Otros métodos de identificación de fallos

Además de los signos de identificación de fallas en el campo mencionados anteriormente, en los últimos años, con el desarrollo de la tecnología geofísica y su aplicación en geociencia, los métodos de identificación de fallas han experimentado nuevos desarrollos, que incluyen principalmente los siguientes métodos.

(1) Métodos geofísicos

Los métodos de geología estructural mencionados anteriormente se utilizan principalmente para estructuras de fallas con afloramientos completos en la superficie, pero son impotentes contra fallas ocultas, y mucho menos contra fallas ocultas. Comprender la propagación de fallas profundas. Sin embargo, los métodos geofísicos pueden revelar la ubicación y la geometría de fallas profundas a gran escala. En algunos casos, también pueden proporcionar información de la corteza terrestre y de otro tipo relacionada con la aparición de fallas tectónicas. Con el creciente desarrollo de la investigación en geología estructural y la expansión gradual de la demanda de energía y minerales, la detección y la investigación de la geología profunda se han vuelto cada vez más importantes y el papel de los métodos geofísicos se ha vuelto más obvio. Los métodos geofísicos incluyen principalmente métodos sísmicos, gravitacionales, magnéticos y eléctricos.

1. Método sísmico

El método sísmico es el método más eficaz para revelar la estructura de la corteza terrestre y las estructuras profundas (incluidas las fallas), y todavía muestra un gran potencial hasta el momento.

Como aproximación de primer orden, la Tierra en su conjunto es elástica, y las ondas sísmicas que se propagan desde fuentes naturales de terremotos o fuentes artificiales de explosiones también son elásticas. Cuando las ondas sísmicas pasan de una capa a otra, se refractan si las velocidades de onda de las dos capas son diferentes o cuando llegan de una capa a otra, se reflejan en la interfaz entre las dos capas; Se pueden usar grupos de velocidades de onda con diferentes velocidades de onda que causan refracción para identificar diferentes capas que causan reflexión para identificar interfaces de diferentes capas. Cuando dicho grupo de velocidad de onda o interfaz reflectante es interceptado por una falla, la discontinuidad resultante se reflejará en el diagrama de tiempo de viaje sísmico o perfil sísmico. Por lo tanto, los principios y métodos de refracción y reflexión sísmica se pueden utilizar para identificar fallas estructurales, especialmente fallas grandes. La Figura 11-27 es la sección sísmica y la sección de interpretación de una falla normal tipo pala y su falla normal de pared colgante.

Figura 11-27 Perfil sísmico de falla normal de pala y perfil de interpretación (según Wernicket y Burchfiel, 1982)

Figura 11-28 Perfiles de gravedad que muestran diferentes tipos de anomalías (Parte 2) y la sección transversal de falla correspondiente (arriba) (según Hatcher, 1990)

2. Método de gravedad

El método de gravedad pertenece al método de campo potencial y el método de gravedad utiliza principalmente. Anomalías de gravedad para explicar la estructura geológica. Esto se debe a que las anomalías de la gravedad son causadas por diferencias en la densidad de las rocas distribuidas dentro de la Tierra, y esta diferencia a menudo está relacionada con estructuras geológicas. Si no hubiera diferencias en la densidad de las rocas dentro de la Tierra, se perdería la premisa para utilizar anomalías de gravedad para explicar las estructuras geológicas. La diferencia entre el valor medido de la gravedad y el valor de referencia (valor estimado) se define como una anomalía de la gravedad. La medida de esta diferencia en el campo de gravedad se mide en miligales (mGal). La Figura 11-28 muestra el mapa de anomalías gravitacionales de la falla.

El principal instrumento para medir las anomalías de la gravedad es el gravímetro. Las mediciones pueden realizarse en tierra y mar, o en aviones y satélites, pero estos últimos son más difíciles y menos fiables.

Las anomalías de gravedad causadas por fallas suelen tener las siguientes características:

1) Las fallas estructurales aparecen como anomalías de gravedad asimétricas en el perfil de anomalía de gravedad.

2) Las fallas aparecen como anomalías de gravedad con una distribución lineal obvia en el mapa del plano de anomalías de gravedad.

3) La falla aparece como una zona de pendiente pronunciada en el mapa de anomalías gravitacionales.

