Fuente sísmica

La fuente sísmica más básica es un mazo . La energía sísmica se genera golpeando directamente el suelo o, más comúnmente, golpeando una placa de metal o polietileno en el suelo. Se utiliza habitualmente para estudios de refracción sísmica superficial . El impacto del mazo contra la superficie puede proporcionar suficiente energía sísmica para profundidades de interfaz de hasta 30 m o más, dependiendo de las condiciones geológicas y las propiedades físicas. ^{[ 4 ]}

Los explosivos más utilizados como fuentes sísmicas se conocen como dinamitas de gelatina . Estas dinamitas se clasifican en tres subcategorías: gelatinas puras, cuyo componente activo es la nitroglicerina , también conocida como trinitrato de glicerilo con la fórmula química C₃H₅ ₍ ONO₂ ) ₃ _{; gelatinas de amoníaco, cuyo componente activo es} el nitrito de amonio con la fórmula química NH₄NO₃ _; y semigelatinas _, cuya composición consiste principalmente en nitroglicerina. ^{[ 5 ]}

Al detonar, los explosivos liberan grandes volúmenes de gas en expansión muy rápidamente, ^{[ 6 ]} forzando una gran presión en el entorno en forma de ondas sísmicas.

El uso de explosivos como fuentes sísmicas se ha practicado durante décadas debido a la fiabilidad y eficiencia energética que ofrecen. ^{[ 7 ]} Estas fuentes se utilizan con mayor frecuencia en tierra y en entornos pantanosos debido al gran espesor de los sedimentos. Los tamaños de carga típicos utilizados en el campo para estudios de reflexión son de 0,25 kg a 100 kg para fuentes de un solo pozo, de 0,25 kg a 250 kg o más para fuentes de múltiples pozos, y pueden alcanzar los 2500 kg o más para estudios de refracción. ^{[ 5 ]}     

Aunque la dinamita y otros explosivos son fuentes sísmicas eficientes debido a sus costos reducidos, facilidad de transporte en terrenos difíciles y falta de mantenimiento regular en comparación con otras fuentes, ^{[ 8 ]} el uso de explosivos se está restringiendo en ciertas áreas, lo que provoca una disminución y una creciente popularidad de fuentes sísmicas alternativas. ^{[ 7 ]}

Por ejemplo, el hexanitrostilbeno fue el principal relleno explosivo en los contenedores de proyectiles de mortero utilizados como parte de los Experimentos Sísmicos Activos Lunares Apolo . ^{[ 9 ]} Generalmente, las cargas explosivas se colocan entre 6 y 76 metros (20 y 250 pies) bajo tierra, en un agujero que se perfora con equipo de perforación específico para este propósito. Este tipo de perforación sísmica se conoce a menudo como "perforación de pozo de disparo". Una plataforma de perforación común utilizada para la "perforación de pozo de disparo" es la perforadora ARDCO C-1000 montada en un buggy ARDCO K 4X4. Estas plataformas de perforación a menudo utilizan agua o aire para ayudar en la perforación. 

Un cañón de aire se utiliza para estudios de reflexión y refracción marina. Consta de una o más cámaras neumáticas presurizadas con aire comprimido a presiones de 14 a 21  MPa (2000 a 3000  lbf/in² ⁾ . Los cañones de aire se sumergen bajo la superficie del agua y se remolcan detrás de un buque sísmico. Al disparar un cañón de aire, se activa un solenoide que libera aire a alta presión de una cámara hacia la parte posterior de un dispositivo que normalmente se mantiene en equilibrio entre las dos cámaras, igualmente presurizadas. La disminución instantánea de la presión del aire en la primera cámara permite que el dispositivo se mueva rápidamente hacia ella, liberando un depósito de aire a alta presión situado detrás del dispositivo en la segunda cámara a través de orificios directamente al mar, produciendo un pulso de energía acústica . ^{[ 10 ]} Los conjuntos de cañones de aire pueden constar de hasta 48 cañones individuales con cámaras de diferentes tamaños, o bien, ciertos volúmenes de cañones de aire pueden agruparse. El disparo de todo el conjunto está controlado por el controlador del cañón y generalmente se realiza con una tolerancia de ± 1 o 2 milisegundos, con el objetivo de crear la onda de choque inicial óptima seguida de la mínima reverberación de la(s) burbuja(s) de aire. Dado que el carro está magnetizado, el rápido movimiento hacia la primera cámara al liberar la válvula solenoide proporciona una pequeña corriente que, en efecto, actúa como señal de sincronización para el cañón, la cual se envía de vuelta al controlador. También se puede utilizar un hidrófono de campo cercano , ubicado a una distancia conocida del puerto del cañón, para medir el tiempo de la primera señal de ruptura y así verificar con precisión la sincronización del cañón.

El mantenimiento de las pistolas de aire comprimido es importante, ya que pueden fallar. El peor escenario posible es un disparo automático en el que la pistola dispara repetidamente de forma descoordinada debido a un defecto, como una válvula solenoide dañada o una junta tórica defectuosa. Un solo disparo automático puede corromper la firma de burbujas de toda la matriz y, si no se detecta, puede provocar que se vuelvan a medir muchas líneas sísmicas solo por una pistola que falló, cuando se descubre la falla durante el procesamiento inicial de datos.

Durante las maniobras normales de despliegue y recuperación, los cañones de aire comprimido nunca deben presurizarse completamente a su presión de trabajo óptima en cubierta, y es práctica habitual reducir la presión a 500 psi para evitar la entrada de agua durante el despliegue y la recuperación. También es una práctica peligrosa y contraproducente probar los cañones en cubierta con aire comprimido. Asimismo, debe existir un sistema de aislamiento para evitar disparos accidentales de cañones en cubierta por parte de observadores o navegantes. Las descargas de aire a alta presión en cubierta pueden provocar amputaciones de dedos y lesiones por inyección a alta presión a través de la piel, lesiones prácticamente incurables y mortales en un entorno sísmico. Los artilleros deben usar el equipo de protección personal requerido para proteger sus ojos y su audición, y minimizar la exposición de la piel.

