Imagen aérea de la cuenca del Tarim en el noroeste de China, donde se obtuvieron muestras de rocas para el estudio. Crédito:Foto de NASA Landsat, a través de Wikimedia Commons (dominio público).
Medir las fuerzas no observables de la naturaleza no es tarea fácil, pero puede marcar la diferencia entre la vida y la muerte en el contexto de un terremoto, o el colapso de una mina de carbón o un túnel.
Para gestionar el riesgo de tales eventos, los investigadores a menudo se basan en estimar una cantidad llamada tensión de la roca.
"El estrés de la roca, la cantidad de presión que experimentan las capas subterráneas de roca, solo se puede medir indirectamente porque no se pueden ver las fuerzas que lo causan, "explica Hiroki Sone, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental e ingeniería geológica en la Universidad de Wisconsin-Madison. "Pero los instrumentos para estimar la tensión de la roca son difíciles de usar a grandes profundidades, donde la temperatura y la presión aumentan enormemente ".
Al abordar este desafío, Sone y sus colegas en China y Japón ahora han superado los límites de las mediciones de tensión en rocas que no requieren instrumentos sensibles a la temperatura a nuevas profundidades. desde un máximo anterior de 4,5 kilómetros (2,8 millas) a la friolera de 7 kilómetros (4,3 millas).
En un estudio publicado en julio de 2017 en Informes científicos , Los investigadores utilizaron rocas muestreadas de un pozo de esa profundidad para mostrar que las estimaciones de estrés obtenidas por el llamado método de recuperación de deformación anelástica eran consistentes con un análisis visual de las imágenes de la pared del pozo. un enfoque confiable pero a menudo inviable que requiere un escáner especializado.
En UW-Madison, Hiroki Sone prepara una muestra de roca para mediciones de deformación bajo condiciones de tensión en un aparato de mecánica de rocas triaxial. Crédito:Stephanie Precourt.
Los científicos realizaron su estudio de prueba de principio en la cuenca del Tarim en el noroeste de China, un área de casi dos tercios del tamaño de Alaska que está rodeada por K2, la segunda montaña más alta del mundo después del monte Everest, y varias otras cadenas montañosas. La región es bien conocida por los historiadores debido a su asociación con la Ruta de la Seda, una antigua ruta comercial entre China y el Mediterráneo.
Hoy dia, además de historiadores y escaladores, las empresas petroleras se han interesado en Tarim Basin, ya que contiene algunos de los mayores recursos de petróleo y gas de Asia Central. Estas empresas quieren comprender la geología de la región para evaluar si la perforación puede desencadenar actividad sísmica, dado que muchos terremotos más pequeños han ocurrido en las montañas circundantes.
Para Sone y sus colegas, esto presentó una oportunidad única para avanzar en la metodología para medir la tensión de la roca.
"Queríamos probar la confiabilidad del método de recuperación de deformación anelástica hasta a 7 kilómetros de profundidad porque su principal ventaja es que solo necesita tomar muestras y analizar la roca en sí". "Sone dice." Estima el estrés indirectamente midiendo cuánto se expande la muestra de roca en diferentes direcciones después de que se ha recuperado ".
Con ese tipo de profundidad el proceso de recuperación (extraer una muestra de roca lo suficientemente grande de un pozo) puede demorar algunos días, razón por la cual los investigadores estaban emocionados de demostrar que el método aún funcionaba.
Dongsheng Sun (centro), el primer autor del estudio de la Academia China de Ciencias Geológicas en Beijing, explica la medición de la tensión de la roca después de la extracción de muestras en la cuenca del Tarim. Crédito:Hiroki Sone
Por primera vez, midieron la tensión de la roca incluso cuando los sensores no estaban conectados a la muestra hasta 65 horas después de la extracción de testigos y encontraron que los resultados coincidían con un análisis de imagen convencional de la pared del pozo, obtenido con un escáner de resistividad. Si bien el método visual también funcionó en este caso, puede ser inviable a profundidades tan grandes debido a las limitaciones de temperatura del escáner.
Además de demostrar la validez del método más fácil a una profundidad mucho mayor, El estudio resolvió un enigma geológico de larga data en la cuenca del Tarim:la tensión de la roca en la capa exterior de la Tierra, que consiste en muchos trozos grandes de roca más fría (placas tectónicas) que flotan sobre una capa muy gruesa de magma caliente, difiere entre la periferia de la cuenca y su interior.
Otros científicos habían encontrado evidencia de esta diferencia antes, pero el estudio actual lo confirmó.
En el interior de la cuenca del Tarim, las placas tectónicas son relativamente estables, a pesar de que chocan y se pliegan entre sí en la periferia, explicando la actividad sísmica observada. Esto se traduce en un menor riesgo de terremotos en el interior e informa las decisiones de una compañía petrolera sobre la profundidad a la que se deben estabilizar los pozos para minimizar el riesgo de colapso estructural.
Para los científicos de la tierra, el nuevo estudio es una validación importante de un método más práctico para estimar la tensión de la roca. "Estos nuevos resultados nos dan la confianza de que podemos utilizar el método de recuperación de deformación anelástica a mayores profundidades de lo que creíamos posible". "Dice Sone." Siempre que la roca se deforme en la misma cantidad en direcciones vertical y horizontal, este método es mucho más fácil de aplicar cuando las temperaturas y presiones muy altas en la corteza terrestre desafían las otras opciones de nuestra caja de herramientas ".