4) Las fallas aparecen en los mapas de anomalías de gravedad como distorsiones de zonas de anomalías de gravedad, zonas de gradiente o contornos o interrupciones repentinas a lo largo de su dirección.

5) Las fallas aparecen como líneas divisorias marcadas entre campos de gravedad con diferentes características. Estos campos tienen contrastes obvios en la magnitud y el tipo de anomalías de gravedad.

3. Método magnético

El método geomagnético también pertenece al método del campo potencial. Desde la perspectiva de las aplicaciones geológicas, la investigación del campo geomagnético se centra en anomalías magnéticas y aspectos paleomagnéticos, mientras que las aplicaciones en la investigación de fracturas se centran más en las anomalías magnéticas.

La base principal para aplicar métodos geomagnéticos a la investigación de fracturas es que las estructuras geológicas controlan los cambios magnéticos de las rocas distribuidas dentro de la tierra, que se reflejan en la distribución de anomalías magnéticas. Las anomalías magnéticas se refieren a la diferencia entre el valor medido del campo magnético de la Tierra y el valor de referencia (o valor promedio supuesto), es decir, la desviación del valor medido del valor de referencia. Dado que el campo geomagnético no es constante sino que cambia significativamente, no existe un campo de referencia estándar reconocido internacionalmente y se utiliza un valor promedio supuesto como valor de referencia. Generalmente se cree que las rocas que contienen un alto porcentaje de minerales magnéticamente sensibles (como la magnetita) producen anomalías positivas, mientras que las rocas que contienen un bajo porcentaje de minerales magnéticamente sensibles producen anomalías negativas. La intensidad del campo magnético se puede medir con magnetómetros en tierra y mar, o desde aviones.

Al igual que las anomalías de la gravedad, las anomalías magnéticas también se pueden utilizar para inferir estructuras profundas, incluidas fallas, pero las anomalías magnéticas reflejan diferencias en las propiedades magnéticas de las rocas en lugar de diferencias en la densidad de las rocas. Los signos estructurales que muestran las anomalías magnéticas son morfológicamente bastante similares a los signos de fractura que muestran las anomalías de gravedad. Sus principales características son las siguientes:

1) Las fallas aparecen como anomalías magnéticas asimétricas en el perfil de anomalías magnéticas.

2) El plano de anomalías magnéticas muestra zonas de anomalías magnéticas obvias distribuidas linealmente.

3) El mapa de anomalías magnéticas muestra una zona de gradiente pronunciado.

4) Los mapas de anomalías magnéticas aparecen como distorsiones de bandas de anomalías magnéticas, bandas o contornos de gradiente o interrupciones repentinas en sus direcciones.

5) Una línea divisoria clara entre campos magnéticos con diferentes características. Estos campos muestran diferencias obvias en la intensidad del campo magnético, la dirección de magnetización, etc.

4. Método eléctrico

Los materiales de la corteza terrestre tienen distintos grados de resistividad. La medición de la conductividad eléctrica y la resistividad de las rocas de la corteza terrestre puede determinar la distribución de los materiales en la corteza terrestre. corteza. La medición eléctrica generalmente implica insertar electrodos en el suelo para medir la conductividad y la resistividad y registrar los datos a intervalos variables. Se pueden utilizar métodos eléctricos para detectar formaciones rocosas adyacentes o yacimientos minerales con diferentes conductividades y resistividades, pero sólo pueden determinar de forma aproximada la profundidad de la capa conductora. En el sitio de desarrollo de la falla, la capa anormal de resistividad generalmente se interrumpirá repentinamente a lo largo de su dirección, por lo que el método eléctrico puede identificar indirectamente la falla.

