Las señales registradas son proporcionales a la
conductividad eléctrica de formación (Figura 3.4).
3.3.4 REGISTRO RADIOACTIVO. El Registro de rayos gama (RG), es una medición de la radioactividad natural de las
formaciones, detecta minerales radioactivos. Existe un registro denominado
Espectrometría de Rayos Gama (NGS), que mide el número de rayos gama y el
nivel de energía de cada uno, y permite determinar las concentraciones de Potasio
Torio y Uranio contenidos en la formación.
Figura 3.4.- Esquema que ilustra el sistema básico de una herramienta de inducción electromagnética (Hernandez A. H., 2003).
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29
Los principios físicos y químicos han sido explicados en el Capítulo 2. La
herramienta contiene un detector para medir la radiación originada en el volumen de
formación cercano; comúnmente se utilizan dos tipos de detectores de rayos gama:
la cámara de ionización y de cristal. Los contadores de centelleo están constituidos
por un cristal de yoduro de sodio y un tubo fotomultiplicador. Lo rayos gama
interactúan con los electrones del cristal produciendo pulsos de luz, los cuales a su
vez, escapan del cristal y energizan la superficie sensible a la luz, del tubo
fotomultiplicador; creando un pulso eléctrico. La luminiscencia del cristal de centelleo
es una función de la energía de los rayos gama que causaron la luz; debido a esto,
la entrega a la salida del tubo fotomultiplicador será en función de la entrada de luz;
por lo tanto, la intensidad del paso a la salida del fotomultiplicador será directamente
proporcional a la energía de los rayos gama que están siendo detectados (Figura
3.5).
En espectrometría de rayos gama, los componentes de la herramienta son los
mismos que se usan para el registro de Rayos Gama estándar (RG), excepto el
instrumento de espectro, el cual conserva la información del contenido de energía de
cada rayo gama detectado; esto se logra, usando cristales de centelleo de alta
resolución, de modo que los pulsos que llegan a la superficie sean directamente
proporcionales en tamaño a las energías de los rayos gama que los originaron.
A través de un procedimiento de calibración, es posible la selección de solamente
aquellos pulsos correspondientes a los rayos gama de una energía en particular.
Figura 3.5. Esquema del equipo para obtener los registros de rayos gama naturales (Rodríguez E. J. A., 2000).
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
30
Figura 3.6. Diagrama del funcionamiento de la herramienta BHC (Hernandez A. H., 2003).
3.3.5 REGISTRO SONICO.
Los registros sónicos (BHC) están constituidos por dos transmisores que emiten
pulsos sónicos, y dos pares de receptores de los impulsos. Se mide el tiempo que
estos pulsos tardan en atravesar la formación, a este tiempo se le conoce como
tiempo de tránsito (Δt) y es expresado en microsegundos por pie . Se
registran dos tiempos que son promediados, uno en cada par de receptores, de esta
manera se eliminan errores por inclinación de la sonda y por cambios en el tamaño
del agujero (Figura 3.6).
3.3.6 REGISTRO DE DENSIDAD COMPENSADO.
Los registros de densidad (FDC) se basan en la detección de la densidad de
electrones (número de electrones por centímetro cúbico) de la formación, la cual se
relaciona con la densidad total de la formación ( b). La herramienta consta de un
emisor de rayos gama y dos detectores de rayos gama colocados a diferentes
distancias de la fuente. La fuente emite hacia la formación rayos gama de mediana
energía; éstos pueden ser considerados como partículas de alta velocidad que
chocan contra los electrones de la formación; en cada choque un rayo gama cede
algo de energía cinética, pero no toda, al electrón y continúa su trayectoria con
menor energía; este tipo de interacción se le conoce como efecto Compton de
dispersión. Los rayos gama dispersos llegan a un detector colocado a una distancia
fija de la fuente y son evaluados como una medida de densidad de la formación ya
que el número de rayos gama de efecto Compton está directamente relacionado con
el número de electrones en la formación (Figura 3.7). De este modo la medición del
aparato de densidad está relacionada esencialmente con la densidad de electrones.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
31
El registro de densidad está afectado por el enjarre y por la rugosidad de las paredes
del pozo, debido a lo anterior la medición de la densidad está corregida por estos
efectos.
Los valores cuánto se corrigen, se indican con la curva de corrección de la densidad
(Δρ, DRHO). En el registro de litodensidad (LDT), más reciente, se obtiene también
el Factor Fotoeléctrico (PEF).
3.3.7 REGISTRO DE NEUTRÓN COMPENSADO (CNL).
Los neutrones son partículas eléctricamente neutras; cada una tiene una masa casi
idéntica a la de un átomo de hidrógeno. Una fuente radioactiva en la sonda emite
constantemente neutrones de alta energía; estos chocan con los núcleos de los
materiales de la formación, en lo que podría considerarse como colisiones elásticas,
en cada caso, el neutrón pierde algo de energía hasta que finalmente alcanza su
velocidad mínima a la temperatura de la formación y se difunde; se dice que este es
un neutrón térmico, es en esta etapa de la cadena de reacción que el neutrón es
entonces absorbido o capturado por un átomo.
El núcleo que captura, se excita intensamente y emite un rayo gama de captura de
alta energía; dependiendo del tipo de herramienta de neutrones, un detector térmico
en la sonda capta estos rayos gama de captura o los neutrones mismos (Figura 3.8).
Figura 3.7. Esquema de la herramienta FDC (Rodríguez E. J. A., 2002).
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
32
La cantidad de energía pérdida por colisión depende de la masa relativa del núcleo
con el que choca el neutrón; la mayor pérdida de energía ocurre cuando el neutrón
golpea un núcleo con una masa prácticamente igual; es decir, un núcleo de
hidrógeno. Las colisiones con núcleos pesados no desaceleran mucho al neutrón;
por lo tanto, la desaceleración de neutrones depende en gran parte de la cantidad de
hidrógeno de la formación.
Figura 3.8. Esquema de la herramienta CNL (Rodríguez E. J. A., 2000).
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
33
CAPITULO 4.- METODOLOGÍA DE LA ADQUISICIÓN Y PROCESAMIENTO DE
LOS DATOS.
4.1 ESPECTROMETRÍA DE RAYOS GAMA.
La adquisición de datos se hizo de forma general en toda el área que fue
seleccionada a estudiar, pero debido a la gran extensión de estudio y a la
programación que se hizo, el área fue dividida en siete partes aproximadamente
iguales. Este trabajo habla exclusivamente del área II.
La adquisición de los datos espectrométricos de rayos gama por lo regular son
planeados de forma cuadriculada cuando se quiere explorar un área en particular,
pero cuando el tipo de terreno, los sembradíos y a la urbanización en el lugar de
estudio lo complican, los datos se deben toman de forma irregular, como fue el caso
de este estudio.
Una vez tomados los datos de exploración de espectrometría de rayos gama pueden
ser presentados en una variedad de caminos para permitir la representación de una
serie de mallas radioelementales. Aunque existen varios métodos para visualizar los
datos de espectrometría de rayos gama, ninguno de estos se considera como
universal para todas las aplicaciones de mapeo de rayos gama. Por lo que uno debe
escoger el método que le convenga para la interpretación de los datos.
4.1.1 ADQUISICIÓN DE LOS DATOS.
El instrumento empleado fue un espectrómetro de rayos gama portátil GRM – 260 el
cual tiene dimensiones de 270mm de largo, 130mm de ancho y 180mm de alto con
un peso de 2.8kg, el cual contiene un detector de NaI(Tl) de 2”X2” con
fotomultiplicador y escudo magnético, el rango de su energía gama es de 3MeV, con
estabilización espectral de 137Cs (16kBq), cuenta con un analizador espectral de 256
canales (Figura 4.1).
Figura 4.1. Espectrómetro GRM – 260.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
34
La forma en que se utilizó este instrumento fue colocándolo directamente en la
superficie de la tierra con el fin de minimizar los efectos de la variación local en el
relieve, la distribución radioelemental y el ruido. Debido a que el instrumento estaba
directamente interactuando con el suelo, se decidió dar 10 segundos como tiempo
de medición, tiempo suficiente para que el instrumento detectara la radioactividad
del sitio.
La extensión del área a estudiar se determino en un principio en base al propósito a
alcanzar, escogiendo una zona que representara una gran parte de la geología del
lugar y donde no se tuvieran estudios con este fin. La ubicación se hizo a través del
mapa geológico de Ixmiquilpan con escala 1:50000 y del mapa geológico de
Actopan con la misma escala.
Cuando se hizo un recorrido en el área se encontró que la urbanización, el relieve,
los sembradíos que se encuentran en el lugar, las dimensiones de esta área y el
tiempo impedirían la adquisición de los datos de espectrometría de rayos gama
portátil que inicialmente fue planeada en una cuadrícula sistemática, por lo que se
tuvieron que tomar en forma irregular, tratando de abarcar lo más posible de la zona.
La estrategia fue tratar de adquirir los datos en todas las redes de caminos que eran
accesibles (Figura 4.2).
Los datos fueron tomados puntualmente, entre los cuales se diseño un
espaciamiento aproximado de 500m de punto a punto a través de los caminos
seguidos.
Este espaciamiento fue considerado viable ya que la investigación sería de forma
semi – regional y reflejarían la fuerza, forma y distribución de las fuentes esperadas
y por consiguiente buenas estimaciones de la radioactividad de unidades litológicas.
Es importante señalar que las distancias entre punto y punto fueron medidas por
medio del GPS, y cuando se encontraba alguna zona de interés, esta distancia no se
tomaba en cuenta. En la Figura 4.2 los puntos ubicados en la parte superior se
observan amontonados, pero esto es porque en esa parte existen cambios bruscos
de altitud, lo que hace que mostrados en planta los puntos se observen encimados.
Los resultados obtenidos por el espectrómetro, fueron concentraciones de K en % y
en cps, concentraciones de eTh y eU en ppm y en cps, así como una tasa de dosis
en mGy/h y una tasa de conteo en cps (Tabla 4.2, 4.3, 4.4).
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
35
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M)
(CP
S)
(PP
M)
(CP
S)
(mG
y/h
)(C
PS
)
W99
138,8
N20
20
58,3
W99
137,8
3N
20
20
56,1
51,7
92
3,1
70,1
51,6
70,5
56,8
8467,6
W99
138,6
N20
21
10,1
W99
137,6
3N
20
21
7,9
51,5
62,2
00,0
56,5
0,8
545,0
3462,5
W99
136,5
N20
21
35,3
W99
135,5
3N
20
21
33,1
50,5
41,1
51,4
10,1
3,8
10,6
30,7
4456,3
5
W99
133,8
N20
22
8,2
W99
132,8
3N
20
22
6,0
50,3
91,2
55,6
80,2
54,8
60,9
560,3
7469,1
W99
131
N20
22
39,4
W99
130,0
3N
20
22
37,2
51,4
71,6
57,8
0,3
00,5
32,0
1456,9
W99
132,2
N20
23
6,4
W99
131,2
3N
20
23
4,2
50,6
31,5
58,5
90,3
55,1
31,1
580,9
4477,9
5
W99
138,7
N20
23
21,8
W99
137,7
3N
20
23
19,6
50
0,6
54,4
10,2
3,0
10,6
556,6
5467,5
W99
137,3
N20
23
23,5
W99
136,3
3N
20
23
21,3
50,8
1,4
11,9
80,4
51,2
40,9
65,3
6471,2
5
W99
132,3
N20
23
41,9
W99
131,3
3N
20
23
39,7
51,0
21,3
7,7
60,3
00,5
0442,3
5
W99
128,1
N20
23
57,9
W99
127,1
3N
20
23
55,7
50,5
81,1
3,0
20,1
52,5
90,5
50
436,2
W99
122,7
N20
24
13,8
W99
121,7
3N
20
24
11,6
50
11,0
50,1
6,8
0,9
29,1
1455,6
5
W99
135,3
N20
24
19,4
W99
134,3
3N
20
24
17,2
50,5
30,7
53,3
90,1
50
0,2
60,6
469,2
W99
135,3
N20
24
19,4
W99
134,3
3N
20
24
17,2
50,0
60,5
1,6
90,1
1,2
20,3
27,7
2455,0
5
W99
135,3
N20
24
19,4
W99
134,3
3N
20
24
17,2
50
0,3
51,5
0,1
2,7
40,4
551,0
7465,1
W99
138,8
N20
23
44,5
W99
137,8
3N
20
23
42,3
50,2
71,3
56,9
60,3
6,4
71,2
58,1
6468,1
5
W99
116,1
N20
21
0,3
W99
115,1
3N
20
20
58,1
50,9
11,4
52,9
40,1
53,3
90,6
515,8
4449,9
5
W99
138,8
N20
20
54,7
W99
137,8
3N
20
20
52,5
50,8
1,3
6,0
40,2
51,9
30,6
50
438,9
W99
138,9
N20
20
41,6
W99
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3N
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5445,6
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0,2
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S)
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2,6
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O.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
38
a)
b)
Figura 4.2. Se puede observar en a) las dimenciones de la superficie en donde se aplico espectrometría de rayos gama y la posición del área de estudio de este trabajo, así como los puntos en donde se tomaron los datos; y en b) Las dimenciones del área de estudio y la ubicación de los puntos que se encuentran en la zona. En donde las cruces de color amarillo representan tales puntos.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
39
4.1.1.1 GEOREFERENCIAS.
Los datos de espectrometría de rayos gama deben ser localizados geográficamente,
para ello hoy en día se utilizan receptores GPS.
