Muestra central

Una muestra de núcleo es una sección cilíndrica de una sustancia (generalmente) natural. La mayoría de las muestras de núcleo se obtienen perforando la sustancia, como sedimento o roca, con un tubo de acero hueco llamado sacatestigos . El orificio hecho para la muestra de núcleo se llama "perforación de núcleo". Existen diversos sacatestigos para muestrear diferentes medios en distintas condiciones; la tecnología está en constante desarrollo. En el proceso de extracción del núcleo, la muestra se introduce en el tubo prácticamente intacta. Una vez extraída del tubo en el laboratorio, se inspecciona y analiza mediante diferentes técnicas y equipos, según el tipo de datos que se deseen obtener.

Se pueden tomar muestras de núcleos para analizar las propiedades de materiales artificiales , como el hormigón , la cerámica , algunos metales y aleaciones, especialmente los más blandos. También se pueden tomar muestras de núcleos de seres vivos, incluidos los seres humanos, en particular de los huesos, para su examen microscópico y así ayudar a diagnosticar enfermedades.

La composición de los materiales analizados puede variar desde casi líquidos hasta los materiales más resistentes que se encuentran en la naturaleza o en la tecnología, y su ubicación puede variar desde una mesa de laboratorio hasta más de 10  km de la superficie terrestre en un pozo . Por consiguiente, la variedad de equipos y técnicas aplicadas es muy amplia. Las muestras de núcleo se suelen tomar con su eje longitudinal orientado aproximadamente paralelo al eje del pozo, o paralelo al campo gravitatorio en el caso de las herramientas que funcionan por gravedad. Sin embargo, también es posible tomar muestras de núcleo de la pared de un pozo ya existente. Tomar muestras de un afloramiento, ya sea una pared rocosa saliente o en otro planeta, es prácticamente sencillo. (Los vehículos exploradores de Marte llevan una herramienta de abrasión de rocas , que es lógicamente equivalente a la herramienta de "núcleo rotatorio de pared lateral" que se describe más adelante).

Algunas técnicas comunes incluyen:

• La extracción de testigos por gravedad consiste en dejar caer el muestreador en la muestra, generalmente el lecho de un cuerpo de agua, aunque la misma técnica también puede aplicarse a materiales blandos en tierra. Las fuerzas de penetración, si se registran, proporcionan información sobre la resistencia del material a diferentes profundidades, lo que puede ser la única información necesaria, siendo las muestras un beneficio adicional. Esta técnica es común tanto en investigaciones de emplazamientos de ingeniería civil (donde se asemeja a la hinca de pilotes ) como en estudios geológicos de depósitos acuáticos recientes. La baja resistencia de los materiales perforados implica que los testigos deben ser relativamente pequeños.
• Vibración , en la que el muestreador se hace vibrar para permitir la penetración en medios tixotrópicos . Nuevamente, la resistencia física del material limita el tamaño del núcleo que se puede extraer.
• La perforación consiste en presionar una herramienta anular giratoria, respaldada por un dispositivo cilíndrico para almacenar la muestra, contra el material de interés para extraer un cilindro. Normalmente se requiere un mecanismo para retener la muestra cilíndrica en la herramienta de extracción. Dependiendo de las circunstancias, especialmente de la consistencia y composición del material, pueden ser necesarias diferentes disposiciones dentro de las herramientas para sostener y proteger la muestra durante su ascenso a la superficie. A menudo también es necesario controlar o reducir el contacto entre el fluido de perforación y la muestra, para minimizar las alteraciones derivadas del proceso de extracción. Las fuerzas mecánicas ejercidas sobre la muestra por la herramienta suelen provocar su fractura y la pérdida de intervalos menos competentes, lo que puede complicar considerablemente su interpretación. Los núcleos pueden cortarse habitualmente con diámetros de tan solo unos milímetros (en madera, para dendrocronología ) hasta más de 150 milímetros (lo cual es habitual en la exploración petrolera ). La longitud de las muestras puede variar desde menos de un metro (de nuevo, en madera, para dendrocronología) hasta unos 200 metros en una sola pasada, aunque lo más habitual es de 27 a 54 metros (en la exploración petrolera ), y se pueden realizar muchas pasadas consecutivas si un análisis "rápido" en el campo sugiere que la zona de interés continúa.
• La técnica de extracción de testigos por percusión lateral utiliza robustos cilindros que se proyectan explosivamente contra la pared de un pozo para obtener una muestra de núcleo relativamente pequeña y corta. Estas muestras suelen estar muy fragmentadas, lo que dificulta la medición de la porosidad y la permeabilidad , pero a menudo son suficientes para estudios litológicos y micropaleontológicos . Se pueden analizar varias muestras en una sola pasada con las herramientas, que normalmente están configuradas con entre 20 y 30 cilindros y cargas propulsoras a lo largo de su longitud. Varias herramientas se pueden combinar para una sola pasada. Las tasas de éxito para el disparo de un cilindro, su penetración en la pared del pozo, la recuperación del cilindro por el sistema de retención y la retención de la muestra son relativamente bajas, por lo que no es raro que solo la mitad de las muestras analizadas resulten exitosas. Este es un factor importante a considerar al planificar los programas de muestreo.
• La extracción de testigos laterales mediante perforación rotativa consiste en aplicar una herramienta de perforación rotativa automatizada y miniaturizada a la pared del pozo para obtener una muestra de tamaño similar a la de un testigo lateral de percusión (descrito anteriormente). Estos testigos suelen sufrir menos deformación que los de percusión. Sin embargo, el proceso de extracción es más prolongado y suelen producirse atascos en el equipo auxiliar que recupera la muestra de la broca y la almacena en el cuerpo de la herramienta.
• La extracción manual de testigos puede realizarse con diversos instrumentos, como un muestreador de turba ruso, un muestreador de pistón manual o simplemente un tubo hueco. Las ventajas de la extracción manual son su bajo coste y rapidez, pero un muestreador manual solo alcanza profundidades limitadas, que van desde unos pocos decímetros en suelos arcillosos hasta unos pocos metros en sedimentos lacustres blandos. ^{[ 1 ]}

