Aplicación de herramientas geoestadísticas para mejorar la exploración minera a través del uso de tomografía sísmica pasiva

Abstract

La tomografía sísmica local se ha convertido en una herramienta complementaria valiosa en la exploración minera, permitiendo la caracterización de estructuras geológicas a diversas escalas, desde proyectos de exploración inicial (greenfield) hasta proyectos avanzados (brownfield). Sin embargo, la interpretación de anomalías de velocidad de ondas sísmicas presenta desafíos significativos, dependiendo tanto de la experiencia del analista como de la información disponible. Este estudio busca superar estas limitaciones mediante un análisis geoestadístico que permite comparar y enriquecer la información obtenida de tomografías con resoluciones variables, proporcionando un marco más robusto para la interpretación geológica. La metodología se centra en el análisis de los valores de inversión tomográfica de los depósitos de pórfido cuprífero Mantos Rojos (MR) y Radomiro Tomic (RT) en el Distrito Chuquicamata, norte de Chile. MR posee una resolución de 22 km², menor que la resolución de 11 km² de RT, aunque ambos comparten la misma zona espacial. Para evaluar la capacidad de discernimiento de la tomografía de menor resolución, se aplicaron simulaciones geoestadísticas. Los valores simulados de Vp/Vs de MR fueron comparados con los datos de RT, validando visualmente la capacidad de MR para identificar anomalías de bajo Vp/Vs (<1.7). Además, el análisis espacial mostró correspondencia entre los variogramas experimentales de MR y RT en direcciones preferenciales para la relación Vp/Vs. Finalmente, la validación geológica incluyó la comparación con mapas geológicos y datos de leyes de cobre obtenidos de campañas de perforación proporcionadas por CODELCO, identificando patrones espaciales relacionados con mineralización y estructuras geológicas mayores como la Falla Oeste. Este estudio demuestra que mediante simulaciones geoestadísticas es posible mejorar la resolución de mallas en tomografías sísmicas, manteniendo la capacidad de identificar anomalías de bajo Vp/Vs. De esta manera, este estudio aporta significativamente a la disciplina de exploración minera al establecer un marco metodológico para mejorar la interpretación de tomografías sísmicas de baja resolución, contribuyendo a la eficiencia de los proyectos de exploración. Además, fomenta un enfoque más sustentable al trabajar con datos de tomografía sísmica pasiva.

Mining exploration is key to economic development and obtaining essential resources, but faces challenges such as high costs, environmental impact and strict regulations. In this context local earthquake tomography serves as a valuable complementary tool, applicable across varying scales from greenfield to brownfield projects. Nevertheless, interpreting body wave velocity anomalies within these tomographies poses a significant challenge, largely contingent on the expertise of the analyst and the availability of information. Addressing this challenge, this study proposes a geostatistical analysis to effectively compare and enhance the information extracted from tomographies ranging from lower to higher resolutions. The data utilized in this study correspond to the tomographic inversion values of Mantos Rojos (MR) and Radomiro Tomic (RT) porphyry copper deposits situated within the Chuquicamata District in northern Chile. MR exhibits a resolution of 22 km2 , comparatively lower than RT's resolution of 11 km2 , yet both share the same spatial zone. This study evaluates the discernment capabilities of lower-resolution tomography (MR) in comparison to its higher-resolution counterpart (RT) using geostatistical simulation. The simulated Vp/Vs values of MR are compared against RT seismic tomography data. A visual validation revealed that simulated Vp/Vs values from P- and S-wave velocity values of MR can identify the low Vp/Vs anomalies (<1.7). Moreover, a spatial analysis compares the experimental variograms for MR realizations and for RT values in preferential directions for Vp/Vs ratios, finding a correspondence between both spatial tools. Finally, geological validation is carried out by comparing the simulation results with geological maps of the study area and copper grades obtained through drilling campaigns provided by CODELCO, where spatial patterns indicative of mineralization and larger-scale geological features like the West Fault are identified. Our research has practical implications since, through geostatistical simulations the grid dimensions of seismic tomography of MR can be reduced and still identify low Vp/Vs anomalies within the area of study, being consistent with the lower-resolution validation grid of RT. Our findings demonstrate the efficacy of geostatistical methods in enhancing exploration decision-making by providing insights into subsurface geological features and their relationship to mineralization. This approach not only improves the efficiency and success rate of mineral exploration projects but also minimizes environmental impact by allowing for more targeted and informed exploration activities.