Los sistemas de posicionamiento terrestre usan un datum geocéntrico de referencia,
el cual es una superficie constante y conocida utilizada para describir la localización
de puntos sobre la tierra, tal como el Sistema Geodésico del Mundo de 1984
(WGS84), donde el centro de la tierra está definido en el verdadero centro de
gravedad. El datum WGS84, que es casi idéntico al NAD83 (Datum Norteamericano
de 1983), es utilizado en América del Norte y es el sistema de referencia mundial
que se utiliza hoy en día. Este datum es estándar por defecto para coordenadas en
los dispositivos GPS comerciales.
Ya que los datos de espectrometría de rayos gama se trasladaron a un mapa
geológico, con el fin de tener una ubicación geológica, fue importante tener bien
presente el tipo de coordenadas que nos dio el GPS y el datum que estaba
utilizando. El datum que se utilizó fue el WGS84 y las coordenadas utilizadas fueron
las geográficas (hdddºmm’ss.s’).
El datum norteamericano de 1927 (NAD27) fue en un principio el datum oficial para
México, pero hoy en día el INEGI adopto el ITRF92 (Marco Internacional de
Referencia Terrestre de 1992, el cual se puede considerar idéntico al WGS84 para
fines cartográficos). Por lo que gran parte de la cartografía existente esta
referenciada o ubicada dentro del NAD27.
La carta de Ixmiquilpan de escala 1:50000 que fue empleada para ubicar los puntos
de espectrometría está basada en el datum NAD27.
Debido a que el datum empleado para la obtención de datos fue diferente al datum
de la carta geológica se tuvieron que trasladar los datos de uno a otro, es decir, del
WGS84 al NAD27.Los métodos convencionales de transformación entre datum se
basan en translaciones y rotaciones de los ejes coordenados.
La forma en que se trasladaron los puntos fue más sencilla. Debido a que el cambio
del datum fue reciente, las nuevas cartas Topográficas del INEGI se publican con
ambos Datums (el NAD27 y el ITRF92), y además contienen una transformación de
coordenadas de ITRF92 a NAD27 (Tabla 4.4). Con la ventaja de que el WGS84 se
considera idéntico al ITRF92, se pudo ocupar esta transformación.
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TABLA 4.4 TRANSFORMACION DE COORDENADAS DE DATUM ITRF92 A NAD27 (CARTA TOPOGRAFICA DE IXMIQUILPAN DEL INEGI).
Para coordenadas geográficas:
Restar 2.15’’ en latitud.
Restar 0.97’’ en longitud.
Para coordenadas UTM:
Sumar 28m en E.
Restar 200m en N.
NOTA: Esta tabla es proporcionada en la carta cartográfica de Ixmiquilpan 1:50000, por lo que no es conveniente utilizarla en otras áreas.
4.1.2 GRAFICACIÓN DE LOS DATOS.
Tradicionalmente los datos Geofísicos que son procesados para crear mapas de
contorno eran trazados a mano. Por lo que la calidad de los mapas trazados a mano
eran largamente dependiente de la habilidad y experiencia del dibujante, y a veces
de incorporaciones de conocimientos geológicos existentes para trazar tendencias
particulares. Contornos automatizados basados en computadora fueron inicialmente
desarrollados en los años de 1960 para generar mapas de contorno estructural en la
industria petrolera (IAEA, 2003), y ahora ha reemplazado completamente los
contornos a mano. Sin embargo las presentaciones de imagen de datos geofísicos,
incluyendo datos de espectrometría de rayos gama, son ahora lo más popular, los
mapas de contorno son a veces preferidos para la extracción de valores de amplitud
y presentaciones formadas de formas anómalas.
4.1.2.1 INTERPOLACION.
En general, la interpolación es el proceso de calcular nuevos datos en un punto
cualquiera a partir de los disponibles.
Los mapas de contorno y los mapas de imagen de datos requieren que los datos
sean interpolados sobre una malla. Una vez que los datos han sido interpolados en
la malla puede ser directamente representada como una imagen en un dispositivo de
visualización. Una variedad de algoritmos de interpolación son disponibles. Para
este trabajo se considero viable utilizar el kriging.
4.1.2.2. KRIGING.
Kriging es una técnica de interpolación geoestadística que considera tanto la
distancia como el grado de variación entre puntos de datos conocidos cuando se
estiman valores en áreas desconocidas. Ha sido muy utilizado y popular en muchos
campos. Este método produce mapas visualmente atractivos de datos espaciados
irregularmente. Kriging intenta expresar tendencias sugeridas en los datos, tal que,
por ejemplo, los puntos altos podrían ser conectados a lo largo de una cresta en vez
de ser aislados por contornos de tipo ojos de buey.
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4.1.2.3 MAPAS DE IMAGEN.
Las presentaciones de imagen de datos espectrométricos de rayos gama de campo
han ganado una enorme popularidad desde finales de los años de 1980 con el
desarrollo de sistemas de procesamiento de imágenes a bajos costos. Las
presentaciones de imagen de los datos son mucho más fáciles para visualizar que el
contorno convencional y mapas de perfil, aunque ellos carezcan del valor absoluto
cuantitativo de los más viejos métodos.
El ojo humano puede distinguir con facilidad millones de colores (IAEA, 2003). Esta
capacidad de percepción de los colores fue muy útil en la presentación de datos de
espectrometría de rayos gamma, el cual permitió reconocer mejor la distribución
regional de las concentraciones radioelementales.
Los mapas de imagen son mapas raster o mapas de bits que son una estructura de
datos que representa una red general rectangular de píxeles, o puntos de color,
visible a través de un monitor, papel u otro medio de visualización los cuales están
basados en archivos de mallado. Estos mapas nos permitieron representar los
valores de concentración de K, U, Th y la radioactividad total (por separado) con los
colores que fueron asignados.
Seis colores fueron utilizados para representar la radioactividad. Se introdujeron a
través de un software especializado en estos gráficos llamado Surfer 8©, el cual
coloca cada color en puntos de un valor específico de radioactividad y
automáticamente combina los colores entre los puntos adyacentes para producir una
gradación de color liso sobre el mapa (Figuras 4.3, 4.4).
4.1.2.4 SOFTWARE GOLDEN SURFER 8©.
El software Golden fue fundado en Golden, Colorado en Marzo de 1983. Fue la
creación de Dan Smith, quien era en ese tiempo un estudiante graduado del
Departamento de Minería en la Escuela de Colorado de Minas y de Patrick Madison
un Instructor de Informática CSM (Información del Software Surfer 8©).
Surfer© fue el primer programa de la empresa en tomar ventaja de los avances
tecnológicos, en 1985 (Información del Software Surfer 8©).
Surfer© es un programa de contorneo y mapeo de superficies en 3D que corre bajo
Microsoft Windows. Rápidamente y fácilmente convierte los datos en un mapa de
contorno excepcional, en una superficie 3D, en un mapa de alambrado 3D
(wireframe 3D), en un mapa vectorial, en una imagen, en un relieve sombreado, y en
mapas de ubicación de los datos. Prácticamente todos los aspectos de los mapas se
pueden personalizar para producir exactamente la presentación que uno desea.
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4.2 REGISTROS GEOFISICOS.
En un inicio las interpretaciones que se hacían de los registros de pozo eran de
manera cualitativa y si se tenía que hacer una estimación cuantitativa, era
manualmente y sin computadora.
A medida que las técnicas de interpretación de registros fueron depurándose,
empleando la computadora, los registros tuvieron que ser digitalizados, pues en un
principio fueron tomados de forma analógica. Actualmente se graban directamente
en cinta magnética.
Los datos de los registros del pozo Ixmiquilpan-1 fueron adquiridos por Petróleos
Mexicanos, por lo que en este subcapítulo solamente se presentará el procedimiento
con el que se hizo el procesamiento de los datos el cual se elaboro con ayuda del
software PowerLog©, para facilitar este proceso.
El fin del procesamiento de datos es calcular los parámetros petrofísicos los cuales
son indispensables en la caracterización de yacimientos, ya que éstos proporcionan
información referente al comportamiento del subsuelo y las características que
establecen si un yacimiento es económicamente explotable.
4.2.1 ARCHIVO Y FORMATO DEL ALMACENAMIENTO DE LOS REGISTROS
GEOFISICOS DE POZO.
Existen dos formatos estándar de grabación de los registros con los cuales se
graban en el momento de adquisición y son: LIS (Log Interchange Standard,
Intercambio Estándar de Registro) y DLIS (Digital Log Interchange Standard,
Intercambio Estándar de Registro Digital), diseñados para almacenar, además de los
registros, todos los datos técnicos presentes en el momento de la corrida. Para
facilitar y permitir el intercambio, manipulación y almacenamiento por medio de un
formato sencillo, la Asociación Canadiense de registros de pozo propuso el formato
“LAS”, por sus siglas en ingles (Log ASCII Standard), que pueden visualizarse con la
mayoría de los editores.
El formato LAS fue con el que fue grabado los datos de los registros corridos en el
pozo de Ixmiquilpan-1. Un archivo de registros con formato LAS consta de cinco
bloques de información: 1) versión del formato, 2) datos referentes al pozo y corrida,
3) valores de los parámetros técnicos presentes en el momento del registro, 4)
listado de registros que están contenidos en el archivo, conjuntamente con una
breve descripción de cada uno, y sus unidades, 5) valores de registro. Los archivos
LAS están en código ASCII, y pueden editarse o verse mediante cualquier editor de
texto.
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45
4.2.2 OBTENCIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL LODO FILTRADO (Rmf).
Además del factor de resistividad de la formación y de la porosidad, se requieren los
valores de la resistividad del agua de formación (Rw) y del filtrado del lodo (Rmf), para
los cálculos de saturación de agua.
Los valores del lodo (Rm), así como del enjarre (Rmc) y la resistividad del lodo filtrado
(Rmf), se encuentran en el encabezado del archivo.
4.2.3 TEMPERATURA DE FORMACIÓN.
Normalmente la temperatura aumenta con la profundidad, más o menos de manera
lineal. Debido a que la resistividad de un material es una función de la temperatura,
la Rmf, fue corregida de acuerdo a la temperatura de formación. La forma en que se
calculo, fue por medio de la ecuación (4.1) la cual solo requiere que se conozca la
profundidad, además de los valores de la temperatura de superficie y de fondo para
poder estimar la temperatura de la formación de interés (tales datos fueron
adquiridos de la información dada en el archivo de los registros).
Donde: es la temperatura en la profundidad máxima del pozo ; es la
temperatura superficial y es la temperatura que se desea conocer a una
profundidad de interés .
