SISMICACRISTIAN PIZARRO RIOSARMANDO LOPEZ APAZAERLAN ESTRADA OROSCOJOSE ANGEL GARCIA HINOJOSASERGIO VILLAGOMEZ GALEANPABLO CHOQUE CAUCOTAJOEL TOMAS CRUZ BURGOS FERNANDO SUSTACHA MENDOZASABINA MAMANI MAMANISERGIO ACUÑA VILLCAHERNAN AGÜERO GUERRERO

DEFINICION

• La SISMOLOGIA es una de las ciencias de la geología que se

ocupa del estudio de los sismos, registro de las ondas sísmicas y

análisis de los resultados obtenidos. Los sismos, son movimientos

bruscos, provocados por la rápida liberación de energía, que prueba la intensa

actividad en que se encuentra el subsuelo, aunque se pueden producir

terremotos con la actividad volcánica o a consecuencia de impactos de

meteoritos de gran tamaño, pero la inmensa mayoría de los terremotos son de

origen tectónicos y están causados por deslizamientos rápidos de grandes

bloques rocosos a lo largo de fallas.

INSTRUMENTOS DE ESTUDIO• Los instrumentos sísmicos están diseñados para detectar estos

movimientos con métodos electromagnéticos u ópticos. Los instrumentos principales, llamados sismógrafos, se han perfeccionado tras el desarrollo por el alemán Emil Wiechert de un sismógrafo horizontal, a finales del siglo XIX. Algunos instrumentos, como el sismómetro electromagnético de péndulo, emplean registros electromagnéticos, esto es, la tensión inducida pasa por un amplificador eléctrico a un galvanómetro. Las ondas de refracción y de reflexión suelen grabarse en cintas magnéticas que permiten su uso en los análisis por ordenador.

SONIDO

• Para el estudio del sonido se ocupa la Acústica que es la parte de la Física que se encarga del estudio del sonido; es decir, estudia la generación, transmisión y recepción de la energía en forma de ondas o vibraciones en la materia.

• El sonido en física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo.

GENERACIÓN DEL SONIDO • La generación del sonido tiene lugar cuando dicha fuente entra en

vibración. Dicha vibración es transmitida a las partículas de aire adyacentes a la misma que, a su vez, la transmiten a nuevas partículas continuas.

TRANSMISIÓN DEL SONIDO• La propagación del sonido está sujeta a algunos condicionales. Así la

transmisión de sonido requiere la existencia de un medio material donde la vibración de las moléculas es percibida como una onda sonora.

FENÓMENOS FÍSICOS QUE AFECTAN LA PROPAGACIÓN DEL SONIDO.• TransmisiónLa velocidad con que se transmite el sonido depende, principalmente, de la elasticidad del medio, es decir, de su capacidad para recuperar su forma inicial. El acero es un medio muy elástico, en contraste con la plastilina, que no lo es. Otros factores que influyen son la temperatura y la densidad.• AbsorciónLa capacidad de absorción del sonido de un material es la relación entre la energía absorbida por el material y la energía reflejada por el mismo, cuando el sonido incide sobre el material.Su valor varía entre 0 (toda la energía se refleja) y 1 (toda la energía es absorbida).

• ReflexiónFenómeno por el cual una onda se refleja en un material no absorbente o parcialmente absorbente del sonido.El eco se produce cuando este sonido es alterado por una constante que da como resultado un sonido que se refleja en un medio más denso y llega al oído de una persona con una diferencia de tiempo igual o superior a 0,1 segundos, respecto del sonido que recibe directamente de la fuente sonora.• RefracciónCuando un sonido pasa de un medio a otro, se produce refracción. La desviación de la onda se relaciona con la rapidez de propagación en el medio.El sonido se propaga más rápidamente en el aire caliente que en el aire frío.

