Geofisica Colombiana pp 65-72 Bogota 0 CN° 5 dic l e rn b r e de 2001 ISSN - 0121 - 2974 Observacion y anatisis de la varlacton de parametros geofisicos de un pozo ubicado en el piedemonte lIanero FELIX HUMBERTO MONTANO MEJIA Universidad Nacional de Colombia, Bogota RESUMEN Este articulo presenta el desarrollo de instrumentaci6n especializada que se diseii6 y se puso en funcionamiento con el fin de real izar la observacion y el anal isis de la variaci6n de parametres geofisicos de un pozo ubicado en el piedemonte llanero. La instrumentaci6n esta compuesta por una estaci6n remota para el registro multipararnetro y una estaci6n local en la cual se analizan los registros bajados de la estaci6n remota mediante la interrogaci6n peri6dica. PALABRAS CLAVE: PROSPECCION GEOFiSICA, TOMOGRAFiA ELECTRICA, PIEDEMONTE, PARAMETROS GEOFiSICOS ABSTRACT This paper shows geophysical characterization near a shallow well located in the Llano University (Villavicencio), which was conveniently selected because it's Piedemonte L1anero proximity, zone characterized by a very active fault system. The specialized instrumentation development is also described that was designed and started up to carry out a telemetry observation using a multiparameter remote station located near the well under observation and one local station in the National University of Colombia (Bogota) from where geophysical parameters variations an analysis are permanently monitored. KEY WORDS: GEOPHYSICAL PROSPECTING, ELECTRICAL TOMOGRAPHY, PIEDEMONTE, GEOPHYSICAL PARAMETERS INTRODUCCION Dado que Colombia esta localizada en un ambiente sismotectonico de gran actividad y con alta frecuencia de sismos, existe la necesidad de contribuir con las observaciones de la actividad sismica enfocada en los fenomenos premonitorios. Este proyecto de investigacion considero el desarrollo de instrumentacion especializada que permita el registro permanente de parametres geoffsicos de un pozo somero y su entomo, la interrogacion desde una estacion local y el analisis de los resultados. LOCALIZACION DEL AREA DE ESTUDIO EI pozo de observacion se localiza a unos 10 km al SE de la ciudad de Villavicencio, en predios de la Universidad del Llano, 50 m al este de los laboratorios de Ingenierfa electronica. Sus coordenadas geograficas son: Latitud: 4°.04.485' norte (941.800 Planas origen Bogota) Longitud: 73°.35.061' oeste (['055.400 Planas origen Bogota) La altura es de 369 m sobre el nivel del mar. Se encuentra localiza- do sobre un terreno plano, en una zona donde la pluviosidad promedio anual alcanza 2700 mm. MARCO GEOLOGICO La zona preferencial para el inicio de las observaciones se ubica en la ciudad de Villavicencio, proxima al borde oriental de la cordillera Orien- tal de Colombia, en los departamentos de Meta, Cundinarnarca y Casanare, conocida como piedemonte lIanero. Es una zona caracterizada por un GEOFISICA COlOMBIANA, 5, DICIEMBRE DE 2001 sistema de fallas muy activo, denominado Sistema de falla del borde lIanero, que incluye en su parte central las fallas de Altamira, Acacias, Guayuriba, Colepato, Cumaral, Tesalia, Lengupa, Guaicaramo, Servita, Santa Marfa y Yopal, entre otras (Paris y Romero, 1994; Ingeorninas, 1998; Ingeominas, Upes, 1999; SarriaA, 1990). Estas fallas son en su mayorfa de tipo inverso y de empuje (Page, 1986), con una componente destral apreciable, y definen el Iimite entre rocas paleozoicas y cretacicas de la cordillera y los estratos menos perturbados