Con ayuda del software empleado se pudo facilitar estas operaciones para poder
crear un registro de temperatura. Una vez creado el registro de temperatura, se
puede corregir la resistividad utilizando la siguiente ecuación:
Donde: es la resistividad corregida por la temperatura de formación; es la
resistividad tomada a una temperatura superficial ( ); es la temperatura a la cual
se va a corregir la resistividad. Es importante mencionar que la ecuación 4.2 es la
utilizada cuando se manejan temperaturas en grados Fahrenheit. Fue la empleada
para corregir la resistividad, debido a que el software usado solicito las temperaturas
en grados Fahrenheit.
En la Figura 4.5 se muestra un diagrama de cómo varía la temperatura en función de
la profundidad.
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4.2.4 CÁLCULO DEL VOLUMEN DE ARCILLA.
La lutita es una mezcla de minerales de arcilla y sedimentos que se depositan en
ambientes de baja energía, sus sedimentos consisten de partículas finas,
generalmente sílice, con pequeñas cantidades de carbonatos y otros minerales no
arcillosos.
La arcilla es uno de los componentes de mayor atención en las rocas, la presencia
de ésta afecta en forma notable las lecturas de los registros de porosidad y
resistividad debido a la capa pelicular de agua que es capaz de retener, esto origina
como consecuencia, efectos en la porosidad y permeabilidad; y por sus propiedades
eléctricas, una gran influencia en la determinación de las saturaciones de los fluidos.
4.2.4.1 INDICADORES DE ARCILLA.
A partir de que las lecturas de algunos registros son afectadas sustancialmente por
la arcilla, una evaluación confiable del contenido de ésta es esencial en la
evaluación de las formaciones.
El método que se presenta para resolver este problema complejo, está basado en
las consideraciones de varios “indicadores de arcilla”. Cada indicador de arcilla es
calibrado de tal forma que el máximo valor observado en el registro, sea el 100% del
volumen; y el valor mínimo observado represente el cero por ciento.
Los indicadores de arcilla más comúnmente utilizados son: el registro de resistividad,
el potencial espontáneo (SP), el Rayos Gama (RG), el registro de Neutrones, y tres
gráficos de interrelación (crossplots) construidos a partir de los registros de
porosidad: Neutrón – Densidad, Sónico – Densidad y Neutrón – Sónico.
Figura 4.5. Diagrama de variación de temperatura con respecto a la profundidad (Hernandez A. H., 2003).
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Una breve descripción de los indicadores de arcilla que fueron utilizados en este
trabajo, a continuación se presenta.
4.2.4.1.1 REGISTRO DE RESISTIVIDAD.
La resistividad de una mezcla de arcilla, sin porosidad, con algunos minerales no
conductores, puede depender solamente de la resistividad de la arcilla y su
contenido; esto puede ser expresado por la ecuación de Archie.
Si existe porosidad y ésta contiene agua de formación, la resistividad puede ser
baja; en conformidad:
Esta indica que la arcilla puede aproximarse al donde el contenido de agua
sea bajo, esto es, en porosidades muy bajas y en formaciones con alta saturación de
hidrocarburos.
Con , el indicador de arcilla de resistividad puede ser calculado obteniéndose
valores del demasiados bajos en formaciones con hidrocarburos, mientras con
los valores del se incrementa. En la actualidad una solución intermedia es
la que se obtiene por medio de un refinamiento contemplado al indicador de arcilla
de resistividad, que consiste en modificar la formula de tal manera que en intervalos
limpios con hidrocarburos, donde la resistividad es máxima, el contenido de arcilla
sea cero, quedando la ecuación anterior como:
En donde: es la resistividad máxima de una formación limpia con
hidrocarburos, y b es igual a 2 cuando es muy pequeña, e igual a 1 cuando
.
En la práctica, el indicador de arcilla no está basado en , pero si en las lecturas de
los registros de Inducción o Laterolog, o en ambos. Además que y son
tomados de estos registros, basados en que es obtenida de la zona donde exista
mayor arcilla, y es obtenida de la zona limpia.
En general, las condiciones favorables para usar este indicador son las siguientes:
baja porosidad (lutitas, margas, carbonatos de baja porosidad) o baja saturación de
agua.
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4.2.4.1.2 REGISTRO SP.
En formaciones invadidas de agua, de baja a moderada resistividad, con arcillas
laminadas, el Vcl puede ser encontrado con:
Donde: PSP es la deflexión del SP en una arena arcillosa, y el SSP es la deflexión
del SP en una arena limpia.
Las condiciones favorables para este indicador son: bajas resistividades, y la arcilla
que se encuentre en forma estructural o laminar. Cuando la arcilla está en forma
dispersa, el Vcl tiende a ser un poco sobrestimado.
4.2.4.1.3 REGISTRO DE RAYOS GAMA.
El registro de rayos gama naturales nos permite medir el contenido de arcilla, a partir
de los niveles leídos en las lutitas y en los cuerpos limpios. En las lutitas se observa
generalmente concentraciones apreciables de isótopos radioactivos que resultan del
decaimiento de los elementos Torio, Potasio y Uranio, los que producen altos
valores de radioactividad, mientras que los cuerpos limpios quedan regularmente
libres de tal fenómeno, se puede entonces calibrar fácilmente la escala de Rayos
Gama a volumen de arcilla.
Si el nivel de radioactividad de las arcillas es constante, y si no hay otro mineral
radioactivo en la formación, la lectura del RG, después de la corrección por agujero,
puede ser expresada como una función lineal respecto al índice de arcilla, quedando
como:
En donde: CGR es el Rayos Gama Corregido (sin la contribución del Uranio), CGR1
son las lecturas en formaciones limpias y el CGRcl es la respuesta del Rayos Gama
frente a las arcillas.
Una vez obtenido el índice, se puede calcular el volumen de arcilla dependiendo de
la consolidación de las rocas.
Las condiciones favorables son: ausencia de minerales radioactivos diferentes a los
de las arcillas.
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4.2.4.1.4 REGISTRO DE NEUTRON.
El índice de porosidad del Neutrón puede ser expresado como:
Y si (pequeño) y positivo, se obtiene la siguiente relación:
Donde: es la porosidad obtenida de Registros de Neutrones en una formación
limpia, y en formaciones con arcilla.
Por medio del indicador de arcilla del Neutrón se obtienen buenas aproximaciones
del Vcl siempre que las condiciones sean favorables, tales como, porosidad baja; y
en formaciones porosas, cuando Nfluido es pequeño (la saturación de gas es alta). La
calidad del Neutrón como indicador de arcilla es mejor cuando el índice de porosidad
de la arcilla Ncl es alto. Para el valor del Vcl derivado del Neutrón, el efecto de la
matriz regularmente no es tomado en cuenta a partir de que este es pequeño y tiene
poco efecto en la confiabilidad de la señal de arcilla del Neutrón.
4.2.5.- OBTENCION DE LITOLOGIA SIMPLE (GRAFICAS CRUZADAS).
Existen varias técnicas para conocer de manera cualitativa que minerales están
presentes en las formaciones rocosas, una de ellas y la que se empleo aquí, es
mediante las gráficas cruzadas o “crossplots” de los registros CNL, FDC, BHC.
Las graficas cruzadas se elaboran con la combinación de dos registros de índice de
porosidad, quedando las siguientes combinaciones: Densidad contra Sónico,
Densidad contra Neutrón y Neutrón contra Sónico. El objetivo de estas es obtener la
litología y la porosidad de una manera cualitativa, pero que para este trabajo la
estimación de la abundancia de los minerales predominantes en una roca fue la de
importancia.
4.2.5.1.- GRAFICA DE NEUTRON CONTRA SONICO.
Esta gráfica es efectiva para estudiar las combinaciones de carbonatos y evaporitas,
se construye en base de datos de laboratorio (Figura 4.6). La interpretación se basa
en la combinación de las ecuaciones de porosidad de los registros Neutrón y Sónico,
generando en la gráfica una distribución de puntos. Esto determinará el mineral
dominante de la formación de acuerdo a la mayoría de los puntos que se
encuentren en una zona dada. La ocurrencia de puntos puede localizarse tanto en
las zonas internas de las líneas, como en las propias líneas, y aún fuera de ellas,
entendiendo este último como un alto contenido de arcillas.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
50
Si los puntos tienen una dispersión hacia la derecha de la gráfica, o bien, si la
distribución de los puntos es de forma irregular sobre toda la gráfica podría implicar
que las lecturas de los registros son anómalas.
4.2.5.2.- GRAFICA DE DENSIDAD CONTRA SONICO.
Es una gráfica utilizada ampliamente en la interpretación de arenas arcillosas.
Al igual que la gráfica anterior, la gráfica de Neutrón contra Sónico se construye de
la misma forma y se basa en el mismo procedimiento de interpretación, pero con la
diferencia de que se construye con la combinación de la porosidad Densidad contra
la porosidad Sónica (Figura 4.7).
Figura 4.6. Crossplot de Neutrón contra Sónico (Hernandez A. H., 2003).
Figura 4.7. Crossplot de Densidad contra Sónico (Hernandez A. H., 2003).
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4.2.5.3.- GRAFICA DE NEUTRON CONTRA DENSIDAD.
La gráfica de neutrón contra densidad es una gráfica empleada en la interpretación
de rocas carbonatadas, se construye en base de datos de laboratorio. Igual que las
anteriores, la construcción de esta gráfica es de la misma manera pero esta se
elabora de la combinación de la porosidad Neutrón contra la porosidad Densidad
(Figura 4.8).
Debido a que el pozo está ubicado en una zona carbonatada, esta crossplot fue la
empleada para este trabajo. La estimación mineralógica se hizo en longitudes de
profundidad irregulares, dependiendo del tipo de mineral que predominaba en ciertas
profundidades, generando un registro sintético de la densidad de la roca que se
presenta en la Figura 4.16 como RHOMA. Esta estimación fue útil para poder
calcular la porosidad densidad sin corrección por hidrocarburos y arcilla (ecuación
4.11).
4.2.6 CÁLCULO DE LA POROSIDAD.
Los valores de la porosidad se obtienen del registro sónico, de densidad, o de
neutrón
4.2.6.1 CÁLCULO CON EL REGISTRO DE DENSIDAD COMPENSADO.
La formula general para determinar la porosidad total por medio del registro de
Densidad en una roca no arcillosa, es:
Figura 4.8. Crossplot de Neutrón contra Densidad (Hernandez A. H., 2003).
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Donde: es la densidad total, obtenida por medio del registro, es la
densidad de los granos o matriz y la densidad del fluido que satura la roca.
Las unidades corresponden a
Existen gráficas que dan solución a la ecuación 4.11, cuando la formación está
saturada con agua salada o con agua dulce.
Debido a sus características de diseño, el registro de densidad, en el caso de
formaciones porosas, mide la densidad total de la zona invadida por el filtrado del
lodo; por lo tanto, cuando la formación contiene hidrocarburos, es necesario
introducir una corrección por saturación de hidrocarburos a la ecuación 4.11; ahora
bien, si estas consideraciones se hacen para formaciones arcillosas la ecuación
anterior queda:
Donde es el efecto del hidrocarburo en el registro de Densidad, debido a que
la respuesta electrónica del registro no es directamente proporcional a la densidad
de la formación cuando hay hidrocarburos residuales, está referida a la densidad
de los hidrocarburos y puede tomar dos valores, dependiendo del tipo de
hidrocarburos presentes en las formaciones; esto es, para formaciones con aceite o
formaciones con gas.
4.2.6.2 CÁLCULO CON EL REGISTRO DE NEUTRÓN COMPENSADO.
En una formación limpia la porosidad es:
Si a la ecuación 4.13 se le introduce el efecto de arcilla y el efecto de excavación (es
denominado así al efecto que tiene el registro de neutrón debido a la presencia de
gas en la zona de investigación), se tiene:
Donde el valor es referido a la densidad de los hidrocarburos y E es un factor del
término es el efecto de
excavación. El término , es el índice de hidrogeno y depende de la densidad de
los hidrocarburos. Tomando valores para el gas ; y para el
aceite
Esta ecuación es la porosidad para el modelo de litologías complejas.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
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4.2.6.3 CÁLCULO CON EL REGISTRO SÓNICO.