Aunque a menudo se pasa por alto, las muestras de núcleos siempre se degradan en cierta medida durante el proceso de corte, manipulación y estudio. Las técnicas no destructivas son cada vez más comunes, por ejemplo, el uso de resonancia magnética para caracterizar granos, fluidos intersticiales, espacios porosos ( porosidad ) y sus interacciones (que constituyen parte de la permeabilidad ), pero es probable que esta costosa precisión sea inútil en un núcleo que ha sido sacudido en un camión sin suspensión durante 300  km por un camino de tierra. Lo que sucede con los núcleos entre el equipo de extracción y el laboratorio (o archivo) final es una parte a menudo descuidada del registro y la gestión de núcleos.

La extracción de núcleos se ha consolidado como una fuente importante de datos, y se presta cada vez más atención a la prevención de daños durante las distintas etapas de su transporte y análisis. El método habitual consiste en congelar completamente el núcleo con nitrógeno líquido, que es de bajo costo. En algunos casos, también se utilizan polímeros especiales para preservar y proteger el núcleo de posibles daños.

De igual modo, una muestra de núcleo que no se puede relacionar con su contexto (donde se encontraba antes de ser extraída) pierde gran parte de su utilidad. La identificación del pozo, así como la posición y orientación ("hacia arriba") del núcleo dentro del pozo, son cruciales, incluso si el pozo se encuentra en el tronco de un árbol. Los dendrocronólogos siempre procuran incluir una superficie de corteza en sus muestras para poder determinar con precisión la fecha del crecimiento más reciente del árbol.

Si estos datos se separan de las muestras de núcleo, generalmente es imposible recuperarlos. El costo de una operación de extracción de núcleos puede variar desde unas pocas unidades monetarias (para un núcleo extraído manualmente de una sección de suelo blando) hasta decenas de millones de unidades monetarias (para núcleos de pared lateral de un pozo submarino remoto a muchos kilómetros de profundidad). El registro inadecuado de estos datos básicos ha mermado la utilidad de ambos tipos de núcleos.

Las distintas disciplinas tienen diferentes convenciones locales para registrar estos datos, y el usuario debe familiarizarse con las convenciones de su área. Por ejemplo, en la industria petrolera, la orientación del testigo se registra normalmente marcándolo con dos franjas longitudinales de color, con la roja a la derecha cuando el testigo se extrae y se marca en la superficie. Los testigos extraídos para la minería de minerales pueden tener sus propias convenciones, diferentes a las habituales. La ingeniería civil o los estudios de suelos también pueden tener sus propias convenciones, diferentes a las habituales, ya que sus materiales a menudo no son lo suficientemente resistentes como para realizar marcas permanentes.