(2) Método de detección remota

Todos los objetos de la superficie de la Tierra tienen la capacidad de reflejar la radiación electromagnética del sol o emitir radiación electromagnética por sí mismos, y esta capacidad de reflexión o emisión cambia con los objetos de superficie Los tipos varían, e incluso el mismo tipo de características varían según su posición en el espectro electromagnético. En otras palabras, cada característica del terreno tiene sus propias características de espectro de reflexión o emisión. El método de detección remota utiliza sensores aéreos para obtener la diferencia en la información de la radiación electromagnética emitida o reflejada por el sol por la superficie y los objetos cercanos para identificar objetos terrestres. La banda del espectro electromagnético utilizada actualmente por los métodos de detección remota oscila entre aproximadamente 0,3 μm y 3 m, abarca hasta 106 órdenes de magnitud y pertenece a diferentes bandas del espectro, como ultravioleta (parte), luz visible, infrarroja y microondas. El infrarrojo radiado tiene ciertas capacidades de propagación en medios sólidos, mientras que otras bandas espectrales generalmente no tienen capacidades de propagación en medios sólidos. Por lo tanto, sólo la teledetección infrarroja radiativa puede tener una cierta capacidad de "transparencia" a la sobrecarga, mientras que las otras bandas espectrales se utilizan básicamente para obtener información sobre características y paisajes cerca de la superficie. Los métodos de teledetección pueden identificar diversos objetos terrestres, como vegetación, agua, suelo, rocas y objetos artificiales. Las características de la información de la radiación electromagnética reflejada y emitida por estos objetos varían ampliamente, y casi todas pueden reflejarse en diferentes datos de teledetección. diversos grados. Por lo tanto, los métodos de teledetección se han convertido en una herramienta única para identificar diversos tipos de objetos terrestres, especialmente en agricultura, silvicultura, recursos hídricos, suelos, geología, energía y exploración minera. En lo que respecta a las aplicaciones geológicas, los métodos de detección remota se pueden utilizar para identificar litología y estructuras geológicas, y son particularmente efectivos para identificar estructuras de fracturas. El método de detección remota también puede obtener información a larga distancia y cubrir un área amplia. Puede vislumbrar diferentes características del terreno, incluida la correlación entre diferentes cuerpos geológicos o elementos estructurales, de modo que se puede tener una vista aérea. la apariencia general de estas características terrestres y descubrir la conexión interna entre ellas. Por lo tanto, se ha convertido en una herramienta importante para estudiar estructuras geológicas, especialmente estructuras de fallas. Como se muestra en la Figura 11-29, la estructura de la falla disloca claramente los estratos emblemáticos.

Figura 11-29 Imagen de detección remota de una falla de deslizamiento

1. Métodos de detección remota comúnmente utilizados

Los métodos de detección remota comúnmente utilizados utilizan diferentes sensores para obtener reflejos de objetos terrestres o información de radiación electromagnética emitida. El sensor es transportado por aviones o satélites. Hay dos formas para que el sensor obtenga información: fotografía y escaneo. La primera imágenes directas (limitadas a 0,3 ~ 1,1 μm), mientras que la segunda convierte la información obtenida mediante el escaneo. en señales analógicas y señales digitales. A continuación se presentan algunos métodos de detección remota comúnmente utilizados.

(1) Teledetección pancromática

Generalmente, se trata de teledetección de imágenes ópticas directas. El sensor es una cámara (instrumento) y el alcance de la banda se limita principalmente a la luz visible (. 0, 4 ~ 0, 7 µm). La capacidad de resolver objetos terrestres varía de un sensor a otro. Las fotografías aéreas en blanco y negro y las fotografías satelitales obtenidas mediante sensores remotos a todo color son los datos básicos para el mapeo topográfico, los estudios geológicos y la interpretación estructural.

(2) Detección remota por infrarrojos en color y en color

Esta es la detección remota por cámara en color que incluye luz visible y banda infrarroja reflejada (es decir, infrarrojo cercano, 0, 7 ~ 3 μm), pero El segmento de imágenes está limitado a 0,4 ~ 1,1 μm. La fotografía en color convencional es adecuada para áreas de desarrollo de cuerpos geológicos con un contraste de color natural significativo. Por ejemplo, los cuerpos de roca granítica de tonos claros y los cuerpos de rocas máficas de tonos oscuros aparecen completamente diferentes en estas imágenes de teledetección y son fácilmente distinguibles. La principal diferencia entre la fotografía en color infrarroja y la fotografía convencional es que debido a que la reflectividad espectral de la vegetación aumenta repentinamente en la región infrarroja de la cámara, la región infrarroja de la película en color infrarroja se encuentra dentro de la longitud de onda de la exposición de la capa de imagen roja, lo que hace El tipo de vegetación en la película de color infrarroja es más fácil de identificar que en la película de color convencional y ayuda a inferir la naturaleza del suelo y la roca subyacente.