Existen dos formas de calcular la porosidad de la formación, empleando los valores
del registro sónico. Uno es por medio de la ecuación de Wyllie (4.15) y la otra
manera es por medio de la ecuación de Hunt Raymer.
La Ecuación de Wyllie fue la utilizada en este trabajo, la cual es:
En donde son los valores del registro sónico, es la respuesta
característica de la matriz a la herramienta del registro sónico, y es el
tiempo de tránsito del filtrado del lodo. El factor es una corrección por
compactación que se le hace a la porosidad, el valor de se expresa como:
En donde c varía de 0.8 a 1.2.
El valor de es el valor del tiempo de transito en la lutita. La ecuación de Wyllie
se aplica a formaciones limpias y compactas de porosidad intergranular que contiene
fluidos. Cuando la formación no es compacta o tienen alto contenido de arcillas se
recomienda aplicar la corrección de compactación que permite obtener un valor más
real.
4.2.6.4 DENSIDAD DEL HIDROCARBURO.
El impacto de este parámetro esta en las correcciones por el hidrocarburo aplicadas
en las porosidades de densidad y neutrón. Un típico valor para el gas seco sería de
0.2 – 0.4, mientras una típica entrada para una zona de aceite sería de 0.7 – 0.8
(Información del Sotware PowerLog©).
Una forma de saber con qué tipo de hidrocarburo se está trabajando es generando
un análisis con los registros de porosidad neutrón y de porosidad densidad. La forma
de hacerlo es graficando las dos curvas en un mismo carril con las mismas
dimensiones y unidades (Figura 4.9). Cuando se observa que las gráficas siguen
una misma tendencia, se puede interpretar que se está trabajando con aceite; y
cuando las gráficas forman una panza, se puede interpretar que la zona contiene
gas.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
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Esto es debido a dos razones:
Para el caso de la porosidad densidad, cuando la formación contiene aceite,
la densidad total medida es casi real, debido a que la densidad del aceite se
acerca a la del agua, pero cuando la zona contiene gas, la densidad será
menor a la real. Esto es porque la densidad del gas es más baja. Por lo que
se tendrá una porosidad mayor.
Y para el caso de la porosidad neutrón, el aceite y el agua contienen
prácticamente la misma cantidad de hidrógeno por unidad de volumen, por lo
que las respuestas reflejan la porosidad en formaciones limpias saturadas de
fluido; sin embargo, el gas generalmente tiene una concentración de
hidrógeno considerablemente más baja que varía con la temperatura y
presión; por lo tanto, cuando el gas está presente en la zona de investigación
de la herramienta, el registro de neutrones lee una porosidad muy baja.
4.2.7 CÁLCULO DE EL EXPONENTE DE CEMENTACIÓN Y DE LA
RESISTIVIDAD DEL AGUA .
Existen varias formas para obtener la resistividad del agua de formación (Rw); estas
incluyen desde catálogos de agua, análisis químicos, hasta métodos indirectos como
el cálculo por medio de la curva de potencial espontáneo y diferentes cálculos y
diagramas de resistividad – porosidad.
Figura 4.9. Registros de
NPHI y DPHI.
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55
Este trabajo empleo una grafica la cual analiza y , la cual es nombrada “Gráfica
de Pickett”. Esta gráfica tiende a reducir la incertidumbre en los valores de , y
. El principal propósito de esta gráfica es obtener el valor del exponente de
cementación y de la resistividad del agua de formación , a partir de la
relación factor de formación – porosidad.
Si a la ecuación de saturación de Archie se le saca el logaritmo y se considera en
una zona con , se obtiene:
Que representa la ecuación de una recta en un papel logarítmico en la forma
. Esto significa que si se tienen registros de porosidad y resistividad en
una zona con agua, los datos se podrán graficar en una línea recta en un papel
logarítmico mientras sea constante. La Figura 4.10 muestra la gráfica. La
intersección de la línea que atraviesa los puntos con el valor de porosidad de
100% obtendrá el valor de y la pendiente de esta recta será el valor de .
La traza de la recta debe de ser en dirección NW – SE lo más hacia la izquierda
posible. La pendiente se obtiene de dividir el eje X contra Y, es decir,
Zonas con hidrocarburos se presentan a la derecha de la recta .
La forma en que se empleo este método fue graficando los datos en intervalos de
100 metros con respecto a la profundidad de investigación y obtener un y una
para cada intervalo, generando un registro sintético para y para que se
muestran en la Figura 4.16.
4.2.8 CÁLCULO DE LA SATURACIÓN DE AGUA.
En un principio la saturación de agua se calculaba sólo con la ecuación de Archie.
En la actualidad se aplican varios métodos, dependiendo del tipo de registros y de la
naturaleza de las formaciones geológicas.
El cálculo de la saturación en este trabajo se hizo a partir de la ecuación de
Indonesia que fue desarrollado por Poupon y Leaveax en 1971 (Hernandez A. H.,
2003). El objetivo que tuvieron estos autores fue el desarrollar un modelo
matemático que permitiera el cálculo de la saturación de agua en formaciones
carbonatadas; la siguiente ecuación resume este método:
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56
Donde aparecen el volumen de arcilla ( ), y la resistividad de la arcilla ( ).
4.2.9 CÁLCULO DE LITOLOGÍA.
Normalmente las rocas almacenadoras de hidrocarburos están constituidas de
minerales como sílice, calcita, dolomita y arcillas.
Para poder determinar esta litología compleja, se requiere resolver el siguiente
sistema de ecuaciones:
En donde:
; es el tiempo de tránsito del fluido
; es el tiempo de tránsito de cada matriz
Figura 4.10. Gráfica de Pickett graficado en el intervalo de profundidad de 147 – 200m del pozo Ixmiquilpan con la ayuda del Software PowerLog©. Una vez que el usuario traza la línea de 100% Sw, el software da en la parte inferior izquierda la resistividad del agua y el exponente de cementación. Donde también muestra el exponente de saturación y la constante de tortuosidad.
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; es la porosidad neutrón del fluido.
; es la porosidad neutrón de cada matriz.
; es la densidad del fluido
; es la densidad de cada matriz
Estas son las constantes sacadas de los valores de tres herramientas estándares de
índice de porosidad: registro de neutrón compensado (CNL) o el GNT; el registro de
densidad compensado (FDC) o el LDL y el registro sónico compensado (BHC).
; es la porosidad total de la formación.
; son los volúmenes mineralógicos.
Estos cuatro últimos son las incógnitas del sistema.
El aspecto general de este sistema de ecuaciones lineales está en que su solución
debe ser una cantidad no negativa y su valor debe estar entre cero y uno. Por lo
cual, este sistema de ecuaciones debe estar sujeto a restricciones lineales que
matemáticamente se expresan de la siguiente manera:
Además se debe considerar la siguiente función objetivo:
Esta ecuación implica que la suma de todos los componentes sólidos de la roca y la
porosidad están restringidas a la unidad.
Este método fue empleado para determinar la litología del pozo. En donde el
software utilizado desarrollo todos los procesos matemáticos para encontrar los
valores de las incógnitas.
4.2.10 SOFTWARE POWERLOG©.
PowerLog© es una herramienta de software usada para interpretar y presentar datos
de registro. Es usado cada día por petrofísicos, geólogos, y otros involucrados en la
apreciación y el desarrollo del yacimiento petrolífero. Trabaja en el camino que el
usuario lo conduzca, permitiendo que el usuario tenga el control de las acciones. El
usuario puede trabajar sobre múltiples pozos y sobre datos físicamente localizados
en cualquier parte del mundo.
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Este software proporciona una poderosa interpretación de registros de pozo para
petrofísica y para el análisis físico de las rocas.
PowerLog© tiene todo lo que se necesita para realizar un análisis petrofísico y ver
los resultados. Los módulos de importación y exportación incluyen formatos ASCII,
LAS, LBS, y LIS; y los datos son fáciles de cargar.
Una vez que los datos son cargados pueden ser representados en una variedad de
visores, incluyendo logplots, crossplots, basemaps, e histogramas.
Todos los datos están disponibles para su inspección, en forma gráfica y tabular.
Cualquier artículo manejado por el software (pozo, curva u otro) puede ser
seleccionado, visto y corregido. Cada cambio que se hace en PowerLog©, por un
proceso, visor o tabla, automáticamente actualiza todos los datos que están
involucrados con el mismo. Por ejemplo, un cambio hecho en el visor de crossplot,
causará una actualización al histograma. De la misma manera, un cambio de un
proceso actualizará los otros que comparten los datos.
En cada paso del análisis, proporciona procesos y algoritmos que se puede usar
para corregir, procesar y mostrar datos. Entre los procesadores están el básico, el
calculador de volumen de arcilla (Vsh), el análisis de arenas arcillosas simples y
complejas, el de litología simple y compleja, los calculadores de saturación de agua
(Archie, Doble Agua, Waxman Smits, etc.), entre otros. También proporciona
correcciones ambientales de las empresas Schlumberger, Halliburton y Atlas. Cada
acción está elaborada para correr rápido y trabajar de la manera que el usuario
quiera.
4.2.10.1 METODOLOGÍA DE PROCESAMIENTO DE DATOS.
La metodología empleada fue la siguiente: Primero se calcularon los parámetros
empleados para poder obtener la Porosidad Efectiva y la Saturación de Agua
haciendo sus respectivas correcciones; en Segundo lugar se sacaron los valores (de
los registros geofísicos disponibles) necesarios para la obtención de la Saturación de
Agua y de la Porosidad Efectiva; y por último se calculo la Porosidad Efectiva, la
Saturación y la Litología. Este proceso se puede observar secuencialmente en la
Figura 4.11.
Para el caso del cálculo de la temperatura, en la Figura 4.12 se muestra la ventana
utilizada en el software. Donde los datos fueron tomados del archivo de los registros.
Las temperaturas empleadas fueron transformadas en grados Fahrenheit.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
59
Para la corrección de la resistividad se utilizo la ventana que se muestra en la Figura
4.13 donde se utilizo el registro de temperatura calculado, así como la resistividad
del lodo tomada en campo impresa en el archivo de los registros y la temperatura a
la que se tomo el dato.
Carga de datos.Presentación gráficade los registros.
Cálculo de temperatura.
Corrección de Rmf
por temperatura.
Determinación de lamatriz por curvascruzadas.
Cálculo de φDAnálisis de losregistros φN y φD.
Cálculo del volumende arcilla.
Determinación delExponente deCementación (m) yde la Resistividaddel Agua (Rw).
Cálculo de laPorosidad Efectiva(φe), Saturación deAgua (Sw) yLitología.
Figura 4.11 Diagrama que muestra la secuencia de los cálculos desarrollados en el procesamiento de los datos de los registros geofísicos.
Figura 4.12. Ventana de PowerLog© para calcular parámetros básicos.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
60
Los valores de densidad de la matriz fueron convertidos en un registro sintético el
cual se muestra en la Figura 4.17. La matriz fue determinada por graficas cruzadas.
El cálculo de fue con la ecuación 4.11 (Figura 4.14). Aquí se utilizo el registro
sintético de la Figura 4.14 y suponiendo que el fluido es agua.
Después de calcular se analizaron los registros de y para determinar el
hidrocarburo dominante en el pozo (Figura 4.9).
Figura 4.13 Ventana de PowerLog© para calcular parámetros básicos.
Figura 4.14. Ventana de PowerLog© para calcular parámetros básicos.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
61
Para el cálculo del volumen de arcilla, el software cuenta con la ventana que se
muestra en la Figura 4.15. Los indicadores utilizados en este trabajo fueron los
descritos anteriormente, en donde los datos que se muestran en la Figura 4.15
fueron tomados de los registros, del modo de que en la zona donde existía mayor
radioactividad (suponiendo que la radioactividad es originada por los elementos de
Torio y Potasio) o mayor potencial se tomaban los valores de los registros
implicados, tomándolos como zonas de arcilla, y en donde existía un mínimo de
radioactividad ó potencial se tomaban de igual forma los valores de los registros
pero ahora tomándolos como zonas limpias.
