Ubicación espacial y estimación de la profundidad de anomalías gravimétricas mediante la señal analítica y las componentes tensoriales del campo gravitacional - Cortés Guerrero, Pedro Pablo (My University, 2015)
En este trabajo de tesis se presenta el estudio de la localización en superficie y la estimación de la profundidad de estructuras geológicas en el subsuelo a partir de datos potenciales. Estos estudios son de particular importancia en la exploración de recursos naturales. En ambientes geológicos complejos, como los que se encuentran en la exploración petrolera, es necesario el empleo de técnicas semiautomáticas para el mapeo tanto en planta como en profundidad de objetivos geológicos de interés prospectivo. Recientemente los métodos potenciales han evolucionado, tanto en la adquisición de información con nuevos sensores en plataformas móviles, y en las técnicas de procesamiento. En este trabajo se presenta un estudio para evaluar las ventajas que ofrece el empleo de los datos del tensor gradiente de la gravedad, en combinación con las técnicas más recientes para el mapeo semiautomático de fuentes, como lo es la señal analítica direccional. Se presenta un caso de estudio con datos sintéticos para simular un ambiente geológico complejo en donde se pone a prueba la eficiencia de las técnicas propuestas. Se logra mapear la geometría en planta y una estimación de la profundidad de los cuerpos causantes de la anomalía, a partir de estos logros se evalúa y discute el desempeño de cada una de las técnicas. En la parte final se aplican los métodos en datos observados pertenecientes al Domo Vinton (Louisiana, EUA). Se consigue extraer información relevante de la zona de estudio que incluye el mapeo de la geometría y la estimación de la profundidad tanto del domo salino y la capa de roca. También se infieren algunas estructuras asociadas, tales como fallas y contactos litológicos. Además, se localizan algunas zonas productoras de gas.
En los últimos años la exploración geofísica enfrenta retos cada vez más desafiantes debido a la creciente complejidad geológica de las áreas bajo estudio. La distribución de las propiedades físicas y las características geométricas del subsuelo han pasado de ser un problema de fácil interpretación a uno muy complejo. La necesidad de ubicar nuevas zonas de interés prospectivo, nos ha llevado a explorar áreas con muy complejas características geométricas y físicas. Esto, a su vez, nos ha motivado a descubrir nuevas formas de adquirir información geofísica más precisa del subsuelo y a desarrollar mejores estrategias de procesamiento, con el fin de extraer información valiosa acerca de las propiedades físicas de interés en el subsuelo. Existen muchas variables en el subsuelo que hacen difícil el trabajo de interpretación de campos potenciales. La complejidad de estas variables, tales como la geometría de las estructuras geológicas, sus propiedades físicas, su localización y delimitación, en ocasiones conducen a malas aproximaciones de los rasgos geológicos que se están explorando. Cuando esta complejidad es extremadamente alta, algunos métodos geofísicos fallan debido a la naturaleza de los principios físicos en los cuales están basados. Ante esta problemática, resulta necesario el desarrollo de nuevas técnicas robustas para procesar datos geofísicos y geológicos en forma integral. Estas técnicas implican la creación de modelos directos, o bien la inversión de modelos del subsuelo que nos permitan visualizar sus propiedades físicas, de tal forma que asemejen lo más posible a la realidad. Como sabemos, los materiales del subsuelo pueden generar o transmitir campos físicos, los cuales pueden ser detectados en superficie en la forma de datos geofísicos. En particular nos referiremos en esta tesis, al campo gravitacional creado por las diferentes distribuciones de masa en el interior de la Tierra, así como a los métodos para interpretar los datos colectados relacionados con dicho campo, como los es la señal analítica del tensor completo de gravedad (FTG, por sus siglas en idioma inglés). El tensor gradiente de la gravedad es más sensible para detectar las longitudes de onda cortas de las anomalías que las mediciones de gravimetría convencionales, lo que nos provee de unos datos con mayor resolución provenientes de estructuras más someras. De esta forma, dejamos fuera estructuras regionales que no son tan importantes para la exploración de recursos naturales. El tensor gradiente de la gravedad contiene las derivadas de primer orden de las tres componentes ortogonales del campo gravitacional. Las propiedades matemáticas que satisface el tensor gradiente, hacen que los métodos de procesamiento sean diferentes a los de la gravimetría convencional, obteniendo resultados con una resolución mayor. Una característica sobresaliente es que la mayoría de las técnicas de procesamiento se basan en el cálculo de derivadas del campo potencial en cuestión, lo cual enfatiza significativamente el ruido de alta frecuencia. En el caso de la gradiometría, estas derivadas o gradientes se miden directamente, casi en ausencia de ruido. Como consecuencia, diferentes técnicas para la interpretación del tensor gradiente de la gravedad se han venido desarrollando por diversos autores en los últimos años (e.g. Pedersen y Rasmussen, 1990; Vasco y Taylor, 1991; Edwards et al., 1997; Routh et al., 2001; Zhdanov et al., 2004; Droujinine et al., 2007; While et al., 2006; Mikhailov et al., 2007; Pajot et al., 2008; While et al., 2009; Beiki y Pedersen, 2010; Beiki, 2010). El objetivo de esta tesis es realizar un estudio sistemático sobre el funcionamiento del tensor gradiente de la gravedad, mediante el empleo de la señal analítica direccional. Se presentan dos casos de estudio que incluyen la interpretación, localización y estimación de profundidad tanto de anomalías gravimétricas como de gradiente completo de gravedad. Se consideran a su vez, tanto datos sintéticos de un caso de estudio patológico que involucra una fuerte interferencia entre fuentes; así como el área del domo Vinton, en Louisiana, que actualmente es estudiada por muchos grupos de investigación a nivel mundial y de la cual se dispone de datos reales así como de información sísmica, geológica y de pozos. En ambos casos de estudio, se aplican métodos de procesamiento para estimar una localización espacial de las fuentes anómalas, así como también su profundidad. Para este fin, se utiliza la señal analítica direccional aplicada en datos de tensor gradiente de gravedad. Nuestra hipótesis de trabajo es que la conjunción de estos dos elementos: una técnica de procesamiento avanzada y datos con resolución espacial y espectral mejorada; nos permitirán identificar y delimitar cuerpos anómalos así como también estimar su profundidad de sepultamiento con una mayor precisión.
Keywords: Tensor gradiente de la gravedad; Señal analítica direccional; Anomalías gravimetricas; Contorno cero; Puntos de inflexión