Aportaciones a la caracterización y minimización del ruido en los sismómetros marinos

Resumen

La sismología es un sistema complejo de cadena de información con diferentes subsistemas interrelacionados: fuente sísmica, el medio de propagación del tren de ondas, la distorsión del ruido sobre las señales medidas, la influencia de los sensores, registradores y técnicas de procesado para la obtención del sismograma. El problema directo, tratado a lo largo de la presente memoria de Tesis, consistente en registrar las vibraciones sísmicas focalizando las aportaciones en mejorar la relación señal/ruido que tenemos a la entrada del sistema de adquisición del sismómetro marino. Esta relación señal/ruido dependerá del acoplamiento del chasis del geófono al fondo marino, del propio diseño de la estructura del geófono, del sistema de cableado, de la sensibilidad de los sensores electromagnéticos y de la amplificación dada a la señal sísmica. Con el objetivo de tener repetibilidad de las medidas sísmicas, con especial atención a conseguir alta sensibilidad, buena resolución y bajo ruido, se han investigado y desarrollado los siguientes puntos: En la Caracterización del geófono mediante modelos teóricos y simulación. Se han propuesto cuatro modelos equivalentes de sensores electromagnéticos. Constatando que las sensibilidades de los modelos siguen el mismo comportamiento frecuencial que los resultados experimentales realizados. A partir de los modelos del sensor sísmico, se ha completado la caracterización del geófono al incluir los modelos de las etapas amplificadoras y la estructura que soporta presiones de 600 atmósferas. Las simulaciones del ruido de los sensores y etapas amplificadoras estudiadas y sus medidas han permitido escoger aquellas que maximizan la relación señal/ruido. En la determinación de los parámetros descriptivos del sensor sísmico. Se ha generado un sistema automatizado de calibración que permite contrastar los resultados con las características del fabricante. Sistema validado para diferentes sensores electromagnéticos con parámetros conocidos, será de gran interés para la determinación de parámetros de sensores cuyas características no son conocidas. Antes de la construcción de un geófono, y a partir de los parámetros del sensor sísmico, es posible realizar una simulación del conjunto sensor-amplificador, y ver el comportamiento de la relación señal/ruido del geófono. Se han propuesto y validado procedimientos de calibración en velocidad y aceleración para geófonos. Procedimientos inéditos, no establecidos en normativa nacional ni internacional. En base a las caracterizaciones de la respuesta en frecuencia del geófono se ha propuesto una nueva estructura del geófono versátil, ya que permite trabajar con sensores de diferentes fabricantes. Estructura diseñada, simulada, construida, testeada y validada bajo los procedimientos de calibración propuestos en este trabajo de Tesis. Se ha constatado experimentalmente que la interacción geófono/fondo marino altera la sensibilidad inicial del geófono, generando una resonancia debida únicamente a los parámetros de interacción con el sedimento. También se ha determinado experimentalmente, que las condiciones de acoplamiento del geófono en el sedimento provocan valores menores de la frecuencia del máximo de sensibilidad. Así mismo si no se dispone de los datos del sedimento, el sistema automatizado de medida permite estimar los parámetros de la interacción, y predecir el valor de la sensibilidad del acoplamiento para el geófono diseñado y tipo de fondo marino. En las campañas oceanográficas realizadas se validó satisfactoriamente el sismómetro oceánico de profundidad construido. El trabajo de investigación presentado ha supuesto un avance en la caracterización del geófono y su acoplo al fondo oceánico, y directamente una contribución a la mejora de la sensibilidad y la trazabilidad en el diseño y construcción de sismómetros marinos.