En la determinación de y se genero un registro sintético mostrando los
diferentes valores en las diferentes zonas en donde se analizaron estos parámetros,
el cual es mostrado en la Figura 4.16.
Por último se cálculo la Porosidad Efectiva la Saturación de Agua y la
Litología con una ventana del programa destinada a estos cálculos en donde se
muestran tres páginas. En la primera página se introdujeron los registros con los que
se calcularía la porosidad y la litología así como la ecuación que se usaría para la
porosidad por medio del sónico (Figura 4.17). Para este trabajo los registros usados
fueron el Sónico, el de Densidad y el Neutrón, así como el registro de Temperatura
elaborado y el registro de volumen de arcilla calculado, la ecuación empleada en el
Sónico fue la de Wyllie y fue indicado que la salinidad se sacara por medio de Rmf.
Figura 4.15. Ventana de PowerLog© para el cálculo del volumen de arcilla.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
62
En la segunda se introdujeron los valores de densidad y de los tiempos de arribo de
los minerales que se iban a calcular, también los parámetros de arcilla los cuales se
toman de la misma forma que se obtuvieron en el cálculo del volumen de arcilla con
la diferencia de que en este caso solo sería para zonas de arcilla (Figura 4.18).
Y en la tercera se escogió la ecuación para calcular la y se introdujo el registro
que determinaría la resistividad verdadera , el registro sintético de y , el
registro de corregido por temperatura, el registro de temperatura calculado, la
densidad del hidrocarburo, el exponente de saturación que fue de 2 y la constante
de tortuosidad que para el caso de carbonatos es 1 (Figura 4.19).
Figura 4.16 registros sinteticos de Rw, m y de la densidad de la matriz.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
63
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
64
Los resultados de los cálculos se pueden observar en la Figura 4.20 de donde se
puede observar la litología y la Saturación de agua y aceite del pozo, así como los
registros empleados en el procesamiento de los datos.
Figura 4.20. Representación de la litología y Saturación de agua y aceite del pozo Ixmiquilpan. También se muestran los registros empleados en el proceso.
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65
CAPITULO 5.- INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS.
5.1 ESPECTROMETRÍA DE RAYOS GAMA.
La espectrometría de rayos gama es extensamente usada en el mapeo geológico,
en investigaciones de suelo, en la exploración mineral, y en estudios de regolitos
(estudios de la capa de erosión). El uso del método como un instrumento de mapeo
requiere un entendimiento de la geoquímica de los radioelementos en rocas y
suelos, y los procesos que afectan su distribución y movilidad. Los estudios
mineralógicos y geoquímicos de rocas y suelos juegan un papel fundamental en la
corroboración de la interpretación de investigaciones de espectrometría de rayos
gama, ya que proporcionan la perspicacia en el modo de ocurrencia de los
radioelementos y sus asociaciones petrogenéticas (procesos de formación de roca)
o pedogenéticas (evolución del suelo).
Las aplicaciones de mapeo de espectrometría de rayos gama típicamente dependen
de un método integrado. Los datos de rayos gama son interpretados en combinación
con otros datos de investigación aérea tales como investigaciones magnéticas y
electromagnéticas, imágenes de satélite, y mapas geológicos y de suelo, entre otros.
5.1.1 CONSIDERACIONES TEORICAS.
Mientras los rayos gama en el rango de energía usado para el mapeo de las fuentes
naturales de radiación pueden penetrar varios cientos de metros de aire, son
completamente atenuados por aproximadamente 50 cm de roca o suelo. Esto tiene
varias implicaciones para el mapeo de las fuentes naturales de radiación.
La mayor parte de los rayos gama que emanan de la superficie de la tierra se
originan de los 30 primeros cm de la tierra por lo que el método de rayos gama es un
método de mapeo superficial.
El desequilibrio en las series de decaimiento del U es una fuente seria de error. Las
estimaciones de concentraciones de U son basadas en la suposición de las
condiciones de equilibrio, y esto no es necesariamente el caso.
Finalmente, el ambiente afecta las tasas de fluencia medidas. Los rayos gama se
atenúan exponencialmente con la distancia de la fuente. La vegetación y la humedad
del suelo pueden desfavorablemente afectar las estimaciones de las
concentraciones superficiales de los radioelementos.
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66
5.1.2 RADIOELEMENTOS EN LOS MINERALES.
5.1.2.1.- POTASIO.
El potasio es un elemento litófilo (elemento que tiene tendencia a formar silicatos y
otros oxídales) volátil y es monovalente (que funciona con una sola valencia) en
condiciones naturales. La abundancia del potasio en la corteza superior de la Tierra
es de 2.33 de peso % de K. La Mayor parte de K ocurre como feldespatos alcalinos
y micas en rocas félsicas, principalmente granitoides, que contiene en promedio 3.5
de peso % de K. Las rocas maficas y ultramaficas contienen concentraciones mucho
más inferiores, con el contenido promedio de K entre los límites de 0.58 a 0.75 de
peso %. Las series del mineral de feldespato, feldespatoides de leucita y nefelina, y
las micas de biotita y moscovita, juntos contienen prácticamente todo el potasio en
rocas metamórficas y magmáticas. Algunos anfíboles contienen hasta 1 de peso %
de K. La Tabla 5.1 lista los minerales comunes de los cuales el K es un componente
esencial y algunos otros minerales comunes que contienen K (IAEA, 2003).
Tabla 5.1.- Minerales de Potasio (IAEA, 2003).
Minerales potásicos. Formula química. % K
Rocas formadas por minerales silicatos.
Feldespatos. (K,Na)AlSi3O8;(Nax,Ca1-x)Al2-xSi2+xO8(x=0-1)
Feldespatos alcalinos. (K,Na)AlSi3O8 13
Microlina. KAlSi3O8 13
Ortoclasa. KAlSi3O8 13
Sanidina. KAlSi3O8 13
Leucita. KAlSi3O6 17
Nefelina. (Na,K)AlSiO4 23
Biotita. K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2 8
Moscovita. KAl2AlSi3O10(OH)2 8
Flogopita. KMg3AlSi3O10(OH)2 8
Hornblenda. (K,Na)0-1(Na,Ca)2(Fe,Mn,Mg,Ti,Al)5(Si,Al)8O22(OH,F)2 1
Otros minerales de K.
Alunita. KAl3(SO4)2(OH)6
Glauconita. (K,Ca,Na)<1(Al,Fe3+
,Fe2+
,Mg)2[(OH)2/Al0.35Si3.65O10]
Silvita. KCl
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5.1.2.2.- TORIO.
El torio es un elemento actínido con un estado de valencia de Th4+ en solución con
pruebas de menores estados de valencia en estado sólido. Se forma con los aniones
fluoruro, oxalato, yodato y fosfato de precipitaciones insolubles. El Th puede ser
disuelto en soluciones ácidas y su solubilidad es mejorada por ácidos húmicos. La
abundancia del Th en la corteza de la Tierra es baja, típicamente en el rango de ppb
(partes por billón) a ppm con un promedio de aproximadamente 12 ppm (IAEA,
2003).
El Th es un componente de los minerales accesorios zircón, monacita, allanita y
xenotima, apatita y esfeno. La Tabla 5.2 lista estos con su promedio de contenido de
Th, con otros minerales que tienen al Th como un componente principal. El Th es el
padre de una serie de decaimiento del cual los rayos gama enérgicos más altos
(2.62 MeV) son emitidos por el isótopo hijo 208Tl. En general, aproximadamente 60
años son requeridos para establecer el equilibrio radiactivo en la serie del Th, y la
actividad de rayos gama es de esta manera una buena medida de concentración del
Th. El fraccionamiento químico entre los miembros de las series de U y Th ocurre
durante procesos magmáticos. Esto causa el desequilibrio radiactivo entre el 238U y
el 230Th, y el 230Th y el 226Ra en la serie de decaimiento del 238U en rocas volcánicas
(IAEA, 2003).
Tabla 5.2 Minerales de Torio (IAEA, 2003).
Minerales de Torio. Formula química. %ThO2
Minerales con Torio como mayor constituyente.
Huttonita. ThSiO4 80
Torita, Uranotorita. ThSiO4,(Th,U)SiO4 50,< 50
Cheralita. (Th,Ce,Ca)(SiO4PO4) 30
Torianita, Uranotorianita. ThO2,(Th,U)O2 80, < 80
Minerales accesorios comunes.
Monacita. (REE,Th)PO4 10
Xenotima. YPO4 0.4 – 1
Zircón. ZrSiO4 0.01 – 1
Alanita. (Ca,Al,Fe,Mg) silicato 0.1 – 1
Apatita. Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) 0.001 – 0.1
Esfeno. CaTiSiO5 0.001 – 0.1
Epidota. CaFe3+
Al2O,OH(Si2O7)(Si2O4) 0.005 – 0.05
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
68
5.1.2.3.- URANIO.
El uranio es un metal reactivo con una abundancia media de aproximadamente 3
ppm en la corteza de la Tierra. El U aparece en el estado de valencia de U4+ en
rocas ígneas con propiedades cristaloquímicas cercanas al Th4+ y a los Elementos
de las Tierras Raras Ligeras (LREE), la cual explica la geoquímica coherente del U,
Th y LREE en rocas ígneas. Esta coherencia es perdida en condiciones
hidrotermales y supergénicas, donde el uranio es parcialmente o totalmente oxidado
a U6+, la cual forma complejos solubles con los aniones: Co32-, SO42- y PO3-(IAEA,
2003). Los minerales de uranio más abundantes son listados en la Tabla 5.3. La
Uraninita es común como inclusiones diminutas en la roca formando minerales en
granitos o como granos grandes en granitos mineralizados y pegmatitas. La
Uraninita también ocurre en venas hidrotermales y rocas sedimentarias. Los
minerales accesorios zircón, monacita, apatita, allanita y esfena son comunes en
rocas ígneas y metamórficas, de las cuales el zircón y la monacita son los más
resistentes a la erosión. Como el U llega a ser móvil bajo condiciones supergénicas,
una gran variedad de minerales de U6+ pueden formarse. Esto explica la variedad de
minerales encontrados en depósitos de uranio, incluyendo silicatos, fosfatos,
carbonatos, sulfatos, vanadatos, molibdatos, niobatos, tantalatos y titanatos (IAEA,
2003).
Tabla 5.2 Minerales de Uranio (IAEA, 2003).
Minerales de Uranio. Formula química. %UO2/ppm U
Minerales con Uranio como mayor constituyente.
Uraninita, (petchblenda). UO2
Betafita. (U,Ca)(Nb,Ta,Ti)3O9-nHO2
Huttonita. ThSiO4 100 – 20000 ppm
Uranosferita. ((BiO)(UO2)(OH)3
Torita, Uranotorita. ThSiO4,(Th,U)SiO4 1 – 35 %
Torianita, Uranotorianita. ThO2,(Th,U)O2 5 %
Minerales accesorios comunes que forman rocas.
Zircón. ZrSiO4 5 %
Xenotima. YPO4 5 %
Monacita. (REE,Th)PO4 100 – 20000 ppm
Alanita. (Ca,Al,Fe,Mg) silicato 10 – 2000 ppm
Apatita. Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) 5 – 200 ppm
Esfeno. CaTiSiO5 10 – 500 ppm
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69
5.1.3.- ANÁLISIS RADIOELEMENTAL DE LOS DATOS.
5.1.3.1.- ANÁLISIS CON AYUDA DE LAS RELACIONES K/Th, K/U Y U/Th.