(3) Teledetección térmica por infrarrojos

La banda de infrarrojos térmicos es la banda de infrarrojo medio y lejano (3 ~ 14 μm). La teledetección térmica por infrarrojos utiliza el sensor térmico de un escáner de infrarrojos para obtener información sobre la radiación emitida por los objetos terrestres. En una imagen infrarroja térmica convencional en blanco y negro, los tonos más oscuros y claros representan las temperaturas de radiación más frías y más cálidas respectivamente, lo cual es diferente de las imágenes convencionales en blanco y negro. En una imagen normal en blanco y negro, los tonos más oscuros y más claros representan una reflectividad baja y alta, respectivamente. Como se mencionó anteriormente, debido a que la radiación térmica infrarroja puede propagarse en medios sólidos, la radiación térmica de los materiales a una cierta profundidad debajo de la capa puede propagarse de abajo hacia arriba hasta la superficie. Por lo tanto, los sensores térmicos infrarrojos pueden detectar este tipo de información y pueden identificar. objetos con propiedades térmicas diferentes materiales irradian contraste para obtener información sobre fracturas tectónicas. Debido al evidente contraste de radiación térmica entre el agua, las rocas y el suelo, la teledetección térmica por infrarrojos es muy adecuada para estudios de recursos hídricos.

Para aplicaciones geológicas, las imágenes infrarrojas térmicas antes del amanecer son muy superiores a las imágenes después del amanecer, que están sujetas a efectos del terreno debido a la diferente iluminación y oscurecimiento solar.

(4) Teledetección multiespectral

Generalmente se trata de teledetección de imágenes de escaneo indirecto y el sensor es un escáner multiespectral (MSS). El rango de banda y las capacidades de resolución varían mucho con diferentes sensores. Las bandas más estrechas incluyen las bandas del infrarrojo cercano de la luz visible, como las imágenes Landsat y Multiband Scanner (MSS). Debido a que la detección remota multiespectral puede obtener simultáneamente información de objetos terrestres a través de canales finamente separados, tiene una gran capacidad para identificar objetos terrestres y es conveniente para el procesamiento de imágenes ópticas o digitales multibanda. Además, la selección del rango de bandas y la separación de canales. es más flexible y la resolución es mejor. También existe potencial para seguir mejorando y, por lo tanto, es el método de detección remota más utilizado.

(5) Detección remota por microondas

El rango de detección remota por microondas es de 0, 3 ~ 300 cm. Diferentes objetos terrestres tienen diferentes capacidades para irradiar microondas, y su intensidad de radiación, distribución espectral y dirección de polarización dependen de la temperatura física (en K) del objeto terrestre y de las propiedades de la superficie radiante. La teledetección por microondas se divide en dos categorías: una es la teledetección pasiva por microondas, que utiliza radiómetros de microondas para detectar información de microondas irradiada por objetos terrestres, incluida parte de la potencia de radiación de fuentes externas reflejada o dispersada por el suelo. El otro tipo es la teledetección activa por microondas, que utiliza un radar lateral para emitir radiación electromagnética generada por él sobre la superficie del objeto a medir, y recibe y registra la radiación electromagnética reflejada desde la superficie del objeto y retrodispersada en la dirección del radar (llamado eco de radar), la intensidad y la naturaleza del eco proporcionan mucha información útil sobre el tamaño, la forma, las propiedades eléctricas, etc. del objeto.

2. Signos de imagen de cuerpos lineales fracturados

Los signos de imagen de fracturas más significativos e intuitivos son que tienen características de línea y características de “borde en escala de grises”. Por esta razón, las rupturas generalmente se denominan cuerpos lineales de imagen o cuerpos lineales. Sin embargo, los tipos de objetos terrestres o paisajes reflejados por el cuerpo lineal de la imagen son relativamente amplios y no reflejan exclusivamente fracturas, aunque una parte considerable de ellas son o pueden ser fracturas. Por lo tanto, para distinguir los cuerpos lineales causados ​​por fracturas de los cuerpos lineales no fracturados, se deben colocar ciertas señales restrictivas, y estas señales adicionales generalmente pueden corresponder a señales geológicas, accidentes geográficos y señales de sistemas de agua. Para identificar eficazmente fallas estructurales en imágenes de teledetección, la mejor manera es establecer primero las unidades estratigráficas de la imagen en el área de la imagen basándose en una interpretación geológica preliminar de la imagen, combinada con la verificación geológica de campo necesaria, determinar sus signos de interpretación de la imagen y una comprensión preliminar. El marco de la imagen dentro de la zona antes de interpretar la imagen fracturada puede ayudar a reducir las malas interpretaciones.