del Terciario y Cuatemario que infrayacen en los Llanos Orientales, al este de la cordillera. EI area local donde se encuentra el pozo corresponde a terrazas cuaternarias de origen aluvial, y por tanto, de cornposicion areno gravosa, seguramente asociadas a los rfos Ocoa y Guayuriba. ENTORNO GEOFISICO Se intent a hacer una breve descripcion tanto de la naturaleza dinamica de tipo regional que caracteriza el area, como de algunas caracterfsti- cas ffsicas locales en y alrededor del pozo. SISMOTECTONICA EI area de estudio esta caracterizada por una sismicidad relativamente superficial « 50 km), que genera movimientos por esfuerzos, princi- pal mente compresivos entre 0.1 y 1.1 cm/afio que pueden generar sismos de magnitud cercana a Ms = 7 (Vergara et al., 1995). CAMPOS GRAVITACIONAL Y MAGNETICO Los valores absolutos de los campos gravitacional y magnetico propor- cionan una referencia regional sobre ubicacion global y caracteristicas regionales del area. Estos val ores cambian en el tiempo y puede ser mas (nil encontrar val ores relativos 0 anomalias que dan interferencias sobre 65 FELIX HUMBERTO MONTANO MEJiA distribuci6n local de densidades (caso gravimetrico) 0 susceptibilidades magneticas (caso magnetico): a la vez se pueden proporcionar ideas so- bre estructuras generales. EI valor del campo gravitacional, g, cercano a predios de la Universidad de Llano es de 977852 mgal (I gal = I cmls ), para 1998, mientras que el campo magnetico en junio de 2000 era del orden de 31800 nT (nano Teslas). La anomalia de Bouguer en el area cercana a Villavicencio es del orden de -100 mgal, indicando una profundidad del orden de 40 km al manto y local- mente dominada por sedimentos de comparativarnente baja densidad. CARACTERIZACION ELECTRICA Los rnetodos electricos utilizados en este trabajo -sondeos electricos verticales, SEV, tomograffa de resistividad electrica, TER, y poten- ciales espontaneos, SP- proporcionan informaci6n de mayor detalle y caracterizan particularmente el sitio, pudiendose iniciar una obser- vaci6n de sus valores en el tiempo, para asociarlos con cambios fisi- cos del subsuelo. UBICACION DE SONDEOS Y TOMOGRAFiAS La figura I muestra la ubicaci6n de los estudios electricos y las tomograffas realizadas en la Universidad del Llano. Figura I. Ubicaci6n de SEV y tornograffas CARACTERIZACION CON SONDEOS ELECTRICOS VERTICALES TABLA 1. LOCALIZACI6N DE SEV SEV latilud longitud Descripcum 1 4°04.485' 73°35061 ' Pozo de observaci6n 2 4°04.329' 73°35.010' Cancha de futbol 3 4°.04.319 73°35057 Veterinaria 4 4°04.270 73.35.101 Elec:tr6nica 5 4°04.424' 73°35.287' Malia externa 6 4°04.518' 73°35.110' Via hacia el Ideam 66 Las siguientes figuras muestran los resultados de los SEV, con su res- pectiva interpretaci6n. ......., l '.: ~ -r::.1----+-o---..._:~ /' I~.L"K" 'w • '\, Figura 2. SEV 1 POlO de observaci6n. R.M.S.: 2.13% TABLA 2. [NTERPRETACION POZO DE OBSERVACrON N P h d Profundidad 1 1491 075 075 -075 2 5965 4536 5286 -5286 3 3240 2195 27236 -27.236 4 659.8 Con N P h d R.M.S. Cap a mimero Resistividad de la capa en ohmios-metro. Espesor de la capa en metros (m) Profundidad de la base de la capa en metros Rafz cuadratica media, de desviaci6n entre los resul- tados del modele y los datos obtenidos. R.M.S. I 2mm L(n) -nf iOI , , ~ ,V ''\ ~ I,m <, /' \ '4c- .