Las pruebas MASW usan las propiedades dispersivas de las ondas superficiales. La dispersión es el fenómeno en el que las velocidades de fase y de grupo de una onda de superficie dependen de la frecuencia. En un medio estratificado, la frecuencia de una onda de superficie se relaciona con las propiedades elásticas y físicas del material (Lee et al., 2002). Los geófonos utilizados en las encuestas de MASW registran un tren de ondas formado por ondas de diferentes frecuencias llegando en diferentes momentos. Las amplitudes registradas son una función de todas las frecuencias generadas dentro del medio estratificado. Dado que las ondas superficiales se generan como resultado de ondas P y V (onda de corte vertical) interfiriendo, una vez que se selecciona la curva de dispersión apropiada del registro de disparo multicanal de las propagaciones de las ondas superficiales, luego se invierte para obtener las velocidades de onda P y Vs como una función de profundidad (Wathelet, 2005). La curva de dispersión es una interpretación de los diferentes modos o armónicos de la onda de superficie a medida que se propaga a través de un medio determinado. El parámetro Vs30 se calcula tomando un promedio ponderado de las velocidades de onda Vs calculadas para la inversión dentro de los primeros 30 metros. Vs30 es dada por la ecuación:
Donde hi es la profundidad y Vi es la velocidad en esa profundidad respetada.
El análisis multicanal de las ondas de superficie (MASW) intenta utilizar la propiedad de dispersión de ondas superficiales con el propósito de realizar perfiles VS en 1D (profundidad) o 2D (profundidad y ubicación de la superficie). Básicamente es un método de ingeniería sísmica que trata con frecuencias en unas pocas decenas de Hz (p. ej., 3-30 Hz) grabado mediante el uso de un multicanal (24 o más canales) y una matriz receptora desplegada de unos pocos cientos de metros de distancia (p. ej., 2-200 m).
MASW activo
El MASW activo es un método que fue introducido en GEOPHYSICS en 1999.
Este es el tipo más común de encuesta MASW que puede producir un perfil VS 2D. Adopta el modo convencional de encuesta utilizando un activo fuente sísmica (por ejemplo, una almádena) y un arreglo lineal de receptores, recolectando datos en un roll-along modo. Utiliza ondas superficiales que se propagan horizontalmente a lo largo de la superficie de medición directamente desde el punto de impacto a los receptores. Da esta información VS en 1D (profundidad)o formato 2D (profundidad y ubicación de la superficie) de forma rentable y de manera eficiente en el tiempo.
Ilustración del procedimiento general y la principal ventaja del método MASW.
MASW Pasivo
A medida que el método de onda de superficie está ganando popularidad entre ingenieros y geofísicos, la demanda para una mayor profundidad de investigación también está creciendo. Sin embargo, la cantidad de energía de fuente activa necesaria para ganar unos pocos más de Hz en el extremo de baja frecuencia de una curva de dispersión (p.5-7 Hz) y, por lo tanto, aumentar la profundidad de la investigación en varias decenas de metros: a menudo aumenta en varias órdenes de magnitud, esfuerzos de representación con una fuente activa impráctica y poco económica.
Por otro lado, ondas superficiales pasivas generadas a partir de formas naturales
(por ejemplo, movimiento de marea) o cultural (por ejemplo, tráfico) las fuentes suelen ser de baja frecuencia (1-30 Hz) con longitudes de onda que van desde unos pocos km (fuentes naturales) a unas pocas decenas (o cientos) de metros (fuentes culturales), proporcionando un amplio rango de profundidades de penetración y por lo tanto, una fuerte motivación para utilizar ellos. Este tipo de aplicación se originó hace casi medio siglo en Japón y erallamado el método de encuesta microtremor (MSM).
Esquema de adquisición de datos con pasivo remoto y pasivo
MASW del borde de una carretera.
Futuro cercano de MASW
Esquema de un prototipo de un sistema de campo desarrollado recientemente y probado en KGS que ilustra la movilidad y efectividad de la rutina de la encuesta MASW en el futuro cercano.
El futuro cercano de MASW. Como el streamer terrestre puede ser eficaz utilizado para las encuestas activas y pasivas de MASW, un sistema de adquisición similar al ilustrado en la figura anterior, será utilizado rutinariamente en el futuro cercano. Este es un prototipo probado recientemente en KGS (Kansas Geological Survey) para determinar su eficiencia en datos adquisición y manejo de datos en el campo. Comparación de calidad de datos frente a la de los convencionales con pico receptores mostraron una diferencia insignificante debido a la naturaleza fuerte de las ondas superficiales.
Aplicación de Revisión de MASW y estudios de refracción
Este estudio se realizó en un campo de béisbol local en la ciudad de Volcan, Panamá. Volcan se sienta en la sombra del Volcán Barú, un volcán responsable de la topografía y la geología local. los los últimos eventos volcánicos importantes cubrieron la ciudad de Volcán en depósitos pleistocénicos de escombros de avalanchas. Los restos de la avalancha son el resultado de una falla en la pendiente debido a la inadecuación causada por un volcán. Se dice que estos depósitos de gran volumen cubren un área de 600 kilómetros cuadrados en el lado oeste de Baru y varían en grosor de 10 a más de 100 metros (Sherrod et al., 2008).
Mapa geológico que muestra la geología local de Chiriqui Provence, Panamá. La flecha negra apunta al área de estudio de campo.
Para el estudio de MASW, se registraron varios registros de disparos. Las tomas se iniciaron a 2 my 4 m del primer geófono y el último se combinaron para dar un registro de 24 canales. En una mayor densidad de geófonos se recomienda aumentar la relación señal / ruido (Taipodia et al., 2012). El gráfico espectral muestra los modos y armónicos fundamentales y superiores de las ondas de Rayleigh en el medio estratificado. Las curvas de dispersión escogidas de los gráficos espectrales son interpretaciones de los modos. Generalmente, una curva de dispersión que representa el modo fundamental es suficiente para el proceso de inversión.
Foto que muestra la matriz lineal de geófonos verticales en la vista de la encuesta del campo de béisbol.
Desafortunadamente, el problema más problemático con el procesamiento de MASW es al elegir la curva de dispersión. No existe un criterio claro o directo para distinguir entre lo fundamental y los modos más altos. Dentro del gráfico espectral, el modo fundamental es a menudo el más dominante (Taipodia et al., 2012), sin embargo, este no es siempre el caso. Malas selecciones y la mala identificación de modos dará lugar a resultados irrazonables. Debido a esto, varios intentos de inversión son a menudo necesario para obtener un modelo decente.
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Gráfico espectral obtenido de la prueba MASW. La línea negra es la curva de dispersión basada en el modo fundamental.
Los datos MASW de las velocidades de la onda P muestran que hay una segunda capa alrededor de 8 metros de profundidad con una velocidad de alrededor de 2000 m / s. La ausencia de esta nueva capa en los datos de refracción sugiere que la profundidad de penetración de los sondeos es menor a 8 metros. Al hacer referencia a las velocidades de onda Vs, se puede ver que está de acuerdo con una primera capa constante de hasta unos 8 metros de profundidad. Posibles explicaciones de este aumento a 8 metros es la presencia de la capa freática o una capa más densa. El parámetro Vs30 es calculado para ser 534 m / s que por los standers de NEHRP lo designan como sitio clase C; suelo denso y roca blanda.
Vs velocidades de onda obtenidas de la inversión MASW. La línea azul vertical muestra el promedio ponderado del Vs30 parámetro.