Estos métodos se utilizan para la identificación de firmas radiométricas similares,
donde se puede apreciar la abundancia ó escases de un radioelemento con respecto
a otro y así poder hacer un análisis radioelemental con respecto a la geología del
lugar. En esta parte se emplearon los datos con unidades de %K, ppm eU y ppm
eTh, por dos grandes razones; la primera, es que estas unidades son las empleadas
en el análisis radioelemental; y la segunda, es que al emplear una misma unidad en
las relaciones para todos los elementos da como resultado que la abundancia de K
sea mayor en casi toda el área, lo cual para el fin de estudio no es apropiado (Figura
5.1).
En los mapas de las Figuras 4.3 y 4.4 de los radioelementos se observan anomalías
que están relacionadas con la geología del lugar, pero utilizando esta técnica se
pudo observar una mejor relación con la geología.
Se realizaron tres relaciones K/Th, K/U, y Th/U. La forma utilizada fue generando
mapas de imágenes de la misma forma que se hicieron para el caso de los
radioelementos, con la diferencia de que en este caso se manifestarían las
relaciones antes mencionadas.
El empleo de estos mapas nos dio como resultado obtener una relación de los
radioelementos con las calizas por medio de la abundancia de Potasio.
5.1.3.1.1 RELACIÓN U/Th.
Esta relación fue elaborada dividiendo los datos del elemento de Uranio entre los del
Torio. Este orden de los elementos se eligió porque en este caso el Torio casi no
tiene valores nulos en comparación con el Uranio. En los datos nulos de Torio no se
pudo obtener un resultado en la división, debido a que es incorrecto dividir un
número entre cero, por lo que se tuvo que introducir un valor que no es verdadero en
los datos de la relación pero que manifiesta que en estos lugares solo existe Uranio.
Para esto se considero que 6.47 fue el valor que manifiesta mayor abundancia de
Uranio que de Torio por lo que se introdujo para este caso el 7 como el número que
manifieste el Uranio.
Una vez hecha la relación se genero un mapa de imagen, de la misma forma como
se generaron los mapas de imagen de los radioelementos. Este mapa refleja la
abundancia del Torio en comparación con la abundancia del Uranio del modo de que
entre más pequeño sea el valor más alta será la abundancia de Torio (rojo), y
viceversa (Figura 5.2).
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
70
Figura 5.1. Relaciones elaboradas con las unidades de cps.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
71
Si comparamos este mapa con la geología del lugar (Figura 1.1), se podrá observar
que no existe una relación de este con la geología. Esto debido a que el Uranio es
un elemento soluble, lo que hace fácil su transportarse de un lado a otro con ayuda
del agua; y por otro lado, el Uranio y el Torio no son de gran importancia en la
constitución de este tipo de rocas, por lo que las anomalías presentadas en el mapa
no tienen una importancia mineralógica.
5.1.3.1.2 RELACIÓN K/U.
Se elaboro dividiendo los datos del elemento de Potasio entre los de Uranio. Este
orden de los elementos fue elegido por la misma razón de la relación U/Th. De la
misma manera, el problema de los datos nulos de Uranio fue resuelto como en la
relación anterior con la diferencia de que en esta relación el valor que representa
mayor abundancia de Potasio es 12 por lo que se dio el valor de 15 para que
manifieste la mayor abundancia de Potasio.
-99.04 -99.03 -99.02
20.35
20.36
20.37
20.38
20.39
20.4
20.41
Xoxafi
Lagunilla
Los Cerritos
La Blanca
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
U/Th
0 500 1000 1500 2000
Torio
Uranio
Figura 5.2. Mapa de imagen que representa la abundancia de Uranio y Torio por medio de la relación U/Th.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
72
Una vez hecha la relación se genero un mapa de imagen de la misma manera que
los anteriores. Este refleja la abundancia del Potasio y el Uranio, donde los valores
pequeños indican una alta abundancia de Uranio (azul), y los valores más altos
indican mayor abundancia de Potasio (verde) (Figura 5.3).
En el análisis que se hizo de estos radioelementos con la geológica del lugar (Figura
1.1), podemos observar que el potasio no se presenta en las zonas donde aflora la
caliza del Cretácico Inferior pero si se manifiesta en los lugares donde la litología es
de arenas y conglomerados del Triásico Superior y en el aluvión.
En la parte superior derecha existe una abundancia de potasio mayor a la del
Uranio, este punto se encuentra en la caliza.
Figura 5.3. Mapa de imagen que representa la abundancia de Uranio y Potasio por medio de la relación K/U.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
73
La ausencia de Uranio puede ser debido a la explicación antes dada en donde se
menciona que el Uranio es un elemento soluble, pero se necesitaría hacer un
análisis de muestra en laboratorio para confirmar. Es importante mencionar que en
este lugar se encuentra un banco de caliza.
5.1.3.1.3 RELACIÓN K/Th.
En esta relación se dividieron los datos del elemento de Potasio entre los del Torio.
La elección del orden de los elementos fue por la misma causa de las anteriores. En
los datos nulos de Torio se realizó el mismo procedimiento que en los anteriores,
pero en este caso el valor que manifiesta mayor Potasio es 0.82 por lo que se
introdujo el número 1 para que manifieste la mayor abundancia de Potasio. En esta
relación hubo un problema extra el cual fue que hubo lugares en donde no existe
Potasio ni Torio, pero si Uranio. Para poder expresar esto en el mapa lo que se hizo
fue que en estos lugares se introdujo un valor -10, el cual no es verdadero pero
ayudo a manifestar en el mapa los puntos en donde no se presenta ni Torio ni
Potasio pero si Uranio.
Después de esto se genero el mapa de imagen de la misma forma. En este caso se
refleja la abundancia de Potasio y Torio en donde los valores pequeños (que no
incluyen valores negativos) indican mayor abundancia de Torio (rojo), y los valores
grandes indican más abundancia de Potasio (verde) (Figura 5.4); en el número -10
se introdujo el color azul que refleja la ausencia del Torio y Potasio, y donde el
Uranio va de 2.75 a 9.24 ppm.
De los tres mapas de imagen generados de las relaciones, este fue el de mayor
importancia. En este se observa una amplia relación con la geología, el cual
manifiesta en las zonas donde se encuentran las calizas una abundancia muy
escasa de Potasio en comparación con el Torio. También se observa que la mayor
abundancia de potasio se da en las zonas donde se encuentran las arenas y
conglomerados y en el aluvión.
La zona donde los datos manifiestan solo presencia de Uranio, están marcados de
color azul. En estos puntos como en otras anomalías ya mencionadas seria
conveniente hacer estudios de muestras en laboratorio, para poder dar una
justificación a estas.
Por la explicación anterior se puede decir que en esta parte del análisis de este
trabajo principalmente se baso en la ausencia y abundancia de Potasio ya que la
abundancia de Uranio y Torio es debido a que estos elementos son componentes de
los minerales accesorios con los que están constituidas las rocas.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
74
En la geología presente, no es apropiado considerar las acumulaciones de Torio y
Uranio, ya que nos encontramos en un ambiente sedimentario, y en los sedimentos
se han encontrado más de 100 especies de minerales accesorios y probablemente
constituyen solo del 0.1 al 0.5% de la fracción terrígena de los sedimentos (L. Folk
R., 1969).
Los minerales accesorios son característicos de las rocas ígneas y metamórficas
que disminuyen de cantidad (a excepción del zircón y de la turmalina), al pasar en
los sedimentos, puesto que son químicamente inestables y también
considerablemente más suaves que el cuarzo.
El contenido de minerales inestables disminuye al aumentar la intensidad de
desgaste causado a la roca por la acción mecánica del agua cargada por partículas
procedentes de las acumulaciones de fragmentos de roca (L. Folk R., 1969).
Figura 5.4. Mapa de imagen que representa la abundancia de Torio y Potasio por medio de la relación K/Th.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
75
Estos minerales son minerales pesados que debido a su mayor peso generalmente
son transportados junto con granos de cuarzo con un tamaño mayor, así como
también son granos muy finos en los sedimentos.
La abundancia y la escasez del potasio es debido principalmente al tipo de roca. Los
minerales que forman las rocas sedimentarias pertenecen a dos tipos diferentes de
materiales: detríticos y químicos. Los primeros son minerales resistentes liberados
de las rocas madres por meteorización o intemperismo, transportados
mecánicamente y depositados.
Los del segundo grupo se precipitan de una disolución, y son generalmente
compuestos hidratados, como es de esperarse en las sustancias que se forman en
un ambiente rico en agua.
Las rocas sedimentarias pueden tener una mineralogía compleja, siendo algunos de
sus minerales de origen detrítico y algunos de origen químico.
La mayoría de los sedimentos depositados mecánicamente consiste en detritos
provenientes de la tierra, que representan a los materiales del intemperismo y la
erosión de la superficie. Los sedimentos depositados por medios químicos por otra
parte constan principalmente de sustancias tales como carbonatos, sílice y haluros,
en que los cristales individuales son mantenidos juntos por uniones químicas o están
entrelazados uno dentro de otro.
La mayor parte del potasio se encuentra en feldespatos, y estos se presentan en
rocas sedimentarias compuestas de sedimentos detríticos.
5.1.3.2.- ANÁLISIS CON AYUDA DE LA CROSSPLOT DE IDENTIFICACIÓN DE
MINERALES.
Esta es una gráfica elaborada experimentalmente, la cual ayuda a identificar ciertos
minerales característicos de ciertos valores de Torio y Potasio (Figura 5.5) (Gráfica
tomada de Schlumberger, 2003).
De la gráfica de la Figura 5.5 podemos observar la presencia de elementos pesados
de Torio que como se explico anteriormente para ambientes sedimentarios significa
la presencia de minerales accesorios o pesados. También encontramos minerales
de caolinita, montmorillonita, clorita y mezcla de arcillas. Estos minerales junto con
un cierto número de especies menos comunes, constituyen los minerales arcillosos
de las rocas sedimentarias.
Las arcillas son silicatos con estructura foliada, estrechamente relacionados con las
micas.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
76
Las arcillas forman del 25 al 35% de la fracción terrígena de las rocas sedimentarias.
Los minerales arcillosos de estas rocas pueden haberse formado por cualquiera de
las causas siguientes: 1) simple disgregación (sin cambios químicos) de rocas que
contenían arcilla, tales como lutitas, calizas arcillosas, pizarras o filitas; 2)
intemperismo químico (en la formación de suelos) de los minerales que contenían Al
y Si, principalmente de feldespatos, pero también de minerales máficos, micas y
minerales arcillosos; 3) intemperismo, bajo el agua, de cenizas volcánicas; 4)
cambios diagenéticos que ocurrieron en el fondo del mar después del depósito; 5)
cambios diagenéticos debidos a sepultamiento profundo, a migración de soluciones
congénitas o a metamorfismo incipiente; 6) metamorfismo intenso; 7) intemperismo
post – diagenético durante la exposición en la superficie, cerrándose así el ciclo
empezado en 2) (L. Folk R., 1969).
El intemperismo químico (formación de suelos) es la fuente última de la mayor parte
de las arcillas. Se puede comprender el efecto del intemperismo sobre los minerales
arcillosos, si se toma en cuenta que estos minerales son muy reactivos debido a su
enorme superficie expuesta y tienden a alcanzar el equilibrio con los iones del
ambiente. Naturalmente este depende: 1) de cuales iones son proporcionados con
abundancia por la roca fuente, 2) del tipo de clima que puede favorecer la
conservación de los iones en el suelo (clima árido) o su eliminación rápida por
lixiviación (clima caliente y húmedo).
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5
To
rio
Potasio
Elementos pesados; Torio
Caolinita
Mezcla de arcillas
IlitaMicas
GlauconitaFeldespatos
Evaporitas
Montmorillonita
Clorita
Figura 5.5. Gráfica de mineralización en la cual se muestran los minerales que se encuentran en el área de estudio.
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Con lixiviación incompleta, el potasio y magnesio se preservan en los suelos; en el
intemperismo de rocas básicas, se liberan abundantes iones de magnesio y se
forma la montmorillonita, o sea la arcilla magnesiana, y a veces, posiblemente, la
clorita y la vermiculita; si rocas ácidas experimentan lixiviación incompleta, se liberan
abundantes iones de potasio y se forma la illita, que es la arcilla potásica. Con
lixiviación completa, las aguas congénitas percolantes eliminan del suelo potasio y
magnesio y se forma la caolinita.
