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SÍSMICA DE
REFRACCIÓN

La sísmica de refracción es un método geofísico basado en el análisis de los tiempos de llegada de las ondas sísmicas generadas artificialmente y refractadas en las interfaces entre capas del subsuelo caracterizadas por diferentes velocidades de propagación.
Se analizan principalmente las ondas de compresión (ondas P) y, cuando es posible, las ondas de corte (ondas S).
La energía sísmica, producida por una fuente en superficie, se propaga:
  • dentro de la capa más superficial, como llegadas directas
  • en profundidad a lo largo de niveles de mayor velocidad, generando ondas refractadas que vuelven a emerger en superficie a distancias mayores
El registro de las señales se realiza mediante un tendido lineal de sensores sísmicos, o geófonos.
Repitiendo la excitación en diferentes posiciones a lo largo del perfil de investigación, es posible reconstruir la geometría y las características de velocidad de las capas refractoras, lo que permite identificar la geometría del sustrato rocoso, o bedrock.
Los valores de velocidad Vp y Vs obtenidos a partir del modelo sismoestratigráfico permiten además estimar los principales parámetros elásticos de los materiales investigados, proporcionando información útil para la caracterización geotécnica y geomecánica del subsuelo.
Sismografo Gea24

Tomografía sísmica de refracción

La tomografía sísmica de refracción utiliza los tiempos de llegada de las ondas sísmicas, o first arrivals, registrados a lo largo de un perfil para reconstruir un modelo de velocidad del subsuelo mediante inversión de los tiempos de recorrido, o travel-time inversion.
A diferencia de la refracción convencional, el procesamiento tomográfico permite describir de forma más eficaz las variaciones laterales de las propiedades del terreno, proporcionando secciones de velocidad en 2D y, cuando es aplicable, extensiones en 3D.

Cuándo se utiliza

La tomografía de refracción está indicada cuando es necesario:
  • reconstruir la geometría del bedrock o de un sustrato rígido en presencia de variaciones laterales significativas
  • identificar zonas fracturadas, alteradas o de baja velocidad
  • analizar contactos litológicos complejos que no pueden representarse mediante modelos 1D
  • mejorar la interpretación de la refracción clásica en contextos que no presentan una estratificación ideal
  • apoyar estudios geológicos y geotécnicos en fase preliminar o definitiva
  • calcular los parámetros elásticos del terreno mediante medidas Vp y Vs
En muchos proyectos, la tomografía de refracción se integra con otras metodologías, como MASW y HVSR, para obtener una caracterización más completa.

Por qué tomografía
y no refracción estándar

La refracción convencional suele basarse en modelos simplificados y en hipótesis de estratificación regular.
La tomografía de refracción, mediante la inversión de los tiempos de llegada, permite obtener un modelo de velocidad más continuo y más ajustado a las condiciones reales, especialmente cuando:
  • el subsuelo presenta heterogeneidades laterales
  • las interfaces no son planas
  • la geometría de los contactos es compleja
Stendimento Land Streamer

Qué produce

Una campaña de tomografía de refracción produce:
  • una sección 2D de velocidad de las ondas P (Vp) y, cuando es aplicable, información sobre las ondas S (Vs)
  • mapas o perfiles de isovelocidad
  • interpretaciones de las principales variaciones laterales, coherentes con las evidencias geológicas disponibles
  • un informe técnico que incluye:
    1. geometría de adquisición y parámetros principales, como número de canales, espaciamiento y longitud del perfil
    2. tipo de fuente fuente sísmica
    3. modalidad de trigger
    4. criterios de control de calidad (QC) del picking de los first arrivals

CONTEXTOS DE APLICACIÓN

- estudios de cimentación para obras civiles e infraestructuras 

- evaluaciones preliminares y caracterización del subsuelo en áreas urbanizadas 

- contextos extractivos, como canteras y minas 
- emplazamientos ambientales, como zonas de relleno, vertederos y sitios contaminados 
- obras hidráulicas y verificaciones de continuidad del sustrato


Instrumentación necesaria

La configuración típica incluye:
Geofono orizzontale 4,5 Hz
Cavo sismico 24 canali
Piattello di battura onde orizzontali

Ejemplos de configuración operativa

Para las investigaciones de sísmica de refracción, la configuración instrumental puede variar en función del número de canales, la profundidad de investigación y los objetivos del levantamiento.
A continuación se muestran algunos ejemplos de configuración operativa, representativos de las soluciones más comunes:
  • configuración de 24 canales, adecuada para levantamientos estándar e investigaciones de profundidad media
  • configuración de 48 canales con cables de 12 canales, indicada para extensiones mayores y una resolución más alta a lo largo del perfil
  • configuración de 48 canales con cables de 24 canales, utilizada para adquisiciones más extensas y layouts optimizados
  • Configuración superior a 48 canales (72, 96 o múltiplos) con cables de 24 canales, cuando se requiere un perfil de mayor resolución y/o longitud.
Cada configuración incluye sismógrafo, geófonos, fuente sísmica, sistemas de trigger y accesorios de tendido.
DESCUBRIR LAS CONFIGURACIONES DISPONIBLES
GEA24 y 3DLG

Software de interpretación

El procesamiento tomográfico requiere software dedicado para el picking de los first arrivals y la inversión de los tiempos de recorrido, o travel-time inversion.
ZONDST2D
Interpretación tomográfica 2D de datos de ondas refractadas y, cuando está previsto, también reflejadas.
RAYFRACT
Inversión tomográfica de los tiempos de llegada y generación de modelos de velocidad con herramientas de control de calidad.
INTERSISM
Gestión e interpretación de datos sísmicos, análisis de los tiempos de llegada y soporte a las fases de interpretación con fines didácticos o aplicaciones simples.

Límites y supuestos

Como cualquier metodología, la tomografía de refracción presenta límites relacionados con las condiciones del sitio y la geometría de adquisición. En particular:
  • la calidad del resultado depende de la cobertura, el número de canales, el espaciamiento y la geometría del tendido, así como de la capacidad de registrar first arrivals fiables
  • una energización insuficiente puede limitar la profundidad investigable
  • el ruido ambiental y un acoplamiento deficiente de los geófonos pueden reducir la calidad de la señal
  • los contextos estratigráficos con inversiones de velocidad pueden limitar la resolución del modelo tomográfico y requerir la integración con otras metodologías

Recursos y referencias

Estándares
Literatura científica
Artículos con uso de instrumentación PASI
Manuales de software

Terminología técnica

  • Vp, velocidad de las ondas P
  • Vs, velocidad de las ondas S
  • first arrivals / first breaks
  • travel‑time inversion
  • modelo de velocidad
  • ray tracing / ecuación eikonal
  • regularización / smoothing