• Difracción o dispersiónSi el sonido encuentra un obstáculo en su dirección de propagación, en el borde del obstáculo se produce el fenómeno de difracción, por el que una pequeña parte del sonido sufre un cambio de dirección y puede seguir propagándose.• DifusiónSi la superficie donde se produce la reflexión presenta alguna rugosidad, la onda reflejada no sólo sigue una dirección sino que se descompone en múltiples ondas. por ende el sonido viaja mas rápido en lugares frio que en lugares cálidos

RECEPCION DEL SONIDOEn la sísmica la recepción de ondas sísmicas se basa usando un dispositivo de recepción de ondas sísmicas que comprende un hidrófono y/o un geófono y un método para acoplarlos con un medio sólido tal como el subsuelo. ONDAS SÍSMICASLas ondas sísmicas son la propagación de perturbaciones temporales generadas por pequeños movimientos en un medio. Estas ondas que se originan en el interior de la corteza terrestre, debido a repentinos desplazamientos en fallas, se propagan hacia la superficie terrestre originando terremotos o movimientos sísmicos de baja intensidad. Lo cual nos indica que dichas perturbaciones generan energía que es difundida hacia fuera en forma de ondas sísmicas

TIPOS DE ONDAS SISMICASONDAS DE CUERPO O INTERNAS.- Las ondas internas son ondas sísmicas que se denominan así por viajar a través del interior de la Tierra. Estas ondas se reflejan y transmiten en interfaces donde cambia la velocidad sísmica y/o densidad. Hay dos tipos de ondas internas, las ondas P que se propagan como ondas longitudinales o de compresión, y las ondas S que se propagan como ondas transversales o de cizalla.a)ONDAS PRIMARIAS (P).- Las ondas P marcan el comienzo de un terremoto, tienen una amplitud relativamente pequeña y periodo corto. Las ondas P suponen una compresión y dilatación del material a través del que viajan , por lo tanto son las más rápidas y por tanto, las primeras que se registran.

b)ONDAS SECUNDARIAS .- Son ondas profundas y transversales a la dirección de propagación. Son algo más lentas que las primarias y por tanto, se registran después e indican un movimiento de amplitud algo mayor y periodo semejante o algo mayor que el de las ondas P.ONDAS SUPERFICIALES (S).- Las ondas sísmicas superficiales se propagan siempre paralelas a la superficie de la Tierra y las capas cerca de la superficie.• Las superficiales se transmiten en forma circular a partir del

epicentro. Son las que producen los destrozos en superficie.• Las ondas superficiales son análogas a las ondas de agua y viajan

sobre la superficie de la Tierra. Hay dos tipos de ondas superficiales las ondas Rayleigh y las ondas Love.

a)ONDAS RAYLEIGH.-Estas ondas se propagan paralelas a la superficie libre de un sólido elástico. El movimiento de las partículas siempre es en un plano vertical, elíptico y retrógado. b)ONDAS LOVE.- Son ondas superficiales, que sólo se observan cuando hay una capa de baja velocidad superpuesta a un medio horizontal de mayor velocidad; es decir, cuando hay un incremento de la velocidad con la profundidad.

PROPIEDADES FISICAS EN LA PROPAGACION DE ONDAS SISMICAS

La propagación de una perturbación sísmica a través de la Tierra está gobernada por propiedades físicas como la densidad, y por la forma en la que el material del interior de la Tierra responde a la perturbación. La Tierra transmite perturbaciones sísmicas por ser un medio elástico, esto es, resiste la deformación; si alguna parte se tensa, alterando su volumen o forma, actúa una fuerza de recuperación que tiende a devolver a esa parte su condición original.

MODULO DE YOUNG (E):Si actuamos sobre una barra con una fuerza F paralela al eje de la barra sobre una superficie S, variamos su longitud como se observa en la figura.