El intemperismo bajo el agua de las cenizas volcánicas ácidas da lugar
generalmente a la montmorillonita, pero, a veces, también a la illita.
El vulcanismo es la fuente principal de las arcillas montmorilloníticas, pero mucha
montmorillonita se forma también con el intemperismo. Las rocas volcánicas básicas
a menudo se intemperizan dando origen a la clorita.
La diagénesis marina se inicia con la alteración de algunos minerales arcillosos, al
llegar éstos, llevados por los ríos, en el océano, rico en iones de sodio, magnesio y
potasio. La fijación del potasio para formar illita ocurre muy rápidamente cuando la
arcilla es ingerida y después defecada por determinados animales. En determinadas
condiciones, esta arcilla puede absorber Mg del agua del mar y transformarse en
clorita en vez de illita. La montmorillonita “volcánica” aparentemente no sufre
modificaciones al depositarse en aguas marinas; si se produce algún cambio, éste
es muy lento.
La clorita y la illita detríticas probablemente son también estables en el agua del mar,
sin embargo pueden ocurrir pequeños cambios químicos. El papel de la caolinita es
dudoso; debido a que su abundancia usualmente disminuye hacia el mar abierto.
La caolinita es estable en los depósitos continentales, en los de agua dulce y en los
suelos sometidos al intemperismo.
En algunos casos, los espacios de los poros de las areniscas permeables están
llenos de masas vermiculares hexagonales de caolinita transparente, de
incrustaciones de clorita o monmorillonita o de grandes láminas de sericita, todos
probablemente precipitados de soluciones; ésta es una de las grandes
manifestaciones de la diagénesis y puede presentarse en sedimentos
geológicamente jóvenes que no fueron nunca plegados ni sepultados
profundamente; en consecuencia, no requiere temperatura ni presión muy alta.
Resumiendo:
La Caolinita se forma por un intemperismo intenso que remueve el potasio; en parte,
puede también ser retrabajado; posiblemente es afectado por la diagénesis marina y
se destruye con el sepultamiento profundo o el metamorfismo insipiente.
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La Montmorillonita se forma en un ambiente rico en magnesio; principalmente por la
alteración de cenizas volcánicas y también, en parte, por el intemperismo,
especialmente de rocas básicas en clima templado. La diagénesis marina tiene poco
efecto sobre la montmorillonita volcánica, excepto para cambiar los cationes
absorbidos.
Una peculiaridad característica de la montmorillonita es su contenido variable de
agua en la red. Se dice que este mineral tiene una red hinchable.
La clorita se forma por diagénesis marina, particularmente en ambientes marinos
lagunares o cercanos a la costa, donde desembocan los ríos, que aportan fierro
derivado del intemperismo. Es también común en las arenas marinas que han
recibido contribuciones de rocas ígneas básicas; puede formarse por diagénesis, en
el sepultamiento profundo y por metamorfismo. Posiblemente se forma en pequeña
cantidad, en los suelos, por el intemperismo de micas y montmorillonitas.
La Figura 5.5 muestra también puntos donde solo el potasio esta presente. Los
feldespatos contienen grandes cantidades de potasio que se encuentran
principalmente en arenas, por lo que podemos considerar que estos puntos son
debido a la presencia de arenas.
Las areniscas de cuarzo puro son características de las áreas de plataforma estable
y de los escudos continentales, o cratones, móviles, y las areniscas de las áreas
orogénicas son mucho más complejas mineralógicamente y son ya sea arkosas
(ricas en feldespatos) o grauvacas (ricas en gramentos de rocas) o sedimentos
tobáceos (ricos en material volcánico). El esquema para ligar las fases de desarrollo
tectónico de un continente con el depósito de tipos específicos de areniscas;
comprende, en orden cronológico:
1) Fase de quietud, o peneplanación: se originan las cuarzitas.
2) Fase de deformación moderada o fase geosinclinal: se forman las grauvacas, o
sea areniscas ricas en fragmentos de rocas metamórficas y micas, con matriz de
arcilla micácea.
3) Fase de deformación violenta o fase post – geosinclinal, resultante en arkosas (L.
Folk R., 1969).
Lo siguiente es una explicación muy breve de las ideas en las que se basa este
esquema.
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Se asume que una parte típica de la corteza terrestre comprende, de arriba a bajo,
tres estratos principales: sedimentos, rocas metamórficas y vetas, rocas ígneas
plutónicas. Por lo que, con el aumento de actividad tectónica, estas capas son
llevadas sucesivamente a la superficie, donde constituyen las correspondientes
áreas – fuente.
En condiciones de quietud tectónica, la capa superior de la corteza (cubierta
sedimentaria) proporcionará los detritos. En estas condiciones, los sedimentos
supermaduros de las playas y dunas dominarán la sección estratigráfica. Por ambas
razones, los depósitos resultantes consistirán principalmente de cuarzo (con o sin
pedernal), o sea que serán cuarzarenitas. Si la quietud se prolonga, la erosión puede
llegar hasta la base granítica y, en consecuencia, se tendrán en los sedimentos
algunos feldespatos.
En una deformación del tipo ortogeosinclinal, la actividad tectónica levanta hasta la
superficie la capa metamórfica, que proporciona así las rocas – fuente. Un intenso
plegamiento con fallas y movimientos tectónicos predominantemente horizontales
origina, a partir de sedimentos, rocas metamórficas de bajo rango, tales como
pizarras y filitas. Debido a un alto relieve y a rápida erosión, los ambientes
predominantes serán aquellos en donde se efectúa un rápido depósito de los
sedimentos, o sea las llanuras aluviales, los deltas y las plataformas neríticas. Tales
materiales arenosos son ricos en fragmentos de rocas metamórficas y no tienen
buena clasificación, por lo que dan origen a filarenitas (antiguamente grauvacas).
Cuando se producen violentos movimientos tectónicos de naturaleza predominante
vertical, como en el fallamiento en bloques después de un periodo de plegamiento,
las partes mas profundas de la corteza , granitos y gneises, son levantadas a la
superficie y constituyen el área – fuente. También en este caso, los ambientes serán
los de depósito rápido, o sea las llanuras y los abanicos aluviales. Los sedimentos
serán ricos en feldespatos y constituirán arkosas.
Esta teoría es supersimplificada e idealista, sin embargo se aplica bastante bien en
muchas áreas y, además, es un guía excelente para el pensamiento estratigráfico (L.
Folk R., 1969).
Con la explicación anterior se pudo crear un mapa en donde se manifiesta la
geología que se ha encontrado en el lugar con espectrometría de rayos gama.
La forma de crear el mapa fue utilizando el mapa de la relación K/Th (Figura 5.4), en
el cual la abundancia de Torio se presenta por las calizas y la abundancia de Potasio
se presenta por las arenas. La modificación se hizo en los puntos donde se
encontraron minerales arcillosos en el cual se utilizó un valor que manifestara la
presencia de arcilla en estos puntos (de acuerdo a la grafica 5.5).
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
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El valor se determino encontrando el valor más pequeño que manifestaba potasio en
el mapa (0.82191780821918) y buscando en el mapa el valor más alto que
manifestaba torio (0.50909090909091), y después de encontrar los dos puntos se
propuso un valor medio entre estos dos el cual fue 0.665504358. Este valor se
coloco en los puntos donde se presentaron los minerales arcillosos, el cual resulto
como se muestra en la Figura 5.6.
5.2.- REGISTROS GEOFISICOS.
En esta parte solo se trato de relacionar las formaciones con los resultados
obtenidos de la interpretación de los registros de la Figura 4.20. Para esto se utilizo
la información de la leyenda de la Carta Geológica de Ixmiquilpan con escala
1:50000 y la de Pachuca de 1:250000, y también la información de un Libreto Guía
elaborado por la Brigada Escuela de la ESIA – Ticoman del Instituto Politécnico
Nacional.
FIGURA 5.6. Representación de la geología del lugar por medio de espectrometría de rayos gama.
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El procedimiento fue el siguiente:
Primeramente se localizo la formación superficial que se presenta tanto en los
resultados de los registros como del área donde se perforo el pozo.
La ubicación del pozo no se supo con exactitud pero que para los fines de este
trabajo fue suficiente. En la Figura 5.7 se muestra la ubicación aproximada (que fue
proporcionada por el Libreto Guía de la Brigada Escuela) del pozo localizada en la
Carta Ixmiquilpan con escala 1:50000.
Como se podrá observar en la figura 5.7 la primer Formación con la que se
encuentra el pozo es de la era del terciario superior y que de acuerdo con la
información de la carta Ixmiquilpan 1:50000 y de la Carta Puebla 1:250000 dice que
esta litología pertenece a la formación Tarango.
La Formación Tarango Tp(cg – ar), como se ha mencionado en el primer capitulo, es
una unidad rítmica alternante de origen continental que consta de areniscas frágiles
color pardo claro, grano fino, líticas y de matriz arcillosa; el conglomerado tiene
clastos subangulosos a subredondeados de 10 centímetros de diámetro, de caliza,
Figura 5.7. El círculo rojo representa la ubicación del pozo Ixmiquilpan – 1, el cual esta localizado aproximadamente a 9.375Km al suroeste del área de estudio.
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marga, basalto, toba riolítica y riolita, y localmente con intercalaciones de lapilli
basáltico de hasta ocho metros de espesor, así como de limolitas color blanco
verdoso; en algunos sitios tiene cementante calcáreo y una delgada cubierta de
caliche. La estratificación es en capas de dos metros con actitud horizontal. Si
comparamos esta litología con la presente en la interpretación de los registros,
podemos localizarla en los primeros 153.0 metros, aproximadamente, como se
muestra en la Figura 5.8.
La litología debajo de esta Formación de acuerdo a la ubicación del pozo en el mapa
geológico de Ixmiquilpan y de Puebla, y según lo mencionado en el Libreto Guía de
la Brigada Escuela; debe ser la de la Formación El Doctor.
Esta Formación en efecto se encuentra en la interpretación de los registros (Figura
5.8) debajo de la Formación Tarango, con un espesor aproximado de 100 metros.
La unidad de la Formación El Doctor (ya mencionadas en el Capitulo 1) es de la
edad del Cretácico Inferior Ki(cz), y está constituida por rocas calcáreas marinas.
Está caracterizada por dos facies diferentes: una facies de banco de poca
profundidad conocida como “Banco de Ixmiquilpan” (Carta Geológica de Puebla
escala 1:250000), de textura calcilutítica y calcarenítica en capas medianas color
gris claro con fósiles de rudistas de los géneros Toucacia, Caprinuloidea,
Monopleura y Eoradiolites, gasterópodos de los géneros Nerinea y Actaeonella,
pelecípodos de los géneros Chondrodenta, Nerinea y Pinha; en las calcarenitas se
hallan miliólidos de los géneros Nummoloculina y Quinqueloculina; la otra facies es
de cuenca, compuesta por caliza de color gris oscuro en capas medianas con
intercalaciones de lutitas calcáreas laminadas, lentes de pedernal negro y líneas
estilolíticas paralelas a la estratificación, está localmente dolomitizada. Esta
Formación subyace de manera transicional a las unidades Ks(cz – lu)(F. Soyatal),
Ks(cz)(F. Cuautla) y Ks(lu – ar)(F. Mezcala), y de modo discordante a sedimentos
lacustres terciarios. Es correlacionable con las Formaciones El Abra y Morelos.
A nivel regional presenta tectonismo de fase compresiva evidenciado por pliegues
armónicos normales, recostados y recumbentes así como algunos pliegues
disarmónicos.
La facies calcárea de cuenca y la de banco de la F. El Doctor, son las rocas más
distribuidas y en gran parte constituyen el cuerpo principal de la Sierra Madre
Oriental.
Continuando con la correlación de las Formaciones con la litología presentada en la
interpretación de los registros; debajo de la Formación El Doctor, según la Carta
Geológica de Puebla y lo que muestra el Libreto Guía de la Brigada Escuela, se
debe localizar la Formación Santuario.
