Exploración geotérmica

La sismología ha desempeñado un papel importante en la industria del petróleo y el gas y ahora se está adaptando a la exploración geotérmica. ^{[ 4 ]} Las ondas sísmicas se propagan e interactúan con componentes subterráneos y responden en consecuencia. Existen dos subcategorías que son relevantes para la fuente de la señal sísmica. ^{[ 6 ]} La sismología activa se basa en el uso de vibraciones inducidas/artificiales en la superficie o cerca de ella. La sismología pasiva utiliza terremotos, erupciones volcánicas u otra actividad tectónica como fuentes. ^{[ 7 ]}

Los estudios sísmicos pasivos utilizan la propagación natural de ondas a través de la tierra. ^{[ 7 ]} Los campos geotérmicos suelen caracterizarse por mayores niveles de sismicidad. Los terremotos de menor magnitud son mucho más frecuentes que los de mayor magnitud. ^{[ 6 ]} Por lo tanto, estos microsismos (MEQ), que registran una magnitud inferior a 2,0 en la escala de Richter , se utilizan para revelar cualidades del subsuelo relacionadas con la exploración geotérmica. ^{[ 7 ]} La alta tasa de MEQ en las regiones geotérmicas produce grandes conjuntos de datos que no requieren largos despliegues de campo.

La sismología activa, con una larga trayectoria en la industria del petróleo y el gas, consiste en el estudio de la propagación de ondas vibracionales artificiales. En estos estudios, se distribuyen geófonos (u otros sensores sísmicos) por toda la zona de estudio. Las configuraciones más comunes de geófonos son: en línea, desplazada, en línea con disparo central y en abanico. ^{[ 6 ]}

Se pueden aplicar muchas técnicas analíticas a los estudios de sismología activa, pero generalmente todas incluyen el principio de Huygens , el principio de Fermat y la ley de Snell . Estos principios básicos se pueden utilizar para identificar anomalías del subsuelo, capas reflectantes y otros objetos con altos contrastes de impedancia . ^{[ 6 ]}

Los estudios gravimétricos utilizan cambios en las densidades para caracterizar las propiedades del subsuelo. ^{[ 6 ]} Este método se aplica con éxito al identificar anomalías densas en el subsuelo, incluyendo cuerpos de granito, cuya localización es vital en los proyectos de exploración geotérmica. Las fallas subterráneas también se pueden identificar mediante métodos gravimétricos. Estas fallas suelen considerarse ubicaciones de perforación prioritarias, ya que sus densidades son mucho menores que las del material circundante. Los avances en los estudios gravimétricos aéreos generan grandes cantidades de datos, que pueden utilizarse para modelar el subsuelo tridimensionalmente con niveles de precisión relativamente altos.

Los cambios en los niveles de agua subterránea también pueden medirse e identificarse mediante métodos gravitacionales. Este elemento de recarga es fundamental para la creación de sistemas geotérmicos productivos. La densidad de poros y, por consiguiente, la densidad general, se ven afectadas por el flujo de fluidos y, por lo tanto, modifican el campo gravitacional . Al correlacionarlo con las condiciones meteorológicas actuales, esto puede medirse y modelarse para estimar la tasa de recarga en los yacimientos geotérmicos. ^{[ 1 ]}

Desafortunadamente, existen muchos otros factores que deben tenerse en cuenta antes de poder interpretar los datos de un estudio de gravedad. El campo gravitatorio promedio que produce la Tierra es de 920  cm/c². Los objetos de interés producen un campo gravitatorio significativamente menor. Por lo tanto, la instrumentación debe detectar variaciones tan pequeñas como el 0,00001 %. Otras consideraciones, como la altitud, la latitud y las condiciones meteorológicas, deben observarse y tenerse en cuenta cuidadosamente. ^{[ 6 ]}

Las mediciones magnetotelúricas (MT) permiten detectar anomalías de resistividad asociadas a estructuras geotérmicas productivas, como fallas y la presencia de una capa impermeable , y estimar las temperaturas de los yacimientos geotérmicos a diferentes profundidades. Desde principios de la década de 1980, la MT ha contribuido significativamente al mapeo y desarrollo de recursos geotérmicos en todo el mundo, incluyendo Estados Unidos y países ubicados en el Cinturón de Fuego del Pacífico, como Japón, Nueva Zelanda, Filipinas, Ecuador y Perú.

Los materiales geológicos suelen ser malos conductores eléctricos y presentan una alta resistividad. Sin embargo, los fluidos hidrotermales presentes en los poros y fracturas de la tierra aumentan la conductividad del material subsuperficial. Este cambio en la conductividad se utiliza para cartografiar la geología del subsuelo y estimar su composición. Las mediciones de resistividad se realizan mediante una serie de sondas distribuidas a intervalos de decenas a cientos de metros, para detectar la respuesta eléctrica de la Tierra a la inyección de impulsos eléctricos y reconstruir así la distribución de la resistencia eléctrica en las rocas. Dado que las aguas geotérmicas en circulación pueden detectarse como zonas de baja resistencia, es posible cartografiar los recursos geotérmicos mediante esta técnica. No obstante, es necesario tener precaución al interpretar las zonas de baja resistividad, ya que también pueden deberse a cambios en el tipo de roca y la temperatura.

El campo magnético terrestre varía en intensidad y orientación a lo largo del día, induciendo corrientes eléctricas detectables en la corteza terrestre. El rango de frecuencia de estas corrientes permite un análisis multiespectral de la variación del campo electromagnético local. Como resultado, es posible una reconstrucción tomográfica de la geología, ya que las corrientes están determinadas por la respuesta subyacente de las diferentes rocas al campo magnético cambiante. ^{[ 8 ]}

La aplicación más común del magnetismo en la exploración geotérmica consiste en identificar la profundidad del punto de Curie o temperatura de Curie . En el punto de Curie, los materiales cambian de ferromagnéticos a paramagnéticos. La localización de las temperaturas de Curie para materiales conocidos del subsuelo proporciona estimaciones sobre la productividad futura de la planta. Por ejemplo, la titanomagnetitita, un material común en los campos geotérmicos, tiene una temperatura de Curie entre 200 y 570 grados Celsius. Se utilizan anomalías geométricas simples modeladas a diferentes profundidades para estimar con mayor precisión la profundidad de Curie. ^{[ 1 ]}