El modulo E es:

𝐄= 𝐞𝐬𝐟𝐮𝐞𝐫𝐳𝐨𝐝𝐞𝐟𝐨𝐫𝐦𝐚𝐜𝐢𝐨𝐧= 𝐟𝐮𝐞𝐫𝐳𝐚 𝐩𝐨𝐫 𝐮𝐧𝐢𝐝𝐚𝐝 𝐝𝐞 𝐚𝐫𝐞𝐚𝐜𝐚𝐦𝐛𝐢𝐨 𝐞𝐧 𝐥𝐨𝐧𝐠𝐢𝐭𝐮𝐝 𝐩𝐨𝐫 𝐮𝐧𝐢𝐝𝐚𝐝 𝐝𝐞 𝐥𝐨𝐧𝐠𝐢𝐭𝐮𝐝= 𝐅𝐒∆𝓵𝓵

MODULO DE SHEAR O RIGIDEZ O DE CIZALLAMIENTO ( ).𝜇La deformación de cizallamiento se define como el desplazamiento relativo de planos paralelos o por el Angulo ø, que giran un plano normal a la fuerza como se muestra en la figura:

Si consideramos una fuerza F actuando paralela al área, tendremos:

𝛍= 𝐞𝐬𝐟𝐮𝐞𝐫𝐳𝐨𝐝𝐞𝐟𝐨𝐫𝐦𝐚𝐜𝐢𝐨𝐧= 𝐟𝐮𝐞𝐫𝐳𝐚 𝐩𝐨𝐫 𝐮𝐧𝐢𝐝𝐚𝐝 𝐝𝐞 𝐚𝐫𝐞𝐚𝐝𝐞𝐟𝐨𝐫𝐦𝐚𝐜𝐢𝐨𝐧 𝐝𝐞 𝐜𝐢𝐳𝐚𝐥𝐥𝐚𝐦𝐢𝐞𝐧𝐭𝐨= 𝐅𝐒ø

MODULO DE BULK O DE INCOMPRESIBILIDAD (K):

Otra importante propiedad de los materiales es su resistencia al cambio de volumen sin que varié su forma. Esta propiedad se mide con el modulo de Bulk o de incompresibilidad. Si un cuerpo de volumen V está sometido a un esfuerzo de compresión en todas las direcciones, su volumen disminuirá en ∆V.

k = esfuerzodeformacion = presioncambio de volumen por unidad de volumen = P∆VV

ELECTRICIDAD

• La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas, como ser: carga eléctrica, corriente eléctrica, campo eléctrico, potencial,eléctrico,magnetismo.

REFLEXION DE ONDAS SISMICAS.Reflexión es el cambio de dirección y sentido que experimentan las ondas sísmicas que avanzan por un medio homogéneo, al alcanzar otro medio de características diferentes. En la reflexión de ondas planas se cumple siempre que el ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales.

ABSORCION O ATENUACION .

La absorción o atenuación es la perdida de energía de la onda debido a los materiales que ha atravesado, Esta atenuación esta en función de la energía de la onda, profundidad, medio que atraviesa ,etc. Otra causa de la perdida de energía es que el medio no es perfectamente elástico en su respuesta al paso de las ondas sísmicas.

REFRACCION SISMICARefracción es el cambio de dirección que experimentan las ondas sísmicas al pasar oblicuamente de un medio a otro en el que se propagan con diferente velocidad. El ángulo de incidencia (i) es el que forma el rayo incidente con la normal a la superficie de separación de ambos medios, y ángulo de refracción (r) es el que forma el rayo refractado con la normal.Se usa una aproximación similar a la del apartado anterior para determinar la ley de refracción. En esta ocasión estudiamos el paso del rayo sísmico de un medio con velocidad α1 a un medio con velocidad α2, como se muestra en la figura.

Se producen fenómenos de refracción en los siguientes casos:

Refracción entre la transición entre dos capas geológicas, especialmente entre el manto

terrestre y el núcleo de la Tierra.

En el manto, por pequeñas desviaciones de la densidad entre capas ascendentes menos

densas y descendentes, más densas.

REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE ONDAS SÍSMICAS• La energía sísmica se genera mediante un impacto controlado en

superficie (o a una determinada profundidad) que va propagándose en forma de onda elástica a través del subsuelo interaccionando con las distintas capas.De esta interacción, la sísmica de refracción solo considera las refracciones conángulo crítico ya que son las únicas ondas refractadas que llegan a la superficie y pueden ser captadas por los geófonos .

• La sísmica de refracción utiliza los tiempos de primeras llegadas del sismograma que corresponden a las ondas refractadas críticamente en las distintas capas del subsuelo.

• La distancia desde los receptores al punto de tiro debe ser considerablemente grande comparada con la profundidad de los horizontes que se desean detectar, debido a que las ondas viajan grandes distancias horizontales antes de ser refractadas críticamente hacia la superficie ;por ello también se suele llamar sísmica de gran ángulo.

• La sísmica de refracción es especialmente adecuada cuando se desean estudiar superficies de alta velocidad, ya que brinda información de velocidades y profundidades en las cuales se propagan las ondas

PROPAGACON DE LAS ONDAS SISMICAS

Al romper un objeto (supongamos una regla de plástico) se produce un chasquido u ondas sonoras que se desplazan por el aire. Algo similar ocurre con los terremotos: al romperse la roca se generan ondas que se propagan a través de la Tierra, tanto en su interior como por su superficie. Básicamente hay tres tipos de ondas. Las ondas P (ondas primarias),las ondas S (ondas secundarias) y las ondas superficiales.

Las ondas P (ondas primarias) se denominan así porque son las primeras en llegar a la superficie de la Tierra. Las ondas P son ondas longitudinales que se propagan produciendo oscilaciones del material con el que se encuentran en el mismo sentido en el cual se propagan.

Las ondas S (ondas secundarias)Las ondas S deben su nombre al hecho de que llegan a la superficie de la Tierra después de las ondas P, en segundo lugar. Las ondas S son ondas transversales que se propagan produciendo movimientos perpendiculares a la dirección en que se propagan, a través del material en que se transmiten.

Las ondas superficialesLas ondas superficiales se producen después de la llegada de las ondas internas al epicentro en la superficie de la Tierra. Tanto las ondas Rayleigh como las ondas Love son ondas transversales, lo que asemeja a las ondas Rayleigh a las olas del mar. En su desplazamiento, las ondas Love producen deformaciones horizontales perpendiculares.

MEDIO ISOTROPICOEn física, la isotropía es la característica de algunos cuerpos cuyas propiedades físicas no dependen de la dirección en que son examinadas.En las rocas, los cambios producidos en las propiedades físicas en las diferentes direcciones, tales como la alineación de los granos minerales o la velocidad sísmica medida en sentido paralelo o perpendicular a las superficies de estratificación, son formas de anisotropía.

ANISOTROPÍA• La anisotropía es la variación predecible de una

propiedad de un material con la dirección en la que se mide, lo cual puede producirse en todas las escalas.

• En las rocas, la variación de la velocidad sísmica medida en sentido paralelo o perpendicular a las superficies de estratificación es una forma de anisotropía. Observada a menudo donde los minerales laminares, tales como las micas y las arcillas, se alinean en forma paralela a la estratificación depositacional a medida que se compactan los sedimentos, la anisotropía es común en las lutitas.

PROPIEDADES ANISÓTROPAS

En principio toda propiedad física representable mediante una magnitud tensorial es susceptible de presentar un comportamiento anisotrópico. Entre las propiedades que pueden presentar anisotropía están:• Conductividad (térmica, electrónica, iónica...)• Constantes elásticas de un sólido deformable.• Cristalización o Crecimiento cristalino• Dilatación térmica• Magnetismo

TIPOS DE ANISOTOPIAS EN ROCAS• a) Anisotropía cristalina (causada hasta por 7 grupos de cristales

distintos).• b) Por esfuerzos inducidos (cuando micro fracturas son abiertas o

también cerradas por presión confinante litológica).• c) Inducida litológicamente (se genera por la deposición preferencial

de los sedimentos).• d) Inducida paleomagnéticamente (durante la sedimentación, los

minerales magnéticos se acomodan con una dirección preferencial y esto da lugar a una anisotropía sísmica detectable).