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La Formación Santuario Ki(cz – ar) esta constituida por capas delgadas a medianas
de calizas medias microcristalinas, grauvacas color gris y ocre, así como algunas
intercalaciones de lutitas filitizadas con concreciones calcáreas de esta un metro de
diámetro; presenta boudinage (término geológico de estructuras formadas por
extensión, donde un cuerpo tabular rígido tal como una capa de areniscas, es
estirado y deformado entre sus alrededores menos competentes, en donde la capa
competente comienza a romperse, formando formas de salchicha) y pliegues
disarmonicos a escala menor de un metro.
Es correlacionable con la Formación Taraises y con la parte superior de la
Formación Pimienta del Noroeste de México. Sobreyace concordantemente a las
areniscas del Jurásico Superior (F. las Trancas) y de manera desconocida, subyace
a calizas del Cretácico Inferior (F. El Doctor); localmente subyace a tobas riolíticas
del Terciario.
La descripción anterior de esta Formación coincide con la litología que se presenta
debajo de la Formación El Doctor que se localizo en la Figura 5.8, la cual tiene un
espesor de aproximadamente 1200 metros.
En la definición anterior de la Formación Santuario y como lo indica el Libreto de la
Brigada Escuela; la Formación que se presenta por debajo de esta litología es la de
Las Trancas.
La Formación Las Trancas pertenece al Jurásico Superior Js(lu – ar). Esta unidad
forma parte de una secuencia marina de lutitas y areniscas, con intercalaciones de
margas y calizas. Predominan las lutitas físiles color ocre y las areniscas color ocre
naranja con clivaje de fracturamiento perpendicular a la estratificación; las calizas
son microcristalinas y presentan boudinaje. Esta secuencia se halla tectonizada y
tiene pliegues normales.
En la Figura 5.8, la litología que se acerca más a esta descripción es la que se
encuentra por debajo de la Formación Santuario que tiene un espesor de
aproximadamente 800 metros.
La última Formación que se encuentra debajo de esta, según el Libreto de la Brigada
Escuela, podría ser una Formación del Triásico, llamada Huizachal, la cual la marcan
con un signo de interrogación. Esta Formación contiene sedimentos detríticos de
origen continental (Carta Geológica de Puebla 1:250000).
Debido a que la parte final del pozo presenta una litología de calizas, esta Formación
no coincide con la litología del pozo, por lo que se tuvo que hacer un análisis
estructural en esta parte.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
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El análisis fue el siguiente:
Se puede observar que entre la parte del pozo y el área de estudio de la Figura 5.7
un círculo color rojo encierra una falla definida como Falla inversa. Esta falla, según
menciona el Libreto Guía de la Brigada Escuela, es atravesada por el pozo.
La geología estructural del lugar proporcionada por la Carta de Puebla 1:250000
indica que en el Cretácico Superior y Terciario Inferior ocurrió una importante fase
tectónica de deformación que afecta a las unidades mesozoicas y algunas de las
terciarias, y que las estructuras más sobresalientes, relacionadas con esta fase de
deformación, están constituidas por una serie de pliegues de gran magnitud que
observan una dirección de vergencia hacia el este.
Por lo anterior, se puede concluir que es posible que las rocas del Cretácico Inferior
puedan haberse corrido por debajo del bloque superior que se presenta en la falla, y
así presentarse en la litología que corta el pozo. Por lo que es posible que la
Formación El Doctor se repita en esta última zona, debido a la falla.
Otro dato que se analizó fue el caso de la Formación Las Trancas donde se puede
observar que la litología de esta Formación y la litología que se presenta en la
interpretación del pozo esta forzada, debido a que en la litología del pozo
predominan las calizas y lutitas, por lo que se produjeron otras dos opciones en esta
zona. Las cuales fueron:
La primera se basa en la explicación anterior de la falla, y que la fase tectónica de
deformación ocurrió en el Cretácico Superior y Terciario Inferior. Por lo que se puede
deducir que el corrimiento ocurrió desde rocas sedimentarias del Cretácico Superior,
y que en esta zona de discusión del pozo es posible que se presente la Formación
Soyatal.
La Formación Soyatal es una secuencia calcáreo – arcillosa Ks(cz – lu), de carácter
rítmico alternante, fue originada en un marco tectónico de regresión marina de
amplia distribución geográfica. Existen capas de 10 a 30 de calizas y lutitas con
intercalaciones de margas de color pardo y rojizo. Mudstone gris de plomo con
boudinaje y estilolitas paralelas a la estratificación, lutitas físiles, calcáreas con
fósiles de Inoceramus Labiatus Schlotheim que indican edad Turoniano.
Se halla plegada, con estructuras recumbentes; ocasionalmente se halla afectada
por estructuras de cabalgadura acompañadas por metamorfismo dinámico causando
silicificación y plegamiento disarmónico y afectado por cuerpos tabulares de pórfidos
dacíticos de edad Terciario.
El contacto con las rocas de edad Cretácico es de tipo transicional con inversión de
secuencias a causa de recumbencias.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
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Entonces, la primera opción resulta en que debajo de la Formación Santuario se
presenta la Formación Soyatal a causa del corrimiento ocasionado por la falla
inversa con un espesor aproximado de 800 metros y debajo de esta se presenta la
Formación el Doctor.
La segunda opción se basa en que en la litología de la Formación El Doctor indica
que contiene intercalaciones de lutitas calcáreas, así como textura calcilutítica y
calcarenítica, y que por lo cual podemos deducir que por debajo de la Formación
Santuario se presenta la Formación El Doctor a causa de la presencia de la falla
inversa. Y esta Formación se sigue hasta el termino del pozo.
5.3 CORRELACIÓN DE LA LITOLOGÍA DEL POZO CON LA DEL LUGAR DE
ESTUDIO.
Una vez clasificada la litología del pozo con respecto a las formaciones, podemos
correlacionar la litología del pozo con la litología del lugar.
Esta correlación concluye en que la primera unidad que se presenta en el área de
estudio, es la unidad rítmica alternante de origen continental que consta de
Figura 5.8 Representación de la litología del pozo relacionado con las Formaciones.
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areniscas frágiles de grano fino del tipo arkosas las cuales son líticas y de matriz
arcillosa, donde las arcillas contienen montmorillonita, clorita y caolinita; con
conglomerado que tiene clastos subangulosos a subredondeados de 10 centímetros
de diámetro, de caliza, marga, basalto, toba riolítica y riolita, y localmente con
intercalaciones de lapilli basáltico de hasta ocho metros de espesor, así como de
limolitas; en algunos sitios tiene cementante calcáreo y una delgada cubierta de
caliche la cual es conocida como la Formación Tarango.
Por debajo de esta se encuentra una unidad constituida por rocas calcáreas marinas
la cual esta caracterizada por dos facies diferentes: una facies de textura calcilutítica
y calcarenítica con fósiles; y la otra facies es de cuenca, compuesta por caliza con
intercalaciones de lutitas calcáreas laminadas, lentes de pedernal y líneas
estilolíticas, está localmente dolomitizada la cual es llamada Formación El Doctor.
Subyaciendo a esta se encuentra una unidad que esta constituida por capas
delgadas a medianas de calizas medias microcristalinas, y arenas del tipo
grauvacas, así como algunas intercalaciones de lutitas filitizadas con concreciones
calcáreas conocida como la Formación Santuario.
Y por debajo ha esta es muy probable que exista una unidad que forma parte de una
secuencia marina de lutitas y areniscas, con intercalaciones de margas y calizas
llamada Formación Las Trancas.
La Figura 5.9 es una representación de la geológica superficial y la geológica del
subsuelo del área. La imagen superior de la Figura, representa la geología obtenida
por espectrometría de rayos gama. La imagen que se encuentra debajo de esta, es
el mapa geológico obtenido por la carta Ixmiquilpan 1:50000 Y la imagen que se
encuentra por debajo del mapa anterior, representa una imagen del lugar obtenida
por Google Earth. La parte inferior representa las Formaciones, así como la litología,
que se encuentra debajo del lugar, la cual fue obtenida por los registros geofísicos
del pozo Ixmiquilpan – 1. Las magnitudes de las Formaciones que se muestran en la
Figura, no son propias del lugar, pero si dan una idea de la composición
mineralógica.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
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Fig. 5.9.- Representación de la geología del lugar.
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CONCLUSIONES.
1. El método espectrométrico es una herramienta confiable para determinar la
composición mineralógica de las rocas sedimentarias superficiales.
2. La forma en que se adquirieron los datos en campo cumplieron con la calidad
necesaria para poder tener una buena interpretación.
3. El uso de crossplots para la determinación de mineralogía con el método de
espectrometría de rayos gama, así como las relaciones entre los
radioelementos, son una gran ayuda para la correlación entre la geología y la
interpretación de los datos espectrométricos.
4. El procesamiento empleado en los registros geofísicos del pozo Ixmiquilpan –
1, dio como resultado una interpretación litológica aceptable con respecto a la
litología y formaciones del lugar.
5. Con la información encontrada y el análisis de la litología del pozo se
concluyo que se encuentra en el pozo una falla inversa a la cual se le dieron
propuestas de ubicación con respecto a la profundidad.
6. La correlación de la interpretación del pozo y la interpretación del área de
Santiago de Anaya II estudiada con espectrometría de rayos gama, dio como
resultado las siguientes formaciones que se encuentran en el área de estudio
y debajo de esta: La más reciente es la Formación Tarango, debajo de esta
se encuentra la Formación El Doctor, más abajo se encuentra la Formación
Santuario, y muy posiblemente la Formación Las Trancas.
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RECOMENDACIONES.
1. Cuando se va a utilizar GPS para la ubicación de los datos y estos datos se
van a sobreponer en algún mapa, es recomendable saber con que DATUM
fue elaborado el mapa para poder utilizarlo en el GPS. Esto con el fin de
evitar la traslación de los datos de un DATUM a otro.
2. Es importante considerar que la crossplot para determinar la mineralización
con el método de espectrometría de rayos gama, usada en este trabajo, es
exclusiva para rocas sedimentarias. Por lo que se recomienda crear crossplot
para rocas ígneas y metamórficas.
3. Es importante obtener los datos espectrométricos de rayos gama en los
diferentes cambios litológicos presentes en el área a estudiar, así como tratar
de abarcar toda el área en la adquisición de los datos, con el propósito de
tener datos suficientes para una buena interpretación. Por lo que se
recomienda crear perfiles en toda el área que traviesen las diferentes
litologías del lugar.
ESTUDIO ESPECTROMETRICO Y SU CORRELACION CON INFORMACION DE REGISTROS DE POZO EN EL AREA DE SANTIAGO DE ANAYA II.
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BIBLIOGRAFÍA.
Hernández Aldana Hugo, 2003. Sistemas de interpretación petrofísica de
registros geofísicos de pozo.
IAEA, 2003. Guidelines for radioelement mapping using gamma ray
spectrometry data.
Información de la Carta Geológica de Ixmiquilpan 1:50000
Información de la Carta Geológica de Puebla 1:250000
Información de la Carta Topográfica de Ixmiquilpan 1:50000
Información del Software Powerlog©.
Información del Software Surfer 8©.
L. Folk Robert, 1969. Petrología de las rocas sedimentarias.
Reyes Emeterio Rosalía, 2002. Obtención de litología y porosidad con
registros geofísicos de pozos, empleando técnicas de programación lineal.
Rodríguez Ehuan Juan Antonio, 1997. Determinación de sistemas porosos en
informaciones carbonatadas de la Sonda de Campeche, empleando registros
geofísicos de pozo.
Schlumberger, 2003. Gráfica de identificación de minerales.
Software Google Earth en línea.
Tarango Guillermo, 2007 (Proyecto Brigada Escuela de Geociencias PEMEX
exploración y Producción, IPN, ESIA, Ciencias de la Tierra, 7mo. Grupo de
Entrenamiento). Libreto guía Actopan – Ixmiquilpan, Progreso, Hidalgo.