Cada vez es más común conservar las muestras de núcleo en envases cilíndricos que forman parte del equipo de corte, y marcar estos "barriles interiores" en el campo antes de su posterior procesamiento y análisis en el laboratorio. A veces, el núcleo se envía del campo al laboratorio con la misma longitud con la que se extrae; otras veces se corta en longitudes estándar (5 m, 1 m o 3  pies) para su envío y luego se vuelve a ensamblar en el laboratorio. Algunos sistemas de "barriles interiores" permiten invertir la posición de la muestra, de modo que en el laboratorio la muestra queda "en la posición incorrecta" al volver a ensamblar el núcleo. Esto puede complicar la interpretación.

If the borehole has petrophysical measurements made of the wall rocks, and these measurements are repeated along the length of the core then the two data sets correlated, one will almost universally find that the depth "of record" for a particular piece of core differs between the two methods of measurement. Which set of measurements to believe then becomes a matter of policy for the client (in an industrial setting) or of great controversy (in a context without an overriding authority). Recording that there are discrepancies, for whatever reason, retains the possibility of correcting an incorrect decision at a later date; destroying the "incorrect" depth data makes it impossible to correct a mistake later. Any system for retaining and archiving data and core samples needs to be designed so that dissenting opinion like this can be retained.

If core samples from a campaign are competent, it is common practice to "slab" them – cut the sample into two or more samples longitudinally – quite early in laboratory processing so that one set of samples can be archived early in the analysis sequence as a protection against errors in processing. "Slabbing" the core into a 2/3 and a 1/3 set is common. It is also common for one set to be retained by the main customer while the second set goes to the government (who often impose a condition for such donation as a condition of exploration/ exploitation licensing). "Slabbing" also has the benefit of preparing a flat, smooth surface for examination and testing of profile permeability, which is very much easier to work with than the typically rough, curved surface of core samples when they're fresh from the coring equipment. Photography of raw and "slabbed" core surfaces is routine, often under both natural and ultra-violet light.

A unit of length occasionally used in the literature on seabed cores is cmbsf, an abbreviation for centimeters below sea floor.

The technique of coring long predates attempts to drill into the Earth’s mantle by the Deep Sea Drilling Program. The value to oceanic and other geologic history of obtaining cores over a wide area of sea floors soon became apparent. Core sampling by many scientific and exploratory organizations expanded rapidly. To date hundreds of thousands of core samples have been collected from floors of all the planet's oceans and many of its inland waters.

Access to many of these samples is facilitated by the Index to Marine & Lacustrine Geological Samples.

La extracción de testigos comenzó como un método para muestrear los alrededores de los yacimientos minerales y la exploración petrolera. Pronto se extendió a océanos , lagos , hielo , lodo , suelo y madera . Los testigos extraídos de árboles muy viejos proporcionan información sobre sus anillos de crecimiento sin destruir el árbol.

Los núcleos de sedimentos indican variaciones del clima , las especies y la composición sedimentaria a lo largo de la historia geológica. Los fenómenos dinámicos de la superficie terrestre son, en su mayor parte, cíclicos en varios aspectos, especialmente la temperatura y las precipitaciones .

Existen muchas maneras de datar un núcleo de sedimento. Una vez datado, proporciona información valiosa sobre los cambios climáticos y geográficos . Por ejemplo, los núcleos encontrados en el fondo oceánico, el suelo y el hielo han transformado por completo la visión de la historia geológica del Pleistoceno .

La perforación por circulación inversa es un método en el que los recortes de roca se extraen continuamente a través de la varilla de perforación hueca y se pueden muestrear para su análisis. Este método puede ser más rápido y utilizar menos agua que la perforación con testigo, pero no produce testigos de material relativamente inalterado, por lo que se puede obtener menos información sobre la estructura de la roca a partir del análisis. Si se utiliza aire comprimido para la extracción de los recortes, la muestra permanece sin contaminar, está disponible casi de inmediato y el método tiene un bajo impacto ambiental. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

• Perforación de núcleo
• núcleo de hielo
• Programa Integrado de Perforación Oceánica
• Perforación científica

• Definición de extracción de núcleos Archivado el 18/07/2015 en Wayback Machine
• Núcleo de Walden Pond archivado el 18/04/2019 en Wayback Machine.
• Datación de núcleos de hielo
• La máquina perforadora de John Branner Newsom