Un equipo de Geociencias Barcelona (GEO3BCN-CSIC) ha desarrollado un método pionero que utiliza el ruido generado por la actividad humana para monitorizar de forma continua y no invasiva el subsuelo. La técnica, denominada REFTION, permite aprovechar las vibraciones producidas por el tráfico, los trenes o la maquinaria industrial para observar los cambios que se producen bajo la superficie.
El método se ha probado con datos obtenidos de una red de estaciones sísmicas instalada en la mina de Riotinto, en Huelva, un entorno especialmente complejo por la presencia de numerosas fuentes de ruido industrial. Los resultados del estudio se han publicado en la revista Geophysical Research Letters en el marco del proyecto STONE, una colaboración público-privada entre GEO3BCN-CSIC y la empresa Atalaya Mining.
El ruido de las máquinas puede revelar qué ocurre bajo el suelo
El tráfico, los trenes y la maquinaria utilizada en instalaciones industriales, como trituradoras de roca, molinos, cintas transportadoras o sistemas de ventilación, generan vibraciones de forma constante. Estas señales suelen considerarse un ruido que puede dificultar las mediciones sísmicas, pero también contienen información sobre el terreno por el que se propagan.
La técnica REFTION aprovecha precisamente esas vibraciones para observar de forma continua qué ocurre en el subsuelo. “El reto es distinguir si una variación en las señales procede de un cambio real en el subsuelo o de la máquina que genera las vibraciones. REFTION permite reducir esa ambigüedad y aprovechar como herramienta de monitorización unas señales que hasta ahora podían dificultar la interpretación”, explica Pilar Sánchez-Pastor, investigadora de GEO3BCN-CSIC y primera autora del estudio.
Monitorizar los cambios del subsuelo a lo largo del tiempo puede ayudar a vigilar minas, túneles y presas de residuos mineros, además de estudiar la evolución de acuíferos, campos geotérmicos o sistemas de almacenamiento subterráneo de gas. La técnica también puede aportar información sobre el terreno situado bajo otras infraestructuras y zonas urbanas.
Interferometría de ruido sísmico para observar el subsuelo
Una de las técnicas utilizadas para monitorizar el subsuelo es la interferometría de ruido sísmico, un método no invasivo que aprovecha las vibraciones que se propagan por el terreno y que son registradas por estaciones sísmicas instaladas en superficie.
Cuando las ondas atraviesan el subsuelo, se ven afectadas por las propiedades de los materiales que encuentran. Su observación continua permite detectar pequeñas variaciones a lo largo del tiempo.
Sánchez-Pastor compara este procedimiento con seguir la evolución de un hueso mediante sucesivas radiografías: “Las vibraciones sísmicas cumplen el papel de la fuente de iluminación, mientras que las señales registradas proporcionan una imagen indirecta del terreno que han atravesado. Sin embargo, si las radiografías se realizan con máquinas o ajustes diferentes, las imágenes pueden cambiar, aunque el hueso permanezca igual”.
De forma similar, cuando cambia el funcionamiento de una máquina industrial también pueden variar la frecuencia o la intensidad de las vibraciones utilizadas para estudiar el terreno. Por ello, los métodos convencionales necesitan fuentes de vibración estables, una condición que no siempre se cumple, especialmente en zonas urbanas e industriales.
REFTION compara las señales de distintos puntos de forma simultánea
Para identificar un cambio en el subsuelo es necesario disponer de una referencia. Los métodos convencionales utilizan una observación anterior y comparan con ella las nuevas señales. El problema es que, si cambian la máquina o sus ajustes, resulta difícil determinar qué parte de la diferencia observada procede realmente del terreno.
La propuesta de REFTION introduce una comparación espacial. El método compara las señales registradas en la zona que se quiere monitorizar con las obtenidas simultáneamente en otro punto considerado estable.
La investigadora explica que esta comparación permite observar ambas zonas al mismo tiempo y bajo las mismas condiciones de iluminación sísmica. “La clave es que la zona que queremos monitorizar y la referencia se observan al mismo tiempo, bajo las mismas condiciones de iluminación sísmica. Así podemos reducir la influencia de los cambios en las fuentes de vibración”, subraya Sánchez-Pastor.
Al repetir esta comparación de forma continua, REFTION permite seguir la evolución temporal del subsuelo. La referencia puede ser una estación situada en una zona estable o, si no se dispone de ella, una combinación de las señales registradas por toda la red.
Una presa de residuos de Riotinto como banco de pruebas
El equipo investigador probó el nuevo método en la presa de residuos mineros de Aguzadera, situada en la mina de Riotinto. En colaboración con Atalaya Mining, GEO3BCN-CSIC instaló una red de 30 estaciones sísmicas a lo largo de Vaguada Norte, uno de los muros de la presa.
Para estudiar el subsuelo, los investigadores utilizaron las vibraciones generadas por trituradoras de roca. Sin embargo, pequeñas variaciones en la frecuencia de estas máquinas producían cambios aparentes que, con los métodos sísmicos convencionales, generaban artefactos y ocultaban la respuesta de la presa.
Los resultados obtenidos con REFTION redujeron esta interferencia y permitieron identificar pequeñas alteraciones en la presa asociadas al recrecimiento del muro y a los posteriores depósitos de residuos.
“Los resultados fueron consistentes con medidas independientes realizadas mediante prismas geodésicos y piezómetros”, indica Sánchez-Pastor.
De la minería a la monitorización de infraestructuras
El equipo tiene previsto probar REFTION en otros entornos geológicos, utilizando diferentes redes sísmicas y fuentes de vibración. Además de explotaciones mineras y presas de residuos, el método podría aplicarse en túneles, campos geotérmicos, instalaciones industriales, entornos urbanos o sistemas de almacenamiento subterráneo de gas.
El objetivo final es integrar la técnica en sistemas operativos de monitorización continua y en tiempo casi real.
“REFTION convierte una de las principales dificultades de los entornos industriales y urbanos, la presencia de fuentes de vibración complejas y variables, en una oportunidad para observar el subsuelo de forma no invasiva”, destaca la investigadora.
El método está protegido por una patente concedida en España, mientras que la solicitud de patente europea se encuentra en evaluación, con vistas a su transferencia y aplicación en sectores como la minería, la construcción, la energía y la gestión de infraestructuras.