~, .. I ' " , Figura 3. SEV 2 Cancha de futbol. R.M.S.: 4.1 % Gt o r t SICA COlOMBIANA, 5, DICIEMBAE DE 2001 OBSERVACION Y ANALlSIS DE LA VARIACION DE PARAMETROS GEOFiSICOS DE UN POZO UBICADO EN EL PIEDEMONTE LLANERO TABLA 3 INTERPRETACI6N CANCI-lA DE FUTBOL N P h d Profundidad 1 1914 0.75 0.75 -0.75 2 646 199 2.74 -2.74 3 16016 633 9.07 -9.07 4 714 Figura 4. SEV 3 Veterinaria .R.MS. 6.32% TABLA 4. INTERPRETACION VETERINARIA N p h d Profundidad 1 857 09 09 -0.9 2 395 0998 1.9 -1.9 3 7674 21 4 -4 4 244 ...../,"""c_, __- ... --1--.···· -'+- ------. ------- A'" 1 lDC 1 10 Figura 5. SEV Electronica. R.M.S .. 4.31% GEOFf SICA COLOMBIANA, 5, QICIEMBRE DE 2001 TABLA 5 INTERPRETACION ELECTRONICA N P h d Profundidad 1 191 1.26 1.26 -1.26 2 3888 219 232 -232 3 459 1000C , , ________________ L • ... _ , ,, ,, ,, ,. ,. , , . -·--------o-~---~----·-----~------- /V ...~:~: __ l00:C~;; __;;~, ~----=O,£----+--->-----+-~'~Ir----+:--------j - - - - - - - ,- - .- - - - - - -~- - - - - - - - - - - - - - , ,-------,--------._,---------- MJ/ 10010 Figura 6. SEV 5 Exterior Unillano. R.M.S .. 4.52% TABLA 6. INTERPRETACION EXTERIOR UNILLANO N p h d Profundidad 1 763 2.18 218 -2.185 2 6484 2.76 - 4.94 -4.942 3 530 - .. --------- r""'"":- '0000 -- ~- -- - -- - ,- - - - - - - - - - - --. - - - - - - -- -~:---------_._------------ 1~ ._---- ,- ABr. 100, 10 Figura 7. SEV Exterior IDEAM. R.M.S .. 4.6% 67 FELIX HUMBERTO MONTANO MEJiA TABLA 7 INTERPRETACI6N EXTERIOR IOEAI-." N P h d Profundidad 1 625 1.17 1.17 -1.17 2 195 0.907 2.08 -2.08 3 1107 126 14.7 -1468 2180 8.71 234 -2339 477 Los SEV muestran que en los primeros 75 m dominan valores de resistividad electrica que varfan entre 150 y 5000 Ohm-metro. Estos valores son tipicos de sedimentos areno gravosos, sin contenidos me- tali cos y mas 0 menos saturados. Por observaci6n directa de resistividades en diferentes litologfas en el area, se ha establecido la siguiente correlaci6n de resistividades con Iitologfas: TABLA 8. RESUMEN DE PROPIEDADES ELECTRICAS DEL SUBSUELO Aango de Aango de litologia resistividad Profundidad probable Ohm-m m 190 - 1900 08 -13 Efectos superficiales 195-750 1.2 - 25 Arenas mas 0 menos saturadas > 1000 10 - 25 Gravas y conglomerados < 100 Arcillas 68 TOMOGRAFiA La naturaleza del subsuelo y su relativa continuidad se puede apreciar mejor, con la suposicion de no continuidad latera] de las unidades, en la que se apoya la TER; quizas, esta es la herramienta que permitira un mejor seguimiento de las propiedades ftsicas del subsuelo. La siguientes figuras muestran dos secciones realizadas, una con centro en el pozo con direccion N40E y otra localizada a una distancia en linea recta de 200 m en cercanias a la Rectorfa de la Universidad. Reclorla Ps.Z 00 1.0/-~-'--'--"--'--'--'----'--'~'--~-'---'--'--'---'---'--'-~--'~'--"--~-'--'--'--"---'---'-~~---''--'--''---'--~-'---L--I 4.2 8.0 11.9 160 48.032.0 64.0 Measured Apparent Resistivity Pseudosection, Ps.Z 0.0 1.0 I-':::::~~~~;;S;;;~~~;;;~;;;~':'~-;;~~;-"--"--'--::-"'='--I 4.2 .--- 8.0 11.9 16.0 32.0 48.0 64.0 Calculated Apparent Resistivity Pssudnssction Depth Iteration 3 RMS error = 11.8 % 0.0 16.0 O.5 r-'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'--"---'---'--"--"--"--"--"--"--"--"--"--'--'--'----'--'--'----~'--'----~~~~~____\. 