RELACION DE LAS VELOCIDADES SISMICAS CON LA ESTRATIFICACION

• Las velocidades sísmicas muestran anisotropía en las mismas formaciones estratificadas. En lutitas y pizarras, la velocidad en la dirección de las capas (sentido horizontal) es incluso 10 a 20% más alta que en la dirección perpendicular.

• La velocidad puede ser calculada por medio de los módulos de velocidad medidas en muestras, pero es muy diferente comparado con las mediciones obtenidas en subsuelo.

FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LAS ONDAS SISMICASPOROSIDAD DE LA FORMACION.-El comportamiento de la velocidad respecto a la porosidad es mas bajo cuando la porosidad aumenta, mientras que la velocidad es más alta cuando la porosidad se hace menor.

PRESION.- El efecto de la presión sobre la velocidad de propagación de ondas sísmicas en detalle, se ha estudiado y se conoce bien. En rocas con baja porosidad, las fisuras que están abiertas a presiones confinantes bajas, se cierran con la presión dando lugar a incrementos en VP y VS,

LITIFICACION DE LA FORMACION.- También se le conoce como cementación. El grado al cual los granos en una roca sedimentaria son cementados después de su depósito, usualmente por procesos químicos, tiene un efecto considerable en las velocidades. Rellenar los espacios porosos con minerales de mayor densidad que el fluido que remplaza, aumenta la densidad de la roca.

SATURACION DE FLUIDO.- La saturación de fluido tiene un impacto directo en las velocidades sísmicas, a continuación analizaremos el comportamiento de estas velocidades en distintas condiciones de saturación. En areniscas con gas, la velocidad de las ondas P decrece moderadamente desde una saturación de gas del 100% hasta un 85%, para posteriormente aumentar rápidamente hasta alcanzar una saturacióndel 100% de agua.

VARIACION DE LA VELOCIDAD DE LAS ONDAS CON LA SEDIMENTACIONEn la corteza terrestre vemos varias capas que nos muestran la velocidad de las ondas en distintos medios sedimentarios:En formaciones constituida por sedimentos (lodos y chert) y rocas volcánicas, Se encuentra a una profundidad media de 5-6 km y tiene un espesor de 1-2 km, la velocidad de las ondas sísmicas va desde los 1,5 km/s a los 4,5 km/s.En formaciones constituida por rocas máficas y mafico-volcánicas, tiene un espesor de 1-2 km y la velocidad de las ondas sísmicas es de 4,5-6,5 km/s. Esta capa está formada por diques seriados y lava acojinada.En formaciones constituida por rocas ultramáficas como los gabros y peridotitas, tiene un espesor de 1-5 km y las velocidades de las ondas sísmicas van desde los 6,5-8 km/s. Los gabros forman primeramente una capa isótropa, inferiormente a esta se encuentran los llamados gabros acumulados que permiten conocer las condiciones de la cámara magmática ya que tienen texturas de tipo acumulado con olivinos, piroxeno etc.

VARIACION DE LAS VELOCIDADES CON LA PROFUNDIDAD.- • Las velocidades de los distintos tipos de ondas dependen de las

características elásticas del medio, de modo que su distribución en el interior de la Tierra puede estudiarse mediante la observación de los tiempos de recorrido y amplitudes de estas ondas.

• Entre los primeros estudios sismológicos sobre la corteza terrestre hay que destacar los de S. A. Mohorovicic (1857-1936), quien, en 1909, observó que los tiempos de recorrido de las ondas producidas por los terremotos locales en Europa central mostraban un cambio a partir de los 150 km de distancia epicentral.