Las pistolas de aire comprimido están fabricadas con acero inoxidable de la más alta calidad y resistente a la corrosión. Las cámaras grandes (es decir, de más de 1  litro o 70  pulgadas  cúbicas) tienden a generar señales de baja frecuencia, mientras que las cámaras pequeñas (de menos de 1 litro) generan señales de mayor frecuencia.

Una fuente de sonido de plasma (PSS), también llamada fuente de sonido de chispa o simplemente generador de chispas , es un medio para producir un pulso de sonar de muy baja frecuencia bajo el agua. Para cada disparo, la carga eléctrica se almacena en un gran banco de condensadores de alto voltaje y luego se libera en un arco a través de electrodos en el agua. La descarga de chispa subacuática produce una burbuja de plasma y vapor a alta presión, que se expande y colapsa , produciendo un sonido fuerte. ^{[ 11 ]} La mayor parte del sonido producido está entre 20 y 200  Hz, útil tanto para aplicaciones sísmicas como de sonar .

También existen planes para utilizar el PSS como arma no letal contra buceadores sumergidos .

En 1953, se introdujo la técnica del detonador por caída de peso como alternativa a las fuentes de dinamita.

Un camión de impacto (o camión de caída de peso) es un sistema de impacto terrestre montado en un vehículo que se puede utilizar para proporcionar una fuente sísmica. Un peso pesado se eleva mediante un polipasto en la parte trasera del camión y se deja caer, generalmente a unos tres metros de altura, para impactar (o "golpear") el suelo. ^{[ 12 ]} Para aumentar la señal, el peso se puede dejar caer más de una vez en el mismo punto; la señal también se puede incrementar golpeando en varios puntos cercanos en una matriz cuyas dimensiones se pueden elegir para mejorar la señal sísmica mediante filtrado espacial.

Los dispositivos de impacto más avanzados utilizan una tecnología denominada " Caída de Peso Acelerada " (AWD, por sus siglas en inglés), en la que se emplea un gas a alta presión (mínimo 7  MPa (1000  lbf/in² ⁾ ) para acelerar un martillo pesado ( 5000 kg (11 000 lb) ) que golpea una placa base fijada al suelo desde una distancia de 2 a 3 metros (6 pies 7 pulgadas a 9 pies 10 pulgadas) . Se apilan varios impactos para mejorar la relación señal-ruido. La tecnología AWD permite mayor energía y mayor control de la fuente que la caída de peso por gravedad, lo que proporciona una mejor penetración en profundidad y un mayor control del contenido de frecuencia de la señal.      

La percusión puede ser menos dañina para el medio ambiente que la detonación de explosivos en barrenos, ^{[ 13 ]} aunque una línea sísmica fuertemente percutida con crestas transversales cada pocos metros podría generar una alteración duradera del suelo. Una ventaja del percutor (posteriormente compartido con Vibroseis), especialmente en zonas políticamente inestables, es que no requiere explosivos.

Fuentes EMP basadas en principios electrodinámicos y electromagnéticos.

Un vibrador sísmico propaga señales de energía hacia la Tierra durante un período prolongado, a diferencia de la energía casi instantánea que proporcionan las fuentes impulsivas. Los datos registrados de esta manera deben correlacionarse para convertir la señal de la fuente prolongada en un impulso. La señal de la fuente, mediante este método, se generaba originalmente con un vibrador hidráulico servocontrolado o una unidad vibratoria montada sobre una base móvil, pero también se han desarrollado versiones electromecánicas .

La técnica de exploración "Vibroseis" fue desarrollada por la Continental Oil Company (Conoco) durante la década de 1950 y fue una marca registrada hasta que expiró la patente de la compañía .

Las fuentes de sonido Boomer se utilizan para estudios sísmicos en aguas poco profundas, principalmente para aplicaciones de prospección de ingeniería. Los Boomers se remolcan en un trineo flotante detrás de un buque de prospección. De forma similar a la fuente de plasma, una fuente Boomer almacena energía en condensadores, pero la descarga a través de una bobina espiral plana en lugar de generar una chispa. Una placa de cobre adyacente a la bobina se flexiona alejándose de ella a medida que se descargan los condensadores. Esta flexión se transmite al agua como el pulso sísmico. ^{[ 14 ]}

Originalmente, los condensadores de almacenamiento se colocaban en un contenedor de acero (la caja de protección ) en el buque de prospección. Los altos voltajes utilizados, típicamente 3000  V, requerían cables gruesos y contenedores de seguridad robustos. Recientemente, se han desarrollado sistemas de baja tensión. ^{[ 15 ]} Estos utilizan condensadores en el trineo remolcado, lo que permite una recuperación de energía eficiente, fuentes de alimentación de menor voltaje y cables más ligeros. Los sistemas de baja tensión son generalmente más fáciles de implementar y presentan menos riesgos de seguridad.

Las técnicas de procesamiento basadas en la correlación también permiten a los sismólogos obtener imágenes del interior de la Tierra a múltiples escalas utilizando ruido de fondo natural (por ejemplo, el microsismo oceánico) o artificial (por ejemplo, urbano) como fuente sísmica. ^{[ 16 ]} Por ejemplo, en condiciones ideales de iluminación sísmica uniforme, la correlación de las señales de ruido entre dos sismógrafos proporciona una estimación de la respuesta de impulso sísmico bidireccional .