4.3 8.7 32.0 48.0 64.0 15.5 Inverse Model Resistivity Section_____ c:::J_I1IIIlII __ c:::J _ 163 284 498 870 1522 2662 4655 8141 Resistivity in ohm.m Unit electrode spacing 2.0 M. Figura 8. Tomograffa rectoria M. M. M. GEOFislCA COLOMBIANA, 5, QICIEMBRE DE 2001 OBSERVACI0N Y ANALISIS DE LA VARIACI0N DE PARAMETROS GEOFiSICOS DE UN POZO UBICADO EN EL PIEDEMONTE LLANERO Ps.z 00 16.0 :~ I'8.0 11.9 Measured Apparent Resistivity Pseudosection 320 CASETA 48.0 M Ps.z 0.0 1.0 r~~ ~ ~iii;;::~1 4.2 8.0 11.9 15.5 16.0 32.0 480 M.64.0 Calculated Apparent Resistivity Pseudosection Depth Iteration 3 RMS error = 12.9 % 00 16.0 32.0 48.0 64.0 M.0.51~~~. ~ ~ ~~~~~ 4.3 8.7 Inverse Model Resistivity Section_____ c::::J c::::J_Gi.i'2:l _ 236 386 631 1033 1688 2761 4515 7384 Resistivity in ohm.m Unit electrode spacing 2.0 M. Figura 9. Tomograffa Pozo de observaci6n Como se aprecia en las secciones, dominan los valores altos de resistividad electrica (sedimentos gruesos), como ya se habia inferi- do a partir de los SEY. POTENCIALES ESPONTANEOS Dentro de la caracterizaci6n electrica de sitio, la otra herramienta utilizada fue la medici6n de potenciales espontaneos, conocidos como SP. Con esta herramienta se miden diferencias de potencial electrico entre dos puntos cualesquiera de la superficie generados por efectos electroqufmicos 0 electrocineticos, Como hip6tesis inicial, se esperarfa que un medio sometido a es- fuerzos diferenciales genera un patr6n de estos SP y cuya variaci6n temporal estuviera asociada a variaci6n de esfuerzos, Se realizaron medidas de SP en un area cercana aI pozo, la separaci6n de electrodos fue de 5 m y se hizo a 10 largo de los radios, con separaciones de 30°. Las lecturas se reaJizaron sobre un circulo de radio maximo de 50 m. En la figura 10 se muestran los resultados. GEOFlslCA COLOMBIANA, 5, DIC!EMBRE DE 2001 Figura 10. Medici6n de potencial espontaneo 6! FELIX HUMIlERTO MONTANO MEJIA Los valores observados de SP se obtuvieron con electrodos polarizables, y muestran patrones que, en principio, coinciden con la tendencia de las geoformas; los valores rnaximos estan alineados en una direcci6n aproximada N40E y los mfnimos son perpendicu- lares a los arueriores (vease Figura II). Los valores minimos son del orden de 10 mY (milivoltios) y los rnaximos, un orden de mag- nitud mayor (100 mY). 2::5 '-- _ '.- Figura 1J. Comportamienros porenciales esponraneos con electrodos polarizables "_, Dado que se trata de observaciones iniciales realizadas con el fin de :."::;estimar la rnagnirud, es prernaturo atribuir a fen6menos compresionales. ~.:Es posible que esta manifestaci6n electrica se deb a a ruidos antropicos u ~~ptros efectos min desconocidos; sin embargo, se recomienda en el futuro :J c.observar atentamente las variaciones en arnplitud y los patrones de com- ~portamiento. Tambien se recomienda repetir las pruebas utilizando elec- t:~odos no polarizables (acopJados a un amplificador de instrumentaci6n), ~~on el fin de eliminar los efectos de polarizaci6n de los electrodos. DISENOINSTRUMENTAL La parte basica del presente proyecto comprende el disefio y la caracteri- zaci6n de un sistema de adquisicion y proceso de informacion geoffsica, seleccionada de acuerdo con experiencias intemaciona1es (Asteriadis, Figura /2. FOlO de la estacion remota 70 Figura /3. FOlDde la estacion local 1999, 2000). EI instrumental esta compuesto de una estaci6n para ser instal ada en el sitio de observaci6n (estaci6n remota) y de otra de recep- ci6n y analisis en ellaboratorio de procesos (estaci6n local). Las figuras 12 y 13 y muestran las dos estaciones. ESTACION REMOTA Se trata de una aplicaci6n de software y hardware, disefiada para funcionar sobre un computador personal, que proporciona comu- nicaci6n con los dispositivos de campo (principal mente sen sores), almacena