ONDAS SIMICAS EN CAPAS O ESTRATOS

MODELOS DE VELOCIDAD DE LA ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRAPara determinar la estructura interna de la Tierra, se precisó conocer las distribuciones de velocidad de las ondas internas P y S en su interior. Entre 1940 y 1942 Bullen desarrolló un modelo de estructura interna basado en 3 capas concéntricas. LA CORTEZA.-Es la capa más superficial de la Tierra y constituye el 1% de la masa,sobre la corteza terrestre versan el 98% de los conocimientos directos existentes acerca del planeta. Se caracteriza por poseer un grosor de 70 Km debajo de los continentes y de 10 Km debajo de los océanos.

• Las ondas se transmiten con rapidez en los primeros 100 km de profundidad, luego del cual cambian bruscamente su velocidad y dirección , esta es la corteza donde los materiales son rígidos, después de la cual aparece la Discontinuidad Mohorovicic que indica el límite con el manto.

MANTO.-Es la capa intermedia que se extiende hasta una profundidad de 2900 Km , que a su vez se divide en un manto externo o superior (ρ=3,3 g/cm3), compuesta de rocas ultrabásicas o ultramaficas como la peridotita, extendiéndose hasta una profundidad de 700 Km. Se produce la segunda variación brusca de la velocidad de las ondas; es la Discontinuidad de Gutenberg, en este caso la onda S desaparece por eso sabemos que a 2910 km de profundidad el interior terrestre es fluido.NUCLEO.-Es la capa mas interna de la Tierra y se extiende desde los 2900 Km hasta el centro de la Tierra a una profundidad de 6370 Km.Se divide en dos partes ;el núcleo externo y el nucleo interno.El núcleo externo esta separado del nucleo interno por la discontinuidad de Lehman, donde hay un rápido cambio de la velocidad y dirección de las ondas P ,

• La grafica siguiente nos muestra todo lo que se explico cómo se puede observar:

DROMOCRONAS O CURVAS DE TIEMPO DE VIAJE

• Las Democronicas o curvas de tiempo de viaje de ondas son una representación gráfica distancia epicentral vs tiempo de llegada de los rayos sísmicos posibles desde el foco hasta los receptores.

• Las trayectorias y los tiempos de llegada de las ondas P y S desde su foco o punto de emisión, al punto de observación pueden estudiarse de una manera sencilla desde el punto de vista de la dirección del rayo sísmico.

• Esto significa que con una grafica de este tipo, podremos determinar la velocidad de la onda directa que se propaga entre la fuente y el sensor, y obtener así alguna información sobre el material por el cual se propagó. Más aún, veremos que la curva de tiempo-distancia nos proveerá es mucho más información.

• Como los geófonos no tienen la sensibilidad y amortiguamiento de los sismógrafos de observatorios, solo pueden detectar con precisión la onda que primero les llega y que por ello se denominan primeros arribos. Si bien existen los arribos posteriores, estos no son lo suficientemente claros para ser detectados e interpretados. Lo mismo ocurre con las ondas transversales o de cizalla que arriban más tarde.

REPRESENTACION GRAFICA DE LOS DROMOCRONAS

CONCLUSION• La sismología es por excelencia una ciencia geológica descriptiva que

utiliza varias ramas físicas y geológicas para el estudio de las ondas.• Las ondas sísmicas son ondas elásticas y su propagación esta en función

de las propiedades elásticas del medio(formaciones rocosas).• Las ondas S no se propagan en medios líquidos, esto hace suponer la

existencia de un núcleo externo en estado liquido.• La anisotropía es el medio mas común que se estudia en la sísmica, pues

en las formaciones es difícil encontrar un medio homogéneo , aun a nivel de los minerales.

• Los medios geológicos en la naturaleza pueden variar estructuralmente debido a varios factores , por eso siempre las ondas tendrán atravez de formaciones estratificadas , fallas ,capas meteorizadas, consolidadas, etc. Todo esto afecta la velocidad de las ondas.