Una figura que ilustra cómo los cortes de tomografía computarizada permiten una visualización e investigación detalladas de los granos de muestras de rocas. Crédito:Eric Goldfarb
Una vez que aplastes, cortar o fracturar una roca, no hay repeticiones. Es un hecho que significa que los geocientíficos deben tener especial cuidado con las muestras de rocas que pueden sacrificar para los experimentos de física y las que deberían permanecer en el estante.
Un equipo de investigadores en geociencias de la Universidad de Texas en Austin está trabajando para cambiar eso con un nuevo método para crear réplicas digitales de muestras de rocas que es más preciso y más simple de usar que otras técnicas.
Las réplicas digitales pueden ocupar el lugar de lo real en ciertos experimentos, permitiendo a los científicos aprender sobre muestras de rocas sin tener que tocarlas. También permiten a los científicos recopilar datos de muestras que son demasiado pequeñas para realizar ciertos experimentos, como los recortes que se extraen al perforar en busca de petróleo.
"Ahora no tenemos que llevar una piedra al laboratorio, "dijo Ken Ikeda, estudiante de posgrado en la Escuela de Geociencias de UT Jackson. "No tenemos que arriesgar una muestra, no hay forma de arruinarlo ".
Ikeda es el autor principal de un artículo publicado en el Journal of Geophysical Research — Solid Earth el 14 de abril 2020, que describe el nuevo método. La investigación fue realizada en su totalidad por investigadores de la Escuela Jackson en el Departamento de Ciencias Geológicas, siendo los otros dos autores el estudiante graduado Eric Goldfarb, y Nicola Tisato, profesor asistente en el Departamento de Ciencias Geológicas de la Escuela Jackson.
Un diagrama que muestra cómo una tomografía computarizada de un corte de muestra de roca se convierte de una imagen de tomografía computarizada en matrices de propiedades elásticas. Estos arreglos proporcionan valores clave al construir modelos de rocas digitales. Crédito:Ikeda et al.
En su estudio, los investigadores probaron su método contra otros dos, comparar cómo les fue a las tres técnicas para calcular qué tan rápido las ondas sísmicas podrían moverse a través de una muestra. El nuevo método se acercó más a las velocidades medidas en la muestra real, con un descuento del cálculo del 4,5%. Los otros métodos se redujeron en un 4,7% y un 29%.
Los datos de velocidad sísmica son una herramienta fundamental utilizada por los geocientíficos para aprender sobre las formaciones rocosas subterráneas. Pero los investigadores dijeron que su método podría usarse para calcular una serie de otras propiedades importantes de la roca, como la permeabilidad o la conductividad eléctrica.
Todas las réplicas de rocas digitales se construyen utilizando datos recopilados de una tomografía computarizada de una muestra de roca, que proporciona un registro de alta resolución de cómo la roca interactúa con los rayos X. Al analizar esa información, los investigadores pueden determinar las propiedades físicas de la muestra.
Los otros dos métodos vinieron con compensaciones de procesamiento. Uno de estos métodos puede tener en cuenta los poros y las fracturas en la muestra de roca, características que tienen una gran influencia en la elasticidad general, pero requiere un objetivo, una muestra pura del mineral que constituye la mayor parte de la roca, para ser escaneado al mismo tiempo que la roca. El otro método no requiere un objetivo, pero no puede explicar los poros y las fracturas.
La nueva técnica evita estas compensaciones mediante el muestreo de objetivos, utilizando extremos en los datos de rayos X para encontrar fragmentos de mineral puro, algo que los investigadores llaman un "pseudoobjetivo", así como fracturas y poros.
La figura de la izquierda muestra una imagen de TC de un corte de muestra de roca. La imagen de la derecha muestra la misma imagen con los puntos del extremo local (rojo) y el mínimo local (verde). Estos puntos sirven como "pseudotar objetivos" y permiten a los investigadores determinar propiedades clave sobre toda la muestra de roca en un entorno digital. Crédito:Ikeda et al.
"Una roca tiene ciertas áreas que son vírgenes, granos de cuarzo que son prístinos, y espacio, poros que están totalmente vacíos, "Dijo Tisato." Así que si encuentras esos puntos, tiene puntos de calibración ".
Sin necesidad de un objetivo mineral puro para acompañar una muestra, la técnica simplifica el proceso de exploración por TC. El estudio también muestra que, cuando se trata de calcular la velocidad sísmica, la técnica es más precisa que los otros dos métodos.
Gary Mavko, un profesor emérito de geofísica de la Universidad de Stanford que no participó en la investigación, dijo que el estudio ayuda a avanzar en la investigación en un campo en rápido crecimiento.
"Este trabajo representa un nuevo enfoque prometedor para la física de rocas digitales elásticas, el problema tan estudiado de predecir las propiedades elásticas efectivas de los materiales porosos de la Tierra a partir de imágenes de TC de alta resolución. " él dijo.
En la actualidad, la nueva técnica solo se puede aplicar a muestras que están hechas principalmente de un solo mineral, como el núcleo de arenisca de Berea utilizado en el estudio. Sin embargo, hay muchas rocas fascinantes que se ajustan a los requisitos. Goldfarb dijo que ha aplicado la técnica a tres meteoritos de Marte, muestras que están siendo estudiadas actualmente por su compañero estudiante graduado de Jackson School, Scott Eckley.
El ejemplo del meteorito destaca el valor de la técnica como una forma de hacer que los especímenes raros sean más accesibles para la investigación. Dijo Goldfarb. Una réplica de roca de alta calidad significa que no necesita un meteorito en su laboratorio para poder estudiar uno.