la informaci6n registrada en archivos pIanos, y tam- bien permite la supervisi6n de la evoluci6n de sefiales en el sitio de interes. ESTACION LOCAL La constituye la Unidad de interrogaci6n y proceso (UIP), ubicada en el Laboratorio de Posgrado de Geoffsica, en la Universidad Nacional de Colombia. Se reduce basicarnente a un computador con platafor- ma Windows, algunas herrarnientas de Office con software de comu- • nicaciones y de instrumentaci6n. Esta estacion tiene las siguientes funciones: Interfase del usuario con la estaci6n remota. Interrogar la estaci6n remota, bajar los archivos generados por las diferentes variables. Transferir archivos y aplicativos 0 modificaciones a la estaci6n re- mota con el fin de mejorar 0 adecuar los procesos. Manejar la informaci6n y procesarla. RESULTADOSINSTRUMENTALES A continuaci6n se presentan algunos ejemplos del software desarrolla- do para la estaci6n local y remota. ESTACION REMOTA La siguiente Figura corresponde al desarrollo del instrumento virtual que permite al usuario en el sitio 0 de manera remota observar cada una de las variables escogidas para la observaci6n y el registro. GEOFISICA COLOMBIANA, 5. DICIEMBRE DE 200"1 OIJSERVACION Y ANALISIS DE LA VARIACION DE PARAMETROS GEOFiSICOS DE UN POZO UBICADO E" EL PIE DEMONTE LLA'JERO Figura /4. Intcgraci6n de senates en la estaci6n remota ESTACION LOCAL Dado que se requiere leer y analizar la informacion recogida en terreno por la estacion remota, se diseiiaron varios instrumentos virtuales que permiten leer los archivos de forma secuencial tal como se genera ron pero a la velocidad que elija el analista. Las rutinas contemplan la posibilidad de leer los registros parcial 0 total mente y aplicarles diferentes procesos de analisis. A continuacion se presentan algunos ejemplos de los programas de analisis de datos. Software de e n e l i s i: de datos y ajuste polinomial En la figura IS aparece el instrumento virtual de analisis de datos y ajuste polinomial. Este aplicativo generalmente debe ejecutarse en la estacion local con el fin de tomar cualquier archivo de los registrados en la estacion remota y reproducirlos mediante este instrumento, el cual Ie permite al analista observar los val ores rni- nimo, maximo, promedio, la violacion a limites de alarm a y la curva de tendencia. Figura /5. lnstrumento virtual de analisis de datos y ajuste polinomial GEOFiSICA COlOMBIANA, 5, DICIEMBRE DE 200-1 EI instrumento cuenta con ventanas para la configuracion del ruimero de datos pOI'muestrear, el grado del polinomio de ajuste, la localizacion de los datos, etc. Software de e n e l is i s de datos filtro Butterworth En la figura 16 se presenta el instrumento virtual que Ie perrnite al usuario reproducir los datos registrados en la estacion remota y pasar- los pOI' un filtro de Butterworth. El instrumento tiene la posibilidad de configurarle los parametres del ruirnero de seiiales pOI' muestrear, el orden del filtro, la frecuencia de cone, el tipo de filtro (pasa altos, pasa bajos, etc.). Presenta como resultados en pantalla la seiial lefda, el variograma de los datos elegidos, la seiial filtrada, el valor maximo, minimo y el promedio de la seiiallefda. Figura 16. Instrumento virtual filtro de Butterworth RESULTADOS GENERALES, CONCLUSIONES V RECOMENDACIONES RESUL TADOS Desde el punto de vista geoffsico, se realize una caracterizacion preliminar en el entorno de un pozo ubicado en la Universidad del Llano pudiendose iniciar