De acuerdo con lo anterior, los signos de imagen para identificar fracturas se pueden atribuir a los dos aspectos siguientes.

(1) Marcas de imagen generales

Este tipo de marca de imagen, o marca lineal de imagen, se puede utilizar como marca de interpretación preliminar y base para una interpretación posterior de la fractura. marcar Sí:

1) Características de la imagen en forma de líneas o franjas, que tienen un contraste obvio en escala de grises o estructura entre ellas y las áreas en ambos lados. Dichos cuerpos lineales de la imagen pueden considerarse anomalías o radiación lineal. anomalías en escala de grises.

2) Características de la imagen en forma de líneas o franjas, con un contraste obvio en escala de grises o estructura entre las áreas de ambos lados. Dichos cuerpos lineales aparecen como "bordes en escala de grises".

3) El sistema de agua en red que se extiende en línea recta o tiene giros en ángulo recto, o un barranco lineal que se muestra en la imagen, puede considerarse como un reflejo del cuerpo lineal en el relieve y el sistema de agua. .

4) Los acantilados triangulares están dispuestos en forma lineal, que en su mayoría son imágenes de accidentes geográficos fracturados.

5) Las líneas o características de la imagen muestran una orientación preferida, que es una manifestación de las características espaciales de un cuerpo lineal que puede tener orígenes tectónicos.

6) El componente de alta frecuencia en la imagen es el atributo del cuerpo lineal en el dominio del espectro.

Además de posibles fallas, los cuerpos lineales interpretados en base a estos signos también incluyen límites entre capas litológicas o unidades estratigráficas, líneas de discordancia estratigráfica, capas de signos, grandes juntas y orígenes no tectónicos del relieve y del agua. Por lo tanto, los elementos del sistema, etc., requieren una interpretación adicional basada en los siguientes signos restrictivos adicionales.

(2) Signos de restricción

Este tipo de signo se puede utilizar para determinar de forma aproximada la causa de la fractura de un cuerpo lineal. Dichos signos son:

1. ) Cuerpo lineal En la dirección del rumbo, es paralelo al límite de la unidad estratigráfica de la imagen. Sin embargo, en la dirección transversal a su dirección de rumbo, la unidad estratigráfica de la imagen aparece de forma asimétrica y repetida, o está parcialmente ausente.

2) El cuerpo lineal es paralelo a la línea estructural regional en rumbo, pero presenta extremos de giro truncados.

3) El cuerpo lineal es oblicuo u ortogonal a la línea estructural regional en rumbo, y la primera está desplazada de la segunda o el ancho de los núcleos de pliegue en ambos lados del cuerpo lineal es completamente diferente; , y los límites estratigráficos están compensados.

4) Cuerpo anular desplazado de cuerpo lineal (el cuerpo anular puede ser un macizo rocoso intrusivo, una estructura volcánica o una falla anular).

5) Los cuerpos en forma de anillo están dispuestos en una banda, lo que probablemente sea una visualización de imágenes de fallas que controlan cuerpos intrusivos o estructuras volcánicas.

6) Interrupción o dislocación repentina de la disposición lineal del cuerpo anular.

7) En la imagen infrarroja térmica, los puntos anormales en escala de grises están dispuestos de manera lineal (los puntos anormales en escala de grises cambian entre brillantes y oscuros durante el día y la noche, que puede ser la visualización de la imagen del agua de manantial ), que puede ser la fractura que controla las características del punto de resorte.

8) Diferentes ríos giran simultáneamente a lo largo de una imagen lineal, que suele ser una muestra de fracturas activas.

9) Interrupción repentina o dislocación de antiguos cauces fluviales como lo muestran las imágenes.

No es difícil ver de lo anterior que estos signos restrictivos adicionales pueden corresponder generalmente a los signos geológicos y geomorfológicos que determinan la falla. Por lo tanto, se pueden obtener mejores resultados de interpretación combinando la interpretación de fallas de imágenes de sensores remotos con una interpretación geológica integral.