una observacion de sus val ores en el tiempo, para asociarlos a cam bios ffsicos del subsuelo. Se inicio una base de datos con medidas de SP, TER y SEV, para su control y observacion temporal en un area de actividad tectonica. Se disefio, construyo y caracterizo una estacion multipararnetro de acceso remota para observaciones sismologicas. Se implernento y adecuo la estacion local para el analisis de la informacion recogida poria estacion remota. Se irnplemento un sistema de comunicacion entre la estacion local y la remota, con el cual se puede interrogar desde la esracion local la estacion multipara metro, descargar en la estacion local la informacion registrada en tiempo pasado u observar el componamiento en tiempo real. Desde la estaci on local hacia la remota se puede hacer transferencia de archivos y modificaciones de programas, etc. 71 FELIX HUMBERTO MONTANO MEJiA Se prob6la configuraci6n de la estacion remota desde la estacion local. Se desarrollo, utilizando un programa para la implementacion de instrumentos virtuales, el software para la adquisici6n, interpretacion y analisis de datos. Se planreo un merodo para la rnedicion de SP (potenciales espontaneos), el cual permite esrimar errores en la medicion, CONCLUSIONES La entrega de las estaciones se constituye en un aporte instrumental que permite la observacion y el analisis sistematico de fenomenos premonitorios de actividad sismica en el piedemonte lIanero. A la Universidad Nacional de Colombia se Ie facilita promover actividades de investigacion en el campo de la sisrnotectonica me- diante el desarrollo de nuevos proyectos encaminados a la obtenci6n de informacion de parametres premonitorios de sismicidad. EJ sitio elegido para dar inicio a las observaciones preliminares es estrategicamente conveniente, entre otras razones por su proximidad con el piedemonte llanero, la infraestructura disponible, la coopera- cion interinstitucional, etc. Se realizaron registros de algunas variables en la zona de estudio. Sin embargo, estos datos son insuficientes para determinar patrones de comportamiento; solo se han utilizado en la puesta en marcha y en el acondicionamiento de la estacion remota. RECOMENDACIONES • Continuar con las investigaciones de fen6menos premonitorios de actividad sismica utilizando la infraestructura generada como resultado del desarrollo de este proyecto. Estudiar los potenciales espontaneos en diferentes zonas proxirnas al piedemonte llanero, observar las tendencias y evaluar su comportamiento como fenomeno premonitorio de sismicidad. Dado que la estacion remota posee 16 entradas analogi cas, implementar otras sefiales como ernanacion de radon, sefiales metereologicas, etc. Se recomienda que la Universidad Nacional de Colombia y la Universidad del Llano fortalezcan el convenio interinstitucional con el cual se garantiza la continuidad de las investigaciones de fenornenos premonitorios. Poner en rnarcha de manera definitiva de las estaciones y el monitoreo y analisis continuo de la informacion. Entregar a la Universidad Nacional de Colombia el disefio de estaciones remoras y una metodologfa de interrogacion con el fin de implementar una red de estaciones. 72 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ASTERIADIS, G. & ARABELOS, D. 1999: "Equidistance Ordering of Large ElU1h- quakes in the Aegean and Surrounding Areas". Survey Review. ASTERIADIS, G., ARABELOS, D., CONTADAKIS,M. 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